鏡組公差分析

5.2.1 公差範圍決定

鏡組設計完成之後，基於實際製造與組裝的考量，必頇給予其一有效公差容忍範 圍，也就是說在此公差容忍範圍之內，成像品質皆能夠達到規範標準。公差範圍的給定 基本上來自於製造機台的製造公差，以及生產線上的組裝公差。公差範圍若訂定太嚴或 太鬆，則無法有效確認成像品質。一般而言，製造公差為 ；而組裝公差在

之間。

在光學軟體 CODE V 使用公差分析，必頇先鍵入每一項公差的合理範圍〈如表 5.1〉，而評斷方式以 MTF 的降低量作根據，因為 MTF 為所有像差的綜合表現，於是 由 MTF 的降低量來得知整體成像品質的情況大致合理客觀。

以本論文而言，考量適當的公差分析後，生產良率（cumulative probability）為 97.7%

（2σ，兩個標準差）時必頇達 0.2（20%）以上，以確定量產上鏡頭能保持高光學成像 品質。另外由於本實驗針對光學系統的景深作分析，給予三個組態分別為前組態（front

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zoom，物距 32mm 處）、中組態（middle zoom，物距 35mm 處）以及後組態（rear zoom，

物距 38mm 處）。此實驗並非變焦系統，於是無位移補償來維持 MTF，故離焦面的成 像品質勢必會下降，所以在公差分析的討論上，主要針對中組態，也就是焦帄面位置的 成像品質進行討論分析。

表 5.1 公差類型分類與規格

公差 (Tolerance) 項目 規格

中心公差 Centered tolerance

Test plate Fit 2.0 fringes (λ) Radius delta 0.02 mm Thickness delta 0.02 mm

Refractive index delta 0.002 Abbe's number: 0.8%

Irregularity 1.0 fringes (λ) 偏心公差

Decentered tolerance

Element tilt 1 arc min Element wedge 1 arc min Element decenter 0.01 mm

5.2.2 公差模擬結果

以像帄面位置為補償面（compensator），對光學系統的成像品質做機械式補償，在 各組態的公差分析結果如圖 5.1 至圖 5.3 與表 5.2 至表 5.4。

鏡頭在物距為 32mm 時的公差分析結果

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圖 5.1 鏡頭在物距為 32mm，空間頻率取至 25lp/mm 時的公差分析結果。左圖為正切

（tangential）各場點分布情形；右圖為橫向（radial）各場點分布情形

表 5.2 鏡頭在物距為 32mm，空間頻率取至 25lp/mm 時，良率在 97.7%（2σ）之公差分 析結果

鏡頭在物距為 35mm 時的公差分析結果

圖 5.2 鏡頭在物距為 35mm，空間頻率取至 25lp/mm 時的公差分析結果。左圖為正切

（tangential）各場點分布情形；右圖為橫向（radial）各場點分布情形

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表 5.3 鏡頭在物距為 35mm，空間頻率取至 25lp/mm 時，良率在 97.7%（2σ）之公差分 析結果

鏡頭在物距為 38mm 時的公差分析結果

圖 5.3 鏡頭在物距為 38mm，空間頻率取至 25lp/mm 時的公差分析結果。左圖為正切

（tangential）各場點分布情形；右圖為橫向（radial）各場點分布情形

表 5.4 鏡頭在物距為 38mm，空間頻率取至 25lp/mm 時，良率在 97.7%（2σ）之公差分 析結果

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5.2.3 公差結果分析與說明

公差分析圖縱軸為生產良率，橫軸為 MTF 值，不同顏色分別代表不同視場角的公 差結果，分成橫向（radial）與縱向（tangential）。

由結果可看出在前組態（front zoom，物距在 32mm 處）與後組態（rear zoom，物 距在 38mm 處）時，因為已偏離焦帄面，於是 MTF 值都降至幾乎為零，其中縱向切面 的公差結果比橫向切面稍微較好一些。在中間組態，也就是物距在 35mm 處時，MTF 值在 25lp/mm 時皆在 20%以上，表示在公差範圍之內皆有良好的成像表現。另外在前後 組態雖然 MTF 值皆掉至幾乎為零，然而若是考慮感光元件的截止頻率 16.67lp/mm，則 可望到達 20%，如圖 5.4～圖 5.6 與表 5.5～表 5.7 所示，僅僅在物距為 38mm 處之軸向 公差容忍度不足 20%，其餘皆有良好的品質表現；綜合上述討論，此光學成像系統尚可 滿足此公差範圍。

圖 5.4 鏡頭在物距為 32mm，空間頻率取至 16.67lp/mm 時的公差分析結果。左圖為正切

（tangential）各場點分布情形；右圖為橫向（radial）各場點分布情形

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表 5.5 鏡頭在物距為 32mm，空間頻率取至 16.67lp/mm 時，良率在 97.7%（2σ）之公差 分析結果

圖 5.5 鏡頭在物距為 35mm，空間頻率取至 16.67lp/mm 時的公差分析結果。左圖為正切

（tangential）各場點分布情形；右圖為橫向（radial）各場點分布情形

表 5.6 鏡頭在物距為 35mm，空間頻率取至 16.67lp/mm 時，良率在 97.7%（2σ）之公差 分析結果

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圖 5.6 鏡頭在物距為 38mm，空間頻率取至 16.67lp/mm 時的公差分析結果。左圖為正切

（tangential）各場點分布情形；右圖為橫向（radial）各場點分布情形

表 5.7 鏡頭在物距為 38mm，空間頻率取至 16.67lp/mm 時，良率在 97.7%（2σ）之公差 分析結果

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