教師資料查詢 | 類別: 研究報告 | 教師: 趙崇禮 CHAO CHOUNG-LII (瀏覽個人網頁)

標題:精密模造玻璃繞射光學元件及非球面透鏡陣列之超硬模具製作與相關製程開發
學年97
學期1
出版(發表)日期2009/01/01
作品名稱精密模造玻璃繞射光學元件及非球面透鏡陣列之超硬模具製作與相關製程開發
作品名稱(其他語言)Fabrication Processes of Ultra-Hard Mold Inserts for Molding Precision Glass Does and Aspheric Lens Array
著者趙崇禮; 馬廣仁
單位淡江大學機械與機電工程學系
描述計畫編號NSC98-2221-E032-007;研究期間200908~201007;研究經費626,000
委託單位行政院國家科學委員會
摘要隨著光電、半導體、精密機械等工業快速發展,在輕薄短小的同時亦對精度及性能 要求提升,因此高精度且具特殊形狀之工件需求量是與日俱增。在光學元件方面其由平 面 -> 球面 -> 非球面 -> 自由曲面(非軸對稱)之發展趨勢亦在提升性能表現之要求下 明晰易見。也就是說,在許多之應用中非球面/軸對稱之光學元件已不能滿足學術/工業 上之需求。球面/非球面透鏡陣列及繞射光學元件即是因應此一變革下的產物。其中球 面/非球面透鏡陣列在光通訊、光計算、光纖耦合等領域已廣泛運用,近來在節能減碳 之大趨勢下其在LED 照明、太陽能集能模組等範疇上之需求亦大幅成長。在如此的背 景下,發展低成本、高精度的非球面光學玻璃元件成型技術已成為市場上勝敗關鍵。玻 璃模造技術被視為最有機會製作出高解析度、穩定性佳、具量產性且成本較低廉的非球 面玻璃透鏡,玻璃模造技術中最關鍵的問題,除了需不斷開發有高折射率、低軟化溫度 的玻璃的精密玻璃外,具高溫化學穩定性及高溫硬度之超硬模具材料的開發及其相關精 密加工技術、最佳化的加工參數設計使模具除表粗及形狀精度達到要求外其次表面之破 壞亦能減至最低以延長模具的使用壽命,使玻璃透鏡的生產成本降低,更成為產品具競 爭力的最大關鍵。若以模造溫度區分可使用之模具材料,當模造溫度在400oC 以內時不 鏽鋼將可成為適當之模具材料。當模造溫度高於500oC 時則只有採用碳化鎢、碳化矽及 玻璃碳等硬脆材料製作模具。本研究第一年將結合已有成果之非球面鏡陣列鑽石車削技 術與低溫電漿滲氮處理鋼材之技術結合;在不鏽鋼上以鑽石車削加工出作出~100% filling factor 的球面/非球面鏡陣列。此模具將用於對成型溫度較低之Low Tg 玻璃及對 IR 玻璃進行成型測試。此外,亦同時以慢刀伺服技術及加工路徑規劃對硬脆模具(碳化 鎢及碳化矽)進行輪磨加工非球面鏡陣列模仁之研究。此模具將用於對成型溫度較高之 玻璃進行成型測試。在計劃的第二年進行模造玻璃繞射光學元件之模具製作。除以成形 砂輪對超硬模具材料直接進行輪磨加工外;亦將以精密鑽石車削在不鏽鋼上以車削加工 出繞射光學元件以用於對成型溫度較低之Low Tg 玻璃及對IR 玻璃進行成型測試。此 外,也將嘗試以鑽石車削加工軟金屬(鋁合金、無氧銅)之繞射光學元件壓印模 (stamper),而後以此壓印模對塗佈於超硬模具材料上之光阻進行壓印,之後再對其進行 電漿/RIE 蝕刻以複製繞射光學元件之造型於超硬模具材料上。 Owing to the fast development in opto-electronic, semiconductor, components of high precision and customized shapes are in great demand. The optical components have evolved from planar, spherical, aspheric to free-form geometries. As a result, spherical/axial symmetrical optical components can no longer fulfill the need of academic research and industrial application. The spherical/aspheric lens arrays and diffractive optical elements (DOEs) are requested to meet the requirements. They are now widely used in optical communication, optical computing, optical coupling, LED lighting and solar energy collecting module. Glass molding process is considered to have a great potential for the mass production of glass aspheric lens array, DOE lenses of high precision and low cost. This project aims to study the fabrication processes of ultra-hard mold inserts for molding precision glass aspheric lens arrays and diffractive optical elements (DOEs). Since the stainless steel can be put to use if the molding temperature can be further lowered to below 400oC, it is included in this study to prepare for the low Tg glasses. The stainless steel will be plasma nitrided and subsequently diamond turned to generate aspheric lens arrays and diffractive optical elements (DOEs) for molding low Tg glasses. The ultra-hard mold materials(SiC, WC and GC) will be diamond ground instead. The surface integrity and wheel wear are to be examined using FESEM, Raman, XRD, AES, AFM.. and the results will be correlated to the machining parameter used. Efforts will also be made to use the SPDTed soft metal as a stamp to imprint the diffractive patterns onto the photoresist that coated on the hard mold material. The patterned mold will subsequently be RIEed to generate the DOE patterns.
關鍵字超精密鑽石車削; 玻璃模造; 玻璃模造; 繞射光學元件; 反應離子蝕刻; 非球面透鏡陣列; Precision diamond turning; Glass molding; Diffractive optical elements; Reactiveion etching; Aspheric lens array
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