博碩士論文 106226001 詳細資訊




以作者查詢圖書館館藏 以作者查詢臺灣博碩士 以作者查詢全國書目 勘誤回報 、線上人數:6 、訪客IP:35.173.57.84
姓名 黃冠二(Guan-Er Huang)  查詢紙本館藏   畢業系所 光電科學與工程學系
論文名稱 超薄型數位攝影鏡頭在鏡頭長度2 mm以內之設計與成像面彎曲探討
相關論文
★ 白光LED於住宅照明之設計與應用★ 超廣角車用鏡頭設計
★ 適用於色序式微型投影機之微透鏡陣列積分器光學系統研製★ 發光二極體色溫控制技術及其於色序式微型投影機之應用
★ 光學變焦之軌跡優化控制★ LED光源暨LED與太陽光混和照明於室內照明之模擬與分析
★ 利用光展量概念之微型投影機光學設計方法與實作★ 光學顯微鏡之鏡頭設計
★ DLP微型投影系統之光路設計★ 高效率藍光碟片讀取頭
★ 模組化雙波長光學讀寫頭的設計與光學讀寫頭應用在角度量測的研究★ 數位相機之鏡頭設計
★ 單光電偵測器之複合式光學讀寫頭★ 三百萬畫素二點七五倍光學變焦手機鏡頭設計
★ 稜鏡玻璃選取對色差的影響與校正★ 彩色影印機鏡頭設計
檔案 [Endnote RIS 格式]    [Bibtex 格式]    [相關文章]   [文章引用]   [完整記錄]   [館藏目錄]   至系統瀏覽論文 (2024-7-24以後開放)
摘要(中) 本論文使用8個數位攝影鏡頭之設計進行鏡頭長度的分析與像面彎曲探討,分別為30萬畫素的兩個設計、100萬畫素的一個設計、200萬畫素的四個設計與200萬畫素像面彎曲的一個設計。
在30萬畫素的兩個設計中,將半視角從20度增加到30度,使得有效焦距變短,鏡頭長度從12.964 mm縮短為8.439 mm,再選擇較小的單一畫素大小,將成像高度變小,進行100萬與200萬畫素的第一個設計,其鏡頭長度分別為5 mm與2.65 mm,在200萬畫素的第二個設計中,以達到相對照度的要求下,將半視角增加至32度,使得鏡頭長度縮短為2.447 mm,在200萬畫素的第三與第四個設計中,縮短後焦距並探討鏡片之折光率、主平面間距、厚度、折射率與第二主平面的關係,其鏡頭長度分別為2.14 mm與2 mm。
當鏡頭長度越薄,像方主光線角度會越大,造成相對照度下降,場曲也同時變大,導致成像品質下降,所以鏡頭長度的縮短是有一個限制的,在200萬畫素像面彎曲的設計中,其像面的曲率半徑為-6.318 mm,修正了像方主光線角度過大的問題,並且補償場曲造成的像差,使得成像品質提高。
摘要(英) This paper uses eight digital photographic lens designs to analyze the overall length of the lens and the curved imaging surface, which are two designs of VGA, one design of 1 million pixels, four designs of 2 million pixels, and one design imaging on a curved surface of 2 million pixels.
In the two designs of VGA, increasing the half field angle from 20 degrees to 30 degrees make the effective focal length shorter, so the overall length is from 12.964 mm to 8.439 mm. Then select the smaller pixel size and reduce the imaging height to do the 1 million and the first design of 2 million pixels. The overall length of the lens is 5 mm and 2.65 mm, respectively. In the second design of 2 million pixels, the half field angle was increased to 32 degrees under the requirement of relative illumination, which shortened the overall length of the lens to 2.447 mm. In the third and fourth designs of 2 million pixels, shorten the back focal length and discuss the relationship between the power, the principal plane spacing, the thickness, the refractive index and the second principal plane of the lens. The overall length of the lens is 2.14 mm and 2 mm, respectively.
When the overall length of the lens is thinner, the chief ray angle will be larger, so the relative illumination decreases. When the field curvature also increases, the image quality decreases. Therefore, there is a limit to shortening the overall length. In the design imaging on a curved surface of 2 million pixels, the radius of curvature of the image surface is -6.318 mm, which corrects the problem of the chief ray angle too large, and compensates for the aberration caused by the field curvature, so that the image quality is improved.
關鍵字(中) ★ 超薄型攝影鏡頭
★ 鏡頭長度分析
★ 像面彎曲
關鍵字(英)
論文目次 中文摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 XII
表目錄 XVI
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 3
1-3 文獻回顧 4
1-4 論文架構 18
第二章 理論介紹 19
2-1 符號定義 19
2-2 入瞳、出瞳位置與大小 20
2-3 主點、焦點與節點定義 21
2-3-1 兩個主點與焦點關係 21
2-3-2 第一節點與第二節點 23
2-3-3 節點與主點關係 23
2-4 F/#定義 24
2-5 像差理論 25
2-5-1 像散與場曲 25
2-5-1-1 像散定義 25
2-5-1-2 Coddington equation 25
2-5-1-3 場曲定義 26
2-5-1-4 場曲與像散關係 27
2-5-2 賽德三階像差 28
2-5-2-1 標準光源 28
2-5-2-2 折射不變量、拉氏不變量與( ) 29
2-5-2-3 在曲面上三階像差公式 30
2-5-3 薄透鏡三階像差公式 31
2-5-3-1 形狀因子與共軛因子 31
2-5-3-2 薄透鏡折光率 31
2-5-3-3 光圈在透鏡上三階像差公式 32
2-5-3-4 光圈移動之偏軸率改變量 33
2-5-3-5 光圈不在透鏡上三階像差公式 35
第三章 數位攝影鏡頭在鏡頭長度之初階設計 36
3-1 鏡頭長度定義 36
3-2 像高、有效焦距與半視角之關係 37
3-3 鏡頭最後一面至第二主平面距離 38
3-3-1 薄透鏡光學系統之定義 38
3-3-2 厚透鏡鏡組光學系統之計算 41
3-3-2-1 單一厚透鏡之與定義 41
3-3-2-2 厚透鏡鏡組光學系統之定義 43
3-3-2-3 厚透鏡鏡組光學系統之計算 44
3-4 像方主光線角度 45
3-5 像面彎曲 46
第四章 鏡頭設計 47
4-1 30萬畫素鏡頭設計 47
4-1-1 鏡頭設計規格(半視角20度) 47
4-1-1-1 感測器規格 47
4-1-1-2 鏡頭初階設計與製造要求 47
4-1-1-3 設計要求 49
4-1-2 鏡頭優化設計(半視角20度) 49
4-1-2-1 設計圖與數據 49
4-1-2-2 30萬畫素半視角20度之MTF 51
4-1-2-3 30萬畫素半視角20度之|TMTF-SMTF| 51
4-1-2-4 30萬畫素半視角20度之Lateral color 52
4-1-2-5 30萬畫素半視角20度之Optical Distortion  TV Distortion. 53
4-1-2-6 30萬畫素半視角20度之Relative illumination 54
4-1-2-7 鏡頭長度分析 55
4-1-3 鏡頭設計規格(半視角30度) 56
4-1-4 鏡頭優化設計(半視角30度) 56
4-1-4-1 設計圖與數據 56
4-1-4-2 30萬畫素半視角30度之MTF 58
4-1-4-3 30萬畫素半視角30度之|TMTF-SMTF| 58
4-1-4-4 30萬畫素半視角30度之Lateral color 59
4-1-4-5 30萬畫素半視角30度之Optical Distortion  TV Distortion 59
4-1-4-6 30萬畫素半視角30度之Relative illumination 60
4-1-4-7 鏡頭長度分析 60
4-2 100萬畫素鏡頭設計 61
4-2-1 鏡頭設計規格 61
4-2-1-1 感測器規格 61
4-2-1-2 鏡頭初階設計與製造要求 61
4-2-1-3 設計要求 62
4-2-2 鏡頭優化設計 62
4-2-2-1 設計圖與數據 62
4-2-2-2 100萬畫素半視角30度之MTF 64
4-2-2-3 100萬畫素半視角30度之|TMTF-SMTF| 64
4-2-2-4 100萬畫素半視角30度之Lateral color 65
4-2-2-5 100萬畫素半視角30度之Optical Distortion  TV Distortion 65
4-2-2-6 100萬畫素半視角30度之Relative illumination 66
4-2-2-7 鏡頭長度分析 66
4-3 200萬畫素鏡頭設計 67
4-3-1 鏡頭設計規格(半視角30度) 67
4-3-1-1 感測器規格 67
4-3-1-2 鏡頭初階設計與製造要求 68
4-3-1-3 設計要求 68
4-3-2 鏡頭優化設計(半視角30度) 69
4-3-2-1 設計圖與數據 69
4-3-2-2 200萬畫素半視角30度之MTF 71
4-3-2-3 200萬畫素半視角30度之|TMTF-SMTF| 71
4-3-2-4 200萬畫素半視角30度之Lateral color 72
4-3-2-5 200萬畫素半視角30度之Optical Distortion  TV Distortion 72
4-3-2-6 200萬畫素半視角30度之Relative illumination 73
4-3-2-7 鏡頭長度分析 73
4-3-3 鏡頭設計規格(半視角32度 =-0.888 mm) 74
4-3-4 鏡頭優化設計(半視角32度 =-0.888 mm) 74
4-3-4-1 設計圖與數據 74
4-3-4-2 200萬畫素半視角32度=-0.888 mm之MTF 76
4-3-4-3 200萬畫素半視角32度=-0.888 mm之|TMTF-SMTF| 76
4-3-4-4 200萬畫素半視角32度=-0.888 mm之Lateral color 77
4-3-4-5 200萬畫素半視角32度=-0.888 mm之Optical Distortion  TV Distortion 77
4-3-4-6 200萬畫素半視角32度=-0.888 mm之Relative illumination 78
4-3-4-7 鏡頭長度分析 78
4-3-5 鏡頭優化設計(半視角32度 =-1.053 mm) 79
4-3-5-1 設計圖與數據 79
4-3-5-2 200萬畫素半視角32度=-1.053 mm之MTF 81
4-3-5-3 200萬畫素半視角32度=-1.053 mm之|TMTF-SMTF| 81
4-3-5-4 200萬畫素半視角32度=-1.053 mm之Lateral color 82
4-3-5-5 200萬畫素半視角32度=-1.053 mm之Optical Distortion  TV Distortion 82
4-3-5-6 200萬畫素半視角32度=-1.053 mm之Relative illumination 83
4-3-5-7 鏡頭長度分析 83
4-3-6 鏡頭優化設計(半視角32度 =-1.102 mm) 84
4-3-6-1 設計圖與數據 84
4-3-6-2 200萬畫素半視角32度=-1.102 mm之MTF 86
4-3-6-3 200萬畫素半視角32度=-1.102 mm之|TMTF-SMTF| 87
4-3-6-4 200萬畫素半視角32度=-1.102 mm之Lateral color 87
4-3-6-5 200萬畫素半視角32度=-1.102 mm之Optical Distortion  TV Distortion 88
4-3-6-6 200萬畫素半視角32度=-1.102 mm之Relative illumination 88
4-3-6-7 鏡頭長度分析 89
4-4 200萬畫素鏡頭與像面彎曲設計 90
4-4-1 200萬素鏡頭長度2 mm平面感測器分析 90
4-4-2 像面為Petzval曲面 90
4-4-2-1 Petzval曲面之曲率半徑計算 90
4-4-2-2 像面為Petzval曲面之MTF分析 91
4-4-3 像面彎曲鏡頭優化設計 93
4-4-3-1 像面彎曲優化設計 93
4-4-3-2 像面彎曲鏡頭優化設計圖與數據 94
4-4-3-3 200萬畫素像面彎曲之MTF 96
4-4-3-4 200萬畫素像面彎曲之|TMTF-SMTF| 97
4-4-3-5 200萬畫素像面彎曲之Lateral color 97
4-4-3-6 200萬畫素像面彎曲之Optical Distortion  TV Distortion 98
4-4-3-7 200萬畫素像面彎曲之Relative illumination 98
4-4-3-8 平面與彎曲感測器分析 99
第五章 公差分析 100
5-1 中心公差 100
5-1-1 測試板符合公差(Test Plate Fit Tolerance) 100
5-1-2 厚度公差(Thickness Tolerance) 100
5-1-3 折射率公差(Refractive Index Tolerance) 101
5-1-4 不規則公差(Irregularity Tolerance) 101
5-2 偏心公差 102
5-2-1 元件楔型公差(Element Wedge Tolerance) 102
5-2-2 圓桶傾斜公差(Barrel Tilt Tolerance) 103
5-2-3 群組位移公差(Group Displacement Tolerance) 103
5-3 決定公差範圍 104
5-4 200萬畫素像面彎曲公差分析 105
第六章 結論 107
6-1 研究成果 107
6-2 未來展望 108
參考資料 109
參考文獻 [1] X. Chen, D. S. Gere, M. C. Waldon, U. S. Patent No 9,244,253 (26 January, 2016).
[2] 鄭上仁,「全天候監視器鏡頭設計」,中央大學光電科學研究所,碩士論文,民國102年6月。
[3] 洪珷,「針孔鏡頭設計與雜散光分析」,中央大學光電科學與工程學系照明與顯示科技研究所,碩士論文,民國103年6月。
[4] 徐嘉謙,「內視鏡鏡頭設計和雜散光分析與改善」,中央大學光電科學研究所,碩士論文,民國99年6月。
[5] 潘群立,「三百萬畫素攝影機鏡頭設計」,中央大學光電科學研究所,碩士論文,民國101年6月。
[6] P. Gregory, "Digital photography," Optics & Laser Technology, 38, 306-314 (2006).
[7] A. El Gamal and H. Eltoukhy, "CMOS image sensors," IEEE Circuits and Devices Magazine 21, 6-20 (2005).
[8] E. Hecht, Optics (Addison Wesley, 2002), p. 226.
[9] F. de la Barriere, G. Druart, N. Guerineau, and J. Taboury, “Design strategies to simplify and miniaturize imaging systems,” Appl. Opt. 50, 943–951 (2011).
[10] P. Milojkovic and J. N. Mait, “Space-bandwidth scaling for wide field-of-view imaging,” Appl. Opt. 51(4), A36–A47 (2012).
[11] O. Iwert and B. Delabre, “The challenge of highly curved monolithic imaging detectors,” Proc. SPIE 7742, 774227 (2010).
[12] D. Reshidko and J. Sasian, “Optical analysis of miniature lenses with curved imaging surfaces,” Appl. Opt. 54(28), E216–E223 (2015).
[13] I. Stamenov, I. P. Agurok, and J. E. Ford, “Optimization of two-glass monocentric lenses for compact panoramic imagers: general aberration analysis and specific designs,” Appl. Opt. 51(31), 7648–7661 (2012).
[14] P. K. Swain, D. J. Channin, G. C. Taylor, S. A. Lipp and D. S. Mark, "Curved CCDs and their application with astronomical telescopes and stereo panoramic cameras," Proc. SPIE 5301, 109-129 (2004).
[15] T. J. Jones and S. Nikzad, "Curved focal plane arrays using conformed thinned detector membrane," Nanotech Brief 28, No. 3 (2004).
[16] M. R. Ackermann, J. T. McGraw and P. C. Zimmer, "Are curved focal planes necessary for wide-field survey telescopes?" Proc. SPIE 6267, 626740-626749 (2006).
[17] S. B. Rim, P. B. Catrysse, R. Dinyari, K. Huang, and P. Peumans, “The optical advantages of curved focal plane arrays,” Opt. Express 16(7), 4965–4971 (2008).
[18] D. Dumas, M. Fendler, N Baier, J. Primot, and E. Le Coarer, "Curved focal plane detector array for wide field cameras," Applied Optics 51, no. 22, pp. 5419-5424 (2012).
[19] K. Itonaga, et al "A Novel Curved CMOS Image Sensor Integrated with Imaging System," Sony R&D Platform, Atsugi, Japan. Symposium on VLSI Technology (2014).
[20] C. Gaschet, et al., “Curved sensors for compact high-resolution wide field designs,” SPIE, vol. 10376, Aug. 2017.
[21] B. Guenter, et al., "Highly Curved Image Sensors: A Practical Approach for Improved Optical Performance," Optics Express 25, no. 12 (2017).
[22] B. K. Guenter, N. Emerton, U. S. Patent No 20140376113 (25 December, 2014).
[23] ON Semiconductor , “LUPA300,” in image sensor, https://www.onsemi.com
[24] Joseph W. Goodman, “Introduction to Fourier Optics,” McGraw-Hill, New York (1996).
[25] 牟益弘,「三百萬畫素二點七五倍光學變焦手機鏡頭設計」,國立中央大學光電科學研究所,碩士論文(2008).
[26] D. Malacara, Optical Shop Testing (A Wiley-Interscience, 1991), 2nd edit.
[27] OmniVision, “OV9282,” in image sensor, https://www.ovt.com.
[28] Toshiba, “T4K71,” in image sensor, https://toshiba.semicon-storage.com/tw/top.html.
[29] Airy disk, http://goo.gl/6XCPV9.
[30] Code V Tolerancing Reference Manual, Synopsys Inc., Version 11.1, Ch. 1, 2018.
[31] Janostech, “Understanding Optical Specifications,”
www.janostech.com/knowledge-center/optical-reference-guide/understanding-optical-specifications.html.
[32] W. S. Sun, P. Y. Chu, C. L. Tien, and M. F. Chung, “Zoom lens design for 10.2-megapixel APS-C digital SLR cameras,” Appl. Opt. 56(3), 446–456 (2017).
指導教授 孫文信(Wen-Shing Sun) 審核日期 2019-7-26
推文 facebook   plurk   twitter   funp   google   live   udn   HD   myshare   reddit   netvibes   friend   youpush   delicious   baidu   
網路書籤 Google bookmarks   del.icio.us   hemidemi   myshare   

若有論文相關問題,請聯絡國立中央大學圖書館推廣服務組 TEL:(03)422-7151轉57407,或E-mail聯絡  - 隱私權政策聲明