CN102481734A - 具有规整结构化表面的物体的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有结构化的优选光学作用的表面的物体、尤其是透镜片的生产方法，所述表面在不同的位置具有不同结构高度。按照本发明所述，规定了以下方法步骤：将由一种能够在施加能量时固化的塑料构成的尚且呈液态的塑料层(2)涂覆到一种承载物(1)上，平整液态塑料层(2)的表面，将能量施加到塑料之中，其中在不同的位置根据分别要实现的结构高度来设定每单位时间内要施加的能量，从而在施加能量之后在表面的不同位置上存在数量不等的尚未固化的和已经固化的塑料，然后去除未固化的塑料，余下的已固化的塑料则形成一种光学作用结构。
Description
发明领域
本发明涉及具有优选光学作用表面结构的物体、尤其是透镜片的生产方法，所述表面结构在不同的位置具有不同设定的结构高度。
技术现状
透镜片也称作透镜栅、透镜板和透镜膜，可以使得观察者能够对三维图像显示产生立体感觉，无需使用以前用于观看其它三维显示的辅助工具，例如三维眼镜。已知近来已有与透镜片相结合的计算机显示器能够在不使用其它辅助工具例如三维眼镜的情况下以良好的图像质量实现所显示图像的立体视觉。
以此为基础成功实现三维数字图像显示的情况越来越普遍，透镜片也随之变得愈加重要。当前可用的这类产品均比较昂贵，因为将光学作用结构植入到薄膜表面上的技术比较复杂，因此阻碍了三维视觉屏幕的迅速推广。
目前均采用直接的生产工艺使用金刚石刀具刻划透镜或者棱镜形式的光学作用表面结构，或者用镍合金模具间接成形，但是同样也必须首先按照传统的技术制作这些模具。
除了生产成本大的缺点之外，另一个缺点就是无法满足对越来越细微的结构的要求，因为就目前的生产技术而言，可以用来减小模具尺寸的方法有限。但是必须细化或减小结构，才能改善运动图像的三维显示质量。
对本发明的说明
因此本发明的任务在于，提供一种能够以较低成本生产开头所述类型物体的方法。
按照本发明所述，规定了以下方法步骤：
-将由一种能够在施加能量时固化的塑料构成的尚且呈液态的塑料层涂覆到一种承载物上，
-将能量施加到塑料之中，
-在不同的位置根据分别要实现的结构高度设定每单位时间内要施加的能量，从而在施加能量之后在表面的不同位置上存在数量不等的尚未固化的和已经固化的塑料，然后
-然后去除未固化的塑料，余下的已固化的塑料的表面则形成所述的结构。
应将塑料层在承载物上结构化表面的任意位置处的高度理解成结构高度。
本发明的第一种实施方式适合用来生产光学元件尤其是透镜片，包括以下方法步骤：
-将一种可以固化的光学透明塑料涂覆到一种承载物上，
-平整塑料层的表面，
-将能量施加到塑料层之中，从而
-在施加能量之后在需要实现最大结构高度的位置上留下最少量的尚且呈液态的塑料，而在需要实现最小结构高度的位置上则留下最大量的尚且呈液态的塑料，然后
-去除未固化的塑料，使得光学作用表面结构留在固化后的塑料上，并且承载物与固化后的塑料共同构成光学元件。
本发明的第二种实施方式同样也适合用来生产光学元件尤其是透镜片，包括以下方法步骤：
-将一种可以固化的塑料涂覆到一种承载物上，
-平整塑料层的表面，
-将能量施加到塑料层之中，从而
-在施加能量之后在需要实现最小结构高度的位置上留下最少量的尚且呈液态的塑料，而在需要实现最大结构高度的位置上则留下最大量的尚且呈液态的塑料，然后
-去除未固化的塑料，而留下已经固化的塑料作为光学作用表面结构的凹轮廓，
-使用一种可以固化的光学透明塑料填充凹轮廓，
-使得光学透明塑料在能量作用下固化，然后从凹轮廓中将其去除，并且形成光学元件。
这时最好在填充之前首先将一个分离层涂覆到凹轮廓上。其实现方式例如为，可以将薄的塑料膜铺到凹轮廓上，或者将一层塑料或金属喷涂或蒸镀到凹轮廓上。
按照另一种首选实施方式所述，在从凹轮廓分离之前或之后使得固化后的塑料与一种承载物平面地结合，以此使其稳定。尤其当塑料层很薄时推荐这么做。
对于上述任何一种实施方式，
-可以使用在需要进行结构化处理的表面上方扫描式地运动的激光束来施加能量，在此期间利用辐射强度改变要施加的能量，或者
-透过一层掩膜施加能量，利用在掩膜表面范围内对于所用辐射的不均匀透明性来改变要施加的能量。
适宜使用一种能够在电磁辐射作用下、尤其能够在紫外辐射作用下或者可见光谱范围内的光作用下固化的单体作为塑料。最好使用透明的玻璃板作为承载物。
附图简要说明
以下将根据不同的实施例对本发明进行详细解释。相关附图如下
附图1用于解释本发明所述方法第一种方案的实施例，其中将一种光学作用表面结构直接制作成透镜片上的凸轮廓，
附图2用于解释本发明所述方法第二种方案的实施例，其中同样将一种光学作用表面结构直接制作成透镜片上的凸轮廓，
附图3用于解释本发明所述方法第三种方案的实施例，其中首先制作光学作用结构的凹轮廓，然后从该凹轮廓形成若干透镜片。
附图详细说明
附图1所示为第一种方法的不同过程阶段。
其中的图1a所示为透明浮法玻璃板形式的所准备的承载物1，厚度d1适宜为1mm～3mm。
附图1b同样示出的承载物1在此已经涂上了塑料层2，该塑料层由一开始尚且呈液态、但可在紫外辐射作用下固化的光学透明单体例如一种市面上常见的紫外粘合剂构成。塑料层2的层厚d2适宜在0.1mm～0.5mm范围内。背向承载物1的塑料层2表面3应当尽可能光滑，其实现方式为，例如可以使得液态涂覆的单体均匀流淌，或者也可以使得承载物1与塑料层2构成的复合物处于振动或离心运动状态下。
附图1c以箭头4表示将紫外辐射施加到塑料层2之中。可以使得紫外辐射穿过相应的掩膜，或者利用定向激光辐射局部照射应实现最大结构高度的位置。如图所示，这时不必透射承载物1。因此可以设定比较短的曝光时间，或者使用辐射较弱的光源，以避免辐射强度损失。此外与透射承载物1的方式相比，这种方法还能更好地将操作人员遭受紫外光辐射的危险减小到允许的程度。
照射引起的聚合反应使得表面3的被照射部位开始固化。随着时间的推移，固化过程从被照射部位开始一直发展到塑料层2的内部。
视塑料的特性、辐射作用的强度和持续时间以及承载物材料、塑料和环境的温度而定，现在可确定结束照射并去除尚未固化的塑料成分的时刻，例如可利用溶剂进行冲洗的方式去除。
经过冲洗之后，已固化的塑料成分留在承载物1上，并且形成有光学作用的透镜结构，如附图1d所示。现在得到由固化塑料层2和承载物1构成的透镜片。
附图2所示为本发明所述方法的第二种方案，同样将光学作用表面结构直接制作成塑料层2上的凸轮廓，其中的图2a所示为利用曝光掩膜5施加能量的示例，利用该曝光掩膜5使得紫外辐射从背向承载物1的塑料层2表面3射向需要实现最大结构高度的位置。最好通过分离层例如柔性塑料薄膜6将曝光掩膜5与起初尚且完全呈液态的塑料层2分开。由于曝光引起了聚合反应，正在固化的结构延伸到起初尚且呈液态的塑料层2之中—表面张力平衡。
从这一面施加能量之后去除曝光掩膜5，然后重新根据塑料的特性、辐射作用的强度和持续时间以及承载物材料、塑料和环境的温度来确定结束照射并冲洗掉尚未固化的塑料成分的时刻。
接着采用与第一种方案相反的方式，将剩余的能量透过承载物1施加到塑料层2之中。如有需要，即可透过承载物1进行第二次曝光，使得塑料内部有时尚呈液态的体积成分固化。
现在也可得到由固化塑料层2和承载物1构成的透镜片。
这头两种类型的方法特别适用于小批量生产单个的透镜片。本发明所述方法的第三种方案比较适用于大批量生产，以下将根据附图3对此进行解释。
如图3a所示，这里也类似于附图1a～1c所示的方法步骤，将起初尚且完全呈液态并且可在能量作用下固化的塑料构成的塑料层7涂覆到承载物1上，但是承载物在这种情况下不必透明。这最好也是一种能够在紫外辐射作用下固化的单体，例如市面上常见的一种紫外粘合剂。
但是现在要适当控制施加到塑料层7之中的能量，从而在施加能量之后在需要实现最小结构高度的位置上留下最少量尚且呈液态的塑料，而在需要实现最大结构高度的位置上则留下最大量尚且呈液态的塑料。然后冲洗掉未固化的塑料，留下已固化的塑料作为光学作用表面结构的凹轮廓，如图3b所示。
现在将一层不会使得结构失真的柔软塑料薄膜8作为分离层铺到凹轮廓上(图3c)，然后用可以固化的光学透明塑料将凹轮廓填充成为塑料层9进行成形。例如这里可以使用与上述头两种方法中一样的单体。
使得尚且呈液态的光学透明塑料均匀分布在凹轮廓之中，然后用一块玻璃片10将其覆盖，玻璃片背向塑料的一侧最好镀有增透膜，以使得这里也用箭头4表示的紫外辐射的强度在照射玻璃片10时不会减小(图3d)。
经过曝光和固化之后，将凹轮廓与由塑料层9和玻璃片10构成的透镜片相互分离。成形结束之后就会得到透镜片(图3e)，无需使用昂贵的钻石刀具和昂贵的镍模具即可制得该透镜片。
如前所述，既可以利用紫外辐射强度，又可以利用将紫外辐射施加到单体之中的空间和/或者时间差，或者也可以利用材料的和环境的温度来影响或控制塑料的固化过程。
附图标记清单
1承载物
2塑料层
3表面
4表示紫外辐射的箭头
5曝光掩膜
6塑料薄膜
7塑料层
8塑料薄膜
9塑料层
10玻璃片
Claims (9)
1.一种用于生产具有结构化的优选光学作用的表面的物体的方法，所述表面在不同的位置具有不同设定的结构高度，该方法包括以下方法步骤：
-将由一种能够在施加能量时固化的塑料构成的、尚且呈液态的塑料层(2)涂覆到一种承载物(1)上，
-将能量施加到塑料之中，
-在不同的位置和/或者时间根据分别要实现的结构高度来设定每单位时间内要施加的能量，从而在施加能量之后在表面的不同位置上存在数量不等的尚未固化的和已经固化的塑料，然后
-去除未固化的塑料。
2.根据权利要求1所述的用于生产具有光学作用表面结构的光学元件、尤其是用于生产透镜片的方法，其特征在于以下方法步骤：
-将一种可以固化的光学透明塑料涂覆到一种承载物(1)上，
-平整在这种情况下所形成的塑料层(2)的表面，
-将能量施加到塑料层(2)之中，从而
-在施加能量之后在需要实现最大结构高度的位置上留下最少量的尚且呈液态的塑料，而在需要实现最小结构高度的位置上则留下最大量的尚且呈液态的塑料，然后
-去除未固化的塑料，使得光学作用表面结构留在塑料上，并且承载物(1)与固化后的塑料共同构成光学元件。
3.根据权利要求1所述的用于生产具有光学作用表面结构的光学元件、尤其是用于生产透镜片的方法，其特征在于以下方法步骤：
-将一种可以固化的塑料涂覆到一种承载物上，
-平整在这种情况下所形成的塑料层(7)的表面，
-将能量施加到塑料层(7)之中，从而
-在施加能量之后在需要实现最小结构高度的位置上留下最少量的尚且呈液态的塑料，而在需要实现最大结构高度的位置上则留下最大量的尚且呈液态的塑料，然后
-去除未固化的塑料，而留下已经固化的塑料作为光学作用表面结构的凹轮廓，
-使用一种可以固化的光学透明塑料填充凹轮廓，
-使得光学透明的塑料在能量作用下固化，然后从凹轮廓中将该塑料去除，并且形成光学元件。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在填充之前首先将分离层优选一层柔性塑料薄膜(8)涂敷到凹轮廓上。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中在从凹轮廓分离之前或之后使得固化后的塑料与一种透明承载物尤其是玻璃片(10)结合，从而起到稳定作用。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中
-使用在需要进行成形处理的表面(3)上方扫描式地运动的激光束来施加能量，在此期间利用辐射强度来改变所要施加的能量，或者
-透过一层曝光掩膜(5)施加能量，其中根据在掩膜表面范围内不均匀的透明性来改变所要施加的能量。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中使用一种能够在紫外或红外辐射作用下固化的单体作为塑料。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中适宜使用一块透明玻璃片尤其是浮法玻璃片作为承载物(1)。
9.一种将按照方法步骤1～8中任一步骤制成的光学元件用于立体显示图像的装置之中的用途，尤其将按照上述方法步骤制成的透镜片与LC显示屏结合使用，从而可在没有例如三维眼镜的其它辅助工具的情况下实现LC显示屏上的显示图像的立体视觉的用途。
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