微距手机数码相机镜头的设计开题报告

全文总字数：4032字

1. 研究目的与意义（文献综述）

21世纪以来手机快速发展，极大地改变了人们生活，曾经昂贵的摄影系统被集成到手机。依靠着手机的便携性和低使用门槛，手机摄像深刻地改变了人们通讯和分享的内容和形式。自手机拍摄的诞生以来，人们对高质量的手机拍摄效果的追求不曾停止。2000年，全球第一款内置摄像头的手机j-sh04由夏普设计诞生，摄像头的像素仅有11万，但这超越了人们对手机仅作为通讯工具的认知，促进了手机摄像功能的飞速发展，。到2004年，夏普推出的夏普v602sh成为首款具备光学变焦功能手机，手机摄影向专业化摄影迈进一步。2005年，索尼爱立信推出首款摄影系统具备自动对焦功能的索爱k750i，既降低了用户的摄影难度，也提高了手机摄像的清晰度。随后几年，利用更高的像素为手机拍照增加细腻程度，手机摄影头迎来了像素飞速提升，由2007年诺基亚n95的500万像素，到2010年诺基亚n8的1200万像素，再到2012年诺基亚pureview808的4100万像素。但是随着手机摄影技术的不断发展，由于手机摄像头尺寸的限制，在手机上单纯的提高手机的像素已经不是个明智的选择了，这是就有厂商开始在传感器的成像质量以及大像素方面下手，牺牲像素以换取进光量，来实现更好的低光拍摄效果。2016年，随着手机双摄技术逐渐成熟，华为p9采用了黑白 彩色双摄，其中彩色摄像头负责记录拍照主体的色彩信息，而黑白摄像头则负责控制照片的亮度以及相关细节，再由系统进行分析处理，生成一张色彩还原真实、细节把控到位、亮度得体的照片。iphone7 plus则采用了广角镜头搭配长焦镜头的双焦段镜头，其中广角镜头负责成像，而长焦镜头负责计算景深效果，实现人物背景的虚化，达到类似数码相机的拍照效果。双摄通过算法使得在低光成像和景深效果上实现全面优化。多摄像头结合相机算法成为手机相机的发展潮流。2018年，华为mate20 pro采用了广角镜头 超广角 长焦的后置徕卡三摄。2019年，小米cc9pro采用了超长焦镜头 人像镜头 超清主摄 超广角镜头 微距镜头的后置五摄，它的拍照成绩在dxomark榜单中排在第一名。

微距摄影是指在近距离对细微物体拍摄，以不同寻常的视角捕捉人眼不可见的细节纹理，常常给人很强的视觉冲击，是摄影的一个重要分支。2010年以前，手机摄影系统一般都采用单摄方案，微距摄影一直也不是很重视，一般手机的最近对焦距离都大于100mm，而且放大倍率也不大。随着手机拍摄技术的不断进步，手机拍摄与数码相机之间的效果差距也逐渐被抹平。人们开始追求在便捷性更好、功能更丰富的手机中尝试微距拍摄。2011年，olloclip为iphone 4设计了集合微距、鱼眼、广角功能的镜头快速变换系统，10x的微距镜头最近对焦距离为18mm，的微距镜头最近对焦距离为12mm。使用手机挂载微距拍摄系统来进行摄影开始变得流行，大量手机挂载镜头系统产品出现，如，apexel的25mm，微距镜头的有效对焦距离为20~50mm，orea的无畸变微距镜头有效对焦距离为20mm~60mm；天丽锐眼ml38x的有效对焦距离为22mm~82mm。随着微距需求的增加，手机厂商也尝试以此作为卖点。2015年，oppo r7的超级微距功能改变了拍摄时需利用专业模式手动调焦的复杂操作。oppo r7的超级微距功能利用多帧超采样技术，将软硬件完美结合，从而实现微距拍摄。2016年及2017年，三星、努比亚、魅族等品牌纷纷在自己品牌的手机中推出微距模式。2018年，华为mate20 利用徕卡三摄中的2000万像素超广角镜头实现25mm的最近对焦距离，微距拍摄的效果已经接近甚至超越以往的挂载的微距镜头。2019年，后置四摄的红米依靠200万超微距相机能完成最近对焦距离为20mm的自动独立对焦，微距技术第一次应用到千元机上。

人们一直以来追求利用小型的光学系统实现大视场、高像素，主要的手机镜头有：2013年，张广等设计了一款全视场角为66°、系统焦距为4.48mm、光学系统总长为5.59989mm的800万像素手机镜头；2016年，于艇等利用折衍混合结构设计了一款全视场角为70°、光圈值f为2.2、系统焦距为4.2mm的1300万像素手机镜头；2017年，谢志宏等设计了一款全视场角为68°、系统f数为2.4、系统焦距为3.5mm、系统总长为4.8mm的2100万像素超薄手机镜头；2018年，黄耀林等设计了一款由6片非球面镜片组成的、全视场角为78°、系统的光圈值f为2、系统焦距为3.8mm的1600万像素手机镜头；2020年郭智元等设计了一款全视场角为130°、光圈值f为1.8、系统焦距为2.64mm、系统总长为4.1mm的单中心超广角手机镜头。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：

本设计从结构上入手，设计一个结构简单最近对焦距离小于10mm的微距手机数码相机镜头。

1．通过放大率公式和透镜的基本成像公式推导得到最近对焦距离、放大倍率和焦距三者之间的关系，分析出特定参数条件下设计的初始条件。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的基本原理，基本设计方法。确定方案，完成开题报告。

第4－6周：利用zemax或code v 完成数码相机镜头的初始结构设计。

第7－12周：完成相应的优化设计。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]邱鑫,王艳.800万像素超薄非球面手机镜头设计[j].科技创新导报,2018,15(20):74-76 78.

[2]于艇.1300万像素折衍混合手机镜头设计[d].长春理工大学,2016，