本文解读 2024 年 4 月授权的 CN117706738B 发明专利该专利由武汉二元科技有限公司提出采用 2 片折射透镜 2 片超透镜 的折超混合架构成功将 12mm 焦距的长焦镜头系统总长控制在 30mm 以内。文章详细分析了其光学结构设计、关键参数约束及成像性能探讨了超透镜技术在消费电子光学小型化中的应用价值。关键词折超混合光学系统超透镜手机外置长焦光学设计小型化最近有不少粉丝问我关于超透镜在消费电子中的实际应用案例今天我就找了一篇 2024 年刚授权的手机外置长焦镜头专利来做一期详细讲解。这篇专利最大的亮点就是把超透镜和传统折射透镜结合起来在保证成像质量的前提下把长焦镜头做得非常小巧很适合作为手机外置配件使用。一、专利基本情况专利号CN117706738B申请日2024 年 02 月 05 日授权公告日2024 年 04 月 09 日专利权人武汉二元科技有限公司发明人刘祥彪、张雪菡技术领域光学成像技术具体涉及手机外置长焦镜头二、光学结构设计这款镜头采用了非常简洁的四片式架构沿光轴方向从物面到像面依次为第一折射透镜、第二折射透镜、第一超透镜、第二超透镜。图 1 折超混合手机外置长焦镜头整体结构示意图各透镜的光焦度分配非常有讲究第一折射透镜正光焦度物侧凸面像侧凹面弯月形第二折射透镜负光焦度物侧凸面像侧凹面弯月形第一超透镜正光焦度物侧为微结构面像侧为平面第二超透镜负光焦度物侧为微结构面像侧为平面专利中给出了几个关键的参数约束条件这是保证镜头性能的核心折射透镜焦距比|f₂| f₁ |2f₂|超透镜焦距比|2f₄| f₃ |3f₄|系统总长与焦距比1.5F L 2.5F通过这样的设计镜头的系统自由度大大提高同时体积和重量都得到了有效控制。三、实施例性能分析专利中给出了两个具体的实施例我们重点来看第一个实施例的性能表现。这个实施例的参数如下焦距 F12mm视场角 FOV50°系统总长 L20mm适配传感器1/2 英寸1220 万像素像素间距 1.55μm图 2 第一实施例光路图1. MTF 性能MTF调制传递函数是衡量镜头成像清晰度最核心的指标。从图 3 可以看出空间频率 60lp/mm 时全视场 MTF 值均大于 0.5空间频率 100lp/mm 时全视场 MTF 值均大于 0.2这个表现对于一个只有四片镜片的外置长焦镜头来说已经非常不错了完全能够满足手机拍照的需求。图 3 第一实施例 MTF 曲线2. 弥散斑尺寸弥散斑尺寸反映了光线的汇聚能力。从表 3 和图 4 可以看出中心视场 RMS 半径仅 1.693μm与像素尺寸相当全视场最大 RMS 半径 4.880μm小于 4 个像素尺寸这说明镜头的光线汇聚效果很好成像锐利度有保障。表格视场编号视场 (mm)RMS 半径 (μm)GEO 半径 (μm)10.0001.6932.87220.9333.2257.29031.8674.77910.32742.0004.8809.94053.7333.7017.73064.6672.8936.53575.6003.2817.88386.5332.9298.454图4第一实施例弥散斑尺寸图3. 垂轴色差色差是影响彩色成像质量的重要因素。从图 5 可以看出所有波长的垂轴色差都小于艾里斑尺寸说明镜头的色差校正得非常好不会出现明显的彩色边缘。图 5 第一实施例垂轴色差图四、总结与展望这款折超混合手机外置长焦镜头有几个非常突出的优势极致小型化12mm 焦距的长焦镜头系统总长仅 20mm非常适合作为手机外置配件结构简单只有四片镜片其中两片是平面基底的超透镜加工和装配难度低成本优势超透镜量产之后成本会远低于传统的非球面玻璃透镜性能优良MTF、弥散斑和色差表现都能满足手机拍照的需求当然这个方案也还有优化的空间。比如可以进一步优化超透镜的微结构设计提高衍射效率也可以尝试加入非球面折射透镜进一步提升成像质量。总的来说这篇专利为我们展示了超透镜技术在消费电子光学中的一个非常有前景的应用方向。随着超透镜加工技术的不断成熟和成本的不断下降相信未来我们会看到越来越多采用折超混合架构的光学产品。最后有光学设计/光学培训/光学仿真等服务需求欢迎通过“水桶学习吧”与我们联络。