一種基于擠壓打印的球面型或圓柱面型微透鏡加工裝置及其加工方法制造方法及圖紙

一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置及其加工方法。本發(fā)明專利技術(shù)涉及基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置及其加工方法。本發(fā)明專利技術(shù)目的是為了解決目前加工微透鏡的方法存在的可控性差、效率低、難以制造圓柱面型透鏡以及噴墨打印加工方法對墨水原料的粘度要求高的問題。產(chǎn)品包括氣壓控制器、注射器針管、微噴嘴、基底、三軸線性運(yùn)動平臺、控制驅(qū)動器、光學(xué)顯微鏡、COMS相機(jī)和計算機(jī)。方法：一、材料裝填及裝置連接；二、基底疏水處理；三、加工；四、固化。本發(fā)明專利技術(shù)提出的基于擠壓打印的微透鏡加工方法具有良好的可控性及靈活性，可有效實(shí)現(xiàn)微透鏡尺寸及形狀的調(diào)節(jié)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置及其加工方法。
技術(shù)介紹
微透鏡及微透鏡陣列在光學(xué)通信、生物醫(yī)學(xué)成像、投影光刻、激光光束整形等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，制造微透鏡的方法有光刻膠回流技術(shù)、激光直寫、熱壓成型、液滴噴墨等方法。其中基于液滴噴墨的微透鏡加工方法在球面型透鏡的加工中應(yīng)用較為廣泛。然而，噴墨打印微透鏡加工方法仍然存在許多局限性，例如：噴墨打印方法只能加工球面型微透鏡，難以制造圓柱面型透鏡；難以在浸潤性相同的基底上實(shí)現(xiàn)不同直徑球面型微透鏡的制造；此外，噴墨打印加工方法對采用的墨水原料的粘度有著很高的要求，限制了低粘度原材料的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的是為了解決目前加工微透鏡的方法存在的可控性差、效率低、難以制造圓柱面型透鏡以及噴墨打印加工方法對墨水原料的粘度要求高的問題，而提供一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置及其加工方法。本專利技術(shù)的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置包括氣壓控制器、注射器針管、微噴嘴、基底、三軸線性運(yùn)動平臺、控制驅(qū)動器、光學(xué)顯微鏡、COMS相機(jī)和計算機(jī)；所述注射器針管一端與氣壓控制器相連，所述注射器針管另一端與微噴嘴相連；所述控制驅(qū)動器的一個通信端口與三軸線性運(yùn)動平臺相連，所述控制驅(qū)動器的另一個通信端口與計算機(jī)相連；所述COMS相機(jī)設(shè)置在光學(xué)顯微鏡上以獲得圖像信息，所述COMS相機(jī)的信號輸出端與計算機(jī)相連；所述基底固定在三軸線性運(yùn)動平臺上。本專利技術(shù)的利用一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置加工基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡的方法按以下步驟進(jìn)行：一、材料裝填及裝置連接：將可固化預(yù)聚物裝入注射器針管中，然后將基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置連接好；二、基底疏水處理：將基底進(jìn)行超聲清洗后用氮?dú)獯蹈桑缓笤诨咨暇鶆驀娡砍杷浪畡?，再在超疏水防水劑表面均勻噴涂全氟辛烷磺酸溶液，加熱烘干后，形成一層納米級疏水薄膜，完成基底表面的疏水處理，然后將疏水處理后的基底固定在三軸線性運(yùn)動平臺上；三、加工：通過控制驅(qū)動器驅(qū)動三軸線性運(yùn)動平臺垂直運(yùn)動，使微噴嘴與基底接觸，通過氣壓控制器調(diào)節(jié)氣壓至使可固化預(yù)聚物連續(xù)穩(wěn)定的從微噴嘴中擠出，然后按照計算機(jī)設(shè)定的加工參數(shù)開始進(jìn)行加工：當(dāng)使微噴嘴與基底間斷性接觸時，得到球面型微透鏡液滴；當(dāng)使微噴嘴與基底連續(xù)性接觸時，得到圓柱面型微透鏡液滴；四、固化：加工結(jié)束后，對基底上的可固化預(yù)聚物液滴進(jìn)行固化，得到基于擠壓打印的球面型或圓柱面型微透鏡。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)采用透明的、具有一定粘度的可固化預(yù)聚物作為加工原料，基于擠壓打印原理，通過氣壓驅(qū)動可固化預(yù)聚物經(jīng)過微噴嘴穩(wěn)定連續(xù)地擠出到透明基底表面，在基底表面形成球冠形液滴或圓柱面形液滴，基底表面的預(yù)聚物液滴經(jīng)過固化，直接在基底表面制造出球面型及圓柱面型平-凸微型折射透鏡。微噴嘴內(nèi)徑在幾至十幾微米范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)幾微米至幾百微米級的微透鏡及微透鏡陣列的加工。通過切換微噴嘴與基底表面的接觸模式(間斷接觸模式及連續(xù)接觸模式)，可分別實(shí)現(xiàn)球面型及圓柱面型微透鏡及其陣列的靈活加工。可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底接觸時間、微噴嘴與基底相對運(yùn)動等參數(shù)，對微透鏡的特征尺寸(球面型微透鏡半徑及圓柱形微透鏡寬度)進(jìn)行無級調(diào)控。常見的基于噴墨打印原理的加工方法是將孤立液滴分散地噴射到基底上，從而形成微透鏡液滴，但該方法只能用于球面型微透鏡的制造，并且無法實(shí)現(xiàn)同一基底上球面型透鏡半徑的無級調(diào)整。不同于噴墨打印的加工方法，在本專利技術(shù)提出的基于擠壓打印的加工方法中，可固化預(yù)聚物被穩(wěn)定連續(xù)地擠出到基底上，通過控制各種加工參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)微透鏡特征尺寸的無級調(diào)整。此外，微噴嘴與基底之間具有兩種接觸模式，可以分別實(shí)現(xiàn)兩種微透鏡的加工。當(dāng)微噴嘴與基底之間采用間斷接觸模式時，可以實(shí)現(xiàn)球面型微透鏡及其陣列的加工，并可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底接觸時間，改變每個接觸點(diǎn)上預(yù)聚物液滴的體積，從而無級的調(diào)控球面型微透鏡半徑大??；當(dāng)微噴嘴與基底之間采用連續(xù)接觸模式時，可以實(shí)現(xiàn)圓柱面型微透鏡及其陣列的加工，可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底相對運(yùn)動速度，改變線性預(yù)聚物液滴的線密度，從而無級的調(diào)控圓柱面型微透鏡的寬度。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為試驗(yàn)二得到的球面型微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；其中10為可固化預(yù)聚物，↓代表氣壓方向，↑代表微噴嘴3相對于基底4的運(yùn)動方向；圖3為試驗(yàn)三得到的圓柱面型微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；其中10為可固化預(yù)聚物，↓代表氣壓方向，→代表微噴嘴3相對于基底4的運(yùn)動方向。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置包括氣壓控制器1、注射器針管2、微噴嘴3、基底4、三軸線性運(yùn)動平臺5、控制驅(qū)動器6、光學(xué)顯微鏡7、COMS相機(jī)8和計算機(jī)9；所述注射器針管2一端與氣壓控制器1相連，所述注射器針管2另一端與微噴嘴3相連；所述控制驅(qū)動器6的一個通信端口與三軸線性運(yùn)動平臺5相連，所述控制驅(qū)動器6的另一個通信端口與計算機(jī)9相連；所述COMS相機(jī)8設(shè)置在光學(xué)顯微鏡7上以獲得圖像信息，所述COMS相機(jī)8的信號輸出端與計算機(jī)9相連；所述基底4固定在三軸線性運(yùn)動平臺5上。本實(shí)施方式的氣壓控制器1可提供0-600kPa的氣壓，可驅(qū)動針管中的紫外固化預(yù)聚物經(jīng)由噴嘴連續(xù)均勻擠出，改變氣壓大小，可調(diào)節(jié)流出速率。通過視覺反饋實(shí)時監(jiān)測加工過程和可固化預(yù)聚物的擠出情況，保證加工過程的順利進(jìn)行。本實(shí)施方式采用透明的、具有一定粘度的可固化預(yù)聚物作為加工原料，基于擠壓打印原理，通過氣壓驅(qū)動可固化預(yù)聚物經(jīng)過微噴嘴穩(wěn)定連續(xù)地擠出到透明基底表面，在基底表面形成球冠形液滴或圓柱面形液滴，基底表面的預(yù)聚物液滴經(jīng)過固化，直接在基底表面制造出球面型及圓柱面型平-凸微型折射透鏡。微噴嘴內(nèi)徑在幾至十幾微米范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)幾微米至幾百微米級的微透鏡及微透鏡陣列的加工。通過切換微噴嘴與基底表面的接觸模式(間斷接觸模式及連續(xù)接觸模式)，可分別實(shí)現(xiàn)球面型及圓柱面型微透鏡及其陣列的靈活加工。可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底接觸時間、微噴嘴與基底相對運(yùn)動等參數(shù)，對微透鏡的特征尺寸(球面型微透鏡半徑及圓柱形微透鏡寬度)進(jìn)行無級調(diào)控。常見的基于噴墨打印原理的加工方法是將孤立液滴分散地噴射到基底上，從而形成微透鏡液滴，但該方法只能用于球面型微透鏡的制造，并且無法實(shí)現(xiàn)同一基底上球面型透鏡半徑的無級調(diào)整。不同于噴墨打印的加工方法，在本實(shí)施方式提出的基于擠壓打印的加工方法中，可固化預(yù)聚物被穩(wěn)定連續(xù)地擠出到基底上，通過控制各種加工參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)微透鏡特征尺寸的無級調(diào)整。此外，微噴嘴與基底之間具有兩種接觸模式，可以分別實(shí)現(xiàn)兩種微透鏡的加工。當(dāng)微噴嘴與基底之間采用間斷接觸模式時，可以實(shí)現(xiàn)球面型微透鏡及其陣列的加工，并可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底接觸時間，改變每個接觸點(diǎn)上預(yù)聚物液滴的體積，從而無級的調(diào)控球面型微透鏡半徑大小；當(dāng)微噴嘴與基底之間采用連續(xù)接觸模式時，可以實(shí)現(xiàn)圓柱面型微透鏡及其陣列的加工，可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底相對運(yùn)動速度，改變線性預(yù)聚物液滴的線密度，從而無級的調(diào)控圓柱面型微透鏡的寬度。具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述微噴嘴3通過本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置，其特征在于一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置包括氣壓控制器(1)、注射器針管(2)、微噴嘴(3)、基底(4)、三軸線性運(yùn)動平臺(5)、控制驅(qū)動器(6)、光學(xué)顯微鏡(7)、COMS相機(jī)(8)和計算機(jī)(9)；所述注射器針管(2)一端與氣壓控制器(1)相連，所述注射器針管(2)另一端與微噴嘴(3)相連；所述控制驅(qū)動器(6)的一個通信端口與三軸線性運(yùn)動平臺(5)相連，所述控制驅(qū)動器(6)的另一個通信端口與計算機(jī)(9)相連；所述COMS相機(jī)(8)設(shè)置在光學(xué)顯微鏡(7)上以獲得圖像信息，所述COMS相機(jī)(8)的信號輸出端與計算機(jī)(9)相連；所述基底(4)固定在三軸線性運(yùn)動平臺(5)上。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置，其特征在于一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置包括氣壓控制器(1)、注射器針管(2)、微噴嘴(3)、基底(4)、三軸線性運(yùn)動平臺(5)、控制驅(qū)動器(6)、光學(xué)顯微鏡(7)、COMS相機(jī)(8)和計算機(jī)(9)；所述注射器針管(2)一端與氣壓控制器(1)相連，所述注射器針管(2)另一端與微噴嘴(3)相連；所述控制驅(qū)動器(6)的一個通信端口與三軸線性運(yùn)動平臺(5)相連，所述控制驅(qū)動器(6)的另一個通信端口與計算機(jī)(9)相連；所述COMS相機(jī)(8)設(shè)置在光學(xué)顯微鏡(7)上以獲得圖像信息，所述COMS相機(jī)(8)的信號輸出端與計算機(jī)(9)相連；所述基底(4)固定在三軸線性運(yùn)動平臺(5)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置，其特征在于所述微噴嘴(3)通過用拉針儀將直徑為1mm的毛細(xì)玻璃管從中間拉斷制備而成；且所述微噴嘴(3)噴嘴口內(nèi)徑為5μm～20μm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置，其特征在于所述微噴嘴(3)與注射器針管(2)之間采用粘接的方式進(jìn)行連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置，其特征在于所述基底(4)材質(zhì)為透明的疏水材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置，其特征在于所述基底(4)為透明玻璃基底。6.利用權(quán)利要求1所述的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置加工基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡的方法，其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行：一、材料裝填及裝置連接：將可固化預(yù)聚物裝入注射器針管(2)中，然后將基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置連接好；二、基底疏水處理：將基底(4)進(jìn)行超聲清洗后用氮?dú)獯蹈?，然后在基?4)上均勻噴涂超疏水防水劑，再在超疏水防水劑表面均勻...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：榮偉彬，邢濟(jì)堯，孫定，王樂鋒，孫立寧，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23