CN114594536B - 一种制备超轻质菲涅尔透镜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备超轻质菲涅尔透镜的方法，包括：超轻质光学薄膜与刚性基底复合体的制作、超轻质菲涅尔透镜轮廓加工以及超轻质菲涅尔透镜脱膜。工作流程为首先加工出具有光滑平面的刚性基底，接着在刚性基底表面进行光学薄膜材料前驱体溶液涂覆，然后将光学薄膜材料前驱体溶液固化，形成超轻质光学薄膜与刚性基底复合体。接着在该复合体的表面进行菲涅尔透镜轮廓加工，最后通过超轻质菲涅尔透镜脱膜将表面具有菲涅尔透镜轮廓的光学薄膜与刚性基底进行分离，得到超轻质菲涅尔透镜。该方法特别适合制备以光学薄膜材料为基底的超轻质菲涅尔透镜，是一种高效、工艺成本低、灵活性强、口径范围广的超轻质菲涅尔透镜制备方法。

Description

一种制备超轻质菲涅尔透镜的方法
技术领域
本发明属于光学元件加工制造领域，具体涉及一种制备超轻质菲涅尔透镜的方法。
背景技术
在超轻质菲涅尔透镜的制备方法上，普遍采用由二元掩模版经多次图形转印、套刻，或者采用灰度光刻刻蚀的方法来加工。多次转印与套刻的方法工序复杂，套刻误差大，难以加工具有连续浮雕轮廓结构的菲涅尔透镜，而灰度光刻由于其工艺固有特性加工的灵活性不高、加工口径小、制作成本大、掩模版通用性弱。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：克服传统方法套刻误差大、掩模版通用性弱、加工口径小、成本高的问题，实现超轻质菲涅尔透镜低成本、高效率的制作加工，本发明提供一种制备超轻质菲涅尔透镜的方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种制备超轻质菲涅尔透镜的方法，包括三大步，超轻质光学薄膜与刚性基底复合体的制作、超轻质菲涅尔透镜轮廓加工以及超轻质菲涅尔透镜脱膜。具体包括刚性基底、光学薄膜材料前驱体溶液涂覆、光学薄膜材料前驱体溶液固化、超轻质光学薄膜与刚性基底复合体、超轻质菲涅尔透镜轮廓加工、超轻质菲涅尔透镜。所述工作流程是首先加工出具有光滑平面的刚性基底，接着在刚性基底表面进行光学薄膜材料前驱体溶液涂覆，然后将光学薄膜材料前驱体溶液固化，形成超轻质光学薄膜与刚性基底复合体。接着在该复合体的表面进行菲涅尔透镜轮廓加工，最后通过超轻质菲涅尔透镜脱膜，将表面具有菲涅尔透镜轮廓的光学薄膜与刚性基底进行分离，得到超轻质菲涅尔透镜。
进一步地，所述待刚性基底是一种边缘具有一个环形台阶的平面基底，该基底的材料包括但不限于亚克力、金属、石英，加工工艺包括但不限于机械切削、机械铣削、研磨抛光、掩膜光刻、湿法腐蚀、干法刻蚀，环形台阶的高度由设计深度和薄膜材料前驱体溶液涂覆工艺要求所决定，通常与菲涅尔透镜的结构深度一致，一般在0至10mm的区间。
进一步地，所述光学薄膜材料前驱体溶液涂覆是通过滴管、注射器或倾倒等将光学薄膜材料前驱体溶液滴入并填满到刚性基底内部，并结合旋涂、刮涂或静置等工艺使光学薄膜材料前驱体溶液被均匀涂覆于刚性基底的表面，该光学薄膜材料包括但不限于聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、紫外固化胶、聚对苯二甲酸二甲酯。
进一步地，所述光学薄膜材料前驱体溶液固化是将均匀涂覆于刚性基底表面的光学薄膜材料前驱体溶液进行完全固化，其固化方式包括但不限于热固化、紫外固化。
进一步地，所述超轻质光学薄膜与刚性基底复合体是光学薄膜材料前驱体溶液固化后与刚性基底形成复合体，该复合体使得光学薄膜材料与刚性基底为一体，大幅降低弯曲变形和蠕变，使得表面具有能够被高精度切削或铣削加工的刚性。
进一步地，所述超轻质菲涅尔透镜轮廓加工是通过在复合体的光学薄膜材料表面进行单点金刚石车削或铣削的方式加工出菲涅尔透镜轮廓。
进一步地，所述超轻质菲涅尔透镜就是采用脱膜处理将加工后的菲涅尔透镜从刚性基底上分离取下，得到超轻质菲涅尔透镜，脱膜方法包括但不限于热浴剥离、超声水浴剥离、机械剥离、氟化处理。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过构建超轻质光学薄膜与刚性基底复合体，增大了光学薄膜材料的可加工性和加工轮廓精度。
(2)本发明可以避免通过多个掩模版进行转印、套刻所带来的复杂工序，能够减少套刻误差，降低制作掩模版所花费的时间，是一种高效制作超轻质菲涅尔透镜的方法。
(3)本发明可以通过单点金刚石车削或铣削的方式对超薄超轻质菲涅尔透镜的轮廓进行加工，其加工自由度灵活，口径范围广，是一种低成本制备具有各种不同面形菲涅尔透镜的方法。
附图说明
图1为超轻质光学薄膜与刚性基底复合体的制作方法示意图；
图2为超轻质菲涅尔透镜轮廓加工方法示意图；
图3为超轻质菲涅尔透镜脱膜方法示意图；
图中：1为刚性基底；2为光学薄膜材料前驱体溶液涂覆；3为光学薄膜材料前驱体溶液固化；4为超轻质光学薄膜与刚性基底复合体；5为超轻质菲涅尔透镜轮廓加工；6为超轻质菲涅尔透镜。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明一种制备超轻质菲涅尔透镜的方法，包括三大步，超轻质光学薄膜与刚性基底复合体的制作、超轻质菲涅尔透镜轮廓加工以及超轻质菲涅尔透镜脱膜。具体包括刚性基底1、光学薄膜材料前驱体溶液涂覆2、光学薄膜材料前驱体溶液固化3、超轻质光学薄膜与刚性基底复合体4、超轻质菲涅尔透镜轮廓加工5、超轻质菲涅尔透镜6。其工作流程是首先加工出具有光滑平面的刚性基底1，接着在刚性基底表面进行光学薄膜材料前驱体溶液涂覆2，然后将光学薄膜材料前驱体溶液固化3，形成超轻质光学薄膜与刚性基底复合体4。接着在该复合体的表面进行超轻质菲涅尔透镜轮廓加工5，最后通过超轻质菲涅尔透镜脱膜，将表面具有菲涅尔透镜轮廓的光学薄膜与刚性基底进行分离，得到超轻质菲涅尔透镜6。
刚性基底1是一种边缘具有一个环形台阶的平面基底，该基底的材料包括但不限于亚克力、金属、石英，加工工艺包括但不限于机械切削、机械铣削、研磨抛光、掩膜光刻、湿法腐蚀、干法刻蚀，环形台阶的高度由设计深度和薄膜材料前驱体溶液涂覆工艺要求所决定，通常与菲涅尔透镜的结构深度一致，一般在0至10mm的区间。
光学薄膜材料前驱体溶液涂覆2是通过滴管、注射器或倾倒等将光学薄膜材料前驱体溶液滴入并填满到刚性基底内部，并结合旋涂、刮涂或静置等工艺使光学薄膜材料前驱体溶液被均匀涂覆于刚性基底的表面，该光学薄膜材料包括但不限于聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、紫外固化胶、聚对苯二甲酸二甲酯。
光学薄膜材料前驱体溶液固化3是将均匀涂覆于刚性基底表面的光学薄膜材料前驱体溶液进行完全固化，其固化方式包括但不限于热固化、紫外固化。
超轻质光学薄膜与刚性基底复合体4是光学薄膜材料前驱体溶液固化后与刚性基底形成复合体，该复合体使得光学薄膜材料与刚性基底为一体，大幅降低弯曲变形和蠕变，使得表面具有能够被高精度切削或铣削加工的刚性。
超轻质菲涅尔透镜轮廓加工5是通过在复合体的光学薄膜材料表面进行单点金刚石车削或铣削的方式加工出菲涅尔透镜轮廓。
超轻质菲涅尔透镜6就是采用脱膜处理将加工后的菲涅尔透镜从刚性基底上分离取下，得到超轻质菲涅尔透镜，脱膜方法包括但不限于热浴剥离、超声水浴剥离、机械剥离、氟化处理等。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于次，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含之内。

Claims (1)

1.一种制备超轻质菲涅尔透镜的方法，其特征在于，所述方法包括三大步：超轻质光学薄膜与刚性基底复合体的制作、超轻质菲涅尔透镜轮廓加工以及超轻质菲涅尔透镜脱膜；具体包括刚性基底(1)、光学薄膜材料前驱体溶液涂覆(2)、光学薄膜材料前驱体溶液固化(3)、超轻质光学薄膜与刚性基底复合体(4)、超轻质菲涅尔透镜轮廓加工(5)、超轻质菲涅尔透镜(6)，其具体工作流程是首先加工出具有光滑平面的刚性基底(1)，接着在刚性基底表面进行光学薄膜材料前驱体溶液涂覆(2)，然后将光学薄膜材料前驱体溶液固化(3)，形成超轻质光学薄膜与刚性基底复合体(4)；接着在该复合体的表面进行超轻质菲涅尔透镜轮廓加工(5)，最后通过超轻质菲涅尔透镜脱膜，将表面具有菲涅尔透镜轮廓的光学薄膜与刚性基底进行分离，得到超轻质菲涅尔透镜(6)；
所述刚性基底(1)是一种边缘具有一个环形台阶的平面基底，该基底的材料包括亚克力、金属、石英，加工工艺包括机械切削、机械铣削、研磨抛光、掩膜光刻、湿法腐蚀、干法刻蚀，环形台阶的高度由设计深度和薄膜材料前驱体溶液涂覆工艺要求所决定，与菲涅尔透镜的结构深度一致，在0至10mm的区间；
所述光学薄膜材料前驱体溶液涂覆(2)是通过滴管、注射器或倾倒将光学薄膜材料前驱体溶液滴入并填满到刚性基底内部，并结合旋涂、刮涂或静置工艺使光学薄膜材料前驱体溶液被均匀涂覆于刚性基底的表面，该光学薄膜材料包括聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、紫外固化胶、聚对苯二甲酸二甲酯；
所述光学薄膜材料前驱体溶液固化(3)是将均匀涂覆于刚性基底表面的光学薄膜材料前驱体溶液进行完全固化，其固化方式包括热固化、紫外固化；
所述超轻质光学薄膜与刚性基底复合体(4)是光学薄膜材料前驱体溶液固化后与刚性基底形成复合体，该复合体使得光学薄膜材料与刚性基底为一体，大幅降低弯曲变形和蠕变，使得表面具有能够被高精度切削或铣削加工的刚性；
所述超轻质菲涅尔透镜轮廓加工(5)是通过在复合体的光学薄膜材料表面进行单点金刚石车削或铣削的方式加工出菲涅尔透镜轮廓；
所述超轻质菲涅尔透镜(6)就是采用脱膜处理将加工后的菲涅尔透镜从刚性基底上分离取下，得到超轻质菲涅尔透镜，脱膜方法包括热浴剥离、超声水浴剥离、机械剥离、氟化处理。
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