完成優化後,設計結果如圖 4.5。並將目標值與設計值做比較如表 4.5。
圖 4.5 設計結果。左為鏡片配置圖,由上往下依序為物距 32、35、38mm 的組態;右圖 為一階資料
表 4.5 訂定規格與設計值結果比較
I 物空間 項目 規格 設計值
I-1 物距(object
distance) 32-35-38mm 32-35-38mm II 光學系統 II-1 f-number 4.2-3.4-2.8 4.14-3.34-2.80
II-2 畸變(distortion) < 5% (<3%) <3%
II-3 系統全長 (TTL) <50mm 44mm II-4 鏡頭孔徑 2~3mm 2.67mm
II-5 結構 2P 2P
III 像空間
(感光元件)
III-1 MTF >20%
(@25lp/mm)
於 25lp/mm 處皆 超過 20%;中心組
態甚至達 49.5%
III-2 像高 0.44~0.5 mm
-0.50mm -0.46mm -0.42mm
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觀察上表,可觀察設計值皆符合規格要求。對於滑鼠,光源成像至感光元件並非為了成 像,於是畸變程度並不會影響太大,但仍控制在 3%以內;在 MTF 的表現上,即使兩側 組態較弱,亦已達成像標準,在規格之內。
4.5.1 成像性能評價
此小節將會列出本設計的光學品質表現結果,並且最後給予討論說明。
1. 物距為 32mm 處
圖 4.6 物距 32mm-像散、場曲與畸變曲線圖(astigmatism field curve and distortion curve)
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圖 4.7 物距 32mm-畸變格線圖(distortion grid)
圖 4.8 物距 32mm-光斑圖(spot diagram)
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圖 4.9 物距 32mm-MTF 曲線圖
圖 4.10 物距 32mm-Ray aberration 圖
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2. 物距為 35mm 處
圖 4.11 物距 35mm-像散、場曲與畸變曲線圖(astigmatism field curve and distortion curve)
圖 4.12 物距 35mm-畸變格線圖(distortion grid)
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圖 4.13 物距 35mm-光斑圖(spot diagram)
圖 4.14 物距 35mm-MTF 曲線圖
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圖 4.15 物距 35mm-Ray aberration 圖 3. 物距為 38mm 處
圖 4.16 物距 38mm-像散、場曲與畸變曲線圖(astigmatism field curve and distortion curve)
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圖 4.17 物距 38mm-畸變格線圖(distortion grid)
圖 4.18 物距 38mm-光斑圖(spot diagram)
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圖 4.19 物距 38mm-MTF 曲線圖
圖 4.20 物距 38mm-Ray aberration 圖
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像散、場曲與畸變圖(Astigmatism field curve and distortion curve)表示出鏡頭的場 曲情形以及成像的畸變狀況,在像散、場曲圖中,實線代表矢狀切面(sagittal plane)
在各場點的焦點分布;虛線則代表正切切面(tangential plane)的各場點焦點分布,實 線與虛線愈接合,則說明此鏡頭像散情形不明顯。由位於不同物距的像散、場曲圖(圖 4.6, 4.11, 4.16)可觀察出此鏡頭像散情形不嚴重。由畸變圖則可觀察不同組態在各場點 的畸變量,最高達-2.67%,在所有變焦組態的光學品質皆達到標準,說明畫面形變程度 是可以被人眼所接受的。
畸變格線圖(Distortion grid)則能夠看出在實際成像情況與理想成像情況的差異,
黑線為近軸理想成像面,紅線則是實際成像面,由兩者差異量可觀察此畸變的類型為桶 形畸變(Barrel distortion),物距較近時,畸變程度較大,然而大致亦可在感光元件上 辨識(<5%)。
光斑圖(Spot diagram)可觀察在不同場點的光斑情形,看彗差(Coma)情形是否 嚴重。
而MTF曲線圖,包括對不同視場角與空間頻率作圖。此鏡組在中間組態(物距為 35mm,如圖4.14)與所有視角的MTF 值在空間頻率為25 lp/mm 時,MTF 都可以大於 45%,兩側因為離焦的緣故,於是較為下滑,然而MTF成像品質仍是能被接受的,這點 在之後的公差分析會加以說明。此圖同時也可以顯示出所有組態位置在所有視角(除了 物距30mm處的最外視角),MTF徑向與切向的差值皆在20%之內,也就表示在成像的 情況不會產生正切(tangential)方向與矢切(sagittal)方向成像清晰度差異過大。
Ray aberration 圖表示為在X和Y方向,光線像差與入瞳XY 座標的關係。由於比例 尺度為 0.07,於是像差情形仍在接受範圍之內。
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