关于非球面加工工艺的研究

詹达举

世大光电（深圳）有限公司 518000

摘要：近年来，随着非球面的光学器件在越来越多的光电产品中广范应用，因此市场的规模也在不断扩大，在这样的情况下，高精度、低成本以及非球面的光学元器加工工艺也越发重要，在这样的情况下，提升对于光学元器件的加工工艺研究，成为了当前的研究主要方向，有着非常广阔的市场，因此本文主要对非球面加工工艺进行研究，希望对相关从业人员有一定的参考作用。

关键词：非球面；光学镜片，加工工艺

引言：光电产品在当前的社会中，承担着非常重要的作用，在各行业的生产之中，很多技术都离不开光学非球面元件的使用，

非球面镜片的曲率半径随中心轴而变化，以提高光学质量，减少光学元件，降低设计成本。与球面透镜相比，非球面透镜具有独特的优势，因此已广泛用于光学仪器，图像和光电行业，如在摄影镜头，电影变焦镜头、手机摄像，

航天卫星，红外望远镜、录像机镜头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等。

当前的市场中，有着广阔的前景，提升对于非球面技术的应用，取得了非常有效的成果，当前市面上有很多这种类型的机器，本身加工技术也较为成熟，所以以下就是对这部分技术的一个初步分析，研究非球面加工工艺应该如何实施。

1. 非球面分类

在当前实际的使用之中，非球面通常分为二次非球面，高次非球面和自由曲面。二次非球面是光学系统中使用最广泛的表面，与其他类型的非球面相比，它具有特殊的位置是最常见的非球面。高次非球面广泛用于光学系统中消除球差、彗差，像散、场曲,减少色差，减化结构，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特性。自由曲面在不对称的光学系统领域有突出的作用。如可视VR，离轴影像处理。

2. 非球面技术的优势

1. 像差校准

非球面透镜是用来代替球面透镜的，其最大的优点是可以校正由准直聚焦系统中的球面透镜引起的球面像差。通过调整表面常数和非球面系数，非球面透镜可以最大程度地消除球面像差。非球面透镜（光会聚到同一点以提供光学质量），基本上消除了由球面透镜引起的球面像差（光会聚到不同点，从而导致图像模糊）。使用三个球面透镜来增加有效焦距，以消除球面像差。然而，可以实现非球面透镜（高数值孔径，短焦距），并且可以简化系统设计和透光率。

2. 系统优势

非球面透镜简化了光学工程师所涉及的元件，以提高光学质量，并提高了系统的稳定性。例如，在变焦系统中，通常使用10个或更多的镜头（附加：较高的机械公差，附加的组装程序，改进抗反射涂层）。然而，一个或两个非球面透镜可以实现相似或更好的光学质量，从而减小了系统的尺寸，提高了成本率，并降低了系统的整体成本。因此在当前有着非常广泛的应用。

3. 非球面加工方法的分类和特点

1. 材料去除法

以铣削，车削和抛光为代表，主要包括传统的生成铣削和抛光；CNC铣削，车削，精密研磨和抛光；计算机控制的抛光等。特别是对于NC抛光，根据抛光介质的不同，它可以分为小型研磨工具，应力盘，离子束，等离子，磁流变，液体喷射抛光等。它的特点是效率较高，与传统光学处理的互通，易于接受，灵活性高，适用于样品开发和中小批量生产。但是产品的一致性差，对操作者的要求也很高。随着当前社会对于非球面加工的质量要求越发高，这样的技术在当前的生产中叶需要进行一定的革新，这样才可以符合当前的使用，完成相应的要求，否则随着技术越发进步，对于精度的要求在不断提升，这种生产方式下，本身的质量无法达到具体的要求，就面临淘汰的风险。

2. 模具成型法

模具成型法主要是使用玻璃热压，光学塑料注射成型，热沉降和凝固成型。该产品的特点是效率高，成品一致性好，对操作者的要求低，适合批量生产。但是模具的要求很高，初期投资很大，工艺流程也比较复杂。因此在当前的使用之中，需要一定的技术支持，因此产品的技术含量比较高，生产的模具以及生产的设备价格较高，小型的生产企业很难担负这样的费用，但是一旦装备之后，本身的质量比较高，且效率较快，所以可以极大程度进行生产，从而提升自身的产量，因此在一些大型企业之中，经常使用这样的制作方式，效果也较为突出。

3. 附加材料法

附加材料法主要是使用真空镀膜和复制品成型。其本质是在最接近的球形表面的基础上添加与非球面度和折射率匹配的材料薄层。这种方式在实际的操作之中，本质上就是在非球面上镀层，通过镀层达到想要的效果，这种方式本身的成本也比较低，但是由于工序较为复杂，因此在效率方面存在欠缺，其特点是工件一致性好，对设备的要求低，柔韧性好。适用于中小批量和反射组件的生产。然而，附加层的应用由于其与基础材料的匹配而受到限制。由于这样的特性，因此在生产的过程中，这种方式更加适合小型的工厂，其本身对于质量方面的要求比较高的情况下，使用这样的方式，这样的方式好处就是在生产的前期，投入较低，但是质量本身较强，有利于企业的发展。

4. 结束语

综上所述，在当前的非球面加工技术之中，主要采用的方式有材料去除、模具成型以及附加材料等三种方式，其中模具形成本身优势较为突出，但是对于生产规模的要求较大，随着行业的发展，必然会成为未来的主流趋势，中小企业在这个过程中，想要占有一定的比例，必须不断发展自身的技术，从而保持质量方面不会出现落后，这样才可以保证自身的发展。

参考文献：

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