[发明专利]一种半球透镜模具的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域和光纤通信领域，尤其涉及一种聚合物半球透镜模具的制作方法。

背景技术

半球透镜与半球透镜阵列是一种重要的光学器件，半球透镜直径的范围从1mm到40mm，由这些半球透镜在基板上按一定形状排列而成的阵列称为半球透镜阵列。作为一种典型的光学元件，半球透镜及半球透镜阵列的基本功能是成像与聚焦，主要用于医疗、通信、传感器领域，并广泛用于相机、光盘、投影镜头、监控器件。

半球透镜及半透镜阵列可由聚合物、石英、K9（光学玻璃）、硅或半导体等材料制成。一般情况下，聚合物光学器件与玻璃或半导体光学器件相比具有更大的设计自由度，而且机械性质和热力学性质良好。此外，由聚合物制成的光学元件，具有质量轻、不易碎裂、运输快捷方便等特点，因此由其制作透镜及透镜阵列是近年来透镜发展的重要趋势。聚合物半球透镜及半球透镜阵列一般需通过模具来进行批量制作，因此半球透镜及半球透镜阵列模具是生产半球透镜的基础。

目前，用于透镜制作的金属模具是采用传统的机械加工方法完成的，包括钻削-精铣-精磨-抛光等工艺，通常模具经过精磨后，其凹球面的表面粗糙度Ra为0.8μm，如果要达到所需的透镜表面的粗糙度要求，还需要对模具进行抛光工艺。常用的抛光工艺有：超声波抛光、磁研磨抛光。超声波抛光是将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中，依靠超声波的震荡作用，使磨料在工件表面磨削抛光，常用超声波频率范围为16-30kHz。使用的磨料有氧化铝、碳化硼、碳化硅、金刚砂等，尺寸为200-2000目，尺寸越小，表面光洁度越高，当采用200目的磨粒时，Ra值可达0.5μm；当采用800目的磨粒时，Ra值为 0.2μm。超声波加工宏观力小，不会引起工件变形，但工装制作和安装较困难。磁研磨抛光是用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷，对工件磨削加工，这种方法加工效率高，质量好，加工条件容易控制，工作条件好，采用合适的磨料表面粗糙度Ra可达到0.1μm。

但是，上述传统机械加工方法制作的半球透镜金属模具工艺较为复杂，而且成本高。本发明人针对现有技术中对半球透镜模具制作方法的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种工艺简单且能保证精度的半球透镜模具的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种半球透镜模具的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，提供一铝合金平板制件作为铝合金基体；

步骤二，在该铝合金基体上钻锥形孔；

步骤三，利用球头铣刀将锥形孔铣成凹球面；

步骤四，利用球模对凹球面进行热压，从而对凹球面进行修形得到所述的半球透镜模具。

优选地，所述步骤一中，对铝合金平板制件进行铣削及打磨，获得平整表面形成铝合金基体。

优选地，所述步骤四中，在对凹球面进行热压时，在该凹球面内添加润滑剂。

优选地，以陶瓷球、轴承钢球或不锈钢球作为所述的球模。

优选地，所述的陶瓷球为氮化硅陶瓷球、氧化锆陶瓷球或碳化硅陶瓷球。

优选地，所述球模加工面的直径公差应不大于±9μm，球形误差应不大于0.25μm，粗糙度Ra应不大于0.02μm。

优选地，所述步骤四的具体热压过程为：将一加热板装夹在精密压力机的工作台上，将步骤三的铝合金基体放置在该加热板上，待加热板温度升至设定温度后保温一段时间，然后将球模放入到凹球面中，启动精密压力机，对球模加压；待球模下压至指定深度时，保温一段时间，之后停止加热，并启动风冷装置对铝合金模具进行降温，降至常温时，控制精密压力机机头上移，取出球模，制得的半球透镜模具。

优选地，进一步包括步骤五，对修形后的模具进行金属抛光。

采用上述方案后，由于本发明以铝合金平板作为模具基体材料，再采用铣削-打磨-钻孔-铣削-球热压修形-平面抛光等工艺方法来制作铝合金基体模具，避免了采用超声波抛光及磁研磨抛光等设备，因此工艺更为简单，成本更低。而模具的粗糙度和精度取决于精密压力机进给精度和球模表面的精度，其精度越高，制作的模具的表面精度也越好，最后成型的半球透镜的表面粗糙度也越高，透镜的质量也愈好。

附图说明

图1为本发明制作方法的流程图；

图2为本发明步骤一中经过铣削、打磨处理后的铝合金平板基体；

图3为本发明步骤二中在铝合金平板上钻锥形孔阵列的剖面图；

图4为本发明步骤三中铣出的凹球面的剖面图；