2.5倍光学变焦内置式手机摄像镜头的设计

    1引言

    中国市场上最早出现的拍照手机是索尼爱立信的 T618，内置 10 万像素的定焦摄像头使其成为 2003年最成功的可拍照手机。2004 年 7 月，全球第一款支持光学变焦的拍照手机夏普 V602SH 首开光学变焦镜头手机的先河。而之后的 4 年里，只有三星推出了500 万像素的同类型手机 M509，其余 500 万以上像素的都是数码变焦或带伸缩镜头的光学变焦类型，所以研究拥有 500 万以上像素的内置式光学变焦手机镜头是符合市场需求的。本文提出一个能同时拥有600 万像素、2.5 倍光学变焦的内置于手机的摄像镜头结构。

    2 600万像素、2.5倍变焦手机镜头设计

    2.1结构形式的选择

    采用一个负屈光力组和三个正屈光力组的组合实现系统变焦。其中第一镜片组是固定组，其负屈光力是为了保证大视场角[1]，第一镜片组中包含一个直角棱镜，直角棱镜使系统的运动组及像面与第一镜片组不共轴，有效地解决了运动组的移动空间受限的问题。使正屈光力组中第一、三镜片组做非线性运动来平衡第二运动组产生的像差，第二运动组做线性运动，系统的简化图如图 1 所示。我们从美国专利7405887[2]的 10 个镜片中选出 8 个组成系统的初始结构。这 8 个镜片又组成 4 个镜片组，参数如表 1 所示。

    以镜片 1，2，3 组成第一镜片组，即负屈光力组；镜片 4 是第二镜片组，即正屈光力组中第一镜片组；镜片5，6，7 组成第三镜片组，即正屈光力组中第二镜片组，其中 6，7 组成了胶合镜片；镜片 8 是第四镜片组，即正屈光力组中第三镜片组。当相应镜片间距满足表 1 中最后一列数值时，各组镜片的焦距（单位：mm）为

    相邻组元之间的间隔取式（2）中的值时，由公式（3）得有效焦长 fs′=7.81 mm 的系统，其结构如图 2 所示。

    2.2材料和传感器的拟定

    镜片全部选用玻璃材料。像面宽度选为 8.2 mm，以此使系统满足 600 万像素的要求。匹配 2/3 英寸CMOS 型传感器，其尺寸为 7.176 m×5.319 mm，用于 600 万像素时像素大小为 2.69 μm×2.69 μm，对应调制传输函数（MTF）最高频率为 184 lp/mm。

    2.3 变焦距系统的理论计算

    理论计算过程中用平行板代替直角棱镜，将结构转化为像面位置不动、其他组成元件都移动的全动型结构，如图 3 所示。以各个镜片组的焦距及镜片组之间的间距作为变量进行计算。

    系统要求变焦比 Γ=2.5 ，F/#=3.26~5.21，像面高度为 8.2 mm，视场角为 56°，孔径光阑在第三镜片组最物方镜面前 0.1 mm 处。由初始结构系统有效焦距长为 7.81 mm 得出系统最后要达到的最长有效焦距长为 fL′=19.525 mm。按照多组元全动型变焦距透镜高斯光学参数的求解方法[4]得出各个组间间距及各组到像面的距离，如表 2 所示。