[发明专利]微透镜阵列模芯及其制作方法、微透镜阵列及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微透镜阵列模芯及其制作方法、微透镜阵列及其制作方法。

背景技术

近年来，在光电子领域，微透镜阵列的使用越来越普遍了。微透镜阵列可用来改善光电装置如太阳板、光检测器、发光装置、成像系统等的性质，目前关于微透镜阵列的研究主要集中于成像技术，如摄影、3D图像及显示技术等。

传统的微透镜列阵的制作方法主要有以下几种：利用注射、浇铸、热压、车削等加工光学塑料制作微透镜列阵。但是这些传统方法存在下列缺陷：制作成本高，耗费时间长，并且微透镜的表面光滑度和一致性不够高。

近年来，出现用超精密数控机床制作微透镜列阵的方法，主要包括如下步骤：1)制作金属模芯，金属模芯上具有凹窝阵列；2)利用金属模芯注射成型形成微透镜阵列。

在制作金属模芯时，将平板状的金属板安装在主轴的端面上，根据微透镜阵列形状精确控制刀具路径对平板状的金属板的一侧面切削出与微透镜阵列相吻合的凹窝阵列，从而制成金属模芯。刀具对凹窝阵列中各个凹窝的加工顺序为由中心向外周依次进行切削加工，在XY平面上，刀具切削点路径为螺旋形。

在光学三维微坐标测量系统中，检查了经上述传统方法制作的金属模芯， 发现金属模芯表面至少存在如下缺陷：金属模芯的各凹窝上具有由切割刀具等形成的刮伤，且刮伤位置无规律，故金属模芯中各个凹窝的一致性差。通过该金属模芯模制成型的微透镜阵列同样存在各个微透镜的一致性差的问题。

发明内容

本发明的其中一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种微透镜阵列模芯的制作方法，其能制作出各凹窝一致性好的微透镜阵列模芯；

本发明的另一个主要目的在于提供一种微透镜阵列的制作方法及微透镜阵列。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，一种微透镜阵列模芯的制作方法，包括以下步骤：

提供一圆柱形夹具，将该圆柱形夹具同轴安装于一超精密机床的主轴上；

提供一金属片，将该金属片可拆卸地贴合固定于该圆柱形夹具的外圆柱面，形成一金属筒，该金属筒的中心线与所述主轴中轴线重合；

基于该微透镜阵列的结构，使该超精密机床的刀具在该金属筒外表面加工出凹窝阵列；将加工有凹窝阵列的金属筒拆离所述主轴，形成所述微透镜阵列模芯。

在一实施方式中，在将所述金属筒拆离所述圆柱形夹具后，还包括将所述金属筒整理成金属片的步骤。

在一实施方式中，还包括如下步骤：在金属片上选取合适区域的凹窝阵列，去除该合适区域外的部分。

在一实施方式中，在加工凹窝阵列过程中，所述刀具的进给方向垂直于所述主轴中轴线。

在一实施方式中，在加工所述凹窝阵列的每一行凹窝过程中，控制超精 密机床的刀具切削点坐标(C_c，X_c，Z_c)满足式(1)：

其中(X_p,Y_p,Z_p)为所述切削点在平面坐标系(X,Y,Z)的坐标，满足式(2)：

其中，L为微透镜阵列的长度，W为微透镜阵列的宽度，p为微透镜阵列中每个微透镜的直径；D为金属筒外径，R为刀具半径，k为微透镜阵列的行序号，且k＝0,1...；n为每行微透镜阵列中各微透镜的顺序号，n＝0,1,2...；所述刀具逐行加工所述凹窝阵列的每一行凹窝。

根据本发明的另一个方面，一种微透镜阵列模芯，由本发明所述的微透镜阵列模芯的制作方法制成。

根据本发明的一个方面，一种微透镜阵列的制作方法，还包括以下步骤：

提供由本发明所述的微透镜阵列模芯的制作方法制成微透镜阵列模芯；

提供一模具，该模具包括相互配合工作的两个型模，其中一型模内具有模槽；将所述微透镜阵列模芯放入所述模槽内，在该微透镜阵列模芯曲面的情况下，使微透镜阵列模芯朝向另一个型模方向凸出；

注塑加工：将该模具的两个型模合模，并向该模槽内注射成型料，获得所述微透镜阵列。

在一实施方式中，所述注塑加工的工艺参数为：模具温度为100～110℃，注塑温度为225～235℃，保压压力为1100～1300MPa，保压时间为15～25秒， 冷却时间为25～35秒。进一步地，所述注塑加工的工艺参数为：模具温度为105℃，注塑温度为229℃，保压压力为1200MPa，保压时间为20秒，冷却时间为30秒。