专利名称：在菲涅耳透镜模具上提供漫射竖面的方法
技术领域：
本发明涉及在菲涅耳透镜模具上提供漫射竖面的方法。
本发明的现有技术菲涅耳透镜包括一系列的光学表面，其中由竖面逐一将光学表面隔开。这种结构提供一种可用于许多不同应用的本质上扁平的透镜。
菲涅耳透镜特别有用的一项应用是投影仪，在这种场合它们有助于将来自下面一级的光线聚焦到高于该级的反射镜上。但是，在那种应用中，通过菲涅耳透镜中的竖面折射的光线引起通常被称之为“舞台炫光”的现象。舞台炫光通常影响投影仪的操纵者，影响他们观察被投影的资料。
减少舞台炫光的尝试涉及在竖面上提供漫射表面，使通过那些表面折射的光线漫反射，借此减少炫光。漫射竖面是借助化学方法侵蚀或腐蚀透镜成品或由形成透镜的模具所提供的。通常的处理是对整个透镜/模具进行的，包括光学表面以及竖面。在腐蚀之后，以再次切削或用其它办法处理光学表面，以便将他们平滑的镜面光洁度，而竖面保持腐蚀状态，以便提供需要的漫射表面。
因为每个透镜必须分开处理，所以腐蚀透镜本身以提供漫射表面将大大增加透镜的成本。腐蚀用于形成模压菲涅耳透镜的模具已经将舞台炫光降低到某种程度，但是，那种方法并非与所有类型的用于形成透镜的模具兼容。特别是在制作模具的材料对腐蚀不敏感或在腐蚀时不提供所需的粗糙度或漫射性质的场合确实如此。
因此，需要有在菲涅耳透镜模具上提供漫射竖面的方法。
本发明的概述本发明包括在具有众多光学表面的菲涅耳透镜模具上提供漫射竖面的方法，其中毗邻的光学表面被竖面隔开，该方法包括如下几个步骤在众多的光学表面和竖面上沉积漫射层和有选择地从众多的光学表面除去漫射层，而保留竖面上的漫射层基本完整无损。
在优选的方法中，沉积漫射层的步骤进一步包括电沉积一层选自铜、镍、锌、钴、锡和它们的组合的金属。
另一项优选的是用于电沉积漫射层的电沉积液基本上没有晶粒细化剂。借助下述方法可以将晶粒细化剂和其它杂质从电沉积液中除去，通常是借助通过活性炭过滤和让电沉积液的温度升高到30℃或更高，优选35℃或更高，更优选40℃或更高。
控制漫射层的沉积速度也是有用的，其方法是控制在电沉积方法中采用的电流密度。优选的是将电流密度控制在大约为0.022安培/平方厘米(20安培/平方英尺)或更低，更优选为0.016安培/平方厘米(15安培/平方英尺)或更低，更加优选的是大约0.011安培/平方厘米(10安培/平方英尺)或更低。
依据本发明的方法还可以包括在沉积漫射层步骤中遮蔽选定的竖面部分。这种遮蔽可以贯穿沉积过程的始终，也可以仅仅发生处理的某个阶段。
附图简要说明
图1是菲涅耳透镜横截面的示意图，描述诸光学表面和竖面。
图2是依据本发明的一种方法的示意图。
本发明的详细叙述图1典型的菲涅耳透镜模具10的剖面图，该模具包括被竖面14隔开的光学表面12。竖面14在光学表面12之间提供垂直位移，这种位移是为了由模具10生产基本上扁平的透镜所必需的。模具10通常由诸如黄铜、铜、镍等金属制造。
应当理解，当模具10是所需菲涅耳透镜的“阴模”时，该模具可以直接用于生产菲涅耳透镜，或者用另一种办法，由模具10电成形一“母模”，然后，可以由母模电成形用于生产所需透镜的制造模(也是所需透镜的阴模)。在模具10是所需菲涅耳透镜的“阳模”的场合，电成形的复制品将是透镜的阴模，可以用它形成所需的菲涅耳透镜。
在形成模具10之后，可以采用依据本发明的方法提供所需的漫射竖面14。图2用方框图描述该方法的基本步骤。首先，在模具10的整个表面，即包括光学表面12和竖面14上沉积漫射层。其次，处理光学表面12以除去漫射层，并且恢复它们的镜面光洁度，而将漫射层保留在竖面14上。这种处理涉及对光学表面12进行机械加工或再次切削，以便从光学表面上除去漫射层，而将漫射层留在竖面14上。
优选借助电沉积诸如铜、镍、锌、钴等金属形成漫射层。也可以将一种或多种金属的组合物用于漫射层。沉积漫射层的优选的方法是在电解质溶液的电沉积液中电沉积。优选的是基本上没有晶粒细化剂的电沉积液，以便增强漫射层的漫反射性质。如果使用用晶粒细化剂制备的电解质溶液，该电沉积液可以通过活性炭过滤，以除去晶粒细化剂。
此外，在处理期间可以给电沉积液加热即允许使之升温，以便在溶液中引起晶粒细化剂的退化。晶粒细化剂在升高的温度下退化是因为它们通常是有机的、因此对热退化是敏感的。与本发明有关的电沉积液的温度范围是约30℃或30℃以上，优选的是约35℃或35℃以上，更优选的是约40℃或40℃以上。
电沉积工艺的电流密度(即安培数/电沉积面积)对于在模具上获得均匀的漫射层也有重要作用。优选的是电流密度大约为0.022安培/平方厘米(20安培/平方英尺)或更低，更优选的是电流密度大约为0.016安培/平方厘米(15安培/平方英尺)或更低，更优选的是电流密度大约为0.011安培/平方厘米(10安培/平方英尺)或更低。应当理解，对电沉积速度(即沉积速度)的要求通常将与电沉积的均匀性保持平衡。
在光学表面12经过处理之后，如果需要，模具10可以通过电成形或其它方法复制，以形成母模或制造模。另一种办法是，可以使用模具10本身形成菲涅耳透镜。
在一种优选的方法中，沉积在模具10上的漫射层是无光泽的冰铜。这种用于电沉积冰铜的方法将在下面的实施例1中介绍。这种无光泽的饰层是借助在基本上没有晶粒细化剂的电沉积液中对模具10进行电沉积而提供的。这种用冰铜形成的面层比通常在电沉积的铜层中所发现的颗粒状态更显著。
实施例依据本发明的方法的特征和优点将进一步用实施例予以说明。但是，应当意识到尽管实施例可用来达到这个目的，但所用的具体组份和剂量以及其它条件和细节不以不适当的方式构成对本发明的限制。
实施例1具有大约0.2平方米表面积的镍制的菲涅耳透镜模具的原型按照下面的方法镀上冰铜的漫射层。制备包括硫酸铜(每升溶液0.21公斤)(带五个结晶水的硫酸铜，Triangle Brand，购自ElPaso,Texas的Phelps Dodge Refining公司)、硫酸(每升溶液0.061公斤)(纯度96％，试剂级)、氯化物(50PPM)和表面活性剂(每757升溶液1升10％的Duponal ME，购自DuPont公司)的电沉积溶液。溶液用蒸馏水配平。溶液经过1微米的过滤器和活性炭过滤，以便在电沉积前除去杂质。
在电沉积前，模具在MEK/丙酮溶剂浴中浸渍，以除去模具表面上的油渍和其它污染物。然后，用20％的AdvanageTM清洗剂溶液(AdvanageTM购自Harvey,Illinois的Austin DiversifiedProducts公司)强力洗涤模具。在强力洗涤之后，模具安装在电沉积设备上时用20％的H2SO4和5％AdvanageTM的溶液(用蒸馏水配平)保持润湿。
为了保证冰铜漫射层的附着，镍模具首先以模具为阳极以25安培反向镀1分钟。在变换极性(即模具变为阴极)后，开始电沉积，以20安培进行电沉积大约2小时，总计42安培-小时。在电沉积期间电沉积溶液保持在35℃的温度，模具以每分钟30转的速度旋转，用搅拌器搅拌电沉积溶液并且让该溶液以每分钟114升的速度通过1微米的过滤器循环。
所获得的模具呈现均匀的冰铜镀层。
实施例2与实施例1中使用的模具完全一致的第二镍模具在与实施例1设定的条件相同的条件下电沉积，所不同的是以42安培进行电沉积，总计达到42安培-小时。
完工的模具不呈现象按照实施例1生产的模具那样均匀的镀层。
实施例3按照在实施例1中介绍的方法在图案和尺寸与实施例1和2中所用的镍模具相同的铜模具上电沉积冰铜，其中不同的是在电沉积期间电沉积液的温度为40℃、电沉积在13-15安培下进行大约40分钟，达到总计11安培小时。
所获得的模具具有均匀的缎光外观。在利用该模具生产镍电成形(模具)时，实际上没有冰铜被电成形的复制品移去。
实施例4按照实施例3电成形铜模具，所不同的是在电沉积期间在模具上放一带Minnesota Mining and Manufacturing公司的图标“3M”的掩膜，持续电沉积总时间的大约一半。该边印是磁性材料制成的，它附着在形成铜表面的镍衬底上。因为在掩膜下面的区域在放置掩膜后没有进一步的电沉积发生，在被掩膜覆盖的区域镀层厚度减少，导致图标被转移到模具上。最后由这个模具制造的透镜在从某个角度(即不垂直于透镜平面)观看时也将呈现该图标。
在本文中引证的专利、专利文件和公布作为一个整体并入，以供参考，仿佛将它们逐一并入，以供参考。不脱离本发明的精神的各种改进方案和变型将对本领域的技术人员是明显的，应当理解本发明并非不适当地仅限于在此介绍的说明性的实施方案。
权利要求
1．一种在具有许多光学表面的菲涅耳透镜模具上提供漫射竖面的方法，其中毗邻光学表面被竖面隔开，该方法包括下述步骤(a)在许多光学表面和竖面上沉积漫射层；以及(b)从该许多光学表面上除去漫射层，而在竖面上的漫射层基本保持完整无损。
2．根据权利要求1的方法，其中沉积步骤进一步包括在诸光学表面大体同心的模具上沉积漫射层。
3．根据权利要求1的方法，其中沉积步骤进一步包括在诸光学表面大体平行的模具上沉积漫射层。
4．根据权利要求1的方法，其中沉积漫射层步骤进一步包括电沉积一层选自铜、镍、锌、钴、锡以及它们的组合的金属。
5．根据权利要求4的方法，其中沉积步骤进一步包括用基本上没有晶粒细化剂的电沉积液电沉积漫射层。
6．根据权利要求5的方法，该方法进一步包括使电沉积液通过活性炭。
7．根据权利要求5的方法，该方法进一步包括将电沉积液加热到大约30℃或更高温度的步骤。
8．根据权利要求5的方法，该方法进一步包括将电沉积液加热到大约35℃或更高温度的步骤。
9．根据权利要求5的方法，该方法进一步包括将电沉积液加热到大约40℃或更高温度的步骤。
10．根据权利要求1方法，该方法进一步包括在沉积漫射层步骤中遮蔽选定的竖面部分。
11．根据权利要求1方法，该方法进一步包括在沉积漫射层步骤中的某一部分时间内遮蔽选定的竖面部分。
12．根据权利要求1的方法，其中沉积步骤进一步包括使电流密度大约为0.022安培/平方厘米或更低的电能通过模具。
13．根据权利要求1的方法，其中沉积步骤进一步包括使电流密度大约为0.016安培/平方厘米或更低的电能通过模具。
14．根据权利要求1的方法，其中沉积步骤进一步包括使电流密度大约为0.011安培/平方厘米(10安培/平方英尺)或更低的电能通过模具。
15．根据权利要求1的方法，其中沉积漫射层的步骤进一步包括电沉积一层铜。
16．根据权利要求15的方法，其中沉积步骤进一步包括用基本上没有晶粒细化剂的电沉积液电沉积一层铜。
17．一种在具有许多光学表面的菲涅耳透镜模具上提供漫射竖面的方法，其中模具上毗邻光学表面被竖面隔开，该方法包括下述步骤(a)提供电沉积液；(b)让电沉积液通过活性炭；(c)将电沉积液加热到约30℃或更高的温度；以及(d)在该许多光学表面和竖面上电沉积漫射层，其中漫射层选自铜、镍、锌、钴、锡和它们的组合，而且电沉积是借助将模具放在电沉积液中并让电流密度大约为0.016安培/平方厘米或更低的电能通过模具来完成的；以及(e)从该许多光学表面上有选择地除去漫射层，其中竖面上的漫射层基本上保持完整无损。
18．一种在具有许多光学表面的菲涅耳透镜模具上提供漫射竖面的方法，其中模具上毗邻光学表面被竖面隔开，该方法包括下述步骤(a)提供基本上没有晶粒细化剂的电沉积液；(b)在众多的光学表面和竖面上电沉积漫射层，其中漫射层选自铜、镍、锌、钴、锡和它们的组合，而且电沉积是借助将模具放在电沉积液中并让电流密度大约为0.016安培/平方厘米或更低的电能通过模具来完成的；以及(c)从这许多光学表面上有选择地除去漫射层，其中竖面上的漫射层基本上保持完整无损。
19．根据权利要求18的方法，该方法进一步包括在电沉积步骤中遮蔽选定的竖面部分。
20．根据权利要求18的方法，该方法进一步包括在电沉积步骤中的某一段时间内遮蔽选定的竖面部分。
全文摘要
在具有许多由竖面一一隔开的光学表面的菲涅耳透镜模具上提供漫射竖面的方法。该方法包括在许多光学表面和竖面上沉积漫射层,然后有选择地从这许多光学表面上除去漫射层,而竖面上的漫射层基本上保持完整无损。漫射层可以在基本上没有晶粒细化剂的电解槽中沉积。
文档编号G02B3/08GK1219243SQ97194811
公开日1999年6月9日 申请日期1997年5月27日 优先权日1996年5月28日
发明者哈兰·L·科瑞克 申请人:明尼苏达矿业和制造公司