专利名称：在凹球面上生成纬线相交网格图形的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在曲面元件上制备微细线条图形的装置，特别涉及一种在凹球面
上生成纬线相交网格图形的装置。
背景技术：
球形整流罩在透过制导(或观测)光学波段的同时也成为外界电磁干扰(或内部 电磁辐射)的主要通道，在其内表面(深凹球面)上制备金属网栅膜可以有效屏蔽电磁干 扰，要满足深凹球面上制作金属网栅膜的布线要求，首先就要在深凹球面上生成微细线条 的网格图形。 曲面基底上微细图形的制作也常用树脂转移模法把平面图形移植到曲面上去。它 的主要优点是工艺简单，成本低；主要缺点是一般只能用于小深焦比曲面元件，精度低，误 差可达数十微米量级。而根据金属网栅膜的基本理论，网栅线宽与周期的比值越小，其性能 越高，金属网栅膜的线宽往往是越窄越好， 一般要小于10 m。所以，该法也不适合用来在曲 面上制作金属网栅膜要求的网格图形。《光学精密工程》公开了一篇论文"同心扫描法制作凹球面等距网栅的误差分 析"(杂志2006年第2期)，其中简要介绍了采用同心扫描激光直写运动方式在球形工件内 表面制作等距网栅的原理及装置，但论文所提及的直写方式和原理装置(工件侧立)仅能 在小于半球的工件凹球面上生成纬线相交网格，不能解决半球(甚至超半球)全口径图案 的刻划问题。并且，在实际系统中，即使是小于半球工件，采用工件侧立的安装方式也经常 出现直写物镜轴座结构干涉问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够在半球或超半球工件的凹面上完成全 口径纬线相交网格图案刻划的在凹球面上生成纬线相交网格图形的装置。
为了解决上述技术问题，本发明的在凹球面上生成纬线相交网格图形的装置包括 基座、水平转台、立柱、工件转轴、直写物镜、物镜轴座、配重、第一反射镜、物镜分度转轴、第 二反射镜、第三反射镜、激光快门和激光直写与校准系统；水平转台、工件转轴和物镜分度 转轴的轴线相交于球形工件的球心；球形工件安装定位在工件转轴上，工件转轴安装在立 柱上，立柱安装定位水平转台上，工件转轴的轴线与水平转台的轴线之间的夹角a在0° 和90°之间；球形工件可绕工件转轴的轴线转动，也可通过工件转轴和立柱绕水平转台的 轴线转动；水平转台安装在基座上，可相对于基座绕自身轴线转动；直写物镜和第一反射 镜安装定位在物镜分度转轴上，物镜分度转轴安装在物镜轴座上，直写物镜、第一反射镜和 物镜分度转轴可绕物镜分度转轴的轴线转动；激光直写与校准系统出射的激光经激光快 门入射到第二反射镜，再经第三反射镜、第一反射镜导入直写物镜，聚焦在球形工件的凹面 上；物镜轴座与基座固连为一体。 直写物镜随物镜分度转轴转动；直写物镜每转动到一个设定角度，控制球形工件随水平转台转动；在球形工件转动过程中，控制激光快门的开启和关闭，使直写物镜焦斑在 球形工件凹面上刻划出一条纬线；重复该过程直至完成球形工件凹面顶点与最低点之间纬 线的刻划。然后球形工件随工件转轴转动180° 。直写物镜随物镜分度转轴转动；直写物 镜每转动到一个设定角度，控制球形工件随水平转台转动；在球形工件转动过程中，控制激 光快门的开启和关闭，使直写物镜焦斑在通过球形工件凹面顶点的纬线与球形工件口径边 缘构成的区域内刻划纬线；重复该过程直至完成该区域内纬线的刻划。最后，球形工件随工 件转轴转动90° ，重复上述过程，直至生成球形工件凹面全口径纬线相交网格，激光直写结 束。 本发明采用球形工件倾斜安装的形式，通过单组讳线刻划直至生成一条通过球形 工件凹面顶点的纬线时旋转工件180° ，再接续对通过球形工件凹面顶点的纬线与球形工 件口径边缘构成的区域进行纬线刻划，解决了直写物镜转至球面穹顶时线速度为零曝光量 无法控制的问题，将加工范围扩展至半球，甚至超半球，有效地解决了半球及超半球工件全 口径纬线相交网格刻划的问题。本发明也适用于小半球工件凹球面纬线相交网格的刻划。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的在凹球面上生成纬线相交网格图形的装置的主视图。 图2为本发明的在凹球面上生成纬线相交网格图形的装置的俯视图。 图3为本发明的在凹球面上生成纬线相交网格图形的装置结构的后视图。 图4 (a)、图4 (b)、图4 (c)、图4 (d)为在球形工件凹面上生成纬线过程的投影图。
具体实施例方式
下面以半球形工件纬线相交网格的刻划为例，对本发明作详细说明，但这不能限 制本发明的保护范围。 如图1、2、3所示，本发明的凹球面纬线相交网格图形的激光直写装置包括基座1、 水平转台2、立柱3、工件转轴4、直写物镜6、物镜轴座7、第一反射镜9、物镜分度转轴10、激 光快门13、激光直写与校准系统14、第二反射镜ll，第三反射镜12。 工件转轴4、水平转台2和物镜分度转轴10的轴线相交于球形工件5的球心；球形 工件5安装定位在工件转轴4上，工件转轴4安装在立柱3上，立柱3安装定位水平转台2 上(工件转轴4的轴线与水平转台2的轴线之间的夹角a在0°和90°之间，该夹角取决 于深凹球面几何参数和装置结构空间的大小，本实施方式采用a =45° );球形工件5可 绕工件转轴4的轴线转动，也可通过工件转轴4和立柱3绕水平转台2的轴线转动；为了力 学平衡，配重8固定在水平转台2上与立柱3对称的位置上。水平转台2安装在基座1上， 通过径向钢球和轴向钢球与基座1活动连接，可相对于基座1转动；直写物镜6和第一反射 镜9安装定位在物镜分度转轴10上，物镜分度转轴10安装在物镜轴座7上，直写物镜6、 第一反射镜9和物镜分度转轴10可绕物镜分度转轴10的轴线转动；第二反射镜11和第三 反射镜12固定在物镜轴座7上，物镜轴座7与基座1固连为一体；激光直写与校准系统14 出射的激光经激光快门13入射到第二反射镜ll，再经第三反射镜12、第一反射镜9导入直 写物镜6，聚焦在球形工件5的凹面上。
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如图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)所示，本发明的工作过程关闭激光快门13，
直写物镜6随物镜分度转轴10逆时针转动至球形工件最低点以上的设定位置处；然后球形
工件5随水平转台2转动至刻划口径外左下边缘的第一点A与直写物镜焦斑重合；打开激 光快门13，球形工件5随水平转台2逆时针(俯视)转动至球形工件5刻划口径外右下边 缘的第二点B与直写物镜焦斑重合；关闭激光快门13，直写物镜6随物镜分度转轴10逆时 针转动一个设定角度，球形工件5随水平转台2顺时针(俯视)转动，至直写物镜焦斑与球 形工件5刻划口径边缘外的第三点C重合；打开激光快门13，球形工件5随水平转台2顺 时针(俯视)转至刻划口径边缘外的第四点D与直写物镜焦斑重合；重复此过程，直至刻划
出一条通过球形工件凹面顶点的讳线，关闭激光快门13 ;此时通过球形工件凹面顶点的讳
线与球形工件边缘构成一个圆形区域； 球形工件5随工件转轴4逆时针(或顺时针)转动180° ; 直写物镜6随物镜分度转轴10转动一个设定角度；球形工件5随水平转台2逆时 针(俯视)转至直写物镜焦斑与圆形区域边缘上的第五点P重合；打开激光快门13，球形 工件5随水平转台2转至直写物镜焦斑与该圆形区域边缘上的第六点M重合，关闭激光快 门13 ;直写物镜6随物镜轴座7顺时针转动一个设定角度；球形工件5随水平转台2转动， 至直写物镜焦斑与圆形区域边缘上的第七点N重合；打开激光快门13，球形工件5转至直 写物镜焦斑与该圆形区域边缘上的第八点Q重合，关闭激光快门13 ;重复此过程，直至完成 圆形区域内纬线的刻划，关闭激光快门； 将球形工件绕旋转轴BB'逆时针(或顺时针)转动90° ，重复上述过程，直至完成 球形工件凹面全口径生成纬线相交网格，激光直写结束。
权利要求
一种在凹球面上生成纬线相交网格图形的装置，其特征在于包括基座(1)、水平转台(2)、立柱(3)、工件转轴(4)、直写物镜(6)、物镜轴座(7)、配重(8)、第一反射镜(9)、物镜分度转轴(10)、第二反射镜(11)、第三反射镜(12)、激光快门(13)和激光直写与校准系统(14)；水平转台(2)、工件转轴(4)和物镜分度转轴(10)的轴线相交于球形工件(5)的球心；球形工件(5)安装定位在工件转轴(4)上，工件转轴(4)安装在立柱(3)上，立柱(3)安装定位水平转台(2)上，工件转轴(4)的轴线与水平转台(2)的轴线之间的夹角α在0°和90°之间；球形工件(5)可绕工件转轴(4)的轴线转动，也可通过工件转轴(4)和立柱(3)绕水平转台(2)的轴线转动；水平转台(2)安装在基座(1)上，可相对于基座(1)绕自身轴线转动；直写物镜(6)和第一反射镜(9)安装定位在物镜分度转轴(10)上，物镜分度转轴(10)安装在物镜轴座(7)上，直写物镜(6)、第一反射镜(9)和物镜分度转轴(10)可绕物镜分度转轴(10)的轴线转动；激光直写与校准系统(14)出射的激光经激光快门(13)入射到第二反射镜(11)，再经第三反射镜(12)、第一反射镜(9)导入直写物镜(6)，聚焦在球形工件(5)的凹面上；物镜轴座(7)与基座(1)固连为一体。
全文摘要
本发明涉及一种在凹球面上生成纬线相交网格图形的装置，该装置水平转台、工件转轴和物镜分度转轴的轴线相交于球形工件的球心；球形工件固定在工件转轴上，工件转轴倾斜安装在立柱上，立柱固定在水平转台上；球形工件可绕工件转轴轴线转动，也可通过工件转轴和立柱绕水平转台轴线转动；水平转台安装在基座上，可相对于基座转动；直写物镜和反射镜固定在物镜分度转轴上，可绕物镜分度转轴轴线转动，物镜分度转轴安装在物镜轴座上；物镜轴座与基座固连为一体；激光直写与校准系统出射的激光经激光快门入射到反射镜，经反射镜导入直写物镜，聚焦在球形工件的凹面上。本发明有效地解决了半球及超半球工件全口径纬线相交网格刻划的问题。
文档编号B23K26/00GK101733546SQ200910218069
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者冯晓国, 梁凤超, 赵晶丽, 高劲松 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所