專利名稱：碟狀光學(xué)鏡片陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及一種光學(xué)鏡片陣列及其制造方法，尤指一種碟狀光學(xué)鏡片陣列的制 造方法以及所制成的碟狀光學(xué)鏡片陣列，供使用于LED光源的組合鏡片、太陽能轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)的組合鏡片、以及手機相機的光學(xué)鏡頭等。
背景技術(shù)：
塑膠射出壓縮成型(resin injection-compression molding)技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于
需高精度尺寸以及考慮光學(xué)性質(zhì)的光學(xué)產(chǎn)品如DVD、CD-ROM或光學(xué)鏡片等的制造， 如臺灣專利TW182060、TWI309601。塑膠射出壓縮成型是結(jié)合了射出成型以及壓縮 成型兩種成型技術(shù)，主要是在一般射出成型程序中再加入模具壓縮的程序，也即在塑膠 澆注初期，模具不完全閉鎖，當(dāng)部份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(稱為合模與鎖模動作(closing and clamping mold operations))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(yīng)力(residual stress)、減少成品雙折射率差(difference in refraction index) 以及可制成高精度尺寸的光學(xué)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(xué)鏡片。往昔在制造光學(xué)鏡片主要為單一個光學(xué)鏡片的制造，尤其以塑膠射出成型的制 造方法，常在成型模具上設(shè)置多個模穴(mold cavity)，如一模四穴或一模八穴，一次射 出成型四個或八個光學(xué)鏡片，經(jīng)切斷澆道棒(rarnier stick)分離成為單一的光學(xué)鏡片； 如美國專利US6270219，如圖1，利用射出成型方法制成10個光學(xué)鏡片911，為使各光 學(xué)鏡片911均一，進料的豎澆道(down sprue)設(shè)置在模穴之中央，制成的毛胚(primary product)在中央部份形成一豎澆道棒(down sprue stick) 9104，經(jīng)切除光學(xué)鏡片911的周邊 (periphery)的澆道棒9103 (sprue stick)，分離成單一的光學(xué)鏡片911。然而，為降低制造成本，如日本專利JP2006-030722、JP2003-149409、 JP2001-194508、中國臺灣專利TW M343166等，提出光學(xué)鏡片陣列(lens array)的制 造方法，制成的光學(xué)鏡片陣列可用于LED光源的鏡片陣列、太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的鏡片 陣列；或可將光學(xué)鏡片陣列切割分離形成單一個光學(xué)鏡片，以運用于手機相機的鏡 頭模塊(lens module)；或者可先將光學(xué)鏡片陣列及其他光學(xué)元件(optical element)組 合成一鏡頭次模塊陣列(lens submodule array)，再切割成單一的鏡頭次模塊，再經(jīng)與 鏡頭支架(lens holder)、影像感測元件(image capture device)或其他光學(xué)元件組合后 以制成一鏡頭模塊(lens module)。為不同目的或制程，光學(xué)鏡片陣列有各種形狀， 如方形的載板(substrate)以方形排列的陣列，如日本專利登錄號JP3182581、日本專 利公開號JP2003-004909 ；或如圓形的載板(substrate)以方形排列的陣列如日本專利 JP2001-129893、JP2001-042104 ；或如晶元制程(wafer level process)制成的光學(xué)鏡片陣 列，如美國專利 US7,183,643、US2007/0070511、WIPO 專利 W02008011003 ；或如日本 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；再如日本專利JP2000-321526，提出自聚焦(SELFOC)陣列鏡片使用突塊(height)與凹隙 (crevice)將二自聚焦(SELFOC)鏡片堆疊等。在光學(xué)鏡片陣列制造上，利用射出壓縮成型方法制造光學(xué)鏡片陣列(lens array) 如日本專利 JP2007-030339、JP2004-017555,如圖 2，在上模具(upper mold) 9511 以及下 模具(lower mold) 9512所形成的模穴中，注入(inject)塑膠材料952，再將上模具9511以 及下模具9512加壓壓緊塑膠材料952 (pressurizing and compressing the resin)，當(dāng)固化后分 開上模具9511以及下模具9512，取出光學(xué)鏡片陣列910。由于使用射出壓縮成型方法， 使用壓力較一般射出成型為低，可減少光學(xué)鏡片陣列910的殘留應(yīng)力。但是豎澆道通常 位于毛胚的邊緣，當(dāng)塑膠材料被壓縮推擠至每個光學(xué)鏡片時，可能使距離愈長位置的光 學(xué)鏡片的壓力愈低，造成各光學(xué)鏡片不平均的缺點，較難以制成高精度的光學(xué)鏡片。在應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)鏡片陣列，其每個光學(xué)鏡片常以非球面光學(xué)面所構(gòu) 成，所要求的面型精度(SAG accuracy)以及光學(xué)中心軸準(zhǔn)確度(alignment accuracy)相較 于一般使用的光學(xué)鏡片為高，因此如何避免或降低現(xiàn)有光學(xué)鏡片陣列所形成的缺點(1) 殘留應(yīng)力所造成的面型精度改變與翹曲現(xiàn)象；(2)離豎澆道不同距離以及邊緣所造成的 差異；并使制程簡化以及成本降低，以提供給LED光源的組合鏡片、太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的 組合鏡片、以及手機相機的光學(xué)鏡頭使用，并符合量產(chǎn)化的合格率與產(chǎn)量的需求，將為 迫切所需。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種碟狀光學(xué)鏡片陣列及其制 造方法，解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和方法存在的(1)殘留應(yīng)力所造成的面型精度改變與翹曲現(xiàn)象； (2)離豎澆道不同距離以及邊緣所造成的差異等問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括一種碟狀光學(xué)鏡片陣列，其特征在于是利用塑膠射出壓縮成型方法并由碟片 中心進行塑材澆注成型所制成，其為圓形碟狀且中心設(shè)有一碟孔，包含一第一光學(xué)面以 及一第二光學(xué)面，在所述的第一光學(xué)面以及第二學(xué)面上設(shè)有相對應(yīng)的復(fù)數(shù)個光學(xué)作用區(qū) 以及光學(xué)作用區(qū)之外的非光學(xué)作用區(qū)，其中所述的復(fù)數(shù)個光學(xué)作用區(qū)對應(yīng)形成復(fù)數(shù)個光 學(xué)鏡片，其中所述的復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片是以陣列排列。其中所述的復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片包含下列的一種或其組合雙凹鏡片、雙凸鏡 片、新月型鏡片、M型鏡片以及菲涅爾鏡片。其中所述的復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片的陣列排列是包含下列的一種或其組合等間距 排列、輻射狀排列或子陣列排列，其中所述的子陣列排列是由數(shù)個光學(xué)鏡片組成一子陣 列而所形成的數(shù)個子陣列再排列在碟狀光學(xué)鏡片陣列上。其中所述的碟孔的形狀是選自下列的一種圓形、矩形或多邊形。其中進一步在所述的光學(xué)鏡片的周邊設(shè)置環(huán)狀機構(gòu)，而所述的環(huán)狀機構(gòu)是選 自下列的一種或其組合凹槽形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)以及定位銷形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。其中所述的非光學(xué)作用區(qū)進一步設(shè)有一個或一個以上的定位機構(gòu)用來將碟狀 光學(xué)鏡片陣列以精密對正光學(xué)鏡片的光學(xué)中心軸堆疊組合。其中所述的定位機構(gòu)是選自下列結(jié)構(gòu)的一種或其組合定位銷、凹槽、準(zhǔn)直鏡、通孔以及十字刻線。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案還包括一種光學(xué)鏡片子陣列，其特征在于是利用上述的碟狀光學(xué)鏡片陣列而沿切割 線切開分離成為單一個光學(xué)鏡片子陣列，其中，所述的光學(xué)鏡片子陣列包含復(fù)數(shù)個光學(xué) 鏡片且以陣列方式排列。其中所述的光學(xué)鏡片子陣列在復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片以外的非光學(xué)作用區(qū)進一步包 含有定位機構(gòu)，其中所述的定位機構(gòu)是選自下列結(jié)構(gòu)的一種或其組合定位銷、凹槽、 準(zhǔn)直鏡、通孔以及十字刻線。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案還包括一種光學(xué)鏡片，其特征在于是利用上述的碟狀光學(xué)鏡片陣列而沿切割線切開 分離成為單一個光學(xué)鏡片。其中所述的光學(xué)鏡片的周邊設(shè)有環(huán)狀機構(gòu)，其中所述的環(huán)狀機構(gòu)是選自下列 的一種或其組合凹槽形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)以及定位銷形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案還包括一種碟狀光學(xué)鏡片陣列的制造方法，其特征在于是以塑膠射出壓縮成型方法 制成，包含下列步驟SO 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(shè)具光學(xué) 面成形模面；在上模具或下模具的一的中心設(shè)置一進料口；Si當(dāng)上模具與下模具微開時，在上模具與下模具所構(gòu)成的模穴中，由進料口 射入部份塑膠材料，并加壓使上模具與下模具合模與鎖模并由進料口補充塑膠材料，且 利用施加壓力以壓縮成型來完成模穴充填；S2 冷卻分開上模具與下模具，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚；S3取出碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚，所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚包含一碟狀光 學(xué)鏡片陣列與一豎澆道棒；S4切斷所述的豎澆道棒，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列且其中心部份形成一碟 孔。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案還包括一種光學(xué)鏡片的制造方法，其特征在于是利用上述的碟狀光學(xué)鏡片陣列的制 造方法，在步驟S4之后進一步包含下列步驟S5在碟狀光學(xué)鏡片陣列上設(shè)置切割線，再沿所述的切割線切割所述的碟狀光 學(xué)鏡片陣列以分離成單一的光學(xué)鏡片。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案還包括一種光學(xué)鏡片子陣列的制造方法，是利用上述的碟狀光學(xué)鏡片陣列的制造方 法，在步驟S4之后進一步包含下列步驟S5’ 在碟狀光學(xué)鏡片陣列上設(shè)置切割線，再沿所述的切割線切割所述的碟狀 光學(xué)鏡片陣列以分離成單一的光學(xué)鏡片子陣列。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的有益效果是大幅簡化光學(xué)鏡片陣列制程、 提高精密度以及降低制造成本。


圖1是現(xiàn)有一利用射出壓縮成型方法制成的光學(xué)鏡片示意圖；圖2是現(xiàn)有一光學(xué)鏡片陣列制造方法示意圖；圖3是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例一示意圖；圖4是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列切割成單一光學(xué)鏡片示意圖；圖5是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例二設(shè)有定位銷與凹槽的定位機構(gòu)示意 圖；圖6是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例二設(shè)有準(zhǔn)直鏡的定位機構(gòu)示意
圖7是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例二設(shè)有通孔以及十字刻線的定位機構(gòu) 示意圖；圖8是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列制成堆疊碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例二示意 圖；圖9是現(xiàn)有光學(xué)鏡片陣列的塑膠進料壓力分布示意圖；圖10是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列的塑膠進料壓力分布示意圖；圖11是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例三示意圖；圖12是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例四示意圖；圖13是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例五示意圖；圖14是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例六示意圖；圖15是本發(fā)明的光學(xué)鏡片子陣列實施例六示意圖一；圖16是本發(fā)明的光學(xué)鏡片子陣列實施例六示意圖二 ；圖17是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例七示意圖；圖18是本發(fā)明具有定位機構(gòu)的光學(xué)鏡片子陣列實施例七示意圖；圖19是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列實施例七示意圖；圖20是本發(fā)明用來制造碟狀光學(xué)鏡片陣列的射出壓縮成型模具示意圖；圖21是本發(fā)明的實施例一的射出壓縮模具示意圖；圖22是本發(fā)明的實施例七的射出壓縮模具示意圖；圖23是本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列與光學(xué)鏡片制造方法流程示意圖；圖24是本發(fā)明的毛胚切斷豎澆道示意圖。附圖標(biāo)記說明1、2_碟狀光學(xué)鏡片陣列(Disk-shaped optical lens array) ； 10、 20-光學(xué)鏡片(optical lens element) ； 11-第一光學(xué)面(first optical surface) ； 12_ 第二光學(xué) 面(second optical surface) ； 13-碟孔(disk hole) ； 14-切割線(cutting line) ； 15、16、 17, 18_ 定位機構(gòu)(alignment fixture) ； 100-堆疊碟狀光學(xué)鏡片陣列(Disk-shaped stacked optical lens array) ； 101-光學(xué)中心軸(optical axis) ； 102_ 凹環(huán)(groove ring) ； IO3-菲涅 爾光學(xué)面(fresnel optical surface) ； 111、112-光學(xué)鏡片子陣列(optical lens sub-array)； 161-定位 肖(alignment pin) ； 162-定位穴(alignment cavity) ； 262-定位穴(alignment cavity) ； 3-光學(xué)元件陣列(optical element array) ； 30-影像感測元件(image capture device) ； 361-定位銷(alignment pin) ； 51-身寸出壓縮模具(injection-compression mold)； 511-上模具(upper mold) ； 513-上模仁(upper mold core) ； 5131-上模成形模面(upper molding surface) ； 5132-上模定位機構(gòu)成形模面(upper molding alignment surface)；512-下模具(Iowermold) ； 514-下模仁(Iowermoldcore) ； 5141-下模成形模面(lower molding surface) ； 5142-下模定位機構(gòu)成形模面(lower molding alignment surface)； 521-進料口(feedingnozzle) ； 522-進料機(feeder) ； 61-碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚(primary product ofDisk-shaped optical lens array) ； 614-豎饒道棒(down sprue stick) ； 910-光學(xué) 鏡片陣歹Ij (optical lens array) ； 911-光學(xué)鏡片(optical lens element) ； 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 material)。
具體實施例方式參考圖3、圖4，本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列1，是利用塑膠射出壓縮成型(resin injection-compression molding)方法，并由碟片中心進行塑材澆注成型所制成，為圓形碟 狀，中心設(shè)有碟孔13 (Disk hole)，包含一第一以及一第二光學(xué)面11、12，其上分別設(shè)有 復(fù)數(shù)個相對應(yīng)的光學(xué)作用區(qū)以對應(yīng)形成復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片10(optiCal lens element)并以陣列 排列。若沿所設(shè)的切割線H(Cuttingline)切開分離(singularize)，即可成為單一個光學(xué) 鏡片10;或沿特定切割線14切開分離(singularize)，即可成為單一個光學(xué)鏡片子陣列 111 (optical lens sub-array)如圖 15、 16 所示。所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列1進一步包含至少一定位機構(gòu)15(16、17、18)如 圖5-7所示，利用所述的定位機構(gòu)15(16、17、18)可將至少二碟狀光學(xué)鏡片陣列 1(2)，以精密對正光學(xué)鏡片的光學(xué)中心軸101而堆疊組合形成一堆疊碟狀光學(xué)鏡片陣 列100 (Disk-shaped stacked lens array)；或?qū)⒌鸂罟鈱W(xué)鏡片陣列1 (2)與光學(xué)元件陣列 3 (optical element array)，以精密對正光學(xué)鏡片的光學(xué)中心軸101而堆疊組合形成一堆疊碟 狀光學(xué)鏡片陣列100如圖8所示。參考圖23，本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列1是以塑膠射出壓縮成型方法，由碟片 中心進行塑材澆注成型所制成，包含下列步驟SO 提供一塑膠射出壓縮模具51 (injection-compression mold)，包含一上模具 511 (upper mold)與一下模具512 (lower mold)，各設(shè)具光學(xué)面成形模面；在上模具或下模 具的一的成形模面中心設(shè)置一進料口 521 ；Sl 使用塑膠射出壓縮成型方法完成模穴充填；S2冷卻后分開上、下模具511、512，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚61 ；S3:取出所述的毛胚61，其上具有一豎澆道棒614 ；S4切斷豎澆道棒614如圖24所示，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列1，在其中心部 份形成一碟孔13;依據(jù)不同需求，所述的碟孔13可為圓形、矩形或多邊形；S5進一步設(shè)置切割線，使可沿所述的切割線切割所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列 1，以分離成單一的光學(xué)鏡片10或光學(xué)鏡片子陣列111 (112)(參考圖15、16)。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3、4以及圖23，本實施例是碟狀光學(xué)鏡片陣列、光學(xué)鏡片及其制造方 法，本實施例的碟狀光學(xué)鏡片陣列1包含一第一以及一第二光學(xué)面11、12其上各設(shè)有相 對應(yīng)的復(fù)數(shù)個如212個(但不限制)光學(xué)作用區(qū)，使所述的212個光學(xué)作用區(qū)對應(yīng)形成212個光學(xué)鏡片10 (optical lens element)并以等間距的陣列排列。碟狀光學(xué)鏡片陣列1為 一圓形碟狀，直徑為120mm，中央有一碟孔13，所述的碟孔13是由一碟狀光學(xué)鏡片陣列 毛胚61切除豎澆道棒614所形成如圖24所示，直徑為30mm。進一步可在碟狀光學(xué)鏡片陣列1上設(shè)置切割線14 (cutting line)，所述的切割線14 通常以縱向與橫向等間距設(shè)置(如繪制)在二光學(xué)鏡片10的中間；若沿切割線14切開， 可分離(singularize)成為單一個光學(xué)鏡片10，即可一次制成212個光學(xué)鏡片10。

參考圖23，本實施例使用的塑膠射出壓縮成型設(shè)備是類似在DVD光碟片的 制造設(shè)備；本實施例的碟狀光學(xué)鏡片陣列1所使用的塑材是光學(xué)用PC(聚碳酸酯， Polycarbonate)；其制造方法包含步驟如下SO 準(zhǔn)備一塑膠射出壓縮模具51，包含一上模具511與一下模具512如圖21， 上、下模具511、512各設(shè)有復(fù)數(shù)個如212個相對應(yīng)的非球面光學(xué)面的凹型成形模面；又 在下模具512的中心設(shè)置一進料口 521 ；Si:使上、下模具 511、512 微開(slightly opened)，以在上、下模具 511、512 所構(gòu)成的模穴(mold cavity)中由進料口 521射入部份的塑材如光學(xué)用PC，并加壓使上、 下模具合模與鎖模且由進料口 521補充塑材，以壓縮成型來完成模穴充填；本實施例使 用的塑材射速為155mm/sec.，相較于一般射出成型使用的射速250 300mm/SeC為低， 所產(chǎn)生的材料內(nèi)部應(yīng)力也較低；在此過程中，上、下模具511、512的成形模面可分別轉(zhuǎn) 印在碟狀光學(xué)鏡片陣列1的第一以及第二光學(xué)面11、12上。S2冷卻后分開上、下模具511、512，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚 61 (primary product of Disk-shaped optical lens array)；S3取出所述的毛胚61，其包含一碟狀光學(xué)鏡片陣列1與一豎澆道棒614 (down sprue stick)；S4 切斷豎澆道棒614，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列1如圖24所示，所述的碟狀 光學(xué)鏡片陣列1設(shè)具復(fù)數(shù)個如212個雙凸(bi-convex)光學(xué)鏡片10并以等間距的陣列排 列，其中心部份形成一碟孔13，所述的碟孔13依據(jù)不同需求可為圓形、矩形或多邊形， 在本實施例為圓形；S5 在碟狀光學(xué)鏡片陣列1繪制切割線14，如繪制數(shù)條縱向與橫向切割線14如 各21條；再沿切割線14切開以分離成為單一個光學(xué)鏡片10，即可一次制成212個精密 的光學(xué)鏡片10。當(dāng)上模具511設(shè)有復(fù)數(shù)個如212個非球面光學(xué)面的凹型成形模面，下模具512 設(shè)有212個非球面光學(xué)面的凸型成形模面，則可制成一具有212個新月型(meniscus)光 學(xué)鏡片10的碟狀光學(xué)鏡片陣列1 ；當(dāng)上模具511設(shè)有212個非球面光學(xué)面的凸型成形模 面，下模具512設(shè)有212個非球面光學(xué)面的凸型成形模面，則可制成一具有212個雙凹型 (bi-concave)光學(xué)鏡片10的碟狀光學(xué)鏡片陣列1 ；當(dāng)上模具511設(shè)有212個非球面光學(xué)面 的M型成形模面，下模具512設(shè)有212個非球面光學(xué)面的M型成形模面，則可制成一具 有212個M型(M-shaped)光學(xué)鏡片10的碟狀光學(xué)鏡片陣列1。所謂M型(M-shaped)光 學(xué)鏡片，是自鏡片光學(xué)中心起向鏡片邊緣，具有屈光度反曲點(inflectionpointofrefractive power)，經(jīng)過屈光度反曲點后屈光度會產(chǎn)生正/負改變。參考圖9，其是現(xiàn)有一光學(xué)鏡片陣列的光學(xué)鏡片陣列毛胚91，所述的毛胚91包含二光學(xué)鏡片陣列910其各設(shè)有復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片911、一豎澆道棒9104以及一澆道棒 9103；在射出壓縮成型制程中，塑材由模穴的中間部份射入(形成毛胚61的豎澆道棒 9104)，經(jīng)過澆注道(sprue)(形成毛胚61的澆道棒9103)，以一圈一圈的方式由中心向模 穴邊緣推擠至整個模穴，從進入光學(xué)鏡片陣列910至最遠端的光學(xué)鏡片911的距離為d， 且模穴邊緣不同位置的距離并不相等。由于塑材由光學(xué)鏡片陣列910的一端進入，因此 在邊緣地區(qū)的光學(xué)鏡片911與接近塑材進入點的光學(xué)鏡片911所受的壓力不同；再者，由 于塑材經(jīng)過狹小的澆注道(sprue)射入模穴中，其使用的射速要較高，因此殘留的應(yīng)力較 大、且位置不同而殘留應(yīng)力也不同；因此，如圖9的制造方法較難制出殘留應(yīng)力小、較 不翹曲或分布均勻的光學(xué)鏡片陣列910。參考圖10，其是說明本發(fā)明的碟狀光學(xué)鏡片陣列1的塑材射入示意圖，當(dāng)塑材 經(jīng)由下模具512的進料口 521射入模穴中(形成碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚61的豎澆道棒 614)，塑材以圓周方式向模穴邊緣推擠，由于進料點是在陣列的中心，由進料點至模穴 的邊緣均為相同長度d，各光學(xué)鏡片10所受到的壓力較均勻，不會形成如圖9所示邊緣處 壓力不均的缺點；再者，塑膠材料射入后直接進入模穴中，可使用較低的射速，因此殘 留的應(yīng)力也較??；由此可制得精密度較高且各光學(xué)鏡片均一的光學(xué)鏡片陣列。<實施例二 >
參考圖5，本實施例是具有定位機構(gòu)的碟狀光學(xué)鏡片陣列以及堆疊碟狀光學(xué)鏡片 陣列制造方法，本實施例的碟狀光學(xué)鏡片陣列1的第一以及第二學(xué)面11、12上各設(shè)有相 對應(yīng)的244個光學(xué)作用區(qū)以及4個定位機構(gòu)16，所述的244個光學(xué)作用區(qū)可對應(yīng)形成244 個光學(xué)鏡片10且以等間距的陣列排列，所述的4個定位機構(gòu)16分別設(shè)在碟狀光學(xué)鏡片陣 列1的邊緣上。在本實施例，定位機構(gòu)16是在第一光學(xué)面11以90°間距設(shè)置4個定位 銷161 (protrasion)，在第二光學(xué)面12設(shè)置4個凹槽162 (groove)，4個定位銷161與4個 凹槽162為相對應(yīng)位置。本實施例的碟狀光學(xué)鏡片陣列1的制造方式如同實施例一，但在上模具511增設(shè) 4個凹穴，下模具512對應(yīng)設(shè)置4個凸起；使制成的碟狀光學(xué)鏡片陣列1具有244個光學(xué) 鏡片10所形成的陣列以及4組定位機構(gòu)16。相同的制造方法，在上、下模具511、512各設(shè)置不同的定位機構(gòu)成形模面，可 制成具有不同定位機構(gòu)的碟狀光學(xué)鏡片陣列1。如圖6，在上模具511設(shè)置3個球面凹穴 以及244個非球面光學(xué)面的成形模面，下模具512也設(shè)置相對應(yīng)的3個球面凹穴以及244 個非球面光學(xué)面的成形模面，則可制成一具有244個光學(xué)鏡片10所形成的陣列以及3個 準(zhǔn)直鏡(collimator lens)型態(tài)的定位機構(gòu)15的碟狀光學(xué)鏡片陣列1。所述的準(zhǔn)直鏡型態(tài)的 定位機構(gòu)15為一雙凸球面鏡片，可使用光學(xué)校準(zhǔn)儀器(optical calibration instrument)時， 并憑借雷射光線(laser beam)通過準(zhǔn)直鏡型態(tài)定位機構(gòu)15以進行定位(alignment)，其定 位精度可達5μιη以下，可為精密組裝使用。為精確定位目的，另可在上模具511或下模具512設(shè)置十字刻線18(Set-p0int hairline),所述的十字刻線的位置為非球面光學(xué)面的成形模面的基準(zhǔn)點(set-point)，使利 用此模具制成的碟狀光學(xué)鏡片陣列1上成型十字刻線型態(tài)的定位機構(gòu)18如圖7所示；在 組裝時，可憑借十字刻線型態(tài)的定位機構(gòu)18進行定位，其定位精度可達3 5μιη以下， 可為精密組裝使用。
再如圖7，可在上模具511設(shè)置3個凸點以及244個非球面光學(xué)面的成形模面， 下模具512也設(shè)置相對應(yīng)的3個凸點以及244個非球面光學(xué)面的成形模面，則可制成一具 有244個光學(xué)鏡片10所形成的陣列以及3個通孔(through hole)型態(tài)的定位機構(gòu)17 (圖7 中只表示1個定位機構(gòu)17)的碟狀光學(xué)鏡片陣列1，其通孔型態(tài)的定位機構(gòu)17可為后續(xù)組
裝使用。參考圖8，一堆疊碟狀光學(xué)鏡片陣列 100 (Disk-shaped stacked optical lens array)
包含一碟狀光學(xué)鏡片陣列1、一碟狀光學(xué)鏡片陣列2以及光學(xué)元件陣列3(optical element array)；所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列1具有4個定位機構(gòu)16以及244個M型的光學(xué)鏡片10 形成陣列，所述的定位機構(gòu)16是如圖5的4個定位銷161與4個凹槽162所構(gòu)成；所述 的碟狀光學(xué)鏡片陣列2具有4個用來定位的凹槽262以及244個新月型的光學(xué)鏡片20形 成陣列；光學(xué)元件陣列3上設(shè)有244個影像感測元件30 (image capture device)形成陣列， 并設(shè)有4個定位銷361且與碟狀光學(xué)鏡片陣列1的4個定位銷161與4個凹槽162、碟狀 光學(xué)鏡片陣列2的4個定位用凹槽262相對應(yīng)；組裝時，憑借定位銷361與凹槽162、定 位銷161與凹槽262的對應(yīng)組合 ，可將碟狀光學(xué)鏡片陣列2、1的各光學(xué)鏡片20、10與光 學(xué)元件陣列3的各影像感測元件30，以光學(xué)中心軸101彼此對正，在各光學(xué)鏡片陣列之間 非光學(xué)作用區(qū)涂以粘膠(未在圖上顯示)，經(jīng)組合與固化后形成一具有244個鏡頭模塊的 堆疊碟狀光學(xué)鏡片陣列100。<實施例三>參考圖11，本實施例是一具有環(huán)狀機構(gòu)的碟狀光學(xué)鏡片陣列1，其中，各光學(xué) 鏡片10的外部設(shè)有一環(huán)狀機構(gòu)102，當(dāng)?shù)鸂罟鈱W(xué)鏡片陣列1切割成為單一光學(xué)鏡片10 時，所述的環(huán)狀機構(gòu)102可用于當(dāng)作粘膠的溝槽，或可用于當(dāng)作定位機構(gòu)使用；本實施 例的碟狀光學(xué)鏡片陣列1包含一第一以及一第二光學(xué)面11、12其上設(shè)有復(fù)數(shù)個成光學(xué)鏡 片10并以等間距的陣列排列，其中至少一或各光學(xué)鏡片10的周邊設(shè)有一環(huán)狀機構(gòu)102， 所述的環(huán)狀機構(gòu)102可為環(huán)形的溝槽(groove)，當(dāng)如圖4切割成單一光學(xué)鏡片10時，可用 所述的環(huán)狀機構(gòu)102所形成的溝槽涂上粘膠，以及其他光學(xué)元件組合而制成光學(xué)鏡頭； 或所述的環(huán)狀機構(gòu)102可為凸?fàn)瞽h(huán)或凹狀環(huán)，所述的凸?fàn)瞽h(huán)或凹狀環(huán)的圓心是位于光學(xué) 中心軸，當(dāng)與他光學(xué)元件組合時，可以對正光學(xué)中心軸，用來制成高精密的鏡頭模塊。<實施例四>參考圖12，本實施例是一輻射狀排列的碟狀光學(xué)鏡片陣列1，復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片 10是以碟狀光學(xué)鏡片陣列1圓心向圓周邊緣以輻射狀的陣列排列。本實施例的碟狀光學(xué) 鏡片陣列1可以一整片的光學(xué)鏡片陣列使用，特別是使用于配合一晶元碟片(wafer disc) 的各晶片(die)位置，可將碟狀光學(xué)鏡片陣列1與一晶元碟片組合，使各晶片位置可與各 光學(xué)鏡片10相對應(yīng)。本實施例應(yīng)用的實例如發(fā)光二極管陣列(LED array)，各LED晶片 是以輻射狀排列設(shè)在一晶元碟片上，在本實施例的碟狀光學(xué)鏡片陣列1上的復(fù)數(shù)個光學(xué) 鏡片10也以輻射狀排列，當(dāng)晶元碟片與碟狀光學(xué)鏡片陣列1組合后，各光學(xué)鏡片10與各 LED晶片可相對應(yīng)對正，使各LED晶片發(fā)出的光線可被各光學(xué)鏡片10所聚集而向外界發(fā) 送；如此組裝方式可一次做成發(fā)光二極管陣列(LED array)，達成組裝準(zhǔn)確與減低成本的 功效。<實施例五>
參考圖13，本實施例是一具有菲涅爾光學(xué)面的碟狀光學(xué)鏡片陣列1，如同實施 例四，復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片10是以碟狀光學(xué)鏡片陣列1圓心向圓周邊緣以輻射狀陣列排列， 其中各光學(xué)鏡片10是菲涅爾透鏡(Fresnel lens)的光學(xué)面；本實施例的碟狀光學(xué)鏡片 陣列1可以一整片的光學(xué)鏡片陣列使用，如與一晶元碟片(wafer disc)組合，使各晶片 (die)位置與各光學(xué)鏡片10相對應(yīng)。本實施例的應(yīng)用實例如太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(solar energy system),各太陽能晶片(photovoltaic die)是以輻射狀排列設(shè)在一晶元碟片上，使晶元碟 片與碟狀光學(xué)鏡片陣列1組合后，各太陽能晶片與各光學(xué)鏡片10可對應(yīng)對正，使入射的 太陽光線可經(jīng)由各光學(xué)鏡片10聚焦而照射在各太陽能晶片；如此組裝方式可一次做成一 太陽能轉(zhuǎn)換元件(SOlarenergydevicearray)陣列，達成組裝準(zhǔn)確與減低成本的功效。<實施例六>參考圖14、15、16，本實施例的碟狀光學(xué)鏡片陣列1上的光學(xué)鏡片10是以子陣 列(sub-array)方式布設(shè)，其是由數(shù)個光學(xué)鏡片10組成一個子陣列，而所形成的數(shù)個子 陣列再布設(shè)在碟狀光學(xué)鏡片陣列1上，如圖14所示由4X4個光學(xué)鏡片10組成一方形子 陣列，碟狀光學(xué)鏡片陣列1上設(shè)有6個子陣列。再如圖15、16所示，在碟狀光學(xué)鏡片 陣列1上繪制切割線14后，沿切割線切開，可制成單一個光學(xué)鏡片子陣列(optical lens sub-array) 111,如圖15所示可切割制成6個正方形光學(xué)鏡片子陣列111 ；或如圖16，可 切割制成6個圓形的光學(xué)鏡片子陣列112;每個光學(xué)鏡片子陣列111/112各包含4X4個 光學(xué)鏡片10，可供給光學(xué)系統(tǒng)使用。本實施例的制造方法包含步驟如下(參考圖23) SO準(zhǔn)備一塑膠射出壓縮模具51，包含一上模具511與一下模具512，其分別設(shè) 具相對應(yīng)96個非球面光學(xué)面的成形模面以對應(yīng)形成96個光學(xué)鏡片10，并以16個為一組 且以4X4的陣列排列；在下模具512的中心設(shè)置一進料口 521 ；Si:使上、下模具511、512微開，供在上、下模具511、512所構(gòu)成的模穴 中，由進料口 521射入部份的塑材如光學(xué)用PC，并加壓進行合模與鎖模且由進料口補 充塑材，而利用施加壓力以壓縮成型來完成模穴充填；在本實施例使用的塑材射速為 145mm/sec.；S2冷卻后分開上、下模具511、512，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚61 ；S3 取出所述的毛胚61，其包含一碟狀光學(xué)鏡片陣列1與一豎澆道棒614 ；S4切斷豎澆道棒614，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列1，其上形成96個光學(xué)鏡片 10，并以4X4的陣列排列；其中心部份形成一碟孔13 :S5在所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列1繪制切割線，沿切割線切開，可分離成單一 個光學(xué)鏡片子陣列111/112，即可一次制成6個精密的光學(xué)鏡片子陣列111/112。<實施例七>如圖17、18、19，本實施例的碟狀光學(xué)鏡片陣列1上的光學(xué)鏡片10是以子陣列 (sub-array)方式布設(shè)如實施例六，且各子陣列上具有定位機構(gòu)。本實施例的碟狀光學(xué)鏡 片陣列1如圖17設(shè)有6個方形子陣列111其各由4X4個光學(xué)鏡片10組成；其中，各光 學(xué)鏡片子陣列111進一步包含定位機構(gòu)15(16)，如圖18各光學(xué)鏡片子陣列111上設(shè)有二 定位機構(gòu)15，所述的定位機構(gòu)15為一雙凸透鏡形成的準(zhǔn)直鏡；組裝時，可利用所述的定 位機構(gòu)15(準(zhǔn)直鏡)，使用光學(xué)校準(zhǔn)儀器進行對正光學(xué)中心以制成高精密的光學(xué)系統(tǒng)；或如圖19各光學(xué)鏡片子陣列111上設(shè)有四定位機構(gòu)16，所述的定位機構(gòu)16為V形定位銷 與V形凹槽構(gòu)成，組裝時可利用所述的定位機構(gòu)16將光學(xué)鏡片子陣列111及其他光學(xué)元 件定位組合。為能彈性運用，所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列1的塑膠射出壓縮模具51可采用模 塊化(modularized)構(gòu)造形成，如圖22，塑膠射出壓縮模具51包含一上模具511與一下 模具512;上模具511設(shè)有6個上模仁513 (upper mold core)，各上模仁513設(shè)有可形成 光學(xué)鏡片子陣列111光學(xué)面的上模成形模面5131 (upper molding surface)以及可形成定位 機構(gòu)15 (或其他定位機構(gòu)如定位機構(gòu)16)的上模定位機構(gòu)成形模面5132 (upper molding alignment surface)；下模具512設(shè)有6個下模仁514 (lower mold core)，所述的下模仁514 設(shè)有可形成光學(xué)鏡片子陣列111光學(xué)面的下模成形模面5141與可形成定位機構(gòu)15(或其 他定位機構(gòu)如定位機構(gòu)16)的下模定位機構(gòu)成形模面5142;而且所述的上、下模仁513、 514是設(shè)計成可抽換式結(jié)構(gòu)，供可針對不同光學(xué)面或定位機構(gòu)而更換上、下模仁513、 514，形成一模塊化的塑膠射出壓縮模具。

以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理 解，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效， 但都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碟狀光學(xué)鏡片陣列，其特征在于是利用塑膠射出壓縮成型方法并由碟片中 心進行塑材澆注成型所制成，其為圓形碟狀且中心設(shè)有一碟孔，包含一第一光學(xué)面以及 一第二光學(xué)面，在所述的第一光學(xué)面以及第二學(xué)面上設(shè)有相對應(yīng)的復(fù)數(shù)個光學(xué)作用區(qū)以 及光學(xué)作用區(qū)之外的非光學(xué)作用區(qū)，其中所述的復(fù)數(shù)個光學(xué)作用區(qū)對應(yīng)形成復(fù)數(shù)個光學(xué) 鏡片，其中所述的復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片是以陣列排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列，其特征在于所述的復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片 包含下列的一種或其組合雙凹鏡片、雙凸鏡片、新月型鏡片、M型鏡片以及菲涅爾鏡 片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列，其特征在于所述的復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片 的陣列排列是包含下列的一種或其組合等間距排列、輻射狀排列或子陣列排列，其中 所述的子陣列排列是由數(shù)個光學(xué)鏡片組成一子陣列而所形成的數(shù)個子陣列再排列在碟狀 光學(xué)鏡片陣列上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列，其特征在于所述的碟孔的形狀是選 自下列的一種圓形、矩形或多邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列，其特征在于進一步在所述的光學(xué)鏡 片的周邊設(shè)置環(huán)狀機構(gòu)，而所述的環(huán)狀機構(gòu)是選自下列的一種或其組合凹槽形成的環(huán) 狀結(jié)構(gòu)以及定位銷形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列，其特征在于所述的非光學(xué)作用區(qū)進 一步設(shè)有一個或一個以上的定位機構(gòu)用來將碟狀光學(xué)鏡片陣列以精密對正光學(xué)鏡片的光 學(xué)中心軸堆疊組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列，其特征在于所述的定位機構(gòu)是選自 下列結(jié)構(gòu)的一種或其組合定位銷、凹槽、準(zhǔn)直鏡、通孔以及十字刻線。
8.—種光學(xué)鏡片子陣列，其特征在于是利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟狀光學(xué)鏡片 陣列而沿切割線切開分離成為單一個光學(xué)鏡片子陣列，其中，所述的光學(xué)鏡片子陣列包 含復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片且以陣列方式排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)鏡片子陣列，其特征在于所述的光學(xué)鏡片子陣列在 復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片以外的非光學(xué)作用區(qū)進一步包含有定位機構(gòu)，其中所述的定位機構(gòu)是選 自下列結(jié)構(gòu)的一種或其組合定位銷、凹槽、準(zhǔn)直鏡、通孔以及十字刻線。
10.—種光學(xué)鏡片，其特征在于是利用如權(quán)利要求1所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列而沿 切割線切開分離成為單一個光學(xué)鏡片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)鏡片，其特征在于所述的光學(xué)鏡片的周邊設(shè)有環(huán) 狀機構(gòu)，其中所述的環(huán)狀機構(gòu)是選自下列的一種或其組合凹槽形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)以及定 位銷形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
12.—種碟狀光學(xué)鏡片陣列的制造方法，其特征在于是以塑膠射出壓縮成型方法制 成，包含下列步驟SO 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(shè)具光學(xué)面成 形模面；在上模具或下模具的一的中心設(shè)置一進料口；Si當(dāng)上模具與下模具微開時，在上模具與下模具所構(gòu)成的模穴中，由進料口射入 部份塑膠材料，并加壓使上模具與下模具合模與鎖模并由進料口補充塑膠材料，且利用施加壓力以壓縮成型來完成模穴充填；S2冷卻分開上模具與下模具，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚； S3取出碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚，所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列毛胚包含一碟狀光學(xué)鏡 片陣列與一豎澆道棒；S4 切斷所述的豎澆道棒，制成一碟狀光學(xué)鏡片陣列且其中心部份形成一碟孔。
13.—種光學(xué)鏡片的制造方法，其特征在于是利用如權(quán)利要求12所述的碟狀光學(xué) 鏡片陣列的制造方法，在步驟S4之后進一步包含下列步驟S5在碟狀光學(xué)鏡片陣列上設(shè)置切割線，再沿所述的切割線切割所述的碟狀光學(xué)鏡 片陣列以分離成單一的光學(xué)鏡片。
14.一種光學(xué)鏡片子陣列的制造方法，是利用如權(quán)利要求12所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列 的制造方法，在步驟S4之后進一步包含下列步驟S5’ 在碟狀光學(xué)鏡片陣列上設(shè)置切割線，再沿所述的切割線切割所述的碟狀光學(xué) 鏡片陣列以分離成單一的光學(xué)鏡片子陣列。
全文摘要
本發(fā)明是一種碟狀光學(xué)鏡片陣列及其制造方法，其中所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列是利用塑膠射出壓縮成型(resin injection-compression molding)方法并由碟片中心進行塑材澆注成型所制成，具有一第一以及一第二光學(xué)面(optical surface)，在第一以及第二光學(xué)面上設(shè)有相對應(yīng)的復(fù)數(shù)個光學(xué)作用區(qū)(optical division)以對應(yīng)形成復(fù)數(shù)個光學(xué)鏡片并以陣列排列，且可切割分離成單一光學(xué)鏡片(singular optical lens element)；更進一步，所述的碟狀光學(xué)鏡片陣列設(shè)有定位機構(gòu)，供可利用定位機構(gòu)將至少二碟狀光學(xué)鏡片陣列或?qū)⒌鸂罟鈱W(xué)鏡片陣列及其他光學(xué)元件陣列(optical element array)精密對正光學(xué)鏡片的光學(xué)中心軸而堆疊組合形成一堆疊碟狀光學(xué)鏡片陣列；如此以大幅簡化光學(xué)鏡片陣列制程、提高精密度以及降低制造成本。
文檔編號G02B7/00GK102023321SQ20091017682
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)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(xué)工業(yè)股份有限公司