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小火龙果 2024-08-10 11:25

SYNOPSYS 光学设计软件课程八十二:手机镜头设计

一.概述
eH ]9"^> o  
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。 ^M)+2@6  
LC, 6hpmh  
[attachment=129870]
图一:常见手机镜头结构
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3;JF 5e\?x  
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。 TE9Iyl|=  
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。 Ge`PVwn  
F};T<#  
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: U4N H9-U'  
T'ei>]y]  
F/数=2 }X/>WiGh:  
波长在486 nm, 587 nm, 656 nm 4YSVy2x  
焦距5.58mm,半视场角35° cTBUj  
相对照度﹥40% vW-o%u*  
畸变<2% gHtflS  
像元尺寸5um对应奈奎斯特频率处100cy/mm,全视场MTF﹥0.2 9~J#> C0}  
第一表面到像面距离6.5mm m}(M{^\|  
半像高3.905mm d=0{vsrB  
摄像模块总长度较短,避免从手机机身突出。 < V*/1{  
&u!MI  
三. 6P镜头
#p<(2wN  
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。 xpJ=yxO  
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。 VXnWY8\  
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果: R; ui 4wg6  
pr[V*C/  
初始宏文件
|'``pq/}_  
请评论区留言联系工作人员获取代码
"/y SHB[  
[attachment=129871]
[attachment=129872]
kX2Z@ w`  
\S_A e;  
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。 >K<cc#Aa  
3a[LM!  
[attachment=129873]
=$y;0]7Lwi  
Q@uWh:  
使用TLIMIT命令以及SLIMIT命令重新设置最小值,再度交给DESEARCH进行搜索,DESEARCH搜索会出现个别镜面之间出现重叠,应避免使用这种结构。获得如下的结构: 8!{ }WLwb  
_^g4/G#13c  
[attachment=129874]
5@J]#bp0M  
Rk-G| 52g  
查看数据表,厚度得以优化。 Y!`  pF  
VU1Wr|  
[attachment=129875]
Xf[;^?]X  
EiDnUL(W7h  
由光扇图可知,镜头仍具有较大的像差,使用DESEARCH自动生成的优化宏对镜头进行优化,并模拟退火(50,2,50)。 J|F!$m{  
!"ir}Y%  
优化后的结构如图所示: -zUBK  
#iQF)x| D  
[attachment=129876]
F1S0C>N?5  
j/jFS]iC  
查看镜头的MTF图: 1#*^+A E  
@ULd~  
[attachment=129877]
O6,2M[a  
9{}"tk5$h  
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。 K_n GZ/`[  
ILx4 [m7  
[attachment=129878]
[attachment=129879]
dV{mmHL  
相对照度与畸变与畸变也都满足了设计需求。 j]U~ZAn,K  
qnb/zr)p  
* H~=dPC  
sdtvcx 2024-08-20 13:29
谢谢分享,学习学习
qqppzf 2024-10-10 12:58
谢谢分享
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