一种自适应多层控光结构的耦合对位系统与工艺流程的制作方法

本发明涉及静态光场显示，尤其涉及一种自适应多层控光结构的耦合对位系统与工艺流程。

背景技术：

1、三维显示技术、计算成像技术和光谱分析技术等领域对复合控光结构的多层精确叠加提出了高要求，尤其是在光场显示系统、计算成像系统等复杂光学系统中，对光束相位的精确调控成为关键技术需求。微棱镜阵列、微透镜阵列、柱镜光栅阵列、狭缝光栅阵列等基础控光结构通过耦合构造形成复合光栅结构。

2、然而，在这些基础控光结构进行多层对位耦合的过程中，必须在各层结构之间添加胶层以实现稳定耦合。鉴于参与耦合的多种材料间存在较大的材料膨胀系数差异，这种差异导致耦合对位精度难以满足高精度光学系统的需求，最终影响复合光栅的制作精度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自适应多层控光结构的耦合对位系统与工艺流程，以解决现有复合光栅生产过程中遇到的耦合对位精度不足的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种自适应多层控光结构的耦合对位系统，包括局部加热器阵列、设置在局部加热器阵列上方的下层金属吸附台、设置在下层金属吸附台上方的控光结构、设置在控光结构上方的透明吸附台、设置在透明吸附台上方的扫描显微镜阵列；局部加热器阵列包括局部加热器和控制器，所述控制器用于控制每个局部加热器的加热温度，从而对周围介质加热。下层金属吸附台具有良好的导热性能，其利用空气流动速度差形成气压差，实现对平面材料的吸附；上层透明吸附台具有较好的光透过性，其材料折射率低，同时利用空气流动速度差形成气压差，实现对平面材料的吸附；扫描显微镜阵列由一列显微镜构成，其显微镜具有调焦能力，可以透过透明吸附台采集平面材料对位信息。

3、进一步地，下层金属吸附台与局部加热器阵列之间设置有预定距离，局部加热器不对金属吸附台直接加热。下层金属吸附台设置有贯通的细小孔洞，空洞下方空气流通，使得下方气压低于上方气压，从而对控光结构进行负压吸附。当孔洞下方空气高速流动时，孔洞下方气压下降，使得控光结构紧紧吸附在金属吸附台上。每个细小孔洞对应于一个局部加热器，流动的空气被局部加热器加热，空气从细小空洞传热到吸附台上的控光结构，实现对控光结构的细微温度控制。透明吸附台设置有用于大行程低精度位移的第一控制电机，用于实现十微米级的位移精度。

4、进一步地，透明吸附台有细小空洞，空洞上方空气流通，使得上方气压低于下方气压，从而对控光结构进行负压吸附。为减小材料折射引起的显微镜信息采集误差，透明吸附台采用折射率范围为1～1.6的低折射率材料，所述吸附台厚度小于1cm；透明吸附台还设置有用于小行程高精度位移的第二控制电机，实现百纳米级的位移精度。

5、进一步地，所述扫描显微镜阵列的显微镜的焦距为2cm～4cm，其阵列在扫描开始前完成对焦，将其与待贴合的控光结构面之间的间距调整为合适的成像距离。扫描显微镜阵列扫描路径覆盖控光结构耦合面，并将采集到的信息处理后发送至局部加热器。

6、进一步地，所述控光结构的耦合面边缘设置多处位置标记，便于进行控光单元粗对位。其耦合面内部的控光结构不做标记，常见控光结构都会引起投射光的光强变化，因此其结构会产生周期性光强变化，将周期性光强变化作为标记进行对位耦合。

7、进一步地，位置标记为十字星。

8、本发明还提供了一种自适应多层控光结构的工艺流程，基于上述的耦合对位系统，所述工艺流程包括以下步骤：

9、步骤s1，负压吸附双层控光结构：上下两层吸附台将两层控光结构分别对应吸附；

10、步骤s2，双层控光结构粗对位：将分别吸附的两层控光结构进行对位，并采用人眼观察与摄像头采集对位信息，调整吸附台的位置，实现双层控光结构的粗对位；

11、步骤s3，局部加热调整控光结构：下层金属吸附台下的局部加热阵列调节自身温度，控制下层金属吸附台不同位置形成温度差异，采用扫描显微镜阵列在上层透明吸附台上扫描，根据扫描结果局部加热阵列进行调整，以控制下层控光结构的膨胀；

12、步骤s4，双层控光结构精准对位：当扫描显微镜阵列扫描发现双层控光单元对位标记线之间完全重合时，处理控光结构上附着的胶层，进行完全贴合，并用消泡机进行处理；

13、步骤s5，多层的控光结构叠加：将贴合好的双层的控光结构吸附，将下一层需要贴合的控光结构吸附到另一吸附台，并重新按照双层吸附流程操作。从而完成多层控光结构的精确耦合对位，满足三维显示与计算成像等应用领域的高精度控光需求。

14、进一步地，在步骤s2之前，还包括：

15、步骤101，从双层控光结构耦合面边缘注入uv胶水，采用uv胶贴合双层控光结构的耦合面，并采用消泡机消除气泡；

16、步骤102，随后通过第一控制电机移动下层金属吸附台完成双层控光结构粗对位，通过第二控制电机移动透明吸附台，并对局部加热器阵列进行温度控制，控制下层控光结构不同位置的膨胀率，伴随扫描显微镜阵列扫描调控；

17、步骤103，在透明吸附台上层进行uv照射，固化双层控光结构。

18、本发明提供的一种自适应多层控光结构的耦合对位系统与工艺流程具有以下优点：

19、提高耦合精度：通过控制单层控光结构的膨胀程度实现双层控光结构的耦合对准，然后完成双层控光结构的贴合，随后进行重复双层控光结构的耦合对准过程，使得更多层控光结构完成耦合对位及贴合，从而实现高精度的复合控光结构的制备；通过局部加热器阵列对控光结构周围介质进行精确控温，配合下层金属吸附台和上层透明吸附台的吸附能力，可以实现控光结构的精确对位。尤其适用于微棱镜阵列、微透镜阵列等复杂控光结构的生产，对提高最终产品的光学性能至关重要。

20、适应性强：通过对不同控光结构和材料特性的自适应调节，能够有效应对由于材料膨胀系数差异所带来的对位偏差，确保了不同材料在多层耦合过程中的精确对位，从而适应多种材料和结构的生产需求。

21、提高生产效率：通过集成扫描显微镜阵列实时监测对位情况，配合自动化控制系统调整对位参数，可以显著提高生产过程的自动化程度和效率，减少人为操作错误，缩短生产周期。

22、优化光学性能：该系统确保了控光结构之间的高精度对位，从而最大限度地提高了复合光栅等光学元件的性能，包括光学分辨率、光谱响应等关键光学指标，对提升最终光学系统的整体性能具有重要意义。

23、降低生产成本：通过改善对位精度和生产效率，减少了生产过程中的废品率和二次加工需求，从而降低了生产成本，提高了经济效益。

24、总之，本发明针对现存的复合光栅生产面临的耦合对位精度不足的问题，设计了新型的生产硬件系统与对位贴合的工艺流程，解决了现存的制备工艺难题。为复合控光结构的高精度、高效率生产提供了有效的解决方案，特别适用于三维显示技术、计算成像技术、光谱分析技术等先进光学技术领域。

技术特征：

1.一种自适应多层控光结构的耦合对位系统，其特征在于，包括局部加热器阵列(10)、设置在局部加热器阵列(10)上方的下层金属吸附台(20)、设置在下层金属吸附台(20)上方的控光结构(30)、设置在控光结构(30)上方的透明吸附台(40)、设置在透明吸附台(40)上方的扫描显微镜阵列；局部加热器阵列(10)包括局部加热器(11)和控制器，所述控制器用于控制每个局部加热器(11)的加热温度，从而对周围介质加热。

2.根据权利要求1所述的自适应多层控光结构的耦合对位系统，其特征在于，所述下层金属吸附台(20)与局部加热器阵列(10)之间设置有预定距离，所述下层金属吸附台(20)设置有贯通的细小孔洞(21)，每个细小孔洞(21)对应于一个局部加热器(11)；所述透明吸附台(40)设置有用于大行程低精度位移的第一控制电机，用于实现十微米级的位移精度。

3.根据权利要求2所述的自适应多层控光结构的耦合对位系统，其特征在于，所述透明吸附台(40)设置有用于细小空洞(41)，用于对控光结构(30)进行负压吸附；所述透明吸附台(40)采用折射率范围为1～1.6的低折射率材料，所述吸附台厚度小于1cm；所述透明吸附台(40)还设置有用于小行程高精度位移的第二控制电机，实现百纳米级的位移精度。

4.根据权利要求1所述的自适应多层控光结构的耦合对位系统，其特征在于，所述扫描显微镜阵列的显微镜的焦距为2cm～4cm。

5.根据权利要求2所述的自适应多层控光结构的耦合对位系统，其特征在于，所述控光结构(30)的耦合面边缘设置多处位置标记，便于进行控光单元粗对位。

6.根据权利要求5所述的自适应多层控光结构的耦合对位系统，其特征在于，所述位置标记为十字星。

7.一种自适应多层控光结构的工艺流程，基于权利要求1至6任一项所述的耦合对位系统，其特征在于，所述工艺流程包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的自适应多层控光结构的工艺流程，其特征在于，在步骤s2之前，还包括：

技术总结
本发明涉及静态光场显示技术领域，为了解决现有复合光栅生产过程中遇到的耦合对位精度不足的技术问题，本发明公开了一种自适应多层控光结构的耦合对位系统与工艺流程，包括局部加热器阵列、设置在局部加热器阵列上方的下层金属吸附台、设置在下层金属吸附台上方的控光结构、设置在控光结构上方的透明吸附台、设置在透明吸附台上方的扫描显微镜阵列；局部加热器阵列包括局部加热器和控制器，所述控制器用于控制每个局部加热器的加热温度，从而对周围介质加热。通过控制单层控光结构的膨胀程度实现双层控光结构的耦合对准，完成双层控光结构的贴合，进行重复双层控光结构的耦合对准过程，从而实现高精度的复合控光结构的制备。

技术研发人员：于迅博,张钊赫,高鑫,董昊翔,邢树军,刘博阳,高超,黄辉
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>深圳臻像科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29