TWI475678B

TWI475678B - Array optical element manufacturing method

Info

Publication number: TWI475678B
Application number: TW102105262A
Authority: TW
Inventors: 沈偉; 李遠林
Original assignee: 峻立科技股份有限公司
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2015-03-01
Also published as: TW201432890A

Description

陣列光學元件製造方法

本發明是有關於一種陣列光學元件，特別是指一種便於製造的陣列光學元件製造方法。

習知一種陣列式的成像裝置(例如美國專利公開第US20110122308 A1號)，包含二分別具有數呈陣列排列之光學構件的透鏡晶圓，及數用於隔開每一透鏡晶圓之光學構件並分別形成數互相隔離之光學通道的遮光間隔物。此種成像裝置在製造時是利用兩套模具分別射出成形該等透鏡晶圓與該等遮光間隔物，再將該等透鏡晶圓與該等遮光間隔物組裝在一起，由於該等遮光間隔物與該等透鏡晶圓是互相分離的獨立元件，而且，該等遮光間隔物是抵接於該等透鏡晶圓，因此，除了兩者在組裝時產生的組裝公差，會影響該等透鏡晶圓在光軸向上的定位之外，該等遮光間隔物本身在光軸向上的高度公差，也會對該等透鏡晶圓在光軸向上的定位造成影響；此外，當應用於手持裝置(例如智慧型手機)時，此種成像裝置會因面積過小，而大幅提高該等遮光間隔物與該等透鏡晶圓的組裝困難度，造成此種成像裝置很難以上述的方法進行製造。

因此，本發明之目的，即在提供一種便於製造且可精密定位光學界面位置的陣列光學元件製造方法。

於是本發明陣列光學元件製造方法，包含以下步驟：(A)以一第一材料成形出一遮光框，該第一材料為低透光或不透光材料，並具有一熱變形溫度，該遮光框具有一底壁、一個一體連接於該底壁並沿一光軸向延伸的周壁，及至少一個一體連接於該底壁與該周壁之間並沿該光軸向延伸的隔間壁，該底壁具有數呈陣列排列的通孔，該周壁與該隔間壁配合界定出數分別連通於該等通孔且互相隔離的光通道。(B)將該遮光框置入一成形模具的一成形模穴內。(C)將一第二材料射入該成形模穴內，成形出一與該遮光框一體連接的透鏡單元，該第二材料為光學塑膠，並具有一小於該熱變形溫度的成形溫度，該透鏡單元具有一結合於該底壁底側的基板，及數分別一體連接於該基板頂側並沿該光軸向延伸的頂定位壁，該基板具有數分別對應於該等通孔的透鏡部，該等頂定位壁內側結合於該周壁外側，其中，該遮光框在該光軸向上不凸出於該等頂定位壁。

本發明之功效在於：本發明所製造出之陣列光學元件的透鏡單元與遮光框是一體連接，簡化了兩者之間的組裝作業，而且，該透鏡單元的透鏡部與該等頂定位壁為一體式連接的構造，加上該遮光框在該光軸向上不凸出於該等頂定位壁，可讓該等頂定位壁直接且精密地控制該等透鏡部的位置。

10‧‧‧第一材料

20‧‧‧遮光框

21‧‧‧底壁

211‧‧‧通孔

22‧‧‧周壁

23‧‧‧隔間壁

24‧‧‧光通道

30‧‧‧成形模具

31‧‧‧成形模穴

40‧‧‧第二材料

50‧‧‧透鏡單元

51‧‧‧基板

511‧‧‧透鏡部

512‧‧‧外周緣

52‧‧‧頂定位壁

521‧‧‧定位平面

53‧‧‧底定位壁

60‧‧‧陣列光學元件

70‧‧‧陣列感光單元

80‧‧‧外殼

100‧‧‧步驟

200‧‧‧步驟

300‧‧‧步驟

X‧‧‧光軸向

H1‧‧‧第一高度

H2‧‧‧第二高度

D‧‧‧光學有效徑

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明陣列光學元件製造方法一較佳實施例的流程示意圖；圖2是該較佳實施例先成形的一遮光框的立體外觀示意圖；圖3是一剖視示意圖，說明該較佳實施例先將該遮光框預置於一成形模具內，接著在該成形模具內成形出一與該遮光框一體連接的透鏡單元；圖4是該較佳實施例所製造出的一陣列光學元件的立體外觀示意圖；圖5是該陣列光學元件的剖視示意圖；及圖6是數陣列光學元件與一陣列感光單元、一外殼組裝成一鏡頭模組的組合剖視示意圖。

參閱圖1，本發明陣列光學元件製造方法之較佳實施例，包含以下步驟：步驟100：如圖1、2所示，以一第一材料10成形出一遮光框20，該第一材料10為低透光或不透光材料，並具有一熱變形溫度(Heat Deflection Temperature)。

在本實施例中，該第一材料10是選自於由金屬、熱塑性塑膠、熱固性塑膠及矽膠所組成之群體，較佳地，該第一材料10為液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polyester ，簡稱為LCP)，例如材料供應商杜邦所販售之Zenite^® 5130L BK010，該第一材料10的熱變形溫度介於270℃~350℃。

該遮光框20具有一底壁21、一個一體連接於該底壁21並沿一光軸向X延伸的周壁22，及數一體連接於該底壁21與該周壁22之間並沿該光軸向X延伸的隔間壁23，該底壁21具有數呈陣列排列的通孔211，該周壁22與該等隔間壁23配合界定出數分別連通於該等通孔211且互相隔離的光通道24，可以理解的是，當該隔間壁23的數量為一個時，該周壁22與該隔間壁23也可配合界定出二個光通道24。

在本實施例中，該遮光框20在該光軸向X上具有一第一高度H1，該遮光框20採射出(injection)成形，即利用一模具(圖未示)將該第一材料10射出成形為該遮光框20。另外，要說明的是，當該第一材料10為矽膠時，該遮光框20也可以採押出(extruding)成形，即，利用一模具(圖未示)將該第一材料10押出成形為該遮光框20。

步驟200：如圖1、3所示，將該遮光框20置入一成形模具30的一成形模穴31內。

可以理解的是，當該第一材料10的材質為矽膠時，由於該遮光框20會具有適當的彈性，而可便於入模，因此，該遮光框20的尺寸可具有較大的容許公差。

步驟300：如圖1、3所示，將一第二材料40射入該成形模穴31內，成形出一與該遮光框20一體連接的透鏡單元50，該第二材料40為光學塑膠，並具有一小於該熱變形溫度的成形溫度。

在本實施例中，該第二材料40可為材料供應商三菱所販售之成形溫度介於75℃~95℃的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、材料供應商帝人所販售之成形溫度為115℃~125℃的PC-AD5503(聚碳酸脂)、材料供應商ZEONEX所販售之成形溫度為115℃~125℃的ZEONEX 480R，或材料供應商SABIC所販售之成形溫度為190℃~200℃的ULTEM-1010等等。

如圖4、5所示，該透鏡單元50具有一結合於該底壁21底側的基板51、數分別一體連接於該基板51頂側並沿該光軸向X延伸的頂定位壁52，及數分別一體連接於該基板51底側並沿該光軸向X延伸的底定位壁53，其中，該遮光框20在該光軸向X上不凸出於該等頂定位壁52。

該基板51具有數分別對應於該等通孔211的透鏡部511，及一外周緣512，該等透鏡部511分別具有一光學有效徑(Clear Aperture，簡稱CA)D。

該等頂定位壁52內側結合於該周壁22外側，該等頂定位壁52分別具有一相背於該周壁22的定位平面521，該基板51的外周緣512不超出該等頂定位壁52的定位平面521。

在本實施例中，該等頂定位壁52在該光軸向X上分別具有一大於該第一高度H1的第二高度H2，該第一、二高度H1、H2的一差值≦50μm，而且，0.2≦該第一高度H1/ 該光學有效徑D≦2.0，可以理解的是，若此比值低於下限的0.2，會造成遮光不足的問題，若此比值高於上限的2.0，則會增加組裝後鏡頭模組的整體高度。

藉此，利用本發明的製造方法即可製造出一由該透鏡單元50與該遮光框20一體連接而成的陣列光學元件60。在本實施例中，該陣列光學元件60的長度與寬度皆不超過3 mm，高度不超過2 mm。

在組裝鏡頭模組時，即可利用本發明製造出數不同的陣列光學元件60，以與一陣列感光單元70相疊組裝於一外殼80內，要說明的是，只有組裝於最下側之陣列光學元件60的透鏡單元50才需成形出該等底定位壁53，如此，最下側之陣列光學元件60的底定位壁53會抵接於最下側的基板51與該陣列感光單元70之間，以定位最下側之陣列光學元件60的透鏡部511與該陣列感光單元70在該光軸向X上的間距，而且，兩相鄰之陣列光學元件60在下側者的頂定位壁52會抵接於兩相鄰的基板51之間，以定位該等陣列光學元件60的透鏡部511在該光軸向X上的間距，同時，該等陣列光學元件60的頂定位壁52的定位平面521也會抵接於該外殼80內側，以定位該等陣列光學元件60的透鏡部511在側向上的位置，進而精密地控制該等陣列光學元件60的透鏡部511的相對位置，符合光學性能的需求。

經由以上的說明，可再將本發明的優點歸納如下：

一、本發明所製造出之陣列光學元件60的透鏡單元50與遮光框20是一體連接在一起，不需再進行組裝作業，相較於習知技術，本發明可簡化陣列光學元件的製造作業，而且，該陣列光學元件60除了不會產生影響該等透鏡部511在該光軸向X上之定位的組裝公差之外，更不會發生難於組裝的問題，而可適用於手持裝置(例如智慧型手機)之鏡頭小型化的需求。

二、本發明是先將熱變形溫度較高的該第一材料10成形為該遮光框20，然後再將在較低溫成形的該第二材料40射出成形為與該遮光框20一體連接的該透鏡單元50，由於該第二材料40的成形溫度是小於該第一材料10的熱變形溫度，因此，在射出成形該透鏡單元50時，較早成形的該遮光框20完全不會產生變形的問題。

三、本發明的透鏡單元50的頂定位壁52在該光軸向X上的第二高度H2大於該遮光框20的第一高度H1，因此，本發明只需控制該透鏡單元50的頂定位壁52在該光軸向X上的高度公差，即可在組裝鏡頭模組時有效維持該等透鏡單元50在該光軸向X上的定位，該遮光框20在該光軸向X上的高度公差，並不會對該等透鏡單元50的定位造成影響，相較於習知技術，本發明在鏡頭模組的組裝作業上更為簡便。

四、本發明透鏡單元50的透鏡部511與該等頂定位壁52為一體式連接的構造，兩者之間有最直接的相對距離關係，同時，該等透鏡部511與該等頂定位壁52並非互相分離的元件，兩者之間並不會產生組裝公差的問題，也不會受其他元件之尺寸公差的影響，而且，該等頂定位壁52是一體成形於該基板51上，完全不受該遮光框20的形狀的影響，因此，本發明所製造出之陣列光學元件60利用該等頂定位壁52即可直接且精密地控制該等透鏡部511的位置，產生良好的光學性能。

五、本發明所製造出之陣列光學元件60的遮光框20的第一高度H1與該等透鏡部511的光學有效徑D的比值是介於0.2~2.0之間，可有效避免該遮光框20太低所造成之遮光不足的問題，及該遮光框20太高所造成之增加整體高度的問題。

綜上所述，本發明陣列光學元件製造方法，不僅可簡化陣列光學元件的製造與鏡頭模組的組裝作業，且可精密定位該透鏡單元的透鏡部的位置，符合光學性能的需求，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧步驟

200‧‧‧步驟

300‧‧‧步驟

Claims

一種陣列光學元件製造方法，包含：(A)以一第一材料成形出一遮光框，該第一材料為低透光或不透光材料，並具有一熱變形溫度，該遮光框具有一底壁、一個一體連接於該底壁並沿一光軸向延伸的周壁，及至少一個一體連接於該底壁與該周壁之間並沿該光軸向延伸的隔間壁，該底壁具有數呈陣列排列的通孔，該周壁與該隔間壁配合界定出數分別連通於該等通孔且互相隔離的光通道；(B)將該遮光框置入一成形模具的一成形模穴內；(C)將一第二材料射入該成形模穴內，成形出一與該遮光框一體連接的透鏡單元，該第二材料為光學塑膠，並具有一小於該熱變形溫度的成形溫度，該透鏡單元具有一結合於該底壁底側的基板，及數分別一體連接於該基板頂側並沿該光軸向延伸的頂定位壁，該基板具有數分別對應於該等通孔的透鏡部，該等頂定位壁內側結合於該周壁外側，該等頂定位壁分別具有一相背於該周壁的定位平面，該基板外周緣不超出該等頂定位壁的定位平面，其中，該遮光框在該光軸向上不凸出於該等頂定位壁。
如請求項1所述的陣列光學元件製造方法，其中，在該步驟(A)中，該遮光框在該光軸向上具有一第一高度，在該步驟(C)中，該透鏡單元的透鏡部分別具有一光學有效徑，0.2≦該第一高度/該光學有效徑≦2.0。
如請求項2所述的陣列光學元件製造方法，其中，在該步驟(C)中，該等頂定位壁在該光軸向上分別具有一大於該第一高度的第二高度，該第一、二高度的一差值≦50μm。
如請求項1所述的陣列光學元件製造方法，其中，在該步驟(C)中，該透鏡單元更具有數分別一體連接於該基板底側並沿該光軸向延伸的底定位壁。
如請求項1所述的陣列光學元件製造方法，其中，在該步驟(A)中，該第一材料是選自於由金屬、熱塑性塑膠、熱固性塑膠及矽膠所組成之群體。
如請求項1所述的陣列光學元件製造方法，其中，在該步驟(A)中，該遮光框採射出成形。
如請求項1所述的陣列光學元件製造方法，其中，在該步驟(A)中，該遮光框採押出成形。
如請求項1所述的陣列光學元件製造方法，其中，在該步驟(C)中，一由該透鏡單元與該遮光框一體連接而成的陣列光學元件的長度與寬度皆不超過3mm，高度不超過2mm。