振動式射壓於複合式光學元件射出成形之研究｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	王志豪 Chih-hao Wang
論文名稱：	振動式射壓於複合式光學元件射出成形之研究 Research on Hybrid Optical Elements by Vibratile Injection Compression Molding
指導教授：	陳炤彰 Chao-Chang A. Chen
口試委員:	楊申語 Sen-Yeu Yang 黃國政 Kuo-Cheng Huang 沈永康 Yung-Kung Shen 林紀穎 Chi-Ying Lin
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 機械工程系 Department of Mechanical Engineering
論文出版年：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	163
中文關鍵詞：	複合式光學元件、振動式射壓、非球面形狀誤差、微溝槽成形率
外文關鍵詞：	Hybrid Optical Element, Vibratile Injection Compression Molding, aspheric form error, Groove Filling Ratio.
相關次數：	點閱：246 下載：14
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本研究主要是要發展振動式射壓(Vibratile Injection Compression Molding, V-ICM)搭配變模溫技術(Varithermo Mold Temperature, VMT)，並進行複合式光學元件之射出成形實驗了解相關參數對於微結構及非球面的影響，同時比較PMMA及COP 480R在成形上的差異，以及了解不同塑料間殘留應力的分析，再利用此製程所得到的複合式光學元件，進行光學色像差(Chromatic Aberration)及MTF圖形的比較。研究中整合利用V-ICM搭配VMT，以達到提升微溝槽的複製性，同時維持非球面表面輪廓精度的目的，並將所成形的複合式光學元件進行光學性質、微結構成形率、非球面形狀誤差及殘留應力分佈情形的比較。研究顯示V-ICM確實可有效的提升微溝槽成形率。此外，在固定模溫，不同的啟動時機點下，其微溝槽成形率有明顯的提升，並且維持住非球面的形狀誤差，而在使用COP 480R塑料於V-ICM搭配VMT的製程當中，在高模溫下的微溝槽成形率可達98.09%，非球面的形狀誤差為7.26μm，本研究成果可有效提升多尺度複合式透鏡的精度，未來可應用於成形精密度高且同時具有不同尺寸特徵的非球面或自由曲面的複合式透鏡。

This research is to develop Vibratile Injection Compression Molding (V-ICM) and integrate the Varithermo Mold Temperature (VMT) technology for increasing the Groove Filling Ratio (GFR) and reduce aspheric form errors of hybrid optical elements. PMMA and COP 480R have been used to investigate the difference in processing, and to understand the residual stress, chromatic aberration (CA) and the Modulation Transfer Function (MTF) graph for comparison. Groove filling ratio (GFR), aspheric form error and the distribution of residual stress have been studied and discussed. Results have shown that the V-ICM can enhance the GFR effectively. In addition, the fixed mold temperature and different trigger time points affect the GFR significantly under the same aspheric form errors. The GFR can achieve nearly 98.09% and aspheric form error is about 7.26μm with high mold temperature in the COP 480R processing with V-ICM and VMT technology. The results of this study can effectively enhance the accuracy of multi-scale hybrid optical elements. In the future, this technology can apply to produce the high accuracy and also have the aspheric form with different multi-scale sizes, or freeform optical elements.

摘  要	I
Abstract	II
目    錄	III
圖 目 錄	VIII
表 目 錄	XV
第一章  導論	1
1.1 研究背景	1
1.2 研究目的	5
1.3 研究方法	6
1.4 論文架構	11
第二章  文獻回顧	13
2.1 射出壓縮與模內微壓縮文獻回顧	13
2.2 光學元件相關文獻回顧	17
2.3 微結構尺度與相關製程文獻回顧	20
2.4 相關專利回顧	23
2.5 振動式射壓的差異性	25
第三章 ICM製程技術介紹	31
3.1 傳統射出壓縮成形(ICM)技術	32
3.2 模內微壓縮(IMMC)技術	35
3.3 振動式射壓成形技術(V-ICM)	39
3.3.1壓電致動器的規格	40
3.3.2壓電致動器的特性	40
3.3.3振動式射壓(V-ICM)機制	41
3.4 總結壓縮製程的差異	42
第四章 光學設計與模具設計	47
4.1光學設計	47
4.2模具設計	49
4.3光學分析	52
4.4 模流分析	60
4.4.1 PMMA模流分析結果	60
4.4.2 COP 480R模流分析結果	61
第五章 實驗設備及規劃	72
5.1實驗設備	72
5.1.1射出成形設備	72
5.1.2模內振動微射壓設備	73
5.1.3變模溫設備	75
5.1.4資料擷取設備	75
5.1.5量測設備	77
5.2實驗規劃	86
5.3成品外觀尺寸量測	92
5.3.1 ,Fresnel微結構複製性量測	92
5.3.2 非球面形狀誤差量測	92
5.4殘留應力的比較	96
5.5光學聚焦效果分析	97
第六章 實驗結果與討論	100
6.1 PMMA製程探討	100
6.1.1 不同頻率下，微溝槽成形結果	100
6.1.2 決定PMMA最適的冷卻設定溫度	100
6.1.3 ,PZT啟動時機的探討	101
6.1.4 加入變模溫製程後，成形性的探討	102
6.1.5 ,PMMA製程總結	103
6.2 COP 480R製程探討	113
6.2.1 不同頻率下，微溝槽成形結果	113
6.2.2 決定COP 480R最適的冷卻設定溫度	113
6.2.3 ,PZT啟動時間點的探討	114
6.2.4 加入變模溫製程後對成形的探討	115
6.2.5 ,COP 480R製程總結	115
6-3 探討不同製程間的殘留應力	125
6-4 不同製程間的聚焦品質及色像差比較	131
6-4-1 ,PMMA聚焦結果	131
6-4-2 ,COP 480R聚焦結果	131
6-4-3 ,V-ICM+VMT製程下，不同啟動時機點對於聚焦品質的影響	132
6-5實驗結果總結與討論	138
第七章 結論與建議	143
7.1 結論	143
7.2 建議	145
參考文獻	146
附錄A  Piezomechanik壓電致動器Pst 150/20/36 VS25	149
附錄B  全電式射出成形機 FANUC ROBOSHOT α15-ia	150
附錄C  Asahi Kasei Delpet 80NH PMMA 物性表	151
附錄D  ZEONEX@ COP 480R 物性表	152
附錄E  石英壓力感測器KISTLER 9204B	153
附錄F  KISTLER之電荷放大器5039A	154
附錄G  NI PCI-6221 specification	155
附錄H  Veeco Dektak 6M Stylus Profiler	156
附錄I  ,Taylor Hobson Form Talysurf PGI 1240	157
附錄J  實驗模具設計圖	158
附錄K .光學設計資料	160
作者簡介	163

                                

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