CN114012944A - 一种大型菲涅尔平板模具的制作方法 - Google Patents

一种大型菲涅尔平板模具的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型菲涅尔平板模具的制作方法。本发明提出一种菲涅尔透镜平板模具的制作方法，即利用激光雕刻的方法，在平整的金属膜表面上进行刻蚀，利用不同能量的激光照射在金属表面上，实现刻蚀不同深度，从而在金属膜表面实现菲涅尔纹理结构，利用该方法制作的菲涅尔透镜平板模具更有效率，且菲涅尔纹理结构更清晰。

Description

一种大型菲涅尔平板模具的制作方法
技术领域
本发明涉及菲涅尔透镜技术领域，尤其涉及一种大型菲涅尔平板模具的制作方法。
背景技术
菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又称螺纹透镜，在透镜的一侧有多个等距的环形齿纹，通过这些齿纹，可以达到对指定光谱范围的光进行反射或折射的作用，主要应用在投影显示以及太阳能光伏领域，如菲涅尔抗光投影幕，太阳能用菲涅尔聚光透镜。
关于生产菲涅尔透镜的模具有两种形式，平板模具和圆锥形模具。两种模具的制作工艺和生产工艺具有以下不足：
1、平板模具为四边形的金属模具，菲涅尔的纹理结构制作在金属表面上，生产时，将基材放置在模具面上，通过UV光固化，浇注，模压，注塑等方式将纹理结构转印到基材面上。在制作平板菲涅尔模具时，一般都是根据设计定制一把金刚石刀具在专门的三轴菲涅尔透镜模具机床上雕刻而成。由于超精密的金刚石机床的加工直径一般只有2米的直径，只有少数公司拥有超过2米直径的精密金刚石机床，而且该设备造价极高，因此，在超大型的大尺寸菲涅尔平板模具的制作上困难重重。
2、圆柱型辊筒或圆锥形辊筒模具，将菲涅尔纹理结构制作在辊筒的表面，将辊筒模具的一端固定，另外一端发生旋转。旋转一圈，可以画出一条菲涅尔透镜结构。生产时，将透明基材放置在下面，加入UV胶水，通过UV光固化的方式实现将纹路转印在基材表面上。辊筒模具长度只有菲涅尔透镜直径的一半，由于固化延时性导致制作出的菲涅尔透镜纹理条纹不够清晰，角度不够锐利，光学效果差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型菲涅尔平板模具的制作方法。根据本发明的大型菲涅尔平板模具的制作方法，利用该方法制作模具更有效率，造价低，且纹理条纹更清晰，角度更锐利，利用该模具制作出的菲涅尔透镜光学效果更好，本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，包括以下步骤：
(1)选用一块硬度高的板材，板材的耐温大于100℃，然后对板材进行粗抛光和精细抛光，使板材的抛光面最高和最低的厚度差小于5um；
(2)在板材的抛光面上镀一层金属锌膜；
(3)利用激光器，将等能量密度的激光光斑通过扩束系统放大，并送入线状光澜，得到线性激光束，将线性激光束送入能量调光器，使线性激光束的线性输出能量的强度分布与一条菲涅尔纹理的宽度相对应；
(4)将步骤3经过能量调光器调节的线性激光束照射在金属锌膜上，金属锌膜上蚀刻完成后，在镀锌膜表面上形成一个菲涅尔纹理轮廓；
(5)利用数控机床控制线性激光束移动，将线性激光束在金属锌膜上沿着纹理的环形走向刻画出整条菲涅尔线，即可完成一条菲涅尔线的制作；
(6)重复步骤(3)、(4)和(5)，可在抛光面上获得连续的菲涅尔环状纹理结构，至此完成菲涅尔纹理雕刻；
(7)完成步骤(6)后，在金属锌膜上，再镀一层铬膜层，完成菲涅尔平板模具的制作。
优选的，所述板材为不锈钢板或玻璃板。
优选的，所述金属锌膜的厚度为60um～100um。
优选的，步骤(1)中镀金属锌膜的方法为真空热蒸镀、电子束蒸镀、磁控溅射或化学气相沉积中的一种。
优选的，步骤(3)中的线状光澜的缝的长度与一条菲涅尔透镜纹理的宽度相等。
优选的，步骤(7)中所述铬膜层的厚度为0.05～0.5um。
优选的，一种大型菲涅尔透镜平板模具，包括基层和金属锌膜层，所述基层上镀设有所述金属锌膜层，所述金属锌膜层上设有多个菲涅尔纹理结构，所述金属锌膜层上镀设有铬膜层。
优选的，所述菲涅尔纹理结构由不能能量的线性激光束在金属锌膜层上蚀刻而成。
本发明采用的上述技术方案，具有如下显著效果：
发明提出一种菲涅尔透镜平板模具的制作方法，即利用激光雕刻的方法，在平整的金属膜表面上进行刻蚀，利用不同能量的激光照射在金属表面上，实现刻蚀不同深度，从而在金属膜表面实现菲涅尔纹理结构，利用该方法制作模具更有效率，造价低，且纹理条纹更清晰，角度更锐利，利用该模具制作出的菲涅尔透镜光学效果更好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的线性激光束的线性输出能量的强度分布图。
1-基板，2-锌膜层，3-铬膜层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1
如图1所示，根据本发明的一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，包括以下步骤：
(1)选用一块硬度高的板材，板材为不锈钢板。不锈钢板的耐温大于100℃(因为激光刻蚀时材料表面会产生瞬间高温)，然后对板材进行粗抛光和精细抛光，使板材的抛光面最高和最低的厚度差小于5um；
(2)在板材的抛光面上镀一层金属锌膜，镀金属锌膜的方法为真空热蒸镀，金属锌膜的厚度为60um；
(3)利用激光器，激光器为YAG(钇铝石榴石)激光器，将等能量密度的激光光斑通过扩束系统放大并送入线状光澜，线状光澜的缝的长度与一条菲涅尔透镜纹理的宽度相等。得到线性激光束，将线性激光束送入能量调光器(选用DLP芯片，通过电脑数字化控制)，使得线性激光束的线性输出能量的强度分布与一条菲涅尔纹理的宽度相对应，线性激光束的线性输出能量的强度分布如图2所示；
(4)将步骤3经过能量调光器调节的线性激光束照射在金属锌膜上，金属锌膜上蚀刻完成后，在金属锌膜表面上形成一个菲涅尔结构纹理轮廓；
(5)利用数控机床控制线性激光束移动，将线性激光束在镀锌膜上沿着纹理的环形走向刻画出整条菲涅尔线，即可完成一条菲涅尔线的制作；
(6)重复步骤(3)、(4)和(5)，可在抛光面上获得连续的菲涅尔环状纹理结构，完成菲涅尔结构纹理雕刻；
(7)完成步骤(6)后，在金属锌膜上，再镀一层铬膜层，铬膜层的厚度为0.05um。完成菲涅尔平板模具的制作。
实施例2
如图1所示，根据本发明的一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，包括以下步骤：
(1)选用一块硬度高的板材，板材为玻璃板。玻璃板的耐温大于100℃(因为激光刻蚀时材料表面会产生瞬间高温)，然后对板材进行粗抛光和精细抛光，使板材的抛光面最高和最低的厚度差小于5um；
(2)在板材的抛光面上镀一层金属锌膜，镀金属锌膜的方法为电子束蒸镀，金属锌膜的厚度为100um；
(3)利用激光器，激光器为YAG(钇铝石榴石)激光器，将等能量密度的激光光斑通过扩束系统放大并送入线状光澜，线状光澜的缝的长度与一条菲涅尔透镜纹理的宽度相等。得到线性激光束，将线性激光束送入能量调光器(选用DLP芯片，通过电脑数字化控制)，使得线性激光束的线性输出能量的强度分布与一条菲涅尔纹理的宽度相对应，线性激光束的线性输出能量的强度分布如图2所示；
(4)将步骤3经过能量调光器调节的线性激光束照射在金属锌膜上，金属锌膜上蚀刻完成后，在金属锌膜表面上形成一个菲涅尔纹理轮廓；
(5)利用数控机床控制线性激光束移动，将线性激光束在镀锌膜上沿着纹理的环形走向刻画出整条菲涅尔线，即可完成一条菲涅尔线的制作；
(6)重复步骤(3)、(4)和(5)，可在抛光面上获得连续的菲涅尔环状纹理结构，完成菲涅尔结构纹理雕刻；
(7)完成步骤(6)后，在锌膜上，再镀一层铬膜层，铬膜层的厚度为0.5um。完成菲涅尔平板模具的制作。
实施例3
如图1所示，根据本发明的一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，包括以下步骤：
(1)选用一块硬度高的板材，板材为不锈钢板。不锈钢板的耐温大于100℃(因为激光刻蚀时材料表面会产生瞬间高温)，然后对板材进行粗抛光和精细抛光，使板材的抛光面最高和最低的厚度差小于5um；
(2)在板材的抛光面上镀一层金属锌膜，镀金属锌膜的方法为化学气相沉积法，金属锌膜的厚度为80um；
(3)利用激光器，激光器为YAG(钇铝石榴石)激光器，将等能量密度的激光光斑通过扩束系统放大并送入线状光澜，线状光澜的缝的长度与一条菲涅尔透镜纹理的宽度相等。得到线性激光束，将线性激光束送入能量调光器(选用DLP芯片，通过电脑数字化控制)，使得线性激光束的线性输出能量的强度分布与一条菲涅尔纹理的宽度相对应，线性激光束的线性输出能量的强度分布如图2所示；
(4)将步骤3经过能量调光器调节的线性激光束照射在金属锌膜上，金属锌膜上蚀刻完成后，在金属锌膜表面上形成一个菲涅尔纹理轮廓；
(5)利用数控机床控制线性激光束移动，将线性激光束在镀锌膜上沿着纹理的环形走向刻画出整条菲涅尔线，即可完成一条菲涅尔线的制作；
(6)重复步骤(3)、(4)和(5)，可在抛光面上获得连续的菲涅尔环状纹理结构，至此完成菲涅尔纹理雕刻；
(7)完成步骤(6)后，在金属锌膜上，再镀一层铬膜层，铬膜层的厚度为0.3um。并完成菲涅尔平板模具的制作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)选用一块硬度高的板材，板材的耐温大于100℃，然后对板材进行粗抛光和精细抛光，使板材的抛光面最高和最低的厚度差小于5um；
(2)在板材的抛光面上镀一层金属锌膜；
(3)利用激光器，将等能量密度的激光光斑通过扩束系统放大，并送入线状光澜，得到线性激光束，将线性激光束送入能量调光器，使线性激光束的线性输出能量的强度分布与一条菲涅尔纹理的宽度相对应；
(4)将步骤3经过能量调光器调节的线性激光束照射在金属锌膜上，金属锌膜上蚀刻完成后，在镀锌膜表面上形成一个菲涅尔纹理轮廓；
(5)利用数控机床控制线性激光束移动，将线性激光束在金属锌膜上沿着纹理的环形走向刻画出整条菲涅尔线，即可完成一条菲涅尔线的制作；
(6)重复步骤(3)、(4)和(5)，可在抛光面上获得连续的菲涅尔环状纹理结构，至此完成菲涅尔纹理雕刻；
(7)完成步骤(6)后，在金属锌膜上，再镀一层铬膜层，完成菲涅尔平板模具的制作。
2.根据权利要求1所述的一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，其特征在于：所述板材为不锈钢板或玻璃板。
3.根据权利要求1所述的一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，其特征在于：所述金属锌膜的厚度为60um～100um。
4.根据权利要求1所述的一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，其特征在于：步骤(1)中镀金属锌膜的方法为真空热蒸镀、电子束蒸镀、磁控溅射或化学气相沉积中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，其特征在于：步骤(3)中的线状光澜的缝的长度与一条菲涅尔透镜纹理的宽度相等。
6.根据权利要求1所述的一种大型菲涅尔平板模具的制作方法，其特征在于：步骤(7)中所述铬膜层的厚度为0.05um～0.5um。
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