專(zhuān)利名稱：一種毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作方法。
毫米量級(jí)微透鏡列陣(口徑從幾個(gè)毫米到幾個(gè)厘米、浮雕深度從幾百個(gè)微米到幾個(gè)毫米)的口徑、浮雕深度的尺度界于微透鏡列陣和傳統(tǒng)透鏡之間。因此，采用一般的微透鏡列陣制作方法制作毫米量級(jí)微透鏡列陣，具有加工周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜等缺陷，很難實(shí)現(xiàn)。采用傳統(tǒng)透鏡的加工方法制作毫米量級(jí)微透鏡列陣，需要分別加工單個(gè)微透鏡，然后拼接成微透鏡列陣，由于光學(xué)加工方法具有的特性，因此存在較難保證微透鏡的一致性，影響微透鏡列陣質(zhì)量的缺陷。
現(xiàn)有技術(shù)中，主要有以下幾種毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作方法利用注射、澆鑄、熱壓、車(chē)削等加工光學(xué)塑料制作微透鏡列陣。但該方法存在下列缺陷熱膨脹系數(shù)高、軟化溫度低，吸水性強(qiáng)，表面硬度低、容易擦傷，內(nèi)應(yīng)力不易消除，易產(chǎn)生裂紋。
光刻熱熔法也可用于制作毫米量級(jí)微透鏡列陣。該方法采用二元掩模在光刻膠上曝光后，再通過(guò)烘烤，使光刻膠處于熔融狀態(tài)，利用流體自身的表面張力成近似球冠，最終形成微透鏡列陣。存在具有大量的死區(qū)、填充因子小、面形較難精確控制的缺陷。
用超精密的單點(diǎn)金剛石切削設(shè)備，在材料表面直接刻劃，形成微浮雕結(jié)構(gòu)，也是加工毫米量級(jí)微透鏡列陣的方法之一。此方法可以在光學(xué)材料表面直接刻劃，但存在下列缺陷對(duì)所加工元件的對(duì)稱性有較嚴(yán)格的要求，一般只能加工直線對(duì)稱和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的光學(xué)元件，不能加工任意面形和二維陣列結(jié)構(gòu)的元件。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種成本低、適于批量生產(chǎn)毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作方法。
本發(fā)明的目的可通過(guò)以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作方法可通過(guò)以下工藝流程實(shí)現(xiàn)①確定微透鏡浮雕面形根據(jù)使用要求，確定所作毫米量級(jí)微透鏡列陣的面形、矢高等；②利用機(jī)械方法制作金屬母板，母板上具有微透鏡列陣的結(jié)構(gòu)模型；③用圖形轉(zhuǎn)移材料對(duì)母板進(jìn)行復(fù)制；④在光學(xué)基底上形成所需微透鏡列陣的浮雕模型，完成毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作。
本發(fā)明的目的也可通過(guò)以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)毫米量級(jí)微透鏡列陣制作方法中間過(guò)程的母板可以由支撐平板、一端端部為微透鏡面形的圓柱組成，支撐平板上有多個(gè)通孔，通孔的間距為微透鏡列陣的中心間距，通孔中插入圓柱，在支撐平板的平面之上只有圓柱的微透鏡面形部份。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)機(jī)械加工的方法制作母板。因?yàn)闄C(jī)械加工的方法多種多樣，容易實(shí)現(xiàn)，而且具有較高的加工精度，因此能夠得到任意形狀、多種尺寸、面形優(yōu)良的母板，從而得到任意形狀、面形優(yōu)良的微光學(xué)元件，而且一次成型，不需要拼接，尤其適合毫米量級(jí)微光學(xué)元件的制作。
由于本發(fā)明的工藝流程中所選用的復(fù)制材料——加成硫化型硅橡膠粘度低、硫化過(guò)程可控，收縮率為1‰，可深度固化，具有良好的復(fù)制仿真性和脫模性；以及光敏膠透明性好，在400nm～900nm范圍內(nèi)平均透過(guò)率為90％，吸收率低，吸收曲線平滑，因此通過(guò)復(fù)制得到的最終元件面形好，表面粗糙度低，光學(xué)性能良好。
本發(fā)明通過(guò)機(jī)械加工方法制作的母板可多次使用；加成硫化型硅橡膠對(duì)底材無(wú)腐蝕，具有優(yōu)異的耐老化、耐紫外光性能，故硅橡膠中間模具可反復(fù)使用，因此降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的方法對(duì)設(shè)備要求不高，且制作步驟少，加工周期短，故可用于大批量生產(chǎn)毫米量級(jí)微透鏡列陣。
隨著機(jī)械加工方法的不斷改進(jìn)和日益完善，使本發(fā)明制作母板的加工方法能夠得到更多技術(shù)手段的支持，因此本發(fā)明的制作方法具有發(fā)展?jié)摿Α?


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的工藝流程圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例一制作的微透鏡列陣的母板的零件支撐平板1的俯視圖。
圖3是實(shí)施例一母板的零件支撐平板1的剖視圖。
圖4是實(shí)施例一母板的零件圓柱3的示意圖。
圖5是實(shí)施例一制作的母板的剖視圖。
圖6是實(shí)施例一的母板的照片。
圖7是實(shí)施例一制作的微透鏡列陣的硅橡膠中間板的照片。
圖8是實(shí)施例一制作的微透鏡列陣的照片。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例二的工藝流程圖。
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例一是制作子孔徑φ2mm，數(shù)值孔徑0.2，列陣數(shù)8×8，透鏡矢高為0.2mm的連續(xù)浮雕微透鏡列陣。
實(shí)施例一制作方法的工藝流程如圖1所示1、確定微透鏡浮雕面形根據(jù)實(shí)施例一的參數(shù)確定所作微透鏡列陣的透鏡為凸透鏡，其曲線面形為拋物面；2、通過(guò)機(jī)械加工的方法制作母板①、采用45號(hào)鋼制作一個(gè)支撐平板1。如圖3所示，在支撐平板1上鉆通孔2，通孔2的直徑等于微透鏡子孔徑φ2mm。如圖2所示，支撐平板1上有8×8個(gè)通孔2，通孔2的間距為微透鏡列陣的中心間距，②、制作8×8個(gè)圓柱3。如圖4所示，圓柱3的直徑等于微透鏡子孔徑φ2mm，其一端端部為微透鏡面形。按照微透鏡子孔徑φ2mm、透鏡矢高0.2mm加工微透鏡面形。
③、將8×8個(gè)圓柱3分別插入支撐平板1的通孔2內(nèi)，使支撐平板1之上只有圓柱3的微透鏡面形部份，構(gòu)成微透鏡列陣的母板4，(如圖5所示)。圖6為母板4的照片。
3、用硅橡膠作模具復(fù)制母板4，得到硅橡膠中間板(如圖7所示)；4、用光敏膠復(fù)制硅橡膠中間板，在石英基底上形成連續(xù)浮雕微透鏡列陣，完成實(shí)施例一的微透鏡列陣的制作。圖8所示為實(shí)施例一制作的連續(xù)浮雕微透鏡列陣的照片。
實(shí)施例二是制作子孔徑φ3mm，列陣數(shù)16×16，透鏡矢高0.5mm的連續(xù)浮雕微透鏡列陣。
實(shí)施例二的工藝流程如圖9所示1、確定微透鏡浮雕面形根據(jù)實(shí)施例二制作參數(shù)確定所復(fù)制透鏡為凹透鏡，曲線面形為雙曲面；2、通過(guò)機(jī)械加工的方法制作母板根據(jù)確定的微透鏡浮雕面形，通過(guò)數(shù)控精密銑床對(duì)不銹鋼進(jìn)行加工，制作母板；3、用光敏膠復(fù)制母板，得到實(shí)施例二所需的微透鏡浮雕面形，完成微透鏡列陣的制作。
權(quán)利要求
1.一種毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作方法，其特征在于可通過(guò)以下工藝流程實(shí)現(xiàn)①確定微透鏡浮雕面形根據(jù)使用要求，確定所作毫米量級(jí)微透鏡列陣的面形、矢高等；②利用機(jī)械方法制作金屬母板，母板上具有微透鏡列陣的結(jié)構(gòu)模型；③用圖形轉(zhuǎn)移材料對(duì)母板進(jìn)行復(fù)制；④在光學(xué)基底上形成所需微透鏡列陣的浮雕模型，完成毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米量級(jí)微透鏡列陣制作方法，其特征在于制作方法中間過(guò)程的母板可以由支撐平板(1)、一端端部為微透鏡面形的圓柱(3)組成，支撐平板上(1)有多個(gè)通孔(2)，通孔(2)的間距為微透鏡列陣的中心間距，通孔(2)中插入圓柱(3)，在支撐平板(1)的平面之上只有圓柱(3)的微透鏡面形部份。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種毫米量級(jí)微透鏡列陣的制作方法。該方法克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)透鏡和微透鏡加工方法制作毫米量級(jí)微透鏡列陣的缺陷，通過(guò)機(jī)械加工制作微透鏡列陣的母板，再用硅橡膠、光敏膠等復(fù)制母板，最終得到毫米量級(jí)微透鏡列陣元件。由于機(jī)械加工具有較高的加工精度，故該方法可以制作低粗糙度、面形優(yōu)良的毫米量級(jí)微透鏡列陣，并且周期短，成本低，可用于大批量生產(chǎn)毫米量級(jí)微透鏡列陣。
文檔編號(hào)G02B3/00GK1428615SQ0113373
公開(kāi)日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月24日
發(fā)明者鄧啟凌, 杜春雷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所