镜片偏心及检测技术.doc

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1、STAHDAXD"GWC7CUWKZfRTUNITIUKX_lJI•II.Tl5光学透镜之偏心检测技术近年来因为可携带式电了产品对于光学模紺Z需求逐年提升，光学透镜制造技术大幅进步，目前市场针对直徑5mm以下Z光学元件生产方式以塑胶射出于玻璃模造此两种制造技术为重心。此两种技术屮，因教胶光学鏡片具有低材料成木于高生产速度，为現今小尺寸光学元件生产主流。而相较于册胶光学鏡片，模造光学玻璃具高折射率于较佳机械性质,亦逐渐被市场重視。模造玻璃于塑胶射出之光学元件容易于制造过程中因模仁对正误差或材料冷卻時不均匀收縮，而使鏡片第一曲面

2、光轴于第二曲面光轴产生倾斜(tilt)于偏心(decenter)误差，其中倾斜误差将会使影像增加畸变(distortion)于慧差(coma)之影响，而偏心误差将会使影像增加球面像差(sphericalaberrations)影响，此两种误差降低鏡片之成像品质外亦会同時降低光学鏡片之机械性质。对于球面于非球面光学鏡片Z检测方式可概略区分为接觸式于非接觸式检测，其屮接觸式检测方法以TaylorHobson公司生产之TalysurfPGI2540于Panasonic公司生产UA3P为检测市场主流，检测原理为使用单點探针对待测試片

3、進行輪廓掃描。而非接觸式检测机台以Trioptics公司生产ZOptiCentric"为偏心于倾斜检测标准，其检测原理为为用准直光通中空試片载台，同時以精密平台转动待测试片並检测其焦点动态偏羌。有鉴于聚焦式偏心检测技术无法检测扩散型鏡片，本中心于台灣大學机械系利用自動化光学检测搭配影像处理技巧，研发出极化光学检测方法。相较于現有技术能夠提供快速的检测光学鏡片偏心于倾斜，並为用于高产能Z槊胶射出于玻璃模造线上检测。图二和图三分別为极化量测系统架设原理及极化量测系统架设原理剖面图。图二表示一光学鏡片放置于相互垂直之极化片中，考虑

4、一入射平面波，並依平面波描述成于入射波电场关係，其中&、*匕于Ep分别为此平面波水平极化方向于垂直极化方向Z单位向量于振幅大小，k】为入射波Z波前法向量，r为座標Z參考向量。當入射平面波經过曲面折射後波前法向量为改变k2,同時依据边界连续性，折射波Z极化振幅将会隨不同的入射角度于折射角度而有所改变，而此一特性可以由菲涅尔方程式(Fresnelequations)表示。I/Hh-vocr?二KTILT3*SINCLET•亠*乂»KRSUGLKT3ZNGL5T图一、标准、倾斜于偏心鏡片对成像品质的模拟图IHorizonulpo

5、larizer图三、极化量测系统架设原理剖面图當线性偏极化平行入射光經待测鏡面折射後，其极化状态将会依据第一曲面曲率、第二曲面曲率和两曲面光轴Z相对位置而产生变化。依据此特性，为川极化检测片于影像撷取系统能夠撷取待测鏡片Z表瓯资讯，亚针对偏心锐片于倾斜鏡片以光学软件CodeV進行不同參數待测鏡片Z模拟，如图四所示。根据上述模拟于分析結果H行开发检测仪器如图五所示，其屮入射光源为线性极化准直光，使用快速鏡片夾持朋夾持待测鏡片，並于取像鏡頭前裝置于入射光相互垂直Z极化滤鏡。使用此一检测架构量测HOYA®特制鏡片（曲率268.92

6、7mm于54.638mm,折射率1.498,表面无镀膜，偏心2mm）Z結果如图六所示。量测結果为能量中心于轮廓中心水平偏差2.2379mm,依据图二之理论預测偏差量为2.2194mm,两者Z误差量为4.4%。osoftososO4.1.-1.oa44.(WE)A§C9UW>vpccsAAJeuUJ0005Q：<5202.53.0T•T*M4mm*2益•»attMlmm■・・3Mei»•t441trwn••o■O.OQS5>«0C3»0X823■OWF

7、.“90>."对*.•OK*.'MtVo.OeK)图四、模拟鏡片折射率对偏心和倾斜鏡片能最分布关係图五、非轴对称误差H動化光学检测架構图图六、HOYA•特製鏡片偏心于倾斜量测結果以此概念设計检测仪器搭配为用自動化光学检测方法，对HOYA”鏡片進行偏茅量测，可获得高精度和高重現性最测結果，未来将此检测概念丁•方法为川丁•模造玻璃和犁•胶射出透镜Z制造儿何误滓检测。单镜片偏心测量LAS激光反射式定心装配工作台可以针对单个光学元件的偏心进行检测，观察加工偏心稈度，为压圈式被动装配提供重要的参考。所谓单镜片偏心测量其忖的就是要寻找光

8、轴（上表面球心和下表面球心连心线）和机械轴的偏差。（图1）那么就从这一角度出发单镜片偏心测量可使用两种方法：1）先找机械轴，再求光轴：使用杠杆表对镜片侧面进行测量及调整，使镜片的外圆（0D）,即机械轴与旋转轴重合。此时利用光学模块观察镜片上下表面的偏心，求出偏心情况。2）先找光轴，再求机械