[发明专利]光学装置及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于减少图像错误的光学装置，尤其涉及一种增加景深(depth of field)的光学装置及其制造方法。

背景技术

光学图像技术发展长久以来的目标就是改善光学图像系统而得到没有因光学图像系统的光学装置所引起的错误或失真的图像。因光学装置所引起的错误或失真包括透镜像差(aberration)，例如非旋转对称像差(如，慧形(coma)或像散(astigmatism)像差)及旋转对称像差(如，球面像差)，以及由于物体处于离开最佳聚焦位置所引起的失焦(misfocus)错误。

减少上述因光学装置所引起的图像错误或失真的一方法为增加透镜的光圈值(F-number)(其为焦距与有效光圈直径的比率)。然而，增加透镜的光圈值会降低光学图像硅统的光学效率。减少上述因光学装置所引起的图像错误或失真的另一方法为增加光学图像系统的景深。一般来说，复杂的透镜系统能够大幅增加延伸景深，但是却非常的昂贵。因此，有必要提供一种简单的光学图像系统，其仅具有单一或少许透镜却仍能延伸景深。

美国专利第5,748,371揭示一种延伸景深(extended depth of field)光学系统，其使用特定相位掩模(phase mask)，位于图像系统中至少一主面(principal plane)。上述相位掩模的设计使得光学转换函数(optical transferfunction，OTF)在对焦的范围内几乎维持不变。然而，由于相位掩模需具有高精度的非旋转表面，其制作相当困难。也就是说，具有复杂轮廓的相位掩模会增加制造错误，而造成后续图像复原工艺失效，因而相机模块的制造成本。

因此，有必要寻求一种新的增加景深的光学装置，其能够减轻上述的问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，根据本发明一实施例的一种光学装置的设计方法，其中光学装置包括一透镜及一微透镜阵列，上述方法包括：规划出透镜的一点扩散函数(point spread function，PSF)，其包括多个旋转对称像差系数，其中点扩散函数呈现出各种不同球形点尺寸；提供具有多个相位系数的一虚拟相位掩模且将相位系数加入于透镜的点扩散函数，以将球形点尺寸均一化；将虚拟相位掩模转换为一多项函数，其包括多个高阶像差系数及多个低阶像差系数；根据旋转对称像差系数及低阶像差系数来决定透镜的一表面轮廓；以及根据高阶像差系数来决定微透镜阵列中每一微透镜的一球高。

根据本发明另一实施例的一种光学装置，包括：一图像感测装置，包括位于其上的一微透镜阵列；以及一透镜模块，包括一透镜，设置于图像感测装置上方；其中透镜具有根据多个旋转对称像差系数及多个低阶像差系数来决定的一表面轮廓，且其中微透镜阵列中每一微透镜具有根据多个高阶像差系数来决定的一球高。

本发明可延伸光学装置的景深，减少图像错误及失真；降低制造成本及简化工艺步骤；减少因制造错误而造成后续图像复原工艺的失效。

附图说明

图1是示出根据本发明一实施例的光学装置剖面示意图。

图2是示出根据本发明一实施例的光学装置设计方法流程图。

其中，附图标记说明如下：

10～物体；

20～表面/物面；

30～表面/图像聚焦面；

100～光学装置；

102～图像感测装置；

104～微透镜阵列；

104a～微透镜；

105、107～表面轮廓；

106～透镜模块；

106a～透镜；

108～虚拟相位共轭透镜；

S～球高；

S10、S20、S30、S40～步骤。

具体实施方式

以下说明本发明的实施例。此说明的目的在于提供本发明的总体概念而并非用以局限本发明的范围。本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。