專利名稱：一種產(chǎn)生空心光束的內(nèi)外圓錐透鏡的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生空心光束的圓錐透鏡的加工方法，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空心光束是指在光束的傳播方向上中心光強(qiáng)較低或?yàn)榱愕沫h(huán)狀光束，空心光束具有小暗 斑尺寸、具有自旋和軌道角動(dòng)量、傳輸不變性等特性，使之在現(xiàn)代物理、生物醫(yī)學(xué)、光通信 、光傳感、光鉗、光學(xué)漏斗、光學(xué)扳手等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。例如，利用空心光束的 特性，可以對(duì)包括為納米粒子、分子、原子、自由電子在內(nèi)的微觀粒子進(jìn)行精確無(wú)接觸控制 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)微小介質(zhì)粒子的光學(xué)囚禁與四維操控以及冷原子的激光導(dǎo)引，并且對(duì)所囚禁的粒子 沒(méi)有折射率的限制?？衫每招墓馐鴮?duì)生物細(xì)胞進(jìn)行操作，由于空心光束中心光強(qiáng)較低或?yàn)?零，所以由光吸收而造成的粒子熱損傷的可能性大大減小。隨著物理、生物、通訊等方面的 發(fā)展，激光空心光束的應(yīng)用越來(lái)越廣。
產(chǎn)生空心光束的方式主要有圓錐透鏡、空心光纖、相位振幅全息和相位板等幾種方法。 從形成的空心光束的質(zhì)量以及實(shí)施方式的難易程度來(lái)看，利用圓錐透鏡的方法來(lái)產(chǎn)生空心光 束最為簡(jiǎn)便易行且效果較好，特別是利用兩個(gè)光軸重合、錐面與錐底所形成的夾角相等的內(nèi) 外圓錐透鏡的組合，可以獲得質(zhì)量較好的準(zhǔn)直空心光束(內(nèi)外圓錐透鏡組合產(chǎn)生空心光束的 原理圖見(jiàn)附圖l所示)。但是利用內(nèi)外圓錐透鏡產(chǎn)生空心光束，對(duì)圓錐透鏡的加工精度有著 較高的要求。而目前還沒(méi)有可靠的內(nèi)外圓錐透鏡的加工方法能達(dá)到這一要求，這是內(nèi)外圓錐 透鏡組合產(chǎn)生空心光束發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸。因此，雖然國(guó)內(nèi)外都有使用圓錐鏡產(chǎn)生空心光束 的設(shè)計(jì)報(bào)道，但始終因?yàn)榧庸さ碾y度沒(méi)有相關(guān)成型的報(bào)道。傳統(tǒng)的透鏡加工是主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡 盤擺動(dòng)或偏心加工，圓錐透鏡不能采用這些加工方法，因?yàn)閳A錐是軸對(duì)稱的，不能允許有偏 心或鏡盤擺動(dòng)。有書上記載有使用車床加工外圓錐透鏡的(田守信高精度光學(xué)零件的加工 )，車床加工存在拋光和精磨的吻合性難度大以及中心和邊緣轉(zhuǎn)動(dòng)速度相差大的問(wèn)題，目前 還沒(méi)有利用車床加工完成內(nèi)外圓錐透鏡精密加工的報(bào)道。在圓錐透鏡的加工過(guò)程中，透鏡軸 心的位置往往是加工的盲點(diǎn)，因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越靠近中心線速度越低，最中心位置的線 速度接近零，即在加工過(guò)程中圓錐透鏡最中心的錐頂位置的線速度為零，往往加工不到，特 別是內(nèi)圓錐透鏡中心的錐頂位置更難加工到，該部位在加工過(guò)程中往往容易形成一個(gè)球面，而很難按要求形成一個(gè)非球面的夾角。由于圓錐透鏡加工過(guò)程中所存在的困難，目前采用內(nèi) 外圓錐透鏡產(chǎn)生空心光束的技術(shù)尚處于研制的初期階段，而目前國(guó)內(nèi)加工圓錐鏡廠家則幾乎 沒(méi)有。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種能產(chǎn)生準(zhǔn)直空心光束的內(nèi) 外圓錐透鏡的加工方法。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案包括內(nèi)外圓錐透鏡粗磨成型、精磨面形、拋光、檢 驗(yàn)等步驟，粗磨成型時(shí)需保證錐面與錐底的角度、內(nèi)外圓錐透鏡的偏心，以保證圓錐透鏡的 成像質(zhì)量，精磨面形時(shí)包括內(nèi)外圓錐透鏡精磨拋光平面、外圓錐透鏡精磨錐面面形、外圓錐 透鏡檢驗(yàn)、內(nèi)圓錐透鏡精磨錐面面形、內(nèi)圓錐透鏡檢驗(yàn)、對(duì)研修改面形、內(nèi)外錐精磨檢驗(yàn)、 拋光、最終檢驗(yàn)等幾個(gè)步驟。本發(fā)明產(chǎn)生空心光束的內(nèi)外圓錐透鏡的具體加工方法如下
1)、內(nèi)外圓錐透鏡粗磨成型
將制作內(nèi)外圓錐透鏡的玻璃材料分別切割、下料，并滾圓成兩端面平整、端面與側(cè)壁垂 直度良好的圓柱形玻璃毛坯，在滾圓過(guò)程中控制圓柱形玻璃毛坯的兩端面與側(cè)壁的垂直度以 及兩端面之間的平行度，端面與側(cè)壁的垂直度保證在90。
±3'，兩端面的平行度誤差控制在
0. 02mm以內(nèi)；
用鉆頭在制作內(nèi)圓錐透鏡的圓柱形玻璃毛坯的一端面的中部打孔(即在圓錐的軸心所在 位置打孔)，所打孔的深度比成品內(nèi)圓錐透鏡的錐高深2 3mm;
將打孔后的圓柱形玻璃毛坯在倒邊機(jī)的圓錐形模具上粗磨成型，粗磨成型的過(guò)程中控制 透鏡錐面的偏心，并用角度尺檢驗(yàn)錐面與錐底的夾角，粗磨成型的內(nèi)圓錐透鏡錐面的偏心應(yīng) 小于O. lmm，錐面與錐底的夾角比成品小O. 45° 0. 55° ，錐頂處有一直徑2 2. 5mm的槽， 槽的深度2 3mm;
將制作外圓錐透鏡的圓柱形玻璃毛坯在倒邊機(jī)的傘形磨具上粗磨成型，粗磨成型過(guò)程中 控制透鏡錐面的偏心并用角度尺檢驗(yàn)錐面與錐底的角度，粗磨成型的外圓錐透鏡錐面的偏心 應(yīng)小于O. lmm，錐面與錐底的夾角比成品大O. 45° 0. 55° ;
粗磨成型的外圓錐透鏡的錐面外圓直徑比內(nèi)圓錐透鏡的實(shí)際內(nèi)錐的外圓直徑小O. 8 1.2mm，以便內(nèi)外圓錐透鏡對(duì)研時(shí)，內(nèi)圓錐透鏡對(duì)外圓錐透鏡具有限位作用，以避免內(nèi)外圓 錐透鏡對(duì)研時(shí)，由于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)使得外錐容易跑出內(nèi)錐面，即擺動(dòng)太大會(huì)造成面形和角度的改 變；
對(duì)粗磨成型的內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行檢査，錐面不得有凹凸不平，不得有損壞；2) 內(nèi)外圓錐透鏡精磨面形
(1) 精磨拋光端面將內(nèi)外圓錐透鏡的圓柱端面精磨后采用普通上盤或石膏上盤進(jìn)行 拋光，拋光后光潔度滿足要求達(dá)到4級(jí)光潔度或圖紙要求的光潔度，光圈達(dá)到士2道圈；
(2) 用精磨拋光機(jī)對(duì)外圓錐透鏡的錐面進(jìn)行精磨，調(diào)整好主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)外圓錐透鏡圓柱
端面的跳動(dòng)幅度，使其小于0.03mm，精磨時(shí)使用圓錐形模具進(jìn)行修正，邊磨邊用角度測(cè)量尺 進(jìn)行測(cè)量，待精磨完成最后一道砂(W10)后，不換砂改用修過(guò)邊緣棱線的方塊玻璃的成一條 直線的棱邊加砂修改錐面面形，使得錐面表面均勻；
用精磨拋光機(jī)對(duì)內(nèi)圓錐透鏡的錐面進(jìn)行精磨，內(nèi)圓錐透鏡的錐面精磨方法同外圓錐透鏡 錐面精磨；
(3) 內(nèi)圓錐透鏡錐面精磨完成后將內(nèi)外圓錐透鏡一起進(jìn)行對(duì)研，此時(shí)由于內(nèi)錐中心有 直徑2mm的槽，外錐和內(nèi)錐中心不會(huì)相互阻礙，同時(shí)，在研磨的過(guò)程中，由于邊緣的線速度 要大于中心的線速度，所以對(duì)于內(nèi)錐角度會(huì)變大一些，外錐角度會(huì)變小一些，對(duì)研時(shí)機(jī)床的 主軸速度控制在18 22rpm，研磨時(shí)間控制在15分鐘以內(nèi)，在精磨最后一道砂(W10)時(shí)，當(dāng) 粗砂面去除后，每隔1 2分鐘即將內(nèi)外圓錐透鏡置于鏡筒內(nèi)進(jìn)行檢驗(yàn)，在5 8m的范圍觀察 空心光束，直至所產(chǎn)生的空心光束無(wú)會(huì)聚、雜光少、光環(huán)均勻，光環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑比要求的大 1 2mm;
3) 拋光采用瀝青拋光對(duì)內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行拋光，拋光時(shí)主軸速度控制在18 22rpm
，內(nèi)外圓錐透鏡與主軸的同軸度誤差不大于0.03mm，拋光控制在30分鐘內(nèi)完成，拋光時(shí)，先 將錐面中心用小的拋光模拋光，再用大的拋光模對(duì)整個(gè)面形進(jìn)行拋光，直到整個(gè)面形拋光完 成，注意在最后即將拋光完成時(shí)，每隔1 2分鐘就要對(duì)內(nèi)外圓錐透鏡所產(chǎn)生的空心光束進(jìn)行 檢驗(yàn)，當(dāng)所產(chǎn)生的空心光束滿足設(shè)計(jì)要求的時(shí)候，說(shuō)明拋光達(dá)到要求，即可將內(nèi)外圓錐透鏡 進(jìn)行封裝；
所述空心光束的檢驗(yàn)方法為將成對(duì)的內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行裝配后采用光束質(zhì)量測(cè)試儀對(duì) 光束進(jìn)行檢驗(yàn)，若在5 10m之間沒(méi)有光束的會(huì)聚和發(fā)散，空心光束大小滿足設(shè)計(jì)要求、光環(huán) 大小均勻一致、在任一掃描區(qū)域內(nèi)環(huán)上與環(huán)外光能量的比值大于95%，則表明雜光在允許的 范圍之內(nèi)，拋光達(dá)到要求，否則需要重新拋光。
內(nèi)外圓錐透鏡對(duì)研完成后對(duì)透鏡所產(chǎn)生的空心光束的檢測(cè)方法為將內(nèi)外圓錐透鏡所產(chǎn) 生的空心光束照射在沒(méi)有反光的白板上進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，若光環(huán)有清晰的邊緣，并且光環(huán)上的 光亮度遠(yuǎn)大于光環(huán)外的光亮度，沒(méi)有任何集中的光點(diǎn)出現(xiàn)，光環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑比成品大l 2mm ，則說(shuō)明對(duì)研達(dá)到要求，否則需要重新對(duì)研。精磨外圓錐透鏡錐面完成后，將其放在鏡筒內(nèi)(事先應(yīng)修好內(nèi)錐樣板)，通過(guò)判斷1 8 m的距離之間光是否有會(huì)聚、光環(huán)是否有雜光、光環(huán)是否均勻、光環(huán)直徑是否滿足要求，以 檢驗(yàn)精磨角度和錐面面形，若1 8 m的距離之間光沒(méi)有會(huì)聚，雜光少，光環(huán)均勻，光環(huán)的直 徑比設(shè)計(jì)的大l 2mm，則說(shuō)明精磨角度和面形已達(dá)到要求，如果1 S m的距離之間光有會(huì)聚 、光環(huán)不均勻、雜光比較多，則說(shuō)明錐面面形沒(méi)有磨好，需要重新進(jìn)行精磨；精磨內(nèi)圓錐透 鏡錐面完成后，將其放在事先修好外圓錐透鏡的鏡筒內(nèi)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法同外圓錐透鏡。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果由于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越靠近中心線速度越低，最 中心位置的線速度接近零，因此圓錐透鏡中心的加工精度難以達(dá)到要求，特別是內(nèi)圓錐透鏡 的中心加工難度更大，在研磨的過(guò)程中，圓錐透鏡錐頂處(即圓錐透鏡中心)容易形成一個(gè) 球面，很難研磨成一個(gè)死角，這樣會(huì)導(dǎo)致光斑的會(huì)聚，造成雜光的出現(xiàn)。并且在加工的過(guò)程 中，錐面與錐底的角度、研磨主軸速度及時(shí)間的控制也很重要，否則會(huì)影響錐面面形及角度 ，最終影響所產(chǎn)生的空心光束的質(zhì)量。因此，為了完成內(nèi)、外圓錐鏡的加工，首先要解決的 問(wèn)題就是怎樣克服由于主軸中心和邊緣線速度相差的問(wèn)題，保證拋光面同時(shí)對(duì)于面形均勻性 的測(cè)試方法以及加工中的控制也是很重要的。
針對(duì)目前圓錐透鏡加工過(guò)程中所存在的困難，本發(fā)明提供了一種內(nèi)外圓錐透鏡的加工方 法，本發(fā)明的加工方法包括內(nèi)外圓錐透鏡粗磨成型、精磨面形兩個(gè)步驟。由于在研磨的過(guò)程 中，邊緣的線速度大于中心的線速度，所以對(duì)于內(nèi)錐角度會(huì)變大一些，外錐角度會(huì)變小一些 ，因此本發(fā)明在粗磨成型時(shí)控制粗磨成型的內(nèi)圓錐透鏡的錐面與錐底的夾角比成品小O. 45° 0. 55° 、粗磨成型的外圓錐透鏡的錐面與錐底的夾角比成品大0.45。 0. 55° ，使最終的 圓錐透鏡錐面與錐底的夾角剛好能滿足要求。本發(fā)明在粗磨成型時(shí)在內(nèi)圓錐透鏡軸心所在位 置設(shè)置了一個(gè)直徑約2mm的槽，使得內(nèi)外圓錐透鏡一起進(jìn)行對(duì)研時(shí)，內(nèi)外圓錐透鏡的中心不 會(huì)相互阻礙，可保證研磨的均勻性。本發(fā)明通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度及研磨 時(shí)間，并且通過(guò)內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行裝配后檢驗(yàn)所產(chǎn)生的空心光束的是否在規(guī)定的距離內(nèi)有會(huì) 聚、光環(huán)是否均勻一致、雜光是否在允許的范圍內(nèi)，來(lái)控制內(nèi)外圓錐透鏡的面形與角度，使 得最終的圓錐透鏡產(chǎn)品能產(chǎn)生質(zhì)量好的準(zhǔn)直空心光束。
圖l為空心光束產(chǎn)生原理圖。
圖2為內(nèi)圓錐透鏡剖面圖。
圖3為外圓錐透鏡剖面圖。
圖中a為圓錐透鏡錐面與錐底的夾角，Ol為內(nèi)圓錐透鏡圓柱的直徑，02為內(nèi)圓錐透鏡圓錐的直徑，Ll為內(nèi)圓錐透鏡圓柱的高，dl為內(nèi)圓錐透鏡圓錐的高，03為外圓錐透鏡圓錐 及圓柱的直徑，L2為外圓錐透鏡圓柱的高，d2為外圓錐透鏡圓錐的高，0.012表示的是拋光 面的粗糙度要求。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 一種產(chǎn)生空心光束的內(nèi)外圓錐透鏡的加工方法，包括以下步驟
1) 、內(nèi)外圓錐透鏡粗磨成型
將制作內(nèi)外圓錐透鏡的玻璃材料分別切割、下料，并滾圓成兩端面平整、端面與側(cè)壁垂 直度良好的圓柱形玻璃毛坯，本實(shí)施例的內(nèi)圓錐透鏡的圓柱形玻璃毛坯的直徑O l為40mm， 圓柱高Ll為17mm;外圓錐透鏡的圓柱形玻璃毛坯的直徑O3為30mm，圓柱的高為10mm。成品 要求圓錐面與圓柱端面(即圓錐底面)之間的夾角a為22. 5° ，外圓錐透鏡錐高d2為7mm，內(nèi) 圓錐透鏡錐高為6. 5mm。在滾圓過(guò)程中控制圓柱形玻璃毛坯的兩端面與側(cè)壁的垂直度以及兩 端面之間的平行度，端面與側(cè)壁的垂直度保證在90。 ±3'，兩端面的平行度誤差控制在 0. 02mm以內(nèi)。
將直徑為8mm的鉆頭的頭部磨尖，使轉(zhuǎn)頭頭部的直徑為2 2. 5mm，用該鉆頭在制作內(nèi)圓 錐透鏡的圓柱形玻璃毛坯的一端端面的中部打孔(即在圓錐的軸心所在位置打孔)，孔的深 度為8. 5 9. 5mm，比圖紙要求內(nèi)錐錐面深度6. 5mm深2 3mm;
將打孔后的圓柱形玻璃毛坯在倒邊機(jī)的圓錐形模具上粗磨成型，粗磨成型過(guò)程中控制透 鏡錐面的偏心并用角度尺檢驗(yàn)錐面與錐底的角度，粗磨成型的內(nèi)圓錐透鏡錐面的偏心小于 0. lmm，錐面與錐底之間的夾角為22。，比成品小O. 5° ，錐頂處有一直徑2 2. 5mm的槽，槽 的深度為2 3mm;
將制作外圓錐透鏡的圓柱形玻璃毛坯在倒邊機(jī)的傘形磨具上粗磨成型，粗磨成型過(guò)程中 控制透鏡錐面的偏心并用角度尺檢驗(yàn)錐面與錐底的角度，粗磨成型的外圓錐透鏡錐面的偏心 小于O. lmm，錐面與錐底之間的夾角為23。，比成品大O. 5° ;
粗磨成型的外圓錐透鏡的錐底直徑為30mm比內(nèi)圓錐透鏡的錐底直徑O 2小lmm 。 對(duì)粗磨成型的內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行檢査，錐面不得有凹凸不平，不得有損壞。
2) 內(nèi)外圓錐透鏡精磨面形
(1) 精磨拋光端面采用小型精磨拋光機(jī)將內(nèi)外圓錐的圓柱端面精磨后進(jìn)行拋光，或 采用石膏上盤進(jìn)行拋光，拋光后光潔度滿足要求達(dá)到4級(jí)光潔度，光圈達(dá)到士2道圈。
(2) 用精磨拋光機(jī)對(duì)外圓錐透鏡的錐面進(jìn)行精磨，精磨時(shí)調(diào)整好主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)外圓錐透鏡端面的跳動(dòng)幅度，使其小于0.03mm，先后采用三道砂(W28 、 W20、 W10)對(duì)透鏡錐面進(jìn) 行精磨，并且精磨時(shí)使用圓錐形模具進(jìn)行修正，邊磨邊用角度測(cè)量尺進(jìn)行測(cè)量，待精磨完成 最后一道砂(W10)后，不換砂改用修過(guò)邊緣棱線的方塊玻璃的成一條直線的棱邊加砂修改錐 面面形，使得錐面表面均勻。
精磨外圓錐透鏡錐面完成后，將其放在實(shí)際的鏡筒內(nèi)(事先應(yīng)修好內(nèi)錐樣板)，通過(guò)看 光斑判斷錐面面形，如果面形不好的話，雜光比較多；精磨的面形看到的空心光束比設(shè)計(jì)的 要稍微大一些，實(shí)際看光環(huán)的直徑，要比設(shè)計(jì)的大l 2mm;同時(shí)，判斷從lm 8 m之間，光 是否有會(huì)聚，是否有雜光，光環(huán)是否均勻；如果光沒(méi)有會(huì)聚，雜光少，光環(huán)均勻，則說(shuō)明精 磨角度和面形已基本可以，否則需要重新精磨。
(3)用精磨拋光機(jī)對(duì)內(nèi)圓錐透鏡的錐面進(jìn)行精磨，內(nèi)圓錐透鏡的錐面精磨方法同外圓 錐透鏡錐面精磨，內(nèi)外圓錐透鏡錐面精磨先后采用三道砂W28 、 W20、 WIO，最后用W10的金 剛砂將內(nèi)外圓錐透鏡錐面相對(duì)， 一起進(jìn)行對(duì)研，對(duì)研時(shí)機(jī)床的主軸速度控制在18 22rpm， 對(duì)研時(shí)間控制在15分鐘以內(nèi)，在對(duì)研最后一道砂(W10)時(shí)，當(dāng)粗砂面去除后，每隔1 2分 鐘即將內(nèi)外圓錐透鏡置于鏡筒內(nèi)，對(duì)內(nèi)外圓錐透鏡所產(chǎn)生的空心光束照射在沒(méi)有反光的白板 上進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，在5 8m的范圍觀察空心光束，直至所產(chǎn)生的空心光束光環(huán)有清晰的邊緣 ，光環(huán)上的光亮度遠(yuǎn)大于光環(huán)外的光亮度，沒(méi)有任何集中的光點(diǎn)出現(xiàn)，無(wú)會(huì)聚、雜光少、光環(huán) 均勻，光環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑比成品大l 2mm，則說(shuō)明對(duì)研達(dá)到要求，否則需要重新對(duì)研。
3)拋光采用瀝青拋光對(duì)內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行拋光，拋光時(shí)主軸速度控制在18 22rpm， 內(nèi)外圓錐透鏡與主軸的同軸度誤差不大于0.03mm，拋光控制在30分鐘內(nèi)完成，拋光時(shí)，先將 中心用小的拋光模拋光，再用大的拋光模對(duì)整個(gè)面形進(jìn)行拋光，直到整個(gè)面形拋光完成，在 最后即將拋光完成時(shí)，每隔1 2分鐘即對(duì)內(nèi)外圓錐透鏡所產(chǎn)生的空心光束進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)拋光 到要求的空心光束的時(shí)候，即取下封裝。
檢驗(yàn)方法為將成對(duì)的內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行裝配后采用光束質(zhì)量測(cè)試儀對(duì)光束進(jìn)行檢驗(yàn)， 若在5 10m之間沒(méi)有光束的會(huì)聚和發(fā)散，空心光束大小滿足設(shè)計(jì)要求、光環(huán)大小均勻一致、 在任一掃描區(qū)域內(nèi)環(huán)上與環(huán)外光能量的比值大于95%，則表明雜光在允許的范圍之內(nèi)，拋光 達(dá)到要求，否則需要重新拋光。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種產(chǎn)生空心光束的內(nèi)外圓錐透鏡的加工方法，其特征在于包括如下步驟1)、內(nèi)外圓錐透鏡粗磨成型將制作內(nèi)外圓錐透鏡的玻璃材料分別切割、下料，并滾圓成兩端面平整、端面與側(cè)壁垂直度良好的圓柱形玻璃毛坯；用鉆頭在制作內(nèi)圓錐透鏡的圓柱形玻璃毛坯的一端端面的中部打孔，所打孔的深度比成品內(nèi)圓錐透鏡的錐高深2～3mm；將打孔后的圓柱形玻璃毛坯在倒邊機(jī)的圓錐形模具上粗磨成型，粗磨成型的內(nèi)圓錐透鏡錐面的偏心小于0.1mm，錐面與錐底的夾角比成品小0.45°～0.55°，錐頂處有一直徑2～2.5mm、深度為的2～3mm槽；將制作外圓錐透鏡的圓柱形玻璃毛坯在倒邊機(jī)的傘形磨具上粗磨成型，粗磨成型的外圓錐透鏡錐面的偏心小于0.1mm，錐面與錐底的夾角比成品大0.45°～0.55°；粗磨成型的外圓錐透鏡的錐底直徑比內(nèi)圓錐透鏡的錐底直徑小0.8～1.2mm2)內(nèi)外圓錐透鏡精磨面形(1)精磨拋光端面將內(nèi)外圓錐透鏡的圓柱端面精磨后采用普通上盤或石膏上盤進(jìn)行拋光，拋光后光潔度達(dá)到4級(jí)光潔度或圖紙要求的光潔度，光圈達(dá)到±2道圈；(2)用精磨拋光機(jī)對(duì)外圓錐透鏡的錐面進(jìn)行精磨，調(diào)整好主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)外圓錐透鏡圓柱端面的跳動(dòng)幅度，使其小于0.03mm，精磨時(shí)使用圓錐形模具進(jìn)行修正，邊磨邊用角度測(cè)量尺進(jìn)行測(cè)量，待精磨完成最后一道砂后，不換砂改用修過(guò)邊緣棱線的方塊玻璃的成一條直線的棱邊加砂修改錐面面形，使得錐面表面均勻；用精磨拋光機(jī)對(duì)內(nèi)圓錐透鏡的錐面進(jìn)行精磨，內(nèi)圓錐透鏡的錐面精磨方法同外圓錐透鏡錐面精磨；(3)內(nèi)圓錐透鏡錐面精磨完成后將內(nèi)外圓錐透鏡一起進(jìn)行對(duì)研，對(duì)研時(shí)機(jī)床的主軸速度控制在18～22rpm，研磨時(shí)間控制在15分鐘以內(nèi)，在精磨最后一道砂時(shí)，當(dāng)粗砂面去除后，每隔1～2分鐘即將內(nèi)外圓錐透鏡置于鏡筒內(nèi)進(jìn)行檢驗(yàn)，在5～8m的范圍檢測(cè)空心光束，直至所產(chǎn)生的空心光束無(wú)會(huì)聚、雜光少、光環(huán)均勻，光環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑比成品大1～2mm3)拋光采用瀝青拋光對(duì)內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行拋光，拋光時(shí)主軸速度控制在18～22rpm，內(nèi)外圓錐透鏡與主軸的同軸度誤差不大于0.03mm，拋光時(shí)間控制在30分鐘內(nèi)完成，拋光時(shí)，先將錐面中心用小的拋光模拋光，再用大的拋光模對(duì)整個(gè)面形進(jìn)行拋光，直到整個(gè)面形拋光完成；在拋光即將完成時(shí)，每隔1～2分鐘即對(duì)內(nèi)外圓錐透鏡所產(chǎn)生的空心光束進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)所產(chǎn)生的空心光束滿足設(shè)計(jì)要求的時(shí)候，說(shuō)明拋光達(dá)到要求，即可將內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行封裝；所述檢驗(yàn)方法為將成對(duì)的內(nèi)外圓錐透鏡進(jìn)行裝配后采用光束質(zhì)量測(cè)試儀對(duì)光束進(jìn)行檢驗(yàn)，若在5～10m之間沒(méi)有光束的會(huì)聚和發(fā)散，空心光束大小滿足設(shè)計(jì)要求、光環(huán)大小均勻一致、在任一掃描區(qū)域內(nèi)環(huán)上與環(huán)外光能量的比值大于95％，則表明雜光在允許的范圍之內(nèi)，拋光達(dá)到要求，否則需要重新拋光。權(quán)利要求2根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生空心光束的內(nèi)外圓錐透鏡的加工方法，其特征在于內(nèi)外圓錐透鏡對(duì)研完成后對(duì)透鏡所產(chǎn)生的空心光束的檢測(cè)方法為將透鏡所產(chǎn)生的空心光束照射在沒(méi)有反光的白板上進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，若光環(huán)有清晰的邊緣，并且光環(huán)上的光亮度遠(yuǎn)大于光環(huán)外的光亮度，沒(méi)有任何集中的光點(diǎn)出現(xiàn)，光環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑比成品大1～2mm，則說(shuō)明對(duì)研達(dá)到要求，否則需要重新對(duì)研。權(quán)利要求3根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種產(chǎn)生空心光束的內(nèi)外圓錐透鏡的加工方法，其特征在于精磨外圓錐透鏡錐面完成后，將其放在事先修好內(nèi)圓錐透鏡的鏡筒內(nèi)，通過(guò)判斷1～8m的距離之間光是否有會(huì)聚、光環(huán)是否有雜光、光環(huán)是否均勻、光環(huán)直徑是否滿足要求，以檢驗(yàn)精磨角度和錐面面形，若1～8m的距離之間光沒(méi)有會(huì)聚，雜光少，光環(huán)均勻，光環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑比設(shè)計(jì)的大1～2mm，則說(shuō)明精磨角度和面形已達(dá)到要求，如果1～8m的距離之間光有會(huì)聚、光環(huán)不均勻、雜光比較多，則說(shuō)明錐面面形沒(méi)有磨好，需要重新進(jìn)行精磨；精磨內(nèi)圓錐透鏡錐面完成后，將其放在事先修好外圓錐透鏡的鏡筒內(nèi)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法同外圓錐透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種產(chǎn)生空心光束的內(nèi)外圓錐透鏡的加工方 法，其特征在于內(nèi)外圓錐透鏡對(duì)研完成后對(duì)透鏡所產(chǎn)生的空心光束的檢測(cè)方法為將透鏡所產(chǎn)生的空心光束照射在沒(méi)有反光的白板上進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，若光環(huán)有清晰的邊緣，并且光 環(huán)上的光亮度遠(yuǎn)大于光環(huán)外的光亮度，沒(méi)有任何集中的光點(diǎn)出現(xiàn)，光環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑比成品大1 2mm，則說(shuō)明對(duì)研達(dá)到要求，否則需要重新對(duì)研。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種產(chǎn)生空心光束的內(nèi)外圓錐透鏡的加 工方法，其特征在于精磨外圓錐透鏡錐面完成后，將其放在事先修好內(nèi)圓錐透鏡的鏡筒內(nèi) ，通過(guò)判斷1 8 m的距離之間光是否有會(huì)聚、光環(huán)是否有雜光、光環(huán)是否均勻、光環(huán)直徑是 否滿足要求，以檢驗(yàn)精磨角度和錐面面形，若1 8 m的距離之間光沒(méi)有會(huì)聚，雜光少，光環(huán) 均勻，光環(huán)內(nèi)環(huán)的直徑比設(shè)計(jì)的大l 2mm，則說(shuō)明精磨角度和面形已達(dá)到要求，如果1 S m的距離之間光有會(huì)聚、光環(huán)不均勻、雜光比較多，則說(shuō)明錐面面形沒(méi)有磨好，需要重新進(jìn) 行精磨；精磨內(nèi)圓錐透鏡錐面完成后，將其放在事先修好外圓錐透鏡的鏡筒內(nèi)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法 同外圓錐透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種產(chǎn)生空心光束的圓錐透鏡的加工方法，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的加工方法包括內(nèi)外圓錐透鏡粗磨成型、精磨和拋光、檢驗(yàn)等步驟。本發(fā)明在粗磨成型時(shí)控制粗磨成型的內(nèi)圓錐透鏡的錐面與錐底的夾角比成品小0.45°～0.55°、粗磨成型的外圓錐透鏡的錐面與錐底的夾角比成品大0.45°～0.55°，使最終的圓錐透鏡錐面與錐底的夾角剛好能滿足要求；在內(nèi)圓錐透鏡軸心所在位置設(shè)置了一個(gè)直徑約2mm的槽，使得內(nèi)圓錐透鏡進(jìn)行精磨時(shí)，其中心易于加工，同時(shí)也是為了避免產(chǎn)生光束的會(huì)聚，可保證研磨的均勻性。本發(fā)明的圓錐透鏡產(chǎn)品能產(chǎn)生質(zhì)量好的準(zhǔn)直空心光束。
文檔編號(hào)G02B3/00GK101419297SQ20081030605
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者王建軍 申請(qǐng)人:四川歐瑞特光電科技有限公司