基于玻璃非球面镜片的手机镜头设计

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第６ 第８ 卷 期
２ １ 年 ８月 ０１
非球面透镜可以校正球差、色差和彗差等诸多像 差， 并且可以减少镜头中镜片的数量 ， 提高成像质量 ，
使得镜头设计达到短小轻薄的 目的【Ｊ ｊ 。就透镜的材料 而言 ，玻璃非球面无论从折射 、透光性和耐高温等性 能方面还是成像质量方面都要比塑胶非球面镜片高得 多，玻璃非球面代替塑胶非球面用于镜头的设计将是 大势所趋 。随着手机行业的快速发展 ，手机镜头的成
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研业务费资助项 目
作者简介 ： 朱勇建（ ７一 ） 男， １ ９ ， 副研究 员， ９ 主要研究方向： 非球面设计、 干涉测量以及非球面的先进制造，ｈｙｎｉｎｈ ＠ ａｏ ． ｒ ｃ ｚｕｏｇａ ｎ ｙｈ ｏ ｏ ． ｉ ｃｎ ａ
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５８ ５
中 国科 技 论 文 在线 Ｓ Ｅ ＣＥ Ａ Ｅ ＣＩ Ｎ Ｐ Ｐ Ｒ ＯＮＬＮＥ Ｉ
由 此 可 知 ，ＭＴ ｍｏ ｕａｉｎｔ ｎ ｆｒ ｕ ｃｉｎ的 极 限 Ｆ（ ｄ ｌｔ ａ ｓｅ ｎ ｔ ） ｏ ｒ ｆ ｏ
像质量要 求不断提高 ，其镜片从全塑胶非球面镜片发
展到玻璃． 塑胶混合式非球面镜片 ， 最终将会形成全玻 璃非球面镜片 。目前的手机镜头基本上由 ３片非球面
塑 胶 镜片 构成 ， 分 辨率一 般 为 Ｖ Ａ ｖｄｏ ｒｐ ｉ 其 Ｇ （ｉ ａｈ ｓ ｅｇ ｃ
ｅ ｅｔｅ ｏｕ ｌ ｇ ３Ｔ Ｔ ｅ ａ ｅ ｌ ｉｓｉｂ ｆ ｔ ｈ －ｖｌｅｐｏ ｅ ｆ ｃｖ ｆ ｓｅ ｔ５ ｉ ｈ ｍ ｒ ｅ ｓｕ ｌ ｏｈ ｉ ｌ ｅｃｌｈｎ． ｉ ｃ ｎ ｈ ．１ｍ． ｃ ａ ｎ ｔ ｅ ｒ ｅ ｇ ｅ ｌ ｓ ａ ｈ
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为Ｋｏａ ｌＫ 一１０ ｄｋ ＡＣ３ ０ ，为 ３０万像素￣Ｃ Ｓ ￣ １ ＭＯ 传感器，像素尺寸为 ２７Ｉ ．． ｍ，对角线长 ６ ＂ 。镜头设计 的极 限分 ｔ ．Ｉ１ ９１ １ Ｄ
辨率为 １５ｌ ｍ ８ ／ ｍ，镜头设计的视场角为 ６。 ｐ ６ ，大于一般 的手机镜头。像高为 ３ ４ ｌ ，Ｆ ． １ ｉｎ 数为 ２ ，在奈奎斯特频 ４ ８／ｌ ． ８
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ｌ 光学设计的要求
新型镜头设计中图像传感器拟采用柯达公司生产的
Ｃ Ｓ图像传感器Ｋ Ｃ３０ ， ＭＯ Ａ ．１０其参数要求如表 １ 所 。 其分辨率达到 ３０万像素， ｌ 有源像素为 ２ ４ ×１ ３ ， ０ ８ ６ 对 ５
角线长为 ６ ｌ，每个像素的大小为 ２ ．ｒＴ ９ｎｌ ． ｍ× ． ７ ２ ｍ。 ７
效焦距为５３ ｒ ，适合用于 中高档手机。 －ｔ ｎ ｕ 关键词 ：非球面透镜；玻璃；镜头 ；光学设计 ；图像分辨率
中图分类号 ：Ｔ ２ ．３ Ｎ ４ ．；０ ３ Ｎ９ ９５ ；Ｔ ９ ２２ ４ ９ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ —７ ８（０ １０ —０ ５ —６ ６ ３ １０２ １）８ ５ ７
设计的镜头分辨率达到 ３０ １ 万像素，视场角达到 ６ 。 ６， 结构更为紧凑，光学总长约 ｆｎｎ。其中，玻璃非球面 ６ ＇ｌ ｌ
镜片可以采用热模压成型工艺技术进行低成本、高效 率 的批量制造 ‘Ｊ ｏ ，大大降低了镜头成本 ，使得所设 “
计 的 镜头 大量 普 及 成为可 能 。
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ａ ａ） ｒ ｙ级别 ，约 ３ ｒ ０万像素 ，像质模糊，成像质量比较 差， 而且视场角较小 ， 一般不 到 ６ 。 分辨率更高的有 ０；
空间频率 （ 即奈 奎斯特 频率）为 １ ０ ／ ×２７ ０（ ０ ２ ． ｍ） ＝
１ ５２ ｌ／ ｍ 。 ８ ． ｐ ｍ
１０ ３ 万像素甚至 ２０万像素或者更高， ０ 但就实际成像效 果 来看 ，并未达到高 清晰成像 ，要提高像质 ，可考虑
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率处所有视场的ＭＴ 调制传递 函数） Ｆ（ 值大于 ０１ ， ． 具有较好的成像质量 ； ６ 。 ５ 在 ６时成像的畸变为－ ． ％， ０９ ３ 光斑的Ｒ Ｍｓ
（ 均方根值）直径为 ９ ｕ 新镜头由 ． ｍ。 ６ 前端 ２ 片非球面玻璃镜片、后端 １ 片塑胶非 球面镜片和 １ 片滤光片组成，结构 紧凑。玻璃非球面镜片可采用新型热模压成型技术制造 ， 镜头热稳定性强， 其成像分辨率达到 ２ ４ × ６ ８ １ ３ 像素 ， ０ ５ 有
收稿 日期 ： ０ １ ５３ ２ １－ —０ ０
基金项 目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项 目（０ ８ ５２ ０ ５ ；湖 南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室开放基金 ２ ０ Ｏ３ ｌ３ ）
资助项
（１７ ０ ５； ３ ０ ５０ ） 湖南省自然科学基金资助项 （ Ｊ ０ ０ ； １ Ｊ ３ ） 国家 自然科学基金资助项 １ ５ ０ ５ １） 中央高校基本科 ０４ ￣ １０２ ２ ； （
（． 南大学国家高效磨 削工程技术研 究中心，长沙 ４ ０ ８ ； １湖 １０ ２
２ 湖 南大学汽车车 身先进设计制造 国家重点 实验 室，长沙 ４ ０ ８ ） ． １０ ２
摘 要 ：为提高手机镜头的成像分辨率和视场角，采用二片玻璃非球面透镜与一片 塑胶非球面透镜，设计 出新型的
大视场角、高分辨率的手机照相镜头。镜头的设计 总长 ６ｎｎ ｉｒ，玻璃非球面系数最高阶为 １ ０阶。采用的图像传感器
采用玻璃非球面镜片 ，玻璃非球面镜片必将成为今后 手机镜头的主流镜片 。基于此，笔者提出采用 ２片非
球面 玻璃 镜 片 和 １ 片塑 胶非 球 面镜 片 的混 合光 百度文库 结构 ，
２１ 年８期 ０卷 １ 月 第６ 第８
中国 科 技 论 文 在 线
Ｓ Ｅ ＣＥ ＡＰ ＲＯＮ Ｉ Ｅ ＣＩＮ Ｐ Ｅ ＬＮ
、ｌ Ｎ ． ，６ Ｏ ０ ８
Ａ ｕ ２０１１ ｇ．
基于玻璃 非球 面镜片 的手机镜头设计
朱勇建 一 ， ，陈逢军 ，尹韶 辉 ，余剑 武 ，范玉峰