应用Q型非球面的手机摄像镜头设计方法研究文献综述

 2022-11-26 03:11

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述:

(1) 研究的背景与意义

智能手机发展的一个标志性成果就是手机摄像头质量的日益提升。例如,华为手机在采用5G通讯技术的同时,推出了四摄技术。华为Mate 30 Pro 5G版的后置摄像头四颗:4000万像素电影摄像头 4000万像素超感光摄像头 800万像素长焦摄像头 3D深感摄像头。但上述摄像头是由华为和莱卡共同推出的,我国还缺乏完全自主知识产权的手机摄像头。智能手机越来越向传统通信手机和单反照相机集成化发展。手机摄像镜头技术的提升源于设计方法、加工工艺的突破,光学加工、精密机械、电子电路等科技水平的日益成熟。轻薄、高画质的智能手机渐渐成为人们的首选。

若要满足手机摄像头轻薄、高画质的要求,摄像头的光学设计方法尤为重要。采用非球面可以有效减少透镜元件数目,降低体积,减轻重量,提升成像质量。更进一步地,更合理地采用非球面,降低非球面度的同时保证成像质量,是对光学设计者的要求。Q非球面与传统非球面表征相比,能够在光学设计时进行表面偏差或者斜率的有效控制,因而研究采用新型Q非球面的手机摄像头的设计方法,充分发掘Q非球面表达式的优越性,具有十分重要的价值和意义,有助于推进我国消费电子行业的技术积累和行业发展。

(2) 国内外研究现状

  1. 手机摄像镜头

手机摄像头的设计中,主要追求的是如何在有限的长度范围内,使其成像性能最佳,主要是追求镜头的微型化,在保证成像质量的前提下,最大限度地缩短光学镜头的总长度;手机照相镜头是小型化结构,这就限制了镜片的数量,大多在4 片左右,手机照相镜头一般都使用塑料非球面;手机摄像头的探测器一般都适用CMOS。

照相手机的源头还是始于2000 年,日本夏普推出了全球第一款内置摄像头的照相手机J-SH04,它搭载了一个11 万像素CMOS 数码相机镜头,并配备宽大的自拍镜,能够拍摄最大分辨率为355times;288 像素的照片,尽管拍摄的画面有点惨不忍睹,不能与当今主流配置相提并论,但它却是一款具有划时代意义的手机,它促使了照相手机的迅猛发展,由于它的出现,手机厂商逐步认识到照相功能存在的价值。在此后的两三年中,照相手机如雨后春笋般涌现,像素方面也是有所提高,比如Sony 的P900、西门子的SX1 等,它们搭配的镜头可以拍摄最大分辨率为640times;480 的照片,摄像头的像素数可以达到30 万,通常我们称之为VGA(Video Graphic Array)镜头,当时这种级别的镜头一般都需要两个镜片,多采用2 片式光学塑料透镜或2 片式光学玻璃透镜结构,感光元件CCD 或CMOS 尺寸大多在1/10 英寸以下,最小像元尺寸仅能达到2.2 mu;mtimes;2.2 mu;m。这类手机镜头的结构如下图1 所示。

图 1 两片式手机镜头光路

2003 年5 月,夏普公司复出抢先推出了首款百万像素的照相手机J-SH53,它内置了一个100 万像素的CCD 镜头,可输出最大分辨率为1144times;858 像素的照片。卡西欧又震撼性的推出全球第一款具有300 万像素的照相手机5406CA,它配备了有效像素为320 万的1/1.8 英寸的大尺寸CCD 感光元件,可拍摄QXGA(2048times;1536 像素)的照片,与此同时,该镜头采用了小而薄的非球面透镜,很好的提高了成像质量,也缩小了系统结构。从全球首款百万像素手机的诞生,到首款300 万像素照相手机的出现,仅仅用了一年左右的时间,这期间的照相手机镜头大多是3 片式塑料透镜结构,而且随着像素要求的提高,光学非球面的数量也逐渐增加。

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