光學玻璃透鏡加工基礎知識

1、球面冷加工透鏡認識球面光學鏡片：光學鏡片分為凸透鏡（中心比邊緣厚）、凹透鏡（中心比邊緣薄）雙凸透鏡雙凸透鏡雙凹透鏡雙凹透鏡平凸透鏡平凸透鏡平凹透鏡平凹透鏡彎月凸透鏡彎月凸透鏡粗磨粗磨拋光拋光芯取芯取毛坯硝材毛坯硝材切削切削鍍膜鍍膜粘合粘合涂墨涂墨光學鏡片冷加工冷加工流程圖：光學鏡片冷加工冷加工流程：硝材準備：在開始加工前，需要為光學零件預備加工所用的材料（毛坯或硝材）平板料平板料型料型料光學鏡片冷加工冷加工流程：切削：將毛坯料在切削機上進行切削加工，目的是將2個曲面切出與目標球面R值較為接近、中心厚度預留，表面不允許有坑洞等不良，為后道的粗磨、拋光做準備；（此工序需注意玻璃硬度與切削砂輪粒度之

2、配合關系）加工另一面加工另一面加工一面加工一面毛坯料毛坯料切削完成切削完成切削示意圖：凸面切削凹面切削切削機金剛石砂輪光學鏡片冷加工冷加工流程：粗磨：粗磨處于研磨的中間工序，相當于機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留下的表面坑洞，達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系主軸轉速與擺臂的運動幅度等；切削完成品切削完成品磨第一個面磨第一個面磨第二個面磨第二個面粗磨完成品粗磨完成品鏡片磨皿磨皿磨皿粗磨加工示意圖：光學鏡片冷加工冷加工流程：拋光：研磨拋光是獲得鏡片表面品質的主要工序，目的是去除上工序粗磨殘留的瑕疵并達到表

3、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、研磨液調配比例濃度、液體溫度、拋光皮選擇、轉速與擺臂幅度等；拋光第一個面拋光第一個面拋光第二個面拋光第二個面拋光完成品拋光完成品粗磨完成品粗磨完成品研磨皿研磨皿研磨（拋光）加工示意圖：研磨拋光研磨拋光研磨皿研磨皿拋光皮拋光皮金剛石砂輪右夾具透鏡左夾具機器主軸幾何軸光學鏡片冷加工冷加工流程：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個球面對應的圓心連線（光軸）與機械夾具軸（幾何軸）重合，同時并確保鏡片外觀無刮傷，外徑尺寸、倒角、深度要求（凹透鏡時）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

4、度之間搭配關系選擇；幾何軸與光軸重合幾何軸與光軸重合全自動立式芯取全自動臥式芯取芯取機形式：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（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、洗劑濃度、超聲波強度、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；鏡片鍍膜工程：真空鍍膜機鍍膜傘與鍍膜套環(huán)，環(huán)內置放鏡片光學鍍膜（蒸鍍）：為了使鏡片具有所需要的光學性能，需要在鏡片的2個表面鍍上厚度不同的薄膜層，使其具有達到一定的光譜特性和影像效果；在真空腔體內，將鍍膜藥材加熱使其向上蒸鍍到面對藥材的鏡片表面；

5、鏡片薄膜主要分AR膜（增透膜）和IR膜（紅外截止膜），根據(jù)不同的產品設計要求，鍍不同的膜；此工序的品質要求膜層附著強度、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；AR膜與IR膜：AR膜（增透膜）-首先，所有的鏡頭都會反光，在可見光中有“紅、綠、藍”三色，波長也不一樣，當膜層厚度一定的時候，只能讓其中的某一種通過，通常是綠光先進入，則此時我們會看到反光顏色是藍紫色，因為綠光已經(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）-我們人的眼鏡只能看到波長在380-7

6、00nm區(qū)間的可見光，為了使光學元器件（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)間實現(xiàn)高透過率，但高透過的同時，由于CCD和CMOS對紅外光和紫外光相當敏感（波長700-1100nm），他們會造成成像的干擾，使得影像失真，為了避開紅外干擾，必須對這區(qū)間波長的光進行攔截，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，以實現(xiàn)這個效果；100200380700800900 1000500600 (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CCD、CMOS的影像品質干擾，接近人眼睛視覺；點膠水粘合時

7、調芯，確保偏心調芯后用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要求，將其粘合在一起，實現(xiàn)光學性能；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，用黑色涂料進行均勻涂黑，以便達到消除或減少雜光在鏡頭中漫反射而影響成像的效果；鏡頭組裝工程：組裝：將鏡片組入鏡筒內，組成光學成像系統(tǒng)；此工程將檢查鏡頭的成像品質、鏡頭外觀等等性能；手機攝像頭組裝過程相機鏡頭組裝后的外觀檢查非球面熱壓成型透鏡球面與非球面區(qū)別：球球 面面曲率中心曲率中心球面，對應只有球面，對應只有1個個R非球面，依據(jù)設計可以有多個非球面，依據(jù)設

8、計可以有多個R球面透鏡與非球面透鏡的差異：球面鏡片在成像上往往會造成像差和變形；要獲得高品質影像，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，為更多的電子產品越做越薄成為可能；粗磨粗磨 拋光拋光熱成型熱成型毛坯硝材毛坯硝材切削切削 鍍膜鍍膜組裝組裝小口徑非球面鏡片熱壓成型熱壓成型流程圖：清洗清洗鎢鋼棒材鎢鋼棒材機加工外形機加工外形粗坯粗坯濺鍍硬膜濺鍍硬膜模具組合模具組合超精密加工超精密加工非球面非球面模具超精密加工：超精密加工：

9、利用數(shù)控技術和專用樹脂砂輪刀具，按照設定的非球面系數(shù)對鎢鋼模具表面進行輪磨，使鎢鋼表面形成達到或接近于透鏡非球面設計值的面型；通常加工出來的產品與設計值都有誤差，采用超精密數(shù)控輪磨加工，其模具面型精度與設計值之間的差異可以達到0.1um，模具非球面的表面粗糙度可以達到5nm； 樹脂砂輪表面輪廓儀檢測模具表面非球面差異模具表面濺鍍硬膜保護層：濺鍍硬膜：在高真空（1.010-7 Mpa）腔體中，以靶材（采用SiO2）作為陰極，腔體內充入氬氣（Ar），在電場的作用下，在靶材附近形成電漿區(qū)，區(qū)域內的正離子受到靶材負偏壓吸引，高速轟擊靶材，將靶材表面之原子濺射到模具表面沉積，形成保護膜；硬膜的作用：在高溫（630左右）狀態(tài)下24H連續(xù)運轉工作，鎢鋼本體表面容易發(fā)生氧化反應，為了解決這個問題，不僅需要在成型過程中充入氮氣(N2)，而且模具非球面區(qū)域鍍一層耐高溫保護膜，以延長模具壽命；模具組合圖：單穴結構3穴結構8穴結構顯微鏡下檢查外觀玻璃熱壓成型：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寫到玻璃上成型出來；首先，將玻璃球，也就是預形體制入模仁之中，此時玻璃球仍是固體，然后經(jīng)過升溫到Tg點以上，恒定一定的時間，讓玻璃充分受熱均勻后，此時玻璃