CN110524116B - 一种提升手机用镜头消杂光性能的激光毛化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提升手机用镜头消杂光性能的镜片模仁激光毛化方法，使用355nm紫外纳秒激光器，分别以快慢扫描速度，配合不同功率，在材料为金属镍的模仁表面进行两次烧蚀加工，以得到设定的表面粗糙度与毛化形貌。所述脉冲激光脉宽为15ns，重复频率为20kHz，通过扫描振镜系统控制激光焦点分别以200mm/s和60mm/s的速度沿螺旋线扫描毛化区域，激光功率分别设定在200—400mW和100—200mW范围内，形成表面粗糙度2—4μm，且有大量尺寸约1μm的无序粗糙颗粒分布的毛化形貌。此毛化形貌在具备良好消杂光性能的同时，对镜片的厚度公差实现了有效的约束，便于注塑脱模与光学系统装配。
Description
技术领域
本发明属于激光加工领域，具体涉及一种对手机用镜头的镜片模仁进行激光毛化处理，提升手机镜头消杂光性能的方法。
背景技术
杂光测试是手机用镜头性能评估的一个重要环节，杂光的存在会对镜头的成像质量造成严重的不良影响。镜头杂光的形成与镜片及镜筒非光学表面的残余反射有关，当视场外光线到达镜片有效通光孔径外的非光学表面上时，在这些表面上的反射光通过有效通光孔径到达像面，形成杂光。因此，通过降低非光学表面反射率即可对镜头杂光进行消除。对非光学表面进行毛化处理时降低其反射率的有效方法，在目前可用的毛化技术中，激光毛化由于加工点形状和分布可控，粗糙度可大范围调整、重复性好等特点而具有明显的优势。
激光毛化形貌特征由激光束扫描速度以及激光功率决定。若扫描速度较快，形成的毛化加工点稀疏，难以满足消除杂光对于毛化表面粗糙度的要求；若扫描速度较慢，形成的毛化加工点密集，则容易造成局部过度烧蚀，导致镜片生产过程中脱模困难，同时使镜片厚度公差过大，影响装配精度。因此，需开发一种新型激光毛化方式，使毛化表面具有足够的表面粗糙度，同时约束镜片厚度公差。
发明内容
针对现有镜片模仁激光毛化技术中存在的问题，本发明提出一种提升手机用镜头消杂光性能的镜片模仁激光毛化方法，该方法使用355nm紫外纳秒激光器，以不同扫描速度和不同功率在材料为金属镍的模仁表面进行两次毛化处理，以得到满足消杂光需求的表面粗糙度，同时防止局部过度烧蚀。
本发明采用的技术方案是：
一种用于消杂光手机镜头的激光毛化方法，使用紫外纳秒激光器，对模仁表面进行两次不同速度扫描，每次扫描时候采用不同的功率，实现对模仁表面进行两次毛化处理，在模仁毛化区域得到设定的表面粗糙度与毛化形貌；
所述紫外纳秒激光器输出波长为355nm，脉冲宽度为15ns，重复频率为20kHz；
模仁毛化区域形状为环形，通过扫描振镜系统控制激光焦点沿螺旋线逐点对毛化区域进行扫描，螺旋线螺距为5μm，相邻激光加工点的间距W与扫描速度v满足如下关系：；
其中，f为激光脉冲重复频率，此处f=20kHz；
第一次扫描加工采用高速扫描，扫描速度为200mm/s，激光功率范围为200—400mW，形成中间毛化形貌。
中间毛化形貌是相邻激光加工点间隔为10±10％μm，激光加工点密度约为20000个/mm2，加工点在模仁表面形成圆形凹坑，凹坑深度为3—6μm，内壁为光滑曲面。
第二次扫描加工采用低速扫描，扫描速度为60mm/s，激光功率范围为100—200mW，相邻加工点间隔为3±10％μm，激光加工点密度约为66667个/mm2，作用于中间毛化形貌上形成最终毛化形貌。
最终毛化形貌是表面粗糙度2—4μm，且有大量尺寸约1μm的无序粗糙颗粒分布。
本发明的有益效果在于：
本发明提出一种提升手机用镜头消杂光性能的镜片模仁激光毛化方法，该方法使用355nm紫外纳秒激光器，用特定扫描速度和功率的组合在材料为金属镍的模仁表面进行两次毛化处理，以克服单次毛化处理中存在的问题。本发明所述方法形成表面粗糙度2—4μm，且有大量尺寸约1μm的无序粗糙颗粒分布的毛化形貌。此毛化形貌在具备良好消杂光性能的同时，避免了局部过度烧蚀，对镜片的厚度公差实现了有效的约束，便于注塑脱模与光学系统装配。
附图说明
图1为第一次毛化处理后形成的中间毛化形貌微观结构图；
图2为第二次毛化处理后形成的最终毛化形貌微观结构图；
图3为最终毛化形貌的局部三维结构图。
具体实施方式
下面结合附图1-3对本发明公开的一种提升手机用镜头消杂光性能的镜片模仁激光毛化方法的具体实施方式做详细说明，而非用以限制本发明的范围。
一种用于消杂光手机镜头的激光毛化方法，使用355nm紫外纳秒激光器(市购产品)，以不同扫描速度和不同功率两次对模仁表面进行毛化处理，在模仁毛化区域得到设定的表面粗糙度与毛化形貌。
毛化处理使用的激光器为波长355nm、脉宽15ns、重复频率20kHz的紫外纳秒激光器，将激光束聚焦后，由扫描振镜系统控制、激光焦点沿螺旋线逐点对环形毛化区域进行扫描，螺旋线螺距为5μm，相邻激光加工点的间距W与扫描速度v有关，满足如下关系：
；
其中，f为激光脉冲重复频率，此处f=20kHz；
本发明按照特定的扫描速度与激光功率的组合，对模仁的毛化区域进行两次毛化处理。第一次扫描加工采用高速扫描，扫描速度为200mm/s，激光功率范围为200—400mW。此步骤形成中间毛化形貌，中间毛化形貌的特征是，相邻激光加工点间隔为(10±10％)μm，激光加工点密度约为20000个/mm2，加工点在模仁表面形成圆形凹坑，凹坑深度为3—6μm，内壁为光滑曲面。
第二次扫描加工采用低速扫描，扫描速度为60mm/s，激光功率范围为100—200mW。此步骤相邻加工点间隔为(3±10％)μm，激光加工点密度约为66667个/mm2，作用于中间毛化形貌上形成最终毛化形貌。
最终毛化形貌的特征是，表面粗糙度2—4μm，且有大量尺寸约1μm的无序粗糙颗粒分布。
本发明所用扫描速度与激光功率的组合满足，高速扫描时使用较高激光功率，低速扫描时使用较低激光功率。
本发明实施例中，以某型号镜头的镜片模仁为例，模仁材料为金属镍，毛化区域为镜片有效通光孔径外侧的环形区域，其内圈直径大小为2.110mm，外圈直径大小为3.434mm。毛化处理之前，模仁表面经过精密抛光处理，粗糙度约为0.01μm。
本实施例使用的激光参数为，激光波长355nm，脉冲宽度15ns，重复频率20kHz。
第一次毛化处理，使用的激光功率为258mW，激光束聚焦后形成的焦斑大小约为10μm，通过扫描振镜系统控制激光焦点以200mm/s的速度对毛化区域进行扫描，形成中间毛化形貌。相邻激光加工点间隔约为10μm，激光加工点密度约为20000个/mm2，毛化区域呈现为圆形凹坑的有序排列，凹坑深度为4.59μm。
第二次毛化处理，使用的激光功率为134mW，通过扫描振镜系统控制激光焦点以60mm/s的速度对相同毛化区域再次扫描。第二次毛化处理中相邻激光加工点间隔约为3μm，激光加工点密度约为66667个/mm2。第二次毛化处理后形成最终毛化形貌。
图2所示为最终毛化形貌的微观结构图，图3所示为最终毛化形貌的局部三维示意图，毛化区域的表面粗糙度2—4μm，且有大量尺寸约1μm的无序粗糙颗粒分布。
最终毛化形貌与高速扫描形成的中间毛化形貌相比，凹坑的内壁不再光滑，增加了大量微小粗糙颗粒，毛化形貌整体的无序程度增加，更有利于消除杂光。同时，没有出现过度烧蚀的情况，对镜片的厚度公差实现了有效的约束，便于注塑脱模与光学系统装配。
在上述说明书的描述中使用的数值及数值范围并不用于限制本发明，只是为本发明的优选实施例而已。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种用于消杂光手机镜头的激光毛化方法，其特征在于，使用紫外纳秒激光器，对模仁表面进行两次不同速度扫描，每次扫描时候采用不同的功率，实现对模仁表面进行两次毛化处理，在模仁毛化区域得到设定的表面粗糙度与毛化形貌；
所述紫外纳秒激光器输出波长为355nm，脉冲宽度为15ns，重复频率为20kHz；
模仁毛化区域形状为环形，通过扫描振镜系统控制激光焦点沿螺旋线逐点对毛化区域进行扫描，螺旋线螺距为5μm，相邻激光加工点的间距W与扫描速度v满足如下关系：
；
其中，f为激光脉冲重复频率，此处f=20kHz；
第一次扫描加工采用高速扫描，扫描速度为200mm/s，激光功率范围为200—400mW，形成中间毛化形貌；
中间毛化形貌是相邻激光加工点间隔为10±10％μm，激光加工点密度约为20000个/mm2，加工点在模仁表面形成圆形凹坑，凹坑深度为3—6μm，内壁为光滑曲面；
第二次扫描加工采用低速扫描，扫描速度为60mm/s，激光功率范围为100—200mW，相邻加工点间隔为3±10％μm，激光加工点密度约为66667个/mm2，作用于中间毛化形貌上形成最终毛化形貌；
最终毛化形貌是表面粗糙度2—4μm，且有大量尺寸约1μm的无序粗糙颗粒分布。
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