精密光學元件的案例
TIR Lens 之光學元件設計原則
綜觀以上，TIR Lens 之設計須考量澆口尺寸、分模線等限制，由注塑成型實驗得知，元件之成型優劣取決于熔膠進入澆口之速度與方向。高質量TIR 元件須留意殘留應力影響的效應，利用 Moldex3D分析工具，可協助產品設計與成型參數最適化之驗證。而在噴痕與包封之研究中，實際上還須留意三維充填效應，以減少二次包封及降低翹曲。
圖 1：Moldex3D 分析結果之溫度分布剖面
圖 2：產品因噴泉效應導致噴流痕及氣泡
塑膠光學注塑成型技術與應用發展
精密光學元件制程中最重要的就是要應用到精密元件的注塑成型制作技術，目前對光學元件注塑成型技術的研發，著重精密微注塑成型設備與微光學模具的開發制造。其中尤以微光學模具的開發制造最為關鍵與缺乏。綜合來說，光學精密元件在精密制程方面待開發的關鍵議題，在于微注塑成型機的光學模仁之設計與開發；不僅比傳統注塑成型模具復雜，精度要求也較高，目前較缺乏深入而有系統的研究。唯有在實驗和理論兩方面共同努力，以求更深入的探討，進而建立應用的通則，支援未來光電產業界對相關元件制作技術的掌握，俾可加速臺灣光電產業之技術提升。
注塑成型光學鏡片近來已大量應用于各種電子產品，然而厚度變化大與低殘留應力之要求，提高了鏡片制造的困難度。光學元件在 3C 產品中應用廣泛，無論是成像或非成像，光學元件在手機的相機、平面顯示器的背光模組及 LED 照明等產業需求非常明確，因此光學元件之注塑成型模具設計與分析有其必要性，而且是相關產業發展之關鍵技術。在此產業里不乏老字號的光學廠商。由于近年數位影像產品的市場崛起，光學元件產業與市場方有嶄新的風貌，尤其是數位相機與影像手機的市場快速發展，讓光學元件與鏡頭產業欣欣向榮，呈現有史以來的榮景。
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?精密光學系統解決方案概述
?半導體與芯片制造行業
錐形相位掩模的 Talbot 圖像
DBO光刻套刻精度測量-晶圓兩側光柵圖案的成像
?精密測量與檢測
激光干涉儀高精度檢測-層析掃描干涉儀
用于零位檢測的計算機生成全息圖（CGH）的設計
?生物醫學與生命科學
共聚焦顯微成像系統
結構光照明的顯微鏡系統
?光場調控-空間光調制器（SLM）像素的衍射模擬
?精密光學元件加工、檢測
您是否精通光學制造語言？——簡化光學元件制造流程
"人工智能技術正在對光學元件的制造優化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術創新與高風險技術探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術勢能
"通過光學制造鏈調制技術，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產成本并確定關鍵制造路徑。由費恩勒聯合創立的PanDao軟件，正致力于實現從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統推薦采用磁流變拋光技術加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯的技術潛力。然而，要實現全制造鏈調制的規模化效益仍需攻克多重挑戰。費恩勒表示，目前商業生產鏈的排序和工作量規劃也在進行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現，那么就能夠在整個光學系統生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規劃：從光學設計到制造，最終應用于生產。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L.
展開 您是否精通光學制造語言？——簡化光學元件制造流程
"人工智能技術正在對光學元件的制造優化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術創新與高風險技術探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術勢能
"通過光學制造鏈調制技術，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產成本并確定關鍵制造路徑。由費恩勒聯合創立的PanDao軟件，正致力于實現從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統推薦采用磁流變拋光技術加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯的技術潛力。然而，要實現全制造鏈調制的規模化效益仍需攻克多重挑戰。費恩勒表示，目前商業生產鏈的排序和工作量規劃也在進行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現，那么就能夠在整個光學系統生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規劃：從光學設計到制造，最終應用于生產。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L.
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衍射光學元件設計
衍射元件在不斷發展的圖案生成領域扮演著重要的角色，其設計需要特定的技術，而這些技術與其他類型的元件所采用的技術大不相同。
在VirtualLab中可以找到用于衍射元件設計和優化的特定技術(如迭代傅里葉變換算法或IFTA)，可通過一個會話編輯器來完成，引導用戶在不太了解該方法的條件下完成設計過程。過程中包含了對設計約束的自動檢查。
用于生成2D光標的衍射光束分束器設計
VirtualLab中的迭代傅里葉變換算法（IFTA）可以高效和靈活地設計定制化光束分束器。
生成LightTrans圖標的衍射擴散器設計
設計了兩個具有連續或離散相位分布的衍射擴散器，以生成LightTrans商標。并對其性能進行了研究。
展開 GLAD中二元光學元件建模
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
通常激光光強分布呈高斯型，而在許多實際應用中，需要將光強分布加以轉換，即光束整形，如呈平頂狀和環狀等。以往人們多用計算全息法實現環形分布，但衍射效率低，難于推廣。近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
前言
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface kbeam level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.
展開 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.comInternet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 光學型輪廓儀專業檢測光學鏡片曲面
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 GLAD中二元光學元件建模
近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件
二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：
binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/surface kbeam level nlevels
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
展開 用于一般光學系統的光柵元件
摘要
光柵是光學中最常用的衍射元件之一。如今，它們經常被用于復雜的系統中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來模擬，而是與系統的其余部分結合，以評估整個系統性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級次的設置和堆棧的定位。
系統內光柵建模
? 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統的任何位置。
? 這使得在一個復雜的系統中對光柵進行建模，并因此評估整個系統的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。
? 光柵元件可以通過元件 > 單個表面&堆棧 > 光柵找到。
附著光柵堆棧
? 為了描述系統內的光柵，光柵堆棧總是附著在一個虛擬參考面上(僅平面)。
? 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應。
? 參考面可以在三維系統視圖中可視化，以幫助排列光柵。
? 所應用的光柵結構可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。
堆棧的方向
堆棧的方向可以用兩種方式指定：
它既可以應用在表面的正面，也可以應用在背面(在固體標簽中定義)。
請注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉180°。這會影響堆棧的內部坐標系，需要在定義高度輪廓時加以考慮。
基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角
? 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計算。
展開 用于一般光學系統的光柵元件
摘要
光柵是光學中最常用的衍射元件之一。如今，它們經常被用于復雜的系統中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來模擬，而是與系統的其余部分結合，以評估整個系統性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級次的設置和堆棧的定位。
系統內光柵建模
? 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統的任何位置。
? 這使得在一個復雜的系統中對光柵進行建模，并因此評估整個系統的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。
? 光柵元件可以通過元件 > 單個表面&堆棧 > 光柵找到。
附著光柵堆棧
? 為了描述系統內的光柵，光柵堆棧總是附著在一個虛擬參考面上(僅平面)。
? 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應。
? 參考面可以在三維系統視圖中可視化，以幫助排列光柵。
? 所應用的光柵結構可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。 堆棧的方向
堆棧的方向可以用兩種方式指定：
它既可以應用在表面的正面，也可以應用在背面(在固體標簽中定義)。
請注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉180°。這會影響堆棧的內部坐標系，需要在定義高度輪廓時加以考慮。 基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角
? 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計算。
? 然而，任何實際的光柵結構必須建立在基底上，因此，我們使用一個平面元件和中間的自由空間延伸對其進行建模。
? 平面的建模包括菲涅耳效應(S矩陣求解器)。
高級選項和信息
? 在求解器菜單中有幾個高級選項可用。
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[NEWSLETTER] 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 GLAD中二元光學元件建模
近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件
二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：
binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/surface kbeam level nlevels
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
二元光柵表面計算：
這里舉一個二元光柵的例子，它是由二元表面組成，然后對其執行“sfocus”命令。
展開 采用流體成形法制造自由曲面光學元件
自由曲面光學元件可以實現傳統光學元件無法實現的功能。然而，它們的加工與拋光需要復雜專業的加工設備，制造自由曲面光學元件的過程困難且價格昂貴。
以色列理工學院（Israel Institute of Technology）的研究人員開發了一種通過塑造大量可固化液體聚合物來制造自由形狀光學元件的方法，從而實現具有高表面質量的自由形狀部件的快速成型。
該方法是基于控制可固化光學液體和浸沒液體之間界面的最小能量狀態，通過指定一個幾何邊界約束，并提供了一個給定邊界的解析解，來制造亞納米表面粗糙度的自由曲面組件。
這項工作會使定制光學元件的樣品制作速度更快，適用于各種應用，包括矯正鏡片、增強現實和虛擬現實、自動駕駛汽車、醫療成像和天文學。
研究團隊負責人Moran Bercovici表示，該方法可以實現非常光滑的表面，并且不需要使用復雜的制造設備，制造過程也相對容易，我們可以在幾分鐘內制造出亞納米表面粗糙度的自由形狀部件。而且，與3D打印等其他原型制作方法不同的是，即使制造組件的體積增加，制造時間仍然很短。
具有亞納米表面粗糙度的自由曲面光學元件可以在幾分鐘內通過液體體積成型
研究人員Omer Luria說，目前，光學工程師要為特殊設計的自由形狀元件支付數萬美元，還要等上幾個月才能拿到，我們的技術將從根本上減少復雜光學原型的等待時間和成本，這將大大促進新型光學設計的發展。
研究團隊開始進行這項研究的初衷是開發一種方法來制造矯正眼鏡的鏡片。研究人員Valeri Frumkin說：“我們開始尋找一種簡單的方法來制造高質量的光學組件，不依賴機械加工或復雜昂貴的制造設備。后來，我們發現，可以擴展我們的方法來產生更復雜和有趣的光學表面形狀。”
展開 VirtualLab Fusion：用于一般光學系統的光柵元件
摘要
光柵是光學中最常用的衍射元件之一。如今，它們經常被用于復雜的系統中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來模擬，而是與系統的其余部分結合，以評估整個系統性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級次的設置和堆棧的定位。
系統內光柵建模
□ 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統的任何位置。
□ 這使得在一個復雜的系統中對光柵進行建模，并因此評估整個系統的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。
□ 光柵元件可以通過元件 > 單個表面&堆棧 > 光柵找到。
附著光柵堆棧
□ 為了描述系統內的光柵，光柵堆棧總是附著在一個虛擬參考面上(僅平面)。
□ 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應。
□ 參考面可以在三維系統視圖中可視化，以幫助排列光柵。
□ 所應用的光柵結構可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。
堆棧的方向
堆棧的方向可以用兩種方式指定：
它既可以應用在表面的正面，也可以應用在背面(在固體標簽中定義)。
請注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉180°。這會影響堆棧的內部坐標系，需要在定義高度輪廓時加以考慮。
基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角
□ 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計算。
□ 然而，任何實際的光柵結構必須建立在基底上，因此，我們使用一個平面元件和中間的自由空間延伸對其進行建模。
□ 平面的建模包括菲涅耳效應(S矩陣求解器)。
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