光學(xué)玻璃透鏡鏡片的加工工藝、過程、質(zhì)量檢驗

光學(xué)鏡片的加工工藝、過程、質(zhì)量檢驗及對紅外產(chǎn)品的影響。

紅外材料

紅外波段可選用的材料非常少，一般常用的有Si、Ge、ZnSe、ZnS和MgF2，其中熱壓ZnS和MgF2一般只作整流罩用。一般可見光玻璃的努氏硬度在300~700之間，700已經(jīng)是比較硬的玻璃，硬度越大，研磨和拋光透鏡所需要的時間就越長，而在紅外常用的玻璃中，Ge的努氏硬度為780，而Si的努氏硬度更是達(dá)到了1150，相對于可見光而言，其努氏硬度大了很多，所以其加工和拋光的時間比可見光的玻璃要長的多；且Ge和Si雖硬，但是卻脆，在加工的過程中，很容易崩邊和破損，導(dǎo)致報廢，所以加工的時候要非常的小心；此外紅外玻璃密度較大，而每克的價格也很高，材料成本很貴，加工風(fēng)險很大；所有這些都導(dǎo)致紅外鏡片的加工成本相對可見光而言，要貴的多。

球面透鏡的加工工藝和過程

一百多年來，球面透鏡的加工工藝在實質(zhì)上一直沒有改變。傳統(tǒng)的透鏡加工方法是利用低成本的機器，屬于勞動密集型，需要相當(dāng)熟練的技術(shù)工人。隨著計算機數(shù)字化控制機床的發(fā)明，更快而勞動量更少的加工方法已經(jīng)成為可行的選擇，從原型樣機到大批量生產(chǎn)中的透鏡加工都可采用自動化的研磨和拋光技術(shù)。盡管這些新技術(shù)效率更高且生產(chǎn)更可靠，但需要大量的初期資本投入。另外，在某些情況下，傳統(tǒng)方法使用起來更加簡單且成本更低。國內(nèi)目前透鏡加工基本上還是采用傳統(tǒng)方式。

球面透鏡的傳統(tǒng)加工過程:

1.成形。將平面-平面的玻璃圓盤或相近的鑄形透鏡毛坯安裝在繞玻璃圓盤的機械中心旋轉(zhuǎn)的卡盤內(nèi)，內(nèi)嵌金剛石的環(huán)形工具去除毛坯材料并研磨毛坯的上表面，該過程在透鏡毛坯上形成球形并對表面進(jìn)行粗磨。粗磨后表面具有非常多的亞表面微裂痕，但是已形成透鏡形狀的毛坯。

2. 精磨與拋光

精磨使用散粒磨料微粒和水混合，對鏡盤進(jìn)行研磨；在精磨的過程中，應(yīng)達(dá)到兩個目標(biāo)：（1）使球面最大限度地接近設(shè)計半徑；（2）消除亞表面損傷。此外必須考慮玻璃在亞表面損傷減到最小時控制中心厚度，并留有一定的余量以便為拋光用。精磨后可以用拋光盤將透鏡拋光到特定的曲率半徑、球面不規(guī)則度和外觀光潔度，在拋光的過程中，透鏡的半徑反復(fù)的用樣板來控制。球面不規(guī)則度是球面波前的最大允許擾動量，它和半徑可以用樣板直接接觸測量和干涉儀測量，用樣板測量時，對測試人員的經(jīng)驗要求很高，具有一定估算值，而用干涉儀檢測，結(jié)果更加科學(xué)和客觀。透鏡的表面疵病要求規(guī)定表面上最大允許的表面缺陷，如劃痕、麻點和缺口。

3.定中心（控制偏心或等厚差）

透鏡兩面拋光后，就在專用車床上精密研磨透鏡的邊緣（對透鏡定中心），該過程要完成兩項任務(wù)：（1）將透鏡研磨到它的最終直徑；（2） 使透鏡的光軸和機械軸彼此重合。此外，還在透鏡上研磨平面或特殊的固定倒角。

此時，透鏡的初步加工已經(jīng)完成，需按圖紙對透鏡的各項公差進(jìn)行檢驗， 檢驗的公差主要有：偏心（或等厚差）、通光孔徑、厚度公差、矢高公差、半徑公差、光圈公差和表面不規(guī)則度。半徑公差除樣板檢測外還需用球徑儀進(jìn)行抽測，以確保樣板檢測的準(zhǔn)確性，對于表面不規(guī)則度，應(yīng)使用干涉儀對產(chǎn)品進(jìn)行抽測，以便確認(rèn)樣板檢測的準(zhǔn)確性。

非球面的加工

目前鍺透鏡非球面的加工一般使用金剛石車床直接車削而成，加工前，需將非球面系數(shù)輸入到金剛石車床里，將加工透鏡放在專門夾具上，對刀然后加工。而硅，由于硬度太高，一般不用金剛石車床車削，而用專門的機床采用傳統(tǒng)工藝加工。硅透鏡非球面用金剛石車床和傳統(tǒng)工藝加工的優(yōu)缺點：使用前者加工時，誤差較小，容易得到較好的Rt值（一般可以控制在0.4μm以內(nèi)），但是由于硅很硬，用金剛石車床車削時，會在加工表面留下深深刀痕，會嚴(yán)重影響透鏡表面的光潔度，進(jìn)而會影響鏡片的透過率，而金剛石車刀在如此堅硬的表面車削，很容易報廢，而金剛石車刀本身很貴，使得鏡片的加工成本很高。而產(chǎn)用傳統(tǒng)工藝，其車床的加工精度本身Rt值只有0.5μm，那么最終產(chǎn)品的Rt值很有可能在0.5μm以上，目前很多產(chǎn)品的加工在0.8μm左右，會影響系統(tǒng)的成像質(zhì)量。但是加工費用相對來說，更加經(jīng)濟一點，而表面的光潔度，也更好。

4.鍍膜

鏡片加工完成后，在專門的儀器中清洗并檢查表面光潔度，確認(rèn)無誤后，固定在夾具中，放到鍍膜機中鍍膜。鍍膜完成后，需對膜層進(jìn)行檢驗，檢驗標(biāo)準(zhǔn)有：

1.按圖紙要求的波段進(jìn)行鍍膜，對陪鍍片測試透過率。

2.在60-100W的磨砂白熾燈照射光學(xué)零件膜層表面，眼睛到膜件的觀察距離不超過450mm，在黑色背景下借助反射光進(jìn)行目視檢測，膜層不允許出現(xiàn)蝕點、污點、起泡、裂紋、褪色、脫膜等缺陷。

3.用2cm左右寬剝離強度不小于2.74N/cm膠帶紙牢牢粘在膜層表面，垂直迅速拉起，連續(xù)30次，膜層應(yīng)符合第2條要求。

4.高低溫試驗：鍍膜件在－60±2℃和70±2℃的溫度中各保持2小時（溫度的變化速率不超過2℃/min），再放置到室溫（16 ℃～32℃）后，膜層應(yīng)符合第2條的規(guī)定。

5.鍍膜件（陪鍍片）在溫度為50±2℃、相對濕度為95±2%的條件下保持24小時，膜層應(yīng)符合第2條要求。

6.具體要求參照GTB/2485-98 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

膜層檢驗合格后，透鏡的整個檢驗過程也就完成了。

鏡片的加工和檢驗對后面的光學(xué)裝調(diào)影響很大，如鏡片質(zhì)量檢驗過程中，沒有控制好偏心（或等厚差）、通光孔徑、厚度公差、矢高公差、半徑公差，會給裝調(diào)帶來很多不必要的工作，大大增加了裝調(diào)的工作量。單件裝調(diào)時，很有可能導(dǎo)致像質(zhì)很差，無法接受。在批量生產(chǎn)時，可以使用透鏡相互配對來改善效果，即使這樣，也會使裝調(diào)工作量成倍上升，而像質(zhì)也可能達(dá)不到理想狀態(tài)。而如果球面的表面不規(guī)則度和非球面加工出現(xiàn)問題，則不管怎么裝調(diào)，都無法達(dá)到好的圖像質(zhì)量，最終導(dǎo)致系統(tǒng)報廢。此外，膜層牢度性對我們的產(chǎn)品影響更大，如果光學(xué)零件在鍍膜時沒有清洗干凈或鍍膜工藝有問題，而沒有檢驗出來，被裝在鏡頭中，由于膜層牢固性不好，使用一段時間后脫膜，會造成圖像模糊，NETD變大或其它問題，而且可能在整機的檢驗過中，發(fā)現(xiàn)不了，流到客戶，特別是國外的客戶手里，此時如果脫膜，那么對我們造成的損失可能是無法估量的。因此在鏡片加工完成到貨后，必須對鏡片進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗。對于那些可以檢驗的尺寸，按要求進(jìn)行檢驗；對于那些沒法檢驗的項目，一定要確認(rèn)對方的檢驗報告是否有，必要時可以去加工單位監(jiān)督檢驗或抽查一些產(chǎn)品去專門的單位檢驗，以確認(rèn)加工單位的檢驗報告是否真實、可靠。對于鍍膜檢驗，根據(jù)和加工方簽定的檢驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗，必要時直接對鏡片做高低溫和高溫高濕實驗，確認(rèn)鍍膜的牢固度?？傊M量保證鏡片在裝調(diào)是合格、可靠的，避免返工帶來損失，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。