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光學(xué)鏡片曲面測(cè)量難點(diǎn) 1、幾何復(fù)雜性 光學(xué)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(duì)測(cè)量方法和設(shè)備的要求各不相同，增加了測(cè)量的難度。 2、表面反射和折射 光學(xué)鏡片曲面的高反射和折射特性會(huì)影響信號(hào)的傳輸和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。需要采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段或選擇合適的涂層材料來(lái)減小這些影響。

如何優(yōu)化成型參數(shù)是控制光學(xué)鏡片質(zhì)量高低的關(guān)鍵。本案例產(chǎn)品為雷射投影機(jī)的數(shù)組鏡片，目標(biāo)為藉由仿真分析找出最佳制程參數(shù)，以降低雙折射現(xiàn)象、改善產(chǎn)品翹曲和光折射均勻，并希望能將殘留應(yīng)力降低。圖一 本案例產(chǎn)品為雷射投影機(jī)的數(shù)組鏡片金屬工業(yè)中心利用Moldex3D光學(xué)模塊仿真原始設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)變更。設(shè)計(jì)變更的部分包括模溫、射速、保壓壓力和保壓時(shí)間等。

RT7512長(zhǎng)波紅外分光光度計(jì)是用于測(cè)試平面光學(xué)鏡片的透過(guò)率與反射率。

此鏡片的屈光率為-3.00D，并能在距透鏡40公分處匯聚光線，形成適宜的閱讀距離。鏡片的基本曲線則是+28D。 任何嘗試控制畸變的設(shè)計(jì)都將產(chǎn)生十分陡峭的基本曲線。 因此很明顯的，對(duì)于一個(gè)已知屈光率的鏡片，在不參考任何配戴者或使用環(huán)境等相關(guān)條件的情況下，我們無(wú)法制造出擁有最佳成像質(zhì)量的光學(xué)設(shè)計(jì)。

大綱精密射出成型技術(shù)常用于大量生產(chǎn)平價(jià)的光學(xué)組件，但制造過(guò)程常會(huì)發(fā)生產(chǎn)品變形和折射率分布不均問(wèn)題。實(shí)務(wù)上多利用有限元素法于來(lái)了解自由曲面的Alvarez鏡片在射出成型過(guò)程中受到的影響，并藉由干涉儀測(cè)量光學(xué)波前。此測(cè)量運(yùn)用折射率匹配液來(lái)降低或消除鏡片的表面屈亮度，因此即便波前發(fā)生大偏移，也能夠透過(guò)一般的波前量測(cè)系統(tǒng)量測(cè)。

照片來(lái)自 Luxexcel這款3D打印鏡片設(shè)計(jì)輕薄、耐用，外觀與標(biāo)準(zhǔn)鏡片無(wú)區(qū)別，但卻集成了AR功能。該產(chǎn)品主要針對(duì)的是智能眼鏡領(lǐng)域科技公司，它將反射波導(dǎo)、智能眼鏡和醫(yī)學(xué)鏡片巧妙組合在一起。Lumus首席產(chǎn)品官Eli Glikman博士表示，很高興能夠與Luxexcel公司合作，它是光學(xué)領(lǐng)域真正的創(chuàng)新者。

另外，使用塑料注塑，AR智能眼鏡的鏡片可以做得很大——LetinAR制成的鏡片最大超過(guò)了60 x 40毫米。就重量而言，該公司在一次采訪中提到，其每只鏡片重量不到5克。圖2. LetinAR的PinTILT技術(shù)意味著光線在鏡片中只發(fā)生幾次全反射(TIR)另一個(gè)重大發(fā)展是該公司所謂的PinTILT技術(shù)，這是一種通過(guò)幾次全反射和一個(gè)內(nèi)部反射鏡將圖像從顯示器傳輸?shù)健搬樼R”上的技術(shù)。

選擇與執(zhí)行光學(xué)分析在仿真之后，程序建立數(shù)據(jù)文件。 程序產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件4. 檢視表面變形 (Examine the Surface Deformation)依照下列步驟檢查表面變形：1. 匯入鏡片幾何第一步是匯入鏡片幾何檔（.len）。下圖顯示平凸（Planoconvex）幾何模型。 平凸幾何模型2.

在傳統(tǒng)的照相攝像、投影鏡片領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的鳳凰光學(xué)、利達(dá)光電、成都光明、宇迪光學(xué)等企業(yè)處于第一陣營(yíng)，主要為日本及全世界的數(shù)碼相機(jī)、單反相機(jī)提供光學(xué)鏡片。最近幾年光學(xué)元器件行業(yè)技術(shù)升級(jí)更新明顯加快，光學(xué)鏡片的磨制從手工逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，現(xiàn)在又出現(xiàn)了用半導(dǎo)體工藝批量復(fù)制加工光學(xué)元件的晶圓級(jí)光學(xué)元件，預(yù)計(jì)未來(lái)的光學(xué)元件制造將更多依賴(lài)高性能制造設(shè)備。 經(jīng)過(guò)百年發(fā)展，光學(xué)鏡頭行業(yè)已經(jīng)較為成熟。

PanDao軟件已在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境以及位于研究機(jī)構(gòu)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了壓力測(cè)試，這些實(shí)驗(yàn)室用于生成用于航天、醫(yī)療和國(guó)防領(lǐng)域的高端光學(xué)系統(tǒng)。PanDao 能讀取市面上流行的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件工具生成的鏡片參數(shù)和公差，并且還會(huì)考慮諸如“需生產(chǎn)的鏡片總數(shù)”和“交付的批次大小”等商業(yè)訂單信息。

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在我們的例子中，鏡片的材質(zhì)不建議作為優(yōu)化參數(shù)，我們只是選擇合適的鏡片，不進(jìn)行更換。需要注意的是，所有非球面設(shè)計(jì)通常都需要使用所有塑料材料，但我們假設(shè)選擇玻璃，因?yàn)槟壳八芰喜牧喜话ㄔ赑anDao材料目錄中。我們從Schott玻璃目錄中挑選的材料是：BK1和F2，它們的折射率接近塑料材料。結(jié)論最后，提出了一種新的光學(xué)設(shè)計(jì)工具PanDao，用于根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)和公差設(shè)計(jì)最優(yōu)加工鏈。

本案例研究一厚度達(dá)12mm的塑料光學(xué)鏡片產(chǎn)品，利用分層多次射出的概念將成品以B-A-B的形式進(jìn)行射出成型，藉由Moldex3D多材質(zhì)射出成型(MCM)模塊來(lái)分析A 層與B層的厚度改變對(duì)冷卻時(shí)間及光學(xué)性質(zhì)的影響，期望能藉此找到最佳的各層厚度組合，達(dá)到高質(zhì)量光學(xué)產(chǎn)品并縮短制造周期。

優(yōu)化設(shè)置將照明模塊鏡片的曲率半徑設(shè)定為優(yōu)化變量。通過(guò)設(shè)定合理的優(yōu)化目標(biāo)，如在目標(biāo)投影區(qū)域?qū)崿F(xiàn)盡可能均勻的光照強(qiáng)度分布，軟件能夠在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行迭代計(jì)算。在優(yōu)化過(guò)程中，OAS 軟件會(huì)根據(jù)光線追跡算法，模擬光線在整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中的傳播路徑，分析不同曲率半徑組合下的光線分布情況，并自動(dòng)調(diào)整鏡片曲率半徑，逐步趨近于最佳設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)較好的均勻性。

(5)如果以上操作達(dá)不到目的的話，最可能的原因是鏡片材料的問(wèn)題，解決這個(gè)問(wèn)題的方法是將所有鏡片材料的求解類(lèi)型設(shè)置為替代，設(shè)置完成后，材料后面會(huì)出現(xiàn)S,進(jìn)行錘行優(yōu)化一晚上，通常都會(huì)解決問(wèn)題，因?yàn)榇藭r(shí)軟件給的材料配置比我們預(yù)先設(shè)置的更加合理。

下一篇文章：設(shè)計(jì)手機(jī)相機(jī)鏡頭第2部分：使用 OpticsBuilder 實(shí)現(xiàn)光機(jī)械封裝，我們將使用 Zemax OpticsBuilder 編輯光學(xué)元件，擴(kuò)展鏡片的復(fù)雜邊緣，以便將它們安裝到機(jī)械底座中。

參考《實(shí)用光學(xué)技術(shù)手冊(cè)》[3]選擇初始結(jié)構(gòu)，基于Zemax的縮放功能適配像面尺寸。物像方遠(yuǎn)心光路優(yōu)化：在Zemax中設(shè)置優(yōu)化操作數(shù)，調(diào)整遠(yuǎn)心度、瞳距、鏡片厚度及空氣間隔，分別完成物方與像方遠(yuǎn)心光路設(shè)計(jì)。選擇重鑭火石玻璃作為鏡片材料（折射率1.81，阿貝數(shù)40.8），兼顧透光性、穩(wěn)定性與加工性。

注塑成型光學(xué)鏡片近來(lái)已大量應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品，然而厚度變化大與低殘留應(yīng)力之要求，提高了鏡片制造的困難度。光學(xué)元件在 3C 產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，無(wú)論是成像或非成像，光學(xué)元件在手機(jī)的相機(jī)、平面顯示器的背光模組及 LED 照明等產(chǎn)業(yè)需求非常明確，因此光學(xué)元件之注塑成型模具設(shè)計(jì)與分析有其必要性，而且是相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展之關(guān)鍵技術(shù)。在此產(chǎn)業(yè)里不乏老字號(hào)的光學(xué)廠商。