高分辨率手机镜头的光学设计与性能仿真-毕业设计论文

高分辨率手机镜头的光学设计与性能仿真- 毕业设计论文郑州轻工业学院

本科毕业设计, 论文,

题目高分辨率手机镜头的

光学设计与性能仿真

学生姓名

专业班级电子科技13-01

学号

院（系）物理电子工程学院

指导教师（职称）

完成时间2017 年5月30日

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 手机镜头与数码相机镜头比较

1.3 拍照手机国内外发展状况

1.4 手机镜头未来趋势手机照相理论基础

2.1 手机镜头成像原理

2.2 手机镜头基本术语

2.2.1 焦距6

2.2.2 光圈

7 I

2.2.3 像素

2.2.4 分辨率

3 手机镜头像差理论与优化设计

致谢 参考文献

高分辨率手机镜头的光学设计与性能仿真

摘要

快速发展的手机照相功能，让我们对照片的清晰度要求越来越高，一些低端的

数码相机早已逐步由拥有高分辨率的手机摄像头逐渐取代了，但在目前市场照相手

为这样，对研究高分辨率手机镜头有着重大的意义。文章中总结了手机镜头的国内 外发展的基础上，结合了光学非球面以及像差理论，使用

ZEMA ）软件，进行光学

设 计得到了一个 800 万像素的超薄手机镜头。该镜头由 4片光学塑料非球面透镜组 成，优化是通过ZEMA ）软件的功能，并最终获得一个高像素超薄成像结构，总长仅

3.21mm 且具有优良性能、成本低廉，满足设计要求的手机镜头。

关键词：手机镜头；800万像素；塑料非球面;ZEMAX

3.1 手机镜头像差理论

3.2 光学系统的优化设计

11 4.1 4.2 百万像素手机镜头光学系统设计

镜头设计指标

设计结果

13 13

13 18

19 机中高像素拍照手机的占绝大部分， 800万像素的手机在市场中高比率占有正式因

2.2.2 光圈7

OPTICAL DESIGN AND PERFORMANCE SIMULATION OF I

HIGH RESOLUTION MOBILE PHONE LENS

ABSTERACT

The rapid development of mobile phone camera function, so that we are more and more demanding on the photos, some low-end digital camera has long been gradually replaced by a high-resolution mobile phone camera, but in the current market camera phone high pixel camera phone

Of the vast majority of the 8 million pixel mobile phone market in the high proportion of possession of the formal because of this, the study of high-resolution mobile phone lens has great significance. The article summed up the development of mobile phone at home and abroad on the basis of the combination of optical aspheric and aberration theory, the use of ZEMAX software, optical design has been a 8 million pixel ultrathin mobile phone lens. The lens consists of four optical plastic aspherical lenses that are optimized by the function of the ZEMAX software and eventually get a high pixel ultra-thin imaging structure with a total length of only 3.21mm and with excellent performance, low cost to meet the design requirements of the phone lens.

KEY WORDS mobile phone lens; eight million pixels; plastic aspheric;

ZEMAX

II

1 绪论

1.1 引言

在当今社会, 手机已成为人们日常生活的必需品。手机作为最基本的通信手段之一, 已经被赋予了更多的实用功能,摄像机的性能已经成为衡量手机综合性能的重

要标准。现在的手机已经拥有高端镜头和入门级数码相机可以媲美摄影成像性能但随着微型光学镜头和图像处理技术的发展, 手机彩信和移动互联网技术的不断涌现, 实时记录手机独特的快速共享功能是一大亮点, 人们喜欢用手机进行记录美好的瞬间和实时图像,并与朋友和家人共享实时。因此, 为了获得更好的拍摄效果和质量人们也是不断地开发与研究, 研制高像素手机镜头已经成为一种趋势。成像质量高、便携性好的手机摄像头将越来越普及。

随着手机和手机摄像头镜片加工技术的突破, 随着光学加工、精密机械和电子电路技术的不断发展与更新, 一些低端的数码相机被手机取代, 和一些高质量的影像如数码相机也已经被高像素镜头的手机取代。单反相机,价格更昂贵,且操作复杂,

体积和重量让他无法被复制。相比之下, 高像素手机正成为首选。目前市面上800

万像素以下的手机占据了大部分市场, 画面质量并不理想, 因此设计高质量的成像,

简单的手机镜头结构显得尤为迫切和重要。

1.2 手机镜头与数码相机镜头比较

现在几乎所有的手机都有摄像头, 同时, 手机摄像头会迅速改变。如手机的数码相机功能, 它的卖点不是数码相机的功能, 是在给定的MMS 无线传输、实时共享等特点。

[1] 但进入3G 时代以来, 充分证明手机在人们进行视频通话的功能是非常有前途的, 和朋友从简单的语音通话到视频通信, 它更能吸引消费者,手机摄像头可以实现数字图像通信是基于数码相机完全无法匹敌的。

移动摄像机镜头和数码相机镜头的特点和结构有许多不同之处, 可以从以下几个方面进行比较:

(1) 侧重点不同

移动相机镜头专注于如何最好的成像性能可以实现在有限的长度范围内。

是微透镜的主要追求 , 保证图像质量的前提下 , 缩短光学镜头的最大总长度，数码 相机镜头的

总长度是没有那么严格 , 可以把体积和空间做的比较大 ,它是图像质量的主要追

求 , 如何得到图像的高质量是关注的焦点。

(2) 镜片的数目不同

手机相机镜头紧凑 , 这限制了透镜的数目 , 他们大多是 4 片左右。为了提高数

码相机的成像质量 ,更多的镜头可以不受限制地使用 , 这更有利于提高图像质量 以数码相机的镜头一般超过 5 片。

(3) 加工难度不同

手机相机通常使用塑料非球面 , 近年来 ,中国的塑料加工技术的非球面零件

[2] 大的进步 , 但还没有形成一个成熟的、完整的系统。普通数码相机的使用

玻 璃球面具有性能稳定、技术成熟、易于加工。会使用更多的非球形玻璃高端数 相机因为在球面像差的光学设计 , 彗差 , 散光和畸变，像差校正、非球面表面 有

更好的效果。可以有效地改善图像质量 , 减少光学元件的数量 , 大大减轻摄像机的 重量。 (4) 光敏元件不同

目前市场上有两种光敏元件 。一个是 CCD 器件的电荷耦合器件 , 价格比较昂

贵,

[3] 但技术成熟,灵敏度高，噪声低,成像效果好。另一个是CMOS 互补金属氧化

物半导体 ，其制造成本相对较低 , 功耗小 , 集成度高 。光敏元件通常用来移动照 相机镜头。在数码相机的发展中 , 光敏元件的面积不能占太多 , 但在追求更好的成像 , 更好利用纯彩色屏幕。感光元件比较大 , 数码单反的应用基本上是一个光敏元件的

APS 规格,, 在高端机器中 ,必须使用全帧传感器。但这是不可想象的 , 因为它必然会 增加产品的体积 , 近几年

,所 往往

[4] 来,随着CMOS：艺的发展,Exmor RCMOS的出现,CMOS传感器克服了许

多技术瓶颈，手机镜头使用CMOS图像传感器集成度高的多。因此，照相手机有以下

优点:

1. 便携性好,随时携带使用;

2. 实时共享,高效快捷;

3. 质量稳定、重塑画面;

4. 体积小、耗电量小、结构紧凑。

1.3 拍照手机国内外发展状况

手机或相机的起源始于2000 年, 那时日本的第三大移动运营商J-Phone 推出了世界上第一个j-sh04 手机内置相机,它配备了11万像素CMO数码相机的镜头,

并配有一

个大镜子,能够拍摄355 x 288 像素的照片,虽然画面太差,而且无法与主流配

置相比,许多消费者感觉需求量不大的,但它是有照相功能手机的一个里程碑,它使

手机相机的快速发展,它的出现,手机厂商已逐渐认识到手机镜头存在价值。在接下

来的两年或三年, 如手机摄像头像素也如雨后春笋, 一场春雨后有所增加, 如索尼

P900,有了镜头，你可以

⑸拍摄640X 480像素,最大分辨率为30万。

虽然这些镜片的质量略有改善,而且价格低,开发周期短,但仍远远低于入门级数码相机, 后来也更多地用于低端相手机的第二摄像头。