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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
,~1k:>njY~  
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。 uCuB>x&  
cqs.[0 z#B  
[attachment=129870]
图一:常见手机镜头结构
ao.vB']T  
ZADMtsk  
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。 T KAs@X,t  
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。 9xzow,mi  
<pHm=q/U  
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: ZbdGI@  
8{i}^.p  
F/数=2 [ @"6:tTU  
波长在486 nm, 587 nm, 656 nm HB}rpiB  
焦距5.58mm,半视场角35° Lq;iR  
相对照度﹥40% F |5Au>t  
畸变<2% Nz`v+sp  
像元尺寸5um对应奈奎斯特频率处100cy/mm,全视场MTF﹥0.2 pO:]3qv  
第一表面到像面距离6.5mm cRbA+0m>  
半像高3.905mm n4+q7  
摄像模块总长度较短,避免从手机机身突出。 6\K\d_x  
e?+-~]0  
三. 6P镜头
jg{2Sxf!c  
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。 ~re}6-?  
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。 +s8R]3NJ_H  
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果: qs bo"29  
m0v .[61  
初始宏文件
Dg0rVV6c  
请评论区留言联系工作人员获取代码
kAPSVTH$v  
[attachment=129871]
[attachment=129872]
} -;)G~h/"  
+By'6?22  
查看镜头结构数据表,发现镜头最低厚度被限制在1mm,作为一个手机镜头这并不是很合理。 ' F9gp!s8~  
Qb/:E}h]$  
[attachment=129873]
"Z,T%]  
X~"p]V_  
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: `Z5dRLrd  
6G"UXNa,  
[attachment=129874]
S1y6G/e9  
N_iy4W(NU  
查看数据表,厚度得以优化。 H2#o X  
y1PyH  
[attachment=129875]
MO7R3PP  
~XuV:K3  
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)。 vWeY[>oGur  
*xsBFCRU  
优化后的结构如图所示: ~:f..|JM  
G&1bhi52  
[attachment=129876]
?(d1;/0v>  
C<(oaeQY  
查看镜头的MTF图: {xov8 M  
(Y7zaAG]  
[attachment=129877]
S-gO  
=dKjTBR S'  
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。 L_vl%ii-  
HSRO gBNI:  
[attachment=129878]
[attachment=129879]
<n#X~}i)  
相对照度与畸变与畸变也都满足了设计需求。 `m<O!I"A  
<YU4RZ  
P,'%$DLDg  
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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