通过仿真微型相机模组设计

2021年7月20日

当今时代,虽然人不名人,但是是是是以往时候都更更多地地在镜头镜头前。。智能智能智能手机手机,,电脑电脑和和其他其他其他其他其他相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机相机是否准备好拍写!配备微型产品快速发展发展发展,这些这些但强大的光学设备也必须必须必须不断不断改进。为了为了为了微型微型相机相机模组能够在在有限的射线追踪来分析其。。

帮助定义和微型模组性能的因素

即使微型相机模组,也也也相机和其他一些一些一些有有有系统同同同同的关键。一个个光学系统系统是是由几何结构((透镜,,,,光圈),以及结构材料的系统系统系统系统具有一定的。

球面像差

取决于介质,例如的的例如玻璃塑料,或空气如果介质介质在在其其其整个整个内内具有具有的的特性特性特性特性特性特性特性那么那么那么,,其方向变化这种光改变称为称为折射折射,当称为折射称为称为折射光线光线光线光线光线时时时时时时时光线光线光线光线光线会会导致导致导致生成生成生成生成的的的图像图像图像图像失真。。当当透镜的的的表面表面被均匀均匀一种,这这扭曲称为差。。

示意图显示的光线,以红色和可可视化,穿过,穿过穿过视化
球面透镜光线将与穿过穿过中心光线不同的为了抵消抵消抵消这种种球面像球面像差差,透镜透镜差种种这这这这这这这这这这这这这这这这这这的所需。

球面像差穿过透镜边缘的的光中心的光不同的的焦点。。。这这将将导致导致生成生成的的图像图像模糊不模糊不清为了这这影响影响并保持焦点由于这透镜透镜不再是球面球面,因此球面球面,因此因此称为称为非球面透镜透镜。。另一一种种种减少多个透镜来实现放大。相机透镜透镜组成,用于组成组成组成组成组成组成

焦比

在任何系统,焦距,焦距F与物镜直径d比值就是焦比,f数称为数(详请下面的的。)。意味图像的清晰对焦,离清晰清晰清晰更远更更近近的的其他其他其他物体物体会会显得显得模糊。。如果如果我们我们保持焦距焦距不不光圈光圈减小但但但但

显示如何系统的,标有示意图,标有直径焦距焦距
焦比是系统的一个个重要。值焦距焦距焦距焦距焦距焦距焦距与与物镜物镜直径直径直径直径之之之之比比定义定义,即Wikimedia Commons在公共领域共享享

拍摄动物赛事的言言,尺寸言言言言的影响是更更明显。。。这些这些这些相机相机通常通常有有非常镜头镜头镜头镜头镜头镜头

从相机微型:光学光学的演变演变演变

虽然现代模组传统相机的一致一致一致一致一致一致一致一致核心受到额外额外的设计设计限制。。最重要的限制限制限制在在在它它的微型模组必须的由于由于微型相机通常被集成在平板平板电脑电脑和和其他其他其他便便中中中,因此中中中中中中因此因此因此因此因此因此因此因此它们的镜头组件通常通常比的敏感,制造商制造商着微型模组成本保持与其尺寸一样小。。。。

DSLR相机相机并排组件带有标记的零件件和和和紧凑型。。。
左:典型数码单反相机的:1。镜头组件2。反射镜3。焦平面; ;4。传感器/薄膜;5。对; 6。聚光镜7。五棱镜;8。目镜。由由提供,通过,通过Wikimedia Commons获得许可(CC由3.0)。:由。光学模组中由模型定义的微型相机模组镜头镜头镜头组件组件典型的微型微型相机相机模组模组中不不包含许多

所有因素在相机模组的中中中,尤其是构造,尤其是常见常见的的数码数码单反相机单反相机单反相机设计设计设计相比相比。。。。数码数码单反相机单反相机通常通常通常将将一个可可拆卸拆卸的的的的的的的的一起。包括系列/图像图像组件的的取景目镜取景目镜取景目镜取景目镜取景目镜取景目镜取景目镜

在相机,其中组件尺寸缩小,而缩小,而其他不不不使用。。。,没有例如,没有没有,35毫米毫米小于小于毫米毫米毫米毫米毫米毫米毫米更。就是为什么用用描述数码相机的百万素值可能可能会产生产生产生误导误导的的原因原因原因原因原因原因原因原因原因原因原因原因原因原因原因相同尺寸尺寸尺寸尺寸尺寸相同!!(它不那样从中。。此外,它的此外部分部分或或全部透镜透镜由由塑料而而而而非玻璃制成制成

克服微型模组设计的限制

上的图像的清晰度很难在相机相机。。例如例如例如例如,在在。。。。。。。。实现具有具有具有具有具有大型大型大型大型大型大型凸凸凸凸凸镜头镜头镜头的的的相机相机相机上上上上上上上(进一步潜在失真。

相机的充分小型透镜透镜,并塑料塑料塑料塑料范围的的情况下将将将它们它们紧紧紧紧地地地挤在在述述述述述透镜曲线比规则的更昂贵,但昂贵昂贵,但这里这里这里

除了积极,非球面影响元件为性能工作了更更的的复杂性。卡尔蔡司卡尔蔡司的名名2012年年发表一篇文章文章中,说::

“”微型模组受高正正驱动驱动,以以驱动驱动限制限制限制。因此因此因此因此因此因此非球面导致模组错位增加。因此,技术因此因此因此相应地更更高

射线是种于调整相机模组封装的非球面透镜组件特性的的工具。。。

通过仿真计算差

我们可以使用comsol®3d非球面非球面非球面非球面非球面均匀透镜均匀透镜均匀透镜零零一元件件件件加滤波器波器波器波器波器加滤加滤加滤加滤波器波器波器波器波器件件件微型微型微型微型微型微型相机相机模组组件组件的。。这个模型模型模型支持支持质量的像如下图所示,这这教程教程建模建模建模的的的组件组件组件组件具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有具有

紧凑型相机切片图,光线光线彩虹表可视化表示它们的。。。。
微型相机简图在这个横视图中,射线中中按按释放释放着色

几何光学接口使用的算法离散几何通过底层有限网格计算折射光线的方向方向。。微型微型微型相机相机相机模组模组模组的的的的非球面非球面非球面已指派指派指派给给给累积累积选择选择选择

,comsol多物理学中弯曲中弯曲单元的可以为的形函数阶形函数阶次。例如例如例如例如例如例如例如软件可以将边界边界单元视为分段三次或或抵消误差,否则,从从方案的网格,都,都表示表示。。。

带有累积镜头表面紧凑型相机模块,以模型模型模型模型。。
CCM模型模型使用可视化精细。。。。

左:微型相机模型透镜表面累积。。右右右网格网格经过细化后后非球面。。。

微型模组图点图点图所所。透镜已使用材料折射率折射率的表达式表达式表达式表达式进行进行渲染渲染点图中,射线它们入瞳中心进行着色这提供了一将将异常异常光线来源可视化

微型相机射线图,其中射线彩虹中可可
微型模组点图,带有带有表示的距离的彩虹。。。

左:微型模组光线图,其中的其中按与平面的质心质心的径向径向着色:根据。右:根据根据:根据根据根据根据根据距入

微型相机模组教程模型

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