光学自由曲面的超精密加工技术及应用

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ＣＭＥＳ２１１１年含膏囊光学自由曲面的超精密加工技术及应用Ｕｌｔｒａ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＯｐｔｅｃａｌＦｒｅｅｆｏｒｍａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ李荣彬杜雪张志辉高栋赵伟明（香港理工大学工业及系统工程学系先进光学制造中心）Ｔｗ２，耵√罾Ａ摘要：光学自由曲面是指非对称性、不规则、不适合用统一的光学方程式来描述的光学曲面。自由曲面光学元件在光电产品及光通讯产品中的应用日益广泛。采用多轴超精密盒刚石机床加工光学自由曲面。可达到亚微米级形状精度和纳米级表面粗糙的高精度水平。文章介绍了光学自由曲面的超精密加工技术及其在光电产品领域的应用，并开发适合几种典型光学自由曲面超精密加工的刀具轨迹自动生成软件。

关键词：超精密加工光学自由曲面刀具轨迹生成器

数码相机、传真机、扫描仪、激光雕刻机、光电显示

器、光纤通讯等光电产品和光通讯产品已形成了一个数以万亿计的全球市场。自由曲面光学元件已成为用

于光电及通讯产品的关键零部件。本文主要讨论Ｖ

形槽列阵、微镜列阵和ｆ—ｔｈｅｔａ透镜等几种具有代表

性的光学自由曲面。

Ｖ形槽光学曲面是指在基体介质上采用压痕、腐

蚀、切削等方法加工出Ｖ形的沟槽，用于光纤或光电

设备连接的光学元件。Ｖ形槽主要用于光纤接头、激

光二极管、有源波导、无源波导、ＭＥＭＳ和光电开光等

光电设备中。光纤阵列是下一代光通讯网络的关键设

备之一。如图１所示是ＳｅｎｋｏＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，

Ｉｎｃ、公司生产的光纤接头。该光纤接头的Ｖ形槽采用

精密磨削的方法加工而成，能满足高精度、高均匀性的

要求。如图２所示是ＯＺＯｐｔｉｃｓ公司生产的几种光纤

接头。Ｖ形槽在各种背光组模部件中也得到了广泛应

用。典型的背光组模主要由光源、光导通路等两部分

组成。图３表示Ｖ形槽光导通路原理示意图。

４所示是用微透镜阵列做背光组模的ＬＣＤ的结构示意图。

ｆ一山ｅｔａ透镜主要用于扫描系统进行读取和打印。

如图５所示，对于一般的光学透镜，当一束激光射向处

于透镜焦点的反射镜时，光线通过反射镜反射和透镜

折射后汇聚于透镜的像面上，其理想像高Ｙ＝，?ｔａｎ０

（其中：ｙ为像高，日为人射角／为透镜焦距），即像高，

朋１８”ｋｏ磐司生产的崩ｌｆ壹Ｉ头与入射角口的正切值成正比。这种透镜用于激光扫描微透镜阵列是指在一个平面基体上制作成一系列

系统时，由于理想像高与扫描角日之间不成线性关系，微透镜阵列，主要用于做显示设备的背光组模。如图因此以等角速度偏转的入射光束在焦平面上的扫描速＠豢黼

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