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研究生: 李宗穎
論文名稱: 拋棄式變焦內視鏡之光學設計與分析
Optical Design and Analysis of A Disposable Zoom Endoscope
指導教授: 蕭德瑛
口試委員: 陳彥升
陳政寰
蕭德瑛
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 76
中文關鍵詞: 變焦內視鏡拋棄式
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  • 本研究主要目的是設計一種拋棄式之變焦內視鏡,利用雙合透鏡的概念,所設計的鏡頭是由一片塑膠透鏡及一由聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)製成的透鏡共構而成。其變焦原理是利用PDMS受力後的形變致使表面曲率的變化,達到光學變焦的效果。首先利用ANSYS模擬PDMS受力後的變形量及表面曲率變化,再利用Zemax來模擬變形後鏡頭之光學性質,透鏡光學特性之好壞以MTF曲線圖及光線扇形圖(Ray fan plot)作為判斷標準。藉由不停的改變PDMS之初始形狀、厚度、受壓程度來找出較合適的變形曲面,以達到較佳的成像品質。最後,以模擬所得之參數建構出恰當尺寸、形狀的雙合透鏡組,並且進行焦距變化之量測以及成像品質實驗,具體實現拋棄式變焦內視鏡的概念。


    The main purpose of this research is to design a disposable zoom endoscope. By using the concept of doublet with a plastic lens and PDMS (Polydimethylsiloxane) lens to reduce chromatic aberration. When controlling the displacement and wall thickness of inner lens barrel, the focal length of the endoscope will be changed. The principle is that inner lens barrel press on PDMS lens, the curvature of PDMS lens can be changed, then focal length will be shorter and field of view will be wider. ANSYS is employed to simulate the deformation of PDMS lens under different displacement and wall thickness of inner lens barrel. Zemax is used to compute the optical properties of various profile of PDMS lens. The comparison of image quality depends on MTF diagram and geometric image analysis. In order to attain excellent image quality, the initial shape of PDMS lens and the displacement and wall thickness of inner lens barrel are changed variously. Then, the suitable parameters of lens which bases on simulation are used in experiment. The experiment establishes that the disposable optical zoom endoscope is workable.

    摘 要 Abstract 目 錄 圖目錄 表目錄 第一章 緒論 1.1 前言 1.2 文獻回顧 1.2.1 專利搜尋 1.2.2 相關論文 1.3 研究目標 1.4 研究架構 第二章 原理介紹 2.1 內視鏡基本要求 2.2 幾何光學原理 2.2.1 折射與反射定律 2.2.2 透鏡焦距計算 2.3 光學像差理論 2.3.1 球差(Spherical aberration) 2.3.2 彗差(Coma) 2.3.3 像散(Astigmatism) 2.3.4 場曲(Field curvature) 2.3.5 畸變(Distortion) 2.3.6 色差(Chromatic aberration) 2.4 雙合透鏡(Doublet) 2.5 成像品質判定方法 2.6 ANSYS簡介 2.7 Zemax簡介 第三章 模擬架構 3.1 可拋棄式內視鏡之架構 3.2 ANSYS模擬 3.2.1 材料參數設定 3.2.2 邊界條件設定 3.2.3 資料處理 3.3 Zemax模擬 第四章 模擬結果 4.1 ANSYS模擬結果 4.1.1 線性與非線性比較 4.1.2 收斂性分析 4.1.3 厚薄比與變形量分析 4.1.4 導角與變形量分析 4.1.5 下壓變形分析 4.1.6 光學面之位移 4.2 Zemax模擬結果 4.2.1 變焦前 4.2.2 變焦後 第五章 實驗架設與結果 5.1 實驗說明 5.2 實驗架構 5.2.1 PDMS雙合鏡片製作 5.2.2 變焦鏡頭組裝 5.2.3 變焦測試平台 5.2.4 實驗結果與討論 第六章 結論 參考文獻

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