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研究生： 牟益弘
Yi-Hung Mou
論文名稱： 三百萬畫素二點七五倍光學變焦手機鏡頭設計
3M 2.75X Zoom Lens Design for a Mobile Phone
指導教授： 孫文信
Wen-Shing Sun
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度： 96
語文別： 中文
論文頁數： 77
中文關鍵詞： 變焦鏡頭 、照相手機鏡組 、公差分析 、雜散光分析
外文關鍵詞： zoom lens, mobile phone camera, tolerance, stray light
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    • 現今在市面上的有光學變焦的手機產品較少，大多使用數位變焦，但是光學變焦的成像品質較為好， 現今市場以200萬畫素為主，在未來手機變焦鏡頭將會以搭配300萬畫素為主流，依此趨勢本論文以同時利用成像與非成像的光學模擬軟體對300萬畫素且具有光學變焦功能的手機鏡頭做分析探討，將美國專利US20070035851起始值的六片鏡片在優化過程中減少為五片，優化流程包括選定Sensor規格、光源波段權重值的決定與優化指令的研究與使用，優化完成再針對鏡頭繪製變焦軌跡圖並進行組裝公差分析、機構件的建立與進行雜散光分析，最後設計出一個長度為26 mm，二點七五倍光學變焦，成像品質達到所訂定標準的鏡頭。

    Most of the mobile phone that has camera function is using digital zoom lens design, but not optical zoom lens design although optical zoom lens design has the better image quality. It is popular for 2 mega pixels for mobile phone, 3 mega pixels will be the next popular design in the near future. So we design an 3m camera module that simulating and analyzing by Code V software. We used the parameters from US patent 20070035851 for initial value and reducing the elements from six to five in optimization process, the optimization process which include the choice of the sensor specification, the decision of the wavelength weighting, and the application of software commands, respectively. After optimizing, we drawn the focal variation trajectory diagram, analyzed the tolerance, bulit the barrels and housing and analyzed the stray light , at last we designed a lens modeule can reach 3.15 mega pixels performance, that the lens with TTL (Total Track Length) 26 mm and zoom ratio is 2.75.

    目錄 論文摘要 .................................................i Abstract ................................................ii 誌 謝 辭 ...............................................iii 目 錄 ................................................iv 圖 目 錄 ................................................vi 表 目 錄 ................................................ix 第一章 前言 ............................................1 1-1 手機發展背景與市場分析 ............................1 1-2 論文架構 ..........................................3 第二章光學變焦系統介紹與成像品質分析簡介..................4 2-1 光學變焦系統介紹 .................................4 2-2 非球面表示法 ......................................4 2-3 像差簡介與手機設計成像品質名詞重要性與意義.........5 第三章 照相手機鏡頭之成象系統光學設計....................12 3-1 導論 .............................................12 3-2 變焦鏡頭之設計規格 ...............................12 3-3 設計流程 .........................................15 3-4 光源波長與權重 ...................................18 3-4-1 接收面感應波段 ....................................18 3-4-2 感應波段權重值 ....................................19 3-5 設計結果 .........................................25 3-5-1 目標值與設計值之比較 ..............................25 3-5-2 鏡片配置圖 ........................................26 3-5-3 繪製變焦軌跡圖 ....................................27 3-5-4 成像性能評價 ......................................30 第四章公差分析與鏡組機構件建立與雜散光分析 .............51 4-1 公差介紹 ..........................................51 4-2 鏡組公差分析 ......................................51 4-2-1 公差範圍決定與公差分析流程 ........................51 4-2-2 公差分析結果 ......................................53 4-2-3公差結果分析與說明 .................................58 4-3 鏡組機構件建立 ....................................58 4-4 鏡組雜散光分析 ....................................59 第五章 結論與未來展望....................................62 參考資料.................................................63 附錄一 ..................................................65 附錄二 ..................................................68 附錄三 ..................................................70 附錄四 ..................................................72

    參考資料
    [1] 網路資料: 王政中，小尺寸大視界，手機相機的台灣奇蹟，2005年12月19日，取自 http://www.tsc.com.tw/report_file/tsiaweb/pptpdf/ppt_20051219_230000_230000.pdf
    [2] 網路資料: PCBTN，2007年手機市場分析，2008年1月30日，取自http://dwz.tw/580t
    [3] 蕭增科，「非球面在變焦鏡組上的校消作用」，私立輔仁大學物理學研究所，碩士論文，民國八十一年。
    [4] Cox, “Zoom Lens Design”, Proc. SPIE, Vol. 4487,(2000)
    [5] R.B. Johnson and C. Feng, ” Mechanically compensated zoom lenses with a single moving element”, Applied Optics, Vol. 31, Issue 13, pp. 2274,(2001)
    [6] 孫文信, 幾何光學, 中央大學光電科學與工程學系(2007)
    [7] Rudolf Kingslake, “Optical System Design”, Institute of Optics University of Rochester, New York(1983)
    [8] Warren J.Smith, “Modern Lens Design”, McGraw-Hill, New York (1992)
    [9] Virendra N.Mahajan, Optical Imaging and Aberrations, Part I – Ray Geometrical Optics, SPIE PRESS, Bellingham(1998)
    [10] 張弘, 幾何光學, 東華書局, Taiwan(1987)
    [11] Gregory H.Smith, “Camera Lenses from Box Camera to Digital”, SPIE PRESS, Bellingham(2006)
    [12] Joseph W.Goodman, “Introduction to Fourier Optics”, McGraw-Hill, New York(1996)
    [13] Iain A.Neil, “Optimization glitches in zoom lens design”, Proc. SPIE, Vol. 3129, 158 , (1997).
    [14] Code V Introduction User’s Guide, Optical Research Association
    [15] Code V Reference Manual, Optical Research Associates
    [16] Code V Prompting Guide
    [17] US Patent20070035851
    [18] www.ovt.com Omnivision公司網站
    [19] 譚智偉，「背投影電視鏡頭光學設計與公差分析」，中原大學應用物理所，碩士論文，民國九十五年。

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