專利名稱：透鏡表面的激光拋光的制作方法
技術領域：
本發明涉及透鏡表面特別是接觸透鏡表面的拋光工藝。
接觸透鏡通常用車床把一塊合適的材料加工成所要的尺寸，這種材料一般包括聚甲基丙烯甲酯即有機玻璃(PMMA)。車削加工以后，用一種研磨劑拋光接觸透鏡以使車過的表面光滑。特別希望的是使其表面盡可能光滑從而使接觸透鏡具有最佳的光學特性，此外，還要使透鏡滿足用戶眼睛接受它的要求。由于采用車床加工，在透鏡表面上引入一定程度的紋理和粗糙度，所以拋光通常是必要的。
如上所述，接觸透鏡的拋光一般是手工進行，因此慢而費時，在需要大量生產接觸透鏡的場合情況更是如此。
本發明的目的之一就是緩解上述問題。
依據本發明的一方面，提供一個使透鏡表面光滑的加工工藝，它包括用激光束輻照透鏡表面的步驟，使透鏡表面達到可控的熔化程度，而基本上沒有燒蝕的光致分解，從而使透鏡表面光滑。
透鏡先用傳統的車削加工切割，然后再用激光輻照透鏡表面。
已經發現，用激光束輻照透鏡的表面，能使一種可控的表面熔化程度出現，而又基本上沒有燒蝕的光致分解發生，這樣就能使透鏡的表面基本平滑。用這樣的方法處理的透鏡表面的光滑度質量可以與人工研磨拋光得到的光滑度質量相媲美。
在本發明的較好形式中，激光束能量密度最好小于0.3焦爾/厘米2，激光光點(脈沖)數最好大于200個。
激光束能量度更好是小于0.1焦爾/厘米2。
雖然可以用任何合適波長和能量密度的激光束使透鏡表面達到熔化的程度，但已經發現，工作在193毫微米的此外激光器能產生滿意的光滑水平。
現在通過舉例并參照附圖敘述本發明的一個實施例，其中
圖1是按照本發明完成加工過程的一個結構配置的示意圖;
圖2a和2b表示鏡面反射率相對于波長為193毫微米的激光光點數的變化曲線，其中激光光點用于車削加工過的康泰克斯(Contex)透鏡鈕塊。
圖3a和3b表示鏡面反射率相對于波長為248毫微米的激光光點數的變化曲線，其中激光光點用于車削加工過的康泰克斯透鏡鈕塊。
現參見圖1，它給出本發明的使透鏡表面光滑的加工工藝的配置圖。如圖所示，波長為193毫微米的紫外激光束10投射到接觸透鏡12的表面11上，這里所用的激光器是一個Lambdaphysik公司制造的102MSC準分子激光器，接觸透鏡12是熟知的康泰克斯型。例如Heflicon-B，Lidofilcon，Hema，或BostonTV，這些透鏡的每一種都是以有機玻璃做為主要成份的。
聚焦透鏡13放在激光束10的光路上以調節光束10投射到透鏡12的表面11上的尺寸。因此，根據所需的能量密度，激光束10投射到透鏡表面11上的大小約等于4毫米×1毫米。顯然，當透鏡12的尺寸比激光束10的尺寸大得多時，就要提供合適的驅動裝置(未示出)驅動激光或透鏡(或兩者)使激光束10對透鏡表面11進行光柵掃描。
透鏡表面的拋光程度可以利用鏡面反射技術在輻照后及輻照中進行測量，此測量技術敘述于與本申請同時提出的、名為“透鏡的表面質量測量”的由本申請人向愛爾蘭申請的待批專利申請中。其內容在這里引為參考。透鏡表面質量還可用其它在本領域熟知的方法測量，例如用表面粗糙度檢測儀或電子顯微鏡。
實例第一步，平面車削過的康泰克斯透鏡鈕塊被波長為193毫微米、能量密度為0.01和0.02焦爾/厘米2的激光束輻照，并監視表面的質量以增加激光光點的數量。該加工工藝也可以用波長為248毫微米、能量密度為0.01和0.15焦耳/厘米2的激光束在平面車削過的康泰克斯透鏡鈕塊上進行。該加工工藝還可以用同樣波長和相同能量密度的激光束在各種康泰克斯接觸透鏡上進行。
圖2a和2b說明已車平的康泰克斯透鏡鈕塊的鏡面反射率變化曲線，其中一個是以能量密度為0.01焦爾/厘米2的激光輻照，而另一個以能量密度為0.02焦爾/厘米2的激光輻照。如圖所示，表面的反射率上升到與手工拋光透鏡同樣的值。
但是，應該明白，激光光點數(激光脈沖)最好超過250個以獲得理想的拋光水平。激光輻照透鏡的直觀外貌預示著表面的熔化。由低能量密度值0.02焦爾/厘米2產生的透鏡表面的溫升大約是50℃，這樣低的能量密度值被認為是能夠熔化透鏡表面的。鏡面反射率的起始處的下降被認為是由于在熔化之前要打破聚合物的鏈，繼之產生塑性變形以產生較平滑的表面。使用干涉儀可測量燒蝕深度，對于能量密度為0.02焦爾/厘米2的300個光點輻照發現燒蝕深度約是0.6微米即每個脈沖0.002微米。
用波長248毫微米及能量密度為0.15焦爾/厘米2和0.1焦爾/厘米2的激光束輻照平車過的康泰克斯透鏡鈕塊得到的結果分別示在圖3a和3b中。在這個波長，激光束的較低的能量密度值是需要的，因為康泰克斯透鏡鈕塊吸收248毫微米激光能量比吸收193毫微米激光低到十分之一。
接著，以同樣的激光波長，能量密度水平和光點數輻照平車過的康泰克斯接觸透鏡，發現獲得的結果與輻照平車的康泰克斯透鏡鈕塊得到的結果類似。
因此，以能量密度足夠低的紫外激光輻射車削加工的接觸透鏡以產生透鏡表面的熔化，可以提供相當平滑的透鏡表面，特別是能夠除去車削加工在透鏡表面上產生的紋理。尤其是已確認，激光束的低能量密度值即小于0.3焦爾/厘米2使透鏡表面燒蝕極小，但又足以使表面熔化，這個極小的燒蝕使激光誘發的透鏡表面調整較小。應該了解，為了拋光出完美的透鏡表面，如果激光束的尺寸比透鏡的尺寸小得多，必須提供合適的裝置以使激光束能對透鏡表面進行光柵式掃描。
已經發現，采用波長為193毫微米，激光能量密度為0.005焦爾/厘米2到0.05焦爾/厘米2的Lamda準分子激光器，能使接觸透鏡表面的拋光達到可接受的水平。采用波長為248毫微米的激光，獲得最佳結果的能量密度在0.05焦爾/厘米2到0.2焦爾/厘米2之間。
本發明不限于本文敘述的實施例，可以在不脫離本發明范圍的前提下對其進行修改或變化。
權利要求
1.一種使透鏡表面平滑的加工工藝，包括用激光束輻照透鏡表面的步驟，以產生可控的透鏡表面熔化水平，但又基本上不產生燒蝕的光致分觸，因此透鏡表面達到光滑。
2.根據權利要求1所述的加工工藝，其特征在于其中透鏡先按傳統的車削加工切割，然后再輻照其透鏡表面。
3.根據權利要求1或2所述的加工工藝，其特征在于激光束的能量密度小于0.3焦爾/厘米2，并且激光光點數大于200個。
4.根據權利要求1或2所述的加工工藝，其特征在于其中激光束的能量密度小于0.1焦爾/厘米2。
全文摘要
一種使透鏡表面平滑的加工工藝，包括用激光束輻照透鏡表面的步驟，以產生可控的透鏡表面熔化水平，但又基本上不產生燒蝕的光致分解，從而達到透鏡表面光滑。用這種方法處理的透鏡表面的光滑度質量可以與人工研磨拋光得到的光滑度質量相媲美。
文檔編號B29D11/00GK1042684SQ8910815
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