高分辨率手机镜头的光学设计与性能仿真外文翻译

1、文献翻译题目1650万像素手机镜头的设计学生姓名洪鑫专业班级电子科技13-01学号541311010111院（系）物理电子工程学院指导教师（职称）运高谦（讲师）完成时间2017年5月30日1650万像素手机照相镜头的设计1650万像素手机镜头的设计YukeMa,V.N.BorovytskyDepartmentofOpticalandOptoelectronicDevices,NationalTechnicalUniversityofUkraine,Kyiv,UkraineEmail:sherry_rainReceived15February2015;accepted2March2015;pub

2、lished6March2015Copyright©2015byauthorsandOALib.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense（CCBY）.摘要：设计了用于移动电话的1650万像素摄像机镜头。该镜头由3个塑料非球面透镜，一个玻璃球面透镜和一个红外玻璃过滤器组成。来自OmniVision的具有1.12微米的像素尺寸的CMOSOV16850用作图像传感器。该透镜的有效焦距为4.483mm，F数为2.50，视场（FOV）为76.2度，总长度为5.873mm。透镜的最大畸变小于2

3、.0。所有场相对照明的最小值超过39.8。关键词：手机相机镜头，1650万像素传感器，Zemax主题领域：移动计算系统，光通信1.介绍：2014年10月7日，OmniVisionTechnologies公司（NASDAQ：OVTI）宣布推出一款1650万像素数字图像传感器0V16850i。在已发表的论文中，Songetal要设计一个1600万像素的相机镜头在紧凑的尺寸不是一件简单的任务（2010）。3最近，Peng通过4片塑料非球面透镜的结构研究了用于移动电话的500万像素摄像机镜头。（2013）Yin等人通过使用1个玻璃和3个塑料非球面透镜（1G3P）完成了光学系统，研究了用于手机的800万

4、像素摄像机镜头。（2014）通过选择5块塑料非球面透镜（5P）结构配置，研究了用于手机的1300万像素手机镜头。本文介绍了通过1P1G2P镜头配置的1650万像素摄像机镜头的详细设计，这是我们第一次了解。传感器OV16850具有以下规格：像素尺寸为1.12微米，分辨率为5408像素X3044像素，对角线长度为6.95mm或像高，主光线角（CRA）为33.4度。传感器的奈奎斯特采样频率可以通过1000/（2X1.12）=446lp/mm计算。因此，相机镜头的有限分辨率应该优于446lp/mm。6.95mm的图像高度和76.2度的透镜的FOV确定4.432mm的焦距。我们将透镜的有效焦距（EFFL

5、）设置为小于4.5mm，所以用于移动电话的相机透镜的总光学长度（TOL）可以限制为5.90mm。1650万像素手机镜头的规格参数总结在表1中。2.设计方法2.1光学材料在这种设计中使用来自Zeonex的光学树脂E48R6。光学树脂提供高透明度，低荧光，低双折射率，低吸水率，低成本，高耐热性和容易成型用于大规模生产。由于透镜具有大的FOV，并且其诸如高阶球面像差，像散，慧差，高阶色差等的高阶光学像差相当大，为了具有更稳定和清晰的图像，第一个元件被设置为非球面玻璃透镜，第二元件的材料是具有光学折射率为1.785和色散系数为26.08的SF56A，透镜的第一，第三和第四元件选择为E48R，其光学折射

6、率为1.531，相应的色散系数为56.0，第五个元件是红外滤光片（IR）,最后一个是覆盖玻璃BK9。2.2设计程序Zemax7用于模拟镜头光学系统。考虑到低价格和大量生产，选择镜头的初始配置1P1G2P用于通过反复试验的设计。在该透镜中有6个元件，第一至第四21650万像素手机照相镜头的设计元件都是非球面透镜，第五元件是IR滤光器，第六元件是传感器的玻璃盖。元件1至4的所有表面被设置为均匀的非球面轮廓，第五和第六元件是平面。半径和每个表面的厚度从1到8被设置为可变的，所有表面圆锥常数以及非球面系数被设置为可变。2.3.优化过程优化过程包括三个步骤：步骤1：1）使用操作数EFFL定义透镜的有效焦

7、距，使用操作数TOTR限制透镜系统的总光学长度，使用操作数RAID限制CRA,使用操作数REAY来定义图像高度;2）优值函数还包括操作数MNCA，MXCA和MNEA以定义空气厚度和空气边界约束，同时操作数MNCG,MXCG和MNEG用于玻璃壳；3）最初，操作数LONA用于控制球面像差，LACL用于控制该焦点系统的横向色彩。TRAY和SUMM用于控制彗差，而操作数DIMX用于控制每个视场的失真；4）使用操作数TRAY，DIFF，RAGC，ACOS和TANG控制切向曲率；5）使用操作数TRAY,DIFF,RAGC,ACOS,TANG,CONS和PROD来控制矢状曲率；6）操作数TRAC用于控制整个

8、波长的每个视场的光点大小。步骤2：在初始优化之后，在优值函数中添加高阶控制操作数，即1）使用操作数TRAYRAGC，ACOS，TANG，DIVI和DIFF来控制轴向和纵向色差；2）使用操作数TRAY，RAGC，ACOS，TANG，DIVI，CONS，PROD和DIFF控制高阶球面像差；3）使用TRAY，DIVI和DIFF控制高阶色球差；4）使用FCGT，FCGS，DIFF和SUMM控制散光。步骤3：在每次优化完成后观察Siedel系数，观察布局以显示合理的配置。最后，1）将MTFS,MTFT都加到优值函数中以提高透镜分辨率；2）同时TRAC被操作数OPDX替代；3）优值函数中的权重总是准备改变

9、以优化一些重要贡献项目，以获得合理的透镜配置。3.结果优化的透镜配置如图1所示，相应的透镜数据列在表2和表3中。透镜具有5.873mm的总轨迹，有效焦距为4.483mm,后焦距为0.207mm。该透镜具有76.2度的FOV，图像高度为6.97mm，其比CMOS传感器尺寸稍大，并且意味着CMOS传感器容易安装到透镜模块。CRA小于33.4度;期望光学器件和COMS之间的良好耦合。可以使用点图，MTF，曲率和失真，侧向颜色，色差焦距偏移和相对照度来评估透镜设计。光斑尺寸的RMS半径应小于像素尺寸的三倍（Yu8），对于该设计，它为3.36微米。所有场的RMS点如图2所示。场1至6（FOV0.000至

10、FOV0.787）的RMS光斑半径分别为2.545m，2.761卩m，2.662m，2.856m，2.337m和2.091m,远小于CMOS传感器的成像需要，同时场7的光斑尺寸的半径（FOV0.92）为5.641m,场8（FOV1.0）的光斑尺寸的半径为4.985m，非常接近这种需要，也就是说整个FOV可以非常清晰地成像。表2镜头配置数据Surf:typmRadiusThickriESEGlassSmii-dlFa-mp+tCCULCOBIStandardTnfiniH.5-Twfinirf3.900EiTOEvenasphere3.1?41.413S48R1.芦4.1312Evenasphe

11、re-3.115O.C-211.2331.6043SphEric-2.2520.445S356A1.2190.0'Xi4SpihEdc-9.Q570J121J460.000Etehasphere-4.31.378S48R1.4094.S6E15Evenasphere-2.4430.9381.S23-1.2C4Evem.asphere-2.3100.35E48R2.167-8.7898Evenasphere-艮辽0.3003.1741.6419Btazdard!TrifinilTir0.313EK：32220.00313Btazdard!Infinitv0.20033440.003Sta

12、ndard!Infinitv0.000表3每个相应表面的非球面系数AspbEii亡coefzABCDEFGHSTQEi?ezi韭吐尿050-0.015-5.30B4)03-3.136E-O03-3.048E-CO30.0000.0000.0002Ei-aEasphere-0.Q45-3.015-0.0123.559E-003-2.O45EX)03o.ooc0.0009.9CO3EiiaEphereDjXO0.0000.03C0.000O.COOo.ooc-3.0C0O.OW斗EeesphereC'.C<'0O.OCQC'.L'O'?0.000O.C

13、OQ100'?斶3Q.OCKEvensphere-0.033-l.O72E&3-?,4(52E-0C3-4.413E-0C41：OC-o.owO.OC<|6Evenasphera-0.06G9.480BflK-2.006E-003-9.711E-3C4-J-576E-CCM.665EO3O.OC'O0.003TEvedasphare-0.101-5.M0E邂1.653E-003-：.7S6E-0C33.519E-0C44.05IE-002-9.441L-0050.0008Evmsphere0.196-0.012LO3OE-4JO3386E-007-_956E0D6

14、-4.296E-0075.719008-5.S74E-010IHYDCrT!f-SMN纠皿则口裤i|L|K门口.晦臼抑4IWALAJfjAjINfirw5NTLIMJM阳IMELAFIXkl.MU«ILlHlt»-lln-sIVWiI-M：-iMl>i'J.V；i4SIOFI6图11650万像素手机相机镜头布局IftnIbLAtiKAMId:Uf|.|.sin.l：CAMRIiAUINIi-111JIJiiJ¥3lN4>iJMAlEl|iHFl世.口i2i.<$i*?wHW*HA|川吟UM【M3比K51、附1rmi5641鈕口讯片LHlH

15、?J71l.Wn啦*+lr>.M4川"11%*讯MJALEBAR411NmRlUfE：ni'IILHRAVNl'fci"MHJtUM.CPIM6RHF冋(W图21650万像素手机相机镜头点图MTF是评估镜片成像性质的综合标准。在该设计中，中心场在223lp/mm的MTF值为53.4，在446lp/mm下为21.4。对于FOV0.8区，223p/mm的MTF值在矢状面中大于37.6，在切平面大于32.6，在446lp/mm处，在矢状面中MTF值大于14%，大于2%在切平面。MTF曲线如图3所示。镜片的曲率和畸变如图4所示;在图4中示出透镜具有低场曲率;它

16、在0.05以内，远远小于成像需要0.1，并且失真小于2%。它满足设计需要。±1LE：±MSSX5PA.T1A.E.rREQUEKCVINCYCLESPER閘显II-口Lf.+JL.glg.Q.dO.0.O.CI.POLYCIBROMATM：DIFFRACTJCNMITKAmMC'AHLLLPhJI；：I时ETHEJM3C»1014UAlJkFEJR<JJlW'ilfifl£il>pdT|SLftFACfjIM.4GENEWi*5MrUAPIXEI.WBILE卩I1CJNEUj：NS.-i-iMAicXJZMKtOKiiGuHA

17、rLh|.0#|图31650万像素手机相机镜头的MTF曲线M1LLI时出ITEIFFRCENTFtELDCURVATURE'F-TANlTHETA)DISTORTIONl&SMPIJtLLSklOllBLEI-HClNECA.M.ERALENS-TWDH2<J*MXXIMUMFIEU1351HROQDBCrltEESWAW-LE.WGTIIS:D4Rfi&.65CNEWPJ3(ELMO&ILEPHONELENS-rCKAl-OUT.ZMKCONFKURATCON1-OFI图416.5M像素手机相机镜头的场曲和畸变透镜的横向色彩和色差焦点偏移揭示了该16.5

18、M像素移动电话摄像机镜头的几乎衍射限制的设计。它们分别示于图5和图6中。在图5中，最大场的横向1650万像素手机照相镜头的设计颜色在艾里斑内，这意味着衍射限制设计。在图6中还指出，透镜的色焦点偏移在衍射限制内。应检查镜头的相对照明;在图7中可以看出，相对照明值的最小值为40。自动增益控制电路和自动平衡控制电路都可以保持图像的均匀亮度。结论是这种设计的1650万像素手机相机镜头可以满足设计需要。MEWl*5-MEGAPIXELMOBILEPWOWILIlK；J1h1.OLJTIMKCONFIC；LKATimIOfI图5一个1650万像素手机相机镜头的横向颜色0.561一wn-CA2Z2尸ti.5

19、42O52D?OMI1圧一二一.ihr一0.G&32rOCuU.SHIFTINilttiCHROMATICFOCALEHCFTU$.旨MTJXEL5WOTrLEHSQNECAMERALCMSHJKDl-ig2X)94M.(LXMUMFOCALgHLPTRANGE:J.WlfiMpmDI-priUCTIONLIMITEDRAMGlj-I4T0JmnJMJPILZONEjo.oomNEW1155-MtGiAPIXELMOBCLE?HOKElENS-FINAL-OUTMKCONF1GUKATIONLOF1IlMlYJ'IBL&JNL>P6kljSRHI.AT1VEN.I

20、JJMINATIONSMPIXlUJSManiLLRHONECAMIlftA.IJLliS怦咏41414lil'WI1X!IIMOI1191IHKINI1LlNMliMALVT.ZMtaWFlQUUTOIT|Of1图71650万像素手机相机镜头的相对照度最后，进行公差分析，结果表明允许半径，厚度偏差为5pm,偏心偏差为10pm,倾斜度为0.2度。在表2中还示出，塑料片的最小厚度为0.354mm，这意味着可以期望用于大规模生产塑料透镜元件的精密注塑成型。为了容易的生产考虑，用于该设计的玻璃元件被设置为标准球面。总之，这款1650万像素的手机相机镜头是一个实用的设计4.结论通过使用Zemax，设计了一个1650万像素的手机相机镜头。该镜头由3个塑料非球面透镜，一个玻璃球面透镜和一个红外玻璃过滤器组成。来自Omnivision的OV16850的像素尺寸为1.12微米，用作图像传感器。该透镜的有效焦距为4.483mm，F数为2.50，视场(FOV)为76.2度，总长度为5.873mm