微透镜阵列模芯及其制作方法、微透镜阵列及其制作方法技术

本发明专利技术公开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。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上，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夹具，形成所述微透镜阵列模芯。由本发明专利技术制成的微透镜阵列模芯中各凹窝的一致性好，微透镜阵列模芯的质量大幅提升。进一步地，由该微透镜阵列模芯加工出的微透镜阵列的质量也随之大幅提升。

【技术实现步骤摘要】
微透镜阵列模芯及其制作方法、微透镜阵列及其制作方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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；本专利技术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。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，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(Cc，Xc，Zc)满足式(1)：其中(Xp,Yp,Zp)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。根据本专利技术的另一个方面，一种微透镜阵列模芯，由本专利技术所述的微透镜阵列模芯的制作方法制成。根据本专利技术的一个方面，一种微透镜阵列的制作方法，还包括以下步骤：提供由本专利技术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。根据本专利技术的另一个方面，一种微透镜阵列，由本专利技术所述的微透镜阵列的制作方法制成。由上述技术方案可知，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术微透镜阵列模芯的制作方法中，将金属片可拆卸地贴合固定在一圆柱形夹具的外圆柱面上，形成一金属筒，刀具在金属筒外表面逐行加工出凹窝阵列，形成微透镜阵列模芯，从而可以减少刀具在凹窝表面的划伤，因此制成的微透镜阵列模芯中各凹窝的一致性好，微透镜阵列模芯的质量大幅提升。进一步地，由该微透镜阵列模芯加工出的微透镜阵列的质量也随之大幅提升。附图说明通过结合附图考虑以下对本专利技术的优选实施例的详细说明，本专利技术的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本专利技术的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：图1是根据本专利技术一示例性实施方式示出的微透镜阵列的制作方法的流程示意图。图2是根据本专利技术一示例性实施方式示出的微透镜阵列模芯的制作方法中主轴、刀具与金属筒位置关系的示意图。图3A是根据本专利技术一示例性实施方式示出的微透镜阵列的结构示意图。图3B是图3A的侧视图。图4表示根据一示例性实施方式示出的一种微透镜阵列模芯的实验测量结果图。具体实施方式下面将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。微透镜阵列模芯的制作方法参见图1，图1是根据本专利技术一示例性实施方式示出的微透镜阵列的制作方法的流程示意图，该流程示意图中包含了微透镜阵列模芯的制作流程。根据本专利技术一示例性实施方式示出的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100，将该圆柱形夹具100安装于一超精密机床的主轴端部，并使该圆柱形夹具100的中心线与机床主轴的中轴线同轴。圆柱形夹具100可以是一圆柱体，但是本专利技术不限制于此。本专利技术中，圆柱形夹具100还可以是其他任何结构，只要具有一圆柱形外表面即可。提供一金属片10，该金属片10可以是一铜片或铝片或其他金属片。将该金属片10可拆卸地贴合固定于圆柱形夹具100的外圆柱面上，形成一金属筒，该金属筒的中心线与主轴中轴线重合。该金属片10可以通过粘结、卡扣连接或任何其他可拆卸的连接方式固定于圆柱形夹具100上，并且金属片10平整地贴合于圆柱形夹具100外表面从而形成一与主轴同轴的金属筒。基于该微透镜阵列的结构，使该超精密机床的刀具200在该金属筒外表面加工出凹窝阵列20。其中，该超精密机床的刀具200可以选用具有一具有圆弧切削刃的单点金刚石刀具。由于使用本专利技术的微透镜阵列模芯的制作方法制造的微透镜阵列模芯，是为了加工微透镜阵列，因此微透镜阵列模芯与微透镜阵列在结构上具有一致性和互补性。具体来说，微透镜阵列模芯上凹窝阵列20中各个凹窝的排列形式与微透镜阵列中各个微透镜的排列形式一致，微透镜阵列模芯上凹窝的形状与微透镜阵列中微透镜形状相吻合，二者为凹凸配合关系。将加工有凹窝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微透镜阵列模芯的制作方法，其特征在于，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上，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。

【技术特征摘要】
1.一种微透镜阵列模芯的制作方法，其特征在于，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上，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。2.如权利要求1所述的微透镜阵列模芯的制作方法，其特征在于，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。3.如权利要求2所述的微透镜阵列模芯的制作方法，其特征在于，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。4.如权利要求1、2或3所述的微透镜阵列模芯的制作方法，其特征在于，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。5.如权利要求4所述的微透镜阵列模芯的制作方法，其特征在于，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(Cc，Xc，Zc)满足式(1)：其中(XP,Yp,Zp)为所述切削点在平面坐标系(X,Y,Z)的坐标，满足式(2)：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈增源，张效栋，李荣彬，李莉华，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81