費耐爾透鏡之設計與分析

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姓名

朱洪德(Hung-Te Chu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

費耐爾透鏡之設計與分析
(Design and Analysis of Fresnel Lens)

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摘要(中)

本論文提出一可用於成像品質分析之折射式費耐爾透鏡設計與優化流程，基於系統結構限制與成像品質之要求量身定做，解決以購買現成規格之費耐爾透鏡套用至系統，卻不一定完全符合使用需求的窘境。本論文同時也以純量繞射理論為基礎，開發出一繞射式費耐爾透鏡分析程式，此程式可計算出系統的點擴散函數 (Point Spread Function) 與調制穿透函數 (Modulation Transfer Function)，並能依照真實情況，建立成像系統的感光元件的像素尺寸及分佈資訊，計算與分析出各個像素上的能量比。

摘要(英)

In this thesis, we proposed a process of design, analysis and optimization of an imaging system using refractive Fresnel lens. The advantage is that the lens can be customized according to the limitations of the system and the requirements of the image quality. The proposed process aims to avoid a common problem that customers cannot put a suitable ready-made Fresnel lens into their system.
We also developed an optical analysis program for diffractive Fresnel lens based on the scalar diffraction theory. The program can effectively calculate and simulate Point Spread Function (PSF) and Modulation Transfer Function (MTF) of system. According to the information of pixel size and pixel distribution on the sensor, the proposed program can also calculate and analyze the energy distribution on each pixel.

關鍵字(中)

★ 費耐爾透鏡
★ 繞射光學元件
★ 點擴散函數
★ 調制穿透函數
★ 紅外線感測器

關鍵字(英)

★ Fresnel Lens
★ Diffractive optical elements
★ Point Spread Function
★ Modulation Transfer Function
★ Infrared Detector

論文目次

目錄
摘要 vi
Abstract vii
致謝 viii
目錄 x
圖目錄 xii
表目錄 xix
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文大綱 3
第二章基本光學原理 5
2.1 引言 5
2.2 光學像差 5
2.2.1 球面像差 (Spherical aberration) 6
2.2.2 慧星像差 (Coma aberration) 9
2.2.3 像散像差 (Astigmatism) 10
2.2.4 場曲像差 (Field curvature) 11
2.2.5 畸變像差 (Distortion) 12
2.3 純量繞射光學 13
2.3.1 海更斯原理 14
2.3.2 萊利-梭摩費爾德繞射理論 15
2.4 調製轉換函數 22
第三章折射式費耐爾透鏡之光學特性分析 24
3.1 費耐爾透鏡之介紹與光學特性 24
3.2 紅外線熱感測器之成像透鏡 27
3.3 鏡片設計之需求 28
3.4 費耐爾透鏡之建立流程 32
3.5 傳統透鏡之設計方法 34
3.5.1 像差的克服 34
3.5.2 調整透鏡彎曲程度控制像差 35
3.5.3 引入非球面因子以控制像差 44
3.5.4 加入光圈以控制像差 50
3.6 製作成費耐爾透鏡 57
3.7 費耐爾透鏡加上光圈 64
3.8 以ASAP進行分析 70
第四章繞射式費耐爾透鏡之光學分析 74
4.1 繞射光學元件綜觀 74
4.1.1 繞射光柵 77
4.1.2 閃耀式光柵 (Blazed Grating) 78
4.1.3 二元光學元件 (Binary Optics) 79
4.2 基於 Matlab 之光學模擬 81
4.2.1 樣品介紹 81
4.2.2 模擬參數及方法 82
4.2.3 單波長下的 PSF 85
4.2.4 全頻譜疊加的PSF 87
4.2.5 平面的折射效應 88
4.2.6 調制穿透函數分析 91
第五章結論 93
參考文獻 95
參考文獻 97
中英文名詞對照表 98

參考文獻

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指導教授

孫慶成、楊宗勳(Ching-Cherng Sun Tsung-Hsun Yang)

審核日期

2017-8-17

推文