光学玻璃透镜加工基础知识

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；
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
硬膜的作用：在高温（630℃左右）状态下24H连续运转工作，钨钢本体表面容易发生氧化反 应，为了解决这个问题，不仅需要在成型过程中充入氮气(N2)，而且模具非球面区域镀一层 耐高温保护膜，以延长模具寿命；
模具组合图：
单穴结构
显微镜下检查外观
3穴结构
8穴结构
玻璃热压成型：
热压成型： 传统的研磨方式不容易制作出非球面镜片，因此需要利用模具将面型转写到玻璃上成 型出来；首先，将玻璃球，也就是预形体制入模仁之中，此时玻璃球仍是固体，然后 经过升温到Tg点以上，恒定一定的时间，让玻璃充分受热均匀后，此时玻璃容易被塑 造变形，之后转造成模仁非球面的形状， 再经过降温、脱模等步骤，最后取出成品。
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；
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
受热升温 恒定受热时间 压力成型 降温定型 分模，镜片出炉
镜片在模具内示意图：
上模仁
外 套 筒
小套筒
下模仁
后续镀膜工程、组装工程同冷加工，就不重复介绍了；
谢谢！
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；
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；
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
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；
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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；
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；
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
光学镜片冷加工流程：
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；
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；
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；
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