光学玻璃透镜加工基础知识 ppt课件
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型料
光学镜片冷加工流程:
切削:
将毛坯料在切削机上进行切削加工,目的是将2个曲面切出与目标球 面R值较为接近、中心厚度预留,表面不允许有坑洞等不良,为后 道的粗磨、抛光做准备;(此工序需注意玻璃硬度与切削砂轮粒度 之配合关系)
毛坯料
加工一面
加工另一面
切削完成
切削示意图:
金刚石砂轮
切削机
凸面切削 凹面切削
手机摄像头组装过程
相机镜头组装后的外观检查
非球面热压成型透镜
球面与非球面区别:
球面
曲率中心 球面,对应只有1个R
非球面,依据设计可以有多个R
球面透镜与非球面透镜的差异:
球面镜片在成像上往往会造成像差和变形;要获得高品质影像,则需 要多片组成镜片群;而非球面镜片正好可以很好的解决像差和变形等 问题,而且通常情况下1片非球面镜片可以代替2-3片普通球面镜片, 镜片数量可减少,并且体积缩小、保持成像品质不变,这样,既解决 了成像问题又节省了空间,为更多的电子产品越做越薄成为可能;
点胶水
调芯后用UV光源热固 定
粘合时调芯,确保偏 心
镜片涂墨工程:
涂墨:
将镜片的外径部位、凹透镜的外径连同垂直倒角处,用黑色涂料进行均匀 涂黑,以便达到消除或减少杂光在镜头中漫反射而影响成像的效果;
镜头组装工程:
组装: 将镜片组入镜筒内,组成光学成像系统; 此工程将检查镜头的成像品质、镜头外观等等性能;
球面冷加工透镜
认识球面光学镜片:
光学镜片分为凸透镜(中心比边缘厚)、凹透镜(中心比 边缘薄)
双凸透镜 双凹透镜 平凸透镜 平凹透镜
弯月凸透镜
光学镜片冷加工流程图:
毛坯硝材
切削
粗磨
抛光
芯取
镀膜
粘合
涂墨
光学镜片冷加工流程:
硝材准备: 在开始加工前,需要为光学零件预备加工所用的材料(毛坯或硝材)
平板料
小口径非球面镜片热压成型流程图:
毛坯硝材
钨钢棒材
切削
机加工外形 粗坯
粗磨 抛光 清洗
热成型
超精密加工 非球面 溅镀硬膜
模具组合
镀膜
组装
模具超精密加工:
超精密加工:
利用数控技术和专用树脂砂轮刀具,按照设定的非球面系数对钨钢模具表面进行轮 磨,使钨钢表面形成达到或接近于透镜非球面设计值的面型;通常加工出来的产品 与设计值都有误差,采用超精密数控轮磨加工,其模具面型精度与设计值之间的差 异可以达到≤0.1um,模具非球面的表面粗糙度可以达到5nm;
光学镜片冷加工流程:
粗磨:
粗磨处于研磨的中间工序,相当于机械加工中的半精加工,此工序 的主要目的是消除前到切削时留下的表面坑洞,达到表面粗糙度要 求和面型误差、中心厚度控制等;此工序需要选择金刚石颗粒的粒 度与玻璃材料磨耗度的搭配关系主轴转速与摆臂的运动幅度等;
切削完成品
磨第一个面
磨第二个面
粗磨完成品
粗磨加工示意图:
镜片
磨皿
磨皿
光学镜片冷加工流程:
抛光:
研磨抛光是获得镜片表面品质的主要工序,目的是去除上工序粗磨 残留的瑕疵并达到表面形状精度、中心厚度尺寸均符合规格要求;
此工序需要注意研磨粉洁净度、研磨液调配比例浓度、液体温度、 抛光皮选择、转速与摆臂幅度等;
粗磨完成品
抛光第一个面
抛光第二个面
抛光完成品
研磨(抛光)加工示意图:
研磨抛光 抛光皮
研磨皿
研磨皿
光学镜片冷加工百度文库程:
芯取:
利用金刚石砂轮磨外圆,主要目的是,将组成球面镜片的2个球面对 应的圆心连线(光轴)与机械夹具轴(几何轴)重合,同时并确保 镜片外观无刮伤,外径尺寸、倒角、深度要求(凹透镜时)均符合 规格要求;此工序和切削一样,需要考虑金刚石砂轮粒度与玻璃磨 耗度之间搭配关系选择;
树脂砂轮
表面轮廓仪检测模具表面非球面差异
模具表面溅镀硬膜保护层:
溅镀硬膜:
在高真空(1.0×10-7 Mpa)腔体中,以靶材(采用SiO2)作为阴极,腔体内充入氩气(Ar), 在电场的作用下,在靶材附近形成电浆区,区域内的正离子受到靶材负偏压吸引,高速轰击 靶材,将靶材表面之原子溅射到模具表面沉积,形成保护膜;
穿透率示意
100%
90%
80%
红、紫外光波长区
70%
人眼可见光区域, 需要高透过率
域,需要截止掉, 减少对CCD、
60%
CMOS的影像品质
50%
干扰,接近人眼睛 视觉;
40%
30%
20%
10%
0%
380
700
1100 200
500
600
800 900 1000
(nm)
镜片粘合工程:
粘合: 为了减少反射光能损失,简化复杂镜片的加工,需要将2片或以上的镜片用 特殊胶水按照技术要求,将其粘合在一起,实现光学性能;
IR膜(红外截止膜)---我们人的眼镜只能看到波长在380-700nm区间的可见 光,为了使光学元器件(CCD、CMOS)的成像效果接近于人的眼镜视觉效 果,需要在可见光区间实现高透过率,但高透过的同时,由于CCD和CMOS 对红外光和紫外光相当敏感(波长700-1100nm),他们会造成成像的干扰, 使得影像失真,为了避开红外干扰,必须对这区间波长的光进行拦截,保留 380-700nm区间的可见光完全透过,所以就是需要在镜片上交替镀上高低折 射率不同的膜层,以实现这个效果;
金刚石砂轮
几何轴
左夹具 透镜 右夹具 机器主轴
几何轴与光轴重合
芯取机形式:
全自动立式芯取
全自动卧式芯取
镜片洗净工程:
目的:1、在研磨抛光后去除玻璃镜片表面研磨液等杂质(1次洗净); 2、在芯取后去除玻璃镜片表面残留的切削冷却液(2次洗净);
此工序需要考虑纯水品质、洗剂浓度、超声波强度、切水烘干条件、玻璃 材料的耐水性、耐酸性、耐碱性、耐侯性等因素,确保洗净后品质;
镜片镀膜工程:
光学镀膜(蒸镀):
为了使镜片具有所需要的光学性能,需要在镜片的2个表面镀上厚度不同的 薄膜层,使其具有达到一定的光谱特性和影像效果;在真空腔体内,将镀 膜药材加热使其向上蒸镀到面对药材的镜片表面;镜片薄膜主要分AR膜 (增透膜)和IR膜(红外截止膜),根据不同的产品设计要求,镀不同的 膜;此工序的品质要求膜层附着强度、中心波长、穿透率、反射率等;所 用的药材有氟化镁、氧化锆、OS50、TiO2、二氧化硅等等;
真空镀膜机
镀膜伞与镀膜套环,环内置放镜片
AR膜与IR膜:
AR膜(增透膜)---首先,所有的镜头都会反光,在可见光中有“红、绿、蓝” 三色,波长也不一样,当膜层厚度一定的时候,只能让其中的某一种通过, 通常是绿光先进入,则此时我们会看到反光颜色是蓝紫色,因为绿光已经全 部通过了,我们为了减少其他光线的反射流失,尽可能让我们希望的光线都 通过,这时我们需要镀上一层增透薄膜在镜片的表面;