CN101487917B - 模仁的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模仁的制造方法，其包括以下步骤：提供一承载基底，将待加工的毛坯放置于承载基底表面；提供一飞秒激光发生器，使该飞秒激光发生器发出飞秒激光，对该毛坯的表面加工以形成模压面，进而形成具有该模压面的模仁。该飞秒激光发生器发出的飞秒激光的脉冲宽度仅为飞秒量级，使被加工表面保持较低的温度，一般接近室温，从而减少了热变形和热损坏；另外，利用飞秒激光加工毛坯使加工形成的模压面的粗糙度达到纳米量级，提高加工精度。

Description

模仁的制造方法

技术领域

本发明涉及一种模仁的制造方法。

背景技术

随着多媒体技术的发展，数码相机、数码摄像机及带有摄像功能的手机等电子产品越来越为广大消费者青睐(请参见Capturing images with digital still cameras，Micro，IEEE Volume：18，issue：6，Nov.-Dec.1998Page(s)：14-19)。在人们对数码相机、数码摄像机及带有摄像功能的手机等产品的镜头追求小型化的同时，对其拍摄出的物体的影像质量也提出了更高的要求，即希望拍摄物体的影像画面清晰，而物体的成像质量在很大程度上取决于镜头模组内镜片的优劣。

镜头模组内镜片一般采用射出成型模具制作或模造模具，镜片模具一般包括动模、静模以及分别设置于动模或静模内的模仁。镜片模具的模仁具有与镜片的光学部对应的曲面形状的模压面，该模压面的形成方法通常是采用数控机床或车床等刀具切削而成。然而，采用刀具切削形成模仁的精度较低，当镜片的光学参数要求较高时，刀具切削形成的模仁的精度难以满足要求。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种精度较高的模仁制造方法。

一种模仁的制造方法，其包括以下步骤：提供一承载基底，将待加工的毛坯放置于该承载基底表面；应用一飞秒激光发生器，对该毛坯的表面加工以形成模压面，进而形成具有该模压面的模仁。

该模仁的制造方法采用飞秒激光发生器，该飞秒激光发生器发出飞秒激光对毛坯的表面进行加工，由于飞秒激光发生器发出的飞秒激光的脉冲宽度仅为飞秒量级，所以可使被加工表面保持较低的温度，一般接近室温，从而减少了热变形和热损坏；另外，利用飞秒激光加工毛坯可使加工形成的模压面的粗糙度达到纳米量级，使加工精度提高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的飞秒激光加工模组加工模仁的平面示意图。

图2是经图1的飞秒激光加工模组加工后模仁的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种激光加工模组100，其用于对一毛坯20的表面202进行加工，使表面202形成一曲面形状的模压面，从而形成具有模压面的模仁。该激光加工模组100包括飞秒激光发生模组10、基底冷却装置12、承载基底14及至少一个冷却气体发生装置16。

该飞秒激光发生模组10包括一飞秒激光发生器102及一聚光模组104。本实施中，该飞秒激光发生器102为掺钛蓝宝石激光器(Ti:Sapphire Laser)，其发出的激光束的波光为800纳米，飞秒激光发生器102发出的飞秒激光的重复频率(Repetitiion Rate)的范围为10kHz(千赫兹)~250kHz，优选重复频率的范围为20kHz~200kHz；飞秒激光发生器102的发出的飞秒激光的脉冲宽度的范围为10飞秒~200飞秒(Femtosecond，即10^-15秒)，优选该脉冲宽度的范围为30飞秒~100飞秒。飞秒激光发生器102用于发出飞秒激光束106对毛坯20进行加工。

可以理解，本实施例中的飞秒激光发生器102的各项参数仅为较佳的实施方式，实际应用中还可以根据实际情况改变，并不限于本实施例。

该聚光模组104与飞秒激光发生器102的位置相对，本实施例中，该聚光模组104为一个凸透镜，该聚光模组104用于将飞秒激光发生器102发出的光束进行汇聚。

该基底冷却装置12设置于该聚光模组104远离飞秒激光发生器102的一侧。本实施例中，该基底冷却装置12为散热片，当然，基底冷却装置12还可以为其它冷却装置，如半导体致冷器等。

该承载基底14设置于基底冷却装置12的表面，且位于该承载基底14与该聚光模组104之间。承载基底14的材料可以为不锈钢、铜等导热性能好的材料。该承载基底14用于承载毛坯20。

该冷却气体发生装置16的数量可以为一个或一个以上，本实施例为两个。本实施例中，冷却气体发生装置16发出的冷却气体为氮气，冷却气体发生装置16的气体喷出口160对准该毛坯20的表面。该冷却气体发生装置16喷出的冷却气体用于在加工过程中冷却毛坯20被加工的表面。

请参阅图1及图2，采用激光加工模组100对毛坯20的表面202进行加工的过程如下：

将待加工的毛坯20放置于承载基底14的表面，并将毛坯20的待加工表面202与飞秒激光发生模组10的聚光模组104相对设置。

使该飞秒激光发生器102产生飞秒激光束106，飞秒激光束106经过聚光模组104的聚光后照射至毛坯20的待加工表面202，以对待加工表面202进行加工。在对表面202加工的同时，基底冷却装置12对毛坯20进行冷却，冷却气体发生装置16向正在被加工的表面202吹出冷却气体，以散去加工时产生的热量。

用该飞秒激光发生器102对毛坯20进行加工的原理如下：飞秒激光使毛坯20电离产生大量正离子(如毛坯的材料为磷化镍时，正离子为镍离子(Ni⁺))，该正离子之间产生强烈的库仑斥力，导致库仑爆炸(Coulomb explosion)，该库仑爆炸力使得被加工表面形状发生改变，进而形成预定形状的模压面302。

本实施例中的毛坯20的材料可以为磷化镍(NiP)、碳化钨(WC)或碳化硅(SiC)等用于制做模仁的材料，当然毛坯也可以其它用于制做模仁的材料。

如图2所示，本实施例中，毛坯20的表面202经过飞秒激光发生器102发出的飞秒激光加工后形成一非球面形状的模压面302，最终形成一具有该模压面302的模仁30。该模压面302的非球面满足以下公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}{a}_1{r}^2+a_2{r}^4+a_3{r}^6+...+a_6{r}^{12}$

其中z为非球面表面某处的矢高，此处定义该非球面朝远离模仁30的方向为矢高的正值方向， $r=\sqrt{x^2+y^2}$ 表示离开非球面的光轴的距离，a₁，a₂，a₃...a₆表示非球面高次项系数，c表示非球面顶点的曲率，k为锥度系数。

可以理解，该飞秒激光发生器102还可以将毛坯20加工成其它形状，如部分球面等，并不限于本实施例。

相对于现有技术，本实施例采用激光加工模组100制作模仁的方法，该激光加工模组100包括一飞秒激光发生器102，飞秒激光发生器102发出飞秒激光对毛坯20的表面202进行加工，由于飞秒激光发生器102发出的飞秒激光的脉冲宽度仅为飞秒量级，所以可使被加工表面保持较低的温度，一般接近室温，从而减少了热变形和热损坏；另外，利用飞秒激光加工毛坯20可使加工形成的模压面302的粗糙度达到纳米量级，使加工精度提高。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种模仁的制造方法，其包括以下步骤：

提供一承载基底、一基底冷却装置和一种冷却气体产生装置，该冷却气体产生装置具有一喷气口，用于喷出冷却气体，将待加工的毛坯放置于该承载基底表面，将该基底冷却装置设置于该基底远离该毛坯的一侧，并与基底相接触；

提供一飞秒激光发生器，使该飞秒激光发生器发出飞秒激光，对该毛坯的表面加工以形成非球面形状的模压面，进而形成具有该模压面的模仁，该喷气口在该飞秒激光发生器对该毛坯的加工过程中对准该被加工表面，并喷出冷却气体，对被加工表面进行冷却。

2.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于，该基底冷却装置为散热片。

3.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于，该冷却气体为氮气。

4.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于，该飞秒激光发生器为掺钛蓝宝石激光器。

5.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于，该飞秒激光的重复频率的范围为10千赫兹～250千赫兹。

6.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于，该飞秒激光的重复频率的范围为20千赫兹～200千赫兹。

7.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于，该飞秒激光的脉冲宽度的范围为10飞秒～200飞秒。

8.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于，该飞秒激光的脉冲宽度的范围为30飞秒～100飞秒。

9.如权利要示1所述的模仁的制造方法，其特征在于，该飞秒激光的波长为800纳米。

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