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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳柏川
研究生(外文):Po-Chuan Chen
論文名稱:變焦鏡頭自動調焦機的光學系統
論文名稱(外文):Optical automatic focuses adjustment system for zoom lens
指導教授:張榮森張榮森引用關係
指導教授(外文):Rong-Seng Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:光電科學研究所碩士在職專班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:自動調焦機
外文關鍵詞:automatic focuses adjustment
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中文摘要

手提傻瓜照相機往變焦鏡頭發展後,在工廠生產線發生了調焦作業費時、不準確的種種問題,為解決此問題,於是開發出自動的調焦機,只要將照相機放置在調焦機上,全自動地把清晰的成像調到焦面上,使作業簡單迅速符合生產的求,本文主要目的就是 說明利用照相機對焦的光學方式,由成像面偏離(△Bf)計算出鏡片群組位移量,及調焦機利用位相差法、明暗比法(Contrast)原理建立調焦參數,並舉實例說明參數需修正原因及結果;同時介紹疊紋法可輕易檢出焦距、離焦、像差。
一台調焦機當然要機械、電子、光電訊號處理、自動化機構,同時要對照相機機構的了解,因光學系統為本調焦機的靈魂,故本文以光學系統為主軸來討論,其中計算在只考慮一階光學就能得出符合數學關係;公式計算以近似值處理,適當修正焦面偏差值。
最後得到符合預期結果,並指出下一階段的努力方向。








iv
目錄
授權書 ------------------------------------------------------------------------- i
推薦書 ------------------------------------------------------------------------- ii
審定書 ----------------------------------------------------------------------- iii
中文摘要 ------------------------------------------------------------------------ iv
誌謝辭 --------------------------------------------------------------------------- V
目錄 ------------------------------------------------------------------------------- vi
圖表索引 --------------------------------------------------------------------- iX
第一章 緒論 ---------------------------------------------------------------- 1
第一節 前言 ------------------------------------------------------------------ 1
第二節 大綱 ----------------------------------------------------------------- 1
第三節 目的 ------------------------------------------------------------------- 1
第四節 自動調焦機特徵 ------------------------------------------------- 2
第五節 優點 ----------------------------------------------------------------- 2
第六節 本文大致內容 ------------------------------------------------- 2
第二章 調焦方式及規格考量 - -------------------------------------------- 4
第一節 調焦意義 ------------------------------------------------------------ 4
第二節 調焦方式 ------------------------------------------------------------ 4
2-2-1 定焦方式 ------------------------------------------------- --------- 4
2-2-2 變焦調焦方式 --------------------------------------------------- 5
第三節 定焦鏡頭調焦時鏡頭移動量 ----------------------------------- 5
第四節 變焦鏡頭調焦時鏡頭移動量計算 ---------------------------- 7
vi-1
2-4-1 前群調焦偏離係數計算-------------------------------------------- 7
2-4-2 後群調焦偏離係數計算 ---------------------------------------- 11
2-4-3 焦面移動量計 ------------- --------------------------------------- 13
第五節 調焦之規格考量 ---------------------------------------------------- 13
2-5-1 △Bf量與容許糢糊圓關係 -------------------------------- 14
2-5-2 解像與焦深關係 ------------------------------------------- 15
2-5-3 離焦曲線 ---------------------------------------------------------- 17
2-5-4 攝影距離的階段 ------------------------------------------------- 17
第三章 測出離焦量原理及計算方式 ------------------------------- 21
第一節 一般準直儀測出離焦量原理 --------------------------------- 21
第二節 位相差測出離焦量原理 ---------------------------------------- 23
第三節 明暗比測出離焦量原理 ---------------------------------------- 26
第四節 調焦模組的移動量計算 ---------------------------------------- 31
3-4-1 調焦鏡模組之移動量 ------------------------------------------- 31
3-4-2 長焦和短焦之透鏡模群移動量 ----------------------------- 32
3-4-3 群組移動的步進馬達脈衝數計算 -------------------------- 33
第四章 調焦機光學的系統構造 --------------------------------------- 35
第一節 光學系統大略 -------------------------------------------------------- 35
第二節 F治具光學系統 -------------------------------------------------- 35
4-2-1 分歧光路部份 ------------------------------------------------------ 35
4-2-2 位相差光學系 ------------------------------------------------------ 36
4-2-3 明暗比光學系 ------------------------------------------------------ 36
vi-2

第五章 調焦機使用的參數求法 --------------------------------------- 38
第一節 位相差法離焦測定用的參數求法 ----------------------------- 38
5-1-1 Deltanψ的求法 ------------------------------------------------ 38
5-1-2 K1的求法 -------------------------------------------------------- 38
5-1-3 Ho的求法 ----------------------------------------------------------- 39
第二節 明暗比法離焦測定用的參數求法 ----------------------------- 40
5-2-1 SOP1、SOP2 的求法 --------------------------------------------- 40
5-2-2 H_SOP1、H_SOP2 的求法 ---------------------------------------- 41
5-2-3 Ao、A1 的求法 ----------------------------------------------------- 42
第三節 中繼鏡片橫倍率SBR的求法 ------------------------------------ 43
第四節 位相差光學系橫倍率SBI的求法 ---------------------------- 44
第六章 各參數的實際計算及調焦結果 ------------------------------ 46
第一節 位相差參數計算結果 --------------------------------------------- 46
第二節 明暗比參數計算結果 -------------------------------------------- 48
第三節 調焦結果與規格比較 ------------------------------------------ 50
第七章 檢討 ------------------------------------------------------------------- 52
第一節 位相差檢知型式 ----------------------------------------------------- 52
第二節 明暗之部檢知幅度 ------------------------------------------------- 53
第三節 樣板大小和CCD檢知器像素數 --------------------------------- 53
第四節 後群移動量精密度 ----------------------------------------------- 55
第五節 調整困難或不能分析 ------------------------------------------- 56
7-5-1 調焦機方面 ----------------------------------------------------- 56
7-5-2 調焦機與照相機方面 ------------------------------------------- 56
vi-3
7-5-3 照相機方面 ----------------------------------------------------- 57
7-5-4 CCD位置方面 --------------------------------------------------- 57
第六節 外部補正參數 --------------------------------------------------- 59
第八章 疊紋法之焦面檢查 --------------------------------------------- 62
第一節 前言 ------------------------------------------------------------------ 62
第二節 疊紋確認△Bf量優點 ------------------------------------------ 62
第三節 疊紋原理 ---------------------------------------------------------- 63
第四節 疊紋節距與夾角 ------------------------------------------------- 64
第五節 疊紋的角度測量焦距 ------------------------------------------- 66
第六節 疊紋實驗裝置 ----------------------------------------------------- 67
第七節 實驗 ------------------------------------------------------------------ 68
第八節 結果與檢討 ---------------------------------------------------------- 68
8-8-1 離合焦實驗 ------------------------------------------------------ 68
8-8-2 不同焦距實驗 --------------------------------------------------- 71
8-8-3 檢討 ---------------------------------------------------------------- 71
第九節 小結 -------------------------------------------------------------- 73
第九章 結論 ---------------------------------------------------------------- 74
附錄1:位相差法測定離焦時常用術語 ------------------------------ 81
附錄2:明暗比法測定離焦時常用術語 ------------------------------ 82
附錄3:位相差法的計算公式 ----------------------------------------- 84
附錄4:明暗比法常用的計算公式 ------------------------------------- 85
附錄5: 明暗比值的定義 ---------------------------------------------- 86
附錄6:位相差法之離焦測定流程 --------------------------------- 87
附錄7: 明暗比法之離焦測定流程 -------------------------------- 88
vi-4

附錄8: 調焦的簡略流程 --------------------------------------------- 89
參考文獻 --------------------------------------------------------------------- 90





















vi-5

圖 表 所 引
圖 2.1 調焦時移動全體鏡片組 --------------------------------------------- 4
圖 2.2 鏡群組個別移動 -------------------------------------------------------- 5
圖 2.3 定焦鏡頭的移動量表示 --------------------------------------------- 7
圖 2.4 變焦鏡頭前調焦示意圖 ------------------------------------------------ 9
圖 2.5 變焦鏡頭後調焦示意圖 ----------------------------------------------- 12
圖 2.6 肉眼分解能------------------------------------------------------------------ 15
圖 2.7 焦深示意圖------------------------------------------------------------------ 16
圖 2.8 離焦曲線 -------------------------------------------------------------------- 18
圖 2.9 後焦距表示 ------------------------------------------ ----------------------- 18
圖2.10 攝影距離對解像力 ----------------------------------------------------- 19
圖 2.11 自動對焦距離之偏移表示 -------------------------------------------- 19
圖 3.1 離焦量 和準直儀移動量D之關係 --------------------------------- 22
圖 3.2 CCD之位相差檢知 -------------------------------------------------------- 25
圖 3.3 離焦合焦之E值照度分佈 -------------------------------------------- 26
圖 3.4 離焦偏移Z值表示 -------------------------------------------------------- 27
圖 3.5 CCD E值之高斯分佈曲線 ---------------------------------------------- 30
圖 3.6 CCD1 CCD2 E值之分佈曲線 ------------------------------------------ 30
圖 3.7 E(z)值分佈曲線 -------------------------------------------------------- 31
圖 3.8 群組移動調焦示意圖----------------------------------------------------- 34
圖 4.1 光學系統大略 ------------------------------------------------------------ 37
圖 5.1 K1斜線 --------------------------------------------------------------------- 39
圖 5.2 檢知機械原點 ------------------------------- ---------------------------- 41
圖 5.3 CCD上像大小表示 -------------------------------------------------------- 44
ix-1
圖 5.4 明暗比光學系統倍率表示 ---- ---------------------- ------------------ 44
圖 5.5 CCD上的像大小以位相差表示 -------------- ------------------------ 44
圖 5.6 位相差光學系統倍率表示 -------------------------------------------- 45
圖 6.1 1/K1斜線 ---------------------------------------------------------------- 48
圖 6.2 △Bf分布 ------------------------------------------------------------------ 51
圖 7.1 像面偏移與變位量和變位差關係 ------------------------ ---------- 52
圖 7.2 準直儀用樣板 ------------------------------------------------------------- 53
圖 7.3 CCD受光部之寸法 --------------------------------------------------------- 54
圖 7.4 受光部上像素明暗強度略圖(plot) ----------------------- ------ 55
圖 8.1 兩光栅微傾斜疊紋條紋 ------------------------------------------------ 65
圖 8.2 光栅不平行且節距不相同的疊紋 --------------------------------- 65
圖 8.3 光栅和成像關係 ---------------------------------------------------------- 67
圖 8.4 疊紋條紋實驗裝 --------------------- ------------------------------------ 67
圖 8.5 光柵間隔比率對疊紋傾向關係 ---- ------------------------------- 73
圖 8.6 實驗裝置圖片 ---------------------------------------------------------- 75
圖 8-7 (f=127mm) 合焦疊紋圖片 ----------------------------------- 76
圖 8-8 (f=127mm) 後焦+7.0mm疊紋圖片 ------------------------ 77
圖 8-9 (f=127mm) 前焦-6.4mm疊紋圖片 --------------------------- 78
圖 8-10 (f=134mm) 疊紋圖片 - ------------------------------------- 79
圖 8-11 短焦 (f=112mm) 疊紋圖片 - ------------------------------------ 80

表 2.1 各廠商容許糢糊圓尺寸 -------------------------------------------- 15
表 6-1 TELE側AF演算結果 ------------------------------------------------ 46
表 6.2 AF演算 --------------------------------------------------------------------- 47
表 6.3 IDef AF回歸分析結果 ------------------------------------------------- 47
ix-2
表 6.4 KoT 計算--------------------------------------------------------------------- 50
表 7.1 焦距長短與像素數大小 -------------------------------- ---------------- 54
表 7.2 調整參數 ------------------------------------------------------------------ 62
表 8.1 合焦離焦疊紋條紋現象表示 ---------------------------------- ------ 70
表 8.2 長短焦疊紋條紋現象表示 -------------------------------------------- 71




















ix-3
參考文獻
1.星野康著,寫真工業,1997.7月
2.鈴木茂夫著,CCD和應用技術,工學圖書珠式會社
3.松居吉哉著,結像光學入門,啟學出版
4.小倉盤夫著,現代的のカメラとレンズ技術,寫真工業出版社
5.カメラ•レンズ百科,寫真工業出版社
6.�矞癟J彥著,Olympus光學工業9(株)第一開發部
7.FOCAL 社刊,寫真百科事典
8.岸川利郎著,光學入門,OPTAS社
9. 末田哲夫著,光學部品の使い方と留意点,
10. 胡錦標博士主編,精密光電技術,高立圖書有限公司
11. 林榮慶等主編,精密量具及機件檢驗,新科技書局
12. 井上弘 著 ,光學素子と機構の檢查技法
13.高野榮一著,レンズデザインガイド,寫真工業出版社
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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