[发明专利]一种基于顺序流体注塑的复合透镜制备装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种透镜制备方法，特别是一种基于顺序流体注塑的复合透镜制备方法，主要应用于光束转换、光学成像、光电成像、光电检测、物质分析、激光加工、光学照明、投影技术、光学显微、光学操控、光通讯、光场调控、虚拟现实等领域中的复合透镜加工制备。

背景技术

透镜通常定义为用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件，包括有塑胶透镜和玻璃透镜两种，随着科学技术发展，透镜定义已经发生拓展，广义的透镜为具有光束转换功能的光学元件，除了传统的表面为球面一部分的光学元件，表面为非球面的光束转换会聚光学元件也为透镜。两个以上的单透镜构成的透镜称为复合透镜，通常用于单体透镜可以实现聚焦成像等功能，但是存在性能上的不足，采用多种形式及多种光学玻璃的透镜组合起来构成复合透镜可以提高透镜使用性能。

在先技术中存在一种透镜制备方法，此传统制备方法采用机械打磨加工方法，就是用曲率半径一样的模板进行打磨加工，例如用凹面模板加工凸面镜面，这种方法适合用于加工玻璃等硬材质的透镜，并且适合加工球面透镜，在特定情况下也可以加工其他非球面旋转对称型曲面透镜，但是本质上无法加工自由曲面透镜，加工曲面受限制，并且一个模具只能加工一种透镜面形。在先技术中还存在另一种透镜加工方法，就是模具注塑方法，首先加工模具，然后将材料流体注入到模具中，固化后形成透镜，这种方法具有一定优点，但是仍存在本质不足，难于实现微透镜加工，加工精度不高，难于实现高性能透镜，并且加工灵活性差，同样一个模具只能加工一种透镜面形。目前，复合透镜的制备基本上是基于单透镜的制备工艺和方法，采用多个单透镜进行胶合或机械相互连接固定，尽管具有一定优点，但是存在本质不足，制作工艺复杂、制作过程可调控性差、加工灵活性差、难于实现微型化、不便于集成、制备过程难于实时监控，并且难于实现复合透镜的动态定制化流程。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题提出了一种基于顺序流体注塑的复合透镜制备装置，具体方案如下：

一种基于顺序流体注塑的复合透镜制备装置，包括包括壳体模具以及位于所述壳体模具下方的基板，在所述壳体模具的不同高度的侧壁上轴对称地设有的若干对流体入口和流体出口，其特征在于，所述的壳体模具的顶部设置有用于控制各个流体界面面形的面形控制部件以及用于监控整个制备过程的光束发射部件和光束接收部件。

作为优选，所述的轴对称设置的流体入口和流体出口均设置在流体分界面上。流体入口和流体出口处的流体在固化后会造成凸起等瑕疵，为了便于后续加工(打磨、抛光等)以及减小对透镜光学性能的影响，所以将流体入口和流体出口设置在流体分界面上。

作为优选，所述的轴对称设置的流体入口和流体出口沿所述壳体模具的竖直方向紧密排列，且每对所述的流体入口和流体出口设有堵头。设置不同高度紧密排列的流体入口和流体出口的优势在于，同一模具可加工多种形状、尺寸的透镜，只需通过选择相应高度的流体入口和流体出口即可。

作为优选，所述的壳体模具为锥形圆台。锥形圆台便于脱模。

作为优选，所述的壳体模具由透明材质制成。

一种基于顺序流体注塑的复合透镜制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)壳体模具与底板组合完成后，打开流体入口和流体出口，开始注塑过程。注塑时，开启设置在壳体模具顶部的面形控制部件，用于控制流体界面的面形，同时开启设置在壳体模具顶部的光束发射部件和光束接收部件，用于监控整个透镜制备过程；

2)打开低液位的第一流体入口和第一流体出口，在第一流体入口注塑，多余流体从第一流体出口流出，注塑完成后，进行流体固化，第一层透镜单元固化完成，面形控制部件始终控制流体界面的面形；

3)打开高液位的第二流体入口和第二流体出口，在第二流体入口注塑，多余流体从第二流体出口流出，注塑完成后，进行流体固化，第二层透镜单元固化完成，面形控制部件始终控制流体界面的面形；

4)重复步骤3)，根据需求制备更多层的透镜单元，全部透镜单元固化完成后，将壳体模具和底板脱离，至此，整个透镜制备完成。

作为优选，流体入口和流体出口在壳体模具的竖直方向上的不同高度轴对称的设置有多对，在进行具体透镜制备时，首先根据具体透镜参数选择合适高度的流体入口和流体出口。

作为优选，面形控制部件采用气压流体界面面形控制界面。