微镜片制作技术特集Word格式文档下载.docx
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圖26光碟片記錄再生測試儀結構
圖27兩群鏡片的結構
图28是1-7变频时的eyepattern，该eyepattern的bit长度为130nm，轨道间距（trackpitch）为300nm，光盘片直径为ψ120mm，单面容量22.5Gbyte。
根据测试结果证实资料转送率为35Mbit/s，线速度为5.72m/s，记录与再生power等特性与DVR完全相同。
圖28使用電漿蝕刻鏡片作再生讀寫測試時的eyepattern
4.2DVR-Blue用电浆蚀刻式微镜片
上述
微镜片有曲率半径的限制，无法适用于DVR与WD等厚度较大的保护层，所以必需另外开发高NA值的微镜片。
上述
微镜片是利用光阻剂溶融状态时的表面张力，形成一定半径的半球形微镜片，当微镜片外径变大时，由于光阻剂的自重使得光阻剂的外形会发生变形。
图29（a）是利用探针式表面形状测定仪，量测热处理后的光阻剂表面形状，表2是利用该量测结果所求得的曲率半径分布。
由表2的计算结果可知光阻剂表面形状，由理想形状产生0.009mm的误差值，主要原因就是受到光阻剂自重的影响所造成。
电浆蚀刻式微镜片最后形状取决于光阻剂的形状与光阻剂、
两者的选择比，该选择比可由蚀刻气体的混合比调整加以控制，表3是蚀刻条件。
图29（b）是电浆蚀刻式微镜片的表面形状。
由表2的计算结果可知电浆蚀刻式微镜片的形状，由理想形状产生0.003mm的误差值。
圖29（a）光阻劑的表面形狀
（b）電漿蝕刻式微鏡片的表面形狀
L（mm）
R（mm）
光阻剂表面形状
电浆蚀刻式微镜片的表面形状
0.100
0.729
0.397
0.200
0.728
0.398
0.300
0.725
0.399
0.400
0.722
0.500
0.721
0.600
0.720
0.401
表2光阻剂表面形状与电浆蚀刻式微镜片的曲率分布
step
蚀刻时间
G
气体流量
（SCCM）
（分）
1
50
8.4
11.6
10
2
35
8.8
11.2
3
9.2
10.8
4
9.6
10.4
5
10.0
6
7
8
9
12.0
8.0
11
12.4
7.6
表3蚀刻条件
图30是电浆蚀刻式微镜片的外观，需注意的是该微镜片的有效直径比上述电浆蚀刻式微镜片大三倍。
圖30（a）小直徑電漿蝕刻式微鏡片
（b）DVR-Blue用大直徑電漿蝕刻式微鏡片
图31是读写测试用两群镜片的结构；
表4是两群镜片的规格。
第一群镜片使用
微镜片，镜片的曲率半径为0.4mm，折射率为1.46，第二群镜片的NA值为0.46，第一群与第二群镜片组合后的实效NA值为0.85，照射光源使用日亚化学的蓝紫色雷射，波长为405nm。
图32是1-7变频时的eyepattern，该eyepattern的bit长度为130nm，轨道间距（trackpitch）为300nm，光盘片直径为ψ120mm，单面容量22.5Gbyte。
根据测试结果证实资料转送率为35Mbit/s，线速度为5.72m/s。
圖31DVR-Blue用兩群鏡片的結構
圖32DVR-Blue用電漿蝕刻鏡片作再生
讀寫測試時的eyepattern
wavelength
405nm
thicknesscoverglass
0.1mm
NumericalAperture（NA值）
0.85
enterancepupildiameter
ψ1.5mm
workingdiameter
75mm
weight（total）
8mg
表4两群镜片的规格
4.3电浆蚀刻式非球面微镜片
传统光学系统为了防止影像晕散等问题，通常都是使用复数片球面镜片群，如果改用非球面镜片除了可以改善上述问题之外，还可以减少镜片数提高光学性能，并使光学系统更加轻巧小型化。
有鉴于此运用上述DVR-Blue的电浆蚀刻技术制作非球面镜片成为最有效的手段。
图33是电浆蚀刻式非球面镜片的制作流程，设计球面镜片时必需尽量降低镜片的有效外径，同时设法减低制程上的蚀刻量。
为了符合以上两项前提，必需提高非球面镜片光学材料的折射率，因此选用
溅镀膜作为高折射率光学材料。
电浆蚀刻时的选择比则是利用蚀刻气体的混合比的调整加以控制，最后再作17阶段的变化进行非球面镜片的制作。
光阻劑
形成光阻劑圖案
濺鍍膜層
基板研磨
圖33電漿蝕刻式非球面鏡片的製作流程
图34是非球面镜片的外形构造；
表5是该镜片的规格。
的折射率为2.46，NA值为0.6，有效外径为0.3mm。
图35是电浆蚀刻式非球面镜片与光罩所使用的光阻剂表面形状，由图可知非球面镜片具有很好的误差精度。
0.6
ψ0.3mm
135mm
表5电浆蚀刻式非球面镜片的规格
圖35電漿蝕刻式非球面鏡片與光阻劑表面形狀
圖34電漿蝕刻式非球面微鏡片的結構
5）.塑料微镜片量产技术
1984年日本konica首度开发CD用塑料材质双面非球面读取镜片，从此引爆全球各大企业竞相研究塑料镜片的量产技术。
图36是典型的玻璃材质球面镜片群与塑料材质双面非球面镜片的结构比较；
图37是塑料镜片的量产化作业流程。
非球面塑膠鏡片
球面鏡片群
圖36典型的玻璃材質球面鏡片群與塑膠材質
雙面非球面鏡片的結構比較
射出成形
鏡片規格
超精密成形
评鉴材料
鍍膜
選擇光學樹脂材料
防反射、防静电
提高硬度
性能檢驗
鏡片與模具設計
镜片外形设计
镜片性能评鉴
完成
模具加工
超精密SPDT
圖37塑膠材質非球面鏡片的製作流程
非球面形状量测
5.1光学用树脂材料的选择
有关光学用树脂材料的选择重点，基本上是穿透率高、耐热温度高、饱和吸水率低、折射率小、容易成形、机械强度高以及价格低廉等等。
早期的塑料镜片大多使用压克力树脂（PMMA:
PolyMethylMethacrylate），不过压克力树脂耐热性极差且吸水率偏高，因此镜片性能与使用环境受到诸多限制，不过由于市场需求极为殷切，因此最近几年各种改良型压克力系树脂的吸水性与耐热性都获得大幅改善，此外烯烃（olefines）系树脂具有优良的耐热性与低吸水性，非常适合塑料镜片使用。
5.2镜片与模具设计非球面镜片
镜片设计是根据镜片的要求规格进行镜片形状细节layout，设计镜片形状时必需事先设定模具结构；
镜片形状细节设计如果是一般的折射镜片，通常是根据光轴上的厚度，与各面的非球面系数加以模拟、计算；
特殊镜片时则需要有各轮带领域的非球面系数；
如果是绕射镜片时则需要有母非球面的非球面系数与绕射光栅的间距、深度等参数（parameter）。
除此之外还要控制、调整各参数的微妙互动变化，由于实际镜片成品与设计值会有偏差分布，因此必需注意设计参数的变动特性，如果发现变动超过预期目标时，可用光线追迹手方法作光学仿真分析求出最佳精度。
表6是有效外径4mm，NA值为0.45，波长780mmCD读取镜片，与NA值为0.45，波长650mmDVD±
RW读写镜片典型误差特性统计，由表中的数据可知DVD±
RW的镜片敏感度比CD大数倍甚至一位数，换言之模具的构造、材质、精度等要求必定更加严苛。
误差要因
误差量
轴上波面
收差变化
收差种类
CD再生用
DVD±
RW读写用
镜片倾斜
30分
0.031
0.061
Coma收差
光盘片倾斜
0.028
0.067
光盘片折射率误差
0.1
0.002
0.006
球面收差
光盘片厚度误差
0.021
0.140
镜片厚度误差
0.123
折射率误差
0.01
0.034
0.111
镜面偏心
0.05mm
0.023
0.290
镜面偏心误差
（第一面倾斜）
5分
0.037
0.116
比例收缩误差
5%
0.010
0.055
表6光驱读取镜片典型误差特性
5.3模具加工
非球面镜片模具是用单结晶钻石刀具与超精密CNC铣床作SPDT（SinglePointDiamondTurning）加工，加工设备中又以东芝机械奈米级自由曲面斜轴研削机的加工精度误差祇有数奈米最为出色。
为了要达到这种精度除了加工设备本身的机械精密度之外，刀具的设置误差与刀刃的表面、形状、曲率半径精度的管理、验证具有决定性的影响。
5.4射出成形
基于大量生产等考量塑料镜片通常都是采用射出成形法，成形时需注意的是树脂温度、模具温度、射出速度、保持压力等最佳成形条件，随着树脂种类、镜片形状、模具结构、规格性能而改变，因此长期的统计资料收集与经验的累积扮演着重要角色。
5.4镀膜
镜片镀膜主要是让镜片具备防止反射、静电、增加硬度等特性。
随着树脂的不同
镀膜种类也有很大的差别，塑料镜片镀膜时最重要的注意事项是作业温度必需低于树脂耐热极限温度。
5.5镜片检验
对光盘片读取镜片而言最重要的检验项目就是波面收差量测。
早期的检验方法是随机抽检一片干涉缟图案，再计算该镜片的波面收差rms值（rootmeansquarevalue）。
最近则是使参考光的位相变化并加入复数个影像，当波面形状稳定后才进行量测，最后再利用Zernike多项式分别求出关数fitting、球面收差、coma收差、非点收差成份。
量测波长依存性较少的折射镜片时，通常是使用波长为633nm之He-Ne雷射干涉仪量测；
波长依存性极大的绕射镜片量测，如果是DVD读取镜片，必需使用650nm的波长量测；
CD等则使用780nm。
市面上商品化干涉仪大多是实验室用，生产线用镜片则自动检测干涉仪一般是自行开发。
6.微镜片量测评鉴技术
6.1评鉴技术概要
微镜片量测评鉴可分为形状评鉴与光学性能评鉴两大类，有关形状评鉴资料大多是厂商提供，光学性能评鉴数据则来自消费者与厂商。
如上所述微镜片的结构与尺寸大小不同于传统光学镜片，也就是说以往的量测评鉴技术未必完全适用于微镜片。
因此接下来要深入探讨ISO的国际标准化作业动向。
ISO的微镜片量测评鉴国际标准化作业动机是日本在94年ISO/TC172/SC9/WG7会议中提议的，2001年8月首先发布Vocabulary规范（ISO14880-1:
Microlensarry-Part.1
Vocabulary），同时定义相关用语。
99年日本在该会议中提议设立量测技术小组，2000年3月经过国际投票同意，开始审议各种量测技术规范，例如「波面收差」等重要条文，随后更同意追加检讨、设置波面收差以外的「光学特性」与「机械特性」作业小组。
表7是ISO14880-1定义的相关用语部份摘要，图38是对照相关用语的说明图示（dimension）。
以往「镜片焦距」的定义与量测方法，实际上受限于镜片尺寸过小、收差过大等因素，往往无法求得明确的主点位置，造成传统的「镜片焦距」的定义与量测方法无法完全适用于微镜片，因此ISO14880-1针对微镜片特有的现象加以定义，2002年6月10日SC9会议中，将镜片顶点到焦距的距离变更为「实效前侧焦距」，亦即将practicalfrontfocallength的「practical」改为「effective」，藉此与「实效后侧焦距」practicalbackfocallength作明确的区隔。
由于国际技术整合有相当程度的困难性，如果再遇到结构复杂的镜片时，往往就无法作明确的定义与规范，因此有关微镜片的相关ISO规范今后将持续进行检讨审议。
圖38微鏡片的結構（ISO14880-1）
项次
符号
单位
英文专业名词
中文专业名词
geometricaperture
几何性开口
mm
lenswidth
镜片大小
H
surfacemodulationdepth
镜片高度
NA
none
numericalaperture
开口数
refractiveindex
折射率分布
refractiveindex（lenscenter）
中心折射率
Pitch
配列间距
practicalbackfocallength
实效焦距（后侧）
9
mm
practicalfrontfocallength
实效焦距（前侧）
radiusofcurvature
镜片曲率半径
coordinatesoffocalspotposition
集光位置
12
focalspotpositionshift
集光位置偏离
13
focalspotsize
集光光束大小
14
λ
wavefrontaberration
波面收差
15
μm
波长
16
effectiveAbbe-number
有效阿倍数
表7微镜片专业用语（ISO14880-1相关用语部份摘要）
6.2形状评鉴
镜片形状是确保镜片性能重要要素之一，不过微镜片非常微小加上精度与镜片边缘匹配部位要求相当严苛，往往造成量测不易等诸多问题，因此实际量测时必需根据用途另外开发特殊的量测技术与方法。
镜片的形状量测方法可分为接触式与非接触式两种；
接触式又可分为探针仪与三维量测仪两种；
非接触式则可分为干涉仪、共焦（com-focal）显微镜、雷射探针三维量测仪等三种。
探针形状量测仪与三维量测仪配合软件所构成的非接触式量测方法，早期的非球面镜片大多使用这种设备量测，由于量测时探针直接与镜片接触，因此很容易残留接触痕迹，此外量测作业相当费时，镜片直径极端微细时会因探针形状产生量测误差，所以不适合微镜片的量测。
上述三种非接触式量测仪各有优缺点，实际上是根据镜片形状、尺寸分开使用。
有关干涉仪一般镜片的波面收差通常是用fizo干涉仪；
表面形状量测则使用如图39之twimangreen干涉仪，这种干涉仪的参考面很接近被测镜片的表面形状而且又很容易设置。
此外包含雷射扫描式共焦显微镜也常被用于微镜片的量测，通过显微镜对物镜片之雷射光探针被反射镜（mirror）或是音响光学（AO:
AcousticOptical）device扫描，因此垂直方向（量测光学仪的光轴）的量测范围比干涉仪更广，不过却不易量测镜片边缘匹配部位的形状。
图40是共焦显微镜的光学系统结构。
图41、图42是雷射光探针非接触式三维量测仪的动作原理与外观，由图可知通过显微镜对物镜片之雷射光照射于待测物表面，再用自动对焦感应器（autofocussensor）检测反射光，同时将光学系统朝垂直方向（量测光学仪的光轴）移动，藉此检测表面位置，X-Y方向的扫描是将待测物设于stage上量测。
由于感应器可检测1%左右的雷射反射光，因此即使是很粗糙的表面，也可以接近
垂直量测镜片。
由于量测整体镜片时必需用测定spot光扫描，所以量测作业相当费时，这对于大量检测的生产单位而言似乎不太适用。
第二中間影像
4f成像鏡片
teser鏡片
f＝115mm
偏光元件
CCD
teser鏡片
f＝115mm
zoom對物鏡片
f＝12.5mm
f＝75mm
4f成像鏡片
消色doubletlens
f＝160mm
He-Ne雷射
旋轉玻璃
PZT
顯微鏡對物鏡片
100X/0.8
開口光圈
第一中間層
micro-spheres
圖39twimangreen干涉儀的光學結構
relaylens
觀視鏡片
由arclamp或是雷射光發射之入射光
對物鏡片
待測鏡
升级会员 