zemax课程设计汇本.doc

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1、目录第一章引言1第二章镜头结构的设计指标22.1相关规格的确定22.2镜头总像素与COMS像素的匹配22.3透镜材料及结构的选择22.4材料的厚度32.5设计指标3第三章zemax软件33.1zemax软件简介33.1.1软件特色43.2zemax软件界面介绍43.2.1LensDataEditor(LDE)43.2.2Aperture（光圈）53.2.3WavelengthData(波长设定)53.3zemax软件功能简介6第四章500万像素手机镜头设计64.1初始结构选择64.1.1500万像素手机镜头4P专利结构简介74.2设计结果74.2.1光路

2、图74.2.2详细参数8第五章结果分析，误差调试95.1误差调试95.2优化后的分析105.2.1场曲和畸变105.2.2球差105.2.3.色差115.2.4RMSRadius（均方根半径）125.2.5MTF（光学调制传递函数）135.2.6本设计达到指标14第六章结论15参考文献16第一章引言图1手机镜头设计流程图COMS传感器规格的确定光学设计参数确认镜头中镜片数量、材料确定初始结构选择优化函数选择光学系统优化成像分析与性能评估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

3、、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。第二章

4、镜头结构的设计指标2.1相关规格的确定对于普通摄像手机镜头，光圈一般取2.8左右，视场通常大于。对于手机镜头，后工作距大于O.5mm即可，光学总长越短越好。另外，手机镜头一般用CMOS作为传感器，CMOS器件对镜头出射面的主光线角度有一定的限制，不同规格的CMOS有不同的主光线角度要求，这个CMOS的厂家一般会提供。2.2镜头总像素与COMS像素的匹配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1cm，照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间围，镜头所成的半像高可用公式计算，其中为有效焦距，为视场角。防止CMOS装调偏离光轴

5、而形成暗角，半像高应稍大于图像传感器CCD或CMOS的有效成像面对角线半径的一半。我们选择Aptina的一款型号为MT9P013的500万像素CMOS，尺寸为0.794mm(1/3.2英寸)，每个感光单元的最小像素尺寸为1.75，对角线长5.68mm，半像高应该不小于2.84mm。通过计算半像高约为2.887mm，与对角线长度基本吻合。2.3透镜材料及结构的选择摄像系统属于大视场大孔径系统，因此需要校正的像差也大大增加，结构也比较复杂为了保证成像质量，需要校正全部7种初级像差。500万像素手机镜头常用的结构有2G2P，1G3P或者4P，根据不同的组态和不

6、同的材料可以设计出不同的结构。球面透镜从中心到边缘只有一个恒定的曲率，在设计过程中只有一个设计自由度，如果仅用球面透镜来校正像差，常常需要采用多个透镜组合的复杂结构。非球面透镜镜头中心到边缘曲率连续发生变化，理论上说有无限个设计自由度，同时，非球面透镜可以校正球差、色差和彗差等诸多像差，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。然而就透镜的材料而言，虽然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，但其成本相对高很多，因此为了用低成本得到更好的成像质量，手机镜头大多采用塑料非球面透

7、镜。因此在这里我们采用4P的结构的塑料非球面透镜组。2.4材料的厚度为了满足实际光学加工的需求，光学材料厚度不能太小，对于一般的塑料材料，中心和边缘厚度都应小于0.35mm，特殊材料可以做的更小，这与材料的性质有一定的关系。2.5设计指标表1设计指标视场角F/#光学总长总像素畸变场曲602.86mm500万<2%<0.05mm第三章zemax软件3.1zemax软件简介Zemax是一套综合性的光学设计模拟软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差及报表整合在一起。Zemax不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、

8、灵活、快速、容易使用等优点，与其他软件不同的是zemax的CAD转换模式是双向的