CN1318757A - 复合透镜和形成该透镜的方法 - Google Patents

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Abstract

在将可用紫外线照射而固化的紫外线固化树脂制成的非球面复合层用成形模具转移到凸透镜的一个表面上的复合透镜形成方法中,成形模具由使紫外线透过的材料制成,并且通过从成形模具一侧加紫外线在凸透镜上转移出复合层并用透过成形模具的紫外线固化紫外线固化树脂。

Description

复合透镜和形成该透镜的方法
本发明涉及复合透镜和复合透镜的形成方法，其中非球面复合层由紫外线固化树脂构成。更具体地讲，本发明涉及复合透镜的形成方法，其中用于形成非球面复合层的成形模具使紫外线透过，并在不对透镜的曲面等造成任何影响的情况下通过从成形模具一侧将紫外线加到树脂上并因而固化树脂而形成精确的非球面复合层。
传统上，所谓复合透镜其非球面复合层形成在用作母材料的光学玻璃的单透镜上，这种复合透镜作为一种以相对低的成本形成非球面透镜的方法具有商业意义上的实用性。该复合透镜通过把由紫外线固化树脂构成的非球面复合层转移到光学玻璃制成的单透镜的透镜表面而制成。
图13显示了传统复合透镜的形成方法。在该方法中，在预定数量的紫外线固化树脂32被注入模具30的镜面抛光的转移面31上以形成非球面复合层之后，将凸透镜33置于模具30中并用支撑架34将其固定。转移面31因而完全被紫外线固化树脂32填充。在此状态下当按预定时间从凸透镜33一侧施加紫外线UV时，紫外线固化树脂32被穿过凸透镜33的紫外线固化，并随着非球面复合层转移到凸透镜33而形成复合透镜。
因为模具30具有极佳的可加工性和耐用性，上述方法使得可以以相对低的成本生产精密的复合透镜。然而，由于凸透镜33随光学玻璃的类型而有时紫外线穿透性差，所以需要过长的时间固化紫外线树脂32并因而降低生产力。因为这个原因，适用的光学玻璃的类型有限，这一点减少了设计的自由度。
由于紫外线固化树脂32由从凸透镜33一侧施加并穿过凸透镜的紫外线UV固化，所以紫外线UV易受透镜的曲率的影响。例如，由于凸透镜33有聚光功能，施加的紫外线UV会聚于凸透镜33的中心，如图13所示，并且那里的强度分布不均匀。由于这个原因，所以紫外线固化树脂32不是被均匀地固化，因而难以制成精密的复合透镜。
本发明的目的是克服上述问题，其一个目的是提供一种复合透镜和一种复合透镜的形成方法，其中在不受光学玻璃的类型和曲率的影响情况下通过有效而均匀地固化紫外线固化树脂而制成精密的复合透镜。
为了达到上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种复合透镜的形成方法，其中成形模具由透光材料制成，并且通过从成形模具一侧施加光线并由透过成形模具的光线固化可光固化的树脂而将复合层转换于透镜上。
按照上述的复合透镜形成方法，由于可光固化的树脂可以由从成形模具一侧施加的光线进行固化，所述光线不受透镜曲率的影响，且可用有均匀强度分布的光线照射可光固化的树脂。
按照本发明的另一方面，提供了一种复合透镜，其中透镜的框架与复合层形成一个整体。在这种情况下，有可能省略将透镜框架装配到复合透镜的后继步骤，以减少部件的数目，并减少复合透镜的成本。
由以下参照附图对最佳实施例的描述，本发明的进一步的目的、特性和优越性将变得很明显。
图1是显示利用凸透镜形成复合透镜的方法的说明图。
图2是从图1所示成形模具取出的复合透镜的横截面图。
图3是显示利用凹透镜形成复合透镜的方法的说明图。
图4是从图3所示成形模具取出的复合透镜的横截面图。
图5是显示有凸透镜的复合透镜的形成方法的说明图，其中利用用遮光层而形成不具有复合层的部分。
图6是从图5所示成形模具取出的复合透镜的横截面图。
图7是显示有凹透镜的复合透镜的形成方法的说明图，其中利用用遮光层而形成不具有复合层的部分。
图8是从图7所示成形模具取出的复合透镜的横截面图。
图9是显示一种形成复合透镜的方法的说明图，其中复合层与透镜架相组合。
图10是从图9所示成形模具取出的复合透镜的横截面图。
图11A是显示一种形成复合透镜的方法的说明图，其中紫外线固化树脂的入射表面不平坦以便使紫外线的强度有均匀分布；图11B是从图11A所示成形模具取出的复合透镜的横截面图。
图12显示紫外线的强度分布。
图13是显示传统的复合透镜形成方法的说明图。
以下是参照附图对按照本发明的复合透镜及其形成方法的最佳
实施例的描述。
图1显示用成形模具将非球面复合层转移到由光学玻璃制成的凸透镜的一个表面的复合透镜形成方法。成形模具1是由使波长范围例如200nm到400nm的紫外线透过的材料诸如BK7或BSC7制成。成形模具1的较低表面是平坦的以便作为紫外线的入射表面1a。
成形模具1具有用于在其上形成非球面复合层的平滑的凹形转移面2。在转移面2的外周边，形成环形接收面2a以便在其上放置后文所描述的凹透镜。当预定数量的非球面复合层材料即紫外线固化树脂被注入到转移面2之后，由光学玻璃制成的凸透镜4被置于成形模具1上并用支撑架5和固定装置(未示出)固定。紫外线固化树脂3a因而完全填充转移面2和凹透镜4之间的整个空间。从转移面2溢出的部分紫外线固化树脂3a流过接收面2a和凸透镜4之间的接合面并从凸透镜4与支撑架5之间的间隙7流出。所述紫外线固化树脂3a是可以用200nm到400nm波长范围内的紫外线进行固化的例如丙烯酸的或环氧的透明树脂。
当在凸透镜4置于成形模具1上的情况下从成形模具1的入射面1a一侧加紫外线UV时，紫外线UV平行地从入射表面1a进入成形模具1。因此紫外线固化树脂3a被均匀地照射和固化。通过上述步骤，形成了图2所示的复合透镜8，其中在转移非球面复合层3的同时在凸透镜4外周边的3b部分没有非球面复合层。没有非球面复合层的3b部分使得复合透镜8可用来支撑或嵌塞透镜支架。
图3显示用成形模具在由光学玻璃制成的凹透镜的一个表面转换非球面复合层的复合透镜形成方法。在本实施例中，首先将凹透镜10置于支撑架11中，并将预定数量的紫外线固化树脂12a注入于凹透镜10上。然后，将具有凸转移面13的成形模具14从上方置于凹透镜10上并用支撑架11和固定装置(未示出)固定其上。
成形模具14由诸如BK7或BSC7的材料制成，所述材料以类似于上述的成形模具1的方式使200nm到400nm的波长范围的紫外线透过。成形模具14的上表面是平坦的以便作为紫外线的入射表面14a。所述紫外线固化树脂12a是可以用200nm到400nm波长范围内的紫外线进行固化的例如丙烯酸的或环氧的透明树脂。
通过将成形模具14置于凹透镜10上，使紫外线固化树脂12a填充凹透镜10和转移面13之间的整个空间。从转移面13溢出的部分紫外线固化树脂12a，从凹透镜10和支撑架11之间的接合面15流出。
在该情形下当从成形模具14的入射面14a一侧加紫外线UV时，紫外线通过入射表面14a平行地进入成形模具14。紫外线固化树脂12a因而被以均匀强度照射并固化。通过上述步骤，形成图4所示的复合透镜16，其中在凹透镜10的表面有转移的非球面复合层12。
图5显示按照图1所示的形成方法作修正的复合透镜的形成方法，其中成形模具1的转移面2的外周边敷有铝箔等制成的遮光层17，以便在凹透镜4的外周边形成没有非球面复合层的部分。在下文的描述中，与图1中相同的部件用同样的标号表示。
当从成形模具1的入射表面1a一侧加紫外线UV时，紫外线从入射表面1a平行地进入成形模具1。在此情形下，位于没有形成遮光层17的部分的紫外线固化树脂3a被固化形成复合层，而位于形成有遮光层17的部分的其余紫外线固化树脂不被紫外线UV照射并且不被固化。因此，从成形模具1中取出凹透镜4，然后通过例如擦或洗来除去紫外线固化树脂3a的未固化部分，形成了图6所示的转移有非球面的复合层3而在凸透镜4的外周边3b部分没有复合层3的复合透镜18。没有复合层的3b部分使复合透镜18可以用来嵌塞或支撑透镜支架，这提高了装配精度。
虽然遮光层17最好是具有高的遮光强度，但是只要未固化部分的固化度不超过5％，紫外线固化树脂3a的未固化部分就可以容易地通过擦或洗从凸透镜4被除去。由于这个原因，遮光层17的遮光强度可基于未固化部分的固化程度来确定。例如，当用紫外线照射的紫外线固化树脂3a的固化度达到大约50％时，只要遮光层17的遮光强度不超过1/10就令人满意。
图7显示一种复合透镜的形成方法，其中成形模具1的转移面2的外周边部分敷有由铝箔等制成的遮光层19以便在凹透镜20的部分表面不形成非球面复合层。在下文的描述中，与图5中相同的部件用同样的标号表示。
在此情形下，当从成形模具1的入射表面1a一侧加紫外线UV时，位于没有形成遮光层19的部分的紫外线固化树脂3a部分被固化而形成复合层。其余位于遮光层19处的紫外线固化树脂3a部分不被紫外线UV照射并且不被固化。紫外线固化树脂3a的未固化部分通过擦或洗被除去。通过以上步骤，形成了图8所示的复合透镜21，其中有转移的非球面复合层3而在凹透镜20外周边的3b部分没有复合层。
图9显示了非球面复合层和透镜支架被同时一起形成的复合透镜形成方法。该方法所用的成形模具22以与上文类似的方式使紫外线透过，并且其下表面被制成平坦的以便作为紫外线的入射表面22a。
成形模具22包括用于形成非球面复合层的凹形转移面23，和与转移面23的外周边相连的透镜框架成形模具24。预定数量的紫外线固化树脂3a被注入到转移面23上。于是，由树脂材料制成的并与凸透镜25相组合的具有穿孔26a的透镜框架26被压紧和置于成形模具22上，并用固定装置(未示出)固定其上。因此紫外线固化树脂填充转移面23和凸透镜25之间的整个空间，流入透镜框架成形模具24，并从透镜框架26穿孔26a溢出以形成圆顶帽的形状。
然后从成形模具22和凸透镜25两侧加紫外线UV，使紫外线固化树脂3a固化。结果是形成了图10所示的复合透镜28，其中在凸透镜25上转移出非球面复合层3并且由从非球面复合层3伸出的固化了的树脂27形成整体的透镜框架26。由于这样形成的复合透镜28可以用透镜框架26装配到透镜筒，就有可能省略过去将透镜支撑装配到复合透镜的步骤因而降低成本。
图11A和11B显示按照图1所示方法的修正方案的复合透镜的形成方法，其中成形模具1具有曲面形入射表面1b，使得紫外线的照明度分布随紫外线固化树脂3a的厚度而不同。在此情形下，在成形模具1的转移面2上的紫外线固化树脂3a的厚度从中心向外周边增加。因此，入射表面1b的形状类似于凸透镜以便紫外线在中心有低的照明度而在外周边有高的照明度，如图12所示。
通过这样做，从入射表面1b入射的紫外线UV可以均匀地固化整个紫外线固化树脂3a。这使得有可能形成如图11B所示的其中转移有精确的非球面复合层3的复合透镜。
更有效的方法是在上述成形模具1的入射表面上涂敷对波长范围200nm至400nm的紫外线有最高透过率的减反射薄膜。单层类型的减反射薄膜由例如具有约1.38折射率的二氟化镁(MgF2)制成。为了使波长约300nm处的透过率最高，薄膜的厚度设定为大约54nm。
双层类型的减反射膜由诸如以下的组合构成：二氧化铪(HfO2)和二氟化镁(MgF2)，二氧化钛(TiO2)和二氟化镁(MgF2)，五氧化二钽(Ta2O5)和二氟化镁(MgF2)，或二氧化锆(ZrO2)和二氟化镁(MgF2)。在这些组合中，二氟化镁(MgF2)可以由二氧化硅(SiO2)代替。
通过如上所述地在入射表面形成减反射膜，与没有减反射膜的情形相比，可能提高到达紫外线固化树脂的紫外线强度，以减少固化时间，提高复合透镜的生产力。
由于非球面复合层由可用紫外线固化的合成树脂构成，所以可使用市场上有的树脂材料和紫外灯产品。这样可以以低成本生产复合透镜。
如上所述，在本发明的复合透镜的形成方法中，成形模具由透光材料制成，光线从成形模具一侧施加，可光固化的树脂由透过成形模具的光线固化，并将复合层转移到透镜。因此，光线不受透镜曲率的影响，并以均匀强度照射可光固化的树脂。这样就可能产生可光固化树脂被均匀固化的精密复合透镜。
由于成形模具由可透过至少200nm至400nm波长范围的紫外线的材料制成，所以有可能以低成本用市场上有的便宜材料制成成形模具。
通过在成形模具的一部分形成遮光层，可容易地形成没有复合层的部分。这提高了将透镜框架装配到复合透镜的精确度。
由于在成形模具的光入射表面形成减反射膜、使其在光波长从200nm到400nm范围有最高的透过率，因而有可能减少可光固化树脂的固化时间并提高形成复合透镜生产能力。
由于成形模具的入射表面不平坦、使得施加在可光固化树脂的光线有不均匀的强度分布，因而甚至当可光固化树脂的厚度不均时也有可能不引起非均匀固化而形成精确的复合层。
由于与复合层一起形成透镜框架，所以有可能省略将透镜框架装配到复合透镜的步骤并以低成本生产出有透镜框架的复合透镜。
由于复合层是非球面的，所以有可能减小复合透镜的象差并提高把复合透镜装配到一个单元时的象差校正能力。
此外，由于复合层是由可被从200nm至400nm波长范围的紫外线固化的紫外线固化树脂制成，可以使用市场上有的材料和紫外灯。这使得有可能以低成本生产复合透镜。
虽然参照目前认为的最佳实施例对本发明进行了描述，但是需要明白的是本发明并不局限于已提示的实施例。相反，本发明的意图是覆盖包括在后附的权利要求书的精神和范围内的各种修正和等效的方案。以下的权利要求书将符合最广义的解释以便包含所有这类修正和等效的结构和功能。

Claims (10)

1．利用成形模具在单个透镜的至少一个表面将可用光线照射而进行固化的可光固化的树脂转换为复合层的复合透镜的形成方法，其中，所述成形模具由透光材料构成，通过从成形模具一侧施加光线并由透过所述成形模具的光线固化所述可光固化的树脂而将所述复合层转移到所述单个透镜上。
2．按照权利要求1的复合透镜形成方法，其特征在于：所述成形模具由至少在200nm至400nm波长范围内透光的材料制成。
3．按照权利要求1的复合透镜形成方法，其特征在于：在所述成形模具的一部分形成遮光薄膜以便在所述单个透镜的与所述遮光薄膜相对应的部分不形成遮光薄膜。
4．按照权利要求1的复合透镜形成方法，其特征在于：在所述成形模具的光入射表面形成对波长范围200nm至400nm内的光线有最高透过率的减反射膜。
5．按照权利要求1的复合透镜形成方法，其特征在于：所述成形模具的光入射表面不平坦以便施加在所述可光固化树脂上的光线有非均匀的强度分布。
6．按照权利要求1的复合透镜形成方法，其特征在于：所述复合层是非球面的。
7．按照权利要求1的复合透镜形成方法，其特征在于：所述复合层由可用波长范围200nm至400nm内的紫外线固化的紫外线固化树脂构成。
8．通过在单个透镜的至少一个表面用成形模具转移由可通过光线照射而固化的可光固化树脂构成的复合层而形成的复合透镜，其特征在于：透镜框架与所述复合层形成一个整体。
9．按照权利要求8的复合透镜，其特征在于：所述复合层是非球面的。
10．按照权利要求8的复合透镜，其特征在于：所述复合层由可用200nm至400nm波长范围的紫外线固化的紫外线固化树脂构成。
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