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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:呂引棟
研究生(外文):Lu, Yin-Tung
論文名稱:手持式折射率儀之光學元件設計
論文名稱(外文):The Optical Element of Design Handheld Refractor-meter
指導教授:潘瑞文
指導教授(外文):Pan, Jui-Wen
口試委員:李宗憲張高德孫文信
口試委員(外文):Lee, Tsung-XianChang, Kao-DerSun, Wen-Sing
口試日期:2016-01-11
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:光電科技學程
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:手持式折射率儀
外文關鍵詞:Handheld Refractor-meter
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在這篇論文中,我們提出一個設計流程去設計一個手持式折射率儀(handheld refractor-meter),其儀器工作範圍涵蓋n_d : 1.320~1.540。可量測多種純液體化合物的折射率,如:蒸餾水(1.333)、丙酮(1.360)、煞車油(1.4449)、四氯化碳(1.4607),苯(1.501),矽油(1.520)。
本研究利用一個聚焦物鏡與一個非球面面鏡設計出與US patent 6816248 B2具差異性之產品,但待測物需求用量較大,唯監控之液體之樣品價格應該是低廉的,所以此結構應還是有商業應用價值。由光學模擬的結果,其系統解析度可達±0.0003(n_d),體積大小約為55(W)×30(D)×100(H)mm,約市售商品之88%大小,擁有輕巧且易於攜帶之優點,可作為品質檢測與監控之重要儀器。
An optical design of a handheld refractor-meter is presented, which has a working refractive index range between 1.320 to 1.540. Several liquids of different refractive index can be measured, e.g. Distilled water (1.333), acetone (1.360), brake fluid (1.4449), carbon tetrachloride (1.4607), benzene (1.501), silicone oil (1.520) …, and etc.
In this work, single objective lens and single aspheric mirror are used, which is different from the design in US patent 6816248 B2. The sample needs a bit more, but it is cheap. So this design has business value for application. The results of optical simulation show that the system resolution is up to ± 0.0003 (n_d), and the volume is about 55 (W) × 30 (D) × 100 (H) mm, about 88% of the size of commercial product. Easy to carry the advantages, Has the advantages of light and easy to carry. Can be used as an important instrument for quality testing and monitoring.
中文摘要 i
英文摘要 ii
致 謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
縮寫及符號說明 x
第一章 簡介 1
第二章 基本理論 4
2-1 光學像差(Optical aberrations) 4
2-1-1 球面像差(Spherical aberration) 4
2-1-2 慧形像差(Coma aberration) 5
2-1-3 像散與場曲(Astigmatism and field curvature) 5
2-2 反射與折射原理 7
2-3 全反射原理 9
2-4 隧道圖(Tunnel diagram) 10
2-5 高斯光學(Gaussian Optics) 11
2-6非球面透鏡 (Aspherical lens) 14
第三章 折射率儀的工作原理 16
3-1 折射率儀的基本架構 16
3-2 折射率儀用LED光源的討論 18
3-3 折射率儀用線性感測器介紹 23
3-4 折射率儀之解析力探討      27
第四章 新穎光學元件的設計 31
4-1新穎光學元件的設計 31
4-1-1 折射儀設計流程    31
4-1-2 折射儀近軸光學設計     33
4-2新穎光學元件之模擬     45
4-3 新穎光學元件之機構尺寸確認  50
第五章 新穎光學元件之公差分析 51
第六章 結論 57
第七章 未來課題 60
參考文獻 62
發表清單 65
1.Alexey N. Bashkatov , ElinaA. Genina,“Water refractive index in dependence on temperature and wavelength: a simple approximation,”Optics Department Saratov State University, Saratov, Russia. (SPIE Proceedings Vol. 5068)
2.Temperature Coefficient of the Refractive Index
http://www.schott.com/d/advanced_optics/3794eded-edd2-461d-aec5-0a1d2dc9c523/1.0/schott_tie-19_temperature_coefficient_of_refractive_index_eng.pdf
3.Christopher T. Cotton,Jeffrey M. Sabin,Thomas E. Ryan,“BRAKE CHECK HANDHELD REFRACTOMETER,”U.S. Patent 6034762 (Jan.1999).
4.Edmund Optics,“Optics and optical instruments catalog,” 10(2016).
5.W. J. Smith,“Optical primary aberrations,” in Modern Optical Engineering, 4th ed. (Mc-Graw Hill), 74-81(2008).
6.Robert E. Fischer,Biljana Tadic-Galeb,Paul R. Yoder. Jr. ,“Design Forms,”in Optical System Design, 2nd ed. (Mc-Graw Hill), 147-149(2008).
7.Paul R. Yoder, Jr.,“Prism Design,” in Mounting Optics in Optical Instruments, 2nd ed. (SPIE Press Monograph Vol. PM181)
8.Zemax OpticStudio Help Files, Optical Research associates.
9.W. J. Smith,“Optical overview,” in Modern Optical Engineering, 4th ed. (Mc-Graw Hill), 21-47(2008).
10.國家實驗研究院 儀器科技研究中心,“光機電系統整合概論,” (全華科技), 87~88(Oct. 2012).
11.LEDinside - LED產業網http://www.ledinside.com.tw/knowledge/20070528-254.html
12.Sheng Liu, Xiaobing Luo,“Fundamentals and Development Trends of High Power LED Package,”in LED Packaging for Lighting Applications:Design, Manufacturing, and Testing, (化學工業出版社),71-76(Dec. 2010).
13.Mouser ELECTRONICS○R online catalog
http://www.mouser.com/Optoelectronics/LED-Lighting/LED-Emitters/Standard-LEDs-Through-Hole/_/N-b1bc8/
14.李正中,“薄膜光學與鍍膜技術,”(藝軒圖書出版社), 214-231(Jul. 2009).
15.DigChip,“Electronic components database,” https://www.digchip.com/
16.Ocean Optics,“Product catalog,”13-24(2007).
17.一般常見之液體折射率
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http://baike.baidu.com/pic/%E5%B8%B8%E7%94%A8%E6%8A%98%E5%B0%84%E7%8E%87%E8%A1%A8/663686/0/9a504fc2d5628535efb7912997ef76c6a7ef6366?fr=lemma&ct=single#aid=0&pic=9a504fc2d5628535efb7912997ef76c6a7ef6366
18.光研科學,“ZEMAX經典實例剖析2012年精編版,”(光研科學有限公司), 237(Fab. 2012).
19.南京光科,“ZEMAX 非序列照明設計實例教程,”(南京光科信息技術有限公司), 209(Sep. 2012)
20.ZEONEX Catalogs and Technical Sheets
http://www.zeon.co.jp/content/200181690.pdf
21.Junhua W., Yuechao L.,Min X., Design of a See-Through Head-Mounted Display with a Freeform Surface. Journal of the Optical Society of Korea, Vol. 19, No. 6, December 2015, p.614-618.
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23.LightTools Core Module User's Guide, Optical Research Associates.
24.Autodesk Knowledge Network
https://knowledge.autodesk.com/support/autocad/getting-started?sort=score#%3Frows=10&sort=score
25.國家實驗研究院 儀器科技研究中心,“光學元件精密製造與檢測,” (全華科技), 75-83(May. 2007).
26.Keshav D. Sharma, Kyle R. Bleyle,“HAND-HELD AUTOMATIC REFRACTOR-METER,”U.S. Patent 6816248(Nov. 2004).
27.W. J. Smith,“The primary aberrations,” in Modern Optical Engineering, 4th ed. (Mc-Graw Hill), 49-51(2008).
28.Attaallah Almasi, Supervised by Prof. Jens Biegert, (ICFO)
https://www.researchgate.net/publication/277096326_Stimulated_Raman_scattering_and_second_harmonic_generation_from_a_Nd_Y_V_04_laser_at_1064nm_to_generate_587nm
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