一種自聚焦透鏡的制備方法
【專利摘要】一種自聚焦透鏡的制備方法，以紫外熔融石英、氟化鈣、氟化鋇或氧化硅作為原料制成透鏡本體，透鏡本體為能夠?qū)崿F(xiàn)散射光聚集的自聚焦透鏡，透鏡本體的一端為平滑的球形凸面結(jié)構(gòu)，透鏡本體的另一端為用于光線射出的平面結(jié)構(gòu)或平滑的凸面結(jié)構(gòu)，透鏡本體的中間段為柱體結(jié)構(gòu)，將透鏡本體一體成型；位于透鏡本體的端部，自透鏡本體向外采用濺射鍍膜方法依次鍍?cè)O(shè)氧化鈦鍍膜以及氧化硅鍍膜，氧化鈦鍍膜與氧化硅鍍膜交叉層疊設(shè)置。本發(fā)明制備的自聚焦透鏡在其兩端設(shè)置了膜結(jié)構(gòu)層，膜結(jié)構(gòu)層為氧化硅膜和氧化鈦膜，氧化硅膜具有較強(qiáng)的硬度，氧化鈦膜則能夠提高本發(fā)明的折射率，利用本發(fā)明制備的自聚焦透鏡具有較強(qiáng)的抗沖擊、抗磨損的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種自聚焦透鏡的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，特別涉及一種自聚焦透鏡的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自聚焦透鏡在生產(chǎn)過程的后期，為了保證其具有較高的透過性，以及對(duì)自聚焦透 鏡的端部進(jìn)行保護(hù)，都會(huì)對(duì)自聚焦透鏡進(jìn)行鍍膜處理。
[0003] 傳統(tǒng)的鍍膜處理所使用的鍍膜系統(tǒng)包括反應(yīng)室、離子源組件以及電子槍，在反應(yīng) 室內(nèi)設(shè)置有用于支撐透鏡的支架，在每次透鏡鍍膜前都是通過操作人員手拿透鏡將從支架 上更換、安裝。這樣進(jìn)行一次鍍膜，就需要人工更換透鏡一次，人工更換不僅勞動(dòng)強(qiáng)大，還會(huì) 由于操作失誤造成透鏡的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 綜上所述，如何降低透鏡鍍膜時(shí)透鏡更換勞動(dòng)強(qiáng)度以及容易損壞的問題，成為了 本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
[0005] 本發(fā)明提供了一種自聚焦透鏡的制備方法，以紫外熔融石英、氟化鈣、氟化鋇或氧 化硅作為原料制成透鏡本體，所述透鏡本體為能夠?qū)崿F(xiàn)散射光聚集的自聚焦透鏡，所述透 鏡本體的一端為平滑的球形凸面結(jié)構(gòu)，所述透鏡本體的另一端為用于光線射出的平面結(jié)構(gòu) 或平滑的凸面結(jié)構(gòu)，所述透鏡本體的中間段為柱體結(jié)構(gòu)，將所述透鏡本體一體成型;位于所 述透鏡本體的端部，自所述透鏡本體向外采用濺射鍍膜方法依次鍍?cè)O(shè)氧化鈦鍍膜以及氧化 硅鍍膜，所述氧化鈦鍍膜與所述氧化硅鍍膜交叉層疊設(shè)置。
[0006] 優(yōu)選地，在所述透鏡本體制備完成之后，在所述透鏡本體鍍膜之前:首先利用火焰 噴射方法對(duì)所述透鏡本體的兩端進(jìn)行初級(jí)拋光，然后，再利用氧化鈰作為拋光粉對(duì)所述透 鏡本體的兩端進(jìn)行二次拋光。
[0007] 優(yōu)選地，在所述透鏡本體拋光之后，在所述透鏡本體鍍膜之前:利用氣相沉積方法 在所述透鏡本體的兩端設(shè)置一層增透膜。
[0008] 優(yōu)選地，所述增透膜的厚度為0 · 5-1μπι。
[0009] 優(yōu)選地，對(duì)所述透鏡本體鍍膜的具體操作流程為:對(duì)所述透鏡本體進(jìn)行烘烤，其烘 烤溫度為255°c ;對(duì)所述透鏡本體的周圍環(huán)境抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到0.002Pa時(shí)，充入氧氣， 使真空室的壓強(qiáng)保持在〇 . 〇2Pa左右;利用離子源轟擊所述透鏡本體的基底5min后，打開電 子槍進(jìn)行蒸鍍，并維持鍍膜材料的蒸發(fā)速率在〇. 1-0.15nm/s。
[0010] 優(yōu)選地，以氟化鋇為原料將其熔融并充入到模具中；將熔融態(tài)的原料壓制成型后 退火制成初級(jí)的透鏡本體;對(duì)初級(jí)的透鏡本體采用機(jī)械加工方法進(jìn)行后期處理。
[0011]優(yōu)選地，使用真空室對(duì)所述透鏡本體進(jìn)行鍍膜處理。
[0012]優(yōu)選地，在充入氧氣的過程中：還提供了用于對(duì)氧氣進(jìn)行預(yù)熱的加熱器，通過所述 加熱器對(duì)氧氣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的氧氣再參與鍍膜操作。
[0013] 優(yōu)選地，自所述透鏡本體向外鍍?cè)O(shè)的所述氧化鈦鍍膜以及所述氧化硅鍍膜共鍍?cè)O(shè) 有三十層，按 μL? 為單位，各層厚度依次為：159.6、204.6、106.0、193.4、151.4、236.6、158.7、 234.1、 152·1、218·2、142·4、212·2、146·6、224·9、153·3、230·2、155·1、230.3、152.0、 223·9、149·0、220·9、149·2、224·8、152·7、228·0、151·8、226·2、151·8、224·5 〇
[0014] 本發(fā)明通過上述方法制備的自聚焦透鏡，其外部形狀與現(xiàn)有的自聚焦透鏡相同， 但是，本發(fā)明特別在透鏡本體的兩端設(shè)置了膜結(jié)構(gòu)層，膜結(jié)構(gòu)層為氧化硅膜和氧化鈦膜，氧 化硅膜具有較強(qiáng)的硬度，氧化鈦膜則能夠提高本發(fā)明的折射率。如此，利用本發(fā)明制備的自 聚焦透鏡具有較強(qiáng)的抗沖擊、抗磨損的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中自聚焦透鏡的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于 說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0017] 在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，"多個(gè)"的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上;術(shù)語"上"、 "下"、"左"、"右"、"內(nèi)"、"外"、"前端"、"后端"、"頭部"、"尾部"等指示的方位或位置關(guān)系為 基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗 示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì) 本發(fā)明的限制。
[0018] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"相連"、"連 接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī) 械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0019] 請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例中自聚焦透鏡的制備方法的流程圖。
[0020] 本發(fā)明提供了一種自聚焦透鏡的制備方法，該方法具體包括如下操作：以紫外熔 融石英、氟化鈣、氟化鋇或氧化硅作為原料制成透鏡本體，透鏡本體為能夠?qū)崿F(xiàn)散射光聚集 的自聚焦透鏡，透鏡本體的一端為平滑的球形凸面結(jié)構(gòu)，透鏡本體的另一端為用于光線射 出的平面結(jié)構(gòu)或平滑的凸面結(jié)構(gòu)，透鏡本體的中間段為柱體結(jié)構(gòu)，將透鏡本體一體成型;位 于透鏡本體的端部，自透鏡本體向外采用濺射鍍膜方法依次鍍?cè)O(shè)氧化鈦鍍膜以及氧化硅鍍 膜，氧化鈦鍍膜與氧化硅鍍膜交叉層疊設(shè)置。
[0021] 在本發(fā)明中：自透鏡本體向外鍍?cè)O(shè)的氧化鈦鍍膜以及氧化硅鍍膜共鍍?cè)O(shè)有三十 層，按μπι為單位，各層厚度依次為：159·6、204·6、106·0、193·4、151·4、236·6、158·7、234·1、 152.1、 218·2、142·4、212·2、146·6、224·9、153·3、230·2、155·1、230·3、152·0、223·9、 149·0、220·9、149·2、224·8、152·7、228·0、151·8、226·2、151·8、224·5 〇
[0022] 通過鍍?cè)O(shè)多層膜結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明制備的自聚焦透鏡，在各實(shí)施例中，由于原料不 同，而出現(xiàn)其光學(xué)性能也有所不同：

[0024] 具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中：
[0025] 以紫外熔融石英作為原料，在具有柱體型腔的模具中進(jìn)行初步成形制成初級(jí)的透 鏡本體，然后通過車刀對(duì)初級(jí)的透鏡本體進(jìn)行形狀修正，該修正包括端面車平以及本體側(cè) 面車圓等操作，對(duì)透鏡本體修正完畢后，再次對(duì)透鏡本體的端面進(jìn)行處理。其中包括:透鏡 本體的入射端車平，即將透鏡本體的入射端端面采用平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);透鏡本體的射出端車 圓，即將透鏡本體的射出端端面采用球面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0026] 本發(fā)明利用氧化鈰作為拋光粉對(duì)透鏡本體的端面進(jìn)行拋光。然后對(duì)透鏡本體進(jìn)行 鍍膜處理:在真空室內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間在5-25min，當(dāng)真空室溫度達(dá)到225°C時(shí)，開始對(duì) 真空室抽真空，真空室內(nèi)的壓強(qiáng)維持在0. 〇〇2Pa并保持2min，然后向真空室內(nèi)充入氧氣。氧 氣需要進(jìn)行預(yù)熱，氧氣進(jìn)入到真空室之前的溫度不低于150°C。在充入氧氣的過程中，真空 室的壓強(qiáng)維持在〇.〇2Pa并保持lmin，然后利用離子源轟擊透鏡本體的基底5min后，打開電 子槍進(jìn)行蒸鍍，并維持鍍膜材料的蒸發(fā)速率在〇. 1-0.15nm/s。
[0027] 具體地，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中：
[0028] 以氟化鈣作為原料，在具有柱體型腔的模具中進(jìn)行初步成形制成初級(jí)的透鏡本 體，然后通過車刀對(duì)初級(jí)的透鏡本體進(jìn)行形狀修正，該修正包括端面車圓以及主體側(cè)面車 圓等操作。對(duì)透鏡本體修正完畢后，再次對(duì)透鏡本體的端面進(jìn)行處理，將透鏡本體的入射端 車圓，將透鏡本體的射出端車圓，透鏡本體的兩端均采用球面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。之后利用氧化鈰作 為拋光粉對(duì)透鏡本體的端面進(jìn)行拋光。然后對(duì)透鏡本體進(jìn)行鍍膜處理:在真空室內(nèi)進(jìn)行預(yù) 熱，預(yù)熱時(shí)間在8min，當(dāng)真空室溫度達(dá)到255°C時(shí)，開始對(duì)真空室抽真空，真空室內(nèi)的壓強(qiáng)維 持在0.0025Pa并保持1.5min，然后向真空室內(nèi)充入氧氣。氧氣進(jìn)行預(yù)熱，氧氣進(jìn)入到真空室 之前的溫度不低于220°C，充入氧氣的過程中，真空室的壓強(qiáng)維持在0.025Pa并保持45s，然 后利用離子源轟擊透鏡本體的基底5min后，打開電子槍進(jìn)行蒸鍍，并維持鍍膜材料的蒸發(fā) 速率在〇.l-〇.15nm/s。
[0029] 具體地，在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式中：
[0030] 以氧化硅作為原將其制成玻璃板，然后通過激光切割形成玻璃條，之后通過車刀 對(duì)玻璃條進(jìn)行形狀修正，該修正包括端面車平以及主體側(cè)面車圓等操作。對(duì)透鏡本體修正 完畢后，再次對(duì)透鏡本體的端面進(jìn)行處理，將透鏡本體的入射端車平，將透鏡本體的射出端 車平。車工藝完畢后，透鏡本體為標(biāo)準(zhǔn)的圓柱體結(jié)構(gòu)，對(duì)透鏡本體通體進(jìn)行拋光，即：利用氧 化鈰作為拋光粉對(duì)透鏡本體全部外側(cè)面(端面以及側(cè)面)進(jìn)行拋光。對(duì)透鏡本體進(jìn)行鍍膜處 理:在真空室內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間在8min，當(dāng)真空室溫度達(dá)到255°C時(shí)，開始對(duì)真空室抽真 空，真空室內(nèi)的壓強(qiáng)維持在〇.〇〇25Pa并保持1.5min，然后向真空室內(nèi)充入氧氣。氧氣進(jìn)行預(yù) 熱，氧氣進(jìn)入到真空室之前的溫度不低于220°C，充入氧氣的過程中，真空室的壓強(qiáng)維持在 0.025Pa并保持45s，然后利用離子源轟擊透鏡本體的基底5min后，打開電子槍進(jìn)行蒸鍍，并 維持鍍膜材料的蒸發(fā)速率在〇 · 1-0 · 15nm/s 〇
[0031]在上述實(shí)施方式中，本發(fā)明對(duì)透鏡本體進(jìn)行了兩次拋光處理，其具體操作為:在透 鏡本體制備完成之后，在透鏡本體鍍膜之前:首先利用火焰噴射方法對(duì)透鏡本體的兩端進(jìn) 行初級(jí)拋光，然后，再利用氧化鈰作為拋光粉對(duì)透鏡本體的兩端進(jìn)行二次拋光。
[0032]具體地，增透膜的厚度為0.5-1μπι。
[0033] 根據(jù)實(shí)際使用需要，如果自聚焦透鏡應(yīng)用到功率較小的精密儀器中，增透膜的厚 度應(yīng)適當(dāng)減小，在0.5-0.8μπι之間；如果自聚焦透鏡應(yīng)用到功率較大的普通儀器中，增透膜 的厚度應(yīng)適當(dāng)增加，在0.8-1. Ομπι之間
[0034] 在本發(fā)明中，透鏡本體的具體制備工藝為：
[0035] 以氟化鋇為原料將其熔融并緩慢充入到模具中；將熔融態(tài)的原料壓制成型后退火 制成初級(jí)的透鏡本體;對(duì)初級(jí)的透鏡本體采用機(jī)械加工方法進(jìn)行后期處理。
[0036] 由上述可知，氧氣在充入到真空室之前進(jìn)行了預(yù)熱操作，具體地，本發(fā)明提供了用 于對(duì)氧氣進(jìn)行預(yù)熱的加熱器，通過加熱器對(duì)氧氣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的氧氣再參與鍍膜操作。 加熱器采用電熱管加熱器。氧氣采用銅管進(jìn)行輸送，電熱管加熱器設(shè)置在銅管的外側(cè)面上， 這樣可以避免加熱器通電放電引爆氧氣的情況出現(xiàn)。
[0037] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的自聚焦透鏡在增透膜上鍍氧化硅膜和氧化鈦膜， 可對(duì)增透膜進(jìn)行有效的保護(hù)，避免了儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及在下游廠家的生產(chǎn)環(huán)節(jié)增透膜受到破 壞，同時(shí)試驗(yàn)也證實(shí)，該保護(hù)膜對(duì)自聚焦透鏡的整體性能影響也甚微。
[0038] 將本發(fā)明生產(chǎn)的具有保護(hù)膜的自聚焦透鏡與未鍍保護(hù)膜的同一型號(hào)的自聚焦透 鏡一起經(jīng)儲(chǔ)存、運(yùn)輸并等待下游廠家裝配過程后，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：未鍍保護(hù)膜的 自聚焦透鏡的平均透過率要小于本發(fā)明的具有保護(hù)膜的自聚焦透鏡2%左右。
[0039] 由上述試驗(yàn)表明，本發(fā)明提供的具有保護(hù)膜的自聚焦透鏡對(duì)自聚焦透鏡的增透膜 具有良好的保護(hù)作用，同時(shí)也不會(huì)對(duì)自聚焦透鏡的透過率帶來不良的影響，較完美的解決 了因儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及在下游廠家的生產(chǎn)環(huán)節(jié)增透膜受到破壞的問題，極大地提高了產(chǎn)品的 檔次。
[0040] 本發(fā)明通過上述方法制備的自聚焦透鏡，其外部形狀與現(xiàn)有的自聚焦透鏡相同， 但是，本發(fā)明特別在透鏡本體的兩端設(shè)置了膜結(jié)構(gòu)層，膜結(jié)構(gòu)層為氧化硅膜和氧化鈦膜，氧 化硅膜具有較強(qiáng)的硬度，氧化鈦膜則能夠提高本發(fā)明的折射率。如此，利用本發(fā)明制備的自 聚焦透鏡具有較強(qiáng)的抗沖擊、抗磨損的優(yōu)點(diǎn)。
[0041] 本發(fā)明的實(shí)施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā) 明限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選 擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 以紫外熔融石英、氟化鈣、氟化鋇或氧化硅作為原料制成透鏡本體，所述透鏡本體為能 夠?qū)崿F(xiàn)散射光聚集的自聚焦透鏡，所述透鏡本體的一端為平滑的球形凸面結(jié)構(gòu)，所述透鏡 本體的另一端為用于光線射出的平面結(jié)構(gòu)或平滑的凸面結(jié)構(gòu)，所述透鏡本體的中間段為柱 體結(jié)構(gòu)，將所述透鏡本體一體成型； 位于所述透鏡本體的端部，自所述透鏡本體向外采用濺射鍍膜方法依次鍍?cè)O(shè)氧化鈦鍍 膜以及氧化硅鍍膜，所述氧化鈦鍍膜與所述氧化硅鍍膜交叉層疊設(shè)置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 在所述透鏡本體制備完成之后，在所述透鏡本體鍍膜之前： 首先利用火焰噴射方法對(duì)所述透鏡本體的兩端進(jìn)行初級(jí)拋光，然后，再利用氧化鈰作 為拋光粉對(duì)所述透鏡本體的兩端進(jìn)行二次拋光。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 在所述透鏡本體拋光之后，在所述透鏡本體鍍膜之前： 利用氣相沉積方法在所述透鏡本體的兩端設(shè)置一層增透膜。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 所述增透膜的厚度為〇. 5-1μηι。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 對(duì)所述透鏡本體鍍膜的具體操作流程為： 對(duì)所述透鏡本體進(jìn)行烘烤，其烘烤溫度為255 °C ; 對(duì)所述透鏡本體的周圍環(huán)境抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到〇. 〇〇2Pa時(shí)，充入氧氣，使真空室的 壓強(qiáng)保持在〇.〇2Pa左右； 利用離子源轟擊所述透鏡本體的基底5min后，打開電子槍進(jìn)行蒸鍍，并維持鍍膜材料 的蒸發(fā)速率在〇 · I-O · 15nm/s 〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 以氟化鋇為原料將其熔融并充入到模具中； 將熔融態(tài)的原料壓制成型后退火制成初級(jí)的透鏡本體； 對(duì)初級(jí)的透鏡本體采用機(jī)械加工方法進(jìn)行后期處理。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 使用真空室對(duì)所述透鏡本體進(jìn)行鍍膜處理。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 在充入氧氣的過程中：還提供了用于對(duì)氧氣進(jìn)行預(yù)熱的加熱器，通過所述加熱器對(duì)氧 氣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的氧氣再參與鍍膜操作。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自聚焦透鏡的制備方法，其特征在于， 自所述透鏡本體向外鍍?cè)O(shè)的所述氧化鈦鍍膜以及所述氧化硅鍍膜共鍍?cè)O(shè)有三十層，按 μπι為單位，各層厚度依次為： 159·6、204·6、106·0、193·4、151·4、236·6、158·7、234·1、152·1、218·2、142·4、212·2、 146·6、224·9、153·3、230·2、155·1、230·3、152·0、223·9、149·0、220·9、149·2、224·8、 152·7、228·0、151·8、226·2、151·8、224·5 〇
【文檔編號(hào)】C23C14/30GK105887021SQ201610157546
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月20日
【發(fā)明人】宋海峰
【申請(qǐng)人】杰訊光電(福建)有限公司