CN1287275A

CN1287275A - 复合光学元件的制作方法

Info

Publication number: CN1287275A
Application number: CN 99118515
Authority: CN
Inventors: 郭孟鑫; 韩伟国
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2001-03-14
Anticipated expiration: 2019-09-06
Also published as: CN1136463C

Abstract

一种复合光学元件的制作方法,用以将一材料为塑料的透镜原料形成于一透镜上,其中前述的透镜具有第一光学面与第二光学面,分别配置于透镜的侧缘的上、下两边缘,其中侧缘与透镜的镜心铅垂线倾斜一角度,并且透镜原料所形成的镜材仅包覆透镜的第一光学面与侧缘的一部分。藉以使透镜原料所形成的镜材与透镜紧密接合。

Description

复合光学元件的制作方法

本发明涉及一种光学元件的制作方法，特别是涉及一种复合光学元件的制作方法。

对于一复合光学元件而言，可以将透明塑料材料模造于透明光学元件(如以玻璃、石英为材料)之上。从光学的角度看，一般的球面透镜难免会有些像差，但若将透镜表面制成非球面，便可以降低球面像差的产生。

从加工的层面看，制作非球面玻璃镜片所需要的时间成本与设备成本却远大于制作球面透镜。然而，随着模造技术的发展，塑料材料的光学镜片也逐渐被采用。塑料的加工性比玻璃要好许多，将塑料加工成非球面透镜所需要的成本也比玻璃低很多，故具有良好的潜力。此外，塑料还具有重量轻、染色性(tintability)与抗冲击性(shock resistance)佳、较低的热处理温度。而玻璃则具有抗辐射性(radiation resistance)、耐久性(durability)、抗刮性(scratchresistance)与容易进行表面处理。因此，结合塑料与玻璃的复合透镜便兼具两者的特性。

然而，此种复合透镜主要有两个问题：其一是塑料与玻璃的热膨胀系数差异极大；其二为塑料与玻璃的接合性不佳。一般而言，复合透镜的成分间的热膨胀系数差异如果太大会造成复合透镜无法承受温度的变化而脱层(delamination)或破裂。另外，由于分子结构与官能基无法在玻璃与塑料之间提供有效的化学键结(chemical bonding)或物理缠结(physical entanglement)，所以玻璃与塑料之间的介面缺乏强而有力的接着性。

为了克服以上缺点，现有的方式是在塑料层与玻璃层之间涂覆一层接着剂(adhesive)或耦合剂(coupling agent)，其如美国专利US 4，793，703所揭露；或在塑料层添加耦合剂，如日本专利JP 07306305所揭露；或利用塑料包覆玻璃的挟持力，如日本专利JP 59046601、JP 01221701与JP 08190004所揭露。加入接着剂或耦合剂的方式，将因为多了一成分而使材料与设备的成本增加，还必须考虑对环境污染所造成的影响，其加工步骤多，也使得生产复合透镜的效率变低。此外，利用包覆的方式，要使塑料层从玻璃透镜的一光学面跨过侧边而延伸到玻璃透镜的另一光学面的外围，导致生产的模具结构较为复杂。

因此，本发明提出一种复合透镜的制作方法，其仅需简单的工艺便能制作出接合度好且光学性质佳的复合透镜。

本发明提出一种复合透镜的制作方法，其不需要接着剂或耦合剂，便能将两种不同材质的透镜接合一起，制作工艺也可以简化。

本发明提出一种复合透镜的制作方法，其透镜的侧缘与铅垂线倾斜一角度，所以形成后的塑料透镜便可以藉此将透镜紧紧抓持住，而不脱落。而不象现有技术需要将透镜紧紧包覆住，增加结构的复杂性。

本发明所揭露的复合透镜的制作方法包括以下步骤：

一种复合透镜的制作方法，包括：将一固定环置放于一模具中，此固定环可与模具一体成型。此固定环具有内缘，且内缘向固定环的几何中心倾斜。将透镜置放于固定环内，并藉由固定环的内缘嵌住透镜的侧缘，其中固定环的内缘的倾斜度设计成与透镜的侧缘一致，其中固定环的厚度低于该透镜的厚度。将一透镜原料置放入模具中，并覆盖透镜与固定环。将一上模置放于透镜原料上方，并调整上模的位置。进行一热工艺，使透镜原料硬化成形，以形成复合透镜。其中透镜原料可为塑料。

前述的透镜具有第一光学面与第二光学面，分别配置于透镜的侧缘的上、下两边缘，其中侧缘与透镜的镜心铅垂线倾斜一角度，使第二光学面的外径小于第一光学面的外径。此外，还可在透镜的第一光学面与侧缘，以透镜的镜心铅垂线为准，形成一倒角，以减缓应力，防止模造的透镜断裂或破裂。

一种复合透镜的制作方法，包括：将固定环置放于一模具中，此固定环也可与模具一体成型。此固定环具有内缘，且内缘向固定环的几何中心倾斜。将一透镜置放于固定环内，并藉由固定环的内缘嵌住透镜的侧缘，其中固定环的内缘的倾斜度设计成与透镜的侧缘一致，其中固定环的厚度小于透镜的厚度。将一上模置放于透镜上方，并调整上模的位置。以射出成型方式，将一透镜材料射出于固定环、透镜与上模之间，形成复合透镜。

此外，当复合透镜采用射出成型工艺时，还可以在固定环上配置多个导杆，且各个导杆与透镜的侧缘部分接触，藉以固定住透镜。各导杆以等角度方式配置于该透镜的周围。

由于透镜的侧缘与铅垂线倾斜一角度，所以形成后的塑料透镜便可以藉此将透镜紧紧抓持住，而不脱落，且有较好的接合效果。并且，制造的步骤简单，可以降低成本。并且维持复合透镜的光学品质。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图作详细说明。附图中：

图1绘示依据本发明的复合透镜的一例子示意图；

图2A至图2F绘示本发明的复合透镜的制作方法可以利用的透镜种类的例子；

图3A绘示依据本发明的实施例制作复合透镜的示意图；

图3B绘示依据本发明的实施例制作完成的复合透镜的示意图；

图4A绘示本发明的方法，以射出成型方式形成塑料透镜时，固定环与透镜的配置图；

图4B绘示本发明的方法，以射出成型方式形成塑料透镜时，固定环与透镜的配置图，其中透镜的厚度较厚；以及

图4C绘示图4B的上视图，以显示导杆与透镜之间的位置关系。

如图1所示，本发明系提出一种复合透镜10的制作方法，用以将一透镜原料形成于一透镜12上，其中透镜12具有第一光学面14a与第二光学面14b，分别配置于透镜12的侧缘16的上、下两边缘，其中侧缘16与铅垂线L倾斜一角度θ，并且透镜原料所形成的镜材18仅包覆透镜12的第一光学面14a与侧缘16的一部分，其如图所示。藉以使透镜原料所形成的镜材与透镜紧密接合。

图2A至图2F所示为本发明的复合透镜的制作方法所可以利用的透镜种类的例子。图中相同的标号代表类似的构件，其间的差异仅为光学面的曲率。

图2A至图2F所示的透镜20，可以如玻璃之类的材料所构成。具有第一光学面22与第二光学面24，以及侧缘26。光学面22与24可设计为球面，且各光学面22、24的曲率中心均位于同一镜轴上。依据本发明的目的，透镜20的侧缘与铅垂线倾斜一角度θ，其如图所示。尔后要形成的塑料透镜将覆盖住透镜20的第一光学面22，以及部分侧缘26。因为透镜20的侧缘与铅垂线倾斜一角度θ，所以形成的塑料透镜便可以将玻璃透镜20挟持住，以获得良好的接合效果。

此外，当倾斜的角度θ过大时，更可以在透镜20的第一光学面22与侧缘26，以铅垂线为准，形成一倒角，如图中的标号28、28′所示。藉以降低塑料透镜在玻璃透镜20的光学面22与侧缘的交界处应力过大而断裂。

以下将具体地说明本发明的复合透镜的制作方法。

参考图3A，其为依据本发明的实施例制作复合透镜的示意图。其中以图2A的透镜为例。首先，将一固定环30置放于模具中，或者是使用固定环30与下模一体成型的模具。此固定环具有内缘30a，且内缘30a向固定环30的几何中心C倾斜。接着，将透镜32置放于固定环30内，并藉由固定环30的内缘30a嵌住透镜32的侧缘32a的一部分。因为固定环30的内缘30a的倾斜度设计成与透镜32的侧缘32a一致，所以透镜32的侧缘32a可以与固定环30的内缘30a密合固定住。藉此，在进行模造或射出成型时不会将透镜32移位，以避免误差。

此外，固定环32的厚度h1应小于透镜32的厚度h2。藉此，尔后形成的塑料透镜才不会包覆到透镜32的第二光学面36。

接着，将一透镜原料40置放入模具中，例如使用热固性塑料之类的原料，并覆盖透镜32与固定环30。之后，将一上模50置放于透镜原料40上方，并调整上模的位置。藉此，欲形成的透镜尺寸可以被决定。最后，进行一热处理，使透镜原料40硬化成形而转换成塑料透镜42，以形成如图3B所示的复合透镜。

如上所述，由于透镜32的侧缘32a与铅垂线倾斜一角度θ，所以形成后的塑料透镜42便可以藉此将透镜32紧紧抓持住，而不脱落，且有较好的接合效果。并且，制造的步骤简单，可以降低成本。并且维持复合透镜的光学品质。

如图4A与图4B所示，当使用热塑性塑料之类的原料时，便必须使用射出成型的方式来形成塑料透镜。与前述的制造方法的差异点在于，不须先把透镜原料置入模具中。如图4A所示，在透镜62置入固定环60后，将上模70置放于透镜60上方，并调整上模的位置。以射出成型方式，将透镜材料射出于固定环60、透镜62与上模70之间，形成复合透镜。

如果透镜的厚度较厚，如图4B所示的透镜62′，可以在固定环60′上方配置多个导杆64，最好为三个，各相隔120度的角度，如图4C所绘示的图4B的上视图所示。藉此，可以在将塑料透镜射出时，以固定环60′与导杆64挟持住透镜62′，以避免射出塑料透镜的过程中，透镜移位。如上所述，同理，由于透镜32的侧缘32a与铅垂线倾斜一角度θ，所以形成后的塑料透镜42便可以藉此将透镜32紧紧抓持住，而不脱落，且有较好的接合效果。并且，制造的步骤简单，可以降低成本。并且维持复合透镜的光学品质。

综上所述，本发明的复合透镜的制作方法与现有技术相比之下至少具有下列的优点与功效：

依据本发明的复合透镜的制作方法，其仅需简单的工艺便能制作出接合度好且光学性质好的复合透镜。

依据本发明的复合透镜的制作方法，其不需要接着剂或耦合剂，便能将两种不同材质的透镜接合一起，工艺也可以简化。

依据本发明的复合透镜的制作方法，其透镜的侧缘与铅垂线倾斜一角度，所以形成后的塑料透镜便可以藉此将透镜紧紧抓持住，而不脱落，结构比现有技术简单，而容易制作。因此，成本可以降低。

综上所述，虽然本发明已结合一优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求所界定。

Claims

1．一种复合透镜的制作方法，包括：

将一固定环配置于一模具中，该固定环具有一内缘，且该内缘向该固定环的几何中心倾斜；

将一透镜置放于该固定环内，并藉由该固定环的该内缘嵌住该透镜的一侧缘的一部分，其中该固定环的该内缘的倾斜度设计成与该透镜的该侧缘一致，其中该固定环的厚度小于该透镜的厚度；

将一透镜原料置放入该模具中，并覆盖该透镜与该固定环；

将一上模具置放于该透镜原料上方，并调整该上模的位置；以及

进行一热处理，使该透镜原料硬化成形，以形成该复合透镜。

2．如权利要求1所述的复合透镜的制作方法，其中该固定环与该模具一体成型。

3．如权利要求1所述的复合透镜的制作方法，其中该透镜具有一第一光学面与一第二光学面，分别配置于该透镜的该侧缘的两边缘，其中该侧缘与该透镜的镜心铅垂线倾斜一角度，使该第二光学面的外径小于该第一光学面的外径。

4．如权利要求3所述的复合透镜的制作方法，还包括在该透镜的该第一光学面与该侧缘，以该透镜的镜心铅垂线为准，形成一倒角。

5．如权利要求1所述的复合透镜的制作方法，其中该透镜为玻璃类材料。

6．如权利要求1所述的复合透镜的制作方法，其中该透镜原料为塑料类材料。

7．一种复合透镜的制作方法，包括：

将一上模置放于该透镜上方，并调整该上模的位置；以及

以射出成型方式，将一透镜材料射出于该固定环、该透镜与该上模之间，形成该复合透镜。

8．如权利要求7所述的复合透镜的制作方法，其中该固定环与该模具一体成型。

9．如权利要求7所述的复合透镜的制作方法，其中还包括以下步骤：

在该固定环上配置多个导杆，且各该些导杆与该透镜的该例缘部分接触，藉以固定住该透镜。

10．如权利要求9所述的复合透镜的制作方法，其中该些导杆以等角度方式配置于该透镜的周围。

11．如权利要求10所述的复合透镜的制作方法，其中该些导杆的数目为三个，且彼此相隔120度。

12．如权利要求7所述的复合透镜的制作方法，其中该透镜具有一第一光学面与一第二光学面，分别配置于该透镜的该侧缘的两边缘，其中该侧缘与该透镜的镜心铅垂线倾斜一角度，使该第二光学面的外径小于该第一光学面的外径。

13．如权利要求12所述的复合透镜的制作方法，还包括在该透镜的该第一光学面与该侧缘，以该透镜的镜心铅垂线为准，形成一倒角。

14．如权利要求7所述的复合透镜的制作方法，其中该透镜为玻璃类材料。

15．如权利要求7所述的复合透镜的制作方法，其中该透镜原料为塑料类材料。

16．一种复合透镜的制作方法，用以将一透镜原料形成于一透镜上，其中该透镜具有一第一光学面与一第二光学面，分别配置于该透镜的该侧缘的两边缘，其中该侧缘与该透镜的镜心铅垂线倾斜一角度，并且该透镜原料所形成的镜材仅包覆该透镜的该第一光学面与该侧缘的一部分。

17．一种复合光学元件，包括一玻璃透镜与一塑料部分，其中该透镜具有一第一光学面与一第二光学面，以及两个侧缘，其中所述侧缘与所述玻璃透镜的镜心铅垂线倾斜一角度，所述塑料部分包覆所述玻璃透镜的第一光学面与所述两个侧缘的一部分，从而藉由所述的角度，使所述玻璃透镜和所述塑料部分卡合在一起。