臺灣博碩士論文加值系統

本篇論文是研究數位化且模組化的成像與非成像系統的光機設計，運用數位訊號處理器 (DSP)，以及數位光學處理技術 (DLP)設計出數位離散函數運算補償式400倍變焦鏡頭、發光二極體 (LED)光源DLP投影機、以及LED光源數位微反射晶片(DMD)車燈。
此研究成果在400倍變焦鏡頭中，透過數位訊號控制器控制7組電子移動馬達進行變焦及對焦，可有效減輕光學公差對鏡頭調變轉移函數 (MTF)的影響，而LED光源DLP投影機因將傳統色輪移除，並使用自由曲面反射鏡取代平面反射鏡，可大幅減少光學元件的使用量提高整體光通量及縮減投影機體積，另外將DMD使用於車燈光型控制，亦是本研究一大突破，除了可以設計出符合歐規ECE R112車燈規範光型，也可以快速且連續的變換頭燈光型，適應各種特殊路況。
研究中的投影機及車燈在使用LIGHTTOOLS非成像光學模擬軟體設計後，未達預期之光學品質，在使用田口法-主成分分析與模糊理論多重品質最佳化後投影機均勻度達90.2%光通量1430lm效率44.0%，車頭燈的11個亮度規範值也從9個符合優化至完全符合。

This paper aims to study opto-mechanical design of digitalized and modularized imaging and non-imaging system， by using Digital Signal Processor (DSP) and Digital Light Processing (DLP)， to design 400x optical zoom lens， which is compensated by digital discrete function computation， Light Emitting Diode (LED) luminance DLP projector， and car lamp design by applying Digital Micromirror Device (DMD) of LED illumination.
This research result can be applied to 400x optical zoom lens， and by using digital signal controller which controls 7 sets of electro-driving motors to zoom and focus， it can effectively reduce the influence of the optical tolerance on the Modulation Transfer Function (MTF) of the lens. Furthermore， LED illumination DLP projector， without traditional wheel but with free form reflector to replace planar reflector， can significantly reduce required quantity of optical components， enhance overall luminous flux， and contract size of the projector. In addition， it is an innovation that this research applies DMD to control light-type of car lamp， which can not only be designed in accordance with ECE R112 light-type of car lamp standard within European standard， but can also be designed to shift light-type of the headlight rapidly and continuously， in order to cope with various road conditions.
The projector and the car lamp equipped with LIGHTTOOLS non-imaging optical simulation design software can’t achieve expected optical quality. But by using Taguchi-PCA and Fuzzy multiple quality optimization， the evenness of the projector achieves 90.2%， luminous flux 1430lm， efficiency 44.0%， and 9 luminous values in the headlight conforming to the standard increase to the full counts of 11.

中文摘要 i
Abstract ii
致謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機與研究目的 2
1.3論文架構及方法 3
第二章 成像與非成像光學理論與定義 4
2.1 光學像差 4
2.1.1 球面像差(Spherical aberration) 4
2.1.2 彗形像差(Coma aberration) 5
2.1.3 像散(Astigmatism) 5
2.1.4 場曲(Curvature of field) 6
2.1.5 畸變(Distortion) 7
2.2變焦系統 8
2.3調變轉移函數Modulation Transfer Function (MTF) 9
2.4數位微形反射鏡元件(DMD) 10
2.5數位光源處理之顯示原理(DLP) 11
2.6數位光源處理式投影系統 13
2.7高功率發光二極體燈源（High-Power LED） 15
2.8光度計量單位 17
2.9投影機光機系統光輸出量測標準 19
2.10歐洲汽車近光燈法規之簡介 20
2.11自由曲面定義 22
第三章 數位離散函數運算補償式400倍變焦鏡頭設計 23
3.1 400倍變焦鏡頭規格與成像品質 23
3.2數位離散函數運算補償原理及優勢 31
3.3數位離散函數運算補償式400倍變焦鏡頭模擬結果 33
3.4數位離散函數運算補償式400倍變焦鏡頭設計結論 38
第四章 LED光源DLP投影機設計 39
4.1 LED燈源 39
4.2投影機反射杯陣列設計 40
4.3 X-cube設計 43
4.4積分透鏡設計 43
4.5 投影機DMD選用 44
4.6 TIR Prism設計 45
4.7投影機設計成果 46
4.8 LED光源DLP投影機結論 47
第五章 LED光源DMD車燈設計 48
5.1車燈燈源部份 48
5.2車燈反射杯設計 49
5.3 DMD選用 49
5.4 DMD車燈工作原理 50
5.5 DMD 車燈光型變換 51
5.6 ECE歐盟法規光型設計 53
5.7 LED光源DMD車燈設計結論 57
第六章 田口-主成份分析法於投影機及車燈多重品質最佳化研究58
6.1田口實驗法 58
6.1.1 信號雜訊比(S/N 比) 58
6.2主成份分析理論 59
6.2.1 正規化(Normalization) 62
6.3田口法搭配主成份分析實驗步驟 62
6.4投影機田口-主成份最佳化模擬結果 64
6.4.1直交表實驗 64
6.4.2輸入因子變數正規化 66
6.4.3多重品質主成份分析 67
6.4.4變異數分析 69
6.4.5確認投影機使用田口-主成份最佳化 70
6.5車燈田口-主成份最佳化模擬結果 71
6.5.1 DMD車燈田口因子選取 71
6.5.2確認車燈使用田口-主成份最佳化 75
第七章 田口-模糊理論於投影機及車燈多重品質最佳化研究 76
7.1模糊邏輯之多重品質特性 76
7.2田口法搭配模糊理論模擬步驟 78
7.3模糊化介面 80
7.4投影機模糊規則庫的建立 81
7.5確認投影機使用田口-主成份與模糊理論最佳化 84
7.6車燈模糊規則庫的建立 85
7.7確認車燈使用田口-主成份與模糊理論最佳化 87
第八章 結論與未來展望 88
8.1結論 88
8.2未來展望 88
參考文獻 89

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