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一文读懂光学镜片抛光工艺
发布时间:2024年3月22日    来源:    阅读: 130

随着智能手机的不断迭代,VIVO、OPPO、小米等各大手机厂商为了带来差异化的竞争优势和突破更高的销量,不断推陈出新,在当下CPU性能趋于饱和的前提下,满足更高影像需求的手机镜头成为每一台旗舰机型的重点开发项目。

不仅仅是手机,随着市场对照相机、摄像机、无人机、投影仪等光学消费品的需求不断扩大,液晶显示器、触摸屏手机的逐步普及,光学玻璃加工行业也随之日益发展,而抛光工艺作为生产中不可或缺的重要环节,也得到了前所未有的升级。


光学镜片/镜头,通常是光学玻璃或其他特殊材质做出来的镜片,一般指能透过和调节可见光的镜片。

众所周知,光学镜片必须经过光学仪器测量,检验纯度、透明度、均匀度、折射率和色散率是否合规格,合格的玻璃块经过加热锻压,成光学镜片毛胚。

光学玻璃基片通常经过切割、滚圆、粗磨、精磨、抛光、磨边、镀膜、胶合、涂墨等加工。

光学镜片经过研磨液细磨后,表面尚有厚的裂痕层,要消除此裂痕层的方法即为抛光。

在磨边/研磨/抛光等工序中,需要研磨液和抛光粉等来辅助作业。

手机主流摄像头由若干镜片、隔片(隔圈)和压圈、镜筒组成。镜头则受像素、规格、标准等要素的影响,目前市场上有4P、5P、6P甚至7P的结构。

从材质上分,光学镜片/镜头主要分为塑料镜头和玻璃镜头两大类;制程上又分成球面和非球面

塑料镜头便于自动化批量加工,玻璃镜头需要逐个研磨,加工难度较大。现在应用于手机上的主要是非球面塑料镜头。

塑料镜头的优点在于便于大规模量产,玻璃镜头的优点在于透光率更高。除此之外,还有玻璃塑料混合镜头,结合了二者的特点。加工工艺不同,其中的抛光工序也有所不同。

镜头主要决定画面清晰度(画面清透度、光线、远近景)、图像显示范围,同时影响硬件支持的最高像素。


研磨抛光工艺决定镜头品质,包括对光学镜片的精度、公差、光洁度、透过率以及后期的成像品质。

光学镜片(如手机摄像头、专业摄像机/照相机、无人机镜头、车载摄像头、望远镜以及光电仪器的光学系统)的传统抛光方法有热流法、回蚀法、旋转式玻璃法、电子环绕共振法、低压CVD、选择淀积、淀积一腐蚀一淀积、等离子增强CVD

由于这些技术都属于的局部平面化技术,为了能达到全局平面化,

光学镜片主流的抛光方式有三种,机械抛光、化学抛光和化学机械抛光。

三种者都需要研磨抛光液(粉),又可分为抛光粉和研磨液(行业中也把抛光液称为研磨液或把研磨液称为抛光液)。

一般研磨液(粉)用于粗磨,抛光液(粉)用于精密磨削。抛光粉通常用于研磨液的下道工序。

抛光粉,就是抛光过程中用的粉状磨介,通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成。

铈基稀土抛光粉是较为重要的抛光粉产品之一,因其具有切削能力强、抛光时间短、抛光精度高、操作环境清洁等优点,故比其他抛光粉(如Fe2O3红粉)的使用效果佳,而被人们称为"抛光粉之王",用于光学镜片、表面玻璃、天然水晶、液晶显示屏、各种棱镜和反射镜抛光等。

传统的抛光玻璃镜片所使用的抛光粉以氧化铈(CeO2)为主,抛光粉调配的比例依镜片抛光时期不同而有所不同,一般抛光初期与和抛光模合模时使用浓度较高的抛光粉,镜片表面光亮后,则改用浓度较稀的抛光粉,以避免镜面产生的表面雾化。


研磨液是一种不含任何硫、磷、氯添加剂的水溶性抛光剂,抛光液具有良好的去油污,防锈,清洗和增光性能。性能稳定、无毒,对环境无污染。

按照材质主要分为金刚石研磨液、氧化硅研磨液、氧化铈研磨液、氧化铝研磨液和碳化硅研磨液等。

随着光学镜片及其光学系统技术的升级和功能的提升,传统的研磨及抛光方法,从精度和效率方面已不适应。除了通用型的化学/机械抛光方法以外,浴法抛光、离子束抛光、等离子体辅助抛光也被适用于不同精密构造的光学系统

浴法抛光:浴法抛光是指工件和抛光盘都浸在抛光液中,所用装置示意图抛光液的深度以设备静止时淹没工件10~15mm为宜,搅拌器是使抛光液处于悬浮状态,不产生沉淀,抛光玻璃时一般使用氧化铁(红粉)、氧化铝等抛光材料。

离子束抛光:离子束抛光是玻璃工件在传统抛光后,用来进一步提高抛光精度的补充抛光方法。


先在真空(1.33Pa)条件下,将惰性气体(氩、氪、氙等)原子使用高频或放电等方法使之成为离子,再用20~25kV的电压加速,然后碰撞到位于1.33×10Pa真空度的真空室内的被加工工件表面上,将能量直接传给工件材料原子,使其逸出表面而被去除。

博顿光电抛光离子源曲线


这种方法可以使工件去除厚度达10~20μm,是典型的用物理碰撞方法进行的抛光技术,一般情况下表面粗糙度可达0.01μm,精度高达0.6nm。

博顿光电DISE系列抛光离子源


等离子体辅助抛光:等离子体辅助抛光是利用化学反应来去除表面材料而实现抛光的方法,采用特定气体,制成活性等离子体,当活性等离子体与工件表面作用,发生化学反应,生成易挥发的混合气体,从而将工件表面材料去除。

基于光学镜片的研磨抛光的精密需求,目前又发展出了新的加工技术,如数控研磨和抛光技术、应力盘抛光技术、超光滑表面加工技术、延展性磨削加工、弹性发射抛光法、激光抛光、震动抛光等等新技术,这些新的加工技术,需要边检测、边修正,不仅加工精度高,而且加工速度提高几倍到几十倍,对人工技术的依赖性已很小,新研磨和抛光技术的智能化程度都很高,重复精度高。

数控研磨和抛光、应力盘抛光等专门针对球面和非球面光学透镜的加工技术,非常专业化。


从各类电子显示屏到设备摄像头以及其他精密仪器的光学系统,从生物识别到人脸识别,从3D建模到虚拟现实,随着5G时代的到来,光学革命性创新将与新的AR\VR领域息息相关,将助力光学在自动驾驶、虚拟现实、工业等领域取得新的突破,也为供应商带来了更多的创新方向和更大的市场空间。

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