[已解决]关于手机镜头几个指标的疑问

王杜可

自己也有照着别人的尝试设计优化几个手机镜头，优化结果看着还行，但是对这方面的几个指标之间的关系理解的不是很透彻，
以下有我自己的理解和疑点，理解的不对的请指出，疑点也希望有大佬可以耐心讲解一下，奉上5枚金币作为回帖奖励

如果要设计一款1200万像素的镜头，首先要选择与镜头适配的传感器，大尺寸的传感器一般会对应大尺寸的镜头，
比如选用一款1/3英寸，长宽为4.8mm×3.6mm，单个像素点尺寸为p=1.2µm，那么像素点的数量就是1200万，
传感器的截止频率，也叫做奈奎斯特频率1/2p = 417 lp/mm


1/3英寸传感器的对角线为6mm，那么对角线的一半就刚好是像高y’=3mm，
防止装配误差产生暗角，像高会稍微超出传感器一点，比如取y'=3.1mm

然后视场角度应该是已知的技术要求指标，比如要求视场角2ω=80°，那么半视场角ω=40°，
无畸变的情况下，tan ω = y' / f'，可以由像高和视场角计算出系统有效焦距f’=3.7mm

然后是确定镜头的F/#就有点绕，不是很清楚
镜头的衍射极限频率为1/λ*F/#，这个应该就对应于zemax软件中FFT MTF勾选显示衍射极限的截止频率
艾里斑半径为R=1.22λ*F/#，根据瑞利判据能够分辨的两个像点的最短距离刚好是R，
当艾里斑半径R刚好等于两个像元之间的中心间距p时刚好可以分辨，R ≤ p，1.22λ*F/# ≤ 1.2µm，
λ=0.555µm，所以F/# ≤ 1.77 ？需要这么大的F/#吗？

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muguoqiang

2025-7-24 08:26

一般来说一个艾里版半径等于两个像素才能很好的分辨

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amateur

还好吧，你也说了一般取两到三个像素，那应该是2*1.2um，算出来F/# ≤ 3.5。

王杜可

amateur 发表于 2025-7-23 23:03
还好吧，你也说了一般取两到三个像素，那应该是2*1.2um，算出来F/# ≤ 3.5。

为什么要取两到三个像素？

一个像素的尺寸是p，两个像素的中心间距也是p，刚好能分辨的两个光斑的最小距离是R，不是要 R ≤ p 吗？

muguoqiang

一般来说一个艾里版半径等于两个像素才能很好的分辨

织光小能手

王杜可 发表于 2025-7-24 08:19
为什么要取两到三个像素？

一个像素的尺寸是p，两个像素的中心间距也是p，刚好能分辨的两个光斑的最小距 ...

你可以这样理解，像素是个刻度尺，你要去量一个尺寸，是不是最小刻度要小于这个尺寸才可以测量啊

Lucas9527

我觉得这里的F数设置大一点点也没有关系的，这是极限衍射计算出来的F数，实际设计达不到极限衍射。

王杜可

Lucas9527 发表于 2025-7-24 12:14
我觉得这里的F数设置大一点点也没有关系的，这是极限衍射计算出来的F数，实际设计达不到极限衍射。 ...

衍射现象始终都存在，如果把像差优化到0，那么光斑大小就跟艾里斑一样大，实际情况像差都会存在，岂不是光斑要超过艾里斑？

Lucas9527

王杜可 发表于 2025-7-24 13:40
衍射现象始终都存在，如果把像差优化到0，那么光斑大小就跟艾里斑一样大，实际情况像差都会存在，岂不是 ...

不是，但手机镜头一般都会。

王杜可

Lucas9527 发表于 2025-7-24 12:14
我觉得这里的F数设置大一点点也没有关系的，这是极限衍射计算出来的F数，实际设计达不到极限衍射。 ...

是不是可以这样理解？


如果镜头不存在像差，就像用点列图优化的光斑半径到很小很小，光斑能量比较集中，光斑就几乎完全由衍射主导，光斑大小接近艾里斑的半径R

如果存在少许的像差，就像用波前优化的光斑，虽然光斑RMS稍微大一些，但是中间是个很致密的小核心，反而MTF会更高，是因为能量发散了？
假如说能量发散以后，中间致密的小核心的能量是原来的80%，那么R*80% ≤ p，（1.22λ*F/#）*80% ≤ 1.2µm，结果F/#≤2.21  ？？



就像下面这个图中的红色线一样的光斑能量分布？虽然光斑半径比较大，但是对比度会更高？

Lucas9527

王杜可 发表于 2025-7-26 20:02
是不是可以这样理解？

F数我这样觉得只是我自己的经验感觉，没有想得那么复杂；

然后你回复的关于点列和波前的区别我觉得挺有道理的，点列关注的是几何位置的汇聚，波前更关注的是光线的同时到达（波前差）。MTF是OTF里的膜，使用点列优化只考虑了位置的汇聚，没有考虑相位的影响。波前则是重点在相位，使得到达的光线能量更集中，但会牺牲掉位置的汇聚性，艾里斑变大。但这个我不知道和F数有没有关系，因为就算是波前优化你也可以用操作数约束艾里斑。