1、JOEM 光学素子加工技術 1. 芯取芯取芯取 芯取 以相机为开端， 各种各样的光学产品里搭载着很多的镜片般由几枚 十几枚的镜片组成居多各个镜片的中心构成的轴 ，具体是指，为了让 连接研磨完毕后的两面的曲率中心的线械（芯取机）的回转轴重合 （芯取后， 对于镜片的光轴外径中心轴重合面，在镜框里安装的情况下镜片周边加工的误差会成为镜片系统致命的缺陷1.1 偏芯的定义和表示方法偏芯的定义和表示方法偏芯的定义和表示方法偏芯的定义和表示方法 实际上， 对镜片芯取的情况下为偏芯， 定义为相对于一边的面图图图 图 2 是用几何 学表示的偏芯中心轴和光轴的交点作为基准面的曲率中心作为镜片偏芯处理，可知 偏1.
2、2 芯取的方法芯取的方法芯取的方法芯取的方法 芯取是 把镜片的心取出都用 图图图 图 3 表示的构成装置进行械性地取出中心的方法和光学性地取出中心的方法Page 1/10 芯芯芯 芯 取取取 取 各种各样的光学产品里搭载着很多的镜片 。 这当中的多镜片系统里十几枚的镜片组成居多 ，为了满足光学性能， 有必要把含镜片的圆筒的中心轴和， 高水平地形成一致。因此， 这里说的必要加工就是芯取连接研磨完毕后的两面的曲率中心的线 （光轴） 和研削镜片周边的机（ 芯取）， 对所定的形状尺寸的周边进行研削的作业对于镜片的光轴外径中心轴重合 ， 研削面变成组立时的基准面，各个镜片的光轴一致， 实现作为镜片系统的
3、共轴性镜片周边加工的误差会成为镜片系统致命的缺陷 ， 所以芯取是重要工程中的一项图图图 图 1 芯取余量芯取余量芯取余量芯取余量 对镜片芯取的情况下 ，根据各种原因， 光轴有可能偏离外形中心轴定义为相对于一边的面 ，另一边面的倾斜角度（面偏差角）。 学表示的偏芯 ，表示以第 1 面为基准面，第 2 面的摆动 ，中心轴和光轴的交点作为基准面的曲率中心 （ R1）所作的图。 由图可知一般用到的量偏 肉量，面偏差角，光轴偏差角，芯偏振量， 外径偏振量等等把镜片的心取出 ，以及对周边进行研削加工，研削方法是无论 芯取表示的构成装置进行 。芯取 的方法考虑必要的精度以及作业效率械性地取出中心的方法和光学
4、性地取出中心的方法 。 机械性地芯取方法 夹具式指示器式光学性地芯取方法 自准直式反射式透过式芯取余量芯取余量芯取余量芯取余量 这当中的多镜片系统里 ，一有必要把含镜片的圆筒的中心轴和这里说的必要加工就是芯取 。 和研削镜片周边的机对所定的形状尺寸的周边进行研削的作业 （参照 图图图 图 1）。 研削面变成组立时的基准面 ，根据这个基准实现作为镜片系统的共轴性 。因此，对所以芯取是重要工程中的一项 。 光轴有可能偏离外形中心轴 。这个量称， 是以镜片的外形由图可知一般用到的量 ，即，外径偏振量等等 。 芯取 的方法如何，的方法考虑必要的精度以及作业效率 ，大致能做到机JOEM 光学素子加工技術
5、 a a a：偏肉量 ：面偏差角 ：光轴偏差角 d：芯偏振量 l l ：外偏振量 t：芯的厚度 n： 折射率（ （A A） ） 夹具式夹具式夹具式夹具式 从镜片在夹具式 下保持的状态住，让两面的底座 紧贴的同时底座回转轴(机械轴) 一致的原理进行芯取的作业式表现，根据工作轴和 夹具轴X：相对于透镜轴， 夹具轴的平行偏离量：相对于透镜轴， 夹具轴的倾斜D2:夹具轴的底座直径 （面面面 面偏差角 偏差角偏差角偏差角 R2 IPage 2/10 “ # “ “ “#“ #$%（ （ 8） ）夹具轴的平行偏离量 （mm） 夹具轴的倾斜 (rad) Y： D2(mm) （ mm） R2： 夹具轴的曲率半
6、径a2 a1 光轴光轴光轴 光轴1 I2 1(f f 但是 本方式是把镜片从两侧用 底座夹经过一周变成相等 ,利用光轴与芯取精度 0 能用一下方） ） 夹具轴的曲率半径 （mm） 光轴光轴光轴 光轴 偏差角偏差角偏差角偏差角 R1 JOEM 光学素子加工技術 图图图 图? 砥石轴 固定轴 本体框架 下框架 D2 X 夹具轴夹具轴夹具轴夹具轴 R1 R2R2 镜片轴镜片轴镜片轴镜片轴 Page 3/10 图图图 图 3 芯取机的构成芯取机的构成芯取机的构成芯取机的构成 控制盘CRT画面 贝尔轴 冷冻剂盖子 成功芯取的状态（ 芯取不良的状态（ D1： ：透镜轴底座直径 D2： ：夹具轴底座直径 R
7、1： ：透镜轴曲率半径 R2： ：夹具轴曲率半径 ?： ：相对于透镜轴， 夹具轴X： ：相对于透镜轴， 夹具轴离量 Y： ： Y = ? D2 图图图 图 4 4 夹具式夹具式夹具式夹具式 芯取方法芯取方法芯取方法芯取方法主操作盘 控制盘 = 0） = 0） 夹具轴 的倾斜角 夹具轴 的平行偏芯取方法芯取方法芯取方法芯取方法 JOEM 光学素子加工技術 图图图 图 6 6 根据千分表的芯取方法根据千分表的芯取方法根据千分表的芯取方法根据千分表的芯取方法灯聚光镜十字线测试卡分光镜准直透镜 中继透镜加工镜片镜片轴D r1 L： ：被检镜头 r1： ： ：刻度盘指示器 ： ：D： ：芯取径（ 测定位
8、置的径1： ： r 01 11 &D 2r ( 4 Page 4/10 图图图 图 5 5 自准直式芯取方法自准直式芯取方法自准直式芯取方法自准直式芯取方法 根据千分表的芯取方法根据千分表的芯取方法根据千分表的芯取方法根据千分表的芯取方法 图图图 图 7 反射式芯取方法反射式芯取方法反射式芯取方法反射式芯取方法灯 比例尺十字线测试卡A-A面的十字线测试图像目视测试卡目镜 千分尺 聚光镜 十字线测试卡 分光镜 中继透镜 加工镜片 镜片轴 ： ： 被检面曲率半径 ： ： 面偏差角 测定位置的径 ） 反射式芯取方法反射式芯取方法反射式芯取方法反射式芯取方法 比例尺 十字线测试卡 面的十字线测试图像
9、目视测试卡 JOEM 光学素子加工技術 a： ： 十字线b： ： 两重十字线L0： ： 芯取镜片这样， 贝尔夹具方式是机械性地芯取很短。 所以对加工成本方面有利但是， 这种方式芯取出来的对象镜片的形状有限制直式芯取方式。 （B） 自准直式 这种方式， 是让用于测定镜片偏芯的测定器器）与芯取镜片对峙， 在芯取机上进行芯取的操作中心位置用十字线测试卡图像来观测行操作的方法。 自准直式里的芯取精度K： 准直透镜和中继透镜构成的光学系统的分辨率常数RA： 被检面的曲率半径：相对于底座回转轴 ，从这个式子可知， 根据被检镜片的曲率半径的大小所以 十字线测试卡图像的偏移量再有， 因为要固定在工作轴里加工的
10、镜片即， 芯取精度即使根据下式计算的值D：透镜轴的回转精度 （DW：透镜轴的底座径 （RW： 透镜轴的曲率半径自准直式里， 基本上没有对对象镜片的制约更多的时间， 所以是适用于少量镜头以及特殊镜头的方式a L1 Page 5/10 十字线 L1： ：准直透镜 两重十字线 L2： ：望远镜物镜 芯取镜片 L3： ：望远镜目镜 图图图 图 8 8 透过式芯取方法透过式芯取方法透过式芯取方法透过式芯取方法 贝尔夹具方式是机械性地芯取 ，所以不需要经验经验 技能的同时所以对加工成本方面有利 ，拥有使芯取作业自动化变容易的特征。 这种方式芯取出来的对象镜片的形状有限制 ，为了弥补这一点 ，是让用于测定镜
11、片偏芯的测定器 （ 应用自准直的原理的光学性的反射型测定在芯取机上进行芯取的操作 。即，如图 图图 图 5 5 所示那样 ，中心位置用十字线测试卡图像来观测 ，与底座回转轴的偏离量在容许范围 ，自准直式里的芯取精度 A，可用以下式子求得。 E F E （ （ ） ） 准直透镜和中继透镜构成的光学系统的分辨率常数 （mm） 被检面的曲率半径 （mm） ， 十字线测试卡图像的偏离量（ sec） 根据被检镜片的曲率半径的大小 ， 交换使用的中继透镜或者准直透镜十字线测试卡图像的偏移量 的读取精度（ K）不一样，芯取精度 A变成由这个精度左右因为要固定在工作轴里加工的镜片 ，配合读取精度， 受到工作轴
12、的回转精度的影响芯取精度即使根据下式计算的值 W也不会超过（ AW）。 K D 5D /65D D （ （ M） ） （ mm） （ mm） 透镜轴的曲率半径 （ mm） 基本上没有对对象镜片的制约 ，但是芯取需要经验， 再者与所以是适用于少量镜头以及特殊镜头的方式 。 L0 L2 技能的同时 ，芯取时间也， 下面将讲述自准应用自准直的原理的光学性的反射型测定， 是被检面的曲率， 挪动加工镜片进交换使用的中继透镜或者准直透镜 ，变成由这个精度左右 。受到工作轴的回转精度的影响 。再者与 夹具式相比要L3 JOEM 光学素子加工技術 1.3 根据芯取方法对加工对象镜头的分类根据芯取方法对加工对象
13、镜头的分类根据芯取方法对加工对象镜头的分类根据芯取方法对加工对象镜头的分类作为芯取方法, 判断采用哪种方式是所谓的 Z值。 Z 值用下式考虑， 根据这个值判断N 86O5 R1， R2： 镜片的曲率半径是否适用夹具式 芯取方法0.15Z 0.10ZZ 图图图 图 9 9 中的各个曲线表示值取 0.15、0.10 时的情况 。一般来说， 大孔径镜片多数采用容易满足偏芯要求的精度的比较困难，用夹具式 进行芯取的情况下步提高。 再有， 根据镜片的形状加工镜头外径D Page 6/10 全曲率 |1 R 1 R | 图图图 图 9 9 根据根据根据 根据 Z Z 值芯取方法的分类值芯取方法的分类值芯取
14、方法的分类值芯取方法的分类 根据芯取方法对加工对象镜头的分类根据芯取方法对加工对象镜头的分类根据芯取方法对加工对象镜头的分类根据芯取方法对加工对象镜头的分类 判断采用哪种方式 (夹具式还是自准直式)最适合. 要用到芯取系数根据这个值判断 夹具式芯取的难度。 885 O 56O8 88 O （ （ 6） ） 镜片的曲率半径 （mm） D1， D2：底座径 （芯取方法 ，以 Z值大致分为以下几类。 可能 有可能性 困难 中的各个曲线表示 ，横轴为全曲率，纵轴为加工镜片的外径， 作为。 大孔径镜片多数采用容易满足偏芯要求的精度的 夹具式， 但是小孔径镜片里进行芯取的情况下 ，即使偏芯量要求的精度一样
15、， 机械的精度必须进一根据镜片的形状 ，芯取加工的难易度会改变，分类如表 表表 表 2 2 所示 。Z 是否适用 夹具式 领域0.15Z 0.10ZZ 可能 困难 有可能性 Z 0.15 Z 0.10 要用到芯取系数 ,也就（ mm） 作为 D1 D2 D，Z但是小孔径镜片里机械的精度必须进一。 领域 JOEM 光学素子加工技術 两凸镜片镜片形状 Z 值 0.2Z A 0.15Z0.2 A 0.1Z0.15 B 0.06Z0.1 B Z0.06 C A：可能自动夹紧 B： 进行一定程度的芯取C： 有必要进行光学性的芯取另外，Z 值的物理性意义如以下所述个底座把镜片夹住， 根据滑动镜片来进行磨面
16、和底座 之间作用的摩擦力以及根据定的滑动力的 平衡算出来的结果系数。通常， 底座是使用青铜制作是否适用夹具式芯取方法 。Page 7/10 表表表 表 2 2 芯取精度芯取精度芯取精度芯取精度（ （ （镜片形状和加工法 镜片形状和加工法镜片形状和加工法镜片形状和加工法） ） ） 两凸镜片 两凹镜片 凸弯月面 A A A A B B B C C C 进行一定程度的芯取 ，夹紧可以芯取 有必要进行光学性的芯取 值的物理性意义如以下所述 。根据夹具式的芯取，如 1.2 1.2 的的的 的（ （ （A A） ）根据滑动镜片来进行 （参造 图 图图 图 1010）。式子 式子式子 式子（ （ （4 4）
17、 ） 是这个时候的镜片的研之间作用的摩擦力以及根据 由镜片的曲率半径和底座 径所求得的接触角平衡算出来的结果 。因此，Z值表示对于对象镜片，适用 夹具式底座是使用青铜制作 ，运动的摩擦系数为 0.14 0.16， 根据比较这个值来判断。 图图图 图 10 Z10 Z 值的物理意义值的物理意义值的物理意义值的物理意义 O1 O2：光轴 O1， O2： 镜片的曲率中心R1， R2： 镜片的曲率半径D1， D2： 镜片底座的直径： 镜片的接触角凹弯月面 A B B C C ） ） 讲述那样，用两是这个时候的镜片的研径所求得的接触角 所决夹具式 的可能的摩擦根据比较这个值来判断镜片的曲率中心 镜片的曲
18、率半径 镜片底座的直径 镜片的接触角 JOEM 光学素子加工技術 Page 8/10 1.4 关于影响芯取的因关于影响芯取的因关于影响芯取的因关于影响芯取的因素 素素 素（ （ （芯取条件 芯取条件芯取条件芯取条件） ） ） 芯取的主要目的如第 1 项所说那样，是制作镜片组装时的基准面，这个加工精度的评价根据偏芯和外径的形状精度进行。列举影响这些的因素的话，如 表 表表 表 3 3 所示。 表表表 表 3 3 影响芯取的因素影响芯取的因素影响芯取的因素影响芯取的因素 芯取加工精度偏芯芯取精度 芯取方式（夹具式 自准直式）芯取机的机械精度（主轴回转精度 两轴重合精度）芯维持精度 保持方法（夹具式
19、 真空吸附 粘附等）保持条件（夹力 真空度 粘合剂等）加工条件（砥石 切接速度 传送速度）外径的圆度 加工条件 &砥石 零磨削时间等 (芯取机的芯取精度 &主轴回转精度等 ( 形状精度尺寸精度（外径 边缘厚 有效径）W芯取机的机械精度&定位精度等 (W芯取机的刚性W加工条件（砥石 切接速度 传送速度 研削液等）W加工环境（温度等）外径的圆度，圆柱度 加工条件 &砥石 零磨削时间等 (芯取机的芯取精度 &主轴回转精度等 ( 加工面的面精度 加工条件 &砥石 零磨削时间等 (芯取机的芯取精度 &主轴回转精度等 (加工环境（振动等）再有，芯取的不良项目里，有偏芯、外径的形状精度和外观（划痕、裂边）3
20、个。这些的不良原因如下面列举一样，是由于表 3所示的影响因素的精度不良、条件不适当所致。 （a） 偏芯不良 镜片底座的前端精度、安装不良 透镜轴、夹具轴的回转精度以及两轴的重合精度不良 研削压力、夹紧压不合适 对于被加工镜片，芯取方法不适合 作业人员的不注意、不熟练 芯取作业中，偏芯不良大部分是因为镜片的保持方法，不良发生时的第 1 检验要点是镜片底座的前端精度，这个时候，底座有必要对前端的面进行再切削。另外，底座前端面不良的情况，通常会有底座划痕这一外观不良现象同时发生，所以比较容易判断。 （b） 外径的偏差 机械的阻挡器（定位）精度不良 砥石轴的精度不良 研削压、夹紧压不合适 JOEM 光
21、学素子加工技術 Page 9/10 （c） 圆度、圆柱度不良 凸轮调整（零磨削）不适当 砥石的不均等磨耗，锋利度不良 研削压、夹紧压不合适 （d） 外观不良 底座前端面不良 夹紧压不合适 砥石的锋利度、平衡度不良 研削液中混入玻璃粉末、异物。 发生烧焦 另外，现在大部分的砥石都是使用电镀结合砥石，所以比在这之前常被使用的金属结合砥石，加工条件上比较安定。 1.5 非球面镜片的芯取非球面镜片的芯取非球面镜片的芯取非球面镜片的芯取 到现在为止，已经对球面镜片的芯取作了说明，接下来讲一下非球面镜片的芯取。 非球面镜片，不仅是光学系统的高性能化，从量轻 紧凑化 低成本化等优点出发，需求量越来越大。 非
22、球面镜片的大部分,对于光轴呈现回转对象的形状,从制作方法的点开始分类的话,主要分为以下的 4类. 1) 玻璃直接加工法 把作为被加工物的光学镜片进行非球面研削 均等研磨,或者在创建研磨里直接加工完成的方法。 2) 复合型非球面成型法 球面加工后的玻璃镜片基盤上，运用非球面模具，在非球面树脂层重合成型的方法。 3) 玻璃模型成型法 以前的玻璃冲压是对于镜片研削 研磨前的一次加工，而这个成型法里是可得到能直接使用的镜片的镜面冲压法。 4) 塑料射出(压缩)成型法 上述 1）里，对于被加工物是直接镜片，2）至 4）根据成型用非球面模具(芯)的形状转录,得到非球面镜片。但是，成形里使用的模具，使用 方
23、法 1）或者与之相当的方法制作。 另外，这些非球面镜片里，首先根据方法 1）加工后的玻璃非球面的芯取是 与非球面研削的同时进行芯取（周边的研削加工）。 非球面研磨之后，用与球面镜片一样的芯取机进行芯取。 中的任意一个。（也有镜片组装工程或者对产品实装，调整的情况） 成形用非球面模具用的方法进行。即，把对于非球面的光轴的基准面同时加工，以这个为基准进行成形时的芯取（腔的构成）。今天的非球面模具的加工是运用超精密加工机进行，所以模具（芯）本身的偏芯为几十秒以内。 玻璃非球面镜片的情况，理所当然的是，因为有对面（通常是球面），就算用的方法加工（芯取）基准面，与模具一样的偏芯里也不会平静，再有用的方法
24、，也有某些偏芯存在。换而言之，因为对于非球面的光轴只有 1条，像球面镜片一样，不能设定研磨后显露出光轴的工程。 非球面加工时采用方法的话，至少能得到对于非球面的基准面，但是采用方JOEM 光学素子加工技術 Page 10/10 法的情况下，不是芯取，变成只是简单地对周边进行变圆加工（对周边特定的形状尺寸进行研削）。 由此可见，的方法比的方法能抑制偏芯。只是非球面量（与非球面的最近球面的偏离量）很小的情况，因为非球面形状被近似地看作球面，所以从加工治具、作业性以及偏芯的平衡等方面来看，方法更适合。 另一方面，根据成形法制作出来的非球面镜片，基本上没有芯取，变为对腔的构成时上型和下型的偏芯进行调整。但是，关于玻璃模型镜片，根据需要有进行芯取（二次加工）的情况，那个时候的芯取考虑上述的方法。
