菲涅爾透鏡及其製造方法與裝置的製作方法
2023-10-23 10:41:22 2
專利名稱：菲涅爾透鏡及其製造方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種透鏡，尤其涉及一種菲涅爾透鏡及製造菲涅爾透鏡的方 法與裝置。
背景技術：
請參閱圖15，菲涅爾透鏡(FresndLens) 7具有一般透鏡的光學功能， 且體積與重量比一般透鏡小，從而取代一般的透鏡。菲涅爾透鏡7主要應用 在需要透鏡面積大，但希望透鏡重量小的產品上，例如，燈塔投射導航光源、 投影儀的鏡頭、背投影顯示器的屏幕、輕便型的放大鏡等。現今的菲涅爾透 鏡7大多由單一的玻璃材質或是塑料材質所形成。
玻璃材質的菲涅爾透鏡7與塑料材質的菲涅爾透鏡7可做不同用途，例 如，當通過菲涅爾透鏡7的光線強度較高，或置於戶外需要高耐候特性時， 一般使用較穩定的玻璃材質菲涅爾透鏡7。玻璃材質的菲涅爾透鏡7採用傳 統研磨方式組裝，或直接加工成型，或者使用模造技術製作，但是，玻璃的 高硬度與高成型溫度，使得其製作成本偏高，並有製作面積的限制，所以小 型的玻璃材質菲涅爾透鏡7大多由模造技術製成，而大型的玻璃材質菲涅爾 透鏡7多以拼接多個透鏡的方式製成。
當通過菲涅爾透鏡7的光線強度低，或置於室內，需要輕薄的體積或低 成本時， 一般使用塑料材質的菲涅爾透鏡7。塑料材質的菲涅爾透鏡7大多 以射出、直接加工、壓模、滾壓與模注等方式製作完成，具有較低的製作成 本。
由於太陽能應用的快速發展，太陽能集光模塊在太陽能應用中具有重要 的地位。例如，在太陽能發電系統中，具有耐候性的大型菲涅爾透鏡7為太 陽能集光模塊必備的集光元件。但是玻璃材質的菲涅爾透鏡7有成本偏高與 製造難度偏高等問題。在強光投影的應用上，選用菲涅爾透鏡7時也有與太 陽能集光模塊相同的需求，在強光燈源的投射照明或高亮度光源的導光照明需求下，必須採用玻璃材質的菲涅爾透鏡7以符合強光投影的高光強度需求。 所以，如何製造具備低成本與高耐候性的菲涅爾透鏡為目前透鏡製造商必須 解決的問題。
發明內容
本發明的目的之一在於提供一種低成本及高耐候性的菲涅爾透鏡。 為達到上述目的，本發明所提供的菲涅爾透鏡包括一玻璃材質的基板和 一菲涅爾結構，菲涅爾結構由可塑性材質一體成型於基板上。所以，菲涅爾 透鏡具有塑料透鏡的低成本及玻璃透鏡的高耐候性等優點。
本發明的另一目的在於提供一種上述菲涅爾透鏡的製造方法。
為達到上述目的，本發明所提供的菲涅爾透鏡製造方法包括以下步驟 步驟一加注可塑性材料於成型裝置中，使可塑性材料與一基板貼合； 步驟二固化可塑性材料，以形成一菲涅爾結構；及
步驟三分離成型裝置，於基板上一體成型出菲涅爾結構，從而形成菲 涅爾透鏡。
本發明的再一 目的在於提供一種應用於上述製造方法的製造裝置。 為達到上述目的，本發明所提供的菲涅爾透鏡製造裝置具有連接菲涅爾
透鏡的基板的成型裝置，成型裝置設有對應於菲涅爾透鏡的菲涅爾結構的成型部。
本發明菲涅爾透鏡可通過成型裝置於玻璃材質基板上一體成型出塑料 材質菲涅爾結構，使菲涅爾透鏡具有塑料透鏡的低成本及玻璃透鏡的高耐候 性等優點。
圖1為本發明菲涅爾透鏡的結構剖面圖。 圖2為本發明菲涅爾透鏡製造方法第一實施例的步驟示意圖。 圖3為本發明菲涅爾透鏡製造方法第一實施例的步驟流程圖。 圖4為本發明菲涅爾透鏡製造方法第二實施例的步驟示意圖。 圖5為本發明菲涅爾透鏡製造方法第二實施例的步驟流程圖。 圖6為本發明菲涅爾透鏡製造方法第三實施例的步驟示意圖。圖7為本發明菲涅爾透鏡製造方法第三實施例的步驟流程圖。
圖8為本發明菲涅爾透鏡製造方法第三實施例所使用成型裝置的示意
圖9為本發明菲涅爾透鏡製造方法第四實施例的步驟示意圖。
圖10為本發明菲涅爾透鏡製造方法第四實施例的步驟流程圖。
圖11為本發明成型裝置的第一成型板的示意圖。
圖12為本發明成型裝置的第一成型板的局部放大圖。
圖13為本發明成型裝置的第二成型板的示意圖。
圖14為本發明成型裝置的第二成型板的局部放大圖。
圖15為本發明一般菲涅爾透鏡的結構剖面圖。
其中，附圖標記說明如下
菲涅爾透鏡1 菲涅爾結構ll 菲涅爾形模穴20 可塑性材料3 第一成型板5 斜邊51
半菲涅爾形凹槽60 一般菲涅爾透鏡7
基板10
模具2
通道21 環形襯套4 菲涅爾形凹槽50 第二成型板6 弧形側邊6具體實施例方式
為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下特 例舉實施例並配合附圖詳予說明。
請參閱圖1，本發明菲涅爾透鏡1設有基板10與菲涅爾結構11，基板 10由玻璃材料製成，菲涅爾結構11由可塑性材料製成，且一體成型於基板 10表面，菲涅爾結構11的厚度可小於2.5毫米。本發明菲涅爾透鏡1的主 體為玻璃材質的基板IO，而菲涅爾結構11由可塑性材料製成，所以可直接 製作出中、小面積的菲涅爾透鏡1，也可以分區分時的方式製作出大面積的 菲涅爾透鏡1 所以本發明菲涅爾透鏡1具有塑料透鏡的低成本及玻璃透鏡 的高耐候性等優點。本發明菲涅爾透鏡1的基板10可為平面板、楔形平板、凸面板、凹面
板或其組合。菲涅爾結構11可經由加入熱固性可塑性材料或是光固性可塑 性材料於成型裝置內，成型裝置的成型部將可塑性材料成型為菲涅爾結構，
經過固化後，菲涅爾結構可一體成型於基板10上。熱固性可塑性材料可為
矽膠，光固性可塑性材料可為環氧基樹脂或為壓克力樹脂。
請參閱圖2與圖3，圖2為本發明菲涅爾透鏡1製造方法第一實施例的 步驟示意圖，圖3為本發明菲涅爾透鏡1製造方法第一實施例的步驟流程圖。 本實施例中，成型裝置為模具2，成型部為模具2的菲涅爾形模穴20，菲涅 爾透鏡1製造方法包括以下步驟
步驟一固定模具2;
步驟二加入可塑性材料3於菲涅爾形模穴20內，使可塑性材料3填
滿菲涅爾形模穴20;
步驟三覆蓋基板10於菲涅爾形模穴20上，使基板10與可塑性材料3 相互貼合；
步驟四固化可塑性材料3，以形成菲涅爾結構ll;
步驟五分離模具2，於基板IO上一體成型出菲涅爾結構11,從而形 成菲涅爾透鏡l。
本實施例中，固化方式依照可塑性材料3的特性採用加熱固化或照射紫 外光固化。上述製造方法可於真空腔內實施，以避免基板10蓋合於菲涅爾 形模穴20時，基板10與可塑性材料3之間產生氣泡。
請參閱圖4與圖5，圖4為本發明菲涅爾透鏡1製造方法第二實施例的 步驟示意圖，圖5為本發明菲涅爾透鏡1製造方法第二實施例的步驟流程圖。 本實施例中，成型裝置為模具2與環形襯套4，成型部為模具2的菲涅爾形 模穴20,菲涅爾透鏡1的製造方法包括以下步驟
步驟一固定基板10;
步驟二設置環形襯套4於基板10上；
步驟三加入可塑性材料3於基板10與環形襯套4所形成的開放空間
內；
步驟四使模具2與環形襯套4相互接合，同時使可塑性材料3填滿基 板IO與菲涅爾形模穴20所形成的封閉空間；
7步驟五固化可塑性材料3，以形成菲涅爾結構ll;
步驟六分離模具2與環形襯套4，於基板IO上一體成型出菲涅爾結構 11，從而形成菲涅爾透鏡l。
在具體實施時，可選用不同尺寸的環形襯套4及相配合的模具2製作出
不同尺寸的菲涅爾透鏡1。上述製造方法中，固化步驟可根據可塑性材料3
的特性採用加熱固化方式或照射紫外光固化方式。上述製造方法可於真空腔
內實施，以避免模具2與環形襯套4及基板10互相接合時，於菲涅爾形模 穴20與可塑性材料3之間產生氣泡。
請參閱圖6至圖8，圖6為本發明菲涅爾透鏡1製造方法第三實施例的 步驟示意圖，圖7為本發明菲涅爾透鏡1製造方法第三實施例的步驟流程圖， 圖8為本實施例中模具通道的示意圖。本實施例中，成型裝置為模具2，成 型部為模具2的菲涅爾形模穴20，菲涅爾透鏡1製造方法包括以下步驟
步驟一結合基板10與模具2，使基板10與菲涅爾形模穴20形成封閉 空間，模具2設有貫通菲涅爾形模穴20的通道21;
步驟二經由通道21加入可塑性材料3，使可塑性材料3填滿基板10 與菲涅爾形模穴20形成的封閉空間；
步驟三固化可塑性材料3，以形成菲涅爾結構ll;及 步驟四分離模具2，於基板IO上一體成型出菲涅爾結構11，從而形 成菲涅爾透鏡l。
本製造方法中，可塑性材料加入時可採用高壓注入或是真空吸引的方式 使可塑性材料填滿基板與菲涅爾形模穴形成的封閉空間。
請參閱圖9至圖14，圖9為本發明菲涅爾透鏡1製造方法第四實施例的 步驟示意圖，圖10為本發明菲涅爾透鏡1製造方法第四實施例的步驟流程 圖，圖ll為本實施例中所採用的第一成型板的示意圖，圖12為第一成型板 的局部放大圖，圖13為本實施例中所採用的第二成型板的示意圖，圖14為 第二成型板的局部放大圖。本實施例中，成型裝置為第一成型板5與環形襯 套4，成型部為第一成型板5的菲涅爾形凹槽50，菲涅爾透鏡1製造方法包 括以下步驟-
步驟一固定基板10;
步驟二設置環形襯套4於基板10上；步驟三加入可塑性材料3於基板10與環形襯套4所形成的開放空間
內；
步驟四固化可塑性材料3，使可塑性材料3形成半固化狀； 步驟五使第一成型板5側面的菲涅爾形凹槽50壓入半固化狀的可塑 性材料3中；
步驟六旋轉第一成型板5，並持續固化半固化狀的可塑性材料3，以 形成菲涅爾結構ll;
步驟七分離第一成型板5與環形襯套4，於基板10上一體成型出菲涅
爾結構ll,從而形成菲涅爾透鏡l。
本實施例中，第一成型板5的長度為菲涅爾透鏡1的菲涅爾結構11的 直徑長度，第一成型板5的菲涅爾形凹槽50對應於菲涅爾透鏡1的菲涅爾 結構11的整體橫切面形狀，菲涅爾形凹槽50的頂部設有斜邊51。當第一成 型板5旋轉時，菲涅爾形凹槽50頂部的斜邊51抵壓可塑性材料3，使可塑 性材料3成型出菲涅爾結構11。
本實施例中，第二成型板6可取代第一成型板5使可塑性材料3成型為 菲涅爾結構11，第二成型板6側面設有半菲涅爾形凹槽60，第二成型板6 的長度為菲涅爾透鏡1的菲涅爾結構11的半徑長度，第二成型板6的半菲 涅爾形凹槽60對應於菲涅爾透鏡1的菲涅爾結構11的半個橫切面形狀，半 菲涅爾形凹槽60的頂部具有弧形側邊61。當第二成型板6旋轉時，半菲涅 爾形凹槽60頂部的弧形側邊61抵壓可塑性材料3，使可塑性材料3成型為 菲涅爾結構ll。
本發明的菲涅爾透鏡1可應用於太陽能集光模塊中，經由較大面積菲涅 爾透鏡將入射太陽光集中於較小面積的高轉換效能的太陽電池，使太陽電池 能接收較本身面積大數倍面積的太陽能，配合高光電轉換效率的太陽電池， 可更有效地產出電力。本發明菲涅爾透鏡l也可運用於吸熱管系統中，經由 菲涅爾透鏡會聚太陽光能量至吸熱管，使吸熱管接收較本身面積大數倍面積 的太陽能，以提高吸熱管內流體的溫度，提升溫度的流體可運用至熱能發電、 暖氣設備及熱水設備等，可大幅度增加其效能。
本發明的菲涅爾透鏡1通過成型裝置，例如模具2、環形襯套4與第一 成型板5，由基板IO—體成型出菲涅爾結構11，可直接製作出中、小面積的菲涅爾透鏡1，或以分區分時的方式製作出大面積的菲涅爾透鏡1，使菲 涅爾透鏡1具有塑料透鏡的低成本及玻璃透鏡的高耐候性等優點。
權利要求
1.一種菲涅爾透鏡，其特徵在於包括一玻璃材質的基板和一菲涅爾結構，該菲涅爾結構由可塑性材質一體成型於該基板上。
2. —種菲涅爾透鏡製造方法，其特徵在於，包括以下步驟首先，加注可塑性材料於一成型裝置中，使可塑性材料與一基板貼合； 其次，固化可塑性材料，以形成一菲涅爾結構；以及最後，分離該成型裝置，於該基板上一體成型出該菲涅爾結構，以形成 該菲涅爾透鏡。
3. 如權利要求2所述的菲涅爾透鏡製造方法，其特徵在於該成型裝置 為一模具，該模具設有一菲涅爾形模穴，所述加注可塑性材料的步驟包括-加入可塑性材料於該菲涅爾形模穴內，使可塑性材料填滿該菲涅爾形模穴； 以及覆蓋該基板於該菲涅爾形模穴上，使該基板與可塑性材料相互貼合。
4. 如權利要求2所述的菲涅爾透鏡製造方法，其特徵在於該成型裝置 包括一模具與一環形襯套，該模具設有一菲涅爾形模穴，所述加注可塑性材 料的步驟包括設置環形襯套於該基板上；加入可塑性材料於該基板與該環 形襯套所形成的一開放空間內；以及接合該模具與該環形襯套，使可塑性材 料填滿該基板與該菲涅爾形模穴所形成的一封閉空間中。
5. 如權利要求2所述的菲涅爾透鏡製造方法，其特徵在於該成型裝置 包括一模具，該模具設有一菲涅爾形模穴，所述加注可塑性材料的步驟包括 結合該基板與該模具，使該基板與該菲涅爾形模穴形成一封閉空間；以及加 入可塑性材料於該封閉空間內，使可塑性材料填滿該封閉空間。
6. 如權利要求2所述的菲涅爾透鏡製造方法，其特徵在於該成型裝置 包括一環形襯套與一成型板，該成型板側邊設有一菲涅爾形凹槽；在所述加 注可塑性材料的步驟中，設置該環形襯套於該基板上，加入可塑性材料於該 基板與該環形襯套所形成的一開放空間內；在所述固化可塑性材料步驟中， 先使可塑性材料形成半固化狀，再將該菲涅爾形凹槽壓入半固化狀可塑性材 料中；然後旋轉該成型板，並持續固化半固化狀可塑性材料，以形成菲涅爾 結構。
7. —種菲涅爾透鏡製造裝置，其特徵在於包括一成型裝置，該成型裝置連接有一基板，該成型裝置設有一成型部，該成型部的形狀對應於一菲涅 爾結構。
8. 如權利要求7所述的菲涅爾透鏡製造裝置，其特徵在於該成型裝置 包括一連接該基板的環形襯套及一與該環形襯套接合的模具，該模具設有一 與該基板相對的菲涅爾形模穴，該成型部為該菲涅爾形模穴。
9. 如權利要求7所述的菲涅爾透鏡製造裝置，其特徵在於該成型裝置 為一模具，設有一菲涅爾形模穴及一貫通該菲涅爾形模穴的通道，該成型部 為該菲涅爾形模穴。
10. 如權利要求7所述的菲涅爾透鏡製造裝置，其特徵在於該成型裝置 包括一連接該基板的環形襯套，及一成型板，該成型板側邊設有一菲涅爾形 凹槽，該成型部為該菲涅爾形凹槽。
全文摘要
本發明公開了一種菲涅爾透鏡及其製造方法與裝置，菲涅爾透鏡包括一玻璃材質的基板和一菲涅爾結構，菲涅爾結構由可塑性材質一體成型於基板上。其製造方法包括首先，加注可塑性材料於成型裝置中，使可塑性材料與一基板貼合；其次，固化可塑性材料，形成菲涅爾結構；最後，分離成型裝置，於基板上一體成型出菲涅爾結構，而形成菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡製造裝置設有連接基板的成型裝置，成型裝置設有對應於菲涅爾結構的成型部，成型部將可塑性材料成型為菲涅爾結構。本發明菲涅爾透鏡具有塑料透鏡的低成本及玻璃透鏡的高耐候性優點。
文檔編號G02B3/08GK101661120SQ200810212649
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月27日 優先權日2008年8月27日
發明者李遠林, 偉 沈 申請人:光燿科技股份有限公司