CN116879986B - 一种反射式菲涅尔透镜及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学仪器技术领域，具体涉及一种反射式菲涅尔透镜及制作方法，反射式菲涅尔透镜包括透镜主体、反射镀层和抗氧化加强层，其中透镜主体的上端面中间位置设置有中心凹透镜，环绕中心凹透镜设置有环形坍陷结构，环形坍陷结构具有向焦点倾斜的入射面，反射镀层设置在中心凹透镜及环形坍陷结构的入射面上，入射的光线经过入射面的反射形成出射光线，出射光线在透镜上方汇聚形成焦点，抗氧化加强层附着在透镜主体的上表面。本发明公开的反射式菲涅尔透镜，可以单独使用，并且整体平整没有弧度，便于运输和安装，反射式菲涅尔透镜的制作方法，可以快速、高效的完成反射式菲涅尔透镜生产，并且透镜在生产过程中不易发生弯曲、变形。
Description
技术领域
本发明属于光学仪器技术领域，具体涉及一种反射式菲涅尔透镜及制作方法。
背景技术
菲涅尔透镜是一种平面透镜，在许多应用领域取代了常规凹透镜、凸透镜，菲涅尔透镜一面为平面，另一面上设有环形的坍陷结构，通过这些环形坍陷结构可以达到对指定光谱范围的光带进行反射或折射，并使光线汇聚于焦点。
反射镜在照明、聚光集热、广角镜、反射式成像等领域被广泛应用，现有技术中常规的反射镜在使用时大多需要制作成弧形或者多片反射镜组成弧形的镜组才能发挥作用，这不仅不便于运输和安装，而且使用时对场地有较高的要求。
因此很有必要研究一种可以单独使用，并且便于运输和安装的反射式菲涅尔透镜。
目前，菲涅尔透镜由玻璃材料或亚克力等透明有机材料经过成型模具模压制成，之后通过粘贴、热压、电镀等方式在透镜上附着反射层，这样生产效率较低，很有必要研究一种可以快速、高效的在透镜主体上附着反射层并且在透镜定型前不易变形的反射式菲涅尔透镜制作方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种反射式菲涅尔透镜及制作方法，用以解决现有技术的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种反射式菲涅尔透镜，包括：
透镜主体，透镜主体由有机玻璃制成，透镜主体的下端面为平面，透镜主体的上端面中间位置设置有中心凹透镜，环绕中心凹透镜设置有环形坍陷结构，环形坍陷结构具有向焦点倾斜的入射面；
反射镀层，反射镀层设置在中心凹透镜及环形坍陷结构的入射面上，入射的光线经过入射面的反射形成出射光线，出射光线在透镜上方汇聚形成焦点；
抗氧化加强层，抗氧化加强层附着在透镜主体的上表面，可以防止反射镀层因为氧化、磨损导致反射效果降低。
进一步，环形坍陷结构的半径由内向外之间逐渐增大，环形坍陷结构的圆心在透镜的中心线上。
更进一步，环形坍陷结构的入射面为倾斜的平面。
再进一步，环形坍陷结构入射面与水平面的夹角满足公式α=arctg（R/F）/2，其中α为入射面与水平面的夹角，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距；
入射面上端点与下端点之间的高度差满足Δh=D×tg(R/F)，其中Δh为入射面上端点与下端点之间的高度差，D为环形坍陷结构的环距，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距。
进一步，环形坍陷结构的入射面为弧面。
更进一步，入射面上端点与下端点之间的连线与水平线的夹角满足α=arctg（R/F）/2，其中α为入射面上端点与下端点之间的连线与水平线的夹角，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距；
上端点与下端点之间的高度差满足Δh=D×tg(R/F)，其中Δh为入射面上端点与下端点之间的高度差，D为环形坍陷结构的环距，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距。
一种反射式菲涅尔透镜的制作方法，包括以下步骤：
S1、模具制作，根据产品的规格制作透镜主体模具、电镀模具和抗氧化加强层模具；
S2、透镜主体制作，通过注塑的方法使用S1中制作的透镜主体模具制作透镜主体；
S3、环形坍陷结构修正，将透镜主体的上表面进行打磨，保证透镜主体上表面平整且光滑；
S4、表面清洁，先使用弱酸性溶液对透镜主体表面进行清洁，去除污垢及步骤S2中打磨产生的碎屑，再使用清水冲洗去除透镜主体表面的酸性溶液，之后将透镜主体放置到烘干箱中烘干；
S5、喷涂表面活性剂，在透镜主体的上表面整体喷涂一层表面活性剂；
S6、电镀金属基层，将透镜主体放置到S1中制作的电镀模具中，在中心凹透镜及环形坍陷结构的入射面上电镀一层金属基体，之后将透镜主体取出；
S7、制作反射镀层，将透镜主体整体浸泡到反射盐溶液中，S5中生成的金属基体与反射盐溶液发生反应形成反射镀层，将透镜主体取出使用清水冲洗，之后将透镜主体放置到烘干箱中烘干表面水分；
S8、附着抗氧化加强层，将透镜主体放置到S1中制作的抗氧化加强层模具中，通过注塑的方法，在透镜主体上表面附着一层抗氧化加强层；
S9、定型，在透镜主体上表面固定一个透明且平整的塑胶板，之后将固定好的透镜及塑胶板放置在常温环境中使其固化，平整的塑胶板可以保证透镜在固化过程中不发生变形，工作人员可以通过透明的塑胶板确定透镜在固化过程中是否发生变形，待透镜固化后将透镜与塑胶板分离。
更进一步，步骤S6中的金属基体为金属铁基体。
更进一步，步骤S7中的反射盐溶液为硝酸银溶液，其可以与金属铁基体发生置换反应生成银质的反射镀层。
更进一步，步骤S9中，透镜主体上表面上固定透明且平整的塑胶板时，透镜主体的边缘及环形坍陷结构的上端均与塑胶板固定，可以防止透镜整体弯曲的同时还可以防止环形坍陷结构发生变形。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明公开的反射式菲涅尔透镜，通过中心凹透镜、环形坍陷结构上的反射镀层将入射光线反射形成出射光线，出射光线在焦点处汇聚，本反射式菲涅尔透镜可以单独使用，并且整体平整没有弧度，便于运输和安装。
2、本发明公开的反射式菲涅尔透镜的制作方法，通过使用不同的模具，可以快速、高效的完成反射式菲涅尔透镜生产，并且透镜在生产过程中不易发生弯曲、变形。
附图说明
图1为反射式菲涅尔透镜的结构示意图；
图2为反射式菲涅尔透镜的俯视示意图；
图3为图1中A处放大结构示意图；
图4为环形坍陷结构截面图；
图5为一个实施例的结构示意图；
图6为本发明反射式菲涅尔透镜制作方法的流程图。
附图中涉及到的附图标记有：
1、透镜主体；1-1、中心凹透镜；1-2、环形坍陷结构；2、反射镀层；3、抗氧化加强层。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
请参阅图1-图2所示，一种反射式菲涅尔透镜，包括：透镜主体1、反射镀层2、抗氧化加强层3，其中透镜主体1由有机玻璃制成，透镜主体1的下端面为平面，透镜主体1的上端面中间位置设置有中心凹透镜1-1，中心凹透镜1-1的上端面为入射面，环绕中心凹透镜1-1设置有环形坍陷结构1-2，可以理解为，环形坍陷结构1-2的圆心在透镜的中心线上，多级环形坍陷结构1-2的半径由内向外之间逐渐增大，环形坍陷结构1-2具有向焦点倾斜的入射面，在本实施例中，环形坍陷结构1-2的横截面为直角三角性，环形坍陷结构1-2的入射面位于三角形的斜边处，入射面为朝向焦点的倾斜平面，具体的，参阅图3-4所示，环形坍陷结构1-2入射面与水平面的夹角满足公式α=arctg（R/F）/2，其中α为入射面与水平面的夹角，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距；入射面上端点与下端点之间的高度差满足Δh=D×tg(R/F)，其中Δh为入射面上端点与下端点之间的高度差，D为环形坍陷结构1-2的环距，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距。
反射镀层2设置在环形坍陷结构1-2及中心凹透镜1-1上的入射面上，入射的光线经过入射面的反射形成出射光线，出射光线在透镜上方焦点处汇聚，具体的，反射镀层2为银质的反射层，其可以将绝大部分入射光线反射至焦点方向。
抗氧化加强层3附着在透镜主体1的上表面，可以防止反射镀层2因为氧化、磨损导致反射效果降低，具体的抗氧化加强层3为很薄的透明有机玻璃层，其可以有效的防止透镜在使用过程中外界物体直接接触反射镀层2导致反射镀层2破损或者表面出现划痕。
请参阅图5所示，此为本发明一种反射式菲涅尔透镜的另一个实施例，其与实施例1的不同在于环形坍陷结构1-2的入射面为弧面，具体的，入射面上端点与下端点之间的连线与水平线的夹角满足α=arctg（R/F）/2，其中α为入射面上端点与下端点之间的连线与水平线的夹角，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距；上端点与下端点之间的高度差满足Δh=D×tg(R/F)，其中Δh为入射面上端点与下端点之间的高度差，D为环形坍陷结构1-2的环距，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距。
请参阅图6所示，一种反射式菲涅尔透镜的制作方法，包括以下步骤：
S1、模具制作，根据产品的规格制作透镜主体模具、电镀模具和抗氧化加强层模具，具体的，电镀模具和抗氧化加强层模具可以与透镜主体1配合；
S2、透镜主体1制作，通过注塑的方法使用S1中制作的透镜主体模具制作透镜主体1，具体的，将有机玻璃的原料注入到透镜主体模具中，在透镜主体模具中形成透镜主体1；
S3、环形坍陷结构1-2修正，将透镜主体1的上表面进行打磨，保证透镜主体1上表面平整且光滑，可以理解为，注塑出的透镜主体1会因为模具质量、脱模部分材料粘贴在模具表面没有脱落等原因，导致透镜主体1的上表面特别是中心凹透镜1-1和环形坍陷结构1-2的入射面上出现不规则的凹痕，通过打磨使其表面光滑，可以防止这部分凹痕影响反射镀层2的平整；
S4、表面清洁，先使用弱酸性溶液对透镜主体1表面进行清洁，去除污垢及步骤S2中打磨产生的碎屑，具体的，弱酸性溶液可以使用浓度较低的硝酸溶液，再使用清水冲洗去除透镜主体1表面的酸性溶液，之后将透镜主体1放置到烘干箱中烘干；
S5、喷涂表面活性剂，在透镜主体1的上表面整体喷涂一层表面活性剂；
S6、电镀金属基层，将透镜主体1放置到S1中制作的电镀模具中，在中心凹透镜1-1和环形坍陷结构1-2的入射面上电镀一层金属基体，具体的，金属基体为金属铁基体，之后将透镜主体1取出；
S7、制作反射镀层2，将透镜主体1整体浸泡到反射盐溶液中，S5中生成的金属基体与反射盐溶液发生反应形成反射镀层2，具体的，反射盐溶液为硝酸银溶液，其可以与金属铁基体发生置换反应生成银质的反射镀层2，将透镜主体1取出使用清水冲洗，之后将透镜主体1放置到烘干箱中烘干表面水分；
S8、附着抗氧化加强层3，将透镜主体1放置到S1中制作的抗氧化加强层模具中，通过注塑的方法，在透镜主体1上表面附着一层抗氧化加强层3，具体的，抗氧化加强层3为透明的有机玻璃层；
S9、定型，在透镜主体1上表面固定一个透明且平整的塑胶板，具体的，透镜主体1上表面上固定透明且平整的塑胶板时，透镜主体1的边缘及环形坍陷结构1-2的上端均与塑胶板固定，可以防止透镜整体弯曲的同时还可以防止环形坍陷结构1-2发生变形，之后将固定好的透镜及塑胶板放置在常温环境中使其固化，平整的塑胶板可以保证透镜在固化过程中不发生变形，工作人员可以通过透明的塑胶板确定透镜在固化过程中是否发生变形，待透镜固化后将透镜与塑胶板分离。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (6)
1.一种反射式菲涅尔透镜，其特征在于，包括：
透镜主体（1），透镜主体（1）由有机玻璃制成，透镜主体（1）的下端面为平面，透镜主体（1）的上端面中间位置设置有中心凹透镜（1-1），中心凹透镜（1-1）的上端面为入射面，环绕中心凹透镜（1-1）设置有环形坍陷结构（1-2），所述环形坍陷结构（1-2）的半径由内向外之间逐渐增大，环形坍陷结构（1-2）的圆心在透镜的中心线上，环形坍陷结构（1-2）具有向焦点倾斜的入射面，所述环形坍陷结构（1-2）的入射面为弧面，所述入射面上端点与下端点之间的连线与水平线的夹角满足α=arctg（R/F）/2，其中α为入射面上端点与下端点之间的连线与水平线的夹角，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距，上端点与下端点之间的高度差满足Δh=D×tg(R/F)，其中Δh为入射面上端点与下端点之间的高度差，D为环形坍陷结构（1-2）的环距，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距；
反射镀层（2），反射镀层（2）设置在中心凹透镜（1-1）及环形坍陷结构（1-2）的入射面上，所述反射镀层（2）为银质的反射层，入射的光线经过入射面的反射形成出射光线，出射光线在透镜上方焦点处汇聚；
抗氧化加强层（3），抗氧化加强层（3）附着在透镜主体（1）的上表面，可以防止反射镀层（2）因为氧化、磨损导致反射效果降低。
2.根据权利要求1所述的一种反射式菲涅尔透镜，其特征在于：所述环形坍陷结构（1-2）的入射面为倾斜的平面。
3.根据权利要求2所述的一种反射式菲涅尔透镜，其特征在于：所述环形坍陷结构（1-2）入射面与水平面的夹角满足公式α=arctg（R/F）/2，其中α为入射面与水平面的夹角，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距；
入射面上端点与下端点之间的高度差满足Δh=D×tg(R/F)，其中Δh为入射面上端点与下端点之间的高度差，D为环形坍陷结构（1-2）的环距，R为反射式菲涅尔透镜的半径，F为反射式菲涅尔透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的一种反射式菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、模具制作，根据产品的规格制作透镜主体模具、电镀模具和抗氧化加强层模具；
S2、透镜主体（1）制作，通过注塑的方法使用S1中制作的透镜主体模具制作透镜主体（1）；
S3、环形坍陷结构（1-2）修正，对透镜主体（1）的上表面进行打磨，保证透镜主体（1）上表面平整且光滑；
S4、表面清洁，先使用弱酸性溶液对透镜主体（1）表面进行清洁，去除污垢及步骤S2中打磨产生的碎屑，再使用清水冲洗去除透镜主体（1）表面的酸性溶液，之后将透镜主体（1）放置到烘干箱中烘干；
S5、喷涂表面活性剂，在透镜主体（1）的上表面整体喷涂一层表面活性剂；
S6、电镀金属基层，将透镜主体（1）放置到S1中制作的电镀模具中，在中心凹透镜（1-1）和环形坍陷结构（1-2）的入射面上电镀一层金属基体，之后将透镜主体（1）取出；
S7、制作反射镀层（2），将透镜主体（1）整体浸泡到反射盐溶液中，S5中生成的金属基体与反射盐溶液发生反应形成反射镀层（2），将透镜主体（1）取出使用清水冲洗，之后将透镜主体（1）放置到烘干箱中烘干表面水分；
S8、附着抗氧化加强层（3），将透镜主体（1）放置到S1中制作的抗氧化加强层模具中，通过注塑的方法，在透镜主体（1）上表面附着一层抗氧化加强层（3）；
S9、定型，在透镜主体（1）上表面固定一个透明且平整的塑胶板，在透镜主体（1）上表面上固定透明且平整的塑胶板时，透镜主体（1）的边缘及环形坍陷结构（1-2）的上端均与塑胶板固定，可以防止透镜整体弯曲的同时还可以防止环形坍陷结构（1-2）发生变形，之后将固定好的透镜及塑胶板放置在常温环境中使其固化，平整的塑胶板可以保证透镜在固化过程中不发生变形，工作人员可以通过透明的塑胶板确定透镜在固化过程中是否发生变形，待透镜固化后将透镜与塑胶板分离。
5.根据权利要求4所述的一种反射式菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于：所述步骤S6中的金属基体为金属铁基体。
6.根据权利要求4所述的一种反射式菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于：所述步骤S7中的反射盐溶液为硝酸银溶液，其可以与金属铁基体发生置换反应生成银质的反射镀层（2）。
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Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| JPH01257505A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-13 | Koito Mfg Co Ltd | フレネルステップの加工方法 |
| JPH07239402A (ja) * | 1994-03-01 | 1995-09-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | フレネルプレート及びその製造方法 |
| JP2001154596A (ja) * | 1999-11-29 | 2001-06-08 | Kyowa Electric & Chem Co Ltd | ディスプレイ画面の拡大観察用フレネルレンズ |
| CN101367252A (zh) * | 2008-09-12 | 2009-02-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种加工菲涅耳透镜的金刚石刀具的设计方法 |
| CN207190139U (zh) * | 2017-06-09 | 2018-04-06 | 上海小糸车灯有限公司 | 一种多层厚壁透镜的成型定位结构 |
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-
2023
- 2023-09-08 CN CN202311155041.3A patent/CN116879986B/zh active Active
Patent Citations (7)
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