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《幾何光學：光學原理與設計應用》




傳統變焦距鏡頭的設計是相當困難的工作，本書對變焦系統的結構，利用兩群鏡組式的方法加以分析，可以將其簡化，並同時提出新的變焦鏡頭設計的概念，在新型變焦系統設計的概念用在在兩鏡系統上，可利用變換鏡片的方法達到變化焦距的效果。

本書創新之處在於嘗試不同以往伸縮型的變焦鏡頭設計。光學設計是門學問也是門藝術，要完成好的設計需要時間與經驗的累積，雖然傳統光學的理論發展已經相當完備，但其相關應用產品仍然有無窮的潛力，相信未來也將與人們的生活習習相關、趨於便利。

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  作者介紹

  
  
  
  
  
  張榮森
  
  學歷
  美國亞里桑那大學光電博士
  以色列希伯來大學應用物理系碩士
  中正理工學院物理系學士
  
  現職
  國立中央大學光電科學研究所教授
  
  學術專長
  光電工程、光學設計、視光學、人工智慧、生物晶片奈米光電、微機電製程、腦科學、潛意識科學、中醫科學化
  
  
  
  

• 序
  
  第一篇鏡頭設計的種類
  鏡頭設計的種類3
  參考文獻28
  
  第二篇變焦鏡頭自動調焦機的光學系統
  第1章｜緒論31
  1.1前言32
  1.2大綱32
  1.3目的32
  1.4自動調焦機（Auto-focusing machine）特徵33
  1.5優點33
  1.6本篇簡介33
  第2章｜調焦方式及規格考量35
  2.1調焦（Focusing）意義36
  2.2調焦方式36
  2.3定焦鏡頭調焦之鏡頭移動量37
  2.4變焦鏡頭調焦時調焦模組移動量計算38
  2.5調焦之規格考量45
  第3章｜測出離焦量的原理及計算方式51
  3.1前言52
  3.2一般準直儀測出離焦量原理52
  3.3位相差測出離焦量原理54
  3.4明暗比測出離焦量原理56
  3.5調焦模組的移動量計算61
  第4章｜調焦機光學系統構造65
  4.1前言66
  4.2光學系統大略66
  4.3F治具光學系統66
  第5章｜調焦機使用的參數求法69
  5.1位相差法離焦測定用的參數求法70
  5.2明暗比法之離焦測定用的參數求法71
  5.3中繼鏡片（relay lens）的橫倍率（SBR）的求法
  5.4位相差光學系的橫倍率（SBI）的求法76
  第6章｜各參數的實際計算及調焦結果79
  6.1前言80
  6.2位相差參數計算80
  6.3明暗比參數之計算結果83
  6.4調焦結果與規格比較84
  第7章｜檢討87
  7.1位相差檢知型式88
  7.2明暗比之檢知幅度88
  7.3樣板大小和CCD檢知器像素數89
  7.4後群移動量精密度91
  7.5調整困難或不能分析92
  7.6外部補正參數94
  第8章｜疊紋法之焦面檢查97
  8.1前言98
  8.2疊紋確認Bf量優點98
  8.3疊紋原理99
  8.4疊紋節距與夾角100
  8.5疊紋的角度測量焦距102
  8.6疊紋實驗裝置103
  8.7實驗104
  8.8結果與檢討104
  8.9小結109
  第9章｜結論111
  參考文獻124
  
  第三篇新型變焦鏡頭設計
  第1章｜序言127
  1.1研究背景128
  1.2研究動機128
  第2章｜三階像差公式131
  2.1三階像差公式132
  2.2結構參數表示式134
  2.3優化理論──阻尼最小二乘法（Damped Least
  Square Method）135
  2.4其它設計上的概念[3]137
  第3章｜變焦高斯結構分析143
  3.1單透鏡系統[7]144
  3.2兩群鏡組系統[7][8]145
  3.3三群鏡組系統[6][8][10]151
  3.4新式變焦鏡頭[11]158
  第4章｜設計實例161
  4.1設計流程162
  4.2設計實例164
  第5章｜結論189
  參考文獻191
  
  第四篇輕薄短小的DLP變焦投影鏡頭之設計探討
  第1章｜緒論195
  1.1前言196
  1.2本文目的196
  第2章｜DMD簡介197
  第3章｜規格決定時的考量205
  3.1DMD的選擇206
  3.2DMD的offset206
  3.3最大像高206
  3.4投射的畫面大小206
  3.5F no207
  3.6變倍比（Zoom ratio）207
  3.7對焦（Focusing）範圍207
  3.8MTF207
  3.9Lateral Color208
  3.10歪曲（Distortion）208
  3.11周邊光量（Relative Illumination）208
  3.12出瞳位置（Exit Pupil Position）208
  3.13後焦距208
  3.14外形限制208
  3.15重量209
  第4章｜整理選定的目標規格211
  第5章｜鏡頭型式選擇時的考量213
  5.1變焦型式的選擇考量214
  5.2三群變焦鏡頭的特性及初始架構215
  5.3各群鏡片構成219
  5.4優化220
  第6章｜實際設計結果221
  6.1設計值與規格的比較222
  6.2鏡頭配置圖223
  6.3群間隔變化值224
  6.4性能226
  6.5公差模擬266
  第7章｜結論與討論271
  參考文獻272
  
  第五篇Double Cassegrain紅外線熱成像鏡頭之研究
  第1章｜緒論277
  1.1前言278
  1.2研究目的及範圍279
  1.3文獻探討280
  1.4研究方法281
  第2章｜紅外線熱成像系統簡介283
  2.1紅外線系統284
  2.2熱輻射及大氣288
  2.3探測器及致冷光圈290
  2.4光學成像系統292
  第3章｜成像品質預估299
  3.1整體考量300
  3.2光學設計考量301
  3.3設計規格305
  第4章｜Doublet 折射式鏡頭設計成果309
  4.1設計完成規格310
  4.2光學性能311
  4.3討論318
  第5章｜Cassegrain 反射式鏡頭設計成果321
  5.1設計完成規格323
  5.2光學性能324
  5.3討論331
  第6章｜Double Cassegrain反射式鏡頭設計成果335
  6.1設計完成規格337
  6.2光學性能338
  6.3討論346
  第7章｜總結351
  7.1設計成果比較352
  7.2研究限制與建議354
  參考文獻354
  
  第六篇利用光扇理論建構初階鏡頭模型與五百萬畫素手機鏡頭設計
  第1章｜緒論359
  1.1研究背景360
  1.2研究目的360
  1.3研究方法360
  1.4研究貢獻360
  第2章｜薄透鏡理論361
  2.1薄透鏡的原理362
  2.2像差364
  2.3光扇（Ray fan）367
  2.4光斑（Spot size）369
  2.5色散像差（Chromatic aberration）371
  2.6形狀因子與光扇光斑間的關係373
  第3章｜兩片式與三片式鏡頭的分析377
  3.1兩片式鏡頭378
  3.2三片式鏡頭380
  第4章｜五百萬畫數手機鏡頭設計383
  4.1設計流程與規格384
  4.2CMOS感測器與CCD感測器的比較386
  4.3鏡頭材料選取392
  4.4初值計算394
  4.5特性分析408
  4.6結果412
  第5章｜優化413
  5.1初階鏡頭模型的優化414
  5.2最終模型的結果與分析431
  5.3討論437
  
  參考文獻438
  
  附件439
  （選列張榮森教授發表與本書相關之SCI論文二篇）
  1. Design of Double Cassegrain Reflective Mirrors for
  Optical System of IR Cameras439
  2. Focal Length Measurement by the Analysis of MOIRE
  Fringes Using the Wavelet Transformation446
  
  索引453