专利名称：改善光学元件表面精度的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改善光学元件表面精度的方法及装置，尤指一种利用射出成型技术制造塑胶光学元件并通过改善模具来提高该塑胶光学元件的表面精度的方法及装置。
背景技术：
目前，光学镜片作为高精密度光学元件，其应用非常广泛。按照材料的不同，光学镜片可以分为玻璃镜片与塑胶镜片两大类，采用玻璃制作镜片时需要经过粗磨、精磨及抛光等制程，成本较高，而以塑胶为原料的镜片因可通过射出成型方法大量生产而具有成本低、重量轻、可塑性大的优点。因此，目前常见的消费性产品上都采用有塑胶镜片。
所谓的射出成型方法是将加热成流体的定量的光学塑胶原料注入到模具中，在加热加压条件下成型，冷却固化后打开模具，便可获得所需要的光学塑胶零件。光学塑胶射出成型的关键环节是模具，其模仁设计及浇口位置的选择均能直接影响塑胶镜片的光学精度，一旦射出成型后镜片表面精度产生不良，例如“AS-亚斯”(“亚斯”是指镜片依据设计值做轴对称加工，射出成型后因浇口位置、模具温度等因素的影响，会使得镜片成型收缩后产生非轴对称的情况)，从而难以采用对称性的模仁形状作面型补偿。尤其是当塑胶镜片朝小型化方向发展，对镜片的光学设计及机构设计也越趋严格，而在塑胶镜片上设计承载面成为必要时，对模具设计的要求也就更高。然而，因非球面模仁车制的过程繁杂，且出于对真圆度、连续切削及对光的折射的考虑，至今各光学厂商都以有效径稍大的范围作为镜面的设计大小。因此，目前塑胶镜片可以依射出成型时的分模面的位置被分为两区块，如图1所示，该塑胶镜片10的第一区块为光学有效区域11与12，其有效径为D1，而第二区块为镜片的可承载于其它构件的基准面13与14。一般而言，第二区块愈大，该基准面13与14的承载精度就愈佳。当然，在该塑胶镜片10的另一光学表面也设置有两区块，分别是光学有效区域15与16，其有效径为D2，及一基准面17。
现有的射出成型模具20的结构大致如图2所示，其具有固定侧模仁21、固定侧套筒22、可动侧模仁23、可动侧套筒24及形成于这些模仁与套筒之间的型腔25，为能确保固定侧的镜片易于离型，在设计时，会让镜片承载形状置于可动侧，如图2中所示。依照塑胶镜片10的两区块的不同，该射出成型模具20的可动侧模仁23将与塑胶镜片10的第一区块(即光学有效区域11与12)相对应，而可动侧套筒24将与塑胶镜片10的第二区块(即基准面13与14)相对应。该射出成型模具20的同轴分模面26是位于可动侧套筒24上，而垂直分模面27是位于固定侧模仁21上，其浇口28的位置设计也如图2中所示。当该模具浇口28位置设定后，经由浇口28向型腔25中注入塑胶原料，且待冷却后才可开模，并取出成品。
因上述塑胶镜片10的承载形状是置于射出成型模具20的可动侧，而镜片的第一区块与第二区块的位置关系是由模仁与套筒的位置关系决定的，因此可动侧模仁23的移动将直接影响镜片与其基准面结构的相关性，甚至会影响到镜片与镜筒及其它构件的位置关系。
请参图3所示，当塑胶镜片10安装于镜筒30上时，塑胶镜片10的位置是由垫片31的厚度a决定的，垫片31的厚度a一经确立后，塑胶镜片10的光学有效区域11与12及基准面13等几何形状的位置关系也一并确立。如果当塑胶镜片10射出成型后，光学有效区域12及基准面13之间如产生一误差δ(请参图4所示)，则原镜筒30上的尺寸c将会由a-k变为a-k+δ，从而导致镜筒30上的镜间距发生变化，并使得光学系统无法对焦，而且还有可能产生其它光学像差的问题。
另一现有塑胶镜片50，如图5A所示，其第一区块为光学有效区域51与52(其有效径为D3与D4)，其第二区块为基准面53与54，按厚薄的不同，该塑胶镜片50可以被分成一厚部D及一薄部T。该塑胶镜片50的射出成型模具40的大致结构如图5B所示，该射出成型模具40包括具有固定侧模仁41、固定侧套筒42、可动侧模仁43、可动侧套筒44及形成于这些模仁与套筒之间的型腔45，其中可动侧模仁43的移动也同样会直接影响该镜片50的结构及其与镜筒30和其它构件的位置关系。
通过以上分析可知，成型后的塑胶镜片的基准面必须精确，这样才能确保镜筒30中各构件与塑胶镜片的相对位置。但是，因现有模仁的移动能直接影响镜片品质，而很难达到此精度要求。
现有的模具设计造成塑胶镜片10或50的表面精度不佳的另一原因是模具浇口28或46的位置设定。详言之，塑胶射出成型时，因型腔形状关系，型腔内将由低压逐渐上升至高压直至模穴充填结束，此时由射出压力切换为保压压力，压力还会持续上升，并达压力最高峰，此时将浇口封闭，保压压力无法再做料的充填。但是，在模具20或40的充填过程中，型腔25或45内距离浇口28或46位置较近处或与成型后的塑胶镜片10或50的厚部相对应的型腔位置处将很快被填满熔融塑胶，而型腔25或45内距离浇口28或46位置较远处或与成型后的塑胶镜片10或50的厚部相对应的型腔位置处因熔融塑胶具有高度黏性而产生的流动阻力会影响其充填速度，原料充填的时间差异将会导致位于型腔25或45内各位置处的塑胶温度分布不均匀，各位置处的充填时间差异越大，型腔25或45内温度差异也就越大。例如，在成型塑胶镜片50时，模具型腔45是朝向可动侧模仁43内凹，而现有模具浇口46是靠近于型腔45的右上角，型腔45的凹陷处(即与该塑胶镜片50的厚部D相对应处)距离浇口46位置较远而难以很快被充填，并进一步使得塑胶充填速度及温度分布不均匀。同理，在成型塑胶镜片10时，模具型腔25的一部分是朝向固定侧模仁21内凹，另一部分是朝向可动侧模仁23内凹且较前一部分的内凹幅度大，因型腔25的内凹幅度较大处距离浇口28位置较远，从而也存在温度分布不均匀的现象。
在模具冷却过程中，因塑胶镜片的充填温度及厚薄差异将导致其冷却速度的不同。例如，冷却时会使得型腔内压力递减，但因塑胶镜片的薄件部分冷却速度较快，厚件部份的塑胶较不易冷却并会维持某种程度的压力及高温，而冷热不均将会使得塑胶镜片的内部产生应力，并因收缩量的不均匀，而最终导致塑胶镜片的面形不佳。
因此，有必要对现有塑胶镜片的成型方法加以改进，以改善其表面精度。
发明内容本发明的主要目的在于提供一种改善光学元件表面精度的方法及装置，该光学元件的成型模具是采用了一体化的模仁设计，在光学元件的成型过程中，模仁移动不会影响该光学元件与其基准面的结构关系，从而提高光学元件的表面精度。
本发明的另一目的在于提供一种改善光学元件表面精度的方法及装置，通过改变成型模具浇口与该光学元件的相对位置，可以提高光学元件的表面精度。
依据本发明的上述目的，本发明提供一种改善光学元件表面精度的方法，该方法是通过改善成型模具来提高其表面精度，其中光学元件至少具有两区块，而成型模具至少包括有固定侧模仁、固定侧套筒、可动侧模仁、可动侧套筒及形成于模仁之间的型腔，熔融后的光学元件的原料可以经过该成型模具的浇口注入型腔中，当经过合模、开模等程序之后，光学元件便成型于型腔内；因该成型模具的可动侧模仁的对应于该光学元件的两区块的结构是采用了一体化的设计方式，在成型过程中，当可动侧模仁在型腔内移动时，其并不会影响到该光学元件的两区块的位置关系。
上述型腔的形状是与光学元件的形状相同。
上述光学元件是一厚薄不一的塑胶镜片，模具浇口的位置靠近于与塑胶镜片的厚部相对应的型腔处。
上述光学元件是一具有较大凸部的塑胶镜片，模具浇口的位置靠近于与塑胶镜片的较大凸部相对应的型腔处。
上述塑胶镜片的两区块分别为光学有效区域及镜片承载于其它构件上的基准面。
上述该成型模具的可动侧模仁的对应于塑胶镜片的光学有效区域及基准面的结构是一体车制成型的。
上述成型模具的固定侧模仁也可以采用模仁一体化的设计结构，即该固定侧模仁对应于光学元件的两区块的结构是一体加工成型的。
相较于现有技术，本发明光学元件主要是通过改善成型模具来提高其表面精度，其中该成型模具的可动侧模仁是采用了一体化的设计结构，在成型过程中，当可动侧模仁在型腔内移动时，并不会影响到该光学元件与其基准面的结构关系，但却可以改变模具浇口与该光学元件的相对位置，从而提高该光学元件的表面精度，并确保该光学元件能够准确实现其光学功能。
图1是一般塑胶镜片的结构图。
图2是现有射出成型模具的结构示意图，该模具可以用来成型图1中所示的塑胶镜片。
图3是当图1中所示的塑胶镜片安装于镜筒上时，塑胶镜片与其它构件的位置关系示意图。
图4是当塑胶镜片采用图2中所示的现有射出成型模具成型之后，其基准面产生误差的示意图。
图5A是另一塑胶镜片的结构示意图。
图5B是用来成型图5A所示的塑胶镜片的现有射出成型模具的结构示意图。
图6是本发明用来成型图1中所示的塑胶镜片的具一体化模仁结构的射出成型模具的示意图。
图7是本发明用来成型图5A中所示的塑胶镜片的具一体化模仁结构的射出成型模具的示意图。
具体实施方式本发明光学元件是通过射出成型制造而成并借助改善模具来提高其表面精度，依照塑胶模流分析，当模具浇口尺寸不变，而浇口位置变化时，光学元件的剪切应力、波前行为及内应力皆不同。例如，当浇口移动量仅为0.05mm而成型条件保持不变时，该光学元件成型后的面形精度将会发生显著提高。可见，模具浇口与模仁的相对关系将对本发明光学元件的面精度的改善提供一重要作用。在本实施例中，将以塑胶镜片10与50为例对本发明改善光学元件表面精度的方法做详细介绍。
本发明用来成型塑胶镜片的射出成型模具的基本结构主要包括有固定侧模仁、固定侧套筒、可动侧模仁及可动侧套筒，且在模仁之间形成有型腔，型腔形状与塑胶镜片形状相同，可以用来充填熔融的原料，当经过注塑、合模、冷却及开模等一系列程序之后，塑胶镜片便成型于型腔内。
请参图6所示，本发明射出成型模具60与现有模具的不同之处主要在于本发明射出成型模具60是采用了一体化的模仁设计，当然模仁一体化的设计概念可以同时应用于可动侧模仁及固定侧模仁上。请一并参阅图1至图4所示，所谓一体化设计是指将现有模仁的相对于塑胶镜片10的有效径内(即光学有效区域11与12)及有效径外(基准面13与14)的结构一起车制成型，而所得到的模仁的热传效率也将相同，并借此改善塑胶镜片的面形精度。另外，因该射出成型模具60的可动侧模仁61是同时与塑胶镜片10的光学有效区域11与12及基准面13与14相对应，因此模仁61移动时，并不会影响塑胶镜片10与其基准面13与14结构的相关性，但却可以改变浇口62与塑胶镜片10的相对位置，从而改善镜片的亚斯(球面非对称)情况。
为进一步说明本发明，请继续参照图7所示的塑胶镜片50的射出成型模具70的结构设计示意图。该射出成型模具70的可动侧模仁71及固定侧模仁72均采用了模仁一体化的设计结构，其模仁的热传效率相同，可以改善塑胶镜片的面形精度。本发明射出成型模具70可以通过调节浇口73位置来缩短型腔74的凹陷处(即与该塑胶镜片50的厚部D相对应处)与浇口73之间的距离。经过模流分析可知，型腔74内各部位的温度分布均趋于一致，这样可以改善镜片的亚斯(球面非对称)情况，从而提高塑胶镜片50的面形精度。
本发明塑胶镜片的共同点是镜片10与50的厚薄不一，且两者均具有较大的凸部，例如在塑胶镜片10的光学有效区域11处形成有一凸部，在塑胶镜片50的光学有效区域51处也形成有一凸部，而与该两塑胶镜片10与50相对应的模具型腔63与74内则均形成了一较大凹陷，从而必须调节浇口62与73位置，缩短型腔63与74内的凹陷处与浇口62与73之间的距离，从而进一步提高面形精度。
通过对
背景技术：
的介绍可知，塑胶在型腔中，由于塑胶镜片10或50的厚薄不同而造成型过程中的温度差异能够导致该塑胶镜片10或50的面形不佳，而本发明可以通过模仁61或71的移动来调整浇口62或73在塑胶镜片10或50上的相对位置。且经由模流分析可知，浇口62或73的些许移动，在模具型腔内的树脂温度区块相较于现有技术将会产生近10度的温差，从而使得塑胶镜片可以均匀冷却，最终提高塑胶镜片10或50的表面精度。此外，因成型后的塑胶镜片10或50对镜筒30中的各镜片及镜间距的关系并不会有影响，从而可以确保镜头的光学系统能够准确实现其完整功能。
权利要求
1.一种改善光学元件表面精度的方法，其主要是通过改善成型模具来提高光学元件的表面精度，其中光学元件至少具有两区块，而成型模具至少包括有固定侧模仁、固定侧套筒、可动侧模仁、可动侧套筒及形成于模仁之间的型腔，熔融后的光学元件的原料可以经过该成型模具的浇口注入型腔中，当经过合模、开模等程序之后，光学元件便成型于型腔内；其特征在于因该成型模具的可动侧模仁的对应于该光学元件的两区块的结构是采用了一体化的设计方式，在成型过程中，当可动侧模仁在型腔内移动时，其并不会影响到该光学元件的两区块的位置关系。
2.如权利要求1所述的改善光学元件表面精度的方法，其特征在于该型腔的形状与光学元件的形状相同。
3.如权利要求2所述的改善光学元件表面精度的方法，其特征在于该光学元件是一厚薄不一的塑胶镜片。
4.如权利要求3所述的改善光学元件表面精度的方法，其特征在于模具浇口的位置靠近于与塑胶镜片的厚部相对应的型腔处。
5.如权利要求2所述的改善光学元件表面精度的方法，其特征在于该光学元件是一具有较大凸部的塑胶镜片。
6.如权利要求5所述的改善光学元件表面精度的方法，其特征在于模具浇口的位置靠近于与塑胶镜片的较大凸部相对应的型腔处。
7.如权利要求1所述的改善光学元件表面精度的方法，其特征在于塑胶镜片的两区块分别为光学有效区域及镜片承载于其它构件上的基准面。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的改善光学元件表面精度的方法，其特征在于该成型模具的可动侧模仁的对应于塑胶镜片的光学有效区域及基准面的结构是一体车制成型的。
9.如权利要求8所述的改善光学元件表面精度的方法，其特征在于成型模具的固定侧模仁也可以采用模仁一体化的设计结构，即该固定侧模仁对应于光学元件的两区块的结构是一体加工成型的。
10.一种可以改善光学元件的表面精度的装置，该装置是一种成型模具，其中所述的光学元件至少具有两区块，且至少在其中的一个区块上具有安装该光学元件的基准面，该成型模具包括有固定侧模仁、可动侧模仁及形成于模仁之间的型腔，熔融后的光学元件的原料可以经过该成型模具的浇口注入型腔中，当经过合模、开模等程序之后，光学元件便成型于型腔内；其特征在于该成型模具的可动侧模仁的对应于该光学元件的两区块的结构是采用了一体化的设计方式，在成型过程中，当可动侧模仁在型腔内移动时，其并不会影响到该光学元件的两区块间的对应尺寸关系。
11.如权利要求10所述的改善光学元件的表面精度的装置，其特征在于该型腔的形状是与光学元件的形状相同。
12.如权利要求11所述的改善光学元件的表面精度的装置，其特征在于该光学元件的厚薄不一。
13.如权利要求12所述的改善光学元件的表面精度的装置，其特征在于模具浇口的位置靠近于与光学元件的厚部相对应的型腔处。
14.如权利要求11所述的改善光学元件的表面精度的装置，其特征在于该光学元件具有一较大的凸部。
15.如权利要求14所述的改善光学元件的表面精度的装置，其特征在于模具浇口的位置靠近于与光学元件的较大凸部相对应的型腔处。
16.如权利要求10至15中任意一项所述的改善光学元件的表面精度的装置，其特征在于该成型模具的可动侧模仁的对应于光学元件的两区块的结构是一体车制成型的。
17.如权利要求16所述的改善光学元件的表面精度的装置，其特征在于成型模具的固定侧模仁也可以采用模仁一体化的设计结构，即该固定侧模仁对应于光学元件的两区块的结构是一体加工成型的。
全文摘要
本发明公开一种改善光学元件表面精度的方法及装置，其主要是通过改善成型模具来提高其表面精度，其中光学元件至少具有一光学有效区域及一基准面，而成型模具包括有固定侧模仁、固定侧套筒、可动侧模仁、可动侧套筒及形成于模仁之间的型腔，其中该成型模具的可动侧模仁的对应于该光学元件的光学有效区域及基准面的结构是采用了一体化的设计方式，在成型过程中，当可动侧模仁在型腔内移动时，其并不会影响到该光学元件的两区块的结构关系，却可以通过改变模具浇口与该光学元件的相对位置，从而提高该光学元件的表面精度。
文档编号B29C45/37GK1843744SQ20051006543
公开日2006年10月11日 申请日期2005年4月7日 优先权日2005年4月7日
发明者赵圣瑞, 郭惠娟 申请人:亚洲光学股份有限公司