CN210237438U - 透镜阵列的模具设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种透镜阵列的模具设备，用以将多个透镜压制在一平面或弯曲的板件结构上，该板件结构包括有一厚度T的板主体及多个贯穿该板主体的通孔，其特征在于：该透镜阵列的模具设备包括有一上压模及一下压模，该上压模包括有多个上模挤压区及多个上模穴，该下压模包括有多个下模挤压区及多个下模穴，该板件结构可活动地设置于该上压模与该下压模之间，多个透镜分别地设置于该板件结构的多个通孔之内。

Description

透镜阵列的模具设备

技术领域

本实用新型涉及一种透镜阵列或微透镜阵列(Micro Lens Array)的模具设备，特别是关于一种用于制造平面板及变曲板结构的透镜阵列的模具设备。

背景技术

由于光电产业的蓬勃发展，许多精密光学元件日趋轻薄短小，且元件形状由平面、球面，乃至非球面、非轴对称等等形状较为复杂的自由曲面，带来形状精度、轮廓精度及表面粗糙度的要求，也日益严苛。在这些精密光学元件的制造加工里，一般会涉及厘米等级，甚至微米等级尺寸的加工精度；如此一来，该些光学元件的表面形状精度即可能达到次微米级，而表面粗糙度更甚至达到纳米等级。该些精密光学元件的体积小、质量轻，而且需求使用量大，其可以实现传统光学元件难以达到的微小、阵列和波面转换等特殊功能。

举例来说，成像光学系统、照明光学系统、光通讯、光信号处理系统里面的关键组件——微透镜阵列(MLA，Micro-Lens Array)；用以侦测光的强度、颜色及方向，且可以捕捉景物所形成光场信息的光场相机(Light-field Camera)；或者是晶圆级光学(Wafer LevelOptics)、波前检测仪(Wave-front Detector)、光纤连接器(Optical Fiber Coupler)、液晶显示器的增效模块(Brightness Enhancement Module of Liquid Crystal Display，LCD)、微型投影机(Picoprojector)及CIS(Contact Image Sensor)模块扫描器中的透镜等，都会使用到这些高精密度的光学元件，来用以输出或偶合光学参数，使光机电仪器或设备产生预设的光电功能。

以光场相机为例，其系通过微透镜阵列来记录下整个光场范围内，不同位置下光的强度及颜色，以及不同位置下光线的方向，然后再通过影像软体运算还原影像，即可任意调整焦点，进而产出新的影像。或是，将微透镜阵列设计成具有多种焦点的微透镜的组合，如此一来，只需一次取像，即可得到3D影像和3D深度信息图。相较于一般的相机只能记录不同位置下光的强度，该光场相机的微透镜阵列显然具有更优良、更广泛的光电应用价值。

如上所述的光学创新技术，均需通过曲面构型的微透镜阵列为基础而构成”复眼”式的成像视觉及集光系统，才能达到上述的特殊效果。该曲面构型的微透镜阵列因为具有广视场、高侦测灵敏度、体积小、重量轻等优势，所以在民用、在军用上，都有极广的应用潜力。目前已开发应用的产品，包括有机器人视觉系统、导弹侦测系统、无人机侦测系统等军民领域的多种产品。

传统上，平面型微透镜阵列的加工，须考量该透镜的加工难度、使用模具、工艺条件；通常，曲面型微透镜阵列的加工标准将会更严苛、更复杂，也因此德、日、美、加、英等国都投注许多研发资源进行开发寻求突破。

因此，如何克服现在的技术瓶颈，以更方便、更经济的手段，来以不同大小尺寸或是不同材质的透镜(Lens)，来制造出平面板及弯曲板形状的透镜阵列/微透镜阵列，这是本领域具有通常知识者努力的目标。

实用新型内容

本实用新型主要目的在达到平面板及弯曲板形状的透镜阵列或微透镜阵列的加工制造。

本实用新型另一目的在使平面板及弯曲板形状的透镜阵列或微透镜阵列的生产制造，可以兼顾制造精准度、结构可行性以及成本的经济性。

为了解决上述及其他问题，本实用新型提供一种透镜阵列的模具设备，用以将多个透镜压制在一板件结构上，该板件结构包括有一厚度T的板主体及多个贯穿该板主体的通孔，该透镜包括有一镜体部位及环绕在该镜体部位的环状部位，该环状部位具有厚度H，其特征在于：该透镜阵列的模具设备包括有一上压模及一下压模，该上压模包括有多个上模挤压区及多个上模穴，该下压模包括有多个下模挤压区及多个下模穴，该板件结构可活动地设置于该上压模与该下压模之间，多个透镜分别地设置于该板件结构的多个通孔之内，该板主体的厚度T1大于该环状部位的厚度H，该板件结构的玻璃转化温度(Glasstransition temperature，Tg)小于该透镜的玻璃转化温度；其中，该上压模、下压模可沿一第一方向合模移动，使该上模挤压区与该下模挤压区沿该第一方向抵顶并挤压该板主体，当该上模挤压区下移而接触该板主体时，该镜体部位沿该第一方向距离该上模穴有一第一间距，该第一间距大于该上模挤压区挤压该板主体的塑性变形量。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，该透镜的环状部位与该通孔的边壁相隔有一第二间距。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，该下模穴支撑接触该镜体部位或者环状部位。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，至少一下模穴的下方连接有一抽气道。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，该上模穴或该下模穴的截面呈四边形。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，该透镜的镜体部位为凸出结构、凹入结构或菲涅尔透镜(Fresnel Lens)的结构。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，多个透镜的镜体部位的形状互不相同，或者多个透镜的镜体部位的玻璃转化温度互不相同。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，该板件结构的多个通孔依序排列、交互排列或规则排列。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，该板件结构的玻璃转化温度低于该透镜的玻璃转化温度，或者，该板件结构的软化点温度低于该透镜的软化点温度。

如上所述的透镜阵列的模具设备，其中，当该上模挤压区下移而接触该板主体时，该上模穴的至少一外侧与该透镜在横向上相距一第三间距，且该第三间距大于零。

如此，本实用新型所述透镜阵列的模具设备，以事先大量制造且精密度较高的透镜，用以结合压制于平面板或弯曲的板件结构上；由于低玻璃转化温度(低Tg值)的板件结构的使用，因此该模具设备在合模压制的过程中，其模内的压力不会太大，故可以克服高模压、高难度的技术瓶颈，以更方便、更经济的手段，来制造出透镜阵列或微透镜阵列。

为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制者。为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1A为透镜示意图。

图1B～图1E为本实用新型透镜阵列的模具设备的合模加工示意图。

图1F～图1G为本实用新型透镜阵列成形后的结构示意图。

图2为本实用新型透镜阵列的模具设备所使用的不同构形的透镜的示意图。

图3～图7为本实用新型透镜阵列的其他实施例的模具设备示意图。

图8A～图8B为本实用新型模具设备的模内状况示意图。

附图标记说明：1-模具设备；11-上压模；115-上模穴；116-上模挤压区；12-下压模；123-抽气道；125-下模穴；126-下模挤压区；13-板件结构；131-板主体；132-通孔8-透镜；81-镜体部位；82-环状部位；9-透镜阵列；A1-第一方向；B-变形区域；F-最右侧边部位；T1、T2、H-厚度；S1-第一间距；S2-第二间距；S3-第三间距。

具体实施方式

请参阅图1A，图1A为透镜示意图。如图所示，一透镜8，包括有一镜体部位81及一环状部位82，该环状部位82环绕在该镜体部位81的周边。本实施例的镜体部位81为凸出结构，在其他实施例中，该透镜8的镜体部位81也可以是双凹入的结构、一凸一平的结构、一凹一平的结构、一凸一凹的结构，或是菲涅尔透镜(Fresnel Lens)的结构。该透镜8事先可以大量制造成型，且因为该镜体部位81的轮廓为简单几何曲面或平面，故预先制造可以同时兼顾批量制造及精密度。请参阅图1B～图1E，图1B～图1E为本实用新型透镜阵列的模具设备的合模加工示意图。如图1B所示，本实用新型透镜阵列的模具设备1，其目的是用以将多个透镜8压制在一弯曲的板件结构13上，该板件结构13的材质包括但不限于金属、合金、陶瓷、玻璃、高分子复合材料等。该板件结构13包括有一厚度T1的板主体131及多个贯穿该板主体131的通孔132。该模具设备1包括有一上压模11及一下压模12。该上压模11包括有多个上模挤压区116及多个上模穴115，该下压模12包括有多个下模挤压区126及多个下模穴125，该板件结构13可活动地设置于该上压模11与该下压模12之间。在此，先将多个透镜8分别地放置在该下压模12的多个下模穴125的上，使每一透镜8均对应至一个下模穴125。然后，如图1C所示，将该板件结构13往下移动，使该板件结构13的多个通孔132与多个透镜8相对应；如此一来，多个透镜8即可分别地设置于该板件结构13的多个通孔132之内，使每一透镜8均容设于一通孔132之内。再来，如图1D所示，该上压模11往下移动，该上压模11、下压模12沿一第一方向A1合模，当该上压模11触及该板件结构13时，该上模挤压区116会抵顶该板主体131。此时，每一上模穴115会沿着该第一方向A1而对应一透镜8及一下模穴125；该镜体部位81沿该第一方向A1距离该上模穴115有一第一间距S1，如图1D的放大图所示，不同位置的第一间距S1长度均不相同。如图1E及其放大图所示，该上压模11继续沿该第一方向A1而向下移动，当该上模挤压区116与该下模挤压区126沿该第一方向A1抵顶并挤压该板件结构13的板主体131，使该板主体131产生塑性变形，进而形成一变形区域B；该板主体131的变形区域B因为受到挤压力量而流动，进而包覆该透镜8的环状部位82的周边，使该板件结构13可以粘结并固定多个透镜8。也即，通过该变形区域B包覆该透镜8的环状部位82，而使多个透镜8固着、固定于该板件结构13上，不会松动或脱落。如图1F与图1G所示，多个透镜8被固定在板件结构13上，即形成一透镜阵列9，图1F的透镜阵列9仅在y轴上呈弯曲(一维弯曲板)，图1G的透镜阵列9则是在x轴及y轴上呈弯曲(二维弯曲板)。在本实施例中，该下模穴125的轮廓与该透镜8下方的轮廓相似，因此，该透镜8可以平稳地贴合或放平在该下模穴125的上。另外，图1F、图1G实施例所示的多个透镜8的尺寸或构形并不相同，在其他实施例中，该透镜阵列9的多个透镜8的镜体部位81形状可以是互不相同，或者，多个透镜8的镜体部位81的玻璃转化温度互不相同。又在其他不同实施例中，该板件结构13的多个通孔132可以是依序排列、交互排列或规则排列，当然，该板件结构13的板主体131也可以呈非透明状(例如施以表面镀膜、表面涂层、表面喷砂、表面雾化、表面贴附或板件结构13的内部掺杂等工艺)。

此外，该板件结构13的玻璃转化温度(Glass transition temperature，Tg)小于该透镜8的玻璃转化温度；而且，该板件结构13的软化点温度也低于该透镜8的软化点温度；如此一来，当该板件结构13与该透镜8同时受到合模的抵顶、挤压力量时，该板件结构13的板主体131会首先塑性变形，产生该变形区域B。再来，该板主体131在未受挤压前的厚度为T1(如图1D的放大图所示)；当该上模挤压区116沿该第一方向A1下移而抵顶、挤压该板主体131之后，该板主体131在塑性变形的后的厚度为T2(如图1E的放大图所示)。其厚度T1与厚度T2的差，即为该板件结构13在该第一方向A1上的塑性变形量d，也即，T1-T2＝d。如图1D的放大图与图1E的放大图所示，该环状部位82具有厚度H，该板主体131的原始厚度T1大于该环状部位82的厚度H，因此该上压模11挤压该板件结构13的板主体131时，该板主体131会因塑性变形而使厚度T1的数值减小，其减小的量(即塑性变形量d)会小于第一间距S1，也即，该第一间距S1大于该板主体131的塑性变形量d(即S1大于d)。如此，可以确保该上模穴115的轮廓不会刮伤、损坏或挤压到该透镜。

在图1B～图1D的实施例中，其系先将多个透镜8放置在该下压模12的多个下模穴125中，再使该板件结构13的多个通孔132对准多个透镜8，然后将该板件结构13下移，接下来才合模(上压模11往下移动)。在其他实施例中，也可以先使该板件结构13的多个通孔132对准多个下模穴125，再将该板件结构13贴合于该下压模12的上，最后才将多个透镜8放置至多个通孔132之中，使该透镜8的下端部贴合于该下模穴125的轮廓。另外，如图1D的放大图所示，该透镜8的环状部位82与该通孔132的边壁相隔有一适当的第二间距S2，如此，该透镜8放置入该板件结构13的通孔132内时，可以避免发生对准偏差或结构卡住的状况。此外，该下模穴125的轮廓与该镜体部位81或者环状部位82的下端部轮廓互相吻合，如此一来，该下模穴125即可较精准地支撑该镜体部位81或该环状部位82。

请参阅图2，图2为本实用新型透镜阵列的模具设备所使用的不同构形的透镜的示意图。在本实施例中，该透镜8的环状部位82的截面(sectional view)呈现为微微弯曲；如此一来，该镜体部位81与该环状部位82的下端部轮廓，即可与该下压模12、下模穴125完全吻合。当该上压模11、下压模12进行合模时，庞大的模内压力比较不会刮损或毁坏该透镜8。

图3～图7为本实用新型透镜阵列的其他实施例的模具设备示意图。如图3所示，该上压模11的上模穴115截面形状呈矩形或四边形。当该上压模11、下压模12合模之后，该透镜8的上端部与该上模穴115的第一间距S1会较大，如此可以确保该上模穴115不会刮损或挤压到该透镜8的轮廓。特别说明，本实施例的模具设备1适合使用于太阳能透镜的制程，用来对入射的太阳光进行聚焦；除了太阳能透镜的应用，本实用新型当然也可以使用于其他的成像光学系统、照明光学系统、光通讯或光信号处理系统等多种不同的技术领域。如图4所示，每一下模穴125的下方都连接有一抽气道123，如此一来，当该抽气道123进行抽气时，即可通过真空的压力而吸附该透镜8，使该透镜8稳定地附着在该下模穴125的上，或是用以引导该透镜8进入该板件结构13的多个通孔132之内。其中，该下压模12设置该抽气道123，可以分区设置(部份有设置，其他部份没有设置)，或是依不同的透镜8大小而设置，也可以依不同的透镜8轮廓、尺寸需求而设置。在此，设置该抽气道123的目的，是为了提高自动化的程度，让多个透镜8可以自动且快速地进入该通孔132内或该下模穴125周边；设置该抽气道123的另一个目的，是防止该透镜8在合模受力的过程中，因为巨大的模内压力而松脱掉落，与该下模穴125分离。如图5所示，本实施例的下压模12采用抽气道123形式，上压模11的上模穴115则是采取圆弧状设置。如图6所示，本实施例的下模穴125截面呈矩形或四边形，如此，该透镜8系通过该环状部位82而使该镜体部位81架设于该下模穴125的上；本实施例的镜体部位81与该下模穴125边壁微微接触。如图7所示，本实施例的矩形或四边形下模穴较大，因此该镜体部位81则是通过该环状部位82而悬空设置在该下模穴125的上。

请参阅图8A～图8B，图8A～图8B为本实用新型模具设备的模内状况示意图。如图8A与图8B所示，如果该透镜阵列9的弯曲曲率较大，在该透镜阵列9的边缘之处，该模具设备1的上压模11与下压模12沿该第一方向A1进行合模时，该上压模11有可能会刮到或挤压到该透镜8的镜体部位81或环状部位82。因此，当该上模挤压区116下移而接触该板主体131时，该上模穴115的最右侧边部位F与该透镜8在横向(即水平方向)上相距一第三间距S3，且该第三间距S3大于零，以防止该上压模11沿该第一方向A1合模移动时，刮伤或挤坏该透镜8。也即，当该上模挤压区116下移而接触该板主体131时，该镜体部位81沿该第一方向A1距离该上模穴115有一第一间距S1，而且，该上模穴115的最右侧边部位F与该透镜8在水平方向上相距也有一第三间距S3；该第一间距S1、第三间距S3的目的就是确保该上压模11在合模移动时不会刮伤、损伤该透镜8。

如此，本实用新型所述透镜阵列9的模具设备1，以事先大量制造且精密度较高的透镜8，用以结合压制于平面板或弯曲的板件结构13上；由于可以采用较低玻璃转化温度(低Tg值)的材质，因此该模具设备1在合模压制的过程中，其模内的压力不会太大，故可以克服高模压、高难度的技术瓶颈，以更方便、更经济的手段，使用不同大小尺寸或是不同材质的透镜(Lens)，来制造出平面板、弯曲板形状的透镜阵列9或微透镜阵列。因此具有极大的商业应用潜力。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜阵列的模具设备，用以将多个透镜(8)压制在一板件结构(13)上，该板件结构(13)包括有一厚度T的板主体(131)及多个贯穿该板主体(131)的通孔(132)，该透镜(8)包括有一镜体部位(81)及环绕在该镜体部位(81)的环状部位(82)，该环状部位(82)具有厚度H，其特征在于：

该透镜阵列(9)的模具设备(1)包括有一上压模(11)及一下压模(12)，该上压模(11)包括有多个上模挤压区(116)及多个上模穴(115)，该下压模(12)包括有多个下模挤压区(126)及多个下模穴(125)，该板件结构(13)可活动地设置于该上压模(11)与该下压模(12)之间，多个透镜(8)分别地设置于该板件结构(13)的多个通孔(132)之内，该板主体(131)的厚度T1大于该环状部位(82)的厚度H，该板件结构(13)的玻璃转化温度小于该透镜(8)的玻璃转化温度；

其中，该上压模(11)、下压模(12)能够沿一第一方向(A1)合模移动，使该上模挤压区(116)与该下模挤压区(126)沿该第一方向(A1)抵顶并挤压该板主体(131)，当该上模挤压区(116)下移而接触该板主体(131)时，该镜体部位(81)沿该第一方向(A1)距离该上模穴(115)有一第一间距(S1)，该第一间距(S1)大于该上模挤压区(116)挤压该板主体(131)的塑性变形量(d)。

2.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，该透镜(8)的环状部位(82)与该通孔(132)的边壁相隔有一第二间距(S2)。

3.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，该下模穴(125)支撑接触该镜体部位(81)或者环状部位(82)。

4.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，至少一下模穴(125)的下方连接有一抽气道(123)。

5.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，该上模穴(115)或该下模穴(125)的截面呈四边形。

6.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，该透镜(8)的镜体部位(81)为凸出结构、凹入结构或菲涅尔透镜的结构。

7.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，多个透镜(8)的镜体部位(81)的形状互不相同，或者多个透镜(8)的镜体部位(81)的玻璃转化温度互不相同。

8.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，该板件结构(13)的多个通孔(132)依序排列、交互排列或规则排列。

9.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，该板件结构(13)的玻璃转化温度低于该透镜(8)的玻璃转化温度，或者，该板件结构(13)的软化点温度低于该透镜(8)的软化点温度。

10.如权利要求1所述透镜阵列的模具设备，其特征在于，当该上模挤压区(116)下移而接触该板主体(131)时，该上模穴(115)的至少一外侧与该透镜(8)在横向上相距一第三间距(S3)，且该第三间距(S3)大于零。

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