d3偏心量測技術與發(fā)展doc(已修改)
2025-07-27 11:24 本頁面
【正文】 偏心量測技術與發(fā)展文/圖：李建興、吳文弘、黃國政、陳峰志 儀器科技研究中心前言近年來，由於數位資訊產業(yè)爆發(fā)性的成長，小尺寸光學透鏡如讀寫鏡頭、數位相機、手機相機與光通訊等相關元件之應用需求大幅增加。隨著模造玻璃成形與射出成形等相關高精密模具產業(yè)的蓬勃發(fā)展，此類軸對稱光學元件在製作或系統(tǒng)組裝時，光軸與旋轉對稱軸若不重合，將產生偏心誤差，而此偏心誤差對於低 f/ 值及短背焦 (back focal length, BFL) 之小尺寸光學透鏡成像品質具有關鍵性的影響。偏心誤差可分為兩種來源；一種是光軸與幾何中心軸之間的橫向偏移 (lateral displacement)；另一種是光軸與幾何中心軸之間的傾斜 (tilt)。鑑於此類光學透鏡廣泛應用及其光學系統(tǒng)組裝校正的要求，對於元件偏心誤差之檢測評估，則是製作高精度光學鏡片之一重要課題。本文簡介偏心量測原理及未來開發(fā)過程中可預期之關鍵技術與挑戰(zhàn)，以期提升國內光學產業(yè)相關檢測能力。何謂偏心 對於旋轉軸對稱光學元件或系統(tǒng)，其在元件製作或系統(tǒng)組裝時，光軸與旋轉對稱軸之非重合現象，即為偏心誤差 (centring error)。在光學元件及系統(tǒng)國際標準規(guī)範 ISO 10110 中，係以基點 (datum point) 與基軸 (datum axis) 來描述同心度誤差 (centering error)。如單一球面曲面，即以通過球面與基軸交點之表面法線 (normal to the surface) 與基軸間的夾角稱為表面傾角 (surface tilt angle)，定義為同心度誤差，亦即前述之偏心。以非球面曲面而言，其光軸由非球面上各點曲率中心連線而成，一個非球面只能定義出一個光軸。因此，非球面透鏡兩個面各可定義出一個光軸，這兩光軸可能因製造誤差不會重合，而產生透鏡兩面光軸間的偏心與傾斜現象。偏心誤差根據其量測方法的不同而有特殊的定義，常見的偏心誤差有偏折角、橫向位移、外緣偏心、邊緣厚差值、錶計差量、投影偏差量等，定義如表 1 所示。 偏心誤差可分為兩種來源：一種是光軸與幾何中心軸之間的橫向偏移 (lateral displacement)，如圖 1(a)；另一種是光軸與幾何中心軸之間的傾斜 (tilt)，如圖 1(b)。單透鏡常見偏心狀況有三種，一為鏡片兩曲率中心對鏡片軸心平行偏移某距離，二為整個鏡片與光軸偏斜一個角度。此二類偏心的問題可在鏡片定心時，磨除多餘的邊厚解決。第三種則是鏡片某一面有傾斜現象，因此該面曲率中心偏移整體鏡片軸心，若傾斜角度大於 30，將影響整體光學品質，則需重新對該曲面加工修正傾斜的問題。傳統(tǒng)量測方法 在一般的光學系統(tǒng)中，假使透鏡的光軸與參考軸並未重合，光線進入光學系統(tǒng)時，不管是透過反射或是折射所形成的光學成像都會出現誤差，進而影響了整個光學系統(tǒng)的品質，因此，目前在組裝光學系統(tǒng)前，多會先對其中所需要使用的光學元件 (例如透鏡) 進行偏心誤差的測量。偏心誤差量測方式依元件或系統(tǒng)要求精度的不同而有下列兩類常見方式，一類為機械式量測法，另一類為光學式量測法。另外，依實際光源的不同，光學式量測法又可區(qū)分為穿透式量測法與反射式量測法。1. 機械量錶量測機械式量測的
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