CN1719297A - 制造具有保持器的光学部件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造具有光学元件和连接到光学元件的保持器的光学部件的方法，包括步骤：将用于光学元件的毛坯插入到保持器的通孔中，其中所述通孔具有狭窄部分，在该狭窄部分处防止毛坯通过通孔；在毛坯被插入到通孔中的状态下，从毛坯上侧抽吸至少毛坯；将保持器和毛坯同时传送到模制装置；将毛坯放置到模制装置的模制表面上；和在模制装置中加热和加压毛坯，从而使毛坯变形，以获得预定的光学表面，并将毛坯压配合到保持器的内表面上。
Description
技术领域
本发明涉及通过压模(die molding)制造光学部件的方法，尤其涉及一种光学部件和保持器整体模制的制造方法。
背景技术
诸如透镜之类的光学部件(或光学元件)经常被装在由金属等制成的保持部件(保持器)中使用。光学部件的功能会受到污点或划痕的损害，因而很难处理光学部件。当预先设置保持器时，不需要直接接触光学部件来处理光学部件，并且，在将部件结合到机器等中的步骤中也不需要直接接触光学部件来处理光学部件，从而可减少污点或擦伤的出现。
在具有光学元件和保持器的光学部件中，诸如透镜等光学元件由玻璃、树脂或类似物制成，并被固定到保持器中，保持器和光学元件可分别制成然后通过粘接固定在一起。作为选择，这样的具有保持器的光学部件有时通过下述方法制成：其中，用于光学元件的毛坯在保持器中被加压和变形，在压力固定到保持器的同时形成光学表面(例如，JP-A-61-114822和JP-A-3-265529)。
图1A至1D示出了通过这样的模制方法生产非球面透镜的传统过程。下文中，相同的部件用相同的附图标记表示，对它们的描述将被省略。如图1A所示，首先，下模12被结合在圆筒模10中，模制表面15朝上。在下模中，形成台阶13，下部14具有较大的直径。作为辅助件的圆柱形内套筒18放置在台阶13上。在这种状态下，首先，由金属制成的透镜保持器130从圆筒模10的上部插入，并放置在内套筒18的预定位置上。如图1B所示，然后，透镜毛坯120被插入到透镜保持器130的通孔中，并被放置到下模12的模制表面15上。
透镜毛坯120由玻璃材料制成，并被加工成如图2A所示的球形形状。透镜保持器130具有如图2B所示的圆筒形状，并包括具有圆形横截面的通孔。通孔的内径B必须大于透镜毛坯120的直径A。A和B之间的关系必须被设计成在成形后透镜与透镜保持器紧密接触，不产生过多的毛坯。
在这种状态下，如图1C所示，上模116被插入并下降到圆筒模10的上部，以挤压通过加热到预定温度而软化的透镜毛坯120。作为上述过程的结果，如图2A和2B所示，由下和上模12和116的形状限定的模制产品122以及透镜保持器130被形成。模制产品122被固定到透镜保持器130上，但不固定到预先经受释放过程的下和上模12和116上，模制产品可从模具脱离。
在完成模制过程后，如图1D所示，上模被除去，具有保持器的非球面透镜150被取出。新制备保持器和透镜毛坯，执行相同的过程，从而可重复地生产具有保持器的非球面透镜。根据该装置，仅有上模被取出，其它部件不需要被重新组装。因此，能够在短时间内进行重复生产。
透镜保持器通常被传送到内套筒上，同时被机械抓取或通过真空被抽吸。透镜保持器130具有通孔136。因此，为了机械抓持透镜保持器，采取如下装置，诸如镊子状的抓取工具160抓取如图3A所示的外周部分132，或者所述工具向外推内周部分134以保持透镜保持器，如图3B所示。
当采用真空抽吸时，选择如下方法，例如，在抽吸口180与侧面132接触的同时执行抽吸，如图3C所示，或者，在抽吸口180与端面138接触时执行抽吸，所述端面138从中心偏离并具有小的面积。
在传统方法中，需要两次传送工作，即放置透镜保持器到内套筒上，然后将透镜毛坯传送到透镜保持器通孔中的下模表面上。因此，存在工作效率低的问题。
如图3A至3D所示的每个透镜保持器传送方法存在着问题。在图3A所示的方法中，抓取工具160被放置到透镜保持器130的外侧，因此，在透镜保持器130的外径和圆筒模的内周的直径之间必须形成允许抓取工具160通过的空间。上和下模等相应地必须以较大尺寸生产，生产装置的成本增加。在图3B所示的方法中，透镜保持器被不稳定地保持，从而在传送过程中容易掉落。
在如图3C所示的透镜保持器130的侧面132被抽吸的情况下，透镜保持器必须在圆筒模中旋转90度，容易出现如图4所示的透镜保持器130不适当的放置的问题。在图3D所示的情况下，抽吸口180必须紧靠圆筒模的内周面插入。因此，有必要提供用于插入的空间，保持很容易不稳定。因此，在这种情况下，也容易出现如图4所示的问题。
发明内容
本发明被开发以解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种生产方法，其中，诸如透镜毛坯等用于光学元件的毛坯以及诸如透镜保持器之类的保持器可被同时且稳定地放入模具中并正确地安装在其中。本发明的另一个目的是提供一种生产方法，其中不需要专门的空间用于将光学部件的保持器放置到模具中，因而可防止生产装置的尺寸增加。
本发明提出的制造具有光学元件和连接到光学元件的保持器的光学部件的方法基本上以下列步骤实施：将用于光学元件的毛坯插入到保持器的通孔中，其中所述通孔具有狭窄部分，在该狭窄部分处防止毛坯通过通孔；在毛坯被插入到通孔中的状态下，从毛坯上侧抽吸至少毛坯；将保持器和毛坯同时传送到模制装置；将毛坯放置到模制装置的模制表面上；和在模制装置中加热和加压毛坯，从而使毛坯变形，以获得预定的光学表面，并将毛坯压配合到保持器的内表面上。
根据该方法，当只有毛坯被抽吸并被提升时，毛坯被保持器的通孔的狭窄部分挡住，因此保持器也可以一起被提升。当毛坯和保持器被抽吸到一起时，毛坯不会从保持器滑脱，因为在保持器的通孔中存在狭窄部分。
因此，毛坯和保持器可被同时且稳定地放置到模制装置中，并被正确地放置。抽吸口的外径可被制造得小于保持器的外径，因此不需要用于将抽吸口插入到模制装置中的专门空间。在说明书中，向上表示与重力作用方向相反的方向。
优选的是，模制装置被固定，用于将保持器相对于模制表面固定到预定位置的具有通孔的辅助部件被设置在模具上，被传送的保持器被放置在辅助部件上的预定位置处。
根据该构造，被同时传送的毛坯和保持器可同时分别被正确地放置在被固定的模制装置和辅助部件上，可容易地生产具有保持器的光学部件，其中光学部件被正确地固定到保持器的预定位置。
保持器的通孔具有圆形截面形状，朝向通孔的中心突出的部分被设置到通孔的内周面的一部分中，在该部分中的通孔的截面形状是中心对称的，经过中心的距离的最小值小于毛坯的外形的最大值。
在通孔的截面形状是圆形的情况下，当上述关系被建立时，毛坯不会从保持器滑脱。当通孔是中心对称时，在毛坯被抽吸和提升的情况下，保持器的端面可被容易地保持到接近水平状态，毛坯能够被正确地放置在模制装置中。
优选的是，毛坯是圆形的、圆柱形的或椭球形的。在毛坯具有这样的形状的情况下，当光学元件如透镜一样为轴对称时，容易构造与保持器紧密接触的模制产品。这里，在由通常的模制过程引起的形状误差的数量级上的变形就诸如“圆形”的形状而言不予考虑。
根据本发明的制造方法，用于诸如透镜之类的光学元件的毛坯、以及诸如透镜保持器之类的保持器可被同时且稳定地放入模制装置中并被正确地安装在其中。因此，可提高具有保持器的光学部件的生产效率。仅有放置在保持器通孔中的毛坯被抽吸，以原样被放入模制装置中。因此，不需要用于将抽吸工作插入模制装置中的专门空间，可防止模制装置的尺寸增加。
附图说明
图1A-1D示出了生产具有保持器的透镜的传统过程；
图2A和2B示出了透镜毛坯和透镜保持器的传统例子；
图3A-3D示出了传送透镜保持器的传统方法；
图4示出了在传统生产方法中的问题；
图5A和5B示了在本发明中的透镜毛坯和透镜保持器的例子；
图6示出了在本发明中传送透镜保持器和透镜毛坯的方法；
图7A-7C示出了抽吸装置的抽吸口的剖面图；
图8示出了根据本发明的模制装置；
图9示出了本发明的模制透镜的过程；
图10A和10B示出了透镜毛坯的形状的其它例子；和
图11A和11B示出了透镜保持器的形状的其它例子。
具体实施方式
下文将具体描述利用本发明的生产方法制造具有保持器的非球面透镜的方法。
在模制透镜的过程中使用的模制装置基本上类似于图1A-1D示出的传统装置，其用两个模具压透镜毛坯以使其变形，从而形成作为光学元件的透镜。因此，模具的模制表面根据非球面透镜的指定表面形状被预先加工。
在透镜毛坯和透镜保持器被插入前的状态下，如图1A所示，下模12(其构成模制装置的一部分)被插入到圆筒模10的通孔中，并被放置以使模制表面15朝向上方。下模12在模制过程中不移动。下模12具有位于模制表面15之下的台阶13。比台阶13低的下部14的截面积大于具有模制表面15的上部的截面积。具有通孔并且作为辅助部件的内套筒18被放置到台阶13上。这时，下模12的上部被插入到内套筒18的通孔中。
在这种状态下，利用本发明的方法将透镜毛坯(毛坯)和透镜保持器(保持器)装入到模具中。
透镜毛坯20由玻璃材料制成，并预先加工成如图5A所示的球形形状(具有直径A)。
所用的透镜保持器30由如图5B所示的金属材料和圆筒制成，并具有截面为圆形的通孔。为了仅将透镜毛坯插入，可使用如图2B所示的传统例子的形状。为了采用本发明的生产方法，透镜保持器30的通孔必须部分地做窄以使透镜毛坯不能通过。
在图5B所示的例子中，设置向内突出部分33以使通孔的直径在一个端部减小，或者通孔的一部分被做窄以小于另一部分。当如图5A所示的被模制成直径为A的球形形状的物体被用作透镜毛坯20时，透镜保持器30的通孔中的狭窄部分的直径C被制成小于透镜毛坯20的直径A(C＜A)。当然，将要插入透镜毛坯20的部分中的通孔的直径B必须大于透镜毛坯的直径A。
透镜毛坯20和透镜保持器30被放置到图6所示的托垫70上时被制备。托垫70具有多个凹部或孔部72，在每个孔部72中，在支撑球面透镜毛坯20的部分和支撑透镜保持器30的部分之间形成台阶，从而多个透镜毛坯和透镜保持器可以在放置在托垫上的同时被保持。如图6所示，透镜保持器30被放置在托垫上，而通孔的狭窄侧位于上侧以便覆盖球面透镜毛坯20。
在每个透镜毛坯20被插入到对应的透镜保持器30的通孔中的状态下，在托垫70上布置多对透镜毛坯20和透镜保持器30。通过这样制备托垫70，可连续地制造大量光学部件。
在模制步骤的初始阶段，位于托垫上的透镜毛坯20和透镜保持器30被同时传送到模制装置中。通过抽吸进行所述传送。如图7A所示，抽吸装置的抽吸口80具有扁平端面82，所述端面具有需要的垂直度。在使用如图7B所示的外径大致等于透镜保持器30的外径的抽吸口80的情况下，透镜毛坯和透镜保持器被一起抽吸。即使进行这样的抽吸时，透镜毛坯20也不会从透镜保持器30滑脱，因为透镜保持器的通孔的上端较窄。
在使用外径小于透镜保持器通孔的直径的抽吸口84的情况下，只有透镜毛坯20被抽吸。即使只有透镜毛坯20被抽吸以被提升时，透镜保持器30被透镜毛坯20抓住而不会掉落，因为透镜保持器30的通孔的上端较窄。
在两种情况下，透镜毛坯20和透镜保持器30可被同时移动到圆筒模10内的预定位置，如图6所示。当抽吸在该位置被取消时，或者当在某些情况下执行反冲过程时，透镜毛坯20和透镜保持器30从抽吸口80的端面分开。结果，透镜毛坯20和透镜保持器30被同时精确地分别设置到下模12的模制表面和内套筒18上的预定位置。
之后，上模(第二模具)16被插入和下降到圆筒模10中，并使模制表面朝下，如图8所示。透镜毛坯20被加热到毛坯被软化的温度，并在上下模具16、12之间被挤压。当透镜毛坯20的体积被预先设定到预定值时，透镜毛坯20通过挤压发生变形，结果获得与透镜保持器30的内周面紧密接触的模制产品22，并且模制产品22被模制成由模具的模制表面限定的非球面透镜的表面形状，如图9所示。
图9示出了平凸透镜的模制，其中，下模12的模制表面是非球形的，上模16的模制表面是平的。然而，这只是一个例子。作为选择，下模可具有平面，上模可具有非球面，或者透镜的两个面均为凸的。
在模制产品22被形成并压配合到透镜保持器30上后，模制产品22被抽吸和从圆筒模10移去。这样的抽吸传送以类似于图6和7所示的将透镜毛坯20和透镜保持器30传送到圆筒模10中的方式被进行。由于模制产品22与透镜保持器30整体形成，因此即使仅有模制产品22被抽吸以便被提升，透镜保持器30也可以固定到模制产品22上并且不会掉落。
上述的实施例可以获得以下的效果。
(1)使抽吸操作能够进行的真空条件通过用透镜毛坯关闭透镜保持器的通孔来获得。与透镜毛坯同时，透镜保持器可被沿着朝向通孔的方向抽吸。因此，透镜毛坯和透镜保持器可被同时传送。
(2)由于抽吸口的端面的外径可以制成等于或小于透镜保持件的外径，可插入透镜保持器的空间足以进行传送和插入。
(3)在抽吸过程中，通过使抽吸口的端面与透镜保持器的端面对接，来实现定位和固定。因此，在透镜保持器被设置在模具中时，可在位置和倾斜度方面获得高的精度。
除了非球面透镜和球面透镜外，上述生产方法也可以应用于具有保持器的光学部件。这样的光学部件的例子有菲涅尔透镜，其具有小凹陷和凸起结构，诸如衍射光栅等衍射光学元件，以及棱镜。
毛坯的形状不限于球形形状，可以是圆柱形或盘形，如图10A所示，椭球状，如图10B所示，等等。在这种情况下，圆柱或圆盘的直径被认为等价于如图5A所示的球的直径A，如图5B所示的保持器的狭窄部分中的通孔的直径C要求满足关系式C＜A。在椭球体的情况下，最大宽度被认为是A，同样适用上述情况。
保持器的通孔的截面形状不一定是圆形，取决于将被保持的光学元件的形状。然而，为了执行压力模制，优选截面形状是中心对称的。
通孔的狭窄部分不一定总是具有与通孔的其它部分的截面类似的形状，像在图5B所示的保持器30的情况。通孔需要具有这样的结构：其中，毛坯至少在一个方向上不能线性地通过通孔。
例如，如图11A所示的保持器230的情况，朝向中心突出的多个凸部233可以设置在通孔的内周面上，以便相对于通孔的中心对称。在凸部的尖端之间的距离，即经过中心的距离的最小值被表示为D。当满足关系式D＜A时，毛坯不能通过通孔。作为选择，如图11B所示的保持器330的情况，开口333可以具有方形截面形状。并且在替代方案中，当经过通孔中心的方形开口的距离的最小值用E表示时，E要满足关系式E＜A。
可采用其它的形状使通孔变窄。为了防止毛坯倾斜或位移，优选采用相对于通孔的中心对称的形状。
Claims (7)
1.一种制造具有光学元件和连接到所述光学元件的保持器的光学部件的方法，包括下列步骤：
将用于光学元件的毛坯插入到保持器的通孔中，其中所述通孔具有狭窄部分，在该狭窄部分处防止所述毛坯通过所述通孔；
在所述毛坯被插入到所述通孔中的状态下，从所述毛坯上侧抽吸至少所述毛坯；
将所述保持器和所述毛坯同时传送到模制装置；
将所述毛坯放置到所述模制装置的模制表面上；和
在所述模制装置中加热和加压所述毛坯，从而使所述毛坯变形为具有预定的光学表面的所述光学元件，并将所述毛坯压配合到所述保持器的内表面上。
2.根据权利要求1所述的制造光学部件的方法，其中所述模制装置被固定，具有通孔的用于将所述保持器相对于所述模制表面固定到预定位置的辅助部件被设置在所述模制装置的模具上，所述保持器被传送到所述辅助部件上的预定位置处。
3.根据权利要求1所述的制造光学部件的方法，其中所述保持器的所述通孔具有圆形截面形状，朝向所述通孔的中心突出的部分被设置到所述通孔的内周面的一部分中，在所述部分中的所述通孔的截面形状是中心对称的，经过中心的距离的最小值小于所述毛坯的外形的最大宽度。
4.根据权利要求3所述的制造光学部件的方法，其中所述毛坯是圆形的、圆柱形的或椭球形的。
5.根据权利要求4所述的制造光学部件的方法，其中所述光学部件是透镜。
6.根据权利要求1所述的制造光学部件的方法，其中在形成所述光学元件并将其压配合到所述保持器上之后，所述光学部件被抽吸并从所述模制装置移去。
7.根据权利要求1所述的制造光学部件的方法，其中在每个毛坯被插入到相应的保持器的通孔中的状态下，多对毛坯和保持器被布置在托垫上。
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