高階自由曲面面鏡之設計

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姓名

官沛臻(Pei-Chen Kuan) 查詢紙本館藏

畢業系所

照明與顯示科技研究所

論文名稱

高階自由曲面面鏡之設計
(The Design of High-order Freeform Surface Mirror)

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摘要(中)

本研究為利用ZEMAX以及TracePro兩種不同軟體來設計高階自由曲面，並詳細列出兩種軟體的模擬方式及步驟，以讓初學者一次就能夠上手。藉由TracePro的幫助，可清楚看出光跡圖和輻照圖，而ZEMAX則可以看出光斑尺寸大小及成像畸變並利用軟體內部的優化器使影像達到最佳優化效果。

摘要(英)

This study is to use ZEMAX and TracePro two different software to design high-order freeform surface, and list the simulation methods and steps of the two software in detail, so that beginners can get started at one time. With the help of TracePro, we can see the ray trace and irradiance, and ZEMAX can see the spot size and distortion and use the optimizer inside the software to optimize the image.

關鍵字(中)

★ 自由曲面
★ ZEMAX
★ TracePro

關鍵字(英)

★ Freeform
★ ZEMAX
★ TracePro

論文目次

中文摘要 i
AbStract iii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xv
一、緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 1
1-3 論文貢獻 2
1-4 論文架構 2
二、理論 3
2-1 軟體簡介 3
2-1-1 ZEMAX簡介 3
2-1-2 TracePro簡介 3
2-2 幾何光學 4
2-2-1 Fermat principle 5
2-2-2 反射定律 6
2-2-3 高斯成像 8
2-2-4 拉格朗日不變量以及放大倍率 9
2-2-5 偏移孔徑(Decenter)及偏置光場(Off-axis) 10
2-3 自由曲面 11
2-3-1 雙軸多項式曲面 11
2-3-2 擴展多項式(Extended Polynomial) 11
2-4 像差理論 12
2-4-1 像散(Astigmatism) 13
2-4-2 畸變(Distortion) 14
2-5 光度學 15
2-5-1 光通量（Luminous Flux） 15
2-5-2 發光強度（Luminous Intensity） 16
2-5-3 照度（Illuminance） 17
三、研究方法 18
3-1 研究內容 18
3-1-1 投影系統 18
3-1-2 照明系統 19
3-2 研究方法 21
3-2-1 光斑尺寸優化方法 21
3-2-2 模擬螢光顆粒特性 22
四、實驗部分 24
4-1 投影系統 24
4-1-1 ZEMAX設計流程概述 25
4-1-2 反向設計流程步驟 26
4-1-3 ZEMAX優化流程 47
4-1-4 投影系統結果分析 49
4-2 照明系統 49
4-2-1 設計規格概述 51
4-2-2 TracePro設計流程概述 52
4-2-3 設計流程步驟 52
4-2-4 TracePro優化流程 77
4-2-5 照明系統結果分析 78
4-3 結果討論 79
五、結論 80
六、未來展望 81
參考文獻 82

參考文獻

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[2] Totan Chand,Sanjit K. Debnath,Shravana Kumar Rayagonda, Vinod Karar, “Design of refractive head-up display system using rotational symmetric aspheric optics,” optic-International Journal for Light and Electron Optics, vol. 131,p.p.515-519(2017).
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[4] W. Wen, B. Fabian, Y. Jie, Thomas, “A prototype of landmarkbased car navigation using a full-windshield head up display system”, Proceedings of the 2009 Workshop on Ambient Media Computing
[5] 林宸生，” 使用ZEMAX®於鏡頭設計、優化和分析” ，逢甲大學，碩士論文，2004年5月
[6] 方長壽，” 以Tracepro輔助科學研究的視覺化” ，國立交通大學，碩士論文，2012年7月
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http://forum.zemax.com/7775/
[18] 愛發公司編譯，”TracePro 操作手冊”, P.80~P.84
[19] R. A. Buchroeder and A. S. Leonard, "Wide-Field Tilted-Component Telescope: a Leonard Extended Yolo All-Reflecting System," Appl. Opt. 11, 1649-1651 (1972).
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[24] 李功賀，” 光學像差對於全像儲存系統的影響” ，國立交通大學，碩士論文，2011年7月

指導教授

張榮森(Rong-Seng Chang)

審核日期

2020-7-21

推文