一种制作连续浮雕菲涅尔透镜的方法

1.本发明属于光学元件加工制造领域，具体涉及一种制作连续浮雕菲涅尔透镜的方法。


背景技术：

2.在菲涅尔透镜的制作方法上，普遍采用由二元掩模版经多次图形转印、套刻，形成台阶式浮雕表面的制作方法；或者采用直写法，通过改变曝光强度直接在器件表面形成连续浮雕轮廓；亦或者采用灰阶掩模图形转印法，使用透射率为多层次分布的掩模版，经一次图形转印来形成可连续或台阶表面结构。多次转印与套刻的制作方法工序复杂，套刻误差大，通过多台阶浮雕的轮廓去接近连续浮雕轮廓的形式加工误差明显，容易降低透镜的光学性能。而采用变剂量曝光的直写法存在技术壁垒高、制作成本大、不易进行推广的缺点，灰阶掩模图形转印法存在掩模制造成本高、掩模版设计加工时间长，掩模版通用性弱的问题。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题为：克服传统的菲涅尔透镜制作方法套刻误差大、掩模版通用性若、成本高的问题，实现连续浮雕菲涅尔透镜低成本、高效率的制作加工，本发明提供一种制作连续浮雕菲涅尔透镜的方法。
4.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
5.一种制作连续浮雕菲涅尔透镜的方法，包括以下步骤：
6.步骤1：采用干涉仪测量待加工普通折射透镜1表面面形轮廓数据的三维空间分布；
7.步骤2：在面形测量数据分析软件中读出步骤1中的面形轮廓数据三维空间分布的x、y、 z值；x、y分别为横纵轴的坐标，z为面形轮廓的高度值；
8.步骤3：选定一个z值，令此z值对应的数据集区域为被加工区域2与非加工区域3的分界线4；
9.步骤4：在待加工普通折射透镜1的表面制作防护层5，并基于步骤3中被加工区域2 与非加工区域3的分布对防护层5进行区域划分，被加工区域2的上方区域覆盖的防护层为可撕防护层6，非加工区域3的上方区域覆盖的防护层为贴合防护层7；
10.步骤5：选取工艺参数，采用激光源8所发出的激光束9对步骤4中贴合防护层7与可撕防护层6的交界区域进行扫描，对贴合防护层7与可撕防护层6进行激光裁剪；
11.步骤6：将被裁剪后的可撕防护层6从待加工普通折射透镜1的表面上移除；
12.步骤7：将表面覆盖有贴合防护层7的待加工普通折射透镜1放入刻蚀设备，选取工艺参数，设置相应的加工条件，对被加工区域2进行刻蚀加工；
13.步骤8：去除待加工普通折射透镜1表面的贴合防护层7；
14.步骤9：重复步骤3至步骤8，直至待加工普通折射透镜1被刻蚀成符合使用要求的
连续浮雕菲涅尔透镜。
15.进一步地，步骤1中所述待加工普通折射透镜1的材料包括但不限于二氧化硅、微晶玻璃、亚克力等刚性光学基底以及聚酰亚胺、聚对苯二甲酸二甲酯等柔性光学薄膜。
16.进一步地，步骤1中所述待加工普通折射透镜1的表面可带有增透膜或增反膜或其它光学薄膜。
17.进一步地，步骤1中所述待加工普通折射透镜1的三维空间分布的面形数据为投射波前误差或反射波前误差或理论上的三维模型数据。
18.进一步地，步骤3中所述z值应满足z
min
《z＝z
max-n*λ，其中z
max
为面形数据中的最大z 值，z
min
为面形数据中的最小z值，λ为所需被调制光波相位对应的浮雕高度，n为此时正在准备进行第几次刻蚀的次数。
19.进一步地，步骤4中所述防护层5紧密覆盖在待加工普通折射透镜1的表面，其材质包括但不限于柔性薄膜、first contact清洁保护剂、特制的光学元件清洁保护胶。
20.进一步地，步骤4中所述制作防护层5，其制作方法包括但不限于旋涂、喷涂、刷涂。
21.进一步地，步骤5中所述激光源8包括但不限于具备红外激光光源、光纤激光光源、uv 激光光源、co2激光光源、或混合式激光光源的激光设备。
22.进一步地，步骤6中所述将被裁剪后可撕防护层6从待加工普通折射透镜1的表面上移除，其移除方式包括但不限于揭膜贴胶粘黏附、静电吸引、酒精或丙酮擦拭、特制的移除工装。
23.进一步地，步骤7中所述刻蚀加工，刻蚀加工的深度满足h＝λ，其中h为刻蚀深度。
24.进一步地，步骤7中所述刻蚀加工，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、反应离子刻蚀、离子束刻蚀。
25.本发明与现有技术相比的优点在于：
26.(1)本发明可以避免使用价格昂贵的灰阶掩膜版或直写方法来获得具有连续浮雕结构的衍射透镜，是一种低成本制作连续浮雕菲涅尔透镜的方法。
27.(2)本发明可以避免通过多个掩模版进行转印、套刻所带来的复杂工序，能够减少套刻误差，降低制作掩模版所花费的时间，是一种高效制作具有连续浮雕结构的菲涅尔透镜的方法。
28.(3)本发明通过激光束对涂覆的防护层进行裁剪，去除可撕防护层，留下贴合防护层，能够降低传统曝光转印工艺中所产生的光线衍射误差，且通过激光束进行裁剪的方式灵活度高，这进一步扩宽了本发明在制作各种不同连续浮雕衍射透镜方面的应用范围。
附图说明
29.图1(a)为一种制作连续浮雕菲涅尔透镜的方法待加工普通折射透镜样片的准备步骤示意图；图1(b)为表面防护层制作步骤示意图；图1(c)为表面防护层激光束裁剪步骤示意图；图1(d)为表面可撕防护层移除步骤示意图。
30.图2(a)为基于本发明通过1次刻蚀后制作的连续浮雕菲涅尔透镜示意图；图2(b) 为基于本发明通过2次刻蚀后制作的连续浮雕菲涅尔透镜示意图；图2(c)为基于本发明通过3次刻蚀后制作的连续浮雕菲涅尔透镜示意图。
31.其中：1—待加工普通折射透镜；2—被加工区域；3—非加工区域；4—分界线；5—
防护层；6—可撕防护层；7—贴合防护层；8—激光源；9—激光束；10—通过1次刻蚀后制作的连续浮雕菲涅尔透镜；11—通过2次刻蚀后制作的连续浮雕菲涅尔透镜；12—通过3次刻蚀后制作的连续浮雕菲涅尔透镜。
具体实施方式
32.下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
33.结合一种制作连续浮雕菲涅尔透镜的方法示意图的图1-图2，详细说明一种制作连续浮雕菲涅尔透镜的方法的原理和工艺步骤。
34.实施例中一些工艺条件设置如下：待加工普通折射透镜的材料为二氧化硅，防护层为进口first contact清洁保护剂，喷涂厚度为500纳米，刻蚀所用方法为反应离子刻蚀，反应气体为氧气与三氟甲烷，流量比为1:1.9，刻蚀功率为800瓦，刻蚀腔压为1.5帕，刻蚀设备为国产单频容性耦合反应离子刻蚀设备，激光源为进口三轴uv激光刻印机。
35.具体工艺过程包括：
36.步骤1：采用干涉仪测量待加工普通折射透镜1表面面形轮廓数据的三维空间分布；
37.步骤2：在面形测量数据分析软件中读出面形轮廓数据三维空间分布的x、y、z值，x、y分别为横纵轴的坐标，z为面形轮廓的高度值；
38.步骤3：选定一个z值，令z
min
《z＝z
max-n*λ，其中z
max
为面形轮廓数据中的最大z值， z
min
为面形轮廓数据中的最小z值，λ为所需被调制光波相位对应的浮雕高度，n为此时正在准备进行第几次刻蚀的次数，本实施例中，λ为632.8纳米，第1次刻蚀时的z值为z＝z
max-632.8，令z值对应的数据集区域为被加工区域2与非加工区域3的分界线4；
39.步骤4：在待加工普通折射透镜1的表面上均匀喷涂材料为first contact清洁保护剂的防护层5，使之厚度为500纳米，并基于步骤3中被加工区域2与非加工区域3的分布对防护层5进行区域划分，被加工区域2的上方区域覆盖的防护层为可撕防护层6，非加工区域 3的上方区域覆盖的防护层为贴合防护层7；
40.步骤5：待喷涂的防护层液体凝固并形成为一张薄膜膜层覆盖于待加工普通折射透镜1 的表面后，采用三轴uv激光刻印机所发出的激光束9对贴合防护层7与可撕防护层6的交界区域进行扫描刻印，将贴合防护层7与可撕防护层6进行激光裁剪，使得可撕防护层6从防护层5中被分开；
41.步骤6：使用揭膜贴将被裁剪后的可撕防护层6从待加工普通折射透镜1的表面上移除；
42.步骤7：将表面覆盖有贴合防护层7的待加工普通折射透镜1放入单频容性耦合反应离子刻蚀设备中，对被加工区域2进行刻蚀加工，刻蚀深度为632.8纳米；
43.步骤8：使用揭膜贴将待加工普通折射透镜1表面的贴合防护层7进行移除，得到通过 1次刻蚀后制作的连续浮雕菲涅尔透镜10；
44.步骤9：连续两次重复步骤3至步骤8，分别得到具有连续浮雕特征的菲涅尔透镜11和 12。
45.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。