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机械加工技术的发展及应用

[ 发布日期:2017-05-03 点击:1560 来源:洛阳富海合精工机械有限公司 【打印此文】 【关闭窗口】]
  超精密机械加工技术作为微光学元件的种制造方法,具有很多其他传统方法所不具有的优点。本文回顾了超精密机械加工技术的发展,展望了其在微光学元件加工中的应用潜力
  微光学是门属于多门前沿学科交叉域的新兴科学。微光学借助于微电子工业技术的研究成果,是际上前沿研究方向之,并具有广泛的应用前途。微光学元件(MOC),指面形精度可达亚微米,表面粗糙度可达纳米的自由光学曲面及微结构光学元件。自由光学曲面包括有回转轴的回转非球面(如抛物面、渐开面等),和没有任何对称轴的非回转非球面,如Zernike像差方程曲面。微结构是指具有定功能的微小表面拓扑形状,如凹槽、微透镜阵列等的微金字塔结构表面。这些结构决定了对光线的反射,透射或衍射性能,便于光学设计者优化光学系统,减轻重量,缩小体积。典型微光学元件如息透镜、衍射光学元件(DOE)和梯度折射率透镜等,将这些微光学元件应用在各种光电子仪器中,可以使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。
  微光学元件的应用
  微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件,它具有体积小、质量轻、造价低等优点,并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。随着系统小型化不断的成为种趋势,几乎在所有的工程应用域中,无论是现代防科学技术域,还是普通的工业域的应用前景。军用方面,西方在70年代以后研制和生产的军用光电系统,如军用激光装置、热成像装置、微光夜视头盔、红外扫描装置、导弹引导头和各种变焦镜头,均已在不同程度上采用了非球面光学零件。在般民用光电系统方面,自由非球面零件可以大量地应用到各种光电成像系统中。如飞机中提供飞行信息的显示系{HotTag}统;摄像机的取景器、变焦镜头;红外广角地平仪中的锗透镜;录像、录音用显微物镜读出头;医疗诊断用的间接眼底镜,内窥镜,渐进镜片等。微结构光学元件应用更是广泛,如光纤连接器中的微槽结构,液晶显示屏的微透镜阵列,及用于激光扫描的F-theta镜片,激光头的分光器等,这些微结构光学元件在很多我们日常使用的产品中都有应用,比如手机、掌上电脑、CD和DVD等。
  微光学元件加工方法
  由于受应用需求的驱动,对微光学元件加工技术的研究也在不断深入,出现了多种现代加工技术,如电子束写技术、激光束写技术、光刻技术、蚀刻技术、LIGA技术,复制技术和镀膜技术等,其中为成熟的技术是蚀刻技术和LIGA技术。这些技术基本都是从微电子元器件的微细加工技术发展而来,但与电子原件不同,三维成型精度和装配精度对光学元件来说是至关重要的,将会直接影响其性能,因此这些方法各自都有它自身的缺陷和使用的局限性。如由于视场深度的限制,光刻技术于二微结构和小深宽比三维结构的加工;采用牺牲层蚀刻技术,虽然可以实现准三维加工,但易使材料产生内应力,影响终的机械性能,且设备造价非常昂贵;LIGA技术利用的高准直度的X射线光源,般要通过同步辐射加速器得到,造价比光刻设备还要高许多,般实验室和企业都很难负担得起;电子束写技术能够加工纳米的精密结构,但率低,难以进行批量生产。复制技术,包括热压成型法、模压成型法和注射成型法等,是种适于批量生产的低成本技术,但要求其模具具有较高精度和耐用性。