[发明专利]一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法

说明书

一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，涉及一种范成式加工方法。本发明解决了现有的微透镜阵列加工方法存在刀具磨损、材料受限和面型精度差的问题。本发明选择半径大于微透镜球径Rs的V形砂轮并修整；使V形砂轮沿机床Z轴负向的尖点正好与机床C轴中心线重合；采用范成式方法加工在工件中心位置的微透镜P0，设定V形砂轮转速为N_g、进给速度为V_f，使V形砂轮沿着机床Z轴负向进给，直至在工件上产生深度为a_p的磨痕，然后机床Z轴停止进给，保持不动，机床C轴以转速N_w顺时针旋转360°，Z轴正向退刀；采用范成式方法加工任意一个非工件中心位置的微透镜P_m；依次进行加工，形成微透镜阵列光学元件。本发明用于微透镜阵列光学元件的加工。

技术领域

本发明涉及一种范成式加工方法，具体涉及一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，属于微结构光学元件精密加工技术领域。

背景技术

微透镜阵列光学元件是人类为了实现昆虫复眼部分功能而设计的一种仿生结构，昆虫复眼具有体积小、大视场、近距离对物体分辨率高的特点，在医疗设备和军事上有着重要的应用潜力。对于微球面凹透镜阵列的加工，主要应考虑微透镜单元的面型精度、微透镜单元的表面粗糙度以及各微透镜单元的尺寸一致性。

目前，微透镜阵列光学元件的加工方法有很多，如光刻热熔胶法，激光加工法，慢刀伺服车削、快刀伺服车削、微铣削、压痕法等。光刻和激光加工等特种加工工艺，则无法保证微透镜的面形精度和表面粗糙度，而且加工出的微透镜单元尺寸一致性较差。传统的车削、铣削加工方法虽然能够实现微透镜阵列的精密加工，但受制于刀具磨损问题，只能面向铝铜等容易切削的有色金属材料，对于硬脆材料则无能为力。

综上所述，现有的微透镜阵列方法存在刀具磨损、材料受限和面型精度差的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的微透镜阵列方法存在刀具磨损、材料受限和面型精度差的问题。进而提供一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法。

本发明的技术方案是一种一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，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；

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Nw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；

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。