光学镜片倾斜与偏心之自动量测方法 - AOIEA 自动光学检测设备联盟.PDF

2009 Taiwan AOI Forum, Show and Contest 2009 Taiwan AOI Forum, Show and Contest 光學鏡片傾斜與偏心之自動量測方法光學鏡片傾斜與偏心之自動量測方法 光學鏡片傾斜與偏心之自動量測方法光學鏡片傾斜與偏心之自動量測方法 張君勵 黃國政 吳文弘 國家實驗研究院 國家實驗研究院 國家實驗研究院 hankchang@itrc.org.tw huangkc@itrc.org.tw wenhong@itrc.org.tw 壹、壹 、 前言前言 壹壹 、、 前言前言 光學鏡片在光學系統的使用上相當廣泛 ，早期多應用於望遠鏡、顯微鏡、照相機等產品，近年來光學 結合電子技術發展出多元之光電產品 ，如數位相機、掃描器、攝影機、液晶投影機⋯等產品 ，使光學鏡片 成為新時代的重要零組件 。目前光學鏡片的製造方式及材料主要為研磨玻璃鏡片、模造玻璃透鏡及射出成 形塑膠鏡片 。 光學系統通常是多件鏡片所組合而成 ，每一鏡片於組裝之前需要確定其光軸中心與機械中心軸重合 ， 以確保光學系統最終特性與設計性質相符 。然而不同的鏡片生產製程均存在其特有的變因導致鏡片成品存 在偏心 、光軸與機械軸間存在傾斜等問題[1] 。 研磨玻璃鏡片經過 ，定心製程控制鏡片深淺面的光軸中心線與機械中心線合而為一，經由定心加工， 將鏡片之外徑 、深度、倒角加工 為設計圖面所要求的規格 ，且使鏡片之光學中心軸與機械中心軸重合，於 此製程中最重要的目的便是控制光軸的偏心與傾斜。模造玻璃技術廣泛應用於非球面玻璃鏡片的生產，通 常亦需要對鏡片進行定心製程確保光軸特性[2] 。 塑膠透鏡加工技術有許多種製程 ，如射出成形，熱壓成形及注射成形等製作流程，而最常見的方式 為射出成形法 。採用塑膠鏡片射出成形時，由於每次射出成形之週期約只須30~60 秒，故對形狀複雜的光 學元件而言 ，射出成形方式對塑膠鏡片的大量生產是非常合適選擇 。然而，塑膠鏡片在成形加工時容易因 冷卻後成品收縮變形和翹曲問題不易控制 ，故常會使塑膠鏡片在射出成形後在材料本身易產生暫時性應力 及殘留應力 。這些殘留應力的存在會破壞鏡片的均質性並使塑膠鏡片外形產生變形 ，間接也會降低光 學聚焦或成像的品質 。 貳、貳 、研究原理與方法研究原理與方法 貳貳 、、研究原理與方法研究原理與方法 光在晶體內傳播時 ，其折射光會因在晶體內傳遞速度不一樣，如圖1 所示 ，而分成兩道振動方向相互 垂直之線偏極光 ，即正常光o 光與非常光 e 光。當晶體之 o 光的傳遞速度較 e 光的速度快時 ，此晶體為正 單軸晶體 ；反之，則為負單軸晶體。常用的正負單軸晶體為石英與方解石[3] 。當光束以晶體光軸方向入射 時，晶體內之 o 光與 e 光將會重疊在一起 ，但相位上有落差，此時，雙折射晶體的功用即為極化光學技術 上所謂之波片(Wave plate)或相位延遲器 。常用波片依其相位延遲量分成全波片、λ/2 波片及 λ/4 波片 。當 光束通過厚度為 d 的波片產生相應的相位差下式 ： δ= 2 π/ λ│No-Ne │d (1) 其中 δ為相位差 ，λ為光束波長，No 、Ne 為晶體 O 光與 E 光之折射係數 ，而d 是晶體厚度 。 一、一 、 極化補償理論極化補償理論[4] 一一 、、 極化補償理論極化補償理論 由於玻璃鏡片 、塑膠透鏡在未受殘留應力影響時，其雙折射效應非常不明顯，無法僅使用偏光 儀來檢驗透鏡外形變形 ，可使用一極化相位補償器加大其雙折射階數，提供相位落差變化，則可由透