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【OFweek光学网视点】:光学行业5月份热点聚焦

  八、300万像素手机镜头设计浅析

  2000年11月,夏普联合日本当时第三大移动运营商J-photo推出了全球第一款照相手机,像素为11万。这部划时代的手机诞生自今,照相手机受到了用户极大的喜爱,得到了迅猛的发展。手机厂商纷纷推出各式各样的照相手机,其像素也从开始的11万像素,发展到现在的30万像素、130万像素、200万像素。一些商家也推出300万像素甚至更高像素的手机,但是并不是所有的高像素手机都向商家说的那样,其高像素是通过软件的插值得到的,并非实际有效像素。鉴于此,本文设计了一款实际有效像素可达300万的手机镜头。

  1 感光器件的选取

  不论是照相手机还是数码相机,除了要有好的光学镜头以外,感光器件的好坏也是影响其成像质量的一个极其重要因素。CCD和CM0S是目前最常用的2种图像传感器,被广泛地应用于数码相机、摄像机、照相手机和监控摄像头等数码产品中。CCD(即电荷耦合器件)是一种感光的半导体片,CM0S即互补金属氧化物半导体,二者的主要的区别是CCD 是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称为金属氧化物的半导体材料上。它们的工作原理没有本质的区别,都是利用感光二极管进行光电转换。

  目前,数码相机的图像传感器仍然被CCD所掌控,而在可拍照手机方面主要应用CMOS图像传感器,虽然其主要是VGA,但130万像素,200万像素,300万像素等高像素的CMOS也已逐步推向市场。

  虽然CCD技术已经能够提供较好的探测性能,但费用高、制造商有限等因素制约了CCD市场份额的扩大。相比之下,CMOS探测器具有集成度高、体积小、质量轻、功耗低、价格低、无光晕、高读出速率等CCD图像传感器不具备的优点。近年来,随着亚微米和深亚微米工艺技术的发展和器件结构的不断改进,CMOS图像传感器的图像质量已明显优于CCD的图像质量,因而可以预期在不久的将来它将会在许多领域取代CCD。

  本文采用韩国三星公司的一款300万像素CMOS作为设计镜头的配套传感器,其尺寸为0.635 mm(1/4 inch),由于采用了90 nm 的制造工艺,每个感光单元的尺寸下降到1.75μm。

  2 镜头各项参数的确定

  2.1 外形尺寸

  由于手机向着小巧、智能化的方向发展,因此作为照相手机的镜头其尺寸也受到一定的限制。与普通数码相机镜头相比有其特别之处:镜头体积受手机空间的制约,体积小,后焦短,解像力要求越来越高。

  普通手机的厚度小于1 cm,因此镜头的总长度应该在1 cm 以内。同时根据市场上拍照手机的一些参数确定出我们要设计的镜头参数:光圈值F=2.85,视场62°左右。同时控制好光线的出射角度,使其与后面CMOS能更好地耦合。

  2.2 调制传递函数(MTF)

  MTF可以叙述为通过镜头使标准标板(chart)成像时,表示一定空间频率反差传递比率的大小。空间频率是在像面上每mm 内黑白相间的线对数,以每mm 若干线对表示(1 p/mm)。通常,MTF值随空间频率的上升而下降,即一个镜头的MTF值越大越好,MTF曲线包围的面积越大越好,偏离光轴的点在子午方向(S)和弧矢方向(T)的MTF值越接近越好。

        详细请点击:   300万像素手机镜头设计浅析

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