CN116040922A - 透镜的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透镜的成型方法，其包括以下步骤：将具有预成型腔的毛坯模具加热至使所述预成型腔内的玻璃预形体处于半熔融状态；对所述毛坯模具施加压力以使得所述玻璃预形体被挤压形成具有预定形状的透镜粗坯；将所述毛坯模具和所述透镜粗坯冷却后，并降压分离所述毛坯模具以将所述透镜粗坯转移至高精度非球面模具的成型腔内；将所述高精度非球面模具加热至使所述透镜粗坯软化成半熔融状态；对所述高精度非球面模具施加压力以使得所述透镜粗坯被挤压形成具有非球面结构的透镜成型件；将所述高精度非球面模具和所述透镜成型件冷却后，并降压分离所述高精度非球面模具以将所述透镜成型件取出。本发明可将外观良率提升10‑15％，设备和模具利用率更高。

Description

透镜的成型方法

【技术领域】

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种透镜的成型方法。

【背景技术】

透镜是由透明物质(如玻璃、塑料等)制成的一种光学元件，可广泛应用于安防、车载、数码相机、激光、光学仪器等各个领域，随着市场不断的发展，透镜的应用也越来越广泛。特别是随着互联网时代的发展，电子设备的运用越来越多的进入人们的生活，比如手机、平板电脑、笔记本等，对透镜应用于电子产品的要求也越来越高。

相关技术中的玻璃透镜的成型方法是：先将高精度非球面模具加热至玻璃软化点温度以使得模具表面的玻璃软化成半熔融状态(半熔融状态下的玻璃具有可塑性和半流动状态)，并将模压腔体抽至真空状态，再对高精度非球面模具施加压力以对玻璃晶圆片进行模压得到非球面透镜。然而这种透镜的成型方法存在以下缺点：

1、模压结构相对复杂的透镜，尤其是大矢高、双凸和反曲等结构的透镜，需要采用多次模压成型，模压成型时间长，效率低；

2、对于一模多穴结构的模具，受玻璃流动和腔压的影响，边缘穴位成型良率差，导致整体的外观良率偏低；

3、高精度非球面模具需采用耐高温的材料制成，例如钨钢材质的一模多穴结构的模具，其加工难度大，加工成本高和周期长，导致单颗透镜的模具分摊成本高，同时影响加工进度，不利于大规模的量产和降本增效。

因此，实有必要对相关技术中的透镜的成型方法进行改进以避免上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种透镜的成型方法，该透镜的成型方法不仅对于多穴模具可以将外观良率提升10-15％，而且设备和模具利用率更高，单套高高精度非球面模具产能可提升2倍(即透镜生产效率可提高2倍)，在相同产能情况下，可少开一半精加工的高精度非球面模具，模具成本可减少1/3以上。

为了达到上述目的，本发明提供了一种透镜的成型方法，包括以下步骤：

将具有预成型腔的毛坯模具加热至使所述预成型腔内的玻璃预形体处于半熔融状态；

对所述毛坯模具施加压力以使得所述玻璃预形体被挤压形成具有预定形状的透镜粗坯；

将所述毛坯模具和所述透镜粗坯冷却后，并降压分离所述毛坯模具以将所述透镜粗坯转移至高精度非球面模具的成型腔内；

将所述高精度非球面模具加热至使所述透镜粗坯软化成半熔融状态；

对所述高精度非球面模具施加压力以使得所述透镜粗坯被挤压形成具有非球面结构的透镜成型件；

将所述高精度非球面模具和所述透镜成型件冷却后，并降压分离所述高精度非球面模具以将所述透镜成型件取出。

优选地，所述毛坯模具包括具有第一成型面的第一定模以及具有第二成型面的第一动模，所述第一成型面和所述第二成型面相对且间隔设置以形成所述预成型腔，所述第一成型面具有至少一个第一模穴，所述第二成型面具有至少一个第二模穴，所述第一模穴与所述第二模穴之间的间隔空间形成所述透镜粗坯的预成型空间。

优选地，对所述毛坯模具施加的压力作用在所述第一动模上，且在对所述毛坯模具施加压力以使得所述玻璃预形体被挤压形成具有预定形状的所述透镜粗坯的过程中，通过控制所述第一动模和所述第一定模的分模面之间的距离改变其表面力的大小以控制所述透镜粗坯的形状。

优选地，所述高精度非球面模具包括具有第三成型面的第二定模以及具有第四成型面的第二动模，所述第三成型面和所述第四成型面相对且间隔设置以形成所述成型腔，所述第三成型面具有至少一个第三模穴，所述第四成型面具有至少一个第四模穴，所述第三模穴与所述第四模穴之间的间隔空间形成所述透镜成型件的成型空间。

优选地，对所述高精度非球面模具施加的压力作用在所述第二动模上，且在对所述高精度非球面模具施加压力以使得所述透镜粗坯被挤压形成具有非球面结构的所述透镜成型件的过程中，通过控制所述第二动模和所述第二定模的分模面之间的距离改变其表面力的大小以控制所述透镜成型件的形状。

优选地，所述毛坯模具在模压机的第一成型室内分别进行加热和冷却，且在加热和冷却过程中，所述第一成型室内均充满氮气；或/和，所述高精度非球面模具在模压机的第二成型室内进行加热和冷却，且在加热和冷却过程中，所述第二成型室内均充满氮气。

优选地，在对所述毛坯模具施加压力前，对所述预成型腔抽真空；或/和，在对所述高精度非球面模具施加压力前，对所述成型腔抽真空。

优选地，将所述毛坯模具加热至使所述毛坯模具内的玻璃预形体处于半熔融状态时，所述毛坯模具的温度为第一预设温度，所述第一预设温度等于玻璃驰垂温度+T1，20℃≤T1≤40℃；或/和，将所述高精度非球面模具加热至使所述透镜粗坯软化成半熔融状态时，所述高精度非球面模具的温度为第二预设温度，第二预设温度等于玻璃驰垂温度+T2，20℃≤T2≤50℃；或/和，将所述毛坯模具和所述透镜粗坯冷却后，所述毛坯模具的温度为第三预设温度，第三预设温度等于玻璃化转变温度-T3，20℃≤T3≤50℃。

优选地，所述透镜成型件包括阵列排布的多个透镜，阵列排布的多个透镜通过激光切割得到单个透镜。

优选地，所述玻璃预形体为熔融状的玻璃熔滴或玻璃基材。

与相关技术相比，本发明的透镜的成型方法先通过毛坯模具将玻璃预形体预成型形成具有预定形状的透镜粗坯，在通过高精度非球面模具将透镜粗坯成型形成具有非球面结构的透镜成型件。这种成型方法不仅对于多穴模具可以将外观良率提升10-15％，而且设备和模具利用率更高，单套高高精度非球面模具产能可提升2倍(即透镜生产效率可提高2倍)，在相同产能情况下，可少开一半精加工的高精度非球面模具，模具成本可减少1/3以上。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：

图1为本发明实施例中透镜成型方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例中毛坯模具的部分结构图；

图3为本发明实施例中高精度非球面模具的部分结构图。

【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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请同时参阅图1-3，本发明提供了一种透镜的成型方法，包括以下步骤：

步骤S1、将具有预成型腔的毛坯模具加热至使所述预成型腔内的玻璃预形体处于半熔融状态。

如图2所示，毛坯模具10包括具有第一成型面111的第一定模11以及具有第二成型面131的第一动模13，第一成型面111和第二成型面131相对且间隔设置以形成预成型腔15，第一成型面111具有至少一个第一模穴113，第二成型面131具有至少一个第二模穴133，第二成型面131与第二模穴131之间的间隔空间形成用于成型透镜粗坯的预成型空间17。其中，预成型空间17为预成型腔15的一部分空间。

在本实施例中，毛坯模具10具有阵列排布的多个预成型空间17。也就是说，毛坯模具10成型的透镜粗坯具有阵列排布的粗坯透镜。

在可选实施方式中，玻璃预形体可以为熔融状的玻璃熔滴或玻璃基材。具体而言，当玻璃预形体为熔融状的玻璃熔滴时，玻璃预形体直接灌注于预成型腔15中，并通过被加热的毛坯模具10使玻璃预形体维持于半熔融状态；当玻璃预形体为玻璃基材时，玻璃预形体被放置于第一定模11上后，毛坯模具10的第一动模13通过模压机的执行机构控制执行与第一定模11合模动作以使得玻璃预形体收容于所述预成型腔内，且玻璃预形体通过被加热的毛坯模具10软化成半熔融状态。而处于半熔融状态的玻璃预形体可以完全填充预成型腔15。

在本实施例中，毛坯模具在模压机的第一成型室内进行加热，且在加热过程中，第一成型室内均充满氮气。在氮气氛围下，毛坯模具可以加快升温的速率。从而在相同的加热功率的情况下有利于减少加热时间。

需要说明的是，模压机的第一成型室内设有与第一定模11和第一动模13对应的加热装置，通过加热装置对第一定模11和第一动模13进行加热。其中，加热装置通常选用加热棒或加热电阻丝。

在本实施例中，毛坯模具加热至使毛坯模具内的玻璃预形体处于半熔融状态时，毛坯模具的温度为第一预设温度，第一预设温度等于玻璃驰垂温度+T1，20℃≤T1≤40℃。

需要说明的是，玻璃驰垂温度：玻璃预形体试样在升温过程中停止膨胀时的温度。

本实施例中，毛坯模具10的第一定模11、第一动模13可以采用钨钢或不锈钢等材料进行加工制造。

步骤S2、对所述毛坯模具施加压力以使得所述玻璃预形体被挤压形成具有预定形状的透镜粗坯。具体而言，对毛坯模具10施加的压力作用在第一动模13上，且在对毛坯模具施加压力以使得玻璃预形体被挤压形成具有预定形状的透镜粗坯的过程中，根据Lennard-Jones势能定律，通过控制所述第一动模13和所述第一定模11的分模面之间的距离改变其表面力的大小以控制透镜粗坯的形状。

在本实施例中，对所述毛坯模具施加的压力为第一预设压力，第一预设压力为80KN-160KN。

在本实施例中，在对毛坯模具施加压力前，对预成型腔抽真空。

在本实施例中，预成型腔15抽真空后的真空度为0-0.5mbar。

步骤S3、将所述毛坯模具和所述透镜粗坯冷却后，并降压分离所述毛坯模具以将所述透镜粗坯转移至高精度非球面模具的成型腔内。

在本实施例中，毛坯模具10在模压机的第一成型室内进行冷却，且在冷却过程中，第一成型室内均充满氮气。在氮气氛围下，毛坯模具可以加快降温的速率。

在本实施例中，通过循环冷却水对毛坯模具10进行快速冷却。且将毛坯模具和透镜粗坯冷却后，毛坯模具的温度为第三预设温度，第三预设温度等于玻璃化转变温度-T3，20℃≤T3≤50℃。也就是说，需要使透镜粗坯降温至玻璃化转变温度以下以使得透镜粗坯的形状固定，从而便于透镜粗坯转移。

需要说明的是，玻璃化转变温度是指所述透镜粗坯由玻璃态转变为高弹态所对应的温度。

如图3所示，高精度非球面模具20包括具有第三成型面211的第二定模21以及具有第四成型面231的第二动模23，第三成型面211和第四成型面231相对且间隔设置以形成成型腔25，第三成型面211具有至少一个第三模穴213，第四成型面231具有至少一个第四模穴233，第三模穴213与第四模穴233之间的间隔空间形成透镜成型件的成型空间27。其中，成型空间27为成型腔25的一部分空间。

其中，第三模穴213可以为凸起或凹槽，第四模穴233也可以为凸起或凹槽。

本实施例中，即第三模穴213以及第四模穴233的形状根据透镜的具体结构进行设置，取决于透镜的直径、厚度、入射面的曲面形状和出射面的曲面形状。

本实施例中，高精度非球面模具20的第二定模21、第二动模23可以采用钨钢或不锈钢等材料进行加工制造，可以采用金属切削加工等方式实现。成型后的成型模具还需经过镀层等后续工艺，保证模具寿命的同时，确保成型产品的精度。

步骤S4、将所述高精度非球面模具加热至使所述透镜粗坯软化成半熔融状态。

在本实施例中，高精度非球面模具在模压机的第二成型室内进行加热，且在加热过程中，第二成型室内均充满氮气。在氮气氛围下，高精度非球面模具可以加快升温的速率。从而在相同的加热功率的情况下有利于减少加热时间。

需要说明的是，模压机的第二成型室内也设有与第二定模21和第二动模23对应的加热装置，通过加热装置对第二定模21和第二动模23进行加热。

在本实施例中，将高精度非球面模具加热至使所述透镜粗坯软化成半熔融状态时，高精度非球面模具的温度为第二预设温度，第二预设温度等于玻璃驰垂温度+T2，20℃≤T2≤50℃。

步骤S5、对所述高精度非球面模具施加压力以使得所述透镜粗坯被挤压形成具有非球面结构的透镜成型件。具体而言，对高精度非球面模具施加的压力作用在第二动模23上，且在对所高精度非球面模具施加压力以使得透镜粗坯被挤压形成具有非球面结构的透镜成型件的过程中，根据Lennard-Jones势能定律，通过控制第二动模和第二定模的分模面之间的距离改变其表面力的大小以控制透镜成型件的形状。

在本实施例中，对所述高精度非球面模具施加的压力为第二预设压力，第二预设压力为100KN-160KN。

在本实施例中，在对高精度非球面模具施加压力前，对成型腔抽真空。

在本实施例中，成型腔抽真空后的真空度为0-0.2mbar。

步骤S6、将所述高精度非球面模具和所述透镜成型件冷却后，并降压分离所述高精度非球面模具以将所述透镜成型件取出。

在本实施例中，高精度非球面模具20也具有阵列排布的多个成型空间27。也就是说，高精度非球面模具20成型的透镜成型件也包括阵列排布的多个透镜，阵列排布的多个透镜通过激光切割得到单个透镜。

需要说明的是，毛坯模具和高精度非球面模具在冷却过程中，均在模具上维持施压。毛坯模具10和高精度非球面模具20在施加的压力降低后均通过执行机构控制，实现开模、合模等动作。

一方面，如图2所示，第一模穴113和第二模穴131的形状是矩形形状，如图3所示，第三模穴213和第四模穴233的形状是根据透镜的具体结构进行设置的曲面形状。矩形形状的第一模穴113和第二模穴131相对于曲面形状的第三模穴213和第四模穴233更容易加工；另一方面，由于本发明的透镜的成型方法是先通过毛坯模具将玻璃预形体预成型形成具有预定形状的透镜粗坯，在通过高精度非球面模具将透镜粗坯成型形成具有非球面结构的透镜成型件，因此模压形成透镜粗坯的第一模穴113和第二模穴131对加工精度没有太高的要求。因而，毛坯模具相对于高精度非球面模具更容易加工，从而可以有效降低模具的成本。

与相关技术相比，本发明的透镜的成型方法先通过毛坯模具将玻璃预形体预成型形成具有预定形状的透镜粗坯，在通过高精度非球面模具将透镜粗坯成型形成具有非球面结构的透镜成型件。这种成型方法不仅对于多穴模具可以将外观良率提升10-15％，而且设备和模具利用率更高，单套高高精度非球面模具产能可提升2倍(即透镜生产效率可提高2倍)，在相同产能情况下，可少开一半精加工的高精度非球面模具，模具成本可减少1/3以上。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

将具有预成型腔的毛坯模具加热至使所述预成型腔内的玻璃预形体处于半熔融状态；

对所述毛坯模具施加压力以使得所述玻璃预形体被挤压形成具有预定形状的透镜粗坯；

将所述毛坯模具和所述透镜粗坯冷却后，并降压分离所述毛坯模具以将所述透镜粗坯转移至高精度非球面模具的成型腔内；

将所述高精度非球面模具加热至使所述透镜粗坯软化成半熔融状态；

对所述高精度非球面模具施加压力以使得所述透镜粗坯被挤压形成具有非球面结构的透镜成型件；

将所述高精度非球面模具和所述透镜成型件冷却后，并降压分离所述高精度非球面模具以将所述透镜成型件取出。

2.根据权利要求1所述的透镜的成型方法，其特征在于，所述毛坯模具包括具有第一成型面的第一定模以及具有第二成型面的第一动模，所述第一成型面和所述第二成型面相对且间隔设置以形成所述预成型腔，所述第一成型面具有至少一个第一模穴，所述第二成型面具有至少一个第二模穴，所述第一模穴与所述第二模穴之间的间隔空间形成所述透镜粗坯的预成型空间。

3.根据权利要求2所述的透镜的成型方法，其特征在于，对所述毛坯模具施加的压力作用在所述第一动模上，且在对所述毛坯模具施加压力以使得所述玻璃预形体被挤压形成具有预定形状的所述透镜粗坯的过程中，通过控制所述第一动模和所述第一定模的分模面之间的距离改变其表面力的大小以控制所述透镜粗坯的形状。

4.根据权利要求1所述的透镜的成型方法，其特征在于，所述高精度非球面模具包括具有第三成型面的第二定模以及具有第四成型面的第二动模，所述第三成型面和所述第四成型面相对且间隔设置以形成所述成型腔，所述第三成型面具有至少一个第三模穴，所述第四成型面具有至少一个第四模穴，所述第三模穴与所述第四模穴之间的间隔空间形成所述透镜成型件的成型空间。

5.根据权利要求4所述的透镜的成型方法，其特征在于，对所述高精度非球面模具施加的压力作用在所述第二动模上，且在对所述高精度非球面模具施加压力以使得所述透镜粗坯被挤压形成具有非球面结构的所述透镜成型件的过程中，通过控制所述第二动模和所述第二定模的分模面之间的距离改变其表面力的大小以控制所述透镜成型件的形状。

6.根据权利要求1所述的透镜的成型方法，其特征在于，所述毛坯模具在模压机的第一成型室内分别进行加热和冷却，且在加热和冷却过程中，所述第一成型室内均充满氮气；或/和，所述高精度非球面模具在模压机的第二成型室内进行加热和冷却，且在加热和冷却过程中，所述第二成型室内均充满氮气。

7.根据权利要求1所述的透镜的成型方法，其特征在于，在对所述毛坯模具施加压力前，对所述预成型腔抽真空；或/和，在对所述高精度非球面模具施加压力前，对所述成型腔抽真空。

8.根据权利要求1所述的透镜的成型方法，其特征在于，将所述毛坯模具加热至使所述毛坯模具内的玻璃预形体处于半熔融状态时，所述毛坯模具的温度为第一预设温度，所述第一预设温度等于玻璃驰垂温度+T1，20℃≤T1≤40℃；或/和，将所述高精度非球面模具加热至使所述透镜粗坯软化成半熔融状态时，所述高精度非球面模具的温度为第二预设温度，第二预设温度等于玻璃驰垂温度+T2，20℃≤T2≤50℃；或/和，将所述毛坯模具和所述透镜粗坯冷却后，所述毛坯模具的温度为第三预设温度，第三预设温度等于玻璃化转变温度-T3，20℃≤T3≤50℃。

9.根据权利要求1所述的透镜的成型方法，其特征在于，所述透镜成型件包括阵列排布的多个透镜，阵列排布的多个透镜通过激光切割得到单个透镜。

10.根据权利要求1所述的透镜的成型方法，其特征在于，所述玻璃预形体为熔融状的玻璃熔滴或玻璃基材。

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