一種菲涅爾器件的制作方法及制作裝置與流程

本發明涉及菲涅爾器件領域，具體涉及一種菲涅爾器件的制作方法及制作裝置。

背景技術：

菲涅爾透鏡是由法國物理學家奧古斯汀.菲涅爾(Augustin.Fresnel)發明的，他在1822年最初使用這種透鏡設計用于建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統-燈塔透鏡。菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)是一種微細結構的光學元件，從正面看其像一個飛鏢盤，由一環一環的同心圓組成；其工作原理十分簡單：假設一個透鏡的折射能量僅僅發生在光學表面(如：透鏡表面)，拿掉盡可能多的光學材料，而保留表面的彎曲度。

另外一種理解就是，透鏡連續表面部分“坍陷”到一個平面上。從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。

目前常用的是金剛石車削方法加工菲涅爾透鏡。該方法有幾個方面的缺點：金剛石加工方法制作的菲涅爾透鏡尺寸受限，槽型寬度20um-50um，目前能做到的4英寸。槽型小于20um，加工難度大。

但是，現有技術對于非規則的透鏡，例如柱透鏡形式的菲涅爾透鏡，其他文字，圖形的菲涅爾透鏡等，目前尚沒有辦法進行加工。金剛石加工的價格相對比較昂貴，刀頭越尖，使用壽命越短。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種可以實現任意形狀菲涅爾器件的制作的菲涅爾器件的制作方法及制作裝置。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種菲涅爾器件的制作方法，其包括以下步驟：

1)圖像3D建模；

2)將建模后的3D圖，按照菲涅爾的變化規律進行量化處理；

3)通過等高投影或等寬投影進行像素微結構模擬；

4)像素化拼接；

5)通過光刻工藝將整個圖像光刻完成；

6)通過轉移工藝將模板轉移到應用材料上。

進一步地，上述步驟2)中，量化后將圖像分解為位置變量、位置變量、取向角度變量和坡度變量。

進一步地，將每一個具有取向角和坡度的像素微結構進行像素化拼接。

進一步地，上述步驟3)中，等高投影為微結構在模擬后通過有傾斜角度的條紋疏密圖來表示；其中：微結構的坡度用條紋疏密來表示；微結構的角度為取向角，用條紋的傾斜角度來表示。

進一步地，上述步驟3)中，等寬投影為微結構在模擬后通過有傾斜角度的灰度圖來表示；其中：微結構的坡度用灰度來表示；微結構的角度為取向角，用灰度傾斜角度來表示。

進一步地，上述步驟4)中，采用空間光調制器將像素灰度圖或像素條紋疏密圖，按序在記錄材料上光刻，并控制二位移動平臺相應移位，直至整個圖像光刻完成。

進一步地，上述步驟5)中，經顯影處理完成任意形狀菲涅爾器件的模板制作，再經過后續工序，最終轉移到應用材料上。

一種菲涅爾器件的制作裝置，其包括：

空間光調制器，其用于顯示圖像數據；

光源，其發出的光照明空間光調制器；

精縮光學系統，其將空間光調制器上的圖像微縮到記錄材料表面，形成結構光場，該光場與感光材料發生光化學作用；

二維移動平臺，其提供光學系統和記錄材料的相對移動；

控制系統，其用于圖像顯示、曝光、工件臺移動協調工作。

進一步地，上述空間光調制器為透射式的LCD、反射式的DMD或反射式的LCOS。

本發明提供的一種菲涅爾器件的制作方法及制作裝置，通過進行3D建模、菲涅爾量化、像素微結構模擬、像素化拼接、光刻工藝和轉移工藝，最終實現任意形狀菲涅爾器件的制作；該方法將在新型印材，太陽能等領域具有重要的應用價值。因此，本發明具有如下優點：可以實現任意形狀的菲涅爾器件；且尺寸不受限制，通過拼版等工藝，可以做大尺寸的菲涅爾器件；且該方法降低了成本。

附圖說明

圖1為本發明實施例中一種菲涅爾器件的制作方法所涉及的菲涅爾器件剖面示意圖。

圖2為本發明實施例中一種菲涅爾器件的制作方法所涉及的等寬度投影示意圖。

圖3為本發明實施例中一種菲涅爾器件的制作方法所涉及的等高度投影示意圖。

圖4為本發明實施例中一種菲涅爾器件的制作方法所涉及的等寬度投影的微結構模擬后示意圖。

圖5為本發明實施例中一種菲涅爾器件的制作方法所涉及的等高度投影的微結構模擬后示意圖。

圖6為本發明實施例中一種菲涅爾器件的制作方法所涉及的等寬度投影的微結構像素拼接示意圖。

圖7為本發明實施例中一種菲涅爾器件的制作方法所涉及的等高度投影的微結構像素拼接示意圖。

圖8為本發明實施例中一種菲涅爾器件的制作裝置的框架結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施方式。

一種菲涅爾器件的制作方法實施例：

為了達到本發明的目的，在本發明的一種菲涅爾器件的制作方法的其中一些實施方式中，通過進行3D建模、菲涅爾量化、像素微結構模擬、像素化拼接、光刻工藝和轉移工藝，最終實現任意形狀菲涅爾器件的制作。

其中，菲涅爾量化為將建模后的3D圖，按照菲涅爾的變化規律進行量化，量化后可以將圖像分解為4個變量，位置變量X、Y，取向角度變量θ，微結構坡度；

如圖2-5所示，像素微結構模擬方法可以通過兩種方法獲得：

一種為等高投影，等高投影模擬的微結構的坡度用條紋疏密來表示，條紋密表示微結構陡，條紋疏表示微結構平坦；等高投影模擬的微結構的角度為取向角，用條紋的傾斜角度來表示；等高投影模擬后，像素微結構用有傾斜角度的條紋疏密圖來表示；

另一種為等寬投影，等寬投影模擬的微結構的坡度用灰度來表示，灰度變化率快表示微結構陡，灰度變化率慢表示微結構平坦；等寬投影模擬的微結構的角度為取向角，用傾斜角度來表示；等寬投影模擬后，像素微結構用有傾斜角度的灰度圖來表示。

如圖6至圖7所示，將每一個具有取向角和坡度的像素微結構進行像素化拼接。

一種菲涅爾器件的制作裝置實施例：

為了達到本發明的目的，在本發明的一種菲涅爾器件的制作裝置的其中一些實施方式中，如圖8所示，該裝置包括空間光調制器81、光源82、精縮光學系統83、二維移動平臺84和控制系統85。空間光調制器81用于顯示圖像數據，可以采用透射式的LCD、反射式的DMD、LCOS等，光源82發出的光照明空間光調制器81；經精縮光學系統83將空間光調制器81上的圖像微縮到記錄材料表面，形成結構光場，該光場與感光材料發生光化學作用；二維移動平臺84提供光學系統和記錄材料的相對移動；控制系統85用于圖像顯示、曝光、工件臺移動協調工作。最后經過后續轉移工藝，最終轉移到其他材料上，實現任意形狀菲涅爾器件的制作。

上述實施例所述的一種菲涅爾器件的制作方法及制作裝置與現有技術相比，具有以下優點：可以實現任意形狀的菲涅爾器件；且尺寸不受限制，通過拼版等工藝，可以做大尺寸的菲涅爾器件；且該方法降低了成本。

以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。