[发明专利]一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法

权利要求书

1.一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一：根据待加工微透镜阵列光学元件上透镜单元的球径R_s，选择半径大于球径R_s的V形砂轮，将V形砂轮(2)安装到机床的磨轴(1)上，然后对V形砂轮(2)进行在位精密修整，达到锋锐的砂轮尖端以及精确的砂轮半径R_g；其中，V形砂轮(2)的尖端角度为60°～120°，而且修整后的砂轮半径R_g等于待加工的单元透镜的球径R_s；

步骤二：通过对刀操作，使V形砂轮(2)沿机床Z轴负向的尖点正好与机床C轴中心线重合；

步骤三：将待加工工件(3)固定在夹具(4)的前端面上，并将夹具(4)固定在机床C轴前端面上，然后采用V形砂轮(2)对工件(3)进行平面磨削加工，使工件表面平整；

步骤四：采用范成式方法加工在工件(3)中心位置的微透镜P0，设定V形砂轮(2)转速为N_g、进给速度为V_f，使V形砂轮(2)沿着机床Z轴负向进给，直至在工件(3)上产生深度为a_p的磨痕，然后机床Z轴停止进给，保持位置不动，接着，机床C轴以转速N_w顺时针旋转360°，之后V形砂轮(2)沿着Z轴正向退刀，这样就完成了工件中心位置的微透镜P0的加工；

步骤五：采用范成式方法加工任意一个非工件中心位置的微透镜Pm；

先使机床C轴顺时针旋转角度θ_m，再让机床X轴沿正向移动距离r_m，X轴和Y轴联动的圆弧差补运动与C轴自转运动完全同步，而且差补圆弧半径等于微透镜Pm与P0的中心距r_m，使得V形砂轮(2)沿机床Z轴负向的尖点正好与待加工微透镜的中心线重合，设定V形砂轮(2)转速为N_g、进给速度为V_f，使V形砂轮(2)沿着机床Z轴负向进给，直至在工件(3)上产生深度为a_p的磨痕，然后机床Z轴停止进给，保持位置不动，接着，机床X轴、Y轴和C轴进行三轴联动，其中X轴和Y轴通过联动实现1圈完整的顺时针圆弧差补运动，差补圆弧中心为机床C轴中心，差补圆弧半径大小等于r_m，同时机床C轴以转速N_w顺时针旋转360°，之后V形砂轮(2)沿着Z轴正向退刀，机床X轴沿负向移动距离r_m，机床C轴逆时针旋转角度θ_m，使砂轮回到加工前的起始位置，这样就完成了非工件中心位置的微透镜Pm的加工；

步骤六：参照步骤五中的方案，根据微透镜阵列上其它微透镜相对于中心透镜的极坐标位置，采用范成式方法依次进行加工，最后形成所需的微透镜阵列光学元件。

2.根据权利要求1所述的一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：步骤一中，微透镜阵列中每个单元透镜都是凹球面透镜，单元透镜的直径范围为0.1mm～10mm，单元透镜的球径R_s的范围为5mm～100mm。

3.根据权利要求2所述的一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：步骤四和步骤五中，a_p的取值等于微透镜单元的矢高，N_g为300rpm～60000rpm，V_f为0.005mm/min～5mm/min，N_w为0.01rpm～10rpm。

4.根据权利要求3所述的一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：步骤四和步骤五中，通过C轴带动工件绕着待加工微透镜中心自旋了360°，因而砂轮尖端切入工件内的一段圆弧轮廓线也旋转了360°，正好是一个凹球形，通过这种范成式方法加工出了微透镜的凹球面轮廓形状。