CN110239120A - 透镜加工设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及透镜加工设备和方法。所述透镜加工设备包括：平台，具有水平表面；凹槽，设置在水平表面中，用于容纳透镜母模；展平辊，位于所述水平表面上方，并且展平辊的下侧轮廓线与所述水平表面平行，展平辊与所述水平表面之间具有间隙；承载基膜，能够被放置于展平辊与所述水平表面之间的间隙内并且完全覆盖凹槽；联动机构，固定至平台并且连接至展平辊的一端，联动机构使得展平辊能够绕着固定点在所述水平表面的上方进行水平枢转运动。根据本发明，能够制造超大尺寸环形沟槽结构，能够确保透镜的厚度均匀性，并降低了成本和工艺难度。

Description

透镜加工设备和方法

技术领域

本发明涉及透镜加工领域，具体地，涉及具有大尺寸环形沟槽结构的透镜的加工设备和方法。

背景技术

当前，具有大尺寸环形沟槽结构的透镜在各个行业中的应用越来越广泛。例如，这样的透镜一面是平坦表面，另一面则是刻有同心圆或阿基米德螺线的沟槽结构。图1图示出了这样的透镜的示意图。例如，在太阳聚光领域，这样的透镜是聚光太阳能系统(CPV)中重要的光学部件之一，其性能优劣直接影响着CPV系统的聚光效率的高低。在显示领域，这样的透镜被用于将投影机所投出的大发散角的光线收集起来，使得原来发散的光线可以被集中于观众的视角范围内，以达到增加图像亮度的目的。在这样的行业背景及市场需求下，要求提供具有高精度、高质量的沟槽结构的透镜。

然而，目前国内在具有超大尺寸环形沟槽结构的透镜的加工制造领域仍为空白。制造具有超大尺寸环形沟槽结构的透镜所需的超大尺寸模具的精密加工的核心技术仍集中在日本，并且加工成本高昂。因此，通过对超大尺寸环形沟槽的结构母模的转印来替代模具的开立可以避开此类问题。另外，现有的手涂转印工艺均为较简单的线性结构，对于复杂的非线性结构缺乏必要的提高品质(平整度、气泡消除等)的工艺手段。

相关技术中的环形沟槽结构的加工方法多采用大型机床刻录模具，再用刻录好的模具进行整体浇注或模压成型，或者直接在镜片基材上进行磨削、刻录而成。例如，在公开号为CN1431526A的专利文献中公开了一种菲涅尔透镜的制造方法。图2示出了该文献中用于制造菲涅尔透镜的装置和方法的示图。根据该文献，首先通过下胶喷头104将光固胶101以局部下胶的方式涂布于菲涅尔模具102上，然后以滚压的方式用滚压辊105将亚克力基板103覆盖于涂布有光固胶101的菲涅尔模具上，接着以光线照射亚克力基板103与菲涅尔模具102以使光固胶101固化，最后将光固胶101与菲涅尔模具102分离，形成菲涅尔透镜。然而，这种制造方法较为简单，雕刻模具仅能进行较小的环形沟槽结构加工，而且模具成本较为昂贵。此外，由于滚压辊在亚克力基板不同区域上的滚压状态可能不一致，因此无法保证透镜的厚度均匀性。另外，由于模具中的沟槽形成方向和滚压辊在滚压时的作业方向不一致，导致气泡无法有效排除，因此无法消除胶水内气泡的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明期望能够提供一种用于使用胶水通过转印的方式形成透镜的透镜加工设备和方法，从而能够提高具有大尺寸环形沟槽结构的透镜的产品良率，降低制造成本，并且能够确保加工出的透镜厚度均匀，无气泡。

根据本发明的实施例，提供了一种用于使用胶水通过转印形成透镜的透镜加工设备。所述透镜加工设备包括：平台，所述平台具有水平表面；凹槽，所述凹槽设置在所述水平表面中，用于容纳透镜母模；展平辊，所述展平辊位于所述水平表面上方，并且所述展平辊的下侧轮廓线与所述水平表面平行，展平辊与所述水平表面之间具有间隙；承载基膜，所述承载基膜能够被放置于所述展平辊与所述水平表面之间的所述间隙内并且完全覆盖所述凹槽；以及联动机构，所述联动机构固定至所述平台并且连接至所述展平辊的一端，其中，所述联动机构使得所述展平辊能够绕着固定点在所述水平表面的上方进行水平枢转运动。

优选地，所述固定点的位置与所述透镜母模的环形沟槽的圆心位置重合。

优选地，所述展平辊通过所述联动机构能够绕自身的中心轴线进行自转运动。

优选地，所述联动机构包括垂直向轴承和水平向轴承。所述垂直向轴承连接至所述平台，所述水平向轴承连接至所述展平辊的所述一端，并且所述垂直向轴承和所述水平向轴承相互连接，并且所述展平辊能够绕所述垂直向轴承进行所述水平枢转运动并且通过所述水平向轴承进行所述自转运动。

优选地，所述透镜加工设备还包括调节所述展平辊与所述水平表面之间的所述间隙的间隙调节机构，所述间隙调节机构至少包括螺杆、框架、导轨和滑架。所述框架固定至所述垂直向轴承，所述框架随着所述展平辊一起绕所述垂直向轴承转动。所述导轨固定至所述框架，使得所述导轨在垂直方向上延伸，所述螺杆穿过所述框架的螺孔连接至所述滑架，使得所述滑架能够随着所述螺杆的旋转而在所述导轨上滑动。所述滑架固接至所述水平向轴承，使得所述水平向轴承和所述展平辊能够上下移动。

优选地，所述透镜加工设备还包括调节所述展平辊与所述水平表面之间的所述间隙的间隙调节机构。优选地，所述间隙等于所述承载基膜的厚度加上5～20um。

优选地，所述透镜加工设备还包括固定装置，所述固定装置能够以可拆卸的方式将所述承载基膜固定至所述平台。

优选地，所述展平辊是锥形辊。

根据本发明的另一实施例，提供了一种透镜加工方法，所述方法使用如上所述的透镜加工设备进行如下步骤：

步骤S1：将所述透镜母模放置于所述平台的所述凹槽内，使得所述透镜母模的环形沟槽的圆心与所述固定点重合；

步骤S2：将胶水涂布至所述透镜母模；

步骤S3：将所述承载基膜覆盖在涂布有胶水的所述透镜母模的表面上；

步骤S4：使所述展平辊绕所述枢转中心进行枢转，将胶水均匀分散在所述承载基膜与所述承载母模的环形沟槽之间；

步骤S5：将所述胶水固化，形成具有环形沟槽结构的透镜；

步骤S6：将所述承载基膜与所述平台分离。

优选地，在所述步骤S3与所述步骤S4之间，还可以包括步骤S7：调节所述展平辊与所述水平表面之间的间隙。

根据本发明的透镜加工设备和方法的最大优点在于能够克服形成超大尺寸的具有环形沟槽的透镜时胶水内进入气泡且难以消除的问题。通过设置能够在平台上水平枢转运动的展平辊，能够确保胶水的流动方向与透镜母模的环形沟槽结构的圆周方向一致，因此能够将胶水内的空气完全排除。此外，根据本发明的透镜加工设备和方法至少还可以具有下述优点：

(1)通过平台转印的方式能够进行超大尺寸的环形沟槽结构制作(2.5m以上)；

(2)通过调整展平辊与平台的表面的间隙，能够确保转印出的透镜的厚度的均匀性；

(3)结构简单，降低了成本和工艺难度。

应当理解，本发明的有益效果不限于上述效果，而可以是本文中说明的任何有益效果。

附图说明

图1是示出了本领域内的具有环形沟槽结构的透镜的示意图；

图2是示出了现有技术中的透镜加工设备和加工方法的示意图；

图3是示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的示意图；

图4是示出了使用根据本发明实施例的透镜加工设备制造透镜的过程的示意图；

图5是示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的展平辊及其联动机构的示意图；

图6是示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的间隙调节机构的示意图；

图7是示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的承载基膜的固定装置的示意图；

图8是示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的平台凹槽与展平辊之间的位置关系的示图。

具体实施方式

下面，将参照附图3至8详细说明根据本发明的具体实施例。需要强调的是，附图中的所有尺寸仅是示意性的并且不一定是按照真实比例图示的，因而不具有限定性。例如，应当理解，图示出的各部件的具体材料、形状、厚度、大小等并不是按照实际的尺寸和比例示出的，仅是为了图示方便。

图3中图示了示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的示意图。如图中所示，透镜加工设备包括平台1。平台1是进行透镜加工的操作平台。平台1通常为圆形或方形的具有水平表面的平台。通常，在本文中，水平方向是指图3中沿x轴延伸的方向，垂直方向是指图3中沿z轴延伸的方向，宽度方向是指图3中沿y轴延伸的方向。在平台1中设置有尺寸等同于透镜母模的尺寸的凹槽2。在透镜的加工过程中，透镜母模6(见图4)将放置在凹槽2中，并且透镜母模上将会涂布用于转印形成透镜的胶水8。透镜母模6的上表面和平台的水平表面处于同一平面，用于保证形成的透镜厚度一致。透镜加工设备还包括展平辊3。展平辊3布置在平台1的水平表面上方，并且被布置为使得展平辊3的与胶水接触的表面平行于平台1的水平表面，以确保胶水厚度的均匀性。换言之，展平辊3的下侧轮廓线与平台1的水平表面平行。这里的轮廓线是指，在经过展平辊3的中心轴线且垂直于平台1的水平表面的截面中，展平辊3的轮廓线。展平辊3的一端经由联动机构4而被固定于平台，使得展平辊3能够绕固定点在平台1上水平枢转。凹槽2位于展平辊3在平台1上方的水平枢转运动的经过区域内。优选地，展平辊3在水平枢转运动的同时，还能够绕其自身的中心轴线进行自转运动。这样的自转运动使展平辊3与胶水间产生滚动摩擦而非滑动摩擦，能够减小摩擦力，从而进一步提高对胶水按压的均匀性以及胶水散布的均匀性。在透镜的加工过程中，展平辊3通过这样的圆周枢转运动和自转运动，能够对放置于凹槽2中的透镜母模6上的胶水8以及放置在胶水8上方的承载基膜5(稍后说明)进行均匀的按压，以使胶水8均匀分散至透镜母模6的环形沟槽中。优选地，展平辊3可以是如图中所示的锥形辊，从固定端到自由端的直径逐渐增大。但应当理解的是，展平辊3的形状不限于此，例如也可以是圆柱形辊。展平辊3的材质可以为金属，也可以是低粘度硅胶辊。展平辊3的材料可以根据需要选择，不限于此。具有根据本发明的透镜加工设备还包括用于涂布胶水的涂胶装置7以及设置于平台1上的用于固定承载基膜5的固定装置9。需要说明的是，本文中提及的展平辊3与胶水的接触、摩擦、按压、散布等各种作用，包括了展平辊3隔着承载基膜5与胶水的间接接触、摩擦、按压、散布等各种作用。

图5示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的展平辊3及其联动机构4的示意图。如图5所示，联动机构4例如包括连接至平台1的垂直向轴承10和连接至展平辊3的水平向轴承11。垂直向轴承10和水平向轴承11相互连接。垂直向轴承10使得展平辊3能够以其为旋转轴在平台1上水平枢转。水平向轴承11使得展平辊3能够绕着辊中心轴线进行自转。应当理解的是，上述双轴承的结构仅是联动机构4的示例，联动机构4显然还可以采用例如锥齿轮等其它适合的结构来实现。

为了使展平辊3能够均匀地按压位于胶水8上方的承载基膜5，并且能够适应不同的工艺需求，保证转印出透镜的厚度的均匀性，根据本发明实施例的透镜加工设备还可以具有用于调节展平辊3与平台1的表面之间的间隙的间隙调节机构。间隙调节机构连接至展平辊3并且能够随着展平辊3在平台1上水平转动，并且能够使展平辊3沿垂直方向(即，图3中的z方向)上下移动，从而调节展平辊3与平台1的表面之间的间隙。图6是示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的间隙调节机构的示例的示意图。参照图6，间隙调节机构包括螺杆12、框架13、导轨14和滑架15。框架13例如固定至联动机构4的垂直向轴承10，使得框架13在垂直方向上无法位移，但能够随着展平辊3一起绕垂直向轴承10转动。导轨14固定至框架13，使得导轨14能够在垂直方向上延伸。螺杆12穿过框架13上的螺孔连接至滑架15。随着螺杆12的旋转，滑架15能够在导轨14上沿着垂直方向上下滑动。滑架15固接至水平向轴承11，使得水平向轴承11和展平辊3能够随着滑架15的上下滑动而上下移动。因此，通过转动螺杆12，能够带动水平向轴承11和展平辊3上下移动，从而能够调节展平辊3与平台1的表面之间的间隙。为了保证精度，在螺杆12的上方的调节旋钮或者导轨14上可以设置有指针或刻度。应当理解的是，以上参照图6说明的仅是根据本发明实施例的透镜加工设备的间隙调节机构的示例，间隙调节机构的实施方式不限于此。

图7图示了设置于平台1上的用于固定承载基膜5的固定装置9。在透镜的制造过程中，当将透镜母模放置在凹槽2中并且在透镜母模上将涂布胶水之后，需要在胶水上方覆盖承载基膜5并将承载基膜5以可拆卸的方式固定至平台1，以使胶水能够在后续工序中被均匀的分布。固定装置9可以采用已知的任何固定方式。例如，图3和图7中示出了压杆式的固定装置9。如图中所示，固定装置9包括气缸16、压杆17和滑轨18。气缸16被固定至平台1。气缸16带动滑轨18上下移动，进而使压杆17能够在平台1的表面上被升起和压下，从而能够将承载基膜5牢固地固定在平面1的表面上。例如，如图3中所示，平台1的两侧可以分别设置有一套固定装置9。

图8是示出了根据本发明实施例的透镜加工设备的凹槽与展平辊之间的位置关系的示图。如图8中所示，附图标记r表示母模6上的最小半径凹槽的菲涅尔半径，附图标记R表示母模6上的最大半径凹槽的菲涅尔半径。根据凹槽2的固定位置及母膜6上的凹槽结构的弧度曲率a，能够确定出展平辊3的联动机构的枢转中心点的位置，例如，图3中的轴承10的圆心点位置b。根据R、r及圆心点位置b，能够计算出展平辊3的相关角度及尺寸。

参照图4和图8可知，在本发明中，由于母模6中的环形沟槽的圆心位置与展平辊3的枢转中心点(即，固定点)的位置重合，因此能够保证展平辊3在平台1的表面上进行水平枢转运动的过程中，展平辊3的与胶水间接接触(即，隔着承载基膜5接触)的下侧轮廓线始终与母模6的环形沟槽结构的弧线保持垂直关系。在此情况下，展平辊3对胶水8的按压始终是沿着母模6的环形沟槽的延伸方向而进行的，从而能够最大程度地使胶水8中的气泡沿着环形沟槽而从母模6的边缘处排出，从而实现成形后的透镜厚度均匀、无气泡的效果。

下面，将参照附图，具体说明根据本发明实施例的使用上述透镜加工设备的透镜加工方法。

首先，在步骤S1中，将母模6放置于凹槽2内，并确保母模6的环形沟槽的圆心被定位为与展平辊3的联动机构的枢转中心重合。然后，在步骤S2中，将胶水8涂布至母模6上。优选地，应当确保胶水在环形沟槽的径向上均匀分布。胶水的涂布可以使用专用的涂胶机械，也可以通过由工人手工涂布。接着，在步骤S3中，将承载基膜5覆盖在涂布有胶水8的母模6的表面上。优选地，用固定装置9将承载基膜5固定至平台1的表面上。随后，在步骤S4中，展平辊3绕枢转中心进行枢转，将胶水8均匀分散在承载基膜5与母模6的环形沟槽之间，由此将母模6的环形沟槽结构转印至胶水。转印完成后，在步骤S5中，使用UV灯/加热等手段固化胶水结构。固化完成后，在步骤S6中，松开固定装置9，将承载基膜5同平台1进行分离。由此，形成了具有母模6上的大型环形沟槽结构的透镜。此外，在S3和S4之间，优选地，可以包括步骤S7：通过间隙调节机构调节展平辊3与平台1的表面之间的间隙。优选地，间隙大约等于承载基膜5的厚度再加上5～20um。

胶水8的固化过程可以根据胶水8的种类而选择紫外固化或者热固化。此外，上述制造方法在胶水8是高粘度胶水(50～5000cps)的情况下也是适用的。另外，涂胶装置7可以是自动涂胶装置(如机械泵)，也可以是指通过手动方式涂胶。

尽管在上面已经参照附图说明了根据本发明的透镜加工设备和方法，但是本发明不限于此，且本领域技术人员应理解，在不偏离本发明随附权利要求书限定的实质或范围的情况下，可以做出各种改变、组合、次组合以及变型。

Claims (11)

1.一种透镜加工设备，用于使用胶水通过转印形成透镜，其特征在于，所述透镜加工设备包括：

平台，所述平台具有水平表面；

凹槽，所述凹槽设置在所述水平表面中，用于容纳透镜母模；

展平辊，所述展平辊位于所述水平表面上方，并且所述展平辊的下侧轮廓线与所述水平表面平行，展平辊与所述水平表面之间具有间隙；

承载基膜，所述承载基膜能够被放置于所述展平辊与所述水平表面之间的所述间隙内并且完全覆盖所述凹槽；和

联动机构，所述联动机构固定至所述平台并且连接至所述展平辊的一端，其中，

所述联动机构使得所述展平辊能够绕着固定点在所述水平表面的上方进行水平枢转运动。

2.根据权利要求1所述的透镜加工设备，其特征在于，所述固定点的位置与所述透镜母模的环形沟槽的圆心位置重合。

3.根据权利要求1或2所述的透镜加工设备，其特征在于，所述展平辊通过所述联动机构能够绕自身的中心轴线进行自转运动。

4.根据权利要求3所述的透镜加工设备，其特征在于，所述联动机构包括垂直向轴承和水平向轴承，

所述垂直向轴承连接至所述平台，所述水平向轴承连接至所述展平辊的所述一端，并且所述垂直向轴承和所述水平向轴承相互连接，并且

所述展平辊能够绕所述垂直向轴承进行所述水平枢转运动并且通过所述水平向轴承进行所述自转运动。

5.根据权利要求4所述的透镜加工设备，其特征在于，所述透镜加工设备还包括调节所述展平辊与所述水平表面之间的所述间隙的间隙调节机构，所述间隙调节机构至少包括螺杆、框架、导轨和滑架，

其中，所述框架固定至所述垂直向轴承，所述框架随着所述展平辊一起绕所述垂直向轴承转动，

其中，所述导轨固定至所述框架，使得所述导轨在垂直方向上延伸，所述螺杆穿过所述框架的螺孔连接至所述滑架，使得所述滑架能够随着所述螺杆的旋转而在所述导轨上滑动，并且

所述滑架固接至所述水平向轴承，使得所述水平向轴承和所述展平辊能够上下移动。

6.根据权利要求1或2所述的透镜加工设备，其特征在于，所述透镜加工设备还包括调节所述展平辊与所述水平表面之间的所述间隙的间隙调节机构。

7.根据权利要求1或2所述的透镜加工设备，其特征在于，所述间隙等于所述承载基膜的厚度加上5～20um。

8.根据权利要求1或2所述的透镜加工设备，其特征在于，所述透镜加工设备还包括固定装置，所述固定装置能够以可拆卸的方式将所述承载基膜固定至所述平台。

9.根据权利要求1或2所述的透镜加工设备，其特征在于，所述展平辊是锥形辊。

10.一种透镜加工方法，所述方法使用如权利要求1至9中任一项所述的透镜加工设备进行如下步骤：

步骤S1：将所述透镜母模放置于所述平台的所述凹槽内，使得所述透镜母模的环形沟槽的圆心与所述固定点重合；

步骤S2：将胶水涂布至所述透镜母模；

步骤S3：将所述承载基膜覆盖在涂布有胶水的所述透镜母模的表面上；

步骤S4：使所述展平辊绕所述枢转中心进行枢转，将胶水均匀分散在所述承载基膜与所述承载母模的环形沟槽之间；

步骤S5：将所述胶水固化，形成具有环形沟槽结构的透镜；

步骤S6：将所述承载基膜与所述平台分离。

11.根据权利要求10所述的透镜加工方法，其特征在于，在所述步骤S3与所述步骤S4之间，还可以包括步骤S7：

调节所述展平辊与所述水平表面之间的间隙。