光電工程學(xué)研究所光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)單透鏡成像系統(tǒng)

透鏡成像為人類科技中，至為重要且應(yīng)用在許多領(lǐng)域。為確保成像品質(zhì)，光學(xué)成像系統(tǒng)透鏡模組於實(shí)際製作過程中，必須滿足與標(biāo)定值相偏差的極限容許量，亦即滿足國(guó)際公差規(guī)範(fàn)所制定之設(shè)計(jì)容忍度。

傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)， 例如手機(jī)相機(jī)， 乃採(cǎi)取疊加多個(gè)透鏡來提升攝像品質(zhì)，然而多透鏡系統(tǒng)之設(shè)計(jì)方式於實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，必須考量各透鏡彼此間之偏移狀態(tài)，以利滿足公差規(guī)範(fàn)。理論上，透鏡數(shù)越多成像品質(zhì)越高，但也意味有著更多的透鏡需滿足公差所訂規(guī)之允許變動(dòng)量。故此，於實(shí)際生產(chǎn)過程中，更多的透鏡將造成公差規(guī)範(fàn)更難以滿足，為了精確地?cái)[設(shè)透鏡，勢(shì)必增加更高的製作成本。

為解決此一棘手的問題，微光學(xué)實(shí)驗(yàn)室蘇國(guó)棟教授所領(lǐng)導(dǎo)之光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)單透鏡成像系統(tǒng)。此一成像系統(tǒng)乃是基於人眼以及由生物啟發(fā)之多焦距人工複眼原理，所製作出之光學(xué)結(jié)構(gòu)。人工複眼乃是類似於昆蟲複眼之曲面六邊形微透鏡陣列，當(dāng)中的每個(gè)人造小眼排列成圓弧形陣列，並以小角度接受正向入射光來調(diào)整其焦距，此舉有助於本研究實(shí)現(xiàn)具有廣視野且結(jié)構(gòu)緊湊之薄型化相機(jī)模組。並因系統(tǒng)中僅存在單一透鏡，故無須考量多透鏡彼此間之偏移情況，而使公差規(guī)範(fàn)更容易滿足，如此得以降低製作成本。

由於半球型透鏡具有廣視角、無慧差等優(yōu)異特性，故此本研究採(cǎi)用半球型透鏡作為光學(xué)系統(tǒng)中仿人眼之主透鏡設(shè)計(jì)。然而半球型透鏡存在場(chǎng)曲像差，以至於光學(xué)系統(tǒng)若僅使用半球型透鏡將無法得到較佳的成像品質(zhì)。為解決此一難題，研究團(tuán)隊(duì)特別引入微透鏡陣列製程技術(shù)，使得半球型透鏡表面得以結(jié)合曲面型微透鏡陣列。其中的每顆微透鏡，乃利用噴墨技術(shù)滴出溶液至基板後再經(jīng)翻模而成。各顆微透鏡之曲率半徑可藉由控制溶液滴數(shù)來進(jìn)行調(diào)變，因此微透鏡之焦距可藉由調(diào)控溶液滴數(shù)而獲得改變。不同位置之微透鏡負(fù)責(zé)調(diào)整其存在位置所接收到之入射光場(chǎng)聚焦點(diǎn)，用以校正光學(xué)聚焦平面。如此僅需單一透鏡片，即可達(dá)成薄型化相機(jī)鏡頭。

本研究成果，已發(fā)表於高影響指數(shù)之光學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域SCI期刊Optica。 研究經(jīng)費(fèi)感謝臺(tái)灣科技部「數(shù)位經(jīng)濟(jì)前瞻技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用專案計(jì)畫」的支持。 [W.-L. Liang, J.-G. Pan, and G.-D. J. Su, “One-lens camera using a biologically-based artificial compound eye with multiple focal lengths,” Optica, Volume 6, Issue 3, 326-334 (2019). DOI: 10.1364/OPTICA.6.000326 (https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-6-3-326)]