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2018.06.13理大研发新型精密光学微结构微压印设备

李荣彬教授及李莉华博士(左二及三) 与研究团队成员新型精密光学微结构微压印设备原型机利用理大的新技术制作的玻璃光学元件

香港理工大学(理大)研发出一种新型微压印设备,用于制造具高质影像及高解像度的精密玻璃镜片,并能在玻璃上压印超精密光学微结构,以配合不同领域的先进光学仪器和设备所需,应用范畴广阔,涵盖天文、国防、医学扫描,以至日常消费产品如相机、手提电话等。是项发明远较传统技术及设备环保,可节省60倍电力,制造成本亦同时减少三分之二。

这项创新设备由理大的超精密加工技术国家重点实验室伙伴实验室研究人员研发,早前在瑞士日内瓦举行的「第四十六届国际发明展」赢得金奖,项目获创新及科技基金资助,并已取得八项专利。

玻璃光学学元件的制作困难,其所需要的模制温度较塑料光学材料高得多,且需采用极难加工的硬质合金模具;要将小至微米尺寸的玻璃微结构(1微米= 1百万分之一米)压印于微纳米光学元件上更是困难重重。然而,随着现今先进光学系统对微细而具高解像度的高阶镜头的需求急剧增加,使用玻璃光学元件来取代透光度相对低的光学聚合物,已是大势所趋。以DVD高清光学拾取镜头为例,其尺寸小至0.9微米,如果以传统的平版印刷技术大量生产,设备的安装成本非常高昂,但出产的镜头的精密度却远低于以模制或压印技术生产的成品。目前,中国的光学镜片产量全球最高,但碍于制作高阶产品的技术限制,中国镜片全球总销售值仍低于欧洲和日本。

理大工业及系统工程学系李荣彬教授及李莉华博士领导的团队,研发含类石墨烯涂层的新型精密微纳印压设备,利用自家研发的加热技术及创新的模具设计,可生产出具微米级微结构的玻璃光学元件。传统的玻璃压印设备通常体积较大,并采用红外线加热技术,需要消耗大量能源。理大的新颖设计则更为环保、成本更低。

采用类石墨烯涂层能更精确快速地加热光学玻璃,因而能降低压印过程的能量消耗,并且减少热膨胀和模具变形。研究团队同时开发出控制和监测软件,可即时在网上读取温度读数,从而微调和调整过程参数,因而缩短生产时间。与传统红外线设备相比,这项新技术可节省高达60倍的电力,并将制作成本降低至原来的三分之一。石墨烯是具有高耐磨特性的导电材料,有助在压印过程后顺利将玻璃工件从模具剥离,以及在玻璃基板上复制微米精度的微图案。

这新颖的精密玻璃压印设备可广泛应用于光学电子产品,包括手机和相机镜头、DVD拾取镜头、微型往复式镜头、雷射印表机的f-theta镜头、投影电视放大镜、光通信V沟槽基板、微镜阵列,以及用于收集和追踪太阳能的菲涅尔透镜。在光场光学领域,这新颖技术亦具巨大发展潜力,例如应用于3D摄像头、三维机器人视察系统、远距离拍摄和低空无人机探测的镜头、安全监控系统等。

-完-

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李莉华博士

理大超精密加工技术国家重点实验室伙伴实验室

Email3400 3876
Emaillihua.li@polyu.edu.hk
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