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정밀 유리 몰딩은 optical glass cores를 aspheric mold에 넣어 누를 수 있을 정도로 표면이 부드러워질 때까지 높은 온도로 가열하는 제조 기법의 한 종류입니다(그림 4). cores를 실내 온도로 냉각시키고 나면, mold의 형태가 유지됩니다. 몰드를 제작하는 일은 높은 초기 비용이 필요합니다. 이는 매끄러운 표면을 유지할 수 있도록 몰드를 아주 내구성 있는 소재로 정밀하게 만들어야 하고, 원하는 aspheric 형태를 얻으려면 glass cores의 수축을 감안해야 하기 때문입니다. 하지만, 몰드가 일단 완성되면, 각각의 렌즈에 대한 추가 비용이 표준 생산 기법에 비해 낮으므로 이는 대량 생산 용도에 아주 좋은 옵션입니다.
여러 해 동안 machined aspheric lens는 렌즈 연마 및 광택 작업을 수행할 때 한 번에 한 개씩만 가능했습니다. Machined asphere의 개별 생산 공정은 크게 바뀌지 않았지만, 제조 기술이 크게 발전하면서 최근 이 생산 기술에서 달성 가능한 정확도가 높아졌습니다. 가장 주목할 만한 것은 computer controlled precision polishing (그림 5) 기능이 더 많은 polishing이 필요한 high spot들을 제거할 수 있도록 tool dwell 매개변수를 자동 조절한다는 것입니다. 고품질 polishing이 필요하면 표면 마감 처리를 위해 magneto-rheological finishing (MRF)을 사용합니다(그림 6). MRF 기술은 정교한 제거 위치 제어와 높은 제거 속도로 인해 표준 polishing 기법에 비해 짧은 시간에 고성능 마감 처리를 제공합니다. 다른 생산 기법에는 일반적으로 렌즈별로 고유한 특수 몰드가 필요하지만, polishing은 표준 세공 방식을 사용하기 때문에 원형 제작 및 소량 생산을 위한 기본 옵션으로 널리 채택되고 있습니다.
Hybrid molding은 achromatic lens와 같은 표준 spherical surface에서 시작한 뒤 aspheric mold에 들어 있는 photopolymer 박막에 대고 눌러 aspheric surface를 형성합니다. 이 기법에서는 diamond 연마 aspheric 몰드와 glass achromatic lens(다른 유형의 singlet 또는 doublet lenses도 사용할 수는 있음)를 사용합니다. aspheric mold에 photopolymer를 주입한 뒤 achromatic lens를 대고 누릅니다. 두 개의 면이 압축되고 실온에서 UV를 이용해 경화시켜 구성 부품들의 광학 특성인 chromatic 및 spherical aberration 보정 기능이 결합된 aspherized achromatic lens 를 형성합니다. 그림 7에서는 hybrid lens 제작 과정을 보여 줍니다. Hybrid molding은 특별한 성능이 필요하고 수량이 초기 압형 제작 비용을 상쇄하고 남을 정도의 대량인 정밀 제품의 대량 생산에 유용합니다. aspherized achromatic lenses를 제작하는 hybrid process에 대한 자세한 내용을 보려면 Achromatic Lens를 사용하는 이유는 무엇일까요?를 참조하십시오.
앞서 언급한 glass 생산 기법 이외에 플라스틱용의 독특한 기법이 존재합니다. Plastic molding에는 융용 플라스틱을 aspheric mold에 주입하는 단계가 들어 있습니다. 플라스틱은 유리만큼 열적으로 안정되어 있거나 압력에 잘 견디지 못하기 때문에 유사한 성능의 aspheric lens를 만들려면 특수 처리를 거쳐야 합니다. 하지만 플라스틱은 가볍고 쉽게 주조할 수 있으며 마운트에 결합해 단일 피스를 만들 수 있다는 점에서 장점을 갖고 있습니다. 광학용으로 적합한 품질의 플라스틱 선택에 제한이 따르긴 하지만 비용과 무게에 있어서의 장점으로 인해 플라스틱 aspheric lenses 디자인을 선택하곤 합니다.
모든 용도에 동일한 렌즈 성능이 필요하진 않기 때문에 적절한 aspheric lens를 선택하는 것은 중요한 결정입니다. 고려해야 할 핵심 요소로는 프로젝트 스케줄, 전반적인 성능 요건, 예산, 그리고 예상되는 수요가 포함됩니다.
많은 용도에 기성품 aspheric lens가 완벽히 들어맞기 때문에 주문 즉시 제품을 받아볼 수 있다는 장점이 있습니다. 때로는 AR 코팅이나 지름 축소와 같은 작업을 통해 이들 표준 aspheric lens를 쉽고 빠르게 수정해 표준 상품에 가까운 요구 사항들을 해결할 수 있습니다. 기성품이 충분하지 않을 경우 원형, 시제품 생산 또는 대량 생산 용도를 위한 맞춤형 aspheric 생산을 고려해 보십시오.
| 유형 | 유형 |
|---|---|
| 정밀 유리 몰딩 | 많은 렌즈의 신속한 제작 및 낮은 압형 유지 비용으로 인해 대량 제작 요건에 적합합니다. |
| 정밀 연마 | 짧은 리드 타임, 최소한의 특수 압형 및 설치로 인해 원형 제작 또는 소량 제작에 적합합니다. |
| Hybrid Molded | Spherical 및 chromatic aberration 모두의 보정이 가능해 복수 스펙트럼 용도에 적합합니다. |
| Plastic Molded | Glass aspheric lenses의 가볍고 저렴한 대안으로서 대량 생산에 적합합니다. |
| Commercial | Precision | High Precision | |
|---|---|---|---|
| Diameter | 10 - 150mm | 10 - 150mm | 10 - 150mm |
| Diameter Tolerance | +0/-0.100mm | +0/-0.025 | +0/-0.010 |
| Asphere Figure Error (P - V) | 3μm | 1μm | <0.06μm* |
| Vertex Radius (Asphere) | ±0.5% | ±0.1% | ±0.05% |
| Sag | 25mm max | 25mm max | 25mm max |
| Typical Slope Error | 1μm per 1mm window | 0.35μm per 1 mm window | 0.15μm per 1 mm window |
| Centering (Beam Deviation) | 3 arcmin | 1 arcmin | 0.5 arcmin |
| Center Thickness Tolerance | ±0.100mm | ±0.050mm | ±0.010mm |
| Surface Quality (Scratch Dig) | 80-50 | 40-20 | 10-5 |
| Aspheric Surface Metrology | Profilometry (2D) | Profilometry (2D & 3D) | Interferometry |
* 632.8nm에서 1/10th wave, 디자인 및/또는 계측 기술에 의해 제한됨
링크 1 : Asperical lens 제작 방법 (정리글)
링크 2 : Asperical lens 제작 방법 (동영상)
출처 : Edmund Optics
