定义
透镜、棱镜和反射镜等光学元件的制造。
当光学车间制造透镜、棱镜和反射镜等光学元件时，可以应用切割、研磨、研磨和抛光等各种工艺，最终生产出高质量的光学表面。
本文主要讨论光学玻璃的加工，光学玻璃是最常见的光学材料，但也适用于其他材料（如塑料和晶体材料）的方法。 对于更专业的光学元件，如微透镜、梯度折射率透镜、衍射光学元件和波导，请使用相应的专业文章。
玻璃光学元件的制造
玻璃制造
关于光学玻璃的文章解释了光学中通常使用哪种玻璃材料。 在本节中，我们假设无机玻璃与用于塑料光学器件的有机玻璃区分开来。
光学玻璃基本上是通过混合许多粉末形式的纯化化合物，加热它们以产生玻璃熔体，然后慢慢冷却直到达到凝固来制造的。 为了获得高光学质量，使用高度纯化的材料。 此外，它们需要彻底混合以避免不均匀。 需要避免任何容器中不需要的物质污染。
需要应用非常缓慢且控制良好的冷却过程，直到实现完全凝固。 在冷却过程中，玻璃可以退火，这意味着内部机械应力在很大程度上被消除。 玻璃的最终密度和由此产生的折射率在很大程度上取决于退火速率，例如退火速率可能为2 K/h（精细退火玻璃）或有时甚至更慢。 退火速率不仅应该足够低，而且应该始终适用于特定类型的光学玻璃。
制造商通常以块的形式提供光学玻璃，即块状玻璃。 可以制造透镜或棱镜等光学元件的原始光学玻璃的其他供应形式是大条带和棒。 一些供应商还提供加工形式，如板材、切割棱镜或压制坯料。
毛坯生产
玻璃生产后的第一步是制造毛坯，即尺寸大致正确且尺寸过大（例如约1毫米）的工件。 对于批量生产，这种光学毛坯可以通过压花或成型工艺生产。 对于小批量，通常使用较大玻璃块（玻璃制造商提供的块状玻璃）的切割或钻孔（取芯钻孔）。
可提供特殊的玻璃切割机，通常包含圆形金刚石锯。 例如，它的刀片包含微小的钻石，这些钻石被掺入钢芯中。 金刚石颗粒作为一种非常坚硬的研磨材料，比典型的光学玻璃具有更强的抵抗力。 通过在精心控制的过程中使用相对较薄的刀片（例如，刀片的线性运动定义明确），可以切割具有高可靠性（即不会破裂或以其他方式损坏玻璃）且材料损失小的玻璃。 在锯切过程中，刀片通常用清水冷却，这也有助于去除玻璃灰尘，从而避免操作员吸入微小颗粒。
产生
切割后，通常应用某种曲线生成器来准备更接近最终形状的平面或曲面，例如在 0.1 毫米以内。 生成的目的本质上是机械加工，但由于玻璃的脆性，需要应用适应的加工方法。
细节取决于光学元件的类型。 例如，对于透镜的生成，通常使用杯形砂轮和金刚石砂砾唇，该唇固定在金属或树脂基体中。 这样的过程自然会产生球形表面，可以是凸的或凹的。 我们的工艺是生产非球面透镜所必需的。 例如，可以应用金刚石车削。
研磨和抛光
即使是精心控制的生成过程也会在玻璃表面或略低于玻璃表面时造成一些损坏。 因此，不仅为了达到最终的表面精度，还需要使用合适的研磨方法去除表面的顶层，即通过精细的研磨。
通常从松散的磨料研磨开始，以去除损坏的表面部件并在几微米（相当于几个光学波长）内匹配所需的表面形状。 在这里，材料去除率相对较高。 在接下来的几个步骤中，主要是颗粒研磨，然后可以应用越来越精细的研磨方法（去除率要低得多）。 从本质上讲，后续步骤使用越来越精细的研磨剂。
接下来，进行光学抛光，直到达到所需的光学表面质量，例如偏差低于λ/10 抛光是一个类似于研磨的过程，可以用相同类型的机器完成，但通常使用合成垫中的氧化铈粉末作为抛光剂，而不是金刚石砂砾。
在某些情况下，人们会应用特殊的超抛光方法来获得特别高的表面质量。
边
光学元件也经常需要边缘化，这意味着外围区域经过适当处理以实现精确安装。 例如，透镜的外部应允许在其光轴的正确方向下轻松安装透镜。
适应不同的材料
为了以良好的效率获得高质量的结果，所有切割、研磨和抛光工艺都需要适应所使用的特定材料。 光学玻璃的机械参数可以在相当大的范围内变化。 特别是，有些眼镜相当柔软，而另一些则非常坚硬；一些中等硬度通常是加工的理想选择。 一些玻璃，例如氟化物玻璃，由于它们异常脆，可能很难加工。 同时，它们可能对湿度高度敏感，这需要额外的预防措施。
请注意，光学玻璃的选择需要考虑许多其他方面，例如折射率，色散，可用性和价格，因此机械性能并不总是理想的制造。
晶体材料
对于晶体材料的加工 - 例如蓝宝石，半导体（用于红外光学），激光晶体或非线性晶体材料等介电材料- 可以在很大程度上应用与光学玻璃类似的工艺，但具有适应性的参数和细节。
可能必须观察一些额外的方面，例如在某些情况下单晶的确切轴取向。
塑料光学元件
塑料材料，也称为有机玻璃，也广泛用于光学。 它们的主要优点通常不是较低的材料成本（特别是对于小零件），而是由于简化工艺的适用性而降低了加工成本。 例如，塑料光学元件通常可以通过压花或成型工艺制成，这不需要大量的进一步加工；这不适用于无机玻璃。 由此产生的光学质量通常低于传统加工的无机玻璃，但足以满足许多应用的需求，甚至包括以惊人的高质量成像，例如在智能手机相机中。非球面甚至自由曲面光学元件可以相对容易地制造。
体积与定制光学
可能必须采用不同的制造方法，不仅取决于质量规格，还取决于所需的生产量。 例如，如果无法以其他方式制作合适的坯料，定制光学器件可能必须使用从废物相对较大的块上切割玻璃。 计算机控制的机器可用于各种产品步骤的最大灵活性。 在某些情况下，人们可能不得不更广泛地使用手动控制的过程，因为无法为小批量设置复杂的自动化机械。
光学表征
由于对光学质量的要求通常很高，光学器件制造必须伴随着精确的光学表征。 例如，可以使用光学轮廓仪来测量表面形貌。 此外，人们使用干涉仪，例如Twyman-Green型。
表征方法可以简单地用于质量控制，即用于识别问题。 它们也可能或多或少地集成到制造过程中。 即使在大部分手动制造过程中，也经常使用当前实现的光学表面形状的测量来决定进一步的步骤。 计算机控制的设备还可以在简化的流程中利用表征数据来实现质量和生产成本的有吸引力的组合，特别是在批量生产中。
