與專利 USP6457494 的比較

接下來我將模擬結果與參考專利 USP6157494 的系統，將這兩個 系統針對 MTF 曲線進行比較，以驗證此論文所設計的結果，並不會因 為加入繞射元件並減少使用片數而影響效能。在比較前先對專利的系 統做簡單的介紹，圖 5.37 為專利 USP6157494 廣角組態結構圖，此系 統共使用了 10 片鏡片，六種材料，材料的折射率在 1.51~1.85 之間，

所以系統使用了不少高折射率玻璃。圖 5.37 為本論文各組態設計結 果與專利 USP6157494 系統的 MTF 曲線比較圖。左圖為設計結果，右 圖為專利簡單優化的結果。

圖 5.37 專利 USP6157494 廣角組態結構圖

(a) 廣角組態

(b) 中間組態

(c) 望遠組態

圖 5.38 各組態設計結果與專利 USP6157494 的 MTF 曲線比較圖，

左圖為設計結果，右圖為專利簡單優化結果。

由圖 5.38 可發現，本論文模擬結果與專利系統比較，各組態的 MTF 值，在空間頻率 50 /mm 時均在 0.3 以上。但鏡片數卻由專利的 10 片，縮減為 5 片，不但可以將成本降低，也可以將重量減輕，所以複 合元件的功能在這邊就可以很明顯的看出。而且專利中移動的群組是 二、三、四群，這在機械結構上比較複雜，而本論文僅移動兩群，結 構較為簡單，組裝也較為容易。

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5.4.2 與國立交通大學光電所碩士論文的比較

接下來，我將再與交通大學光電所 92 碩士論文“採用繞射/折射 複合透鏡之 10 倍光學變焦系統的設計＂來做比較。這篇論文中，一 樣採用了繞射/折射複合透鏡，也都參考了專利 USP6157494 但在最後 設計的結果上，因為採用的設計方法不同而有很大的差異。

圖 5.39 交通大學碩士論文中 10 倍變焦系統廣角組態的結構圖

(a) 廣角組態

(b) 中間組態

(c) 望遠組態

圖 5.40 各組態設計結果與交通大學論文結果的 MTF 曲線比較圖，

左圖為設計結果，右圖為交通大學論文結果。

此論文與本論文在結構上，總長度都約為 68mm，畸變也都約為

5%，在消色差的結果上也都差不多。在圖 5.39 中可以看到，此論文 共用了六片鏡片，折射率在 1.49~1.75 之間。本論文僅用到了 5 片鏡 片，較少了一片，但因為其中用到了一片高折射率的玻璃，所以成本 上並不一定佔有優勢。而此論文在設計上是根據專利 USP6157494 的 架構來作修改，依然是移動第二、三、四群透鏡組，這在機械結構上

較本論文的設計複雜。本論文中，是利用整理出來的複合透鏡最佳單 元組件來引入到光學系統上，所以雖然都有參考專利 USP6157494 的 數據，但在最後的結構上會有很大的不同，因此在本論文中提供了另 外一種將複合元件應用到光學系統上的方法。

第六章 結論與展望

近年來，為了符合市場的需求，許多的光學系統都朝著輕巧以及 小型化的方向發展。為了符合這些要求，在設計上必須盡量減少光學 鏡片的使用量，系統的厚度也必須要減少。繞射元件具有一些折射元 件無法比擬的優點，利用繞射/折射複合元件可以只使用單一透鏡就 達成消色差的結果，比傳統純折射元件至少需要兩片以上的鏡片要來 的好，且成本更低廉。由於其具有相當大的功能性，經過元件表面輪 廓的精心設計，已達到預期的光波波面，從而實現在成像系統上的應 用。所以，繞射/折射複合元件具備了可減少系統鏡片的使用量的強 大優勢。

在本論文中，對於繞射/折射複合元件最佳單元組件研究做出了 一個整理，方便了後面在 10 倍光學變焦系統上的設計，成功的利用 五片鏡片達到了系統的要求。除了 10 倍光學變焦系統上的應用範 例，我們也可以將繞射/折射複合元件應用到其他如攝影機、投影 機……等系統上。另外在結果中也可以看到單片式或兩片式的複合元 件在高視場角時，成像品質將會降低許多，這點在往後的設計上是必 需要特別注意的。

從 1870 年 Fresnel 波帶片的發明，到 1960 年出現複合透鏡，再

到 2000 年初，日本 canon 公司成功將繞射光學鏡片應用到像機鏡組 上，可以看到繞射光學元件的迅速發展。在未來複合光學元件的應用 將是相當廣泛的，例如雷射系統，紅外成像與感測系統，繞射光學系 統，以及如變焦鏡頭設計的傳統光學設計領域等方面。因此在可預見 的將來，結合繞射/折射的光學元件的光學系統會更加蓬勃發展。

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