本發(fā)明涉及菲涅爾透鏡制作加工領(lǐng)域，尤其是一種分段制作超大口徑菲涅爾透鏡的方法。

背景技術(shù)：

菲涅爾透鏡是法國物理學家發(fā)明的環(huán)帶式的光學透鏡，隨著技術(shù)的進步，產(chǎn)品尺寸需求越來越大，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。特別在激光電視屏幕，太陽能光伏光熱應(yīng)用，激光工程應(yīng)用等大方面。透鏡制造的越來越大。而大口徑的透鏡制造一直是世界性的難題。本專利就是在自主專利zl201410170440.1《用于制作菲涅爾透鏡的錐形輥筒》發(fā)明專利基礎(chǔ)上的技術(shù)創(chuàng)新擴展，可以制造更大尺寸的菲涅爾透鏡。

中國制造的天眼直徑達到500米射電望遠鏡無疑標志著我國在大型望遠鏡的制造技術(shù)上已經(jīng)處于世界前例，然而其采用的多塊棱鏡拼接技術(shù)，對每單個棱鏡的制造和多個棱鏡的拼接都是世界性的難題。制造過程中對棱鏡制造精度和拼接精度要求都非常高，相對于制造成本也巨大，制約了應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。本專利提出一種基于錐形輥筒分段制作菲涅爾透鏡的制作方法，一方面可以替代超大望遠鏡中的棱鏡也可以用于激光電視屏幕制造——泵浦激光太陽能光伏光熱等領(lǐng)域的應(yīng)用，同時打破了傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡采用圓盤模具熱壓成型的工藝方法，該方法制造的菲涅爾透鏡尺寸非常有限，極大的限制了菲涅爾光學透鏡的應(yīng)用。傳統(tǒng)圓盤式透鏡模具首先是無法制造大尺寸、更無法制造超大尺寸。另一個難題是沒有大型或超大型的成型設(shè)備。而尺寸越大，微細結(jié)構(gòu)成型的精度更難保證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分段制作超大口徑菲涅爾透鏡的方法，實現(xiàn)了對超大口徑的菲涅爾透鏡的制造，克服了傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡采用圓盤模具熱壓成型的工藝方法制造的菲涅爾透鏡尺寸有限的缺點。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種分段制作超大口徑菲涅爾透鏡的方法，具體分為如下步驟：

s001確定超大口徑菲涅爾透鏡的口徑r，透鏡口徑r是根據(jù)菲涅爾光學透鏡所要求的光學設(shè)計來確定的；

s002將待制作的超大口徑的菲涅爾透鏡分為n個環(huán)帶，其環(huán)帶寬度為w，且各環(huán)帶寬度為相同的或者不同的；

s003根據(jù)最大能夠加工的錐輥大端尺寸和環(huán)帶位置，確定錐輥的錐度和尺寸，其中第n環(huán)帶菲鏡制造用錐輥的錐度cn、第n環(huán)帶菲鏡外徑即n+1環(huán)帶菲鏡內(nèi)徑rn和錐輥大端直徑表示為r錐大；

s004根據(jù)原材料最大幅寬，確定每一環(huán)帶上拼接體的數(shù)量，超大口徑菲涅爾透鏡中心是一個完整的圓形菲涅爾透鏡或者多塊拼接體，每一個環(huán)帶又由多個拼接體組成，每一個拼接體具有相同的光學參數(shù)或不同的光學參數(shù)，相同的尺寸或不同的尺寸；

s005用錐輥制造局部菲鏡即各個拼接體。

s006將局部菲涅爾透鏡即拼接體，拼接成完整的菲涅爾透鏡。

進一步限定，在環(huán)帶寬度相等時，超大口徑菲涅爾透鏡的口徑r、第一環(huán)帶菲鏡內(nèi)環(huán)半徑r、環(huán)帶數(shù)n和帶寬度w須滿足：n:w＝(r-r)/n。

進一步限定，所述的環(huán)帶都是該環(huán)帶微結(jié)構(gòu)的扇形透鏡的拼接體所拼接。

進一步限定，所述的環(huán)帶的尺寸分別為：中心圓盤直徑是為1000mm，第一環(huán)帶的尺寸w1＝1000mm～5000mm；第二環(huán)帶的尺寸w2＝5000mm～9000mm；第三環(huán)帶尺寸w3＝9000mm～13000mm第四個環(huán)帶尺寸w4＝13000mm～17000mm；第五個環(huán)帶尺寸w5＝17000mm～21000mm更多環(huán)帶尺寸以此類推。

進一步限定，其特征在于：所述的拼接體的數(shù)量是根據(jù)原材料的幅寬確定；

優(yōu)選的，所述的拼接體的最佳選取的數(shù)量是第一環(huán)帶是6個，第二環(huán)帶是12個，第三環(huán)帶是16個，第四環(huán)帶是20個，第五環(huán)帶是24個更多環(huán)帶的拼接體數(shù)量依次類推。

進一步限定，所述的確定錐輥的錐度和尺寸，第n環(huán)帶菲鏡制造用錐輥的錐度cn、第n環(huán)帶菲鏡外徑即n+1環(huán)帶菲鏡內(nèi)徑rn、錐輥大端直徑r錐大和r錐小表示錐輥小端直徑，它們之間的關(guān)系須滿足：cn＝2*atan(r錐大/rn)。

進一步限定，所述的錐輥是帶有環(huán)帶的微結(jié)構(gòu)的錐輥，其微結(jié)構(gòu)包括節(jié)距、角度和齒槽深度。

進一步限定，所述的錐輥將局各個拼接體壓印成型，具體以錐形輥筒小端為圓心，錐形輥筒的長度為半徑，在涂布有光學樹脂的介質(zhì)基材上滾壓以制備局部菲涅爾透鏡的拼接體。

本發(fā)明的有益效果是：本專利提出一種基于錐形輥筒分段制作菲涅爾透鏡的制作方法，一方面可以替代超大望遠鏡中的棱鏡也可以用于激光電視屏幕制造及泵浦激光太陽能光伏光熱等領(lǐng)域的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡采用圓盤模具熱壓成型的工藝方法制造的菲涅爾透鏡尺寸有限的缺點，本發(fā)明能夠制造大尺寸及制造超大尺寸的菲涅爾透鏡，并且保證了微細結(jié)構(gòu)成型的精度，使菲涅爾光學透鏡的應(yīng)用更加多元化。

附圖說明

圖1為分段制作超大口徑菲涅爾透鏡的方法流程圖；

圖2為環(huán)帶扇形拼接體分布圖。

圖3為制作超大口徑菲涅爾透鏡的錐輥示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種分段制作超大口徑菲涅爾透鏡的方法，具體分為如下步驟：

s001確定超大口徑菲涅爾透鏡的口徑r，透鏡口徑r是根據(jù)菲涅爾光學透鏡所要求的光學設(shè)計來確定的；

s002將待制作的超大口徑的菲涅爾透鏡分為n個環(huán)帶，其環(huán)帶寬度為w，且各環(huán)帶寬度為相同的或者不同的；

在環(huán)帶寬度相等時，超大口徑菲涅爾透鏡的口徑r、第一環(huán)帶菲鏡內(nèi)環(huán)半徑r、環(huán)帶數(shù)n和帶寬度w須滿足：n:w＝(r-r)/n。

s003根據(jù)最大能夠加工的錐輥大端尺寸和環(huán)帶位置，確定錐輥的錐度和尺寸，其中第n環(huán)帶菲鏡制造用錐輥的錐度cn、第n環(huán)帶菲鏡外徑即n+1環(huán)帶菲鏡內(nèi)徑rn和錐輥大端直徑表示為r錐大，r錐小表示錐輥小端直徑，須滿足：cn＝2*atan(r錐大/rn)；

而錐輥的制造是根據(jù)菲涅爾透鏡模具機床能加工的最大尺寸為錐輥大端的尺寸；

錐輥的錐度是根據(jù)環(huán)帶在整個菲涅爾透鏡中的位置確定的；

所述的錐輥是帶有環(huán)帶的微結(jié)構(gòu)的錐輥，其微結(jié)構(gòu)包括節(jié)距、角度和齒槽深度，菲涅爾透鏡的微光學結(jié)構(gòu)的制造精度應(yīng)達到透鏡制造的表面粗糙度要求。

s004根據(jù)原材料最大幅寬，確定每一環(huán)帶上拼接體的數(shù)量，如圖2所示，超大口徑菲涅爾透鏡中心是一個完整的圓形菲涅爾透鏡或者多塊拼接體，每一個環(huán)帶又由多個拼接體組成；

每一個拼接體具有相同的光學參數(shù)或不同的光學參數(shù)，相同的尺寸或不同的尺寸；

所述的環(huán)帶的尺寸分別為：中心圓盤直徑是為1000mm，第一環(huán)帶的尺寸w1＝1000mm～5000mm；第二環(huán)帶的尺寸w2＝5000mm～9000mm；第三環(huán)帶尺寸w3＝9000mm～13000mm第四個環(huán)帶尺寸w4＝13000mm～17000mm；第五個環(huán)帶尺寸w5＝17000mm～21000mm更多環(huán)帶尺寸以此類推；

所述的拼接體的最佳選取的數(shù)量是第一環(huán)帶是6個，第二環(huán)帶是12個，第三環(huán)帶是16個，第四環(huán)帶是20個，第五環(huán)帶是24個更多環(huán)帶的拼接體數(shù)量依次類推；

扇形體按設(shè)計尺寸裁切，包裝每個扇形體的尺寸精確一致。

s005用錐輥制造局部菲鏡即各個拼接體，所述的錐輥將局各個拼接體壓印成型；

如圖3所示，以錐形輥筒小端為圓心，錐形輥筒的長度為半徑，在涂布有光學樹脂的介質(zhì)基材上滾壓以制備局部菲涅爾透鏡的拼接體。

s006將局部菲涅爾透鏡即拼接體，拼接成完整的菲涅爾透鏡。

實施例1直徑20米拼接菲鏡設(shè)計制造：

菲鏡的中心是一個完整的圓形菲鏡，該設(shè)計中選半徑500毫米，即直徑1米；也可以:拼接的方式制造。菲鏡的其他部分由多塊進行拼接，拼接菲鏡由多個環(huán)帶及環(huán)帶內(nèi)多個拼接體組成。每一個拼接體具有相同的光學參數(shù)或不同的光學參數(shù)，相同的尺寸或不同的尺寸。

每一個環(huán)帶的寬度和環(huán)帶內(nèi)拼接體的數(shù)量和尺寸，按有利于制造的原則設(shè)計。本例中采用等寬環(huán)帶，按可以加工錐形菲涅爾透鏡的裝備開口，環(huán)帶寬度1900mm；也可以采用不等寬環(huán)帶。

每一個環(huán)帶內(nèi)的拼接體數(shù)量分別是第一環(huán)帶：6個；第二環(huán)帶：12個；第三環(huán)帶：16個；第四環(huán)帶：20個；第五環(huán)帶：24個。

表1：環(huán)帶的規(guī)格尺寸以及錐輥的幅寬

表2：直徑20米菲鏡-分段及計算

按照表2所示的數(shù)據(jù)確定錐輥的參數(shù)。并利用該錐輥制造局部菲鏡即各個拼接體，這是需要很多只錐輥才能完成的，分段制作方法中的每一段即對應(yīng)一只錐輥，所述的錐輥將局各個拼接體壓印成型，將局部菲涅爾透鏡即拼接體，拼接成完整的菲涅爾透鏡。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進行改動。而本領(lǐng)域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。