玻璃非球面鏡片精密模造成型方法

模造成型法原理：

模造成型法是利用玻璃隨溫度的升高粘滯度降低的特性，從本質上說是一種熱加工方法。將已具初形的玻璃初胚置于精密加工成型模具中，升高溫度使玻璃軟化，再由模仁表面施壓使玻璃受力變形分模取出，即可形成我們所需要的鏡片形狀。溫度升高到多少才為合適，如下圖一所示，溫度需要在軟化點附近。Tg的玻璃不再以線性的方式膨脹，而會加速軟化，*適合壓造。一般來說模造的溫度需要達到490℃以上，由此方法制造的玻璃非球面鏡片稱為GM鏡片（Glass Moding）。

模造工藝主要流程：

一般包括以下流程：

玻璃初胚的制作→加熱成型→退火處理→量測→芯取→鍍膜→切邊→涂墨等工序，較詳細過程如下圖二：

采用模造成型法相比傳統的人工研磨法縮短了制程時間，精度也更高，玻璃非球面鏡片的加工方法普遍采用的是模造成型法。

模造過程注意事項：

①  玻璃初胚的選擇與研磨：玻璃初胚作為模造技術的原始材料，選型上尤為重要。我們一般選擇球面鏡片狀的玻璃預性體，或者GOB（滴下球），它的形狀已經類似玻璃成品，因此便于加工。

②  模仁的選擇：模造成型工藝是在490℃左右的高溫條件下進行作業，所以模仁的選擇必須要能夠耐高溫穩定性好，否則會導致模仁使用壽命減少。此外模仁必須保證不會與玻璃反應，否則會有玻璃粘附在模仁上。*后模仁的加工性要強，模造工藝要達到光學等級的精度，需要經過鉆石磨輪和車刀加工。模仁的材料一般選擇碳化鎢和碳化硒。

③  鍍硬膜：通常我們會在模仁表面鍍上一層硬膜，比如類金剛石、金屬氮化膜、貴金屬膜等，保護模仁表面免于高溫氧化及高溫腐蝕。另外，其超低的摩擦系數，也利于鏡片與模具分離，即防止玻璃和模仁表面的黏模問題。

④  環境氣氛：此處所說的環境氣氛指的模造過程中要沖入氮氣，如下圖三所示，這樣做的目的是為了防止模仁、鏡片材料和空氣中的氧氣發生反應，含氧量一般控制在100ppm以下 。

模造玻璃鏡片在手機應用上展望：

玻璃非球面鏡片與塑料非球面鏡片各有優缺點，而在手機鏡頭的應用領域中，由于玻璃的成本相較塑料的成本更高，另外考慮到目前的模造工藝沒有手機鏡頭塑料非球面鏡片的加工工藝成熟，所以手機鏡頭中普遍采用的還是塑料非球面的鏡片。

應用玻璃非球面鏡片可以解決塑料非球面鏡片存在的兩大典型難點：

①  塑料非球面鏡片的溫漂現象比較明顯；所謂溫漂現象就是指塑料鏡片表面形狀及尺寸和折射率隨著溫度的升高而發生改變，進而影響景深，對FF成像系統有較大影響。而玻璃材料比塑料材料穩定，因此玻璃非球面可以解決塑料非球面的溫漂問題。

②  玻璃非球面鏡片選擇的材料范圍比較廣泛；塑料非球面的材料一般是選用一種折射率（nd）較低而阿貝數（vd）較高的材料與另一種折射率較高而阿貝數較低的材料搭配使用，比如APL5514（COC類）與SP3810（PC類）等，材料的選擇空間較小。而如果使用玻璃模造的非球面鏡片原材料的選擇將更豐富，可以較好的提升設計空間。

模造鏡片現在主要的應用領域是車載鏡頭、安防、數碼相機等非手機領域；如果模造玻璃鏡片的成本降低精度提高，這會有助于手機鏡頭高像素發展（增大相對孔徑以及改善成像質量），部分手機廠商如三星和諾基亞的優異手機機型部分鏡片已經采用了模造鏡片。

量測技術：

模造玻璃成型后，借助一些儀器對其進行檢測。下圖a所示的千分尺可以用來測量部品的外徑、邊厚等尺寸；b所示的圓度儀用來測量產品的圓度、同軸度、垂直度等；c所示高倍顯微鏡用于觀察模芯表面光潔度。

理論上來講非球面表面任意一點的曲率都是不同的，要衡量模造鏡片精度更重要的在于面精度和偏心的測量。

一般來說使用輪廓儀（Taylor surf、UA3P等設備）進行面精度，其原理是根據探針在鏡片上的接觸走過的軌跡，掃描出表面的輪廓形狀，用于非球面量測和表面粗糙度量測來測定非球面形狀和設計非球面形狀之差。下圖六所示曲線C代表的是設計上的非球面輪廓，曲線B代表的是實際掃描所得的輪廓。

偏心檢測：一般使用TROPTICS偏心儀檢測透過偏心、反射偏心、非球面面間偏心以及鏡頭組面間偏心。

結語

隨著模造工藝的不斷提升，制造成本會相對降低，相信玻璃模造鏡片會有更廣闊的應用前景。

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