[發明專利]超硬材料的高密度微透鏡陣列制造裝置及方法

有效

• 申請號: 201910298079.3
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN111830606B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 周天豐;劉曉華;藝苑;阮本帥;梁志強;焦黎;王西彬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張德才

本發明公開了一種超硬材料的高密度微透鏡陣列制造裝置及方法，裝置包括移動平臺、篩網、旋轉球體、噴射裝置和旋轉驅動裝置，移動平臺能在豎直及水平面上移動，篩網固定于移動平臺上方并開設有直徑不大于旋轉球體直徑的通孔，噴射裝置用于噴灑磨削顆粒懸浮液，旋轉驅動裝置用于驅動旋轉球體旋轉。方法包括步驟一：旋轉球體與超硬材料基體的上表面接觸；步驟二：旋轉球體旋轉帶動磨削顆粒懸浮液磨削超硬材料基體表面；步驟三：水平移動移動平臺，旋轉球體與超硬材料基體的上表面其他位置接觸；步驟四：重復步驟二和步驟三，得到高密度微透鏡陣列。本發明能夠在超硬材料表面制造高密度、小間距的微透鏡陣列，并且成本低，制作效率高。

技術領域

本發明涉及微透鏡陣列制造技術領域，特別是涉及一種超硬材料的高密度微透鏡陣列制造裝置及方法。

背景技術

透鏡是一種人們非常熟悉的光學元件，它屬于被動光學元件，在光學系統中用來會聚、發散光輻射。通常的透鏡體積比較大，人眼能看得到，遵循折射定律，用幾何光學的知識就能很好地研究它們的光學性質。

相同的透鏡按一定的周期排列在一個平面上便構成了透鏡陣列，由普通的透鏡組成的透鏡陣列的光學性質就是單個透鏡功能的合成。

然而，隨著科學技術的進步，當前的儀器設備已朝著光、機、電集成的趨勢發展趨勢。利用傳統方法制造出來的光學元件不僅制造工藝復雜，而且制造出來的光學元件尺寸大、重量大，已不能滿足當今科技發展的需要。目前，人們已經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通常是不能被人眼識別的，只有用顯微鏡、掃描電鏡、原子力顯微鏡等設備才能觀察到，這就是微透鏡和微透鏡陣列。

目前，用于制作微透鏡陣列的方法，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、光電反應刻蝕法、聚焦離子束刻蝕與沉積法和化學氣象沉積法等方法。

光刻、刻蝕等方法工藝較成熟，兼容性較好，也可實現批量生產，但其加工設備成本高，效率低，且只適合二維或簡單的三維結構；采用離子交換法、飛秒激光法和聚焦離子束等能量加工方法可實現納米級的精密結構的加工，但同樣存在著加工設備成本高、加工效率低、均一性差的缺點，且難以批量生產；單點金剛石車削方法和銑削方法可完成復雜結構的高面型精度的加工，但是加工車床或銑床設備成本高，當被加工材料是超硬材料(單晶硅、碳化硅、碳化鎢等)時，在基準面的加工過程中，刀具的磨損嚴重，很難保證高質量基準面的切削加工，若加工高密度微納陣列，由于刀具的磨損嚴重，需要反復更換刀具，加工成本高，加工效率低，同時也無法保證高質量、高均勻微納陣列的切削加工。

因此，采用何種低成本、高效率的加工裝置及其加工方法來對超硬材料模具的表面進行高密度微透鏡陣列制造加工，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種超硬材料的高密度微透鏡陣列制造裝置及方法，以解決上述現有技術存在的問題，能夠在超硬材料表面制造高密度、小間距的微透鏡陣列，并且成本低，制作效率高。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種超硬材料的高密度微透鏡陣列制造裝置，包括移動平臺、篩網、旋轉球體、噴射裝置和旋轉驅動裝置，所述移動平臺用于安裝超硬材料基體，所述移動平臺能夠在豎直方向及水平面上移動，所述篩網固定設置于所述移動平臺上方，所述篩網上開設有通孔，所述通孔直徑不大于所述旋轉球體直徑，所述旋轉球體能夠進入至所述通孔中，所述噴射裝置用于在超硬材料基體表面噴灑磨削顆粒懸浮液，所述旋轉驅動裝置用于驅動所述旋轉球體在所述通孔中旋轉，所述旋轉球體旋轉帶動所述磨削顆粒懸浮液磨削超硬材料基體表面從而得到高密度微透鏡陣列。

優選的，所述旋轉驅動裝置包括傳送帶、帶輪和電機，所述傳送帶設置在所述篩網及所述旋轉球體上方并與所述旋轉球體接觸，所述帶輪用于張緊所述傳送帶，所述帶輪由所述電機驅動。

優選的，所述旋轉球體為鋼球，所述磨削顆粒懸浮液為金剛石顆粒懸浮液。