小口径非球面玻璃透镜模压成形

随着消费电子行业的增长和人们对轻便易携带的高性能产品的需求,非球面玻璃透镜的需求量持续增长。与传统冷加工方法相比,模压成形技术因具有低成本、批量生产的能力而成为一种更有前途的加工方法,尤其适合中小口径非球面透镜的生产。非球面玻璃透镜的模压成形技术是一项涉及玻璃材料、超精密模芯加工、镀膜、模压成形工艺及成仿真等诸多领域的综合技术。因此,有必要对其中影响成形质量的关键技术进行系统分析和深入研究,探讨模压成形技术现状和存在的问题。对光学玻璃的物理化学性质、主要构成成分、粘弹性、低熔点及环保的发展趋势、预形体的选择进行综合分析;对模芯材料的开发、非球面模芯的单点金刚石车削技术、纳米磨削技术、超精密研抛技术、复合加工技术、镀膜材料、镀膜技术做了详细介绍;阐述模压成形技术及仿真技术的研究现状及最新进展;并对未来发展趋势进行预测与展望。

小口径非球面光学玻璃透镜模具超精密数控复合机床的研发与应用

一、概述传统的非球面光学玻璃透镜制造一般采用材料去除的机械加工法。通过粗磨、精磨、抛光、磨边等十几道工序加工而成，制造周期长，加工精度不稳定，生产效率和工艺稳定性无法满足迅速发展的行业需求。因此，

小口径双非球面硫系玻璃镜片精密模压成型实验研究

为实现小口径双非球面硫系玻璃镜片的精密模压成型制造,通过正交模压成型实验,研究了相关工艺参数对成型镜片质量的影响规律。首先,介绍了模压成型过程和用于实验的PFLF7-60A型多工位模压成型机床,并根据非球面曲线公式设计了目标镜片。然后,选定了一种环保型硫系玻璃IRG205,通过VFT方程拟合了玻璃粘度与温度之间的关系,确定了模压温度,并对各工位实验参数进行了设置。最后,利用无镀膜模具及球形预形体进行了正交模压成型实验,分析了实验条件下模压温度、加压载荷及保持压力等成型工艺参数对镜片成型质量(形状精度PV、表面粗糙度Ra及轮廓偏移量)的影响规律,并获得了优化的成型工艺参数。结果显示:在优化的工艺参数下,成型镜片ASP1和ASP2的PV值分别为129.2 nm和174.8 nm,Ra值分别为19.6 nm和25.6 nm,轮廓偏移量分别为0.614μm和2.682μm,基本满足镜片高精度应用的要求,为小口径双非球面硫系玻璃镜片的高精度批量制造提供了参考和依据。

小口径非球面硫系玻璃镜片的非等温热压成型仿真与实验

为提高小口径非球面硫系玻璃镜片热压成型质量,避免成型缺陷,通过热压过程的有限元分析,提出了一种新的非等温热压成型法。在上模仁和上加热板之间设置加热间隙,对上、下加热板设置不同的加热温度,以实现玻璃预形体的非等温加热。首先,根据硫系玻璃高温粘弹性本构模型和热传递模型,结合相关参数建立了镜片热压过程的有限元模型;接着,采用所建立的模型,分析了非等温温差对玻璃预形体内部的温度分布、成型镜片最大残余应力分布及轮廓偏移量的影响,以确定最佳的温差值;最后,进行了镜片的非等温热压成型实验,并将仿真和实验结果进行了对比研究,以验证仿真模型和结果的有效性。仿真与实验结果均表明,最佳的非等温温差值为10℃。该条件下,仿真获得的玻璃预形体内部温度差仅为2.6℃,成型镜片最大残余应力可减至3.375MPa,成型镜片ASP1和ASP2的轮廓偏移量最大值分别为0.562μm和0.615μm;实验获得的成型镜片ASP1和ASP2的PV值分别为118.2、194.0nm,Ra值分别为17.0、37.8nm,轮廓偏移量最大值分别为0.583、0.644μm,均满足精度要求。仿真与实验结果具有较好的一致性,采用合理的温差值进行镜片的非等温热压成型,可有效降低玻璃预形体内部温度差及成型镜片最大残余应力,避免粘连、气泡等成型缺陷,提高成型镜片的精度。

微小非球面玻璃透镜超精密模压成型数值模拟

利用非线性有限元软件MSC.Marc,建立了微小非球面玻璃透镜超精密模压的有限元模型,并进行了微小非球面玻璃透镜模压数值模拟分析.通过对比模拟出的不同加工参量下的成型透镜和模具的残余应力分布结果,得出最优的超精密模压成型的模压速率和模压温度范围,并解释了模压速率和模压温度影响微小非球面玻璃透镜成型质量的原因.模拟可以对实际的大批量生产微小非球面玻璃透镜提供有力的帮助.

玻璃预制件形状对异形非球面透镜成型的影响

由于不规则的外形,玻璃预制件的选择直接影响异形非球面透镜的成型。本文通过有限元法探讨不同预制件对成型透镜的影响,首先选择了一个比较典型的异形非球面透镜作为目标透镜,将球形玻璃和圆柱形玻璃作为预制件,采用高级非线性有限元程序MSC.Marc,仿真该异形非球面透镜的成型过程。基于仿真,对比分析其成型性、残余应力、面形精度。结果表明,圆柱形玻璃预制件更适合成型异形非球面玻璃透镜。

非球面玻璃透镜的超精密模压生产

非球面的加工方法，一直倍受人们关注。本文介绍非球面玻璃透镜一次完工的超精密模压生产技术及其发展动态，主要叙述超精密压型工艺，压模材料的要求和选用，压模的加工方法及加工机床。

玻璃非球面透镜数控加工初探

玻璃非球面零件的加工是目前光学零件加工技术中较为辣手的问题之一。本文根据零件加工中的一些实际经验，介绍玻璃非球面透镜的数控加工方法，阐述加工过程的四大步骤以及检测和修正办法。为常规非球面零件的加工提供工艺技术支持。

康宁推荐玻璃非球面透镜

美国新泽西康宁玻璃公司推荐一种用该公司所研制的特种光学玻璃浇制而成的小型非球面透镜。据该公司透露,这种新透镜的直径不到6mm,它所具备的光学特性一般只有通过对中三个或三个以上的球形精密透镜才能获得,这就是说,减轻了重量,缩小了体积,使本透镜适宜于很多应用场合,诸如医学、科技和军用方面的精密光学仪器。据报道,这种非球面透镜能够把激光二极管发出的光聚焦到小于1μm的一点。

基于玻璃非球面镜片的手机镜头设计

为提高手机镜头的成像分辨率和视场角,采用二片玻璃非球面透镜与一片塑胶非球面透镜,设计出新型的大视场角、高分辨率的手机照相镜头。镜头的设计总长6 mm,玻璃非球面系数最高阶为10阶。采用的图像传感器为Kodak的KAC-3100,为310万像素的CMOS传感器,像素尺寸为2.7μm,对角线长6.9 mm。镜头设计的极限分辨率为185 lp/mm,镜头设计的视场角为66°,大于一般的手机镜头。像高为3.441 8 mm,F数为2.8,在奈奎斯特频率处所有视场的MTF(调制传递函数)值大于0.15,具有较好的成像质量;在66°时成像的畸变为?0.93%,光斑的RMS(均方根值)直径为9.6μm。新镜头由前端2片非球面玻璃镜片、后端1片塑胶非球面镜片和1片滤光片组成,结构紧凑。玻璃非球面镜片可采用新型热模压成型技术制造,镜头热稳定性强,其成像分辨率达到2 048×1 536像素,有效焦距为5.3 mm,适合用于中高档手机。

热压成型参数对非球面透镜轮廓偏差的影响

目的研究玻璃热压成型参数对非球面玻璃透镜轮廓偏差的影响。方法设计正交试验,并通过Msc.Marc软件对玻璃透镜热压成型过程进行数值模拟,在不同热压成型参数组合下,测量透镜轮廓偏差的大小,从而得到最佳热压成型参数组合。接着进行透镜热压试验,观察成型透镜形状与设计值间的偏差,验证仿真分析结果。结果经正交优化分析,热压温度为570℃时,最大轮廓偏差均值为2.876μm;热压速率为0.02 mm/s时,最大轮廓偏差均值为2.808μm;摩擦因数为0.6时,最大轮廓偏差均值为2.780μm;退火速率为1.5℃/s时,最大轮廓偏差均值为1.893μm;保持压力为700 N时,最大轮廓偏差均值为1.775μm;冷却速率为1℃/s时,最大轮廓偏差均值为1.990μm。它们在各自参数组别中都为最小值。优化成型参数组合为:热压温度570℃,热压速率0.02 mm/s,摩擦因数0.6,网格大小0.05 mm,退火速率1.5℃/s,保持压力700 N,冷却速率3℃/s。热压试验测得最大偏差值为1.61μm。结论离透镜中心越远,透镜表面的轮廓偏差越大。热压模型网格划分越细,越能准确地模拟玻璃热压成型过程。热压速率增大时,透镜的轮廓偏差会增大。热压温度升高,透镜的轮廓偏差会减小,但过高的热压温度会使轮廓偏差变大。退火速率、保持压力、摩擦因数增大时,透镜的轮廓偏差会减小,冷却速率对轮廓偏差无明显影响。

车削掩模的石英非球面微透镜阵列制作方法

为解决石英非球面微透镜阵列加工所面临的工艺可控性差且面型精度不高这两大难点,提出了一种基于车削掩模刻蚀的石英玻璃元件制作方法。该方法主要使用了单点金刚石车削加工技术与反应离子刻蚀技术,研究了掩模材料车削及刻蚀性能,并利用实验优选出掩模材料,最后进行了面积为5 mm×5 mm石英玻璃非球面微透镜阵列的制备。通过实验结果与预期参数进行对比,分析表明,该方法制作的石英玻璃元件误差均方根为1.155 nm,面型精度误差0.47%。

基于硫系玻璃非球面抛光工艺研究

硫系玻璃非球面透镜具有优异的红外光学性能,分析了硫系玻璃材料的光学和热力学特性,针对硫系玻璃质软,热膨胀系数大,依据自适应迭代驻留时间算法理论,采用数控气囊式抛光对?50mm硫系玻璃非球面透镜进行抛光。通过正交试验确定了透镜在抛光过程中的气囊抛光头旋转速度、气囊充气压力值、氧化铈抛光液浓度等工艺参数,再使用带有聚氨酯抛光垫的气囊对透镜进行多次抛光,并检测其面形图。最后通过分析对比实验,在实验基础上改用金刚石微粉作为抛光液,对透镜进行最后阶段的面形修正抛光,其表面粗糙度Ra值为9.28nm,PV值为0.6097μm,表面疵病B为Ⅲ级。

肖特电子封装推出非球面透镜管帽

为了将自身打造成数据和通信领域材料的一站式供应商，肖特电子封装事业部日前宣布将推出非球面透镜管帽，为全球客户提供更完整的解决方案。此项新产品采用业界验证认可的低温焊料玻璃，将模压成型的低熔点玻璃封接到机加工体（通常是TO管帽）内研制而成。

非球面透镜

美国LIGHTPATH公司研制的GRADIUM透镜是一种专用于激光会聚的玻璃非球面透镜，可以有效地用于较大的光束，其典型的用途是激光加工。该透镜为全玻璃制元件，能够有效地用于高功率激光器中。（No．26）

玻璃透镜模压成形工艺试验研究

非球面玻璃透镜因具有较佳成像质量和成像分辨率广泛应用于高质量镜头,而玻璃模压成形技术在制造非球面玻璃透镜时具有成本低、效率高等优势.针对我国对非球面玻璃透镜模压成形技术尚未完全掌握的困境,对非球面模具的超精密磨削加工和玻璃透镜的模压成形工艺进行研究.采用B轴控制固定点斜轴磨削方式并结合形状误差补偿技术,获得形状精度为165nm,表面粗糙度为19nm的非球面碳化钨模具.选用低熔点DZK-3玻璃球,在精密模压成形机床上开展模压成形实验研究,确定了该玻璃的合适模压温度,研究了温度、速率等参数对形状精度和表面粗糙度的影响规律.

非球面微柱面透镜阵列精密玻璃模压仿真研究

为了实现精密玻璃模压过程中石英玻璃应力状态的准确预测以及工艺参数的优化,进行了非球面微柱面透镜阵列精密玻璃模压的有限元仿真研究。首先,进行了石英玻璃最小单轴蠕变测试;然后,对石英玻璃黏弹参数进行了有限元仿真验证;最后,通过有限元仿真,分析了多个模压工艺参数对最大应力的影响,获得了优化的工艺参数。建立了石英玻璃黏弹性本构模型,获得了其时温等效模型,并利用有限元仿真验证了模型的准确性。对非球面微柱面透镜阵列模压成形参数进行了有效优化,在下压量为1.5 mm的前提下,保压后的透镜最大应力为0.9693 MPa。研究结果为石英玻璃非球面微柱面透镜阵列精密模压实验提供了理论参考。

基于PLC控制的光学玻璃精密模压试验装置的研究

针对市面上购买的模压设备主要面向生产线且价格昂贵、获得试验数据较少等问题。设计了一种精密的模压装置,该装置利用伺服电机与丝杠一体化模块提供模压动力,能够实时的监控模压过程中的参数。对模压装置的结构和工作原理、硬件参数及软件实现进行了描述,并成功研制了样机。最后对样机进行了性能测试,试验结果表明,模压装置的技术方案可以满足对光学玻璃模压过程进行监控,具有操作简单、实用等特点。该装置的设计为光学元件的精密模压关键技术的研究创造了条件。

光纤端面光学检测非球面物镜系统设计

针对传统的基于球面显微成像的光纤连接器端面检测系统结构和像差的问题,将制作工艺日趋成熟的非球面模压玻璃透镜引入到检测系统中。介绍了非球面透镜设计的基本原理和非球面光学玻璃透镜模压成型的基本工艺,分别设计了球面透镜和非球面模压透镜检测系统,给出了系统的结构参数,评价了系统的成像质量。在系统分辨率相同的情况下,得到了结构简单、共轭距更短,有利于工程应用的非球面检测系统。给出了检测系统的机械结构图,并将非球面系统应用到实际生产和在线检测中,达到了设计的要求。