專利名稱：成型方法、光學元件制造方法及陣列狀光學元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學元件成型技術(shù)，尤其涉及用能量固化性樹脂成型光學元件的成型
方法、光學元件制造方法，及由此得到的陣列狀光學元件。
背景技術(shù)：
純樹脂注射成型形成的光學元件，由于材料的物理特性，折射率隨溫度和濕度的 變動而變動，透鏡的光學性能容易受環(huán)境影響，存在缺點。因此，盡管純樹脂成型品具有高 精度的成型轉(zhuǎn)印性，但也只能在有限的環(huán)境下發(fā)揮高度的光學性能，與用玻璃模造等制法 生產(chǎn)的高價玻璃透鏡相比，光學性能的環(huán)境安定性低劣。 為了解決這個問題，有一種在玻璃板上鑄造成型能量固化性樹脂制成的晶片規(guī)模
照相模塊透鏡(例如參照專利文獻1 3)。其中，玻璃板采用例如石英平板，光學面的能量
固化性樹脂采用紫外線固化性樹脂。 專利文獻1 :特許第3929479號公報 專利文獻2 :W02004/027880 專利文獻3 :W02005/083789
發(fā)明內(nèi)容
但是，專利文獻1至3中記載的成型方法都是鑄造成型，所以只能在玻璃板正反面 中的一個面上成型光學面。另外，紫外線固化性樹脂固化時，是使紫外光從玻璃板側(cè)入射， 或用石英等透明的材料研削研磨加工模具，從模具側(cè)照射紫外光。這種成型方法因為是單 面成型，所以在兩面成型時不僅需要2次工序，像注射成型那樣用高壓將樹脂壓入成型模 具，并為了提高成型轉(zhuǎn)印性而對樹脂施加高壓的話，無機材料會因單面高壓的擠壓而破碎， 不能成型。因此，不能實現(xiàn)高精度的形狀轉(zhuǎn)印，尤其在厚度差大的透鏡形狀成型時，由于樹 脂固化收縮，成型光學面上產(chǎn)生較大的沉陷，成型轉(zhuǎn)印性顯著劣化。因此，能夠通過上述成 型方法維持光學性能的實用的成型光學面形狀的厚度差在200ym左右，只能形成極薄的 光學面形狀，作為光學元件的應用范圍極其狹窄。 本發(fā)明的目的在于，提供一種高效率的成型方法，成型具有與玻璃光學元件略同 等光學性能之環(huán)境安定性、廉價的光學元件。 本發(fā)明的目的還在于，提供一種采用上述成型方法制作的陣列狀光學元件。
本發(fā)明的目的還在于，提供一種采用上述成型方法及陣列狀光學元件的光學元件 制造方法。 本發(fā)明涉及的成型方法，其特征在于，包括下述工序第1工序，在具有光學轉(zhuǎn)印 面的一組模具之間，插入用透明無機材料形成的光學部件，然后使所述一組模具進入關(guān)閉 狀態(tài)；第2工序，向使所述一組模具進入關(guān)閉狀態(tài)時形成的成型腔內(nèi)，注射能量固化性樹 脂，形成光學元件；第3工序，使所述一組模具為打開狀態(tài)，取出所述光學元件。這里，光學 轉(zhuǎn)印面是指模具的光學面。光學部件透明是指至少在被成型的光學元件所使用的光波長范圍透過其波長范圍的幾乎所有的光。例如，如果是在可見光波段使用的光學元件，則透明的 范圍至少是可見光波段，如果是在紅外線波段使用的光學元件，則至少是紅外線波段。另 外，所謂無機材料，是不包括以碳化氫為主要成分的有機材料、例如樹脂材料。能量固化性 樹脂是指接受熱、光或電子線等外部能量而開始固化反應并由此固化的樹脂。能量固化性 樹脂與光學部件相同具有下述性質(zhì)至少在被成型的光學元件所使用的光波長范圍透過其 波長范圍的幾乎所有的光。另外，光學元件除了光學面平滑的透鏡之外，也包括備有衍射和 微細構(gòu)造的透鏡和棱鏡、相位控制元件、偏振元件等。 上述成型方法是在將光學性能相對環(huán)境變動安定的透明無機材料光學部件放入 成型腔內(nèi)之后關(guān)模，與能量固化性樹脂一體成型，得到光學元件。由此可以縮短能量固化性 樹脂的光路長，使成型品的光學性能不易受環(huán)境變動。另外，通過注射成型，能夠簡單地實 現(xiàn)成型光學面形狀的高精度成型轉(zhuǎn)印性、兩面光學面的同時成型、兩成型光學面的同軸度 的確保，能夠以高效率成型廉價的光學元件。 根據(jù)本發(fā)明的具體方式，其特征在于，成型腔是隔著光學部件形成在兩側(cè)的。此 時，通過隔著光學部件在兩側(cè)形成成型腔，注射成型時成型壓力是靜水壓性地施加在光學 部件的所有外周上，光學部件上不受壓縮應力，可以不使光學部件破裂地用高壓成型，能夠 提高形狀轉(zhuǎn)印性。另外，該成型的結(jié)果是光學部件被樹脂層夾著之構(gòu)造，在溫度變化較大時 即使由于光學部件與樹脂的線膨脹系數(shù)不同而光學部件產(chǎn)生彎曲應力時，因為該應力是在 兩面發(fā)生相互抵消的，所以也能夠防止光學部件翹起和破裂。 根據(jù)本發(fā)明的另一方式，其特征在于，成型腔備有能量固化性樹脂的流路槽。此
時，通過在成型腔中設流路槽，可以順暢地將能量固化性樹脂導入成型腔內(nèi)。另外，能夠?qū)?br>
能量固化性樹脂均勻地注入光學部件的各個部分、尤其是澆口反側(cè)的區(qū)域。 根據(jù)本發(fā)明的又一方式，其特征在于，光學部件是平板狀的。這里的所謂光學部件
是平板狀的是指光學部件是略平行平面的板狀的。此時，通過光學部件是平板狀的，這樣，
在將光學部件插入成型腔中時，不會發(fā)生光學部件在成型腔內(nèi)位置偏離而引起的位移誤
差，因此與光學部件是透鏡形狀的情況相比，能夠容易地成型沒有軸偏離的高精度光學元件。 根據(jù)本發(fā)明的又一方式，其特征在于，光學部件是用光學玻璃形成的。此時，光學
玻璃是一般通用的，對于可見光的光學物理特性明確，可以使光學設計變得容易。 根據(jù)本發(fā)明的又一方式，其特征在于，光學部件是用光學結(jié)晶及陶瓷的任何一種
形成的。此時，光學結(jié)晶與通常的光學玻璃不同，具有高紅外線透過率和紫外線透過率、高
折射率、低色散等特殊的特征，能夠使被成型光學元件持有各種光學性能。另外，陶瓷中有
的也具有高紅外線透過率、高折射率等特征，與光學結(jié)晶的情況相同，能夠使被成型光學元
件持有高光學性能。 根據(jù)本發(fā)明的又一方式，其特征在于，光學轉(zhuǎn)印面是非球面形狀的。此時，通過使 光學轉(zhuǎn)印面為非球面形狀的，這樣不僅光學設計的自由度增大廣泛了光學元件的用途，還 能夠?qū)崿F(xiàn)更高性能的光學元件。 根據(jù)本發(fā)明的又一方式，其特征在于，預先在光學部件的表面上實施了光學成膜。 此時，通過在光學部件的表面上實施光學成膜，這樣即使實行例如多層成膜，因為基板光學 部件相對環(huán)境變動比樹脂還要安定，所以可以不增加成型工序和功夫地防止光學成膜發(fā)生
4裂縫。另外，是使光學元件持有光學過濾性能，可以減少光學系統(tǒng)部件個數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明的又一方式，其特征在于，設有多個光學轉(zhuǎn)印面，它們被配置成陣列
狀。這樣可以一次同時成型多個光學面，可以高效率地成型多個光學元件。 根據(jù)本發(fā)明的又一方式，其特征在于，光學部件具有對著光學轉(zhuǎn)印面的多個透鏡
形狀，被配置成陣列狀。由此能夠成型高光學性能的陣列狀光學元件。 本發(fā)明涉及的陣列狀光學元件，其特征在于，通過上述成型方法成型。 上述陣列狀光學元件中，通過一體成型光學物性環(huán)境安定的透明無機材料之光學
部件和能量固化性樹脂，能量固化性樹脂的光路長變短，陣列狀光學元件的光學性能不易
受環(huán)境變動。另外，通過注射成型，能夠簡單地實現(xiàn)成型光學面形狀的高精度成型轉(zhuǎn)印性、
兩面光學面的同時成型、確保兩成型光學面的同軸度，成型的陣列狀光學元件高精度廉價。 本發(fā)明涉及的光學元件制造方法，其特征在于，在切斷通過上述成型方法成型的
陣列狀光學元件進行單個化之前，在陣列狀光學元件的表面實施反射成膜及反射防止成膜
的任何一種成膜。 上述光學元件制造方法中，通過在切斷陣列光學元件進行單個化之前，在陣列狀 光學元件的表面實施反射成膜、反射防止成膜，可以一次同時實施反射成膜、反射防止成 膜，可以減輕作業(yè)負擔。 根據(jù)本發(fā)明的具體方式，其特征在于，通過疊層多個上述陣列狀光學元件，構(gòu)成陣 列狀的透鏡組。此時，因為由成型模具正確定出了各陣列狀光學面的位置關(guān)系，所以，在疊 層時只要對多個陣列狀光學元件整體分別對軸，成型的陣列狀光學元件的光學面便自動對 軸，可以簡單且沒有偏心地組成多組透鏡組。 根據(jù)本發(fā)明的另一方式，其特征在于，陣列狀光學元件有陣列狀的光學面，在光學 面之間進行切斷，被單個化。此時，通過切斷陣列狀光學元件進行單個化，能夠效率良好地 大量制造單獨的光學元件。 根據(jù)本發(fā)明的又一方式，其特征在于，光學部件具有對著光學轉(zhuǎn)印面的透鏡形狀。 這里的透鏡形狀是指作為光學面具有折射曲面的形狀。此時，通過光學部件具有透鏡形狀， 能夠成型光學性能高的光學元件。
圖1 :注射成型裝置構(gòu)造的概念性說明正面圖。 圖2 :(A)是成型用模具中動模內(nèi)面?zhèn)鹊恼f明圖，(B)是成型用模具中定模內(nèi)面?zhèn)?的說明圖，(C)是定模及動模周邊的說明圖。 圖3 : (A)是透鏡陣列的平面圖，(B)透鏡陣列的側(cè)面圖，(C)是從透鏡陣列切出的 光學元件的側(cè)面圖。
圖4 :圖2所示模具變形例的說明圖。
圖5 :說明第2實施方式透鏡陣列構(gòu)造的剖面圖。
圖6 :說明組裝了從圖5透鏡陣列切出的光學元件之攝像裝置的構(gòu)造側(cè)向剖面圖。
圖7 : (A)是透鏡構(gòu)造的剖面示意圖，(B)是其空間頻率特性示意圖。
圖8 :圖7的比較例示意圖。 圖9 :圖2(C)的定模及動模的變形例。
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圖10 ::圖2(C)的定模及動模的變形例。符號說明
10注射成型機11固定板12可動板13鎖模板15開關(guān)模/鎖模裝置20搬送裝置51溫度調(diào)節(jié)裝置53減壓裝置16注射裝置16d注射端61定模62動模63ao-環(huán)71、171、171q、171r 透鏡陣列
71a、172a、173a 光學元件
71p、172p、173p 光學平板
SM樹脂密封部件100注射成型裝置cv成型腔GA澆口PC部分腔V閥門MP成型品
具體實施例方式
第1實施方式 參照附圖，對本發(fā)明第1實施方式的成型方法及光學元件制造方法作說明。圖1
是說明實施本實施方式成型方法的注射成型裝置構(gòu)造的概念性正面圖。 本實施方式的注射成型裝置100備有注射成型機10、搬送裝置20、溫度調(diào)節(jié)裝置
51、減壓裝置53。其中，注射成型機10是進行注射成型、制作成型品MP的部分，搬送裝置20
是在注射成型機10中安裝后述光學平板等、以及從注射成型機10取出成型品MP的部分，
溫度調(diào)節(jié)裝置51是調(diào)節(jié)注射成型機10模具61、62溫度的部分，減壓裝置53是對注射成型
機10模具61、62內(nèi)抽真空的部分。這里的注射成型裝置100是縱向開模關(guān)模的。 注射成型機10備有固定板11、可動板12、鎖模板13、開閉驅(qū)動裝置15、注射裝置
16。注射成型機10在固定板11和可動板12之間夾持為第1模具的定模61和為第2模具
的動模62，通過鎖模兩模具61 、62而能夠進行成型。 固定板11被固定在支撐框架14的上下中央部分，其一端上支撐著搬送裝置20。固定板ll的內(nèi)側(cè)(底面?zhèn)?上能夠脫卸地支持著定模61，固定板11的內(nèi)側(cè)對著可動板12 的內(nèi)側(cè)。固定板11被固定在鎖模板13上支撐著鎖模板13，兩者之間有拉桿64a、64b。
拉桿64a和拉桿64b分別被架設在固定板11和鎖模板13之間。拉桿64a和拉桿 64b實際上各有2根，被支撐在固定板11和鎖模板13的四角上，在鉛直方向相互平行地延 伸著?？蓜影?2的四角上形成了使拉桿64a、64b貫通的貫通孔，可動板12能夠相對拉桿 64a、64b滑動。 可動板12通過后述滑動導向15a而能夠相對固定板11進退移動、即能夠升降地 被支撐著。可動板12的內(nèi)側(cè)(上側(cè)面)上能夠裝卸地支持著動模62，可動板12的內(nèi)側(cè)對 著固定板ll的內(nèi)側(cè)?？蓜影?2上裝有頂出器81。該頂出器81在脫模時將留在動模62中 的成型品MP從動模62內(nèi)推出，從而使得能夠由搬送裝置20作搬送。 鎖模板13被固定在支撐框架14的下部側(cè)，但在拉桿64a、64b延伸的上下方向上 是能夠作位置調(diào)整的，使固定板11和可動板12之間的間隔調(diào)整成為可能。鎖模時，鎖模板 13通過開閉驅(qū)動裝置15的動力傳達部15d，從可動板12的下面?zhèn)戎慰蓜影?2。此時，鎖 模板13由拉桿64a、64b懸架，承受得起成型時鎖模(上鎖)的壓力。 開閉驅(qū)動裝置15備有滑動導向15a、動力傳達部15d、傳動器15e。滑動導向15a 被設在支撐框架14和可動板12之間，使可動板12能夠在相對固定板11進退的方向上、 即上下方向上作順暢的往復移動。動力傳達部15d分別由肘連桿等構(gòu)成，受來自于傳動器 15e的驅(qū)動力而伸縮。這樣可動板12作升降運動，可動板12接近或離開鎖模板13地自在 變位，其結(jié)果能夠使可動板12和固定板11相互接近、鎖緊。 通過上述開閉驅(qū)動裝置15可以關(guān)閉由固定板11和可動板12夾持的定模61和動 模62，或可以使可動板12和固定板11相互離間打開由它們夾持的定模61和動模62。并 且在關(guān)模時，可以通過傳動器15e的驅(qū)動，用極其大的壓力將可動板12推到固定板11側(cè)， 可以用足夠的力對定模61和動模62進行鎖模。 注射裝置16備有汽缸16a、原料存放部16b、螺桿驅(qū)動部16c等，能夠從注射端16d 以溫度被控制的狀態(tài)吐出液體樹脂。注射裝置16中可以相對固定板11的澆口 (后述)能 夠分離地連接汽缸16a的注射端16d，可以中介固定板11以所望的時機向定模61、動模62 鎖模狀態(tài)時形成的腔CV(參照圖2)中供給液體樹脂。 搬送裝置20備有可以吸著或把持后述光學平板71p和成型品MP的把手21以及 使把手21作3維移動的3維驅(qū)動裝置22。搬送裝置20具有下述功能在成型之前，從外 部搬入光學平板71p等并載置在動模62上；在使定模61和動模62離間的開模時，把持留 在定模61、動模62中的成型品MP向外部搬出。 溫度調(diào)節(jié)裝置51進行定模61和動模62的溫度調(diào)節(jié)。具體是在定模61和動模62 中埋設加熱器，將定模61和動模62加熱到必需的溫度，使注射到定模61 、動模62之間所形 成的腔CV中的、例如熱固化性樹脂等能量固化性樹脂固化。 減壓裝置53備有真空泵53a和閥門V，真空泵53a能夠?qū)Χ?1、動模62形成的 腔CV內(nèi)抽真空，閥門V開關(guān)真空泵53a的排氣經(jīng)路。真空泵53a經(jīng)由閥門V與被設在定模 61上的后述抽真空用的孔52(參照圖2)連通，可以從該孔52抽出腔CV內(nèi)的空氣。
下面參照
本發(fā)明第1實施方式的成型用模具。圖2(A)是成型用模具動 模62的內(nèi)面?zhèn)日f明圖，圖2(B)是成型用模具定模61的內(nèi)面?zhèn)日f明圖，圖2(C)是說明定模
761、動模62周邊的正面剖面圖。 通過定模61、動模62的合模和鎖模，兩模具61、62之間形成相等圓板狀的成型腔 C V，在向該腔C V中充填為能量固化性樹脂的熱固化性樹脂、紫外線固化性樹脂等之后，通 過熱處理、紫外線處理、冷卻處理等處理，能夠成型成型品MP(參照圖1)。作為熱固化性樹 脂，有例如硅樹脂、烯丙酯、丙烯類樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、尿烷類樹脂等。作為紫外線固 化性樹脂，有例如硅樹脂、丙烯類樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、尿烷類樹脂等。
如圖2 (B)及圖2 (C)所示，定模61具有圓柱狀外形，內(nèi)側(cè)模面61s上備有2維配列 的、即陣列狀的多個元件轉(zhuǎn)印部61a和連在這些元件轉(zhuǎn)印部61a之間的支撐體轉(zhuǎn)印部61b。 各元件轉(zhuǎn)印部61a是與構(gòu)成成型品MP的各個透鏡元件相應的光學轉(zhuǎn)印面，具有圓形的外 周。 定模61并備有抽真空用的孔52。定模61的中心上形成了用來注入樹脂的主流道 部61g。主流道部61g的成型腔CV側(cè)的先端部是樹脂注入口的澆GA。此時澆GA被設在與 成型品MP的中心對應的位置上。 如圖2 (A)及圖2 (C)所示，動模62具有圓柱狀外形，內(nèi)側(cè)模面62s上備有2維配列 的、即陣列狀的多個元件轉(zhuǎn)印部62a和連在這些元件轉(zhuǎn)印部62a之間的支撐體轉(zhuǎn)印部62b。 各元件轉(zhuǎn)印部62a是必須對著定模61的元件轉(zhuǎn)印部61a配置的光學轉(zhuǎn)印面，具有圓形的外 周。 動模62在模面62s的外側(cè)進一步備有為第1密封圈部件的0_環(huán)63a， 0_環(huán)63a 呈環(huán)狀，被嵌在動模62上設有的圓周槽64a中。0-環(huán)63a能夠保持成型腔CV內(nèi)的氣體密 封性，采用不產(chǎn)生氣體的材料。例如采用氟樹脂等。 動模62在模面62s和0_環(huán)63a之間進一步備有為第2密封圈部件的樹脂密封部 件SM，樹脂密封部件SM備有密封部件本體63b和突起部63c。密封部件本體63b呈環(huán)狀， 被嵌在動模62上設有的圓周槽64b中。突起部63c是具有高低的小片，被一體固定在密封 部件本體63b半徑方向的內(nèi)側(cè)部分。后述為光學部件的玻璃制光學平板71p被嵌到突起部 63c的高低部分中。樹脂密封部件SM采用密封部件應有的不被能量固化性樹脂侵蝕等特性 的材料。采用例如硅樹脂、氟樹脂、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、66尼龍、全氟橡膠等。突起部 63c可以是與密封部件本體63b —體的部件，也可以設在動模62上。 動模62上在與樹脂密封部件63b相應的位置上設有多個頂出栓82。這些頂出栓 82連結(jié)在圖1中所示的頂出器81上。頂出栓82在動模62模面62s外側(cè)環(huán)帶面RS的垂直 方向上貫通，能夠上下進退。 如圖2(C)所示，通過關(guān)模鎖模定模61、動模62形成成型腔CV。在形成成型腔CV 時，由元件轉(zhuǎn)印部61a、62a形成與各個透鏡元件相對應的部分腔PC。圖2 (C)中省略一部分 詳細，簡略出示了元件轉(zhuǎn)印部61a、62a。 光學平板71p在被樹脂密封部件SM支撐的狀態(tài)下被插入定模61和動模62之間。 光學平板71p是通過研削、研磨各種光學玻璃而得到的薄板，表面上預先實施了光學成膜， 例如紅外反射成膜等。光學平板71p的外周形狀略微小于成型腔CV，把光學平板71p嵌入 樹脂密封部件SM中的話光學平板71p與密封部件本體63b之間略微存在間隙，樹脂從該間 隙進入光學平板71p反面，充填到動模62側(cè)成型腔CV部分。樹脂完全充填到成型腔CV中 的話，光學平板71p處于沉在成型腔CV內(nèi)的樹脂中之狀態(tài)。因此，優(yōu)選光學平板71p的比
8重比樹脂的大。比重小的情況時，光學平板71p即使被嵌在突起部63c中但一旦注射樹脂 就會因浮力而趨向向固化中的成型腔上側(cè)移動，這樣在光學元件內(nèi)的光學玻璃的位置產(chǎn)生 參差，有引起成型不安定的可能性。 下面說明采用了圖1、2所示模具61、62等的具體的成型方法。 首先在圖1的注射成型機10中，利用搬送裝置20的把手21等把樹脂密封部件SM
裝配到動模62上，在該樹脂密封部件SM上嵌入光學平板71p。 然后由注射成型機10進行第1鎖模，定模61和動模62之間形成成型腔CV，定模 61和動模62的合模面不密封，0-環(huán)63a與定模61的接觸部分為密封狀態(tài)。也就是說在第 1鎖模位置的狀態(tài)時，成型腔CV內(nèi)側(cè)是由0-環(huán)63a保持氣體密封狀態(tài)。在該狀態(tài)下，使圖 1注射裝置16的注射端16d不漏氣地碰接定模16的樹脂注入孔61h，然后打開閥門V。由 真空泵53a從0-環(huán)63a內(nèi)側(cè)的孔52排出成型腔CV內(nèi)的空氣，對成型腔C V進行減壓。
抽真空后，由注射成型機10進行定模61和動模62的合模面是不密封的第2鎖模， 密封部件本體63b與定模61環(huán)帶面RS的接觸部分為密封狀態(tài)。也就是說在第2鎖模位置 的狀態(tài)時，通過密封部件本體63b，成型腔CV處于密封狀態(tài)。然后從注射裝置16向成型腔 CV內(nèi)注射能量固化性樹脂、例如熱固化性樹脂。 熱固化性樹脂充填到成型腔CV內(nèi)之后，加熱模具61、62，熱固化性樹脂固化。在熱
固化性樹脂完成固化之前，注射成型機10進行第3鎖模，定模61的合模面和動模62的合
模面進入完全密封狀態(tài)。也就是說在第3鎖模位置的狀態(tài)進行壓縮成型。 熱固化性樹脂固化完成之后開模，由把手21把持成型品MP的主流道部71g等(參
照圖3)，由頂出栓82推出密封部件本體63b，從動模62取出成型品MP。 下面說明從由圖1注射成型裝置100成型的成型品MP制造光學元件的制造方法。 從動模62取出的成型品MP在被單個化之前，表面上被實施反射防止成膜、反射成
膜等。對象波長可以是紫外線也可以是可見光和紅外線，可以在沒有裂縫發(fā)生等問題的范
圍形成幾層膜。 圖3是由圖1的注射成裝置100形成的成型品MP、即透鏡陣列的說明圖。圖3(A) 是透鏡陣列71的平面圖，圖3(B)是透鏡陣列71的側(cè)面圖，圖3(C)是從透鏡陣列71切出 的光學元件的側(cè)面圖。 圖3 (A)、圖3 (B)中所示的透鏡陣列71具有圓板狀外形，備有2維配列的陣列狀的 多個光學元件部分171a和連在這些元件部分171a之間的支撐體71b。光學元件部分171a 對應于圖2(B)及2(A)中模具61、62上設有的元件轉(zhuǎn)印部61a、62a，支撐體71b對應于模具 61、62上設有的支撐體轉(zhuǎn)印部61b、62b。透鏡陣列71的中心部上形成了三角錐形的主流道 部71g。切斷透鏡陣列作單個化后，成為圖3所示的光學元件71a、即透鏡。
在圖3(C)所示的透鏡中，光學元件71a包括光學元件本體71d和凸緣部71e。光 學元件71a與圖3 (A)等中所示的光學元件部分171a對應，凸緣部71e是切斷支撐體71b 時留下的部分。從另一觀點來說，光學元件71a是第1層LA1、第2層LA2、第3層LA3疊層 的構(gòu)造。光學元件本體71d上側(cè)的面是凸的第l光學面71j，光學元件本體71d下側(cè)的面是 凹的第4光學面71k。另外，光學平板71p上面的面、即第1層LA1和第2層LA2的交界是 第2光學面71m，光學平板71p下面的面、即第2層LA2和第3層LA3的交界是第3光學面 71n。
上述可歸納如下在圖1的注射成型裝置100中，將光學平板71p放到成型腔CV 內(nèi)與能量固化性樹脂一體成型，則可成型如圖3(C)所示的、第2層LA2光學平板71p被第 1、第3層LA1、 LA3樹脂夾著之構(gòu)造的光學元件71a。通過光學元件71a具備這種構(gòu)造，縮 短樹脂部分的光路長，可以使光學元件71a的光學性能不易受環(huán)境變動。另外，通過注射成 型能夠簡單地實現(xiàn)光學面71 j、71k形狀的高精度成型轉(zhuǎn)印性、兩面光學面71 j、71k的同時 成型、兩成型光學面71j、71k的同軸度的確保，能夠以高效率成型廉價的光學元件。
另外，通過注射成型時用高壓將樹脂注入成型腔CV，給予樹脂內(nèi)部壓縮應力，這樣 即使在成型腔CV內(nèi)樹脂因固化反應收縮，也能夠因壓縮應力而維持樹脂與模具61、62的貼 緊狀態(tài)，由此能夠得到模具形狀高精度的成型轉(zhuǎn)印性。另外，能量固化性樹脂一般來說是低 粘度的樹脂材料，注射成型時可以對整個成型腔CV靜水壓性地施加成型壓力。因此，不需 要像采用粘性非常高的樹脂、例如熱可塑性樹脂進行成型時那樣精密設計流道和澆口的位 置，便能注射成型成陣列狀配置部分腔PC的大量成型品MP。結(jié)果是能夠效率良好地廉價成 型具有高形狀精度的成型品MP和光學元件71a。另外，樹脂具有低粘度高流動性，這樣在衍 射槽和具有波長以下大小微細構(gòu)造之光學面的成型時，樹脂容易流入模具細部，與熱可塑 性樹脂相比，成型轉(zhuǎn)印性非常優(yōu)異。 另外，因為被注射成型的能量固化性樹脂的粘度低( 一般為100 2000mPa s)， 所以在成型腔CV內(nèi)樹脂流到光學平板71p的正反面及所有外周面，成型壓力從全方向靜水 壓性地施加在光學平板71p上。對于這種全方向均等的壓縮力，大部分的無機材料顯示較 高的強度。即使施加50 100Mpa的成型壓力也不會破損。因此，可以在對能量固化性樹 脂施加壓縮應力的狀態(tài)下，將光學平板71p支撐在動模62中進行成型固化，因此將光學平 板71p投入成型腔CV中也能夠注射成型。 另外，注射成型時通過對成型腔CV內(nèi)抽真空進行真空成型，被插入成型腔CV內(nèi)的 光學平板71p不妨礙樹脂的流動，光學元件71a上幾乎不出現(xiàn)殘留氣泡，所以能夠提高收獲 率，進行確切的成型。 另外，光學平板71p為平板的話，將光學平板71p插入成型腔C V時不會出現(xiàn)由于 在成型腔CV內(nèi)的位置偏離而引起的位移誤差，所以與在光學平板71p上設透鏡形狀的情況 相比，可以容易地進行成型。因此，成型中即使由于成型壓力的稍微不均衡而平板狀光學平 板71p浮起，也因為是平行平板所以其光軸方向的位置精度對光學性能幾乎沒有影響，所 以光學元件的光學性能不易受成型條件的不均勻等影響，可以安定地進行成型。其結(jié)果能 夠提高成型收獲率，以高質(zhì)量得到低價格的高精度光學元件。 另外，通過預先在光學平板71p的表面進行光學成膜，大多數(shù)光學成膜材料是無 機材料，粘貼性良好，另外，光學平板71p的線膨脹系數(shù)小于樹脂不易吸濕，所以能夠防止 成膜后膜相對環(huán)境變動的裂縫和剝離。并且光學平板71p通過注射成型被封入樹脂內(nèi)所以 能夠防止吸濕等環(huán)境變動。 另外，通過使模具61、62的元件轉(zhuǎn)印部61a、62a為陣列配置，能夠極其高效率地成 型多個光學面。 另外，對成型品MP表面的光學成膜作業(yè)，是在切斷之前在多個光學元件部分171a 為陣列狀一體狀態(tài)下進行的，這樣能夠一次同時進行，可以大幅度減輕將單個極小的光學 元件一個一個排在夾具上、將夾具小心地放置到成膜室進行成膜、再一個一個把成好膜的
10光學元件從夾具取下之單調(diào)繁瑣的作業(yè)。尤其是光學元件部分171a的成型單位為100個 左右之陣列的話，不僅向成膜夾具的裝卸工數(shù)為1/100，因為成型品MP、即透鏡陣列72相對 來說較大，容易操作，所以更能夠減輕操作負擔。 另外，通過切斷透鏡陣列71進行單個化，能夠效率良好地制作大量單獨的光學元 件71a。 圖4是圖2所示模具61、62的變形例說明圖。如圖4所示，可以在動模62模面 62s上設流路槽62n。這樣樹脂從流路槽62n流入，動模62側(cè)成型腔CV中也被迅速充填樹 脂，可以使熱固化性樹脂以短時間均勻地注入光學平板71p的動模62側(cè)。另外突起部63c 是非環(huán)狀地設在動模62上的，所以投入的光學平板71p的外周端與密封部件本體63b之間 沒有突起部63c的部分出現(xiàn)弧形間隙，樹脂可以從該間隙以短時間流入動模62側(cè)。
實施例1 本實施例是在單透鏡的注射成型中，將實施了共34層紅外反射成膜的玻璃板作 為光學平板71p插入兩模具61、62之間， 一次性進行兩面成型，是只有1個光學部件構(gòu)成透 鏡系的光學元件71a。比較例是舉例VGA用單攝像透鏡，其中除了透鏡之外，再加上一個在 玻璃基板上實施了紅外反射成膜的濾波器，是2個光學部件構(gòu)成透鏡系。
對預先在光學平板71p上實施光學成膜的例子作說明。在例如CCD攝像元件等 上成像的攝影透鏡的場合，為了降低CCD的高紅外感光度，必須從成像光中去除紅外線的 紅外反射成膜。在此，通常必須疊層30 40層電介質(zhì)，成膜可見光90%以上透過、對紅外 線有90%以上高反射率的紅外反射膜。在這種多層成膜中，各層成膜時產(chǎn)生的內(nèi)部應力也 被累積，整個成膜的膜上內(nèi)存較大應力。因此，基材有膨脹收縮的話容易破裂出現(xiàn)大量裂 縫。該裂縫使透過光散射使圖像襯度顯著下降，作為成像透鏡是不允許出現(xiàn)的。以樹脂材 料為基材在其表面成膜這種高功能性光學膜的話，基材由于溫度、濕度而脹縮，很容易出現(xiàn) 裂縫。因此需要其它在玻璃板等無機材料上實施了紅外反射成膜的濾光部件，必須組裝到 透鏡系中去。 本實施例中，能夠在樹脂成型為透鏡之前的光學平板71p上，不發(fā)生裂縫且不增
加成型操作和工夫地預先實施這種高功能光學成膜。還可以減少光學系中的部件數(shù)。 本實施例中，在玻璃板紅外反射成膜的反面沒有實施反射防止成膜，但因為樹脂
與玻璃般的折射率為1.51幾乎相同，所以幾乎沒有為分開部件時在該面上發(fā)生的光線反
射，有的圖像區(qū)域上反差靈敏度(MTF)近8%之高，能夠得到襯度極高明亮度極好的成像性
能。至于溫度變動引起的性能變動(具體有焦點移動)，本發(fā)明的單透鏡因為有玻璃板的光
學平板71p所以樹脂厚度薄，變動量也減為約一半，作為固定焦點光學系能夠維持充分的
性能。另外，因為沒有濾光器所以能夠使成型透鏡和CCD的距離接近，這樣可以縮短全長實
現(xiàn)輕量小型的攝像照相機，在用于手機等厚度方向制約較嚴的用途時，在外觀上可以得到
很大的優(yōu)越性。 第2實施方式 圖5是說明第2實施方式涉及的疊層型透鏡陣列構(gòu)造的剖面圖。 第2實施方式的透鏡陣列是對第1實施方式的透鏡陣列71作部分性變更、疊層得
到的，沒有特殊說明的部分與第1實施方式相同。 透鏡陣列171是疊層、粘合2個透鏡陣列171q、171r和光圈板72s的透鏡組，其中
11透鏡陣列171q、171r由圖1的注射成型裝置100成型。各透鏡陣列171q、 171r、光圈板72s 分別采用相應的模具61、62，由圖1的注射成型裝置100注射成型。 透鏡陣列171q包括陣列狀的多個光學元件部分72a和連在這些光學元件部分72a 之間的支撐體172b。透鏡陣列171r包括陣列狀的多個光學元件部分73a和連在這些光學 元件部分73a之間的支撐體173b。另外，光學元件172a、173a分別包括光學元件本體172d、 173d和凸緣部172e、173e。光學元件本體172d、 173d是與光學元件部分72a、73a對應的部 分，凸緣部172e、173e是切斷支撐體172b、173b時留下的部分。從另一個觀點來說，光學元 件172a、173a分別具有下述構(gòu)造在上下2層樹脂層之間夾著光學平板172p、 173p。光學元 件本體172d上側(cè)的面是第1光學面172j，光學平板172p上面的面是第2光學面172m，光學 平板172p下面的面是第3光學面172n，光學元件本體172d下側(cè)的面是第4光學面172k。 另外，光學元件本體173d上側(cè)的面是第1光學面173j，光學平板173p上面的面是第2光 學面173m，光學平板173p下面的面是第3光學面173n，光學元件本體173d下側(cè)的面是第 4光學面173k。 透鏡陣列171q、 171r上分別設有的支撐體172b、 173b與光學元件部分72a、73a — 體或獨立，是透鏡陣列171q、171r和光圈板72s等的連結(jié)部分R。該連結(jié)部分R定出透鏡陣 列171q、171r及光圈板72s等間的間隔。 光圈板72s由添加了光吸收成分的樹脂成型而成。光圈板72s被固定在透鏡陣列 171q上。光圈板72s防止不要的光線入射到光學元件172a、173a。 透鏡陣列171q、171r和光圈板72s在該連結(jié)部分R相互對準疊層，用粘結(jié)劑等固 定。用圖5的虛線部分CL切斷透鏡陣列171進行單個化，得到圖6所示的光學元件172a、 173a、即透鏡。 圖6是說明組裝了從圖5透鏡陣列171切出的成像部181之攝像裝置的構(gòu)造側(cè)向 剖面圖。 攝像裝置180是長方體形狀的裝置，備有用來形成像的成像部181、外罩玻璃183、 檢出成像部181所成像的攝像元件182。 成像部181是成像光學元件單元，包括與透鏡陣列171q、171r對應的光學元件 172a、 173a以及與光圈板72s對應的光圈板172s。也就是說，成像部181是2個透鏡，備有 8個光學面。 外罩玻璃183與攝像元件182接合，中間介有隔離部件，防止灰塵等進入攝像元件 182。 攝像元件182是回路芯片，表面上形成了含有例如CMOS型影像傳感等的半導體集 成回路，具有受光區(qū)域SA，把投射到表面的投射像變換成電信號。攝像元件182用粘結(jié)劑等 固定在外罩玻璃183上。 上述沒有說明，也可以在成像部181和攝像元件182側(cè)面設遮光體184。遮光體 184可以是筒狀部件固定在成像部181等周圍，也可以作為筐體收納成像部181等。
上述透鏡陣列的情況，通過在切斷透鏡陣列171q、171r、光圈板72s之前進行組 裝，可以省去對被單個化的光學元件一個一個對準光軸進行組裝的操作工夫。另外，因為光 學面172 j、 172k、 172m、 172n、 173 j、 173k、 173m、 173n的各位置關(guān)系是由模具61 、62正確定出 的，所以對于各透鏡陣列171q、171r來說，只要在疊層時對準各個整體的軸，其成型中的光學面172j、172k、172m、172n、173j、173k、173m、173n的光軸對準便自動定出。這樣能夠極其 簡單地組裝多組透鏡組。 圖5的透鏡陣列171q、171r是將支撐體172b、 173b作為連結(jié)部分R，但也可以疊 層別的隔離部件等作為連結(jié)部分R。此時，若設銷子嵌合等來組裝隔離部件和透鏡陣列171 的話，疊層位置不需調(diào)整便可定出。 另外，光圈板72s、172s也可以是在其表面成膜了反射不要光線的鉻的玻璃板。
實施例2 下面說明第2實施方式透鏡單元的具體實施例。 圖7是采用樹脂夾著玻璃板的透鏡時攝像透鏡的性能說明圖，圖7 (A)是透鏡構(gòu)造 的剖面示意圖，圖7(B)是其空間頻率特性示意圖。圖8是圖7的比較例，是采用純樹脂攝像 透鏡時透鏡的性能說明圖。圖8(A)是透鏡構(gòu)造的剖面示意圖，圖8(B)是其空間頻率特性 示意圖。圖7、8中的曲線橫軸表示像高，縱軸表示反差靈敏度(MTF)。圖7(A)、圖8(A)的 實線SL表示矢弧方向的空間頻率特性，虛線表示正切方向的空間頻率特性。其中，數(shù)據(jù)L3、 L2、L1分別表示相對乃奎斯特頻率的、在1/2、1/4、1/8頻率的MTF。圖7 (A)中，光學系的焦 點距離為3. 0，光學系的全長為3. 2，透鏡74的FN0為2. 88，樹脂P 1的折射率為1. 48，樹 脂P2的折射率為1.59，玻璃G的折射率為1.52。圖8(A)中，光學系的焦點距離為2. 8，光 學系的全長為3.2，透鏡75的FN0為2.88，樹脂P 1的折射率為1. 53。圖7(A)及圖8(A) 的光學系是各光學系被最適合化了的光學系，圖8(A)的光學系中在透鏡75的入射側(cè)上設 了紅外反射濾光器。 比較圖7 (B)、圖8 (B)可知，圖7 (B)的MTF值來得大。也就是說，圖7 (A)的攝像透 鏡具有高反差的成像性能。 圖7(A)透鏡的最大樹脂厚度為0. 46mm左右，圖8 (A)透鏡的樹脂厚度為1. Omm左 右。通過在樹脂之間夾光學平板71p，這樣即使是比較厚的透鏡也可以使樹脂的厚度得到減薄。 通過上述實施方式對本發(fā)明作了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實施方式，可以 作各種變更。例如，能量固化性樹脂是采用熱固化性樹脂，通過加熱模具61、62使樹脂固化 的，但在采用紫外線固化性樹脂等時，也可以在成型時照射紫外線等進行符合樹脂性質(zhì)的 處理，使之固化。具體則是在采用紫外線固化性樹脂進行注射成型時，將動模62做成透明 的，以便使得能夠向成型腔CV內(nèi)照射紫外線。 另外上述實施方式中，是在成型腔CV內(nèi)插入一張光學平板71p，但也可以如圖9所 示插入二張光學平板71p。此時必須在樹脂密封部件SM的突起部63c上設二個高低差65a、 65b。通過在高低差65a、65b中分別嵌入光學平板71p，光學平板71p和密封部件本體63b 之間出現(xiàn)間隙，二張光學平板71p、71p之間也能注入樹脂。光學平板71p的張數(shù)可以根據(jù) 用途變更。 另外上述實施方式中，是將光學平板7lp插入成型腔CV內(nèi)，但也可以如圖10所示 插入透鏡陣列71。透鏡陣列71上兩面有樹脂層66a、66b，通過再次注射成型可以進一步成 型樹脂層，可以進一步增加透鏡陣列71的光學面。例如，采用折射率不同的樹脂成型時，與 組裝透鏡陣列相比能夠簡單地制作接合透鏡。 另外上述實施方式中，為轉(zhuǎn)印光學 的元件轉(zhuǎn)印部61a、62a的配置是陣列狀的，但也可以是單一的。 另外上述實施方式中，是在光學平板71p和透鏡陣列71上實施了光學成膜等，但 也可以不實施光學成膜等。 另外上述實施方式中，作為透明的無機材料是采用了玻璃制的光學平板71p，但 是，作為光學平板71p的材料也可以采用光學結(jié)晶。這里的光學結(jié)晶可以是多結(jié)晶也可以 是單結(jié)晶。例如，樹脂雖然吸收紅外線但能夠一定程度透過，而在可見光使用的光學玻璃幾
乎不透過波長2ym以上的紅外線，所以不能用于這種用途的光學元件。作為紅外線透過率 高的結(jié)晶有硅、鍺等，它們同時又具有高折射率。氧化鉭等不僅對紅外線而且對可見光也具 有高透過率，并且具有高折射率(2以上)之特征。另外，有的樹脂能夠透過直至接近300nm 的紫外線，但通常的光學玻璃中卻沒有在該區(qū)域具有高透過率的物質(zhì)。然而氟化鈣等光學 結(jié)晶卻對紫外線具有高透過率。如上所述，光學結(jié)晶具有與通常光學玻璃不同的高紅外線 透過率和紫外線透過率、高折射率和低色散等特征。通過將這種光學結(jié)晶用作注射成型基 材之光學平板71p，能夠使成型光學元件71a持有高光學性能。 另外，作為透明無機材料也可以采用陶瓷。陶瓷中也有紅外線透過率高的材料和 高折射率的材料，通過用作注射成型之基材的光學平板71p，能夠使成型光學元件71a持有 高的光學性能。 另外上述實施方式中，是將光學平板71p的形狀做成平板形狀的，但光學平板71p 也可以具有與光學轉(zhuǎn)印面、即元件轉(zhuǎn)印部61a和元件轉(zhuǎn)印部62a對著的l個透鏡形狀和陣 列狀連結(jié)的多個透鏡形狀。透鏡形狀可以是凸面也可以是凹面，光學平板71p的一面也可 以是平面。不管是什么形狀，只要是在光學平板71p的兩面上成型樹脂層，則施加在光學平 板71p上的應力分散，能夠防止溫度變化大時因膨脹系數(shù)不同而光學平板71p翹起破裂等。 上述說明在采用光學結(jié)晶和陶瓷作為光學平板71p材料的情況時也同樣。
另外上述實施方式中，是使成型光學面71j、71k分別為凸、凹球面形狀，但也可以 是非球面形狀。通過使光學面形狀為非球面形狀，光學設計的自由度增大。因此，不僅可以 把成型光學元件71a的用途擴大到攝像透鏡、物鏡、準直透鏡、衍射透鏡等，還可以制造比 單疊層同一透鏡張數(shù)更高性能的光學元件。也就是說，透明光學平板71p的正反面也可以 作為光學面71m、71n，所以成型光學面71j、71k作為正反2面的非球面形狀對它們進行組合 的話，則可以進行使用4面光學面的像差修正，所以能夠以極高精度高水準設計光學性能。 具體則是，通常是2個透鏡之透鏡系的CCD像素2M的模塊照相機用攝像透鏡中，如果設計 成中間夾有玻璃板的非球面形狀的樹脂透鏡的話，則與以往僅使用2個4面非球面的光學 設計相比，MTF值在最外周提高20 %左右。 另外上述實施方式中，樹脂密封部件SM是一體化的部件，但密封部件本體63b和 突起部63c也可以分別獨立。 另外上述實施方式中，模具動作是從第1到第3鎖模依次進行的，但也可以同時進 行第2及第3鎖模。也就是說，在最初鎖模時使成型腔CV內(nèi)側(cè)進入保持氣體密封性狀態(tài)， 進行抽真空，在下一次鎖模時，使成型腔CV進入密封狀態(tài)。 另外上述實施方式中，也可以采用注射成型時不抽真空而是一邊使成型腔CV內(nèi) 的空氣排出一邊充填樹脂的方法。 另外上述實施方式中，注射成型裝置100是立型，模具61、62的開閉方向是鉛直方向的，將樹脂注入成型腔CV的主流道部71g是在上模，但也可以把定模61作為下側(cè)，在定 模61的下方配置噴嘴。另外也可以是模具61、62的開閉方向是水平的橫型注射成型裝置。 此時，為了使流動性高的能量固化性樹脂安靜地充填到成型腔CV內(nèi)，使主流道部71g的位 置為成型腔CV的最下方，降低噴嘴位置便能夠使均勻固化。
權(quán)利要求
一種成型方法，其特征在于，包括下述工序第1工序，在具有光學轉(zhuǎn)印面的一組模具之間，插入用透明無機材料形成的光學部件，然后使所述一組模具進入關(guān)閉狀態(tài)；第2工序，向使所述一組模具進入關(guān)閉時形成的成型腔內(nèi)，注射能量固化性樹脂，形成光學元件；第3工序，使所述一組模具為打開狀態(tài)，取出所述光學元件。
2. 如權(quán)利要求l中記載的成型方法，其特征在于，所述成型腔是隔著所述光學部件形成在兩側(cè)的。
3. 如權(quán)利要求1或2中記載的成型方法，其特征在于，所述成型腔備有能量固化性樹脂的流路槽。
4. 如權(quán)利要求1至3的任何-狀的。
5. 如權(quán)利要求1至4的任何-學玻璃形成的。
6. 如權(quán)利要求1至4的任何-學結(jié)晶及陶瓷的任何一種形成的
7. 如權(quán)利要求1至6的任何-球面形狀的。
8. 如權(quán)利要求1至7的任何-的表面上實施了光學成膜。
9. 如權(quán)利要求1至8的任何-印面，它們被配置成陣列狀。
10. 如權(quán)利要求9中記載的成型方法，其特征在于，所述光學部件具有對著所述光學轉(zhuǎn)印面的多個透鏡形狀，被配置成陣列狀。
11. 一種陣列狀光學元件，其特征在于，用權(quán)利要求9或10中記載的成型方法成型。
12. —種光學元件制造方法，其特征在于，在切斷權(quán)利要求ll中記載的陣列狀光學元件進行單個化之前，在該陣列狀光學元件的表面實施反射成膜及反射防止成膜的任何一種成膜。
13. 如權(quán)利要求12中記載的光學元件制造方法，其特征在于，通過疊層多個所述陣列狀光學元件，構(gòu)成陣列狀的透鏡組。
14. 如權(quán)利要求12或13中記載的光學元件制造方法，其特征在于，所述陣列狀光學元件有陣列狀的光學面，在所述光學面之間進行切斷，被單個化。
15. 如權(quán)利要求1至8的任何一項中記載的成型方法，其特征在于，所述光學部件具有對著所述光學轉(zhuǎn)印面的透鏡形狀。項中記載的成型方法，其特征在于，所述光學部件是平板項中記載的成型方法，其特征在于，所述光學部件是用光項中記載的成型方法，其特征在于，所述光學部件是用光項中記載的成型方法，其特征在于，所述光學轉(zhuǎn)印面是非項中記載的成型方法，其特征在于，預先在所述光學部件項中記載的成型方法，其特征在于，設有多個所述光學轉(zhuǎn)
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效率的成型方法，實現(xiàn)具有與玻璃光學元件略同等光學性能的環(huán)境安定性、廉價的光學元件。通過將光學性能在環(huán)境中安定的透明無機材料的光學平板(71p)插入成型腔(CV)內(nèi)關(guān)閉模具(61、62)，與能量固化性樹脂一體成型，得到成型品(MP)。這樣可以縮短能量固化性樹脂的光路長，使成型品(MP)的光學性能不易受環(huán)境變動。另外，能夠簡單地實現(xiàn)通過注射成型成型的光學面(71j、71k)形狀的高精度成型轉(zhuǎn)印性、兩面光學面(71j、71k)的同時成型、兩成型光學面(71j、71k)的同軸度的確保，能夠以高效率成型廉價的光學元件(71a)。
文檔編號B29C45/14GK101784378SQ20088010435
公開日2010年7月21日 申請日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者細江秀 申請人:柯尼卡美能達精密光學株式會社