光学玻璃渐进多焦点镜片及其制作方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种光学玻璃渐进多焦点镜片及其制作方法和应用，其制作方法包括步骤1，基片冷加工；步骤2，热下沉成型和精密退火：将镜片放到磨具上面，再转入电热炉内进行热处理，加热到光学玻璃的软化点以上温度，让镜片自重下沉；步骤3，球面加工等，其采用热下沉成型法和传统球面加工法相结合可实现产业化批量生产，且生产成本低，镜片质量优异，可应用于制作光学仪器。
【专利说明】光学玻璃渐进多焦点镜片及其制作方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及渐进多焦点镜片制作【技术领域】，特别公开一种光学玻璃渐进多焦点镜 片及其制作方法和应用。
【背景技术】
[0002] 光学玻璃是能改变光的传播方向，并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布 的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃；广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻 璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和 光变色玻璃。与光学塑料相比，光学玻璃的折射率范围广，化学稳定性高，机械强度高，耐磨 性能强，熔化温度高等，因此其加工难度大。
[0003] 我们最常见的镜片就是单焦点镜片，镜片上只有一个光度。渐进多焦点镜片的设 计灵感来源于象鼻子的形状。人们使镜片前表面曲率从顶部到底部连续地增加，可以使其 屈光力相应变化，即屈光力从位于镜片上部的远用区，逐渐、连续地增加，直至在镜片底部 的近用区达到所需近用屈光度数。渐进多焦点镜片的主要特征是：在镜片上方固定的视远 区和镜片下方固定的视近区之间有一段屈光度连续变化的过渡区域，该镜片区域即称为渐 变区。在该区域，通过镜片曲率半径的逐渐变小而达到镜片屈光力（度数）的逐渐增加。
[0004] 非球面的加工和应用成为现今光学产业的高端热门领域。渐进多焦点镜片是一种 高端眼镜产品，为改善象质，提高光学特性简化结构，减轻重量，将镜片设计成非球面面型， 从加工角度考虑，比普通的球面镜片难度增加许多。渐进多焦点镜片面型是非旋转对称非 球面，在设计方面，随着计算机的发展，先进设计软件和仪器应用于眼镜片的设计和发展， 使渐进多焦点镜片设计取得巨大的发展。
[0005] 在制造方面，现有的渐进多焦点镜片制造工艺技术，主要有如下两种方法：
[0006] (1)、采用光学塑料材料精密成型技术，即利用玻璃做模具，将塑料流体注入模腔 成型固化。例如费春红等提出的超精模压成型（费春红等，塑料光学制件精密成型技术的 现状，橡塑技术与装备，2004(11) :11-16.)。常见的工艺过程为：1、生产前准备；2、加料；3、 压缩模闭合；4、排气；5、交联固化；6、压缩模开启；7、制品脱模。其加工难度低，但是由于光 学塑料制成的产品和光学玻璃材料的产品相比：折射率范围窄，化学稳定性差，机械强度不 高，耐磨性能不好，光学塑料材质的局限性限制了其产品的性能充分发挥。
[0007] (2)、针对光学玻璃，采用数控加工技术，例如专利CN1381747A公开的一种超薄超 轻的渐进多焦点镜片的加工方法，包含如下步骤：将圆形毛胚按给定加工数据进行第一次 研磨，远光部与近光部及其周边地方研磨成型；在上述的工序中，一次研磨后的镜片为使其 直径缩小，将其进行圆形磨边；圆形磨边后的镜片，据镜架的形状及大小尺寸，对镜片的上， 下部分进行水平切割；经上工序水平切割后的镜片对其非使用面进行第二次研磨；对第二 次研磨结束后的镜片的表面进行抛光。专利CN103487948A公开了一种渐进多焦点高档树 脂镜片的生产方法，包括以下步骤：1)MDA化的渐进设计；2)设计数控加工切削方案；3)温 度变形自流平。总体而言，数控车床加工光学玻璃材料技术的生产成本高，加工难度大。此 夕卜，近年来出现的单点金刚石超精密加工技术，其可以保证高精度的加工质量和面型要求， 但设备昂贵，生产成本太高，不适宜大批量生产。正是由于对生产设备要求高和现有的加工 技术滞后，严重阻碍了光学玻璃渐进多焦点镜片产业的发展。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种光学玻璃渐进多焦点镜片，可应用于眼镜，采用热下 沉成型法和传统球面加工法相结合可实现产业化批量生产，且生产成本低，镜片质量优异。
[0009] 本发明的另一个目的在于提供一种制作光学玻璃渐进多焦点镜片的方法，采用热 下沉成型法和传统球面加工法相结合，可实现低成本的产业化。
[0010] 本发明的又一个目的在于提供一种光学玻璃渐进多焦点镜片在眼镜中的应用。
[0011] 本发明提供一种光学玻璃渐进多焦点镜片，其上方固定的视远区和下方固定的视 近区之间有一段屈光度连续变化的渐变区，在该渐变区域，通过镜片曲率半径的逐渐变小 以达到镜片屈光度的逐渐增加，由如下方法制备得到：
[0012] 步骤1，基片冷加工：对光学玻璃基片毛坯进行粗加工，上表面进行精密抛光，下 表面进行铣磨、精磨以达到规定的面形；
[0013] 步骤2,热下沉成型和精密退火：将步骤1冷加工后的镜片放到磨具上面，并保持 精磨的下表面与磨具接触；再转入电热炉内进行热处理，加热到光学玻璃的软化点以上温 度，让镜片自重下沉；；热处理过程中控制温度以进行升温、保温、退火和降温
[0014] 步骤3,球面加工：采用普通球面加工方法对步骤2下沉成型后的镜片与磨具的接 触面进行加工，以达到所需的面形，并精密抛光，制得光学玻璃渐进多焦点镜片成品。
[0015] 该光学玻璃渐进多焦点镜片成品具有如下特点：（1)基片材料是光学玻璃，不同 于传统的树脂。（2)在镜片上方固定的视远区和镜片下方固定的视近区之间有一段屈光度 连续变化的过渡区域，该镜片区域即称为渐变区。在该区域，通过镜片曲率半径的逐渐变小 而达到镜片屈光力（度数）的逐渐增加。（3)无比清晰：基于眼球追踪技术尽量消除每个 光区的象散部分，加入精确计算的棱镜效应，是全景片均清晰无比。（4)全镜片非球面设计： 可使视觉效果最佳，用眼最轻松。
[0016] 本发明还提供一种制作光学玻璃渐进多焦点镜片的方法，包括下述步骤：
[0017] 步骤1，基片冷加工：对光学玻璃基片毛坯进行粗加工，上表面进行精密抛光，下 表面进行铣磨、精磨以达到规定的面形；
[0018] 步骤2,热下沉成型和精密退火：将步骤1冷加工后的镜片放到磨具上面，并保持 精磨的下表面与磨具接触；再转入电热炉内进行热处理，加热到光学玻璃的软化点以上温 度，让镜片自重下沉；
[0019] 步骤3,球面加工：采用普通球面加工方法对步骤2下沉成型后的镜片与磨具的接 触面进行加工，以达到所需的面形，并精密抛光，制得光学玻璃渐进多焦点镜片成品，其上 方固定的视远区和下方固定的视近区之间有一段屈光度连续变化的渐变区，在该渐变区， 通过镜片曲率半径的逐渐变小以达到镜片屈光度的逐渐增加。
[0020] 较佳的，步骤1基片冷加工基片中，铣磨、精磨基片的下表面后进行超声波清洗， 以保证成型后的非球面粗糙度要求。
[0021] 较佳的，步骤2热下沉成型和精密退火中，热处理过程中包括升温、保温、退火和 降温，其中升温包括快速升温和慢速升温，快速升温的升温速度以不应使镜片炸裂为原则， 慢速升温的升温速度以避免升温惯性冲出超过设定的保温值为原则。
[0022] 为了保证非球面面型误差达到设计要求，步骤2热下沉成型和精密退火中，热处 理过程中保温温度波动范围尽量小，保温范围为保温温度± 1°C，优选的保温范围为保温温 度±0. 5°C，进一步优选的保温范围为保温温度±0. 3°C。
[0023] 较佳的，对于UV光学玻璃，步骤2热下沉成型和精密退火中，热处理过程中快 速升温段为室温-500°C，慢速升温段为500-580°C，保温段保温温度为580°C，退火段为 580-450°C，降温段为450°C -室温。
[0024] 其中，快速升温段的升温速率，可采用保守控制为3°C /min，在熟悉光学玻璃性能 后，也可采用全功率升温。低速升温段的升温速率为1°C/min，低速升温段的范围在保温温 度-50°C至保温温度之间。低速升温段设置非常必需，除了可以防止冲温外，更是保证非球 面面型的关键，否则面型误差大。为了保证非球面面型误差达到设计要求，保温温度波动范 围尽量小，优选的保温范围580土1°C，进一步优选的保温范围580±0. 5°C，再进一步优选 的保温范围580±0. 3°C。退火段的温度范围一般在保温温度至保温温度_100°C之间，降温 速率控制在1°C /min为宜。快速降温的降温速度，可采用保守控制为3°C /min，在熟悉光学 玻璃性能后，也可以断电降温。
[0025] 较佳的，对于GBS光学玻璃，步骤2热下沉成型和精密退火中，热处理过程中快 速升温段为室温_450°C，慢速升温段为450-525°C，保温段保温温度为525°C，退火段为 525-400°C，降温段为400°C -室温。为了保证非球面面型误差达到设计要求，保温温度波动 范围尽量小，优选的保温范围525土 1°C，进一步优选的保温范围525±0. 5°C，再进一步优 选的保温范围525±0. 3°C。退火段的温度范围一般在保温温度至保温温度-KKTC之间，降 温速率控制在1°C /min为宜。快速降温的降温速度，可采用保守控制为3°C /min，在熟悉光 学玻璃性能后，也可以断电降温。
[0026] 其中，快速升温段的升温速率，可采用保守控制为3°C /min，在熟悉光学玻璃性能 后，也可采用全功率升温。低速升温段的升温速率为1°C/min，低速升温段的范围在保温温 度-50°C至保温温度之间。低速升温段设置非常必需，除了可以防止冲温外，更是保证非球 面面型的关键，否则面型误差大。
[0027] 较佳的，上述制作光学玻璃渐进多焦点镜片的方法，还包括
[0028] 步骤4,成品打标：采用激光打标，以标示产品的瞳孔中心、近视光心、远视光心和 附加光度值，从而方便验配使用。具体包括：
[0029] 4. 1在光学玻璃渐进多焦点镜片成品上标记两个小圆圈，其相距为34mm ;
[0030] 4. 2上述两个小圆圈的圆心连线的中点垂直上方4mm为瞳孔中心所对位置，标记 十字线；
[0031] 4. 3上述两小圆圈的圆心连线的中点垂直上方8mm处可测量镜片的远视镜度，标 记为半圆；
[0032] 4. 4上述两小圆圈的圆心连线的中点垂直下方14mm，并向鼻侧内移2. 5mm处可测 量镜片的近视镜度，标记为圆圈。
[0033] 本发明提供上述光学玻璃渐进多焦点镜片在非球面眼镜、施密特校正板等光学仪 器中的应用。
[0034] 本发明的有益效果有：采用热下沉成型法实现光学玻璃渐进多焦点镜片的产业化 批量生产，可带来较大的经济效益，可以提高眼镜产品的整体制造技术水平，并增强了相关 眼镜产品的优异性。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1为光学玻璃基片的结构示意图。
[0036] 图2为磨具的结构示意图。
[0037] 图3为镜片与磨具转入电热炉内热处理的结构示意图。
[0038] 图4a为本发明实施例1的温度曲线图。
[0039] 图4b为本发明实施例1的温度曲线图的局部放大图。
[0040] 图5为光学玻璃渐进多焦点镜片成品结构示意图。
[0041] 图6为光学玻璃渐进多焦点镜片成品打标标记示意图。
[0042] 其中，1-热电偶，2-电阻丝，3-隔板，4-镜盘，5-保温层。
【具体实施方式】
[0043] 通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不是 对本发明的限定。具体实施例和比较实施例中没有详细叙述的部分是采用现有技术、公知 技术手段和行业标准获得的。
[0044] 除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
[0045] 实施例1
[0046] 按如下步骤制作UV光学玻璃渐进多焦点镜片：
[0047] (1)光学玻璃基片的冷加工：
[0048] 对UV光学玻璃基片毛坯进行粗加工，上表面进行精密抛光，下表面进行铣磨、精 磨以达到规定的面形。例如，参见附图1，下表面面型设计成球面；采用传统方式加工，不须 抛光；具体的曲率可根据光度确定，如SRI31mm、SR87. 2mm等。
[0049] (2)热下沉成型和精密退火：
[0050] 将冷加工后的镜片（参见附图1)放到如附图2的磨具的上面，并保持精磨的下 表面与磨具接触其中，磨具的参数R1、R2值如表1。其中，非球面的磨具技术为现有成熟技 术：渐进多焦点非球面为非旋转对称，变形散光是多焦镜片很难克服的关键问题，需要合理 而精确的基体球面曲率半径的设计，需要经过精密设计，采用非球面镜面直轴磨削系统准 确加工的非球面磨具。比如：（1)工件主轴系统，使用空气主轴，转速在100?5000r/min ; (2)砂轮主轴，使用空气主轴，转速在1000?100000r/min，当使用单点金刚石切削时，安装 车刀；（3)传动系统，工作台采用线性导轨，X轴、Z轴采用线性马达驱动，Y轴采用空气静压 滚珠丝杆传动，伺服马达驱动，X轴行程为150mm，Y轴行程为50mm，Z轴行程为50mm ; (4)反 馈系统采用光栅尺反馈精度在lnm，完成精确控制；（5)测量系统，采用机上测量技术0MM可 以不拆卸工件完成工件加工轮廓测量工作，消除拆装造成的误差。
[0051] 表1磨具参数
[0052]
【权利要求】
1. 一种光学玻璃渐进多焦点镜片，其上方固定的视远区和下方固定的视近区之间有一 段屈光度连续变化的渐变区，在该渐变区，通过镜片曲率半径的逐渐变小以达到镜片屈光 度的逐渐增加，其特征在于：由如下方法制备得到 ： 步骤1，基片冷加工：对光学玻璃基片毛坯进行粗加工，上表面进行精密抛光，下表面 进行铣磨、精磨以达到规定的面形； 步骤2,热下沉成型和精密退火：将步骤1冷加工后的镜片放到磨具上面，并保持精磨 的下表面与磨具接触；再转入电热炉内进行热处理，加热到光学玻璃的软化点以上温度，让 镜片自重下沉；热处理过程中控制温度以进行升温、保温、退火和降温； 步骤3,球面加工：采用普通球面加工方法对步骤2下沉成型后的镜片与磨具的接触面 进行加工，以达到所需的面形，并精密抛光，制得光学玻璃渐进多焦点镜片成品。
2. -种制作光学玻璃渐进多焦点镜片的方法，其特征在于：包括下述步骤： 步骤1，基片冷加工：对光学玻璃基片毛坯进行粗加工，上表面进行精密抛光，下表面 进行铣磨、精磨以达到规定的面形； 步骤2,热下沉成型和精密退火：将步骤1冷加工后的镜片放到磨具上面，并保持精磨 的下表面与磨具接触；再转入电热炉内进行热处理，加热到光学玻璃的软化点以上温度，让 镜片自重下沉； 步骤3,球面加工：采用普通球面加工方法对步骤2下沉成型后的镜片与磨具的接触面 进行加工，以达到所需的面形，并精密抛光，制得光学玻璃渐进多焦点镜片成品，其上方固 定的视远区和下方固定的视近区之间有一段屈光度连续变化的渐变区，在该渐变区，通过 镜片曲率半径的逐渐变小以达到镜片屈光度的逐渐增加。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1基片冷加工基片中，铣磨、精磨基 片的下表面后进行超声波清洗。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2热下沉成型和精密退火中，热处理 过程中包括升温、保温、退火和降温，其中升温包括快速升温和慢速升温，快速升温的升温 速度以不应使镜片炸裂为原则，慢速升温的升温速度以避免升温惯性冲出超过设定的保温 值为原则。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤2热下沉成型和精密退火中，热处理 过程中保温范围为保温温度土 1°C，优选的保温范围为保温温度±0.5°C，进一步优选的保 温范围为保温温度±〇.3°C。
6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述光学玻璃为UV光学玻璃，步骤2热下 沉成型和精密退火中，热处理过程中快速升温段为室温-500°C，慢速升温段为500-580°C， 保温段保温温度为580°C，退火段为580-450°C，降温段为450°C -室温。
7. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述光学玻璃为GBS光学玻璃，步 骤2热下沉成型和精密退火中，热处理过程中快速升温段为室温-450°C，慢速升温段为 450-525°C，保温段保温温度为525°C，退火段为525-400°C，降温段为400°C -室温。
8. 根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于：还包括步骤4,成品打标：采 用激光打标，以标不产品的瞳孔中心、近视光心、远视光心和附加光度值。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤4成品打标具体包括： 4. 1在光学玻璃渐进多焦点镜片成品上标记两个小圆圈，其相距为34mm ; 4. 2上述两个小圆圈的圆心连线的中点垂直上方4mm为瞳孔中心所对位置，标记十字 线. 4. 3上述两小圆圈的圆心连线的中点垂直上方8mm处可测量镜片的远视镜度，标记为 半圆； 4. 4上述两小圆圈的圆心连线的中点垂直下方14mm，并向鼻侧内移2. 5mm处可测量镜 片的近视镜度，标记为圆圈。
10.根据权利要求1所述的光学玻璃渐进多焦点镜片或根据权利要求2至9中任一项 所述的方法制得的光学玻璃渐进多焦点镜片在光学仪器中的应用。
【文档编号】G02C7/02GK104297943SQ201410529350
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】卢宏炎, 卢圣麒, 莫宇芬, 白东峰, 王毅, 倪江楠, 华显立, 许贵阳 申请人:河南工业职业技术学院