專利名稱：高分子透鏡的篩制法的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高分子透鏡的篩制法。
背景技術：
以高分子材料制造透鏡有加工成型性良好的優點。 一般高分子透鏡 的制造方式是先依所需的功能(譬如說焦距)來直接開制生產模具。加 工成型后的生產模具，再測試其模穴功能是否符合所需，并依此修模到 功能符合所需為止。
上述現有以高分子材料制造透鏡的方式，其修模的實際次數無法預 期，修模次數的多寡影響到成本及交貨時間，這對工作效率產生了不穩 定的問題。
發明內容
本發明所要解決的主要技術問題在于，克服現有技術存在的上述缺 陷，而提供一種高分子透鏡的篩制法，是借由先期模具篩選取得符合所 需功能的模穴，再依此制作生產模具。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種高分子透鏡的篩制法，其特征在于，包括制備先期模具，再借 由該先期模具篩選取得符合所需功能的模穴，再依此制作生產模具。
前述的高分子透鏡的篩制法，其中利用所述先期模具篩選取得合適 焦距的模穴來制作球面透鏡。
前述的高分子透鏡的篩制法，其中利用所述先期模具篩選取得所需 焦距以及像差程度的模穴來制作非球面透鏡。
前述的高分子透鏡的篩制法，其中利用兩組所述先期模具篩選取得 所需等效焦距以及色像差程度的模穴組來制作透鏡組。
前述的高分子透鏡的篩制法，其中先期模具的模穴數為3至1000， 而較佳為4至400。
前述的高分子透鏡的篩制法，其中先期模具的模穴以號碼或字母等
來加以標示。
前述的高分子透鏡的篩制法，其中先期模具以及生產模具的流道是 平衡的。
前述的高分子透鏡的篩制法，其中先期模具的模穴的體積是平衡的。 以雙凸球面透鏡來說，其焦距可利用造鏡者公式
1/f = (n-l) (1/Ri + 1/R2)
來估算。在此，f為雙凸球面透鏡的焦距，n為透鏡材料的折射率，R,及 R2分別為各球面的半徑。在傳統方法中，對一已知n(材料特性)，焦距f 是由兩球面方程式重疊所得的透鏡體來決定。依此開出模具，再加工成 型而得到高分子透鏡。然而，加工成型時有模收縮的問題，且高分子材 料的折射率n也可能受加工成型的影響，依此所得的高分子透鏡的焦距f 不見得符合所需的要求。本發明的高分子透鏡的篩制法則利用先期模具 篩選取得合適焦距的模穴。譬如說一個對稱的雙凸球面透鏡的焦距為f 。 若高分子材料的折射率為n，依造鏡者公式可決定出所需球面的約略半徑 R。可取半徑在R左右而每一定間隔作變化的球面方程式來制作先期模具 的模穴。先期模具的模穴數依球面透鏡所需的精密度而定，或者配合生 產模具。也就是先期模具內有與所需焦距接近但不同焦距的模穴。以先 期模具進行加工成型之后，便可篩選出所需焦距的透鏡。再依此篩選出 的模穴的球面方程式來制作生產模具。如此，可制得所需焦距的高分子 透鏡。由于大部分條件一樣，生產模具所制出的成品與所篩選者相當接 近，較精密的模具并不必再修模。
對于球面透鏡的模具，曲面為對稱性最高的球面，修模還算比較容 易。在偏離近軸條件下，球面透鏡往往有不可忽略的單色像差 (aberration)的問題。球面透鏡的單色像差包括球面像差(spherical aberration), 慧星像差(coma aberration)， 像散像差(astigmatism)， 場曲像差(curvature of field)等。利用非球面譬如說高次曲面，拋物 面等可設計出像差較小或零像差(單色像差)的非球面透鏡。傳統方法可 依光程差計算出或找出合適的曲面方程式來得到所需的焦距，并依此來 開模。然后再加工成型而得到高分子透鏡。而加工成型時的模收縮，高
分子材料的折射率n精準度以及高分子材料的折射率n可能受加工成型 的影響等問題，依此所得的高分子透鏡的焦距f以及像差程度不見得符 合所需的要求。由于變量太多，非球面透鏡模具所需的修模次數往往多 于球面透鏡模具。而本發明的高分子透鏡的篩制法也適于非球面透鏡的 制作，有助于減少修模的次數。先依追描法或依光程差計算出或找出合 適的曲面方程式以得到所需的焦距與像差程度。由于非球面透鏡體通常 是由兩曲面重疊所構成，故在本發明的高分子透鏡的篩制法可利用一可 調整焦距的曲面方程式以及一可調整像差的曲面方程式來制作先期模 具。先期模具的模穴數依非球面透鏡所需的精密度而定，或者配合生產 模具。也就是先期模具內有與所需焦距接近但不同焦距的模穴以及可調 整像差的模穴。以先期模具進行加工成型之后，便可篩選出所需焦距以 及像差程度的透鏡。再依此篩選出的模穴的兩曲面方程式來制作生產模 具。如此，可制得所需的高分子非球面透鏡。由于大部分條件一樣，生 產模具所制出的成品與所篩選者相當接近，生產模具往往并不必再修模。 對于透明材料而言，其折射率n在可見光范圍常是隨著波長的增長 而降低。因此，在不同波長下球面透鏡或非球面透鏡的焦距并不一致， 也就是說有色像差的問題。由色散所造成的透鏡的色像差有時可利用模 具透鏡的組合來加以消除或降低。透明材料的色散可用阿貝數(Abbe number) A來加以描述
A 二 (nY - 1)/ (nB - nR)
其中，m， nB，以及riB分別為黃色光，藍色光以及紅色光的折射率。阿貝 數A越大，表示材料的色散越小。依光程差計算可得知兩透鏡組合時， 讓藍色光以及紅色光的等效焦距相同的條件大略為
f1YA, + f2YA2 = 0
而透鏡組的等效焦距fe可估算出
l/fE= l/f, + l/f2
使用不同阿貝數材料所制成的一凹透鏡與一凸透鏡可組合成藍色光以及 紅色光的等效焦距相同的透鏡組。也就是說凹凸透鏡組可修正色像差。 傳統方法可使用不同阿貝數材料依光程差計算出或找出合適的曲面方程 式來得到一凹透鏡與一凸透鏡所需的焦距，并依此來開模。然后再加工 成型而得到高分子透鏡組。而加工成型時的模收縮，高分子材料的折射
率n精準度以及高分子材料的折射率n可能受加工成型的影響等問題， 依此所得的高分子透鏡組的焦距f以及色像差補償程度不見得符合所需 的要求。由于變量太多，透鏡組的兩副透鏡模具所需的修模次數往往相 當多次。而本發明的高分子透鏡的篩制法適于低色像差透鏡組的制作， 有助于減少修模的次數。先選擇不同阿貝數高分子材料，各依追描法或 依光程差計算出或找出合適的曲面方程式以得到所需焦距的凹透鏡與凸 透鏡。由可調整焦距的曲面方程式來制作凹透鏡與凸透鏡的先期模具。 先期模具的模穴數依透鏡組所需的精密度而定，或者配合生產模具。也 就是先期模具內有與所需焦距接近但不同焦距的模穴。以先期模具進行 加工成型之后，便可得到不同焦距但接近所需值的凹透鏡與凸透鏡供篩 選。依所需透鏡組的等效焦距以及色像差程度便可分別篩選出合適的凹 透鏡與凸透鏡。再依此篩選出的凹透鏡與凸透鏡模穴的曲面方程式分別 來制作兩副生產模具。如此，可制得所需的高分子透鏡組。由于大部分 條件一樣，生產模具所制出的成品與所篩選者相當接近，生產模具往往 不必再修模。
本發明的高分子透鏡的篩制法是借由先期模具篩選取得符合所需功 能的模穴，再依此制作生產模具。先期模具的模穴數可依透鏡組所需的 精密度而定。因此，本發明的高分子透鏡的篩制法的先期模具的模穴數 可為3至1000，而較佳為4至400。如果先期模具的模穴數很多，想要 辨識某個成品是由哪個模穴所形成就不甚容易了。因此，本發明的高分 子透鏡的篩制法的先期模具的模穴可利用號碼或字母等來加以標示。
當模具的模穴數很多時，流動如果不平衡，將會影響透鏡的精密度。
最容易造成流動不平衡的因素為流道不平衡。因此，本發明的高分子透 鏡的篩制法可讓先期模具以及生產模具的流道平衡，以提高透鏡的精密 度。其次，先期模具的模穴在形狀上略有不同，也可能因體積不同而造 成少許的流動不平衡。因此，本發明的高分子透鏡的篩制法可讓先期模 具的模穴的體積平衡，以提高透鏡的精密度。
本發明是由先期模具篩選取得符合所需功能的模穴，再依此制作生 產模具來制造高分子透鏡。本發明的高分子透鏡的篩制法雖然用到兩次 的模具制作，但依功能所篩制的模具易于達到高精度，可減少修模次數。
具體實施例方式
本實施例說明以本發明的方法篩制雙凸球面透鏡的過程。
設計一個對稱的雙凸球面透鏡的焦距為l.OO士O.Ol公分。選擇折射 率n為1.5的高分子材料，則依雙凸球面透鏡的造鏡者公式，所需球面 的半徑(RfR》為l公分。因所需的焦距誤差在0.01公分的內，可取半徑 在1公分左右而每隔0. 01公分作變化的球面方程式來制作先期模具的模 穴。因此，利用模穴數為20的先期模具，其球面方程式的半徑分別為0. 90， 0. 91, 0. 92，…….，1. 07, 1. 08， 1. 09公分來篩選所需的高分子透鏡。以射 出成型加工之后，便可篩選出焦距為1.00±0.005公分的透鏡。再依此 篩選出的模穴的球面方程式來制作模穴數為20的生產模具。如此，可制 得焦距為1.00土0.01公分的高分子透鏡。因加工成型極為接近，生產模 具并不必修模，便可達到所需精度。 [實施例2]
本實施例說明以本發明的方法篩制非球面透鏡的過程。 設計一焦距為10. 0±0. 2公分的低像差(最大焦距差小于0. 2公分) 的非球面透鏡。選擇折射率n為1.5的高分子材料。利用追描法概略可 取得由一半徑為30公分的球面方程式(可調整焦距)以及一拋物面方程式 y^2(x2+y2)重疊透鏡體可符合所需者。對于直徑為1公分的透鏡，以拋 物面方程式y=12(x2+y2)為主作像差焦點修正，可利用 y=12(x2+y2)+C(X2+y2)2曲面方程式來制作先期模具的模穴。因所需的像差 焦距誤差在0. 2公分之內，可取c在每隔0. 2公分作變化。利用模穴數為25的先期模具，c為-0.4， -0.2， 0， 0.2以及0.4。而搭配半徑為25, 27， 30, 34以及39公分的球面方程式的來制作先期模具的模穴。以射出 成型加工之后，便可篩選出焦距為10.0±0. 1公分，像差焦距差小于O. 1 公分的非球面透鏡。再依此篩選出的模穴的曲面方程式以及球面方程式 來制作模穴數為25的生產模具。如此，可制得焦距為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鏡。因加工成型極為接近， 生產模具并不必修模，便可達到所需精度。
本實施例說明以本發明的方法篩制低色差球面透鏡的過程。 設計一組等效焦距為10.0±0.2公分，藍色光以及紅色光的等效焦 距差異在0. 2公分之內的球面透鏡組。選擇折射率n為1. 58，阿貝數A 為58的聚碳酸酯(PC)，以及折射率n為1.49，阿貝數A為30的丙烯酸 樹脂(PMMA)作為彌補色差的材料。讓由PC及P腿A形成的透鏡焦距分別 為八及f2，則球面透鏡組的等效焦距fE可由下式決定
l/fE = 1/f1+l/f2 =1/10
而f1 A 1+ f2A2 = 0 = 58Ai + 30A2
解聯立方程式可得f產280/58=4.83， f2=-28/3二-9. 33。因此，所需透鏡 組由焦距為4. 83公分的PC雙凸球面透鏡以及焦距為-9. 33公分的PMMA 雙凹球面透鏡所組成。依造鏡者公式，所需PC雙凸球面透鏡的球面的半 徑(R產R2)為5.60公分。因所需的焦距誤差在0.2公分之內，可取半徑在 5.6公分左右而每隔0.2公分作變化的球面方程式來制作先期模具的模 穴。利用模穴數為20的先期模具，其球面方程式的半徑分別為3. 6， 3. 8， 4.0，…，5.6， .... ， 7.0， 7.2， 7. 4公分來篩選所需的PC雙凸球面透鏡。 以射出成型加工之后，便可得焦距在4. 8公分左右的PC雙凸球面透鏡。 依造鏡者公式，所需PMMA雙凹球面透鏡的球面的半徑(R產R2)為9. 14公 分。因所需的焦距誤差在0.2公分之內，可取半徑在9. 1公分左右而每 隔0.2公分作變化的球面方程式來制作先期模具的^莫穴。利用模穴數為
20的先期模具，其球面方程式的半徑分別為7. 1， 7. 3， 7. 5，…，9. 1， , 10.5， 10.7， 10.9公分來篩選所需的PMMA雙凹球面透鏡。以射出成型加 工之后，便可得焦距在9. 1公分左右的PMMA雙凹球面透鏡。依兩組先期 模具所得凸及凹透鏡加以組合，可篩選出等效焦距為IO.O士O.I公分， 藍色光以及紅色光的等效焦距差異在0.1公分的內的球面透鏡組。再依 此篩選出的模穴的球面方程式來制作兩副模穴數為20的生產模具。如此, 可組合而得等效焦距為10.0±0.2公分，藍色光以及紅色光的等效焦距 差異在0.2公分的內的球面透鏡組。因加工成型極為接近，生產模具并 不必修模，便可達到所需精度。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形 式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單 修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種高分子透鏡的篩制法，其特征在于，包括制備先期模具，再借由該先期模具篩選取得符合所需功能的模穴，再依此制作生產模具。
2. 根據權利要求1所述的高分子透鏡的篩制法，其特征在于利用所 述先期模具篩選取得合適焦距的模穴來制作球面透鏡。
3. 根據權利要求1所述的高分子透鏡的篩制法，其特征在于利用所 述先期模具篩選取得所需焦距以及像差程度的模穴來制作非球面透鏡。
4. 根據權利要求1所述的高分子透鏡的篩制法，其特征在于利用兩 組所述先期模具篩選取得所需等效焦距以及色像差程度的模穴組來制作 透鏡組。
5. 根據權利要求1所述的高分子透鏡的篩制法，其特征在于所述先 期模具的模穴數為3至1000，而較佳為4至400。
6. 根據權利要求1所述的高分子透鏡的篩制法，其特征在于所述先 期模具的模穴以號碼或字母等來加以標示。
7. 根據權利要求1所述的高分子透鏡的篩制法，其特征在于所述先 期模具以及生產模具的流道是平衡的。
8. 根據權利要求1所述的高分子透鏡的篩制法，其特征在于所述先 期模具的模穴的體積是平衡的。
全文摘要
一種高分子透鏡的篩制法，包括制備先期模具，再借由該先期模具篩選取得符合所需功能的模穴，再依此制作生產模具；利用先期模具篩選取得合適焦距的模穴來制作球面透鏡；利用先期模具篩選取得所需焦距以及像差程度的模穴來制作非球面透鏡；利用兩組所述先期模具篩選取得所需等效焦距以及色像差程度的模穴組來制作透鏡組；先期模具的模穴數為3至1000，而較佳為4至400；先期模具的模穴以號碼或字母等來加以標示；先期模具以及生產模具的流道是平衡的；先期模具的模穴的體積是平衡的。本發明是由先期模具篩選取得符合所需功能的模穴，再依此制作生產模具來制造高分子透鏡。本發明依功能所篩制的模具易于達到高精度，可減少修模次數。
文檔編號B29L11/00GK101342769SQ200710122620
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月10日 優先權日2007年7月10日
發明者林建興, 蔡宏斌, 蔡瑞禧 申請人:允拓材料科技股份有限公司