CN111458773A - 一种超硬材料的微透镜阵列制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超硬材料的微透镜阵列制造方法，包括如下步骤：根据微透镜的曲率半径选取相应半径的球体，球体为金属材料；根据待加工的微透镜阵列中各个微透镜的间隔尺寸制作筛网，球体的球心与筛网的中心面等高时球体能够在筛网的通孔内转动；调整被加工工件和筛网的相对位置并固定，使球体放置在被加工工件表面的同时，球体半径高度的位置被筛网约束住；通过连续送进柔性带状材料使球体转动，同时向被加工工件表面喷洒金刚石颗粒悬浮液，逐渐抬升被加工工件。与现有技术相比，本发明使用硬度较软价格低廉的球体包裹着金刚石颗粒对被加工工件进行微结构加工，达到将软材料的形状复制到硬材料上的效果，大大降低了加工成本。

Description

一种超硬材料的微透镜阵列制造方法
技术领域
本发明涉及微透镜阵列技术领域，特别是涉及一种超硬材料的微透镜阵列制造方法。
背景技术
透镜是一种用来汇聚、发散光辐射的光学元件，通常体积较大。相同的透镜按一定的周期排列在一个平面上便构成了透镜阵列，由普通的透镜组成的透镜阵列的光学性质不仅是单个透镜功能的合成，还有优良的衍射、色散等性能。
然而，利用传统方法制造出来的光学元件不仅制造工艺复杂，而且制造出来的光学元件尺寸大、重量大，已不能满足当今科技发展的需要。目前，人们已经能够制作出直径非常小的透镜与透镜阵列，这种透镜与透镜阵列的口径通常在微米级别，不方便观测，需采用显微镜、扫描电镜等设备才能观察到其清晰的形貌，这就是微透镜和微透镜阵列。
现有技术中，用于制作微透镜阵列的方法主要有光刻胶热熔法、光敏玻璃热成形法、离子交换法、飞秒激光法、车削方法、铣削方法、光电反应刻蚀法、聚焦离子束刻蚀与沉积法和化学气象沉积法等方法。
光刻、刻蚀等方法工艺较成熟，兼容性较好，也可实现批量生产，但其成本高，效率低，且只适合二维或简单的三维结构；离子交换法、飞秒激光法和聚焦离子束等能量加工方法可实现纳米级的精密结构的加工，但成本高、效率低、均一性差，且难以批量生产；单点金刚石车削方法和铣削方法可完成复杂结构的高面型精度的加工，效率低，当被加工材料是超硬材料(单晶硅、碳化硅、碳化钨等)时，在基准面的加工过程中，刀具的磨损严重，很难保证高质量基准面的切削加工，同时由于刀具的磨损也无法实现后续高质量、高均匀微纳阵列的切削加工。
因此，如何提供一种精度高、效率高、成本低的超硬材料模具的表面微透镜阵列制造方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种精度高、效率高、成本低的超硬材料模具的表面微透镜阵列制造方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种超硬材料的微透镜阵列制造方法，包括如下步骤：
步骤110：根据微透镜的曲率半径选取相应半径的球体，所述球体为金属材料；
步骤120：根据待加工的微透镜阵列中各个微透镜的间隔尺寸制作筛网，使所述筛网上通孔中心的间隔尺寸与微透镜的间隔尺寸保持一致，各个所述通孔的直径均大于所述球体的直径，使所述球体与所述通孔之间存在间隙，所述球体的球心与所述筛网的中心面等高时所述球体能够在所述通孔内转动，根据微透镜的精度要求选取所述球体与所述通孔的间隙配合公差；
步骤130：调整被加工工件和所述筛网的相对位置，使所述球体放置在被加工工件表面的同时，所述球体半径高度的位置被所述筛网约束住，将被加工工件和制作好的所述筛网固定；
步骤140：将能够连续送进的柔性带状材料与所述球体上部接触，通过连续送进柔性带状材料使所述球体转动，同时向被加工工件表面喷洒金刚石颗粒悬浮液，逐渐将被加工工件抬升距离h，h为微透镜的加工深度。
优选地，所述球体为钢球。
优选地，被加工工件固定于升降台上。
优选地，所述柔性带状材料为传送带，所述传送带至少由两个带轮张紧，所述带轮由电机直接或间接驱动。
优选地，还包括步骤150：将加工完成的工件清洗后干燥。
优选地，将加工完成的工件置于丙酮中清洗后干燥。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明公开的超硬材料的微透镜阵列制造方法主要有以下优点；
第一，由于被加工工件为超硬材料，理论上需采用硬度更高的材料比如费用较高的金刚石刀具对其进行加工，且磨损非常大。本发明使用硬度较软价格低廉的球体作为提供形状的一方，球体包裹着金刚石颗粒对被加工工件进行微结构加工，达到将软材料的形状复制到硬材料上的效果，大大降低了加工成本。
第二，由于钢球的成本较低，每加工一个微透镜阵列即可更换一批钢球，磨损不再是需要考虑的问题，被加工的微透镜阵列的表面精度能够得到保证。
第三，该种制造方法具有工艺过程更简单，加工精度更易控制等优点，只需调整被加工工件的高度，即可控制打磨深度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明超硬材料的微透镜阵列制造方法所用部分结构的非加工状态示意图；
图2为本发明超硬材料的微透镜阵列制造方法所用结构的加工状态示意图；
附图标记说明：1球体；2筛网；3被加工工件；4升降台；5皮带轮；6传送带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种精度高、效率高、成本低的超硬材料模具的表面微透镜阵列制造方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本实施例提供一种超硬材料的微透镜阵列制造方法，包括如下步骤：
步骤110：根据微透镜的曲率半径选取相应半径的球体1，球体1为金属材料；
步骤120：根据待加工的微透镜阵列中各个微透镜的间隔尺寸制作筛网2，使筛网2上通孔中心的间隔尺寸与微透镜的间隔尺寸保持一致，各个通孔的直径均大于球体1的直径，使球体1与通孔之间存在间隙，球体1的球心与筛网2的中心面等高时球体1能够在通孔内转动，根据微透镜的精度要求选取球体1与通孔的间隙配合公差；
步骤130：调整被加工工件3和筛网2的相对位置，使球体1放置在被加工工件3表面的同时，球体1半径高度的位置被筛网2约束住，将被加工工件3和制作好的筛网2固定；
步骤140：将能够连续送进的柔性带状材料与球体1上部接触，通过连续送进柔性带状材料使球体1转动，同时向被加工工件3表面喷洒金刚石颗粒悬浮液，逐渐将被加工工件3抬升距离h，h为微透镜的加工深度。
本实施例中，多个球体1在筛网2的制约下同时在皮带轮5的带动下转动，在喷洒金刚石颗粒悬浮液的同时，包裹着金刚石颗粒的球体1对被加工工件3进行打磨，从而对其微结构进行加工。
本实施例提供的制造方法主要有以下优点；
第一，由于待加工材料为超硬材料，理论上需采用硬度更高的材料比如费用较高的金刚石刀具对其进行加工，且磨损非常大。本实施例通过使用硬度较软价格低廉的金属材质的球体1作为提供形状的一方，球体1包裹着金刚石颗粒对被加工工件3进行打磨，达到将软材料的形状复制到硬材料上的效果，大大降低了加工成本。
第二，该种制造方法具有工艺过程更简单，加工精度更易控制等优点，只需调整被加工工件3的高度，即可控制打磨深度。
本实施例中，球体1的材质优选为钢球。由于钢球的成本较低，每加工一个微透镜阵列即可换一批钢球，磨损不再是需要考虑的问题，被加工的微透镜阵列的表面精度得到了保证。
进一步的，本实施例中被加工工件3固定于升降台4上，通过升降台4控制被加工工件3的高度，升降台4类型可根据微透镜阵列的精度要求进行选择。
更进一步的，本实施例的柔性带状材料优选为传送带6，传送带6的材质为皮带，传送带6由两个带轮张紧，其中一个带轮由电机直接驱动。本领域技术人员也可根据需要选用三个以上的带轮对传送带6进行张紧，电机也可采用间接驱动的方式带动带轮转动。
为了保证加工完成的工件的清洁度，本实施例还包括步骤150：将加工完成的工件清洗后干燥。具体的，加工完成的工件优选为置于丙酮中清洗后干燥。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种超硬材料的微透镜阵列制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤110：根据微透镜的曲率半径选取相应半径的球体，所述球体为金属材料；
步骤120：根据待加工的微透镜阵列中各个微透镜的间隔尺寸制作筛网，使所述筛网上通孔中心的间隔尺寸与微透镜的间隔尺寸保持一致，各个所述通孔的直径均大于所述球体的直径，使所述球体与所述通孔之间存在间隙，所述球体的球心与所述筛网的中心面等高时所述球体能够在所述通孔内转动，根据微透镜的精度要求选取所述球体与所述通孔的间隙配合公差；
步骤130：调整被加工工件和所述筛网的相对位置，使所述球体放置在被加工工件表面的同时，所述球体半径高度的位置被所述筛网约束住，将被加工工件和制作好的所述筛网固定；
步骤140：将能够连续送进的柔性带状材料与所述球体上部接触，通过连续送进柔性带状材料使所述球体转动，同时向被加工工件表面喷洒金刚石颗粒悬浮液，逐渐将被加工工件抬升距离h，h为微透镜的加工深度。
2.根据权利要求1所述的超硬材料的微透镜阵列制造方法，其特征在于，所述球体为钢球。
3.根据权利要求1所述的超硬材料的微透镜阵列制造方法，其特征在于，被加工工件固定于升降台上。
4.根据权利要求1所述的超硬材料的微透镜阵列制造方法，其特征在于，所述柔性带状材料为传送带，所述传送带至少由两个带轮张紧，所述带轮由电机直接或间接驱动。
5.根据权利要求1所述的超硬材料的微透镜阵列制造方法，其特征在于，还包括步骤150：将加工完成的工件清洗后干燥。
6.根据权利要求5所述的超硬材料的微透镜阵列制造方法，其特征在于，将加工完成的工件置于丙酮中清洗后干燥。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113478798A (zh) * 2021-06-30 2021-10-08 深圳大学 一种微成形模压方法以及模压装置
CN113500811A (zh) * 2021-06-30 2021-10-15 深圳大学 一种非晶材料微成形方法以及模压装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1137247A (zh) * 1994-09-09 1996-12-04 菲利浦电子有限公司 用于制作光学元件排成图案的光学部件的模具的制造方法及实施该方法的设备
CN104722062A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 上海中路实业有限公司 一种保龄球自动回球系统
CN104903267A (zh) * 2013-01-10 2015-09-09 Hoya株式会社 光学元件的制造方法
CN205748918U (zh) * 2016-06-17 2016-11-30 纽尚(宁波)汽车轴承制造有限公司 滚珠抗压测试装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1137247A (zh) * 1994-09-09 1996-12-04 菲利浦电子有限公司 用于制作光学元件排成图案的光学部件的模具的制造方法及实施该方法的设备
CN104903267A (zh) * 2013-01-10 2015-09-09 Hoya株式会社 光学元件的制造方法
CN104722062A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 上海中路实业有限公司 一种保龄球自动回球系统
CN205748918U (zh) * 2016-06-17 2016-11-30 纽尚(宁波)汽车轴承制造有限公司 滚珠抗压测试装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOHUA LIU,TIANFENG ZHOU: "《Fabrication of spherical microlens array by combing lapping on silicon wafer and rapid surface molding》", 《JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MIRCOENGINEERING》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113478798A (zh) * 2021-06-30 2021-10-08 深圳大学 一种微成形模压方法以及模压装置
CN113500811A (zh) * 2021-06-30 2021-10-15 深圳大学 一种非晶材料微成形方法以及模压装置

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