潛望鏡式八百萬畫素三倍、六倍、九倍手機鏡頭設計及稜鏡厚度與鏡片口徑分析

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林彥瑜(Yen-Yu Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

潛望鏡式八百萬畫素三倍、六倍、九倍手機鏡頭設計及稜鏡厚度與鏡片口徑分析

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摘要(中)

本論文提出三種設計分別為潛望鏡式八百萬畫素三倍、六倍、九倍光學變焦手機鏡頭，潛望鏡式鏡頭為在鏡頭前放置一直角稜鏡，可使光路轉90度方向；當稜鏡厚度與鏡頭口徑小於手機機構厚度，可使潛望鏡式變焦鏡頭裝置於手機機構內。三倍變焦初階設計為f = 4.34 mm ~ 13.03 mm，半視角為28 ~ 10，F/# = 2.8 ~ 7.5，整體系統厚度為6.15 mm，長度為32.21 mm；六倍變焦初階設計為f = 4.34 mm ~ 26.03 mm，半視角為28 ~ 5，F/# = 3.5 ~ 7.5，光學系統厚度為8 mm，長度為50.95 mm；九倍變焦初階設計為f = 4.34 mm ~ 39.05 mm，半視角為28 ~ 3.4，F/# = 3.5 ~ 7.5，光學系統厚度為10 mm，長度為61.58 mm。
分析sensor 4:3與16:9時稜鏡厚度、鏡片口徑、整體系統厚度，分別對三倍、六倍、九倍變焦鏡頭設計的影響。

摘要(英)

This thesis presents three designs, including 3X, 6X, 9X periscope type zoom lens for eight mega pixels mobile phone cameras. A Periscope type lens system namely put a right angle prism in front of the lens system, which makes optical axis tilt 90 dgrees. If the thickenss of the prism and the aperture of lens in periscope type zoom lens are both smaller than the mechanism thinkenss of a mobile phone, periscope type zoom lens will be able to set inside a mobile phone. The preliminary specifications of 3X zoom lens design are as follows: a focal length range of 4.34 mm to 13.03 mm, a half field of view range of 28o to 10o, a F/# range of 2.8 to 7.5, 6.15 mm in thickness and 32.21 mm in total length. The preliminary specifications of 6X zoom lens design are as follows: a focal length range of 4.34 mm to 26.03 mm, a half field of view range of 28o to 5o, a F/# range of 3.5 to 7.5, 8 mm in thickness and 50.95 mm in total length. The preliminary specifications of 9X zoom lens design are as follows: a focal length range of 4.34 mm to 39.05 mm, a half field of view range of 28o to 3.4o, a F/# range of 3.5 to 7.5, 10 mm in thickness and 61.58 mm in total length.
This thesis also analyzes the influence in the thickness of prism, the aperture of lens, the thickenss of whole system for 3X, 6X, 9X periscope type zoom lens respectively when the size ratio of sessor in 4:3 is replaced by 16:9.

關鍵字(中)

★ 變焦鏡頭
★ 潛望鏡式
★ 直角稜鏡

關鍵字(英)

★ Optical zoom
★ Periscope type
★ Right angle prism

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 X
表目錄 XVI
第一章緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 2
1-3 研究目的 2
1-4 文獻回顧 3
1-4-1學術期刊論文 3
1-4-2美國專利 5
1-5 章節概要 7
第二章原理 8
2-1初階設計原理 8
2-1-1 sensor、X(水平)像高、Y(垂直)像高、XY(對角)像高 8
2-1-2水平視場、垂直視場、對角視場 8
2-1-3 sensor 4:3, 3:2, 16:9 9
2-1-4半視角、像高、有效焦距 10
2-1-5 f/# 11
2-2鏡片有效口徑、鏡片口徑 11
2-2-1參考光線R1~R5 11
2-2-2鏡片有效口徑 13
2-2-3鏡片有效口徑控制(出入瞳距離) 14
2-2-4鏡片口徑 15
2-3潛望鏡原理 15
2-3-1直角稜鏡與光路展開圖 15
2-3-2直角稜鏡口徑 16
2-3-3直角稜鏡第一面(光線入射面)有效口徑 17
2-3-4直角稜鏡第三面(光線出射面)口徑 18
2-3-5整體系統厚度 19
2-4成像品質 20
2-4-1 MTF 20
2-4-2 TMTF, SMTF, 像散 22
2-4-3光學畸變(Optical distortion) 22
2-4-4電視畸變(TV distortion) 23
2-4-5橫向色差(Lateral color) 23
2-4-6相對照度(Relative illumination) 24
2-5其他 26
2-5-1 非球面方程式 26
2-5-2 艾里斑(Airy disk) 26
2-5-3 定心係數 27
第三章設計 28
3-1 設計規格 28
3-1-1 sensor 28
3-1-2變倍 28
3-1-3像高、半視角、焦距計算 28
3-1-4 F/# 29
3-1-5 MTF 29
3-1-6 |SMTF – TMTF| 30
3-1-7 橫向色差 30
3-1-8 光學畸變 30
3-1-9 電視畸變 30
3-1-10 相對照度 30
3-1-11 像方主光線角度 30
3-1-12 鏡頭長度 30
3-1-13 鏡頭厚度 30
3-1-14 波長選擇與權重 31
3-1-15 定心係數 31
3-1-16 設計規格整理 32
3-2 起始值選取 33
3-3 Marco code 撰寫、優化控制 34
3-3-1 Marco code 撰寫 34
3-3-2阻尼最小二乘法 34
3-3-3輸入起始值 35
3-3-4優化控制 35
3-3-5 誤差函數 35
3-3-6 權重 36
3-3-7 Local Optimization, Global Optimization 36
第四章設計結果 37
4-1設計結果 37
4-1-1潛望鏡八百萬三倍設計結果 37
4-1-2潛望鏡八百萬六倍設計結果 39
4-1-3潛望鏡八百萬九倍設計結果 42
4-2 MTF 44
4-2-1潛望鏡八百萬畫素三倍MTF 44
4-2-2潛望鏡八百萬畫素六倍MTF 46
4-2-3潛望鏡八百萬畫素九倍MTF 47
4-2 畸變 49
4-2-1潛望鏡八百萬畫素三倍畸變 49
4-2-2潛望鏡八百萬畫素六倍畸變 52
4-2-3潛望鏡八百萬畫素九倍光學、電視畸變 54
4-3 橫向色差 57
4-3-1潛望鏡八百萬畫素三倍橫向色差 57
4-3-2潛望鏡八百萬畫素六倍橫向色差 59
4-3-3潛望鏡八百萬畫素九倍橫向色差 62
4-4 相對照度 64
4-4-1潛望鏡八百萬畫素三倍相對照度 64
4-4-2潛望鏡八百萬畫素六倍相對照度 65
4-4-3潛望鏡八百萬畫素九倍相對照度 65
4-5設計結果整理 66
第五章公差分析 67
5-1公差範圍 67
5-2公差結果 68
5-2-1 潛望鏡八百萬三倍公差結果 68
5-2-2 潛望鏡八百萬六倍公差結果 73
5-2-3 潛望鏡八百萬九倍公差結果 78
第六章稜鏡厚度與鏡片口徑分析 83
6-1潛望鏡八百萬畫素三倍稜鏡厚度與鏡片口徑分析 85
6-1-1稜鏡厚度 85
6-1-2稜鏡第一面有效口徑 86
6-1-3稜鏡第三面、鏡組第一面有效口徑 87
6-1-4整體系統厚度 88
6-2潛望鏡八百萬畫素六倍稜鏡厚度與鏡片口徑分析 89
6-2-1稜鏡厚度 89
6-2-2稜鏡第一面有效口徑 90
6-2-3稜鏡第三面、鏡組第一面有效口徑 91
6-2-4整體系統厚度 92
6-3潛望鏡八百萬畫素九倍稜鏡厚度與鏡片口徑分析 93
6-3-1稜鏡厚度 93
6-3-2稜鏡第一面有效口徑 94
6-3-3稜鏡第三面、鏡組第一面有效口徑 95
6-3-4整體系統厚度 96
第八章結論與未來展望 97
參考文獻 98
附錄一 100

參考文獻

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[23]J. M. Palmer, “The Art of Radiometry,” SPIE PRESS (1998)

指導教授

孫文信(Wen-Shing Sun)

審核日期

2017-8-14

推文