隨著科技的蓬勃發展，光電產品不斷的推陳出新，從感光底片到數位相機時代，人們對於影像品質的追求越來越高，尤其朝向微小化尺寸的發展。小尺寸的光學透鏡用途廣泛，在醫療上能作為膠囊式內視鏡減少病患對於侵入性治療的不適感；在軍事上能進行不易使敵人察覺的超小型偵查機使用；而在生活上能發展出高畫質的視訊鏡頭或手機鏡頭。因此在光學元件的發展上，對於微小尺寸且複雜結構之光學透鏡有很大的前景。相較於塑膠透鏡，玻璃透鏡有更優越的化學性質，例如耐侵蝕、不易受潮、黃化等優點；在物理性質上，玻璃比塑膠更加耐刮、抗磨損、光學透性佳。所以高品質的微小透鏡是個很有前景的發展方向。
    本研究致力於開發一套完整之次毫米玻璃微透鏡之研製成果。在本研究中進行了光固化樹脂鑽石砂輪之開發，以不同粒徑(2~4μm與30~40μm)的小尺寸砂輪(φ0.5mm)進行粗加工與精加工，應用於次毫米微玻璃透鏡之碳化鎢模具加工上，並成功生產出形狀精度達到0.12μm且表面粗糙度(Ra) 可達到2nm之模具。由於小尺寸砂輪(φ0.5mm)在模具加工上會因為砂輪的磨耗使得加工精度不佳，因此要透過多次的補償與加工方能達到對形狀精度的品質要求。將加工完成之碳化鎢模具對微小玻璃球(φ0.5mm)進行模造熱壓，其成果相當貼近模擬結果，探究其原因是由於玻璃球僅0.5mm，因此腔室內上下均熱板溫度能迅速且平均的傳遞至玻璃球上，使得模造溫度達理想狀態。成形透鏡之形狀精度能達到0.4μm以下且表面粗糙度達到10nm(Ra)以下。從各項研究結果證實，本研究所進行的樹脂砂輪開發與碳化鎢模具之製造能成功研製出次毫米玻璃微透鏡。

As the market driven demand in optical and electro-optical industries heading towards smaller, lighter, and higher quality, more and more optical components with micrometer to sub-millimeter feature size are required to be machined to very good surface finish and high profile accuracy. Typical examples include: endoscope/capsule endoscope, surveillance camera, mini optical monitoring systems, smart phones and wearable devices. In comparison to plastic lenses, glass lenses have higher and more stable refraction index, higher transmissivity, better chemical/mechanical resistance and better environmental durability. This means that whenever high resolution and high quality images are required, glass lenses will be the better choice. This research aims to develop a feasible and effective process to fabricate sub-millimeter glass lenses. To carry out the precision micro-grinding of tungsten carbide (WC) mold for glass molding, resin bond diamond grinding wheels of various grit sizes are produced by mixing, coating and UV-curing. Those wheels are trued to 0.5 mm or less in diameter and used in precision slant grinding process. WC molds are successfully generated to a surface finish and profile accuracy better than 2 nm (Ra) and 0.12 μm (P-V) respectively. Glass lenses are molded by these WC molds to a surface finish and profile accuracy better than 10 nm (Ra) and 0.4 μm (P-V) respectively in this study. This shows that the fabrication processes developed in this study are feasible and can be used to produce sub-millimeter glass aspheric lenses effectively.

目錄
誌謝	I
中文摘要	III
英文摘要	V
目錄	VII
圖目錄	X
表目錄	XIV
符號表	XVI
第一章 序論	1
1-1 前言	1
1-2 研究背景	3
1-3 研究目的	4
第二章 文獻回顧與理論基礎	6
2-1 砂輪組成	6
2-2 磨削加工機制	8
2-3 硬脆材料移除機制	10
2-4 玻璃模造製程	15
2-5 光學玻璃材料	17
第三章 實驗方法與設備	25
3-1 實驗設計	25
3-2 實驗設備	25
3-2-1 紫外光固化設備	25
3-2-2 研磨設備	28
3-2-3 玻璃模造設備	29
3-2-4 量測儀器	31
3-3 實驗流程	38
3-4 實驗步驟	39
3-4-1 微小光固化樹脂鑽石砂輪之製作	39
3-4-2 模具加工	42
3-4-3 模造成形	46
第四章 結果與討論	48
4-1 微小鑽石樹脂砂輪之製作	48
4-2 微小砂輪之磨削結果	51
4-2-1 鑽石集中度對表面粗糙度之影響	51
4-2-2 鑽石集中度對形狀精度之影響	56
4-2-3 磨削比之探討	64
4-3 熱壓模流分析	70
4-4 次毫米微透鏡之成形	73
第五章 結論與未來展望	77
第六章 參考文獻	79
 
圖目錄
圖1-1 球面透鏡與非球面透鏡之成像差異	2
圖1-2 平行光穿過透鏡後之理論焦點與球面像差	2
圖1-3 預測曲線與補償曲線	4
圖1-4 膠囊式內視鏡構造	5
圖2-1 砂輪組成示意圖	7
圖2-2 碳化鎢微槽加工	8
圖2-3 磨削機制示意圖	9
圖2-4 砂輪磨耗形式(A)磨粒磨耗(B)磨粒破碎(C)結合劑破碎	13
圖2-5 鑽石磨粒之磨耗模式	14
圖2-6 玻璃與模具間之摩擦力變化	21
圖2-7 玻璃材料L-BAL42溫度-體積變化曲線圖	23
圖3-1 點光源機	27
圖3-2 防塵暗箱	28
圖3-3 NACHi ASP-MKE精密加工機	28
圖3-4 盟立GP-0165 玻璃模造機	29
圖3-5 光學金相顯微鏡	31
圖3-6 掃描式電子顯微鏡	32
圖3-7 光學投影機	33
圖3-8 OLYPUS 4100 共軛焦顯微鏡	34
圖3-9 超高精度三維輪廓量測儀	36
圖3-10 實驗流程圖	38
圖3-11 微小鑽針砂輪炳圖	41
圖3-12 砂輪製作流程示意圖	41
圖3-13 修整砂輪端面示意圖	43
圖3-14 修整砂輪外周示意圖	43
圖3-15 透鏡與模具面形	44
圖3-16 磨削加工示意圖	44
圖3-17 碳化鎢模具與套筒圖	47
圖4-1 垂直成形砂輪	49
圖4-2 水平成形砂輪	49
圖4-3 修整完之砂輪	49
圖4-4 各砂輪表粗趨勢圖	52
圖4-5 不同集中度砂輪表面切刃露出情形(A)45% (B)75%	53
圖4-6 模具表面加工痕跡(A)M5020 (B)M6210	53
圖4-7 大粒徑砂輪之模具表面加工情況(Ra)	54
圖4-8 小粒徑砂輪之模具表面加工情況(Ra)	55
圖4-9 共軛焦雷射顯微鏡量測非球面模具	57
圖4-10 補償前非球面模具之形狀精度	57
圖4-11 砂輪切削邊之磨耗	58
圖4-12 補償後模具量測圖	58
圖4-13 M5020 30-40μm形狀精度趨勢圖	59
圖4-14 M6210 30-40μm形狀精度趨勢圖	60
圖4-15 未磨耗砂輪圖	60
圖4-16 大粒徑砂輪上之大脫孔	60
圖4-17 大粒徑砂輪加工之形狀精度量測結果	61
圖4-18 M5020 2-4μm形狀精度趨勢圖	62
圖4-19 M6210 2-4μm形狀精度趨勢圖	62
圖4-20 小粒徑砂輪上之小脫孔	63
圖4-21 小粒徑砂輪加工之形狀精度量測結果	63
圖4-22 砂輪磨耗示意圖	64
圖4-23 大粒徑砂輪-磨削比	68
圖4-24 小粒徑砂輪-磨削比	69
圖4-25 上、下模具3D形貌圖	71
圖4-26 次毫米微小透鏡模擬圖	71
圖4-27 模擬透鏡尺寸圖	72
圖4-28 次毫米微小透鏡透鏡圖	73
圖4-29 FTS非球面量測圖	73
圖4-30 微小透鏡模擬透鏡非球面徑VS實際透鏡非球面徑	75
圖4-31 微小透鏡模擬透鏡Sag尺寸VS實際透鏡sag尺寸	75
圖4-32 微小透鏡模具形狀精度VS實際透鏡形狀精度	76

表目錄
表2-1 傳統研磨拋光及玻璃模造技術之比較	16
表2-2 光學玻璃與光學塑膠之特性比較表	18
表3-1 光固化樹脂之特性	26
表3-2 鑽石粉規格表	26
表3-3 點光源機基本資料	27
表3-4 NACHi ASP-MKE精密加工機規格表	28
表3-5 盟立GP-0165 玻璃模造機規格表	30
表3-6 OLYPUS 4100規格表	35
表3-7 Form Talysurf PGI 840規格表	37
表3-8 結合劑特性表	39
表3-9 鑽石規格表	40
表3-10 加工參數	42
表3-11 FB01材料表	43
表3-12 非球面參數	45
表3-13 SUMITA k-vc89基本性質	46
表3-14 SUMITA K-VC89模造成形參數	47
表4-1 砂輪尺寸	50
表4-2 模具表粗量測值	52
表4-3 大粒徑砂輪磨削比	66
表4-4 小粒徑砂輪磨削比	67
表4-5 次毫米微小透鏡熱壓模擬設定參數	70
表4-6 次毫米微小透鏡模擬尺寸	72
表4-7 微小透鏡模擬透鏡尺寸與實際透鏡尺寸量測值	74

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