專利名稱：剛性基片上復制光成形表面結構的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是涉及層壓組件的制造領域。尤其是涉及一種在剛性基片上用光成形復制表面結構來制造層壓光學組件的方法。本發(fā)明還涉及一種實現(xiàn)這種方法的設備。
已有技術有多種在基片上復制光學組件以獲得特定表面特性的最終產品的方法，最終產品包括視屏和單色器(homogenizer)，都是在其至少一個表面上以光成形表面結構為特征的。這些產品是按下列工藝制成(1)利用相干光在光敏介質上產生一表面結構；(2)處理該介質；(3)在環(huán)氧樹脂中復制該表面結構。由于在各個處理過程中光敏介質有收縮現(xiàn)象，所以在生產具有特定光學特性的光學產品時至少需要一層子模，通常還順次需要若干層子模。在最后階段，將一塊可重復使用的含有特定表面結構的子模壓在涂有液態(tài)環(huán)氧樹脂的基片上。液態(tài)環(huán)氧樹脂固化后，再將子模從基片和固化了的環(huán)氧層上除去。根據(jù)不同的應用，基片可以是包含有一層柔性薄膜，或者是有一層厚的像聚碳酸脂、玻璃或丙烯類物質那樣的較為剛性的基片。本發(fā)明就是涉及在這類剛性基片上復制表面結構的技術。
在此以前，在剛性基片上復制表面結構不是用手工方式處理就是用半自動方式處理而這兩種處理方式都存在著各種缺點和不足。
手工處理方式包括四個步驟，第一，將基片放在硬的平面上，在基片上涂布一層環(huán)氧樹脂。然后將柔性塑料子模放到基片頂面上；使環(huán)氧樹脂層夾在基片和子模之間而形成夾層結構；子模上具有特定表面結構的這一面是朝向基片的。然后，將覆有氯丁橡膠或橡膠的滾軸滾壓該夾層結構，而使該夾層結構因滾軸和平面相交而成的“線一到一面”接觸而受到壓力。這種壓力致使特定的表面結構復制到環(huán)氧樹脂層上。然后通過紫外線曝光使環(huán)氧固化而形成復有子模的層壓基片。最后在層壓基片上將子模剝離。
手工復制過程是非常費時費工的，每小時一般只能生產五至十個，這與所復制表面的復雜程度有關，而且在加壓過程中很難掌握所加壓力的均勻性。這就會出問題，因為不均勻的加壓會導致其最終產品不一致。要是在子模放到基片上之前，基片上的環(huán)氧樹脂層涂得不均勻而后再施壓，則這些問題就更為復雜了。
半自動加工方式是采用公知的層壓機將基片、環(huán)氧樹脂和子模疊層加壓、層壓機包括第一和第二夾輥，互成反向傳動以拉動疊層結構在第一和第二夾輥之間的夾縫中通過而成形。第一夾輥是由直流電機之類傳動的，而第二夾輥則由第一夾輥上的主動輪通過齒輪嚙合帶動第二夾輥上的從動輪而傳動的，疊壓基片就被拖入夾縫而被加壓。然后，操作人員(1)將加壓后的疊層結構接受紫外曝光使環(huán)氧固化而成層壓基片，(2)和在手工加工方式中一樣，將子模從層壓基片上用手工剝離下來。
雖然半自動加工方式比手工方式要略微快些，但這并不必然會生產出較高質量的產品，因為首先，疊層結構是在夾縫中按線一線方式受壓而不同于手工方式中的線一面方式受壓，所以操作人員通過夾縫送料時，疊層結構會繞夾縫輥軸而搖擺，由此而使加壓不均勻。其次，由于兩個夾輥之間通過齒輪嚙合而有游隙存在而導致兩個夾輥之間產生速度偏差。這種速度偏差使送壓的疊層結構兩表面之間在送壓過程中產生滑移，從而使最終產品降級。此外在加壓進程中多余的環(huán)氧樹脂往往溢出疊層結構；必須在子模剝離基片之前抹去。液態(tài)環(huán)氧樹脂還可能在將受壓疊層結構送去紫外光源的過程中滲入基片和子模之間而使產品受損。
需要有一種機器可以(1)擺脫手工復制加工的費工和低效率，(2)以子模和基片之間的均勻加壓和以追求無滑移或少滑移而求得高質量的產品。
本發(fā)明的首要目的是提供一種在較硬的基片上使基片、子模和環(huán)氧樹脂夾層以自動加壓方式快速可靠地自動復制成形表面結構的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的可用下列步驟來達到首先將一疊層的結構放在由壓輥的外表和平臺之間所構成的夾縫之中，該疊層結構包括(1)放在平臺上的一塊較硬基片，(2)一塊子模，并將其上具有光成形表面結構的那一面朝向平面，(3)一層涂布在基片和子模之間的環(huán)氧樹脂。該方法還包括將夾縫中的疊層結構自動加壓以壓環(huán)氧層上復制出表面結構。其他步驟包括固化環(huán)氧樹脂和從基片上分離子模以保存一個在其表面上具有光成形表面結構的基片和環(huán)氧樹脂層壓結構。
為了提高速度和實現(xiàn)自動化，涂布環(huán)氧，固化環(huán)氧和剝離子模步驟最好是自動完成。
加壓步驟最好包括在平臺相對于壓輥移動時壓輥繞一非移動軸而轉動。
本發(fā)明的另一目的是提供一種滿足本發(fā)明首要目的的方法，防止在基片和子模在加壓過程中滑移。
該目的是由輥軸和平臺之間的相對運動至少是按輥軸外表面的線速度實際上等于平臺的線速度來實現(xiàn)的。這種相對關系最好包括由平臺通過子模傳給輥軸的移動驅動力作用使得子模逐步地從輥軸上解脫下來并在夾縫中向基片施壓而形成疊層結構。
為了便于將子模從層壓基片上自動剝離下來，平臺最好由有進行程和回復行程構成往復運動，使平臺只是在前進行程中驅動輥軸轉動，分離步驟包括在平臺的回復行程中驅動輥軸按卷繞方向旋轉逐步(1)將子模從層壓結構上剝離下來，(2)將子模卷回到輥軸上去。
本發(fā)明的第二個主要目的是提供一種復制機，該機能將成形在子模表面上的光成形表面結構自動復制在較硬的層壓基片面上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該目的由提供一種包含有一平臺、一壓輥和一傳動裝置的復制機來達到。該平臺具有一通常平坦的支承面，并且至少可按并行于支承面延展的方向移動。壓輥有一外表面，該外表面和平臺的支承面分開而在此兩者之間構成一夾縫。壓輥是裝在一個壓輥同軸方向延伸又與相對平臺位于橫向支承軸上。在壓輥的外表面上可以安置與之相貼合的子模，子模的一個外表面上具有表面結構，該表面朝向輥軸之外。驅動平臺和壓輥的傳動裝置可以使平臺沿夾縫移動時，壓輥的旋轉速度至少使壓輥外表面的線速度實際上等于平臺的線速度，由此而將基片和子模在夾縫中加壓。
為了提高效率，復制機還包括一環(huán)氧樹脂自動涂布機設在壓輥的上游位置，以及一環(huán)氧樹脂自動固化器設置在壓輥的下游位置。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種復制機以滿足第二個主要目的，使加壓過程中輥軸速度和平臺速度之間的關系不致于在其中產生滑移。
該目的是將壓輥和平臺按如下設置方式來達到即子模的第一端可與輥軸相固定而子模的第二端可與平臺相固定，子模至少一部分卷繞在壓輥的外表面上。傳動裝置最好還包括一回繞驅動裝置，在平臺的回復行程中該裝置驅動壓輥將子模回繞在壓輥的外表面上。該回繞驅動裝置最好包括(1)一轉筒，(2)由轉筒傳動而旋轉的小齒輪，和(3)一個與小齒輪嚙合并安裝在輥軸傳動軸上的從動齒輪。
本發(fā)明的其他目的、特點和優(yōu)點都將結合附圖在下面的敘述中加以闡明。顯然在表達本發(fā)明優(yōu)選實施例時的敘述只是一種說明而決不是一種限定。在本發(fā)明的范疇之內還會有很多變化和改進但都不會脫離其精神實質而本發(fā)明都將包含這些改進。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例已在下列附圖中畫出，其中相同數(shù)字的圖注代表了相同的部件

圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例所構成的復制機的透視圖；圖2為圖1所示復制機的頂視圖；圖3為復制機的垂直視圖；圖4為沿著圖1中復制機4-4線的垂直剖視圖；圖5為復制機的垂直后視圖；圖6為復制機中包含有壓輥軸組件這一部分的右側局部垂直視圖；圖7為沿著圖2中復制機7-7線的側面垂直剖視圖；圖8為沿著圖2中復制機8-8線的側面垂直剖視圖；圖9為復制機壓輥軸部分的局部放大視圖；圖10為復制機的部分分解透視圖；圖11-14為闡明復制機順序動作的系列垂直側視圖。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細敘述如下(一)概述本發(fā)明提供了一種簡單，快速而可靠的將光成形表面結構復制到較硬基片的層壓表面上去的方法和裝置。尤其是將基片裝在平臺上，將一層環(huán)氧樹脂涂布在基片和子模之間以成疊層結構之后，該疊層結構是在平臺轉動的壓輥之間的夾縫中自動加壓，從而將表面結構復制到環(huán)氧樹脂上的。待環(huán)氧樹脂固化后，子模即從基片上分離下來，并在該基片上留下一層具有光成形表面結構的層壓結構。子模最好是卷繞在壓輥上，在平臺作直線往復運動時，壓輥轉動并在夾縫中將疊層結構加壓。為了防止基片和子模之間的滑移，最好是因平臺移動而將子模用作傳動帶以驅動輥軸旋轉。這樣在加壓過程中壓輥的旋轉速度就和平臺的移動速度一致了。復制機也能在加壓過程之后自動固化環(huán)氧樹脂，然后自動從基片上分離子模。(二)復制機的結構參照圖1-4和10，可見一個能如上面(一)中所描述的工作的復制機20，該復制機20包括一個機架22上面安裝有(1)一移動平臺24，(2)一壓輥組件26，(3)一環(huán)氧樹脂涂布器組件28，安裝在壓輥組件26的上游；和(4)一環(huán)氧固化器30，安裝在壓輥組件26的下游，機架22包括一水平上支承面32，多個垂直支撐34，多個橫撐36和豎撐38，各種功能結構都由微機40和手動控制鍵42實現(xiàn)，手動控制鍵42都裝在控制箱44上，該控制箱44則裝在可相對機架22搖出的搖臂46上，設置在復制機20所指定的一邊。在圖示的實施例中，平臺24處在水平面上，而壓輥組件36，環(huán)氧涂布器組件28和環(huán)氧固化器30安裝在該平臺24上。在下的敘述都是按此最佳實施例而言的，但是平臺的傾斜或倒向安置以及其他部件作相應取向安置顯然都是可能的。
現(xiàn)對復制機20的每個主要部件依次描述如下。
平臺24的目的就是傳送裝在其上的基片ST、使之通過環(huán)氧涂布器28，壓輥組件26和環(huán)氧固化器30，并協(xié)同這些裝置進行相關的運作。平臺24可包括任何能夠精確控制其直線移動且具有較為平坦表面的結構，在圖示的實施例中，平臺24包括一矩形厚板裝在機架22的上支承面32上。平臺24具有一呈水平平面的平端面50。在平臺24的縱向后端部設有一橫向的夾條52，以便將子模SU的第一端夾住如圖11-14所示。
如圖4-5所示，裝在支承面32上的平臺24可沿著這上面一對橫向相對而縱向沿伸著的導輥54作縱向運動。每一條導軌54包括一普通工字型條58，裝在支承面32上，型條58上兩側開有滑槽60。一對縱向隔開通常呈倒U形的剛性豎腿62和64固定在平臺24底下的兩側。每一對豎腿62和64上都有向內的凸緣66扣在相關的滑槽60中以便可以在相聯(lián)的導軌54上滑動。
平臺24是受線性傳動機構56驅動而在導軌54上移動的。該線性傳動機構56可以包括任何與平臺24和上支承面32相互耦合，并且可在微機40和/或人工控制鍵42操縱下的精確的控制速度，驅動平臺24相對于上支承面32作縱向移動。優(yōu)選的線性驅動器就是一螺旋絲杠傳動機構，它包括一可逆直流電機68，一螺旋絲杠70和一絲母72，電機68安裝在上支承面32的前端，絲母72是固定在平臺24底面的后端位置，絲杠70則從電機68處伸出，穿過絲母72一直延伸到它終端的軸承73上。軸承73固定在上支承面32上以滾動支承絲杠70的終端。電機驅動絲杠70在絲母72中轉動，促使絲母72并帶動整個平臺24沿絲杠方向作縱向移動。
壓輥組件26包括其主要部件(1)壓輥74和(2)回繞裝置76，壓輥74處在平臺24之上，其中相互隔開，并在該兩者之間形成一夾縫N。另外，壓輥74與平臺24耦合，使壓輥74的轉速和平臺24的移動速度相關，從而至少保持著壓輥74外表面的線速度實際上等于平臺24的線速度。在圖中的優(yōu)選實施例中這種關系之所以能獲得，部分是得益于子模SU(下面將詳細描述)，部分則得益于回繞裝置76。
壓輥74和回繞裝置76都安裝在支架組件78上，該支架組件78是處在上支承面32的中部、平臺24左右兩側，且固定在機架22的上支承面32上。支架78包括一對側支板80，一前拉桿82和一后橋板84。側支板80是垂直設置在平臺24的側翼處，并其高端處在平臺24之上方。側支板80的前面用前掛桿82拉緊，其后面則用后橋板84固定，這兩者都是在側支板80的頂部橫向跨達平臺24的上方。
參照圖1、2、9和10，壓輥74包括(1)一剛性金屬轉鼓86和(2)可壓縮材料層88，設置在轉鼓86外周至少一部分表面上。轉鼓86裝在一對支軸90上。每一根支軸90都用淬火鋼制成并由轉鼓86的相應兩端軸向伸出。柔性材料所成的可壓層88最好是用天然或合成橡膠比如具有硬度為65-70丟洛(Duro)硅酮樹脂。在轉鼓86的外周面上有一軸向延伸的夾條92，位于材料層88的縫隙之中。該夾條92用于將子模SU的第二端固定在壓輥74上，參見圖9。
每一個支軸90可在轉鼓86轉向端部附近的軸承塊94中轉動，各軸承塊94是依次浮動著支承在側支板80中開著的滑道96中，如圖6-8和10所示。尤其是，各個軸承塊94都可用一個補償機構作或上或下偏置調整，以便在整定時垂直調節(jié)壓輥74的位置，和/或在加壓過程中調節(jié)壓輥74加到疊層結構上的壓力。兩個補償機構都包括彈簧98和一個線性調節(jié)器100，若干個彈簧98都放在滑道96中，下面頂住側支板80的上表面向上延伸到上面頂住軸承塊94的下表面，這樣使軸承塊94向上偏置。所有彈簧98集合而成的偏置力正好和壓輥74加上軸承塊94的重量相匹配，線性調節(jié)器100可使用任何由微機40和/或手工控制鍵42控制的機構加力于軸承塊94向下頂住彈簧98的作用力，從而來調整復制機運作時加壓疊層結構上的壓力。圖示的優(yōu)選直線調節(jié)器100包括一雙向作用的壓缸，其中有(1)一缸體102，用跨在垂直滑道96頂部的橫梁104固定住，和(2)一導桿106，頂住軸承塊94。
回繞裝置76的目的是驅動壓輥74旋轉，將子模SU在平臺24的回復行程中卷繞在壓輥74上，同時還確保子模SU的張力以維持壓輥74和平臺24之間達到預定的速度關系。在圖示和實施例中，回繞裝置76是一對氣動回轉空氣促動器110，分別安裝在壓輥組件26的兩端，每個空氣促動器110的輸出與小齒輪112相耦合。每個小齒輪112又和固定在轉鼓支軸90上的從動輪114相嚙合。因此在微機40和/或手動控制鍵42的控制下促使空氣促動器110動作而驅動小齒輪112轉動從而拖動齒輪114和壓輥74轉動。有一個小齒輪112可用按鈕116手動操作以便為整定等目的可手動操縱壓輥74旋轉。兩個小齒輪和與之相聯(lián)的回轉空氣促動器110還可以用氣缸111在下列工作位置和后撤位置兩個位置之間作如圖1、2和8中箭頭118所示的方向移動(1)工作位置如圖所示，小齒輪112是和從動輪114相嚙合的；(2)后撤位置，小齒輪112是從動輪114處后撤而分開以便允許直接手動操縱壓輥74旋轉。最后，可選用一個從動輪114作制動，使操作人員可在如圖所示的位置鎖定壓輥74以便操作夾條92，制動器最好來用雙向氣缸120的型式，該氣缸120具有(1)一個裝在支框122上的氣缸；(2)一條裝有制動靴124的推桿。制動靴124可以由手動控制鍵42中的一個鍵控制其氣缸的伸和縮以使其是否制壓從動輪114的齒牙。
環(huán)氧樹脂涂面器28不是復制機20所必備的，但卻是有利于整個過程的自動化。環(huán)氧涂布器28可來用任何型式的可涂布液態(tài)環(huán)氧E的裝置，用以在子模SU和基片ST之間涂布上一層均勻的液態(tài)環(huán)氧層，然后才可將此疊層結構送入夾縫N中加壓。在如圖示的優(yōu)選實施例中，環(huán)氧涂布器28是裝在壓輥支架組件78上正處在壓輥74的上游。如圖8、10所示，圖中環(huán)氧涂布器28包括一支條130，橫貫在平臺24上方，一噴排132裝在支條130上，以及至少有一個、最好有幾個環(huán)氧供管134。噴排132和基片ST的寬度相當或接近并具有向下的噴縫(未畫出)。噴排132上有幾個(圖中實施例為3個)入口以輸入環(huán)氧，從適當?shù)沫h(huán)氧源(圖中未畫出)中通過供管134向這幾個入口供給環(huán)氧樹脂E的速率是由微機40控制。為了在復制機20不工作時，讓環(huán)氧涂布器28從它的工作位置處退出，所以將支條130的另一端裝在比如以向氣缸那樣的涂布用線性促動器136上。以便使支條130可相對平臺24升起或落下。
固化器30可以包括任何在平臺24往復運動時能夠固化環(huán)氧樹脂的固化裝置，多數(shù)環(huán)氧樹脂能在紫外線(UV)照射下固化，所以固化器30最好包括紫外設備?，F(xiàn)參照圖1-7和10，該設備包括一快門140，一紫外光源142，和一紫外光源的可調支架，紫外支源142可包括任何現(xiàn)行的紫外發(fā)生器，故在此不必詳述。紫外光源的周圍和上面最好用一個罩或外殼143包起來。
快門140包括一片金屬板放在壓輥支架組件78的后橋板84的下面。快門140由雙向氣缸146在微機40和/或手動控制鍵42控制下可相對于后橋板84上而其導桿則與快門140相連。氣缸146可以伸縮以便在啟閉兩個位置之間升降快門140(1)開啟(升起快門)位置快門底部適當離開平臺24；和(2)閉合(降下快門)位置快門底部緊靠平臺24，將射向平臺24的光線在鄰近夾縫N處擋住。
支架144用于調整紫外光源142使光線直接射向夾縫N下游的平臺24上的曝光點。在這一點上，光線在曝光點上的溫度和位置可以通過適當調節(jié)支架144改變紫外光源的位置和方向來調整。參照圖4和10，支架144包括(1)支板150位于上支承面32的上面橫向跨過平臺24，和(2)一對橫向分開的垂直延伸的支柱152，支板150是通過一對懸臂154以懸掛方式裝在支柱152上的，如圖10所示，在垂直支柱152之間的橫桿156上還斜裝著一對固定紫外光源的固條158，它們橫向分開并可從支柱152處向著支板150上下伸展。為了改變在平臺24上曝光點的位置，可以在垂直支柱152上用升降橫桿156的方式來調節(jié)固條158的傾斜度。因為垂直支柱152上有很多裝配橫桿156所用的安裝孔160，從這些垂直布置的安裝孔160中選擇一組即能完成上述傾斜度的調整。紫外光源142是裝在可以在傾斜的固條158上滑動的U型滑板162上，從而實現(xiàn)紫外光源和曝光點之間距離的調整，繼而即可改變曝光點處的曝光強度。(三)復制機的運作操作人員將復制機設定以后，整個復制過程即可自動完成，包括將子模SU上的表面結構55復制到環(huán)氧固化層E和基片ST組成的層壓結構中。
子模SU最好采用可重復使用的子模，它可以用諸如聚乙烯之類的柔性聚碳酸脂片制成，子模的表面上具有感興趣的光成形表面結構SS(圖12-14)。子模SU可以按任何適當?shù)募庸し绞絹碇苽洹＠?，當最終產品是典型的視屏，單色器時，可以用干涉光將表面結構SS生成在光敏介質上，處理該光敏介質，并在一系列子模上復制該表面結構，每一項在光敏介質上生成表面結構所來用的視角是比模板的視角略小一些。子模的復制過程重復進行直到具有所需視角的子模完成為止。用這種方式制造子?？梢娪诿绹鴮＠暾圢o.09/052,586(1998.3.31申請，在此列出作為參考)。子模ST可以采用任何光學器件中應用的較硬材料?；瑒t可采用諸如玻璃板，丙稀類物質或聚碳酸脂類物質如聚脂等。環(huán)氧樹脂采用可以涂在基片上而后被紫外光源固化的任何液態(tài)環(huán)氧樹脂。
復制機20在運作之前的準備工作是(1)將子模SU的一個端部用夾條92夾在壓輥74上然后將子模SU以180°卷繞在壓輥74的硅酮樹脂材料層88上，并再將子模SU的另一端用夾條2夾在平臺24上?，F(xiàn)在假定子模SU是處在如圖11所示的位置，其中子模是分別固定在平臺24和壓輥74上，而且子模還繞在壓輥74上。在如圖的實施例中硅酮樹脂層88下壓輥74的直徑大約是10英寸、長度為11.5英寸，所以壓輥74上可以安放的子模SU大約為30英寸和11.5英寸寬。操作人員然后將基片ST放在平臺24的表面50上，并完成操作準備將基片ST放在平臺24的表面50上，并完成操作準備工作，如圖11。
然后操作人員就可按如下方法開始復制在微機40中輸入適當命令以向電機68供電驅動平臺24向右運動如圖12中箭頭178所示。平臺的移動速度與諸多因素有關，包括所復制表面結構的視角和/或復雜程度，以及環(huán)氧E的固化速率。
當平臺24移動時，涂布氣缸136被促動而將環(huán)氧涂布器28放落到工作位置，環(huán)氧涂布器28從夾縫28從夾縫N的最上游處在基片ST上涂布起一層均勻的環(huán)氧層。平臺24的移動使子模SU從壓輥74上解脫下來，而且又驅動壓輥74按圖12中箭頭180的方向旋轉。從動輪114的轉動帶動小齒輪112作如箭頭182所示的方向反向旋轉。在這種旋轉過程中也促使轉促動器110可以旋轉一滿周360°。子模在這個過程中是被用作壓輥74的驅動皮帶，從而使壓輥74的速度自動地依賴于平臺24的速度，于是壓輥74的外周面的線速度就和平臺24通過夾縫N的線速度相匹配了。其結果是子模SU和作為疊層結構的基片ST之間不會存在滑移，而包括基片ST、環(huán)氧E和子模SU的疊層結構則在夾縫N中得到了加壓。在此加壓過程中，通過壓輥74的線性接觸加到疊層結構上的壓力的典型范圍是每英寸20-40磅，該數(shù)值可由適當促動線性調節(jié)器100加以調整。
一旦平臺24移到受壓后的疊層結構的下游端越過夾縫N之后，雙向氣缸146受微機40控制而促動將快門140提起，疊層結構中的環(huán)氧樹脂E即因紫外光立即向夾縫N中透出的受壓疊層結構曝光而開始固化。下列這些過程包括在基片ST上涂布環(huán)氧樹脂E；從壓輥74上使子模SU解脫下來；將子模SU壓在環(huán)氧樹脂E上形成受壓結構；以及在該受壓層結構中固化環(huán)氧樹脂E都是在平臺24的前進行程中連續(xù)完成的。在如圖12所示的這一刻，整個子模SU已經(jīng)近乎完全壓在子模SU上產生一平面層壓結構，其中子模SU上的光成形表面結構已復制在環(huán)氧樹脂E上，而且其中的環(huán)氧樹脂E亦已至少部分固化了。
然后，電機68即反向驅動平臺24，使之按圖13中箭頭184的方向移動而實現(xiàn)回復行程。在該行程中層壓結構再次接受紫外曝光以完成環(huán)氧樹脂E的固化。從而保存一個被子模SU所復蓋的基片/環(huán)氧疊層。同時，回轉空氣促動器110受促動而驅動壓輥74和小齒輪112分別按圖13中箭頭186和188的方向移動。壓輥的轉動將子模SU從基片/環(huán)氧疊層上剝離下來而且逐步地將子?；鼐碓趬狠?4上去。在回復行程的終點，快門140關閉，平臺電機68和回轉促動器110的電源切斷使平臺24和壓輥74停留在如圖14所示的位置上。涂布用線性促動器136則自動回復到它后退的位置。包含有所需光成型表面結構SS在其表面上的基片/固化環(huán)氧疊層光學產品即可由操作人員取出，然后再在平臺24上放入一片新的基片ST，命令微機40重復這個過程。
從啟動平臺移動進入前進行程到回復行程后終止平臺移動，整個復制過程一般不超過20秒，一小時的生產效率可達到100片。這個效率要比目前公知的每小時5到10片就大大改善了。而且產品的質量又大大改進了，因為(1)夾縫N中均勻的線一面接觸給出疊層結構上具有均勻的壓力；和(2)平臺24速度和壓輥74速度之間的相互關系保證了子模SU和基片ST之間不存在滑移。
在本發(fā)明的精神實質范疇還會有很多的變化和改進，這些變化的范圍在所附的各權利要求中是顯而易見的。
權利要求
1.一種復制光成形表面結構的方法，其特征在于包括(1)將一疊層結構放在由壓輥的外表面和平臺之間所形成的夾縫之中，所述的疊層結構包括(a)一較硬基片放在平臺上，(b)一塊子模，并將其上具有所述表面結構的表面朝向平臺，和(c)一層涂布在所述基片和所述子模之間的環(huán)氧樹脂層；(2)在所述的夾縫中自動將所述的疊層結構加壓以將所述的表面結構復制在所述的環(huán)氧樹脂層上；(3)固化所述的環(huán)氧樹脂層；和(4)從所述的基片上分離所述的子模以保存一個在其表面上具有所述表面結構的基片/環(huán)氧樹脂層壓結構。
2.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的疊層結構是疊層和加壓是同時進行的。
3.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于其中的加壓步驟包括在平臺相對于壓輥而移動時，壓輥繞一非移動軸而轉動。
4.一種如權利要求3所述的方法，其特征在于其中還包括在加壓的步驟中，所述壓輥和所述平臺之間的相對運動至少是按所述壓輥的所述外表面的線速度實際上等于所述平臺的線速度。
5.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于其中的子模包括一柔性薄片，所述子模的一端是固定在所說的壓輥上，和所述子模的另一端則固定在所述平臺上，其中相關的步驟還包括由所述平臺通過所述子模傳給所述壓輥的移動驅動力應作用成所述子模逐步地從所述壓輥上解脫下來，并在所述夾縫中向所述基片施壓而形成所述疊層結構。
6.一種如權利要求5所述的方法，其特征在于其中所述的平臺是由前進行程和回復行程構成往復運動，使所述平臺只是在所述的前進行程中驅動所述壓輥轉動，和其中所述的分離步驟包括在所述平臺的復制行程中驅動所述壓輥按卷繞方向轉動逐步(1)將所述子模從所述層壓結構上剝離下來和(2)將所述子模卷回到所述壓輥上去。
7.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于其中形成所述疊層結構的初始步驟包括在即將進入加壓步驟之前在所述基片上自動涂布一層環(huán)氧樹脂，該涂布步驟是由設在所述壓輥上游處離開所述平臺有一間隙的環(huán)氧涂布器完成。
8.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于固化步驟包括所述疊層結構在紫外線下曝光。
9.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于其中的固化步驟是和所述的加壓步驟聯(lián)機完成的，即當有一部分所述的疊層結構正在所述夾縫中受壓的時候，另一部所述的疊層結構已經(jīng)處在固化步驟之中了。
10.一種復制光成形表面結構的方法，其特征在于包括(1)將一較硬基片支承在平臺上；(2)將一較柔性的子模至少一部分卷繞在壓輥的外表面上，所述輥的所述外表面與所述平臺分開而在此兩者間形成一夾縫，在所述子模的一個表面上具有所述的表面結構，該表面朝向具有所述的表面結構，該表面朝向所述壓輥之外；(3)在所述子模和所述基片之間涂布一層環(huán)氧樹脂；(4)將所述子模從所述壓輥上解脫下來，并將所述子模、所述環(huán)氧層和所述基片在所述夾縫中加壓，以便在所述環(huán)氧層上復制所述表面結構而形成一疊層結構，解脫和加壓步驟包括驅動所述平臺，超過所述的壓輥，帶動壓輥在這一旋轉速度下旋轉，即至少使所述壓輥的所述表面的線速度實際上等于所述平臺的線速度。(5)固化所述的環(huán)氧樹脂層；和(6)從所述的基片上分離所述的子模，以保存一個在其表面上具有所述表面結構的基片/環(huán)氧樹脂層壓結構。
11.一種如權利要求10所述的方法，其特征在于，其中所述子模的一端是固定在所述的壓輥上和所述的子模的另一端固定在所述的平臺上，和其中所述的平臺超過所述壓輥而移動施加張力于所述的基片上，并將所述的基片以所述的壓輥上解脫下來。同時又帶動所述的壓輥旋轉。
12.一種如權利要求11所述的方法，其特征在于其中所述的平臺是由前進行程和回復行程構成往復運動，使所述平臺只在所述的前進行程中驅動所述壓輥轉動和其中所述的分離步驟包括在所述平臺的回復行程中驅動所述壓輥按卷繞方向轉動，逐步(1)將所述子模從所述層壓結構上剝離下來，和(2)將所述子模卷回到所述壓輥上去。
13.一種復制光成形表面結構的方法，其特征在于其中包括(1)將一較硬基片支承在平臺上；(2)將一可重復使用的較柔性子模的一端固定在壓輥的外表面上，所述壓輥的所述外表面與所述平臺分開而在此二者間形成一夾縫，在所述子模的一個表面上具有所述的表面結構；(3)將所述子模的至少一部分如此卷繞在所述壓輥的外表面上，即所述子模的所述表面朝向所述壓輥之外；(4)將所述子模的另一端固定在離開所述壓輥的所述的平臺的下游處；(5)在所述子模和所述基片之間涂布一層環(huán)氧樹脂；(6)將所述子模從所述壓輥上解脫下來，并將所述子模，所述環(huán)氧層和所述基層在所述夾縫中加壓，以便在所述環(huán)氧層上復制所述表面結構而形成一疊層結構，解脫和加壓步驟包括按第一方向驅動所述平臺以向所述子模施加張力，從而促使所述子模從所述壓輥上解脫下來，同時又帶動所述壓輥按解脫方向在這一旋轉速度下旋轉即至少使所述壓輥的所述表面的線速度實際上等于所述平臺的線速度；(7)固化所述的環(huán)氧樹脂層；和(8)從所述的基層上分離所述的子模以保存一個在其表面上具有所述表面結構的基片/環(huán)氧樹脂層壓結構。
14.一種如權利要求13所述的方法，其特征在于其中的分離步驟包括按第二方向驅動平臺超過所述壓輥的同時驅動所述的壓輥按卷繞的方向旋轉以使所述的子模從所述基片上分離下來并卷回到壓輥上去。
15.一種復制光成型表面結構的方法，其特征在于其中包括(1)將一較硬基片支承在平臺上；(2)將一可重復使用的較柔性子模的一端固定在壓輥的外表面上，所述壓輥的所述外表面與所述平臺分開而在此二者之間形成一夾縫，在所述子模的一個表面上具有所述表面結構；(3)將所述子模的至少一部分如此卷繞在所述壓輥的外表面上，即所述子模的所述外表面朝向所述壓輥之外；(4)將所述子模的另一個固定在所述平臺上；(5)驅動所述平臺在所述壓輥之下按第一方向移動以施加張力于所述子模，從而(1)使所述子模從所述壓輥上解脫下來并帶動所述壓輥按解脫方向在這一旋轉速度下旋轉即至少使所述壓輥的所述表面的線速度實際上等于所述平臺的線速度；和(2)在夾縫中加壓所述子模和所述基片；(6)在驅動步驟中，從位于所述平臺上方的涂布器中將環(huán)氧樹脂涂布在離夾縫上游處的基片上，致使在加壓步驟之后，所述環(huán)氧樹脂(1)被夾在所述基片和所述子模之間；和(2)在其表面上具有所述表面結構；(7)在驅動步驟中，利用位于所述輥下游處，平臺上方的紫外光源固化環(huán)氧樹脂；和(8)按第二方向驅動所述平面超過所述壓輥的同時驅動所述的壓輥按卷繞方向旋轉以使所述子模從所述基片上分離下來并回卷到壓輥上去，從而保存一個在其表面具有所述表面結構的基片/環(huán)氧層壓結構。
16.一種用于在較硬基片上復制光成形表面結構的復制機，其特征在于所述復制機包括(1)一具有通常平坦的支承表面的平臺，所述平臺，所述平臺至少可以沿通常平行于所述支承表面延展的方向移動；(2)一壓輥具有一外表面，該外表面與所述平臺的所述支承面分開而在此兩者之間形成一夾縫，所述的壓輥支承在一個與所述壓輥同軸方向延伸又與所述平臺橫向的支承軸上，在所述壓輥的所述外表面上可以安置與這相貼合的子模，所述的子模的一個外表面上具有所述的表面結構，該表面朝向所述壓輥之外，和(3)一傳動裝置用以驅動所述平臺和所述壓輥，可以使所述平臺沿所述夾縫移動時，所述壓輥的旋轉速度至少使所述壓輥的所述外表面的線速度實際上等于所述平臺的所述支承面的線速度，由此而將基片和子模在夾縫中加壓。
17.一種如權利要求16所述的復制機，其特征在于其中的傳動裝置包括(1)一電機用以驅動所述平臺作直線移動和(2)一耦合裝置是與所述平臺和所述壓輥相耦合用以將所述平臺的移動運動轉換成所述壓輥的旋轉運動。
18.一種如權利要求17所述的復制機，其特征在于其中所述的耦合裝置包括(1)一機構設在所述壓輥上以允許子模的第一端裝在所述的壓輥上并允許子模至少部分卷繞在所述壓輥的所述外表面上和(2)一機構設在所述平臺上以允許子模的第二端固定在所述平臺上。
19.一種如權利要求18所述的復制機，其特征在于其中所述電機通過前進行程和回復行程按往復式驅動所述平臺，和其中所述的傳動裝置還包括回繞驅動裝置，該裝置在所述平臺的所述回復行程中驅動所述壓輥將子?；鼐淼剿鰤狠伒乃鐾獗砻嫔?。
20.一種如權利要求19所述的復制機，其特征在于其中所述的回繞驅動裝置包括(1)一回轉促動器，(2)一小齒輪是被所述回轉促動器的傳動而轉動，和(3)一從動輪裝在所述的支承軸上并和所述的小齒輪相嚙合。
21.一種如權利要求16所述的復制機，其特征在于其中所述的支承軸是支承在鄰近于所述平臺相對兩側附近的第一和第二軸承上，每個所述輥承不進一步包括(1)一補償彈簧用以使軸承向離開所述的平臺方向偏置，和(2)一線性促動器用以向靠近所述的平臺方向有選擇地加力于所述的軸承上。
22.一種如權利要求16所述的復制機，其特征在于其中一環(huán)氧樹脂涂布器，該涂布器位于所述壓輥的上游處的平臺上方并與所述平臺分開，使適合于將環(huán)氧樹脂涂布在基片上。
23.一種如權利要求22所述的復制機，其特征在于其中所述的涂布器包括(1)一支條橫貫所述平臺且可在升位和縮住之間移動，(2)一噴排裝在所述支條上并具有一環(huán)氧入口和環(huán)氧出口，和(3)至少一個環(huán)氣供管與所述的噴排上的所述環(huán)氧入口相連接。
24.一種如權利要求16所述的復制機，其特征在于還包括一制動器用以有選擇地制止所述壓輥的旋轉。
25.一種如權利要求18所述的復制機，其特征在于還包括一環(huán)氧固化裝置，該裝置位于所述壓輥的下游并與所述的平臺分開。
26.一種如權利要求25所述的復制機，其特征在于其中所述的環(huán)氧固化裝置包括一紫外光源。
27.一種用于在較硬基片上復制光成形表面結構的復制機，其特征在于所述復制機包括(1)一具有臺面向上通常平坦的支承表面的平臺，所述平臺至少可以沿通常平行于所述支承面延展的方向移動；(2)一壓輥具有一外表面，該外表面與所述平臺的所述支承面分開而在此兩者之間形成一夾縫，所述的壓輥支承在一個與所述壓輥同軸方向延伸又與所述平臺橫向的支承軸上，在所述壓輥的所述外表面上可以安置與之相貼合的子模；和(3)一傳動裝置用以驅動所述平臺和所述壓輥，所述的驅動裝置包括(A)一電機用以驅動所述平臺沿所述的支承面作縱向移動；和(B)一子模，該子模(a)其第一端固定于所述的壓輥上，(b)其第二端固定于所述平面上，和(c)至少可部分卷繞在所述壓輥的所述外表面上，子模和所述平臺和所述壓輥如此耦合，即當所述平臺通過所述夾縫移動時，所述壓輥的旋轉速度至少使所述壓輥的所述外表面的線速度實際上等于所述平臺的線速度，由此而將基片和子模在夾縫中加壓。
28.一種如權利要求27所述的復制機，其特征在于其中所述的電機通過前進行程和回復行程按往復式驅動所述平臺，和其中所述的傳動裝置還包括回繞驅動裝置，該裝置在所述平臺的所述回復行程中所述壓輥將子?；鼐淼剿鰤狠伒乃鐾獗砻嫔?。
29.一種用于在較硬基層上復制光成型表面結構的復制機，其特征在于，所述的復制機包括(1)一具有臺面向上通常平坦的支承表面的平臺，所述平臺至少可以沿通常平行于所述支承面延展的方向移動；(2)一壓輥具有一外表面，該外表面與所述平臺的所述支承面分開而在此兩者之間形成一夾縫，所述壓輥可繞一個與所述壓輥同軸方向延伸又與所述平臺橫向的壓輥驅動軸而旋轉，在所述壓輥的所述外表面上可安置與之相貼合的子模，使得(A)該子模的第一端固定于所述的壓輥上，(B)所述的子模至少可部分卷繞在所述的外表面上，和(C)該子模的第二端于在所述壓輥的下游處固定在所述的平臺上，所述的子模的一個外表面上具有所述的表面結構，該表面朝向所述的壓輥之外；(3)一環(huán)氧樹脂涂布器，該涂布器位于所述壓輥的上游處的平臺上方并與所述平臺分開，使適合于將環(huán)氧樹脂涂布在基層上；(4)一電機用以往復式驅動所述平臺沿所述支承面作縱向移動，致使所述平臺按第一方向通過夾縫而移動，所述壓輥的旋轉速度至少使所述壓輥的所述外表面的線速度實際上等于所述平臺的線速度，由此而將基片和子模在夾縫中加壓；(5)一旋轉促動器用于當所述的電機以與所述的第一方向相反的第二方向驅動所述平臺時，驅動所述壓輥將所述子模卷回到所述壓輥的所述外表面上。(6)一紫外光源設置在所述壓輥的下游處的所述平臺上方與所述平臺分開，該光源適用于固化環(huán)氧樹脂。
全文摘要
一種用于在較硬基片(ST)上復制光成形表面結構于層壓表面上的方法和設備。尤其是將基片(ST)安置在平臺(24)上之后,在基片和子模(SU)之間涂布一層環(huán)氧樹脂以構成疊層結構,該疊層結構在平臺(24)和壓輥(26)的外表面之間所形成的夾縫中自動加壓,從而將表面結構復制在環(huán)氧樹脂上。然后固化環(huán)氧,將子模(SO)從基片(ST)上分離下來,使該表面上保存具有光成形表面結構的層壓結構,子模卷在壓輥上,壓輥在平臺(24)作往復直線運動時壓輥(26)轉動。
文檔編號B29C39/10GK1322167SQ99811830
公開日2001年11月14日 申請日期1999年8月24日 優(yōu)先權日1998年8月24日
發(fā)明者阿倍斯·霍錫尼, 坎·S·李, 加金德拉·D·薩文特 申請人:物理光學公司