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研究生:汪怡欣
研究生(外文):Yi-Shin Wang
論文名稱:PDMS軟式可調焦鏡片分析與製作
論文名稱(外文):Research on Analysis and Fabricationof Soft Zoom Lens of PDMS
指導教授:陳炤彰陳炤彰引用關係
指導教授(外文):Chao-Chang A. Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:151
中文關鍵詞:PDMS(聚二甲基矽氧烷)軟式鏡片彈性體可調焦鏡片應力分析
外文關鍵詞:PDMS (Polydimethylsiloxsne)soft lenselastmersoft zoom lensstress analysis
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本研究主要在發展軟式可調焦鏡片之設計製作及所使用之聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)軟式鏡片應力分析方法,預測軟式鏡片受力後的變化,包含壓力與變形量的關係以及壓力與軟式可調焦鏡片焦距變化之探討。為了建構符合實際情形的模擬分析,首先針對PDMS此彈性體材料進行機械與光學性質試驗,確定材料的楊氏係數、折射率與阿貝數後,進行軟式鏡片外型設計與鏡片調焦系統之機構設計;進而將材料參數和鏡片模型設計,使用有限元素分析軟體進行PDMS彈性體鏡片之應力分析,最後製作PDMS軟式鏡片搭配調焦系統,進行機械性質與光學性質檢測。由實驗結果發現,兩者之變形量誤差皆小於10 %內,由此可證明使用有限元素軟體模擬鏡片受力分析的可行性。軟式調焦系統壓力在0∼0.0125 MPa時,經由量測結果發現裝載平凸PDMS鏡片之鏡筒焦距變化量從63.46 mm變化至112.87 mm,同時實驗結果得知調焦鏡片的焦距變化量、變形量與鏡片的形狀、厚度有關;鏡片厚度越薄受力後之變形量越大,未來可將本研究發展之PDMS軟式鏡片應用於手機和相機鏡頭及仿生系統之視覺系統整合。
This research is to develop a stress analysis method for a novel zoom lens system with a soft polymer materials, PDMS(Polydimethyslsiloxane). This analysis method can predict deformation of elastmer and effective focal length (EFL) of soft PDMS lens after activating by pneumatic pressure. In order to construct the numerical stress analysis method, a detailed characterization of PDMS property is required. The research first focuses on the test of mechanical and optical properties of PDMS, including Young’s modulus, refractive index and Abbe number. Then the lens profile and soft zoom lens system can be designed. Deformation of PDMS lens can by analyzed by ANSYS with materials parameters and lens design model. Finally, the soft PDMS lens is fabricated and assembled into zoom system to measure the deformation and EFL. From experimental results, the error of deformation between simulation and experiments is below 15% and the EFL of soft zoom lens with PDMS plano-convex lens can change from 63.46 mm to 112.87mm as the pressure activated from 0 to 0.0125MPa. Future work can integrate the design of soft PDMS lens into the lens of mobile phones and cameras, as well as the imagine system of minis devices.
致謝.......................................................I
摘要.......................................................II
英文摘要...................................................III
目錄.......................................................IV
圖目錄.................................................... IX
表目錄.................................................... XV

第1章 導論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究目的 3
1-3 研究方法 3
1-4 章節說明 4
第2章 文獻回顧 7
2-1 可調焦軟鏡相關文獻 7
2-2 PDMS材料相關文獻 18
2-3 軟式鏡片之有限元素分析 20
2-3-1 有限元素法概念 20
2-3-2 ANSYS軟體簡介 21
2-3-3 鏡片受力之有限元素模擬 21
2-4 文獻回顧總結 22
第3章 PDMS材料性質試驗與鏡片外型設計 27
3-1 PDMS材料性質試驗 27
3-1-1 材料機械性質試驗(拉伸試驗) 30
3-1-2 材料機械性質試驗(壓縮試驗) 37
3-1-3 材料光學性質試驗 40
3-2 鏡片設計相關之光學理論 43
3-2-1 幾何光學之基本定律 43
3-2-2 Snell折射定理 44
3-3 成像判定方法 48
3-3-1 ZEMAX簡介 49
3-3-2 鏡片初始設計 50
3-4 可調焦軟鏡設計概念 54
3-5 PDMS材料應用於鏡片設計 55
第4章 軟式鏡片受力分析與驗證 57
4-1 有限元素分析流程 58
4-1-1 建立有限元素模型 60
4-1-2 材料性質設定 63
4-1-3 元素類型與網格化 63
4-1-4 邊界條件與施力條件 65
4-2 收斂測試 67
4-3 有限元素分析模型驗證 69
4-3-1 薄球殼受內壓力之變形推導 69
4-3-2 ANSYS之數值解 73
4-4 應用有限元素分析於軟式鏡片應力分析 77
第5章 PDMS軟式鏡片製作與量測 84
5-1 調焦軟鏡的製作與組裝 84
5-1-1 軟式鏡片製作 84
5-1-2 調焦鏡片機構製作與組裝 86
5-1-3 氣壓迴路設計與組裝 88
5-2 量測儀器 90
5-2-1 Taylor Hobson 輪廓儀 91
5-2-2 偏心量測儀 92
5-3 PDMS軟式鏡片測試 94
5-4 氣壓可調焦PDMS軟式鏡片系統檢測 95
5-4-1 變形量測量 95
5-4-2 有效焦長量測 97
第6章 實驗結果與討論 103
6-1 PDMS軟式鏡片成形性 103
6-2 軟式鏡片受力分析結果與討論 104
6-3 壓力與焦距變化 109
6-3-1 ANSYS擬合曲率半徑變化 109
6-3-2 有效焦長比較 111
6-4 軟式鏡片成像實驗 113
第7章 結論與建議 124
7-1 結論 124
7-2 建議 125
附錄A PDMS材料特性表 132
附錄B 真空幫浦規格表 133
附錄C 祥泰熱風循環式烘箱POV - 452規格 134
附錄D SHIMADZU AUTOGRAPH AG-IS機台系統規格表 135
附錄E SOPRA ES4G SPECTROMETER機台系統規格表 136
附錄F 應用最小平方擬合求解 137
附錄G ANSYS分析程式(PDMS平凸鏡片) 138
附錄H ANSYS分析程式(驗證) 140
附錄I NITTO DP0125 DC氣壓幫浦規格表 141
附錄J TAYLOR HOBSON輪廓儀規格 142
附錄K TRIOPTICS偏心量測儀規格 143
附錄L 應用最適圓法擬合球面曲線 144
[1]余宗儒、黃國政,光學元件精密製造與檢測,國研院儀器科技研究中心,pp.85-116,2007
[2]Xia, Y., G. M. Whitesides, "Soft lithography", Angewandte cheme ,Vol. 37, pp.550-575,1998
[3]Jeong, K. Hun, G. L. Liu, N. Chronis and P. L. Luke, "Turnable microdoublet lens array", Optics Express 2494, Vol. 12, No. 11, 2004
[4]Rajan, G. S., G. S. Sur, J. E. Mark, D. W. Schaefer, and G. Beaucage, "Preparation and application of some unusually transparent poly(dimethylsiloxane) nanocomposites", J. Polym. Sci., B, vol.41, pp. 1897–1901, Aug. 2003
[5]陳建銘,曲線近似法在非球面鏡片射出模仁之形狀誤差分析研究,國立臺灣科技大學機械工程研究所,2003
[6]林煒晟,軟式變焦鏡頭設計與製作,國立臺灣科技大學機械工程研究所,2006
[7]Wright, B. M. , VARIABLE FOCUS LIQUID LENSES., assignee. Patent 3598479. 10 Aug. 1971
[8]Berge, Bruno, Peseux, Jerome, WO99/18456,USPTO Patent Full-Text and Image Database,1999
[9]Berge, Bruno, Peseux, Jerome, WO00/58763,USPTO Patent Full-Text and Image Database,2000
[10]Feenstra, J. Bokke, WO03/069380, USPTO Patent Full-Text and Image Database, 2003
[11]Chronis, N., L. L. Gang, K. H. Jeong, and L. P. Lee, "Tunable liquid-filled microlens array integrated with microfluidic network", Optics Express 2370, Vol. 11, No.19, 2003
[12]Gunasekaran, R.A., M. Agarwal, A. Singh, P. Dubasi, P. Coane, K. Varahramyan, "Design and fabrication of fluid controlled dynamic optical lens system", Institute for Micromanufacturing, Optics and Lasers in Engineering, Vol. 43 ,pp.686–703, 2005
[13]Varioptic, http://www.varioptic.com/
[14]Chen, J., W. Wang, J. Fang and K. Varahramyan, " Variable-focusing microlens with microfluidic chip",JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, Vol. 14 ,pp.675–680, 2004
[15]Wang, W., J. Fang and K. Varahramyan, " Auto-tunable Microlens Chip for Sensing Applications", IEEE, pp.519–522, 2005
[16]童璽文,熱致動式固態可調焦微透鏡,國立清華大學動力機械工程研究所,2005
[17]陳炤彰、黃國政、林煒晟、黃大益,軟式變焦鏡頭,美國專利“US 11/217323”,2005
[18]Hongwen, R., Fox D., Andrew A. P., Wu B., and Wu S. T., " Tunable-focus liquid lens controlled using a servo motor", Optics Express 2494, Vol. 14, No. 18, 2006
[19]Lee, S. W. and S. L. Seung, "Focal tunable liquid lens integrated with an electromagnetic actuator", APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol. 90 , 2007
[20]Tang, L., M. S. Sheu, T. Chu, Y. H. Huang, "Anti-inflammatory properties of triblock siloxane copolymer-blended materials", Biomaterials, Vol. 20, pp.1365–1370,1999
[21]Duffy, D. C., O. J. A. Schueller, S. T. Brittain and G. M. Whitesides, Rapid prototyping of microfluidic switches in poly(dimethyl siloxane) and their actuation by electro-osmotic flow, J. Micromech. Microeng, pp.211–217, 1999
[22]林啟明,親水性與厭水性聚二甲基矽氧烷表面特性差異,國立臺灣大學物理研究所,2002
[23]林紋瑞,評估細胞力學之微陣列力量感測系統研發,國立成功大學醫學工程研究所,2003
[24]Leclerc, E., Y. Sakai, T. Fujii, "Perfusion culture of fetal human hepatocytes in microfluidic environments", Biochemical Engineering Journal, Vol. 20, pp.143–148, 2004
[25]Huang, R. C. and L. Anand, Non-linear mechanical behavior of the elastomer polydimethylsiloxane (PDMS) used in the manufacture of microfluidic devices, 2005
[26]David, A., C. Yen, K. E. Richard, and K. G. Bruce, "A monolithic PDMS waveguide system fabricated using soft-lithography techniques", Journal of Lightwave technology, Vol. 23, NO. 6, June 2005
[27]Fuard, D., T. Tzvetkova-Chevolleau, S. Decossas, P. Tracqui, P. Schiavone, "Optimization of poly-di-methyl-siloxane (PDMS) substrates for studying cellular adhesion and motility", Microelectronic Engineering, 2008
[28]劉晉奇,褚晴輝,有限元素分析與ANSYS的工程應用,滄海書局,2006
[29]康淵,陳信吉,ANSYS入門,全華科技圖書,2005
[30]Shaw, D., and T. E. Sun, " Optical properties of variable-focus liquid-filled optical lenses with different membrane shapes ", Optical Engineering, Vol. 46, NO. 2, 2007
[31]吳宗信、卲雲龍、黃柏誠、鄭宗杰,微混合器之製作與研究,奈米通訊,第十二卷第一期,pp.21-27, 2005
[32]Dow Corning, Production information - SYLGARD® 184 Silicone Elastomer, 1998
[33]優貝克科技股份有限公司網頁-真空幫浦,http://www.ulvac.com.tw/product/product081-5.asp, 2008
[34]祥泰精機,熱風循環式烘箱使用操作說明書及維修保養手冊,2005
[35]Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers—Tension, ASTM International 2002
[36]SHIMAD代理商-三朋儀器股份有限公司網頁,http://www.sanpany.com.tw/newpage9.htm, 2008
[37]耿繼業、何建娃,幾何光學,第23~290頁,全華科技圖書,1991
[38]Nelson, J., Spectroscopic Ellipsometer SOPRA ES4G, http://resolution.umn.edu/InstDesc/Ellipsdesc.html, 1997
[39]余健治、陳家駒,普通物理精簡本,第488~547頁,台灣東華,2006
[40]ZEMAX代理商-訊技科技股份有限公司網頁,http://www.wavelab-sci.com/TW/product-zemax/introduction.htm, 2006
[41]Kenneth, M. Ralls, Thomas H. Courtnev, John Wulff, Material science and Engineering, 六合出版社, 1977
[42]ANSYS, Inc., ANSYS 10.0 HTML Online Documentation. ANSYS Verification Manual, 2008
[43]Reismann, Herbert and PETER S. P, Elasticity Theory and Applications, 新智出版社有限公司, 1980
[44]NITTO CO., Diaphragm-DP0125, http://www.nitto-kohki.co.jp, 2006
[45]Taylor Hobson Ltd, Form Talysurf PGI 1240, http://www.taylor-hobson.com, 2008

[46]TRIOPTICS GmbH CO., OptiCentric–Tools for Production and Lab, http://www.trioptics.com/opticentric/description.php, 2006
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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