高分辨率手机镜头的光学设计与性能仿真外文翻译

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

1650万像素手机镜头的设计

Yuke Ma, V. N. Borovytsky

Department of Optical and Optoelectronic Devices, National Technical University of Ukraine, Kyiv, Ukraine Email: sherry_rain@

Received 15 February 2015; accepted 2 March 2015; published 6 March 2015

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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Omni Vision的具有1.12微米的像素尺寸的CMOS OV16850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2.0％。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，Omni Vision Technologies公司（NASDAQ：OVTI）宣布推出一款1650万像素数字图像传感器OV16850[1]。在已发表的论文中，Song et al[2]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）[4] 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800万像素摄像机镜头。（2014）[5]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×3044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 /（2×1.12）= 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）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E48R[6]。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

Zemax[7]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

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TRAY，RAGC，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以优化一些重要贡献项目，以获得合理的透镜配置。

表1 1650万像素的手机相机镜头的规格参数