[發(fā)明專利]一種超硬材料的微透鏡陣列制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910057713.4
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN111458773B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周天豐;劉曉華;藝苑;阮本帥;梁志強(qiáng);焦黎;王西彬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王海燕

本發(fā)明公開了一種超硬材料的微透鏡陣列制造方法，包括如下步驟：根據(jù)微透鏡的曲率半徑選取相應(yīng)半徑的球體，球體為金屬材料；根據(jù)待加工的微透鏡陣列中各個微透鏡的間隔尺寸制作篩網(wǎng)，球體的球心與篩網(wǎng)的中心面等高時球體能夠在篩網(wǎng)的通孔內(nèi)轉(zhuǎn)動；調(diào)整被加工工件和篩網(wǎng)的相對位置并固定，使球體放置在被加工工件表面的同時，球體半徑高度的位置被篩網(wǎng)約束??；通過連續(xù)送進(jìn)柔性帶狀材料使球體轉(zhuǎn)動，同時向被加工工件表面噴灑金剛石顆粒懸浮液，逐漸抬升被加工工件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用硬度較軟價格低廉的球體包裹著金剛石顆粒對被加工工件進(jìn)行微結(jié)構(gòu)加工，達(dá)到將軟材料的形狀復(fù)制到硬材料上的效果，大大降低了加工成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微透鏡陣列技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超硬材料的微透鏡陣列制造方法。

背景技術(shù)

透鏡是一種用來匯聚、發(fā)散光輻射的光學(xué)元件，通常體積較大。相同的透鏡按一定的周期排列在一個平面上便構(gòu)成了透鏡陣列，由普通的透鏡組成的透鏡陣列的光學(xué)性質(zhì)不僅是單個透鏡功能的合成，還有優(yōu)良的衍射、色散等性能。

然而，利用傳統(tǒng)方法制造出來的光學(xué)元件不僅制造工藝復(fù)雜，而且制造出來的光學(xué)元件尺寸大、重量大，已不能滿足當(dāng)今科技發(fā)展的需要。目前，人們已經(jīng)能夠制作出直徑非常小的透鏡與透鏡陣列，這種透鏡與透鏡陣列的口徑通常在微米級別，不方便觀測，需采用顯微鏡、掃描電鏡等設(shè)備才能觀察到其清晰的形貌，這就是微透鏡和微透鏡陣列。

現(xiàn)有技術(shù)中，用于制作微透鏡陣列的方法主要有光刻膠熱熔法、光敏玻璃熱成形法、離子交換法、飛秒激光法、車削方法、銑削方法、光電反應(yīng)刻蝕法、聚焦離子束刻蝕與沉積法和化學(xué)氣象沉積法等方法。

光刻、刻蝕等方法工藝較成熟，兼容性較好，也可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，但其成本高，效率低，且只適合二維或簡單的三維結(jié)構(gòu)；離子交換法、飛秒激光法和聚焦離子束等能量加工方法可實(shí)現(xiàn)納米級的精密結(jié)構(gòu)的加工，但成本高、效率低、均一性差，且難以批量生產(chǎn)；單點(diǎn)金剛石車削方法和銑削方法可完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高面型精度的加工，效率低，當(dāng)被加工材料是超硬材料(單晶硅、碳化硅、碳化鎢等)時，在基準(zhǔn)面的加工過程中，刀具的磨損嚴(yán)重，很難保證高質(zhì)量基準(zhǔn)面的切削加工，同時由于刀具的磨損也無法實(shí)現(xiàn)后續(xù)高質(zhì)量、高均勻微納陣列的切削加工。

因此，如何提供一種精度高、效率高、成本低的超硬材料模具的表面微透鏡陣列制造方法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種精度高、效率高、成本低的超硬材料模具的表面微透鏡陣列制造方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明公開了一種超硬材料的微透鏡陣列制造方法，包括如下步驟：

步驟110：根據(jù)微透鏡的曲率半徑選取相應(yīng)半徑的球體，所述球體為金屬材料；

步驟120：根據(jù)待加工的微透鏡陣列中各個微透鏡的間隔尺寸制作篩網(wǎng)，使所述篩網(wǎng)上通孔中心的間隔尺寸與微透鏡的間隔尺寸保持一致，各個所述通孔的直徑均大于所述球體的直徑，使所述球體與所述通孔之間存在間隙，所述球體的球心與所述篩網(wǎng)的中心面等高時所述球體能夠在所述通孔內(nèi)轉(zhuǎn)動，根據(jù)微透鏡的精度要求選取所述球體與所述通孔的間隙配合公差；

步驟130：調(diào)整被加工工件和所述篩網(wǎng)的相對位置，使所述球體放置在被加工工件表面的同時，所述球體半徑高度的位置被所述篩網(wǎng)約束住，將被加工工件和制作好的所述篩網(wǎng)固定；

步驟140：將能夠連續(xù)送進(jìn)的柔性帶狀材料與所述球體上部接觸，通過連續(xù)送進(jìn)柔性帶狀材料使所述球體轉(zhuǎn)動，同時向被加工工件表面噴灑金剛石顆粒懸浮液，逐漸將被加工工件抬升距離h，h為微透鏡的加工深度。

優(yōu)選地，所述球體為鋼球。

優(yōu)選地，被加工工件固定于升降臺上。