非球面镜片的精密加工;光学镜片的加工及检测
塑料非球面光学镜片注塑成型的工艺研究
塑料非球面光学镜片注塑成型的工艺研究
《塑料非球面光学镜片注塑成型的工艺研究》
近年来，随着光学技术的发展，非球面光学镜片在光学设备中的应用越来越广泛。
而塑料非球面光学镜片由于其轻量化、成本低、便于加工等优点，逐渐成为替代传统玻璃镜片的主流产品之一。
而注塑成型技术作为非球面光学镜片的一种主要生产方法，受到了广泛关注。
塑料非球面光学镜片注塑成型是指在注塑机上，通过将熔融的塑料材料注入到特定的模具中，经冷却后得到形状复杂、表面非球面的光学镜片产品。
在这一注塑成型过程中，模具设计、材料选择、工艺参数控制等因素都会影响最终产品的质量和性能。
首先，模具设计是塑料非球面光学镜片注塑成型工艺研究的重要环节。
模具的设计需要考虑到产品的几何形状、表面光滑度要求、塑料材料的流动性等因素，以确保产品能够满足光学性能的要求。
其次，塑料材料的选择也是至关重要的。
不同的塑料材料具有不同的热性能、光学性能和流变性能，对于塑料非球面光学镜片的注塑成型工艺来说，选择合适的塑料材料对于产品的质量和性能至关重要。
最后，工艺参数的控制是影响塑料非球面光学镜片注塑成型的关键。
包括熔融温度、模具温度、注射速度、压力、冷却时间等参数的合理设置，可以有效地控制产品的收缩率、表面光滑度、光学性能等指标。
总的来说，塑料非球面光学镜片注塑成型的工艺研究需要综合考虑模具设计、材料选择和工艺参数控制等多个因素。
随着光学技术和注塑技术的不断发展，相信在不久的将来，塑料非球面光学镜片将会在光学行业中发挥着越来越重要的作用。
光学件中的球面和非球面
光学件中的球面和非球面说到光学件，大家大概都不陌生吧？眼镜片、相机镜头、望远镜这些东西，你我生活中随处可见。
其实它们背后都离不开球面和非球面这两个大杀器，怎么说呢，这两个看似简单的术语，却能影响到我们日常生活中大大小小的视野。
咱们今天就来聊聊它们俩，话说这两者之间的区别，其实没有那么复杂，打个比方，就像是你用勺子喝汤和用吸管喝饮料，看起来都能喝，但体验感完全不一样！咱们来说说什么是“球面”吧。
简单来说，球面就是一种圆圆的形状，想象一下一个乒乓球或者篮球的表面，圆得不能再圆了。
球面镜片的特点就是它的曲率半径在每个方向上都是一样的，也就是说，无论从哪个角度看，镜片的弯曲度都是相同的。
所以，当光线照射到球面镜片上时，光线会被均匀地折射，形成的图像也比较标准。
听起来是不是有点像一个永远不会偏心的完美世界？但是，完美的东西往往也有它的缺点。
比如，球面镜片的成像质量不一定能做到完美，尤其是在边缘部分，图像可能会出现模糊，影响观感。
比如你戴上眼镜，正对着眼镜中心看东西清楚，但稍微一偏，画面就开始有点儿“雾气”，就是这个原因了。
说到这里，估计有些人会想，球面不好，那非球面是不是就一定好呢？嘿嘿，这就是另一个故事了。
非球面镜片呢，顾名思义，它就是不规则的，形状可不再是那个圆乎乎的球体了。
你可以把它想象成一个有点儿弯曲的橙子皮，或者是一颗不完美的苹果。
这种镜片的曲率是不同的，不像球面镜片那样每个方向都一致，所以它的光线折射和成像效果可以更加精确，尤其是在镜片的边缘部分，能够大大减少模糊的现象。
如果球面镜片像是用勺子喝汤，那么非球面镜片就像是用个吸管喝，清晰得很，边缘也不会失真。
非球面镜片的最大优势就是它能让镜片变得更薄更轻，这对于戴眼镜的朋友来说，绝对是福音。
你想啊，原本厚重的眼镜变薄了，戴上去不仅更舒服，整个气质也显得更时尚一些。
谁不想看起来年轻一点，轻松一点呢？不过，非球面镜片也不是没有缺点，毕竟天下没有免费的午餐。
镜片偏心及检测技术
近年来因为可携带式电子产品对于光学模組之需求逐年提升，光学透镜制造技术大幅进步，目前市场针对直徑 5 mm 以下之光学元件生产方式以塑胶射出于玻璃模造此两种制造技术为重心。
此两种技术中，因塑胶光学鏡片具有低材料成本于高生产速度，为現今小尺寸光学元件生产主流。
而相较于塑胶光学鏡片，模造光学玻璃具高折射率于较佳机械性质，亦逐渐被市场重視。
对于球面于非球面光学鏡片之检测方式可概略区分为接觸式于非接觸式检测，其中接觸式检测方法以 Taylor Hobson 公司生产之 Talysurf PGI 2540 于 Panasonic 公司生产 UA3P 为检测市场主流，检测原理为使用单點探针对待测試片進行輪廓掃描。
而非接觸式检测机台以 Trioptics 公司生产之 OptiCentric ® 为偏心于倾斜检测标准，其检测原理为为用准直光通中空試片载台，同時以精密平台转动待测试片並检测其焦点动态偏差。
有鉴于聚焦式偏心检测技术无法检测扩散型鏡片，本中心于台灣大學机械系利用自動化光学检测搭配影像处理技巧，研发出极化光学检测方法。
相较于現有技术能夠提供快速的检测光学鏡片偏心于倾斜，並为用于高产能之塑胶射出于玻璃模造线上检测。
图二和图三分別为极化量测系统架设原理及极化量测系统架设原理剖面图。
图二表示一光学鏡片放置于相互垂直之极化片中，考虑一入射平面波，並依平面波描述成于入射波电场关係，其中ês、ê p、 E s 于 E p 分別为此平面波水平极化方向于垂直极化方向之单位向量于振幅大小， k1 为入射波之波前法向量， r 为座標之參考向量。
當入射平面波經过曲面折射後波前法向量为改变 k2，同時依据边界连续性，折射波之极化振幅将会隨不同的入射角度于折射角度而有所改变，而此一特性可以由菲涅尔方程式 (Fresnel equations) 表示。
图一、标准、倾斜于偏心鏡片对成像品质的模拟图图二、极化量测系统架设原理图三、极化量测系统架设原理剖面图當线性偏极化平行入射光經待测鏡面折射後，其极化状态将会依据第一曲面曲率、第二曲面曲率和两曲面光轴之相对位置而产生变化。
镜片加工工艺介绍
芯取视频（自动） 芯取视频（手动）
2020/3/30
2.5.1 镀膜工序（简介）
• 定义:利用光学干涉薄膜得到各种各样的光学特性，可以减少镜片表面反 射率，增加镜片的透射率，或者增加表面反射率，减少透过率，也可以 使不同的偏振平面有不同的光学特性等等．
• 目的:1)改变光波传输特性。 • 2)保护镜片表面。
倒角公差 R深度
平面部外形
加工能力
>φ2.5,<φ120mm
0.005mm
Z>0.2,偏芯<30"； 0.2>Z>0.07,偏芯<1'； 0.07>Z,偏芯<3'
Z>0.2,偏心<30"； 0.2>Z>0.07,偏心<1'； 0.07>Z,偏心<3'
±0.05mm
0.005mm
±0.05mm
外观
表面欠陥 破边
• 流程： 领料 一面第1道砂挂 一面第2道砂挂 二面第1道砂挂 二面第2道砂挂 砂挂提检 流入研磨
2020/3/30
2.2.2 砂挂工序（加工检查设备
）
• 完品要求项目：中心厚度、面精度、外观（目视） • 加工设备及检查工具:
加工设备
检测工具
KJSC-4P（光进） SSP-4P（光进）
非球面镜片的设计原理与应用论文
非球面镜片的设计原理与应用论文1. 引言非球面镜片是一种新型的光学元件，其设计原理和应用已经引起了广泛的关注。
本文将介绍非球面镜片的设计原理和它在光学领域的应用。
2. 非球面镜片的设计原理非球面镜片的设计原理是基于光的折射和反射现象。
传统的球面镜片在焦距、像差等方面存在缺陷，而非球面镜片通过改变曲率将光线聚焦或分散，从而改善光学系统的性能。
设计非球面镜片的过程可以分为以下几个步骤：•确定设计要求：根据光学系统的需求，确定非球面镜片的特性，例如焦距、像差等。
•选择非球面曲线类型：非球面镜片可以有不同的曲率类型，如二次曲面、高阶多项式曲面等，选择合适的曲率类型能够满足系统需求。
•确定非球面曲率分布：根据设计要求和选择的曲率类型，计算出非球面镜片的曲率分布，以实现所需的光学性能。
•优化设计：对初步设计进行优化，通过计算和模拟，调整非球面镜片的曲率分布，以进一步改善光学性能。
•制造和测试：根据最终的设计结果，制造非球面镜片并进行测试，验证设计的准确性和性能。
3. 非球面镜片的应用非球面镜片在光学领域有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：3.1 光学成像系统非球面镜片在光学成像系统中起到关键的作用。
通过精确设计和定制曲率分布，非球面镜片能够纠正球面像差和色差，提高图像的清晰度和质量。
3.2 汽车前照灯非球面镜片被广泛应用于汽车前照灯系统中。
通过设计特定的曲率分布，非球面镜片能够将光线集中在道路上，提高夜间行驶的安全性。
3.3 显微镜和望远镜非球面镜片也被应用于显微镜和望远镜等光学仪器中。
由于非球面镜片可以更好地纠正球面像差和像散，因此能够提供更清晰和准确的观察结果。
3.4 激光系统非球面镜片还被广泛应用于激光系统中。
通过定制的曲率分布，非球面镜片能够改变激光束的形状和聚焦效果，满足不同应用场景的需求。
4. 结论非球面镜片的设计原理和应用具有重要的意义。
通过合理设计非球面镜片的曲率分布，可以改善光学系统的性能，并在各种应用场景中发挥关键作用。
非球面轮廓测量与分析
a is the indexed Polynomial Coefficient a为多项式系数
C is the reciprocal of the Base Radius C为基圆半径的倒数
K is the Conic Constant of the Surface K为二次常数
Xp是指非球面光轴到轮廓最高点之间的距 离。
非球面参数简介
• Xt:
Xt is the distance of the aspheric axis from the measured data.
Xt是指非球面光轴到测量起始点之间的距 离。
非球面参数简介
• Xv:
Xv is the distance of the lowest valley from the aspheric axis .
6) Residual Error After Form Removal 形状去除之后的残余误差
+Z 轴
Aspherics axis 非球面轴线
+X 轴
-X轴
D=B-C(Residual error after
absolute aspheric form removal)
-Z 轴
去除绝对形状后的残余误差
• 之所以称为“锥面”项，是由于我们可以用 不同方位的面与圆锥相切可以得到以上表面
基本形式：球面(K=0)
相切面平行于圆锥底面
圆的标准方程: x2 y2 R2 (R 0)
基本形式：抛物面(K=-1)
相切面平行于圆锥侧面
抛物线标准方程 : y2 2 px或y2 2 px或 x2 2 py或x2 2 py( p 0)
非球面明月光学：树脂非球面镜片说明
相信大多数人去购买眼镜时并不了解什么是球面镜片，什么是非球面镜片，更别说树脂镜片了，本文今天给大家带来的就是树脂非球面镜片的相关介绍，以帮助正在迷茫的人，要记住配眼镜不可马虎，因为近视了就要更好的保护自己的眼睛。
树脂是一种来自多种植物，特别是松柏类植物的烃（碳氢化合物）类的分泌物。
因为它特殊的化学结构和可以作这乳胶漆和胶剂使用而被重视。
它是多种高分子化合物的混合物，所以有不同的熔点。
树脂可分为天然树脂和合成树脂两种。
树脂种类有非常非常的多，广泛应用于人们的轻工业和重工业当中，在日常的生活当中也经常可以看到，比如塑料、树脂眼镜，涂料等。
树脂镜片就是用树脂为原材料化学加工合成打磨后的镜片，而非球面树脂镜片则是结合了非球面特点的树脂镜片。
光学树脂镜片是一种有机材料，内部是一种高分子链状结构，联接而呈立体网状结构，分子间结构相对松弛，分子链间有可产生相对位移的空间.光线可透过率为84%-90%，透光性好，同时光学树脂非球面镜片抗冲击力强，在明月中就作为运动型镜片，可以在冲级中很好的保护眼睛，不过小编推荐在运动中能不带眼镜就不带，毕竟是有一些安全隐患的。
下面分享3个指数，让大家可以更详细的了解眼镜的确切情况。
抗划伤性：指镜片表面在外力作用下对镜片表面的透光率的伤害程度。
镜片的划伤是影响镜片使用寿命、视觉效果的重要因素。
国内常用摩擦雾度值（Hs）表示，其值一般在0.2—4.5之间，越低越好。
国外常用BAYER方法测定，其值在0.8—4之间，越高越好。
通常所指的加硬性树脂镜片，它的抗划伤性要比一般树脂镜片好。
UV截止率：又称UV值，是评价镜片有效阻挡紫外辐射的重要指标。
其值必须大于315nm，一般应大于350nm和小于400nm。
在眼镜店经常听到的UV400镜片，它就可以有效地阻挡紫外辐射。
此外也可以在树脂镜片上加防辐射膜。
透光率：指镜片的投射光量和入射光量的比值。
透光率越高，镜片越清晰。
非球面树脂镜片传统的球面镜片镜片周边看物体有扭曲的现象，限制了配戴者的视野，在光学上不可避免地存在球面像差的视觉缺陷，而非球面镜片将镜片边缘像差减到最底。
非球面镜片
非球面镜片非球面镜片是一种具有非球面曲率的光学镜片，与传统的球面镜片相比，它具有更强大的成像能力和更广阔的应用领域。
非球面镜片的非球面曲率由多个不同的曲率半径组成，可以更准确地聚焦光线，提高成像质量。
非球面镜片的一大优势在于它可以减少色差。
在球面镜片上，不同颜色的光线经过折射后会聚焦在不同的位置上，导致色差的产生。
而非球面镜片通过调整曲率半径，可以更好地调节折射率，使不同颜色的光线聚焦在同一位置上，减少色差的出现，提高成像的色彩还原能力。
因此，非球面镜片在相机镜头、眼镜镜片等光学设备中得到广泛应用。
非球面镜片还可以更好地矫正像差。
在球面镜片上，由于球状曲率的限制，会产生球差和像散等像差现象。
而非球面镜片通过调整不同位置的曲率半径，可以更好地减少这些像差的出现，提高成像的清晰度和准确性。
在光学显微镜、望远镜、光学仪器等领域，非球面镜片的应用可以大大提高成像的分辨率和质量。
除了色差和像差的矫正，非球面镜片还可以实现更高的焦距和更大的视场角。
由于其非规则的曲率形状，非球面镜片可以提供更长的焦距，使得成像物体可以更好地被放大和清晰地显示出来。
同时，非球面镜片还可以实现更大的视场角，使得镜片上的画面更宽广，更好地适应人眼的观察需求。
这使得非球面镜片在航天、航空、摄影等领域得到了广泛应用。
总而言之，非球面镜片作为一种具有非球面曲率的光学镜片，具有优异的成像能力和广泛的应用领域。
它可以减少色差和像差的出现，提高成像的质量和准确性。
同时，非球面镜片还可以实现更高的焦距和更大的视场角，适应不同领域的观察需求。
随着光学技术的不断进步和应用领域的不断扩大，非球面镜片将在未来的发展中发挥更大的作用。
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一、对光学技术人员的要求
1. 操作要求：
会操作各类光学加工机床和设备，
熟悉光学加工工艺，能加工出满足特定要求的光学零 件(精确的直径、曲率半径、厚度、角度和平行度)；
会使用各种检测仪器（自准直仪、光具座及其附件、 干涉仪、罗契检验及刀口检验仪等）来保证精度；
2.2粗磨——棱镜和斜面
LOH公司PR－150－SL型棱镜粗磨机
2.2粗磨——球面
单件手工粗磨球磨
中心点
留边
2.2粗磨——球面
磨球面工艺技术参数
球面矢高量 磨料粒度
单面磨削量 凸面中心点直径
凹面边宽
<1 150＃～180＃
0.3～0.4 2～3 1～1.5
<0.5 240＃～280＃
0.1～0.2 1～2
光学加工与检测技术
主讲：朱健强 研究员
中国科学院 上海光学精密机械研究所 二零零六年九月
目录
I. 光学冷加工工艺通用工艺 II. 非球面加工与检验 III. 特种光学元件加工技术（强激光光学元件
与环抛技术） IV. 光学加工机械 V. 光学加工车间检验和终检 VI. 光学加工新技术概述
Ⅰ光学冷加工工艺通用工艺
松香蜂蜡胶上盘法
优点是操作简便，缺点是平行度精度不高，也不适用于面形精度 要求较高的薄片。
荷重 工件 粘结模
工件 粘结模
方法一
方法二
2.3 上 盘
点胶上盘法
优点是可获得较好的面形和平行度。缺点是承受不了高速高压 的加工条件，易“走动” 。
工件 软胶点 粘结模
工件 火漆点 粘结模
软点胶粘结
硬点胶（火漆）粘结
2.1 开料成形——材料切割
切割厚的工件
圆片的切割 （内圆切割和外圆切割）
2.1 开料成形——材料切割
棱镜和分束器的切割
2.1 开料成形——材料切割
金刚石切割机
fecker 80BQ 金刚石切割机
2.1 开料成形——材料切割
线切割
2.1 开料成形——钻孔
钻孔
在玻璃元件上钻、铣出圆形或其他形状的通孔和半通 孔。 航天光学元件的轻量化
2.1 开料成形——磨外圆
磨外圆
2.2 粗 磨
粗磨平面 粗磨棱镜和斜面 粗磨球磨
2.2粗磨——平面
散粒磨料多片加工—平面
双面加工
2.2粗磨——平面
LOH公司SPM平面铣磨机
2.2粗磨——棱镜和斜面
铣磨棱镜和斜面的准直夹具
制造精密的反射角及 小平面棱镜需要这种夹具
维护设备及工作场地，作工作笔录及进度，并养成安 全操作习惯；
一、对光学技术人员的要求
2. 理论要求
折射和衍射原理； 玻璃的特性； 玻璃或其他光学材料从粗加工零件到完工成品的加工
过程； 初等数学； 读懂各阶段生产工艺图的技术规格、公差； 光学检验理论
二、光学冷加工工艺
1. 开料成形 2. 粗磨 3. 上盘 4. 细磨 5. 抛光 6. 定心磨边
工件
沟槽模
2.2粗磨——球面
整盘粗磨球面
对直径小而曲率半径大的球面，可以 用弹性胶粘结平面毛坯然后整盘祖磨。
磨凸面
凹贴置模半径：
Rt = R2 + (φ / 2)2
凸粘结模半径：
Rz = R − d
R－粗磨曲率半径 Φ－工件直径 d－工件中心厚度
凸粘模 凹粘模
2.2粗磨——球面
磨凹面
凹粘结膜半径
2.3上 盘
浮胶上盘法
优点是工件和粘结平板都不 需加温，工件可达到较高的平行 度和面形精度，缺点是承受不了 高速高压的加工条件。
光胶上盘法
优点是平行度和平面度均可达到 很高的精度。缺点是对光胶面表面 疵病等级有一定影响，怕剧烈震动 和骤冷骤热。
工件 粘结胶 玻璃垫板
工件 防水涂层 玻璃垫板
光胶上盘法
优点是能得到较高的角度精度。缺点是要求有较高精度的光 胶工具；操作有一定的难度；对表面疵病要求高的棱镜，其光胶面 有一定局限性；光胶盘不宜受到剧烈震动和温度剧变。
棱镜
垫板
棱镜光胶到长方体上
光胶盘
2.3 上 盘
靠体上盘法
优点是加工精度席，对抛光面不易腐蚀，不需单件手工修 整角度，有些工件胶上靠体后，只需翻胶靠体就可连续加工2～3 个面。
θ1角为第一倾角 θ2为第二倾角 R为曲率半径， r为毛坯的半直径 d为磨轮直径 a为l1与l2间的距离
2.2粗磨——球面
LOH公司的GII－4球面粗磨精磨机
2.2粗磨——球面
粗磨凸面镜
粗磨凹面镜
自动换磨头
2.2 粗磨——球面
铣磨机可以完成的各种工作
2.3 上 盘
平行平面上盘
ａ） ｄ）
ｂ）
ｃ）
ｅ）
ｆ）
ｇ）
ｈ）
2.3 上 盘
棱镜上盘
夹模上盘法
优点是上盘操作简单。缺点是只适用于中、低精度的零件，对 形状复杂的零件也有一定局限性。
火漆条
棱镜
2.3 上 盘
石膏模上盘法
优点是棱镜的形状可以任意，缺点是角度精度不高；对抛光 面需有较好的保护措施，否则易被腐蚀。
2.3 上 盘
2.3 上 盘
透镜上盘
弹性上盘法
优点是粘结模较简单，通用性较大。缺点是不能承受高速高 压工艺条件，效率较低，工房温度梯度不能太大。
a)
b)
火漆团
2.3 上 盘
上盘装置
2.3 上 盘
刚性上盘法
优点是上盘过程简单，粗磨可以成盘加工，能承受较高的速度 和压力。缺点是粘结模专用性强，加工模具较费事。
靠体
棱镜
挡板 棱镜
平行垫板
靠体
定位工具
棱镜光胶到靠体上
棱镜光胶时的定位
2.4 细 磨
散粒磨料细磨
散粒磨料细磨(又称高速精磨)的优点是粗糙度小，残余 应力小。
0.3～0.5
<0.1 Ｗ40～Ｗ28 0.05～0.1
0 0
2.2粗磨——球面
沟槽模加工
直径小于8mm、半径小于6mm、 矢高大于0.5R的球面，可采用 沟槽模加工。整个平模上可同时开多条槽。槽深等于或小于曲率半 径R。研磨时，粘棍顺着槽倾斜60°～70°左右，同时围绕自身轴 线转动。
铝棍
胶层 Ｒ
Rz = (R + d )2 + (φ / 2)2
凹粘模
2.2粗磨——棱镜和斜面
铣磨球磨原理
球面半径R和砂轮倾斜角α的关系：
sinα = D
2(R ± r)
α－砂轮倾斜角 D－砂轮中径 r－砂轮刃口圆弧半径
凸面取“＋”， 凹面取“一” R－工件曲率半径
2.2粗磨——球面
用小磨轮铣磨大球面
分步铣磨方法