专利名称：高分子透镜的筛制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子透镜的筛制法。
背景技术：
以高分子材料制造透镜有加工成型性良好的优点。 一般高分子透镜 的制造方式是先依所需的功能(譬如说焦距)来直接开制生产模具。加 工成型后的生产模具，再测试其模穴功能是否符合所需，并依此修模到 功能符合所需为止。
上述现有以高分子材料制造透镜的方式，其修模的实际次数无法预 期，修模次数的多寡影响到成本及交货时间，这对工作效率产生了不稳 定的问题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺 陷，而提供一种高分子透镜的筛制法，是借由先期模具筛选取得符合所 需功能的模穴，再依此制作生产模具。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种高分子透镜的筛制法，其特征在于，包括制备先期模具，再借 由该先期模具筛选取得符合所需功能的模穴，再依此制作生产模具。
前述的高分子透镜的筛制法，其中利用所述先期模具筛选取得合适 焦距的模穴来制作球面透镜。
前述的高分子透镜的筛制法，其中利用所述先期模具筛选取得所需 焦距以及像差程度的模穴来制作非球面透镜。
前述的高分子透镜的筛制法，其中利用两组所述先期模具筛选取得 所需等效焦距以及色像差程度的模穴组来制作透镜组。
前述的高分子透镜的筛制法，其中先期模具的模穴数为3至1000， 而较佳为4至400。
前述的高分子透镜的筛制法，其中先期模具的模穴以号码或字母等
来加以标示。
前述的高分子透镜的筛制法，其中先期模具以及生产模具的流道是 平衡的。
前述的高分子透镜的筛制法，其中先期模具的模穴的体积是平衡的。 以双凸球面透镜来说，其焦距可利用造镜者公式
1/f = (n-l) (1/Ri + 1/R2)
来估算。在此，f为双凸球面透镜的焦距，n为透镜材料的折射率，R,及 R2分别为各球面的半径。在传统方法中，对一已知n(材料特性)，焦距f 是由两球面方程式重叠所得的透镜体来决定。依此开出模具，再加工成 型而得到高分子透镜。然而，加工成型时有模收縮的问题，且高分子材 料的折射率n也可能受加工成型的影响，依此所得的高分子透镜的焦距f 不见得符合所需的要求。本发明的高分子透镜的筛制法则利用先期模具 筛选取得合适焦距的模穴。譬如说一个对称的双凸球面透镜的焦距为f 。 若高分子材料的折射率为n，依造镜者公式可决定出所需球面的约略半径 R。可取半径在R左右而每一定间隔作变化的球面方程式来制作先期模具 的模穴。先期模具的模穴数依球面透镜所需的精密度而定，或者配合生 产模具。也就是先期模具内有与所需焦距接近但不同焦距的模穴。以先 期模具进行加工成型之后，便可筛选出所需焦距的透镜。再依此筛选出 的模穴的球面方程式来制作生产模具。如此，可制得所需焦距的高分子 透镜。由于大部分条件一样，生产模具所制出的成品与所筛选者相当接 近，较精密的模具并不必再修模。
对于球面透镜的模具，曲面为对称性最高的球面，修模还算比较容 易。在偏离近轴条件下，球面透镜往往有不可忽略的单色像差 (aberration)的问题。球面透镜的单色像差包括球面像差(spherical aberration), 慧星像差(coma aberration)， 像散像差(astigmatism)， 场曲像差(curvature of field)等。利用非球面譬如说高次曲面，抛物 面等可设计出像差较小或零像差(单色像差)的非球面透镜。传统方法可 依光程差计算出或找出合适的曲面方程式来得到所需的焦距，并依此来 开模。然后再加工成型而得到高分子透镜。而加工成型时的模收縮，高
分子材料的折射率n精准度以及高分子材料的折射率n可能受加工成型 的影响等问题，依此所得的高分子透镜的焦距f以及像差程度不见得符 合所需的要求。由于变量太多，非球面透镜模具所需的修模次数往往多 于球面透镜模具。而本发明的高分子透镜的筛制法也适于非球面透镜的 制作，有助于减少修模的次数。先依追描法或依光程差计算出或找出合 适的曲面方程式以得到所需的焦距与像差程度。由于非球面透镜体通常 是由两曲面重叠所构成，故在本发明的高分子透镜的筛制法可利用一可 调整焦距的曲面方程式以及一可调整像差的曲面方程式来制作先期模 具。先期模具的模穴数依非球面透镜所需的精密度而定，或者配合生产 模具。也就是先期模具内有与所需焦距接近但不同焦距的模穴以及可调 整像差的模穴。以先期模具进行加工成型之后，便可筛选出所需焦距以 及像差程度的透镜。再依此筛选出的模穴的两曲面方程式来制作生产模 具。如此，可制得所需的高分子非球面透镜。由于大部分条件一样，生 产模具所制出的成品与所筛选者相当接近，生产模具往往并不必再修模。 对于透明材料而言，其折射率n在可见光范围常是随着波长的增长 而降低。因此，在不同波长下球面透镜或非球面透镜的焦距并不一致， 也就是说有色像差的问题。由色散所造成的透镜的色像差有时可利用模 具透镜的组合来加以消除或降低。透明材料的色散可用阿贝数(Abbe number) A来加以描述
A 二 (nY - 1)/ (nB - nR)
其中，m， nB，以及riB分别为黄色光，蓝色光以及红色光的折射率。阿贝 数A越大，表示材料的色散越小。依光程差计算可得知两透镜组合时， 让蓝色光以及红色光的等效焦距相同的条件大略为
f1YA, + f2YA2 = 0
而透镜组的等效焦距fe可估算出
l/fE= l/f, + l/f2
使用不同阿贝数材料所制成的一凹透镜与一凸透镜可组合成蓝色光以及 红色光的等效焦距相同的透镜组。也就是说凹凸透镜组可修正色像差。 传统方法可使用不同阿贝数材料依光程差计算出或找出合适的曲面方程 式来得到一凹透镜与一凸透镜所需的焦距，并依此来开模。然后再加工 成型而得到高分子透镜组。而加工成型时的模收縮，高分子材料的折射
率n精准度以及高分子材料的折射率n可能受加工成型的影响等问题， 依此所得的高分子透镜组的焦距f以及色像差补偿程度不见得符合所需 的要求。由于变量太多，透镜组的两副透镜模具所需的修模次数往往相 当多次。而本发明的高分子透镜的筛制法适于低色像差透镜组的制作， 有助于减少修模的次数。先选择不同阿贝数高分子材料，各依追描法或 依光程差计算出或找出合适的曲面方程式以得到所需焦距的凹透镜与凸 透镜。由可调整焦距的曲面方程式来制作凹透镜与凸透镜的先期模具。 先期模具的模穴数依透镜组所需的精密度而定，或者配合生产模具。也 就是先期模具内有与所需焦距接近但不同焦距的模穴。以先期模具进行 加工成型之后，便可得到不同焦距但接近所需值的凹透镜与凸透镜供筛 选。依所需透镜组的等效焦距以及色像差程度便可分别筛选出合适的凹 透镜与凸透镜。再依此筛选出的凹透镜与凸透镜模穴的曲面方程式分别 来制作两副生产模具。如此，可制得所需的高分子透镜组。由于大部分 条件一样，生产模具所制出的成品与所筛选者相当接近，生产模具往往 不必再修模。
本发明的高分子透镜的筛制法是借由先期模具筛选取得符合所需功 能的模穴，再依此制作生产模具。先期模具的模穴数可依透镜组所需的 精密度而定。因此，本发明的高分子透镜的筛制法的先期模具的模穴数 可为3至1000，而较佳为4至400。如果先期模具的模穴数很多，想要 辨识某个成品是由哪个模穴所形成就不甚容易了。因此，本发明的高分 子透镜的筛制法的先期模具的模穴可利用号码或字母等来加以标示。
当模具的模穴数很多时，流动如果不平衡，将会影响透镜的精密度。
最容易造成流动不平衡的因素为流道不平衡。因此，本发明的高分子透 镜的筛制法可让先期模具以及生产模具的流道平衡，以提高透镜的精密 度。其次，先期模具的模穴在形状上略有不同，也可能因体积不同而造 成少许的流动不平衡。因此，本发明的高分子透镜的筛制法可让先期模 具的模穴的体积平衡，以提高透镜的精密度。
本发明是由先期模具筛选取得符合所需功能的模穴，再依此制作生 产模具来制造高分子透镜。本发明的高分子透镜的筛制法虽然用到两次 的模具制作，但依功能所筛制的模具易于达到高精度，可减少修模次数。
具体实施例方式
本实施例说明以本发明的方法筛制双凸球面透镜的过程。
设计一个对称的双凸球面透镜的焦距为l.OO士O.Ol公分。选择折射 率n为1.5的高分子材料，则依双凸球面透镜的造镜者公式，所需球面 的半径(RfR》为l公分。因所需的焦距误差在0.01公分的内，可取半径 在1公分左右而每隔0. 01公分作变化的球面方程式来制作先期模具的模 穴。因此，利用模穴数为20的先期模具，其球面方程式的半径分别为0. 90， 0. 91, 0. 92，…….，1. 07, 1. 08， 1. 09公分来筛选所需的高分子透镜。以射 出成型加工之后，便可筛选出焦距为1.00±0.005公分的透镜。再依此 筛选出的模穴的球面方程式来制作模穴数为20的生产模具。如此，可制 得焦距为1.00土0.01公分的高分子透镜。因加工成型极为接近，生产模 具并不必修模，便可达到所需精度。 [实施例2]
本实施例说明以本发明的方法筛制非球面透镜的过程。 设计一焦距为10. 0±0. 2公分的低像差(最大焦距差小于0. 2公分) 的非球面透镜。选择折射率n为1.5的高分子材料。利用追描法概略可 取得由一半径为30公分的球面方程式(可调整焦距)以及一抛物面方程式 y^2(x2+y2)重叠透镜体可符合所需者。对于直径为1公分的透镜，以抛 物面方程式y=12(x2+y2)为主作像差焦点修正，可利用 y=12(x2+y2)+C(X2+y2)2曲面方程式来制作先期模具的模穴。因所需的像差 焦距误差在0. 2公分之内，可取c在每隔0. 2公分作变化。利用模穴数为25的先期模具，c为-0.4， -0.2， 0， 0.2以及0.4。而搭配半径为25, 27， 30, 34以及39公分的球面方程式的来制作先期模具的模穴。以射出 成型加工之后，便可筛选出焦距为10.0±0. 1公分，像差焦距差小于O. 1 公分的非球面透镜。再依此筛选出的模穴的曲面方程式以及球面方程式 来制作模穴数为25的生产模具。如此，可制得焦距为10. 0±0. 2公分， 像差焦距差小于0.2公分的非球面高分子透镜。因加工成型极为接近， 生产模具并不必修模，便可达到所需精度。
本实施例说明以本发明的方法筛制低色差球面透镜的过程。 设计一组等效焦距为10.0±0.2公分，蓝色光以及红色光的等效焦 距差异在0. 2公分之内的球面透镜组。选择折射率n为1. 58，阿贝数A 为58的聚碳酸酯(PC)，以及折射率n为1.49，阿贝数A为30的丙烯酸 树脂(PMMA)作为弥补色差的材料。让由PC及P腿A形成的透镜焦距分别 为八及f2，则球面透镜组的等效焦距fE可由下式决定
l/fE = 1/f1+l/f2 =1/10
而f1 A 1+ f2A2 = 0 = 58Ai + 30A2
解联立方程式可得f产280/58=4.83， f2=-28/3二-9. 33。因此，所需透镜 组由焦距为4. 83公分的PC双凸球面透镜以及焦距为-9. 33公分的PMMA 双凹球面透镜所组成。依造镜者公式，所需PC双凸球面透镜的球面的半 径(R产R2)为5.60公分。因所需的焦距误差在0.2公分之内，可取半径在 5.6公分左右而每隔0.2公分作变化的球面方程式来制作先期模具的模 穴。利用模穴数为20的先期模具，其球面方程式的半径分别为3. 6， 3. 8， 4.0，…，5.6， .... ， 7.0， 7.2， 7. 4公分来筛选所需的PC双凸球面透镜。 以射出成型加工之后，便可得焦距在4. 8公分左右的PC双凸球面透镜。 依造镜者公式，所需PMMA双凹球面透镜的球面的半径(R产R2)为9. 14公 分。因所需的焦距误差在0.2公分之内，可取半径在9. 1公分左右而每 隔0.2公分作变化的球面方程式来制作先期模具的^莫穴。利用模穴数为
20的先期模具，其球面方程式的半径分别为7. 1， 7. 3， 7. 5，…，9. 1， , 10.5， 10.7， 10.9公分来筛选所需的PMMA双凹球面透镜。以射出成型加 工之后，便可得焦距在9. 1公分左右的PMMA双凹球面透镜。依两组先期 模具所得凸及凹透镜加以组合，可筛选出等效焦距为IO.O士O.I公分， 蓝色光以及红色光的等效焦距差异在0.1公分的内的球面透镜组。再依 此筛选出的模穴的球面方程式来制作两副模穴数为20的生产模具。如此, 可组合而得等效焦距为10.0±0.2公分，蓝色光以及红色光的等效焦距 差异在0.2公分的内的球面透镜组。因加工成型极为接近，生产模具并 不必修模，便可达到所需精度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形 式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单 修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种高分子透镜的筛制法，其特征在于，包括制备先期模具，再借由该先期模具筛选取得符合所需功能的模穴，再依此制作生产模具。
2. 根据权利要求1所述的高分子透镜的筛制法，其特征在于利用所 述先期模具筛选取得合适焦距的模穴来制作球面透镜。
3. 根据权利要求1所述的高分子透镜的筛制法，其特征在于利用所 述先期模具筛选取得所需焦距以及像差程度的模穴来制作非球面透镜。
4. 根据权利要求1所述的高分子透镜的筛制法，其特征在于利用两 组所述先期模具筛选取得所需等效焦距以及色像差程度的模穴组来制作 透镜组。
5. 根据权利要求1所述的高分子透镜的筛制法，其特征在于所述先 期模具的模穴数为3至1000，而较佳为4至400。
6. 根据权利要求1所述的高分子透镜的筛制法，其特征在于所述先 期模具的模穴以号码或字母等来加以标示。
7. 根据权利要求1所述的高分子透镜的筛制法，其特征在于所述先 期模具以及生产模具的流道是平衡的。
8. 根据权利要求1所述的高分子透镜的筛制法，其特征在于所述先 期模具的模穴的体积是平衡的。
全文摘要
一种高分子透镜的筛制法，包括制备先期模具，再借由该先期模具筛选取得符合所需功能的模穴，再依此制作生产模具；利用先期模具筛选取得合适焦距的模穴来制作球面透镜；利用先期模具筛选取得所需焦距以及像差程度的模穴来制作非球面透镜；利用两组所述先期模具筛选取得所需等效焦距以及色像差程度的模穴组来制作透镜组；先期模具的模穴数为3至1000，而较佳为4至400；先期模具的模穴以号码或字母等来加以标示；先期模具以及生产模具的流道是平衡的；先期模具的模穴的体积是平衡的。本发明是由先期模具筛选取得符合所需功能的模穴，再依此制作生产模具来制造高分子透镜。本发明依功能所筛制的模具易于达到高精度，可减少修模次数。
文档编号B29L11/00GK101342769SQ200710122620
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月10日 优先权日2007年7月10日
发明者林建兴, 蔡宏斌, 蔡瑞禧 申请人:允拓材料科技股份有限公司