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光学塑料非球面在光学设计和制造中的应用

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究生阶段工作汇报

1.2 塑胶非球面的国内外发展情况

1.3 塑胶非球面未来的发展趋势

1.4 本课题研究的意义与创新点

1.5 本课的主要工作内容

第二章 像差理论

2.1 像差概述

2.2 几何像差

2.2.1 轴向球差

2.2.2 慧差

2.2.3 场曲和像散

2.2.4 畸变

2.2.5 色差

2.3 PWC初级像差系数在Mathematica中的应用

2.3.1 PW形式初级像差系数

2.3.2 PWC初级像差系数在Mathematica中的应用

2.4 非球面理论及其在像差校正的作用

第三章 五百万像素手机镜头设计

3.1 镜头设计指标

3.2 芯片的匹匠

3.3 初始结构的选取

3.4 优化方法

3.5 像质评价

3.5.1 点列图与光线像差图

3.5.2 调制传递函数MTF

3.5.3 其他两种MTF判别方式

3.5.4 球差、场曲和畸变

3.5.5 相对照度

3.6 公差分析

3.7 结论

第四章 镜头结构和模具设计

4.1 镜头机构设计

4.1.1 镜头结构

4.1.2 镜片结构设计

4.1.3 镜头本体设计

4.2 方案分析

4.3 注塑模具

4.3.1 模具设计辅助软件UG,AutoCAD

4.3.2 注塑模型腔型芯与注塑件的建模

4.3.3 浇注系统

4.3.4 排气系统

4.3.5 顶出系统

4.4 模具制造的要点

4.4.1 模具材料

4.4.2 模具加工中的关键工艺

4.5 实验的相关设备

4.5.1 射出成型机

4.5.2 模温控制机

4.5.3 表面轮廓仪

第五章 注塑分析

5.1 实验所用塑胶材料的成型特性分析

5.1.1 材料的PVT关系

5.1.2 材料的流变学性能

5.2 注塑成型理论分析

5.2.1 注塑过程

5.2.2 保压过程

5.2.3 冷却过程

第六章 模仁补偿与实际产品的测定

6.1 实际镜头与结果分析

6.2 模仁补偿

6.2.1 模仁补偿的准各工作与流程

6.2.2 模仁补偿的计算方法

6.3 成品镜头的评价方式

6.3.1 投影检测

6.3.2 实拍检测

6.3.3 MTF机检测

6.3.4 MTF机检测标准设定

6.3.5 MTF机检测图像分析

6.4 色彩还原性测试

6.4.1 测试要求

6.4.2 测试目的

6.5 亮度均匀性测试

6.6 畸变测试

6.7 视场角测试

第七章 总结

参考文献

致谢

在读期间发表的论文与其他成果

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摘要

随着塑胶非球面的设计、加工制造与检测技术的不断进步,塑胶非球面在各类光学镜头中开始广为使用。现代光学系统有效地结合了塑胶非球面的巨大优势,正朝着轻薄化、智能化、高像素化的方向发展。手机、笔记本电脑等电子设备,渐渐成为现代人常用的生活用品之一,它们的前置及后置摄像头正在被更高分辨率的镜头取代。为满足市场需求,塑胶非球面镜片在各种摄像头中的广泛应用也成为了必然趋势,从而对于塑胶非球面的设计以及对生产工艺的控制也显得尤为重要。因此,对于一款光学系统而言,需注意以下三点,第一,需使得光学设计的各项光学性能达到规格并且满足实际加工的公差需要,第二在结构设计和模具设计中需要考虑到组装与成型工艺的难易。第三,通过对实际光学系统的效果分析,对模具进行调整与补偿。
  本研究通过在一款手机镜头初始结构的基础上,主要使用CODEV光学设计软件及其较为强大的自动辅助优化功能,利用多种操作数和权重进行反复优化,使得优化后的光学系统各项性能均在设计规格之内。另外,结合实际加工能力对该系统的公差进行分析,并且通过编写面型分析的宏指令模拟了实际面型形状对解像的影响。最后,针对实际塑胶非球面的加工制造,本文提出了一种塑胶镜片面型补正的方法用来对光学模仁进行补偿。该方法通过拟合非球面镜片的面型测量数据反推回实际加工的系数中去,从而对镜片进行补偿。
  实验结果表明,本文的设计符合五百万镜头的要求,通过面型模拟和模仁的补偿,使得光学镜片在制造和成型中的误差大大减小,也使得光学系统的性能达到最佳化。

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