CN113232341A - 一种高精度透镜成型方法和装置 - Google Patents
一种高精度透镜成型方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113232341A CN113232341A CN202110143972.6A CN202110143972A CN113232341A CN 113232341 A CN113232341 A CN 113232341A CN 202110143972 A CN202110143972 A CN 202110143972A CN 113232341 A CN113232341 A CN 113232341A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- precision
- liquid
- rotary table
- small holes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 54
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 claims abstract description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 24
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 18
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 12
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 claims description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 8
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 18
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 11
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000007516 diamond turning Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 3
- 101150030337 CCD7 gene Proteins 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 3
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000004383 yellowing Methods 0.000 description 2
- -1 Polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004837 Ultraviolet (UV) light curing adhesive Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000007723 die pressing method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
- B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高精度透镜成型方法和装置，包括以下步骤：S1采用二元光子筛聚焦光束，获得小于衍射极限的锐利无旁瓣的平顶汇聚光点；S2采用旋涂法获得均匀等厚度液体膜层；S3采用红外脉冲激光加热固化；S4采用极坐标系统X‑Z‑θ的工作方式，逐层重复形成高精度立体结构；S5采用液浴法经过热固化消除层间陡峭边缘。上述技术方案采用液体离心旋涂法，获得厚度均匀的液体薄膜，通过控制转速，液体薄膜厚度可调节，保证透镜成型的精度，并且采用二元光子筛获得小于衍射极限的无旁瓣聚焦光点，使成型精度更高，采用脉冲红外激光光源加热，防止热成型过程中热扩散导致成型区域误差，只在光斑照射区域固化，可以获得更高的成型精度。
Description
技术领域
本发明涉及显示器件领域，尤其涉及一种高精度透镜成型方法和装置。
背景技术
由于树脂材料优异的光学性能和容易低成本大批量的注塑加工成型的特点，树脂透镜的应用越来越广泛，在手机镜头，监控镜头，头戴式显示器及LED照明系统中被大量使用。树脂镜片面形通常为复杂的非球面甚至是自由曲面，由于模具和模芯加工成本很高，采用模压加工成型制造过程周期长，如何能够低成本快速获得样品一直是工业界目前尚未很好解决的问题。
树脂透镜可以采用超精密单点金刚石车削来加工，单点金刚石车削加工可以加工出高质量的表面，表面光洁度可以做到纳米量级，面形精度可以控制在微米量级甚至是亚微米量级；但是对于口径比较小(直径小于10mm)，厚度比较薄(厚度小于1mm)的树脂镜片，目前手机中的镜头中的镜片和小型监控镜头中的镜片大都属于这一类型镜片，由于树脂材料非常软，而单点金刚石车削加工属于机械切削加工，加工过程中会有一定的接触力，对于这类小的树脂透镜，采用单点金刚石车削加工面形精度很难保证。对于这一类小的树脂透镜，增材制造(AM)将是一种理想的打样或者小批量新产品试制的加工方法。
最常见的光学元件增材制造方法有很多包括：1)Luxexcel Group B.V公司的光学打印技术；2)立体光刻(SLA)方法；3)多射流建模(MJM)打印技术；4)polyjet 3D打印技术和5)双光子聚合3D打印技术。用于SLA的固化过程会导致可见层保留在产品。MJM使用喷射技术和蜡支撑材料，当产品形状加工结束后将支撑的蜡材料熔化掉就可以去除掉支撑材料。Polyjet打印可以与多种材料一起工作，形成复杂的几何形状。然而polyjet 3D打印及其商业系统大多是为了打印非光学、非透明的组件。虽然后处理，如砂光和喷砂，可以增加表面光洁度，但是表面粗糙度仍然不能满足光学应用的要求，最重要的是，表面形状不能精确的控制而且材料的光学透过率不能满足光学透射元件的要求。Nanoscribe的光子专业GT使用多光子聚合和直接激光写入，是为复杂的光子学结构而开发的。印刷光学元件的主要问题是显微镜物镜的小视场光学系统，这意味着只能加工非常小的光学元件。Luxexcel专有的“printoptical”技术可以在不可见的情况下3D打印透明产品通过喷射在固化前合并的液滴进行分层。这些商业系统都使用紫外线(UV)固化方法，可作为标准UV聚合或双光子聚合过程。目前紫外光固化系统的局限性在于材料，这会导致加工出的元件出现黄色现象，并且光学透过率不够高。光学硅酮，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和康宁公司的MS-1002可模塑硅酮通常用于LED照明和其他商业应用，热固化后具有很高的光学透过率。
目前增材制造方法主要分为两个方向，一个是紫外固化，一个是热固化。双光子聚合紫外固化可以获得高精度的面形和光洁的表面，但是紫外固化材料的透过率不够高，而且紫外固化材料有发黄容易老化；而目前的热固化成型方法普遍加工出来的面形精度不高。与紫外光固化材料相比，热固化光学硅酮具有许多优点，如紫外线照射稳定性好，材料不泛黄，以及非常高透过率，使其特别适合作为光学成像系统中的透镜材料。
中国专利文献CN102029722B公开了一种“透镜成型装置以及透镜成型方法”。采用了透镜成型装置具有金属模、绝缘基板、载物台、电源、开关以及UV照射装置。在绝缘基板上供给电介质树脂，将金属模的转印面推压到电介质树脂上，从而在电介质树脂上转印透镜形状。此时，利用电源向金属模施加电压，在金属模和绝缘基板之间形成电场时，因静电引力，电介质树脂以上端较细的尖形的状态被吸引到金属模的转印面。上述技术方案采用热固化加工出的透镜精度不足。
发明内容
本发明主要解决原有的技术方案采用紫外固化材料透光率低，采用红外热固化精度不足的技术问题，提供一种高精度透镜成型方法和装置，采用液体离心旋涂法，获得厚度均匀的液体薄膜，通过控制转速，液体薄膜厚度可调节，保证透镜成型的精度，并且采用二元光子筛获得小于衍射极限的无旁瓣聚焦光点，使成型精度更高，采用脉冲红外激光光源加热，防止热成型过程中热扩散导致成型区域误差，只在光斑照射区域固化，可以获得更高的成型精度。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种高精度透镜成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1采用二元光子筛聚焦光束，获得小于衍射极限的锐利无旁瓣的平顶汇聚光点；
S2采用旋涂法获得均匀等厚度液体膜层；采用旋涂法获得均匀等厚度液体膜层；通过控制旋转速度和控制液体的温度(粘度)，获得不同厚度的液体膜层。
S3采用红外脉冲激光加热固化；采用红外脉冲激光加热固化液体PDMS及光学硅酮类透明光学材料。
S4采用极坐标系统X-Z-θ的工作方式，逐层重复形成高精度立体结构；采用极坐标系统X-Z-θ的工作方式，二元光子筛会聚得到的光点聚焦在旋涂形成的均匀厚度的液膜上，由计算机输出控制曝光区域；逐层重复最后形成高精度立体结构。
S5采用液浴法经过热固化消除层间陡峭边缘。利用液体表面张力填充边缘陡峭台阶，经过热固化消除层间陡峭边缘。
作为优选，所述的步骤S2、S3和S4包括透镜圆柱体部分加工和透镜球面部分加工，并且在透镜圆柱体部分加工完成后进行透镜球面部分加工。
作为优选，所述的透镜圆柱体部分加工具体包括：一定量的液体硅酮从保温容器中经过电控压力泵喷滴到玻璃基板中心位置，电控转台以设定的转速匀速转动，液体硅酮在基板上形成均匀液体薄膜，转台均匀转动一定时间后，在聚焦对准装置和XZ二维高精度电控位移平台控制下，激光聚焦点聚焦在转轴中心液体薄膜表面，X轴平移台联动转台，从转轴中心位置按同心圆环或者是螺旋线方式曝光，X轴移动范围从透镜圆柱体部分中心到透镜圆柱体部分边缘，完成第一层加工，根据设定的透镜圆柱体部分高度重复上述步骤若干次完成透镜圆柱体部分加工。
作为优选，所述的透镜球面部分加工具体包括：根据设定的第一层球面厚度，电控位移台控制Z轴往上平移，电控压力泵控制一定量液体硅酮喷滴到玻璃基板中心位置，电控转台匀速转动一定时间后，X轴平移台联动转台，从转轴中心位置按同心圆环或者是螺旋线方式曝光，X轴移动范围从透镜圆柱体部分中心到透镜球面部分边缘，完成第一层球面加工，根据设定的透镜球面部分厚度重复上述过程若干次完成透镜球面部分加工。
作为优选，所述的一定量的液体硅酮根据设定的此层液体薄膜的厚度及半径决定。避免液体硅酮量过少造成厚度不足，或者过多造成浪费。
作为优选，所述的步骤5具体包括：取出加工完的工件，将其浸在硅酮液体中，利用液体表面张力填充边缘陡峭台，水平放入恒温箱中加热并消除层间陡峭边缘后取出。
一种高精度透镜成型方法的工作装置，包括设备平台，所述设备平台上表面设有高精度转台，高精度转台上表面放置有成型透镜，高精度转台上方设有高精度XZ二维电控平移台，高精度转台、高精度XZ二维电控平移台经过位移台控制器与电脑主机相连，高精度转台右上方设有红外脉冲激光器，红外脉冲激光器发射口依次设有二元光子筛和位于成型透镜正上方的第二二色片，第二二色片上方依次设有第一二色片、监控成像镜头和CCD，所述CCD与电脑主机相连，所述第一二色片右侧依次设有聚焦透镜、针孔和光电探测器，光电探测器与电脑主机相连，所述第一二色片左侧自上而下依次设有恒温容器、电控压力泵和液体材料出料口，所述电控压力泵与电脑主机相连，液体材料出料口朝向成型透镜中心位置。
作为优选，所述的二元光子筛和红外脉冲激光器构成脉冲激光控制和激光束聚焦系统，所述高精度转台、高精度XZ二维电控平移台和位移台控制器构成XZθ三维高精度电控位移转动系统，所述恒温容器、电控压力泵和液体材料出料口构成液体硅酮材料温度控制和定量给料系统，所述聚焦透镜、针孔和光电探测器构成光束聚焦自动对焦系统，所述监控成像镜头和CCD构成实时监视系统。
作为优选，所述的二元光子筛在透光平面基底上设有不透光薄膜，在不透光薄膜上设有透光小孔，所述透光小孔为平面式透光小孔和凹坑式透光小孔或者平面式透光小孔和凸台式透光小孔。
作为优选，所述的平面式透光小孔随机分布在中心半径为rn，宽度为wn的环带上，平面式透光小孔的圆心分布在环带中心半径rn上，平面式透光小孔之间不重叠，其中：
rn 2＝2nfλ+n2λ2 n＝1,2,3,......
对应rn上的平面式透光小孔的直径为：
dn＝wn＝λf/2rn；
凹坑式透光小孔或者凸台式透光小孔随机分布在中心半径为rm，宽度为wm的环带上，小孔的圆心分布在环带中心半径rm上，透光小孔之间不重叠，其中：
rm 2＝λ2(2m-1)2/4+(2m-1)λf m＝1,2,3,...
对应rm上的透光小孔b的直径为：
dm＝wm＝λf/2rm；
其中，λ是设计波长，rn、rm是元件径向半径，f为二元光子筛的焦距；
凹坑式透光小孔或者凸台式透光小孔的凸台或凹槽的高度H为：
H＝λ/2(n-1)
其中，n为基底材料的折射率。
本发明的有益效果是：
1.采用液体离心旋涂法，获得厚度均匀的液体薄膜，通过控制转速，液体薄膜厚度可调节。保证透镜成型的精度。
2.采用二元光子筛获得小于衍射极限的无旁瓣聚焦光点，使成型精度更高。
3.采用脉冲红外激光光源加热，可以防止热成型过程中热扩散导致成型区域误差，只在光斑照射区域固化，可以获得更高的成型精度。
附图说明
图1是本发明的一种工作原理图。
图2是本发明的一种工作流程图。
图3是本发明的一种二元光子筛结构示意图。
图4是本发明的一种二元光子筛聚焦原理图。
图5是本发明的一种二元光子筛汇聚光斑示意图。
图6是本发明的一种透镜加工过程示意图。
图7是本发明的一种单层曝光激光光点扫描线路方式图。
图8是本发明的一种加工透镜模型图。
图中1高精度转台，2.高精度XZ二维电控平移台，3成型透镜，4液体材料出料口，5电控压力泵，6恒温容器，7CCD，8监控成像镜头，9聚焦透镜，10针孔，11光电探测器，12二元光子筛，13红外脉冲激光器，14位移台控制器，15电脑主机，16设备平台，17第一二色片，18第二二色片。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种高精度透镜成型装置，如图1所示，包括设备平台16，设备平台16上表面设有高精度转台1，高精度转台1上表面放置有成型透镜3，高精度转台1上方设有高精度XZ二维电控平移台2，高精度转台1、高精度XZ二维电控平移台2经过位移台控制器14与电脑主机15相连，高精度转台1、高精度XZ二维电控平移台2和位移台控制器14构成XZθ三维高精度电控位移转动系统。
高精度转台1右上方设有红外脉冲激光器13，红外脉冲激光器13发射口依次设有二元光子筛12和位于成型透镜3正上方的第二二色片18，二元光子筛12和红外脉冲激光器13构成脉冲激光控制和激光束聚焦系统。
二元光子筛12在透光平面基底上设有不透光薄膜，在不透光薄膜上设有透光小孔，所述透光小孔为平面式透光小孔和凹坑式透光小孔或者平面式透光小孔和凸台式透光小孔，如图3所示。平面式透光小孔随机分布在中心半径为rn，宽度为wn的环带上，平面式透光小孔的圆心分布在环带中心半径rn上，平面式透光小孔之间不重叠，其中：
rn 2＝2nfλ+n2λ2 n＝1,2,3,......
对应rn上的平面式透光小孔的直径为：
dn＝wn＝λf/2rn；
凹坑式透光小孔或者凸台式透光小孔随机分布在中心半径为rm，宽度为wm的环带上，小孔的圆心分布在环带中心半径rm上，透光小孔之间不重叠，其中：
rm 2＝λ2(2m-1)2/4+(2m-1)λf m＝1,2,3,...
对应rm上的透光小孔b的直径为：
dm＝wm＝λf/2rm；
其中，λ是设计波长，rn、rm是元件径向半径，f为二元光子筛的焦距；
凹坑式透光小孔或者凸台式透光小孔的凸台或凹槽的高度H为：
H＝λ/2(n-1)
其中，n为基底材料的折射率。
光子筛上的小孔在对应的菲涅尔透光环带区域的随机分布，能够有效的抑制光轴方向的高阶衍射和横向的旁瓣效应，改善成像对比度，可以得到更为锐利的小于衍射极限的会聚焦点，如图4、图5所示；而且二元光子筛具有较高的衍射效率。
第二二色片18上方依次设有第一二色片17、监控成像镜头8和CCD7，所述CCD7与电脑主机15相连，监控成像镜头8和CCD7构成实时监视系统。第一二色片17右侧依次设有聚焦透镜9、针孔10和光电探测器11，光电探测器11与电脑主机15相连，聚焦透镜9、针孔10和光电探测器11构成光束聚焦自动对焦系统。第一二色片17左侧自上而下依次设有恒温容器6、电控压力泵5和液体材料出料口4，所述电控压力泵5与电脑主机15相连，液体材料出料口4朝向成型透镜3中心位置。恒温容器6、电控压力泵5和液体材料出料口4构成液体硅酮材料温度控制和定量给料系统。
一种高精度透镜成型方法，如图5所示，包括以下步骤：
S1采用二元光子筛聚焦光束，获得小于衍射极限的锐利无旁瓣的平顶汇聚光点。
S2采用旋涂法获得均匀等厚度液体膜层。
S3采用红外脉冲激光加热固化。
S4采用极坐标系统X-Z-θ的工作方式，逐层重复形成高精度立体结构。
步骤S2、S3和S4包括透镜圆柱体部分加工和透镜球面部分加工，并且在透镜圆柱体部分加工完成后进行透镜球面部分加工如图2所示。需要加工的透镜结构如图8所示，透镜表面半径为16.25mm，透镜矢高为0.5mm，透镜边缘厚度为0.50mm，具体包括：
加工过程如下：第一步，一定量的液体硅酮从保温容器中经过电控压力泵喷滴到玻璃基板中心位置，电控转台以200转/分钟的转速匀速转动，液体硅酮在基板上形成均匀液体薄膜，液体薄膜厚度为20um,转台均匀转动5秒后，在聚焦对准装置和XZ二维高精度电控位移平台控制下，激光聚焦点聚焦在转轴中心液体薄膜表面，X轴平移台联动转台，从转轴中心位置按图7方式中的同心圆环或者是螺旋线方式曝光，X轴移动范围从0～4mm，完成第一层加工。
第一层加工完毕后电控位移台控制Z轴往上平移20um，电控压力泵控制一定量液体硅酮喷滴到玻璃基板中心位置，电控转台以200转/分钟的转速匀速转动5秒钟，X轴平移台联动转台，从转轴中心位置按图7方式中的同心圆环或者是螺旋线方式曝光，X轴移动范围从0～4mm。重复上述步骤25次完成透镜圆柱体部分加工。
球面部分第一层加工时，电控位移台控制Z轴往上平移2um，电控压力泵控制一定量液体硅酮喷滴到玻璃基板中心位置，电控转台以1200转/分钟的转速匀速转动6秒钟，X轴平移台联动转台，从转轴中心位置按图7方式中的同心圆环或者是螺旋线方式曝光，X轴移动范围从0～3.992mm，完成第一层球面加工。
电控位移台控制Z轴往上再平移2um，电控压力泵控制一定量液体硅酮喷滴到玻璃基板中心位置，电控转台以1200转/分钟的转速匀速转动6秒钟，X轴平移台联动转台，从转轴中心位置按图7方式中的同心圆环或者是螺旋线方式曝光，X轴移动范围从
mm(其中n为加工球面的层数，第一层时，n＝1时，X轴移动范围0～3.992，n＝2时，X轴移动范围0～3.984)。重复上述过程250次完成球面加工。
S5取出加工完的工件，将其浸在硅酮液体中2分钟，利用液体表面张力填充边缘陡峭台，水平放入恒温箱中加热1小时消除层间陡峭边缘后取出。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了旋涂法、液浴法、过热固化等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种高精度透镜成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1采用二元光子筛聚焦光束，获得小于衍射极限的锐利无旁瓣的平顶汇聚光点；
S2采用旋涂法获得均匀等厚度液体膜层；
S3采用红外脉冲激光加热固化；
S4采用极坐标系统X-Z-θ的工作方式，逐层重复形成高精度立体结构；
S5采用液浴法经过热固化消除层间陡峭边缘。
2.根据权利要求1所述的一种高精度透镜成型方法，其特征在于，所述步骤S2、S3和S4包括透镜圆柱体部分加工和透镜球面部分加工，并且在透镜圆柱体部分加工完成后进行透镜球面部分加工。
3.根据权利要求2所述的一种高精度透镜成型方法，其特征在于，所述透镜圆柱体部分加工具体包括：一定量的液体硅酮从保温容器中经过电控压力泵喷滴到玻璃基板中心位置，电控转台以设定的转速匀速转动，液体硅酮在基板上形成均匀液体薄膜，转台均匀转动一定时间后，在聚焦对准装置和XZ二维高精度电控位移平台控制下，激光聚焦点聚焦在转轴中心液体薄膜表面，X轴平移台联动转台，从转轴中心位置按同心圆环或者是螺旋线方式曝光，X轴移动范围从透镜圆柱体部分中心到透镜圆柱体部分边缘，完成第一层加工，根据设定的透镜圆柱体部分高度重复上述步骤若干次完成透镜圆柱体部分加工。
4.根据权利要求2所述的一种高精度透镜成型方法，其特征在于，所述透镜球面部分加工具体包括：根据设定的第一层球面厚度，电控位移台控制Z轴往上平移，电控压力泵控制一定量液体硅酮喷滴到玻璃基板中心位置，电控转台匀速转动一定时间后，X轴平移台联动转台，从转轴中心位置按同心圆环或者是螺旋线方式曝光，X轴移动范围从透镜圆柱体部分中心到透镜球面部分边缘，完成第一层球面加工，根据设定的透镜球面部分厚度重复上述过程若干次完成透镜球面部分加工。
5.根据权利要求3或4所述的一种高精度透镜成型方法，其特征在于，所述一定量的液体硅酮根据设定的此层液体薄膜的厚度及半径决定。
6.根据权利要求1所述的一种高精度透镜成型方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：取出加工完的工件，将其浸在硅酮液体中，利用液体表面张力填充边缘陡峭台，水平放入恒温箱中加热并消除层间陡峭边缘后取出。
7.一种高精度透镜成型方法的工作装置，包括设备平台(16)，其特征在于，所述设备平台(16)上表面设有高精度转台(1)，高精度转台(1)上表面放置有成型透镜(3)，高精度转台(1)上方设有高精度XZ二维电控平移台(2)，高精度转台(1)、高精度XZ二维电控平移台(2)经过位移台控制器(14)与电脑主机(15)相连，高精度转台(1)右上方设有红外脉冲激光器(13)，红外脉冲激光器(13)发射口依次设有二元光子筛(12)和位于成型透镜(3)正上方的第二二色片(18)，第二二色片(18)上方依次设有第一二色片(17)、监控成像镜头(8)和CCD(7)，所述CCD(7)与电脑主机(15)相连，所述第一二色片(17)右侧依次设有聚焦透镜(9)、针孔(10)和光电探测器(11)，光电探测器(11)与电脑主机(15)相连，所述第一二色片(17)左侧自上而下依次设有恒温容器(6)、电控压力泵(5)和液体材料出料口(4)，所述电控压力泵(5)与电脑主机(15)相连，液体材料出料口(4)朝向成型透镜(3)中心位置。
8.根据权利要求7所述的一种高精度透镜成型方法的工作装置，其特征在于，所述二元光子筛(12)和红外脉冲激光器(13)构成脉冲激光控制和激光束聚焦系统，所述高精度转台(1)、高精度XZ二维电控平移台(2)和位移台控制器(14)构成XZθ三维高精度电控位移转动系统，所述恒温容器(6)、电控压力泵(5)和液体材料出料口(4)构成液体硅酮材料温度控制和定量给料系统，所述聚焦透镜(9)、针孔(10)和光电探测器(11)构成光束聚焦自动对焦系统，所述监控成像镜头(8)和CCD(7)构成实时监视系统。
9.根据权利要求7所述的一种高精度透镜成型方法的工作装置，其特征在于，所述二元光子筛(12)在透光平面基底上设有不透光薄膜，在不透光薄膜上设有透光小孔，所述透光小孔为平面式透光小孔和凹坑式透光小孔或者平面式透光小孔和凸台式透光小孔。
10.根据权利要求9所述的一种高精度透镜成型方法的工作装置，其特征在于，所述平面式透光小孔随机分布在中心半径为rn，宽度为wn的环带上，平面式透光小孔的圆心分布在环带中心半径rn上，平面式透光小孔之间不重叠，其中：
rn 2＝2nfλ+n2λ2 n＝1,2,3,......
对应rn上的平面式透光小孔的直径为：
dn＝wn＝λf/2rn；
凹坑式透光小孔或者凸台式透光小孔随机分布在中心半径为rm，宽度为wm的环带上，小孔的圆心分布在环带中心半径rm上，透光小孔之间不重叠，其中：
rm 2＝λ2(2m-1)2/4+(2m-1)λf m＝1,2,3,...
对应rm上的透光小孔b的直径为：
dm＝wm＝λf/2rm；
其中，λ是设计波长，rn、rm是元件径向半径，f为二元光子筛的焦距；
凹坑式透光小孔或者凸台式透光小孔的凸台或凹槽的高度H为：
H＝λ/2(n-1)
其中，n为基底材料的折射率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110143972.6A CN113232341A (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 一种高精度透镜成型方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110143972.6A CN113232341A (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 一种高精度透镜成型方法和装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113232341A true CN113232341A (zh) | 2021-08-10 |
Family
ID=77130119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110143972.6A Pending CN113232341A (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 一种高精度透镜成型方法和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113232341A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101346644A (zh) * | 2005-12-21 | 2009-01-14 | 3M创新有限公司 | 用于制造微透镜阵列和仿型模的方法 |
| CN101587198A (zh) * | 2009-06-05 | 2009-11-25 | 苏州大学 | 一种大面积光子筛 |
| US20100203240A1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Essilor International (Compagnie Generale D'optique) | Method for spin coating a surface of an optical article |
| CN101825730A (zh) * | 2006-08-21 | 2010-09-08 | 索尼株式会社 | 光学元件、光学元件制作用原盘的制造方法以及光电转换装置 |
| CN102958705A (zh) * | 2010-03-24 | 2013-03-06 | 证券票据国际有限公司 | 具有集成安全器件的安全票据及其制造方法 |
| CN103358572A (zh) * | 2012-03-31 | 2013-10-23 | 全球微型光学有限公司 | 光学镜片的制造方法 |
-
2021
- 2021-02-02 CN CN202110143972.6A patent/CN113232341A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101346644A (zh) * | 2005-12-21 | 2009-01-14 | 3M创新有限公司 | 用于制造微透镜阵列和仿型模的方法 |
| CN101825730A (zh) * | 2006-08-21 | 2010-09-08 | 索尼株式会社 | 光学元件、光学元件制作用原盘的制造方法以及光电转换装置 |
| US20100203240A1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Essilor International (Compagnie Generale D'optique) | Method for spin coating a surface of an optical article |
| CN101587198A (zh) * | 2009-06-05 | 2009-11-25 | 苏州大学 | 一种大面积光子筛 |
| CN102958705A (zh) * | 2010-03-24 | 2013-03-06 | 证券票据国际有限公司 | 具有集成安全器件的安全票据及其制造方法 |
| CN103358572A (zh) * | 2012-03-31 | 2013-10-23 | 全球微型光学有限公司 | 光学镜片的制造方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 叶玉堂: "《红外与微光技术》", 31 May 2010, 国防工业出版社 * |
| 曲敬信: "《表面工程手册》", 31 March 1998, 化学工业出版社 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3405330B1 (en) | Creating homogeneous optical elements by additive manufacturing | |
| US8540906B2 (en) | Method of molding, process for producing lens, molding apparatus, process for producing stamper, master production apparatus, stamper production system, and stamper production apparatus | |
| CN105108347B (zh) | 一种准分子激光旋转刻蚀快速制作有机玻璃曲率可调微透镜的方法 | |
| CN108292016B (zh) | 用于在光学纤维上生成微型结构的方法和装置 | |
| CN110914743A (zh) | 用于降低近视的接触镜片及用于制造该接触镜片的方法 | |
| US10946579B2 (en) | Device fabrication using 3D printing | |
| CN104812545B (zh) | 偏光塑料透镜的制造方法 | |
| EP3914437B1 (en) | System for additive manufacturing | |
| WO2019173674A1 (en) | High-throughput 3d printing of customized aspheric imaging lenses | |
| US20210283871A1 (en) | Method for fabricating lenses | |
| WO2009069940A1 (en) | Device and method for fabricating lens | |
| JP2011059688A (ja) | ディスク状光学レンズアレイ及びその製法（Ｄｉｓｋ−ｓｈａｐｅｄｏｐｔｉｃａｌｌｅｎｓａｒｒａｙａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｈｅｒｅｏｆ） | |
| CN113232341A (zh) | 一种高精度透镜成型方法和装置 | |
| CN103753145A (zh) | 一种制作微小模具的方法 | |
| CN114325894A (zh) | 一种微透镜阵列的制备方法、微透镜阵列、系统及设备 | |
| JPH04504315A (ja) | 非球面形状スモールレンズの製造方法および装置 | |
| JP2558355B2 (ja) | 三次元形状の形成方法 | |
| CN105372734B (zh) | 微棱镜反光材料制作方法 | |
| CN101344600B (zh) | 镀膜镜片的制作方法 | |
| CN107009613A (zh) | 一种基于三维直写的微透镜阵列制造方法 | |
| US20240160040A1 (en) | Mold manufacturing method, optical member manufacturing method, and spectacle lens | |
| WO2014175059A1 (ja) | 光学素子の製造方法及び光学素子の製造装置 | |
| TW200819789A (en) | Molding technology of optics component with micro-lens array | |
| TWI269885B (en) | Manufacturing method of micro lens mold and micro concave lens | |
| US8485812B2 (en) | Spin-mounted fabrication of injection molded micro-optics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210810 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |