專利名稱：多透鏡加工過(guò)程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工透鏡的方法，特別涉及非常小的透鏡，比如梯度折射率透鏡。
背景技術(shù)：
梯度折射率(GRIN)透鏡具有連續(xù)變化的折射率。GRIN透鏡在開(kāi)關(guān)，隔斷器，耦合器，波長(zhǎng)分復(fù)用器，和環(huán)行器等光學(xué)器件中有許多用途。GRIN透鏡是由具有梯度折射率的玻璃棒制成的。制造這種玻璃棒的方法是本領(lǐng)域眾所周知的。通常，將摻雜劑引入玻璃材料的不同層中，就能獲得梯度折射率。
制造GRIN透鏡的過(guò)程包括切割出具有梯度折射率的要求長(zhǎng)度的玻璃棒，并將該玻璃棒加工成具有要求尺寸和光學(xué)性質(zhì)的透鏡。該加工過(guò)程通常包括若干步驟。加工透鏡的典型步驟順序如下研磨透鏡面，精研透鏡面，拋光透鏡面，清潔透鏡，用一種防反射物質(zhì)涂覆透鏡，清潔透鏡，檢查透鏡，最后包裝透鏡。
GRIN透鏡是非常小的透鏡。比如，一個(gè)GRIN透鏡可以是直徑1.8毫米，長(zhǎng)4.82毫米，或更小。目前，GRIN透鏡按照上述許多或全部加工步驟，一次加工一個(gè)，以這種方式加工小透鏡是非常昂貴的。而且，對(duì)玻璃進(jìn)行這許多或全部加工步驟會(huì)導(dǎo)致透鏡的損壞。
發(fā)明概述本發(fā)明一方面涉及一種制造透鏡的方法，包括將許多要求長(zhǎng)度的玻璃棒組合成一個(gè)單一單元，將該單一單元切割成多個(gè)切片，每個(gè)切片具有許多透鏡，將切片加工成要求的厚度和表面光潔度，從切片中取出獨(dú)立透鏡。
本發(fā)明另一方面涉及一種制造梯度折射率透鏡的方法，包括將許多具有梯度折射率的玻璃棒組合成一個(gè)單一單元，將該單一單元切割成多個(gè)切片，每個(gè)切片具有許多透鏡，對(duì)切片加工并從切片中提取出這許多透鏡。
本發(fā)明另一方面涉及一種制造透鏡的方法，包括將許多要求長(zhǎng)度的玻璃棒組合成一個(gè)單一單元，將該單一單元切割成多個(gè)切片，每個(gè)切片中具有許多個(gè)透鏡，將該切片加工成要求的厚度和表面光潔度，用一種防反射物質(zhì)涂覆切片，清潔切片，并從切片中提取出這些個(gè)透鏡。
通過(guò)以下詳細(xì)說(shuō)明和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中透鏡加工過(guò)程的流程圖。
圖2A表示將多個(gè)玻璃棒插入一個(gè)玻璃管中形成一個(gè)單一單元。
圖2B表示圖2A的玻璃管中裝有一種防粘介質(zhì)。
圖3A表示圖2B的玻璃管固定在一個(gè)切削夾具中。
圖3B是圖3A所示管托架的頂視圖。
圖3C表示將圖3B的玻璃管切割成多個(gè)切片。
圖3D是圖3C中一個(gè)切片的前視圖。
圖4表示一個(gè)雙面精研過(guò)程。
圖5A表示將多個(gè)玻璃棒插入一排分隔環(huán)形成一個(gè)單一單元。
圖5B是圖5A中所示組件的端視圖。
圖5C表示將圖5A的單元切割成多個(gè)切片。
圖6A表示將玻璃棒在包套中擺放成一排。
圖6B表示圖6A中所示玻璃棒包套用的一種切削夾具。
圖6C表示玻璃棒的包套被夾在圖6B的切削夾具中。
圖6D表示排列在夾箍中的多個(gè)透鏡。
圖7A表示使透鏡取向的一個(gè)夾具。
圖7B表示排列在透鏡小面夾具中的多個(gè)透鏡。
圖7C表示精研和拋光后的透鏡片。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式本發(fā)明制造透鏡的方法中，將多個(gè)透鏡組合成一個(gè)單一單元，以加工單個(gè)透鏡的相同方式對(duì)其進(jìn)行加工，這樣能把對(duì)多個(gè)透鏡的操作步驟減至最少。比如，一個(gè)單一單元可以一次集合2到20000個(gè)透鏡。對(duì)該單一單元的操作和取向比對(duì)一個(gè)個(gè)透鏡來(lái)進(jìn)行更簡(jiǎn)單，能顯著降低加工透鏡的成本。以下參考附圖對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中透鏡加工過(guò)程的流程圖。過(guò)程從將一個(gè)或多個(gè)玻璃棒切割成要求長(zhǎng)度(ST100)開(kāi)始。對(duì)GRIN透鏡，該玻璃棒具有一個(gè)梯度折射率。然后將這些玻璃棒組合成一個(gè)單一單元(ST102)。下一步驟是將玻璃棒的單一單元切割成多個(gè)切片(ST104)。每個(gè)切片中包括多個(gè)透鏡，固定在一起形成一個(gè)單一單元。對(duì)每個(gè)切片進(jìn)行與單一透鏡相同的加工。加工過(guò)程從將每個(gè)切片精研成要求的厚度(ST106)開(kāi)始。精研是用松散磨料研磨每個(gè)切片的面。精研過(guò)程獲得的表面光潔度是有些粗糙的，通常是125到625納米R(shí)a。可以進(jìn)行單面或雙面精研。在單面精研中，一次精研每個(gè)切片的一個(gè)面。在雙面精研中，同時(shí)精研每個(gè)切片的兩個(gè)面。
精研后，將薄片置于一個(gè)清潔系統(tǒng)中，除去松散磨料(ST108)。然后將切片拋光至要求的表面光潔度和厚度(ST110)。拋光也是一種使用松散磨料過(guò)程。通常，表面光潔度優(yōu)于精研過(guò)程，在0.1到1納米R(shí)a范圍中。拋光過(guò)程可以是單面或雙面的。在單面拋光中，一次拋光每個(gè)切片的一個(gè)面。在雙面拋光中，同時(shí)拋光每個(gè)切片的兩個(gè)面。拋光后，再次將切片置于一個(gè)清潔系統(tǒng)中，除去松散磨料(ST112)。然后用一種防反射物質(zhì)涂覆清潔過(guò)的切片(ST114)。涂覆過(guò)程之后，將切片置于一個(gè)清潔系統(tǒng)中(ST116)。將清潔過(guò)的切片置于檢查系統(tǒng)中，測(cè)量透鏡的尺寸和光學(xué)特性(ST118)。檢查之后，從切片中取出獨(dú)立透鏡(ST120)。將獨(dú)立透鏡置于一個(gè)清潔系統(tǒng)中，從透鏡上除去所有雜質(zhì)(ST122)。然后將透鏡置于獨(dú)立包裝中(ST124)。
回到步驟ST102，有多種方法能將玻璃棒組合成一個(gè)單一單元。圖2A表示了一種方法，將多個(gè)玻璃棒126插入一個(gè)玻璃管(或套子)128中。圖2B表示玻璃管128中裝有一種合適的隔斷介質(zhì)或防粘介質(zhì)130，比如環(huán)氧樹(shù)脂，蜂蠟，或氨基甲酸乙酯隔斷材料。該隔斷介質(zhì)或防粘介質(zhì)130將多個(gè)玻璃棒126一起固定在玻璃管128中，使玻璃棒和玻璃管128形成一個(gè)單一單元?？梢杂镁€鋸(未示出)或其它合適的切割工具將玻璃管128切割成多個(gè)上述切片。線鋸的使用是一個(gè)精研過(guò)程，能在不損壞玻璃的情況下有效切割玻璃管128和玻璃棒126。
圖3A表示一種適用于線鋸裝置(未示出)的切割?yuàn)A具132。該切割?yuàn)A具132包括一個(gè)管托架134，其中具有用來(lái)容納玻璃管128的空腔136。管托架134被固定在平板138上。平板138可以固定在線鋸桌(未示出)上。管托架134可以通過(guò)任何合適的方式被固定在平板138上，在進(jìn)行切割時(shí)管托架134相對(duì)平板138是固定的。圖3B是管托架134的頂視圖。如圖所示，托架134上有多個(gè)凹槽140來(lái)容納線鋸的切割線(未示出)。凹槽140為玻璃管128被切割的位置劃分界線?；氐綀D3A，切割?yuàn)A具132也包括固定在管托架134上的夾板142上。夾板142通過(guò)螺釘143或其它適用緊固件固定在平板138上，將玻璃管128夾在托架134上。這樣，玻璃管128在切割時(shí)就不會(huì)移動(dòng)了。
夾板142具有多個(gè)凹槽144，與管托架134上的凹槽140(如圖3B所示)彼此對(duì)準(zhǔn)。操作時(shí)，玻璃管128被夾在夾板142和管托架134之間，切割?yuàn)A具132被固定在線鋸桌(未示出)上。然后開(kāi)動(dòng)線鋸(未示出)，使切割線(未示出)通過(guò)夾板142中的凹槽144進(jìn)入管托架134中的凹槽(圖3b中的140)。當(dāng)切割線(未示出)進(jìn)入凹槽(圖3B中的140)時(shí)，它對(duì)玻璃管128和玻璃管128中的玻璃棒126進(jìn)行切割。圖3C表示玻璃棒128被切割成多個(gè)切片146。通常，該切割過(guò)程使用一種研磨漿料，比如乙二醇中的SiC，使切割平滑。圖3D表示其中一個(gè)切片146，其中包括被防粘介質(zhì)130固定在一起的多個(gè)透鏡148(即，圖2A中玻璃棒126的片段)和玻璃管128的一個(gè)片段?？梢圆捎眉庸蝹€(gè)透鏡的方法加工切片146，這樣能大量節(jié)約加工透鏡需要的時(shí)間，還能減少對(duì)玻璃的損壞。
附圖4表示切片146的一個(gè)雙面精研過(guò)程。切片146被固定在精研托架149上，托架被固定在兩個(gè)精研板150之間。精研板150上具有研磨層152。通常研磨層152包括一種松散磨料，比如氧化鋁。精研板150和切片146之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將切片146精研或研磨至要求的厚度。拋光裝置與精研裝置相似。常用的拋光介質(zhì)是氧化鈰。精研和拋光之后，用一種防反射物質(zhì)涂覆切片146。然后，從切片146中取出各個(gè)透鏡148。取出獨(dú)立透鏡148的過(guò)程是將切片146置于一種溶液中，溶解掉防粘介質(zhì)130。
圖5A表示將玻璃棒組合成一個(gè)單一單元的另一種方法。如圖所示，將玻璃棒126插入多個(gè)扣環(huán)154中，這些環(huán)彼此對(duì)準(zhǔn)并隔開(kāi)成排。如圖5B所示，玻璃棒126插過(guò)扣環(huán)154中的孔155?？卓梢允歉鞣N形狀的，比如方形的，圓形的，六邊形的等?；氐綀D5A，將扣環(huán)154圍繞著玻璃棒126繃形成緊密組件156?？梢杂靡粋€(gè)線鋸(未示出)或其它適用切割工具將組件156切割成多個(gè)切片。可以如圖5C所示，在扣環(huán)154之間切割組件156?？梢詫?duì)切片157精研，拋光，用防反射物質(zhì)涂覆，并按照上述方法進(jìn)行清潔。從切片中取出各個(gè)透鏡的過(guò)程很簡(jiǎn)單，只要松開(kāi)扣環(huán)154即可。
圖6A表示將玻璃棒組合成一個(gè)單一單元的另一種方法。如圖所示，在包套158中將各個(gè)玻璃棒126擺放成一排。包套158可以由兩片塑料薄膜或兩片玻璃或一片塑料膜和一片玻璃組成。利用合適的隔斷介質(zhì)或防粘介質(zhì)160，比如環(huán)氧樹(shù)脂或蜂蠟或氨基甲酸酯隔斷材料，可以將各個(gè)玻璃棒126固定在包套158中。圖6B表示包套(圖6A中的158)用的切割?yuàn)A具162。切割?yuàn)A具162具有一個(gè)空腔164?？涨?64中是帶凹槽的板條166。帶凹槽的板條166中的凹槽168為包套切割(圖6A中的158)的劃定界線。圖6C表示固定在切割?yuàn)A具162中的包套158，位于帶凹槽的板條(圖6B中的166)的上方。上板條170可以裝在支撐夾具162上，將包套158夾在帶凹槽的板條(圖6B中的166)上。
使切割刀(未示出)通過(guò)上板條170之間，切過(guò)包套158，并切入帶凹槽的板條(圖6B中的166)中的凹槽(圖6B中的168)，將包套158切割成多個(gè)切片或窄條。按上述方法分別加工窄條?；蛘撸鐖D6D所示，將多個(gè)窄條172排列在夾箍174中。然后將夾箍174在這些窄條172周?chē)嚲o成為一個(gè)較大的單一單元，采用與一個(gè)個(gè)透鏡相同的加工方式進(jìn)行加工。加工過(guò)程步驟如圖1中所示。然后除去將其固定在一起的包套條，就能很簡(jiǎn)單地從窄條172中取出一個(gè)個(gè)透鏡176。
本發(fā)明說(shuō)明了具有平整表面的透鏡。對(duì)于多面體透鏡，即，具有成夾角面的透鏡，需要額外的步驟。如圖1步驟ST110和ST112所述對(duì)切片進(jìn)行拋光和清潔之后，將切片中的透鏡旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，該角度通常在4到12度范圍內(nèi)。這個(gè)過(guò)程通常包括將切片中的透鏡轉(zhuǎn)移至一個(gè)具有一個(gè)取向表面的透鏡小面夾具中。在該旋轉(zhuǎn)位置，使透鏡的要成角度面傾斜，與水平方向成一角度。在透鏡上形成要成夾角用的面的額外步驟包括將透鏡的傾斜面精研至水平。然后清潔透鏡，拋光精研面，再次清潔透鏡。當(dāng)透鏡回復(fù)其正常位置時(shí)，經(jīng)精研和拋光的面就形成了一定角度。對(duì)多面體透鏡按照附圖1的ST114到ST124的步驟進(jìn)一步加工。
有多種方法可以將切片中的透鏡旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。所用的方法通常取決于切片的構(gòu)型。比如，對(duì)被扣環(huán)154(如圖5C所示)固定的切片157(如附圖5C所示)而言，可以使用具有一個(gè)有傾斜度的環(huán)的夾具。圖7A表示一種具有一個(gè)有傾斜度的環(huán)179的夾具178。切片157(如圖5C所示)可以被置于有傾斜度的環(huán)179上，松開(kāi)扣環(huán)154(如圖5C所示)，使切片157(如圖5C所示)中的透鏡落入有傾斜度的環(huán)179中?？嚲o有傾斜度的環(huán)179后，使透鏡126旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。按上述方法加工取向的透鏡126形成小面的角度?？梢詫⑷鐖D6D中窄條172的透鏡窄條置于具有夾角表面的夾具中，比如圖7B所示具有夾角表面182的夾具180中。當(dāng)被置于夾角表面182之間時(shí)，窄條172中的透鏡發(fā)生旋轉(zhuǎn)。附圖7C表示精研和拋光后的窄條172。
本發(fā)明具有一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。特別是通過(guò)將透鏡組合成一個(gè)單一單元，能同時(shí)加工多個(gè)透鏡。這能顯著提高加工產(chǎn)量，并將玻璃材料的損壞降至最低。
本發(fā)明已經(jīng)就有限數(shù)目的實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)此處已公開(kāi)內(nèi)容，能夠在本發(fā)明范圍內(nèi)作出其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種制造透鏡的方法，包括將許多個(gè)要求長(zhǎng)度的玻璃棒組合成一個(gè)單一單元；將該單一單元切割成多個(gè)切片，每個(gè)切片中具有許多單個(gè)透鏡；將該切片加工成要求的厚度和表面光潔度；從切片中取出一個(gè)個(gè)透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，對(duì)許多個(gè)玻璃棒的組合包括將該玻璃棒插入一個(gè)箱體并向該箱體中裝入一種隔斷介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，從該切片中取出一個(gè)個(gè)透鏡包括從切片中除去該隔斷介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，對(duì)許多個(gè)玻璃棒的組合包括將該玻璃棒插入許多間隔成排的扣環(huán)中，并繃緊包裹該玻璃棒的扣環(huán)，而從切片中取出一個(gè)個(gè)透鏡包括松開(kāi)該扣環(huán)。
5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，對(duì)許多個(gè)玻璃棒的組合包括將該玻璃棒在包套中擺放成一排，而從切片中提取出一個(gè)個(gè)透鏡包括將包套與這些透鏡分離。
6.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于加工切片包括以下任意步驟，精研切片，拋光切片，用一種防反射物質(zhì)涂覆切片和/或在至少一個(gè)切片上形成一個(gè)小面角度。
7.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于在至少一個(gè)切片上形成一個(gè)小面角度包括將該切片置于一個(gè)夾具中，該夾具使該切片中每個(gè)透鏡的一個(gè)面都朝向一個(gè)角度。
8.如權(quán)利要求7所述方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下任何一種附加步驟，精研透鏡的取向面或拋光透鏡的取向面。
9.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于該玻璃棒具有梯度折射率。
10.一種制造梯度折射率透鏡的方法，包括將許多個(gè)具有一個(gè)梯度折射率的玻璃棒組合成一個(gè)單一單元；將該單一單元切割成多個(gè)切片，每個(gè)切片中具有許多單個(gè)透鏡；加工該切片；從該切片中取出這些單個(gè)透鏡。
11.一種制造透鏡的方法，包括將許多個(gè)要求長(zhǎng)度的玻璃棒組合成一個(gè)單一單元；將該單一單元切割成多個(gè)切片，每個(gè)切片具有許多單個(gè)透鏡；將該切片加工成要求的厚度和表面光潔度；用一種防反射物質(zhì)涂覆該切片；清潔該切片；從該切片中提取該這些單個(gè)透鏡。
全文摘要
一種制造透鏡的方法，包括將許多個(gè)要求長(zhǎng)度的玻璃棒組合成一個(gè)單一單元，并將該單一單元切割成多個(gè)切片，每個(gè)切片具有許多個(gè)透鏡。該方法進(jìn)一步包括將這些切片加工成要求的厚度和表面光潔度，并從切片中提取該些個(gè)透鏡。
文檔編號(hào)B24B41/06GK1604842SQ02825005
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者C·M·達(dá)坎吉羅, L·G·曼, A·R·尼伯, J·M·奎恩塔爾 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司