CN114942567A - 一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，解决了传统的光学元件掩蔽层制作方法中，手工裁剪精度低、掩蔽层与工件表面上的掩蔽层区域对准误差大、手工裁剪及油墨打印的方法难以适用于制作曲面工件掩蔽层的问题。本发明提供的用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，可以在不使用辅助定位标记的情况下，快速高效地制作光学元件掩蔽层。本发明工艺流程简单，掩蔽层制作灵活，对准精度高，克服了传统技术在制作光学元件掩蔽层方面存在对准误差大、制作效率低、难以适用于制作非平面光学元件掩蔽层的问题。
Description
技术领域
本发明属于光学元件掩蔽层的加工制造领域，具体涉及一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法。
背景技术
在采用刻蚀技术对光学元件进行抛光修形以及局部区域进行材料去除的加工过程当中，通常需要采用掩蔽层来对工件表面进行非刻蚀区域的局部遮挡。在光学元件掩蔽层的制作方法当中，普遍采用设置多个专门设计的辅助定位标记、通过手工裁剪薄膜或者利用油墨打印、并结合肉眼对准或者显微镜对准的方法来实现在工件表面的掩蔽层区域上制作掩蔽层。这种方法使得掩蔽层制作工序繁杂，掩蔽层的轮廓尺寸精度低、与掩蔽层区域存在对准误差大、且不适用曲面工件掩蔽层的制作，进而不利于对各种形状的光学元件进行高效、高精度地刻蚀加工。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：克服传统的光学元件掩蔽层制作方法存在效率低、对准误差大、不适用于曲面工件、需要设置多个辅助定位标记所带来的繁杂工序问题，实现用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层高效率、高精度、高通用性的制作加工，本发明提供一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，包括以下步骤：
步骤1：采用干涉仪测量待加工光学元件的面形数据；
步骤2：根据面形数据的三维空间分布对待加工光学元件表面进行刻蚀区域和掩蔽层区域的划分；
步骤3：根据待加工光学元件表面上划分的掩蔽层区域计算并生成机器人末端执行装置的空间行走轨迹点；
步骤4：根据空间行走轨迹点计算并生成机器人末端执行装置的空间行走路径轨迹；
步骤5：设定机器人的运动参数，根据空间行走路径轨迹生成机器人运动代码；
步骤6：执行机器人运动代码，机器人末端执行装置在待加工光学元件表面按照空间行走路径轨迹进行运动，同时在掩蔽层区域的上方释放掩蔽层液体材料，使得掩蔽层液体材料对待加工光学元件表面的掩蔽层区域进行覆盖；
步骤7：对掩蔽层液体材料进行固化，在待加工光学元件表面上形成可用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层。
进一步地，步骤1中所述待加工光学元件的材料包括但不限于二氧化硅、微晶玻璃、碳化硅、亚克力、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸二甲酯等。
进一步地，步骤1中所述待加工光学元件的面形数据为透射波前误差或反射波前误差。
进一步地，步骤3中所述空间行走轨迹点能够对待加工光学元件表面上的掩蔽层区域进行全范围的覆盖。
进一步地，步骤3中所述机器人末端执行装置是一个被集成于机器人手臂末端，具有能够自动释放掩蔽层液体材料功能的装置，包括但不限于油墨喷涂(射)装置、轻质圆珠滚印装置、自动点胶装置。
进一步地，步骤4中所述机器人末端执行装置的空间行走路径轨迹的种类包括但不限于光栅型轨迹、螺旋型轨迹、随机型轨迹、迷宫型轨迹、自适应轨迹、等高线型轨迹、以及其它通过路径规划方法得到的轨迹。
进一步地，步骤4中所述机器人末端执行装置的空间行走路径轨迹分布在待加工光学元件表面掩蔽层区域轮廓面的法向正上方，距离工件表面的法向距离为0～5毫米。
进一步地，步骤5中所述机器人的运动参数，其机器人包括但不限于工业机械臂、夹取机器人手、特种机械手。
进一步地，步骤6中所述机器人末端执行装置在掩蔽层区域的上方释放掩蔽层液体材料，其释放方式包括但不限于涂覆、喷涂(射)、滚印。
进一步地，步骤6中所述机器人末端执行装置在掩蔽层区域的上方释放掩蔽层液体材料，其释放厚度范围为10～1000纳米。
进一步地，步骤6中所述掩蔽层液体材料，其掩蔽层液体材料包括但不限于光刻胶、 UV油墨、紫外固化胶、First Contact清洁保护剂、聚酰亚胺。
进一步地，步骤7中所述对掩蔽层液体材料进行固化，其固化方式包括但不限于紫外固化、烘干机烘干、自然风干。
进一步地，步骤7中所述光学元件刻蚀加工，所采用的刻蚀方法包括但不限于容性耦合等离子体刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀、微波等离子体刻蚀、离子束刻蚀、磁增强等离子体刻蚀。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用机器人末端执行装置执行空间行走路径轨迹和释放掩蔽层液体材料能够高度自动化地实现在光学元件表面制作掩蔽层，相比于手工裁剪制作掩蔽层的方式具有效率高、掩蔽层尺寸轮廓精度高的优点。
(2)本发明可以避免在光学元件表面上同时存在多个掩蔽层区域的情况下，需要通过多次肉眼对准、手工调节、以及需要设置多个辅助定位标记来实现掩蔽层材料对掩蔽层区域的覆盖，能够降低掩蔽层相对于掩蔽层区域的对准误差，进而提高光学元件刻蚀加工的制造精度。
(3)本发明可以在平面、球面、非球面等各种形状的光学元件表面上制造掩蔽层，灵活度高，避免了手工裁剪制作掩蔽层的方式以及油墨打印掩蔽层的方式对光学元件表面形状的限制，这进一步扩宽了本发明在针对不同形状的光学元件表面制作相应掩蔽层方面的应用范围。
附图说明
图1(a)为根据面形数据分布对待加工光学元件表面进行刻蚀区域和掩蔽层区域的划分示意图；图1(b)为机器人末端执行装置的空间行走轨迹点示意图；图1(c)为机器人末端执行装置的空间行走路径轨迹示意图；图1(d)为机器人末端执行装置运动及掩蔽层液体材料释放示意图；图1(e)为掩蔽层液体材料紫外固化后形成的光学元件掩蔽层示意图；
其中：1—待加工光学元件；2—刻蚀区域；3—掩蔽层区域；4—机器人末端执行装置；5—空间行走轨迹点；6—空间行走路径轨迹；7—机器人；8—掩蔽层液体材料；9—掩蔽层；10—机器人手臂末端。
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。
结合一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法示意图的图1(a)-图1(e)，详细说明一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法的原理和工艺步骤。
实施例中一些工艺条件设置如下：待加工光学元件材料为二氧化硅，机器人末端执行装置为油墨喷涂(射)装置，机器人为库卡工业机械臂，机器人末端执行装置的空间行走路径轨迹的种类为光栅型轨迹，掩蔽层液体材料为UV油墨，喷涂厚度为500纳米，掩蔽层固化方式为紫外固化。
具体工艺过程包括：
步骤1：采用干涉仪测量待加工光学元件1的面形数据；
步骤2：根据面形数据的三维空间分布对待加工光学元件表面进行刻蚀区域2和掩蔽层区域3的划分；
步骤3：根据待加工光学元件表面上划分的掩蔽层区域3计算并生成机器人末端执行装置4即油墨喷涂(射)装置的空间行走轨迹点5；其中，所述机器人末端执行装置 4是一个被集成于机器人手臂末端10，具有能够自动释放掩蔽层液体材料8功能的装置，包括油墨喷涂(射)装置、轻质圆珠滚印装置、自动点胶装置。
步骤4：根据空间行走轨迹点5计算并生成机器人末端执行装置4即油墨喷涂(射)装置的空间行走路径轨迹6即本实施例中的光栅型轨迹；
步骤5：设定机器人7即库卡工业机器人的运动参数，根据空间行走路径轨迹6即本实施例中的光栅型轨迹生成机器人运动代码；
步骤6：执行机器人运动代码，机器人末端执行装置4即油墨喷涂(射)装置在待加工光学元件表面按照空间行走路径轨迹6即本实施例中的光栅型轨迹进行运动，同时在掩蔽层区域3的上方喷涂厚度为500纳米、材料为UV油墨的掩蔽层液体材料8，使得掩蔽层液体材料8对待加工光学元件表面的掩蔽层区域3进行覆盖；
步骤7：对材料为UV油墨的掩蔽层液体材料8进行紫外固化，在待加工光学元件表面上形成可用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层9。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用干涉仪测量待加工光学元件(1)的面形数据；
步骤2：根据面形数据的三维空间分布对待加工光学元件表面进行刻蚀区域(2)和掩蔽层区域(3)的划分；
步骤3：根据待加工光学元件表面上划分的掩蔽层区域(3)计算并生成机器人末端执行装置(4)的空间行走轨迹点(5)；
步骤4：根据空间行走轨迹点(5)计算并生成机器人末端执行装置(4)的空间行走路径轨迹(6)；
步骤5：设定机器人(7)的运动参数，根据空间行走路径轨迹(6)生成机器人运动代码；
步骤6：执行机器人运动代码，机器人末端执行装置(4)在待加工光学元件表面按照空间行走路径轨迹(6)进行运动，同时在掩蔽层区域(3)的上方释放掩蔽层液体材料(8)，使得掩蔽层液体材料(8)对待加工光学元件表面的掩蔽层区域(3)进行覆盖；
步骤7：对掩蔽层液体材料(8)进行固化，在待加工光学元件表面上形成可用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤1中所述待加工光学元件(1)的材料包括二氧化硅、微晶玻璃、碳化硅、亚克力、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸二甲酯。
3.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤1中所述待加工光学元件(1)的面形数据为透射波前误差或反射波前误差。
4.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤3中所述空间行走轨迹点(5)能够对待加工光学元件表面上的掩蔽层区域(3)进行全范围的覆盖；
步骤3中所述机器人末端执行装置(4)是一个被集成于机器人手臂末端(10)，具有能够自动释放掩蔽层液体材料(8)功能的装置，包括油墨喷涂(射)装置、轻质圆珠滚印装置、自动点胶装置。
5.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤4中所述机器人末端执行装置(4)的空间行走路径轨迹(6)的种类包括光栅型轨迹、螺旋型轨迹、随机型轨迹、迷宫型轨迹、自适应轨迹、等高线型轨迹。
6.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤4中所述机器人末端执行装置(4)的空间行走路径轨迹(6)分布在待加工光学元件表面掩蔽层区域轮廓面的法向正上方，距离工件表面的法向距离为0～5毫米。
7.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤5中所述机器人包括工业机械臂、夹取机器手或特种机器人。
8.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤6中所述机器人末端执行装置(4)在掩蔽层区域(3)的上方释放掩蔽层液体材料(8)，其释放方式包括涂覆、喷涂或滚印，其释放厚度范围为10～1000纳米。
9.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤6中所述掩蔽层液体材料(8)，其掩蔽层液体材料(8)包括光刻胶、UV油墨、紫外固化胶、First Contact清洁保护剂或聚酰亚胺。
10.根据权利要求1所述的一种用于光学元件刻蚀加工的掩蔽层制作方法，其特征在于：步骤7中所述对掩蔽层液体材料(8)进行固化，其固化方式包括紫外固化、烘干机烘干或自然风干；
步骤7中所述光学元件刻蚀加工，所采用的刻蚀方法包括容性耦合等离子体刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀、微波等离子体刻蚀、离子束刻蚀或磁增强等离子体刻蚀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220826 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |