通过利用ZEMAX光学工程设计软件设计了一款适用于手机的2倍内置式光学变焦距镜头。镜头仅由4片非球面的塑料透镜和1片BK7的红外滤光片构成,能够达到285 lp/mm的空间频率,可匹配1.75μm的COMS图像传感器,全视场RMS半径均小于艾利斑半径,全视场最大畸变小于3%,MTF值在1/2奈奎斯特频率处的大部分视场大于0.5,总长度小于9.2 mm。整个变焦距系统结构紧凑,分辨率高,成本低,可满足手机镜头光学变焦的要求。

为了弥补传统的沿光轴切向移入移出变倍镜组方式与沿光轴同向移动变倍镜组方式的变倍机构存在占用空间大、机构复杂、变倍时间长、控制精度低以及断电不能自锁等缺点,设计了一种超声电机驱动的光轴旋转方式移入移出的变倍机构。新变倍机构具有占用空间小、机构简单、变倍完成时间短、转角控制精确、可重复性强以及断电自锁等优点。实验结果表明,该变倍机构在100次可重复性关断特性试验中,平均转速为150r/min,试验得到最长的关断时间为0.756ms,最短的关断时间为0.748ms,关断时间最大误差为0.008ms,旋转变倍机构的最大转角误差为0.432′。最大转角误差在成像面上的偏移量〈0.015mm,其误差在系统所要求的范围内。

为了研究光学变焦与缩放算法对图像分辨率的影响,首先深入论述了三种分辨率定义,即光学镜头分辨率、探测器分辨率、摄影分辨率,然后了从采样理论出发分别分析了光学变焦与缩放算法对图像分辨率的影响与二者之间的区别。最后搭建了分辨率测试系统,获取了变焦距与缩放算法的靶标图像。实验结果表明,100mm焦距的靶标图像边沿清晰、分辨率高,而经缩放算法放大一倍的50mm焦距靶标图像边沿模糊,分辨率下降。