基于CODE_的手机摄像镜头光学设计_杨周

（）５０，０５１１０１２０１３

激光与光电子学进展

Ｌａｓｅｒ＆ＯｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＰｒｏｒｅｓｓ　　ｐｇ

中国激光》杂志社Ｃ２０１３《○

基于ＣＯＤＥⅤ的手机摄像镜头光学设计

杨　周　丁桂林

（）江苏大学机械工程学院，江苏镇江２１２０１３

摘要　为了满足市场对微型、简单化手机摄像镜头的需求，运用光学设计软件Ｃ结合非球面透镜理论，设ＯＤＥⅤ，

，计出用于可见光波段且符合结构简洁、生产成本低的要求的手机定焦镜头。该镜头Ｆ数为２．视场角为６半０５，２°系统总长度为５．在结构设计中采用非球像高为２．４ｍｍ，５９ｍｍ。为了使结构紧凑并且最大限度地降低生产成本，

／面的塑料镜片。设计结果显示：镜头的适应像素尺寸是１．相应的尼奎斯特频率为４在１μｍ×１．１μｍ，５４ｌｍｍ，ｐ／值大于０．各个视场的横向像差均小于９．均方根１２尼奎斯特频率处绝大部分视场调制传递函数（ＭＴＦ）４，２６μｍ，

（）半径都在艾里斑之内，畸变小于１％，获得良好的成像效果。ＲＭＳ关键词　成像系统；光学设计；手机镜头；非球面透镜ＣＯＤＥⅤ；

：／中图分类号　ＴＢ８５１．１；ＴＮ９４２．２　　　文献标识码　Ａ　　　ｄｏｉ１０．３７８８ＬＯＰ５０．０５１１０１

ＤｅｓｉｎｏｆＭｏｂｉｌｅＰｈｏｎｅＣａｍｅｒａＬｅｎｓＢａｓｅｄｏｎＣＯＤＥⅤ　　　　　　　　ｇ

ＹａｎＺｈｏｕ　ＤｉｎＧｕｉｌｉｎｇｇ　　

（，，，）ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＪｉａｎｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔＺｈｅｎｉａｎＪｉａｎｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ　　　　　ｇｇｇｙｊｇｇ

，ｒｉｎｃｉｌｅＡｂｓｔｒａｃｔｏｍｂｉｎｉｎｔｈｅａｓｈｅｒｉｃａｌｌｅｎｓａｆｉｘｅｄｆｏｃｕｓｌｅｎｓｗｉｔｈｃｏｍａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｉｓｄｅｓｉｎｅｄ　Ｃ　　　　－　　　　　　　　　ｐｐｇｐｐｇ　ｔｈｅｏｔｉｃａｌｓｓｔｅｍｄｅｓｉｎｓｏｆｔｗａｒｅＣＯＤＥⅤｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｏｎｗｉｔｈ　　　　　　　　　　　　　　ｐｙｇｑ，ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｍｅｒａｌｅｎｓｅｓ．ＦｏｒｔｈｅｄｅｓｉｎｅｄｌｅｎｓｔｈｅＦｎｕｍｂｅｒｉｓ２．０５，ｔｈｅａｎｌｅｏｆｖｉｓｉｏｎ　　　　　　　　　　　　　　ｐｇｇ，ｉｓ６２°ｔｈｅｈａｌｆｉｍａｅｈｅｉｈｔｉｓ２．４ｍｍ，ａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｌｅｎｔｈｏｆｔｈｅｓｓｔｅｍｉｓ５．５９ｍｍ．Ｔｈｅａｓｈｅｒｉｃａｌｌｅｎｓｍａｄｅｏｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｇｇｙｐｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｉｚｅａｎｄｓａｖｅｃｏｓｔｉｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｎ．Ｔｈｅｄｅｓｉｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｌａｓｔｉｃｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｇｐｐ／ｉｘｅｌｓｉｚｅｏｆｔｈｅｌｅｎｓｉｓ１．１μｍ×１．１μｍ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｏｎｄｉｎＮｕｉｓｔｆｒｅｕｅｎｃｉｓ４５４ｌｍｍ，ｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　　　　　　　　　　ｐｐｇｙｑｑｙｐ　　ｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）ｖａｌｕｅｓｏｆｍｏｓｔＦＯＶａｔｈａｌｆＮｕｉｓｔｆｒｅｕｅｎｃａｒｅｍｏｒｅｔｈａｎ０．４，ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅａｂｅｒｒａｔｉｏｎｏｆ　　　　　　　　　　　　　ｙｑｑｙ　），ａｌｌＦＯＶｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ９．２６μｍ，ｔｈｅｒｏｏｔｅａｎｓｕａｒｅ（ＲＭＳｒａｄｉｉａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎＡｉｒｄｉｓｋａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓ　　　　　　－ｍ－　　　　　　　　ｑｙ　ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｔｈａｎ１％．Ｔｈｅｄｅｓｉｎｅｄｌｅｎｓｈａｓａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｉｍａｉｎ　　　　　　　ｐｇｇｇ　

；；ｍ；ｈｏｎｅＫｅｗｏｒｄｓｉｍａｉｎｓｓｔｅｍｓｏｔｉｃａｌｄｅｓｉｎｏｂｉｌｅｌｅｎｓＣＯＤＥⅤ；ｎｏｎｓｈｅｒｉｃａｌｌｅｎｓ　　　　－　ｐｇｇｙｐｇｐｙ　　ＯＣＩＳｃｏｄｅｓ１０．２９６０；１１０．４１００；１２０．４８２０　　１

１　引　　言

近年来，随着拍照手机的流行，对于紧凑型成像镜头的需求在不断增加，其特点是体积小、成像质量好、

［，］

成本低以及质量轻。而目前光学塑料已经代替了光学玻璃在手机摄像镜头上的应用，如Ｃｈｅｎ等１２的美国［］专利，相对于Ｙ具有质量轻、结构紧凑和成本低等优点。另外，光学镜头模块体积的ａｍａｋａｗａ３的玻璃镜头，

其像素尺寸由原先的５μ大小与图像传感器尺寸大小是相关的。半导体技术促进感光元件快速发展，ｍ以

［］上发展到现在的１．相同像素的手机镜头的体积可以做得比以前小得多，将８１μｍ４，００万像素的镜头集成５］

。现有技术常采用４透镜元件［到手机上已不是问题。为了充分使用高分辨率的图像感测元件的分辨能力，

鉴于此，在光学软件Ｃ本文设计了一款大孔径、结构简洁和超薄的８ＯＤＥⅤ的辅助下，００万像素手机镜头，并就设计结果进行了分析。

；收到修改稿日期：；网络出版日期：２０１２１１２９２０１３０２１７２０１３０４１２　　收稿日期：－－－－－－

，：作者简介：杨　周（男，硕士研究生，主要从事光学系统设计方面的研究。Ｅ－ｍ１９８６—）ａｉｌａｎｈｏｍｅ１２３＠１２６．ｃｏｍｙｇ，导师简介：丁桂林（男，博士，教授，主要从事光学设计和激光传输与控制等方面的研究。１９５７—）：Ｅ－ｍａｉｌｕｉｌｉｎｄｉｎａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ＠ｙｇｇ

０５１１０１１－

２　感光器件的选取

）目前常用的感光器件有电荷耦合器件（和互补金属氧化物半导体（图像传感器两种。相对ＣＣＤ）ＣＭＯＳ于Ｃ体积小、工作电压单一、功耗低、动态范围宽、抗辐射、制造成本低和质量轻ＣＤ，ＣＭＯＳ具有集成能力强、

６，７］

，等优点［故拍照手机上大多采用ＣＭＯ相应的像素尺寸也越Ｓ传感器。同时ＣＭＯＳ芯片尺寸越做越小，

来越小，分辨率越来越高。

［］

（本设计采用ＯｎｃｈｍｎｉＶｉｓｉｏｎ公司一款型号为ＯＶ８８５０８的８００万像素的ｉ１ｉｎｃｈ＝２５．４ｍｍ）ＣＭＯＳ作

４

；每个感光单元的最小像素尺寸为１解析度为３像面大小为设计镜头的配套传感器，．１μｍ；２８０ｐｉｘｅｌ×２４６４ｐｉｘｅｌ为３对角线长度为４本设计取半．２９６ｍｍ×２．５ｍｍ，．１４ｍｍ。为了防止加工装配的误差导致像面的上下偏转，像高为２．４ｍｍ。

９］

，根据尼奎斯特抽样定理［图像感测组件所能显示的最大空间频率需受尼奎斯特采样频率的限制，即一

／（／个空间周期至少有两个像素，故此图像传感器所要搭配的光学镜头需要能解析１０００２×１．１）ｌｍｍ＝ｐ／４５４ｌｍｍ的空间频率。ｐ

３　镜头结构的设计指标

市场上８在６左右，光圈值在２．镜头总长度一般小于１ｃ００万像素手机的视场角（ＦＯＶ）０°４左右，ｍ。后

［０］

。由于视工作距应保持适当大小，防止造成ＣＭＯ对于手机镜头，后工作距通常大于０．Ｓ损伤，３ｍｍ即可１

场角２有效焦距ｆ和半像高ｙ满足关系式ｙ＝－ｆ可根据已知的视场角和半像高来确定光学系统的ｔａｎω，ω，当光学总长度和图像传感器的有效成像面对角线一半的比值等于１或者更大时，能够保证有效焦距。另外，

１］

，光学镜头结构紧凑［依此来判断镜头光学总长度。

）／手机物镜所允许的弥散斑直径为２式中Δｄ＝２×（１．５×１．２ＮＬ，ｄ为弥散斑半径，ＮＬ为手机物镜的Δ

／由于手机镜头的分辨率ＮＬ应大于接收器的分辨率Ｎｄ，假设ＮＬ＝Ｎｄ＝４分辨率。５４ｌｍｍ，代入上式得ｐ所以像面上弥散斑的半径最大不能大于３．通常ｄ＝３．３～２．６μｍ，３ｍ。手机镜头对于畸变也有严格要求，Δμ

／畸变应当小于２％。为了获得好的成像质量，摄像系统在最大空间频率４５４ｌｍｍ处０．７视场的调制传递ｐ

［１］

。总的设计指标如表１所示。函数（值应大于０．全视场的ＭＴＭＴＦ）１３，Ｆ值大于０．１１

表１镜头的主要技术指标Ｔａｂｌｅ１Ｍａｉｎｓｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｌｅｎｓ　　　　ｐ

Ｐｒｏｅｃｔｎａｍｅ　　ｊ

ｌｉｈｔｗａｖｅｌｅｎｔｈ／ｎｍＶｉｓｉｂｌｅ－　　ｇｇＴｏｔａｌｌｅｎｔｈ／ｍｍ　ｇ

Ｆｎｕｍｂｅｒ　

／（）ＦＯＶ°Ｂａｃｋｆｏｃａｌｌｅｎｔｈ／ｍｍ　　ｇＲｅｌａｔｉｖｅｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ／％　Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ／％ＭＴＦ

（）Ｐｒｉｎｃｉａｌｒａｅｘｉｔａｎｌｅ／°－　ｐｙｇ　

Ｓｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｐ

）；４８６．１；５８７．６（ｍａｉｎｗａｖｅｌｅｎｔｈ６５６．３　ｇ

＜６

２．０５６２°

３＞０．０＞５＜２

（／，＞０．（／，＞０．（／２５３１７ｌｍｍ）４２２７ｌｍｍ）１３４５４ｌｍｍｆｏｒ０．７ＦＯＶ）＞０．　　ｐｐｐ

８＜２

４　设计思想及过程

４．１　设计思想

根据不同设计需求，手机镜头模块通常包括２片、３片、４片、５片或者更多的透镜。当系统要求有高的成像质量时，相对于２片或３片透镜的光学镜头，４片以上透镜的光学镜头有利于像差的校正和对ＭＴＦ的

２］

。为了满足使用者需求，调制，能够提供更好的成像质量［光学镜头不仅要有好的像差校正、高的分辨率以及高的成像质量，还要求总长度较小，而５片以上透镜的光学镜头其总长度不能够满足小型电子产品的需

０５１１０１２－

１２］

。故手机镜头通常包括４片透镜，求［既能确保成像质量好，也能有小的光学总长度。

从透镜材质方面考虑，现在手机镜头通常采用塑料材质。相对于光学玻璃而言，光学塑料具有密度小、质量轻、耐冲击、抗温度骤变能力强、透光性好、制造过程简单、制造成本低和装配成本低等优点。许多注模塑料制成的透镜元件具有精确的弯曲度和高度磨光表面，而且成型过程要求低，而玻璃材质透镜元件必须采用

］１３，１４

，独立的注模、磨光来完成［因此塑料材质应用于手机镜头，既减轻了镜头的重量，还大大降低了生产成本。

从透镜结构上考虑，本文设计的镜头采用非球面，之所以采用非球面是因为和球面相比，非球面可以提高系统的相对口径比，扩大视场角，在提高光束质量的同时透镜数比球面构成的少，镜头尺寸可微型化，也可

１３］

。另外非球面透镜从中心到边缘曲率连续发生变化，减轻系统质量等［理论上为设计提供了无限个自由

可以更好地消除球差、彗差、像散和场曲，减少光能损失，从而获得高质量的成像效果和好的光学特性。度，

１５］

本次设计采用偶次非球面，满足等式［

２

４６８１０１２

ｒｒｒｒｒ＋Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＋…，２２

１＋－１＋ｋｃｒ

式中Ｚ为以各非球面与光轴交点为起点，垂直于光轴方向的轴向值，即非球面的矢高，因为所选透镜的形状

Ｚ＝

／均为轴对称式透镜，故该非球面公式均取偶次项；其中Ｒ为非球面顶点的曲率半ｃ为镜面中心曲率，ｃ＝１Ｒ，…为非球面系数。径；ｋ为二次曲面常量；ｒ为离非球面轴的径向距离；Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，４．２　设计过程４．２．１　初始结构选取

１１］

，照相物镜属于大相对孔径和大视场的光学系统［需要校正的像差也大大增加，结构也比较复杂，所以

而是根据要求从已有文献中找出一个照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定，

不必找到和要求相近的焦距，一般只需相对和设计要求比较接近的系统作为原始系统。在选择初始结构时，

［５］

孔径和视场角能达到要求，再将此初始结构进行整体缩放得到要求的焦距值。本文选择ＣｈｉＴａｎ　ｇ设计的

。该镜头由４片非球面塑料透镜和１片滤波片组成，其Ｆ数为２．视场角为６结构作为初始结构，０５，２°４．２．２　优化过程

［６］

。首先将各个透镜的厚度、利用Ｃ间隔、半径、偶次非球面系数设成可ＯＤＥⅤ软件对初始结构进行优化１

变量，接着设定评价函数，将所要达到的目标值与权重建立于其中。ＣＯＤＥⅤ提供的优化计算方法基于阻尼最小二乘法，对于优化变量并没有严格的控制，实际上往往许多变量在一定程度上是相关的，相关的程度还与权重有关，权重的选择会影响优化的质量。为了满足实际光学加工的需求，优化时应注意光学材料的厚度及曲率

］１７

。塑料非球面镜片的中心和边缘厚度都需要大于０曲率半径通常大于２ｍｍ［半径不能太小，．３５ｍｍ，

本镜头采用逐步修改权重、增减操作数以及同时监控优化情况的设计方法，经过反复的修改和调试，并最终得到一款满足要求的手机镜头。综合考虑像差的平衡问题和加工工艺问题，

５　设计结果

优化后镜头结构及相关参数值如图１、表２和表３所示。该镜头的其特征在于：第一透镜为双凸双面非球面塑料正透镜；第二透镜为凸向像方双面非球面塑料负透镜；第三透镜为凸向像方双面非球面塑料负透镜；第四透镜为凸向物方双面非球面塑料正透镜。该镜头光学总长度为５．焦距和后工作距离分别为３．５９ｍｍ，９９４３ｍｍ和，视场角为６像高为２．大于０．３１ｍｍ，２°４×２＝４．８ｍｍ，

，主光线最大出射角（小于２ＣＭＯＳ对角线长度，ＣＲＡ）６°满足ＣＭＯＳ耦合的条件。

图１优化后镜头结构

Ｆｉ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｌｅｎｓａｓｓｅｍｂｌａｆｔｅｒｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　　　　ｇｙｐ　

０５１１０１３－

５０，０５１１０１激光与光电子学进展

表２系统结构参数

ａｒａｍｅｔｅｒｓＴａｂｌｅ２Ｓｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　　　ｐｙ

Ｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅ／ｍｍ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ／ｍｍ　　　

Ｉｎｆｉｎｉｔｙ　Ｉｎｆｉｎｉｔｙ２．７３５６９２　－３．０２５９７６　－２．４８０７４８　－８．４６５９５０　－１．７４０１３３　－２．０１２８６７　１．９１３２２５　１．４８１０５６　Ｉｎｆｉｎｉｔｙ　Ｉｎｆｉｎｉｔｙ　Ｉｎｆｉｎｉｔｙ

Ｉｎｆｉｎｉｔｙ－０．０２１４０４　１．１５１８１２　０．３２８２６９　０．６１０５８２　０．３４９３９５　０．５１４２９６　０．１９２２４２　１．３５９１２５　０．５００００　０．３００００　０．３０８８２８　－０．００８８２８　

１．５１７：６４．２　１．５３：５５．８　１．５４４：５５．９　１．６３２：２３．４　１．５４４：５５．９　

ｗｗｗ．ｏｔｉｃｓｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔｐｊ

Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｏｂｅｃｔ　ｊＳｔｏｐ　２３４５６７８９１０１１ＩＭＡ　

Ｔｅ　ｙｐＳｈｅｒｅ　ｐＳｈｅｒｅ　ｐＡｓｈｅｒｅ　ｐＡｓｈｅｒｅｐＡｓｈｅｒｅｐＡｓｈｅｒｅｐＡｓｈｅｒｅｐＡｓｈｅｒｅｐＡｓｈｅｒｅ　ｐＡｓｈｅｒｅ　ｐＳｈｅｒｅ　ｐＳｈｅｒｅ　ｐＳｈｅｒｅ　ｐ

Ｍａｔｅｒｉａｌ　

Ｓｅｍｉａｅｒｔｕｒｅ／ｍｍ－ｐ

０．９７４２２０１．０２４３５１１．１６４３６６１．１０６７８５１．１７１４００１．２５２１３３１．３４６０００１．７１０６８９２．２２２１３５２．２４１０３６２．２９１９０２２．４０００１８

表３非球面系数Ｔａｂｌｅ３Ａｓｈｅｒｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　　ｐ

Ｓｕｒｆａｃｅｏｎｉｃ　Ｃ　２　３　４

０．０２７３９０－８．２５４３

Ａ　－０．０２２３３－０．０２３１７－０．０１３３１

Ｂ　－０．００１９１－０．０４８３０　－０．１１５１０　

Ｃ　Ｄ　Ｅ　０．００７９１１０．００７８８４０．０００１８

Ｆ　－０．００４９７　

Ｇ　０．００１２７１

Ｈ　０．００３

Ｊ

－０．０３０６２．０１９１１７．００２６８７　０　００．０３０５５－０．０１５４７　０．０９５５４７－０．０１８４８０．１０８７９８－０．０３５０１　０．０４５２０６－０．００９５９　

－２３　

－０．０１４６１２．３×１０　３

５－２８．３２２　６－１１．４７５　７８９

－０．４１５９－７．０７１９－４．３９２８

０．１５６３３１－０．１９１９９　０．０９５２６１－０．０７８２７　－０．０１９９７　－０．１２６８１　－０．０５１８４　

０．０５６５５０．０２４１２

－２３－１．２×１０－０．０００３

－０．００４６８．００７０１９－０．００２９８　０

０．００３３５

－０．００７４７．００１２８５－０．００００９　０

－０．００００８－０．０００５７９　

－６　

６×１０

－６　

４×１０

－７

１．８×１０

０．０７２０５１－０．０１３２１－０．００５３１　

场曲和畸变５．１　球差、

（）图２反映了系统轴向球差和轴向色差，可看出两者均被校正在０符合设计要求。场曲反ａ．０２ｍｍ以内，（）对于手机镜头，场曲小于０可以看出，场曲校正在０应了整个像面的弯曲情况，．１ｍｍ即可。从图２ｂ．０５ｍｍ（）以内，完全满足要求。畸变一般要求在２％以内，从图２可以看出，畸变小于１％，完全符合要求

。ｃ

）（））图２（球差、场曲和（畸变图ａｂｃ

），（））Ｆｉ．２（ａＳｈｅｒｉｃａｌａｂｅｒｒａｔｉｏｎｂｃｕｒｖａｔｕｒｅｏｆｆｉｅｌｄａｎｄ（ｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　　　　ｇｐ

０５１１０１４－

５．２　像差曲线

垂轴几何像差用不同孔径子午、弧矢光线在理想像面上的交点和主光线在理想像面上的交点间的距离因而更直观地显示了系统的成像来表示。垂轴几何像差直接给出了光束在像面上的弥散和像点大小情况，

质量。如图３所示，可见镜头的像差得到了较好的校正。５个视场的像差都被校正到９．２６μｍ以内，５．３　点列图

图４显示了该镜头的点列图。点列图是由一点发出的许多光线经过光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，形成了一个分布在一定范围的弥散图形，并且点的分布能够近似地代表点像的能量分布，因此点列图中点的密集程度可以衡量系统成像质量的优劣。从图４可知，从下到上各视场均方根（）半径分别为０．远小于艾里斑直径２．并满足弥散斑半径不大ＲＭＳ９５、１．６４４３、１．４２１、１．４、１．７２７μｍ，５μｍ，于３．符合设计要求

。３μｍ的条件，

图３像差曲线图Ｆｉ．３Ｃｕｒｖｅｓｏｆａｂｅｒｒａｔｉｏ

ｎ　　ｇ

图４点列图Ｆｉ．４Ｓｏｔｄｉａｒａｍ　ｇｐｇ

５．４　相对照度

相对照度即边缘照度和中心照度的比值，对于拍照手机镜头，一般认为相对照度大于５０％即可。如果照度太低，边缘视场的光线会较暗，画面容易形成暗角，人眼很容易察觉，从而影响图片的整体一致性。从图５所示像面相对照度图可以看出相对照度大于６完全满足要求。０％，５．５　光学调制传递函数

特性和像质的标准。由于像差不能校正到完全理想的程度，对于ＭＴＦ是综合评价光学系统成像过程、摄像镜头，一般要求在０．轴外视场的分辨率允许一定程度的下降。该镜７视场以内能够分辨清楚就可以了，／／头的最高分辨率为４从图６的ＭＴ在频率４５４ｌｍｍ，Ｆ曲线中可以看出，５４ｌｍｍ时，０．７视场以内ＭＴＦｐｐ／值均大于０．全视场的ＭＴ大部分视场处ＭＴ说明１３，Ｆ值为０．１７。在频率２２７ｌｍｍ时，Ｆ值都大于０．４，ｐ该镜头有较高的成像质量。

６　结　　论

利用ＣＯＤＥⅤ设计出可用于手机等便携式装置的定焦透镜系统。该镜头结构相对于传统镜头和初始

０５１１０１５－

图５相对照度图Ｆｉ．５Ｒｅｌａｔｉｖｅｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏ

ｎ　ｇ

图６ＭＴＦ曲线图Ｆｉ．６ＭＴＦｃｕｒｖｅｓ　ｇ

结构，具有以下优点：

）相对于传统镜头，该优化系统选择非球面塑料透镜镜头代替了玻璃塑料混合镜头或者全玻璃镜头，１

非球面塑料透镜应用于手机镜头，不仅成本低、重量轻，而且还简化了系统的结构，提高了成像质量。

）初始结构中的球差范围为－０．像散为－０．畸变为－３％～３％；优化后系统２１～０．１ｍｍ，２～０．２ｍｍ，像散为－０．畸变为－１％～１％，可见该镜头在像差范围方面球差范围为－０．０２～０．０２ｍｍ，０５～０．０５ｍｍ，比初始结构小得多，提高了成像质量。

）本镜头是大孔径、，大视场角的光学系统，其Ｆ数为２．视场角为６焦距为３．后焦距为３０５，２°９９４３ｍｍ，光学总长度５．符合手机镜头微型化的要求。中心厚度和边缘厚度均大于０．有利０．３１ｍｍ，５９ｍｍ，３５ｍｍ，于加工制造。

）初始结构中只是提到这个镜头适用于Ｃ但没有说明满足多大像素的要求；４ＣＤ或ＣＭＯＳ型传感器，本系统实现了较高的分辨率，可匹配ｉｎｃｈ、８００万像素的ＣＭＯＳ。

４

）本镜头的孔径光阑位于物方空间，置于第一透镜上，可直接利用孔径光阑的开孔大小控制进光量，同５

时由于孔径光阑离ＣＭＯ有利于减小前透镜的直径和出瞳的延长度，避免了孔径光阑置于透镜之间Ｓ较远，的种种问题，在一定程度上降低了系统整体的制造成本。

参

０５１５－

，２ＴｓｕｎＨａｎＴｓａｉ．ＩｍａｅＰｉｃｋｕＯｔｉｃａｌＬｅｎｓＡｓｓｅｍｂｌＰ］．ＵＳＰａｔｅｎｔ８１７９６１４，２０１２０５１５　　　　　－－ｇｇｐｐｙ［　　

，３Ｈ．Ｙａｍａｋａｗａ．ＩｍａｅｒＬｅｎｓＳｓｔｅｍ［Ｐ］．ＵＳＰａｔｅｎｔ５４９３４４９，１９９６０２２０　　－－ｙｇｙ　

：］４ＰｉｅｒｒｅＭａｎａｎ．ＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｖｉｓｉｂｌｅｈｏｔｏｎｓｉｎＣＣＤａｎｄＣＭＯＳＡｃｏｍａｒａｔｉｖｅｖｉｅｗ［Ｊ．ＮｕｃｌｅａｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　　　　　　　　　　ｇｐｐ　　

（）：２００３，５０４１３１９９～２１２ｉｎ　ＰｈｓｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ　Ａ，－　ｙ，，５ＨｓｉａｎＣｈｉＴａｎＴｓｕｎＨａｎＴｓａｉ．ＩｍａｉｎＬｅｎｓＡｓｓｅｍｂｌＰ］．ＵＳＰａｔｅｎｔ８０８９７０４，２０１２０１０３　　　　－－ｇｇｇｇｇｙ［　　　

，，：，６ＡｎＹｕｉｎＬｉｕＪｉｆａｎＬｉＱｉｎｈｕｉ．ＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｉｕｅ［Ｍ］．ＢｅｉｉｎＰｕｂｌｉｓｈｉｎＨｏｕｓｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩｎｄｕｓｔｒ　　　　　　　ｙｇｇｇｑｊｇｇｙ　２００９．１７８～１８９

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考文献

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