SYNOPSYS 光学设计软件课程八十二：手机镜头设计
一.概述 P$>kBW53
随着智能手机的快速发展, 人们在追求高像素、高像质的拍照效果的同时，对手机镜头的要求也在不断提高。随着手机功能不断的增加和机身越来越轻薄化，携带方便、功能齐全的智能手机大有取代低端数码相机的趋势。因此对手机镜头分辨率的要求也越来越高。 L)'rM-nkFh
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[attachment=129870] 图一：常见手机镜头结构 }2A1Yt:^P
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早期的镜头都是由单片凸透镜所构成。因为清晰度不佳,又会产生像差，而被改良成复式透镜，即以多片正负透镜的组合，来纠正各种像差或色差。现在的镜头大部分都由若干片透镜组成，有塑胶透镜或玻璃透镜。塑胶透镜通常采用塑胶原料依靠模具注塑而成。 U(=9&c@]
玻璃透镜通常采用高质量的光学玻璃制成，透镜又分为非球面透镜和球面透镜两类。目前手机镜头构造有:1P、1G1P、2P、1G2P、3P等，这里的1P、1G1P等是摄像头里光学镜片材质及数量组成的描述。数字代表镜头数量，字母代表材质，如G是玻璃材质，效果较好，价格较高。P是塑料材质，效果一般，价格便宜。 m =,c,*>
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二. 设计要求 $
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光学塑料具有透光性好、重量轻、价格低等优点，手机镜头常用光学塑料作为透镜材料。现在我们需要设计一个6片塑料非球面+1片保护玻璃的手机镜头，具体要求如下： yN<fmi};c
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F/数=2 = DTOI
波长在486 nm, 587 nm, 656 nm /B\-DP3K
焦距5.58mm，半视场角35° dG?a"/ MA
相对照度﹥40% DjzB G*f/
畸变<2% gNN"
H#=2
像元尺寸5um对应奈奎斯特频率处100cy/mm，全视场MTF﹥0.2 ,Z7Z!.TY!
第一表面到像面距离6.5mm .^IhH|U
半像高3.905mm ]N"F?3J 8
摄像模块总长度较短，避免从手机机身突出。 $,,>R[; w
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三. 6P镜头 K[ gWXB P
初始结构通常采用计算法或者查找专利获取。本例采用Synopsys中的DSEARCH功能对于手机镜头进行仿真，读者感兴趣的也可以参考国外专利镜头，并对镜头进行一定的优化，以达到仿真效果。 e=z_+gVm
进行DSEARCH的搜索，得到如下十个结构，选取一个较好的结构如图所示。 X5| /s::u
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果： 6Su@a%=j
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初始宏文件 UdW(\ %
请评论区留言联系工作人员获取代码 b\;u9C2y'
[attachment=129871] [attachment=129872] n_n|^4 w
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查看镜头结构数据表，发现镜头最低厚度被限制在1mm，作为一个手机镜头这并不是很合理。 J-\?,4m cP
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[attachment=129873] SKpPR;=q|:
71" JL",
使用TLIMIT命令以及SLIMIT命令重新设置最小值，再度交给DESEARCH进行搜索，DESEARCH搜索会出现个别镜面之间出现重叠，应避免使用这种结构。获得如下的结构： t?nc0;Q9,@
8{<[fZy C
[attachment=129874] 9N
D+w6"
RjGB#AK
查看数据表，厚度得以优化。 4G8nebv
#H6g& )Z_
[attachment=129875] Fv);5 LD
%L1 3Jsw
由光扇图可知，镜头仍具有较大的像差，使用DESEARCH自动生成的优化宏对镜头进行优化，并模拟退火（50，2，50）。 ~d%;~_n
V}|v!h[O8
优化后的结构如图所示: {rvbo1t
uo4$rf7
[attachment=129876] loUl$X.u
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查看镜头的MTF图： ,#bb8+z&p
YZH#5]o8
[attachment=129877] #jLaIXms
M=AvD(+ha
可以看到MTF满足全视场大于0.2，接着查看相对照度与畸变。 6Z7pztk
/ " Yx@n
[attachment=129878] [attachment=129879] F%#*U82
相对照度与畸变与畸变也都满足了设计需求。 xe6_RO%
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j:e^7|.
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