博碩士論文 983303015 詳細資訊


姓名 許朝昇(Chao-shen Hsu)  查詢紙本館藏   畢業系所 機械工程學系在職專班
論文名稱 數位相機閃光燈透鏡之照度均勻化的結構設計
(The structual design of digital camera flash lens for the illumination uniformity.)
檔案 [檢視]  [下載]
  1. 本電子論文使用權限為同意立即開放。
  2. 已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
  3. 請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。

摘要(中) 隨著數位相機的普及化,人們對於攝影越來越不陌生,隨手留下紀錄,成為生活的一部分。而閃光燈則是數位相機相機不可或缺的一部分,對於拍攝主體具有補光的效果。為了產生高能量的補光效果,必須有效地聚集光線。
 現有的閃光燈透鏡之設計上,大部份著眼於有效地聚集光線,以產生高能量的輸出,使得照度分佈之光型小而集中。而分佈過於集中,往往對於成像造成曝光過度、色偏、解析度降低及暗角等現象,而影響影像之品質。為了改善此現象,必須透過閃光燈透鏡之設計,來提升分佈之均勻性。
 本研究針對數位相機的內建閃光燈模組之透鏡設計,分別以氙氣燈管及白光LED做為光源,將單一光源分割為區域光源,針對區域內光線之分佈特性,設計透鏡之表面微結構,最後再整合成複合透鏡。透鏡透過光學軟體之模擬,在有效距離2.5m,在2m×1.5m的有效範圍內,得到以下的結果:以氙氣燈管為光源所設計之複合透鏡均勻度為82.6%;以白光LED為光源所設計之複合透鏡均勻度為85%。
 複合透鏡之模擬結果與現有的閃光燈透鏡之比較,在照度分佈的均勻性上,有顯著之提升。
摘要(英) As the population of digital camera, people are more familiar with the photography. Recording everything in our daily life conveniently has become one part of our lives. Built-in flash module is one of the important parts of digital camera to increase the lighting of main subject. In order to producing high-energy filling light effect, we must gather light more efficiency.
 Most of designs on flash module focus on gathering light efficiency. By exporting high-energy light, we make the planar illumination narrow and concentrated. One the other hand, photo’s quality will decreased by concentrated light due to overexposing, low resolution, and dark corners. In order to improve this question, we need to increase the wise of planar illumination by redesigning the flash light module.
 In this study, the flash module of built- in digital camera lens is using xenon lamp and white LED as light source. We separated one light source into multi-region light source. For the distribution of light within the region, we change the structure of micro lens and integrate them into the compound lens. By the simulation software through the optical lens, in the effective distance of 2.5m and effective range of 2x1.5m, we get the following results: When using xenon light as light source, the uniformity of the compound lens is 82.6%; when using white LED light as light source, the uniformity of the compound lens is 85%.
 In conclusion, compound lens has a better illumination uniformity and significant upgrade comparing to the simulation results of existing flash lens.
關鍵字(中) ★ 照度
★ 均勻性
★ 閃光燈
★ 透鏡
★ 結構設計
關鍵字(英) ★ structual design
★ illumination
★ flash light
★ lens
論文目次 中文摘要 iv
英文摘要 v
致謝 vi
目錄 vii
圖目錄 xi
表目錄 xv
第一章 緒論....................................1
1-1 前言.....................................1
1-2 閃光燈模組簡介...........................4
1-2-1 發光源...................................5
1-2-2 反射罩...................................7
1-2-3 閃光燈透鏡...............................7
1-3 文獻回顧.................................8
1-3-1 以氙氣燈管為光源之透鏡設計的相關文獻.....8
1-3-2 以LED為光源之透鏡設計的相關文獻..........9
1-4 研究動機................................11
1-5 研究目的................................11
1-6 論文架構................................12
第二章 設計原理...............................13
2-1 相關光度學單位解釋......................13
2-1-1 光通量 Luminous Flux...................13
2-1-2 光強度 Luminous Intensity..............13
2-1-3 輝度 Luminance..........................14
2-1-4 照度 Density of illumination............14
2-2 近軸光線的追跡原理......................15
2-2-1 光學設計符號............................15
2-2-2 光線追跡................................16
2-2-3 折射過程................................17
2-3 朗伯定律Lambertian Law..................18
2-3-1 擴散性反射..............................18
2-3-2 餘弦發射體..............................19
2-4 穿透與吸收..............................20
2-4-1 穿透....................................21
2-4-2 吸收....................................21
2-5 均勻度之計算範圍........................23
2-6 菲涅爾透鏡..............................24
2-6-1 菲涅爾透鏡的光學原理....................24
2-6-2 菲涅爾透鏡的環帶公式....................25
2-6-3 線性菲涅爾透鏡..........................28
2-7 現有閃光燈模組之菲涅爾透鏡設計..........29
2-8 設計流程圖..............................30
2-9 光學模擬軟體的操作介紹..................31
第三章 以氙氣燈管為光源之結構設計與模擬分析...36
3-1 模型建立與參數設定......................36
3.1.1 光源....................................36
3.1.2 反射罩..................................37
3.1.3 閃光燈透鏡..............................37
3.1.4 觀測面..................................37
3.1.5 光源模擬結果............................38
3-2 菲涅爾透鏡之模型重建與模擬結果..........38
3-3 複合透鏡之結構設計與模擬結果............40
3-3-1 入射光線之區域分割......................40
3-3-2 透鏡之結構設計與模擬結果................41
3-4 透鏡設計模擬結果與討論..................49
第四章 以白光LED為光源之結構設計與模擬分析....51
4-1 模型建立與參數設定......................51
4.1.1 光源....................................51
4.1.2 閃光燈透鏡..............................52
4.1.3 觀測面..................................52
4.1.4 光源模擬結果............................53
4-2 透鏡陣列之模型重建與模擬結果............53
4-3 複合透鏡之結構設計與模擬結果............56
4-3-1 A區域之設計.............................56
4-3-2 B區域之設計.............................58
4-3-3 區域整合................................61
4-4 透鏡設計模擬結果與討論..................62
第五章 結論...................................64
參考文獻......................................65
參考文獻 [1] 田村稔等,カメラ技術ハンドブツク,東京,写真工業出版社,1979。
[2] 小倉磐夫,現代のカメラとレンズ技術,東京,写真工業出版社,1982。
[3] 黃柏誠,大面積高功率發光二極體導光元件之設計,中央大學光電研究所碩士論文,2004。
[4] 詹政書,高亮度LED燈具光學設計分析研究,臺灣大學機械工程學研究所碩士論文,2005。
[5] 馮慧平等,LED陣列光源之照明設計,中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會論文集,11月,2007。
[6] 王文勳, 手機LED閃光燈照度均勻設計與研究,中央大學光電研究所碩士論文,2005。
[7] 張善斌,均勻強度或照度的自由曲面透鏡設計,成功大學物理學系碩博士班博士論文,2009。
[8] 陳正南,LED藉由多曲率透鏡提升照度均勻度之光學透鏡設計,臺灣科技大學光電工程研究所碩士論文,2009。
[9] 鄭育旻,基於拋物面鏡反射法之LED線光源設計與實現,臺灣科技大學自動化及控制研究所碩士論文,2010。
[10] Hecht Eugene,Optics, 4th Edition, New York, Addison Wesley, 2001.
[11] Lambda Research Corp,TracePro Manual, Release 4.1.,2007.
[12] R.E.Fischer, and B.Tadic-Galeb, Optical system design,2nd Edition,McGraw-Hill, 2000.
[13] Smith, Warren J., Modern Optical Engineering,3rd Edition,McGraw-Hill, 2000.
[14] Winston ,et al., Nonimaging Optics,ACADEMIC PRESS, 2005.
[15] 耿繼業和何建娃,幾何光學,台北,全華書局,2001。
[16] 葉玉堂,饒建珍和肖峻,幾何光學,台北,五南圖書出版公司,2008。
[17] 訊技科技,TracePro快速學習手冊,台北,五南圖書出版公司,2007。
[18] 蔡仲文,閃光燈觸發電路設計, Electronic Technique,2002。
[19] 謝明良,Fresnel透鏡的回顧與應用,光電工程,P.45,1994。
[20] 黃忠偉和胡能忠,光學系統模擬設計,台北,五南圖書出版公司,2006。
[21] 林正淳,光學機構設計,新竹,林正淳出版,2008。
指導教授 陳奇夆(Chi-feng Chen) 審核日期 2011-6-21

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