CN106457622B - 光学元件的成形方法、成形模具及光学元件 - Google Patents

光学元件的成形方法、成形模具及光学元件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学元件的成形方法，其能够防止由成形材料得到的光学元件的飞边阻碍向其它部件的安装。因为将内侧壁(37)设置在下侧成形模具(30)中，所以可容易地将光固化性树脂(成形材料)(RA)的扩展限制在内侧壁(37)内。进而，下外壁(38)相对于内侧壁(37)的角度θ1大于180°，因此能够容易地阻止光固化性树脂(RA)越过内侧壁(37)等扩展。此时，内侧壁(37)的下外壁(38)侧的端部(E1)与周平壁(46)的上外壁(48)侧的端部(E2)相比位于外侧，所以即使光固化性树脂(RA)与内侧壁(37)接触并到达端部(E1)，也会容易地从内侧壁(37)向内侧延伸而到达周平壁(46)。而且，因为上外壁(48)相对于周平壁(46)的角度θ2大于180°，所以到达周平壁(46)的光固化性树脂(RA)即使到达与端部(E2)相比位于外侧的部位，也能够减少其向外侧的扩展量。

Description

光学元件的成形方法、成形模具及光学元件
技术领域
本发明涉及利用成形模具的光学元件的成形方法，尤其涉及适合能量固化性树脂的成形的光学元件的成形方法、成形模具、以及由此获得的光学元件。
背景技术
由于移动终端的普及，要求用于摄像元件等的透镜极端小型化。随之，也要求用于此的透镜是薄且厚度不均的透镜。但是，已知将薄且厚度不均的透镜通过射出成形进行成形是困难的。于是，考虑利用光固化性树脂或其它能量固化性树脂来成形透镜，这类树脂在成形薄且厚度不均的成形品方面是优异的。
作为光固化性树脂制透镜的成形方法，已有在由透明材料制成的上模具和下模具之间夹住紫外线固化树脂，将来自安装于支承上模具和下模具的载物台上的光源的紫外光向模具间的紫外线固化树脂照射来成形透镜的技术(例如参照专利文献1)。
另外，已有利用成形模具使紫外线固化树脂粘附到玻璃透镜等基体材料的复合元件的成形方法(例如参照专利文献2)。在该成形方法中，将树脂供给到成形模具的转印面上，使基体材料接近成形模具直到树脂的厚度合适为止，并在维持适当接近的状态下从成形模具的外侧照射紫外光。
在紫外线固化树脂等能量固化性树脂的成形中，因为使用外周部开放的成形模具，所以难以形成精密的外形，树脂向用于透镜的外形的外侧泄漏而形成飞边。在形成这样的飞边的情况下，在将透镜装入支座时，会与支座的内壁面或内表面发生干涉。即，透镜的安装会变得困难，透镜的安装精度会下降。另外，虽然能够设置切除飞边的工序，但工序增加会成为成本增加的原因，另外，在切除工序中还可能会发生偏芯。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2011-242478号公报
专利文献2(日本)特开2007-15240号公报
发明内容
本发明是鉴于上述背景技术中的技术问题而做出的发明，目的在于提供一种光学元件的成形方法，其能够防止由能量固化性树脂或其它成形材料获得的光学元件的飞边阻碍将光线元件组装到其它部件。
另外，本发明的目的在于提供用于实现上述光学元件的成形方法的成形模具和由此制造的光学元件。
为了达到上述目的，本发明的光学元件的成形方法是在下侧成形模具和上侧成形模具之间夹持成形材料使之固化的光学元件用的成形方法，其特征在于，所述下侧成形模具具有：下光学转印面、形成光学元件的外形侧面的内侧壁、与所述内侧壁的外侧邻接的下外壁，所述上侧成形模具具有：上光学转印面、与竖直的基准轴大致垂直地延伸且形成光学元件的周平面的周平壁、与所述周平壁的外侧邻接的上外壁，所述下外壁相对于所述内侧壁的角度θ1大于180°，所述上外壁相对于所述周平壁的角度θ2大于180°，在将所述下侧成形模具和所述上侧成形模具定位的状态下，所述内侧壁的所述下外壁侧的端部与所述周平壁的所述上外壁侧的端部相比位于外侧。
在上述成形方法中，因为将内侧壁设置在下侧成形模具中，所以树脂的扩展容易被限制在内侧壁内。进而，下外壁相对于内侧壁的角度θ1大于180°，容易阻止树脂越过内侧壁及周平壁而扩展。此时，内侧壁的下外壁侧的端部位于周平壁的上外壁侧的端部的外侧，所以即使成形材料与内侧壁接触而到达端部，也会容易地从内侧壁向内侧延伸而到达对置的周平壁。并且，因为上外壁相对于周平壁的角度θ2大于180°，所以到达周平壁的成形材料即使到达与端部相比位于外侧的部位，也能够减少其向外侧的扩展量。通过上述方式，因为可容易阻止成形材料从内侧壁的端部向外侧扩展，所以将成形后的光学元件通过与内侧壁对应的侧面向支座等安装时，安装变得简易且精密。
根据本发明的具体方面，在上述成形方法中，内侧壁在上端侧具有沿基准轴以筒状延伸的部分。在该情况下，能够在光学元件上形成筒状的侧面，从而能够使向支座等的安装更稳定。
根据本发明的另外方面，在将下光学转印面和上侧成形模具定位的状态下，内侧壁的下外壁侧的端部和周平壁的上外壁侧的端部被配置在大致相同的高度。在该情况下，能够将成形材料收留在下侧成形模具侧并利用上侧成形模具将成形材料限制在内侧，从而能够更可靠地阻止成形材料从内侧壁的端部向外侧扩展。
根据本发明的再另外的方面，成形材料的固化前的粘度在5000mPa·s以下。通过使成形材料的粘度在5000mPa·s以下，能够保持良好的形状转印性。
根据本发明的再另外的方面，成形材料是能量固化性树脂。在该情况下，即使在低温下也能够使成形材料供给到成形模具间时的粘度充分得低，并且，能够以较高的精度成形薄且厚度不均的光学元件。
根据本发明的再另外的方面，成形材料是光固化性树脂。在该情况下，能够在低温下成形高精度的光学元件。
为了达到上述目的，本发明的成形模具具备接受成形材料的下侧成形模具、与下侧成形模具相对配置的上侧成形模具，且所述成形模具是在所述下侧成形模具及所述上侧成形模具之间夹持成形材料使之固化的铸造成形用的成形模具，其特征在于，所述下侧成形模具具有：下光学转印面、形成光学元件的外形侧面的内侧壁、与所述内侧壁的外侧邻接的下外壁，所述上侧成形模具具有：上光学转印面、与竖直的基准轴大致垂直地延伸且形成光学元件的周平面的周平壁、与所述周平壁的外侧邻接的上外壁，所述下外壁相对于所述内侧壁的角度θ1大于180°，所述上外壁相对于所述周平壁的角度θ2大于180°，所述内侧壁的所述下外壁侧的端部与所述周平壁的所述上外壁侧的端部相比位于外侧。
在上述成形模具中，因为将内侧壁设置在下侧成形模具中，所以容易将树脂的扩展限制在内侧壁内。进而，下外壁相对于内侧壁的角度θ1大于180°，容易阻止树脂越过内侧壁及周平壁而扩展。此外，内侧壁的下外壁侧的端部与周平壁的上外壁侧的端部相比位于外侧，所以即使成形材料与内侧壁接触并到达端部，也会容易地从内侧壁向内侧延伸而到达对置的周平壁。而且，因为上外壁相对于周平壁的角度θ2大于180°，所以到达周平壁的成形材料即使到达与端部相比位于外侧的部位，也能够减少其向外侧的扩展量。通过上述方式，因为可容易阻止成形材料从内侧壁的端部向外侧的扩展，所以由本成形模具成形的光学元件通过与内侧壁对应的侧面向支座等安装时，安装变得简易且精密。
为了达到上述目的，本发明的光学元件通过使用了上述成形模具的铸造成形而形成，具有与内侧壁对应的外形基准。
附图说明
图1A及图1B是用于实施实施方式的光学元件的成形方法的成形模具中的下侧成形模具的端面图及侧方剖视图。
图2A及图2B是上述成形模具中的上侧成形模具的侧方剖视图及端面图。
图3是说明已组装好成形模具的成形装置的概念图。
图4是说明在铸造成形时被相互定位的上下成形模具的配置关系的侧方剖视图。
图5A及5B是说明供给树脂的铸造成形工序的侧方剖视图及部分放大剖视图。
图6A及6B是说明在上下成形模具周边的树脂的延伸状态的概念图。
图7是说明向光学元件支座的安装的侧方剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的第一实施方式的光学元件的成形方法进行说明。
图1A及图1B所示的下侧成形模具30是构成用于实施本实施方式的光学元件成形方法的成形模具的一方的模具部分。图示的下侧成形模具30由具有透光性的玻璃或其它材料形成。下侧成形模具30具备表面中央侧的转印部分31、从背后支承转印部分31的基板部分32。转印部分31从基板部分32突起，在最外侧具有外轮突起33。基板部分32是平板状，如图所示具有圆形轮廓，但也可使之具有矩形轮廓。
转印部分31具有：用于形成光学元件的光学面的下光学转印面35；形成光学元件的周平面的周平壁36；形成光学元件的外形侧面的内侧壁37；与内侧壁37的外侧邻接的下外壁38。下光学转印面35整体具有凸的非球面形状，但不限于此，也可成为凹面或球面形状。周平壁36是与竖直的基准轴AX垂直地延伸的环带平面，在低位置将下光学转印面35包围。另外，在图示的例子中，在下光学转印面35和周平壁36之间形成有台阶，但也可根据下光学转印面35的形状去掉台阶。内侧壁37具有与竖直的基准轴AX平行地筒状延伸的圆筒面部分37a、相对于圆筒面部分37a向内侧倾斜的锥面部分37b。下外壁38是环形表面状的环状面，构成转印部分31的环状的侧面。下外壁38以从基板部分32的表面32a隆起的方式从此处连续形成。
图2A及图2B所示的上侧成形模具40是构成用于实施实施方式的光学元件成形方法的成形模具的另一方的模具部分。上侧成形模具40由具有透光性的玻璃或其它材料形成。上侧成形模具40具备：表面中央侧的转印部分41、从背后支承转印部分41的基板部分42。转印部分41从基板部分42突起，在最外侧具有外轮突起43。基板部分42是平板状，如图所示具有圆形轮廓，但也可使之具有矩形轮廓。
转印部分41具有：用于形成光学元件的光学面的上光学转印面45；形成光学元件的周平面的周平壁46；与周平壁46的外侧邻接的上外壁48。上光学转印面45整体具有凹陷的非球面形状，但不限于此，也可成为凸面或者球面形状。周平壁46是与竖直的基准轴AX垂直地延伸的环带平面，在高位置或者更突出的位置将上光学转印面45包围。另外，在图示的例子中，上光学转印面45和周平壁46连续地连接，但也可在它们之间形成台阶。上外壁48是在根部侧扩展的锥状的环状面，构成转印部分41的环状的侧面。上外壁48以从基板部分42的表面42a隆起的方式从此处连续形成。
图3是说明装入了图1的成形模具30、40的制造装置的概念图，实施光学元件的成形方法，具体而言，实施铸造成形。图示的制造装置100在处理室10中收纳有下侧载物台11、下侧驱动部12、上侧载物台13、上侧驱动部14。在处理室10的外侧设置有在固化处理时从下侧载物台11的背面侧向工件的适当部位照射固化光KK的UV光源22、使上侧驱动部14升降的主驱动部23。另外，处理室10内可形成真空或氮气冲洗的环境。在该情况下，能够利用具有厌气性的光固化性树脂RA进行成形。
下侧载物台11具有未图示的夹持部等，保持作为工件的下侧成形模具30。下侧驱动部12使下侧载物台11升降。上侧载物台13具有未图示的夹持部等，保持作为工件的上侧成形模具40。上侧驱动部14调整上侧载物台13的位置和姿态。即，在上侧驱动部14设置有三轴驱动部、调节倾斜姿态的倾斜驱动部等。由此，上侧载物台13能够支承上侧成形模具40使之进行三维的位移并且可使之例如绕竖直轴旋转。在进行调整时，上侧驱动部14的竖直轴被设定成与下侧成形模具30的基准轴AX一致。另外，上侧驱动部14被主驱动部23驱动升降。
在上述制造装置100中，能够进行与下侧成形模具30和上侧成形模具40的三维的平移及旋转相关的对位，利用在两成形模具30、40形成的未图示的对位标记能够精密地配置下侧成形模具30和上侧成形模具40的相对配置关系。
利用图3的制造装置100等对光学元件的成形方法进行说明。以在分离状态下，将下侧成形模具30和上侧成形模具40放置在制造装置100中，将作为成形材料的光固化性树脂RA(能量固化性树脂)适量供给到下侧成形模具30上。此时，光固化性树脂(成形材料)RA的粘度在1000～5000mPa·s以下。通过使光固化性树脂RA的粘度在5000mPa·s以下，能够保持良好的形状转印性。之后，使上侧成形模具40逐渐下降，将下侧成形模具30和上侧成形模具40设定在合适的距离上。也就是说，两成形模具30、40为了成形而处于被定位的状态。之后，通过使UV光源22工作，能够利用固化光KK使两成形模具30、40间的光固化性树脂RA固化或凝固。之后，利用使下侧成形模具30和上侧成形模具40分离的开模工具，取出由光固化性树脂RA获得的成形品。对该成形品，能够实施通过热处理进一步固化而成为稳定状态的后加工。
图4是说明上、下成形模具30、40的形状和配置关系的图。在下侧成形模具30中，与内侧壁37邻接的下外壁38相对于内侧壁37的角度θ1被设定成大于180°，并在270°以上。另一方面，在上侧成形模具40中，与周平壁46邻接的上外壁48相对于周平壁46的角度θ2被设定成大于180°，并在210°以上270°以下。如图所示，在上侧成形模具40相对于下侧成形模具30被定位的状态下，内侧壁37的下外壁38侧的端部E1比周平壁46的上外壁48侧的端部E2朝向外侧具有宽度h的距离。也就是说，内侧壁37的外径比周平壁46的外径大了规定以上的宽度2h。该宽度2h可根据光固化性树脂RA的变动量进行调整。同样地，在上侧成形模具40相对于下侧成形模具30被定位的状态下，内侧壁37的下外壁38侧的端部E1和周平壁46的上外壁48侧的端部E2被配置在大致相同的高度。更具体地说，内侧壁37的端部E1比配置在其内侧的周平壁46的端部E2稍高。但是，内侧壁37的端部E1可以比周平壁46的端部E2低。需要说明的是，在使内侧壁37的端部E1比周平壁46的端部E2高的情况下，要使端部E1不与上侧成形模具40接触，或者，使端部E2不与下侧成形模具30接触。
图5A及图5B是说明在下侧成形模具30和上侧成形模具40之间夹持光固化性树脂(成形材料)RA使之固化之前的状态的图。供给到下侧成形模具30上的光固化性树脂RA被上侧成形模具40压展而在内侧壁37的内侧充满，但不至于达到越过内侧壁37的端部E1而溢到下外壁38侧的程度。在上侧成形模具40，光固化性树脂RA充满在周平壁46的下侧，越过周平壁46的端部E2，但受到阻止其向上外壁48侧大幅度扩展的力。
如图6A所示，在下侧成形模具30，供给到内侧壁37的光固化性树脂RA沿内侧壁37上升，因为端部E1的角度θ1大幅超过180°，所以利用端部E1的钉扎效果阻止光固化性树脂RA越过端部E1向下外壁38侧溢出。
如图6B所示，在上侧成形模具40中，光固化性树脂RA沿周平壁46向外侧扩展。在光固化性树脂RA的供给量不多的情况下，因为端部E2的角度θ2超过180°，所以利用端部E2的钉扎效果阻止光固化性树脂RA越过端部E2向上外壁48侧溢出。但是，在光固化性树脂RA的供给量进一步增多的情况下，因为端部E2的角度θ2没有大幅超过180°，所以即使在光固化性树脂RA没有越过端部E1的情况下，也会发生光固化性树脂RA越过端部E2向上外壁48侧扩展的状态。但是，因为端部E2的角度θ2超过180°，所以能够抑制光固化性树脂RA向上外壁48侧大幅扩展，可靠地防止越过下侧成形模具30的端部E1向外侧扩展。需要说明的是，光固化性树脂RA的排出或者滴下可能会产生百分之几以下的偏差，但还是能够可靠地防止如上所述的光固化性树脂RA越过端部E2向上外壁48侧大幅扩展的情况。
如图7所示，在下侧成形模具30和上侧成形模具40之间利用光固化性树脂RA的固化而形成的成形品(光学元件)50具备通过一对相对配置的光学转印面35、45的转印而形成的主体部51、通过一对相对配置的周平壁36、46及内侧壁37而形成的凸缘部52。主体部51具有一对光学面51a、51b。在凸缘部52的上部形成有上外壁48引起的飞边状的突起部分53，但其因向上侧延伸，所以没有越过凸缘部52的侧面52a向外侧扩展。飞边状的突起部分53的内侧面53a相对于凸缘部52的上表面52u呈角度γ，该角度γ处于90～180°。另外，凸缘部52的侧面52a成为成形品(光学元件)50的外形基准。另外，成形品(光学元件)50的光轴OA与成形模具30、40的基准轴AX一致。
成形品50以被收纳于支座60的方式被安装。支座60具有筒状的侧壁61和环状的底部壁62。成形品50的凸缘部52以被侧壁61阻止向外侧移动的方式被保持，作为外形侧面的侧面52a与内表面61a接触。并且，凸缘部52以被底部壁62阻止向下侧移动的方式被保持，下表面52b与底面62a接触。
以上述方式，根据本实施方式的光学元件的成形方法，因为将内侧壁37设置在下侧成形模具30中，所以容易将光固化性树脂(成形材料)RA的扩展限制在内侧壁37内。此外，下外壁38相对于内侧壁37的角度θ1大于180°，所以容易阻止光固化性树脂RA越过内侧壁37等而扩展。此时，内侧壁37的下外壁38侧的端部E1与周平壁46的上外壁48侧的端部E2相比位于外侧，所以即使光固化性树脂RA与内侧壁37接触并到达端部E1，也会容易地从内侧壁37向内侧延伸而到达周平壁46。并且，因为上外壁48相对于周平壁46的角度θ2大于180°，所以到达周平壁46的光固化性树脂RA即使到达端部E2的外侧，也能够减少其向外侧的扩展量。根据上述方式，因为容易阻止光固化性树脂(成形材料)RA从内侧壁37的端部E1向外侧扩展，所以成形后的成形品(光学元件)50通过与内侧壁37对应的侧面52a向支座60等安装时，安装可以变得简易且精密。
以上，对本实施方式的光学元件的成形方法、成形模具等进行了说明，但本发明的光学元件的成形方法等不限于上述方法。例如，在上述实施方式的上侧成形模具40中，周平壁46不限于与基准轴AX垂直地延伸，也可以相对于与基准轴AX直交的平面稍微倾斜或弯曲。另外，下侧成形模具30的内侧壁37也可以成为相对于基准轴AX倾斜并在上侧扩展的锥面。
转印部分31、41和光学转印面35、45不限于圆形，也可以成为椭圆、四边形等其它多边形。
以上，对将光固化性树脂RA作为成形材料向成形模具30、40间供给来得到成形品的情况进行了说明，但也可以代替光固化性树脂RA而使用热固化性树脂等。在利用热固化性树脂的情况下，成形模具30、40无需是使紫外线或其它光透过的模具。
在图3中，利用载物台11、13进行一对成形模具30、40的定位，但也可以利用定位用夹具进行两个成形模具30、40的定位及固定。
成形模具30、40可以是能够一并将多个光学元件成形的模具，也可以成形具有多个透镜部分的透镜阵列。

Claims (12)

1.一种光学元件的成形方法，是在下侧成形模具和上侧成形模具之间夹持成形材料使之固化的光学元件用的成形方法，其特征在于，
所述下侧成形模具具有：下光学转印面、形成光学元件的外形侧面的内侧壁、与所述内侧壁的外侧邻接的下外壁，
所述上侧成形模具具有：上光学转印面、与竖直的基准轴大致垂直地延伸且形成光学元件的周平面的周平壁、与所述周平壁的外侧邻接的上外壁，
所述下外壁相对于所述内侧壁的角度θ1大于180°，所述上外壁相对于所述周平壁的角度θ2大于180°，
在将所述下侧成形模具和所述上侧成形模具定位的状态下，所述内侧壁的所述下外壁侧的端部与所述周平壁的所述上外壁侧的端部相比位于外侧。
2.如权利要求1所述的光学元件的成形方法，其特征在于，
所述角度θ1在270°以上360°以下，所述角度θ2在210°以上270°以下。
3.如权利要求1或2所述的光学元件的成形方法，其特征在于，
所述内侧壁在上端侧具有沿所述基准轴以筒状延伸的部分。
4.如权利要求1或2所述的光学元件的成形方法，其特征在于，
在将所述下光学转印面和所述上侧成形模具定位的状态下，所述内侧壁的所述下外壁侧的端部和所述周平壁的所述上外壁侧的端部被配置在大致相同的高度。
5.如权利要求1或2所述的光学元件的成形方法，其特征在于，
所述成形材料的固化前的粘度在5000mPa·s以下。
6.如权利要求1或2所述的光学元件的成形方法，其特征在于，
所述成形材料是能量固化性树脂。
7.如权利要求6所述的光学元件的成形方法，其特征在于，
所述成形材料是光固化性树脂。
8.一种成形模具，具备接受成形材料的下侧成形模具、与下侧成形模具相对配置的上侧成形模具，且所述成形模具是在所述下侧成形模具及所述上侧成形模具之间夹持成形材料使之固化的铸造成形用的成形模具，其特征在于，
所述下侧成形模具具有：下光学转印面、形成光学元件的外形侧面的内侧壁、与所述内侧壁的外侧邻接的下外壁，
所述上侧成形模具具有：上光学转印面、与竖直的基准轴大致垂直地延伸且形成光学元件的周平面的周平壁、与所述周平壁的外侧邻接的上外壁，
所述下外壁相对于所述内侧壁的角度θ1大于180°，所述上外壁相对于所述周平壁的角度θ2大于180°，
所述内侧壁的所述下外壁侧的端部与所述周平壁的所述上外壁侧的端部相比位于外侧。
9.一种光学元件，其特征在于，
通过使用权利要求8所述的成形模具的铸造成形而形成，具有与所述内侧壁对应的外形的侧面。
10.一种光学元件，由树脂制成，其特征在于，
包括：
主体部，其具有上侧的第一光学面和下侧的第二光学面；
凸缘部，其设置在所述主体部的周围，所述凸缘部的侧面为光学元件的外形的侧面；
在所述凸缘部的上表面设置有向上方延伸的飞边状的突起部分、和位于该突起部分与所述第一光学面之间的平面，
所述突起部分的内侧面和所述凸缘部的所述平面所成的角度为90°～180°。
11.如权利要求10所述的光学元件，其特征在于，
所述凸缘部的侧面具有垂直的平面。
12.如权利要求11所述的光学元件，其特征在于，
从360°减去所述凸缘部的侧面所具有的垂直的平面和所述凸缘部中与所述突起部分相比位于外侧的边缘部分所成的角度的值大于180°。
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