[發明專利]硫系玻璃透鏡陣列圓片制造遠紅外鏡頭的結構和方法

無效

• 申請號: 201310219510.3
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103268006A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 張倩
• 申請（專利權）人: 蘇州百納思光學科技有限公司
• 主分類號: G02B13/14
• 分類號: G02B13/14;G02B7/02;G02B3/00;C03B11/08
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技術領域

本發明涉及遠紅外鏡頭制造領域，尤其涉及一種用重疊的硫系玻璃透鏡陣列圓片制造遠紅外鏡頭的結構和方法。

背景技術

近年來，由于半導體制造技術的發展，使得遠紅外相機中的關鍵部件-紅外焦平面陣列傳感器(IRFPA)的生產成本下降，導致遠紅外相機開始越來越多的進入民用領域，比如，被動式汽車夜視，搜救，建筑能耗監測，等等。?但目前遠紅外鏡頭的材料和生產成本依舊很高。遠紅外相機的工作波長為8um~12um,?用于制造遠紅外鏡片的主要光學材料有鍺（Ge），單晶硅（Si），硒化鋅（ZnSe），硫化鋅（ZnS）,?硫系玻璃?(chalcogenide?glass)?，等。

硫系玻璃是以硫化物，硒化物和銻化物為主要成分的玻璃，?它作為玻璃態的物質是唯一一種能夠被熱壓處理的遠紅外材料。現在通用的生產工藝是采用表面拋光的硫系玻璃預形體在高溫下精密壓型，從而直接壓型出非球面透鏡。其他的遠紅外材料都為晶體，無法熱壓成型，只能用成本高昂的單點金剛石車床加工成非球面透鏡。

用于精密壓型的硫系玻璃預形體一般為拋光的球透鏡，或最接近非球面面形的球面透鏡。其中球透鏡使用最為普遍，一般球直徑為3mm到15mm。不管使用哪一種預形體，從大塊的原材料加工成預形體的過程中都存在大量的材料損耗，比如材料的切割，透鏡的研磨，拋光等等。考慮到硫系玻璃的市場價格大于每克10元人民幣，如果能提高透鏡制造中硫系玻璃材料的利用率，將帶來巨大的經濟效益。另外，目前硫系玻璃精密壓型的非球面透鏡只能實現單顆透鏡連續生產。同時，由于硫系玻璃材質很軟，表面宜劃傷，這樣單顆硫系玻璃鏡片的清洗，鍍膜以及最終遠紅外鏡頭模組的裝配都非常耗時，所需人工成本較高。

?發明內容

為了克服現有遠紅外鏡頭生產成本較高的問題，本發明提供了一種新的采用重疊硫系玻璃陣列圓片制造遠紅外鏡頭的方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種硫系玻璃透鏡陣列圓片，采用雙面拋光的硫系玻璃圓片，在真空密閉的環境中與上下模具一同加熱，并被精密壓型，從而在硫系玻璃圓片的上下表面形成透鏡陣列。壓型前的硫系玻璃圓片厚度為1~5mm,直徑為50~300mm。透鏡陣列中的透鏡面型包括球面或軸對稱非球面。透鏡陣列的透鏡剖面形態包括：雙凸、雙凹、平凹、平凸和彎月。模具材料采用不銹模具鋼或碳化鎢合金，其特征是在硫系玻璃的壓型溫度下（300~500度）能保持較高的硬度。模具由單點金剛石車床磨削加工出透鏡陣列，并在表面鍍類金剛石膜（DLC?coating）,或鉑銥合金膜（Pt-Ir?coating）。模具的鍍膜能提高模具壓型的壽命，并防止模具與硫系玻璃在高溫壓型是粘連。依照遠紅外鏡頭的光學設計，鏡頭中的各個透鏡所對應的硫系玻璃透鏡陣列圓片分別被壓型制造，并經過超聲波清洗和雙面鍍抗反射膜。這種由硫系玻璃圓片直接壓型透鏡陣列的生產制程，省去了預形體的制造，能顯著提高硫系玻璃材料的利用率。

一種間隔體陣列圓片，作為透鏡與透鏡之間，窗口片與透鏡之間的間隔體。間隔體陣列圓片采用特定厚度的塑料平板或玻璃平板加工成通孔陣列，其孔徑大于或等于相鄰透鏡陣列圓片的最大透鏡直徑。各個間隔體陣列圓片的厚度和透鏡陣列圓片平臺的厚度都經過計算和分配，保證各個透鏡陣列的位置與光學設計一致。?

一種遠紅外窗口片，采用雙面拋光的圓形鍺片或硅片，兩面都鍍有抗反射涂層。遠紅外窗口片的直徑與硫系玻璃透鏡陣列圓片的直徑相同。

一種光闌陣列圓片，由厚度小于1mm的薄圓片加工成光闌陣列，作為透鏡模組的孔徑光闌，其薄圓片的材料可為不透遠紅外光的玻璃平板，塑料平板或金屬平板。

上述各個硫系玻璃透鏡陣列圓片、間隔體陣列圓片和光闌陣列圓片的直徑一致，并在平面上的陣列相互位置一致。硫系玻璃透鏡陣列圓片與間隔體陣列圓片、遠紅外窗口圓片和光闌陣列圓片按照按照鏡頭光學設計的排序重疊，在各個陣列被精密對準后膠合。重疊的圓片粘合后，被沿透鏡陣列的中間線切割成單個透鏡組方形模塊。

切割后的單個透鏡組模塊最終被加外殼封裝成為遠紅外鏡頭，并與紅外焦平面陣列傳感器裝配。

這種遠紅外鏡頭的生產方式優于傳統單顆硫系玻璃透鏡的加工和裝配方式，極大地提高了遠紅外鏡頭的生產效率。遠紅外鏡頭所用的光學波長大于可見光鏡頭10倍，其光學裝配容差較大，這種透鏡陣列的裝配更容易滿足遠紅外鏡頭的光學要求。生產過程中由于避免了對單顆硫系玻璃透鏡的接觸，也減少了透鏡損傷的概率。

附圖說明

圖1是硫系玻璃透鏡陣列圓片精密壓型示意圖；

圖2是圓片重疊裝配示意圖；