TWI287649B - Method of manufacturing an optical component having a holder - Google Patents

Description

1287649 . 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種經由模壓製製造一光學組件之方 法，且特別有關於一種光學組件與支座整體地被壓製之製 造方法。 【先前技術】

諸如一透鏡之光學組件（或光學元件），經常在被容納於 一由金屬等製成的固持構件（支座）中之情況下使用。光學 組件之功能會被污染或刮痕所損傷，因而難以操作光學組 件。當支座被預先地裝設時，不需要直接接觸光學組件來 操作光學組件，在結合組件進入機器等時亦然，因此，可 減少污染與刮痕的發生。 在具有光學元件與支座之光學組件中，光學元件係諸如 由玻璃、樹脂等所製成的透鏡且被固定至支座，支座與光 學元件可被分離地生產且然後再經由黏合固定在一起。或 者，該一具有支座的光學組件，有時係經由供光學元件用 的坯料在支座中加壓與變形、且光學表面係與壓入固定至 支座同時地形成的方法所製造（例如，J P - A - 6 1 - 1 1 4 8 2 2與 JP + 3 - 2 6 5 5 2 9 ) ° 圖1A至1D顯示經由該一壓製方法製造一非球面透鏡之 習知過程。於後，相同組件均給予相同元件符號，且其之 相同說明將予省略。如示於圖1A，首先，一下部模1 2被 結合在圓柱形筒形模1 0中，且向上導向壓製表面1 5。在 下部模中，形成一梯級1 3，且下部部位1 4具有較大直徑。 6 326\專利說明書(補件)\94-11\94123132 1287649 係一輔助構件的圓柱形内部套筒1 8被置於梯級1 3上。於 此狀態，首先，由金屬製成之透鏡支座1 3 0被自筒形模1 0 的上部部位嵌入，且放置在内部套筒1 8的預定位置處。如 示於圖1 B，然後，透鏡坯料1 2 0被嵌入透鏡支座1 3 0的通 孔内，且放置在下部模1 2的壓製表面1 5上。

透鏡坯料1 2 0係由玻璃材料製成，且被加工成為如圖2 A 所示之球面形狀。透鏡支座1 3 0具有如示於圖2 B之圓柱形 狀，且包括具有圓形剖面形狀之通孔。通孔的内部直徑 B 必須大於透鏡坯料1 2 0之直徑A。在A與B之間的關係必 須被設計使得在成型之後的透鏡可緊密接觸透鏡支座，且 不會產生過剩之坯料。 於此狀態，如示於圖1 C，上部模11 6被嵌入且下降進入 筒形模1 0之上部部位内，以壓入被加熱至預定溫度而軟化 的透鏡坯料1 2 0。經由前述程序之結果，如示於圖2 A與2 B， 形成由透鏡支座1 3 0及下部與上部模1 2、1 1 6的形狀所界 定之壓製製品1 2 2。壓製製品1 2 2被固定至透鏡支座1 3 0， 但未被固定至下部與上部模 1 2、1 1 6，其已預先進行釋放 處理加工且可被自模釋放。 在完成壓製加工之後，如示於圖 1 D，上部模被移除離 開，且具有支座之非球面透鏡1 5 0被取出。重新準備支座 與透鏡坯料，且進行相同程序，使得可重複地製造具有支 座之非球面透鏡。依據此一設備，僅有上部模被取出，且 其他構件不需要再被組裝。因而，可在短時間内重複製造。 透鏡支座通常被機械地抓握或真空吸入所吸取而運送 7 326\專利說明書(補件)\94-11 \94123132 1287649 至内部套筒上。透鏡支座130具有通孔136。為使機械地 抓握透鏡支座，採用諸如捏鉗狀抓握工具1 6 0抓握外部周 邊部位1 3 2，如示於圖3 A，或採用工具向外推擠内部周邊 部位1 3 4以固持透鏡支座，如示於圖3 B。 當使用真空吸入時，選擇諸如在吸入口 1 8 0係緊密接觸 側面1 3 2 (如示於圖3 C )時進行吸入的方法、或選擇在吸入 口係與自中心偏離且具有小面積之端面1 3 8接觸時進行吸 入的方法。

在習知方法中，需要放置透鏡支座至内部套筒上，且然 後運送透鏡坯料至透鏡支座的通孔中之下部模表面的二運 送工作。因而，造成工作效率不良之問題。 示於圖3A至3D的每一透鏡支座運送方法均有問題。在 圖3 A的方法中，抓握工具1 6 0被置於透鏡支座1 3 0外側， 且因而用以允許抓握工具1 6 0通過之空間必須被形成在透 鏡支座1 3 0的外部直徑與筒形模之内部周邊的直徑之間。 上部與下部模等必須被相對應地以較大尺寸製造，且因而 增加製造設備的成本。在圖3 B的方法中，透鏡支座被不穩 定地固持，且因而於運送期間易於掉落。 如示於圖3 C，在透鏡支座1 3 0的側面1 3 2被吸取之情況 中，透鏡支座必須在筒形模中旋轉 9 0 °，且易於發生如示 於圖4中的透鏡支座130之不當放置。在圖3D的情況中， 吸入口 1 8 0必須被嵌入近接於筒形模的内部周邊面。因 而，必須提供嵌入用的空間，且固持成為易於不穩定。結 果，於此情況中，亦易於發生如示於圖4之問題。 8 326\專利說明書(補件)\94-11 \94123132

1287649 . 【發明内容】 本發明係針對解決前述問題。本發明之一目的係提供 製造方法，其中諸如透鏡坯料之光學元件用的坯料及諸 透鏡支座的支座，可被同時地且穩定地置入壓製模内且 正確地安裝於其中。本發明之另一目的係提供一製造 法，其中不需要將供光學組件用之支座置入壓製模内的 殊空間，且因而可避免增加製造設備之尺寸。 一光學組件之製造方法，光學組件具有一光學元件及 裝附至光學元件之支座，包括下述步驟：將供光學元件 之坯料嵌入支座的通孔内，其中通孔具有一窄化部位， 料於窄化部位處被預防穿過通孔；在坯料被嵌入通孔内 狀態中，自坯料的上部側吸取至少該坯料；同時地運送 料與支座至壓製裝置；放置链料在壓製裝置之壓製表 上；及在壓製裝置中加熱且加壓坯料，使得坯料被變形 獲得預定光學表面且被壓入配合至支座的内部面。 依據本方法，當僅有被吸取之坯料被上昇時，坯料被 座的通孔之窄化部位所抓取，且因而亦可一起上昇支座 當坯料與支座被一起吸取時，因為支座之通孔中存在窄 部位，坯料不會自支座滑出。 因而，坯料與支座可被同時地且穩定地置入壓製模内 被正確地放置。吸入口的外部直徑可被製成小於支座， 而不需要供嵌入吸入口至壓製裝置内用的特殊空間。 此，向上代表相對於重力所作用的方向之方向。 較佳的，壓製裝置被固定，一具有用以固定支座至相 326\專利說明書(補件)\94-11 \94123132 9 如 被 方 特 被 用 链 的 坯 面 以 支 〇 化 且 因 於 關 1287649 於壓製表面的預定位置之通孔的輔助構件被裝設在一壓製 模上，且被運送之支座係被置於輔助構件上的預定位置。 依據此一配置，被同時地運送之坯料與支座可於同時被 個別地正確放置在固定壓製裝置與輔助構件上，且可輕易 地製造具有支座的光學組件，其中光學元件被正確地固定 至支座的預定位置。 支座之通孔具有圓形剖面形狀，朝向通孔之中心突出的 一部位係被裝設在通孔的一部份内部周邊面中，在該部位 Φ 中的通孔之剖面形狀係繞著中心為對稱的，且通過中心之 距離的最小值係小於坯料之外部形狀的最大值。 在通孔之剖面形狀係圓形的情況中，當前述關係已被建 立時，坯料不會自支座滑出。當通孔係中心對稱時，支座 之端面在坯料被吸取且上昇的情況中可被輕易地固持於大 約地水平狀態，且坯料可被正確地置於壓製裝置中。 較佳的，述料係圓形、圓柱形或扁球體的。在述料具有 該種形狀之情況中，當光學元件係相同於一透鏡地軸線對

稱時，可輕易組成與支座緊密接觸之壓製製品。於此，由 一般壓製處理所導致之形狀誤差量之變形，未被考慮在諸 如「圓形」之形狀定義中。 依據本發明之製造方法，供諸如一透鏡的光學元件用之 坯料及諸如一透鏡支座的支座，可被同時地且穩定地取入 壓製裝置内且被正確地安裝於其中。因而，可改善具有支 座之光學組件的生產效率。僅有被置於支座之通孔内的坯 料被吸取，且將之不變地取入壓製裝置内。因而，不需要 10 326\專利說明書(補件)\94-11\94123132 1287649 供一吸入工具嵌入壓製裝置内用的特殊空間，且可預防壓 製裝置的尺寸被增加。 【實施方式】 於後，將特別地說明使用本發明的製造方法製造一具有 支座之非球面透鏡的方法。 被使用於透鏡壓製之壓製裝置基本上係類似於示於圖 1 A至1 D的習知設備，經由二壓製模加壓一透鏡坯料以將 之變形，因而形成做為一光學元件之透鏡。因此，壓製模 Φ 之壓製表面均被依據所設計的非球面透鏡之表面形狀預先 地加工。

如示於圖1A，在透鏡坯料與透鏡支座被嵌入之前，下部 模 1 2 (其構成壓製裝置的一部份）被嵌入圓柱形筒形模 1 0 的通孔内，且被裝設使得壓製表面 1 5被導向在向上方向 中。下部模1 2在壓製加工期間不會移動。下部模1 2具有 在壓製表面1 5下方的梯級1 3。低於梯級1 3之下部部位1 4 的剖面區域係大於具有壓製表面1 5之上部部位。具有通孔 且係一輔助構件的内部套筒1 8被置於梯級1 3上。於此時， 下部模1 2的上部部位被嵌入内部套筒1 8之通孔内。 於此狀態，使用具本發明之特徵的方法，將透鏡坯料（坯 料）及透鏡支座（支座）裝載進入壓製模内。 透鏡坯料 2 0係由玻璃材料製成，且預先地加工成為如 示於圖5A中之球面形狀（具有直徑A)。 所使用之透鏡支座3 0係由金屬材料製成為如圖5 B所示 之圓柱形，且具有一圓形剖面形狀之通孔。為使僅允許透 11 326\專利說明書(補件)\94-11 \94123132 1287649 鏡坯料被嵌入，可使用諸如示於圖2 B中之習知範例形狀。 為使用本發明之製造方法，透鏡支座3 0之通孔必須被局部 地窄化，使得透鏡坯料不能由此穿過。

在圖5 B之範例中，一向内突出部位3 3被裝設使得通孔 的直徑在一末端部位中被減縮，或通孔的一部位被窄化使 得小於其他部位。當被壓製成為如示於圖5 A中之具有直徑 A的球面形狀之物件被使用為透鏡坯料2 0時，在透鏡支座 3 0的通孔中之窄化部位的直徑C係小於透鏡坯料* 2 0之直 徑A ( C < A )。當然，在透鏡坯料2 0將被嵌入之部位的通孔 之直徑B必須大於透鏡坯料的直徑A。 透鏡坯料2 0與透鏡支座3 0均被準備且被置於托板7 0 上，如示於圖6。托板7 0具有多數個凹部或孔部位7 2，在 每一該部位7 2之間形成梯級，一部份用以支撐球面透鏡坯 料2 0且一部份用以支撐透鏡支座3 0，因而在被置於托板 上時，多數個透鏡埋料與透鏡支座可被固持。如示於圖6， 透鏡支座3 0被置於托板上，而通孔被窄化之側係被置於上 部側以使覆蓋球面透鏡坯料2 0。 以每一透鏡坯料2 0被嵌入在相對應透鏡支座3 0之通孔 中的狀態，安排多數對之透鏡坯料2 0與透鏡支座3 0在托 板7 0上。經由以托板7 0之預備方式，可實施連續製造大 數量之光學組件。 在壓製步驟的初始階段中，在托板上的透鏡坯料 2 0與 透鏡支座3 0均同時地被運送至壓製裝置内。運送係以吸入 機構執行。如示於圖7 A，吸入裝置的吸入口 8 0具有所需 12 326\專利說明書(補件)\94-11\94123132 1287649 垂直度的平坦端面8 2。在使用吸入口 8 0之外部直徑大致 上相等於透鏡支座3 0的外部直徑之情況中，如示於圖7 B， 透鏡坯料與透鏡支座被同時吸取。即使當該種吸入被執行 時，因為透鏡支座之通孔的上部末端被窄化，透鏡坯料2 0 不會自透鏡支座30滑出。 在使用吸入口 8 4之外部直徑係小於透鏡支座3 0的通孔 之直徑的情況中，僅有透鏡坯料2 0被吸取。即使當僅有透 鏡坯料 20被吸取而上昇時，透鏡支座 30被透鏡坯料 20 φ 抓取且不會掉落，因為透鏡支座3 0之通孔的上部末端被窄 化0 在該二情況中，如示於圖 6，透鏡坯料 20與透鏡支座 3 0可被同時地移動至筒形模1 0内側之預定位置。當在此 一位置處取消吸入時，或當在某些情況中進行逆流過程 時，透鏡坯料20與透鏡支座30均自吸入口 80的端面分 離。前述之結果，透鏡坯料2 0與透鏡支座3 0均被同時地 且準確地設定至個別之下部模1 2與内部套筒1 8的壓製表

面上之預定位置。 而後，如示於圖8，上部模（第二壓製模）16被嵌入且下 降進入筒形模1 0内並向下導引壓製表面。透鏡坯料2 0被 加熱至坯料軟化的溫度，且加壓上部與下部壓製模1 6、1 2 之間。當透鏡坯料2 0之體積被預先地設定至一預定值時， 透鏡坯料2 0被加壓所變形，其結果，獲致與透鏡支座3 0 的内部周邊表面緊密接觸之壓製製品2 2，且該製品2 2被 壓製成為由壓製模之壓製表面所界定的非球面透鏡之表面 13 326\專利說明書(補件)\94-11 \94123132 1287649 形 係 下 的 壓 以 #30 鏡 昇 作 可 支

於 送 之 定 用 狀，如示於圖9。 圖9顯示壓製一平凸透鏡，其中下部模12之壓製表面 非球面且上部模1 6為平坦的。但，此僅為一範例。或者， 部模可具有一平坦面，且上部模可具有非球面，或透鏡 二面均為凸面。 在壓製製品2 2已形成且壓入配合至透鏡支座3 0之後， 製製品2 2被吸取且自筒形模1 0移除。該一吸取運送係 類似於如示於圖6與7之運送透鏡坯料20與透鏡支座 進入筒形模10内的方式進行。因為壓製製品22已與透 支座30成為一體，即使當僅有壓製製品22被吸取且上 時，透鏡支座30被固著至壓製製品22且不會掉落。 前述具體例可獲取下述效果。 (1 )經由以透鏡坯料封閉透鏡支座的通孔，可獲致吸入 業所需的真空狀況。相同於透鏡坯料之同時，透鏡支座 被在朝向通孔之方向中被吸取。因而，透鏡坯料與透鏡 座可被同時地運送。 (2 )因為吸入口之端面的外部直徑可被製成為相等或小 透鏡支座之直徑，透鏡支座可被嵌入的空間係足以供運 與嵌入之用。 (3)在吸入過程中，經由緊靠吸入口的端面向透鏡支座 端面，可達成定位與固定效果。因而，在透鏡支座被設 在壓製模中的情況中，可獲致方位與傾斜的高準確度。 除了非球面透鏡與球面透鏡之外，本製造方法亦可被應 至具有一支座的光學組件。該一光學組件之範例為具有 14 326\專利說明書(補件)\94·11\94123132 1287649 精 衍 的 於 的 徑 度

狀 面 示 之 朝

上 的 < 之 該 係 置 密凸面與凹面結構之F r e s n e 1透鏡、諸如一衍射光栅的 射光學元件、及三稜鏡。 坯料之形狀並不限於球面形狀，其可以為如示於圖 1 0 A 圓筒形狀或圓盤形狀、示於圖1 〇 B中的扁球體形狀等。 此情況，圓筒或圓盤之直徑應相等於示於圖5 A中之球面 直徑A，且在示於圖5B中之支座的窄化部位中之通孔直 C，必須滿足C < A的關係。在扁球體的情況中，最大寬 應為A，其餘則可相同應用。 支座的通孔之剖面形狀可根據將被固持之光學元件形 而並非經常必須為圓形的。但，為使進行壓力壓製，剖 形狀較佳為中心對稱的。 通孔之窄化部位並非必須經常具有如圖5 B之支座3 0所 的類似於通孔之其他部位的剖面形狀。通孔所要求具有 結構係坯料至少在一方向中不能線性地通過通孔。 例如，如同示於圖1 1 A之支座2 3 0的情況，多數個突出 向中心的凸面部位 2 3 3 可被裝設在通孔之内部周邊面 ，以使繞著通孔中心為對稱的。在凸面部位的尖端之間 距離之最小值，即為通過中心的距離係示為D。當滿足D A的關係時，坯料不能通過通孔。或者，如示於圖 1 1B 支座3 3 0的情況中，開口 3 3 3可具有方形剖面形狀。在 可選擇情況中，當通過通孔之中心的方形開口之最小值 示為E時，E亦被要求可滿足E < A的關係。 其他形狀亦可使用以窄化通孔。為使預防坯料傾斜或位 位移，較佳使用繞著通孔中心為對稱的形狀。 326\專利說明書(補件)\94· 11 \94123132 15 1287649 【圖式簡單說明】 圖1 A至1 D均為顯示在製造具有支座之透鏡的習知程序 之圖式； 圖2 A與2 B均為顯示透鏡坯料與透鏡支座之習知範例的 圖式； 圖3 A至3 D均為顯示運送透鏡支座之習知方法的圖式； 圖4係顯示在習知製造方法中之問題的圖式； 圖5 A與5 B均為顯示在本發明中之透鏡坯料與透鏡支座 的範例之圖式； 圖6係顯示在本發明中運送透鏡支座與透鏡远料之方法 的圖式， 圖7A至7C均為顯示吸入裝置之吸入口的剖視圖； 圖8係依據本發明之壓製裝置的圖式； 圖9係顯示在本發明中壓製一透鏡的過程之圖式； 圖1 Ο A與1 Ο B均為顯示透鏡坯料之形狀的其他範例之圖 式；及

圖1 1 A與1 1 B均為顯示透鏡支座之形狀的其他範例之圖 式。 【主要元件符號說明】 10 筒形模 12 下部模 13 梯級 14 下部部位 15 壓製表面 16 326\專利說明書(補件)\94-11 \94123132 1287649 16 上部模 18 内部套筒 2 0 透鏡坯料 22 壓製製品 30 透鏡支座 33 向内突出部位 7 0 托板 7 2 孔部位 Φ 80 吸入口 8 2 平坦端面 8 4 吸入口 116 上部模 12 0 透鏡坯料 122 壓製製品 130 透鏡支座 1 32 外周邊部位

1 34 内周邊部位 13 6 通孔 13 8 端面 15 0 非球面透鏡 1 60 抓握工具 18 0 吸入口 2 2 0 透鏡坯料 2 3 0 支座 326\專利說明書(補件)\94-11\94123132 1287649 2 3 3 凸面部位 3 2 0 透鏡坯料 3 3 0 支座 3 3 3 開口 A 直徑 B 直徑 C 直徑 D 距離 Φ E 距離 326\專利說明書(補件)\94-11 \94123132

Claims (1)

1. 1287649 十、申請專利範圍： 1 . 一種光學組件之製造方法，該光學組件具有一光學 件及被裝附至該光學元件之支座，包括下述步驟： 將供光學元件用之坯料嵌入支座的通孔内，其中該通 具有一窄化部位，該坯料於該窄化部位處被預防穿過該 孔； 在該坯料被嵌入該通孔内的狀態中，自坯料的上部側 取至少該坯料； 同時地運送該坯料與該支座至壓製裝置； 放置該坯料在該壓製裝置之壓製表面上；及 在該壓製裝置中加熱且加壓該坯料，使得該坯料被變 成為具有預定光學表面之該光學元件且被壓入配合至該 座的内部面。 2. 如申請專利範圍第1項之光學組件之製造方法，其 該壓製裝置係被固定，一具有用以固定該支座至相關於 壓製表面的預定位置之通孔的輔助構件係被裝設在該壓 裝置之一壓製模上，且該支座被運送至該輔助構件上的 定位置處。 3. 如申請專利範圍第1項之光學組件之製造方法，其 該支座之該通孔具有圓形剖面形狀，一朝向該通孔之中 突出的部位係被裝設在該通孔的一部份内部周邊面中， 該部位中的該通孔之剖面形狀係繞著中心為對稱的，且 過中心之距離的最小值係小於該链料之外部形狀的最大 度0 326\專利說明書(補件)\94-11\94123132 19 元 孔 通 吸 形 支 中 該 製 預 中 心 在 通 寬 1287649 製造方法，其中 製造方法，其中 製造方法，其中 之後，該光學組 製造方法，其中 之狀態中，多數 4. 如申請專利範圍第3項之光學組件之 該3$料係圓形、圓柱形或扁球體的。 5. 如申請專利範圍第4項之光學組件之 該光學組件係一透鏡。 6 .如申請專利範圍第1項之光學組件之 在該光學元件被形成且壓入配合至該支座 件係被自該壓製裝置吸取與移除。 7 .如申請專利範圍第1項之光學組件之 φ 在每一坯料被嵌入相對應之支座的通孔内 成對之坯料與支座均被安排在一托板上。 326\專利說明書(補件)\94-11\94123132 20