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精密机械加工在微光学元件加工中的应用和加工方法


精密机械加工在微光学元件加工中的应用和加工方法:

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一种趋势,几乎在所有的工程应用领域中,无论是现代国防科学技术领域,还是普通的工业领域的应用前景。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。在一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大家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,其中最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,影响最终的机械性能,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,一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,一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级的精密结构,但效率低,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,是一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。


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