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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:涂逸祥
研究生(外文):I-HsiangTu
論文名稱:以歪斜光線分析與設計複合稜鏡
論文名稱(外文):Analysis and design of compound prisms based on skew-ray tracing method
指導教授:林昌進
指導教授(外文):Psang Dain Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:機械工程學系
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:歪斜光線複合稜鏡非線性度光譜色散
外文關鍵詞:skew-ray tracingcompound dispersion prismdispersion prismdeviation angle
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本文以齊次座標轉換和平面邊界的歪斜光線第一與第二階微分,對三維複合稜鏡作分析與設計。稜鏡作分析方面,本研究探討了由Hagen與Tkaczyk提出之複合稜鏡,其複合稜鏡類型皆為直視稜鏡。直視稜鏡有幾個重要參數,如波長與偏向角,本文比較其微分之後的結果,藉此了解不同複合稜鏡的性質。
目前文獻只有二維複合稜鏡的設計方法,三維複合稜鏡的設計方法還沒有被提出,因此本文就三維稜鏡的設計提出一套數學方法,利用光波長與偏向角當成最佳化函數,再計算其第一與第二階微分,用最佳化程式得到稜鏡的頂角,並且舉了四個例子,分別為:消色差稜鏡,直視稜鏡,無偏移直視稜鏡,以證明其可行性。我們發現三維稜鏡可以用更少的元件就達到二維稜鏡的功能,而且效能並沒有輸給二維稜鏡,除此之外,利用柯西方程式取代阿貝數的計算,在光譜色散與非線性度的結果上也可以使誤差更小更精確。

SUMMARY

Compound prism is very common in the optical instrument. Therefore it is important to know the property of the compound prism. In order to analyze such prisms, in this thesis we use skew-ray tracing method to determine the derivatives of the deviation angle with respect to wave length. Furthermore, we design a 3-D dispersion prism using the first-order and second-order derivatives matrices of a skew ray. It is found that a single 3-D dispersion prism can achieve the function of a 2-D compound dispersion prism without sacrifice its performance.

Key words: skew-ray tracing;compound dispersion prism;dispersion prism;deviation angle


目錄
口試委員會審定書 #
中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xiii
第1章 緒論 1
1.1 前言與研究動機 1
1.2 直視稜鏡與消色差稜鏡介紹 2
1.2.1 三角稜鏡Triangular prism 3
1.2.2 阿米西稜鏡Amici prism 3
1.2.3 雙阿米西稜鏡Double Amici prism 4
1.2.4 消色差稜鏡Achromatic prism 5
第2章 歪斜光線追蹤法 6
2.1 點光源 6
2.2 齊次座標轉換 7
2.2.1 平移座標轉換矩陣 8
2.2.2 旋轉座標轉換矩陣 8
2.3 旋轉曲面參數式與其歪斜光線追蹤 10
2.4 平面邊界面的歪斜光線追蹤 15
2.5 歪斜光線對系統變數的Jacobian 與 Hessian矩陣 17
2.6 複合稜鏡的偏差角與光譜色散 20
第3章 直視稜鏡分析 24
3.1 Kessler 稜鏡 24
3.1.1 稜鏡設計計算 25
3.1.2 偏向角和波長關係圖 26
3.1.3 射出光線對系統與光源參數的微分 28
3.2 Sherman 直視稜鏡 29
3.2.1 稜鏡設計計算 29
3.2.2 偏向角和波長關係圖 30
3.3 新Kessler稜鏡 32
3.3.1 稜鏡設計計算 32
3.3.2 偏向角和波長關係圖 33
3.4 兩30°稜鏡組成之序列稜鏡組 35
3.4.1 稜鏡設計計算 35
3.4.2 偏向角和波長關係圖 36
3.5 兩30°稜鏡與一三角稜鏡組成之序列稜鏡組 37
3.5.1 稜鏡設計計算 38
3.5.2 偏向角和波長關係圖 38
3.6 兩60°稜鏡組成之序列稜鏡組 40
3.6.1 稜鏡設計計算 40
3.6.2 分離角和波長關係圖 41
3.7 兩60°稜鏡與一三角稜鏡組成之序列稜鏡組 42
3.7.1 稜鏡設計計算 43
3.7.2 偏向角和波長關係圖 43
第4章 直視稜鏡與消色差稜鏡的設計 45
4.1 Hagen與Tkaczyk提出之複合稜鏡設計 45
4.2 新型複合稜鏡設計 45
4.3 複合稜鏡設計案例1 46
4.4 複合稜鏡設計案例2 49
4.5 複合稜鏡設計案例3 51
4.6 複合稜鏡設計案例4 53
第5章 結論 56
5.1 結論 56
參考文獻 57


參考文獻

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