公司動態

 第（dì）一（yī）章：簡介

1-1塑料鏡片的優缺點

製品的產（chǎn）量高、價（jià）格低，又（yòu）可實現輕薄短小的產品需求，但以（yǐ）往被認為精度不（bú）高，無法取（qǔ）代（dài）傳統的金屬或玻璃等。但近（jìn）年來由於塑料材料的研發（fā）及射（shè）出成形（xíng）技術的（de）精進，已經大大的（de）改變了這個市場。在光學（xué）組件的領（lǐng）域（yù）中，塑料鏡片早已進入（rù）了高精度的時代，從早期拋棄（qì）式的相機（jī）鏡片，到現在需要高精度的讀取頭物鏡，塑料鏡片（piàn）充分發揮（huī）塑料產品的特色，也超越了塑料產（chǎn）品的瓶頸。在光電產業蓬（péng）勃發展的今天，本文將帶領各位（wèi）進入塑料鏡片射出成形（xíng）的技術領域，了解鏡片（piàn）的開發流程和相關技術。

塑料製品生產速度快，適合大量及自動化的生產，所以容易降低價格（gé）﹔塑性良好因此耐衝擊﹔因為（wéi）塑（sù）料比重低，因（yīn）此重量相對的較輕，可以讓整個係統重（chóng）量降低﹔而且成品（pǐn）形狀自由度（dù）高，可（kě）以將係統的機構組件（jiàn）與光（guāng）學組件合並，減少零件數量，並簡化係統組（zǔ）裝程序﹔利用這樣的優點，我們可以設計特殊架（jià）構的光（guāng）學組（zǔ）件。

有優點就有缺點，塑料的缺點有：溫度特性差：和玻璃相較，塑（sù）料容易受環境影（yǐng）響光學特性。因（yīn）為一旦耐熱溫度低，熱膨脹係數大，光學組件就會變形而影響光學特（tè）性。精度（dù）較玻璃低：塑料由於材料特性的關係，因此不均勻性較高，容易產生收縮變（biàn）形，導（dǎo）致精度（dù）不容易控製。抗刮力差：塑料的機械強度較低，材（cái）質的硬度不像玻璃堅硬，因此抗（kàng）刮力差。與光學（xué）玻璃相較，材料種類較（jiào）少：由於（yú）光學（xué）玻璃發展已有很長一段時間，所以塑料鏡片和其相（xiàng）較之下，材料種類較少，而且折射率（lǜ）較低，大約在1.5到1.6之間，分布較狹窄。有雙（shuāng）折射現象：造成（chéng）光學性能降低。要有一定（dìng）的產量才符合（hé）經濟效益：塑料射出成形的模具價格（gé）十（shí）分昂貴，一（yī）個模（mó）具開下（xià）去，可能（néng）需（xū）要幾十萬或百萬的費用，所以如果沒有達到一定的產量規模，便不符合經濟效益。大小受限製：塑料（liào）鏡片射出成形在∮100mm以上的（de）精度不足，會有（yǒu）成形上的問題，也可以說尺寸愈大，精度愈（yù）難控製。

1-2塑料鏡片的應用

塑（sù）料鏡片可以應用在相（xiàng）機、數字相機用的觀景窗、鏡頭鏡片（piàn）；投（tóu）影機、背（bèi）投式電視用的鏡頭鏡片；最好的例子是CD/DVD讀取頭上所用的（de）pickup lens 、 grating lens、DOE，年產量在數億（yì）顆以上；還有LCD麵板上的（de）背光板、導光板也可以看到塑料鏡（jìng）片的應用；在（zài）各（gè）種光學係統中，光學組件適合在塑料鏡片上作微細（xì）結構，產（chǎn）生繞射、折射、分光或（huò）偏光現象，因此也適合應用在Frenel lens, F-θ lens上。

總括來說，塑料鏡片非常適合用在消費性的光電（diàn）產品，因為這類產品需要降低成（chéng）本，精度要求與專業儀器相較下（xià）比較低，生產量很大而且要求產品（pǐn）輕薄短小，正好符合塑料鏡片的特色。

第二章：塑料鏡片射出成形各類技術 

2-1光學設計的基本概（gài）念

鏡片射出成形的技術包括了光學設（shè）計（jì）、模具技術、成形技術和量測技（jì）術。現在我們分別來談一談（tán）這些技術的基本概念（niàn）。

首（shǒu）先，我們來看光（guāng）學設計。在光學（xué）設計上，通常需要考慮兩個因素：材料的選用和形狀的設計。了解光學設（shè）計的要點與（yǔ）射出成形之間的關係，在與光學設計（jì）者討論時較有概念，也可以對於設計者所設計的鏡片可行性及困難度加以（yǐ）評估與判斷。

在選用光學塑料的時候，幾個光學特性是必須注意（yì）的，比（bǐ）方說（shuō）：穿透（tòu）頻譜、反射損失、吸收，也就是穿透率，一般在88~92%之間（jiān）、還有折射率（lǜ）、折射率穩定性，是指射出成形後的（de）穩定（dìng）性、色散、雙折射特性（xìng）等。

光學塑料的物理特性在光學設計時也需要考慮（lǜ）進去，比如說塑料材料的吸水性（xìng）、成形收縮率、玻璃轉移點溫（wēn）度、熱變形溫度、流動性、比重、強度、抗刮，耐高溫、抗化學、電氣、耐衝擊等。

在形狀設計方麵，光學設計人員應考慮塑（sù）料的（de）光學和樹脂特性來設計形狀，也就是說，不（bú）同的塑料材料會有不同的特性，光學設計人員會利用這樣的特性去（qù）設計出易於成（chéng）形的形狀，讓厚薄比、形狀變化等保持在一定的限度。

我（wǒ）們（men）拿CD和（hé）DVD讀取頭物鏡來做例子。從這（zhè）張表格中，我們可以看（kàn）到一些關於光學係統的設計值。

NA值越大，代表物鏡聚焦角度越大，通常伴隨（suí）而來的是曲率半徑更小、厚薄比更大、模仁加工和成（chéng）形困難度更高。厚薄比是衡量鏡片成形難度的重要指標，當厚薄（báo）比越大時（shí），成形收縮越不（bú）均勻，越難成（chéng）形高精度的鏡片。有效徑是指光路真正通（tōng）過鏡片的口徑大小。鏡片在成形時，由於厚度和溫度的差異，在中央與邊緣的收縮率會不一致，當有效徑（jìng）比率越大時，代表在周圍無效的區域要越（yuè）小。最小曲率半徑與有效徑同時考慮，通常就決定了最大曲麵斜率，曲麵斜率越大，加工（gōng）範圍及量（liàng）測誤差也會越大，甚至可能產生刀具幹涉或超出可量測範圍的問題（tí），這對高（gāo）精度的鏡片是很大的問題。波麵收差是物鏡的（de）規格要求，可以有效的量化鏡片的光（guāng）學（xué）特性，對於（yú）物鏡微小的缺陷，都可以由波麵收差表現出來﹔因此（cǐ），波麵收（shōu）差值越小（xiǎo），代表物鏡可容許的誤差越小（xiǎo）。這些誤差包含了兩個曲麵的形狀誤差、tilt和decenter誤差的綜合表現（xiàn）。

這個表為光學鏡片射（shè）出成型精度比較表，以曲率（lǜ）半徑變化為例子，在較低階的鏡片，所（suǒ）允許的誤差值為正（zhèng）負3-5%， 但（dàn）對精密的（de）鏡片，所要（yào）求的值則達千分之0.5-1之（zhī）間；也就是說，愈精（jīng）密等級的鏡片，所允許的誤差值就愈小。一般而言（yán），傳統射出成型（xíng）技術對形狀（zhuàng）精度的控製（zhì）無法達到精密光學鏡（jìng）片的要求，特別是近（jìn）年來塑料鏡片應用範圍變大後（hòu），光學係統（tǒng）所需要的（de）鏡片精度高、厚薄比大，更提高了（le）成型技（jì）術的困難度。精密塑料鏡片的成形，無論在模具設（shè）計、模仁加工（gōng）、成形條（tiáo）件及鏡片（piàn）量測上都需（xū）要高層次的（de）技術和設備。

2-2模具技術的基本概念（niàn）

模具技術含有下列三（sān）個（gè）要素：模具設計、模具製作和模仁加工。

塑料射出成形的製程是（shì）將（jiāng）塑料（liào）射入模具，經過充填、保壓、冷卻三個步驟完成（chéng），因（yīn）此，如果模具設計不當，就會影響整個製程和成品。模具設（shè）計（jì）包含（hán）澆道、澆口、排氣、定位、頂出、模溫控製等，對成形的品質量都有影（yǐng）響，此外（wài），還（hái）需考慮模（mó）具材質的摩耗、腐蝕等。

第二個要素（sù）是模具製作，我（wǒ）們必須選（xuǎn）擇各零件（jiàn）的尺寸搭配、加工方法及加工（gōng）程序。

最後一個要素（sù）模仁加工，指的是模仁鍍（dù）膜及鏡麵加工技術，模仁加工技（jì）術愈精密（mì），鏡片的形（xíng）狀精度相對地也會提高等級。

2-3模具技術的基本概念（niàn）

成型條件（jiàn）的調整，是（shì）確保鏡片形狀的準確性與穩定（dìng）性。依據累積經驗與模擬分析，加上實（shí）驗計劃及（jí）溫壓控製的（de）使用（yòng），找出適當的條件組合，達到穩定且良好的形狀精度。

隨著（zhe）鏡片形狀精度要求的增加，成形機條件的再現性的要求也（yě）提高了。

2-3量（liàng）測技術的基本概念

量測能驗（yàn）證鏡片的（de）質量，所得數據可對鏡片的形狀誤差作補償。量測方式通常有兩種：第一種是量測成品的表（biǎo）麵形（xíng）狀及粗度，最常用的儀器為Form Talysurf，它是屬於（yú）接觸式量（liàng）測，因（yīn）為（wéi）塑料（liào）的（de）硬度、彈性係數比金屬（shǔ）小，如果以金屬（shǔ）相同的量測方式，會因成品變形而失真，所以（yǐ）需考慮塑（sù）料特性加以修正，才能增加量測的（de）精度。另一種（zhǒng）為非接觸式量（liàng）測，也稱為光學性能量測，最常使用的儀器（qì）為幹涉儀和點像質量（liàng）檢測係（xì）統。量測時須注意如何設計及架設（shè）量測（cè）係統，使（shǐ）量測值能夠正確的反映出如波麵收差等光學性能。

第三章：塑料鏡片開發流程

鏡（jìng）片開發流程的第一個步（bù）驟為光學設（shè）計，之後經過審查，考慮這些設計值是否需要修改；一般在衡量塑（sù）料鏡片的成形難度時，主要會先看鏡片的厚薄（báo）比及精度要求，再考慮形狀與材料等特（tè）性（xìng）。前（qián）兩者決定模具及成形機（jī）精度與成形條件的困難度，後兩（liǎng）者則牽涉到（dào）成品的成（chéng）形性。所謂良（liáng）好的成（chéng）型性，是指射出成型所設定的溫度、壓力範圍（wéi）廣泛；塑料流動性佳；脫模容易及成型收縮率小等等。除此，在機台能力、模具精度是否符合標準，及對於（yú）工作的分（fèn）配、時程的（de）順序也需做好完（wán）善的（de）安排。同時，我們亦會進行光學設計驗證，依據這（zhè）些設計值直接打樣去做檢（jiǎn）驗。

上述條件都通過之後， 即開始進行模具（jù）設計，包括整體設計、零件設計、材料選用等（děng）。 設（shè）計（jì）沒有問題，即著手進行模具製作，相關工作包括製程方法、估價、發包、進度追蹤和（hé）驗收。整個模具製作完成後，則組裝起來做試模，
然後以實驗計劃法進行模具和製程的調整，如量測數據、模仁形狀的補償。此時若有任何瑕疵，則需要修改模具重新設計（jì）， 最後經（jīng）過試（shì）產，確認無誤後，才進行最後的量產階段，依需（xū）要去做光學鍍（dù）膜（mó）、自動化澆口剪斷等（děng）動作。

這裏的圖像可以更進一步了解（jiě）鏡（jìng）片開發流程中的幾個（gè）步驟（zhòu）。這是一個光學鏡（jìng）片的外形設計圖，曲麵有個別的光學設計值，鏡片也須訂定量測的規格。而在模設計這個步驟，我們看到的是模（mó）具的整體設計圖，圖中的各個零件也會有屬於該部分（fèn）更詳細的（de）設計圖。（模具製作）之後根據設計圖製作模具，如圖（tú）片（piàn）所示，模具的形狀，一般而言，都大同（tóng）小異。

模具完成之後，必須經過試模，圖片中是一射出成形機，我們將模具（jù）置（zhì）放在成形機中，測試模具作動是否正常，成品外觀是否有瑕疵，尺寸是（shì）否正（zhèng）確。在射出製程中，需要經過一些調整，比如說（shuō），我們以田口實驗（yàn）計劃法，經過實驗及量測得到一（yī）些數據（jù）及圖表，可得知一些條件參數（shù）的趨勢，需要往什麽方向做調整。最後，我們（men）對成品做各（gè）類的檢測，從量測結果可以（yǐ）知道鏡片的形狀精度（dù）、光學性（xìng）能等數據。其實，製程調整和量測兩個步驟是相（xiàng）輔（fǔ）相成，經由量（liàng）測的數據去做製程的調整，製程參數調整之（zhī）後，也必須（xū）經過再（zài）次的量測。

   第（dì）四章：模具技術

在（zài）射出成形中，模具是（shì）為了得到所要求質量的成形品而（ér）使用的（de）一種（zhǒng）工具（jù）﹔引申來說（shuō），精密射出成（chéng）形的根本在於高精度的（de）模（mó）具。模具的質量是鏡片成形技術的關鍵，也是（shì）整個鏡片（piàn）製（zhì）造過程中，花費最大的部分，不僅需要有（yǒu）經驗的設計者（zhě）加以設計，而且也需要（yào）製造（zào）人員具有精密加（jiā）工以及檢測方麵的知識。

模具的技術主要分為（wéi）兩個部分：模具設計與模具製（zhì）作（zuò）。模具設計的方向主要是（shì）為了對應鏡片（piàn）精度（dù）的要求，為了確保鏡片質量，在設計模具時（shí），應該將成形時所有可能影響精度的因素加以控（kòng）製，包（bāo）括成形機、成形條件和成形材料（liào）。整體的模（mó）具（jù）設計要注意成形機的尺寸和（hé）精度、成形條（tiáo）件（jiàn）和成形材料的特性，並考慮到具有累加性（xìng）的誤（wù）差，如平行度、垂直度、同心度（dù），及影響塑料流動的因子，如排氣孔位置（zhì）和澆（jiāo）口形狀，都需要特別的注意。

此外，模具要達到高（gāo）精度，在製作上就必須考慮其加工方法（fǎ）、工作（zuò）機械（xiè）和模具材料，比方說零件製造的機台、方法、程序是否合宜。因為機台能力不足（zú）、製造方法或程序有（yǒu）誤（wù），都會直接影響模具的尺寸精度（dù），很容易導致模具無法達到設計的公差範圍。因此，檢測尺寸精度，是確（què）保設計（jì）的不二法門。

4-1模具設計（jì）

整體設計

在模具的（de）整體設計上，設計人員根據鏡片的材質、規格、大小，來設計模具（jù）的大（dà）小、結構、模穴（xué）數量、模穴位置的分布、模溫控（kòng）製（zhì）和分模線位置。（澆口澆道圖）澆道係（xì）統也是必須特別注意的地方。因為澆道的功能是（shì）將灌嘴所射出的塑（sù）料（liào），在溫（wēn）度與壓力降低最少的情況下注入模（mó）具內，所以此處的設計將會影響塑料在模具內的流動狀況。澆（jiāo）口是澆道係統的終點，也是塑料進入模仁的入口，澆口的位置、形（xíng）狀、尺寸（cùn）不隻是對鏡片（piàn）外觀有影響，對收縮率（lǜ）及尺寸精度影（yǐng）響亦大。澆口設計的好壞較難量化，隻（zhī）能從成品的質量或（huò）量測上看出（chū）端倪，好的澆口設計不但可以避免外觀上的不良，更（gèng）可確保（bǎo）形狀精度，降低收縮（suō）變形量，這些可從量測鏡片形狀（zhuàng）和光學性能判斷出來。

材料（liào）選用

對於模具的材料也需慎選，必（bì）須根據模具各零（líng）件的功能和重要性做選擇。一般模仁、模套及模板的（de）質量要求較嚴格，使用不鏽鋼及STAVAX﹔模座要求比較低，使用易加工的鋼材，隔熱板使用耐溫及耐壓的複合材料或陶瓷材料（liào）﹔其它零（líng）件則依照（zhào）其功（gōng）能，決定使用硬化過或（huò）未硬化過的鋼材。

零件設計（jì）

在零（líng）件設計方麵，應對鏡片的精度要求與整體設計，將各零件可能影響鏡片質量的因素加以控製，比方說尺寸公差、具有累加性的誤差，如平行度、垂直度、同心（xīn）度、位置度，還有（yǒu），影響塑料流動及成形（xíng）收縮率的因素，如排氣孔位置、流道形狀及麵粗度、澆口形狀等。

4-2模具製造

要達到模具設計的精度，在模（mó）具製作時必須考慮周詳（xiáng），並且確實檢測重要尺寸。模具大致分為模仁、模套、模座及其配件等三個部分，各（gè）部分與成品都有重要的關係，簡述如下：

鏡（jìng）片成品其實是複製模仁的形狀及尺寸，所以模仁是（shì）模具中決定鏡片質量最重要的部分。模仁的製造是以STAVAX鍍上（shàng）無電鍍（dù）鎳層做為粗胚，經過外形研磨，然後使用單晶鑽石切削（xuē）成品（pǐn）麵以達到鏡麵要求，亦可提高模仁使用壽（shòu）命（mìng）。

模（mó）套是（shì）結合模仁與模座間的重要零（líng）件，目的是獨立（lì）定位公母模套，可（kě）降低成品錯（cuò）位（wèi）的情形，並且（qiě）在模具需要更換不（bú）同用途（tú）的產品（pǐn）時，隻需要更換模套，模座依然（rán）可以共享。模（mó）套（tào）的製作是以不鏽鋼材製作粗胚，先加工流道及澆口，最後做模仁及定位孔的加工。

模具中的另（lìng）一個重要零件為模座，泛指公母模板、承（chéng）板、上下頂出板、間隔板、公母模固（gù）定板及（jí）其它零件，模座的幾何精度及定位精（jīng）度對成品（pǐn）精度有很大的影響。

如果沒（méi）有（yǒu）精準的模具，根本無法（fǎ）達到鏡片的規格，因此（cǐ）模具要以嚴謹的方式製作，然（rán）後再依射出成品所發生的問題點加以修改，始能達到鏡片質量優良且穩定（dìng）。當（dāng）然（rán），模具本身並不是沒有問題，例（lì）如經過（guò）多次修（xiū）改﹔使用及拆（chāi）裝上的磨耗﹔零件鏽蝕，都（dōu）可（kě）能造成部（bù）分精度已不如原（yuán）先製（zhì）作的（de）等級了。這（zhè）時需要的是以量測的數（shù）據及形（xíng）狀判斷模（mó）具哪個部分的精度發生問題，再尋求補救的辦法。不過這需要深入的（de）分（fèn）析（xī）及探討，以累積判（pàn）斷的經驗。

   第（dì）五章：成形技術

5-1成形的流（liú）程

整個過（guò）程中塑料產生了相（xiàng）變化、密度變化（huà）、溫度變化及壓力變化。為了要能掌握（wò）塑料變化（huà）的情形，除了要了（le）解（jiě）材料的加工性質外，運用（yòng）實驗計劃法分析成形條件的（de）趨勢，更（gèng）是精密成形的關鍵。

成形技術的目的，是希望成品能夠有良好的再現性，並符合形狀精度要（yào）求。前者需要的是成形條件範圍（wéi）大（dà），機台和模（mó）具的精度及穩（wěn）定性高﹔後者需要成形收縮變形小，成品對稱性高（gāo）。這些要求除了需（xū）要良好的成形技術外（wài），也（yě）需（xū）要模具技術（shù）、硬設備及環境的配合。

5-2成形的不良原因與（yǔ）對策

圖中的表格列（liè）舉了一般常見的不良現象，以及可能的發生原（yuán）因，並（bìng）提出一些（xiē）對應（yīng）的解決方案。一般而言，成品的外觀不良（liáng）大部分是射出階段就造成了，形狀或光（guāng）學性能的問（wèn）題（tí）則是（shì）在保壓冷卻階段所產生的；無（wú）論何種問題，除了改善成形條（tiáo）件外，還需反省模具設計與製作是否正確，射出機、模溫機或環境是否穩定。

5-2射出製程開發

在射出製程開（kāi）發中，我們以田口實驗計（jì）劃法為例子。這是L18田口實驗的量測數據結果，由這些數據產生田口實驗的S/N響應表（biǎo），我們可以根據響應表看出條件參數的（de）趨勢（shì），每一個（gè）英文字母代表不同的條件（jiàn），比方說從數據A和B可得知所代表的模溫控製和料（liào）溫控製，對射出成形的影響最大。工作人員可根據（jù）這些趨勢做參數調整（zhěng），以達到質量更好的精度（dù）。

第六章：量測技術

基本的量測包括了模仁的量測和鏡（jìng）片的量測。一般而言，鏡片量測又分（fèn）為接觸式（shì）量測和非接觸式量測，非接觸式量測也稱光學量測。

塑料的（de）硬（yìng）度、彈性係數比金屬小，如以（yǐ）金屬相同的量測方式，會因成品變形而失真，應考慮塑料特性加以修正，才能增加量測的精度。

6-1接觸式量測

無論（lùn）是模仁或是鏡片皆可（kě）做（zuò）接觸式量測。這是Taylor Hobson 的 PGI Talysurf的量測結果，量測標的為模仁（rén）或鏡片曲麵之形狀精度及表麵粗（cū）度。因（yīn）為玻（bō）璃模造需要在高溫下進行，因此對於（yú）模仁的材（cái）料和硬膜的選擇需要（yào）特別注意。

塑膠（jiāo）鏡片的製作

來源：網絡