有转移性强的转移面的制品的模塑方法和设备及制造的制品

摘要

一种用具有转移面的模具模塑制品的方法，包括填充，分离，再熔融，再接触，冷却和取出的步骤。填充过程将温度高于该热塑性材料的软化温度的热塑性材料填充至温度低于该热塑性材料软化温度的模具中的空腔空间中。热塑性材料与转移面接触并冷却。分离过程将转移面与热塑性材料分离，在热塑性材料与转移面间形成热绝缘层。再熔融过程用保持在热塑性材料内部的热能将热塑性材料再熔融。再接触过程将再熔融的热塑性材料与转移面再接触。冷却过程将热塑性材料冷却至低于其软化温度。取出过程将冷却的热塑性材料从模具中取出。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备具有较高精密度表面的模塑制品的方法和设备，以及用制备模塑制品的方法和设备制造的具有精加工的光学面和较高精密度模塑的微图案的光学元件。

背景技术

一种成像设备(如复印机，激光打印机)可以使用具有光学元件如f-θ透镜和投影透镜的光学扫描系统。

随着降低成品成本的需要的增长，用于这种光学元件的材料已经由玻璃材料转向了树脂材料。

在长时间内，这种光学元件制造为具有球形表面的光学元件，如凸透镜和凹透镜。

但是，这种具有球形表面的光学元件需要多个光学元件(如两个或三个元件)以校正光学偏差(如在焦点之外成像)，因为这样的光学偏差不能由一个光学元件校正。

如果在光学扫描系统中使用的光学元件数量增加，将不适宜地增加制造成本，并且可以不适宜地减少该光学扫描系统的结构设计的自由度。

由此可见，从减少制造费用和增加其结构设计的自由度、同时保持或改进光学扫描系统的光学性能的角度出发，优选在光学扫描系统中使用数目较少的光学元件。

该包含较少数目光学元件的光学扫描系统可以通过使用非球面形状的光学元件来实现，其可能有复杂的图案。

由于这种非球面形状的光学元件，光学扫描系统可以以较少数目的光学元件操控多种功能，从降低制造成本和增加结构设计的自由度的角度来看这是优选的。

例如，这种非球面形状的光学元件可以包括具有不均匀厚度或过厚部分的透镜。

该具有不均匀厚度的透镜可以通过注塑法制备，通常用来进行低制造成本的大量生产。

但是，这种由注塑法制造的透镜(如具有不均匀厚度)可能有如下缺陷。

有不均匀厚度的透镜在透镜不同部位的厚度不可避免的会有偏差(或不均衡)。因此，在用注塑法制造这种透镜时，填充进注塑机械模具中的树脂材料在填充的树脂材料的不同部位有不同的收缩速率，因此具有不均匀厚度的透镜不会以较高的精度成型。

例如，这种填充的树脂材料在其薄壁部分或靠近注塑机入口的部分可能有热应力。因此，例如可能制造出具有不希望的性质如双折射(double refraction)(或双折射(birefringence))的透镜。

已经想出了一些背景技术的方法，以减少注塑方法中的这些缺陷。例如，一种背景技术如下实施。

树脂材料在金属模具中加热至玻璃化转变温度或更高，缓慢冷却该树脂材料，冷却之后该用树脂材料制备的模塑制品可以从金属模具中取出。这种背景技术方法可以抑制模塑制品内应变的出现，因此可以得到具有较高形状精度的模塑制品。

另一背景技术中，预先制备的树脂材料置于金属模具中，然后金属模具加热至玻璃化转变温度或更高将树脂材料熔融。该过程中，树脂材料中会产生内压力，然后将树脂材料缓慢冷却。

另一背景技术中，金属模具首先加热至树脂材料的玻璃化转变温度或更高，接下来该树脂在设定的时间段内被注射填充至加热的金属模具中。然后金属模具被冷却至树脂材料的玻璃化转变温度以下，由树脂材料制备的模塑制品即可从金属模具中取出。

另一背景技术中，树脂材料填充至金属模具空腔中被加热至玻璃化转变温度或更高。然后将树脂材料冷却至玻璃化转变温度，同时通过调整从金属模具外侧施加的压力，以在冷却过程中保持在树脂材料上施以实质上相同水平的压力。

上述背景技术需要将金属模具加热至树脂材料的玻璃化转变温度以上，然后需要冷却。

因此，模塑周期会成为明显的较长时间段。此外，因为每个模塑周期中金属模具可能需要加热至树脂材料的玻璃化转变温度或以上，消耗的电能可能在不希望的较高水平上。

在另一相关技术中，一种注塑方法可以按如下实现，参照图1A和1B的描述。

如图1A所示，注塑可以通过具有转移面部分103以及非转移面部分104的金属模具101和102以及活动模具105来实现，例如。

如图1A所示，模塑单元101和102可以通过在相对转移面部分103的给定的位置设置非转移面部分104来配置。非转移面部分104不用来将形状或图案转移至可成为模塑制品的树脂上。

活动模具105可以在模塑单元101和102上滑动，如图1B所示。

熔融的树脂106可以被注射填充至由金属模具101和102以及活动模具105构成的空腔内。

然后，向转移面部分103施加压力，使树脂106与转移面部分103紧密接触。

接下来，熔融的树脂106可以冷却至树脂106的软化温度以下，由树脂106制备的模塑制品可以从金属模具101和102中取出。

如图1B所示，在冷却熔融的树脂106至树脂106的软化温度的时间段里，活动模具105可以沿一方向滑开，因此该活动模具105离开树脂106使树脂106和活动模具105之间形成了空隙107。

这种模塑方法中，面向空隙107的非转移面部分104不与金属模具101和102的壁面接触，而树脂106在该部分上的流动性更大。

因此，如图1B所示，表面沉降最可能发生在非转移面部分104，其中表面沉降例举为凹形，凸形，或者凹凸都有。

用该方法，转移面部分103的表面沉降的出现可以被阻止或抑制，因此可以制造出具有更高精度形状的模塑制品。

此外，金属模具101和102可以不加热至树脂106的玻璃化转变温度以上，因此模塑周期可以设定为较短的时间段，从而注塑所需的电力消耗也可以调整为较低的水平。

但是，上述如图1的注塑方法不能将表面沉降有效地诱导到给定类型的透镜表面部分，如图2所示的投影透镜110。

如图2所示，投影透镜110具有转移面部分111和非转移面部分112，其中非转移面部分112不用来转移形状或图案。

如图2所示，投影透镜110中的转移面部分111可能包括一个相对较大的区域，同时非转移面部分112可能具有相对较小的区域来形成空隙。

该非转移面部分112可能太小，以致于不能有效地诱导表面沉降至非转移面部分112上，因此表面沉降可能不适宜地出现在转移面部分111上。

近年来，有一种具有由微图案形成的光学表面的光学元件，因此该光学元件被附加了新的光学功能。

例如，一种具有新的光学功能的光学元件可能是一种具有衍射效果的衍射透镜，通过在透镜的光学表面上形成衍射图案来制造。例如，衍射图案的栅距可以为光波长的数倍。

当在衍射透镜精加工的光学面上形成该衍射图案时，光学系统的像差特性可以得到改进，或者可以向光学系统提供选择性的波长。

如果一种微结构具有的栅距(如格子，柱子，凹点)小于提供给光学元件光学表面的光波长，该光学元件可以具有的功能等同于其上具有给定折射指数的薄膜的光学元件。

因此，通过修饰微结构排列和构造，光学元件可以具有特定的功能如抗反射性。

总之，来自精加工光学面的反射光可能引起重影或光斑现象，可能引起图象质量的下降。

这些缺陷可以通过在光学元件上用真空沉积法涂覆抗反射层得到抑制。

但是，从总生产成本角度考虑，一种能直接在光学元件的光学表面上形成上述微结构的模塑方法，比经过模塑加工后在光学元件上用真空沉积法涂覆特定的膜更为合适。

总之，在制备模塑制品的注塑法中，模塑周期可以按如下缩短。

例如，金属模具可以被加热并保持在树脂材料的软化温度以下。然后将熔融的树脂材料注射并填充至金属模具中，接下来对树脂材料淬火并固化以制得模塑制品。

但是，这样的注塑法不能生产在某些方面不具有较高精度的模塑制品。

例如，当采用上述注塑法制备具有衍射图案或微图案形状的光学元件时，熔融的树脂材料填充入金属模具中，会接触到金属模具的表面。

这样的接触条件会使融熔的树脂材料被瞬间从该融熔的树脂材料的表面部分发生淬火，因为该金属模具的温度保持在树脂材料的软化温度以下。由于这样的淬火，树脂材料不能被有效的填充入微图案。

因此，得到的模塑制品光学质量会较低。

从将微图案转移至光学元件上的注塑法所具有的这些缺陷出发，要使用下面的相关技术。

一种相关的技术，树脂材料的温度可以设定在树脂材料的玻璃化转变温度以上的温度范围内(如玻璃化转变温度以上10℃-150℃)，然后微图案可以转移至树脂材料以制备光学元件。

另一相关的技术，金属模具可以采用具有较低的热传导性(如20W/m·K)的材料制备，这样树脂材料以相对低的速率被冷却。通过采用较低热传导性的金属模具，树脂材料的快速淬火可以被抑制。

另一相关的技术，将树脂材料填充至金属模具后，该金属模具可加热至树脂材料的玻璃化转变温度之上，然后在转移面部分施加压力在树脂材料上形成光学图案。

另一相关的技术，采用半透明的材料制造模具结构，用给定的能量(如光束)辐射树脂材料，加热树脂材料至玻璃化转变温度或更高，然后在转移面部分施加压力，在树脂材料上形成光学图案。

但是，这些相关技术同样需要相对较长的模塑周期或时间，因为需要相对较长的热周期，其中，例如热周期包括从将金属模具加热至玻璃化转变温度的加热过程到后来的冷却过程。

此外，这些相关技术可能不具有稳定的转移性，因为模塑过程中温度的不稳定性。

即使如上所述金属模具采用较低热传导性的材料制造，当树脂材料流入金属模具中时树脂材料仍可能会被冷却，因为金属模具的温度保持在树脂材料的软化温度以下。

因此，当树脂材料进入远离金属模具的入口的空腔部分时，可以进一步冷却至更低的温度。在上述情况下，树脂材料不能有效地填充至金属模具中。

由此可见，得到的模塑制品不能具有更高质量的图案形状(如微米级的形状)。

此外，如果金属模具采用热传导性较低的材料制造，模塑时间会变得更长因为树脂材料的冷却速度会变得更慢。该模塑时间会随着模塑制品厚度的增加而变得更长。

虽然如上所述半透明材料(如蓝宝石，硅)可以用来制造模具结构，但是这种半透明材料与金属相比极其昂贵，而且与金属相比强度较低。

因此，可以施加于半透明材料上的压力可能变为更小的值，因为转移图案不能有效的转移至树脂材料上。

此外，这种半透明材料在对面积较大或具有弯曲部分的模塑制品进行均匀加热时是不优选的。因此，得到的最终模塑制品可能质量或精度不高。

发明内容

本发明公开涉及一种用具有至少一个转移面的模具制备模塑制品的方法，包括填充、分离、再熔融、再接触、冷却以及取出步骤。填充步骤将熔融的热塑性材料填充至由模具限定的空腔空间内。该熔融的热塑性材料的温度高于热塑性材料的软化温度，模具的温度小于热塑性材料的软化温度。熔融的热塑性材料与该模具的至少一个转移面接触，并且通过接触该模具来冷却。分离步骤将转移面从熔融的热塑性树脂材料的表面部分分离，在该熔融的热塑性材料和转移面之间形成热绝缘层。再熔融步骤，在熔融的热塑性材料从模具的转移面分离开的情况下，温度仍然高于热塑性材料的软化温度的热塑性材料内部所保持的热能，使热塑性材料的表面部分再熔融。再接触步骤使热塑性材料表面部分与模具的转移面紧密再接触。冷却步骤使熔融的热塑性材料冷却至低于该热塑性材料的软化温度。取出步骤使得冷却的热塑性材料从模具中取出。

本发明公开还涉及一种用于制备模塑制品的模塑设备，包括模具，模具驱动单元。模具包括至少一个转移面，并且限定了空腔空间，该空腔空间被填充具有温度高于热塑性材料软化温度的熔融热塑性材料。该模具的温度低于热塑性材料的软化温度。该模具驱动单元使模具向给定方向移动。该模具驱动单元向第一个方向移动模具，以使得转移面从熔融的热塑性材料的表面部分分离，从而在转移面和热塑性材料的表面部分之间形成热绝缘层，这样在熔融的热塑性材料从模具的转移面分离开的情况下，温度仍然高于热塑性材料的软化温度的热塑性材料内部所保持的热能，使热塑性材料表面部分再熔融。模具驱动单元向第二个方向移动模具，使模具的转移面与再熔融的热塑性材料表面部分再次紧密接触，而且保持接触状态直到熔融的热塑性材料冷却至热塑性材料的软化温度以下。

本发明公开还涉及一种用上述方法制备的模塑制品，包括光学元件，其具有转移自模具转移面的以下任意一种：精加工的光学面、其上有凹/凸图案的微图案、以及有凹/凸图案的微图案且其上精加工的光学面。

附图简要说明

结合附图，可以从下面的详尽描述中获得并理解本发明更加详细的说明及其附加的优点和特性。

图1A和1B是传统的生产模塑制品的模塑方法的断面示意图。

图2是一个投影透镜的断面示意图，用来解释传统模塑方法的缺陷。

图3A到3D是依据具体实施方式的模塑设备的结构示意图。

图4A和4B是根据具体实施方式中的模塑设备制造的光学元件例子的正视和断面示意图。

图5示出实施传统的注塑时模塑设备空腔中的树脂温度变化图。

图6A示出依据具体实施方式的模塑设备空腔中的树脂温度变化。

图6B到6D是依据具体实施方式中的模塑设备进行注塑时树脂和模具的关系示意图。

图7A和7B是树脂和金属模具的关系示意图，其中树脂不由金属模具支撑。

图7C和7D是树脂和金属模具的关系示意图，其中树脂由金属模具支撑。

图8A和8B是依据另一具体实施方式的模塑设备制造的另一光学元件实施例的正视图和断面示意图。

图9示出依据另一具体实施方式的模塑设备的结构示意图。

图10A到10C示出依据具体实施方式的模塑设备中的转移部分的放大断面示意图。

图11A和11B仍然是依据另一具体实施方式的模塑设备制造的另一光学元件的实施例的正视和断面示意图。

图12A到12D示出仍依据另一具体实施方式的模塑设备的结构示意图。

附图是为了描述具体实施方式，不能认为仅限于这一范围。除非明确指出，附图不能认为是按比例绘制。

具体实施方式

可以认为如果提及将元件或层“置于……上”、“靠”、“连接”或“配合”至另一元件或层上时，即它可以被直接置于另一元件或层上，或连接或配合到另一元件或层，或者存在介于两者之间的元件或层。相反的，如果提及将元件“直接置于……上”，“直接连接”或“直接配合”至另一元件或层上时，则没有介于两者之间的元件或层。

相同的附图标记始终代表相同的元件。这里使用的“和/或”包括一种或多种相关列出选项的任意和所有的组合。

空间相关的用语，如“在底部”、“在下面”，“低于”、“在上面”、“在上部”之类，在这里用来进行方便的描述解释图中一个元件或特征相对于另一元件或特征的关系。可以明确的是这些空间相关的用语包括了使用或操作中的设备的不同定位，对图中描述的定位进行了补充。例如，如果图中的设备翻转，在其他元件或零件“下部”或“下面”的元件随之定位于其他元件或零件的“上面”。因此，如“在……下面”的用语可以既包括上方也包括下方的方位。设备可能以另外的方式定位(旋转90度或其他角度)，这里使用的相关空间用语据其进行解释。

虽然这里使用用语第一，第二等来描述多种元件，组件，区域，层和/或部分，但是这些元件，组件，区域，层和/或部分不应理解为被这些用语限定。这些用语仅仅为了将一种元件，组件，区域，层和/或部分与另一元件，组件，区域，层和/或部分区分开来。因此，在不脱离本发明的教导下，下面讨论的第一元件，组件，区域，层和/或部分也可以表述成第二元件，组件，区域，层和/或部分。

这里使用的术语目的仅仅为了描述特定的具体实施方式，不意指限定本发明。如这里使用的单数形式“一”和“这”也意味着包括复数形式，除非上下文另外明确指出。当说明书中使用了“包括”和/或“包含”的用语时，可以进一步理解为存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

在描述图中给出的具体实施方式时，为了清楚的目的引入了特定的术语。但是，本发明不仅限于所选的特定的术语，可以认为每个特定的元件包括用相似方式操作的技术上的等同元件。

现参考附图，全部这些图中的附图标记指代了相同或相关的部分，依据具体实施方式的模塑设备详细参考图1进行了描述。

图3A到3D示意性的给出了依据具体实施方式的模塑设备100的结构。

如图3A所示，例如，模塑设备100包括模具单元1，活动模具单元2，树脂4，模具驱动单元6，压缩气体注射器7，连通孔8，压力传感器10，控制器11。

模具单元1可以包括一对模具单元，例如可以为一上模具单元和一下模具单元。模具单元1可以由给定的金属材料制造，根据模塑设备100的设计要求进行选择。

活动模具2可以包括一对模具，例如可以为一上活动模具单元和一下活动模具单元。模具单元2的数目可以根据模具设备100的设计要求被设为一定数目。

活动模具2可以在模具单元1中滑动，具有如图3所示的转移面5。

模具单元1和活动模具2之间可以形成空腔3，树脂4可以被填充进空腔3。如图3A所示，当树脂4填充至空腔3中时，空腔3不能被明确的示出。

模具驱动单元6可以向给定的方向移动活动模具2，如上/下方，因此活动模具2可以选择性的对空腔3中的树脂4施加压力。

压缩气体注射器7可以通过连通孔8将压缩气体注射进空腔3中。

温度传感器9可以检测到空腔3中的树脂4的温度。

压力传感器10可以检测到模具单元1中如空腔3中树脂的压力。

控制器11可以接收来自温度传感器9和压力传感器10(即：检测的温度和压力)的数据或来自设备(未示出)的控制信息，可用这些数据和信息控制模具驱动单元6和压缩空气注射器7，例如。该控制器11包括具有CPU(中央处理器)的计算机，例如。

如图3A所示，活动模具2将空腔3限定为给定体积。

该移动模具2具有的转移面5，该转移面上具有要被转移至空腔3中填充的树脂4上的给定的形状或图案。

例如，转移面5可以有精加工的镜面表面。如果用模塑法生产透镜时，该转移面5例如可以具有透镜入射面和出射面的图案。

该转移面5具有的特定图案根据用模塑设备100制备的产品类型确定。

活动模具2可以在模具单元1中移动，与模具驱动单元6连接，其可以控制活动模具2的运动。

活动模具2具有滑动表面，其通过连通孔8与压缩气体注射器7相连接。压缩空气注射器7通过连通孔8向空腔3中注射压缩气体。

模具单元1通过加热器或温度控制器(未给出)等保持温度，该温度可是是低于树脂4的软化温度的温度。

树脂4通过模塑设备100形成模塑制品。

采用这样的模塑设备100，可以生产如图4A和4B所示的投影透镜12。

图4A是投影透镜12的正视图，图4B是投影透镜12的断面示意图。

该投影透镜12可以包括入射面13和出射面14，其分别对应具有凹面和凸面的精加工的光学面，该精加工的光学面需要进行更高精度的加工。

该投影透镜12具有不均匀厚度的实际上为圆形的透镜。例如，投影透镜12直径可以为70mm，中间部分厚度为3mm，外围部分厚度为8mm。

该投影透镜12可以由树脂材料制造，例如具有软化温度为110℃的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)树脂。

以下，描述了根据一具体实施方式由模塑设备100执行的模塑方法。

首先，熔融的树脂4(如PMMA树脂)通过入口(未给出)注射填充至模塑设备100的空腔3中。

将熔融的树脂4填充至空腔3的时间段内，模具驱动单元6使活动模具2保持在给定的位置上，以防止活动模具2由于熔融树脂4的压力而移动。

在树脂4被冷却至空腔3(或模具单元1)的温度的时间段内，该温度可以低于树脂4的软化温度，压缩气体注射器7通过连通孔8将压缩气体注射进树脂4和转移面5间的边缘区域。

当温度传感器9检测到下述被填充至空腔3中的树脂4中转移面分离的情况之一时，模具驱动单元6向给定方向驱动活动模具2，这样活动模具2可以与树脂4分离而在转移面5和树脂4(参考图3B)间形成空隙15(空气间隔)。空隙15对树脂4可以起热绝缘层的功能。

这样的转移面分离的情况可以包括：1)当树脂4中央部分的内部温度高于树脂4的软化温度时；以及2)当温度传感器9检测到树脂4的表面部分温度变得小于树脂4的软化温度，并且树脂4的平均温度高于树脂4的软化温度时。

活动模具2与树脂4分离后，树脂4会有内部的热能分布，其中树脂4的中间部分可有相对较高的热能，树脂4的表面部分具有相对较低的热能。

因此，热能会从树脂4的中间向表面部分传递，而树脂4的表面部分会被再次加热和再熔融。

当温度传感器9检测到树脂4面对空隙15的表面部分的温度变得高于树脂4的软化温度时，模具驱动单元6会向给定方向移动活动模具2，这样活动模具2会与树脂4紧密再接触，通过其树脂4与转移面5也会彼此紧密再接触。

通过这样的再接触步骤，转移面5上形成的形状或图案可以转移至树脂4的表面上，如图3C所示。

再接触步骤后，树脂4冷却至模具单元1与树脂4接触的壁的温度。

冷却步骤后，如图3D所示投影透镜12从模具单元1中取出，投影透镜作为模塑制品被生产出来。

上述模塑过程中，树脂4填充至空腔3中，然后转移面5暂时与树脂4分离，在树脂4和转移面5间形成空隙15。

在这样分离的情况下，树脂4具有面向空隙15的部分，可以定义为“自由面部分”，因为这样的部分不与限定空腔3的壁面接触，因此该壁面不对树脂4的自由面部分造成限制。

树脂4的自由面部分会比树脂4的其他部分有相对较大的流动性。树脂4自由面部分这样的流动性优化地减少了树脂4中压力的不均匀分布的出现，由此冷却树脂4制得的投影透镜12(作为模塑制品)具有较小的内部应变。

图5给出的例图对传统注塑方法进行模塑过程中空腔中树脂的温度变化进行了描述。

图6A给出的例图对当根据具体实施方式通过注塑方法进行模塑过程时，空腔中树脂的温度变化进行了描述。

图6B和6D为根据具体实施方式用模塑设备100进行注塑过程时树脂4和模具单元1的关系示意图。

在图5和6中，线“CT”表示树脂4内部中间部分的温度变化，线“HT”表示树脂4表面部分的温度变化，线“ST”表示树脂4的软化温度，线“MT”表示模具单元1的温度。

参照图5可以对进行传统的注塑方法时空腔中的树脂温度变化作出解释。

将树脂填充至空腔中后，树脂的表面部分与温度低于树脂软化温度的模具(如金属模具)表面接触。

因此，树脂的表面部分会因为与模具的该接触而淬火，由此树脂的表面部分温度HT如图5所示会迅速降低。

由于树脂的热传递系数比较小，树脂的内部中间部分的温度CT不会如此迅速的降低，即温度CT在一个相对长的时间段内保持在树脂的软化温度以上。

树脂中间部分的热能会传递至树脂的表面部分，进一步传递至空腔周围温度低于树脂的软化温度的壁面上。

通过该热能传递现象，树脂的中间部分会逐渐冷却至低于树脂软化温度的模具的温度，而由此树脂会固化。

以下，参考图6对根据具体实施方式进行的注塑方法时空腔中的温度变化进行了解释。

如图6A所示，树脂4填充进空腔3之后，树脂4的表面部分与温度低于树脂4的软化温度的模具单元1的表面接触。

因此，树脂4的表面部分会因为与模具单元1这样的接触而被淬火，而树脂4的表面部分温度HT如图6A所示会迅速降低，与图5所示的传统注塑方法相同。

由于树脂4的热传递系数较低，树脂4的内部中间部分温度CT不会如此迅速的降低，如图6A所示该温度CT会在一个相对较长的时间段内保持在树脂4的软化温度以上。

如图6C所示，转移面5可与树脂4分离形成空隙15，而空隙15成为热绝缘层。

如图6C所示的结构，热能从树脂4的内部中间部分传递至树脂4的表面部分，但是不会进一步传递至空腔3周围的壁面因为在树脂4表面部分周围形成的空隙15具有热绝缘功能。

因此，树脂4的表面部分，其在被填充至空腔3中时会因与空腔3周围的壁面接触而冷却，会被树脂4的热能再熔融，在如图6A所示的再熔融条件R下。

树脂4再熔融的表面部分会与转移面5紧密再接触，如图6D所示。

与传统的注塑方法相同，树脂4内部中间部分的热能会传递至树脂4的表面部分，进一步传递至空腔3(或模具单元1)周围温度低于树脂4的软化温度的壁面上。

通过这样的热传递现象，树脂4的中间部分逐渐被冷却至低于树脂4的软化温度的模具单元1的温度，模塑制品(如投影透镜12)固化而制得。

在一具体实施方式中，树脂4的表面部分与转移面5紧密再接触给定时间，这样树脂4的表面部分被再熔融。

因此，转移面5上形成的形状或图案会转移至树脂4的表面部分(即：自由面)，作为具有较高精度的精加工光学面。

此外，在上述根据一具体实施方式的注塑方法中，模具单元1具有低于树脂4的软化温度的温度。

因此，进行注塑方法时模塑周期可以设置为较短的时间段，而电能消耗也会显著的减少。

在一具体实施方式中，在转移面5与树脂4分离之前，压缩气体注射器7会通过连通孔8将压缩气体注射进转移面5和树脂4间的边缘区域。

通过注射压缩气体，有效的减少了转移面5和树脂4间的接触力，转移面5与树脂4可以容易的分开，而在转移面5与树脂4间可以顺利的形成空隙15。

在一具体实施方式中，可以在模塑设备100的任何部分设置连通孔8，如在活动模具2的滑动面上。

但是，由于连通孔8的压痕形状会留在成品模塑制品(如投影透镜12)上，连通孔8优选设置在不影响用来转移形状或图案的转移面5的部分，该部分可以称为转移面5的无效部分。

如果连通孔8太大，树脂4会挤入连通孔8中，在成品模塑制品(如投影透镜12)上会形成毛刺。在一具体实施方式中，例如，连通孔8优选为直径100μm或更小，进一步优选为直径20μm或更小。

在一具体实施方式中，形成空隙15后，压缩气体注射器7将压缩气体以可控的给定温度通过连通孔8注射进空隙15中，因此空隙15中的温度可控制在给定的温度水平上。

因此转移面5上形成的形状或图案会以更高精度和稳定的方式转移至树脂4上。

用来在形成空隙15之前将压缩气体注射进树脂4和转移面5间的边缘区域，以及将可控温度的压缩气体注射进空隙15的连通孔可根据需要设置为普通孔或异型孔。

在一具体实施方式中，例如，转移面5可以如图7A和7B所示移动。

在图7A和7B中，活动模具2的一对模具可以如图7B所示向不同方向移动。如果模具之间移动时间彼此偏离，树脂4会被推向其中一个模具，因此不能有效的形成如图7B所示的空腔15。

从这种情况来看，如图7C和7D所示，在进行注塑方法时，可以在模具单元1上设置固定部分16，因此树脂4会保持或固定在模具单元1的给定位置上。例如，转移面5与树脂4分离时，树脂4保持在模具单元1的给定位置，因此空隙15可以有效的形成，如图7D所示。

可以在对模具单元1上用来形成对模塑制品有效区域部分(如转移面)无影响的部分设置固定部分16。该部分可称为模具单元1中的“无效区域部分”。

在一具体实施方式中，活动模具2可以移动没有特别限制的一定移动距离。

但是，从空隙15的温度稳定性角度出发，活动模具2的移动距离优选为设定为可以有效的形成空隙15的一个较小值。

在一具体实施方式中，活动模具2在形成空隙15时移动第一距离L1，然后在树脂4和转移面5紧密再接触时移动第二距离L2。

在一具体实施方式中第一移动距离L2和第二移动距离L2有这样的关系“L1＜L2”。

如果第一移动距离L1和和第二移动距离L2间的关系为“L1≥L2”，树脂4和转移面5之间不能紧密的再次接触，因为再熔融的过程中当转移面5与树脂4分离时树脂4的表面会变形。

如果转移面5与树脂4不能有效的再次接触，转移面5形成的形状或图案不能以较高的精度的方式转移至树脂4的表面上。

因此，在一具体实施方式中，第一移动距离L1和第二移动距离L2的关系是“L1＜L2”。

以下，如图8所示的用于制造f-θ的透镜21的模塑设备100a参照图9作为另一具体实施方式进行了描述。

该f-θ透镜21可以用来做激光打印机中的光学扫描系统，例如。

以下，如需要，与如图3到7所示的构造相同的部分可以有相似或相同的标记或数字。

图8A是f-θ透镜的正视图，图8B是f-θ透镜的断面图。

该f-θ透镜21具有由微图案22形成的透镜面，例如该微图案可以具有一定的斜度(如：400nm)和圆锥形状。

通过在透镜表面形成微图案22，可减少透镜的表面反射，不需要用真空沉积的方法形成无反射膜。

该f-θ透镜21可以是具有不均匀厚度形状的矩形透镜。例如，该f-θ透镜21的长度可以为150mm，宽度8mm，中间部分厚度20mm，末端部分厚度5mm。

f-θ透镜21例如可以采用如无定形的聚烯烃树脂类的树脂材料制造，其软化温度为135℃。

如图9所示，活动模具2限定出了具有一定体积的空腔3。

这样的活动模具2包括具有一定形状或图案的转移面5，该形状或图案要被转移至空腔3中填充的树脂4上。例如，转移面5具有微图案。

活动模具2可以在模具单元1中移动，与控制活动模具2移动的模具驱动单元6相连接。

活动模具2具有滑动面，其通过连通孔8与压缩气体注射器7相连接。压缩气体注射器7通过连通孔8将压缩气体注射进空腔3中。

模具单元1通过加热器或温度控制器(未示出)之类保持在130℃的温度，其低于无定形的聚烯烃树脂的软化温度。

无定形聚烯烃树脂通过模塑设备100a形成模塑制品。

图9所示的模塑设备100a的操作与图3所示的模塑设备100的操作相似，因此省略了模塑设备100a的操作的描述。

以下，如图9所示的模塑设备100a的优点参考图10A至10C作了说明，图10A到10C是模塑设备100a转移部分的断面示意图。

在模塑设备100a中，将树脂4注射至空腔3中时树脂4被淬火和固化。

因此，如图10A所示，树脂4不能有效的填充至转移面5上形成的微图案中。

在模塑设备100a中，活动模具2向给定方向移动使转移面5与树脂4分离，在转移面5和树脂4间形成空隙15，如图10B所示。

通过如图10B所示的分离过程，树脂4的表面部分被再熔融，与图3B所示的结构相同。

当树脂4的表面部分被再熔融后，具有微图案的转移面5会与树脂4紧密再接触，而转移面5上形成的微图案能有效的被树脂4填充。

因此，该微图案以较高精度的方式被转移至树脂4的表面部分，如图10C所示。

在具体实施方式中，与传统注塑方法相比，转移面5上形成的微图案转移至树脂4的表面部分受树脂4的温度变化影响较少。

总之，传统的注塑方法可以通过如下步骤进行：1)通过金属模具上形成的入口将熔融的树脂注射至具有固定体积和形状的空腔中；2)冷却金属模具中的树脂；以及3)将冷却的树脂作为模塑制品取出。

当将熔融的树脂通过入口注射时，熔融的树脂会从一个方向流入空腔。

在这一注射过程中，熔融的树脂会被金属模具冷却因为金属模具具有相对较低的温度。因此，在注射过程中熔融的树脂会在空腔中被冷却。

由于金属模具中的空腔具有固定的体积和长度，树脂注射至空腔中时，会在金属模具中靠近入口的部分具有相对较高的温度，在空腔注射末端部分具有相对较低的温度，因为注射末端部分是距离靠近入口部分最远的部分。因此，注射进空腔的树脂明显具有不均匀的温度分布。

如果在这样的温度条件下制造模塑制品，生产出的模塑制品表面形状质量较低。

一方面，在具体实施方式中，当树脂4与转移面5分离时树脂4的表面部分处于再熔融状态。

因此，即使空腔3中的树脂4在注射过程中在空腔3中具有不均匀的温度分布，这样不均匀的温度分布可以通过树脂4的再熔融过程而减少或抑制，而树脂4会变成具有充分均匀的温度分布的状态。

因此，在对树脂4这样的温度控制下，具有微图案的转移面5会与树脂4紧密再接触，而树脂4可以有效的填充至转移面5上的微图案中。

因此，传递表面5上形成的微图案可以以较高精度的形式转移至树脂4的表面部分，如图10C所示。

此外，在注塑方法中，树脂进入空腔的流向和树脂进入转移面上的微图案的表面填充方向一般来说是彼此不同的。

例如，树脂的流向和树脂的表面填充方向可以是彼此垂直的。

因此，仅通过将树脂注射至空腔，不能有效的将树脂填充至转移面上形成的微图案中。

一方面，在具体实施方式中，与转移面5分离时树脂4的表面部分处于再熔融状态，活动模具2可向给定方向移动使转移面5和树脂4紧密再接触。

在此再接触过程中，树脂4的进入转移面5上的微图案中的表面填充方向与转移面5(或活动模具2)的运动方向实质上彼此在一直线上。

因此，树脂4可以方便有效的填充至转移面5上形成的微图案中。

因此，在具体实施方式中，当树脂4仍具有足以保持树脂4在软化温度或以上的热能时，熔融的树脂4与转移面5紧密再接触。

换句话说，当树脂4与转移面5再接触时，树脂4不会冷却至低于软化温度的温度。

因此，具有较低的粘度条件的树脂4与转移面5再接触，而转移面5上形成的微图案可以被树脂4有效的填充。

以下，用于生产如图11所示的衍射透镜31的模塑设备100b在参照图12的另一实施方式中进行了描述。该衍射透镜31可以例如用来做光学拾取单元。

图11A是衍射透镜31的正视图，图11B是衍射透镜31的断面图。

衍射透镜31具有一具有精加工的光学面32的透镜面，其包括凸面，以及另一由衍射图案33形成的透镜表面。衍射图案33具有多个环形区域，由高度精确的斜面构成。

精加工的光学面32和衍射图案33需要以较高的精度的形式形成。

衍射透镜31是具有实质上均匀厚度形状的圆形透镜。例如，衍射透镜31的直径为15mm，厚度大约是3mm。

例如，衍射透镜31由例如聚碳酸酯树脂的树脂材料制成，具有145℃的软化温度。

如图12A到12D所示，活动模具36和固定模具37限定了具有给定体积的空腔3。

如图12A到12D所示，活动模具36具有用于衍射图案33的转移面35，固定模具37具有用于精加工的光学面32的转移面34。

具有用于衍射图案33的转移面35的活动模具36可以在模具单元1中移动，并与控制活动模具36的模具驱动单元6相连，如图12A所示。

具有用于精加工的光学面32的转移面34的固定模具37可以固定在模具单元1中，当进行注塑时固定模具37不移动。

模具单元1通过加热器或温度控制器(未示出)之类将温度保持在140℃，该温度低于聚碳酸酯树脂的软化温度。

聚碳酸酯树脂通过模塑设备100b制成模塑制品。

图12所示的模塑设备100b的操作与图3所示的模塑设备100的操作相似，因此图12所示的模塑设备100b的操作描述可以省略，用图3所示的模塑设备100相似的操作过程描述。

首先，熔融的树脂4(如聚碳酸酯树脂)通过入口(未示出)注射填充至空腔3中，空腔3中的熔融树脂4具有给定的压力。

用该加压的熔融树脂4，固定模具37的转移面34转移至熔融的树脂4上，作为精加工的光学面32(如图11)。

当熔融的树脂4注射填充至空腔3中时，具有衍射图案33的转移面35的活动模具36可以通过与活动模具36相连接的模具驱动单元6来控制。

特别的，模具驱动单元6对活动模具36提供偏向的力或压力，使活动模具36不会因为熔融的树脂4的加压而移动。

例如，模具驱动单元6会提供偏向的力或压力，大于空腔3中出现的最高的树脂压力。

当空腔3中的树脂4的最高温度变得高于树脂4的软化温度，以及在注射的树脂4被模具单元1冷却、具有相对较低的温度的时间段内空腔3中的树脂压力到达0.5Mpa或更高时，活动模具36向给定方向移动使活动模具36离开树脂4。

通过此分离过程，具有衍射表面36的转移面35和树脂4间形成空隙15如图12B所示。

活动模具36与树脂4分离后，树脂4中有内部热分布，其中树脂4的中间部分具有相对较大的热能，树脂4的表面部分具有相对较小的热能。

因此，热能从树脂的中间转移至表面部分，因此树脂4的表面部分被再次加热再熔融。

当温度传感器9检测到树脂4的表面温度高于树脂4的软化温度时，模具驱动装置6向给定方向驱动活动模具36使活动模具36与树脂4紧密再接触，其中树脂4和转移面5彼此紧密再接触。

通过此再接触过程，转移面35上形成的形状或图案被转移至树脂4的表面上作为衍射图案33如图12C所示。

树脂4冷却至模具单元1的温度后，该衍射透镜31作为模塑制品从模塑单元1中取出，如图12D所示。

如图12所示的模塑设备100b中，熔融的树脂4通过模塑设备100b的入口(未示出)被注射填充至空腔3中，空腔3中的熔融树脂4具有给定的压力。

通过加压的熔融树脂4，固定模具37的转移面34被转移至熔融的树脂4上，作为精加工的光学面32(如图11)。

这时，树脂4处于淬火的状态，因此树脂4不能有效的填充至转移面35上的衍射图案33中。

具有衍射图案33的转移面35与树脂4分离，在转移面35与空腔3之间形成空隙15。

在这种情况下，树脂4有面向空隙15的部分，可称为“自由面部分”因为这一部分不与限定空腔3的壁面接触，因此该壁面不对树脂4的自由面部分造成限制。

树脂4的该自由面部分比树脂4的其他部分具有相对更大的流动性。树脂4自由面部分的这种流动性会减少树脂4中压力分布不均匀的出现，因此通过冷却树脂4制得的衍射透镜31(作为模塑制品)会有较小的内应变。

此外，与上述图3所示的模塑设备100相似，通过分离树脂4与转移面35，树脂4面向空隙15的表面部分被再熔融。

当树脂4表面部分被再熔融的时，具有衍射图案33的转移面35会与树脂4的表面部分紧密再接触。

通过这样的再接触过程，熔融的树脂4填充至转移面35上形成的衍射图案33中，因此该衍射图案33可以有效的转移至树脂4上。

与图3和图9所示的具体实施方式相似，在模塑设备100b中，模具单元1的温度保持在树脂4的软化温度以下，因此模塑周期可设定为较短的时间段。

因此，精加工的光学面32和衍射图案33在较短的模塑周期内可转移至树脂4上。

此外，在模塑设备100b中，固定模具37固定在一定的位置，活动模具36在空腔3中相对树脂4运动。

因此，模具单元1的构造可以简化，模具单元1的制造费用可减少。

此外，模塑设备100b有具有传递表面34的固定模具37，其可以不与树脂4分离。

如果模塑设备100b使用了这样的构造，活动模具36最好在空腔3中的树脂4的压力至少为0.5Mpa或更高时与树脂4分离。

如果活动模具36在树脂4的压力太小的情况下与树脂4的表面分离，树脂4面对固定模具37转移面34的表面在活动模具36与树脂4间形成空隙15之前就会与转移面34分离。

在这种情况下，树脂4面对转移面34的表面上会发生表面沉降。

在模塑设备100b中，转移面34用来形成衍射透镜31上的精加工的光学面32，其中精加工的光学面32在树脂注射过程中形成的树脂压力下会被转移至树脂4上，因此在转移面34侧的树脂4的表面部分不需要再熔融。

在模塑设备100b中，模塑制品可以通过暂时性的将至少一面(如转移面35)与树脂4分离开来制造。

这样的分离过程适合用来生产在成品模塑制品上具有较小的压力不均匀分布或较小应变的模塑制品。

如果仅有一个转移面与树脂4分离如图12B所示，空隙15在树脂4的一面形成，可以称为单侧空隙15。

在图3所示的模塑设备100中，两面均有具有精加工的光学面的透镜可以通过将活动模具2与树脂4的两面分离而制造。

但是，两面均有精加工的光学面板的透镜可以通过将如图3所示的模塑设备100中仅一个模具与树脂4的一个面分离而制造，与如图12所示的另一具体实施方式相似。

因此，两面均有精加工的光学面的透镜可以在如图3所示的模塑设备100中以较高的精度和较低的应力的形式同样被制造。

但是，如果模塑制品具有过大的厚度和过大的厚度不均匀性，对模塑制品的单侧空隙15不能有效的消除具有不均匀厚度的部分之间的收缩速率差异。于是，不能有效的以较高精度的形状形成模塑制品。

因此，如果模塑制品具有过大的厚度或过大的厚度不均匀性，最好在如图3所示的模塑设备100中树脂4的两面均形成空隙15。

此外，如图12所示的模塑设备100b中，在将活动模具36与树脂4分离之前，将压缩气体注射至空腔3中以减少活动模具36的转移面35与树脂4间的接触力。

此外，在模塑设备100b中，通过向空隙15注射温度可控的压缩气体来控制空隙15在一定温度，因此注塑可以在温度更加稳定的条件下进行。

在上述具体实施方式中，不需将模具加热至较高温度，在较短的模塑周期，可以以较低应变和较高的精度形式将精加工的光学面转移至树脂的表面上。

此外，在上述具体实施方式中，当转移面与树脂再接触时，树脂进入转移面上的微图案的图案填充方向实质上与转移面(或活动模具)的移动方向彼此在一直线上。

因此，再熔融的树脂与转移面上形成的精加工的图案能有效的紧密接触。

通过树脂和转移面的接触，树脂可以容易和有效的填充转移面上形成的精加工的图案中，因此该精加工的表面以较高精度的形式转移至树脂材料上。该精加工的图案包括凹/凸形状如衍射图案，以及无反射图案。

因此，具有较高精度的精加工的图案的成品模塑制品可以在较短的模塑周期内制造。此外，该模塑制品更适宜的具有较小的内应变。

上述设备和方法可以应用在任何类型的注塑中，可以生产如具有较高精度的表面、精加工的光学面和微图案的光学元件。

上述根据具体实施方式的设备和方法除上述具体实施方式中描述的投影透镜、f-θ透镜和衍射透镜外，可以用来生产任何类型的模塑制品。

例如，具有较小表面的光学元件，其表面转移了精加工的图案，可以通过上述具体实施方式中的设备和方法生产。该具有精加工的的凹/凸形状的光学元件例如包括光波导，光碟和棱镜。

在上述教导的启示下，可以有很多额外的修改和改变。因此可以理解为在权利要求的范围内，本发明可以以这里特别描述的之外的方式实施。

本申请以日本特许厅的申请号为JP2006082392，申请日为2006年3月24日的申请为优先权，该文件中的所有内容作为参考合并入此处。