[发明专利]一种光学微孔板的制作方法

说明书

本发明是光学仪器上使用的光学微孔板的制作方法改进，属于光学技术领域。

光学微孔板是光学仪器上广泛应用的一种成像光学元件，在其微孔板上制作光学准直孔和成像针孔是决定其性能的关键。通常制作光学准直孔和成像针孔的方法主要有：激光打孔、电火花打孔和机械打孔。这几种方法制作出的孔存在有以下问题：①其制作的最小孔径为20μm-50μm，同行都懂得孔径越小其光学分辨率越高，所以其无法保证较高的成像分辨率；②所制作出的孔形状不规则，特别是激光打孔，孔周围的锯齿状破口现象严重；③所制作出的孔径和孔间距误差很大，特别是针孔阵列更无法保证其孔间的位置公差，一致性很差。由于这些问题的存在，使得许多光学仪器的性能长期得不到提高。

本发明的目的是提供一种光学微孔板的微孔制作方法，以解决上述存在问题，使制作出的微孔孔径小、平整、光滑、误差小、一致性好。

本发明是按以下技术方案实现的，选用易腐蚀和耐腐蚀两种玻璃丝，按微通道板的制作方法进行排丝、熔压、拉丝、切片和研磨，在排丝时应将易腐蚀玻璃丝排在其相应的位置；把研磨好的玻璃片置于10-20％的盐酸溶液中腐蚀，至易腐蚀玻璃完全溶解后，用清水冲洗，即得到制作好微孔的光学微孔板。其中所述的易腐蚀和耐腐蚀两种玻璃材料的膨胀系数应相近，扩散度应尽量地小，并要求易腐蚀玻璃材料的粘度较大；排丝时易腐蚀玻璃丝的位置就是制成微孔板上微孔的相应位置，微孔的孔径是根据所采用易腐蚀玻璃丝截面尺寸和排丝用所有玻璃丝截面尺寸及拉丝最终形成玻璃丝的截面尺寸计算得出；腐蚀用的盐酸溶液浓度过大则会使耐腐蚀玻璃材料也受腐蚀，浓度太低其腐蚀时间过长，所以在本发明选择10-20％的浓度范围都是可行的，在此范围内其浓度的具体使用原则为被腐蚀的玻璃片厚则浓度高，腐蚀时间为1个小时左右。

从以上方案中可以看出，本发明与已有的微孔制作方法相比，所制作出的光学微孔板的微孔不仅孔径小、平整、光滑，而且能够保证微孔的相对位置，其误差小、一致性好。本发明的制作方法简单，孔径最小可达到2μm，能够提高光学成像的分辨率，可广泛应用于各种光学仪器的成像系统，尤其是光学阵列成像系统的应用，从而使光学仪器的性能得到提高。

以下详细叙述本发明的实施方案。

如果要使微孔板上的微孔更为圆正和平滑，在制作时使用耐腐蚀玻璃管套入易腐蚀玻璃丝的方法。耐腐蚀玻璃管的外径应与同时排丝用的耐腐蚀玻璃丝的外径一致，便于排丝；耐腐蚀玻璃管的内径应与易腐蚀玻璃丝的外径吻合，其插入的配合应尽量没有缝隙，以降低残留气泡；由于制作的微孔板较薄，而拉丝形成的玻璃棒很长，那么只要保证在这很长的玻璃棒上有一小段甚至几毫米的区间内无气泡即可切片制作，所以对插入配合的缝隙要求也不是很严格。在使用这种插套的方法后，再进行排丝、溶压、拉丝、切片、研磨和腐蚀后，所制作出的微孔由于其周边为耐腐蚀玻璃管，所以其微孔非常圆正和平滑。

如果要使微孔板上的微孔孔径制作得很小，在制作中可把排丝、熔压、拉丝的工艺再反复一次或二次。即在完成第一次拉丝后将其切成丝段，再与耐腐蚀玻璃丝一起排丝，把这含有易腐蚀玻璃芯的丝段排在其微孔相应的位置，再进行熔压、拉丝至设计要求。可以看出，在需要反复拉丝的制作中，其最后一次排丝之前的所有排丝时，把易腐蚀玻璃丝排在正中心，这样更便于以后排丝时的位置掌握；而在最后一次排丝时才把含有易腐蚀玻璃芯的丝段排在其微孔相应的位置。若采用前述的把易腐蚀玻璃丝插套入耐腐蚀玻璃管的方式，将其直接拉丝切段后再与耐腐蚀玻璃丝一起排丝也是这个范畴的例子。微孔板的大小和薄厚尺寸及微孔孔径的大小取决于所配制仪器的要求，在制作前应根据这要求进行计算和设计，以确定所选用玻璃丝的丝径、排丝所用的总丝量、拉丝时应达到的丝径，以及拉丝几次达到微孔孔径的要求。

如果需在微孔板上制作多个微孔时，在制作中若一次拉丝不能完成时，一般采用前述的把易腐蚀玻璃丝插套入耐腐蚀玻璃管直接拉丝切段后，再与耐腐蚀玻璃丝一起排丝的方式，同样是在最后一次排丝时才把含有易腐蚀玻璃芯的丝段排在其微孔相应的位置，这样更利于确定孔间的相对位置，并降低孔间距的误差。所以可以看出微孔间距误差的大小取决于排丝的准确性，一般只要排丝准确其误差可控制在2％之内。

本发明中玻璃材料的选择范围很广，如耐腐蚀玻璃材料可选普通玻璃、4号玻璃、高铅玻璃、钛酸钡陶瓷等等，易腐蚀玻璃材料可选硼硅玻璃、硼镧玻璃等。在具体制作中材料的选择应考虑微孔板应用的要求，如微孔板需防止X射线的透过，则选高铅玻璃。