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研究生:廖國裕
研究生(外文):Kuo-Yuh Liao
論文名稱:三百萬畫素自動對焦手機鏡頭設計
論文名稱(外文):3 Mega Pixel Mobile Phone Lens With Auto Focus Design
指導教授:張益新
指導教授(外文):Yee-Shin Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:光電與材料科技研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:三百萬畫素自動對焦手機鏡頭
外文關鍵詞:Auto FocusMobile Phone LensAF3 Mega Pixel
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早在2001年,日本半導體廠商富士通,夏普已開始生產11萬畫素影像模組,2003年Nokia在Cebit記者會上,公開宣示影像功能將為手機帶來更多的服務及應用,從此開始影像模組就漸漸廣泛應用在手機。
在2002年以前只發展到30萬畫素,2003年130萬畫素,2004年200萬畫素,2005 ~ 2006年320萬畫素,目前500萬畫素正研製中,畫素愈來愈高,影像品質要求也愈來愈高。200萬畫素以上的影像模組若使用固定焦距鏡頭,照相時近距離及遠距離較容易模糊,為了改善此種模糊的影像品質,Aoto Focus (AF) 鏡頭就醞育而生,本文即針對目前320 萬畫素影像模組,提出解決方案,利用4片塑膠鏡片設計出高度低、重量輕、成本低、符合 320萬畫素品質鏡頭,再搭配Voice-coil Motor (VCM)的AF功能讓消費者在照相時,不論是照遠或照近,影像品質都能兼顧。
由設計結果,光學性能達到320萬畫素水準,鏡頭光學鏡頭高度5.75 mm、重量約0.20克、成本在 $ USD 1.8以下、模組高度亦可做在7.0 mm以下、搭配VCM AF,攝影距離可由20 cm到無窮遠,各項指標都達 320 萬畫素AF 鏡頭需求,是具有市場性的產品。
As the early as 2001, Japan semiconductor makers---Fujitsu, Sharp had successfully produced CIF camera module. In 2003, Nokia publicly announced the embedded image function will bring more service and application for cellar phones. Therefore, camera module is greatly used in cellar phones.
By 2002, only VGA camera module was developed. Such as 1.3M camera module in 2003, 2M camera module in 2004, 3.2M camera module in2005~2006 and 5M camera module is underdevelopmet . After that, image pixels are smaller and the image quality requirements are higher and higher.
Due to the fixed lens is used in 2M camera module or higher, it is inclined to get unclear photos while taking pictures in near distance or far distance. In order to improve the blurred image quality, auto focus lens has been developed. This topic of the research is focused on how to design 4 plastic lenses with lower height and light weight that can be used in 3.2M camera module. Besides, coordinating with voice-coil motor (VCM) for auto focus function, the customers can take much satisfied pictures while in near or far distance.
According to the design simulation , this lens can reach 3.2M pixels performance, that the lens with TTL(Total Track Length) 5.75 mm, the weight 0.2g and the targeted cost can be under us$1.80. Furthermore, the height of the camera module can be matched 7.0 mm as well as the VCM function can be added to take photos from 20 cm to infinite.
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 vii
第1章 緒論 1
1.1簡介 1
1.2塑膠材料特性 1
1.3研究動機 3
第2章 理論背景 6
2.1 VCM原理 6
2.2景深的原理 7
2.2.1鏡頭成像公式 7
2.2.2錯亂圓徑 7
2.2.3焦點深度 7
2.2.4景深 8
2.2.5光圈值 Fno 8
2.2.6 Lift 量 8
2.3物距、像距、焦點深度、景深關係 9
2.4距離與錯亂圓徑之 V 形曲線 11
2.5像差理論 11
2.5.1球面像差 13
2.5.2彗星像差 13
2.5.3像散像差 13
2.5.4場曲 13
2.5.5畸變 14
2.5.6縱向色像差 14
2.5.7橫向色像差 14
2.6 Sensor特性與Lens設計關係 14
2.6.1 Sensor Image Area 14
2.6.2 Sensor Pixel Size 15
2.6.3 Sensor Chief Ray Angle 15
2.6.4 Sensor Package Specifications 15
2.7鏡頭初階設計原理 15
2.7.1有效焦距 f 近似值 15
2.7.2入瞳直徑 16
2.7.3相對照度 16
第3章 設計流程與步驟 37
3.1設計流程 37
3.2規格訂定 37
3.3初階設計 38
3.3.1有效焦距 f 近似值 38
3.3.2入瞳直徑 38
3.3.3相對照度 38
3.4設計範例 39
3.5系統設定 39
3.6評價函數設定 39
3.7優化 40
3.8公差分析 40
第4章 結果與討論 48
4.1 Design Specification 48
4.2物距在無窮遠之Simulation 48
4.2.1 MTF 48
4.2.2 MTF vs. Field 49
4.2.3 Through Focus MTF 49
4.2.4 Field Curvature & Distortion 49
4.2.5 Relative Illumination 50
4.2.6 Chief Ray Angle vs. Field 50
4.3物距在20 cm處之Simulation 50
4.3.1 MTF 50
4.3.1 MTF vs. Field 51
4.3.2 Through Focus MTF 51
4.3.4 Field Curvature & Distortion 51
4.3.5 Relative Illumination 51
4.3.6 Chief Ray Angle vs. Field 52
第5章 結論與未來展望 60
5.1結論 60
5.2未來展望 60
參考文獻 61
[1]中川治平,“レンズ設計工学”,東海大學出版会, 1986
[2]陳昭福和翁寬仁著﹐“塑膠模具學”﹐科友圖書有限公司﹐1986
[3]”Motor Express” 第41期
[4]耿繼業和何建娃著﹐“幾何光學”﹐全欣資訊圖書﹐1991
[5]Barnes, Keith R.“Replication of Refracting Optics.”SPIE Proceedings, Vol 109,1977,pp.66
[6]Lytle,John D.“Specifying Glass and Plastic Optics what difference ?”SPIE Proceedings , Vol 181,1979,pp.93
[7]洪宏明﹐“光學系統之初始設計與設計實例”國立中央大學光電研究所﹐碩士論文﹐1985
[8]“Focus Software,Zemax Optical Design Program User’s Guide”, September 2006
[9]W.J.Smith﹐“Modern optical engineering” Second Edition McGraw-Hill Inc.﹐1990
[10]G.H.Smith﹐“Practical Computer –Aided” Willmann-Bell Inc.﹐1998
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