800 万像素手机镜头的zemax设计
800万像素手机广角镜头设计
（ １ ． 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ３ ３ ； ２ ． 中国科学院大学， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
摘要 ： 为了满足市场对高像素手机广角镜头 的需求 ， 设计出一款 ８ ０ ０万像 素大相对孔径的手机广角镜 头。该手机镜 头 由 ４片塑料非球面透镜和 １片红外滤光片组成 ， 镜头的光圈值 Ｆ为 ２ ． ４ ５ ， 视场角 为 ８ ０ 。 ， 采用 Ｏ ｍ ｎ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ公 司的 ０ Ｖ ８ ８ ５ ０型
ＬＩ Ｈａ ｎ ｇ ｒ， ＹＡＮ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ． ｘ ｉ ａ ｎ ｇ
（ １ ． Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ， Ｆ ｉ ｎ ｅ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ，
Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ３ ３， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ；
２ ． Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第 ７卷
第 ３期
中 国光 学
Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ
Ｖ０ Ｉ ． ７ Ｎｏ． ３
２ ０ １ ４年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ４
文章 编 号
２ ０ ９ ５ — １ ５ ３ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ ４ ３ ４ ５ ６ － ０ ６
zemax自聚焦透镜设计
目录摘要 (I)Abstract .......................................................................................................................................... I I 绪论 . (1)1 自聚焦透镜简介 (2)1.1自聚焦透镜 (2)1.2 自聚焦透镜的特点 (2)1.3 自聚焦透镜的主要参数 (3)2 自聚焦透镜的应用 (4)2.1 聚焦和准直 (4)2.2 光耦合 (5)2.3 单透镜成像 (6)2.4 自聚焦透镜阵列成像 (6)3 球面自聚焦透镜设计仿真 (7)3.1 确定透镜模型 (7)3.2 设置波长 (7)3.3数值孔径设定 (8)3.4 自聚焦透镜光路 (8)4 优化参数 (9)4.1光线相差分析 (9)4.2聚焦光斑分析 (10)4.3 3D模型 (10)结束语 (11)致谢 (12)参考文献 (13)摘要本文主要说明应用梯度折射率对光传播的影响分析设计自聚焦透镜（GRIN lens），自聚焦透镜主要应用于光纤传输系统中。
自聚焦透镜同普通透镜的区别在于，自聚焦透镜材料能够使沿轴向传输的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。
利用此特性，G-lens 在光纤传输系统中是构成准直、耦合、成像系统的主要部分。
而它结构简单，体积小的特点更适用于小型光学器材中，例如窥镜系统。
关键词：梯度折射率，自聚焦，光耦合，准直AbstractThis article main showing the impact analysis designs the self-focusing lens using the gradient refractive index to the light emission (GRIN lens), the self-focusing lens mainly apply in the optical fiber transmission system. The self-focusing lens lie in with the ordinary lens' difference, the self-focusing lens material can cause along the axial transmission light to have the refraction, and causes the refractive index the distribution to reduce gradually along the radial direction, thus realizes the exit ray by smooth and the continual gathering to a spot. Using this characteristic, G-lens in the optical fiber transmission system is the constitution collimation, the coupling, imaging system's main part. But its structure is simple, the volume small characteristic is suitable in the small optics equipment, for example looking glass system.Keywords:Gradient index, GRIN lens, Light coupling,Collimation绪论自聚焦透镜体积小，重量轻，具有准直和聚焦作用，且耦合效率高。
800 万像素手机镜头的zemax设计
800 万像素手机镜头的zemax设计2012.03.13 评论关闭 4,757 views目录[隐藏], 1引言, 2, 感光器件的选取, 3, 设计指标, 4, 设计思路, 4.1,(, 材料选取, 4.2,(, 初始结构选取, 4.3,(, 优化过程, 5, 设计结果, 5.1,(, 光学调制传递函数, 5.2,(, 点列图, 5.3,(, 场曲和畸变, 5.4,(, 色差和球差, 5.5,(, 相对照度, 6, 公差分析, 7, 结论随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大，利用,,,,,光学设计软件设计一款大相对孔径,,,万像素的广角镜头。
该镜头由,片非球面玻璃镜片，,片非球面塑料镜片，,片滤光镜片和,片保护玻璃构成。
镜头光圈值,为,(,,，视场角,ω为,,?，焦距为,(,,,,，后工作距离为,(,,,。
采用,,,，,, 公司的,,,,,,,型号,,,万像素传感器，最大分辨率为,,,,×,,,,，最小像素为,(,μ,。
设计结果显示:各视场的均方根差(,,,)半径小于,(,μ,，在奈奎斯特频率,,,处大多数视场的,,,值均大于,(,，畸变小于, ,，,, 畸变小于,(, ,。
关键词:手机镜头;光学设计;,,,万像素;,,,,,引言手机镜头的研发工作始于,,世纪,,年代，世界上第一款照相手机是由夏普,,,,,,(现在的日本沃达丰)在,,,,年推出的,,,,,手机，它只搭载了一个,,万像素的,,,,数码相机镜头。
随后各大手机知名制造厂商纷纷开始研发手机摄像功能。
,,,,年,月,,日夏普制造了,,,万素的,,,,,，目前照相手机的市场占有率几乎是,,,,，特别是带有高像素,,、,,、,,、,, 的镜头就成为镜头研发的热点,,,。
目前,,,万像素的手机市场占有率还不是太多，但随着人们对高端手机的需求量越来越大，,,,万像素手机肯定是主流趋势。
鉴于此，在选用合理初始结构的基础上，优化出了一款,,,万像素的手机镜头。
设计实例zemax设计照相物镜详细过程61页PPT
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39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
设计实例zemax设计照相物镜详细过 程
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13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
Байду номын сангаас
基于ZEMA的手机摄像镜头设计
基于ZEMA的手机摄像镜头设计1. 本文概述本研究论文旨在探讨基于ZEMA（假设为一种先进的光学设计与仿真技术）的手机摄像镜头设计方法与实践应用。
随着移动通信技术的飞速发展和智能手机摄像头功能需求的不断提升，对微型化、高性能摄像镜头的研发提出了更高的要求。
ZEMA作为一款创新的光学设计解决方案，通过精确模拟光路传播、优化像差校正以及改进镜头结构布局，有效地助力了新一代手机摄像镜头的设计挑战。
本文首先介绍ZEMA技术的基本原理及其在镜头设计中的核心优势，随后分析其在手机摄像镜头小型化、高分辨率、大光圈及广角拍摄等关键技术指标上的具体应用策略。
进一步地，我们将深入探讨采用ZEMA设计并优化的手机摄像镜头实例，展示其相较于传统设计方法所实现的技术突破与性能提升。
本文还将展望基于ZEMA技术的手机摄像镜头在未来发展趋势和可能带来的行业变革。
通过这一系列详尽的研究与讨论，我们旨在为手机摄像技术领域提供有价值的参考和启示，推动行业的技术创新与发展。
2. 技术在手机摄像镜头中的应用原理随着科技的不断进步，手机摄像镜头的设计和应用已经达到了一个新的高度。
在本章节中，我们将探讨几种关键技术及其在手机摄像镜头设计中的应用原理。
光学设计是手机摄像镜头的核心。
通过使用Zemax (ZEMA) 软件，设计师可以模拟和优化镜头的光学性能，包括分辨率、对比度和色彩还原等。
ZEMA软件的强大功能使得设计师能够精确计算光线在镜头中的传播路径，以及如何通过改变透镜的形状、大小和材料来优化成像质量。
图像稳定技术对于减少摄像过程中的手抖影响至关重要。
现代手机摄像镜头通常采用光学防抖(OIS)或电子防抖(EIS)技术。
OIS通过在镜头模组中加入可移动的组件来物理稳定图像，而EIS则通过软件算法在捕捉图像后进行补偿。
这两种技术的应用大大提升了拍摄稳定性，尤其是在低光环境下或长焦距拍摄时。
再者，多摄像头系统的设计允许手机在不同的焦距和视角下进行拍摄。
zemax焦距设置原理
zemax焦距设置原理Zemax焦距设置原理Zemax是一种光学设计软件，用于模拟和优化光学系统。
在使用Zemax进行光学设计时，焦距设置是一个非常重要的步骤。
焦距是描述透镜或光学系统聚焦能力的参数，它决定了成像的清晰度和位置。
正确设置焦距可以使光学系统达到预期的成像效果。
在Zemax中，焦距设置主要通过以下几个步骤实现：步骤一：定义物方和像方的位置在光学设计中，物方是光线传播的起始点，像方是光线传播的终点。
在Zemax中，需要先定义物方和像方的位置。
物方通常定义为光源的位置，像方则定义为成像平面的位置。
步骤二：选择合适的透镜类型和参数根据设计需求，选择适当的透镜类型和参数。
透镜的类型包括凸透镜、凹透镜、棱镜等，每种透镜都有其特定的光学参数，如曲率半径、折射率等。
根据设计的需要，选择合适的透镜类型和参数。
步骤三：确定透镜的位置和方向在Zemax中，需要确定透镜的位置和方向。
透镜的位置确定了光线传播的路径，透镜的方向确定了光线的折射和偏折情况。
通过调整透镜的位置和方向，可以改变光线的传播路径和聚焦效果。
步骤四：设置物方和像方的直径在Zemax中，需要设置物方和像方的直径。
物方的直径决定了光线束的大小，像方的直径决定了成像的清晰度。
通过调整物方和像方的直径，可以控制光线束的大小和成像的清晰度。
步骤五：优化焦距在Zemax中，可以通过优化功能来自动调整焦距，使得成像效果最佳。
优化过程是根据设计需求和约束条件，通过改变焦距来寻找最优解。
通过不断优化焦距，可以使光学系统达到设计要求的成像效果。
总结：Zemax焦距设置原理是通过定义物方和像方的位置，选择适当的透镜类型和参数，确定透镜的位置和方向，设置物方和像方的直径，以及优化焦距来实现的。
正确设置焦距可以使光学系统达到预期的成像效果。
在使用Zemax进行光学设计时，合理设置焦距是非常重要的一步。
通过上述步骤，可以有效地优化光学系统的焦距，从而获得清晰、准确的成像效果。
手机镜头常用光学塑胶zemax玻璃库的设置和材料实用简介
手机镜头常用塑胶材料简介一下容原创，请注明出处1，高折射率王者“OKP-1”拥有顶尖的高折，在前一个通用的成功材料OKP4HT的基础上，改进降低了双折射，改善了脱模效果和流动性。
和系厂都在使用，2014年上半年，才开始推大陆市场。
价格和OKP4HT 差不多。
本人看好的材料。
2，经典的高折贵族“OKP4HT”塑胶材料的高折一族，稀缺的高折和较好的成型效果使其价格一直维持高昂。
双折射较差，是已经大规模实用过的材料，现在仍然在大量运用中。
3，OKP系列的奠基者“OKP4”拥有较好的双折射和成型特性，但折射率在OKP系列里偏低。
不少设计都会实用到。
4，持续改进的智者“APL5514DP，APL5514ML，APL5514CL”APEL系列的塑胶材料都拥有优秀的透过率，流动性，低双折射。
以及大约OKP系列1/3~1/4的价格优势。
所以APEL的竞争力很大，每天都有大量的APL系列塑胶被镜头厂实用。
另外DP-ML-CL持续改善的系列产品都具有相似的折射率，所以替换起来很方便。
5，黑马材料“EP5000”大阪瓦斯的EP5000从出道就针对OKP4HT，它与OKP4HT拥有极其接近的折射率。
同时拥有更好的流动性和超低的双折射，还具有比OKP4HT稍低的价格。
所以EP5000迅速抢占了OKP4HT的市场，这才逼的三井化学出OKP1。
EP5000，我做设计优选的材料。
6，力深厚的高僧“E48R”ZEONEX的看家材料，从330R，480R一路发展起来。
低双折射，低吸水率，耐高温，不易附静电，外观容易保持。
早已经被大规模使用起来了，通常被设计在对外观要求较高的最后一片镜片。
APL系列和其有类似的价格和相差不远的折射率，可想相互替代设计，但APL的外观效果通常没有E48R优异。
强烈推荐的材料。
7，超凡脱俗的高僧“K26R”K26R是E48R的升级版本，略微提高了折射率，继承了E48R的各种优异特性，进一步改善了成型的流动性和脱模效果。
800万像素手机广角镜头设计
800万像素手机广角镜头设计李航;颜昌翔【摘要】为了满足市场对高像素手机广角镜头的需求，设计出一款800万像素大相对孔径的手机广角镜头。
该手机镜头由4片塑料非球面透镜和1片红外滤光片组成，镜头的光圈值F为2.45，视场角为80°，采用Omnivision公司的OV8850型号800万像素CMOS图像传感器，最大分辨率为3280 pixel ×2464 pixel，CMOS图像传感器的像素尺寸为1.1μm，奈奎斯特频率为454 lp／mm。
设计结果显示，镜头在1／2奈奎斯特频率处，0.7视场内的MTF值均大于0.48，全视场的MTF值大于0.38；在奈奎斯特频率处，0.7视场内的MTF值大于0.15；最大畸变小于2％，因此可获得优良的成像质量。
%In order to meet the requirement of mobile phone market on the wide-angle and high-pixel mobile phone lens , a wide-angle and 8 mega-pixel mobile phone lens is designed .The mobile phone lens are com-posed of 4 plastic aspheric lens and an IR filter , and the F-number is 2.45 and FOV is 80.The sensorOV8850 made by Omnivision with 8 mega pixels, maximum resolution of 3 280 pixel ×2 464 pixel, pixel size of 1.1μm, and Nyquist sampling frequency of 454 lp/mm.The design result shows that the MTF value is lar-ger than 0.48 at 1/2 Nyquist sampling frequency in the 0.7 fields of view ( FOV) , and the MTF of FOV is lar-ger than 0.38 .The MTF value in 0.7 FOV is larger than 0.15 at Nyquist sampling frequency and the distor-tion is less than 2%.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】6页(P456-461)【关键词】手机镜头;光学设计;ZEMAX;800万像素;广角【作者】李航;颜昌翔【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033; 中国科学院大学，北京100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TP394.1;TH691.91 引言自2000年日本夏普公司推出全球首款照相手机以来，照相手机受到市场的极大欢迎［1］。
变焦镜头zemax'优化设计教学 实例
设罝多组态变数 设罝编辑器内所有项目为MCE变数。 (Ctrl+Z)
在LDE，也设罝所有透镜的曲率与 厚度为变数。
建立多组态优化函数
• 开始建立默认的优化函数 (Default merit Function)。开 启MFE(功能键F6)，在MFE 主选单挑选Tools\Default Merit Function
定义多组态透镜
• MC的参数将设罝于多组态编辑器 (Multi-Configuration Editor(MCE))。 选择编辑器(Editor)，然后从主选 单列中挑选多组态(MultiConfiguration)，开启MCE（或使 用功能键F7）。
• 从MCE主选单列中挑选Edit，然后 插入组态(Insert Config)两次。现 在MCE将有三行组态。只有被键 入进MCE的参数才会在组态间有 所差异。没有被键入进MCE的参 数将保持为定值。
Байду номын сангаас
• 允许所有透镜个别设罝MC参数为 MC变数。将游标移至MCE，按下 「Insert」键三次。现在MCE有四 个列。这些将被设罝为表面3、4、 7以及10的厚度。
键入多组态参数
• 键入参数。将游标置于MCE的最 左行的第一列并且按下左键。这将 开启多组态操作数1(Multi-Config Operand 1)的对话框。用来设罝表 面三的厚度。以下是键入资料的快 速方式。
• 5、透镜间距：中心与边缘距离必 须大于1 mm； • 6、视场角度：近轴像高为0、15.1、 21.6 mm（针对35 mm的胶片）； • 7、波长范围：F、d、C（可见光 波段）。
设罝系统参数
• 开启系统(System)，一般(General) 对话框。 • 1、在孔径标签(Aperture Tab)： • 孔径类型：入瞳直径 • 孔径值：25 mm • 按下「确认」。
【VIP专享】800 万像素手机镜头的zemax设计
３．３．２
对于手机照相光学系统来说，一般相对照度越大越好，随着视场的增大，将导致出射主光线的角度也越来越大，这样就会使相对照度下降，一般来说，全视场相对照度大于０．５即可。
在本系统中，由于具有大相对孔径，在全视场相对空间为
０．４５，虽没有达到０．５的要求，但也能满足拍摄需要，如图９所示。
５ 公差分析
好的光学系统不仅要有良好的像质和结构指标，更要考虑到现代加工工艺水平，加工工艺水平决定了系统公差的大小，所以在设计阶段要充分考虑到系统的公差大小。
如果系统容忍的公差很小，就有可能就超过现代加工工艺，最终导致加工失败。
非球面玻璃和塑料镜片可以采用模压成形技术，模压成形技术的光学元件直径为２ｍｍ～５０ｍｍ，直径公差
±０．０１ｍｍ，厚度为０．４ｍｍ～２５ｍｍ，厚度公差为±０．０１ｍｍ，面形精度可达到１．５λ。
经过对系统公差进行分析，确定设计公差都在加工工艺能达到的范围内。
６ 结论
通过对镜头的优化，得到了一款像质较好的８００万像素的手机镜头，整体结构紧凑，透镜厚度均大于０．６ｍｍ，便于加工铸造。
其焦距为４．２５ｍｍ，有较大的后工作距离（０．５ｍｍ），两片载薄片对镜头起到一个很好的保护和滤光作用，其具有较大的相对孔径１／２．４５，进光量是一般手机的１．３
倍［５］，这样保证了在光线不好情况下手机的拍摄效果。
其光学总长为７ｍｍ，畸变小于２％，ＴＶ畸变小于０．３％，像面主光线出射角度小于２５°，像面８０％能量集中在２μｍ范围内。
综合来说，此镜头满足实际生产要求。
ZEMAX光学成像设计实例---ZEMAX基础实例-变焦镜头设计
引言● 在我们要求具焦的能● 所谓变同范围变焦距● 由于一是使用大家通变焦镜头我们知道说一个系统大小、视场I 为像高im变焦镜头对孔径保持变焦时采取通过改变ZE 们成像镜头设具备变焦的能能力便可以应变焦，即镜头围景物的成像距来改变拍摄一个系统的焦用类似定焦镜通过举一反三头设计原道，设计好的统的接收面尺场和焦距三者mage, f 为焦头的变焦倍数持不变，但对取相对孔径（变镜片与镜片焦EMAX 设计要求中，能力，如CCT 应用于多种环头的焦距在一像。
我们通常所摄范围，因此焦距在某一范镜头的分析优三的练习可掌理介绍：的一组镜头如寸大小是固定有如下关系焦距，theta 为数为长焦距和于实际的高变即F/#)也跟片之间的间隔焦距变化，视角相应改变X 基础通常分两种：TV 监控镜头，环境条件，放大定范围可调节所说的变焦镜此非常利于画面范围可变，相当优化方法，本节掌握变焦镜头在如果变化镜片定不变的(像： 为视场角度。
和短焦距比值变倍比系统，跟随变化的方隔达到设计的视场变础实例-：定焦镜头与，红外探测镜大缩小或局部节，通过改变镜头一般指摄面构图。
当于由无数多节我们将带领在ZEMAX中片与镜片之间像面:CCD 或。
如下图所不值，也称为“，由于外形尺方案。
的焦距要求，变焦镜与变焦镜头。
镜头，摄影镜部特写，这是变焦距从而改摄像镜头，即多个定焦系统领大家使用Z 中的设计优化间的空气厚度COMS 或其它不:“倍率”。
理尺寸不希望过当系统的入镜头设成像镜头在镜头，双筒望是一个定焦镜改变系统视场即在不改变拍统组成的。
我ZEMAX 来设计化方法。
度，镜头的焦它探测面)，理论定义下，过大或二级光入瞳直径D 固设计在很多实际应望远镜等等，镜头所无法完场大小，达到拍摄距离的情我们在设计变计一个完整的焦距会随之变在基础光学在变焦过程光谱校正等问固定时，即系像面尺寸相同应用中通常也镜头具备变完成的。
到不同矩离不情况下通过改变焦镜头时也的变焦镜头，变化。
基于ZEMAX的照相物镜的设计_课程设计
燕山大学课程设计说明书题目：基于ZEMAX的照相物镜设计学院（系）：电气工程学院年级专业： 10级仪表三班燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系摘要 (1)第一章简述照相物镜的设计原理和类型 (2)第二章设计过程 (4)2.1根据参数要求确定恰当的初始结构 (4)2.2优化设计过程 (5)2.3 优化结果像差结果分析 (8)第四章课设总结 (13)参考文献人们早就有长期保存各种影像的愿望。
在摄影技术尚未发明前的公元四世纪时，人们按投影来描画人物轮廓像的方法达到了全盛时代，至今这种方法仍然作为剪纸艺术流传着。
后来，人们让光线通过小孔形成倒立像，进而将小孔改为镜片，并加装一只暗箱。
只要在暗箱底板上放一张纸，不仅可以画出轮廓，还可以画出像上的各个部分。
这就形成了照相机的机构雏形。
随着科学技术的发展，照相机的发展日益迅速，有着显著的飞跃。
照相物镜是照相机的眼睛，它的精度和分辨率直接影响到照相机的精度与成像质量。
要保证所设计的照相物镜达到较高的技术要求，在设计时就必须达到更高的精度与分辨率。
本文所讨论的照相物镜，它主要采用后置光阑三片物镜结构，其中第六面采用非球面塑料，其余面采用标准球面玻璃，应用ZEMAX软件设计了一组焦距f '= 15mm的照相物镜,相对孔径D/ f’=2. 8,镜头总长为15.1366mm，整个系统球差0.000192，慧差0.000432，像散0.002716。
完全满足设计要求。
关键字：照相物镜ZEMAX 设计第一章 简述照相物镜的设计原理和类型照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。
即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。
照相物镜的焦距决定所成像的大小 Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为y ’=(1-ωβtan ')f (1-1)式中，β为垂轴放大率，ll y y ''==β。
对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以lf '=β Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为y ’=ωtan 'f （1-2） 因此半视场角ω=atan''f y （1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准：表1-1相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频Nλλu f D N ==（1-4）照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度E’=1/4πLτ(D/f’)2 (1-5) 照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。
Zemax软件设计教程
Surface Type
1.提供了近60种的光学曲面面形， 主要类型有： 平面、球面、标准二次曲面、非 球面、光锥面、轮胎面、折射率 渐变面、二元光学面、光栅(固 定周期和变周期)、全息衍射元 件、Fresnel透镜、波带片等。 2.还提供了User Defined Surface。 用户只需要按照它的语法规定， 用C++语言编写DLL文件与 ZEMAX相连接就可以建立自己 需要的面形。
VDX,VDY,VC X,VCY,VAN 是用来设置渐 晕因子的
Wav
ZEMAX最多允许定义12个波长，必须指定参考波长，可以根据不同波 长的重要性，设定不同的权重。 波长的单位为微米。 Select-〉功能可以选择多种默认的波长
Lens Data Editor
一定存在的3个表面：OBJ、STO和IMA 可以随意插入更多的表面 每个表面都包括的数据有：表面类型、注释、曲率半径、厚度、玻璃 牌号、表面的半口径、二次常数、保留的参数0-12、热膨胀系数和膜 层参数
在这里定义光源、光学对象、探测器
Editors
1. 镜头数据编辑器（Lens Data Editor）
1. 插入/删除面数据（Insert/Delete Surface0), 2. 输入面注释（Entering Surface Comments), 3. 输入半径数据（Entering Radius Data） 4. 输入厚度数据（Entering Thickness Data） 5. 输入玻璃数据（Entering Glass Data） 6. 输入半径数据（Entering Semi-Diameter) 7. 输入二次曲面数据（Entering Conic Data） 8. 确定光阑面（Defining the Stop Surface）、
zemax设计实例之手机镜头
zemax设计实例之手机镜头2012.03.13 评论关闭4,757 views随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大，利用Ｚｅｍａｘ光学设计软件设计一款大相对孔径８００万像素的广角镜头。
该镜头由１片非球面玻璃镜片，３片非球面塑料镜片，１片滤光镜片和１片保护玻璃构成。
镜头光圈值Ｆ为２．４５，视场角２ω为６８°，焦距为４．２５ｍｍ，后工作距离为０．５ｍｍ。
采用ＡＰＴＩＮＡ公司的ＭＴ９Ｅ０１３型号８００万像素传感器，最大分辨率为３２６４×２４４８，最小像素为１．４μｍ。
设计结果显示：各视场的均方根差（ＲＭＳ）半径小于１．４μｍ，在奈奎斯特频率１／２处大多数视场的ＭＴＦ值均大于０．５，畸变小于２％，ＴＶ畸变小于０．３％。
关键词：手机镜头；光学设计；８００万像素；Ｚｅｍａｘ引言手机镜头的研发工作始于２０世纪９０年代，世界上第一款照相手机是由夏普ＪＰＨＯＮＥ（现在的日本沃达丰）在２００１年推出的ＪＳＨ０４手机，它只搭载了一个１１万像素的ＣＯＭＳ数码相机镜头。
随后各大手机知名制造厂商纷纷开始研发手机摄像功能。
２００３年５月２２日夏普制造了１００万素的ＪＳＨ５３，目前照相手机的市场占有率几乎是１００％，特别是带有高像素２Ｍ、３Ｍ、５Ｍ、８Ｍ的镜头就成为镜头研发的热点［１］。
目前８００万像素的手机市场占有率还不是太多，但随着人们对高端手机的需求量越来越大，８００万像素手机肯定是主流趋势。
鉴于此，在选用合理初始结构的基础上，优化出了一款８００万像素的手机镜头。
１感光器件的选取感光器件有ＣＣＤ（电荷耦合器件）和ＣＭＯＳ（互补金属氧化物半导体）两种。
ＣＭＯＳ器件产生的图像质量相比于ＣＣＤ来说要低一些，到目前为止，大多数消费级别以及高端数码相机都使用ＣＣＤ作为感光元件；ＣＭＯＳ感应器则作为低端产品应用于一些摄像镜头上，目前随着ＣＭＯＳ技术的日益成熟，也有一些高端数码产品使用ＣＭＯＳ器件。
ＣＭＯＳ相对于ＣＣＤ有很多优点，比如价格低、集成化程度高、体积小、质量轻、功耗低、无光晕、高读出速率等［６］。
800万像素手机镜头的设计
800万像素手机镜头的设计李广;汪建业;张燕【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)003【摘要】The high-pixel mobile phone camera is demanded with the development of mobile phone market. An 8 mega-pixel lens system with large relative aperture and large field of view (FOV) is designed with Zemax. The system includes one glass aspheric lens, three plastic aspheric lenses, an IR cut filter and a sensor cover glass. The F-number is 2. 45 and FOV is 68°, the effective focal length and back focal length are 4. 25 mm and 0. 5 mm respectively. The sensor MT9E013 have 8 mega pixels which is made by APTINA, the maximum resolution is 3264 x 2448 and the minimum pixel is 1. 4 μm. The design result shows that RMS spot radius at different fields are less than 1. 4 μm,the MTF value is more than 0. 5 i n most fields of view at 1/2 Nyquist sampling frequency. Distortion is less than 2％, and TV distortion is less than 0.3％.%随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大,利用Zemax光学设计软件设计一款大相对孔径800万像素的广角镜头.该镜头由1片非球面玻璃镜片,3片非球面塑料镜片,1片滤光镜片和1片保护玻璃构成.镜头光圈值F为2.45,视场角2w为68°,焦距为4.25 mm,后工作距离为0.5 mm.采用APTINA公司的MT9E013型号800万像素传感器,最大分辨率为3 264×2 448,最小像素为1.4μm.设计结果显示:各视场的均方根差(RMS)半径小于1.4 μm,在奈奎斯特频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5,崎变小于2%,TV 畸变小于0.3%.【总页数】6页(P420-425)【作者】李广;汪建业;张燕【作者单位】中国科学院,安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气成分与光学重点实验室,安徽,合肥,230031;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气成分与光学重点实验室,安徽,合肥,230031;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气成分与光学重点实验室,安徽,合肥,230031【正文语种】中文【中图分类】TN942.2【相关文献】1.结构简洁的800万像素手机镜头优化设计 [J], 汤备;陈丽;刘峰;何贤飞2.基于Code V的800万像素手机摄像镜头设计 [J], 彭雪峰3.800万像素折衍混合式手机镜头设计 [J], 惠彬;刘雁杰;李景镇;吴庆阳4.800万像素超薄非球面手机镜头设计 [J], 邱鑫;王艳5.一款超薄800万像素手机镜头的设计 [J], 杨周;阳慧明;丁桂林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
zemax课程设计_手机镜头设计
zemax课程设计_手机镜头设计一、教学目标本课程的目标是让学生掌握手机镜头设计的基本原理和Zemax软件的使用技巧。
知识目标包括了解手机镜头的基本结构、光学原理和设计流程，以及掌握Zemax软件的基本操作和功能。
技能目标包括能够使用Zemax软件进行手机镜头的设计和优化，以及能够分析并解决设计过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标包括培养学生的创新意识和团队合作精神，提高他们对光学科技的兴趣和热情。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括手机镜头的基本原理、设计流程和Zemax软件的使用。
首先，将介绍手机镜头的基本结构和工作原理，包括光学镜头的焦距、光圈、像距等基本概念。
然后，将讲解手机镜头的设计流程，包括需求分析、光学设计、光学仿真和生产制造等步骤。
最后，将介绍Zemax软件的基本操作和功能，包括光学镜头的设计、仿真和优化等。
三、教学方法为了实现课程目标，将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法和实验法。
首先，将通过讲授法向学生传授手机镜头的基本原理和设计流程，以及Zemax软件的基本操作和功能。
然后，将通过案例分析法让学生分析并解决实际设计过程中遇到的问题，提高他们的分析和解决问题的能力。
最后，将通过实验法让学生亲手操作Zemax软件，进行手机镜头的设计和优化，提高他们的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容的实施和教学方法的应用，将准备多种教学资源。
教材方面，将选用《手机镜头设计》一书，作为学生的主要学习材料。
参考书方面，将推荐《光学设计手册》等书籍，供学生深入研究。
多媒体资料方面，将制作PPT课件和教学视频，帮助学生更好地理解和掌握课程内容。
实验设备方面，将准备Zemax软件的安装环境和相关实验设备，让学生能够进行实际操作和实验。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试三个部分。
平时表现主要评估学生的课堂参与和提问，占课程总评的30%。
作业包括课后练习和项目设计，占课程总评的40%。
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800 万像素手机镜头的zemax设计2012.03.13 评论关闭4,757 views•1引言•2１感光器件的选取•3２设计指标•4３设计思路• 4.1３．１材料选取• 4.2３．２初始结构选取• 4.3３．３优化过程•5４设计结果• 5.1４．１光学调制传递函数• 5.2４．２点列图• 5.3４．３场曲和畸变• 5.4４．４色差和球差• 5.5４．５相对照度•6５公差分析•7６结论随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大，利用Ｚｅｍａｘ光学设计软件设计一款大相对孔径８００万像素的广角镜头。
该镜头由１片非球面玻璃镜片，３片非球面塑料镜片，１片滤光镜片和１片保护玻璃构成。
镜头光圈值Ｆ为２．４５，视场角２ω为６８°，焦距为４．２５ｍｍ，后工作距离为０．５ｍｍ。
采用ＡＰＴＩＮＡ公司的ＭＴ９Ｅ０１３型号８００万像素传感器，最大分辨率为３２６４×２４４８，最小像素为１．４μｍ。
设计结果显示：各视场的均方根差（ＲＭＳ）半径小于１．４μｍ，在奈奎斯特频率１／２处大多数视场的ＭＴＦ值均大于０．５，畸变小于２％，ＴＶ畸变小于０．３％。
关键词：手机镜头；光学设计；８００万像素；Ｚｅｍａｘ引言手机镜头的研发工作始于２０世纪９０年代，世界上第一款照相手机是由夏普ＪＰＨＯＮＥ（现在的日本沃达丰）在２００１年推出的ＪＳＨ０４手机，它只搭载了一个１１万像素的ＣＯＭＳ数码相机镜头。
随后各大手机知名制造厂商纷纷开始研发手机摄像功能。
２００３年５月２２日夏普制造了１００万素的ＪＳＨ５３，目前照相手机的市场占有率几乎是１００％，特别是带有高像素２Ｍ、３Ｍ、５Ｍ、８Ｍ的镜头就成为镜头研发的热点［１］。
目前８００万像素的手机市场占有率还不是太多，但随着人们对高端手机的需求量越来越大，８００万像素手机肯定是主流趋势。
鉴于此，在选用合理初始结构的基础上，优化出了一款８００万像素的手机镜头。
１感光器件的选取感光器件有ＣＣＤ（电荷耦合器件）和ＣＭＯＳ（互补金属氧化物半导体）两种。
ＣＭＯＳ器件产生的图像质量相比于ＣＣＤ来说要低一些，到目前为止，大多数消费级别以及高端数码相机都使用ＣＣＤ作为感光元件；ＣＭＯＳ感应器则作为低端产品应用于一些摄像镜头上，目前随着ＣＭＯＳ技术的日益成熟，也有一些高端数码产品使用ＣＭＯＳ器件。
ＣＭＯＳ相对于ＣＣＤ有很多优点，比如价格低、集成化程度高、体积小、质量轻、功耗低、无光晕、高读出速率等［６］。
所以很多手机生产商都采用ＣＭＯＳ器件作为手机镜头的图像传感器。
目前ＣＭＯＳ芯片的尺寸越做越小，相应的像素尺寸也越来越小，分辨率反而越来越高。
现在国际上ＣＭＯＳ生产厂家主要有Ａｐｔｉｎａ、Ｏｍｎｉｖｉｓｉｏｎ、ＳＴＭｉｃｒｏ、Ｔｏｓｈｉｂａ等，本文采用Ａｐｔｉｎａ公司的ＭＴ９Ｅ０１３型号７．９４ｍｍ（１／３．２ｉｎｃｈ），该款传感器采用超低功耗技术，待机状态消耗功率小于１５μＷ，在最高分辨率情况下帧速率为１５ｆｐｓ时消耗功率为３２０ｍＷ。
ＭＴ９Ｅ０１３的最高分辨率为３２６４（犎）×２４４８（犞），实际像素值为７９９０２７２，其最小像素尺寸为１．４μｍ×１．４μｍ，有效感光元件对角线尺寸为５．７１ｍｍ，由此可得半视场大小为２．８５５ｍｍ。
为了防止加工装配时的误差导致像面的上下偏转，本设计取半视场大小为２．８６７ｍｍ。
即一个空间周期至少有２个像素，故此ＣＭＯＳ器件所要搭配的光学镜头需要能解析１０００／（２×１．４）ｌｐ／ｍｍ＝３５８ｌｐ／ｍｍ的空间频率［１］２设计指标市场上主流５００万手机镜头的视场角大约为６０°，光圈值为２．８，镜头总长小于１ｃｍ，高像素手机由于传感器件的增大导致像差矫正较为困难，往往都是采用小相对孔径，这样会导致成像光照度不足，成像质量不理想。
本镜头的视场角达到了６８°，达到了广角物镜的要求［２］，光圈值为２．４５，具体参数如表１所示３设计思路３．１材料选取光学塑料是一种透明的非晶体有机高分子聚合物，它具有透光性好，质量轻，成本低，加工简单等优点，但是它也有很多缺点，比如折射率可靠性差，膨胀系数大，表面硬度低，耐热性耐溶性差［２］。
一般手机镜头为了考虑成本多数选用塑料材料，本镜头为了让成像效果更稳定，耐热性耐溶性更好，在第一面镜片上选用ＮＬＡＫ３４，其折射率和阿贝数分别是１．７２９和５４．５，第二、四面镜片选用聚碳酸酯（ＰＯＬＹＣＡＲＢ），其折射率和阿贝数分别是１．５８５和２９．９，第三面镜片选用日本ＺＥＯＮＥＸ公司的Ｅ４８Ｒ材料，其折射率和阿贝数分别是１．５３１、５６．０，第五面镜为Ｋ９的滤光片，滤掉（７００ｎｍ～１０００ｎｍ）的近红外光，第六面为Ｋ９的保护玻璃，其折射率和阿贝数分别是１．５１６和６４．１。
３．２初始结构选取一个好的镜头离不开一个合适的初始结构，如果初始结构选择不当，再经验丰富的设计者也完成不了设计任务。
初始结构的选择有好多种，可以通过设计者的经验利用高斯光学原理创造一个初始结构，但这种方法计算繁琐并且对设计者的像差理论知识和经验要求较高，除此之外也可以通过查阅手册或者查询相关专利来获取初始结构，这种方法比较简单方便，而且能达到理想的设计需求。
８００万像素手机结构无非是４Ｐ、１Ｇ３Ｐ和２Ｇ２Ｐ，本镜头采用的是１Ｇ３Ｐ“正负正负”结构，初始结构参考了视场和光圈与本设计要求相当的美国专利，其视场角２ω为６８°，光圈值为２．４５，光学结构长度７ｍｍ，结构如图１所示。
由６片镜片组成，第一片镜为玻璃材质，二、三、四片为塑料材质，第五第六片为玻璃载薄片，孔径光栏设置在第一片镜前。
３．３优化过程３．３．１像差矫正对于照相镜头，要求有较大的相对孔径，还要有较大的视场。
为了得到大视场除了消除位置色差、球差、彗差外，对像散、场曲、畸变及倍率色差也必须特别注意。
由于ＣＭＯＳ分辨率的限制，照相物镜所成的像无须象目镜系统那样，成像接近理想，往往以像差在像面上形成的弥散斑大小（即能分辨的线对数）来衡量系统的成像质量［３］。
手机镜头的分辨率犖犔应大于ＣＭＯＳ器件的分辨率犖犚＝３５８ｌｐ／ｍｍ，所以手机物镜所允许的弥散斑半径［３］应为Δd＝（１．５～１．２）／NL （１）假设NL＝NR＝３５８ｌｐ／ｍｍ，代入公式（１）可得Δd＝４．２μｍ～３．４μｍ，也就是像面上弥散斑半径最大不能大于４．２μｍ。
手机镜头对于畸变有严格要求，一般控制在２％～３％内，倍率色差也应控制在衍射极限以内。
把初始数据输入到Ｚｅｍａｘ中，发现７种像差都很大，其轴上点视场弥散斑均方根（ＲＭＳ）半径为１２μｍ，轴外点有的甚至达到了１９μｍ，远远大于手机镜头允许的弥散斑直径，如图２所示。
３．３．２优化思路由于采用了非球面，这样大大增加了系统的自由度，理论上可以优化到无数阶，但考虑到加工成本和技术的限制，第一面镜优化到１０阶，第二、三、四面镜优化到１２阶。
优化步骤可分为３步：１）把所有透镜的曲率半径，厚度，间隔，非球面系数设置为可变量，在Ｚｅｍａｘ中加入焦距，系统结构长度限制条件，各个初级像差，主光线出射角和Ｚｅｍａｘ默认的优化函数（评价函数选择ＰＴＶ＋ＳｐｏｔＲａｄｉｕｓ＋Ｃｈｉｅｆ）等限制参数，进行初步优化。
２）通过改变各个参数的权重并加入高级像差参数可得到更好的像质，比减少高级像差，如果高级像差不能矫正，则可以尝试换其他的玻璃来优化，也可以通过手动微调来反复优化，这样有可能得到更优质的结构３）最后把一些像差的权重设置为０，最好只加入结构限制的参数和默认的优化函数进行优化，也可以通过加入ＭＴＦＳ、ＭＴＦＴ参数等使ＭＴＦ（调制传递函数）进一步提高，最终达到各个像差平衡。
４设计结果优化后镜头结构如图３所示。
光学总长度为７ｍｍ，焦距和后工作距离分别为４．２５ｍｍ和０．５ｍｍ，视场为６８°，像高２．８６７×２＝５．７３４ｍｍ，略大于ＣＭＯＳ的对角线５．７ｍｍ，主光线最大出射角（ＣＲＡ）小于２５°，满足ＣＭＯＳ耦合的条件。
４．１光学调制传递函数ＭＴＦ（调制传递函数）是能全面评价一个光学系统的成像质量，它是在光学设计完成后，不需要进行试制就能比较具体了解光学系统的实际成像能力。
此镜头分辨率要达到Ｎｙｑｕｉｓｔ（奈奎斯特）采样频率，即最大分辨率为３５８ｌｐ／ｍｍ。
对于照相镜头，０．７０７视场以内的区域是主要成像区域，对于０．７０７范围以外视场像质允许一定程度的下降，如图４所示。
由图４可以看出，在１／２奈奎斯特采样频率１７５ｌｐ／ｍｍ处，大部分市场的ＭＴＦ值都大于０．４５，在２８５ｌｐ／ｍｍ处全视场的ＭＴＦ值都大于０．１２，０．７０７视场的ＭＴＦ值大于０．２５，在３５８ｌｐ／ｍｍ处０．７０７视场的ＭＴＦ值均大于０．１５，满足照相系统的ＭＴＦ阈值［４］。
由图５可见，在８０ｌｐ／ｍｍ和１００ｌｐ／ｍｍ处ＭＴＦ值分别大于０．７和０．６。
４．２点列图由图６可看出，所有视场像面上的弥散斑基本上都在衍射极限之内，并且全视场ＲＭＳ（均方根差）都小于１．５μｍ，满足弥散斑半径不大于４．２μｍ的条件。
４．３场曲和畸变场曲反应像面的弯曲程度，对像质有很大的影响，由图７可知，场曲矫正在０．０３ｍｍ范围内，完全满足设计要求，由图７可看出，畸变矫正在２％以内，也符合设计要求。
４．４色差和球差色差分为轴向色差和倍率色差，由图８可知，轴向色差小于２０μｍ，满足系统设计要求，垂轴色差最大为０．６μｍ，也符合要求，球差在本镜头中很小，完全符合要求。
４．５相对照度对于手机照相光学系统来说，一般相对照度越大越好，随着视场的增大，将导致出射主光线的角度也越来越大，这样就会使相对照度下降，一般来说，全视场相对照度大于０．５即可。
在本系统中，由于具有大相对孔径，在全视场相对空间为０．４５，虽没有达到０．５的要求，但也能满足拍摄需要，如图９所示。
５公差分析好的光学系统不仅要有良好的像质和结构指标，更要考虑到现代加工工艺水平，加工工艺水平决定了系统公差的大小，所以在设计阶段要充分考虑到系统的公差大小。
如果系统容忍的公差很小，就有可能就超过现代加工工艺，最终导致加工失败。
非球面玻璃和塑料镜片可以采用模压成形技术，模压成形技术的光学元件直径为２ｍｍ～５０ｍｍ，直径公差±０．０１ｍｍ，厚度为０．４ｍｍ～２５ｍｍ，厚度公差为±０．０１ｍｍ，面形精度可达到１．５λ。
经过对系统公差进行分析，确定设计公差都在加工工艺能达到的范围内。
６结论通过对镜头的优化，得到了一款像质较好的８００万像素的手机镜头，整体结构紧凑，透镜厚度均大于０．６ｍｍ，便于加工铸造。
其焦距为４．２５ｍｍ，有较大的后工作距离（０．５ｍｍ），两片载薄片对镜头起到一个很好的保护和滤光作用，其具有较大的相对孔径１／２．４５，进光量是一般手机的１．３倍［５］，这样保证了在光线不好情况下手机的拍摄效果。