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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:談智偉
研究生(外文):Zhi-Wei Tan
論文名稱:背投影電視鏡頭光學設計與公差分析
論文名稱(外文):An optical lensdesign and its tolerance for the rear-projection TV
指導教授:鍾炳濤
指導教授(外文):Being-Tau Chung
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:應用物理研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:光學設計
外文關鍵詞:lens design
相關次數:
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本文以DLP的背投影電視為基礎設計一16:9的 52吋寬螢幕背投影電視所需的成像鏡頭。此鏡頭設計為反向找尋規格及設計,並且以返焦式透鏡組做為主要結構,然後再使此鏡頭的主光線到DMD為一平行系統光軸,即具有遠心系統特性,以此符合背投影電視鏡頭在光學系統上所需具備的後焦焦距長於有效焦距、廣視角和主光線平行系統光軸等光學特性。而所設計的背投影電視鏡頭以十三片透鏡所組構成,每一片透鏡皆為球面透鏡,並再減少一片透鏡修改為十二片球面透鏡,使其在在成像品質上依然達到十三片球面透鏡的水準。最後對此鏡頭做公差分析模擬所設計鏡頭的MTF。
In this thesis, we design lens for 52 inches of 16:9 screens that is based on rear projection television of DLP. We reverse the lens to find the specification, and the retrofocus type lens will be the main structure to proffer the back focus length is longer than effective focus length, then make the chief ray of the lens to arrived at DMD as a parallel optical axis that let the lens had the characteristic of telemetric system, The rear projection television lens is composed of 13 spherical lens. We reduce one spherical lens to 12 spherical lenses that will still meet the same image quality as 13 spherical lenses. At last, we make the tolerance analysis for the lens’ MTF.
致謝 I
中文摘要 II
Abscract III
目錄 IV
圖表目錄 V
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 3
1.3 論文結構 4
第二章 背投影電視簡介 5
2.1投影顯示器發展史 5
2.2光閥式背投影電視 7
第三章 背投影電視鏡頭設計 16
3.1投影顯示器鏡頭特色 16
3.2 返焦式鏡組(reverse lens) 19
3.3 遠心系統(telecentric system) 20
3.4 背投影電視鏡頭規格訂定 20
3.5 設計流程 26
3.6 13片背頭影鏡頭設計結果 28
3.7 12片背投影鏡頭設計結果 35
第四章 公差分析 39
4.1 前言 39
4.2 中心公差(centered tolarances) 40
4.3 偏心公差(Decentered Tolarances) 43
4.4 公差分析 45
4.4.1 決定公差的範圍 45
4.4.2 公差結果 47
4.4.3 討論 58
第五章 結論與展望 61
參考文獻 63

圖表目錄
表格 1 所需的光學規格表...................................................................................................................27
表格 2 專利4957355 光學規格表格...................................................................................................28
表格 3 稜鏡在鏡頭後方產生的三階SEIDAL 像差..........................................................................31
表格 4 主光線的角度...........................................................................................................................34
表格 5 減少一片後主光線的角度.......................................................................................................38
表格 6 所自定的公差範圍...................................................................................................................47
表格 7 檢視POW/IR 和THICKNESS 是否合理...............................................................................60
圖 1 背投影電視主要光學元件簡示.....................................................................................................7
圖 2 背投影螢幕構造[2.5] ....................................................................................................................8
圖 3 COS4 定理.....................................................................................................................................9
圖 4 穿透式液晶原理[2.7] ...................................................................................................................10
圖 5 穿透式液晶投影機工作原理[2.1]................................................................................................11
圖 6 DMD 的微反射鏡形式[2.8] .........................................................................................................11
圖 7 DMD 和成像點上的關係.............................................................................................................12
圖 8 在色輪時間調變,視覺暫留產生全彩圖形...............................................................................13
圖 9 LCOS 結構...................................................................................................................................14
圖 10 積分透鏡簡單易示圖[2.7]..........................................................................................................15
圖 11 積分柱簡單示意圖[2.7].............................................................................................................15
圖 12 光線經過稜鏡的焦點位移.........................................................................................................17
圖 13 從光學元件所形成的影像光錐為一發散形式[3.1]..................................................................18
圖 14 用聚光透鏡讓光束為匯聚在投射到投影鏡頭上......................................................................19
圖 15 BFL<EFL 圖 162BFL>EFL 圖 17 新月形透鏡......................20
圖 18 遠心系統簡易圖.........................................................................................................................20
圖 19 反上設計以找尋投影鏡頭規格.................................................................................................21
圖 20 物像距的關係圖.........................................................................................................................22
圖 21 物像距關係圖[3.2] .....................................................................................................................22
圖 22 在投影螢幕上水平邊緣和高度邊緣的畸變對螢幕的變形......................................................24
圖 23 以線對(LINE-PAIR)代表一像素的空間頻率............................................................................26
圖 24 專利的正負兩群結構.................................................................................................................28
圖 25 設計時所考慮的光路系統結構.................................................................................................29
圖 26 13 片鏡組結構圖........................................................................................................................30
圖 27 13 片鏡組資料............................................................................................................................30
圖 28 MTF 圖.......................................................................................................................................31
圖 29 MTF V.S FIELD 圖.....................................................................................................................32
圖 30 SPOT DIAGRAM.......................................................................................................................33
圖 31 FIELD CURVATURE AND DISTORTION................................................................................34
圖 32 RELATIVE ILLUMINATION ....................................................................................................34
圖 33 減少一片後優化的鏡頭LAYOUT 圖及鏡組資料...................................................................35
圖 34 減少一片後的MTF 圖...............................................................................................................36
圖 35 減少一片後的MTF V.S FIELD.................................................................................................36
圖 36 減少一片後的SPOT DIAGRAM...............................................................................................37
圖 37 FIELD CURVATURE AND DISTORTION................................................................................38
圖 38 相對照度....................................................................................................................................38
圖 39 取自EDMUND OPTIC 對透鏡製造要求和相對要求價格的曲線..........................................40
圖 40 半徑R 和R/的關係圖................................................................................................................41
圖 41 牛頓環測試................................................................................................................................41
圖 42 厚度移動的相對關係.................................................................................................................42
圖 43 位移量的意式圖.........................................................................................................................44
圖 44 透鏡傾斜的意示圖.....................................................................................................................44
圖 45 透鏡上下厚度不一致.................................................................................................................45
圖 46 EDMUND OPTICS 中透鏡直徑加大的原因...........................................................................45
圖 47 單一鏡片上下偏心時 對中心FIELD 影響最大......................................................................59
[1.1] JVC “D-IAL PROJECTOR TECHNICAL GUIDE”
[1.2] 網站 數位電視http://www.digitaltv.eetchina.com/HOME.HTM
[1.3] 數位時代雙週刊http://www.bnext.com.tw/mag/2004_02_01/2004_02_01_1945.html
[1.4] http://info.ceprei.com/news/news_detail.asp?w_id=715
[2.1] JVC “D-IAL PROJECTOR TECHNICAL GUIDE”.
[2.2] 網站 技術在線 “背投、PDP、液晶3種方式競爭前景預測”.2005/04/26
[2.3] http://www.cfan.com.cn/pages/20051019/2996_3.htm.
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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