專利名稱：堆疊碟狀光學鏡片陣列、堆疊碟狀鏡片模塊陣列及其制法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種堆疊碟狀光學鏡片陣列、堆疊碟狀鏡片模塊陣列及其制造方 法，尤其一種利用至少二碟狀光學鏡片陣列堆疊組成一堆疊碟狀光學鏡片陣列，再與所 需的碟狀光學元件陣列精密堆疊組成一堆疊碟狀鏡片模塊陣列，以使用于如LED陣列或 太陽能轉換系統(tǒng)的鏡片模塊陣列等。
背景技術：
塑膠射出壓縮成型(resin injection-compression molding)技術目前已廣泛應用在 需高精度尺寸及考慮光學性質(zhì)的光學產(chǎn)品如DVD、CD-ROM或光學鏡片等的制造。塑 膠射出壓縮成型其操作結合了射出成型以及壓縮成型兩種成型技術，主要是在一般射出 成型程序中再加入模具壓縮的程序，亦即在塑膠澆注初期，模具不完全閉鎖，當部分塑 膠材料注入模穴后，再利用壓力將模具閉鎖，由澆注處向模穴內(nèi)熔融的塑膠材料施加壓 力以壓縮成型來完成模穴充填。此種成型方式相較于一般射出成型，具有降低殘余應 力(residual stress)、減少成品雙折射率差(difference in refraction index)及可制成高精 度尺寸的光學鏡片的優(yōu)點；如美國專利US2008/0093756、日本專利JP2008-230005、 JP2003-071874等已運用此成型方法制成光學鏡片(optical lens)。光學鏡片已廣泛運用于相機光學鏡頭(camera lens)、LED集光鏡片(distributing lens) >太陽能轉換系統(tǒng)的聚光鏡片(concentratingl ens)等光學元件中；在光學鏡片陣 列制造上，如日本專利JP2001194508提出塑膠光學鏡片陣列的制造方法；臺灣專利 TWM343166提出玻璃光學鏡片陣列的制造方法。在鏡頭模塊陣列制造上，美國專利 US7,183,643、US2007/007051U WIPO 專利 W02008011003 等提出晶元級鏡頭模塊 (Wafer level lens module)。如圖1，一般光學用的鏡頭模塊陣列通常包含一光闌911、 一表玻璃912、多片光學鏡片及一紅外線濾光鏡片917 (IR cut lens)，如圖所示為三片式 光學鏡片組，包含第一、第二及第三光學鏡片914、915、916，各光學鏡片間以間隔片 913 (spacer)隔開；經(jīng)組合后形成一鏡頭模塊陣列。在組合光學鏡片或構成光學系統(tǒng)時，為光學成像效果，常需要以多片不同屈光 度的光學鏡片，以一定空氣間隔組合成為光學鏡片模塊。因此，當多片不同屈光度的 光學鏡片組合時，各光學鏡片的光學中心軸(optical axis)需要精密對正以避免減低聚焦 或成像的效果，且各光學鏡片也需要以一定間距組合而成，故將耗費許多的工序與精密 校正，致產(chǎn)量無法提高，成本也難以下降；尤其在光學鏡片陣列組合上，當光學鏡片陣 列的光學中心軸產(chǎn)生偏移時，將影響光學效果，因此光學鏡片陣列校正上更為繁復與重 要。在多片光學鏡片陣列的組合上；美國專利US2006/0249859提出使用紅外線(infrared ray)產(chǎn)生基準點標號(fiducial marks)以組合晶元級鏡片模塊；在塑膠光學鏡片陣列的組 合上，日本專利JP2000-321526、JP2000-227505公開自聚焦(SELFOC)光學鏡片陣列 以凸塊(height)與凹隙(crevice)組合的方法，日本專利JP2001-042104提出采用不同深 度的凹溝(recess)，以避免微鏡片陣列的翹曲變形；美國專利US7,187,501提出利用圓錐體(cone-shaped projection)以堆疊(stack)多片塑膠光學鏡片陣列，如圖2，光學鏡片模 塊陣列900是由三光學鏡片陣列910、920、930所組成，光學鏡片陣列910、920、930 設有凸體 915 (projection)與凹洞 925 (hole)，由凸體 915 (projection)與凹洞 925 (hole)結 合而組合成為光學鏡片模塊陣列900，但凸體915 (projection)與凹洞925 (hole)僅為提供 結合光學鏡片陣列使用，為機構上的定位(mechanic position)而非光學上的定位(optical alignment),尚無法使光學鏡片陣列的各光學鏡片可以對正光學中心軸；再如圖3，光學 鏡片模塊陣列900是由二玻璃光學鏡片陣列910、920所組成，玻璃光學鏡片陣列910、 920并設有定位穴915 (alignment cavity)與定位銷925 (alignment pin)，通過定位穴915與 定位銷925結合而組合成一光學鏡片模塊陣列900，由于定位穴915與定位銷925為與玻 璃光學鏡片陣列910、920由玻璃模造(glass molding)所一體成型，故可使光學鏡片陣列 的各光學鏡片可以對正光學中心軸。在LED光源的組合鏡片、太陽能轉換系統(tǒng)的組合鏡片及手機相機的光學鏡頭使 用的光學鏡片模塊陣列，常是由多種面不同形狀的光學鏡片陣列所組成。在現(xiàn)有塑膠光 學鏡片陣列以突出部(projection)與凹穴(hole)組合的方法中，由于塑膠光學鏡片陣列是 以塑膠射出成形，在凸塊與凹穴處會造成材料收縮而使尺寸發(fā)生改變，其定位精度難以 提高，致塑膠光學鏡片陣列中每個光學鏡片的學中心軸產(chǎn)生位置上差異，各光學鏡片的 光學中心軸較難以定位，使用上有相當限制。利用塑膠射出壓縮成型(resin injection-compression molding)方法，由碟片中心
為塑料澆注成型所制成的碟狀光學鏡片陣列，因具有低的內(nèi)應力、高精密度的優(yōu)點；且 碟狀光學鏡片陣列中心設有碟孔，可利用碟孔在組合時提供定位之用。因此利用碟狀光 學鏡片陣列發(fā)展簡易且精密度高的光學鏡片模塊陣列的制造方法，以制成光學鏡片模塊 陣列，提供給LED陣列或太陽能轉換系統(tǒng)的鏡片模塊陣列使用，才能符合量產(chǎn)化的良率
與產(chǎn)量的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種堆疊碟狀光學鏡片陣列供光學系統(tǒng)使用，如LED的 鏡片模塊陣列或如太陽能轉換系統(tǒng)的鏡片模塊陣列等。所述堆疊碟狀光學鏡片陣列是 包含至少二碟狀光學鏡片陣列(Disk-shaped Optical Lens Array)并由粘膠以預定的間隔 堆疊組合固定制成，其中所述碟狀光學鏡片陣列是利用塑膠材料射出壓縮成型(resin injection-compression molding)技術制成，為一碟狀如圓形碟狀但不以圓形為限且中心 設有一碟孔，具有第一光學面及第二光學面且各包含相對應的光學作用區(qū)及非光學作用 區(qū)以對應構成多個以陣列排列的光學鏡片；其中至少一碟狀光學鏡片陣列在其非光學作 用區(qū)的周邊(periphery)上設有至少一粘膠槽(glue groove)，通過粘膠槽內(nèi)設的粘膠固化 后，使鄰接組合的二碟狀光學鏡片陣列可以固定結合形成一堆疊碟狀光學鏡片陣列；其 中至少一碟狀光學鏡片陣列在其非光學作用區(qū)的周邊上設有至少一定位機構(alignment fixture),通過定位機構使鄰接組合的二碟狀光學鏡片陣列可精密堆疊組合，以使各光學 鏡片可以對正光學中心軸。 本發(fā)明另一目的是提供一種堆疊碟狀光學鏡片陣列以供給光學系統(tǒng)的光學鏡頭 使用，其是包含至少二碟狀光學鏡片陣列，利用粘膠以預定的間隔組合固定而制成；其中所述碟狀光學鏡片陣列是利用塑膠材料射出壓縮成型技術制成，為一碟狀如圓形碟狀 但不以圓形為限且中心設有一碟孔；其中至少一個碟狀光學鏡片陣列在其碟孔設有導位 結構(guiding structure)，通過所述導位結構以將二碟狀光學鏡片陣列堆疊組合；為使二 碟狀光學鏡片陣列產(chǎn)生預定的空氣間隔，可在二碟狀光學鏡片陣列之間置入間隔片，所 述間隔片以粘膠與相鄰接的碟狀光學鏡片陣列組合固定。本發(fā)明再一目的在于提供 一種堆疊碟狀鏡片模塊陣列，其包含一堆疊碟狀光學 鏡片陣列及至少一個光學元件陣列，所述堆疊碟狀光學鏡片陣列與光學元件陣列是以預 定的間隔由粘膠固定所組成；其中所述光學元件陣列所具有的多個光學元件是以陣列排 列布設于一碟狀載板上以分別對應配合所述堆疊碟狀光學鏡片陣列的多個光學鏡片；其 中所述光學元件陣列可為一光學鏡片(optical lens)陣列、一碟狀間隔片(spacer)、一碟 狀光闌(aperture)、一碟狀表玻璃(cover glass)、一碟狀紅外線濾光鏡片(IR_cut glass)、 一碟狀電路載板其上具影像感測元件陣列、一碟狀電路載板其上具太陽能光電半導體 (photoelectric device)陣列、一碟狀電路載板其上具發(fā)光二極管(LED)陣列。本發(fā)明又一目的是提供一種堆疊碟狀光學鏡片陣列及堆疊碟狀鏡片模塊陣列的 制造方法，包含下列步驟Sl 提供一塑膠射出壓縮成型模具，包含一上模具(upper mold)與一下模具 (lower mold)，分別設具光學面成形模面；上模具及/或下模具設有定位機構成形模面； 又在上、下模具的一的中心設一進料口 ；S2利用塑膠射出壓縮成型方法，制成一碟狀光學鏡片陣列毛胚，再切斷所述 毛胚的豎澆道棒以制成一碟狀光學鏡片陣列；所述碟狀光學鏡片陣列在光學作用區(qū)形成 多個光學鏡片及/或在非光學作用區(qū)具有粘膠槽及定位機構；進一步在切斷毛胚的豎澆 道棒時可同時形成一碟孔及導位結構；S3以上述步驟制造另一碟狀光學鏡片陣列；但所述碟狀光學鏡片陣列可不設 粘膠槽；S4在鄰接組合二碟狀光學鏡片陣列的粘膠槽涂布粘膠，由導位結構以堆疊組 合所述二碟狀光學鏡片陣列；S5 由定位機構校準鄰接二碟狀光學鏡片陣列的光學中心軸以使其對正光學中 心；S6固化粘膠以形成一堆疊碟狀光學鏡片陣列；由此，可精密組合至少二碟狀 光學鏡片陣列，以形成一精密對準光學中心的堆疊碟狀光學鏡片陣列；S7進一步在所述堆疊碟狀光學鏡片陣列的非光學作用區(qū)涂以粘膠，以堆疊方 式組合所需的光學元件陣列，固化所述粘膠，以形成一具有光學元件陣列的堆疊碟狀鏡 片模塊陣列。由此制造方法，可一次制成精密的堆疊光學鏡片陣列及堆疊碟狀鏡片模塊陣 列，以達到精密的組合及可大量生產(chǎn)的效果。


圖1是現(xiàn)有一堆疊光學鏡片陣列示意圖；圖2是現(xiàn)有另一堆疊光學鏡片陣列示意圖3是現(xiàn)有另一堆疊光學鏡片陣列示意圖；圖4是本發(fā)明一碟狀光學鏡片陣列示意圖；圖5是本發(fā)明具有定位銷與定位穴定位機構的碟狀光學鏡片陣列示意圖；圖6是本發(fā)明具有準直鏡定位機構與導位缺口(導位結構)的碟狀光學鏡片陣列示意圖；圖7是本發(fā)明具有十字刻線與通孔定位機構及導位切角(導位結構)的碟狀光學 鏡片陣列示意圖；圖8是本發(fā)明具有粘膠槽的碟狀光學鏡片陣列示意圖；圖9是本發(fā)明的堆疊碟狀光學鏡片陣列的組裝示意圖；圖10是本發(fā)明一堆疊碟狀光學鏡片陣列的示意圖；圖11是本發(fā)明另一堆疊碟狀光學鏡片陣列的組裝示意圖；圖12是本發(fā)明一堆疊碟狀光學鏡片陣列使用準直鏡定位機構校準光學中心軸的 示意圖；圖13A及13B是本發(fā)明的堆疊碟狀光學鏡片陣列與堆疊鏡頭模塊的制造方法流 程示意圖；圖14是本發(fā)明一堆疊碟狀鏡片模塊陣列示意圖；圖15是本發(fā)明另一堆疊碟狀鏡片模塊陣列示意圖。附圖標記說明1-碟狀光學鏡片陣列(Disk-shaped optical lens array) ； 10-光 學鏡片(optical lens element) ； 11-第一光學面(first optical surface) ； 12_ 第二光學面 (second optical surface) ； 13、23-碟孑L (disk hole) ； 15、 16、25-定位機構(alignment fixture) ； 17、27-定位通孔(alignment through-hole) ； 191、291-導位結構(guiding structure)(導位缺口(guiding notch)) ； 192, 292_ 導位結構(guiding structure)(導位切角 (guiding angle)) ； 100-堆疊碟狀光學鏡片陣列(stacked disk-shaped optical lens array)； 101-光學中心軸(optical axis) ； 102、202-粘膠槽(glue groove) ； 104-碟孔導位線(disk hole guiding line) ； 161、261-定位銷(alignment pin) ； 162、262-定位穴(alignment cavity) ； 2-碟狀光學鏡片陣列(Disk-shaped optical lens array) ； 20-光學鏡片(optical lens) ； 3-光學元件陣列(optical element array) ； 30-影像感測元件(Image capture device, ICD) ； 31-第一鏡群組(first lens group) ； 301,加2-鏡頭支架(Iensholder) ； ；312_ 光闌 (aperture) ； 313-間隔片陣列(spacer array) ； 314-紅外線濾光鏡片(IR cut lens) ； 32-第 二鏡群組(second lens group) ； 200-堆疊光學鏡片兀件(stacked optical lens element)； 300-堆疊碟狀鏡片模塊陣列(stacked disk-shaped lens module array) ； 330-粘膠(cement glue) ； 36-碟狀載板(Disk-shaped substrate) ； 361-定位銷(alignment pin) ； 51-射出 壓縮模具(injection-compression mold) ； 511-上模具(upper mold) ； 513-上模仁(upper mold core) ； 51；31_上模成形模面(upper molding surface) ； 5132_上模定位機構成形模 面(upper molding alignment surface) ； 512-下模具(lower mold) ； 514-下模仁(lower mold core) ； 5141-下模成形模面(Iowermoldingsurface) ； 5142-下模定位機構成形模面 (lower molding alignment surface) ； 521-進料口 (feeding nozzle) ； 522-進料機(feeder)； 55-組合架(assembly fixture) ； 551-碟孔定位桿(assembly pole) ； 552-碟孔定位凸輪 (alignment cam) ； 553_ 組裝定位桿(alignment pole) ； 激光校準儀(Lasercalibrationinstrument) ； 57I-激光光(Iaserlight) ； 60-第三光學鏡片(third optical lens) ； 61-碟狀光 學鏡片陣列毛胚(primary product of Disk-shaped optical lens array) ； 614-豎饒道棒(down sprue stick) ； 70-發(fā)光二極管；80-太陽能轉換晶片；900-堆疊光學鏡片陣列(stacked lens array) ； 910、914、915、916、920-陣列光學鏡片(optical lens array) ； 913、930-間 隔片(spacer) ； 911-光闌(aperture) ； 912-表玻璃(cover lens) ； 917-紅外線濾光鏡片載 板(IR cut lens substrate) ； 918-光學鏡片載板(lens substrate) ； 919-影像感測元件(Image capture device, ICD) ； 9100-堆疊鏡頭模塊(stacked lens module) ； 9103-澆道棒(sprue stick) ； 9104-豎澆道棒(down sprue stick) ； 9511-上模具(upper mold) ； 9512-下模具 (lower mold) ； 952-塑膠材料(resin ma terial) ； 961-電路板(PCB substrate)。
具體實施例方式參考圖10，本發(fā)明的堆疊碟狀光學鏡片陣列100是包含至少二碟狀光學鏡片陣 列1、2，由粘膠以預定的間隔組合固定而制成。所述碟狀光學鏡片陣列1、2是利用塑 膠材料射出壓縮成型技術制成，為圓形碟狀且中心設一碟孔13、23如圖4所示，具有一 第一光學面11、21及第二光學面12、22，其各包含相互對應的光學作用區(qū)及非光學作用 區(qū)，并由光學作用區(qū)對應構成多個以陣列排列的光學鏡片10、20；其中至少一個碟狀光 學鏡片陣列1、2在其非光學作用區(qū)的周邊(periphery)上設有至少一個粘膠槽102如圖8 所示，通過粘膠槽102內(nèi)所涂設的粘膠330固化后，使二碟狀光學鏡片陣列1、2可以固 定結合形成一堆疊碟狀光學鏡片陣列100。又其中至少一個碟狀光學鏡片陣列1、2在其 非光學作用區(qū)的周邊上設有至少一定位機構16、15、17、18 (alignment fixture)如圖5、 6、7所示，通過所述定位機 構16、15、17、18可將碟狀光學鏡片陣列1、2精密堆疊組 合，以使各光學鏡片10、20對正光學中心軸101。其中所述碟狀光學鏡片陣列1、2為圓 形碟狀但不以圓形碟狀為限如可為圓形碟狀或方形碟狀等，是依據(jù)使用需求而配合塑膠 材料射出壓縮成型的成型模具的設計而制成。如圖6、7，為使碟狀光學鏡片陣列1、2堆疊組合時，可快速協(xié)助定位，在碟孔 13、23可設有導位結構191、291 (guiding structure),或將碟孔13、23制成多角形，或將 碟孔13、23切除一角設為導位結構192、292。前述的粘膠槽102的形狀與型式不限于圓環(huán)形溝狀槽；前述的定位機構16、 15、17、18的形狀與型式不限于定位銷161 (alignment pin)、定位穴162 (alignment cavity)、準直鏡 15(collimating lens)、通孔 17 (through hole)或十字刻線 18 (reticle)等；
光學元件亦不限于光學鏡片、間隔片、光闌、表玻璃、紅外線濾光鏡片、LED元件、 太陽能光電半導體、電路板(PCB)等；前述的導位結構亦不限于導位缺口(guiding notch) 191、291、導位切角(guiding angle) 192, 292 或多角形的碟孔。如圖10，一堆疊碟狀光學鏡片陣列100可在其非光學作用區(qū)涂以粘膠330而再以 堆疊方式組合其他光學元件陣列3 (optical element array)以形成一堆疊碟狀鏡片模塊陣列 300。所述光學元件陣列3是在一碟狀載板36上配合所述堆疊碟狀光學鏡片陣列100上 各光學鏡片10、20的對應位置以陣列排列布設各光學元件30;所述光學元件包含光學鏡 片、光闌、間隔片、表玻璃、紅外線濾光鏡片、影像感測元件、太陽能光電半導體、發(fā) 光二極管等但不限制。
本發(fā)明的堆疊碟狀光學鏡片陣列的制造方法如圖13A及13B所示，包含下列步 驟Si:提供一塑膠射出壓縮成型模具51，包含一上、下模具511、512，所述上、 下模具511、512分別設有上、下模仁(COre)513、514而分別設具光學面成形模面5131、 5141，用以制成多個光學鏡片10;上模仁513及/或下模仁514設有定位機構成形模面 5132、5142 ；于上模具511或下模具512之一的中心設一進料口 521 ；S2利用塑膠射 出壓縮成型方法制成一碟狀光學鏡片陣列毛胚61(primary product of Disk-shaped optical lens array)，切斷所述毛胚61的豎澆道棒614以制成一碟狀 光學鏡片陣列1 ；所述碟狀光學鏡片陣列1在光學作用區(qū)具有光學面及在非光學作用區(qū)具 有粘膠槽及/或定位機構161、162；又在切斷毛胚61的豎澆道棒614時可形成一中央碟 孔13與導位結構191、192 ；S3以上述步驟制造另一碟狀光學鏡片陣列2;所述碟狀光學鏡片陣列2可不設 有粘膠槽102 ；S4 在鄰接組合二碟狀光學鏡片陣列1、2的粘膠槽102涂布粘膠330，以導位 結構191、192將所述二碟狀光學鏡片陣列1、2堆疊組合；S 5 以相對應的定位機構161、162)、262、261校準鄰接二碟狀光學鏡片陣列 1、2的光學中心軸101，使各光學鏡片10、20對正光學中心101;S6固化所述粘膠330以形成一堆疊碟狀光學鏡片陣列100;由此，可精密的組 合至少二碟狀光學鏡片陣列1、2，以形成一精密對準光學中心101的堆疊碟狀光學鏡片 陣列100。進一步，包含下一步驟以制成一堆疊碟狀鏡片模塊陣列S7 在一堆疊碟狀光學鏡片陣列100的非光學作用區(qū)涂以粘膠，以堆疊方式組 合一碟狀光學元件陣列3及/或間隔片陣列313，固化所述粘膠330以形成一具有光學元 件陣列3及/或間隔片陣列313的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300。因此，本發(fā)明的堆疊碟狀鏡片模塊陣列的制造方法(即步驟S7)，包含下列步 驟S71 提供一堆疊碟狀光學鏡片陣列100 ；S72 準備一碟狀載板36，將多個光學元件30以對應于堆疊碟狀光學鏡片陣列 100上各光學鏡片10、20的陣列方式布設于碟狀載板36上，以形成一光學元件陣列3;S73將堆疊碟狀光學鏡片陣列100非光學作用區(qū)涂以粘膠330，以堆疊方式組 合所述光學元件陣列3，固化所述粘膠330，以形成一具有光學元件的堆疊碟狀鏡片模塊 陣列300。為使本發(fā)明更為明確詳實，茲配合下列較佳實施例圖示詳述如后<實施例一 >參考圖5、8、9、10、13，本實施例為一具有定位機構16的堆疊碟狀光學鏡片 陣列100，包含一第一及第二碟狀光學鏡片陣列1、2其是利用塑膠射出壓縮成型方法， 先制成碟狀光學鏡片陣列毛胚61，再切斷毛胚61上的豎澆道棒614形成中央的碟孔13、 23而制成。所述第一碟狀光學鏡片陣列1為一圓形碟狀直徑120mm且中央有一碟孔13直徑30mm,包含一第一及一第二光學面11、12，在光學面11、12上設有相對應的244個光學 作用區(qū)(optical division)以對應形成244個新月形光學鏡片(optical lens element) 10且以等
間距的陣列 排列，即各光學鏡片10的光學中心軸101為平行且以等間距排列；在各光學 鏡片10周邊的非光學作用區(qū)設有粘膠槽102(如圖8)；又在第一碟狀光學鏡片陣列1的周 邊非光學作用區(qū)以相隔90度角設有二定位銷161及二定位穴162供作為定位機構；所述 定位銷161及定位穴162是與光學中心軸101平行且設定在預定位置如圖5所示，但對于 不同的應用實施例，定位銷161及定位穴162可選擇相同或不同形式或布設于不同位置。第二碟狀光學鏡片陣列2是以相同方法制成而具有244個新月形光學鏡片20以 對應于第一碟狀光學鏡片陣列1的光學鏡片10，但可不必設置粘膠槽102，又其周邊的非 光學作用區(qū)設有二定定位穴262及二定位銷261供作為定位機構，并分別對應于第一碟狀 光學鏡片陣列1的定位銷161及定位穴162。如圖13的S4、S5、S6，當?shù)谝慌c第二碟狀光學鏡片陣列1、2堆疊組合時，先 在第一碟狀光學鏡片陣列1的粘膠槽102以涂膠設備(通稱點膠機)涂上粘膠330，所述 粘膠330的材料不限制但以熱固型粘膠或紫外光固化型粘膠(UVglue)較適合光學系統(tǒng)使 用，本實施例是使用熱固型粘膠；再由二者間的定位機構如定位銷161及定位穴162分別 與定位穴262及定位銷261對應結合，使堆疊組合后的各光學鏡片10、20的光學中心軸 101、201相重合，形成一由二組244個新月形光學鏡片10、20所精密組合的堆疊碟狀光 學鏡片陣列100。參考圖10，所述堆疊碟狀光學鏡片陣列100可進一步與光學元件陣列3堆疊組 合；因此本實施例的光學鏡片陣列100可視為包含一由一第一及第二碟狀光學鏡片陣列 1、2所堆疊組合的堆疊碟狀光學鏡片陣列100、一光學元件陣列3及一間隔片陣列313 ； 其中所述光學元件陣列3是由244個光學元件30 (如影像感測元件30)以陣列方式排列在 一碟狀載板(disk-shaped substarte)(如電路板)上所形成，且各光學元件30是對應于各 光學鏡片10、20；其中所述間隔片陣列313是由一特定厚度的不透明塑膠片上設有244 個通孔所制成，以使光學鏡片20與光學元件30之間保持一預設的空氣間隔(designed air spacing) 0堆疊組合時，第一及第二碟狀光學鏡片陣列1、2先堆疊組合成一堆疊碟狀光 學鏡片陣列100，再在間隔片陣列313兩面涂以粘膠330 (或在堆疊碟狀光學鏡片陣列及 光學元件陣列3的對應接合面上各涂以粘膠330)，將堆疊碟狀光學鏡片陣列、間隔片陣 列313與光學元件陣列3依序堆疊，并將光學元件陣列3與光學中心軸101對正后，送入 烘箱中固化粘膠330，即形成一具有244個光學鏡頭的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300 (stacked disk-shaped lens module array)。參考圖9，為本實施例另一種堆疊組合方式，其中，所述光學元件陣列3的非光 學作用區(qū)另設有4個定位銷361作為定位機構；所述第一與第二碟狀光學鏡片陣列1、2 分別另設有一導位結構191 (guiding structure)、291 (未于圖上顯示)，如圖6所示導位缺 口 191 (guiding notch)形狀的導位結構；碟孔13、23與導位結構191、291是由碟狀光學 鏡片陣列毛胚61切除豎澆道棒614所形成的，碟孔13、23直徑為30mm，導位結構191、 291的尖角至碟孔13、23邊緣長度為0.8mm ；所述第二碟狀光學鏡片陣列2設有4個定 位穴262作為定位機構以與光學元件陣列3的定位銷361對應配合。又所述定位銷361 的高度須預先設計以使定位銷361與定位穴262對應組合后，所述第二碟狀光學鏡片陣列2的各光學鏡片20與光學元件陣列3上各光學元件30之間保持預定的空氣間隔。堆疊組合時如圖9，將第一、第二碟狀光學鏡片陣列1、2及光學元件陣列3的 非光學作用區(qū)涂以粘膠330，置入組合架(assembly fixture) 55中；所述組合架55設有碟 孔定位桿 (assembly pole) 551，碟孔定位桿551上設有一碟孔定位凸輪(alignment cam) 552 以與碟狀光學鏡片陣列1、2、光學元件陣列3的碟孔13、23、33的導位結構191、291、 391對應配合；組合架55通過碟孔定位桿551及碟孔定位凸輪552，可將第一、第二碟狀 光學鏡片陣列1、2及光學元件陣列3以一碟孔導位線104 (disk hole guiding line)先初步定 位，以使后續(xù)的精密定位可以節(jié)省組裝時間而增進組裝效率。精密定位時，第一、第二碟狀光學鏡片陣列1、2及光學元件陣列3分別以定位 機構162、261、262、361定位組合，使各光學鏡片10、光學鏡片20及光學元件30可對 正光學中心軸101，經(jīng)送入烘箱中固化粘膠330，形成一具有244個光學鏡片的堆疊碟狀 鏡片模塊陣列300。<實施例二 >參考圖6、12，本實施例為一具有準直鏡型態(tài)的定位機構15、25且碟孔13、23 設有導位缺口型態(tài)的導位結構191、291的堆疊碟狀光學鏡片陣列100，包含一第一及一 第二碟狀光學鏡片陣列1、2。所述第一與第二碟狀光學鏡片陣列1、2皆是以相同于實施例一的制造方法制 成，分別設有249個相對應的新月形光學鏡片10及雙凸形光學鏡片20并以等間距的陣列 排列，即各光學鏡片10、20的光學中心軸101、201為平行且以等間距的排列；所述第一 與第二碟狀光學鏡片陣列1、2各為一圓形碟狀直徑120mm，中央各有一碟孔13、23及 一導位缺口形狀的導位結構191、291其是由碟狀光學鏡片陣列毛胚61切除豎澆道棒614 所形成的，碟孔13、23直徑為30mm，導位結構191、291的尖角至碟孔13、23邊緣長 度為0.8mm;又在各光學鏡片10、20的周邊的非光學作用區(qū)分別設有粘膠槽102、202， 且相隔120度角分別設有3個相對應的準直鏡(collimating lens)型態(tài)的定位機構15如一 雙凸或平凸形球面鏡片，當激光光線經(jīng)過準直鏡15時，可將激光光線形成平行于光學中 心軸的平形光線供校準(calibration)使用；第一與第二碟狀光學鏡片陣列1、2之間設一 間隔片陣列313以使各光學鏡片10、20間保持設計的空氣間隔。堆疊組合時，第一與第二碟狀光學鏡片陣列1、2的粘膠槽102、202先以涂膠 設備先涂上粘膠330如紫外光固化型粘膠(UV glue)，再將第一碟狀光學鏡片陣列1、間 隔片陣列313與第二碟狀光學鏡片陣列2依序置入一組合架55中以進行如同實施例一圖 9所示的初步定位，即組合架55通過碟孔定位桿551及碟孔定位凸輪552以將第一碟狀 光學鏡片陣列1、間隔片陣列313與第二碟狀光學鏡片陣列2以碟孔導位線104(disk hole guiding line)先初步定位。精密定位時，使用一激光校準儀57發(fā)出激光光線571以通過第一及第二碟狀光 學鏡片陣列1、2的準直鏡定位機構15、25，再由調(diào)整第一及第二碟狀光學鏡片陣列1、2 以使其各光學鏡片10、20的光學中心軸101、201重合，即相互對正于光學中心軸101 ； 再經(jīng)照射UV光線以固化粘膠330;再由組合架55取出，即形成一具有249個由一新月 形光學鏡片、一間隔片及一雙凸光學鏡片精密組合的光學鏡片組的堆疊碟狀光學鏡片陣 列 100。
<實施例三>參考圖7、11，本實施例為一具有定位通孔17、27且碟孔13、23設有導位切角 型態(tài)的導位結構192、292的堆疊碟狀光學鏡片陣列100，包含一第一及第二碟狀光學鏡 片陣列1、2。第一及第二碟狀光學鏡片陣列1、2皆是以相同于實施例一、二的制造方法制 成，其中碟孔13、23為矩形且各設一導位切角型態(tài)的導位結構192、292如圖7所示(形 成一不對稱五邊形)，所述碟孔13、23及導位結構192、292的形狀不限制，其是由碟狀 光學鏡片陣列毛胚61以模具沖斷(punch)豎澆道棒614所形成。又在第一及第二碟狀光 學鏡片陣列1、2的非光學作用區(qū)分別設二相對應的定位通孔17、27以作為定位機構，本 實施例的二定位通孔17、27是以相隔90度角布設如圖7所示但不以此為限。為較清楚 說明，圖11中所述二定位通孔17、27是以相隔180度角表示。堆疊組合時，先在第二碟狀光學鏡片陣列2的粘膠槽202涂上粘膠330如熱固型 粘膠但不限制；再將第一、第二碟狀光學鏡片陣列1、2依序置入組合架55中以進行初步 定位，所述組合架55設有碟孔定位桿551其與碟孔13、23及導位切角192、292的形狀與 位置對應配合，因此組合架55通過碟孔定位桿551可將第一與第二碟狀光學鏡片陣列1、
2以碟孔導位線104先初步定位；再利用組合架55的二組裝定位桿553 (alignment pole)分 別穿入第一與第二碟狀光學鏡片陣列1、2的定位通孔17、27以使各光學鏡片10、20的 光學中心軸101、201相互重合，即相互對正于光學中心軸101 ；經(jīng)烘箱固化粘膠330后 由組合架55取出，即完成一精密 組合的堆疊碟狀光學鏡片陣列100 ；如此一次精密定位 而堆疊組合，可節(jié)省組裝時間與增進組裝效率。<實施例四>參考圖7，本實施例為一具有十字刻線18、28 (reticle)作為定位機構且碟孔13、 23設有導位切角型態(tài)的導位結構192、292的堆疊碟狀光學鏡片陣列100，包含一第一及 第二碟狀光學鏡片陣列1、2。第一及第二碟狀光學鏡片陣列1、2皆是以相同于實施例三的制造方法制成，與 實施例三不同處是在第一及第二碟狀光學鏡片陣列1、2的非光學作用區(qū)相對位置分別設 有十字刻線18、28作為定位機構，所述十字刻線18、28為極細的刻線(hairline)，本實 施例的二個十字刻線18、28是以相隔90度角布設但不以此為限。堆疊組合時，本實施例類似于實施例三，由碟孔13、23與導位切角192、292先 初步定位；于精密定位時(參考實施例二及圖12)，使用激光校準儀57發(fā)出激光光線571 以通過第一及第二碟狀光學鏡片陣列1、2的十字刻線18、28，再由調(diào)整第一與第二碟狀 光學鏡片陣列1、2以使各光學鏡片10、20的光學中心軸101、201重合，即相互對正于 光學中心軸101 ；經(jīng)固化粘膠330，由組合架55取出，即完成一精密組合的堆疊碟狀光學 鏡片陣列100。<實施例五>參考圖10，本實施例為一具有光學元件陣列的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300，其 是由一由二碟狀光學鏡片陣列1、2所堆疊組合的堆疊碟狀光學鏡片陣列100、一光學元 件陣列3及一碟狀間隔片陣列313所堆疊組合而成；其中，所述光學元件陣列3是由多 個如244個光學元件30以陣列方式布設在一碟狀載板36上所形成，所述碟狀載板36在本實施例為一碟狀電路板，各光學元件30是對應于堆疊碟狀光學鏡片陣列100上多個如 244個光學鏡片10、20的陣列位置而布設于碟狀載板36上。所述碟狀間隔片陣列313 是由一特定厚度且設有多個如244個通孔的不透明塑膠片所制成，通過碟狀間隔片陣列 313的特定厚度使各光學鏡片20與各影像感測元件30可保持預定的空氣間隔(designed air spacing)。本實施例中，光學元件30可為發(fā)光二極管70，而光學鏡片10、20也更換為發(fā)光二極管的集光鏡片，則形成一具有多個如244個的發(fā)光二極管70的堆疊碟狀鏡片模塊陣 列300;若光學元件30為太陽能轉換晶片80，光學鏡片10、20更換為太陽能轉換的聚光 鏡片，則形成一具有多個如244個的太陽能轉換晶片80的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300。本實施例具有多個如244個光學鏡片的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300，其堆疊組合 及精密定位方式與實施例一類同，也可利用兩種不同方式達成，其中的一為參考實施例 一中的說明及圖10所示，另一為參考實施例一中的說明及圖9所示。同樣，具有多個如 244個發(fā)光二極管70或太陽能轉換晶片80的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300，亦可以此方法 制成。<實施例六>參考圖14，本實施例為一應用于太陽能轉換系統(tǒng)的堆疊碟狀鏡片模塊陣列 300，其是利用一本發(fā)明的堆疊碟狀光學鏡片陣列100，再堆疊組合一間隔片陣列313及 一具有太陽能轉換晶片80的光學元件陣列3而制成。本實施例的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300的制法與實施例五類同，其中，所述堆 疊碟狀光學鏡片陣列100是包含一具有120個雙凸光學鏡片10的第一碟狀光學鏡片陣列 1、一間隔片陣列313a及一具有相對應的120個新月型光學鏡片20的第二碟狀光學鏡片 陣列2，所述120個光學鏡片10、20是以等間距排列，排列方式如同圖5所示但其排列密 度較低。間隔片陣列313a為一碟狀耐熱塑膠片，設有120個通孔，其厚度為預先設定以 保持光學鏡片10、20之間的空氣間隔。組合時，先在間隔片陣列313a的雙面上涂布粘膠 330，再將第一及第二碟狀光學鏡片陣列1、2以定位機構(圖未示)對正光學中心軸101 而與間隔片陣列313a堆疊組合，經(jīng)固化粘膠330后即形成一堆疊碟狀光學鏡片陣列100。光學元件陣列3為一耐熱的碟形載板36，其上設置120個太陽能轉換晶片80以 對應于堆疊碟狀光學鏡片陣列100的光學鏡片10、20；間隔片陣列313b為碟狀金屬片支 撐片，設有120個通孔，其高度為預先設定以保持光學鏡片20與太陽能轉換晶片80的間 隔。組裝時，先將間隔片陣列313b與堆疊碟狀光學鏡片陣列100固定，再調(diào)整光學元件 陣列3的位置，使太陽能轉換晶片80的中心對正于堆疊碟狀光學鏡片陣列100的光學中 心軸101，經(jīng)固定后形成一太陽能轉換系統(tǒng)使用的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300。由此，鏡 片模塊可簡便及快速制成，符合量產(chǎn)規(guī)模以可大幅降低制作成本。為太陽能轉換系統(tǒng)日后維修，通常固定堆疊碟狀光學鏡片陣列100、間隔片陣列 313b與光學元件陣列3常以金屬結構(metal fixture)固定，而不使用粘膠固定。又可由 堆疊碟狀鏡片模塊陣列300的中心碟孔(圖未示)以將堆疊碟狀鏡片模塊陣列300固定組 裝于太陽能轉換系統(tǒng)上使用，通?？晒潭ㄓ谔柲苻D換系統(tǒng)的追日控制器(solar tracking controller)上。<實施例七>
參考圖15，本實施例為一應用于發(fā)光二極管(LED)大型照明系統(tǒng)的堆疊碟狀鏡 片模塊陣列300，所述照明系統(tǒng)具有多個以陣列排列的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光源及位于 中心的鹵素燈發(fā)光源。所述LED發(fā)光源的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300是利用本發(fā)明的堆 疊碟狀光學鏡片陣列100，再堆疊組合一間隔片陣列313及一具有多個以陣列排列的發(fā)光 二極管晶片70的光學元件陣列3而形成。 本實施例的堆疊碟狀鏡片模塊陣列300的制法與實施例五類同，包含一堆疊碟 狀光學鏡片陣列100、一間隔片陣列313及一具有多個如16個發(fā)光二極管晶片70的光學 元件陣列3，其中，所述堆疊碟狀光學鏡片陣列100是包含一第一及第二碟狀光學鏡片陣 列1、2，其分別具有16個平凸形光學鏡片10 (其凸面可為菲涅爾光學面(Fresnel optical surface))及16個平凹形光學鏡片20，所述16個光學鏡片10、20是以幅射狀等距排列， 排列方式如同圖4所示但其排列密度較低。組合時，先于第一碟狀光學鏡片陣列1與第 二碟狀光學鏡片陣列2的界面涂以粘膠330，再由定位機構的定位通孔17、27，利用如同 實施例三的方法對正光學中心軸101，經(jīng)固化粘膠后形成一堆疊碟狀光學鏡片陣列100。光學元件陣列3為一耐熱的碟形載板36，其上設置16個發(fā)光二極管晶片70以對 應于堆疊碟狀光學鏡片陣列100的光學鏡片10、20 ；間隔片陣列313為碟狀的金屬片支 撐片，設有16個通孔，其高度為預先設定以保持各光學鏡片20與各發(fā)光二極管晶片70 的間隔，在間隔片陣列313的斜面上預先電鍍一層反射層72用以反射發(fā)光二極管晶片70 發(fā)出的光線以反射至光學鏡片10、20以增進發(fā)光效率。組裝時，先將間隔片陣列313與 光學元件陣列3固定，再調(diào)整光學元件陣列3的位置，使各發(fā)光二極管晶片70的中心對 正于堆疊碟狀光學鏡片陣列100的光學中心軸101，再在堆疊碟狀光學鏡片陣列100、間 隔片陣列313及光學元件陣列3三者之間所形成的空間中，即各發(fā)光二極管晶片70的上 方空間，填入透明硅膠73 (silicon gel)，以固定所述三者而形成一 LED照明系統(tǒng)使用的堆 疊碟狀鏡片模塊陣列300。由此，鏡片模塊可簡便及快速制成，符合量產(chǎn)規(guī)模以可大幅降 低制作成本。而堆疊碟狀鏡片模塊陣列300的中心碟孔13則可供設置鹵素燈發(fā)光源。以上所示僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅是說明性的，而非限制性 的。本專業(yè)技術人員理解，在本發(fā)明專利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進行許多改 變，修改，甚至等效變更，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種堆疊碟狀光學鏡片陣列，其特征在于，包含至少二碟狀光學鏡片陣列，所述 碟狀光學鏡片陣列設有多個光學鏡片并以陣列排列；其中所述堆疊碟狀光學鏡片陣列是由碟狀光學鏡片陣列上所設的定位機構以對正光 學鏡片光學中心軸，并以預定的間隔由粘膠組合固定而制成；其中所述碟狀光學鏡片陣列是以塑膠射出壓縮成型方法而由中心進行塑料澆注成型 所制成，為一碟狀，且中心設有一碟孔，其上以陣列排列方式布設多個光學鏡片，且在 非光學作用區(qū)的周邊上設有至少一個粘膠槽與至少一個定位機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的堆疊碟狀光學鏡片陣列，其特征在于，所述碟狀光學鏡片陣 列的碟孔上設有至少一導位結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的堆疊碟狀光學鏡片陣列，其特征在于，所述導位結構是選自 下列結構的一種或其組合導位缺口、導位切角。
4.根據(jù)權利要求1所述的堆疊碟狀光學鏡片陣列，其特征在于，所述定位機構是選自 下列結構的一種或其組合定位銷、定位穴、準直鏡、通孔及十字刻線。
5.根據(jù)權利要求1所述的堆疊碟狀光學鏡片陣列，其特征在于，所述至少二碟狀光學 鏡片陣列之間進一步包含一間隔片陣列，所述間隔片陣列是由粘膠與相鄰接的碟狀光學 鏡片陣列組合固定以產(chǎn)生預定的空氣間隔。
6.根據(jù)權利要求1所述的堆疊碟狀光學鏡片陣列，其特征在于，所述粘膠為熱固型供 經(jīng)由加熱后固化。
7.根據(jù)權利要求1所述的堆疊碟狀光學鏡片陣列，其特征在于，所述粘膠為紫外線固 化型供經(jīng)由紫外線照射后固化。
8.—種堆疊碟狀鏡片模塊陣列，其特征在于，包含至少一根據(jù)權利要求1至7任一項 所述的堆疊碟狀光學鏡片陣列及至少一光學元件陣列；其中所述堆疊碟狀光學鏡片陣列及所述光學元件陣列是以預定的間隔由粘膠固定所 組成；其中所述光學元件陣列包含多個光學元件；其中所述光學元件陣列的多個光學元件是對應配合所述堆疊碟狀光學鏡片陣列的多 個光學鏡片并以陣列排列布設于一碟狀載板上。
9.根據(jù)權利要求8所述的堆疊碟狀鏡片模塊陣列，其特征在于，所述光學元件陣列的 光學元件是選自下列所述的一種或其組合光學鏡片、光闌、間隔片、表玻璃、紅外線 濾光鏡片、太陽能光電半導體、發(fā)光二極管、電路板。
10.—種堆疊碟狀光學鏡片陣列的制造方法，其特征在于，包含下列步驟Sl 提供一塑膠射出壓縮成型模具，包含一上模具與一下模具，分別設有相對應的 光學面成形模面，又上模具及/或下模具設有一定位機構成形模面，又于上、下模具的 一的中心設置一進料口；S2利用塑膠射出壓縮成型方法，制成一碟狀光學鏡片陣列毛胚，再切斷所述毛胚 的豎澆道棒以制成一碟狀光學鏡片陣列；所述碟狀光學鏡片陣列在光學作用區(qū)具有多個 光學鏡片及在非光學作用區(qū)具有粘膠槽及定位機構；又在碟狀光學鏡片陣列中央形成一 中央碟孔；S3以上述步驟制造另一碟狀光學鏡片陣列；所述碟狀光學鏡片陣列可不設粘膠槽；S4 在鄰接組合二碟狀光學鏡片陣列的粘膠槽涂布粘膠；S5以定位機構校準所述鄰接二碟狀光學鏡片陣列的光學中心軸，使所述鄰接二碟 狀光學鏡片陣列的多個光學鏡片對正光學中心；S6固化所述粘膠，形成一堆疊碟狀光學鏡片陣列。
11.根據(jù)權利要求10所述的堆疊碟狀光學鏡片陣列的制造方法，其特征在于，步驟S2進一步在切斷碟狀光學鏡片陣列毛胚的豎澆道棒時，可在碟狀光學鏡片陣列 上形成所述中央碟孔與至少一導位結構；步驟S4進一步由所述導位結構以將所述鄰接組合二碟狀光學鏡片陣列堆疊組合。
12.—種堆疊碟狀鏡片模塊陣列的制造方法，其特征在于，包含下列步驟S71提供一堆疊碟狀光學鏡片陣列；所述堆疊碟狀光學鏡片陣列是根據(jù)權利要求 10至11任一項所述的制造方法所制成的堆疊碟狀光學鏡片陣列，其上具有多個以陣列排 列的光學鏡片；S72提供一光學元件陣列；所述光學元件陣列包含一碟狀載板及多個光學元件， 其中所述多個光學元件是以陣列方式布設于所述碟狀載板上并對應于所述堆疊碟狀光學 鏡片陣列上的多個光學鏡片；S73在所述堆疊碟狀光學鏡片陣列的非光學作用區(qū)涂以粘膠，以堆疊方式組合所述 光學元件陣列，固化所述粘膠后形成一具有光學元件陣列的堆疊碟狀鏡片模塊陣列。
全文摘要
一種堆疊碟狀光學鏡片陣列、堆疊碟狀鏡片模塊陣列及其制造方法，其中所述堆疊碟狀光學鏡片陣列是利用碟狀光學鏡片陣列，經(jīng)對正其光學中心軸(optical axis)后堆疊組合制成；其中所述堆疊碟狀鏡片模塊陣列是利用堆疊碟狀光學鏡片陣列以定位機構對正光學中心軸，并與所需的光學元件陣列(optical element array)堆疊組合制成；由此制造方法制成的堆疊碟狀鏡片模塊陣列，可精密對正鏡片光學中心軸，且可大幅簡化鏡片模塊的制程及降低制造成本。
文檔編號G02B3/00GK102023319SQ200910176820
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權日2009年9月21日
發(fā)明者徐三偉, 林得誠, 王智鵬, 陳皇昌 申請人:一品光學工業(yè)股份有限公司