光學(xué)玻璃透鏡加工基礎(chǔ)知識(shí)

關(guān)于光學(xué)玻璃透鏡加工基礎(chǔ)知識(shí)認(rèn)識(shí)球面光學(xué)鏡片：光學(xué)鏡片分為凸透鏡（中心比邊緣厚）、凹透鏡（中心比邊緣薄）雙凸透鏡雙凹透鏡平凸透鏡平凹透鏡彎月凸透鏡第2頁,共30頁，2024年2月25日，星期天粗磨拋光芯取毛坯硝材切削鍍膜粘合涂墨光學(xué)鏡片冷加工流程圖：第3頁,共30頁，2024年2月25日，星期天光學(xué)鏡片冷加工流程：硝材準(zhǔn)備：在開始加工前，需要為光學(xué)零件預(yù)備加工所用的材料（毛坯或硝材）平板料型料第4頁,共30頁，2024年2月25日，星期天光學(xué)鏡片冷加工流程：切削：將毛坯料在切削機(jī)上進(jìn)行切削加工，目的是將2個(gè)曲面切出與目標(biāo)球面R值較為接近、中心厚度預(yù)留，表面不允許有坑洞等不良，為后道的粗磨、拋光做準(zhǔn)備；（此工序需注意玻璃硬度與切削砂輪粒度之配合關(guān)系）加工另一面加工一面毛坯料切削完成第5頁,共30頁，2024年2月25日，星期天切削示意圖：凸面切削凹面切削切削機(jī)金剛石砂輪第6頁,共30頁，2024年2月25日，星期天光學(xué)鏡片冷加工流程：粗磨：粗磨處于研磨的中間工序，相當(dāng)于機(jī)械加工中的半精加工，此工序的主要目的是消除前到切削時(shí)留下的表面坑洞，達(dá)到表面粗糙度要求和面型誤差、中心厚度控制等；此工序需要選擇金剛石顆粒的粒度與玻璃材料磨耗度的搭配關(guān)系主軸轉(zhuǎn)速與擺臂的運(yùn)動(dòng)幅度等；切削完成品磨第一個(gè)面磨第二個(gè)面粗磨完成品第7頁,共30頁，2024年2月25日，星期天鏡片磨皿磨皿粗磨加工示意圖：第8頁,共30頁，2024年2月25日，星期天光學(xué)鏡片冷加工流程：拋光：研磨拋光是獲得鏡片表面品質(zhì)的主要工序，目的是去除上工序粗磨殘留的瑕疵并達(dá)到表面形狀精度、中心厚度尺寸均符合規(guī)格要求；此工序需要注意研磨粉潔凈度、研磨液調(diào)配比例濃度、液體溫度、拋光皮選擇、轉(zhuǎn)速與擺臂幅度等；拋光第一個(gè)面拋光第二個(gè)面拋光完成品粗磨完成品第9頁,共30頁，2024年2月25日，星期天研磨皿研磨（拋光）加工示意圖：研磨拋光研磨皿拋光皮第10頁,共30頁，2024年2月25日，星期天金剛石砂輪右夾具透鏡左夾具機(jī)器主軸幾何軸光學(xué)鏡片冷加工流程：芯取：利用金剛石砂輪磨外圓，主要目的是，將組成球面鏡片的2個(gè)球面對(duì)應(yīng)的圓心連線（光軸）與機(jī)械夾具軸（幾何軸）重合，同時(shí)并確保鏡片外觀無刮傷，外徑尺寸、倒角、深度要求（凹透鏡時(shí)）均符合規(guī)格要求；此工序和切削一樣，需要考慮金剛石砂輪粒度與玻璃磨耗度之間搭配關(guān)系選擇；幾何軸與光軸重合第11頁,共30頁，2024年2月25日，星期天全自動(dòng)立式芯取全自動(dòng)臥式芯取芯取機(jī)形式：第12頁,共30頁，2024年2月25日，星期天鏡片洗凈工程：目的：1、在研磨拋光后去除玻璃鏡片表面研磨液等雜質(zhì)（1次洗凈）；

2、在芯取后去除玻璃鏡片表面殘留的切削冷卻液（2次洗凈）；此工序需要考慮純水品質(zhì)、洗劑濃度、超聲波強(qiáng)度、切水烘干條件、玻璃材料的耐水性、耐酸性、耐堿性、耐侯性等因素，確保洗凈后品質(zhì)；第13頁,共30頁，2024年2月25日，星期天鏡片鍍膜工程：真空鍍膜機(jī)鍍膜傘與鍍膜套環(huán)，環(huán)內(nèi)置放鏡片光學(xué)鍍膜（蒸鍍）：為了使鏡片具有所需要的光學(xué)性能，需要在鏡片的2個(gè)表面鍍上厚度不同的薄膜層，使其具有達(dá)到一定的光譜特性和影像效果；在真空腔體內(nèi)，將鍍膜藥材加熱使其向上蒸鍍到面對(duì)藥材的鏡片表面；鏡片薄膜主要分AR膜（增透膜）和IR膜（紅外截止膜），根據(jù)不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，鍍不同的膜；此工序的品質(zhì)要求膜層附著強(qiáng)度、中心波長、穿透率、反射率等；所用的藥材有氟化鎂、氧化鋯、OS50、TiO2、二氧化硅等等；第14頁,共30頁，2024年2月25日，星期天AR膜與IR膜：AR膜（增透膜）---首先，所有的鏡頭都會(huì)反光，在可見光中有“紅、綠、藍(lán)”三色，波長也不一樣，當(dāng)膜層厚度一定的時(shí)候，只能讓其中的某一種通過，通常是綠光先進(jìn)入，則此時(shí)我們會(huì)看到反光顏色是藍(lán)紫色，因?yàn)榫G光已經(jīng)全部通過了，我們?yōu)榱藴p少其他光線的反射流失，盡可能讓我們希望的光線都通過，這時(shí)我們需要鍍上一層增透薄膜在鏡片的表面；IR膜（紅外截止膜）---我們?nèi)说难坨R只能看到波長在380-700nm區(qū)間的可見光，為了使光學(xué)元器件（CCD、CMOS）的成像效果接近于人的眼鏡視覺效果，需要在可見光區(qū)間實(shí)現(xiàn)高透過率，但高透過的同時(shí)，由于CCD和CMOS對(duì)紅外光和紫外光相當(dāng)敏感（波長700-1100nm），他們會(huì)造成成像的干擾，使得影像失真，為了避開紅外干擾，必須對(duì)這區(qū)間波長的光進(jìn)行攔截，保留380-700nm區(qū)間的可見光完全透過，所以就是需要在鏡片上交替鍍上高低折射率不同的膜層，以實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果；第15頁,共30頁，2024年2月25日，星期天1002003807008009001000500600(nm)人眼可見光區(qū)域，需要高透過率紅、紫外光波長區(qū)域，需要截止掉，減少對(duì)CCD、CMOS的影像品質(zhì)干擾，接近人眼睛視覺；第16頁,共30頁，2024年2月25日，星期天點(diǎn)膠水粘合時(shí)調(diào)芯，確保偏心調(diào)芯后用UV光源熱固定鏡片粘合工程：粘合：為了減少反射光能損失，簡化復(fù)雜鏡片的加工，需要將2片或以上的鏡片用特殊膠水按照技術(shù)要求，將其粘合在一起，實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能；第17頁,共30頁，2024年2月25日，星期天鏡片涂墨工程：涂墨：將鏡片的外徑部位、凹透鏡的外徑連同垂直倒角處，用黑色涂料進(jìn)行均勻涂黑，以便達(dá)到消除或減少雜光在鏡頭中漫反射而影響成像的效果；第18頁,共30頁，2024年2月25日，星期天鏡頭組裝工程：組裝：將鏡片組入鏡筒內(nèi)，組成光學(xué)成像系統(tǒng)；此工程將檢查鏡頭的成像品質(zhì)、鏡頭外觀等等性能；手機(jī)攝像頭組裝過程相機(jī)鏡頭組裝后的外觀檢查第19頁,共30頁，2024年2月25日，星期天非球面熱壓成型透鏡第20頁,共30頁，2024年2月25日，星期天球面與非球面區(qū)別：球面曲率中心球面，對(duì)應(yīng)只有1個(gè)R非球面，依據(jù)設(shè)計(jì)可以有多個(gè)R第21頁,共30頁，2024年2月25日，星期天球面透鏡與非球面透鏡的差異：

球面鏡片在成像上往往會(huì)造成像差和變形；要獲得高品質(zhì)影像，則需要多片組成鏡片群；而非球面鏡片正好可以很好的解決像差和變形等問題，而且通常情況下1片非球面鏡片可以代替2-3片普通球面鏡片，鏡片數(shù)量可減少，并且體積縮小、保持成像品質(zhì)不變，這樣，既解決了成像問題又節(jié)省了空間，為更多的電子產(chǎn)品越做越薄成為可能；第22頁,共30頁，2024年2月25日，星期天粗磨拋光熱成型毛坯硝材切削鍍膜組裝小口徑非球面鏡片熱壓成型流程圖：清洗鎢鋼棒材機(jī)加工外形粗坯濺鍍硬膜模具組合超精密加工非球面第23頁,共30頁，2024年2月25日，星期天模具超精密加工：超精密加工：利用數(shù)控技術(shù)和專用樹脂砂輪刀具，按照設(shè)定的非球面系數(shù)對(duì)鎢鋼模具表面進(jìn)行輪磨，使鎢鋼表面形成達(dá)到或接近于透鏡非球面設(shè)計(jì)值的面型；通常加工出來的產(chǎn)品與設(shè)計(jì)值都有誤差，采用超精密數(shù)控輪磨加工，其模具面型精度與設(shè)計(jì)值之間的差異可以達(dá)到≤0.1um，模具非球面的表面粗糙度可以達(dá)到5nm；樹脂砂輪第24頁,共30頁，2024年2月25日，星期天表面輪廓儀檢測模具表面非球面差異第25頁,共30頁，2024年2月25日，星期天模具表面濺鍍硬膜保護(hù)層：濺鍍硬膜：在高真空（1.0×10-7Mpa）腔體中，以靶材（采用SiO2）作為陰極，腔體內(nèi)充入氬氣（Ar），在電場的作用下，在靶材附近形成電漿區(qū)，區(qū)域內(nèi)的正離子受到靶材負(fù)偏壓吸引，高速轟擊靶材，將靶材表面之原子濺射到模具表面沉積，形成保護(hù)膜；硬膜的作用：在高溫（630℃左右）狀態(tài)下24H連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)工作，鎢鋼本體表面容易發(fā)生氧化反應(yīng)，為了解決這個(gè)問題，不僅需要在成型過程中充入氮?dú)?N2)，而且模具非球面區(qū)域鍍一層耐高溫保護(hù)膜，以延長模具壽命；第26頁,共30頁，2024年2月25日，星期天模具組合圖：單穴結(jié)構(gòu)3穴結(jié)構(gòu)8穴結(jié)構(gòu)顯微鏡下檢查外觀第27頁,共30頁，2024年2月25日，星期天玻璃熱壓成型：熱壓成型：傳統(tǒng)的研磨方式不容易制作出非球面鏡片，因此需要利用模具將面型轉(zhuǎn)寫到玻璃上成型出來；首先，將玻璃球，也就是預(yù)形體制入模仁之中，此時(shí)玻璃球仍是固體，然后經(jīng)過升溫到Tg點(diǎn)以上，恒定一定的時(shí)間，讓玻璃充分受熱均勻后，此時(shí)玻璃容易被塑造變形，之后轉(zhuǎn)