CN111673296B - 一种可提高镜片装配精度的切割装置及切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提高镜片装配精度的切割装置及切割方法，所述切割装置包括：一移动平台；置于移动平台上并用于放置镜片样品的可旋转冶具，所述镜片样品为由待保留区域以及待切割区域构成的T形结构，所述待切割区域沿所述待保留区域顶部向外延伸形成；倾斜安装在移动平台上且可上下移动的切割头；置于所述切割头上方且倾斜设置的反射镜；以及设置于所述反射镜入射方向的皮秒激光器；所述皮秒激光器发出的激光经所述反射镜反射后射入所述切割头内，所述切割头对所述激光进行整形，并利用整形后的光束对旋转的镜片样品以朝向镜片样品圆心外的角度倾斜切割。本发明通过上述方法消除镜片在二次加工时产生的同心度误差，提高镜片的装配精度。

Description

一种可提高镜片装配精度的切割装置及切割方法

技术领域

本发明涉及镜片切割领域，具体涉及一种可提高镜片装配精度的切割装置及切割方法。

背景技术

光学系统如成像镜头模组、检测镜头模组、投影镜头模组等应用越来越广泛，尤其应用于3C电子产业的摄像头应用越来越多，比如说手机摄像头，一部手机可以用到高达7颗摄像头，同时随着对手机拍照性能的要求越来越，对摄像头镜头的装配要求也越来越高，而影响镜头装配的关键因素之一是镜片的外型加工，如尺寸精度、圆度、同心度等。

模造成形凭借其可大批量生产、低成本、精度高等特点而被广泛应用于塑料和玻璃璃镜片的生产中，模造成形一张WAFER(薄片)上可以压9片以上，最高可多至几十片上百片镜片，镜片的精度通常可小于0.5um，通常需要模造成形后利用机械或者激光进行二次切割成形。在模造成形时，通常会留出切割位置以供二次切割，但机械或传统激光加工会因为二次定位问题以及加工精度问题通常会使得光学镜片加工同心度大于3um，甚至会大于10um，而且良率不高，而通常镜头设计厂商的要求是要在0.5um以内。因此，机械或传统激光加工无法保证对镜片二次加工后的精度以及良率。

发明内容

本发明实施例提供了一种可提高镜片装配精度的切割装置和切割方法，旨在消除镜片在二次加工过程中产生的同心度误差，提高镜片的装配精度。

本发明实施例提供了一种可提高镜片装配精度的切割装置，包括：

一移动平台；

置于所述移动平台上并用于放置镜片样品的可旋转冶具，所述镜片样品为由待保留区域以及待切割区域构成的T形结构，所述待切割区域沿所述待保留区域顶部向外延伸形成；

倾斜安装在所述移动平台上且可上下移动的切割头；

置于所述切割头上方且倾斜设置的反射镜；

以及设置于所述反射镜入射方向的皮秒激光器；

所述皮秒激光器发出的激光经所述反射镜反射后射入所述切割头内，所述切割头对所述激光进行整形，并利用整形后的光束对旋转的镜片样品以朝向镜片样品圆心外的角度倾斜切割。

进一步的，所述待切割区域的厚度为所述镜片样品总厚度的5％～50％。

进一步的，所述待切割区域的厚度小于所述镜片样品总厚度的三分之一。

进一步的，所述切割头的倾斜角度为5°～45°。

进一步的，所述反射镜呈45°倾斜设置。

进一步的，所述皮秒激光器发射的激光的波长为1030～1090nm，脉宽为5～15ps。

进一步的，所述可旋转冶具的最大转速为1000r/min。

本发明实施例还提供了一种采用如上所述的切割装置的切割方法，包括：

皮秒激光器发出的激光经反射镜反射后射入切割头内，所述切割头对所述激光进行整形，并利用整形后的光束对旋转的镜片样品以朝向镜片样品圆心外的角度倾斜切割。

进一步的，还包括：

通过视觉系统捕捉所述镜片样品的样品特征，并对所述镜片样品的圆心进行拟合，从而得到所述镜片样品的中心点，然后将所述镜片样品移动至所述中心点与所述视觉系统的零点重合的位置。

进一步的，还包括：

将所述切割头的高度调整至所述切割头发出的光束聚焦范围覆盖全部待切割区域的高度位置。

本发明实施例提供了一种可提高镜片装配精度的切割装置和切割方法，所述切割装置包括：一移动平台；置于所述移动平台上并用于放置镜片样品的可旋转冶具，所述镜片样品为由待保留区域以及待切割区域构成的T形结构，所述待切割区域沿所述待保留区域顶部向外延伸形成；倾斜安装在所述移动平台上且可上下移动的切割头；置于所述切割头上方且倾斜设置的反射镜；以及设置于所述反射镜入射方向的皮秒激光器；所述皮秒激光器发出的激光经所述反射镜反射后射入所述切割头内，所述切割头对所述激光进行整形，并利用整形后的光束对旋转的镜片样品以朝向镜片样品圆心外的角度倾斜切割。本发明实施例通过倾斜设置切割头，使切割头对镜片样品进行倾斜切割，从而保证只对镜片样品的待切割区域进行切割，避免因切割待保留区域而影响切割后镜片的同心度，从而消除镜片在二次加工时产生的同心度误差，提高镜片的装配精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可提高镜片装配精度的切割装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种可提高镜片装配精度的切割装置中的镜片样品的剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的一种可提高镜片装配精度的切割装置中的切割原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面请参阅图1，图1为本发明实施例提供的可提高镜片装配精度的切割装置的结构示意图，具体包括：

一移动平台101；

置于所述移动平台101上并用于放置镜片样品103的可旋转冶具102，结合图2所示，所述镜片样品103为由待保留区域1031以及待切割区域1032构成的T形结构，所述待切割区域1032沿所述待保留区域1031顶部向外延伸形成；

倾斜安装在所述移动平台101上且可上下移动的切割头104；

置于所述切割头104上方且倾斜设置的反射镜105；

以及设置于所述反射镜105入射方向的皮秒激光器106；

所述皮秒激光器106发出的激光经所述反射镜105反射后射入所述切割头104内，所述切割头104对所述激光进行整形，并利用整形后的光束对旋转的镜片样品103以朝向镜片样品103圆心外的角度倾斜切割。

本实施例中，将所述镜片样品103置于所述可旋转冶具102上，以及将所述可旋转冶具102置于所述移动平台101上，从而达到所述镜片样品103在所述移动平台101上移动的效果。并且在所述切割头104对所述镜片样品103进行切割之前，由于所述切割头103的高度以及切割角度均已固定，因而需要旋转所述可旋转冶具102，也就是旋转所述可旋转冶具102上的镜片样品103，从而使所述切割头104对所述镜片样品103的待切割区域1032的全部区域进行切割。在一具体应用场景中，利用整形后的长焦深光束对所述镜片样品103进行切割。

另外，可以理解的是，所述切割头104位于所述移动平台101上，是指所述切割头104位于所述移动平台101的上方(或者说悬于所述移动平台101的上方)，而不是如同所述可旋转冶具102一样置于所述移动平台101上，如此方可实现切割头104对所述镜片样品103切割的目的。还需说明的是，如图2所示，本实施例中的T形结构镜片样品是指所述镜片样品103的剖面形状为T形。

本实施例提供的切割装置可以保证待切割区域1032不会因为切割误差凸出而影响所述镜片样品103的精度/同心度，也就是说，所述切割头104在对所述镜片样品103进行切割时，如图3所示，所述切割头104只会切割所述待切割区域1032，而不会切割到所述待保留区域1031，从而保证所述待保留区域1031的同心度不受影响，使所述镜片样品103的精度/同心度完全取决于模造成型的精度。进一步的，本实施例对所述镜片样品103的待保留区域1031的外表面进行模造成型，而通常情况下经过模造成型的镜片的同心度可以保证在0.5um以内，进而可以保证镜片的精度/同心度，并以此提高镜片的装配精度，提高小型光学系统的成像效果。

在另一实施例中，采用镜筒侧壁装固定夹方式对切割后的镜片进行安装，从而完全依靠镜筒注塑精度以及切割后的镜片精度改善镜头装夹精度。

在一实施例中，所述待切割区域1032的厚度为所述镜片样品103总厚度的5％～50％。

本实施例中，由于在模造成形时，通常会留出切割位置(即所述待切割区域1032)以供二次切割，但是为了避免所述切割区域1032的体积过大影响切割效果，因而可以将所述待切割区域1032的厚度进行限定，例如为所述镜片样品103总厚度的5％～50％。当然，在其他实施例，也可以将所述待切割区域1032的厚度设置为其他数值。

进一步的，在一实施例中，所述待切割区域1032的厚度小于所述镜片样品103总厚度的三分之一。

本实施例中，对所述待切割区域1032的厚度进一步的限定，从而得到一个最佳切割厚度(或者说，接近最佳切割厚度)。可以理解的是，这里所说的最佳切割厚度即是指最适宜本实施例提供的切割装置对所述待切割区域1032进行切割的厚度。

在一实施例中，所述切割头104的倾斜角度为5°～45°。

本实施例中，为使所述切割头104发出的光束可以覆盖聚焦所述待切割区域1032的全部区域，需要对所述切割头104的倾斜角度进行一定的调整设置。具体来说，所述切割头104的倾斜角度与所述切割头104的高度(即距离所述镜片样品103的高度)以及所述待切割区域1032的大小有关。需要说明的是，这里所说的覆盖聚焦所述待切割区域1032的全部区域具体是指所述光束聚焦区域可以覆盖所述待切割区域1032对应宽度位置，而可以理解的是，本实施例中的待切割区域1032实质上是一个环形区域，因而这里所说的待切割区域1032的宽度是指所述待切割区域1032的内侧至外侧的宽度距离。

在一实施例中，所述反射镜105呈45°倾斜设置。

本实施例中，为使所述皮秒激光器106发出的激光经所述反射镜105反射后能够顺利进入到所述切割头104内，需要对所述反射镜105进行角度上的设置，也就是说，所述反射镜105与所述切割头104不能处于一条直线上。在对所述反射镜105的角度设置完成后，所述皮秒激光器106的位置也随之确定，即所述皮秒激光器106的位置是随着所述反射镜105的倾斜角度变化而变化。例如将所述反射镜105的倾斜角度设置为45°，则此时所述皮秒激光器106的位置可以水平设置在所述反射镜105的入射方向。

需要说明的是，无论所述反射镜105的倾斜角度为多少，所述皮秒激光器106的位置应该总是处于所述反射镜的入射方向范围内。

在一实施例中，所述皮秒激光器106发射的激光的波长为1030nm～1090nm，脉宽为5ps～15ps。

皮秒激光器是一款脉宽为皮秒的激光器，具有皮秒级超短脉宽、重复频率可调、脉冲能量高等特点，本实施例中的皮秒激光器106可以发出波长为1030nm～1090nm，脉宽为5ps～15ps的激光。在一具体实施例中，所述切割头104将所述反射镜105折射的激光整形为贝塞尔光束，并利用所述贝塞尔光束对所述镜片样品103进行切割。所述贝塞尔光束是一种聚焦光斑小且焦深长的光束，其焦深范围内的能量基本一致。

在一实施例中，所述可旋转冶具102的最大转速为1000r/min。

本实施例中，所述可旋转冶具102的主要作用即是使所述镜片样品103旋转，而镜片样品103旋转的转速则会对切割效率产生影响。具体的，当所述可旋转冶具102的转速较大时，所述切割头104切割的速度则会较快，反之亦然。综合来看，为保证切割质量以及切割效率，可以将所述可旋转冶具102的转速设置为1000r/min，或者是800r/min至1000r/min之间的某一数值。当然，在其他具体实施例中，也可以将所述可旋转冶具102的转速设置为其他数值。

在一具体实施例中，所述可旋转冶具102具备角度信息实施同步输出功能，从而使所述可旋转冶具102每旋转一个角度，便输出1个脉冲并触发一个激光脉冲，如此可以实现对所述待切割区域1032的每一位置进行均匀加工，保证切割轨迹的均匀度。

本实施例还提供了一种采用如上述各实施例所述的切割装置的切割方法，包括：

皮秒激光器106发出的激光经反射镜105反射后射入切割头104内，所述切割头104对所述激光进行整形，并利用整形后的光束对旋转的镜片样品103以朝向镜片样品103圆心外的角度倾斜切割。

本实施例中，在将所述切割装置调整结束后，开始对所述镜片样品103进行切割。具体的，首先打开所述皮秒激光器106，以及旋转所述镜片样品103(即通过旋转所述可旋转冶具102达到旋转所述镜片样品104的目的)，利用所述反射镜105将所述皮秒激光器106发出的激光反射至所述切割头104内，所述切割头104将所述激光整形成光束，并利用所述光束对所述镜片样品103进行切割。

在一实施例中，所述切割方法还包括：

通过视觉系统捕捉所述镜片样品103的样品特征，并对所述镜片样品103的圆心进行拟合，从而得到所述镜片样品103的中心点，然后将所述镜片样品103移动至所述中心点与所述视觉系统的零点重合的位置。

本实施例中，在对所述镜片样品103进行切割之前，通过所述视觉系统对所述镜片样品103的样品特征(即球面状特征)进行捕捉，从而拟合所述镜片样品103的圆心，使所述镜片样品103的切割位置更加准确，进而提高切割精度。优选的，视觉系统为工业级CCD定位系统(CCD，Charge Coupled Device，电荷藕合器件图像传感器)，CCD分辨率为1000万像素，定位系统定位精度可达±5um。

在一实施例中，所述切割方法还包括：

将所述切割头104的高度调整至所述切割头104发出的光束聚焦范围覆盖全部待切割区域的高度位置。

本实施例中，在利用所述视觉系统对所述镜片样品的位置进行精准调整后，为使所述切割头104对所述镜片样品进行均匀、完整的切割，故而对所述切割头104的高度进行调整，从而保证切割精度。

在一实施例中，在对所述镜片样品103完成切割后，利用所述机械方法将所述待切割区域1032与所述待保留区域1031分离。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (5)

1.一种可提高镜片装配精度的切割装置，其特征在于，包括：

一移动平台；

置于所述移动平台上并用于放置镜片样品的可旋转冶具，所述镜片样品为由待保留区域以及待切割区域构成的T形结构，所述待切割区域沿所述待保留区域顶部向外延伸形成；所述待切割区域的厚度为所述镜片样品总厚度的5%~50%；所述可旋转冶具的最大转速为1000 r/min；所述可旋转冶具具备角度信息实施同步输出功能，从而使所述可旋转冶具每旋转一个角度，便输出1个脉冲并触发一个激光脉冲；

倾斜安装在所述移动平台上且可上下移动的切割头；所述切割头的倾斜角度为5°~45°；所述切割头将反射镜反射的激光整形为贝塞尔光束，并利用所述贝塞尔光束对所述镜片样品进行切割；

置于所述切割头上方且倾斜设置的反射镜；所述反射镜呈45°倾斜设置；

以及设置于所述反射镜入射方向的皮秒激光器；所述皮秒激光器发射的激光的波长为1030~1090nm，脉宽为5~15ps；所述皮秒激光器的位置处于所述反射镜的入射方向范围内；

所述皮秒激光器发出的激光经所述反射镜反射后射入所述切割头内，所述切割头对所述激光进行整形，并利用整形后的光束对旋转的镜片样品以朝向镜片样品圆心外的角度倾斜切割；

采用镜筒侧壁装固定夹方式对切割后的镜片进行安装，从而完全依靠镜筒注塑精度以及切割后的镜片精度改善镜头装夹精度。

2.根据权利要求1所述的可提高镜片装配精度的切割装置，其特征在于，所述待切割区域的厚度小于所述镜片样品总厚度的三分之一。

3.一种采用如权利要求1~2任一项所述的切割装置的切割方法，其特征在于，包括：

皮秒激光器发出的激光经反射镜反射后射入切割头内，所述切割头对所述激光进行整形，并利用整形后的光束对旋转的镜片样品以朝向镜片样品圆心外的角度倾斜切割。

4.根据权利要求3所述的切割方法，其特征在于，还包括：

通过视觉系统捕捉所述镜片样品的样品特征，并对所述镜片样品的圆心进行拟合，从而得到所述镜片样品的中心点，然后将所述镜片样品移动至所述中心点与所述视觉系统的零点重合的位置。

5.根据权利要求3所述的切割方法，其特征在于，还包括：

将所述切割头的高度调整至所述切割头发出的光束聚焦范围覆盖全部待切割区域的高度位置。

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