摘

 要：本文通过阐述精密型料成形技术，非球面透镜的压型制程，详细介绍了低熔点玻璃

精密模压制造技术的工艺特点以及适用性。

 

　　关键词：光学玻璃；非球面透镜；精密模压

 

　　中图分类号：

F062.4 文献标识码：B 文章编号：1008-4428（2012）02-111 -03 

　　

 

　　

 一、前言 

　　

 玻璃精密模压制造技术特别适用于批量生产各种具有特殊结构的高精度中小口径透镜 ，

尤其是那些用传统加工手段难以实现的光学玻璃元件，如小口径薄型透镜、高次非球面镜片、
微透镜阵列、衍射光学元件和自由曲面光学元件等由于精密模压技术能够大批量直接模压成
型精密的非球面或自由曲面光学零件，使得非球面玻璃光学零件被广泛使用成为可能。因而
给光学系统设计带来了新的变化和发展，不仅简化光学系统结构、缩小体积、减轻重量、节省
材料、减少了光学零件镀膜和工件装配的工作量从而降低成本，而且还改善了光学系统的性
能，提高了光学成像的质量。这项技术的普及推广应用是光学行业在光学玻璃零件加工方面
的重大革命。

 

　　

 二、精密模压制造技术的工艺特点以及与传统工艺的比较 

　　

 作为成本相对较高的精密模压技术，其最大的优势在于批量制造非球面透镜。非球面

透镜的主要应用有光纤耦合，

DVD 读取头，手机镜头，数码相机镜头等。在很多情况下，

光学设计采用非球面，能够得到球面光学零件难以达到的光学性能，如提高系统的相对孔
径，增大视场角，改进像质，改善光照度均匀性，缩短工作距离，减少镜片数量等，从而
简化光学系统结构，减轻重量。因此，非球面常常应用于大视场，大孔径，像差要求高，结
构要求简单的光学系统中。非球面光学零件因其优良的光学性能而日益成为一类非常重要的
光学元件。

 

　　

 非球面零件可分为回转对称非球面，非回转对称非球面，无对称中心非球面，阵列表

面四类。其中最常用的回转对称非球面。它是一条二次曲线或高次曲线，绕曲线自己的对称
轴旋转所形成的回转曲面。

 

　　

 设一条直线 z 为回转轴，z 轴也是光轴，非球面上任意一点到光轴的距离为 r，非球面

定点在

z=0 处，则回转对称非球面方程为： 

　　

 

　　

 式中，第一项是这个非球面的基面，它表达了一个二次去面；后面各项是这个非球面

的高此项，它是偏离二次去面的表面特征，既非球面是在二次去面的基础上作一些微小的
表面变形，可以达到校正相差的目的，由于一个非球面可以有多个量可以选择，和球面仅
有一个

c 两选择相比，非球面有很好的作用，可以有一个非球面产生几个球面结构的作用。

 

　　

 玻璃精密模压制造技术大体上可以分为 3 个部分：精密模具设计与制造、热压成形工

艺和模压玻璃。其中模压玻璃包括预型片设计与制造以及模压后玻璃光学性能的变化两部分。
模压透镜的光学精度与这

3 个部分紧密相关。不同于材料去除型加工方式，精密模压制造技

术首先在无氧环境中将置于高精度模具内的玻璃预型片加热到适合模压的温度，经由模芯
表面施压转移面形，继而保压退火去除压力分模，最终只需一道工序即可得到模压透镜，
工艺流程简单，生产效率高。由于在制造过程中，不需要对镜片进行装夹固定以及局部接触
施加压力铣磨抛光，因此不会产生传统加工方法中难以避免的薄型镜片因机械应力而变形
的问题。只要模压条件正确设置，工艺稳定，模压镜片的面形和结构将具有良好的精度和一
致性。

 

　　

 采用玻璃精密模压方法进行透镜加工，与传统的加工工艺相比具有如下优点（见图

2.1, 图 2.2） ： 
　　

 （1）一般只需一道模压工序即可得到最终的光学元件，不需要传统的粗磨、精磨、抛