光學追跡應用於塑膠非球面鏡片收縮誤差補償分析｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	楊力權 Li-Chuan Yang
論文名稱：	光學追跡應用於塑膠非球面鏡片收縮誤差補償分析 Analysis of Aspheric Plastic Lens Compensation by Optical Ray Tracing Method
指導教授：	陳炤彰 Chao-Chang Chen
口試委員:	黃國政 Guo-Zheng Huang 黃佑民 You-Min Huang 黃忠偉 Jong-Woei Whang 趙偉忠 Woei -Jong Huang
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：	2008
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	113
中文關鍵詞：	非球面鏡片、收縮誤差補償、光學追跡
外文關鍵詞：	Aspheric lens, Shrinkage error compensation, Ray tracing
相關次數：	點閱：237 下載：21
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摘要
本研究目的為結合Zemax光學模擬與模流分析，對塑膠射出成型的非球面光學鏡片利用雷射干涉儀量測顯微鏡組的波前誤差(Wavefront aberration )，波前誤差分析中包含了：波谷值(PV_OPD)波前誤差，以及均方根(RMS_OPD)波前誤差。PV_OPD值與RMS_OPD值描述了實際波前的最大光程差，顯示了實際波前與理想波前的最大差距，這兩個值可以用來預估系統的成像品質(Imaging quality)，代入Zernike多項式描述非球面鏡片外形的輪廓，使用Zemax做鏡片優化後，所得出非球面多項式變化數值進行補償進行回饋式之平均量補償，本文研究顯示利用本法補償模仁尺寸後可以改善PV_OPD值66%及RMS_OPD值100%的波前誤差值。

ABSTRACT
This research integrates Zemax optical simulation and the MoldFlow analysis to investigate the shrinkage compensation of molding aspheric lens. The wavefront error analysis includes statistical data, peak-to-valley (PV_OPD) wavefront error and root-mean-square (RMS_OPD) wavefront error. The PV_OPD and RMS_OPD described the actual optical path difference (OPD) and demonstrated the actual between the ideal wavefront and real wavefront. These two values may use for to estimate the imagery quality of system, which substitute to Zernike function is used to describe profiles of the aspheric lens. The varying values of the aspheric profile function can be obtained after use the Zemax simulator to optimize lens which to compensate for average values of compensation and feedback. The improvement rate of the article is 66% (PV_OPD) and 100 %( RMS_OPD) after studies the demonstration modeling size and the method process compensate.

目                錄
致謝.............................................................................................................I
摘要...........................................................................................................II
英文摘要..................................................................................................III
目錄..........................................................................................................IV
圖目錄.....................................................................................................VII
表目錄......................................................................................................XI
第一章導論
1.1研究動機…..................................................................................1
1.2研究目的…..................................................................................3
1.3非球面鏡發展過程與技術…......................................................4
1.4研究方法…..................................................................................5
1.5文獻回顧…..................................................................................6
1.6章節介紹....................................................................................10
第二章光學理論介紹與光學軟體模擬
2.1幾何光學介紹………................................................................11
2.1.1幾何光學定律.................................................................11
2.1.2像差理論.........................................................................12
2.1.3 波前誤差理論................................................................15
2.2 Zernike函數理論.......................................................................16
2.3光學追跡理論............................................................................20
2.4 Zemax模型建構……................................................................22
第三章 MoldFlow分析
3.1MoldFlow模型建構分析...........................................................27
3.2修模前模流分析射出參數設定................................................31
3.2.1模具溫度與塑料溫度.....................................................31
3.2.2 射出設定........................................................................32
3.2.3 保壓壓力與保壓時間....................................................32
3.2.4 冷卻時間........................................................................32
第四章實驗設備與流程規劃
4.1製造測設備…............................................................................39
4.1.1 Precitech超精密鑽石車削輪磨機….............................39
4.1.2 全電式射出成形機........................................................40
4.2量測設備…................................................................................42
4.2.1  Optotech CGH干涉儀….............................................42
4.2.2  Taylor Hobson輪廓儀…..............................................43
4.2.3  波前誤差光學量測儀..................................................44
4.3實驗流程規劃.............................................................................45
第五章 模仁模具設計製作
5.1模具設計………........................................................................49
5.2鏡片模仁設計加工....................................................................50
5.3修模前模仁檢驗........................................................................53
5.4修模前非球面塑膠鏡片射出實驗準備及取樣........................55
5.5修模前實驗參數設定................................................................56
5.6 修模前非球面鏡片3D干涉儀檢驗........................................57
第六章 鏡頭製作組裝分析
6.1鏡頭機構設計製造....................................................................62
6.2玻璃鏡片製作………................................................................66
6.3鏡片檢驗…………………........................................................69
6.4組裝前傾斜誤差分析與偏心誤差分析…................................74
6.5鏡頭機構組裝………................................................................78
6.6修模仁前顯微鏡組波前誤差檢驗............................................79
第七章 模仁修正補償
7.1 Zernike優化修正非球面係數………....................................81
7.2 Zemax優化後非球面塑膠鏡片模流分析………...............89
7.3模後母模仁檢驗………............................................................89
7.4修模仁後射出非球面鏡片3D干涉儀檢驗..............................90
7.5修模仁後顯微鏡組波前誤差檢驗............................................91
7.6分析結果討論……………........................................................93
第八章 結論和未來研究方向
8.1結論............................................................................................97
8.2未來研究方向............................................................................98
參考文獻..................................................................................................99
附錄 A Delpet 80NH材料性質表....................................................102
附錄 B Precitech Freeform 705XG超精密鑽石車削輪磨機規格..103
附錄 C  Fanuc Roboshot機械性質...................................................104
附錄 DOptotech CGH干涉儀規格.................................................105
附錄 ETaylor Hobson輪廓儀規格..................................................106
附錄 F   LSQ程式.............................................................................107
附錄 G  模具結構圖...........................................................................109
附錄 H  模具BOM表........................................................................112
作者簡介............................................................................................113

                                

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