[发明专利]用准分子激光的光刻作用对光学制品表面进行仿形加工的方法

说明书

本发明涉及用于改变光学制品表面外形的一种方法。本发明在生产具有比迄今现有的同类制品要高得多的精密度的复曲面光学制品过程中尤为有用。

人们已知多种用于光学制品表面的成型方法。也许，最古老的一种已知方法是利用车床对光学制品表面进行仿形加工。当然这种方法可追溯到第一批透镜，而且一直延用至今。

人们业已开发了多种用于铸造或模制光学表面的方法。然而，尽管有这些方法，要产生待用于模制光学成品的模制坯料还取决于车削技艺。最近，已有人提出利用高能量激光去有选择地蚀刻光学制品表面的概念。

本发明则利用准分子激光去有选择地改变光学制品的表面，并提出一种实现该过程的高度有效而精密的装置。

图1示出一个准分子激光束的横截面的形状及该准分子激光分别在其X和Y坐标中的能量分布。

图2为实现本发明方法所用的设备图，其中，激光束横向扫过待加工的接触透镜坯料的表面。

图3为一光学加工对象的示意图，图中示出以扫描方式将其轮廓蚀刻到一定尺寸。

图3a为一光学加工对象的示意图，图中示出以限定的蚀刻作用使加工表面曲率半径上的尺寸和参数达到所限定的大小。

图4表示带有车削过的表面的接触透镜的表面。

图5和6表示用本发明方法所制成的具有复曲面的接触透镜（toric    contact    lens）的干涉图。

图7表示一个市场上可买到的现有复曲面接触透镜的干涉图。

图8表示一透镜的干涉图，该透镜的球形折光面已按本发明作了改变。

本发明涉及一种改善光学表面的新方法，该方法使这些表面的球面或柱面折射能力发生变化。该新方法采用高能量辐射去蚀刻受控状态下的接触透镜坯料，以便产生所需的接触透镜的构形。更具体地说，该方法的优点是利用一准分子激光束的比较固定的脉冲束强度以扫过一光学表面的待加工区域。通过控制光束沿一给定的轴线扫过加工对象的扫描速率，便能控制该轴任意给定点上的蚀刻程度。

来自一准分子激光器的光束，其横截面大致呈矩形，并具有穿过一对称轴的大致均匀的辐射强度。不过，该光束强度也不是绝对均匀的，在加工过程中可测量和估算其分布。上述基本固定的光束的主要特点是脉冲的强度分布廓线。这一特点使得根据本发明能控制一个光学表面的光学蚀刻。

图1示出了一个准分子激光的典型横截面以及该激光沿其X和Y坐标的强度分布。可以认为，光束的x轴方向上的强度分布，除边缘外，各处均是基本上均匀的。本发明描述了一种可消除这种光束边缘的方法，从而提供一束以均匀强度射向加工对象的光束。

整个透镜表面的受控制蚀刻过程是通过使该光束沿其y轴扫过待蚀刻的光学表面来完成的。当这种扫描是以某一固定速度进行时，其结果是直接加宽了由待加工光学表面所经受的该光束廓面范围的y轴宽度。

应该注意的是：准分子激光是以大约20毫微秒的短脉冲形式工作的，并且由一脉冲到另一脉冲具有始终如一的总的脉冲能量。为达到所需目的，此处所期待的蚀刻过程需要许多脉冲。在蚀刻过程中（该过程一般持续0.1至30秒），该准分子激光束区域可以沿加工对象的各轴之一按完成线性或非线性的平滑和连续的蚀刻加工形式扫过待加工的光学表面。

准分子激光束的扫描可至少借助两种手段来完成。图2示出的一种方法是使光束1经过一个45度的固定反射镜2而反射90°。然后该光束通过一可扫描镜3再反射90度。反射镜3可以是一个全反射镜或者是一个部分透明的反射镜。在任一反射镜为部分透明的情况下，可设置用于监控准分子激光的光束轮廓的反射镜装置。设置用于使扫描镜4平行于激光束初始路径而移动的装置，从而使该扫描镜将光束偏移其入射路径，然后使激光束区域扫过待加工的光学表面。

实现本发明的另一方法涉及对如下一个反射镜的使用，该反射镜对光束的入射角可以改变，以便使激光束区域可扫过待加工的光学表面。图2所示设备中的固定角度的反射镜3也可用能在被激光扫过加工对象的轴平面中旋转的反射镜代替。虽然可将线性地使反射镜进行扫描同使透镜旋转组合起来使用，但为完成光束扫描，除图中所示的线性伺服机构4之类的装置外，无需其它装置。

假定激光强度及其脉冲重复率大致是恒定的，则光学蚀刻度将与反射镜2沿z轴移动的速度有关，在反射镜速度恒定的情况下，对待加工光学表面的蚀刻度便是均匀的。

由于作为y的一个函数的光学蚀刻度与光束沿y轴的瞬时速度（或反射镜沿Z轴的速度）有关，故人们可通过控制使光束扫过待加入区域的反射镜的速度分布来控制光学蚀刻程度。