用于制作光学元件排成图案的光学部件的模具制造方法及实施该方法的设备技术

一种制造由排成图案的相互邻接的光学元件（７１、１５５、１９３、２９１、２４１）构成的光学部件（６９、１４９、１７１、２０３、２５５）的方法，例如具有球面透镜（７１、１９３、２１９）的一个两维正交或六边形矩阵的一个微透镜阵列（６９、１７１、２０３），或者具有小平面（１５５、２４１）的一个两维正交矩阵的多面体透镜（１４９、２５５）。按该方法，用复制技术通过模具（７、１４７）来制造光学部件（６９、１４９、１７１、２０３、２２５）。该模具（７、１４７）由韧性金属制成，并且借助于具有冲模表面（６７、１３１）的冲模（６９、１２９）使该模具具有的模具形状（８３、１６１）对应于光学元件（７１、１５５、１９３、２１９、２４１），的图案，该冲模表面对应于光学元件（７１，１５５，１９３，２１９，２４１），并且按照图案以预定的力刻印到模具（７、１４７）中的顺次位置上。用该方法制造的光学部件（６９、１４９、１７１、２０３、２５５）具有极高的尺寸精度和极大的光学有用表面积。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于制作光学部件的模具的制造方法，该光学部件装设按一图案彼此相对排列的相互邻接的光学元件，通过该方法使模具具有和元件图案对应的模具形状。本专利技术还涉及用于制作光学部件的制造方法，该光学部件装设按一图案彼此相对排列的并且相互邻接的光学元件，通过该方法使模具具有和元件图案对应的模具形状，并且该光学部件是用所说模具通过复制技术制造的。本专利技术还涉及一种设备，用于实施本专利技术的方法。本专利技术进一步涉及一种冲模夹具适用于实施本专利技术的方法的设备中。本专利技术还涉及一种液晶显示板，装设着按本专利技术的方法制造的光学部件。本专利技术进一步还涉及一种图象显示设备，装设着按本专利技术的方法制造的光学部件。本专利技术还涉及一种平板型显示设备装设着按本专利技术的方法制造的光学部件。本专利技术还涉及一种固态图像传感器设备，装设着按本专利技术的方法制造的光学部件。本专利技术还涉及一种照像机装设着按本专利技术的方法制造的光学部件。本专利技术进一步还涉及制造彩色显像管前板的方法，该方法中使用了按本专利技术的方法制造的光学部件。本专利技术还涉及制造彩色显像管前板的设备，该设备装设着按本专利技术的方法制造的光学部件。在JP-A-58-171021中公开了在本专利技术开始几段中提到的模具制造方法和光学部件制造方法。通过公知的方法制造的光学部件是一种所谓的透镜阵列，其中包括一个两维的球面透镜阵列。按照这种公知的方法，制造一个与透镜阵列对应的冲模，是用多个子冲模结合在一起，其数量对应透镜阵列的透镜数目，每一个子冲模都有和透镜阵列中一个透镜相对应的球面冲模表面。然后，借助于压机把冲模压进由泥土型陶瓷材料制成的模具中，使该模具具有和透镜阵列对应的模具形状，并在热处理过程中把模具的泥土型陶瓷材料硬化。然后，把熔化了的合成材料倒入模具中，加压、并冷却，从而形成与模具形状对应的合成树脂透镜阵列。公知方法的一个缺点是，按公知方法制造所用的冲模很复杂亦费时，因为必须逐个把冲模中每一个子冲模都制成和透镜阵列中的每个透镜准确对应的冲模表面。公知的方法因此特别不适合用于制造所谓微透镜阵列，其中包含相当大量直径为1mm、甚至0.1mm或更小的微透镜。此外，由于将冲模压入该模具时泥土型陶瓷材料不可能完全穿过子冲模之间的间隙，所以模具中对应于透镜阵列各透镜的相邻子模具之间不能形成明显的边界。其结果，用这种公知的模具制造出来的透镜阵列中，各个透镜相互之间混杂在一起，透镜阵列中各透镜之间的不明显边界限制了透镜阵列有用的光学表面积。本专利技术的一个目的是提供一种尽可能克服上述公知方法缺点的模具制造方法和光学部件制造方法，也正是本说明书开始几段提到的方式，从而使制造模具和光学部件的方法不太复杂、不太费时间，同时用此方法制成的光学部件具有相当大的光学有用表面积。按本专利技术，为实现此目的，该模具制造方法和光学部件制造方法的特征在于用一种韧性金属制造模具，并且借助于一个冲模使其具有模具形状，该冲模设有和光学元件的形状对应的冲模表面，并且用预定大小的力按照图案使冲模刻印在模具中顺次的位置。所说的冲模按照图案刻印到模具的顺次位置上。也就是进行和光学部件元件数对应的多次操作。这意味着，在制作冲模过程中，对应于光学元件的一个冲模表面，只需精确加工一次。由于和加工对应于光学元件的冲模表面所需的时间相比，在模具中复制冲模所需的时间是极其短暂的，所以实施本专利技术的方法可以用相当短的时间。所需冲模的结构相当简单，并且可以用其本身常用且公知的定位装置按所说图案相对于模具中的顺次位置来定位该冲模。由于冲模每次都用预定大小的力刻印在模具中，因此对应于各个光学元件的模具形状顺次的子形状基本上都相同。通过适当选择冲模在模具中刻印所用的力，即可实现只在模具和冲模之间接触的表面区域，模具的韧性金属产生塑性形变，而在所说接触表面周围，形变小到可以忽略，因此在形成一个邻接的子形状时，模具中已存在并与一个光学元件对应的子形状就不再发生形变。由于冲模是按照图案刻印在模具的顺次位置上，所以另外还能实现邻接冲模表面的韧性金属每次都发生最佳形变，从而在子形状之间构成明确的边界。这样制成的模具具有极高的尺寸精确度，而用这种模具制成的光学部件也具有很高的尺寸精度和相当大的光学有用表面积。按本专利技术的方法的一个特殊实施方式的特征在于先使模具具有光学部件要求的光洁度，而后再借助于冲模使模具获得模具形状。在制作模具形状过程中，韧性金属要发生塑性形变，为此每次要用所说预定大小的力将冲模在模具中刻印，但在形变之前韧性金属所呈现的表面光洁度则基本上不变。如果该模具预先有了光学部件要求的光学质量的表面光洁度，并随后借助冲模得到了模具形状，则该模具形状和用该模具制造的光学部件将具有期望的表面光洁度。按本专利技术的方法的下一个实施方式的特征在于在用冲模确定模具形状期间，模具是浸在一个液体池内。把模具浸入液体池中能以简单而有效的方法防止空气中的尘埃、污物进入冲模和模具之间并伤及要用冲模制造的模具形状。按本专利技术的方法的下一个实施方式的特征在于韧性金属包括铜、铝、或锌。所说的这些金属由于其良好的可变形性非常适合用于按本专利技术的方法。按本专利技术的方法的一个特殊实施方式的特征在于该冲模具有球面冲模表面，并按照六角形图案刻印模具。用该方法的这个实施方式所制造的光学部件为一种球面镜的两维六角形矩阵，具有基本上未受限制的光学有用的表面积。按本专利技术的方法的下一个实施方式的特征在于冲模具有一个平直的冲模表面，并按照正交图案刻印模具，而该冲模在图案的顺次位置上通过两个相互垂直的枢轴转到预定的角度，这两个轴彼此相交于冲模表面的中心。用该方法的这个实施方式制作的光学部件是所谓的多面体透镜，它包含多个小平面的两维正交矩阵，它的每个小平面都有平直的透镜表面，此表面相对于多面体透镜的基准面绕两个相互垂直的枢轴转动，两枢轴均在平行于基准面的方向延伸。在图案的顺次位置上冲模转动的角度是预先确定的，因此借助该方法的这个实施方式就能制造出相应小平面具有不同转角的多面体透镜。一种按本专利技术的方法实施的设备的特征在于该设备设有夹紧模具的工件夹紧装置、夹紧冲模的工具夹紧装置、和定位装置，工具夹紧装置设有直导轨，该直导轨通过定位装置可相对于工件夹紧装置移动，还设有一个冲模夹紧装置，对直导轨具有滑动可能，并可导引该冲模夹紧装置在预定的弹性预应力的作用下停靠在直导轨的一个止块上。借助于定位装置按照图案把冲模安置到模具的顺次位置上，并且使冲模在模具内刻印。当通过定位装置移动冲模至下一个位置时冲模夹紧装置停靠在止块上，而在通过定位装置冲模向模具内刻印时，冲模夹紧装置由止块上释放，并对冲模和模具施加与该弹性预应力对应的力。举例说，该弹性预应力是由一个机械弹簧提供的。通过适当选择机械弹簧的弹性模量即可实现在平行于刻印的方向上，冲模刻印模具的力基本上与冲模夹紧装置所处的位置无关。因此，所说的力有一个准确的确定值，使模具的形状得以准确地实现。在实施按本专利技术的方法的设备的一个特殊实施方式中，冲模在图案顺次位置上围绕两个相互垂直的枢轴转至预定的角度，该实施方式的特征在于冲模夹紧装置设有第一、第二、和第三托架，第一托架相对于直导轨有滑动可能性进行引导，第二托架相对于第一托架的一个枢轴导轨可绕枢轴转动，第三托架相对于第二托架的一个枢轴导轨可绕枢轴转动，而冲模可紧固到第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造按图案相互排列的邻接光学元件构成的光学部件的模具的制造方法，通过该方法使模具具有对应于光学元件图案的模具形状，其特征在于：该模具由一种韧性金属制成，并且通过设有对应于光学元件形状的冲模表面的冲模使模具具有模具形状，而该冲模则在顺次位置上按照图案以预定的力被刻印到模具中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJJ唐纳，JMM施温凯斯，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]