堆叠碟状光学镜片阵列、堆叠镜头模块及其制造方法

专利名称：堆叠碟状光学镜片阵列、堆叠镜头模块及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光学镜片阵列、镜头模块及其制造方法，尤其一种利用至少两 个碟状光学镜片阵列以堆叠组成一堆叠碟状光学镜片阵列，再切割分离成单一的堆叠光 学镜片元件，并与所需的光学元件装设入镜头支架内而组成一堆叠镜头模块，以使用于 手机相机的光学镜头或其他光学系统的光学镜头等。
背景技术：
塑胶射出压缩成型(resin injection-compression molding)技术目前已广泛应用于
需高精度尺寸以及考虑光学性质的光学产品如DVD、CD-ROM或光学镜片等的制造。 塑胶射出压缩成型的操作结合了射出成型以及压缩成型两种成型技术，主要是在一般射 出成型程序中再加入模具压缩的程序，也即在塑胶浇注初期，模具不完全闭锁，当部份 塑胶材料注入模穴后，再利用压力将模具闭锁，由浇注处向模穴内熔融的塑胶材料施加 压力以压缩成型来完成模穴充填。此种成型方式相较于一般射出成型，具有降低残余 应力(residual stress)、减少成品双折射率差(difference in refraction index)以及可制成高 精度尺寸的光学镜片的优点；如美国专利US2008/0093756、日本专利JP2008-230005、 JP2003-071874等已运用此成型方法制成光学镜片。光学镜片已广泛运用于手机相机的光学镜头等光学系统；在组合光学镜片或构 成光学镜头，为光学成像效果，常需要以多片不同屈光度的光学镜片，以一定空气间隔 组合成为光学镜片模块。因此，当多片不同屈光度的光学镜片组合时，各光学镜片的光 学中心轴(optical axis)需要精密对正以避免解析度降低的问题，且各光学镜片也需要以 一定间距组合而成，故将耗费许多的工序与精密校正，致产量无法提高，成本也难以下 降；尤其在光学镜片阵列组合上，当光学镜片阵列的光学中心轴产生偏移时，将影响光 学效果，因此光学镜片阵列校正上更为繁复与重要。在光学镜片阵列制造上，如日本专 利JP2001194508提出塑胶光学镜片阵列的制造方法；中国台湾专利TW M343166提出 玻璃光学镜片阵列的制造方法。光学镜片阵列制成后可以切割分离成为单一的光学镜片 单元，以组装在镜头模块(lens module)中。或者可以先将光学镜片阵列及其他光学元 件(optical element)先组合成镜头子模块阵列(lens submodule array),再切割成单一的镜 头子模块(lens submodule)，经与镜头支架(lens holder)、影像感测元件(image capture device)或其他光学元件组合后，制成镜头模块(lens module)。 在镜头模块阵列制造上，美国专利US7,183,643、US2007/0070511、WIPO专利 W02008011003等提出晶元级镜头模块(Wafer level lens module)。如图1，一般光学用的 镜头模块阵列通常包含一光阑911 (aperture)、一表玻璃912 (cover glass)、多片光学镜片 以及一红外线滤光镜片917 (IR cut lens)，如图所示为三片式光学镜片组，包含第一光学 镜片914 (first lens)、第二光学镜片915 (second lens)以及第三光学镜片916 (third lens)， 各光学镜片间以间隔片913(spacer)隔开；经组合后形成一镜头模块阵列，经切割后制成 镜头模块。对于镜头模块的制造，如图2、3，如美国专利US2006/0044450揭示一晶元级的光学镜片模块9100，其是先各在一光学镜片载板918 (lens substrate)上分别设置一阵 列光学镜片914、915，并以间隔片913(spacer)隔开而组成一阵列光学镜片模 块900，再 切开形成单一个光学镜片模块9100。然而，对于镜头模块阵列，当多片光学镜片阵列组合时，各光学镜片阵列的 对正(alignment)将影响镜头模块阵列的解析度，在多片光学镜片阵列的组合上，美国 专利US2006/0249859提出使用红外线(infrared ray)产生基准点标号(fiducial marks) 以组合晶元级镜片模块；在塑胶光学镜片阵列的组合上，日本专利JP2000-321526、 JP2000-227505揭示自聚焦(SELFOC)光学镜片阵列以凸块(height)与凹隙(crevice)组 合的方法，日本专利JP2001-042104提出采用不同深度的凹沟(recess)，以避免微镜片阵 列的翘曲变形；美国专利US7,187,501提出利用圆锥体(cone-shaped projection)以堆叠 (stack)多片的塑胶光学镜片阵列。在LED光源的组合镜片、太阳能转换系统的组合镜片 以及手机相机的光学镜头使用的光学镜片模块阵列，常是由多种光学面不同形状的光学 镜片阵列所组成。在现有塑胶光学镜片阵列以凸体(projection)与凹穴(hole)组合的方法 中，由于塑胶光学镜片阵列是以塑胶射出成形，在凸体与凹穴处会造成材料收缩而使尺 寸发生改变，其定位精度难以提高，致塑胶光学镜片阵列中每个光学镜片的学中心轴产 生位置上差异，各光学镜片的光学中心轴较难以定位，使用上有相当限制。利用塑胶射出压缩成型(resin injection-compression molding)方法，由碟片中心 为塑料浇注成型所制成的碟状光学镜片阵列，因具有低的内应力、高精密度的优点；且 碟状光学镜片阵列中心设有碟孔，可利用碟孔在组合时提供定位之用。因此利用碟状光 学镜片阵列发展简易且精密度高的光学镜片模块阵列的制造方法，以制成光学镜片模块 阵列，提供给手机相机的光学镜头使用，才能符合量产化的合格率与产量的需求。

发明内容
本发明的主要目的是提供一种堆叠碟状光学镜片阵列(Stacked Disk-shaped Optical Lens Array),供光学系统的光学镜头使用(如相机的镜头、手机相机的镜头或单 一个发光二极管的光学镜头等)。本发明另一目的是提供一种堆叠碟状光学镜片阵列，以供给光学系统的光学镜 头使用。本发明再一目的是提供一种堆叠镜头模块，包含至少一堆叠光学镜片元件 (stacked optical lens element)、一镜头支架(lens holder)以及至少一光学元件(optical element)；其中，所述的堆叠光学镜片元件是由一堆叠碟状光学镜片阵列切割分离成单 一元件(element)而制成；其中所述的光学元件包含光学镜片(optical lens)、间隔片 (spacer)、光阑(aperture)、表玻璃(cover glass)、红外线滤光镜片(IR-cut glass)等。本发明又一目的在于提供一种堆叠碟状光学镜片阵列以及堆叠镜头模块的制造 方法，如此制造方法，可一次制成精密的堆叠光学镜片阵列以及堆叠镜头模块，以达到 精密的组合以及可大量生产的效果。为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括一种堆叠碟状光学镜片阵列，其特征在于包含至少两个碟状光学镜片阵列， 所述的碟状光学镜片阵列设有复数个光学镜片；
其中所述的堆叠碟状光学镜片阵列是凭借碟状光学镜片阵列上所设的定位机构 以对正各光学镜片的光学中心轴，且以预定的间隔凭借粘胶组合固定而制成；其中所述的碟状光学镜片阵列是利用塑胶射出压缩成型方法而由中心进行塑材 浇注成型所制成，为一碟状，其中心设有一碟孔，其上以阵列排列方式布设复数个光学 镜片，且在其非光学作用区的周边上设有至少一粘胶槽以及至少一定位机构。较佳的所述的碟状光学镜片阵列的碟孔上设有至少一导位结构。较佳的所述的导位结构是选自下列结构的一种或其组合导位缺口以及导位 切角。

较佳的所述的定位机构是选自下列结构的一种或其组合定位销、定位穴、 准直镜、通孔以及十字刻线。较佳的所述的至少两个碟状光学镜片阵列之间进一步包含间隔片阵列，所 述的间隔片阵列是凭借粘胶与相邻接的碟状光学镜片阵列组合固定以产生预定的空气间隔。较佳的所述的粘胶为热固型，可经由加热后固化。较佳的所述的粘胶为紫外线固化型，可经由紫外线照射后固化。为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括一种堆叠镜头模块，其特征在于包含至少一堆叠光学镜片元件、一镜头支架 以及至少一光学元件，其中所述的镜头支架是用来组合并固定所述的堆叠光学镜片元件 与所述的光学元件；其中所述的堆叠光学镜片元件是由一堆叠碟状光学镜片阵列切割分离而形成的 单一元件；其中所述的堆叠碟状光学镜片阵列是由上述堆叠碟状光学镜片阵列所构成。较佳的所述的光学元件是选自下列所述的一种或其组合光学镜片、光阑、 表玻璃、红外线滤光镜片、影像感测元件、太阳能光电半导体、发光二极管以及电路 板。为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括—种堆叠碟状光学镜片阵列的制造方法，其特征在于，包含下列步骤Sl 提供一塑胶射出压缩成型模具，包含一上模具与一下模具，分别设有相对 应的光学面成形模面，又上模具和/或下模具设有一定位机构成形模面，又在上、下模 具之一的中心设置一进料口；S2利用塑胶射出压缩成型方法，制成一碟状光学镜片阵列毛胚，再切断所述 的毛胚的竖浇道棒以制成一碟状光学镜片阵列；所述的碟状光学镜片阵列在光学作用区 具有复数个光学镜片以及在非光学作用区具有粘胶槽以及定位机构；又在碟状光学镜片 阵列中央形成一中央碟孔；S3 以上述步骤制造另一碟状光学镜片阵列；所述的碟状光学镜片阵列可不设 粘胶槽； S4 在邻接组合两个碟状光学镜片阵列的粘胶槽涂布粘胶； S5以定位机构校准所述的邻接两个碟状光学镜片阵列的光学中心轴，使所述
的邻接两个碟状光学镜片阵列的复数个光学镜片对正光学中心；
S6固化所述的粘胶，形成一堆叠碟状光学镜片阵列。较 佳的步骤S2进一步在切断碟状光学镜片阵列毛胚的竖浇道棒时，可在碟状 光学镜片阵列上形成所述的中央碟孔与至少一导位结构；步骤S4进一步凭借所述的导位结构以将所述的邻接组合两个碟状光学镜片阵列
堆叠组合。较佳的在步骤S6之后进一步再包含下一步骤S7在所述的堆叠碟状光学镜片阵列的非光学作用区涂以粘胶，以堆叠组合光 学元件阵列，再固化所述的粘胶以形成一具有光学元件阵列的堆叠碟状光学镜片阵列。为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括一种堆叠镜头模块的制造方法，其特征在于，包含下列步骤SSl 提供一利用上述制造方法所制成的堆叠碟状光学镜片阵列，其上具有复数 个以阵列排列的光学镜片；SS2 切割所述的堆叠碟状光学镜片阵列以分离形成单一的堆叠光学镜片元 件；SS3将所述的堆叠光学镜片元件装设入一镜头支架中，并组合光学元件以制成 一堆叠镜头模块。与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是利用此制造方法制成的堆叠 式镜头模块，可精密对正镜片光学中心轴，且可大幅简化镜头模块制程以及降低制造成 本。


图1是现有一堆叠光学镜片阵列示意图；图2是现有另一堆叠光学镜片阵列示意图；图3是现有另一堆叠光学镜片阵列示意图；图4是本发明的碟状光学镜片阵列示意图；图5是本发明具定位销与定位穴定位机构的碟状光学镜片阵列示意图；图6是本发明具准直镜定位机构与缺口导位结构的碟状光学镜片阵列示意图；图7是本发明具十字刻线与通孔定位机构与切角导位结构的碟状光学镜片阵列 示意图；图8是本发明具粘胶槽的碟状光学镜片阵列示意图；图9是本发明的堆叠碟状光学镜片阵列组装示意图；图10是本发明的堆叠碟状光学镜片阵列的示意图一；图11是本发明的堆叠碟状光学镜片阵列的示意图二 ；图12是本发明的堆叠碟状光学镜片阵列使用准直镜定位机构校准光学中心轴的 示意图；图13A、图13B是本发明的堆叠碟状光学镜片阵列与堆叠镜头模块的制程示意 图；图14是本发明的堆叠镜头模块的示意图一；图15是本发明的堆叠镜头模块的示意图二。
附图标记说明1-碟状光学镜片阵列(Disk-shaped optical lens array) ； 10-光学 镜片(optical lens element) ； 11-第一光学面(first optical surface) ； 12-第二光学面(second optical surface) ； 13、23-碟孑L (disk hole) ； 15、16、25-定位机构(alignment fixture)； 17、27-定位通孔(alignment through-hole) ； 18、28-十字刻线；191、291-导位结构 (guiding structure)(导位缺口(guiding notch)) ； 192、292-导位结构(guiding structure) (导位切角(guiding angle)) ； 100-堆叠碟状光学镜片阵列(stacked disk-shaped optical lens array) ； 101、201-光学中心轴(optical axis) ； 102、202-粘胶槽(glue groove) ； 104-碟 孔导位线(disk hole guiding line) ； 161、261-定位销(alignment pin) ； 162、262-定位 穴(alignment cavity) ； 2_ 碟状光学镜片阵列(Disk-shaped optical lens array) ； 20-光学镜 片(optical lens) ； 3-光学元件阵列(optical element array) ； 3a-电路板；30-影像感测元 件(Image capture device，ICD) ； 31-第一镜群组(first lens group) ； 301、302-镜头支架 (lens holder) ； 312-光阑(aperture) ； 313-间隔片(spacer)或间隔片阵列(spacer array)； 314-红外线滤光镜片(IRcutlens) ； 32_第二镜群组(second lens group) ； 2OO-堆叠光学镜 片元件(stacked optical lens element) ； 300-堆叠镜头模块(stacked lens module) ； 33O-粘 胶(cement glue) ； 361-定位销(alignment pin) ； 51-身寸出压缩模具(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-上模定位机构成形模面(upper molding alignment surface) ； 512-下模具(lower mold) ； 514-下模仁(lower mold core) ； 5141-下模成形 模面(lower molding surface) ； 5142-下模定位机构成形模面(lower molding alignment surface) ； 521-进料口 (feeding nozzle) ； 522-进料机(feeder) ； 55-组合架(assembly fixture) ； 5δ1-碟孔定位杆(assembly pole) ； 552_ 碟孔定位凸轮(alignment cam) ； 553_ 组 装定位杆(alignment pole) ； 57-激光校准仪(Lasercalibrationinstrament) ； 571-激光光 (laser light) ； 60-第三光学镜片(third optical lens) ； 61-碟状光学镜片阵列毛胚(primary product of Disk-shaped optical lens array) ； 614-竖饶道棒(down sprue stick) ； 900-堆叠光 学镜片阵列(stackedlensarray) ； 910、914、915、916、920-阵列光学镜片(optical lens array) ； 913、930-间隔片(spacer) ； 911-光阑(aperture) ； 912-表玻璃(cover lens)； 917-红外线滤光镜片载板(IRcutlenssubstrate) ； 918-光学镜片载板(Ienssubstrate)； 919_ 影像感测元件(Image capture device, ICD) ； 9IOO-堆叠镜头模块(stacked lens module) ； 9103-浇道棒(sprue stick) ； 9104-竖浇道棒(down sprue stick) ； 9511-上模具 (upper mold) ； 9512-下模具(Iowermold) ； 952-塑胶材料(resin material) ； 961-电路板 (PCB substrate)。
具体实施例方式参考图10，本发明的堆叠碟状光学镜片阵列100是包含至少两个碟状光学镜片 阵列1、2，凭借粘胶以预定的间隔组合固定而制成。所述的碟状光学镜片阵列1(2)是 利用塑胶材料射出压缩成型技术制成，为圆形碟状且中心设一碟孔13(23)如图4所示， 具有一第一以及第二光学面11(21)、12(22)其各包含相对应的光学作用区以及非光学 作用区，并由第一与第二光学面11(21)、12(22)的光学作用区对应构成复数个以阵列 排列的光学镜片10(20)；其中至少一碟状光学镜片阵列1(2)在其非光学作用区的周边(periphery)上设有至少一粘胶槽102如图8所示，凭借粘胶槽102内所设的粘胶330固 化后，使两个碟状光学镜片阵列1、2可固定结合形成一堆叠碟状光学镜片阵列100;又 其中至少一个碟状光学镜片阵列1(2)在其非光学作用区的周边上设有至少一定位机构 16(15、17、18) (alignment fixture)如图 5-7 所示，凭借所述的定位机构 16 (15、17、18) 可将碟状光学镜片阵列1、2精密堆叠组合，以使各光学镜片10可对正光学中心轴101。 又所述的碟状光学镜片阵列1(2)并不以圆形碟状为限，如可为圆形碟状或方形碟状等， 可依据使用需求而配合塑胶射出压缩成型的成型模具的设计而制成。为使两个碟状光学镜片阵列1、2堆叠组合时可快速定位，可在其碟孔13、23上 设导位结构191、291 (guiding staicture)如图6所示的缺口型态，或将碟孔13、23制成多 角形，或将碟孔13、23切除一角作为导位结构192、292如图7所示的缺角型态。

所述的粘胶槽102的形状与型式不限于圆环形沟槽如图8所示；参考图5-7， 所述的定位机构16(15、17、18)的形状与型式不限于定位销(alignment pin) 161、定位 穴(alignment cavity) 162,准直镜(collimating lens) 15,通孔(through hole) 17 或十字刻线 (reticle) 18等；所述的光学元件不限于光学镜片、间隔片、光阑、表玻璃、红外线滤光 镜片、影像感测元件、太阳能光电半导体、电路板(PCB)等；所述的导位结构不限于导 位缺口 I9I(29I) (guiding notch)、导位切角 I92 (292) (guiding angle)或多角形的碟孔。参考图10，所述的堆叠碟状光学镜片阵列100可在其非光学作用区涂以粘胶330 而再以堆叠方式组合其他光学元件阵列3 (optical element array)；光学元件阵列3可为光 学镜片(optical lens)所形成的阵列、间隔片(spacer)、光阑(aperture)、表玻璃(cover glass) >红外线滤光镜片(IR-cutglass)所形成的阵列等。所述的堆叠碟状光学镜片阵列100可凭借切割以分离成(singularized)单一的堆 叠光学镜片兀件 200 (stacked optical lens element)。参考图13A、图13B，本发明的堆叠碟状光学镜片阵列的制造方法包含下列步 骤Si:提供一塑胶射出压缩模具51，包含一上模具511 (upper mold)以及下模具 512 (lower mold)且分别设有上、下模仁(mold core) 513、514以及相对应的光学面成形模 面5131、5141，用来对应形成复数个光学镜片10 ；上模仁513和/或下模仁514设有定 位机构成形模面5132、5142 ；在上、下模具511、512之一的中心设一进料口 521 ；S2利用塑胶射出压缩成型方法制成一碟状光学镜片阵列毛胚61，再切断所述 的毛胚61的竖浇道棒614以制成一碟状光学镜片阵列1 ；所述的碟状光学镜片阵列1在 非光学作用区设有粘胶槽和/或定位机构161 ；进一步在切断毛胚61的竖浇道棒614时 可同时形成一碟孔13与一导位结构191(192)；S3以上述步骤制造另一碟状光学镜片阵列2;所述的碟状光学镜片阵列2可不 设有粘胶槽102 ；S4在邻接两个碟状光学镜片阵列1、2间的粘胶槽102涂布粘胶330，并凭借 导位结构191 (192)、291 (292)将两个碟状光学镜片阵列1、2堆叠组合；S5以相对应的定位机构161(162)、262 (261)校准邻接两个碟状光学镜片阵列 1、2的光学中心轴101，使各光学镜片10、20可以对正光学中心101 ；S6 固化所述的粘胶330以形成一堆叠碟状光学镜片阵列100 ；
S7进一步，将堆叠碟状光学镜片阵列100非光学作用区涂以粘胶，以堆叠方 式组合其他光学元件阵列3、313，固化所述的粘胶330以形成一具有光学元件阵列3、 313的堆叠碟状光学镜片阵列100 ；S8 切割所述的堆叠碟状光学镜片阵列100以分离成单一的堆叠光学镜片元件 200 (stacked optical lens element)；本发明的堆叠镜头模块的制造方法，包含下列步骤SSl 利用如前述的堆叠碟状光学镜片阵列的制造方法S1-S6，制成一堆叠碟状 光学镜片阵列100 ；SS2使用激光或切割片，将所述的堆叠碟状光学镜片阵列100切割分离成单一 的堆叠光学镜片元件200 ；SS3 将所述的堆叠光学镜片元件200装设入镜头支架301中如图14，并组合所 需要的(required)光学元件(optical element)，如表玻璃311、光阑312、间隔片313、红 外线滤光片314、间隔片313、具有影像感测元件30的电路板3，以制成一堆叠镜头模块 300。为使本发明更为明确详实，兹配合下列较佳实施例图示详述如后<实施例一 >参考图5、8、9、10、13，本实施例为一具有定位机构16的堆叠碟状光学镜片 阵列100，包含一第一以及第二碟状光学镜片阵列1、2，所述的碟状光学镜片阵列1、2 是利用塑胶射出压缩成型方法先制成一碟状光学镜片阵列毛胚61，再切断毛胚61上的竖 浇道棒614形成中央一碟孔13 (23)而制成。所述的第一碟状光学镜片阵列1是一圆形碟状直径120mm且中央有一碟孔13 直径30mm，包含一第一以及一第二光学面11、12各设有相对应的244个光学作用区 (optical division)以对应形成244个新月形光学镜片(optical lens element) 10并以等间距的 阵列排列；在各光学镜片10周边的非光学作用区设有粘胶槽102如图8所示；又在第一 碟状光学镜片阵列1的周边非光学作用区以相隔90度角设有两个定位销161以及两个定 位穴162供作为定位机构；所述的定位销161以及定位穴162是与光学中心轴101平行且 设定在预定位置如图5所示，但对于不同的应用实施例，定位销161以及定位穴162可选 择相同或不同形式或布设在不同位置。第二碟状光学镜片阵列2是以相同方法制成而具有244个新月形光学镜片20以 对应于第一碟状光学镜片阵列1的光学镜片10，但可不必设置粘胶槽102，又其周边的非 光学作用区设有两个定位穴262以及两个定位销261供作为定位机构，并分别对应于第一 碟状光学镜片阵列1的定位销161以及定位穴162。如图13A、图13B的S4、S5、S6，当第一与第二碟状光学镜片阵列1、2堆叠 组合时，先在第一碟状光学镜片阵列1的粘胶槽102以涂胶设备(通称点胶机)涂上粘胶 330，所述的粘胶330的材料不限制但以热固型粘胶或紫外光固化型粘胶(UV glue)较适 合光学系统使用，本实施例是使用热固型粘胶；再凭借二者间的定位机构如定位销161 以及定位穴162分别与定位穴262以及定位销261对应结合，使堆叠组合后的各光学镜片 10、20的光学中心轴101、201相重合，形成一由二组244个新月形光学镜片10、20所精 密组合的堆叠碟状光学镜片阵列100。
参考图10，所述的堆叠碟状光学镜片阵列100可进一步与光学元件阵列3堆叠 组合；因此本实施例的光学镜片阵列100可视为包含一由一第一以及第二碟状光学镜片 阵列1、2所堆叠组合的堆叠碟状光学镜片阵列(100)、一光学元件阵列3以及一间隔片 阵列313;其中所述的光学元件阵列3是由244个光学元件30 (如影像感测元件30)以阵 列方式排列在一碟状载板(disk-shaped substrate)(如电路板)上所形成，且各光学元件30 是对应于各光学镜片10、20；其中所述的间隔片阵列313是由一特定厚度的不透明塑胶 片上设有244个通孔所制成，以使光学镜片20与光学元件30之间保持一预设的空气间隔 (designed air spacing).堆叠组合时，第一以及第二碟状光学镜片阵列1、2先堆叠组合成 一堆叠碟状光学镜片阵列(100)，再在间隔片阵列313两面涂以粘胶330(或在堆叠碟状 光学镜片阵列以及光学元件阵列3的对应接合面上各涂以粘胶330)，将堆叠碟状光学镜 片阵列、间隔片阵列313与光学元件阵列3依序堆叠，并将光学元件阵列3与光学中心轴 101对正后，送入烘箱中固化粘胶330，即形成一具有244个光学镜头的堆叠碟状光学镜 片阵列100。参考图9，为本实施例另一种堆叠组合方式，其中，所述的光学元件阵列3的非 光学作用区另设有4个定位销361作为定位机构；所述的第一与第二碟状光学镜片阵列 1、2分别另设有一导位结构191 (guiding structure)、291 (未在图上显示)，如图6所示导 位缺口 191 (guiding notch)形状的导位结构；碟孔13(23)与导位结构191(291)是由碟状 光学镜片阵列毛胚61切除竖浇道棒614所形成的，碟孔13 (23)直径为30mm，导位结构 191(291)的尖角至碟孔13(23)边缘长度为0.8mm ；所述的第二碟状光学镜片阵列2设有 4个定位穴262作为定位机构以及光学元件阵列3的定位销361对应配合。又所述的定位 销361的高度须预先设计以使定位销361与定位穴262对应组合后，所述的第二碟状光学 镜片阵列2的各光学镜片20与光学元件阵列3上各影像感测元件30之间保持预定的空气 间隔。参考图9，堆叠组合时，将第一、第二碟状光学镜片阵列1、2以及光学元件阵 列3的非光学作用区涂以粘胶330，置入组合架(assembly fixture) 55中；所述的组合架55 设有碟孔定位杆(assembly pole) 551，碟孔定位杆551上设有一碟孔定位凸轮(alignment cam)552以及碟状光学镜片阵列1(2)、光学元件阵列3的碟孔13 (23、33)的导位结构 191(291、391)对应配合；组合架55凭借碟孔定位杆551以及碟孔定位凸轮552，可将 第一、第二碟状光学镜片阵列1、2以及光学元件阵列3以一碟孔导位线104(disk hole guiding line)先初步定位，以使后续的精密定位可以节省组装时间而增进组装效率。精密定位时，第一、第二碟状光学镜片阵列1、2以及光学元件阵列3分别以定 位机构(162、261、262、361)定位组合，使各光学镜片10、光学镜片20以及影像感测元 件30可对正光学中心轴101，经送入烘箱中固化粘胶330，形成一具有244个光学镜片的 堆叠碟状光学镜片阵列100。<实施例二 > 参考图6、12，本实施例为一具有准直镜型态的定位机构15(25)且碟孔13、23 设有导位缺口型态的导位结构191、291的堆叠碟状光学镜片阵列100，包含一第一以及 一第二碟状光学镜片阵列1、2。所述的第一与第二碟状光学镜片阵列1、2都是以相同于实施例一的制造方法制成，分别设有249个相对应的新月形光学镜片10以及双凸形光学镜片20并以等间距的阵 列排列，即各光学镜片10、20的光学中心轴101、201为平行且以等间距的排列；所述的 第一与第二碟状光学镜片阵列1、2各为一圆形碟状直径120mm，中央各有一碟孔13、23 以及一导位缺口形状的导位结构191、291其是由碟状光学镜片阵列毛胚61切除竖浇道棒 614所形成的，碟孔13、23直径为30mm，导位结构191、291的尖角至碟孔13、23边 缘长度为0.8mm;又在各光学镜片10、20的周边的非光学作用区分别设有粘胶槽102、 202，且相隔120度角分别设有3个相对应的准直镜(collimating lens)型态的定位机构15 如一双凸或平凸形球面镜片，当激光光线经过准直镜(15)时，可将激光光线形成平行于 光学中心轴的平形光线供校准(calibration)使用；第一与第二碟状光学镜片阵列1、2之 间设一间隔片阵列313以使各光学镜片10、20间保持设计的空气间隔。堆叠组合时，第一与第二碟状光学镜片阵列1、2的粘胶槽102、202先以涂胶设 备先涂上粘胶330如紫外光固化型粘胶(UV glue)，再将第一碟状光学镜片阵列1、间隔 片阵列313与第二碟状光学镜片阵列2依序置入一组合架55中以进行如同实施例一图9 所示的初步定位，即组合架55凭借碟孔定位杆551以及碟孔定位凸轮552以将第一碟状 光学镜片阵列1、间隔片阵列313与第二碟状光学镜片阵列2以碟孔导位线104(disk hole guiding line)先初步定位。精密定位时，使用一激光校准仪57发出激光光线571以通过第一以及第二碟状 光学镜片阵列1、2的准直镜定位机构15、25，再凭借调整第一以及第二碟状光学镜片阵 列1、2以使其各光学镜片10、20的光学中心轴101、201重合，即相互对正在光学中心 轴101;再经照射UV光线以固化粘胶330;再由组合架55取出，即形成一具有249个由 一新月形光学镜片、一间隔片以及一双凸光学镜片精密组合的光学镜片组的堆叠碟状光 学镜片阵列100。<实施例三> 参考图7、11，本实施例为一具有定位通孔17(27)且碟孔13、23设有导位切角 型态的导位结构192、292的堆叠碟状光学镜片阵列100，包含一第一以及第二碟状光学 镜片阵列1、2。第一以及第二碟状光学镜片阵列1、2都是以相同于实施例一、二的制造方法制 成，其中碟孔13、23为矩形且各设一导位切角型态的导位结构192、292如图7所示(形 成一不对称五边形)，所述的碟孔13(23)以及导位结构192(292)的形状不限制，其是由 碟状光学镜片阵列毛胚61以模具冲断(punch)竖浇道棒614所形成。又在第一以及第二 碟状光学镜片阵列1、2的非光学作用区分别设二相对应的定位通孔17(27)以作为定位机 构，本实施例的两个定位通孔17(27)是以相隔90度角布设如图7所示但不以此为限。为 较清楚说明，图11中所述的两个定位通孔17(27)是以相隔180度角表示。堆叠组合时，先在第二碟状光学镜片阵列2的粘胶槽202涂上粘胶330如热固型 粘胶但不限制；再将第一、第二碟状光学镜片阵列1、2依序置入组合架55中以进行初步 定位，所述的组合架55设有碟孔定位杆551其与碟孔13、23以及导位切角(192、292)的 形状与位置对应配合，因此组合架55凭借碟孔定位杆551可将第一与第二碟状光学镜片 阵列1、2以碟孔导位线104先初步定位；再利用组合架55的二组装定位杆553 (alignment pole)分别穿入第一与第二碟状光学镜片阵列1、2的定位通孔17、27以使各光学镜片10、20的光学中心轴101、201相互重合，即相互对正在光学中心轴101 ；经烘箱固化粘 胶330后由组合架55取出，即完成一精密组合的堆叠碟状光学镜片阵列100;如此一次 精密定位而堆叠组合，可节省组装时间与增进组装效率。<实施 例四>参考图7，本实施例为一具有十字刻线18 (28) (reticle)作为定位机构且碟孔13、 23设有导位切角型态的导位结构192、292的堆叠碟状光学镜片阵列100，包含一第一以 及第二碟状光学镜片阵列1、2。第一以及第二碟状光学镜片阵列1、2都是以相同于实施例三的制造方法制成， 与实施例三不同处是在第一以及第二碟状光学镜片阵列1、2的非光学作用区相对位置 分别设有十字刻线18(28)作为定位机构，所述的十字刻线18(28)为极细的刻线(hair line),本实施例的二个十字刻线18(28)是以相隔90度角布设但不以此为限。堆叠组合时，本实施例类似在实施例三，凭借碟孔13(23)与导位切角(192、 292)先初步定位；在精密定位时(参考实施例二以及图12)，使用激光校准仪57发出激 光光线571以通过第一以及第二碟状光学镜片阵列1、2的十字刻线18、28，再凭借调 整第一与第二碟状光学镜片阵列1、2以使各光学镜片10、20的光学中心轴101、201重 合，即相互对正在光学中心轴101 ；经固化粘胶330，由组合架55取出，即完成一精密组 合的堆叠碟状光学镜片阵列100。<实施例五>参考图14，本实施例为一应用于具有照像功能的小型行动电话使用的高精密堆 叠镜头模块300，其是由本发明的堆叠碟状光学镜片阵列100经切割分离制成一堆叠光学 镜片元件200，再及其他光学元件以及镜头支架组装而形成。本实施例的堆叠镜头模块 300包含一堆叠光学镜片元件200、一镜头支架301及其他光学元件，本实施例所使用的 光学元件包含一表玻璃311、一光阑312、二间隔片313、一红外线滤光片314以及一设在 电路板3上的影像感测元件30。本实施例的制程如同实施例一至四，先制成一精密组合的堆叠碟状光学镜片阵 列100，其包含一第一以及第二碟状光学镜片阵列1、2并利用粘胶330黏合固定；所述 的第一以及第二碟状光学镜片阵列1、2各设有249个新月形光学镜片10、20如实施例 二，且凭借前述各实施例所述的导位结构与定位机构以使各光学镜片10、20对正光学中 心轴101、201而精密定位组合；再经切割分离后制成248个堆叠光学镜片元件200 (其中 1个周边尺寸不足，不能使用)，其各包含二新月形光学镜片10、20并对正在光学中心轴 101。组合时，先将表玻璃311装入镜头支架301内；光阑312先与堆叠光学镜片元 件200粘合再装入镜头支架301内；为使红外线滤光片314与光学镜片20间保持预定的 空气间隔，在堆叠光学镜片元件200与红外线滤光片314之间装入一第一间隔片313;所 述的影像感测元件30是预设在电路板3a上；为使红外线滤光片314可与影像感测元件 30保持预定的空气间隔，在影像感测元件30与红外线滤光片314之间装入一第二间隔片 313，并凭借第二间隔片313与镜头支架301间的螺纹配合以固定前述各光学元件；最后 再将影像感测元件30以及电路板3a以粘胶固定在镜头支架301内，形成一堆叠镜头模块 300；凭借此堆叠镜头模块300的结构与制造方法，可以改善现有技术中各光学元件以光学仪器一片片调整校准以及组装的困难，可改善现有技术中难以对正学中心轴致解析度 难以提高的困难。更进一步，为能大量生产降低组装成本，本实施例的堆叠镜头模块300可采用 另一种组装方式如实施例一，针对各光学元件先制成碟状光学元件阵列如碟状光阑阵 列、碟状第一间隔片阵列、碟状红外线滤光板；再与本发明的堆叠碟状光学镜片阵列 100精密堆叠组合以形成一堆叠镜头子模块阵列；再进行切割分离形成一具有光学元件 的堆叠光学镜片元件200如实施例一以及图10所示，以利一次组装在镜头支架301内而 形成一堆叠镜头模块300;其中，所述的碟状光阑阵列为具有252个通孔的不透明塑胶板 所制成，碟状第一间隔片阵列为具有预定厚度的252个通孔的不透明塑胶板所制成，碟 状红外线滤光板为由整片的红外线滤光板裁制成碟状。<实施例六>如图15，本实施例为应用于相机变焦镜头(Zoomlens)的堆叠镜头模块300。为 达变焦(Zooming)目的，以不同的光学镜片组成一光学镜片群(optical lens group)，并凭 借移动二光学镜片群的间距以达到变焦的光学效果。本实施例的堆叠镜头模块300包含 一第一光学镜片群31以及一第二光学镜片群32，所述的第一光学镜片群31包含一堆叠光 学镜片元件200、一镜头支架301以及数个光学元件，其中所述的堆叠光学镜片元件200 是由二光学镜片10、20构成；所述的光学元件包含一表玻璃311、一光阑312以及用 来固定各光学元件与镜头支架301的间隔片313。第二光学镜片群32包含一第三光学塑 胶镜片(third plastic lens element) 60、一镜头支架302以及数个光学元件，设光学元件包 括二间隔片313、一红外线滤光镜片314、一影像感测元件30以及一电路板3a。本实施例的制造方法为如实施例一至四，先制成堆叠光学镜片元件200其包 含二 光学镜片10、20以及粘胶槽102 ；并先制备一镜头支架301 ；将表玻璃311、光阑
312、堆叠光学镜片元件200组装在镜头支架301内以构成第一光学镜片群31。另制作 一第三光学塑胶镜片60以及制备一镜头支架302;将第三光学塑胶镜片60、一间隔片
313、一红外线滤光镜片314以及另一间隔片313依序组装在镜头支架302内，再将预设 影像感测元件30的电路板3a装在镜头支架302上，即构成第二光学镜片群32。使用时，将第一光学镜片群31装设在镜筒(lens barrel)内(图未示)，凭借移动 第一光学镜片群31产生不同的距离而达成变焦目的。如此，堆叠镜头模块300可简便以 及快速制成，符合量产规模以可大幅降低制作成本。以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理 解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效， 但都将落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种堆叠碟状光学镜片阵列，其特征在于包含至少两个碟状光学镜片阵列，所 述的碟状光学镜片阵列设有复数个光学镜片；其中所述的堆叠碟状光学镜片阵列是凭借碟状光学镜片阵列上所设的定位机构以对 正各光学镜片的光学中心轴，且以预定的间隔凭借粘胶组合固定而制成；其中所述的碟状光学镜片阵列是利用塑胶射出压缩成型方法而由中心进行塑材浇 注成型所制成，为一碟状，其中心设有一碟孔，其上以阵列排列方式布设复数个光学镜 片，且在其非光学作用区的周边上设有至少一粘胶槽以及至少一定位机构。
2.根据权利要求1所述的堆叠碟状光学镜片阵列，其特征在于所述的碟状光学镜 片阵列的碟孔上设有至少一导位结构。
3.根据权利要求2所述的堆叠碟状光学镜片阵列，其特征在于所述的导位结构是 选自下列结构的一种或其组合导位缺口以及导位切角。
4.根据权利要求1所述的堆叠碟状光学镜片阵列，其特征在于所述的定位机构是 选自下列结构的一种或其组合定位销、定位穴、准直镜、通孔以及十字刻线。
5.根据权利要求1所述的堆叠碟状光学镜片阵列，其特征在于所述的至少两个碟 状光学镜片阵列之间进一步包含间隔片阵列，所述的间隔片阵列是凭借粘胶与相邻接的 碟状光学镜片阵列组合固定以产生预定的空气间隔。
6.根据权利要求1所述的堆叠碟状光学镜片阵列，其特征在于所述的粘胶为热固 型，可经由加热后固化。
7.根据权利要求1所述的堆叠碟状光学镜片阵列，其特征在于所述的粘胶为紫外 线固化型，可经由紫外线照射后固化。
8.—种堆叠镜头模块，其特征在于包含至少一堆叠光学镜片元件、一镜头支架以 及至少一光学元件，其中所述的镜头支架是用来组合并固定所述的堆叠光学镜片元件与 所述的光学元件；其中所述的堆叠光学镜片元件是由一堆叠碟状光学镜片阵列切割分离而形成的单一 元件；其中所述的堆叠碟状光学镜片阵列是由权利要求1至7中任一项所述的堆叠碟状光学 镜片阵列所构成。
9.根据权利要求8所述的堆叠镜头模块，其特征在于所述的光学元件是选自下列 所述的一种或其组合光学镜片、光阑、表玻璃、红外线滤光镜片、影像感测元件、太 阳能光电半导体、发光二极管以及电路板。
10.—种堆叠碟状光学镜片阵列的制造方法，其特征在于，包含下列步骤Sl 提供一塑胶射出压缩成型模具，包含一上模具与一下模具，分别设有相对应的 光学面成形模面，又上模具和/或下模具设有一定位机构成形模面，又在上、下模具之 一的中心设置一进料口；S2利用塑胶射出压缩成型方法，制成一碟状光学镜片阵列毛胚，再切断所述的毛 胚的竖浇道棒以制成一碟状光学镜片阵列；所述的碟状光学镜片阵列在光学作用区具有 复数个光学镜片以及在非光学作用区具有粘胶槽以及定位机构；又在碟状光学镜片阵列 中央形成一中央碟孔；S3以上述步骤制造另一碟状光学镜片阵列；所述的碟状光学镜片阵列可不设粘胶槽；S4 在邻接组合两个碟状光学镜片阵列的粘胶槽涂布粘胶；S5以定位机构校准所述的邻接两个碟状光学镜片阵列的光学中心轴，使所述的邻 接两个碟状光学镜片阵列的复数个光学镜片对正光学中心； S6固化所述的粘胶，形成一堆叠碟状光学镜片阵列。
11.根据权利要求10所述的堆叠碟状光学镜片阵列的制造方法，其特征在于步骤S2进一步在切断碟状光学镜片阵列毛胚的竖浇道棒时，可在碟状光学镜片阵列 上形成所述的中央碟孔与至少一导位结构；步骤S4进一步凭借所述的导位结构以将所述的邻接组合两个碟状光学镜片阵列堆叠 组合。
12.根据权利要求10所述的堆叠碟状光学镜片阵列的制造方法，其特征在于，在步骤 S6之后进一步再包含下一步骤S7在所述的堆叠碟状光学镜片阵列的非光学作用区涂以粘胶，以堆叠组合光学元 件阵列，再固化所述的粘胶以形成一具有光学元件阵列的堆叠碟状光学镜片阵列。
13.—种堆叠镜头模块的制造方法，其特征在于，包含下列步骤551提供一利用权利要求10至12中任一项所述的制造方法所制成的堆叠碟状光学 镜片阵列，其上具有复数个以阵列排列的光学镜片；552切割所述的堆叠碟状光学镜片阵列以分离形成单一的堆叠光学镜片元件； SS3将所述的堆叠光学镜片元件装设入一镜头支架中，并组合光学元件以制成一堆叠镜头模块。
全文摘要
本发明是一种堆叠碟状光学镜片阵列、堆叠镜头模块及其制造方法，其中所述的堆叠碟状光学镜片阵列是利用至少两个碟状光学镜片阵列，经对正其光学中心轴(optical axis)以堆叠组合制成；其中所述的堆叠镜头模块是利用所述的堆叠碟状光学镜片阵列以定位机构对正光学中心轴后，再切割分离成单一的堆叠光学镜片元件(stacked optical lens element)，并与所需的光学元件(optical element)装设入镜头支架(lens holder)内而组成。利用此制造方法制成的堆叠式镜头模块，可精密对正镜片光学中心轴，且可大幅简化镜头模块制程以及降低制造成本。
文档编号G02B3/00GK102023320SQ20091017682
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者徐三伟, 林得诚, 王智鹏, 陈皇昌 申请人:一品光学工业股份有限公司