超精密加工實現微型化光學系統之設計及應用

Design and Applications of Miniaturized Optical System using Ultra-precision Manufacturing

徐若涵

指導教授 ： 陳榮順

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/博士(2013年)

摘要

現今的電子產業，以半導體矽為基材所發展出的各種元件、電路，技術都已相當成熟，而各光學元件伴隨產品也不斷地微型化與精緻化，以便整合於單晶片。本論文致力於微型化光學系統之設計，以光訊號感測為出發點，利用光訊號轉換為所需之電訊號及影像資訊。本論文包含三部分，分別為單點訊號感測之微型讀寫頭系統、多點訊號感測之多道分光光柵，和面訊號感測之光學式指紋辨識系統。
為使光學系統達到更輕、體積更小之目的，因此繞射光學元件廣泛應用於各種光學系統中。本研究以繞射理論為基礎，設計閃耀式光柵，用於一結合平面式、整合式優點之微型讀寫頭系統。此外，並利用傅立葉展開搭配梯度演算法計算繞射能量，設計一高能量多道光分光光柵，可用於讀寫頭系統及雷射加工，以期達成有效的增加工作效率及產能且節省成本之目的。在光學式指紋辨識系統中，同樣以微型化為目標，設計一超廣角(FOV=170°)，系統總長僅3 mm之成像透鏡。
本研究所設計微型化光學系統以製程簡單、快速為目標。所設計之繞射光柵及非球面透鏡皆以超精密加工方法製作。製作出微米等級，表面粗糙度達到奈米等級之微小光學元件。使用超精密加工的方式製作，能減少整個微型化光學系統的體積及製作複雜度，並能夠降低成本，具有量產之潛力。

關鍵字

微讀寫頭系統 ； 繞射元件 ； 閃耀式光柵 ； 超精密加工 ； 光學式指紋辨識

參考文獻

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