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.     

采用非接触式预热对模压红外透镜雾斑的影响

非球面红外透镜模压成型时,通过提高成型阶段温度可缩短透镜压切时间,从而提高模压效率,但易在透镜表面产生雾斑,像造透镜不良。本文通过对透镜雾斑的形成机理进行分析,采用一种非接触式预热模压工艺降低透镜雾斑的形成,并在多站式模压机上进行模压实验,使用能谱仪对雾斑的元素进行检测和分析。在本次模压实验中采用非接触式预热方式,当预热间隙为1 mm时将成型温度由206℃提升至211℃,透镜表面无雾斑生成,并使压切时间缩短了21 s。实验结果表明,在多站式模压中采用非接触式预热方式,可以有效消除透镜雾斑的形成。检测结果表明,成型阶段透镜材料的挥发对雾斑的形成起主导作用。     

小口径非球面加工技术及装备综述

小口径非球面零件是一种非常重要的光学零件。介绍了国内外小口径非球面超精密加工技术的发展现状和装备。对单点金刚石车削、超精密磨削、透镜成型、超精密铣削和特种加工技术进行了综述。指出了小口径非球面加工的发展趋势和产业化需要解决的问题。     

硫系玻璃衍射面模压成型仿真分析与实验研究

为了减小玻璃模压工艺中硫系玻璃衍射光学元件的面形误差,对衍射结构的填充效果和衍射光学元件的应力进行研究。建立了局部衍射结构有限元仿真分析模型,分析了模压温度、模压速度、摩擦系数等因素对衍射结构填充效果和应力的影响,并在仿真结果的指导下进行实验研究,实验结果表明衍射结构的填充效果和应力对面形均有影响,衍射结构填充得越充分、应力越小,成型透镜的面形精度越高,最终得到的成型透镜面形误差为0.3053μm,表面粗糙度Ra为2.95 nm。     

小非球面零件制造技术的最新进展

非球面零件在光学仪器小型化、集成化的发展中起着非常重要的作用。用模压成形方法生产小尺寸非球面透镜是最经济、重复性最好的方法。本文主要讨论了模压玻璃非球面透镜的材料选择、模具制造等问题。     

玻璃光学元件精密模压成形技术

介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展,并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构表面和晶圆阵列等光学元件中的应用现状,对玻璃元件精密模压成形技术的发展趋势和挑战进行了展望。     

非球面透镜模压成型仿真技术

综述了目前光学玻璃模压成型技术状况,介绍了用于模压玻璃材料特点、材料参数的温度相关性及其在模压过程中所表现粘弹性力学特性,探讨了用于玻璃模压仿真中一些理论模型,包括力学模型、热传递、结构松弛模型及接触模型,并对模压仿真技术的应用情况进行了简要归纳与总结,并对未来发展方向进行了展望。     

光学微透镜阵列模压成形研究进展与展望

光学微透镜阵列在光学系统中的应用广泛,需求量大,而玻璃模压成形技术是最高效的微透镜阵列量产加工方法,具有精度高,一致性好,生产成本低等特点,有重要的应用研究价值。本文介绍了光学微透镜阵列的设计原理,模具制造技术,模压成形技术及相应检测技术;重点介绍了微透镜阵列模压成形试验与有限元仿真研究的最新进展;最后对微透镜模压成形发展前景进行了展望,包括微透镜阵列模压材料,模具表面镀层技术及超声复合加工技术在微透镜阵列模压成形中的应用等。     

衍射光学元件精密模压模具设计及预补偿

衍射光学元件较球面、非球面光学元件在校正色差方面具备较大优势,尤其是在红外光学领域,应用衍射光学元件可进一步增加光学系统的设计自由度。随着红外光学市场的进一步增大,常规的衍射光学金刚石车削技术难以满足大规模需求,精密模压技术成为解决上述问题的关键技术。模具设计是实现精密模压的重点,为了缩减模具设计周期,该文采用有限元仿真方法对模具进行预先设计及补偿,并试加工。采用单站式精密模压机对设计的模具进行了精密模压试验。模压试验结果表明:采用合理的工艺参数,能够实现衍射光学元件面形精度PV达到0.56 μm,位置误差<0.011 mm,环带高度误差<0.12 μm,验证了仿真预先补偿在衍射光学模具设计中的有效性。     

最近非球面光学系统的生产技术

<正> 袖珍唱盘即所谓的CD用的精密非球面透镜现月产约达100万件,这是几年前还不敢设想的技术和生产量,可以说这是日本独有的新生产业。这种技术并不只局限于CD,而且还广泛应用于记忆装置的光盘中。在塑料、无机光学玻璃的精密非球面模压成型技术方面也有不少引人注目的进展,它需要有更尖端的加工技术和检测技术。在光学系统中引入非球面后,有时会使球面组合时难以做到的:消像差变得简单易行。换言知,由球面组合的相当复杂的系统,引入     

Wafer-level manufacturing technology of glass microlenses

In high-tech products, there is an increasing demand to integrate glass lenses into complex micro systems. Especially in the lighting industry LEDs and laser diodes used for automotive applications require encapsulated micro lenses. To enable low-cost production, manufacturing of micro lenses on wafer level base using a replication technology is a key technology. This requires accurate forming of thousands of lenses with a diameter of 1–2 mm on a 200 mm wafer compliant with mass production. The article will discuss the technical aspects of a lens manufacturing replication process and the challenges, which need to be solved: choice of an appropriate master for replication, thermally robust interlayer coating, choice of replica glass, bonding and separation procedure. A promising approach for the master substrate material is based on a lens structured high-quality glass wafer with high melting point covered by a coating layer of amorphous silicon or germanium. This layer serves as an interlayer for the glass bonding process. Low pressure chemical vapor deposition and plasma enhanced chemical vapor deposition processes allow a deposition of layer coatings with different hydrogen and doping content influencing their chemical and physical behavior. A time reduced molding process using a float glass enables the formation of high quality lenses while preserving the recyclability of the mother substrate. The challenge is the separation of the replica from the master mold. An overview of chemical methods based on optimized etching of coating layer through small channels will be given and the impact of glass etching on surface roughness is discussed.     

光学非球面透镜在一些光电仪器中的应用

使用非球面零件能大大简化光电仪器的系统，减小仪器的尺寸和重量，因而它得到越来越广泛的应用，介绍了光学非球面透镜在光盘机等光电仪器中的应用。说明了这些仪器中使用非球面透镜的原因，对透镜像质的要求，以及制造非球面透镜的材料。     

一种数码相机定焦镜头的光学系统设计

为适应市场上对结构简洁、成像品质高且生产成本低的数码相机镜头的需要,运用光学设计软件CODE V,在传统数码相机定焦镜头的基础上,结合非球面塑料透镜理论,模拟出了生产成本较低的三片式数码相机定焦镜头。该数码相机镜头结构的特点是：模块仅包括3块透镜;选择塑料镜头代替玻璃/塑料混合镜头或者全玻璃镜头,降低了系统的生产成本;系统的后焦距增大到0.8116mm,能够确保良好的远心光路性能;透镜表面完全采用非球面设计,较好地校正了球差等各种像差,使透镜具有良好的光学成像性能。     

Diffractive-Refractive Achromatic Lens for Optical Disk System by Glass Molding

An erasable optical disk system requires an objective lens having minimum chromatic aberration. We estimated the chromatic aberration of a conventional refractive singlet. At shorter wavelengths, the focus shift of an objective lens exceeds its depth of focus. A diffractive-refractive hybrid lens can compensate chromatic aberration perfectly. Diffraction efficiency, however, decreases with the degree of compensation. We simulated the relationship between chromatic aberration and diffraction efficiency. Fabrication of designed lenses by glass molding was achieved, and the results showed excellent agreement with the simulation.     

折反式大视场星敏感器光学系统设计

讨论了由逆卡塞格林结构和补偿器构成的折反式星敏感器光学系统。该光学系统由一块球面反射镜、一块非球面反射镜以及由同种光学玻璃做成的两块球面透镜和一块非球面透镜组成。具有视场大、相对孔径大和易实现等优点。给出了该光学系统的设计指标和设计思想,并给出了由其初级像差公式确定初始结构参数的方法。经优化设计,得到了全视场为20°、入瞳直径为36.3mm、相对孔径为1∶1.2的光学系统。给出了它的成像质量评价。     

A feasible injection molding technique for the manufacturing of large diameter aspheric plastic lenses

A computer aided engineering (CAE) tool-assisted technique, using Moldex3D and aspheric analysis utility (AAU) software in a polycarbonate injection molding design, is proposed to manufacture large diameter aspheric plastic lenses. An experiment is conducted to verify the applicability/feasibility of the proposed technique. Using the preceding two software tools, these crucial process parameters associated with the surface profile errors and birefringence of a molded lens can be attainable. The strategy adopted here is to use the actual quantity of shrinkage after an injection molding trial of an aspherical plastic lens as a reference to perform the core shaping job while keeping the coefficients of aspheric surface, radius, and conic constant unchanged. The design philosophy is characterized by using the CAE tool as a guideline to pursue the best symmetry condition, followed by injection molding trials, to accelerate a product’s developmental time. The advantages are less design complexity and shorter developmental time for a product.     

硫系玻璃在无热化长波红外广角镜头中的应用

设计了一种工作波段为8~12μm、有效焦距为5mm、F数为2、视场角为110°的无热化长波红外广角镜头.根据红外无热化光学设计的基本原理,用了常规红外材料硫化锌、硒化锌和硫系玻璃材料制备的六片镜片,通过合理地分配各个镜片的光焦度以及相互间空气间隔等参量,在全视场角为110°的范围内实现接近衍射极限的成像效果.为了更好地控制系统像差,设计利用了硫系玻璃易于精密模压制备非球面的优点,在两片硫系玻璃镜片上设计了3处非球面.设计结果显示:系统在-40℃~60℃的温度范围内均可实现品质良好的红外成像,光学调制函数全视场内均大于0.4,同时在110°视场角时畸变控制在5%以下;实现了在较大视场角条件下控制红外广角镜头的畸变以及系统无热化等设计要求.该系统体积紧凑、质量较轻,整体设计符合民用红外车载镜头的使用要求.     

塑料透镜在光学系统中的应用

本文对塑料透镜在光学系统中的应用进行了介绍,并对塑料透镜与玻璃透镜进行了比较。着重介绍了非球面塑料透镜在各种光学系统中的应用以及它所显示出的优越性。同时对塑料透镜的原材料、塑料透镜的设计、金属模具的设计和加工、塑料透镜的成型工艺和表面处理进行了介绍。最后还介绍了克服塑料透镜各种缺点应采取的措施。