基于ZEMAX的2100万像素手机镜头设计

通过ZEMAX光学设计软件优化设计,得到了一款超薄尺寸2100万像素手机镜头.此镜头由1个红外滤光片和4片光学塑料非球面透镜组成,镜头焦距为3.5 mm,光圈值F为2.4,视场角为68°,镜头总长为4.8 mm,同时采用Sony公司的IMX230型号2100万像素图像传感器.优化后镜头极限分辨率为446 lp/mm,中心视场调制传递函数(MTF)值在奈奎斯特频率223 lp/mm处大于0.53,在奈奎斯特频446 lp/mm处大于0.22,0.7视场MTF值在奈奎斯特频率223 lp/mm处大于0.5,在奈奎斯特频446 lp/mm处大于0.17,镜头各视场的弥散斑半径都小于1.5μm,最大场曲小于0.04,最大畸变小于2%,大部分视场相对照度大于60%,成像质量良好.     

800万像素折衍混合式手机镜头设计

为满足市场对高像素手机镜头的需求,利用ZEMAX光学设计软件,设计了一款800万像素的折衍混合式手机镜头。镜头采用了正-负-正的三片式结构,光阑位于第一片透镜和第二片透镜之间,第二片透镜的前表面为二元衍射面。手机镜头的F数为2.85,全视场64,总长5.9mm,在Nyquist频率处所有视场MTF值均大于0.23,相对畸变小于1%,成像质量良好。公差计算结果表明镜头公差符合加工工艺要求。     

基于CODE Ⅴ的手机摄像镜头光学设计

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CODEⅤ,结合非球面透镜理论,设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2.05,视场角为62°,半像高为2.4mm,系统总长度为5.59mm。为了使结构紧凑并且最大限度地降低生产成本,在结构设计中采用非球面的塑料镜片。设计结果显示:镜头的适应像素尺寸是1.1μm×1.1μm,相应的尼奎斯特频率为454lp/mm,在1/2尼奎斯特频率处绝大部分视场调制传递函数(MTF)值大于0.4,各个视场的横向像差均小于9.26μm,均方根(RMS)半径都在艾里斑之内,畸变小于1%,获得良好的成像效果。     

大相对孔径高分辨率手机镜头设计

为了满足市场对手机镜头大相对孔径高分辨率的需求,采用E48R和LEXANH两种非球面塑料透镜,应用光学设计软件Code-v设计了一款大相对孔径高分辨率手机镜头。该手机镜头由5片非球面塑料透镜、1片红外滤波片、1片保护玻璃组成,其中第1片和第4片透镜为正透镜,第2片、第3片和第5片透镜为负透镜。结果表明,空间频率350lp/mm处,所有视场的调制传递函数(MTF)均优于0.2,0.7视场内的MTF均优于0.34,全视场内的场曲小于0.02mm,畸变小于2.55%。该研究为类似系统的设计提供了一定的参考价值。     

1300万像素手机镜头设计

设计了一款由5片塑料非球面透镜和1个红外滤光片组成的1300万像素的手机镜头,系统采用1/3 inch(1 inch=2.54 cm)的CMOS作为该镜头的图像传感器,像素颗粒大小为1.12μm。镜头的焦距为3.9mm,F数为2.2,视场角为78°。在1/2极限频率处调制传递函数(MTF)值都大于0.4,可以获得优质的成像效果,最大畸变小于2%,相对照度大于36%,公差也相对较松,能够满足生产中的需要。     

高分辨率大孔径手机镜头设计

为了满足目前人们对手机镜头的大孔径和高分辨 率的要求,本文在几何光学理论基础 上,应用光学设计软件Zemax设计出一款1300万 像素手机镜头。在设计中采用扩展奇次非球面来校正系统像差。该镜头由4块 扩展奇次非球面镜片和1块滤光镜片组成,结构简单紧凑;它的F数为2.17,全视场角为 73.2°,有效焦距3.93 mm,镜头总长6.00 mm;最终实现中心视场在中间频 率处(即223 lp/mm)的子午和弧矢方向MTF值分别大于 0.33,在高频处(即446 lp/m m)分别大于0.13;另外,0.8视场在中间频率的子午和弧矢MTF值分别大于0.33,研究表明优化设计后的手机镜头 成像效果完全可以满足使用要求。     

基于虹膜识别的小畸变手机镜头设计

为了获得高质量的虹膜图像,采用光学设计软件ZEMAX设计了一款手机虹膜识别镜头,该镜头由4片塑料非球面透镜组成,工作距离为200~330mm,总长为4.09mm,F数为2.4。设计结果显示,工作距离为275mm时,镜头在1/2奈奎斯特频率处的调制传递函数大于0.4,光学畸变小于0.6%,相对照度大于83%。通过像质评价及公差分析可知,该光学系统的畸变小,可变工作距离大,像质优异且性能稳定,可以满足虹膜识别镜头的加工要求。     

小型化同心反射式手机镜头设计

基于现代社会对手机镜头高像素、小型化的要求,基于同心透镜原理设计了同心反射式手机镜头。通过光路计算,求解了系统的球差表达式,进一步获得了系统的初始结构。利用光学设计软件设计了光学系统,镜头采用像元大小为1.25 μm的曲面传感器,光学系统的F数为1.8,焦距为2.7 mm,最大全视场角为100°,系统总长为2.7 mm。设计结果表明,在空间截止频率400 lp/mm处,0.7视场的调制传递函数均大于0.34,全视场的调制传递函数均大于0.23,各视场的弥散斑半径均小于艾里斑。在全视场内,相对照度高于0.64,该设计满足手机镜头成像要求。     

沉浸式头戴显示器光学系统设计

为了满足虚拟现实头戴显示器大视场、大出瞳和高成像质量等要求,采用非球面透镜设计了1种3片式虚拟现实头戴显示器光学系统,对光学系统进行了公差分析.结果表明,光学系统的平均调制传递函数(MTF)值均满足传递函数的要求;系统视场角为90°、出瞳直径为8mm、系统重量为33.67g、总长小于60mm、频率为9.31lp/mm时...     

同心结构的小型化超广角监控镜头设计

为了满足监控镜头的小型化、高像质以及大视场的需求,利用同心结构的同心透镜,并依据曲面传感器的发展现状及趋势,设计了一款同心结构的曲面像面监控镜头光学系统。该监控系统的全视场角可达到140,有效焦距为7.88 mm,F数为1.5,系统总长15.12 mm,像素可达1 100万。设计结果表明,MTF值在中心视场和0.7视场处均接近衍射极限,在全视场处均大于0.59;各个视场的弥散斑半径均小于0.6m。相比于已有的监控镜头光学系统,该设计在大视场范围内保证了优良的像质,并且实现了小型化。     

LED数字投影机短焦投影物镜设计

为实现LED 数字投影机短距离内投影出更大的画面,文中针对此类投影机的结构特点,通过理论计算和ZEMAX 光学设计软件的优化,开发设计一款适用于LED 光源0.7 in（1 in=2.54 cm）单芯片数字投影机的短焦投影物镜。给出工作波长为462~625 nm、全视场角为84、相对孔径为1:2.4、焦距为10 mm、后工作距离大于20 mm 的镜头设计实例。镜头有较好的成像质量, 在分辨率极限40 lp/mm 处, 0.7 视场以内的MTF 值均大于0. 5,全视场畸变量的绝对值小于1.5%,像质优良。设计结果显示,文中提出的设计方法有利于降低投影系统成本,实现产业化生产。     

高分辨率像方远心连续变焦投影镜头的设计

为了满足基于TIR棱镜的高分辨率工程投影机对高分辨率、高照度均匀性、长后工作距离及连续变焦投影的工作需求,设计了一种基于TIR棱镜的高分辨率像方远心连续变焦投影镜头。该镜头焦距为25~32 mm,F#为2.4,工作在可见光波段。该投影镜头具有靶面大、分辨率高、后工作距离长及照度均匀性高的设计难点,通过选择反远距的双高斯结构,控制像方远心度,通过采用不同材料搭配,并借助CODE V的玻璃专家优化功能,反复迭代优化,最终,得到满足使用要求的连续变焦投影镜头。结果表明:该镜头在连续变焦过程中各视场MTF值在72 lp/mm处不低于0.4,各视场RMS弥散斑直径小于8.5 m,畸变小于2%,短焦边缘视场照度均匀性大于95%。该连续变焦投影镜头采用全球面设计,结构紧凑,成像质量好,畸变、垂轴色差和照度均匀性都得到了较好的控制,可以很好地满足高分辨率工程投影机的投影需求。     

刑侦日盲紫外折衍混合变焦光学系统设计

为了满足刑侦过程中紫外光学系统远距离搜索、近距离拍照的需求,采用二元衍射元件和非球面元件,设计了一种日盲紫外机械补偿变焦光学系统,其中焦距为40mm~80mm,F数为4,工作波段为0.24μm~ 0.28μm。选用S8844-0909型2.54cm紫外CCD,像元尺寸为24μm×24μm,对应视场角为6°~12°。系统由7块透镜组成,结构简单、体积小巧。结果表明,在整个变焦范围内,后截距10mm处,截止空间频率21cycles/mm时,各视场的光学调制传递函数均在0.7以上,接近衍射受限曲线,畸变小于5%,像质优良,像面稳定。该设计能满足光学系统的总体设计要求。     

紧凑型双视场可见光镜头设计

为使观瞄系统以简单、紧凑结构实现探测、识别目标功能,选用光学补偿法设计紧凑型双视场可见光镜头。首先,根据视场、作用距离指标完成相机选型和焦距计算,依据已选相机像元尺寸和最低照度计算F数,并分析双视场光学系统的特点;其次,对比常规的光阑位置固定方案与光阑位置切换方案,得出后者在实现光学总长、最大通光孔径、变焦行程有效压缩的同时,可以实现更大的相对孔径和更好的像质;最终,选用光阑位置切换方案设计了由11片透镜构成,光学总长为150 mm,最大通光孔径为Φ42 mm,变焦行程为35.97 mm的紧凑型双视场可见光镜头。该镜头短焦焦距为32 mm,F数为2.3,满足水平视场角不小于12°、探测距离不小于5 km的要求;长焦焦距为126 mm,F数为3,满足水平视场角不小于3°、畸变小于0.5%、识别距离不小于5 km的要求。设计结果表明,对于焦距32 mm和焦距126 mm,全视场调制传递函数（MTF ）均大于0.45,全视场点列图的均方根 （RMS）直径小于或接近4 μm,整体像质良好。公差分析结果表明,在135 cycles/mm处,全视场MTF大于0.3的概率达到90%以上。     

利用光纤传像束的内窥镜物镜设计

光纤传像束用于内窥镜时,对内窥镜物镜的结构型式和成像质量提出了新的要求。在分析了其基本设计原则后,根据实际需求,选用反远距型物镜作为初始结构,利用Zemax软件优化设计了一个工作波段0.38~0.78 m,焦距0.921 mm,全视场100、相对孔径1/4的内窥镜物镜。镜头总长10.32 mm,满足像方远心要求,在38 lp/mm频率处MTF值在0.85以上,像质优良;同时,在Tracepro软件中建立了所设计物镜与光纤传像束结合后系统的模型,模拟的系统耦合效率约为96%且出射端照度均匀。结果表明:该物镜具有视场大、短焦距、结构合理、耦合效率高、像面照度均匀等特点,满足内窥镜要求。     

长焦距大变倍比中波红外变焦距系统设计

为实现红外连续变焦距系统变倍比大、焦距长和系统结构简单的需求,在光学系统中引入衍射元件(DOE),设计了一套3.7～4.8μm波段折/衍混合连续变焦光学系统。该系统突破了传统折射式中波红外变焦系统难以同时满足变倍比大、焦距长、系统结构简单等要求的局限,其变倍比为20×,可在35～700mm焦距范围内连续变焦,仅包含6片透镜和2片平面反射镜。在空间频率17lp/mm处,系统在全焦距范围内调制传递函数MTF>0.5;变焦过程中系统弥散斑直径均方根值小于20μm,表明该系统成像质量良好。