试图在精度,微观和纳米制造领域定义任何东西时,试图在难以围绕被视为“Micro” - 光学器件的某种尺寸参数来定义任何内容。然而,在一般术语中,微光学通常是微小的透镜,束分离器,棱镜,灯管和20微米的范围内的其他光学组件,或尺寸较大,具有微米特征的更大的光学元件。

只要涉及到光,微光技术就为oem进一步小型化产品提供了可能性,增加了功能,并/或同时降低了制造成本。显微光学现在被用于一系列医疗应用,如内窥镜和眼科系统,工业检测设备,基于激光的设备和光纤通信网络,现代智能手机,以及任何使用数码相机技术的设备,环境光或接近传感器。

通常,OEM可以参与专家微型模型,以协助制造定制产品。选择过程中的钥匙是一家拥有该领域经验的公司,并理解 - 制造能力 - 所需的严格公差。然而,除了质量之外,另一个关键驾驶员还遵守往往较短的市场需求。

微光学部件的特征不仅仅是通过它们的小程度,而且还通过平坦度,具有衍射光学元件的表面浮雕特征深度(DO)在几百纳米到几微米的范围内。甚至折射微透镜阵列通常具有小于100微米的浮雕深度。这种平坦特性已经开辟了使用的生产技术,如注射成型,随着组分的增加,提供了显着的成本优势。然而,使用注射成型用于微型光学制造,需要优化设计,掌握,工具和生产步骤,意味着供应商和产品开发人员之间的密切互动是至关重要的。

注射成型技术是目前大规模生产塑料微光学零件的一种可行的制造技术。

塑料与玻璃

叠加在最近的微光学历史上是塑料作为制造材料而不是玻璃的普及。随着市场的扩大,现代光学应用的需求增加,现在在广泛的产品中发现了基于聚合物的注塑光学元件。

今天,微光学制造分为两部分:为激光、电信、医疗和计量应用提供小批量的关键部件;并为消费者市场供应高量低成本的微细光学产品。这两个领域背后的关键驱动因素是微注塑成型技术的日益成熟,以及材料方面的巨大发展,这意味着今天,复杂、微型化和以前脆弱的微光学现在变得强大,甚至可以承受消费电子行业的苛刻环境要求,包括红外(IR)回流和热冲击。塑料工作也带来了巨大的设计自由。

当需要低成本、大批量生产时,注射成型是唯一可行的制造技术。一个工具就可以批量生产塑料微光学零件(包括必要的表面光洁度),如果工艺控制足够严格,100%准确的复制可以一次又一次的运行。在玻璃制造中,情况并非如此。

另外,诸如间隔物和法兰的安装和机械特征可以集成到塑料光学部件中,从而消除了需要额外的组件和组装考虑。还可以添加独特的化妆品,功能滤波器和其他性质以增强或改善原料成型聚合物的性质,其再次不能用玻璃完成。

合作伙伴选择

整体微型微型制造部门的特点是成本高,风险高,少数合格且可靠的制造商可提供,可在所需的时间表中制造到所需的准确度,并以明智和竞争的成本为所需的准确度。与所有Niche Micro制造业一样,在合格的微光学供应商在尽可能提前从事设计过程中的微光学领域特别重要,并且被视为产品开发和制造伙伴而不是工作店。只有通过这样做并且能够在特定项目上叠加特定的微型制造和微型光学专业知识,可以实现高效且经济高效的解决方案。

在选择合格的合作伙伴时至关重要的关注是了解微视科制造具有独特的合格和专家测试和质量保证程序的必要性。在试图制造微视科设备和组件时,有许多挑战,要求OEMS选择与具有经过验证的曲目记录和多年的经验制造到最紧密的公差以及可实现的最严格的标准的公司合作。

对于生产塑料微光学生产的制造方法,注塑成型是最成熟的,尽管也可以使用紫外压花和热压性。所有这些都需要模具或压花模具来塑造光学部件。模具或压花工具的插入需要极其精确(有时到90纳米),并且具有极低的表面粗糙度特性。通常可以通过使用可用于切割具有亚微米精度的复杂光学表面的单点金刚石转向技术来实现这种公差。

通常情况下,可以使用使用传统多腔模具的精密注塑机来批量生产许多微型光学元件,但对于超精密和非常小的元件,通常需要使用专业的微型注塑机,它们通常表现出更高的注射速度,精确的注塑控制,以及对小尺寸零件的超细分辨率。

原则上,说微型光学元件(也就是说微尺度分量,没有微观特征的零件)是公平的,只是缩放了宏观光学零件。然而,这需要缩放,这需要专门的微制造机构的理解和技巧。公司可能在较大的光学元件上易于实现的机械公差可能在微光学上可能不足,其中任何变化对应于更大的误差百分比,并且可以大量地影响透镜或其他微视光度部件的性能。克服这些问题需要特别关注工具结构,例如,逐米分散的替代 - 通常 - 典型的差异。

Accumold通常协助微光学设备的设计、加工和制造,如250微米光纤透镜、平行阵列产品、demux设备和衍射透镜。该公司还拥有在塑料上添加IR、抗反射(AR)和反射涂层的减稀树脂成型经验。与运行微型光学耦合器、将透镜集成到壳体中、在四分之一波内复制透镜轮廓有关的需求,和透镜表面光洁度在50埃以内,需要有一个专门的工具专家的工作人员,以建议和优化设计的可制造性和工具的任何OEM光传输要求。

但是工具的挑战只是需要考虑的一个方面。同样重要的是成型工艺参数控制,计量设备能力,以及成型后的处理和组装。

精确控制每个循环中注入模具中的树脂的射击尺寸或树脂的体积对于维持微光学射击的精度和重复性射击并运行以运行至关重要。然而,一旦模塑,使用完全自动化和免提装配过程非常重要,克服了围绕这种微小和精致的部件的基本物流问题,同时也确保维持方向,零件没有通过触摸污染。

较大的光学部件上的微尺寸特征通常在透镜上找到,所述透镜包括小光学特征,例如具有从几微米的单个孔径到几毫米的折射元件,或由微米级产生的图案组成的衍射特征。这里,光学表面的准确性是最关键的细节,并且光学模具插入件的制造过程呈现最大的挑战。这些特征通常使用超精密技术直接加工到工具插图的基曲线上,该技术允许制造复杂的非旋转对称的光学结构。或者,它们可以使用光蚀刻技术应用。

具有微光学应用的特征的极其紧凑的公差 - 与工具建设和材料选择中的专业知识的需求相结合 - 要求在开发的合格合作伙伴中进行微型光学项目的OEM,以确保准确,及时和成本。- 制造解决方案。

本文作者Aaron Johnson是Accumold (Ankeny, IA)市场营销和客户战略副总裁。如需更多信息,请致电约翰逊先生此电子邮件地址正在受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript来查看它。或者访问这里


Photonics&Imaging Technology杂志

本文首先出现在5月,2021号问题光子和成像技术杂志。

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