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

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?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Ｎ ＬＡＫ３４，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。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变焦设计操作

各位网友：你们好！ 前面发的关于“数码镜头设计原理”中的前两贴想已见过了，那里介绍的是最基础的东西。现在光电产品千变万化，但万变不离其宗，其基本原理，基本理论确不象外表那样善变，使人迷糊。如果我们建立了扎实的光学与数学的理论基础，那么在接触新产品后，就能快的多的消化吸收，由被动的感性认识，提升为主动的理性认识,，从而在设计上游刃有余。 现在光电产品出现了许多新的特征，利用基础理论去探讨其内在的规律、推演公式去精确的把握它。在“数码镜头设计原理_变焦篇”中，是基础篇、高级篇基本理论的引深。变焦设计是个很复杂的过程，有很多是凭着感觉走的。感觉就是灵感，它能快速引导设计人员在迷宫中及时调整方向，免除了在局部问题上纠缠不休，向更具创造性的思维迈进。感觉是我们以基本理论作基石，实践经验为引导，在设计领域产生的奇思妙想。例如：我们在引用专利时，往往是将一个专利改进成合于我们产品性能要求就行了。大家想过没有，专利也可东拼西凑？如果能这样做，就能使专例可利用的价值大大提升，同时也免除了专利侵权的尴尬场面发生。另外想过没有，虚拟玻璃在光学设计中不太好控制。我们可否用特定的方法有效的控制它：我们将玻璃改成虚拟玻璃，然后控制优化步长为单步，或五步。这样不断观查那些玻璃超出范围，超出的退回前步（每一步存盘一次，退回操作就可用调前次文件来实现），将其固定（不设为变量）。由于虚拟玻璃比实际玻璃敏感的多，会使色差得到极有效的控制。在变焦设计中由变焦引入的约束很多，它们干扰了象质的优化，这成为了变焦系统是否设计成功的关键。如何使这些约束条件的违背在自动设计中越变越小，从而使系统校正能力转移到象差设计中来，框架原理指明了方向。没有任何这方面的系统论述，要花精力去探讨这个问题，这就是灵感的引导，使我及早找到了变焦设计深入下去的钥匙．．．。 真诚的希望各位朋友，通过学习，把握灵感产生的瞬间，去享受它给你代来的惊喜！ 我在“Zemax的超级应用”一贴中，指出了将它作为计算器应用的重大意义。在“数码镜头设计原理”变焦篇中，将Zemax的这一功能用到光学设计的各个环节中，从中可以体会出它的强大功能，至于提高计算功能的效率和自动化程度，将有赖于ZPL (Zemax程序编辑语言)的介入。我正在学习，待有了深入了解后，将在“数码镜设计原理”的语言篇中介绍。 各位网友，下面是“数码镜头设计原理”变焦篇(1)，这是入门教材，是根据 “ZEMAX_Tutorial(指导手册)”中关于变焦设计操作整理的，对用Zemax进行变焦设计还不熟习的同行有帮助。下面就是操作步骤与要点：

ZEMAX光学设计软件操作说明详解

【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】 介绍 这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明。ZEMAX使用的大部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的，但是还是有一些重要的不同点。 活动结构 活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构。详见“多重结构”这一章。 角放大率 像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比，角度的测量是以近轴入瞳和出瞳的位置为基准。 切迹 切迹指系统入瞳处照明的均匀性。默认情况下，入瞳处是照明均匀的。然而，有时入瞳需要不均匀的照明。为此，ZEMAX支持入瞳切迹，也就是入瞳振幅的变化。 有三种类型的切迹：均匀分布，高斯型分布和切线分布。对每一种分布（均匀分布除外），切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率。在“系统菜单”这一章中有关于切迹类型和因子的讨论。ZEMAX也支持用户定义切迹类型。这可以用于任意表面。表面的切迹不同于入瞳切迹，因为表面不需要放置在入瞳处。对于表面切迹的更多信息，请参看“表面类型”这一章的“用户定义表面”这节。 后焦距 ZEMAX对后焦距的定义是沿着Z轴的方向从最后一个玻璃面计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离。如果没有玻璃面，后焦距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离。 基面 基面（又称叫基点）指一些特殊的共轭位置，这些位置对应的物像平面具有特定的放大率。基面包括主面，对应的物像面垂轴放大率为＋1；负主面，垂轴放大率为－1；节平面，对应于角放大率为+1；负节平面，角放大率为－1；焦平面，象空间焦平面放大率为0，物空间焦平面放大率为无穷大。 除焦平面外，所有的基面都对应一对共轭面。比如，像空间主面与物空间主面相共轭，等等。如果透镜系统物空间和像空间介质的折射率相同，那么节面与主面重合。 ZEMAX列出了从象平面到不同象方位置的距离，同时也列出了从第一面到不同物方平面的距离。 主光线 如果没有渐晕，也没有像差，主光线指以一定视场角入射的一束光线中，通过入瞳中央射到象平面的那一条。注意，没有渐晕和像差时，任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心。 如果使用了渐晕系数，主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光线，这意味着主光线不一定穿过光阑的中央。 如果有瞳面像差（这是客观存在的），主光线可能会通过近轴入 瞳中心（如果没有使用光线瞄准）或光阑中央（如果使用光线瞄准），但一般说来，不会同时通过二者中心。 如果渐晕系数使入瞳减小，主光线会通过渐晕入瞳中心（如果不使用光线瞄准）或者渐晕光阑中心（如果使用光线瞄准）。 常用的是主光线通过渐晕入瞳的中心，基本光线通过无渐晕的光阑中心。ZEMAX不使用基本光线。大部分计算都是以主光线或者中心光线作为参考。优先使用中心光线，因为它是基于所有照射到象面的光线聚合效应，而不是基于选择某一条特殊光线。

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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 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。 , 感光器件的选取 感光器件有,,,(电荷耦合器件)和,,,,(互补金属氧化物半导体)两种。,,,,器 件产生的图像质量相比于,,,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,,,作为感光元件;,,,,感应器则作为低端产品 应用于一些摄像镜头上，目前随着,,,,技术的日益成熟，也有一些高端数码产品使用,,,,器件。,,,,相对于,,,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,,,。所以很多手机生产商都采用,,,,器件作为手机镜头的图像传感器。目前,,,,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,,,,生产厂家主要有,,,,,,、,,,,,,,,,,、,,,,;,,、,,,,,,,等，本文采用,,,,,,公司的 ,,,,,,, 型号 ,(,,,,(,,,(,,,;,)，该款传感器采用超低

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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 目录 [隐藏] ?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

ZEMAX光学设计讲义

实验一：单镜头设计(Singlet) 实验目的： 1、学习如何启用Zemax 2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lens data） 3、学习如何察看系统性能（optical performance），如ray fan，OPD，点列图（spot diagrams）， MTF等。 4、学习如何定义thickness solve以及变量（variables） 5、学习如何进行优化设计（optimization） 实验仪器：微机、zemax光学设计软件 实验步骤： 1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focal length）为100mm，波长为可见光， 用BK7玻璃为材料。 2、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lens data editor(LDE)。什么是LDE呢？它 是你要的工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。 3、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelength data， 键入你要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。在第 二、三行键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.587的位置，primary wavelength 主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 4、确定透镜的孔径大小。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形 成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture 就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，aperture type里选择entrance pupil，在apervalue上键入25，然后点击ok。 5、回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源， STO即孔径光阑aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面(surface)，于是点击IMA栏，选取insert，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 6、输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接键入BK7即可。 7、孔径的大小为25mm，则第一镜面合理的thickness为4，在STO列中的thickness栏上直接键入4。 Zemax的默认单位是mm 8、确定第1及第2镜面的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为 负值。再令第2面镜的thickness为100。

使用ZEMAX设计的典型实例分析

使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析 摘要 光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。 简介 ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout) 一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。 根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。 “序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。

大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径(即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。 非序列性描光最常用来分析成像系统中的杂散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系统。在非序列性描光中，光线入射到光学系统后，是自由的沿着实际光学路径追迹；一条光线可能打到一个对象(object) 许多次，而且可能完全未打到其它对象。此外，非序列性方法可用来分析从光学或机构组件产生的表面散射(scatter)，以及从场内(in-field) 和场外(out-of-field) 的光源所产生的表面反射而形成的鬼影成像。 ZEMAX的功能 ZEMAX可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些组件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的，如导光管(light pipes) 和屋顶棱镜(roof prisms)等。 序列性系统需定义视场角(field of view)、波长范围（wavelength range）和表面数据（surface date）。序列性设计的最重要参数之一，为系统孔径(system aperture)。系统孔径，常指入瞳(entrance pupil) 或孔径光栏（STO），它限制可从已定义视场入射光学系统的光线。光学表面可以是折射、反射或绕射。透镜可以是由均匀或渐变折射率材质所制成。表面的下弯(sag) 可以是球面、圆锥面(conic)、非球面(aspheric)或藉由多项式或其它参数函数

zemax设计实例之手机镜头汇编

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］。

zemax像差图分析讲解

ZEMAX像差深入以及像差各种图表分 析 初级像差深入 近轴光线和远轴光线的概念。 近轴光线和远轴光线都是指与光轴平行的光线，它们都成像在光轴上（下图中画的是主光轴情况）。缩小的光圈可以拦去远轴光线，而由近轴光线来成像。 总的来说，镜头的像差可以分成两大类，即单色像差及色差。镜头的单色像差五种，它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲，以及影响物象相似度的畸变。 以下就分别介绍五种不同性质的单色像差： 球差 是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。从无穷远处来的平行光线在理论上应该会聚在焦点上。但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致，会聚光线并不是形成一个点，而是一个以光轴为中心对称的弥散圆，这种像差就称为球差。球差的存在引起了成像的模糊，而从下图可以看出，这种模糊是与光圈的大小有关的。 小光圈时，由于光阑挡去了远轴光线，弥散圆的直径就小，图像就会清晰。大光圈时弥散圆直径就大，图像就会比较模糊。 必须注意，这种由球差引起的图像模糊与景深中的模糊完全是两会事，不可以混为一谈的。球差可以通过复合透镜或者非球面镜等办法在最大限度下消除的。在照相镜头中，光圈(孔径)数增加一档（光孔缩小一档），球差就缩小一半。我们在拍摄时，只要光线条件允许，可以考虑使用较小的光圈(孔径)来减小球差的影响。

彗差 是在轴外成像时产生的一种像差。从光轴外的某一点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在像平面上并不是成一个点的像，而是形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状象彗星，从中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。这种轴外光束引起的像差就称为彗差。彗差的大小既与光圈(孔径)有关，也与视场有关。我们在拍摄时也可以采取适当采用较小的光圈(孔径)来减少彗差对成象的影响。 像散

基于ZEMAX的照相物镜的设计 推荐

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 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：副教授

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 学号学生姓名专业（班级） 10级仪表三班设计题目 设 计技术参数 1、焦距：f’=15mm； 2、相对孔径：1/2.8； 3、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光） 4、视场角2w=74° 设计要求 1、简述照相物镜的设计原理和类型； 2、确定照相物镜的基本性能要求，并确定恰当的初始结构； 3、输入镜头组数据，设置评价函数操作数，进行优化设计和像差结果分析； 4、给出像质评价报告，撰写课程设计论文 工作量 查阅光学设计理论和像差分析的相关文献和资料，提出并较好地的实施方案设计简单透镜组，并用zemax软件对初级像差进行分析和校正，从而对镜头进行优化设计 工作计划 第一天、第二天：熟悉ZEMAX软件的应用，查阅资料，确定设计题目进行初级理论设计 第三天、第四天：完善理论设计，运用ZEMAX软件进行设计优化，撰写报告 第五天：完善过程，进行答辩 参考资料《光学设计》，西安电子科技大学出版社，刘钧，高明，2006，10 《几何光学像差光学设计》，浙江大学出版社，李晓彤，岑兆丰，2003.11 《实用光学技术手册》，机械工业出版社，王之江，2007.1 指导教师签字基层教学单位主任 签字

目录 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

zemax非顺序系设计教程

如何创建一个简单的非顺序系统 建立基本系统属性 我们将创造出一个带点光源的非序列系统，抛物面反射镜和一个平凸透镜镜头耦合成一个长方形光管灯，如下面的布局显示。 我们还将跟踪分析射线探测器获得光学系统中的各点照度分布。下面是我们最终将产生：

如果ZEMAX软件没有运行，启动它。 默认情况下，ZEMAX软件启动顺序/混合模式。要切换到纯非连续模式，运行ZEMAX软件，然后点击文件“>非序列模式。 一旦纯非连续模式，在编辑器窗口的标题栏将显示非连续组件编辑器而不是在连续模式时只用于连续或混合模式系统的镜头数据编辑。

对于本练习，我们会设置系统波长，点击系统>波长，指定波长0.587微米。 我们还将在系统设置单位，System>General /Unit tab “一般组标签如下（默认）(default).。

除辐射辐照装置单位如Watt.cm -2外，您可以指定光度和能源单位，如lumen.cm -2或joule.cm -2。我们将选择默认为这项工作辐射单位。 创建反射 按键盘上的“插入”（insert）插入几行非序列编辑器。 在设计的第一部分，我们将创建一个由抛物面反射镜准直的线光源。然后，我们将在+ Z上放置探测器对象和看光照在探测器上的分布。 建立第一个对象通过抛物面反射镜。在编辑器对象1列“对象类型”（Object type）双击（右击一下）下，打开对象的属性窗口。根据类型选项卡类型设置为标准的表面（Standard Surfauce），然后单击确定。

在编辑器，请在标准表面对象相应的地方列下列参数。对于某些参数，您可能需要滚动到编辑器的右方以看到标题列，显示所需参数的名称。 Material: Mirror Radius: 100 Conic: -1 (parabola抛物线) Max Aper: 150 Min Aper: 20 (center hole in the reflector在反射中心孔) 所有其他参数缺省 您可以通过“分析>布局”>NSC三维布局菜单，或NSC阴影模型（分析“布局”>NSC阴影模型）打开NSC 三维布局，看看反射镜样子。 创建源 更改对象＃2类型（目前是空对象），在编辑器第2行重复前面的步骤并在属性窗口选择线光源（Source Filament）。

ZEMAX课程设计照相机物镜设计

ZEMAX课程设计——照相机物镜设计 一、 (课题的背景知识，如照相机镜头的发展概况，类型及其主要技术参数的简要说明) 二、课程设计题目 设计一个照相物镜， =30;；D/f=100mm；'2=1:3.5. 光学特性要求：1)f'2)成像质量要求：弥散斑直径小于0.05mm；倍率色差最好不超过0.01mm；畸变小于3%。 三、设计课题过程 1、参考Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据，对其进行相关改进。 Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据如下表1（其中焦距f'=75.68mm；相对孔径D ／f'=1：2.4；视场角2ω=56） Radius/r Thickness/d 折射率/n 玻璃阿贝数/ν 表1 2、根据焦距曲率镜片厚度之间的比例关系，即f1／f2=r1／r2=d1／d2,得到焦距100mm，相对孔径D／f'=1：3.5的透镜数据如下表2。

表2 ，相关步骤由以下图给出LDE数据输入到1，将表ZEMAX、启动3． （1）打开ZEMAX。 （2）输入数据。 在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入所要的波长，同时可选用不同波长，本实验中在第一列键入0.486，单位为microns，第二第三列分别键入0.587、0.656。在primary中点击选1，即用第一个波长为近轴波长。

（3）输入孔径大小。 由相对孔径为1：3.5，焦距为100mm得到，孔径D=100／3.5=28.57143mm。在主选单system 。 28.57143上键入aper value在general data,菜单中选 择． （4）输入视场角。

ZEMAX光学辅助设计简明教程 2

ZEMAX光学辅助设计简明教程 沈常宇 中国计量学院光电子技术研究所

目录 第一章引言 (3) 第二章ZEMAX的基本界面及文件菜单 (4) 第三章编辑菜单 (6) 第四章系统菜单 (12) 第五章分析菜单 (17) 第六章工具菜单 (29) 第七章报告菜单 (36) 第八章宏指令菜单 (38) 第九章扩展命令菜单 (39) 第十章表面类型简介 (40) 第十一章设计优化实例 (46) 第一章引言 对于实际的光学系统来说，它的成像往往是非完善成像，对于怎样来判断一个光学系统的性能的优劣，是光学设计中遇到的一个重要问题.在当前计算机辅助科研、教学的迅猛发展过程中，计算机辅助光学系统设计已成为光学设计不可缺少的一种重要手段.其中，由美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件ZEMAX，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件.其主要特色有分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function 参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件. 但是，这里必须强调一点的是，ZEMAX软件只是一个光学设计辅助软件，也就是说，该软件不能教你怎么去进行光学设计，而只是能对你设计的光学系统进行性能的优化以达最佳成像质量.所以，在应用本教程进行光学辅助设计之前，您最好先学习一下光学设计的有关知识：首先是几何光学基础，几何光学是光学设计的基础.要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理，外形尺寸计算方法，了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程.实际光学系统大多由球面和平面构成.记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式，了解公式中各参数的几何意义是必要的，具体公式可参考有关光学书籍，在此就不一一介绍了.对于平面零件有平面反射镜和棱镜，它们的主要作用多为改变光路方向，使倒像成为正像，或把白光分解为各种波长的单色光.在光学系统中造成光能损失的原因有三点：透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失.其次是像差理论知识，对于一个光学系统，一般存在7种几何像差，他们分别是球差、彗差、像散、场曲、畸变和位置色差以及倍率色差.另外，还必须了解一点材料的选择和公差的分配方面的知识，以及一些光学工艺的知识，包括切割，粗磨，精磨，抛光和磨边，最后还有镀膜和胶合等. 第二章 ZEMAX的基本界面及文件菜单 §2.1 ZEMAX的基本界面 ZEMAX的基本界面比较简单，如下图所示. 包括一系列文件菜单和工具按钮.以及一个镜头数据编辑对话框.

ZEMAX像差深入以及像差各种图表分析

ZEMAX像差深入以及像差各种图表分析 目录 [隐藏] ?1初级像差深入 o1.1球差 o1.2彗差 o1.3像散 o1.4场曲 o1.5畸变 ?2各种像差图表 o2.1初级球差大的点列图 o2.2初级球差大的垂轴像差 o2.3子午慧差大的情况 o2.4其慧差和垂轴色差大 初级像差深入 近轴光线和远轴光线的概念。 近轴光线和远轴光线都是指与光轴平行的光线，它们都成像在光轴上（下图中画的是主光轴情况）。缩小的光圈可以拦去远轴光线，而由近轴光线来成像。 总的来说，镜头的像差可以分成两大类，即单色像差及色差。镜头的单色像差五种，它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲，以及影响物象相似度的畸变。

以下就分别介绍五种不同性质的单色像差： 球差 是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。从无穷远处来的平行光线在理论上应该会聚在焦点上。但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致，会聚光线并不是形成一个点，而是一个以光轴为中心对称的弥散圆，这种像差就称为球差。球差的存在引起了成像的模糊，而从下图可以看出，这种模糊是与光圈的大小有关的。 小光圈时，由于光阑挡去了远轴光线，弥散圆的直径就小，图像就会清晰。大光圈时弥散圆直径就大，图像就会比较模糊。 必须注意，这种由球差引起的图像模糊与景深中的模糊完全是两会事，不可以混为一谈的。球差可以通过复合透镜或者非球面镜等办法在最大限度下消除的。在照相镜头中，光圈(孔径)数增加一档（光孔缩小一档），球差就缩小一半。我们在拍摄时，只要光线条件允许，可以考虑使用较小的光圈(孔径)来减小球差的影响。

彗差 是在轴外成像时产生的一种像差。从光轴外的某一点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在像平面上并不是成一个点的像，而是形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状象彗星，从中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。这种轴外光束引起的像差就称为彗差。彗差的大小既与光圈(孔径)有关，也与视场有关。我们在拍摄时也可以采取适当采用较小的光圈(孔径)来减少彗差对成象的影响。

基于ZEMAX的手机摄像镜头设计

文章编号:100222082(2010)0120034205 基于ZEM A X 的手机摄像镜头设计 宋东王番,张　萍,王　诚,张韧剑,任兆玉,白晋涛 (西北大学光子学与光子技术研究所,陕西西安710069) 摘　要:在光学工程软件ZE M A X 的辅助下,配套采用像元大小为1.75Λm 的C M O S 图像传感器,设计了一款500万像素的手机镜头,镜头视场角60°,F #2.8,半像高2.87mm ,镜头总长为6mm ,镜头为3P 1G 结构,第1、3、4片镜片采用非球面塑料,第2片镜片采用球面透镜。各个视场的横向像差均小于20Λm ,均方根半径(RM S R adiu s )都在艾利斑之内,在1 2奈奎斯特频率处绝大部分视场M T F 值都大于0.6,可以获得优质的成像效果。 关键词:手机镜头;ZE M A X ;500万像素;调制传递函数;像差校正 中图分类号:TN 942.2;O 439 文献标志码:A D esign of m ob ile phone cam era len s ba sed on Z E M AX SON G Dong 2fan ,ZHAN G P ing ,W AN G Cheng ,ZHAN G R en 2jian , R EN Zhao 2yu ,BA I J in 2tao (Institute of Pho tonics &Pho to T echno logy ,N o rthw est U niversity ,X i ’an 710069,Ch ina ) Abstract :B y the aid of op tical engineering softw are ZE M A X ,a five m ega p ixel m ob ile phone cam era len s m atched w ith one C M O S i m age sen so r of 1.75Λm p ixel size w as designed ,w ho se FOV is 60° ,F num ber is 2.8,half i m age heigh t is 2.87mm ,to tal length is 6mm and structu re is 3P 1G .A spheric p lastic w as u sed fo r the first ,th ird and fou rth len ses .Sphere glass w as u sed fo r the second len s .T ran sverse aberrati on of all the FOV s is less than 20Λm ,RM S radiu s are less than A iry disk ,and M T F s of m o st FOV s at half the N yqu ist frequency (285lp mm )of C M O S are greater than 0.6.T h is len s assem b ly has an excellen t i m aging p erfo r m ance .Key words :m ob ile phone len s ;ZE M A X ;5m ega 2p ixel cam era ;M T F ;aberrati on co rrecti on 引言 从手机开始配备拍照功能以来,手机摄像头的像素以很快的速度上涨,从最初的10万像素到30万像素、100万像素、200万像素、300万像素、500万像素,再到现在的800万像素,1000万像素。09年6月三星推出了全球首款1200万像素手机 P ixon 12(M 8910)[1] ,采用1200万像素C M O S 图像传感器及28mm 广角镜头,提供了足以媲美数码相机的拍照等多项功能,可见手机大有将时尚卡片DC 取而代之的劲头。不过据调查,虽然像素一直 在涨,但是500万以上像素手机由于价格比较高,市场占有率很低,现在200万像素和300万像素仍是摄像手机市场主流,而500万像素的市场增长速度已显著增加。本文在合理选取初始结构的基础上,优化设计了一款500万像素的手机镜头。 1　镜头结构的设计指标 现在市场上,手机镜头的视场在60°左右,F #约为2.8,由于手机的小型化体积,使得镜头总长有一定限制,一般要小于1c m ,照相物镜的视场角和 收稿日期:2009208227;　修回日期:2009211205 基金项目:陕西省重大科技创新项目(2008ZKC 01214);西北大学研究生科研实验类项目(09YSY 14)作者简介:宋东王番(1986-),女,陕西大荔人,西北大学光子学与光子技术研究所硕士研究生,主要从事光学设计和固体激光器方面的研究。E 2m ail :songdf 2003@yahoo .com .cn 第31卷第1期2010年1月 应用光学Journal of A pp lied Op tics V o l .31N o.1 Jan .2010

zemax_课程设计报告书

目录 第一章引言 (1) 第二章镜头结构的设计指标 (2) 2.1相关规格的确定 (2) 2.2镜头总像素与COMS像素的匹配 (2) 2.3透镜材料及结构的选择 (2) 2.4材料的厚度 (3) 2.5 设计指标 (3) 第三章 zemax软件 (3) 3.1 zemax软件简介 (3) 3.1.1软件特色 (4) 3.2zemax软件界面介绍 (4) 3.2.1 Lens Data Editor(LDE) (4) 3.2.2 Aperture（光圈） (5) 3.2.3 Wavelength Data(波长设定) (5) 3.3 zemax软件功能简介 (6) 第四章 500万像素手机镜头设计 (6) 4.1初始结构选择 (6) 4.1.1 500万像素手机镜头4P专利结构简介 (7) 4.2设计结果 (7) 4.2.1光路图 (7) 4.2.2详细参数 (8) 第五章结果分析，误差调试 (9) 5.1误差调试 (9) 5.2优化后的分析 (10) 5.2.1场曲和畸变 (10) 5.2.2球差 (10) 5.2.3.色差 (11) 5.2.4 RMS Radius（均方根半径） (12) 5.2.5 MTF（光学调制传递函数） (13) 5.2.6 本设计达到指标 (14) 第六章结论 (15) 参考文献 (16)

第一章引言 从手机开始配备拍照功能以来，手机摄像头的像素以很快的速度上涨，从最初的10万像素到30万像素、100万像素、200万像素、300万像素、500万像素，再到现在的800万像素，1000万像素。09年6月三星推出了全球首款1200万像素手机Pixonl2(M8910)，采用1200万像素CMOS图像传感器及289mm广角镜头，提供了足以媲美数码相机的拍照等多项功能，可见手机大有将时尚卡片DC取而代之的劲头。不过据调查，虽然像素一直在涨，但是500万以上像素手机由于价格比较高，市场占有率很低，现在200万像素和300万像素仍是摄像手机市场主流，而500万像素的市场增长速度已显著增加。本文在合理选取初始结构的基础上，优化设计了一款500万像素的手机镜头，本设计流程图如图一。 图1 手机镜头设计流程图