变焦距手机镜头的光学设计

论文摘要

随着变焦距光学系统设计理论的完善及加工工艺的提高,应用变焦距光学系统的领域不断增多。特别是应用各类光学系统设计软件提高了变焦距镜头的设计效率后,变焦距光学系统更是广泛的应用到生活中多个领域。手机的使用普及后,人们越来越追求手机的多功能性。可拍照手机已经逐步取代了低端的数码相机,但还不能满足人们要求。要想拍照手机拥有更好的性能,就必须研究能适用于手机上的500万像素以上的变焦距、内置式手机镜头。在这种情况下研究适用于手机上的变焦距镜头系统的设计无疑具有重要的意义。本文所做工作如下:1)阐述了可拍照手机的历史和发展现状,突出信息时代可拍照手机镜头的作用和发展前景;2)结合当前手机镜头的发展趋势,从实际应用中手机镜头对光学系统性能与质量的要求、光学系统对使用要求的满足程度及光学系统设计的经济性等方面考虑变焦距手机镜头结构的选型及相关传感器类型、驱动器类型的选配;3)用全动型近轴光学理论计算法初步拟定一个手机镜头系统结构,要求其满足56~0视场角(FOV)、2.5倍光学变焦、800万像素。最后以其它运动组及像面相对于第一镜片组的距离为变量构造凸轮曲线,实现内置式变焦距手机摄像镜头的光学设计;4)运用专业光学设计软件CODE V对整个设计进行优化并检测系统成像质量,所得系统成像像面的像散、场曲及畸变都满足手机镜头的性能要求,而且弥散斑大小均匀,调制传输函数(MTF)值在空间频率201p/姗处大于0.8,在2281p/mm处大于0.1。并且公差分析结果为镜头的加工制造提供了允许误差范围;5)研究能否在理论计算出的2.5倍光学变焦手机镜头的基础上进一步优化得到更高变倍率的手机镜头结构。结果显示,在达到3倍光学变焦时系统成像像面的像散、场曲及畸变都能满足手机镜头的性能要求,但在最大空间频率大于2501p/mm时调制传输函数(MTF)值就会小于0.1,这就限定了这个镜头只能达到500万像素的要求。因此,变倍率增大时能达到的像素要求就会降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 可拍照手机的发展
• 1.2 手机拍照镜头与数码照相镜头的比较
• 1.3 手机摄像镜头的发展趋势
• 1.4 本课题研究的意义
• 1.5 本章工作及框架
• 第二章 变焦物镜类型讨论
• 2.1 光学补偿式变焦距系统
• 2.2 机械补偿式变焦距系统
• 2.2.1 单变倍单补偿型机械补偿式变焦距物镜
• 2.2.2 双组联动型变焦距物镜
• 2.3 多组元全动型变焦距物镜
• 本章小结
• 第三章 手机镜头的近轴光学理论计算
• 3.1 手机镜头组元组合形式的选择
• 3.2 适用于手机上的变焦距系统的理论计算
• 本章小结
• 第四章 适用于手机镜头的镜片材料、传感器及驱动器件
• 4.1 可供手机镜头使用的光学材料
• 4.2 传感器类型讨论
• 4.2.1 CCD传感器
• 4.2.2 CMOS传感器
• 4.3 驱动器件
• 4.3.1 凸轮曲线的拟合计算
• 4.3.2 凸轮驱动结构
• 本章小结
• 第五章 2.5倍光学变焦800万像素手机摄像镜头的光学设计
• 5.1 镜头满足的主要技术指标
• 5.2 镜头结构的理论计算
• 5.3 凸轮曲线的拟合
• 5.4 镜头系统各方面性能的分析
• 5.4.1 像差、场曲及畸变的分析
• 5.4.2 点列图分析
• 5.4.3 调制传输函数分析
• 5.4.4 公差分析
• 本章小结
• 第六章 3倍光学变焦500万像素手机摄像镜头的光学设计
• 6.1 镜头系统元件基本参数
• 6.2 镜头系统各方面性能的分析
• 6.2.1 像差、场曲及畸变的分析
• 6.2.2 点列图分析
• 6.2.3 调制传输函数分析
• 6.2.4 公差分析
• 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 在读研究生期间发表的论文