光學元件的制造方法技術

將已模塑過的光學物料放入由頂模、底模和筒模限定的空間，然后使之加熱、加壓和變形，得到光學元件。通過控制光學物料的塑性變形速率，防止物料進入頂模或底模之外徑與筒模內徑之間的縫隙部分；以較低的成本得到既無芒刺也無應變的高精度光學元件。（*該技術在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光學元件以及制作高精度光學元件，如光學儀器中所用的透鏡，棱鏡和反射鏡的方法和裝置。通用的加壓模注光學元件的方法有如注射模塑法和加壓模塑法(已出版的待批日本專利申請(公開)平5-17725)。在注射模塑法中，是將一小球體加熱，揉壓并溶化后充注到一個帶襯套的空腔中。在加壓模塑法中，將由注射模塑法模塑成最終形狀的塑性材料放入保持在一定溫度下的模具中，然后加壓。附圖說明圖11表示一種常規的模塑方法。其中標號27為光學元件，標號28為頂膜，29是底膜，而30代表筒狀模；標號31是帶熱壓機構的壓頭部分，而標號32是帶加熱機構的加壓臺部分。圖12A和12B表示常規的模塑法中溫度以及壓力的變化。圖12A表示光學元件的溫度；圖12B表示壓頭的壓強。將由注射模塑法模塑成最終形狀的光學元件(聚碳酸酯)放入一個由頂膜28、底模29和筒模30組成的空腔中。將頂模、底模和筒模的溫度設定成比撓曲溫度(由D648(ATM)測得)高，卻比玻璃轉變溫度低。當光學元件的溫度變得差不多與各模溫度一樣時，落下壓頭31。在由頂模28以大約100kgf/cm2的壓強使光學元件變形之后，不再加壓。待模塑過的光學元件27被冷至撓曲溫度之后取去頂模。在這種通用的方法中，光學元件是在極高的壓力下被模塑的，因而光學材料要進入到頂模或者底模與筒模之間的縫隙部分。這樣一來，所模塑成的光學元件45就會帶有芒刺(圖13中的標號46)。帶這種芒刺的光學元件給儀器帶來不均勻特性和裝配問題。因此，必須對這種帶芒刺的光學元件進行加工，除去芒刺。另外，還需除去留在頂模、底模和筒模上的芒刺。這樣就使制作光學元件的成本提高。用普通注射模塑法模塑的光學元件有澆口切割部分。隨著模塑過程中光學元件溫度的增高，在澆口切割部分處形成凹入部分。在光學元件的光學功能區上留有這種凹入部分。換言之，用這種方法制成的光學元件，其形狀和光學性質均較差，而且產率低。澆口切割部分就是在澆口處將樹脂切斷的部分。澆口部分是一開口，在注射模型過程中，樹脂即由此被注入模具的空腔內。由于把樹脂注入澆口部分后要將其切斷，很可能要有內應力并集中在樹脂部分中，從而形成一個具有應變的瑕點。本專利技術的目的是提供一種不使光學材料進到頂模或者底模與筒模之間縫隙部分的制作學光元件的方法和一種高精度制作具有上述光學性質之光學元件的裝置，以解決上述常見的問題。為了實現這些以及其它的目的和優點，本專利技術的制作光學元件方法包括如下步驟將已粗略地模注過的光學物料置入由頂模、底模和筒模確定的空間中；加熱并加壓該光學物料。控制光學物料的塑性變形速率，以防該材料流入頂模外徑與筒模內徑之間及底模外徑與筒模內徑之間的縫隙部分。至少在最后的變形期間將光學物料的塑性變形速率控制在小于10mm/sec。在模注光學物料過程中，最后還使溫度維持在(Tg＋15)≤Tp≤(Tg＋60)，其中，Tp是光學物料溫度的最大值，Tg是光學物料樹脂的玻璃轉變溫度。最好以1.5-25.0kgf/cm2的壓強使光學物料在從玻璃轉變點(Tg)到溫度最大值(Tp)的范圍被加壓，變形。最好還使光學物料預先受到形變，直至物料達到溫度最大值(Tp)，而當物料從Tp冷卻到玻璃轉變點(Tg)時，以1.5-25.0kgf/cm2的壓強加壓該物料。最好在形變過程之前還用注射模塑法粗略地模注該光學物料。該光學物料最好有一個在注射模塑過程中形成的澆口切割部分，而且該澆口切割部分是凸狀的。已經粗略模注過的光學物料最好有一澆口切割部分，而且最好將該物料放入，使該澆口切割部分面向筒模之內表面或加壓裝置的運動側。用制作光學元件的方法制作本專利技術的光學元件包括以下步驟將已粗略模塑過的光學物料置入由頂模、底模和筒模確定的空間中，并加熱、加壓該光學物料，其中控制該物料的塑性變形速率，防止光學材料流入頂模或底模外徑與筒模內徑之間的縫隙部分。基本上形成一種在光學有效區既無芒刺也無應變的光學元件。該光學元件最好是光學儀器中用的透鏡。該光學元件最好是光學儀器中用的棱鏡。該光學元件最好是光學儀器中用的反光鏡。制作本專利技術光學元件的裝置包括頂模、底模、筒模和控制光學物料塑性變形速率的機構。在把光學物料置入頂模、底模和筒模之間的空間之后，本裝置加熱，加壓并模塑該物料。控制光學物料之塑性變形速率的機構阻止材料流入頂模外徑與筒模內徑之間，以及底模外徑與筒模內徑之間的縫隙部分。最好由該機構將光學物料的塑性變形速率控制在小于10mm/sec。本裝置最好還包括一個在模塑光學物料的過程中將溫度維持在(Tg＋15)≤Tp≤(Tg＋60)的機構，這里Tp是光學物料溫度的最大值，Tg是光學物料樹脂的玻璃轉變點溫度。本裝置最好還包括一個在玻璃轉變點(Tg)與最大溫度(Tp)間的范圍內以1.5-25.0kgf/cm2的壓強使光學物料形變的機構。本裝置最好還包括一個使光學物料在達到最大溫度之前使光學物料預形變的機構，和一個在物料自Tp冷卻至玻璃轉變點(Tg)時以1.5-25.0kgf/cm2壓強使物料形變的機構。本裝置最好還包括將光學物料置入頂膜、底模和筒模之間的空間的機構，使光學物料的澆口切割部分面向筒模的內表面及加壓機構的運動側。當光學物料的塑性變形速率比規定的變形速率快時，該物料要進行到頂膜、底模和筒模之間的縫隙部分。于是，在本專利技術的模塑過程中要降低這個塑性變形速率，防止光學材料進到該縫隙部分中。通過設定減低的壓頭速度、光學物料的溫度，以及所加壓強，控制這個塑性變形速率。在模塑光學物料的過程中，(Tg＋15)≤Tp≤(Tg＋60)，其中Tp是光學物料的最大溫度，Tg是其玻璃轉變點溫度，加壓使溫度低于撓曲溫度，使得頂模或底膜的傳熱面高精度地在光學物料上傳熱，從而得到具有優良光學性質的光學元件。該撓曲溫度由D648(ASTM)測得。即使在由注射模塑法預模塑的光學物料中形成凹入部分，在提高溫度，以加壓、模塑光學物料的過程中，仍需采用供送光學物料的機構，使之面向筒模的內表面或加壓機構的可動表面。結果，這種凹入部分并不對光學元件提供負效應。本專利技術中采用一種機構，它將由注射模塑法預模塑的光學物料的澆口切割部分留成凹形，從而即使在加壓和模塑過程中提高光學物料的溫度時，也避免澆口切割部分變成凹形。于是，一種無芒刺的光學元件就由本專利技術所制成，而無需除去芒刺的處置。這樣，光學元件的產率改善了，元件的成本也降低了。在光學元件里面也不可能保持應力，所以可用于模塑諸如小直徑的薄透鏡之類的光學元件。另外，通過限制用注射模塑法預模塑之光學物料的送進方向，使得在物料澆口切割部分處形成的凹入部分被除去，同時使光學元件的產額得到提高。通過將光學元件切割部分留成凸形，不依賴于物料的送進方向，就得到優良的光學元件。這樣，使光學元件的產額提高，制作元件的成本也被降低。圖1A是表示模塑前本專利技術一種具體實施方式的光學物料截面視圖；圖1B是表示模塑后本專利技術該種具體實施方式的光學物料截面視圖；圖2是本專利技術具體實施例的光學物料截面視圖；圖3A是本專利技術具體實施例的光學元件截面視圖；圖3B是本專利技術具體實施例的光學元件截面視圖4是表示本專利技術具體實施例的無芒刺形成模塑條件范圍的曲線圖；圖5A是表示本專利技術另一實施例模塑過程中光學元件溫度變化的曲線圖；圖5B是表示本專利技術該實施例模本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制作光學元件的方法，包括以下步驟： 將已經粗略模塑過的光學物料放入由頂模、底模和筒模限定的空間中； 加熱并加壓所述光學物料； 其特征在于：控制所述光學物料的塑性變形速率，以防止所述光學物料流入所述頂模或底模之外徑與所述筒模內徑之間的縫隙部分。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：高野利昭，村田淳，中村正二，春原正明，近藤隆久，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]