光学部件、光学部件制造方法和相机与流程

本公开涉及光学部件和光学部件的制造方法，涉及例如在数码单镜头反光相机的取景器中使用的光学部件，比如具有保持器的透镜，并且涉及制造这种光学部件的方法。

背景技术：

发现树脂透镜可以在各种实施中实际使用，例如作为数码相机中的成像透镜、作为用于在光盘上进行记录以及回放光盘的读取透镜和作为在投影仪中的投影透镜。出于降低成本的目的，这种树脂透镜典型地通过注射模制来制造。为了将树脂透镜作为部件嵌入到产品中并且使产品起作用，可以将透镜放置在框架型透镜保持器中并且在后处理中使透镜与透镜保持器整合。这种透镜保持器有时也称为透镜镜筒，但在本说明书中称为保持器。这种保持器可以使得更简单地将透镜附接到相机，所述保持器可以如驱动部件那样起作用用来移动透镜，或者所述保持器具有阻挡光的作用以便抑制在透镜的侧表面处的反射而导致的重像(即，蔽光框)。

典型地，使用粘合剂以便在透镜被保持在保持器中的情况下将透镜和保持器整合成单元。然而，使用粘合剂造成了在后处理中结合成本增加的问题。日本专利特开no.2004-53879公开了制造具有保持器的透镜的方法。该方法采用双重模制，其中首先将用于保持器的树脂材料注射到空腔中，然后注射用于透镜的树脂材料。

根据日本专利特开no.2004-53879中公开的方法，在保持器的内周表面上设置凸出部，使得用于透镜的树脂围绕凸出部从而使保持器和透镜结合。使用包含脂环结构的聚合树脂作为用于透镜的树脂。应指出的是，用于保持器的树脂材料的模制收缩系数和用于透镜的树脂材料的模制收缩系数之间的差值优选地在0％至0.2％的范围中。

图7是描述日本专利特开no.2004-53879的视图，并且图7是沿平面(所述平面包含透镜的光学轴线并且平行于光学轴线)所得到的在日本专利特开no.2004-53879中描述的具有保持器的透镜的剖视图。图7示出了树脂透镜81的整个侧表面被树脂保持器82覆盖的构造。凸出部分85设置在树脂保持器82的内周上。当透镜材料围绕凸出部分85并且被固化时，形成底切部分。当保持器82在垂直于透镜81的光学轴线的方向上切入透镜81时，透镜81被保持在保持器82中。

然而，当在日本专利特开no.2004-53879中使用包含脂环结构的聚合树脂作为用于透镜的树脂材料时，在保持器和透镜之间的交界面处的粘合力变得不稳定，例如，因为用于保持器材料的聚碳酸酯树脂与包含脂环结构的聚合树脂没有在交界面处充分地混合。

为了解决该问题，根据日本专利特开no.2004-53879，使得用于保持器的树脂材料的模制收缩系数与用于透镜的树脂材料的模制收缩系数之间的差值小到0％至0.2％。尽管该构造是旨在抑制可能由在模制之后热变形量的不同所导致的交界面处的剥离，但保持器和透镜之间的交界面处的粘合力常常不能够连续地承受物理冲击和热循环。

当保持器和透镜之间的交界面处的粘合力不稳定时，在从模具移除模制的产品后可能解除保持器和透镜之间的粘合力(可能在交界面处发生剥离)。因此，解除粘合力(在交界面处发生剥离)的时刻对于多个模制的产品可能变化。所期望的是，在透镜从模具移除后，透镜被自然地冷却而不受外部力的影响。然而，存在以下的问题。具体地，发生剥离的时刻对于多个模制的产品变化，或者在冷却期间剥离发生在模制的产品的一部分处而没有发生在模制的产品的其他部分中，然后在未发生剥离的部分处产生应力，这将导致光学表面的扭曲。这可以导致透镜的不稳定的表面精度并且阻止获得具有高精度的光学部件。

技术实现要素：

本公开的一方面提供了一种光学部件，所述光学部件包括：透镜，所述透镜具有保持在保持器中的透镜表面；保持器的与透镜表面接触的部分；和保持部分，所述保持部分构造成将透镜保持在保持器中。其中形成保持器的材料的模制收缩系数比形成透镜的材料的模制收缩系数小0.3％以上。

本公开的另外的方面提供了包括上述光学部件的相机。

本公开的另外的方面还提供了用于制造光学部件的光学部件制造方法，其中通过将熔融树脂注射到模具的空腔中使得透镜被保持在保持器中。保持器包括前表面、后表面、外周表面和内周表面，使所述前表面和所述外周表面接触模具以组成空腔的一部分，注射模制收缩系数比形成保持器的材料的模制收缩系数大0.3％以上的熔融树脂。

根据本公开的这些方面，可以稳定地获得具有高光学表面精度的光学部件。

通过参考附图，从下面的示例性实施例的描述中本公开的另外的特征将变得显而易见。

附图说明

图1a和图1b是描述根据示例性实施例的光学部件的视图。

图2是描述制造根据示例性实施例的光学部件的方法中所使用的模具的视图。

图3是描述根据示例性实施例的实施例的视图。

图4a和图4b是描述根据示例性实施例的实施例的视图。

图5是描述根据示例性实施例的实施例的视图。

图6a、图6b和图6c是描述根据示例性实施例的实施例的视图。

图7是描述现有技术教导的常规示例的视图。

具体实施方式

图1a和图1b示出了具有保持器的透镜，所述透镜用作根据本公开的示例性实施例的光学部件。图1a是具有保持器的透镜的鸟瞰图，所述透镜用作根据本公开的示例性实施例的光学部件。图1b是沿包含透镜的光学轴线o并且与光学轴线o平行的平面(ib-ib截面)所得的具有保持器的透镜的剖视图，所述透镜用作根据本公开的示例性实施例的光学部件。具有保持器的透镜包括透镜1，图1a和图1b示出了根据本示例性实施例的透镜1是目镜的示例。透镜1包括眼睛侧透镜表面3、物体侧透镜表面4和侧表面115。要配合到保持器中的孔202中的凸出部分117从附接部分116凸出。附接部分116和凸出部分117部分地组成透镜1。

保持器2包括前表面111、后表面112(1121、1122、1123)、外周表面113和内周表面114。图1b示出了光学有效区域10和光学无效区域19。保持器2是圆筒形元件，所述圆筒形元件毗邻透镜1的表面中的一个的外周部分(光学无效区域19)布置，后表面112与透镜1接触。在本示例性实施例中，保持器2的后表面112包括多个表面。特别地，在透镜1是目镜的情况下，保持器2的后表面112的第一后表面1121与眼睛侧透镜表面3在光学无效区域19相接触，第二后表面1122与透镜1的侧表面115的一部分相接触，第三后表面1123与透镜1的附接部分116相接触。利用该构造，保持器2向透镜1提供了阻挡光的功能。

除了上述的圆筒形部分，保持器2可以包括将要与周围部件配合的装配部分201。透镜1的凸出部分117配合到保持器2中的孔202中，从而在保持器2毗邻眼睛侧透镜表面3的情况下将保持器2固定到透镜1。保持器2中的孔202(透镜1的凸出部分117配合到所述孔中)可以毗邻装配部分201设置或者可以在另外的位置处设置。眼睛侧透镜表面3上的光学有效区域10被内周表面114所包围。优选地，凸出部分117的直径从透镜1的附接部分116朝保持器2的前表面111增加。该构造允许透镜1的凸出部分117具有关于保持器2的底切形状，并且透镜1被更牢固地保持。在本示例性实施例中，附接部分116、凸出部分117和孔202组成了用于将透镜1保持在保持器2中的保持部分，凸出部分117将要配合到所述孔中。

保持器2的前表面111具有将所述前表面上的入射光从透镜1的眼睛侧朝透镜1的外侧反射的功能。因此，优选地，前表面111沿垂直于透镜1的光学轴线o的平面放置。前表面111可以在保持器2的厚度从透镜1的中心朝所述透镜的外周减小的方向上倾斜。当前表面111倾斜时，被保持器2的前表面111反射的光朝外部行进，可以减少这种光对光学性能的影响。

优选地，保持器2的后表面112具有遵循眼睛侧透镜表面3的光学表面的形状。然而，后表面112可以垂直于光学轴线o或者可以相对于光学轴线o倾斜。

保持器2的外周表面113相对于透镜1的光学轴线o的角度没有被特别地限制。尽管优选地，外周表面113在保持器2插入到模具中的方向上倾斜以便使保持器2更容易地插入到模具中，但外周表面113可以平行于透镜1的光学轴线o。

保持器2的内周表面114毗邻后表面112。优选地，内周表面114以相对于平面(所述平面与透镜1的光学轴线o垂直)不小于20°且不大于80°的角度倾斜，使得孔径(aperture)从透镜1的中心朝眼睛侧增加。当所述的角度不大于20°时，抑制重像的效果降低。当所述的角度不小于80°时，在模制保持器2时要设置的拔模斜度减小，这使得很难模制保持器2。

优选地，考虑抑制重像，角度α不小于10°，所述角度是由透镜1的光学轴线o与线形成的，所述线将内周表面114和后表面112的交叉点与物体侧透镜表面4的边缘部分204连接起来。换言之，当角度α更大时，来自透镜1的侧表面115并且到达眼睛的光的量减少，从而抑制了重像。

优选地，保持器2由具有光阻挡功能的树脂制成。优选地，例如保持器2由被染料染成黑色的材料制成。

具有光阻挡功能的树脂优选地是这样的材料，例如所述材料相对于整个保持器2的重量包含不小于重量的10％且不大于重量的30％的量的诸如玻璃填料的包含材料，并且所述材料的模制收缩系数比用于透镜1的树脂的模制收缩系数小0.3％以上。该包含材料可以是碳填料或者是与树脂不相容的其他任何无机材料。优选地，包含材料是增强纤维。在本说明书中，模制收缩系数是通过将从立方体样本模具的侧面的长度减去模制的产品的侧面的长度所得的长度(即，模制的产品所收缩的长度)除以立方体样本模具的侧面的长度而获得的值，所述模制的产品是通过将熔融树脂倾倒入样本模具中并且冷却熔融树脂以使其固化，然后从样本模具中移除而获得的。特别地，模制收缩系数是通过下面的公式所获得的值。

s＝(a-b)/a

s：模制收缩系数

a：立方体样本模具的侧面的长度

b：模制的产品的侧面的长度，所述模制的产品是通过将熔融树脂倾倒入样本模具中并且冷却熔融树脂以使其固化，然后从样本模具中移除而获得的。

机械强度、模制收缩系数和表面的光滑度根据包含材料的重量含量而变化。即使当重量含量不变时，机械强度、模制收缩系数和表面的光滑度也根据包含材料的纤维长度而变化。优选地，选择包含材料的纤维形状或者含量不仅要考虑模制收缩系数，还要考虑所期望的产品的强度和表面性质。

另外，优选地，包含材料(增强纤维)的含量相对于形成保持器2的材料的含量不小于重量的10％且不大于重量的50％

包含材料的含量超过重量的50％的材料具有差的可流动性，并且因此不适合用于保持器2的模制材料。

包含材料的含量低于重量的10％的材料机械强度不足，并且因此不适合用于保持器2的材料。

优选地，用于保持器2的树脂材料的基础材料是包含不小于重量的50％的量的聚碳酸酯的材料。尽管后面将给出细节，在保持器2插入在模具中的情况下将用于模制透镜1的高温熔融树脂倾倒入该模具中。此时，如果保持器2是由聚碳酸酯制成的，那么由于聚碳酸酯的高的玻璃化转变温度，保持器2几乎不可能被来自高温树脂(在本说明书中也称为透镜树脂)的热所熔化，所述高温树脂被倾倒入模具中用于模制透镜1。

除了上述的聚碳酸酯，可以使用包含不小于重量的10％的量的聚碳酸酯(abs混合到所述聚碳酸酯中)、abs、ps或者pmma的材料。替换地，还可以使用包含不小于重量的10％的量的聚碳酸酯、abs、ps或者pmma的复合材料的材料。

优选地，用于透镜1的树脂材料是包含不小于重量的50％的量的环烯烃的材料。环烯烃基树脂材料是非极性的。这种材料在交界面处不会与极性树脂材料充分地混合。如果这两种材料混合充分，那么会获得极好的粘合性。当溶解度参数(sp值)的差值大时粘合性低，溶解度参数(sp值)的差值不小于0.5的多种树脂材料组合物是优选的。

相容的多种树脂的组合物导致在透镜1和保持器2之间的增加的粘合力，透镜1和保持器2互相影响它们的变形，所述变形是由热膨胀的不同、热收缩的不同以及吸湿性的不同所导致的，这导致与环境的变化相关联的光学性能的变化。

在根据本公开的示例性实施例的光学部件中，形成透镜1的材料和形成保持器2的材料在交界面处没有充分地混合(换言之，形成透镜1的材料与形成保持器2的材料之间的相容性低)，因此不能期待仅在交界面处具有强粘合性。用于在保持器2中稳定保持透镜1的单独的结构变得很必要。根据图1a和1b中所示的示例性实施例，孔202设置在装配部分201的一部分中，并且当在保持器2被插入在模具中的情况下模制透镜1时，将透镜树脂倾倒入孔202中。当孔202的直径朝透镜1的附接部分116减小时，孔202用作当透镜树脂固化时的底切结构，并且透镜1被牢固地保持在(固定到)保持器2。本示例性实施例仅作为示例，用于在保持器2中保持透镜1的保持部分的结构和位置没有被特别地限制。

接下来，将描述根据本示例性实施例的制造光学部件的方法。

通过在保持器2插入在模具中的情况下注射用于模制透镜1的高温熔融树脂(透镜树脂)以及通过允许透镜树脂流过保持器2的后表面112，来制造根据本示例性实施例的光学部件(所述光学部件是具有保持器的透镜)。然后，通过允许透镜树脂围绕保持器2的一部分流动，使得保持器2保持透镜1并且具有光阻挡功能。

图2示出了当模制透镜1时的模具的内部的剖视图。图2示出了在保持器2插入在模具中的情况下已经将熔融树脂(透镜树脂)注射到空腔中以及已经完成填充的状态，所述熔融树脂是用于形成透镜1的材料。对浇注口、模具的总体结构和注射模制机，使用公知的技术，因此将省略它们的描述。

模具部件31转移模制眼睛侧透镜表面3，模具部件30转移模制物体侧透镜表面4，模具部件29容纳模具部件31，模具部件28容纳模具部件30。容纳了模具部件30的模具部件28设置有转移模制透镜1的侧表面115和装配部分201的一部分的形状。容纳了模具部件30的模具部件28、转移模制眼睛侧透镜表面3的模具部件31、转移模制物体侧透镜表面4的模具部件30、保持器2的后表面112和设置有阶梯部的孔202组成了空腔。

被注入到空腔中并且填充所述空腔的熔融树脂(透镜树脂)与插入的保持器2在空腔内结合，所述熔融树脂是透镜材料，冷却处理后从模具移除模制的产品。

在已经完成注射的时刻，眼睛侧透镜表面3与转移模制眼睛侧透镜表面3的模具部件31接触，物体侧透镜表面4与转移模制物体侧透镜表面4的模具部件30接触。另外，透镜1的侧表面115和装配部分201的一部分与容纳了模具部件30的模具部件28接触，所述模具部件30转移模制物体侧透镜表面4。透镜树脂与保持器2的后表面112接触，它们之间的交界面紧密接触。此时，保持器2处于这样的状态，所述状态中所述保持器中的分子在受到透镜树脂的热和力时可以容易地移动。

此后，透镜树脂经受冷却处理，并且发生模制收缩。形成保持器2的树脂(在本说明书中也称为保持器树脂)的模制收缩系数比透镜树脂的模制收缩系数小0.3％以上。因此，透镜1比保持器2收缩得更多。当模制收缩系数的差值不小于0.3％时，收缩效果超过保持紧密接触状态的力，因此空气在冷却处理期间进入交界面中以降低(或者消除)粘合力。

在冷却处理中，透镜1的光学表面与模具的表面紧密接触，透镜1被紧密地保持在所述模具中。因此，即便在保持器2和透镜1之间的交界面处的粘合力被降低(或被消除)，也几乎不影响表面精度。

优选地，保持器2与透镜1接触的区域小。该构造降低了保持器2与透镜1之间的粘合力，从而可以比保持器2完全覆盖透镜1时更容易地降低(或消除)该粘合力。

如此，通过主动地允许降低(或消除)保持器2与透镜1之间的粘合力，在保持器2与透镜1之间的交界面处的紧密接触状态不再不稳定。换言之，这防止了粘合力降低(或消除)的时刻对于多个模制产品变化。这可以降低透镜1的表面精度的变化，可以获得具有高精度的光学部件，所述变化与保持器2和透镜1之间的交界面处的粘合力(保持器2利用所述粘合力保持透镜1)的变化相关联。

第一实施例

接下来，将描述实施例。将参考附图3、附图4a和附图4b描述通过本实施例获得的光学部件(具有保持器的透镜)以及制造该光学部件的方法。

图3是在实施例中所制造的光学部件的示意图。图4a是从眼睛侧透镜表面3的一侧观察的鸟瞰图。图4b是从物体侧透镜表面4观察的鸟瞰图。光学部件包括透镜1和保持器2。作为透镜1，例如制造组成数码单镜头反光相机的取景器以及用作调整屈光度的透镜的透镜。制造保持器2，套筒20连接到所述保持器。将芯部插入到套筒20中，将光学部件嵌入到相机中使得光学部件可以在光学轴线的方向上滑动。制造保持器2以具有下面的尺寸：15.3mm的横向尺寸b，21.06mm的纵向尺寸a。使用环烯烃基聚合物作为形成透镜1的材料。负载下的变形温度为122℃，模制收缩系数为0.6％。使用其中混合有玻璃填料的黑色聚碳酸酯作为形成保持器2的材料。玻璃填料的纤维直径是10μm，将长度不小于100μm的长纤维与长度小于100μm的短纤维交织在一起。以20％的量混合这种玻璃填料以获得0.3％的模制收缩系数以及137℃的负载下变形温度。透镜1是双凸面透镜，所述双凸面透镜在眼睛侧上具有球状透镜表面3并且在物体侧上具有非球状透镜表面4。设计模具使得透镜1的最大厚度为4.46mm。

图5是沿图3中v-v线所得的剖视图。制造具有锥形孔402的保持器2，所述锥形孔形成在桥接部分401中，所述桥接部分将保持器2的圆筒形部分连接到套筒20，锥形孔402具有1mm的直径j以及10°的锥角k。

接下来，将描述制造根据本实施例的光学部件(具有保持器的透镜)的方法。

图6a是用于模制透镜1的模具的剖视图。

该模具包括可移动侧安装板23、间隔块24、可移动侧模具板25、固定侧模具板26和固定侧安装板27。该模具还包括转移模制物体侧上的透镜表面4的模具部件30以及转移模制眼睛侧上的透镜表面3的模具部件31。模具部件28容纳模具部件30，模具部件29容纳模具部件31。该模具还包括顶杆32、顶板38和浇口衬套35。水管39允许热水穿过其中以便调整模具的温度。

图6b是示出了模具打开并且保持器2插入在模具中的状态的剖视图。当模具打开时，将保持器2插入在模具部件31和模具部件29之间，模具部件31转移模制眼睛侧透镜表面3，模具部件29容纳模具部件31。然后，关闭模具使得保持器2的外周表面和前表面与模具部件29牢固接触，所述模具部件29容纳模具部件31。135℃的热水穿过水管39。

在该状态下使模制机器中的塑化设备(未示出)的喷嘴抵接浇口衬套35，注射通过熔化用于形成透镜1的材料所获得树脂。注射时间为三秒。因此，可以推断的是，在刚注射之后树脂围绕保持器2的后表面流动，并且保持器2和透镜1之间的交界面暂时地处于紧密接触的状态。还可以推断的是，用于形成保持器2的树脂处于这样的状态，在所述状态中所述保持器中的分子在受到用于形成透镜1的材料的熔融树脂的热和力时能够容易地移动。

在注射处理后的保压处理中，抵靠透镜表面转移模制表面将用于形成透镜1的材料的熔融树脂压紧，从而转移模制透镜表面。保压时间为20秒。

然后，在140秒的冷却时间后打开模具。

图6c是示出了模具打开并且完成出坯的状态的剖视图。朝前移动顶杆32和模具部件30，模具和模制产品彼此分离，所述模具部件30转移模制了在物体侧上的透镜表面4。在该状态下，通过脱模装置将模制产品排出到模具的外部。对获得的具有保持器的透镜中的每个而言，透镜1和保持器2的后表面之间的粘合力被完全地消除，稳定地获得具有高精度光学表面的带有保持器的透镜。用于形成透镜1的熔融材料处于设置在桥接部分401中的锥形孔402中，所述桥接部分将保持器2的圆筒形部分连接到套筒20。因此，形成底切部分，这使得可以将透镜1和保持器2牢固地整合成单元。

对取出的透镜1的形状精度的测量已经显示形状误差不大于1μm。

尽管保持器材料和透镜材料都在冷却处理中冷却，但用于形成透镜1的材料的收缩量大于用于形成保持器2的材料的收缩量。因此，可以推断的是，收缩力的效果超过了粘合力的效果，并且在冷却处理期间粘合力被消除。然而，可以推断的是，在该时段期间透镜表面4保持与模具的透镜表面转移模制表面的紧密接触，并且几乎没有发生与消除紧密接触相关联的表面精度的改变。

此外，获得的透镜1和获得的保持器2再次被熔化，并且再次测量它们的模制收缩系数。然后，透镜1的模制收缩系数为0.6％，保持器2的模制收缩系数为0.3％，所述收缩系数与模制前获得的收缩系数相同。

第二实施例

除了用于形成保持器的材料之外，以与第一实施例相同的方法制造光学部件。

关于在第二实施例中用于形成保持器的材料，使用这样的材料，其中以30％的量混合玻璃填料以获得0.2％的模制收缩系数和139℃的负载下变形温度，所述玻璃填料具有10μm纤维直径并且在玻璃填料中长度不小于100μm的长纤维与长度小于100μm的短纤维交织在一起。其他情况与第一实施例的情况相同。

获得的具有保持器的透镜的每个的形状误差不大于1μm，在保持器的后表面与透镜之间的粘合力由于空气进入透镜与保持器的后表面之间的交界面而被消除，并且稳定地获得具有高精度光学表面的带有保持器的透镜。

第一对比示例

除了用于形成保持器的材料之外，以与第一实施例相同的方法制造光学部件。

关于在第一对比示例中用于形成保持器的材料，使用这样的材料，其中以10％的量混合玻璃填料以获得0.4％的模制收缩系数和135℃的负载下变形温度，玻璃填料具有10μm纤维直径并且在玻璃填料中长度不小于100μm的长纤维与长度小于100μm的短纤维交织在一起。其他情况与第一实施例的情况相同。

关于刚从模具脱模时所获得的具有保持器的透镜，在模制产品当中变化地获得了：其中空气进入透镜与保持器的后表面之间的交界面并且保持器的后表面与透镜之间的粘合力被消除的一些产品；以及其中在保持器的后表面与透镜之间的粘合力部分残留的一些产品。

其中空气进入透镜与保持器的后表面之间的交界面并且消除了保持器的后表面与透镜之间的粘合力的所述一些产品得到具有高精度光学表面的、带有保持器的透镜。其中在保持器的后表面与透镜之间的紧密接触部分残留的所述一些产品得到形状误差不小于2μm的瑕疵产品，原因是在紧密接触残留的部分处的光学表面的扭曲，即便在脱模后在大气中冷却时紧密接触被消除。

第二对比示例

除了用于形成保持器的材料之外，以与第一实施例相同的方法制造光学部件。

未包含玻璃填料并且仅受到利用黑色颜料的染色处理的聚碳酸酯被用作在第二对比示例中形成保持器的材料。模制收缩系数为0.5％，负载下变形温度为128℃。其他情况与第一实施例的情况相同。

在从模具脱模后所获得的所有具有保持器的透镜中，紧密接触部分地或完全地残留在透镜与保持器的后表面之间的交界面处。

其中在保持器的后表面与透镜之间的紧密接触部分残留的所述一些产品得到瑕疵产品，原因是在紧密接触残留的部分处的光学表面的扭曲，即便在脱模后在大气中冷却后紧密接触被消除。关于其中紧密接触残留在保持器的整个后表面的样本，即便在大气中冷却后紧密接触也没有被消除。光学表面在整个表面被扭曲，并且形状误差不小于4μm，这导致瑕疵的产品。

尽管已经参考示例性附图描述了本公开，但应理解的是，本公开不局限于所公开的示例性实施例。下面的权利要求的范围被赋予了最宽的解释以便包含所有这种修改以及等同结构和功能。