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理大研發新型精密光學微結構微壓印設備

The Hong Kong Polytechnic University

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IMAGE: Professor LEE Wing Bun and Dr LI Lihua (second and third from left) with research team members view more 

Credit: The Hong Kong Polytechnic University

香港理工大學(理大)研發出一種新型微壓印設備,用於製造具高質影像及高解像度的精密玻璃鏡片,並能在玻璃上壓印超精密光學微結構,以配合不同領域的先進光學儀器和設備所需,應用範疇廣濶,涵蓋天文、國防、醫學掃描,以至日常消費產品如相機、手提電話等。是項發明遠較傳統技術及設備環保,可節省60倍電力,製造成本亦同時減少三分之二。

這項創新設備由理大的超精密加工技術國家重點實驗室夥伴實驗室研究人員研發,早前在瑞士日內瓦舉行的「第四十六屆國際發明展」贏得金獎,項目獲創新及科技基金資助,並已取得八項專利。

玻璃光學元件的製作困難,其所需要的模製溫度較塑料光學材料高得多,且需採用極難加工的硬質合金模具;要將小至微米尺寸的玻璃微結構(1微米= 1百萬分之一米)壓印於微納米光學元件上更是困難重重。然而,隨著現今先進光學系統對微細而具高解像度的高階鏡頭的需求急劇增加,使用玻璃光學元件來取代透光度相對低的光學聚合物,已是大勢所趨。以DVD高清光學拾取鏡頭為例,其尺寸小至0.9微米,如果以傳統的平版印刷技術大量生產,設備的安裝成本非常高昂,但出產的鏡頭的精密度卻遠低於以模製或壓印技術生產的成品。目前,中國的光學鏡片產量全球最高,但礙於製作高階產品的技術限制,中國鏡片全球總銷售值仍低於歐洲和日本。

理大工業及系統工程學系李榮彬教授及李莉華博士領導的團隊,研發含類石墨烯塗層的新型精密微納印壓設備,利用自家研發的加熱技術及創新的模具設計,可生產出具微米級微結構的玻璃光學元件。傳統的玻璃壓印設備通常體積較大,並採用紅外線加熱技術,需要消耗大量能源。理大的新穎設計則更為環保、成本更低。

採用類石墨烯塗層能更精確快速地加熱光學玻璃,因而能降低壓印過程的能量消耗,並且減少熱膨脹和模具變形。研究團隊同時開發出控制和監測軟件,可即時在網上讀取溫度讀數,從而微調和調整過程參數,因而縮短生產時間。與傳統紅外線設備相比,這項新技術可節省高達60倍的電力,並將製作成本降低至原來的三分之一。石墨烯是具有高耐磨特性的導電材料,有助在壓印過程後順利將玻璃工件從模具剝離,以及在玻璃基板上複製微米精度的微圖案。

這新穎的精密玻璃壓印設備可廣泛應用於光學電子產品,包括手機和相機鏡頭、DVD拾取鏡頭、微型往復式鏡頭、雷射印表機的f-theta鏡頭、投影電視放大鏡、光通信V溝槽基板、微鏡陣列,以及用於收集和追蹤太陽能的菲涅爾透鏡。在光場光學領域,這新穎技術亦具巨大發展潛力,例如應用於3D攝像頭、三維機器人視察系統、遠距離拍攝和低空無人機探測的鏡頭、安全監控系統等。

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詳情查詢:

理大超精密加工技術國家重點實驗室夥伴實驗室
李莉華博士
電話:(852) 3400-3876
電郵:lihua.li@polyu.edu.hk

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