SYNOPSYS 光学设计软件课程八十二：手机镜头设计
一.概述 NWPL18*C
随着智能手机的快速发展, 人们在追求高像素、高像质的拍照效果的同时，对手机镜头的要求也在不断提高。随着手机功能不断的增加和机身越来越轻薄化，携带方便、功能齐全的智能手机大有取代低端数码相机的趋势。因此对手机镜头分辨率的要求也越来越高。 {;^boo q
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[attachment=129870] 图一：常见手机镜头结构 HRi ~ TZ?\
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早期的镜头都是由单片凸透镜所构成。因为清晰度不佳,又会产生像差，而被改良成复式透镜，即以多片正负透镜的组合，来纠正各种像差或色差。现在的镜头大部分都由若干片透镜组成，有塑胶透镜或玻璃透镜。塑胶透镜通常采用塑胶原料依靠模具注塑而成。 >U~.I2sz
玻璃透镜通常采用高质量的光学玻璃制成，透镜又分为非球面透镜和球面透镜两类。目前手机镜头构造有:1P、1G1P、2P、1G2P、3P等，这里的1P、1G1P等是摄像头里光学镜片材质及数量组成的描述。数字代表镜头数量，字母代表材质，如G是玻璃材质，效果较好，价格较高。P是塑料材质，效果一般，价格便宜。 m3XL;1y:a
I$0`U;Xd
二. 设计要求 ~jAOGo/&6
光学塑料具有透光性好、重量轻、价格低等优点，手机镜头常用光学塑料作为透镜材料。现在我们需要设计一个6片塑料非球面+1片保护玻璃的手机镜头，具体要求如下： 3P Twpq1
f|Kd{ $VO
F/数=2 Taxi79cH
波长在486 nm, 587 nm, 656 nm w_G/[R3
焦距5.58mm，半视场角35° xtf]U :c
相对照度﹥40% iQ*JU2;7 t
畸变<2% ||hy+f[A
像元尺寸5um对应奈奎斯特频率处100cy/mm，全视场MTF﹥0.2 D
h ]+HF
第一表面到像面距离6.5mm hZI9*= `,"
半像高3.905mm K,tmh1
摄像模块总长度较短，避免从手机机身突出。 ;&e5.K+.Z
w( `X P
三. 6P镜头 6}R^L (^M
初始结构通常采用计算法或者查找专利获取。本例采用Synopsys中的DSEARCH功能对于手机镜头进行仿真，读者感兴趣的也可以参考国外专利镜头，并对镜头进行一定的优化，以达到仿真效果。 >4 GhI65
进行DSEARCH的搜索，得到如下十个结构，选取一个较好的结构如图所示。 Q6Q >b4 .3
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果： "-XL Y_
K2nq2Gbn
初始宏文件 R?1;'pvpa[
请评论区留言联系工作人员获取代码 $=iz&{9
[attachment=129871] [attachment=129872] x*5'
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i:OD)l
查看镜头结构数据表，发现镜头最低厚度被限制在1mm，作为一个手机镜头这并不是很合理。 aW %ulZ
~ $#DB@b
[attachment=129873] 4nkH0 dJQ
ttLC hL
使用TLIMIT命令以及SLIMIT命令重新设置最小值，再度交给DESEARCH进行搜索，DESEARCH搜索会出现个别镜面之间出现重叠，应避免使用这种结构。获得如下的结构： a}`4BMi3
Svn|vH
[attachment=129874] `Q1T-H_
gj\r>~S
查看数据表，厚度得以优化。 'mpY2|]\$
+OK.[ji?
[attachment=129875] k]Y+C@g
S4s\ tA <
由光扇图可知，镜头仍具有较大的像差，使用DESEARCH自动生成的优化宏对镜头进行优化，并模拟退火（50，2，50）。 gm8L5c
V
)=9\6zXS
优化后的结构如图所示: TW l':}
`j[)io k
[attachment=129876] : <gmgI
x ' 3<F
查看镜头的MTF图： =Xm
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2uS&A
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[attachment=129877]
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可以看到MTF满足全视场大于0.2，接着查看相对照度与畸变。 W5$jIQ}Bw
rj$u_y3S*
[attachment=129878] [attachment=129879] $rs7D}VNc
相对照度与畸变与畸变也都满足了设计需求。 1 dz&J\|E#
`>rdn*B
9/D+ 6hJ]:
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