光學鏡片
關注創建者：AAT. 創建時間：2021-02-24
光學鏡片的實例教程
在現代光學工業中，精密光學元件的制作是一項重要任務。而粗糙度是影響光學曲面質量的重要因素之一。為確保光學元件的卓越性能，輪廓儀成為不可或缺的檢測工具。它以其超高精度、全自動化、多功能性和數據分析的特點，實現非球面鏡片的高精度專業檢測，解讀光學曲面的微妙變化。
光學鏡片曲面測量難點
1、幾何復雜性
光學鏡片具有各種各樣的幾何形狀，包括球面、非球面和自由曲面等。不同幾何形狀對測量方法和設備的要求各不相同，增加了測量的難度。
2、表面反射和折射
光學鏡片曲面的高反射和折射特性會影響信號的傳輸和測量結果的準確性。需要采取適當的技術手段或選擇合適的涂層材料來減小這些影響。
3、鏡片尺寸和材料
大尺寸和特殊材料的光學鏡片曲面測量更具挑戰性。需要使用大型、高精度的測量設備，并制定相應的測量策略和方法。
傳統的測量方法通常需要操作人員進行手動測量，不僅費時費力，而且容易受到人為因素的影響。而SJ5900光學型輪廓儀配備了高精度的傳感器和智能化的軟件，專業檢測光學鏡片曲面，實現自動化測量、數據分析，大大提高了測量的效率和一致性。自動化測量不僅可以減少人力投入，還能夠避免由于人為操作而引起的誤差。
直線度≤0.25μm/200mm，大范圍形貌微觀輪廓Pt≤0.3μm，測力最小0.5mN，無視微小凹凸、起伏，輕松應對復雜的曲率和曲面結構，準確檢測微觀輪廓參數、水平軸線夾角、光軸位置參數及頂點半徑誤差、斜率參數等。
非球面分析軟件
SJ5900光學型輪廓儀nm級高精密光學曲面測量。
展開 大綱
Moldex3D光學分析模塊已廣泛應用于光學產業，協助提高產品質量和降低生產成本。金屬工業中心運用Moldex3D實驗設計法(DOE)及光學分析模塊，觀察雷射投影機內數組鏡片的雙折射現象和成型參數之間的關聯，改善殘留應力和翹曲問題。經由實際試模也發現，Moldex3D的仿真結果和實際制造高度符合，可以協助在實際制造前，達成成型參數優化，節省開發時間和試模成本。
挑戰
降低雙折射現象
改善翹曲
改善光束均勻度
解決方案
藉由Moldex3D的光學分析模塊和實驗設計法(DOE)優化成型參數，降低光雙折射現象并改善翹曲和光的折射均勻度。
效益
找出影響產品質量的關鍵因素為射出速度和保壓壓力
雙折射現象改善了3%
總位移量由7X10-2mm降低為1.7X10-2 mm
案例研究
由于光學鏡片必須滿足高透光需求，一般射出成型多選用非結晶材料。射出過程中，塑料受到射出溫度和壓力變化，使得產品收縮行為不易控制。此外塑料材料受到過高的壓力容易產生塑料脆裂；溫度過高則可能導致熱裂解。如何優化成型參數是控制光學鏡片質量高低的關鍵。
本案例產品為雷射投影機的數組鏡片，目標為藉由仿真分析找出最佳制程參數，以降低雙折射現象、改善產品翹曲和光折射均勻，并希望能將殘留應力降低。
圖一 本案例產品為雷射投影機的數組鏡片
金屬工業中心利用Moldex3D光學模塊仿真原始設計和設計變更。設計變更的部分包括模溫、射速、保壓壓力和保壓時間等。透過Moldex3D DOE模塊分析發現，若提高射出速度會改善雙折射的現象，而使用較高的保壓壓力，則會改善翹曲現象，但是若同時提高射速和保壓壓力，較高的壓力卻會導致較高的殘留應力，并影響澆口附近的光折射均勻性。
展開 RT7512長波紅外分光光度計是用于測試平面光學鏡片的透過率與反射率。
產品特點
1.測試波段可達7.5μm-12.5μm
2.儀器采用單色儀方案，并非傅里葉紅外變換，因此具有更好的測量精度與更好的信噪比
3.可在0-60°范圍內對平面鏡片或棱鏡進行測試
4.具有探測器自動位移功能，補償位移可達40mm
5.內置起偏器，可實現7.5μm-12.5μm偏振態測試
產品優點
1.測試透過率時入射角范圍0-60°
2.測量比較厚的樣品有光束位移補償
3.儀器內部有一個單色儀，并不是使用傅里葉變換紅外技術制造，所以噪聲水平更好，測量精度更高
4.內置偏振組件，并且偏振組件是全范圍的偏振
5.采樣間距可達0.5nm-100nm
產品規格
樣品臺旋轉步進間距0.01°
波長采樣間距0.5-100nm
光斑尺寸6.0×3.0mm
測試精度±0.2%
測試重復精度±0.1%
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展開 接下來進行產品的凹痕及透明度等光學性質的檢驗，檢驗結果(圖五)顯示，凹陷量有顯著的改善，并隨著產品上下層的厚度呈等比例變化。而設變的透明度也與原始設計不相上下。
圖四 原始設計的殘留應力量測與Moldex3D光彈條紋分析趨勢相符
圖五 凹陷量及透明度量測結果
結果
Moldex3D預測厚件光學產品冷卻時間和相關光學性質的能力，對于改善光學鏡片設計質量有很大的幫助。從殘留應力量測的結果也可發現Moldex3D模擬結果是可靠且貼近真實的。高應大藉由Moldex3D找到優化的產品分層厚度組合、縮短了高達55%的冷卻時間，也獲得良好的光學質量。
展開 中國已經是全球最大的光學透鏡、反射鏡、濾光片、棱鏡等光學元器件的生產及應用地，隨著下游的智能手機、相機、安防監控等行業的廠商及代工環節集中度越來越高，上游的光學元器件企業也在逐步集中化，處于第一陣營的龍頭企業不斷通過并購實現打張，處于第二陣營的企業其產能、技術、營收等與第一陣營的差距越來越大。
在傳統的照相攝像、投影鏡片領域，國內的鳳凰光學、利達光電、成都光明、宇迪光學等企業處于第一陣營，主要為日本及全世界的數碼相機、單反相機提供光學鏡片。最近幾年光學元器件行業技術升級更新明顯加快，光學鏡片的磨制從手工逐步實現自動化，現在又出現了用半導體工藝批量復制加工光學元件的晶圓級光學元件，預計未來的光學元件制造將更多依賴高性能制造設備。
經過百年發展，光學鏡頭行業已經較為成熟。在世界范圍內，發達工業國家的光學鏡頭制造工藝較為領先，尤其是德國和日本在鏡頭的研究與制造方面擁有悠久的歷史與傳統，造就了萊卡( Leica )和卡爾禁司( CarlZeiss )等光學巨頭，其中卡爾禁司鏡頭至今仍為世界鏡頭制造技術的典型代表。日本光學鏡頭產業自二戰后飛速發展，憑借更高性能價格比，在全球鏡頭行業市場逐漸占據優勢其主要生產企業有佳能( Canon )、尼康( Nikon )、富士( Fuji )、奧林巴斯( Olympus )等。
我國光學鏡頭產業的發展與軍工技術密不可分，二十世紀六七十年代，我國光學企業主要為云南、四川、福建等地的軍工企業。國產民用光學鏡頭產業起步較晚，2000 年后才有部分光學企業涉足民用光學鏡頭市場。2008 年之前國內光學鏡頭市場基本上被日本、德國品牌所壟斷，安防監控市場、手機市場、醫療影像市場的光學圖像設備上基本沒有中國大陸自主生產的鏡頭，臺灣企業生產的鏡頭產品也僅出現在少數較為低端的設備上。
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光學鏡片的最新內容
當光學鏡片的鍍膜抗反射性能不完善時，殘留的熱輻射從每個鏡片表面返回，部分殼體熱輻射也到達探測器，從而形成可辨別的對比度差異。
探測器除了接收正常成像的景物輻射外，還通過光學鏡片表面的微弱反射，接收到本身及周圍低溫腔冷環境的影像，形成冷像。較強的冷反射信號會直接淹沒目標信號，這是制冷型紅外成像系統特有的雜光效應。
如何在PanDao中定義非圓形圓周透鏡？10個月前
這些非“O”形鏡筒形狀可能比平坦的圓形段更復雜（如果從光學軸平行觀察鏡片（頂部視圖）可見）：
在PanDao軟件當中，訪問的是整體非圓形周長，即沿鏡片邊緣的非圓柱形形狀的總長度，如上例中紅色線條所示。
，包含充填速度、保壓壓力以及冷卻設計
? 利用與CODE V的整合，預測變形及折射率的分布不均
? 優化進澆及流道設計以提升產品質量
(a) 流動波前時間 (b) 翹曲變型
相機套筒的塑料射出成型模擬
(a) 流動導致條紋級數 (b) 流動導致光彈條紋
光學鏡片的塑料射出成型模擬
這樣就避免了對被測物體表面造成損傷，特別適用于易損的精密工件，如光學鏡片的測量。
四、閃測儀的主要組成部分有哪些？
- 光學系統：包括光源、鏡頭、濾光片等。光源提供足夠的照明，使被測物體能夠清晰成像；鏡頭則決定了成像的質量和視野范圍；濾光片可以過濾掉不需要的光線，提高圖像的對比度。
- 圖像采集系統：主要是高分辨率的工業相機。
（2）光學加工：用于光學鏡片、透鏡、棱鏡等光學元件的表面形貌測量和質量檢測。可以測量光學元件的表面粗糙度、曲率半徑、面形精度等參數，幫助優化光學加工工藝，提高光學元件的質量。例如，在高精度光學鏡頭的制造中，白光干涉儀可以檢測鏡頭表面的微觀形貌，確保鏡頭的成像質量。有了雙重防撞保護功能，能有效避免在測量過程中因意外碰撞對儀器造成的損壞，保證了光學加工領域持續穩定的高精度測量。
，包含充填速度、保壓壓力以及冷卻設計
? 利用與CODE V的整合，預測變形及折射率的分布不均
? 優化進澆及流道設計以提升產品質量
(a) 流動波前時間 (b) 翹曲變型
相機套筒的塑料射出成型模擬
(a) 流動導致條紋級數 (b) 流動導致光彈條紋
光學鏡片的塑料射出成型模擬
Dispenser側邊涂膠系統
在光電智能裝備領域，希盟科技的全自動貼合技術可實現不同類型、硬度、平面曲面的光學膜片的疊加貼合及光學鏡片的精準貼合，為AR/VR產品提供了高質量的貼合解決方案，同時光學研發團隊可配合客戶在研發初期通過工藝及技術的研發解決光學相關問題，同時通過長期的技術優化，希盟科技成功將貼膜制程中的良品率提升至目前的技術極限，滿足了行業對微米級高精度貼合的極致要求。
光學透視主要產品形式即AR，讓用戶透過一組透明的光學鏡片直接看到真實世界，在真實世界的源光線中疊加虛擬內容的光線。視頻透視主要產品形式即MR，通過攝像頭記錄真實世界，然后將圖像展示在不透明屏幕上，具備VR與AR雙重體驗。以上兩種技術又分別有不同的光學方案，不同方案均有其經典或代表性產品，互有長短，各有主場，在不同的應用場景出類拔萃。
光學鏡片曲面測量難點
1、幾何復雜性
光學鏡片具有各種各樣的幾何形狀，包括球面、非球面和自由曲面等。不同幾何形狀對測量方法和設備的要求各不相同，增加了測量的難度。
2、表面反射和折射
光學鏡片曲面的高反射和折射特性會影響信號的傳輸和測量結果的準確性。需要采取適當的技術手段或選擇合適的涂層材料來減小這些影響。
RT7512長波紅外分光光度計是用于測試平面光學鏡片的透過率與反射率。
