本發(fā)明涉及精密光學(xué)三棱鏡，具體涉及一種樹脂三棱鏡光學(xué)元件的制備模具，本發(fā)明還涉及樹脂三棱鏡光學(xué)元件的制備方法。

背景技術(shù)：

1、三棱鏡一般具有三個(gè)矩形表面和兩個(gè)三角形表面主體結(jié)構(gòu)，在主體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)三角形面和進(jìn)光面周邊一圈一般均需要進(jìn)行一定程度的消光處理，形成消光區(qū)域，用于防止雜散光從除了入口部分的位置進(jìn)入棱鏡，干擾成像效果。

2、三棱鏡光學(xué)元件的應(yīng)用越來(lái)越廣，例如在視力矯正、攝像、光學(xué)儀器檢測(cè)等領(lǐng)域有著越來(lái)越多需求。傳統(tǒng)三棱鏡制作材料主要是玻璃，尤其是在精密光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中，譬如手機(jī)潛望式攝像頭中。

3、玻璃三棱鏡光學(xué)元件具備熱穩(wěn)定性高，光透過(guò)率高等特點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，其制備工序主要包括材料開粗，多道的研磨、粗拋光及精拋光，涂黑等工序，雖然通過(guò)多工序加工能保障產(chǎn)品精度，但整個(gè)制程工序?qū)嵲谔爆崳蓖悸史浅５?。隨著光學(xué)鏡頭對(duì)產(chǎn)品性能和體積要求越來(lái)越高，相應(yīng)的對(duì)三棱鏡也提出了更高的要求，譬如在玻璃三棱鏡的進(jìn)光面和出光面上做一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，非球面，自由曲面或球面等結(jié)構(gòu)，因此所需要的制備工序就會(huì)更復(fù)雜，甚至無(wú)法完成，無(wú)法滿足產(chǎn)品大規(guī)模量產(chǎn)的需求。此外，玻璃三棱鏡存在著玻璃材質(zhì)重，光學(xué)玻璃價(jià)格昂貴等問(wèn)題，限制了其的進(jìn)一步推廣，尤其是在消費(fèi)電子領(lǐng)域的使用。

4、相對(duì)于玻璃材料，樹脂材料更輕，更便宜，在三棱鏡應(yīng)用上逐漸受到一些關(guān)注。但是現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)采用這一材料制備三棱鏡存在制備精度低，工序仍然繁瑣等問(wèn)題，無(wú)法應(yīng)用在精密光學(xué)領(lǐng)域。若采用常規(guī)的注塑成型技術(shù)路線，存在如下弊端：

5、弊端一:因?yàn)槿忡R的厚度不均一,中心區(qū)域厚度最大,邊緣區(qū)域厚度最薄,整體厚度偏大又不均勻,常規(guī)注塑成型時(shí)易出現(xiàn)收縮不均勻,導(dǎo)致產(chǎn)品面精度較差。

6、弊端二:注塑完成的三棱鏡還需要進(jìn)行第二道工序:邊緣涂黑處理,這樣既增加了工時(shí)成本,又增加了生產(chǎn)過(guò)程中的不良損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種樹脂三棱鏡光學(xué)元件的制備模具及制備方法，該模具配合制備工藝，能極大的簡(jiǎn)化成型過(guò)程，制備的樹脂三棱鏡光學(xué)元件具備與玻璃三棱鏡光學(xué)元件相近的性能，適合應(yīng)用在精密光學(xué)領(lǐng)域。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的第一種技術(shù)方案是：一種樹脂三棱鏡光學(xué)元件的制備模具，是一種雙色三棱鏡注塑模具，包括定模和動(dòng)模，所述定模分為先打工位和后打工位，每個(gè)工位均是在定模座板下端面上分別設(shè)熱流道板，在每個(gè)熱流道板的下端面上分別設(shè)定模板，先打工位用于成型三棱鏡主體結(jié)構(gòu)，后打工位用于成型消光區(qū)域；所述動(dòng)模分為一號(hào)模和二號(hào)模，一號(hào)模和二號(hào)模是在動(dòng)模座板上分別設(shè)頂出機(jī)構(gòu)，在每個(gè)頂出機(jī)構(gòu)上分別設(shè)壓縮機(jī)構(gòu)，在每個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)上分別設(shè)動(dòng)模板；所述動(dòng)模板與其對(duì)應(yīng)的定模板間形成形狀不同的工位型腔，每個(gè)工位型腔一端與對(duì)應(yīng)的工位熱咀連接，每個(gè)工位熱咀與定模座板上對(duì)應(yīng)的模具澆口套連接。

3、所述定模的先打工位與動(dòng)模合模后組成用于注射透明材料的先打工位型腔，定模的后打工位和動(dòng)模合模后組成用于注射黑色材料的后打工位型腔。

4、所述壓縮機(jī)構(gòu)為壓縮板，在壓縮板與對(duì)應(yīng)的動(dòng)模板間設(shè)有壓縮彈簧，壓縮板與動(dòng)模板之間留有2～4mm左右壓縮縫隙。

5、所述壓縮機(jī)構(gòu)是在頂出機(jī)構(gòu)上設(shè)壓縮頂桿和普通頂桿，壓縮頂桿的另一端設(shè)壓縮模芯。

6、所述動(dòng)模的一號(hào)模和二號(hào)模形狀完全相同，所示定模的先打工位和后打工位形狀不同。

7、所述定模的先打工位和后打工位之間設(shè)有100mm隔熱間隙。

8、所述模具設(shè)置有中心旋轉(zhuǎn)軸，動(dòng)模的一號(hào)模和二號(hào)模相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸呈中心對(duì)稱。

9、本發(fā)明利用上述樹脂三棱鏡光學(xué)元件制備模具制備三棱鏡的方法，包括以下步驟：

10、（1）.?一號(hào)模的動(dòng)模板處于先打工位，與先打工位的定模板組成先打工位型腔，二號(hào)模的動(dòng)模板處于后打工位，與后打工位的定模板組成后打工位型腔，先打工位炮筒是透明材料，后打工位炮筒是黑色材料；

11、（2）.?調(diào)節(jié)好帶合模壓縮功能的雙色注塑機(jī)的鎖模力，以此鎖模力手動(dòng)合模時(shí)，應(yīng)能合模到底,壓縮縫隙間距為0；

12、（3）.將注塑機(jī)壓縮待機(jī)的鎖模力設(shè)為正常鎖模力1/3，這樣全自動(dòng)開始，壓縮機(jī)構(gòu)與動(dòng)模板之間的壓縮縫隙會(huì)留下0.1～0.2mm間距，通過(guò)對(duì)應(yīng)的模具澆口套、工位熱咀向相應(yīng)型腔內(nèi)注射填充樹脂材料；

13、（4）.待型腔填充到99%以上切換保壓時(shí),注塑機(jī)鎖模部分開始切換到壓縮模式第一階段：膨脹，先使用較小的壓縮力，此時(shí)隨著型腔逐漸填滿，模內(nèi)壓力逐漸增大，超過(guò)鎖模力，并通過(guò)壓縮模芯將壓力傳遞給壓縮機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)構(gòu)后退，壓縮機(jī)構(gòu)與動(dòng)模板之間的壓縮縫隙會(huì)逐漸膨脹到0.2～0.3mm；

14、（5）.進(jìn)入壓縮模式第二階段：壓縮，注塑機(jī)鎖模部分逐漸增大鎖模力，逐漸超過(guò)模腔壓力，隨即驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)構(gòu)前進(jìn)，壓縮縫隙縮小，壓縮模芯將產(chǎn)品均勻壓縮變薄，最后直至壓縮縫隙縮小到接近于0；

15、（6）.?冷卻一段時(shí)間，再開模，然后動(dòng)模側(cè)旋轉(zhuǎn)180°，一號(hào)模的動(dòng)模板旋轉(zhuǎn)至后打工位，一號(hào)模內(nèi)已經(jīng)打出的產(chǎn)品與后打工位定模板組成后打工位型腔，二號(hào)模的動(dòng)模板旋轉(zhuǎn)至先打工位，與先打工位定模板組成先打工位型腔；

16、（7）.?后打工位開始注射黑色材料，同時(shí)先打工位開始注射透明材料；

17、（8）.?冷卻后開模，后打工位頂出機(jī)構(gòu)前進(jìn)，驅(qū)動(dòng)頂桿前進(jìn)頂出產(chǎn)品；

18、（9）.?動(dòng)模再次旋轉(zhuǎn)180°，開啟下一個(gè)循環(huán)。

19、本發(fā)明所采取的第二種技術(shù)方案是：一種樹脂三棱鏡光學(xué)元件的制備模具，是一種單色三棱鏡注塑模具，包括定模和動(dòng)模，所述定模又包括定模座板和熱流道板以及定模板，動(dòng)模又包括動(dòng)模座板、頂出機(jī)構(gòu)、壓縮板、動(dòng)模板；定模座板設(shè)置在熱流道板上方，熱流道板內(nèi)設(shè)有熱咀和閥針，定模板設(shè)置在熱流道板下方，閥針和熱咀貫穿熱流道板和定模板；動(dòng)模板設(shè)置在壓縮板上方，動(dòng)模板和定模板合在一起后組成產(chǎn)品型腔，型腔內(nèi)需要消光處理區(qū)域即為型腔皮紋/磨砂區(qū)域，壓縮板位于動(dòng)模板下方，壓縮板內(nèi)設(shè)有壓縮彈簧，壓縮板下方是頂出機(jī)構(gòu)，頂出機(jī)構(gòu)下方是動(dòng)模座板。

20、本發(fā)明利用上述一種樹脂三棱鏡光學(xué)元件制備模具制備三棱鏡的方法，在產(chǎn)品需要消光處理的區(qū)域?qū)?yīng)的模具上進(jìn)行皮紋/磨砂處理，模具安裝到注塑機(jī)鎖模部分后加熱以滿足樹脂材料需要的干燥溫度和時(shí)間，接著循環(huán)開始，注塑機(jī)鎖模力設(shè)為產(chǎn)品正常鎖模力的1/3，合模完成后，注塑機(jī)射出部分再將熔融樹脂注射到模具內(nèi)，樹脂填滿型腔99%以后，注塑機(jī)射出部分切換到保壓，與保壓同時(shí)或晚1～2秒，鎖模部分也逐步增大壓力直至達(dá)到產(chǎn)品所需正常鎖模力，將產(chǎn)品進(jìn)行壓縮，壓縮幅度在0.1～0.2mm，在足夠的保壓與壓縮壓力下，樹脂會(huì)有效的復(fù)印模具表面的形狀，包含透光區(qū)域及皮紋/磨砂區(qū)域，再經(jīng)過(guò)冷卻后，凝固的產(chǎn)品即具備模具所設(shè)計(jì)的形狀，包含透光區(qū)域和需要能消光的皮紋/磨砂區(qū)域。

21、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案所設(shè)計(jì)的一種樹脂三棱鏡光學(xué)元件的制備模具、制備方法，具有以下有益技術(shù)效果：

22、(1).本發(fā)明通過(guò)注塑的方式制備精密三棱鏡光學(xué)元件，采用的樹脂材料為聚碳酸酯(pc)或環(huán)烯烴共聚物（coc）等理化性能穩(wěn)定的光學(xué)樹脂，這些材料均具有較好物理和化學(xué)穩(wěn)定性，能在產(chǎn)品長(zhǎng)期使用過(guò)程中保持非常好的穩(wěn)定性，而且相對(duì)于玻璃材料來(lái)講，價(jià)格較低廉，質(zhì)量更輕；

23、（2）.本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單和高效的注塑成型方式，替代傳統(tǒng)玻璃傳統(tǒng)的開粗、研磨、粗拋、精拋、涂黑等多道工序。制作周期上只需要幾十秒，而且通過(guò)在注塑模具上，可以做十幾，甚至更多的穴位，能夠保證一模出多穴。傳統(tǒng)的玻璃三棱鏡制造需要超過(guò)48小時(shí)的制作周期，同時(shí)也正因?yàn)椴Ａ忡R傳統(tǒng)的繁瑣過(guò)程，導(dǎo)致直通率非常低，本發(fā)明只需要一步工序就能制造三棱鏡，因此過(guò)程良率非常高，提升了三棱鏡制作效率，非常適合大規(guī)模，低成本量產(chǎn)；

24、（3）.本發(fā)明通過(guò)在注塑模具表面加工出復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)，譬如球面、非球面及自由曲面等各種光學(xué)結(jié)構(gòu)，通過(guò)簡(jiǎn)單的注塑成型工藝，能高效地制備出具備各種光學(xué)性能的三棱鏡，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)冷加工做不了的復(fù)雜玻璃三棱鏡結(jié)構(gòu)，從而有利于簡(jiǎn)化光學(xué)產(chǎn)品體積，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更多的光學(xué)功能；

25、（4）.雖然行業(yè)內(nèi)也有人開始研究注塑方式制備三棱鏡，但是產(chǎn)品精度完全無(wú)法滿足精密光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域需求。本發(fā)明采用壓縮注塑成型模具和壓縮注塑工藝，在保證成型高效率的同時(shí)，能極大提升三棱鏡產(chǎn)品面型精度，面型精度能低于100nm，達(dá)到玻璃三棱鏡同等水平；

26、（5）.本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)特殊的注塑模具，配合相應(yīng)的注塑工藝，保證樹脂材料在冷卻收縮過(guò)程中，較薄區(qū)域和較厚區(qū)域始終受到均衡的保壓力，保證不同區(qū)域的變形一致，從而控制產(chǎn)品的面精度小于100nm，達(dá)到玻璃元件同等水平。