CN102207563B - 一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置及方法，属于光学器件加工领域，本发明为解决现有微柱透镜阵列的加工技术不能加工大幅面的材料，且只能采用塑料材质的问题。本发明包括滚轮式传送装置、柱状凸透镜条、紫外光准直系统、金属辊模具和UV胶滴入装置，加工工位处设置有柱状凸透镜条，加工工位的左右两侧设置有滚轮式传送装置；金属辊模具是表面为凹光栅或凸光栅的圆柱体，该圆柱体中心轴线垂直于滚轮式传送装置传送方向，金属辊模具设置在柱状凸透镜条正上方，且金属辊模具中心轴线与柱状凸透镜条中心轴线平行，紫外光准直系统发出的紫外平行光束经柱状凸透镜条会聚至金属辊模具的外表面；UV胶滴入装置设置在金属辊模具或进料侧上方。

Description

一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置及方法

技术领域

本发明涉及一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置及方法，属于光学器件加工领域。

背景技术

在平面柱透镜光栅立体画、裸眼立体显示等立体显示行业中，微柱透镜阵列的使用越来越广泛，微柱透镜阵列的生产工艺也日趋成熟和多样。微柱透镜光栅板是由一条条半径、弦长等参数均相同的柱透镜彼此相邻排列而成。目前主要以有机板(PS颗粒)或亚克力板(PMMA颗粒)为原料，采用热挤出方式制备微柱透镜光栅板，其优点在于设备比较成熟，但由于其采用将原料颗粒热融化后，通过模具辊和镜面辊之间挤出后冷却形成与模具辊互补的图案，然后冷却成型，由于材料的热胀冷缩特性在冷却过程中非均匀释放，所以这样的加工方式的缺点也是非常明显：

首先，这样的加工方式只适用于小幅面材料，对于厚度大于4mm，幅面大于1米以上的材料，几乎不能生产。

另外这样的工艺只能以塑料为原料，而不能用于生产用在立体显示器上的玻璃微柱透镜阵列，由于显示器发热，而塑料材料的膨胀系数大，因此只能采用玻璃材质的微柱透镜阵列的光栅器件。

发明内容

本发明目的是为了解决现有微柱透镜阵列的加工技术不能加工大幅面的材料，且只能采用塑料材质的问题，提供了一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置及方法。

本发明的第一种装置：一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置，它包括滚轮式传送装置、柱状凸透镜条、紫外光准直系统、金属辊模具和UV胶滴入装置，

加工工位处设置有柱状凸透镜条，加工工位的左右两侧设置有滚轮式传送装置；

金属辊模具是表面为凹光栅或凸光栅的圆柱体，且该圆柱体的中心轴线垂直于滚轮式传送装置的传送方向，金属辊模具设置在柱状凸透镜条正上方，且金属辊模具的中心轴线与柱状凸透镜条的中心轴线平行，紫外光准直系统发出的紫外平行光束经柱状凸透镜条会聚至金属辊模具的外表面；

UV胶滴入装置设置在金属辊模具上方。

基于第一种装置的加工方法，该方法包括以下步骤：

同时执行步骤一至三，然后执行步骤四：

步骤一、金属辊模具自转，UV胶滴入装置沿金属辊模具轴向移动，并同时向金属辊模具滴入UV固化胶，UV胶滴入装置的移动速度为0.5米/秒～3米/秒，UV胶滴入装置向金属辊模具滴入UV固化胶的速度为2mL/秒～30mL/秒，金属辊模具自转的速度为0.02米/秒～0.08米/秒；

步骤二、待加工的板类基材经滚轮式传送装置带动进入加工区域，传送速度为0.5米/秒～2米/秒；

步骤三、紫外光准直系统发出平行的紫外光束，经过柱状凸透镜条会聚后，在金属辊模具的表面形成一条线光源；

步骤四、到达加工工位的待加工的板类基材的上表面被金属辊模具压住，金属辊模具的凹槽内滴入的UV固化胶在所述线光源的照射下固化，形状与金属辊模具相吻合；

重复执行步骤一至步骤四，在板类基材上形成微凸柱透镜阵列板。

第二种装置：一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置，它包括滚轮式传送装置、柱状凸透镜条、紫外光准直系统、金属辊模具和UV胶滴入装置，

加工工位处设置有柱状凸透镜条，加工工位的左右两侧设置有滚轮式传送装置；

金属辊模具是表面为凹光栅或凸光栅的圆柱体，且该圆柱体的中心轴线垂直于滚轮式传送装置的传送方向，金属辊模具设置在柱状凸透镜条正上方，且金属辊模具的中心轴线与柱状凸透镜条的中心轴线平行，紫外光准直系统发出的紫外平行光束经柱状凸透镜条会聚至金属辊模具的外表面；

UV胶滴入装置设置在滚轮式传送装置的进料侧上方。

基于第二种装置的加工方法，该方法包括以下步骤：

同时执行步骤一至三，然后执行步骤四：

步骤一、金属辊模具自转，金属辊模具自转的速度为0.02米/秒～0.08米/秒；同时，待加工的板类基材经滚轮式传送装置带动进入加工区域，传送速度为0.5米/秒～2米/秒；

步骤二、UV胶滴入装置沿待加工板类基材上方作直线移动，移动方向与待加工的板类基材进给方向垂直，同时，UV胶滴入装置向待加工板类基材滴UV固化胶，UV胶滴入装置的移动速度为0.5米/秒～3米/秒，UV胶滴入装置向待加工板类基材滴UV固化胶的速度为2mL/秒～30mL/秒；

步骤三、紫外光准直系统发出平行的紫外光束，经过柱状凸透镜条会聚后，在金属辊模具的表面形成一条线光源；

步骤四、到达加工工位的待加工的板类基材的上表面被金属辊模具压住，待加工板类基材上滴入的UV固化胶在所述线光源的照射下固化，形状与金属辊模具相吻合；

重复执行步骤一至步骤四，在板类基材上形成微凸柱透镜阵列板或微凹柱透镜阵列板。

本发明的优点：

本发明提供一种采用UV固化胶(紫外光照射固化胶)生产微柱透镜阵列板的方法，UV固化胶黏剂是由预聚物，活性单体，光引发剂等为主要成分，分配以稳定剂、流平剂等助剂组成。在适当波长的UV光照射下，光引发剂迅速生产自由基或离子，引发预聚物和活性单体聚合交联成网状结构，从而完成与被粘材料的粘结。由于使用UV固化技术且为冷加工，缩短了固化时间，节约了能源，提供了生产效率，降低了成本。

采用UV固化胶材料制作微柱透镜阵列，由于其加工简单，光透过率高，热膨胀系数小，加工精度高，容易在厚的、宽的有机聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯等)板材及玻璃板上加工等优点而得到广泛应用。

附图说明

图1是实施方式一所述宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置的结构示意图；

图2是实施方式二所述宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置的结构示意图；

图3是表面为凹光栅结构的金属辊模具的结构示意图；

图4是金属辊模具局部放大图；

图5是表面为凸光栅结构的金属辊模具的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置，它包括滚轮式传送装置1、柱状凸透镜条2、紫外光准直系统3、金属辊模具4和UV胶滴入装置5，

加工工位处设置有柱状凸透镜条2，加工工位的左右两侧设置有滚轮式传送装置1；

金属辊模具4是表面为凹光栅或凸光栅的圆柱体，且该圆柱体的中心轴线垂直于滚轮式传送装置1的传送方向，金属辊模具4设置在柱状凸透镜条2正上方，且金属辊模具4的中心轴线与柱状凸透镜条2的中心轴线平行，紫外光准直系统3发出的紫外平行光束经柱状凸透镜条2会聚至金属辊模具4的外表面；

UV胶滴入装置5设置在金属辊模具4上方。

金属辊模具4为凹光栅结构，此模具为采用与所要得到的柱透镜参数一致的特殊刀具在高速旋转的金属辊(铜、铁、锡等)上雕刻而成，雕刻线条为封闭圆环，圆环深度即为柱透镜的拱高，圆环的宽度即为柱透镜的弦长，封闭圆环彼此紧密相接，如图3所示。为了增加金属模具的表面光洁度，可进行镀铬处理。

紫外光准直系统3：可以使紫外灯发出的光线变为垂直向上的平行光源。其长大于金属辊模具4的轴向有效部分的长度。

柱状凸透镜条2：使紫外光准直系统3发出的平行光线汇聚成，平行于金属辊模具4的线光源，具有一定的光强。汇聚点位于金属辊模具4的表面。

滚轮式传送装置1：板类基材6可以在其上自由滑动。本发明所指板类基材为塑料、玻璃或其他可透光材料。

具体实施方式二：下面结合图2、图3和图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置，它包括滚轮式传送装置1、柱状凸透镜条2、紫外光准直系统3、金属辊模具4和UV胶滴入装置5，

加工工位处设置有柱状凸透镜条2，加工工位的左右两侧设置有滚轮式传送装置1；

金属辊模具4是表面为凹光栅或凸光栅的圆柱体，且该圆柱体的中心轴线垂直于滚轮式传送装置1的传送方向，金属辊模具4设置在柱状凸透镜条2正上方，且金属辊模具4的中心轴线与柱状凸透镜条2的中心轴线平行，紫外光准直系统3发出的紫外平行光束经柱状凸透镜条2会聚至金属辊模具4的外表面；

UV胶滴入装置5设置在滚轮式传送装置1的进料侧上方。

所述板类基材6可以为有机类透明板，也可以为透明玻璃。或其他透明材料

所述金属辊模具4可以为微柱状凹阵列模具，相应的，所述微柱透镜阵列为微凸柱透镜阵列板。

所述金属辊模具4可以为微柱状凸阵列模具，相应的，所述微柱透镜阵列为微凹柱透镜阵列板。

具体实施方式三：本实施方式是对实施方式一或二作进一步说明，柱状凸透镜条2的轴向长度大于金属辊模具4的轴向长度。是为了保证在金属辊模具4表面的线光源足够长。

具体实施方式四：本实施方式是基于实施方式一所述一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置的加工方法，该方法包括以下步骤：

同时执行步骤一至三，然后执行步骤四：

步骤一、金属辊模具4自转，UV胶滴入装置5沿金属辊模具4轴向移动，并同时向金属辊模具4滴入UV固化胶，UV胶滴入装置5的移动速度为0.5米/秒～3米/秒，UV胶滴入装置5向金属辊模具4滴入UV固化胶的速度为2mL/秒～30mL/秒，金属辊模具4自转的速度为0.02米/秒～0.08米/秒；

步骤二、待加工的板类基材6经滚轮式传送装置1带动进入加工区域，传送速度为0.5米/秒～2米/秒；

步骤三、紫外光准直系统3发出平行的紫外光束，经过柱状凸透镜条2会聚后，在金属辊模具4的表面形成一条线光源；

步骤四、到达加工工位的待加工的板类基材6的上表面被金属辊模具4压住，金属辊模具4的凹槽内滴入的UV固化胶在所述线光源的照射下固化，形状与金属辊模具4相吻合；

重复执行步骤一至步骤四，将板类基材6的上表面全部按此工艺加工，在板类基材6上形成微凸柱透镜阵列板。

所述UV固化胶可以为氧阻聚型UV固化胶，也可为非氧阻聚兴UV固化胶。所述UV固化胶具有的特性是：不与金属粘接，即不与金属辊模具4粘接，而与玻璃、塑料等粘接的效果很好，因此，UV固化胶会很好的完成与板类基材6的粘接，与金属辊模具4清楚的分离，形成本发明所需的微柱透镜阵列板。

本工艺采用UV固化胶方式进行微透镜阵列板的生产，可以解决此类板材不能加工宽幅，和厚板及玻璃的限制。使用冷加工方法，微柱透镜阵列板具有参数稳定，光洁度高，生产效率高等特点。

通过调整UV胶的折射率来调整聚焦厚度。

具体实施方式五：本实施方式是对实施方式四作进一步说明，步骤一中UV胶滴入装置5的移动速度为1.2米/秒，UV胶滴入装置5向金属辊模具4滴入UV固化胶的速度为8mL/秒，金属辊模具4自转的速度为0.05米/秒。

具体实施方式六：本实施方式是对实施方式四作进一步说明，步骤二中传送速度为0.5米/秒。

具体实施方式七：本实施方式是基于实施方式二所述一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工装置的加工方法，该方法包括以下步骤：

同时执行步骤一至三，然后执行步骤四：

步骤一、金属辊模具4自转，金属辊模具4自转的速度为0.02米/秒～0.08米/秒；同时，待加工的板类基材6经滚轮式传送装置1带动进入加工区域，传送速度为0.5米/秒～2米/秒；

步骤二、UV胶滴入装置5沿待加工板类基材6上方作直线移动，移动方向与待加工的板类基材6进给方向垂直，同时，UV胶滴入装置5向待加工板类基材6滴UV固化胶，UV胶滴入装置5的移动速度为0.5米/秒～3米/秒，UV胶滴入装置5向待加工板类基材6滴UV固化胶的速度为2mL/秒～30mL/秒；

步骤三、紫外光准直系统3发出平行的紫外光束，经过柱状凸透镜条2会聚后，在金属辊模具4的表面形成一条线光源；

步骤四、到达加工工位的待加工的板类基材6的上表面被金属辊模具4压住，待加工板类基材6上滴入的UV固化胶在所述线光源的照射下固化，形状与金属辊模具4相吻合；

重复执行步骤一至步骤四，将板类基材6的上表面全部按此工艺加工，在板类基材6上形成微凸柱透镜阵列板或微凹柱透镜阵列板。

具体实施方式八：本实施方式是对实施方式七作进一步说明，步骤一中传送速度为0.5米/秒，金属辊模具4自转的速度为0.05米/秒。

具体实施方式九：下面结合图2至图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式七作进一步说明，步骤二中UV胶滴入装置5的移动速度为1.2米/秒，UV胶滴入装置5向待加工板类基材6滴入UV固化胶的速度为8mL/秒。

本实施方式给出一个具体的实施例，金属辊模具4选用幅面1.2米，板长2.4米，透镜弦长宽度0.8mm，槽深度0.06mm。

金属辊模具4的有效长度1.2米，在此范围内有1500根透镜槽，槽深度0.06mm。金属辊模具4的直径0.5米。金属辊模具4表面刚好与待加工的板类基材(本具体实施例选用玻璃)相接触。

每张基板上需要至少40克。为了保证固化质量，我们选择金属辊模具4自转的角速度为0.05米/秒。一张基本需要48秒即可生产完成。

我们采用在玻璃端滴下UV固化胶的方式，工作开始时，滴嘴平行于基板1.2米长的边缘直线运动。胶嘴滴移动速度1.2米/秒，胶嘴流量8/秒，共5次滴胶。每次滴胶间隔8秒，即在前一次所滴胶水快要用完时，第二次胶水已经滴入，防止结合处气泡产生，避免不良品的出现。

Claims (8)

1.一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法，其特征在于，该方法所涉及的装置包括滚轮式传送装置(1)、柱状凸透镜条(2)、紫外光准直系统(3)、金属辊模具(4)和UV胶滴入装置(5)，

加工工位处设置有柱状凸透镜条(2)，加工工位的左右两侧设置有滚轮式传送装置(1)；

金属辊模具(4)是表面为凹光栅或凸光栅的圆柱体，且该圆柱体的中心轴线垂直于滚轮式传送装置(1)的传送方向，金属辊模具(4)设置在柱状凸透镜条(2)正上方，且金属辊模具(4)的中心轴线与柱状凸透镜条(2)的中心轴线平行，紫外光准直系统(3)发出的紫外平行光束经柱状凸透镜条(2)会聚至金属辊模具(4)的外表面；

UV胶滴入装置(5)设置在金属辊模具(4)上方，

所述宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法包括以下步骤：

同时执行步骤一至三，然后执行步骤四：

步骤一、金属辊模具(4)自转，UV胶滴入装置(5)沿金属辊模具(4)轴向移动，并同时向金属辊模具(4)滴入UV固化胶，UV胶滴入装置(5)的移动速度为0.5米/秒～3米/秒，UV胶滴入装置(5)向金属辊模具(4)滴入UV固化胶的速度为2mL/秒～30mL/秒，金属辊模具(4)自转的速度为0.02米/秒～0.08米/秒；

步骤二、待加工的板类基材(6)经滚轮式传送装置(1)带动进入加工区域，传送速度为0.5米/秒～2米/秒；

步骤三、紫外光准直系统(3)发出平行的紫外光束，经过柱状凸透镜条(2)会聚后，在金属辊模具(4)的表面形成一条线光源；

步骤四、到达加工工位的待加工的板类基材(6)的上表面被金属辊模具(4)压住，金属辊模具(4)的凹槽内滴入的UV固化胶在所述线光源的照射下固化，形状与金属辊模具(4)相吻合；

重复执行步骤一至步骤四，在板类基材(6)上形成微凸柱透镜阵列板。

2.根据权利要求1所述的一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法，其特征在于，步骤一中UV胶滴入装置(5)的移动速度为1.2米/秒，UV胶滴入装置(5)向金属辊模具(4)滴入UV固化胶的速度为8mL/秒，金属辊模具(4)自转的速度为0.05米/秒。

3.根据权利要求1所述的一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法，其特征在于，步骤二中传送速度为0.5米/秒。

4.根据权利要求1所述的一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法，其特征在于，柱状凸透镜条(2)的轴向长度大于金属辊模具(4)的轴向长度。

5.一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法，其特征在于，该方法涉及的加工装置包括滚轮式传送装置(1)、柱状凸透镜条(2)、紫外光准直系统(3)、金属辊模具(4)和UV胶滴入装置(5)，

加工工位处设置有柱状凸透镜条(2)，加工工位的左右两侧设置有滚轮式传送装置(1)；

金属辊模具(4)是表面为凹光栅或凸光栅的圆柱体，且该圆柱体的中心轴线垂直于滚轮式传送装置(1)的传送方向，金属辊模具(4)设置在柱状凸透镜条(2)正上方，且金属辊模具(4)的中心轴线与柱状凸透镜条(2)的中心轴线平行，紫外光准直系统(3)发出的紫外平行光束经柱状凸透镜条(2)会聚至金属辊模具(4)的外表面；

UV胶滴入装置(5)设置在滚轮式传送装置(1)的进料侧上方，

所述宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法包括以下步骤：

同时执行步骤一至三，然后执行步骤四：

步骤一、金属辊模具(4)自转，金属辊模具(4)自转的速度为0.02米/秒～0.08米/秒；同时，待加工的板类基材(6)经滚轮式传送装置(1)带动进入加工区域，传送速度为0.5米/秒～2米/秒；

步骤二、UV胶滴入装置(5)沿待加工板类基材(6)上方作直线移动，移动方向与待加工的板类基材(6)进给方向垂直，同时，UV胶滴入装置(5)向待加工板类基材(6)滴UV固化胶，UV胶滴入装置(5)的移动速度为0.5米/秒～3米/秒，UV胶滴入装置(5)向待加工板类基材(6)滴UV固化胶的速度为2mL/秒～30mL/秒；

步骤三、紫外光准直系统(3)发出平行的紫外光束，经过柱状凸透镜条(2)会聚后，在金属辊模具(4)的表面形成一条线光源；

步骤四、到达加工工位的待加工的板类基材(6)的上表面被金属辊模具(4)压住，待加工板类基材(6)上滴入的UV固化胶在所述线光源的照射下固化，形状与金属辊模具(4)相吻合；

重复执行步骤一至步骤四，在板类基材(6)上形成微凸柱透镜阵列板或微凹柱透镜阵列板。

6.根据权利要求5所述的一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法，其特征在于，步骤一中传送速度为0.5米/秒，金属辊模具(4)自转的速度为0.05米/秒。

7.根据权利要求5所述的一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法，其特征在于，步骤二中UV胶滴入装置(5)的移动速度为1.2米/秒，UV胶滴入装置(5)向待加工板类基材(6)滴入UV固化胶的速度为8mL/秒。

8.根据权利要求5所述的一种宽幅面高精度的微柱透镜阵列板的加工方法，其特征在于，柱状凸透镜条(2)的轴向长度大于金属辊模具(4)的轴向长度。

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