光學設計規範說明與重點.ppt

光學設計參考規範 Date 2007 03 03 2 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 目錄 1 概要2 光學鏡頭設計流程的幾項重點2 1大多數鏡頭設計電腦程式要素2 2光學設計者設計步驟與注意要項2 3優化光學之重要性2 4光學系統公差 2 5製造目標2 6建立系統特性誤差預估表2 7典型公差流程2 8初步參考光學設計規範3 偏芯概念的介紹 鏡片部分4 偏芯概念的介紹 機構部分5 模具與模仁偏芯修正方式 3 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 1 概要 光學規範可分等級來制定不同公差 一般公司在開發前會召開光學設計聯合審核會議 而設計者會提出開發機種的典型公差流程給各部門做討論 針對製造上是否順暢且量產性是否足夠 即以該設計是否有合理的商業價值去繼續開發與生產 反過來說即避免開發失敗與成本的浪費 4 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 2 1大多數鏡頭設計電腦程式要素 1 每個變數改變的量都是微小的增加或減少 2 對特性的影響都是由每個變數的改變量來進行計算 3 此結果為一連串的微分係數Dp dv1 Dp dv2 Dp dv3 P 特性 V 變數 4 解出這一模組方程式主要是為了減少各個特性誤差平方值的總和 5 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 2 2光學設計者設計步驟與注意要項 1 需求和檢討規格 2 選擇對應的起始點 a 之前設計案例 b 專利 c 混合形式 d 原創 3 建立變數與限制 a 變數為曲率 厚度 空氣間格 玻璃特性等 b 限制可以相互關連 如長度或直徑等 或者特性參數如光線角度 FOV 或光圈 F no 4 用程式執行最佳化 5 評估效果 6 重覆步驟 3和步驟 4直到達成所需要求 如果未達所需要求 增加或分離修改元件 改變塑料材質然後回到步驟 4或步驟 2直到達成要求 7 執行公差分析和製作特性誤差分析表 敏感度分析表 6 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 2 3優化光學之重要性 1 為甚麼光學設計是如此困難的工作呢 a 一個複雜的光學系統在多維空間裡包含近無限個可能解 而設計者的工作就是在這將近無限個可能解中要決定出最佳方案 b 電腦程式所反覆將誤差方程式計算出來的是 相對小值 b 1 設計者必須將外界影響都考慮進來為得到一個相對最小值和達到更佳的解答 b 2 這些交互影響範圍可以權重微小的改變一直到結構重新設定 7 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 2 4光學系統公差 1 將所有光學與機構部份都指定公差 2 公差皆與光學部份與機構部份相關 8 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 2 5製造目標 1 符合系統需求標準 2 減少成本 3 減少組裝 校準 測試成本 4 擴大應用範圍 9 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 2 6建立系統特性誤差預估表 預估特性 10 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 2 7典型公差流程 1 建立所有公差參數的敏感度分析 半徑 厚度 傾斜 邊厚 離軸 空氣間隔折射率 2 將所需要的製造公差分等級 3 與預估的隨機誤差做結合 表面不規則度和其它隨機影響 4 預估系統特性 5 可能需要的地方是放鬆不敏感的部分且將敏感的部分抓緊一點 6 檢測系統特性 7 重覆第5與第6個步驟直到特性需求達到成本最低的時候 11 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 1 2 8初步參考光學設計規範 1 CCM鏡頭設計一般規範一覽表 12 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 2 2 8初步參考光學設計規範 整組鏡頭光欄孔的位置擺放有2種設定 a 在P1前面 也就是在鏡筒的光欄孔 此時Chief rayAngle較好設計 b 在P1與P2之光欄孔此時Chief rayAngle設計角度範圍較難 會有偏大現像 色偏問題 2 模仁加工反曲及粗糙度關係 2 1 一般加工模仁都用R值0 2mm 0 25mm的車刀 避免Flare問題 在最後修刀時會用R值0 15mm以下車刀來加工 2 2 但往往越大的R值會產生在凸面模仁收尾時無法修到設計R值所 13 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 3 2 8初步參考光學設計規範 2 2 但往往越大的R值會產生在凸面模仁收尾時無法修到設計R值所產生反曲所形成投影解析時周邊霧狀現象或無法補正 14 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 2 光學鏡頭設計流程的幾項重點 3 2 8初步參考光學設計規範 解決方法 a 當用R值0 2mm車刀加工時 標準值完成後再用較小R值車刀來補最後一刀 約在3 m深度以下 b 將設計光學有效徑裕度拉大 避免反曲影響到光學表現 15 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 3 偏芯概念的介紹 鏡片部分 1 不配片是光學鏡頭廠技術追求最重要的一環 在塑膠單鏡片製做模具時 必須把握共兩面光軸 兩曲率R值中心 往往偏離其幾何中心軸 此現象稱為偏心 Decentration 理論塑膠鏡片的偏心可分為兩種誤差形式 1 一種是光軸與幾何中心軸平行 如下圖左 2 一種是光軸與幾何中心軸交叉 如下圖右 而實際上塑膠透鏡的偏心是這兩種誤差的綜合 因此如何使模具製造者能達到單片偏心最小範圍內這是塑膠鏡片最重要課題 16 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 3 偏芯概念的介紹 鏡片部分 2 17 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 4 偏芯概念的介紹 機構部分 1 其次機構也非常重要 如何使每片鏡片組合時能在光軸上 所制定配件是否達到光學加工公差的合理公差都在量產時穩定生產也是鏡頭結構相當重要的 我們在開發製程上先用銅鏡筒來劃分鏡片與結構的兩種問題 故廠內目前模具要達到單片與結構鏡筒必需要以上同軸的概念 才能有釐清問題點方向以利改善 18 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 4 偏芯概念的介紹 機構部分 2 19 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 5 模具與模仁偏芯修正方式 1 1 先測量白片偏心數量與偏心角度 參考圖一 2 再將模仁按照偏心數據予以轉動模仁或補正便可 參考圖二 3 模具以目前的技術是無法達到不補正又不配對的 20 EtherOptronicsInc ConfidentialInformation 5 模具與模仁偏芯修正方式 2 4 R1 0值越小的公差 敏感度越大 若不考慮其它因素 模具誤差值最多只能在0 003mm以下 5 建議思考何謂好的機器 個人認為只要穩定 再現性好 讓工程師有依據可做加工補正即是好機器 Example a 您機器加工一物件 希望每次加工點之距離為100mm 但機器每次加工值卻為99mm 若工程師不知加工補正1 0mm 那若要完成該工件只有2種情形 a 1 再買更高等級之機器 金額若大於利潤便可能因此放棄 a 2 沒