菲涅尔透镜模具及其制备方法和菲涅尔透镜的制备方法与流程

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种菲涅尔透镜模具及其制备方法和菲涅尔透镜的制备方法。

背景技术：

菲涅尔透镜由若干光学结构排列组成，菲涅尔透镜可以是形状规则的光学结构构成，如图1所示的菲涅尔透镜由一条条同心圆环形的光学结构排列形成，也可以是由形状不规则的光学结构构成如图2和图3所示。最常用的菲涅尔透镜的制造方法只针对较小口径的菲涅尔透镜，具体为：通过精密车床在平板坯材上车削出圆环制作成平板模具，通过热压、浇注、模压、注塑、uv固化等方法将平板模具上的圆环复制到基材上。目前国内能够制作的平板模具的菲涅尔透镜圆环直径只有2米，国外日本东芝公司最大能够制作直径3.4米的菲涅尔透镜圆环。由于加工车床大小的限制，无法获得更大的菲涅尔透镜圆环尺寸的模具；此外车床越大加工精度越难保证，在制造更大尺寸菲涅尔透镜时光学结构的精度难以保证。

随着社会发展，对大型菲涅尔透镜的需求日趋强烈，如太阳能聚光、新型显示行业等。以新型显示为例，发展起来的激光电视技术，所需要的长方形的激光电视屏幕的核心光学元件为就是从圆形菲涅尔截取出的长方形的菲涅尔透镜部分，要求对应的圆形菲涅尔透镜直径达到4米以上，则需要相应尺寸的菲涅尔透镜模具，运用现有的机床加工无法实现该菲涅尔透镜模具的制作。

中国专利cn103895219b公开了一种用于制作菲涅尔透镜的锥形辊筒，解决了车床尺寸对平板模具制造尺寸的限制，可以通过较小的车床加工锥形辊筒模具，制造出较大尺寸的菲涅尔透镜，锥形辊筒本身可看作是直径不同的同心圆环叠加而成，可制作由若干规则的光学结构组成的菲涅尔透镜。但是整个技术无法制作出非同心圆光学结构形成的菲涅尔透镜，其能够加工的菲涅尔透镜模具的尺寸也是有限的。

中国专利申请cn108890944a公开了一种用于制造菲涅尔透镜的模具及其生产方法，模具包括压板和位于压板下端的基板，基板上环布若干直径不同的环式沟槽，且相邻沟槽深度和倾斜角度都不同，压板下端设有与基板上沟槽相契合的突出部；通过在小块的金属条表面用数控机床加工出菲涅尔透镜环带，再将小块金属条拼接组合成基板毛坯，进一步使用车床、刀具去除毛坯件表面预留的残余量，打磨机打磨去刺得到菲涅尔透镜成型模板。经实际设计制作验证得出，由于现有机床加工尺寸的限制，该方法无法实现大尺寸菲涅尔透镜模具的制作，需通过拼接方式形成大尺寸菲涅尔透镜，拼接过程中拼接缝的存在严重影响了菲涅尔透镜的性能，无法用于电子显示等对菲涅尔透镜表观质量要求高的场合。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种菲涅尔透镜模具，解决现有技术中无法制造超大尺寸及形状不规则的菲涅尔透镜的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种菲涅尔透镜模具，包括层叠的带材，所述带材是可弯曲的，所述带材的一条棱边上设置有光学结构，所述光学结构与设计的菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同。

作为本发明的一种可选方式，所述菲涅尔透镜模具还包括基准单元，所述带材以所述基准单元为依托，层叠在所述基准单元的一个轮廓面上。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元的轮廓形状与所述菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同，所述带材依照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向层叠在所述基准单元的一个轮廓面上。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元上设置有与所述菲涅尔透镜的对应区域内透镜结构相同的光学结构，所述带材依照所述菲涅尔透镜中各带材的位置和环带上透镜结构的朝向层叠在所述基准单元的一个轮廓面上。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元的外轮廓形状为圆形、椭圆形、抛物线形、多边形或以上形状的一部分。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元为基准带，所述基准带的形状与所述菲涅尔透镜的最外圈环带形状相同，所述带材依照所述菲涅尔透镜的环带的位置和环带上透镜结构的朝向层叠在所述基准带的内侧。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元为基准带，所述基准带的形状与所述菲涅尔透镜的最内圈环带形状相同，所述带材依照所述菲涅尔透镜的环带的位置和环带上透镜结构的朝向层叠在所述基准带的外侧。

作为本发明的一种可选方式，所述菲涅尔透镜模具还包括固定单元，所述基准单元设置在所述固定单元上。

本发明还提供一种菲涅尔透镜模具的制作方法，解决现有技术中只能制作圆环形菲涅尔透镜模具的问题。

一种菲涅尔透镜模具的制作方法，包括以下步骤：

s1、设计菲涅尔透镜：根据光学特性要求，设计菲涅尔透镜环带形状和透镜结构参数，将所述菲涅尔透镜拆解成环带，得到相应的环带参数，所述环带参数包括所述环带上的各透镜结构参数；

s2、加工部件：选用可弯曲的带材，在所述带材的一条棱边上加工与所述菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同的光学结构；

s3、层叠带材：依照所述菲涅尔透镜的环带的位置和环带上透镜结构的朝向，层叠加工有光学结构的所述带材，制作成菲涅尔透镜模具。

作为本发明的一种可选方式，所述带材通过粘接、机械固定或磁性吸附的方式层叠。

作为本发明的一种可选方式，菲涅尔透镜模具的制备方法具体包括以下步骤：

s1、设计菲涅尔透镜：根据光学特性要求，设计出菲涅尔透镜环带形状和透镜结构参数，将所述菲涅尔透镜拆分成基准单元和环带，得到相应的基准单元参数和环带参数；

s2、加工部件：根据所述基准单元参数，通过车削、铣削或磨削方式加工出相应的基准单元；选用可弯曲的带材，根据所述环带参数，使用铣、磨或抛的方式在所述带材的一条棱边上加工与所述菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同的光学结构；

s3、层叠带材：根据设计的菲涅尔透镜，固定所述基准单元位置；按照所述菲涅尔透镜的环带的位置和环带上透镜结构的朝向层叠加工有光学结构的所述带材在所述基准单元的一个轮廓面上，制作成菲涅尔透镜模具。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元的轮廓形状与所述菲涅尔透镜对应区域的环带的形状相同，所述带材依照所述菲涅尔透镜中环带的位置和环带上透镜结构的朝向层叠在所述基准单元的一个轮廓面上。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元上加工有与所述菲涅尔透镜的对应环带上透镜结构相同的光学结构，按所述菲涅尔透镜中环带的位置和环带上透镜结构的朝向连续层叠或分段层叠所述带材在所述基准单元的一个轮廓面上。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元为基准带，所述基准带的形状与所述菲涅尔透镜的最外圈环带形状相同，按所述菲涅尔透镜中环带的位置和环带上透镜结构的朝向连续层叠或分段层叠所述带材在所述基准带的内侧。

作为本发明的一种可选方式，所述基准单元为基准带，所述基准带的形状与所述菲涅尔透镜的最内圈环带形状相同，按所述菲涅尔透镜中环带的位置和环带上透镜结构的朝向连续层叠或分段层叠所述带材在所述基准带的外侧。

作为本发明的一种可选方式，菲涅尔透镜模具的制备方法具体包括以下步骤：

s1、设计菲涅尔透镜：根据光学特性要求，设计菲涅尔透镜环带形状和透镜结构参数,将设计的菲涅尔透镜拆解成环带，得到相应的环带参数，所述环带参数包括所述环带上的各透镜结构参数；

s2、加工部件：选用可弯曲的带材，根据所述环带参数，在所述带材的一条棱边上加工与所述菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同的光学结构；

s3、层叠带材：确定一基准单元，以所述基准单元为依托，依照所述菲涅尔透镜的环带的位置和环带上透镜结构的朝向，层叠加工有光学结构的所述带材后，剥离所述基准单元，得到菲涅尔透镜模具。

本发明还提供一种菲涅尔透镜的制备方法，解决现有技术中无法直接制作大尺寸、不规则的菲涅尔透镜，拼接得到的大尺寸菲涅尔透镜存在拼接缝的问题。

一种菲涅尔透镜的制备方法，使用的菲涅尔透镜模具包括层叠的带材，所述带材是可弯曲的，所述带材的一条棱边上设置有光学结构，所述光学结构与设计的菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同，通过液态胶涂布固化或热压成型的方式制得菲涅尔透镜，所述液态胶涂布固化方式包括射线固化、热固化或反应固化中至少一种。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：

本发明的菲涅尔透镜模具包括层叠的带材，所述带材是可弯曲的，所述带材的一条棱边上设置有光学结构，所述光学结构与设计的菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同；所述菲涅尔透镜模具不受加工车床尺寸的限制，根据设计的菲涅尔透镜加工带材，进而确保了菲涅尔透镜模具的加工精度；根据本发明的制备方法，通过光学性能设计菲涅尔透镜，加工部件，层叠带材的步骤，制作出的菲涅尔透镜模具与设计的菲涅尔透镜完全对应，不局限于某一特定的形状和尺寸，可以制作任意尺寸和非同心圆环带状的菲涅尔透镜模具、局部菲涅尔透镜模具。通过上述菲涅尔透镜模具制作菲涅尔透镜的过程简单，制备得到的菲涅尔透镜精度高；此外，该制备方法可用于制作大尺寸的菲涅尔透镜，得到的大尺寸的菲涅尔透镜无拼接缝，保证了菲涅尔透镜的性能，可用于电子显示等对菲涅尔透镜表观质量要求高的场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是形状规则的光学结构构成的菲涅尔透镜；

图2是形状不规则的光学结构构成的菲涅尔透镜一；

图3是形状不规则的光学结构构成的菲涅尔透镜二；

图4是菲涅尔透镜模具制备流程示意图；

图5是环带上菲涅尔透镜结构齿形结构的示意图；

图6是椭圆形菲涅尔透镜模具示意图；

图7是抛物线菲涅尔透镜模具示意图；

图8是波浪形菲涅尔透镜模具示意图；

图9是圆形菲涅尔透镜模具a-a横截面示意图；

图10是设计的菲涅尔透镜拆解图；

图11是整圆模芯示意图；

图12是带材连续层叠在整圆模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图13是带材分段层叠在整圆模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图14是整圆模芯示意图二；

图15是带材连续层叠在整圆模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图二；

图16是带材分段层叠在整圆模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图二；

图17是半圆模芯示意图；

图18是带材层叠在半圆模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图19是半圆模芯示意图二；

图20是带材层叠在半圆模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图二；

图21是局部圆形模芯示意图；

图22是带材层叠在局部圆形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图23是局部圆形模芯示意图二；

图24是带材层叠在局部圆形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图二；

图25是椭圆形模芯示意图；

图26是带材连续层叠在椭圆形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图27是带材分段层叠在椭圆形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图28是椭圆形模芯示意图二；

图29是带材连续层叠在椭圆形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图30是带材分段层叠在椭圆形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图31是半椭圆形模芯示意图；

图32是带材层叠在半椭圆形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图33是半椭圆形模芯示意图二；

图34是带材层叠在半椭圆形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图二；

图35是抛物线形模芯示意图；

图36是带材层叠在抛物线形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图37是抛物线形模芯示意图二；

图38是带材层叠在抛物线形模芯上制作菲涅尔透镜模具的示意图二；

图39是利用轴转动制作菲涅尔透镜模具的示意图一；

图40是利用轴转动制作菲涅尔透镜模具的示意图二；

图41是带材连续层叠在模芯上制作含平板的菲涅尔透镜模具的示意图；

图42是带材分段层叠在模芯上制作含平板的菲涅尔透镜模具的示意图；

图43是利用轴转动制作含平板的菲涅尔透镜模具的示意图一；

图44是利用轴转动制作含平板的菲涅尔透镜模具的示意图二；

图45是带材连续层叠在基准带内侧制作菲涅尔透镜模具的示意图；

图46是基膜上裁剪出所需要的菲涅尔透镜光学膜的示意图；

图中附图标记说明：100-基准单元；101-模芯；102-基准带；200-环带；201-直角三角形齿状结构；202-非直角三角形齿状结构；203-扇形齿状结构；204-棱台形齿状结构；300-带材；400-平板；500-转动轴；600-模芯轴；700-橡胶压辊；800-菲涅尔透镜光学膜；箭头方向代表转动方向。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明公开的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“固定”应作广义理解，例如，可以直接固定连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

此外，术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

一种菲涅尔透镜模具，由可弯曲的带材层叠形成，所述带材的一条棱边上设置有光学结构，所述光学结构与设计的菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同。菲涅尔透镜模具形成流程图如图4所示，具体描述如下：

s1、根据光学特性要求，设计菲涅尔透镜环带形状和透镜结构参数，将所述菲涅尔透镜拆解成若干环带200，从菲涅尔透镜的最内圈环带开始计算，依次为第1环带、第2环带、第3环带、第4环带……第n-1环带、第n环带，得到对应的环带参数，所述环带参数包括所述环带上的各透镜结构参数；

s2、选用可弯曲的带材300，根据环带上各透镜结构参数，在所述带材的一条棱边上加工与所述菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同的光学结构，得到与上述环带一一对应的第1带材、第2带材、第3带材、第4带材……第n-1带材、第n带材；此处可对加工得到的第1带材、第2带材、第3带材、第4带材……第n-1带材、第n带材可进行相应的编号，以简化后续若干带材相互层叠的过程；

s3、依照所述菲涅尔透镜的各环带位置和环带上各透镜结构的朝向，按照编号顺序依次层叠上述加工有光学结构的带材，制作成菲涅尔透镜模具。

利用可弯曲的带材，在带材的一条棱边上加工与菲涅尔透镜环带上各透镜结构参数相同的光学结构的，再一层一层的层叠制作成菲涅尔透镜模具。如图5所示，所述菲涅尔透镜的各环带上的透镜结构可以是直角三角形齿状结构201，也可以是非直角三角形齿状结构202，也可以是扇形齿状结构203，还可以是棱台形齿状结构204；根据所述菲涅尔透镜各环带上透镜结构，在带材的一条棱边上加工相应透镜结构的光学结构。可弯曲的带材可以根据设计的菲涅尔透镜层叠成相应形状的菲涅尔透镜模具，如图6所示的椭圆形菲涅尔透镜模具，如图7所示的抛物线形菲涅尔透镜模具，如图8所示的波浪形菲涅尔透镜模模具；此外，还可以通过控制层叠的可弯曲的带材的数量，制作出任意尺寸的菲涅尔透镜模具。因此，本发明实施例的菲涅尔透镜模具的制备方法不受超精密机床加工尺寸的限制，可以根据需求制作各种形状各种尺寸的菲涅尔透镜模具。

带材是柔性可卷曲和硬度较高的材料，通过磨削、抛光等过程制成，本申请实施例中的带材优选金属带材。根据环带上的各透镜结构参数，使用铣、磨或抛的方式在带材的一条棱边上加工与所述菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同的光学结构。带材层叠固定可以选用胶粘方式，也可以选用卡扣方式，也可以选用铆钉铆接方式，还可以选用膨胀锁紧方式。根据设计的菲涅尔透镜的环带参数以及环带上的各透镜结构参数，加工带材的一条棱边，制作相应横截面形状的光学结构，光学结构的横截面形状可以是任意三角形，还可以是扇形，还可以是圆形，还可以是弓形，还可以是抛物线形，还可以是椭圆形，还可以是梯形，还可以是多线段组成的棱台形。

根据光学特性要求，设计的菲涅尔透镜的参数包括菲涅尔透镜的整体形状、尺寸和菲涅尔透镜的每条环带透镜结构的横截面形状和计算出横截面形状参数，以圆形菲涅尔透镜为例，如图9所示，其a-a横截面参数包括相邻环带透镜结构齿形之间的距离即齿形节距p、菲涅尔透镜的每条环带透镜结构的齿形高度h、工作面b与垂直于远离菲涅尔透镜齿形面一侧的夹角即拔模角α、工作面b与远离菲涅尔透镜齿形面的一侧的夹角为工作角β和干扰面c。

当设计的菲涅尔透镜相邻环带透镜结构的齿形节距p和每条环带透镜结构的齿形高度h都相同时，根据设计的菲涅尔透镜结构的齿形节距p,选择可弯曲的带材的厚度与齿形节距p相同，即设计的菲涅尔透镜结构的齿形节距p和齿形高度h都为0.15mm时，选用厚度为0.15mm的可弯曲的带材；根据理论设计的菲涅尔透镜的齿形高度h，选择可弯曲的带材的宽度≥菲涅尔透镜的齿形高度h。考虑可弯曲的带材层叠时的稳定性，需要有适当的接触面，优选可弯曲的带材的宽度＞菲涅尔透镜的齿形高度h。

当设计的菲涅尔透镜相邻环带透镜结构的齿形节距p不同，但每条环带透镜结构的齿形高度h都相同时，则需要根据齿形节距p选择对应的可弯曲的带材的厚度，可弯曲的带材的宽度相同。

当设计的菲涅尔透镜相邻环带透镜结构的齿形节距p相同，但是每条环带透镜结构的齿形高度h不同时，选择可弯曲的带材的厚度相同，可选择带材的宽度≥环带透镜结构最大的齿形节距p，还可以根据对应的齿形高度选择环带的宽度。

当设计的菲涅尔透镜相邻环带透镜结构的齿形节距p不同，每条环带透镜结构的齿形高度h也不同时，则需要选择可弯曲的带材的厚度与齿形节距p相对应，可选择带材的宽度≥环带透镜结构最大的齿形节距p，还可以根据对应的齿形高度选择环带的宽度。

实施例二

一种菲涅尔透镜模具，包括基准单元和层叠的带材，带材是可弯曲的，所述带材的一条棱边上设置有光学结构，所述光学结构与设计的菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同，所述基准单元的轮廓形状与所述菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同，所述带材依照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向层叠在所述基准单元的一个轮廓面上。菲涅尔透镜模具的具体制备方法如下：

s1、根据光学特性要求，设计出菲涅尔透镜环带形状和透镜结构参数，并通过计算机模拟仿真技术将所述菲涅尔透镜拆解成基准单元100和环带200，得到相应的基准单元参数和环带参数，所述环带参数包括所述环带上的各透镜结构参数，具体拆解过程如图10所示；

s2、根据基准单元参数，通过车削、铣削或磨削的方式将基准单元的原材料制作成相应的基准单元；选用可弯曲的带材，根据所述环带参数，使用铣、磨或抛的方式在所述带材的一条棱边上加工与所述菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同的光学结构；

s3、根据设计的菲涅尔透镜，固定所述基准单元的位置；按照所述菲涅尔透镜的环带位置和环带上透镜结构的朝向层叠加工有光学结构的带材在所述基准单元的一个轮廓面上，制作成菲涅尔透镜模具。

基准单元的原材料优选硬度较高的材料，以延长菲涅尔透镜模具的使用寿命。一般选用金属、陶瓷和高分子材料。所述金属材料包括但不限于不锈钢、铝合金、铝镁合金和铜合金；所述陶瓷包括但不限于三氧化二铝陶瓷；高分子材料包括但不限于碳纤维增强板、聚四氟乙烯。通过车削、铣削或磨削的方式对基准单元原材料加工出设计的菲涅尔透镜拆解的基准单元参数，形成基准单元。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜的理论设计，取中心一定尺寸的圆柱体作为基准单元，以此基准单元为参照，以下称此类一定形状柱面的基准单元为模芯101，如图11所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同。其中，如图12所示，带材300为一个整体，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向连续层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具；如图13所示，带材300为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜的理论设计，取中心一定尺寸的圆柱体作为基准单元，即模芯101，如图14所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同，并设置有与所述菲涅尔透镜的对应区域内透镜结构相同的光学结构。其中，按设计的菲涅尔透镜的对应区域参数，如图15所示，带材300为一个整体，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向连续层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具；如图16所示，带材300为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜的理论设计，从轴向截取中心一定尺寸的圆柱的一半作为基准单元，即模芯101，如图17所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同。如图18所示，带材300为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜的理论设计，从轴向截取中心一定尺寸的圆柱的一半作为基准单元，即模芯101，如图19所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同，并设置有与所述菲涅尔透镜的对应区域内透镜结构相同的光学结构。如图20所示，带材300为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜理论设计，轴向截取中心一定尺寸的圆柱的小于1/2尺寸部分作为基准单元，即模芯101，如图21所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同。如图22所示，带材300为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜理论设计，轴向截取中心一定尺寸的圆柱的小于1/2尺寸部分作为基准单元，即模芯101，如图23所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同，并设置有与所述菲涅尔透镜的对应区域内透镜结构相同的光学结构。如图24所示，带材300为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜理论设计，取中心一定尺寸的椭圆柱体作为基准单元，即模芯101，如图25所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同。其中，如图26所示，带材300为一个整体，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向连续层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具；如图27所示，带材300为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜理论设计，取中心一定尺寸的椭圆柱体作为基准单元，即模芯101，如图28所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同，并设置有与所述菲涅尔透镜的对应区域内透镜结构相同的光学结构。其中，如图29所示，带材300为一个整体，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向连续层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具；如图30所示，带材300分解为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜理论设计，沿轴向截取中心一定尺寸的椭圆柱体的1/2作为基准单元，即模芯101，如图31所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同。如图32所示，带材300分解为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜理论设计，取中心一定尺寸的椭圆的1/2作为基准单元，即模芯101，如图33所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同，并设置有与所述菲涅尔透镜的对应区域内透镜结构相同的光学结构。如图34所示，带材300分解为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜理论设计，取中心一定尺寸的抛物线柱体作为基准单元，即模芯101，如图35所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同。如图36所示，带材300分解为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。作为本实施例的一种可选方式，根据菲涅尔透镜理论设计，取中心一定尺寸的抛物线作为基准单元，即模芯101，如图37所示，加工得到的模芯101的轮廓形状与设计的菲涅尔透镜对应区域的环带形状相同，并设置有与所述菲涅尔透镜的对应区域内透镜结构相同的光学结构。如图38所示，带材300分解为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

整个制作的菲涅尔透镜模具过程中，除基准单元（即模芯101）外，带材层叠在模芯101表面，不断叠加增大菲涅尔透镜模具的尺寸，因此制备菲涅尔透镜模具的尺寸不受限制；根据设计的基准单元（即模芯101）参数加工制作出相应的基准单元（即模芯101），基准单元的形状可以根据设计的任意菲涅尔透镜参数进行设计和加工；根据环带的设计参数，在带材上设置对应的光学结构，再通过层叠的方式形成对应的菲涅尔透镜模具和局部菲涅尔透镜模具，不受形状、尺寸的限制，可以制作任意尺寸和同心圆环带状的菲涅尔透镜模具和局部菲涅尔透镜模具；通过该制作方法制作的菲涅尔透镜模具结构精度高，使用寿命长。

实施例三

在实施例二的基础上，在带材层叠的过程引入轴转动的原理，使得整个菲涅尔透镜模具的制作过程更加智能化，自动化。

作为本实施例的一种可选方式，当带材300为一个整体时，如图39所示，将模芯101装夹在模芯轴600上，将带材300成卷卷曲装夹在转动轴500上，将可弯曲的带材300的一端牵引固定在模芯轴600上，此处使用橡胶压辊700压住带材300的端头，橡胶压辊700用于辅助带材300的层叠并压紧带材300。转动模芯轴600，可弯曲的带材300即紧密层叠在模芯101的外轮廓上，可弯曲的带材300层叠方向应保证带材300上光学结构朝向与模芯101上透镜结构朝向一致，制作出满足设计要求的菲涅尔透镜模具。箭头方向代表转动轴500、模芯轴600的转动方向。其中，模芯轴600和转动轴500都是可控转动的，可以是人力手动转动，也可以通过其它动力提供转动的力，如电机；模芯轴600和转动轴500的朝向可以是水平的，也可以是竖直的，仅需要保持模芯101和成卷的可弯曲的带材300位于同一平面内即可。

作为本实施例的一种可选方式，当带材300分解为若干段时，如图40所示，将模芯101装夹在模芯轴600上，将制作有光学结构的分段带材300按照理论设计的菲涅尔透镜上的位置做标识依次排放，首先将最靠近模芯101的一段带材300前端固定在模芯101上，此处使用橡胶压辊700压住带材300的端头，橡胶压辊700用于辅助带材300的层叠并压紧带材300；转动模芯轴600，将带材300层叠在模芯101的外轮廓上，固定该段带材末端后，按照顺序依次层叠固定，制作出满足设计要求的菲涅尔透镜模具。其中：箭头方向代表模芯轴600的转动方向；模芯轴600是可控转动的，可以通过人力手动转动，也可以通过其它动力提供转动的力，如电机等。

实施例四

一种菲涅尔透镜模具，在实施例二的基础上，还包括固定单元，模芯设置在固定单元上，具体制作过程如下：

s1、根据光学特性要求，设计菲涅尔透镜环带形状和透镜结构参数，并通过计算机模拟仿真技术将菲涅尔透镜分解成模芯和环带，得到相应的模芯参数和环带参数，所述环带参数包括所述环带上的各透镜结构参数；

s2、根据模芯参数，通过车削、铣削或磨削的方式加工出对应的模芯；选用可弯曲的带材，根据带材参数，使用铣、磨或抛的方式在所述带材的一条棱边上加工与所述菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同的光学结构；

s3、将模芯按照设计的菲涅尔透镜参数固定在固定单元上；按照所述菲涅尔透镜的环带的位置和环带上透镜结构的朝向层叠加工有光学结构的所述带材在所述模芯的一个轮廓面上，制作出满足设计要求的菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，固定单元选用平板。平板可以是金属平板，还可以是非金属平板，优选硬度较高的平板。平板一般选用金属、陶瓷和高分子材料制得。所述金属材料包括但不限于不锈钢、铝合金、铝镁合金和铜合金；所述陶瓷包括但不限于三氧化二铝陶瓷；高分子材料包括但不限于碳纤维增强板、聚四氟乙烯。平板的使用，便于模芯的固定，使得菲涅尔透镜模具的制作更加易于操作。

作为本实施例的一种可选方式，如图41所示，模芯101固定在平板400上，环带300作为一个整体，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向连续层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，如图42所示，模芯101固定在平板400上，环带300分解为若干段，按照所述菲涅尔透镜中各环带的位置和环带上透镜结构的朝向一段段地依次层叠在模芯101的轮廓面上形成菲涅尔透镜模具。

实施例五

在实施例四的基础上，在带材层叠的过程引入轴转动的原理，使得整个菲涅尔透镜模具的制作过程更加智能化，自动化。

作为本实施例的一种可选方式，当带材300是一个整体时，如图43所示，将模芯101固定在平板400上，再将固定有模芯101的平板400装夹在模芯轴600上，将带材300成卷卷曲装夹在转动轴500上，将可弯曲的带材300的一端牵引固定在模芯轴600上，此处使用橡胶压辊700压住带材300的端头，橡胶压辊700用于辅助带材300的层叠并压紧带材300。转动模芯轴600，可弯曲的带材300即紧密层叠在模芯101的外轮廓面上，可弯曲的带材300层叠方向应保证带材300上光学结构朝向与模芯101上透镜结构朝向一致，制作出满足设计要求的菲涅尔透镜模具。箭头方向代表转动轴500、模芯轴600的转动方向。其中，模芯轴600和转动轴500都是可控转动的，可以是人力手动转动，也可以通过其它动力提供转动的力，如电机；模芯轴600和转动轴500的朝向可以是水平的，也可以是竖直的，仅需要保持模芯101和成卷的可弯曲的带材300位于同一平面内即可。

作为本实施例的一种可选方式，当带材300分解为若干段时，如图44所示，将模芯101规定在平板400上，再将固定有模芯101的平板400装夹在模芯轴600上，将制作有光学结构的分段带材300按照理论设计的菲涅尔透镜的区域参数做标识依次排放，首先将最靠近模芯101的一段带材300前端固定在模芯101上，此处使用橡胶压辊700压住带材300的端头，橡胶压辊700用于辅助带材300的层叠并压紧带材300；转动模芯轴600，将带材300层叠在模芯101的表面，固定该段带材末端后，按照顺序依次层叠固定，制作出满足设计要求的菲涅尔透镜模具。其中：箭头方向代表模芯轴600的转动方向；模芯轴600是可控转动的，可以通过人力手动转动，也可以通过其它动力提供转动的力，如电机等。

实施例六

一种菲涅尔透镜模具，包括基准单元和层叠的带材，带材是可弯曲的，所述带材的一条棱边上设置有光学结构，所述光学结构与设计的菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同，所述带材按设计的菲涅尔透镜参数层叠在基准单元的内侧。菲涅尔透镜模具的制作过程具体如下：

s1、根据光学特性要求，设计出对应的菲涅尔透镜形状和透镜结构参数，并通过计算机模拟仿真技术将菲涅尔透镜分解成一层层的环带，取最外圈环带作为基准单元，即基准带，得到相应的基准带参数和环带参数；

s2、根据基准带的设计参数，制作相应的基准带；选用可弯曲的带材，根据所述环带参数，使用铣、磨或抛的方式在所述带材的一条棱边上加工与所述菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同的光学结构；

s4、依照所述菲涅尔透镜的环的位置和环带上透镜结构的朝向，层叠加工有光学结构的所述带材在所述基准带的内侧得到菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，如图45所示，带材300分解成若干段，按照设计的菲涅尔透镜中环带的位置和环带上透镜结构的朝向，依次层叠在基准带102的内侧，制作出相应的菲涅尔透镜模具。

作为本实施例的一种可选方式，带材为一个整体，按照设计的菲涅尔透镜中环带的位置和环带上透镜结构的朝向，依次层叠在基准带的内侧，制作相应的菲涅尔透镜模具。

本发明实施例的菲涅尔透镜模具包括层叠的带材，带材是可弯曲的，且所述带材的一条棱边上设置有光学结构，所述光学结构与设计的菲涅尔透镜的对应环带上的透镜结构相同；所述菲涅尔透镜模具不受加工车床尺寸的限制，根据设计的菲涅尔透镜加工带材，进而确保了菲涅尔透镜模具的加工精度。本发明实施例提供的菲涅尔透镜模具的制备方法，通过光学性能设计菲涅尔透镜、加工部件、层叠带材的步骤，制作出的菲涅尔透镜模具与设计的菲涅尔透镜完全对应，不局限于某一特定的形状和尺寸，可以制作出任意尺寸和非同心圆环带状的菲涅尔透镜模具和局部菲涅尔透镜模具。

实施例七

一种菲涅尔透镜的制备方法，实施例一～实施例六制备的菲涅尔透镜模具，通过涂布转印或热压或加压注塑的方式制得菲涅尔透镜。

涂布转印是将光学胶水均匀涂布在基膜或者菲涅尔透镜模具上，使得基膜和菲涅尔透镜模具紧密贴合后，再使用射线固化或加热固化或反应固化的方式使得光学胶水固化形成与菲涅尔透镜模具上光学结构互补的透镜结构，再将基膜与菲涅尔透镜模具分离，由于光学胶水和基膜的粘合性能强于菲涅尔透镜模具，则菲涅尔透镜模具上的光学结构就转印到基膜上，形成带有设计的菲涅尔透镜结构的光学膜，通过剪裁即得到设计的菲涅尔透镜。在基膜与菲涅尔透镜模具分离的过程中，可以预先在菲涅尔透镜模具上涂抹一层脱模剂，便于光学胶水与菲涅尔透镜模具的分离。

热压是将模具加热或者将基膜加热熔融后，通过在基膜和菲涅尔透镜模具之间施加压力，或者可以直接在菲涅尔透镜模具上施加压力，或者采用抽真空的形式，在基膜的一侧形成负压实现加压效果；在一定时间后冷却成型，将基膜和菲涅尔透镜模具分离，此时菲涅尔透镜模具上的光学结构就被复制到基膜上，形成带有设计的菲涅尔透镜结构的光学膜，通过剪裁即可得到设计的菲涅尔透镜。

此外，形成的带有设计的菲涅尔透镜结构的光学膜，如图46所示，根据显示用光学膜尺寸，从制作有整个菲涅尔透镜的基膜上，裁剪出所需要的菲涅尔透镜光学膜800，作为投影屏幕或其他显示装置的中重要的光学元件，制作成相应的成品，用于调制投影屏幕或其他显示装置的成像显示效果；还可以作为太阳能聚光、泵浦激光武器等的核心元件，根据需要进行剪裁制作相应的产品。

通过本发明实施例制备菲涅尔透镜的过程简单，制作得到的菲涅尔透镜精度高。此外，该制备方法可用于制作大尺寸的菲涅尔透镜，得到的大尺寸的菲涅尔透镜无拼接缝，保证了菲涅尔透镜的性能，可用于电子显示等对菲涅尔透镜表观质量要求高的场合，进一步促进下游产业的发展。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。