CN100451686C - 光学单元的制造方法、光学单元及其形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学单元的制造方法，其中在光学材料热软化之后，通过用模具向所述光学材料施加压力得到光学元件，并且将框架单元与所述光学元件结合起来。所述光学单元的制造方法包括在所述光学元件形成之后，当在所述模具未打开的情况下夹持所述光学元件时，根据所述模具的位置形成作为所述光学元件的整合部分的框架单元的步骤。

Description

光学单元的制造方法、光学单元及其形成装置

相关申请的交叉参考

本申请包含于2005年6月16日在日本专利局申请的日本专利申请JP2005-177024所涉及的主题，其全部内容在此引入作为参考。

发明领域

本发明涉及一种光学单元的制造方法，一种光学单元，及其模具。更具体地，本发明涉及一种光学单元的制造方法，其中在将光学材料热软化后，通过在模具中对所述光学材料执行压缩(压力成型)来获得与框架单元相结合的光学元件，利用上述方法得到的光学单元，以及用于形成上述光学单元的形成装置。

背景技术

小型的高性能光学透镜被用作譬如电子静物照相机、电子摄像机和安装有照相机的移动电话之类的电子图像捕获装置的光学系统。这种光学透镜的尺寸越小，就越要求透镜面形状的精确度，沿光轴方向的倾斜以及去中心性要求严格。此外，还有许多种光学透镜难于定位光学元件轴，比如非球面透镜，也导致难于满足光学元件与用于固定该光学元件的支撑框架或透镜镜筒之间准确对准的需要。

相关技术最常用的一种固定透镜的方法是在通过定心机构磨削形成透镜的外圆周之后，在将透镜放入透镜镜筒的情况下，粘接或填缝由玻璃模压形成的轴向对称透镜。然而，用这种方法导致当涉及在定心机构上对准透镜时发生的误差与当将透镜固定到透镜筒或安装框架上时发生的误差叠加。

为了解决上述问题，一种被称为无需对准中心成形的成形方法被采用，该方法适于在透镜形成的同时形成透镜的轮廓。例如，日本已公开专利申请No.2000-7355公开了一种玻璃光学元件形成方法。根据该方法，在成型的框架单元被布置在模具中玻璃光学元件材料的外侧的情况下，玻璃光学元件与成型的框架单元相结合。然后，在成型完成后，成型的框架单元与玻璃光学元件分离。

然而，在形成透镜面的同时准确地形成透镜的轮廓是非常困难的，并且对待浇注材料形状的精密度的准确要求也在上升，所以这种方法需要高度熟练的技术。而且，在成形过程完成后，在无需对准中心成形法中所使用的外部圆周侧的框架单元被移除，这样造成了在将透镜固定到安装框架或透镜筒的后序过程中仍然存在错误。

因此，想得到一种方法，该方法在透镜筒或安装框架被放置在模具中的情况下，在对光学元件进行压缩之后，通过使光学元件材料达到与透镜筒或安装框架的内部侧的紧密接触来固定透镜。但是，可用于透镜筒或框架单元的材料通常包括合成树脂，并且因而不能承受住用于形成光学元件的温度。当低温软化玻璃被用作光学材料时，承受压力的预成型玻璃的模压温度也高达400度或以上，所以这种方法强行限制了用于透镜筒或框架单元的材料。这种方法已被例如日本已公开专利申请No.9-202627公开。

发明内容

本发明提供一种获得光学单元的方法，其中所述光学单元被构造为框架单元与光学单元结合成一整体，以及应用上述方法获得的的光学单元。

本发明还提供一种光学单元的制造方法，其中所述光学单元被构造为由塑料制成的框架单元与由玻璃制成的光学元件的外部圆周相结合，以及应用上述方法制造的光学单元。

本发明进一步提供一种光学单元的制造方法，该方法能够有效地适应所使用的光学元件材料的数量变化，以及应用上述方法制造的光学单元。

本发明还进一步提供一种光学单元，其中所述光学单元被构造为在光学元件的光轴被正确地对准的情况下框架单元与光学元件相结合。

本发明进一步提供一种光学单元，其中所述光学单元被构造为在框架单元的轴向中心准直的情况下，由塑料制成的框架单元与由玻璃制成的光学元件的外部圆周相结合。

本发明还提供一种用于精密地形成光学单元的形成装置，其中所述光学单元被构造为框架单元与光学单元结合成一整体。

本发明进一步提供一种形成装置，该装置能够适应包含于光学元件的光学材料的数量变化。

本发明的实施例提供一种光学单元的制造方法，其中在光学材料热软化之后，通过用模具向所述光学材料施加压力得到光学元件，并且还将框架单元与所述光学元件结合起来。所述光学单元的制造方法包括在所述光学元件形成之后，当在所述模具未打开的情况下保持所述光学元件时，根据所述模具的位置形成作为所述光学元件的整合部分的框架单元的步骤。

在上述方法中，所述光学元件可以是由玻璃制成的玻璃透镜。可选择地，所述光学元件也可以是由合成树脂制成的塑料透镜。此外，所述框架单元的材料可以是塑料，允许所述框架单元通过注塑成型形成为所述光学元件的整合部分。此外，在通过模具向所述光学材料施压力已经完成的情况下，在所述模具内的所述光学元件的外部圆周侧边缘可以呈自由面的形式。还有，还允许在所述光学材料被成形然后冷却到规定的温度或以下之后来形成所述框架单元。

本发明的实施例提供一种光学单元，所述光学单元具有通过压缩获得的光学元件，以及按照用于压缩的模具的位置形成为所述光学元件的整合部分、并且与所述光学元件相结合的框架单元。在上述光学单元中，所述光学元件可以由玻璃制成，以及所述框架单元可以由塑料制成。可选择的是，所述光学元件和所述框架单元都由塑料制成。此外，所述光学元件的相对面中的每一个的外部圆周侧边缘都可以呈平坦部分的形式，该平坦部分与光轴大约成直角地延伸。

本发明的实施例提供一种形成装置，所述装置包括用于向熔融态的光学材料加压从而形成光学元件的一对面对面的模具部件，以及一注塑成型装置，该注塑成型装置在所述模具部件闭合的情况下横向连接于一个模具部件与另一个模具部件的接触部分，并且适用于形成作为所述光学元件的整合部分的所述框架单元的熔融材料的注塑。在上述形成装置中，所述模具部件闭合，留下与所述光学元件的侧边缘相对应的位置的空间。此外，所述光学元件的相对面中的每一个的外部圆周侧边缘都可以呈与光轴大约成直角地延伸的平坦部分的形式，在这种情况下，相闭合的所述模具部件与所述平坦部分相接触，从而拦住用于形成所述框架单元的树脂。

根据本发明实施例的光学单元的制造方法是一种装配有框架的光学单元的制造方法。根据该方法，在所述光学材料热软化后通过用模具向所述光学材料施加压力来获得光学元件的玻璃模压过程中，在所述光学元件形成之后，在所述光学元件在模具中被夹持不需要打开模具的情况下，按照所述模具的位置形成所述光学元件的框架。在上述方法中，优选通过注塑成型形成所述光学元件。此外，所述光学元件框架的材料优选包括塑料。

根据本发明上述实施例，为了对准而制造大尺寸光学元件的需要可以被消除，导致降低了可成形性的难度。此外，与上述的无需对准形成法不同，用于精确执行材料重量管理的需要也可以被消除。更进一步，由于不需要单独的步骤来结合所述光学元件与所述框架单元，可以得到所述光学元件与所述框架单元之间非常高精确度的对准。还有，不同于上述相关的领域技术，不会造成框架材料的温度升高到所述光学元件的成形温度，所以框架材料还可以有更多的选择。而且，还具有不需要使用任何昂贵的材料的优点。

附图说明

在下面结合附图对本发明目前优选的实施例的描述中，本发明的特征和优点将变得更加显而易见，其中：

图1是显示用于制造光学单元的形成装置的分解透视图；

图2是显示所述形成装置处于其装配好的状态的纵截面视图；

图3是显示所述形成装置处于预成型的玻璃被浇注之后的状态的纵截面视图；

图4是显示所述形成装置处于给予压力使上部件和下部件闭合过程中的局部放大截面视图；

图5是显示已形成的光学透镜、以及与该光学透镜相结合的框架的局部放大截面视图；

图6是显示已形成的光学透镜的一个例子的透视图；以及

图7是显示应用了所述光学单元的透镜筒装置的纵截面视图。

具体实施方式

图1和图2图示了用于制造根据本发明一实施例的光学单元的形成装置，并且所示的形成装置具有上轴11和下轴12。上轴11的下表面配备有模板13，而下轴12的上表面配备有模板14。而且，这些模板13和14都分别适用于夹持上部件15和下部件16。

都被包含在模具中的上部件15和下部件16被构造为由上部和下部圆筒形部件21和22夹持。上部圆筒形部件21在其中心部分具有圆形中心孔23，允许在将上部件15放入中心孔23之后上部件15是牢固的。上部圆筒形部件21还具有一对插入孔24，它们被设置成环绕于中心孔23的对称构造。插置在上部模板13下表面上的一对定位销25可以被分别插入到插入孔24中。

另一方面，下部圆筒形部件22具有容纳每个定位销25的顶端部分的定位孔26，用于调节上部件15和下部件16之间的相对位置。此外，所述下部圆筒形部件22在中心也具有中心孔27，允许在将下部件16放入中心孔27之后下部件16是牢固的。夹持上部件15的上部圆筒形部件21的下表面和夹持下部件16的下部圆筒形部件22的上表面具有如图2中所示的凹槽形式的模槽31和32。这些模槽31和32适合于通过注塑法形成框架单元。

如上所述地，用于形成光学元件的上部件15可被准确地放入上部圆筒形部件21的中心孔23中。此外，同样用于形成光学元件的下部件16也可被准确地放入下部圆筒形部件22的中心孔27中。当对上部件和下部件15、16进行压缩使其闭合时，圆筒形部件21和22通过定位销25和定位孔26彼此准确地套准。

现在将描述一个形成操作。如图3中所示，在设置在下部件16上的预成型玻璃35被敞开的情况下，将上部件15和下部件16加热到成型温度，导致预成型的玻璃35的温度升高到400到1000度。在达到成型温度之后，接着闭合上下部件15和16。具体来说，在下轴12被固定在其位置的情况下，在通过定位销25和定位孔26准确地使上部和下部圆筒形部件21和22彼此套准的同时，上轴11需要向下移动以通过上、下部件15和16对预成型的玻璃35施加压力。这时由圆筒形部件21的下表面与下部圆筒形部件22的上表面相接触的位置给出轴向闭合冲程的终端。只要通过圆筒形部件21完全对抵在圆筒形部件22上完成压制，则冷却过程在圆筒形部件21与圆筒形部件22相接触的情况下开始。值得注意的是，如图4中所示，在冷却过程中，由上部件15的下表面构成的成形表面和由下部件16的上表面构成的成形表面都适合于光学透镜45的功能面的形成。

在这个形成操作中，特别是如图4中所示，在上、下部件15和16处于完全闭合的情况下，适于形成光学透镜45的扁平预成型玻璃35形成了光学透镜45，此外，其外圆周呈现面对模槽31的自由曲面的形式。根据上述构造，在外部圆周侧端面是自由曲面形式的情况下，可以任意调整预成型玻璃35的材料数量变化，允许方便地进行预成型玻璃35的重量管理，以及即使有重量变化，也防止预成型玻璃35的重量变化影响所生成的光学透镜45的功能面。

随着冷却过程的进行，当达到适于形成塑料材料的框架的温度时，例如200度或更低的温度时，所述形成装置的上、下部件15和16的温度被保持在一定程度。虽然被保持的温度根据树脂材料的类型而变化，但需要将所述上、下部件保持在一定程度，例如在130到160度的范围内。接着，如图4中所示，在所述上、下部件被保持在一定程度的情况下，注塑喷嘴40被连接至圆筒形部件22与圆筒形部件21之间的接触部分所具有的连接孔，从而通过该连接孔挤出熔融的塑料材料。结果，熔融的塑料流入以凹槽的形式位于圆筒形部件22与圆筒形部件21之间的接触部分的模槽31和32。熔融的塑料流到达光学透镜45的侧面，允许框架单元46形成为由玻璃形成的光学透镜45的侧面的整合部分。换言之，如图6中所示，可以获得下列构造的光学透镜装置，框架单元46与光学透镜45整体地结合以封闭光学元件35。

应该注意的是，一对销51和52被插入在下部圆筒形部件22中的模槽32的底部，以便横过由上部和下部圆筒形部件21和22形成的模槽31和32，如图3和图4中所示。因而，即使熔融的树脂被注入模槽31和32中，也不会导致有树脂流入销51和52所对应的模槽部分。因此，作为随着上述注塑过程模具打开的结果，如图6中所示，形成为光学透镜45外部圆周的整合部分的框架单元46可以获得具有一对插入孔53和54。导杆被插入到插入孔53和54中，允许具有环绕于光学透镜45形成的框架单元46的光学单元可移动地被导向。

在全部熔融树脂流入模槽31和32的注塑完成之后，重新开始上、下部件15和16的冷却过程。然后，随着所述上、下部件被冷却到适于取出所述光学单元的温度，将上轴11向上移动从而使上部件15离开下部件16来打开模具，导致取出如图6中所示的、以模制产品形式形成的所述光学单元。图6显示了具有由玻璃形成的、与由塑料形成的框架单元46整体地结合的光学透镜45的光学单元。

在上述形成装置中，由上部件15的下表面和下部件16的上表面构成的形成表面被数十纳米的贵金属或由碳构成的保护层42所覆盖，如图5中所示。利用如上所述的保护层42能够形成极其贵重的光学透镜45。此外，保护层42同样适于防止上、下部件15和16的形成表面被磨损。

此外，在如上所述的形成装置中，特别是当使用上、下部件15和16相对于彼此闭合来形成光学透镜45时，玻璃部分被迅速收缩。因而，这种收缩首先发生在光学透镜45的光轴附近，或光学透镜的中心侧。另一方面，所述收缩在外部圆周侧的进度缓慢，此外，光学透镜45的外部圆周侧呈现平坦部分49的形式，而在这样的情况下，平坦部分49与上、下部件15和16相接触，导致在光学透镜45与上、下部件15和16之间没有空隙。因而，即使熔融的树脂被注入模槽31和32中，也不会有注塑用的熔融树脂粘接到构成光学透镜45的功能表面的外部表面上的可能。

图7示出了使用了如上所述形成的光学单元的透镜筒装置，其中将四个光学单元合并入由一对前、后透镜筒57和58组成的圆柱形单元中。在上述透镜筒装置中，最左侧的光学单元的光学透镜45a构成物镜，并且在所述物镜右侧的光学单元的光学透镜45b构成变焦透镜。具有框架单元46的中间固定透镜45c被布置在所述变焦透镜的右侧，框架单元46被固定在透镜筒57与透镜筒58相接触的部分。然后，通过框架单元46a可动的、由聚焦透镜形成的光学透镜45d被布置在指定为所述中间固定透镜的后部侧的最右侧。应当注意的是，一个不同的透镜47与聚焦透镜45相结合。夹持由聚焦透镜形成的光学透镜45的框架单元46a在其前部正面部分需要具有指定直径的梯状部分48，以使在将光学透镜47放入梯状部分48之后，不同的光学透镜47通过透镜边缘的热焊接被准确地紧固到梯状部分48上。

根据本实施例的上述形成操作，消除了为了中心对准而预先形成具有超大尺寸的光学透镜45的需要，由此降低了可成形性的难度。此外，不同于上述的无需对准中心成形法，严格执行所述光学材料的重量管理的需要也能被消除。更进一步，由于不需要将光学透镜45结合到框架单元46上的单独过程，可以使光学透镜45与框架单元46以更高的精确度对准。还有，不同于上述相关领域的技术，不会使框架单元46的温度增加到光学透镜45的成型温度，所以用于框架单元46的材料还可以具有更多的选择。此外，还具有不需要使用任何昂贵的材料的优点，例如耐热树脂。

如图5中所示，根据本实施例的光学单元被这样地构成，与含在光学透镜45的功能表面中的曲面形式的的中心相比较，所述透镜的相对面边缘具有与光轴大约成直角延伸并且彼此平行的平坦部分49，这就允许在光学透镜45由所述形成装置的上、下部件15和16牢固地夹持的状态下，通过树脂注塑形成框架单元46，并且同样更安全地防止所述树脂粘接到光学透镜45的功能表面上。

虽然参照上述实施例对本发明进行了描述，但应当注意的是，本发明不限于上述实施例，能够在不脱离包含于本申请中的本发明技术概念的范围内作出各种改变。例如，可以对上述实施例中的框架单元的形状作出各种改变。此外，包含于所述框架单元中的树脂可使用各种类型的材料，这取决于成形的目的。更进一步，并不是总是要求使用玻璃作为光学材料，如果需要也可以使用熔融态的塑料。

本发明作为诸如电子静物照相机、电子摄像机和移动电话的照相机之类的各种类型相机中的图像捕获装置的光学系统可被广泛使用。

利用如上所述的光学单元的制造方法，允许在所述光学元件被形成之后被夹持的情况下，按照用于所述光学元件的模具的位置，将所述框架单元作为所述光学元件整合的部分而形成。因此，可以获得所述光学元件与所述框架单元高精度的结合。

利用如上所述的形成装置，允许所述光学单元这样地构成：在所述光学元件首先用模具形成后，利用注塑成型装置通过注塑熔融材料而形成与所述光学元件结合成一整体的所述框架单元。特别是，利用所述模具部件闭合而在该位置留出与所述光学元件的侧边缘相对应的空间这样的结构的形成装置，允许光学材料数量的变化被所述侧边缘的空间按要求吸纳。

本领域技术人员应当理解，根据设计的需要以及其它因素，在附属权利要求或其等效体的范围内，可以对本发明进行各种修改、组合、再组合和改造。

Claims (9)

1、一种光学单元的制造方法，其中在光学材料热软化之后，通过用模具向所述光学材料施加压力得到光学元件，并且将框架单元与所述光学元件结合起来，包括下述步骤：

在所述光学元件形成之后，当在所述模具未打开的情况下夹持所述光学元件时，按照所述模具的位置形成作为所述光学元件的整合部分的框架单元，

其中，所述光学元件是材料为玻璃的玻璃透镜、或者材料为合成树脂或塑料的塑料透镜。

2、根据权利要求1所述的光学单元的制造方法，其中所述框架单元的材料是塑料，允许所述框架单元通过注塑成型形成为所述光学元件的整合部分。

3、根据权利要求1所述的光学单元的制造方法，其中在通过模具向所述光学材料施加压力已经完成的情况下，在所述模具内的所述光学元件的外部圆周侧边缘形成为自由面。

4、根据权利要求1所述的光学单元的制造方法，其中在所述光学材料被成形后形成所述框架单元，并且随后冷却到规定的温度或以下。

5、一种光学单元，包括：

通过压缩获得的光学元件，以及

按照模具的压缩位置形成作为所述光学元件的整合部分、并且与所述光学元件相结合的框架单元，

其中，所述光学元件由玻璃制成，以及所述框架单元由塑料制成，或者

所述光学元件和所述框架单元都由塑料制成。

6、根据权利要求5所述的光学单元，其中：

所述光学元件的相对面中的每一个的外部圆周侧边缘都形成为与光轴大约成直角地延伸的平坦部分。

7、一种形成装置，包括：

用于向熔融态的光学材料加压从而形成光学元件的一对面对面的模具部件，以及

一注塑成型装置，该装置在所述模具部件闭合的情况下横向连接于一个模具部件与另一个模具部件的接触部分，并且适用于形成作为所述光学元件整合部分的框架单元的熔融材料的注塑。

8、根据权利要求7所述的形成装置，其中：

所述模具部件与所述光学元件的侧边缘相对应的位置所剩余的空间相闭合。

9、根据权利要求8所述的形成装置，其中：

所述光学元件的相对面中的每一个的外部圆周侧边缘都形成为与光轴大约成直角地延伸的平坦部分，导致相闭合的所述模具部件与所述平坦部分压力接触，从而拦住用于形成所述框架单元的树脂。

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