光學元件精密製造與檢測－目錄

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第一章	光學系統簡介		1
1.1		前言	1
1.2		高斯光學	2
		1.2.1　光學系統中的主平面值	3
		1.2.2　範例介紹	6
1.3		輻射度學和光度學	7
		1.3.1　朗伯發光源的光出射度	9
		1.3.2　鏡頭光通量的收集量	9
		1.3.3　鏡頭像面上的照度	10
		1.3.4　物空間和像空間的亮度關係	11
		1.3.5　光學系統中的光照度	11
		1.3.6　範例介紹	12
1.4		目視光學系統	14
		1.4.1　眼鏡的分辨率	14
		1.4.2　望遠系統	14
		1.4.3　顯微鏡	16
		1.4.4　雙目鏡	17
		1.4.5　目視儀器的設計要求	18
1.5		投影系統	19
		1.5.1　單片式投影機	19
		1.5.2　三片式 LCD 投影機	19
		1.5.3　DLP 投影機	20
		1.5.4　LCOS 投影機	21
		1.5.5　以半導體元件為光源的投影機	21
1.6		數位成像系統	23
1.7		變焦系統	24
		1.7.1　兩鏡組式變倍系統	25
		1.7.2　三鏡組式變倍系統	26
1.8		特殊光學系統	28
		1.8.1　紅外線系統	28
		1.8.2　Fθ 鏡頭	29
		1.8.3　傅利葉轉換鏡頭	30
		1.8.4　高功率半導體雷射系統	31
1.9		結論	32
‧		參考文獻	32
第二章	基礎光學設計		33
2.1		鏡組初階設計	33
		2.1.1　近軸光線追跡	34
		2.1.2　符號定義	34
		2.1.3　近軸光線追跡公式	34
		2.1.4　有效焦距與後焦距	35
		2.1.5　入瞳和出瞳之位置與大小	35
		2.1.6　範例	37
2.2		波面像差	40
		2.2.1　波面像差的函數理論	40
		2.2.2　光點像差與波面像差間的關係	42
		2.2.3　像面縱向位移對像差值的影響	43
		2.2.4　賽德像差公式的推導	44
		2.2.5　波面色像差	49
		2.2.6　賽德像差公式	51
		2.2.7　範例	52
2.3		商用設計軟體功能介紹	55
2.4		品質評估	61
		2.4.1　解析度	61
		2.4.2　光線追蹤與像差	62
		2.4.3　光線追蹤曲線	62
		2.4.4　離焦	64
		2.4.5　球面像差	64
		2.4.6　彗差	65
		2.4.7　像散	66
		2.4.8　色差	66
		2.4.9　畸變	67
		2.4.10　光程差	67
		2.4.11　光斑圖	69
		2.4.12　點擴散函數與徑向能量分布	69
		2.4.13　調制轉函數	71
2.5		容差分析	75
		2.5.1　容忍度分析	75
		2.5.2　統計概念	76
		2.5.3　容差分析的方法與流程	80
‧		參考文獻	83
第三章	光學材料特性介紹		85
3.1		簡介	85
3.2		常用的玻璃及陶瓷材料特性	86
		3.2.1　常用的玻璃材料特性	86
		3.2.2　常用的陶瓷材料特性	91
3.3		常用的塑膠材料特性	92
		3.3.1　光學塑膠概論	93
		3.3.2　光學塑膠的特性	95
		3.3.3　光學塑膠的種類與應用	97
		3.3.4　光學塑膠的未來發展	100
3.4		常用的金屬材料特性	102
3.5		常用的晶體材料特性	107
		3.5.1　光學晶體材料	107
		3.5.2　非線性光學晶體材料	110
		3.5.3　人造寶石晶體材料	113
‧		參考文獻	115
第四章	國際光學元件製圖標準		117
4.1		ISO10110 光學製圖標準	118
		4.1.1　ISO 10110-1 一般原則	119
		4.1.2　ISO 10110-2 材料缺陷－應力雙折射	125
		4.1.3　ISO 10110-3 材料缺陷－氣泡與雜質	127
		4.1.4　ISO 10110-4 材料缺陷－非均勻度與脈紋	128
		4.1.5　ISO 10110-5 表面形狀誤差	129
		4.1.6　ISO 10110-6 偏心誤差	131
		4.1.7　ISO 10110-7 表面缺陷誤差	133
		4.1.8　ISO 10110-8 表面紋理	134
		4.1.9　ISO 10110-9 表面處理與鍍膜	136
		4.1.10　ISO 10110-10 光學元件圖面說明	136
		4.1.11　ISO 10110-11 未標註公差規格	138
		4.1.12　ISO 10110-12 非球面圖面標註	139
		4.1.13　ISO 10110-14 波前變形誤差	140
		4.1.14　ISO 10110-17 雷射發光起損值	142
4.2		英國光學製圖標準	143
		4.2.1　一般製圖標註	143
		4.2.2　尺寸與公差標註	147
		4.2.3　材質與外形精度標註規範	148
‧		參考文獻	154
第五章	傳統光學元件加工		157
5.1		球面透鏡加工	157
		5.1.1　切割	157
		5.1.2　圓整	158
		5.1.3　成形	160
		5.1.4　研磨	165
		5.1.5　拋光	173
		5.1.6　定心	177
		5.1.7　清潔	180
		5.1.8　膠合	182
5.2		稜鏡加工	183
		5.2.1　傳統稜鏡製作技術	183
		5.2.2　先進稜鏡製作技術	185
5.3		特殊元件加工	85
		5.3.1　平行平面鏡	186
		5.3.2　圓柱面鏡	187
		5.3.3　拋物面鏡與非球面鏡	188
5.4		光學元件清洗與存放	189
		5.4.1　污染物	190
		5.4.2　清潔試液	191
		5.4.3　玻璃鏡片潔淨方式	192
		5.4.4　鏡片之存放	193
‧		參考文獻	194
第六章	超精密加工		195
6.1		概論	195
6.2		精密加工之基本要求及影響加工精度之因素	196
6.3		超精密加工法的分類	199
6.4		單點鑽石切削	201
		6.4.1　簡介	201
		6.4.2　鑽石車刀	201
		6.4.3　影響 SPDT 加工工件形狀精度之因素	203
		6.4.4　影響工件表面粗糙度之因素	206
		6.4.5　鑽石車削之發展現況	207
6.5		磨粒加工技術	211
		6.5.1　磨粒加工的定義與特性	211
		6.5.2　磨削與拋光加工的特點	212
		6.5.3　砂輪的特性	213
		6.5.4　磨削機構之幾何學	216
		6.5.5　化學機械拋光	218
‧		參考文獻	220
第七章	玻璃光學元件模造成形		223
7.1		前言	223
7.2		玻璃模造技術之進展	225
		7.2.1　一模多穴單站式玻璃模造機	227
		7.2.2　一模一穴連續式玻璃模造機	228
7.3		模造製程控制參數對玻璃鏡片精度之影響	230
7.4		影響陶瓷模仁壽命的因素	233
		7.4.1　模造玻璃材料	233
		7.4.2　模仁材料	234
		7.4.3　模仁形狀	235
		7.4.4　製程參數	235
7.5		改善陶瓷模仁壽命的方法	236
		7.5.1　玻璃模造模仁表面鍍膜技術之發展	237
		7.5.2　低摩擦且低磨損的模仁表面鍍膜設計原理	238
		7.5.3　模具表面鍍膜方法之選擇	241
7.6		結論	243
‧		參考文獻	243
第八章	塑膠光學元件加工		245
8.1		射出成形	245
		8.1.1　製程簡介	245
		8.1.2　微射出成形	247
		8.1.3　微射出壓縮成形	248
		8.1.4　常用之光學塑膠材料	249
8.2		熱壓成形	251
		8.2.1　製程簡介	251
		8.2.2　微熱壓成形材料	252
		8.2.3　製程參數對光學元件的品質影響	253
		8.2.5　微熱壓成形衍生方法	254
8.3		表面處理及保護	257
		8.3.1　塗層與沉積	257
		8.3.2　鍍膜	258
8.4		應用範例	259
		8.4.1　導光板	259
		8.4.2　微射出壓縮成形對二吋導光板微結構品質的影響	264
		8.4.3　微透鏡陣列	269
		8.4.4　其他光學元件	272
‧		參考文獻	273
第九章	光學鍍膜		275
9.1		引言	275
9.2		重要的玻璃光學薄膜	276
		9.2.1　抗反射膜	277
		9.2.2　高反射膜	279
		9.2.3　冷光鏡	282
		9.2.4　UV-IR 截止濾光片	284
		9.2.5　彩色濾光片	284
		9.2.6　偏振光分光鏡	286
		9.2.7　DWDM 濾光片	287
9.3		玻璃光學薄膜的製鍍方法	290
		9.3.1　熱蒸發蒸鍍法	291
		9.3.2　電漿濺鍍法	295
		9.3.3　離子束濺鍍法	298
9.4		塑膠鍍膜	303
		9.4.1　塑膠鍍膜例子	305
		9.4.2　塑膠鍍膜之製鍍	307
‧		參考文獻	309
第十章	材料缺陷檢測		311
10.1		表面刮痕與刺孔	312
10.2		氣泡	312
10.3		脈紋	314
10.4		不均勻度	316
10.5		應力雙折射效應	317
‧		參考文獻	320
第十一章	加工精度檢測		321
11.1		形狀精度	321
		11.1.1　白光干涉式表面輪廓儀	321
		11.1.2　雷射干涉式探針量測輪廓儀	322
11.2		表面粗糙度	325
		11.2.1　表面粗糙度相關名詞	326
		11.2.2　表面粗糙度表示方法與定義	330
		11.2.3　表面粗糙度量測方法	334
		11.2.4　表面粗糙度表示法	340
11.3		偏心	344
11.4		平行度	347
11.5		角度	348
11.6		折射率與色散率	350
11.7		波前精度	353
‧		參考文獻	354
第十二章	組件品質檢測		355
12.1		有效焦距測量	355
		12.1.1　直接測量後主點至焦點的距離	355
		12.1.2　放大率法	356
		12.1.3　後焦長量測	357
12.2		聚焦透鏡與光學讀寫頭成像點量測	358
12.3		擴散片的散射特性量測	361
		12.3.1　擴散片	361
		12.3.2　擴散特性	362
		12.3.3　散射儀	362
12.4		離軸非球面反射鏡參數檢測	364
		12.4.1　離軸反射鏡規格及參數定義	364
		12.4.2　離軸反射鏡參數檢測	366
12.5		極化光量測與偏極化元件檢測應用	368
		12.5.1　極化光	368
		12.5.2　起偏器	369
		12.5.3　雙折射晶體與相位延遲器	371
		12.5.4　偏極量測	372
12.6		回反射器精度檢測	374
12.7		繞射光柵特性參數檢測	381
		12.7.1　繞射效率的檢測方式	382
		12.7.2　平面光柵的檢測	383
		12.7.3　凹面光柵的檢測	385
‧		參考文獻	386
第十三章	薄膜品質檢測		387
13.1		穿透率、反射率、散射、吸收率	387
		13.1.1　UV/Vis/NIR 分光光譜儀	389
		13.1.2　穿透率	390
		13.1.3　反射率	391
		13.1.4　散射	393
		13.1.5　吸收率	394
13.2		折射率與消光係數	397
		13.2.1　橢圓偏光儀	397
		13.2.2　光譜儀 (包絡法)	406
		13.2.3　全反射衰減 (ATR) 儀	411
13.3		厚度	416
		13.3.1　探針法	417
		13.3.2　X 射線螢光法	419
		13.3.3　反射光譜法	420
13.4		堆積密度與水氣吸收率	422
		13.4.1　堆積密度的定義	424
		13.4.2　水氣吸收的影響	424
		13.4.3　薄膜堆積密度的提高	429
13.5		顯微結構分析	429
		13.5.1　穿透式電子顯微鏡	430
		13.5.2　掃描式電子顯微鏡	440
13.6		薄膜粗糙度	441
13.7		結晶性與應力	445
		13.7.1　X 光繞射法	445
		13.7.2　機械式懸臂法	448
		13.7.3　干涉式牛頓環法	449
13.8		薄膜應力與熱膨脹係數	450
		13.8.1　前言	450
		13.8.2　原理	450
		13.8.3　量測方法	453
13.9		成分分析	457
		13.9.1　能量散布光譜儀	458
		13.9.2　X 光光電子能譜儀 (XPS)	461
13.10		薄膜硬度與附著性量測	464
		13.10.1　薄膜硬度測試	464
		13.10.2　薄膜附著性測試	467
13.11		光學薄膜環境測試	472
		13.11.1　機械穩定性測試	473
		13.11.2　溫度與熱循環之影響	475
		13.11.3　化學穩定性	476
		13.11.4　特殊應用之其他耐久測試	476
13.12		薄膜電阻	478
		13.12.1　電阻率定義	479
		13.12.2　四點探針儀	480
		13.12.3　任意形狀試片電阻量測	481
		13.12.4　霍爾效應量測系統	482
		13.12.5　展阻量測	484
		13.12.6　導電式原子力顯微鏡術	484
		13.12.7　非接觸電阻率量測	485
13.13		雷射破壞	486
		13.13.1　雷射破壞的機制	486
		13.13.2　雷射破壞的量測	487
‧		參考文獻	489
第十四章	非球面檢測		497
14.1		接觸式輪廓儀法	498
14.2		光學式輪廓儀法	500
14.3		電腦全像干涉法	502
14.4		剪切式干涉法	505
14.5		補償鏡法	506
14.6		非干涉量測法	509
‧		參考文獻	511
第十五章	絕對量測		513
15.1		絕對平面量測	513
15.2		絕對球面量測	516
15.3		絕對表面粗糙度量測	520
15.4		絕對非球面量測	521
‧		參考文獻	524
第十六章	商品實例介紹		525
16.1		投影顯示技術	525
		16.1.1　原理介紹	525
		16.1.2　光機引擎光學零組件	531
		16.1.3　LCD 光機引擎技術分析	540
		16.1.4　LCOS 光機引擎技術分析	543
		16.1.5　DLP 光機引擎技術分析	548
		16.1.6　結語	553
16.2		LED 光源迷你投影機	553
		16.2.1　產品發展現況	553
		16.2.2　高亮度發光二極體光源	558
		16.2.3　未來展望	559
16.3		相機手機鏡頭技術	560
		16.3.1　相機手機獨領風騷	560
		16.3.2　影像感測元件的技術趨勢	561
		16.3.3　相機手機的基本規格	563
		16.3.4　高階相機手機為未來趨勢	565
		16.3.5　相機手機的發展瓶頸	568
		16.3.6　遠景及未來展望	570
16.4		數位攝錄影機之變焦鏡頭	571
		16.4.1　數位攝錄影機與數位相機變焦鏡頭的差異	574
		16.4.2　發展回顧	576
		16.4.3　商品實例介紹	579
		16.4.4　產業遠景及發展	582
16.5		HD-DVD 讀取物鏡	583
		16.5.1　光學設計技術	584
		16.5.2　製程技術	586
		16.5.3　超精密加工技術車削 HD-DVD 讀寫頭之物鏡	586
		16.5.4　藍光讀取頭物鏡射出成形技術	592
		16.5.5　結論	593
16.6		人眼視光學系統的檢測技術	593
		16.6.1　Landolt 測試圖樣	594
		16.6.2　波前前導儀	595
16.7		立體 (3D) 顯示技術	599
		16.7.1　前言	599
		16.7.2　發展現況	601
		16.7.3　百家爭鳴的技術現況	604
		16.7.4　未來展望	612
16.8		LED 背光模組技術	612
		16.8.1　LED 光源特性及優勢	613
		16.8.2　LED 背光系統技術	614
		16.8.3　技術問題及解決方案	617
		16.8.4　產業契機	618
‧		參考文獻	619
第十七章	遠景及未來發展		621
17.1		負折射率光學元件	621
		17.1.1　實驗與分析	622
		17.1.2　結論及建議	630
17.2		自我複製式光子晶體	630
		17.2.1　光子晶體簡介	631
		17.2.2　自我複製式光子晶體	636
		17.2.3　製作方法	639
		17.2.4　應用範例	640
		17.2.5　結論	642
17.3		微光學元件	642
		17.3.1　製造技術	643
		17.3.2　應用趨勢	651
		17.3.3　結論	655
17.4		結語	656
‧		參考文獻	657
中文名詞索引			659
英文名詞索引			665