CN109856709A - 一种大直径菲涅尔透镜的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，属于光学透镜技术领域，该方法的步骤包括：菲涅尔平面金属模具的制作，菲涅尔平面复合材料模具的制作，菲涅尔曲面复合材料模具的制作，大直径菲涅尔透镜的制作。本发明是先雕刻出大直径的平面金属模具，金属材料刚性很大不易弯曲，所以将其转变成柔韧性较好高分子材料的模具，再将其粘结在金属辊筒上，制备出可以连续生产的大直径菲涅尔透镜。本发明可以连续化生产各种大直径的菲涅尔透镜，极大提高了加工效率和加工精度，产品质量稳定，减少了废品率，进一步降低了生产成本。

Description

一种大直径菲涅尔透镜的制作方法

技术领域

本发明涉及光学透镜技术领域，尤其涉及一种大直径菲涅尔透镜的制作方法。

背景技术

菲涅尔透镜是一面为光面，另一面刻录由大到小的同心圆的薄片，具有非常好的聚光效果，并且与传统透镜相比更薄更透。通过设计菲涅尔透镜的结构可以将其用于制作投影屏幕，制作出来的投影屏幕比一般屏幕具有更加优良的抗环境光，从而使得亮度和对比度有显著的提升，达到更佳的观影效果。

由于菲涅尔透镜的上下不对称性，目前在生产大直径菲涅尔透镜主要采用平面模具热压成型，平面模具浇注成型或锥形辊的方法，但无论是哪一种方法都只适合单张菲涅尔透镜生产，不能实现自动连续化批量生产，生产效率极低，产品稳定性也不好。这样生产投影屏幕难以满足市场的需求，严重阻碍了菲涅尔透镜结构投影屏幕的发展，因而一种大直径菲涅尔透镜稳定高效的制作方法显得尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，丰富了大直径菲涅尔透镜的制作方法，将刚性大不易弯曲的金属材料模具转变为柔韧性好易弯曲的高分子复合材料，从而很好地固定在金属辊筒上，生产出的大直径菲涅尔透镜质量稳定，并且可以连续化生产，极大提高了加工效率，减少了废品率，降低了生产成本，具有很强的实用性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，该方法的具体步骤如下：

步骤a、菲涅尔平面金属模具的制作：将表面平整的金属板固定在工作台上，采用回转车削加工的方法用金刚石刀具在金属板上加工出菲涅尔结构，将加工好的模具进行镀铬处理，使模具表面形成铬层；

步骤b、菲涅尔平面复合材料模具的制作：将高分子颗粒、增塑剂、脱模剂按2:1:1的比例混合均匀，高温熔融后通过大型注射机注射到步骤a中的菲涅尔平面金属模具内，然后通过模压机高速下压排出气泡，1h-2h后完全固化，利用真空脱模机进行脱模，脱模后利用真空镀铝在模具表面镀一层铝层，制作出菲涅尔平面复合材料模具；

步骤c、菲涅尔曲面复合材料模具的制作：将有机胶水均匀涂敷在金属辊筒上，将步骤b中的菲涅尔平面复合材料模具完全贴合在金属辊筒上，胶水完全固化后即得到菲涅尔曲面复合材料模具；

步骤d、大直径菲涅尔透镜的制作：将液态UV光固化树脂均匀涂在PET膜整个表面上，通过菲涅尔透镜制作装置中导向辊使薄膜通过步骤c中菲涅尔曲面复合材料模具的辊筒和压力辊之间，制作出具有菲涅尔透镜结构的透明树脂膜，通过紫外线固化机构中紫外线照射，使UV光固化树脂固化，最终形成大直径的菲涅尔透镜。

进一步在于，所述菲涅尔透镜为半同心圆环结构，宽度为1000mm-2500mm，长度为2000mm-3500mm。

进一步在于，所述金属板为铁板或铜板或铝板或钢合金板或铜合金板或铝合金板，厚度为10mm-50mm，粗糙度为0.8um-1.2um，硬度大于HV220。

进一步在于，所述菲涅尔平面金属模具的节距尺寸精度为n±0.0001nm，表面粗糙度≤10nm。

进一步在于，所述步骤a中的铬层厚度和步骤b中的铝层厚度均为1um。

进一步在于，所述高分子颗粒为硅胶颗粒或聚酯颗粒或聚酰胺颗粒或聚四氟乙烯颗粒或聚碳酸酯中的一种。

进一步在于，所述菲涅尔平面复合材料模具的结构面的节距尺寸精度为n±0.0001nm，表面粗糙度≤10nm，无结构面表面粗糙度≤10nm。

进一步在于，所述有机胶水为环氧树脂胶或丙烯酸胶或热硫化胶中的一种。

进一步在于，所述金属辊筒直径为800mm-1200mm。

进一步在于，所述步骤d中菲涅尔透镜制作装置包括PET膜、第一涂层机构、第一输送辊、第二输送辊、导向辊、辊筒、压力辊、紫外线固化机构、第二涂层机构和壳体，所述壳体的左、右两端分别设置有用于PET膜进出的进料口和出料口，所述第一涂层机构、第一输送辊、第二输送辊、导向辊、辊筒、压力辊、紫外线固化机构和第二涂层机构均设置于壳体的内侧且从左到右依次排列，所述第一输送辊、第二输送辊、导向辊、辊筒和压力辊的两端通过轴承转动连接于壳体前、后内壁处，所述第一涂层机构、紫外线固化机构和第二涂层机构的两端均固定连接于壳体前、后内壁处，所述第一涂层机构的底部和第二涂层机构上部均设置有相对应的刀片，所述刀片用于涂抹UV光固化树脂。

本发明的有益效果：

本发明丰富了大直径菲涅尔透镜的制作方法，将刚性大不易弯曲的金属材料模具转变为柔韧性好易弯曲的高分子复合材料，从而很好地固定在金属辊筒上，生产出的大直径菲涅尔透镜质量稳定，并且可以连续化生产，极大提高了加工效率，减少了废品率，降低了生产成本，具有很强的实用性。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明中大直径菲涅尔透镜制作流程图；

图2为本发明中菲涅尔透镜制作装置的结构正视图。

图中：1、PET膜；2、第一涂层机构；3、第一输送辊；4、第二输送辊；5、导向辊；6、辊筒；7、压力辊；8、紫外线固化机构；9、第二涂层机构；10、壳体。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，该方法的具体步骤如下：

步骤a、菲涅尔平面金属模具的制作：将表面平整厚度为10mm-50mm，粗糙度为0.8um-1.2um，硬度大于HV220的铁板或铜板或铝板或钢合金板或铜合金板或铝合金板中的一种固定在工作台上，采用回转车削加工的方法用金刚石刀具在铁板或铜板或铝板或钢合金板或铜合金板或铝合金板中的一种上加工出宽度为1000mm-2500mm，长度为2000mm-3500mm的半同心圆环菲涅尔结构，将加工好的节距尺寸精度为n±0.0001nm，表面粗糙度≤10nm的金属模具进行镀厚度为1um铬层；

步骤b、菲涅尔平面复合材料模具的制作：将硅胶颗粒或聚酯颗粒或聚酰胺颗粒或聚四氟乙烯颗粒或聚碳酸酯中的一种、增塑剂、脱模剂按一定的比例混合均匀，高温熔融后通过大型注射机注射到步骤a中的菲涅尔平面金属模具内，然后通过模压机高速下压排出气泡，1h-2h后完全固化，利用真空脱模机进行脱模，脱模后利用真空镀铝在模具表面镀一层厚度为1um铝层，制作出节距尺寸精度为n±0.0001nm，表面粗糙度≤10nm，无结构面表面粗糙度≤10nm的菲涅尔平面复合材料模具；

步骤c、菲涅尔曲面复合材料模具的制作：将环氧树脂胶或丙烯酸胶或热硫化胶中的一种均匀涂敷在直径为800mm-1200mm金属辊筒上，将步骤b中的菲涅尔平面复合材料模具完全贴合在金属辊筒上，胶水完全固化后即得到菲涅尔曲面复合材料模具；

步骤d、大直径菲涅尔透镜的制作：将液态UV光固化树脂均匀涂在PET膜整个表面上，通过导向辊使薄膜通过步骤c中菲涅尔曲面复合材料模具的辊筒和压力辊之间，从而制作出具有菲涅尔透镜结构的透明树脂膜，通过紫外线照射，使UV光固化树脂固化，最终形成大直径的菲涅尔透镜。

所述步骤d中菲涅尔透镜制作装置包括PET膜1、第一涂层机构2、第一输送辊3、第二输送辊4、导向辊5、辊筒6、压力辊7、紫外线固化机构8、第二涂层机构9和壳体10，所述壳体10的左、右两端分别设置有用于PET膜1进出的进料口和出料口，所述第一涂层机构2、第一输送辊3、第二输送辊4、导向辊5、辊筒6、压力辊7、紫外线固化机构8和第二涂层机构9均设置于壳体10的内侧且从左到右依次排列，所述第一输送辊3、第二输送辊4、导向辊5、辊筒6和压力辊7的两端通过轴承转动连接于壳体10前、后内壁处，所述第一涂层机构2、紫外线固化机构8和第二涂层机构9的两端均固定连接于壳体10前、后内壁处，所述第一涂层机构2的底部和第二涂层机构9上部均设置有相对应的刀片，所述刀片用于涂抹UV光固化树脂。

PET膜1经第一输送辊3和第二输送辊4输送到uv光固化树脂第一涂层机构2，由该第一涂层机构2中的刀片将液态的UV光固化树脂均匀涂在PET膜1整个表面上，形成一层厚度均匀的透明树脂膜；

涂有uv光固化树脂的PET膜1通过导向辊5进入菲涅尔曲面复合材料模具的辊筒6和压力辊7之间，菲涅尔曲面复合材料模具的辊筒6配以压力辊7的作用将菲涅尔透镜表面微结构传递给PET膜1，通过紫外线固化机构8中的紫外线的照射，使UV光固化树脂固化，从而形成一系列半同心圆的菲涅尔透镜结构。

第二涂层机构9中的刀片一般采用刮胶片，图层厚度根据所需要的菲涅尔透镜的特性决定，并且可以通过调整UV光固化树脂的粘度和进给量以及刮胶片和PET膜1的距离控制。

紫外线固化机构8可以通过调整UV光固化树脂的特性，PET膜1的进给量，紫外光强度以及照射时间长短来任意调整UV光固化树脂的固化过程。

本发明丰富了大直径菲涅尔透镜的制作方法，将刚性大不易弯曲的金属材料模具转变为柔韧性好易弯曲的高分子复合材料，从而很好地固定在金属辊筒上，生产出的大直径菲涅尔透镜质量稳定，并且可以连续化生产，极大提高了加工效率，减少了废品率，降低了生产成本，具有很强的实用性。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

步骤a、菲涅尔平面金属模具的制作：将表面平整的金属板固定在工作台上，采用回转车削加工的方法用金刚石刀具在金属板上加工出菲涅尔结构，将加工好的模具进行镀铬处理，使模具表面形成铬层；

步骤b、菲涅尔平面复合材料模具的制作：将高分子颗粒、增塑剂、脱模剂按2:1:1的比例混合均匀，高温熔融后通过大型注射机注射到步骤a中的菲涅尔平面金属模具内，然后通过模压机高速下压排出气泡，1h-2h后完全固化，利用真空脱模机进行脱模，脱模后利用真空镀铝在模具表面镀一层铝层，制作出菲涅尔平面复合材料模具；

步骤c、菲涅尔曲面复合材料模具的制作：将有机胶水均匀涂敷在金属辊筒上，将步骤b中的菲涅尔平面复合材料模具完全贴合在金属辊筒上，胶水完全固化后即得到菲涅尔曲面复合材料模具；

步骤d、大直径菲涅尔透镜的制作：将液态UV光固化树脂均匀涂在PET膜整个表面上，通过菲涅尔透镜制作装置中导向辊(5)使薄膜通过步骤c中菲涅尔曲面复合材料模具的辊筒(6)和压力辊(7)之间，制作出具有菲涅尔透镜结构的透明树脂膜，通过紫外线固化机构(8)中紫外线照射，使UV光固化树脂固化，最终形成大直径的菲涅尔透镜。

2.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述菲涅尔透镜为半同心圆环结构，宽度为1000mm-2500mm，长度为2000mm-3500mm。

3.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述金属板为铁板或铜板或铝板或钢合金板或铜合金板或铝合金板，厚度为10mm-50mm，粗糙度为0.8um-1.2um，硬度大于HV220。

4.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述菲涅尔平面金属模具的节距尺寸精度为n±0.0001nm，表面粗糙度≤10nm。

5.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述步骤a中的铬层厚度和步骤b中的铝层厚度均为1um。

6.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述高分子颗粒为硅胶颗粒或聚酯颗粒或聚酰胺颗粒或聚四氟乙烯颗粒或聚碳酸酯中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述菲涅尔平面复合材料模具的结构面的节距尺寸精度为n±0.0001nm，表面粗糙度≤10nm，无结构面表面粗糙度≤10nm。

8.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述有机胶水为环氧树脂胶或丙烯酸胶或热硫化胶中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述金属辊筒直径为800mm-1200mm。

10.根据权利要求1所述的一种大直径菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于，所述步骤d中菲涅尔透镜制作装置包括PET膜(1)、第一涂层机构(2)、第一输送辊(3)、第二输送辊(4)、导向辊(5)、辊筒(6)、压力辊(7)、紫外线固化机构(8)、第二涂层机构(9)和壳体(10)，所述壳体(10)的左、右两端分别设置有用于PET膜(1)进出的进料口和出料口，所述第一涂层机构(2)、第一输送辊(3)、第二输送辊(4)、导向辊(5)、辊筒(6)、压力辊(7)、紫外线固化机构(8)和第二涂层机构(9)均设置于壳体(10)的内侧且从左到右依次排列，所述第一输送辊(3)、第二输送辊(4)、导向辊(5)、辊筒(6)和压力辊(7)的两端通过轴承转动连接于壳体(10)前、后内壁处，所述第一涂层机构(2)、紫外线固化机构(8)和第二涂层机构(9)的两端均固定连接于壳体(10)前、后内壁处，所述第一涂层机构(2)的底部和第二涂层机构(9)上部均设置有相对应的刀片，所述刀片用于涂抹UV光固化树脂。