專利名稱：透鏡的激光成型的制作方法
技術領域：
本發明涉及把透鏡，特別是接觸透鏡的邊緣形成彎曲形或園形的一種裝置和方法。
根據本發明的一方面，它提供把透鏡的邊緣形成彎曲的一種方法，該方法包括這樣的步驟使激光束投射在透鏡邊緣附近的透鏡面上，讓激光束和接觸透鏡之間產生相對移動，使透鏡周邊通過激光束描出一彎曲光路，上述的光路沿透鏡的前面和后面之間的邊緣沿伸。因此，通過燒蝕光致分解從透鏡中除去材料，在透鏡的邊緣上就形成一個曲面。
在本發明的較好形式中，激光保持靜止而透鏡以周期性角度繞與該透鏡邊緣離開的一個軸步進旋轉，這個軸基本上與激光束垂直。
更好些，透鏡在每一角度的旋轉步驟，都應圍繞實際上平行于激光束的想象的中心軸旋轉，這樣，就使透鏡的周邊處于激光束的光路中。
透鏡最好是聚合物類型的接觸透鏡。
根據本發明的第二個方面，它提供一個完成上述本發明第一方面所述的方法，該方法包括支撐透鏡并使它繞自身的中心軸旋轉的第一裝置;以及使上述的第一裝置移動從而使該透鏡周邊掃出一穿過激光束的弧形光路的第二裝置。
該第一和第二裝置最好分別由第一和第二電機組成，其中第一電機安裝在一個支撐臂上，而該支撐臂可被上述第二電機所旋轉。
透鏡最好安裝在上述第一電機的輸出軸上。
根據本發明的第三個方面提供一方法以在透鏡上形成一彎曲邊緣，該方法包括在掩膜里做孔的步驟，該孔隨著遠離想象的中心點沿徑向增加寬度，上述的孔位于上述的透鏡和激光束之間的路徑上，其位置使上述孔的最大寬度與透鏡的周邊相對應，旋轉透鏡使透鏡的周邊區域連續暴露于孔中，引起透鏡的周邊區域產生燒蝕光致分解，從而使透鏡產生彎曲邊緣。
為了定量地研究經過激光輻照在接觸透鏡上產生的燒蝕光致分解，必須測量透鏡材料的燒蝕特性。利用-Lambda physik公司的102MSC準分子激光器用193毫微米波長對perspex有機玻璃(PMMA)透鏡和康泰克斯透鏡、用248毫微米波長激光對康泰克斯透鏡測量了每個脈沖的蝕刻深度與激光能量密度間的函數關系。通過把小孔成像于樣品上并測量已知光點數的激光所產生的燒蝕點深度來測量每個脈沖的燒蝕深度。
圖1示出了193毫微米激光對pespex有機玻璃透鏡的燒蝕曲線，該曲線類似于Sutcliffe和Srinivasan獲得的曲線[應用物理(雜志)(60)，3315，1986]。193毫微米激光對康泰克斯透鏡的燒蝕曲線示在圖2中，它與用perspex有機玻璃透鏡獲得的曲線類似。測量結果表明，燒蝕閾值約為0.05焦爾/厘米2，而每個脈沖燒蝕0.7毫微米的能量密度升到0.4焦爾/厘米2。對248毫微米激光對康泰克斯透鏡的燒蝕曲線也進行了測量并示于圖3中。這條曲線表明，能量密度在0.4焦爾/厘米2時每個脈沖的蝕刻深度值達到2微米，這樣高的值可能是由于材料對248毫微米激光的吸收系數比193毫微米激光的低的緣故。對輻照過的康泰克斯透鏡表面的檢查說明，248毫微米激光的燒蝕作用有明顯的熔化痕跡。
現通過舉例并參照附圖闡述本發明的實施例，其中圖1至3分別是前述的perspex有機玻璃透鏡和康泰克斯透鏡的燒蝕曲線;
圖4是根據本發明的第二個方面配置的一個裝置的示意圖;
圖5是根據本發明的第一個方面，經過激光輻照過的透鏡邊緣的說明示意圖;
圖6是實現本發明的第三個方面的方法的一個配置的說明示意圖;
圖7是圖3的配置中的透鏡的前視圖;
圖8是顯示在一塊perspex有機玻璃透鏡上燒蝕的彎曲邊緣的掃描電子顯微鏡照片;
圖9是顯示在一塊康泰克斯接觸透鏡上燒蝕的彎曲邊緣的掃描電子顯微鏡照片;
圖10是顯示一perspex有機玻璃接觸透鏡的燒蝕邊緣截面的掃描電子顯微鏡照片;
圖11是在邊緣成形的燒蝕部分上產生的散焦效應示圖;
圖12和13是康泰克斯接觸透鏡的被燒蝕邊緣的掃描電子顯微鏡照片。
現參考圖4，該圖示出根據本發明在一透鏡上形成彎曲邊緣的裝置10;裝置10包括第一和第二電機11、12，第一電機11裝在本領域熟知的普通的第一傳送器或“傳送臺”13上。第一傳送臺13有x、y和z向的微米驅動器14，以實現第一電機11的移動從而調整傳送臺的位置。電機11有一安裝在第二傳統傳送臺16的底面上的輸出驅動軸(未示出)。第二電機12通過支撐臂15、17安裝在第二傳送臺16上，第二傳送臺16也有x和y方向微米驅動器18。
如圖所示，第二電機12有一輸出驅動軸20，接觸透鏡21在一垂直平面內固定到驅動軸20的自由端22上。激光束23投射在接觸透鏡21的邊緣24上。激光束23是由LambdaPhysik公司的102MSC準分子激光器(未示出)產生的。
下面的微米驅動器14把電機11的旋轉軸定位在距離激光束23的邊緣50的合適距離上。電機11的旋轉軸是如圖5所示的垂直軸A。A軸實際上與激光束23垂直。微米驅動器18用來移動支撐臂15、17，因此使電機12及接觸透鏡21相對于電機11獨立，從而將激光束邊緣50定位在距離接觸透鏡21的中心軸B適當的距離上。這樣，支撐臂15可以由微米驅動器18驅動，相對于電機11在傳送臺16上移動。
使用時，接觸透鏡21安排得與激光束23垂直，電機11被啟動以旋轉傳送臺16，這樣電機12和接觸透鏡21繞軸A(圖5)進行予先確定的角度步進從而朝著激光束23前進。予先確定的角度步進距離是幾度最好是1°到20°。第二電機啟動使透鏡21繞它的中心軸B轉動，這樣透鏡21的邊緣24區域段就陸續地被轉到激光束23的光路中。然后再次啟動電機11，使透鏡21繞A軸朝激光束23方向轉過另一個角度步進距離。然后再次啟動第二個電機12使接觸透鏡21繞軸B旋轉，使透鏡邊緣24的一個新的區域暴露于激光束為止。在透鏡邊緣24暴露于激光束23的過程中，透鏡邊緣24的材料經受了燒蝕光致分解，因此把周邊邊緣區25除去，透鏡21的最終形成的邊緣26變成彎曲形狀。
應該明白，電機11的啟動使透鏡21的周圍邊緣描出了一個通過激光束23的弧形通路。
還應清楚，接觸透鏡21經受燒蝕光致分解的速率取決于照射透鏡21的激光束23的波長、激光束的能量密度、激光束的發射光點數(脈沖數)。當然與透鏡21的材料也有關。從激光束23的邊緣到軸A的距離將決定透鏡21最終形成的曲率半徑。
在本發明的另一個實施例中，接觸透鏡21可連續地圍繞軸A和B旋轉一段足以使邊緣24變得彎曲的時間周期。
圖8是掃描電子顯微鏡(SEM)照片，它顯示的是在1毫米厚的perspex有機玻璃鏡片上用波長193毫微米、總發射光點數為3360個、能量密度值為0.25焦爾/厘米的激光束燒蝕的邊緣。邊緣的曲率半徑是0.5毫米。圖9示出用980個發射光點數，波長為193毫微米，能量密度為0.25焦爾/厘米的激光束在一塊康泰克斯接觸透鏡上某一位置上形成的園形邊緣切口。
現將參照圖6和7說明根據本發明的第三個方面形成的方法。在此方法中，激光束30通過透鏡31聚焦到其上有一孔33的掩膜32上。如圖所示，穿過孔33的那部分激光束34發散并被透鏡35準直。第三個透鏡36把激光束34聚焦在接觸透鏡37上，透鏡37的邊緣38被激光束輻照使其邊緣變成彎曲形狀。
在圖7中，孔33的象33′系在接觸透鏡37上的重疊圖象。孔33一般是三角形的，在離開接觸透鏡37的中心40的徑向上寬度增加。接觸透鏡37只有受孔33限定的區域41暴露于激光束34。利用透鏡31改變激光束30的能量密度。
接觸透鏡37被安裝在一合適的裝置上(未示出)，使它按予先確定的角度步進距離圍繞它的中心40轉動。這樣通過孔33，把接觸透鏡37的周邊區域42連續暴露在激光束之下。
應當了解，當接觸透鏡37轉動時，與孔33的區域43對應的透鏡37的最外邊部分比對應于區域44的透鏡37的較里面的部分暴露在激光束中的時間要長。因此，與區域43對應的透鏡37的最外邊部分比對應于區域44的透鏡較里面部分所經受的燒蝕光致分解要多。這一暴露時間的差別使透鏡被輻照的周邊區域變成彎曲形，其原因是燒蝕光致分解產生了燒蝕深度的徑向變化。
圖10示出了用Lambdaphysik公司的波長為193毫微米的102MSC準分子激光器對perspex有機玻璃接觸透鏡燒蝕后的邊緣的橫截面圖。激光能量密度是0.2焦爾/厘米，在每個透鏡位置上輻照20個光點而透鏡以步進距離為0.9°的方式旋轉。要避免在透鏡上遺留掩膜的輪廓，0.9°的步進距離還不是足夠小，但如圖11所示，可利用成象光學系統的散焦把這個輪廓部分地消除。
圖12和13示出在激光波長為193毫微米，能量密度為0.3焦爾/厘米2，角度步進距離為0.9°并在每一位置用40個輻照光點時，在康泰克斯接觸透鏡邊緣形成的切口的掃描電子顯微鏡照片。
本發明不限于本文所述的實施例，可以在不背離本發明的范圍的前提下對其修改或改變。
權利要求
1.在一透鏡上形成一彎曲形邊緣的方法，它包括下列步驟把一束激光投射到透鏡的一個面上鄰近于透鏡邊緣的部分，使激光束和接觸透鏡之間產生相對運動，讓透鏡的周邊掃出一條通過激光束的弧形曲線路徑，所說的路徑沿著透鏡的前后面之間的邊緣延伸，因此通過燒蝕光致分解去除透鏡上的材料，在透鏡的邊緣形成彎曲形表面。
2.按權利要求1所述的方法，其中激光器保持靜止而透鏡以斷續的角度步進方式，繞一個與離開透鏡邊緣且基本上與激光束垂直的軸旋轉。
3.按權利要求2所述的方法，其中，透鏡在每一角度旋轉步進中繞基本上平行于激光束的想象的中心軸旋轉，因此把透鏡的周邊引到了激光束的光路中。
4.一個完成本發明上述一個方面的方法的裝置，它包括支撐一透鏡并使此透鏡繞它自己的中心軸旋轉的第一裝置，讓上述的第一裝置運動使透鏡的周邊能夠掃出一通過激光束的弧形通路的第二裝置。
5.按權利要求4所述的裝置，其中，第一和第二裝置分別包括第一和第二電機，上述第一電機裝在一支撐臂上，此臂能夠被上述的第二電機帶動而轉動。
6.在透鏡上形成彎曲邊緣的方法，它包括在一掩膜上設置一個孔，所說的孔在遠離想象的中心點的徑向方向上其寬度增加，該孔位于上述透鏡和激光束之間的通路中，其位置使上述的孔的寬度最大的地方與透鏡的周邊相對應，而透鏡的旋轉能使透鏡的周邊區域依次通過孔曝光，引起透鏡的周邊區域發生燒蝕光致分解，從而產生彎曲狀邊緣。
全文摘要
本發明涉及用來在透鏡上形成彎曲或圓形邊緣的裝置和方法，特別適用于接觸透鏡。本發明所提供的在透鏡上形成彎曲邊緣的方法，包括將一束激光投射到透鏡上靠近邊緣的面上，從而引起燒蝕光致分解。本發明提供的用以完成本發明方法的裝置，能使透鏡的邊緣描出一條弧形路徑通過激光束。上述透鏡最好是聚合物接觸透鏡。
文檔編號B29D11/00GK1042679SQ8910815
公開日1990年6月6日 申請日期1989年10月25日 優先權日1988年10月25日
發明者詹姆斯·杰拉德·倫尼 申請人:博士倫百慕達科技有限公司