(2010-03-09) 「眼镜镜片防雾测试机台设计制
作者：劉茂誠(2010-03-09)；推薦：徐業良(2010-03-09)。
「眼鏡鏡片防霧測試機台設計製作」計畫書
本計畫主要依據prEN168:2001「Test of resistance to fogging of oculars」之測試規範，進行眼鏡鏡片防霧測試機台之設計與製作，此測試機台僅供廠商自行檢測產品之用，並不具有上市商品檢測之效力。
1.眼鏡鏡片防霧測試
圖1為prEN168:2001測試機台示意圖，如圖所示，測試樣本(8)經過前處理後擺放在水浴槽(1)上方的安置環(2)上，安置環有軟橡皮墊圈(3)以防水氣外洩。測試過程的環境溫度需保持在溫度23±5℃，水浴槽的溫度維持在溫度50±5℃，水浴槽上方空氣使用循環風扇(9)使其成為飽合的水蒸氣，循環期間開放的測試口需被覆蓋上。
雷射光源(4)經過透鏡、分光鏡(5)、測試樣本，經反射鏡(1)反射後，再經過測試樣本、分光鏡，投射至附光圈(6)之光接受器(7)，以測試樣本起霧前後光通量的變化，以下式計算未被霧氣散射之光傳導率
r
τ。
u
b
rΦ
Φ
=
2
τ(1)
其中測試過程中光束通過測試樣本兩次，故所得光傳導率為，為測試樣本在起霧後的光通量數值，為測試物體在起霧前的光通量數值。prEN168:2001主要即在測量減小到初始散射值80%時所經過的時間。
2
r
τ
b
Φ
u
Φ
圖1. prEN168:2001 測試機台示意圖
2.眼鏡鏡片防霧測試機台主要光學元件規格
本節中對本機台可採用之市售相關光學元件規格與價格作一整理。
(1)蜂巢式麵包板
為置放雷射光源與鏡片組，須有一個可固定光源與鏡片組的光學式麵包版，目的為使調整光學元件光路時，具備固定且可靠的機板。蜂巢式麵包板廠商報價4萬元，亦可考慮使用可控磁性光學座與鐵板取代。
(2)光接受器
本測試機台之光接受器需能測量眼鏡鏡片起霧前後所接收之光通量變化，光通量可使用光度計(photometer)量測，然而市售光度計價格過高，本機台擬以照度計(lux meter)量測。照度定義為被照體單位面積所受之光通量，以照度計量測所得之照度乘上受光面積，即可求得光通量。如圖1所示，prEN168:2001規範中光接受器前需加裝直徑10mm的光圈，應是在限制光接受器受光面積保持一定，且光接受器應封閉於一黑暗空間內，以免受環境光源影響。依此評估，採用照度計作光通量量測應屬可行。
(3)雷射光源
prEN168:2001規範中規定光源需為雷射光源，波長(600±70nm)。市售氦氖雷射光源在波長規格上有四種固定值，其數值各別為543nm、632nm、594nm以及612nm，顏色上分別為紅光、橘光、黃光、綠光四種，售價在2~4萬元。圖1中L1、L2兩透鏡的目的在放大雷射光束，可以「光束放大器(Laser Expander)」外加於光束輸出口外取代，可將輸出光源由一般約0.7mm光束寬放大20倍，放大器價格約為新台幣3,200元。除此之外雷射光源還有功率瓦數及方向性(Polarized, Non-Polarized)的區分，在prEN168:2001規範文件內並未就此詳加規定，預計此部份不會造成影響量測上的問題。氦氖雷射設備總經費含光束放大器約需新台幣27,500元。
(4)分光鏡
預計選購分光鏡規格為穿透－反射值(50%-50%)，材質為青板玻璃或耐熱玻璃兩者擇一選購使用，尺寸大小則依市售規格選擇使用。
(5)水浴槽與反射鏡設計
水浴槽設置目的為產生飽和水蒸汽，水浴槽上方設有一安置環上，安置環有軟橡皮墊圈以防水氣外洩。測試過程的環境溫度需保持在溫度23±5℃，水浴槽的溫度維持在溫度50±5℃，水浴槽上方空氣使用循環風扇使其成為飽和的水蒸氣。水浴槽的目的為使得測試鏡片產生人體流汗時，水蒸氣對鏡片反射度的影響，而反射鏡設計於
水浴槽內，所以勢必受到水蒸汽的影響，使得反射效果不佳。本設計預計使用電熱線，對反射鏡加熱，使其於水蒸氣中的環境，仍保有反射效果。
3.預訂工作進度及經費需求
本計畫預計以八週時間完成元件採購、機台設計、機台製作與組裝、實際測試等工作，各項工作進度如表1。本計畫經費需求詳如表2，表3為機台元件與雜項費用細目說明。本計畫預期將提供「眼鏡鏡片防霧測試機台」一具，測試機台設計原理及使用說明若干份，並提供安裝、測試、維護等相關技術支援。
表1. 眼鏡鏡片防霧測試機台設計製作進度表
表2. 經費預算表
項目說明金額(元) 人事費碩士生兼任研究助理24,000材料與雜項費用電子機械零件、加工等125,920業務費郵電、差旅、運送、資料檢索等20,000管理費前項經費之15% 25,488總計 195,408
表3. 主要元件與雜項費用細目說明
零件/裝置 型號/規格
數量 單位 價格（元） Optical Breadboard
Dimensions:630x530mm,Thickness:50mm 1
Pcs
40,000
He-Ne Laser 1mW
Random Polarization Wavelength (nm): 632.8
Power Output After Warm-up Period (mW): ≧ 1 Beam Dia. (1/e2) (mm): 0.49±0.05
W/ Power supply
1 Pcs 24,300
精密雷射固定架 T1,T2: ±5(deg.) Max.Dia.<ψ60.0mm,
length>100mm
W/ 100 Pitch Stainless Steel Screw M6X0.25mm
1 Pcs 3,800Plano Convex Lens BK7 - 400-700nm BMAR 1 Pcs 2,770N-BK7 Plano-Convex
Lens
O1", f = 400.0 mm, ARC: 350-700 1 Pcs
1,120N-BK7 Plano-Convex
Lens
O1 in. , f = 100.0 mm, ARC: 350-650 nm 1 Pcs
1,200
Broadband Beamsplitter Size: 25mm diameter, t: 3mm
Reflection/transimission 400-700nm: 50/50 Parallelism ≦ 3 arcmin 1 Pcs
4,210
超精密三軸反射/分光鏡架
ψ: 25.0mm T>70(deg.) W/ 100 Pitch Stainless Steel Screw M6X0.25mm
1 Pcs 1,900超精密三軸反射/分光鏡架
ψ: 25.0mm T<30(deg.) W/ 100 Pitch Stainless Steel Screw M6X0.25mm
1 Pcs 1,900Metallic Mirror
Aluminum Mirrors Diameter : 25mm Thickness : 4.0mm 1
Pcs
600支持桿及桿架 ψ: 12mm A: 75mm M4-M6 7 Pcs 2,800不銹鋼底板壓條 (不具磁性) Size:ψ32 X 66 mm 1 Pcs 320鏡片固定環
Holding Size:ψ: 25mm
2
Pcs
500
Laser Beam Expanders with Diopter Movement Expansion Ratio: x 21.0
Type: 400nm - 700nm
Entrance Clear Apearture （MAX φ）[mm]: 1.7 Material: Aluminum
Multilayer Anti-reflection Coating
1 Pcs
3,200
照度計 具RS-232連接線
1 Pcs
8,000小計
125,920