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研究生:蔡岳璋
研究生(外文):Yue-Chang Tsai
論文名稱:NURBS函數創建複合自由曲面聚光透鏡之研製
論文名稱(外文):Development of Condenser Lens with NURBS Function Compound Surface
指導教授:陳政順陳政順引用關係
口試委員:林守儀蔡哲雄
口試日期:2012-07-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:聚光透鏡複合自由曲面五軸加工
外文關鍵詞:Condenser LensCompound SurfaceFive-axis Machining
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本研究以幾何光學理論為基礎,利用NURBS函數之高自由度配合控制點之設計與安排創建複合式自由曲面透鏡,使LED光源有效的朝所預設之位置聚光,其聚光之位置及範圍皆可由所設計之自由曲面透鏡來進行控制。光學分析方面利用TracePro光學軟體進行光追跡與光斑檢視,在透鏡的製造上因其為複合式自由曲面故採用五軸加工技術進行模擬與銑削加工,透鏡材料的選用為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),因其具有極佳的光學特性,但需於加工後進行表面熱熔融處理以恢復透光性。

The purpose of this study is to develop a procedure for the design and manufacture of compound surface condenser lens with LED light source. The design of lens surface is based on the geometrical optics theory and the application of NURBS function for its high degree of freedom of control points. The Tracepro optical software was used to perform the optical analysis and simulation of ray tracing and spot view. The material selected for study was polymethyl methacrylate (PMMA) for its excellent optical properties. In the manufacture of prototype, the five-axis machining center was used to machine the complex free form surface and a thermal melting process was used to restore the optical transmission properties of the material. The case study showed that the developed procedure is feasible.

摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究方法與流程 4
1.4 本文架構 5
第二章 相關理論基礎 7
2.1 幾何光學理論 7
2.1.1 光線傳播的基本定律 7
2.1.2 幾何光學中之波動理論 8
2.1.3 海更斯波前理論 9
2.1.4 費馬原理 11
2.1.5 理想幾何光學之性質 13
2.2 NURBS函數曲線 14
2.3 光學用高分子材料特性 20
2.3.1 光學塑膠之材料 21
2.3.2 聚甲基丙烯酸甲酯 23
2.4 非球面加工方法 23
2.4.1 去除加工法 24
2.4.2 熱成型法 25
2.4.3 塗料加工法 25
2.4.4 變質加工法 26
2.5 五軸加工理論 26
2.5.1 五軸工具機之特性 27
2.5.2 銑削理論 28
2.5.3 加工誤差 30
第三章 聚光透鏡之設計與實作 33
3.1 聚光透鏡模型建構 33
3.2 光學分析 36
3.3 五軸銑削加工 39
3.3.1 實驗用五軸加工機介紹 39
3.3.2 加工材料與刀具 40
3.3.3 加工參數與路徑規劃 42
3.4 表面熱熔融處理 44
第四章 結果與討論 47
4.1 透鏡出光曲面與光學分析 47
4.2 精度模擬檢查 53
4.3 熱熔融處理前後之特性比較 55
4.4 驗證 57
第五章 結論與建議 58
5.1 結論 58
5.2 建議 59
參考文獻 60


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