JP5883989B2

JP5883989B2 - 成形型

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Publication number: JP5883989B2
Application number: JP2015508219A
Authority: JP
Inventors: 英周井藤; 斉也松本
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN104919341A; WO2014156503A1; TWM481813U; JPWO2014156503A1; CN104919341B

Description

本発明は、光学レンズ、その成形型、この光学レンズを備えるレンズユニット及び撮像装置に関する。

スマートフォンや携帯電話などの携帯端末に搭載されるカメラ、車載カメラ、等の比較的小型の撮像装置において、その光学系は、典型的には複数枚の光学レンズが積層されたレンズユニットで構成される。そして光学レンズには、プラスチックレンズが多用されている。

プラスチックレンズは、圧縮成形や射出成形によって製造される。具体的には、プラスチックレンズは、光学樹脂材料を成形型で所望の形状に成形、固化させ、これをイジェクタピンで押圧して離型させるようにして、製造される。このようにして製造されるプラスチックレンズは、一般に、屈折力を有する光学機能部と、光学機能部の周囲に設けられたフランジ部とを有しており、フランジ部がイジェクタピンによって押圧される（例えば、特許文献１、２参照）。

そして、複数枚のプラスチックレンズが積層されたレンズユニットでは、例えば各プラスチックレンズのフランジ部を、隣設されるプラスチックレンズのフランジ部に当接させて複数枚のプラスチックレンズが積層され、これらのプラスチックレンズは鏡筒に収納されて保持される。

離型の際にイジェクタピンによって押圧されるフランジ部の被押圧部には、通常バリが生じる。フランジ部に生じるバリは、鏡筒や鏡枠などの保持体へのプラスチックレンズの組み込みに影響を及ぼす可能性がある。そこで、特許文献２に記載されたプラスチックレンズでは、被押圧部がフランジ部に凹設されており、被押圧部に生じるバリが被押圧部内に収容されるように構成されている。

特開２００９−２４１５３１号公報特開２０１２−０５６３２１号公報

携帯端末に搭載されるカメラや車載カメラの小型化に伴い、この種の撮像装置に用いられるレンズユニットには小型化が要請されている。レンズユニットの小型化に伴い、レンズユニットの光軸方向の寸法には高い精度が求められ、レンズユニットの光軸方向の寸法精度に影響するレンズ間隔にも高い精度が求められる。例えば、携帯端末に搭載されるカメラのレンズユニットは、典型的には５枚前後のプラスチックレンズが用いられているところ、レンズユニットの光軸方向の寸法に許容される誤差は±数μｍ程度とされており、各レンズ間隔に許容される誤差は±１μｍ程度となる。

また、レンズユニットの小型化に伴い、レンズユニットを構成する個々のプラスチックレンズは薄肉化される傾向にある。例えば、携帯端末に搭載されるカメラのレンズユニットでは、フランジ部の厚みが１ｍｍ以下のプラスチックレンズが用いられるようになっている。

ところが、プラスチックレンズの薄肉化に起因して、フランジ部の裏面に設けられている被押圧部がイジェクタピンによって押圧されるのに伴い、フランジ部の表面において被押圧部に重なる領域が押圧方向に局所的に隆起してフランジ部に周方向のうねりが生じ、フランジ部の平坦性が損なわれる虞がある。そして、フランジ部の平坦性が損なわれると、レンズ間隔の精度も低下し、それに起因してレンズユニットの光学性能が低下し、撮像装置によって撮像される画像の画質が低下する虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、その目的は、光学レンズのフランジ部の平坦性を高め、複数枚の光学レンズが積層されたレンズユニット及びこのレンズユニットを備える撮像装置の性能を安定に得ることにある。

本発明の成形型は、光学樹脂材料を、光学機能部と、前記光学機能部の周囲に設けられたフランジ部と、を有する光学レンズに成形する成形型であって、互いに対向して配置され、光学レンズの光軸方向に対向するフランジ部の第一面及び第二面の形状を前記光学樹脂材料に転写するフランジ部成形面が設けられた第一型板及び第二型板と、前記第一型板及び前記第二型板の対向方向に進退駆動されて前記第一型板の前記フランジ部成形面から突出可能に該第一型板に設けられた複数のイジェクタピンと、を備え、前記第二型板の前記フランジ部成形面には、複数のイジェクタピンの各々と対向する領域に、複数の凸部が設けられており、前記凸部は、前記イジェクタピンよりも大きく形成され、前記第一型板及び前記第二型板の対向方向から見たときに該イジェクタピンを覆っているものである。

本発明によれば、光学レンズのフランジ部の平坦性を高めることができ、複数枚の光学レンズが積層されたレンズユニット及びこのレンズユニットを備える撮像装置の性能を安定に得ることができる。

本発明の実施形態を説明するための、撮像装置の一例の構成を示す図である。図１の撮像装置のレンズユニットに含まれる光学レンズの構成を示す図である。図２におけるIII-III線断面を示す図である。図２の光学レンズを成形する成形型の構成を示す図である。図４の成形型を用いた光学レンズの製造工程を示す図である。図５に続く光学レンズの製造工程を示す図である。図６に続く光学レンズの製造工程を示す図である。図７における点線円VIIIで囲まれた部分を拡大して示す図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、撮像装置の一例の構成を示す。

図１に示す撮像装置１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子３が実装されたセンサ基板２と、固体撮像素子３の受像面に結像するレンズユニット４とを備えている。この撮像装置１は、例えばスマートフォンや携帯電話機などの携帯端末に搭載されるカメラとして用いられる。

レンズユニット４は、複数枚の光学レンズ１０と、これらの光学レンズ１０を収納する鏡筒１１とを備えている。複数枚の光学レンズ１０は光軸を揃えて積層され、鏡筒１１に収納されている。図示の例では、鏡筒１１の内周に、各光学レンズ１０に対応する嵌合部１２が設けられている。各光学レンズ１０が、対応する嵌合部１２に嵌合することによって、複数枚の光学レンズ１０の光軸が揃えられている。

各光学レンズ１０は、屈折力を有する光学機能部２０と、光学機能部２０の周囲に設けられたフランジ部２１とを有している。光軸方向に対向する光学機能部２０の第一面２０ａ及び第二面２０ｂは、例えば凸球面や凹球面や非球面といった曲面又は平面に形成されており、これらの面形状の適宜な組み合わせによって、光学機能部２０に所望の屈折力が付与されている。

各光学レンズ１０はそのフランジ部２１を、隣設される光学レンズ１０のフランジ部２１に当接させて積層されている。なお、隣り合う２枚の光学レンズ１０のフランジ部２１の間にスペーサを介在させて、両光学レンズ１０が積層される場合もある。また、図示の例では、各光学レンズ１０が鏡筒１１の対応する嵌合部１２と嵌合することによって複数枚の光学レンズ１０の光軸が揃えられているが、例えば各光学レンズ１０のフランジ部２１を、このフランジ部２１に当接する他の光学レンズ１０のフランジ部２１やスペーサと嵌合させることによって複数枚の光学レンズ１０の光軸を揃えるようにしてもよい。

図２及び図３は、光学レンズ１０の構成を示す。

光学レンズ１０は、成形型を用いて光学樹脂材料を成形、固化して形成されたプラスチックレンズである。

光軸方向に対向するフランジ部２１の第一面２１ａ及び第二面２１ｂのうち一方の第一面２１ａには、成形型から離型される際に、後述する成形型のイジェクタピンによって押圧される被押圧部２２が設けられている。被押圧部２２は、周方向に間隔をあけてフランジ部２１の第一面２１ａの複数箇所に凹設されている。第一面２１ａの被押圧部２２を除く領域は、レンズユニット４において隣設される他の光学レンズ１０との当接部となる。

フランジ部２１の第一面２１ａとは反対側の第二面２１ｂには、複数の凹部２３が設けられている。これらの凹部２３は、光学レンズ１０の光軸方向に被押圧部２２の各々と対向する領域に設けられている。なお、凹部２３は、図示の例では略扇形状に形成されているが、その形状は特に限定されるものではなく、例えば略円形状であってもよいし、略矩形状であってもよい。第二面２１ｂの凹部２３を除く領域は、レンズユニット４において隣設される他の光学レンズ１０との当接部となる。

光学レンズ１０を形成する光学樹脂材料としては、例えばシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の熱可塑性樹脂や、エポキシ（ＥＰ）等の熱硬化性又は光硬化性樹脂などを例示することができる。

図４は、光学レンズ１０の成形型の構成を示す。

成形型３０は、上記の光学樹脂材料を射出成形によって光学レンズ１０に成形するものであり、第一型板３１及び第二型板３２と、複数のイジェクタピン３３とを備えている。

第一型板３１及び第二型板３２は互いに対向して配置されており、第二型板３２が第一型板３１に対して対向方向に進退される。第一型板３１及び第二型板３２の各々の対向面には、一体となってキャビティを形成し、このキャビティに充填される光学樹脂材料を光学レンズ１０に成形する成形面３４，３５が設けられている。

第一型板３１の成形面３４は、光学レンズ１０の光学機能部２０の第一面２０ａの形状を反転した形状に形成された光学機能部成形面３６、及びフランジ部２１の第一面２１ａの形状を反転した形状に形成されたフランジ部成形面３７を含んで構成されている。

第二型板３２の成形面３５は、光学レンズ１０の光学機能部２０の第二面２０ｂの形状を反転した形状に形成された光学機能部成形面３８、及びフランジ部２１の第二面２１ｂの形状を反転した形状に形成されたフランジ部成形面３９を含んで構成されている。

第一型板３１のフランジ部成形面３７には、周方向に間隔をあけて複数の凸部４０が設けられている。各凸部４０は、光学レンズ１０のフランジ部２１の第一面２１ａに凹設される被押圧部２２を成形する。

第一型板３１には、イジェクタピン３３をそれぞれ収容する複数の収容孔４１が設けられている。各収容孔４１は、第一型板３１と第二型板３２との対向方向に延在し、フランジ部成形面３７に設けられた凸部４０の端面に開口して形成されている。

各イジェクタピン３３は、第一型板３１に形成された収容孔４１に収容されており、第一型板３１と第二型板３２との対向方向に進退駆動され、収容孔４１が開口する凸部４０の端面から突出可能に設けられている。

第二型板３２のフランジ部成形面３９には、複数の凸部４２が設けられている。これらの凸部４２は、第一型板３１の収容孔４１の開口に露呈するイジェクタピン３３の各々と対向する領域に設けられている。各凸部４２は、光学レンズ１０のフランジ部２１の第二面２１ｂに凹設される凹部２３を成形する。

図５から図７は、成形型３０を用いた光学レンズ１０の製造工程を示す。

まず、図５に示すように、第一型板３１と第二型板３２とが密接して成形型３０が閉じられた状態で、両型板３１，３２の成形面３４，３５によって形成されるキャビティに光学樹脂材料が射出される。キャビティに充填された光学樹脂材料は、成形面３４，３５に倣って変形されて光学レンズ１０に成形され、キャビティ内にて固化される。

光学樹脂材料が熱可塑性樹脂であれば型板３１，３２を介して冷却されることによって固化され、光硬化性樹脂であれば型板３１，３２を通して光照射されることによって固化され、また熱硬化性樹脂であれば型板３１，３２を介して加熱されることによって固化される。

続いて、図６に示すように、第二型板３２が後退され、成形型３０が開かれる。光学樹脂材料が固化してなる光学レンズ１０は、第一型板３１の成形面３４に固着しており、第一型板３１に残される。

続いて、図７に示すように、イジェクタピン３３が駆動される。イジェクタピン３３は、収容孔４１が開口する凸部４０の端面から突出し、この凸部４０によって光学レンズ１０のフランジ部２１の第一面２１ａに成形された被押圧部２２を押圧する。それにより、光学レンズ１０が第一型板３１から離型される。

図８は、光学レンズ１０のフランジ部２１の構成を詳細に示す。

フランジ部２１の第二面２１ｂにおいて、光軸方向に対して被押圧部２２に対向する領域には、被押圧部２２がイジェクタピン３３によって押圧されることに伴って、押圧方向に隆起した隆起部２５が生じている。ここで、フランジ部２１の第二面２１ｂにおいて被押圧部２２に対向する領域には凹部２３が設けられており、隆起部２５は、フランジ部２１の第二面２１ｂから突出することなく凹部２３内に収容される、又は第二面２１ｂからの突出量を縮小される。このため、隆起部２５によるフランジ部２１のうねりが防止ないし抑制される。それにより、凹部２３を除く第二面２１ｂの平坦性が保たれ、フランジ部２１同士を当接させて積層される複数枚の光学レンズ１０のレンズ間隔が設計通りの精度に維持される。

また、フランジ部２１の第一面２１ａに設けられた被押圧部２２には、バリ２４が生じている。このバリ２４は、イジェクタピン３３を収容している成形型３０の収容孔４１に浸入した光学樹脂材料が固化することによって形成される。ここで、被押圧部２２はフランジ部２１の第一面２１ａに凹設されており、バリ２４は、フランジ部２１の第一面２１ａから突出することなく被押圧部２２内に収容される。それにより、被押圧部２２を除く第一面２１ａの平坦性が保たれ、フランジ部２１同士を当接させて積層される複数枚の光学レンズ１０のレンズ間隔の精度がより確実に維持される。

好ましくは、凹部２３は、図示の例のように、光軸方向から見たときに被押圧部２２を覆うように被押圧部２２より大きく形成される。凹部２３を形成する第二型板３２の凸部４２は、第一型板３１及び第二型板３２の対向方向から見たときに、被押圧部２２を押圧するイジェクタピン３３を覆うようにイジェクタピン３３より大きく形成される。隆起部２５の裾野が被押圧部２２の周囲にも広がる場合があるが、凹部２３を被押圧部２２より大きく形成しておくことによって、隆起部２５をより確実に凹部２３内に収容することができる。それにより、フランジ部２１の平坦性をより確実に保つことができる。

フランジ部２１が薄いほどに隆起部２５は高くなる傾向にある。また、フランジ部２１の厚みに関連して、イジェクタピン３３によって押圧されることで被押圧部２２にかかる圧力が大きいほどに隆起部２５は高くなる傾向にある。

被押圧部２２にかかる圧力は、光学レンズ１０の第一型板３１への固着力と、被押圧部２２を押圧する各イジェクタピン３３の断面積及びその総和とによって定まる。そこで、光学レンズ１０の第一型板３１への固着力に関連する光学レンズ１０の外径とフランジ部２１の厚みとの比（光学レンズ１０の外径／フランジ部２１の厚み）、及び各イジェクタピン３３の断面積及びその総和を種々に変えて、凹部２３が設けられていない場合のフランジ部２１の平坦性を小口径レーザー干渉計（富士フイルム社製ＦＩ２５１ＬＮ）を用いて評価した。評価結果を表１に示す。本実施形態においてイジェクタピン３３は、外径が略均一な柱状に形成されている。このため、イジェクタピン３３の断面積は、フランジ部２１の第一面２１ａと接触するこのイジェクタピン３３の面の面積と同等になる。

なお、表１において、フランジ部２１に隆起が認められない場合をＡ、隆起は認められるが許容範囲内である場合をＢ、隆起が認められ且つ許容範囲を超える場合をＣ、フランジ部２１に破損が生じた場合をＤとして示してある。また、フランジ部２１の隆起の許容範囲は、携帯端末に搭載されるカメラのレンズユニットにおいてレンズ間隔に許容される誤差を考慮して、１μｍとした。

表１に示す評価結果から、フランジ部２１の厚み（フランジ厚）が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である場合にフランジ部２１の隆起が顕著であることがわかる（実験例７〜２４，３７〜４２）。フランジ部２１の厚みが１．０ｍｍより大きい場合には、フランジ部２１の絶対的な強度が十分であり、フランジ部２１に隆起は生ぜず又は僅かである（実験例１〜６）。一方、フランジ部２１の厚みが０．１ｍｍ未満である場合には、フランジ部２１の絶対的な強度が過度に不足し、フランジ部２１が破損する（実験例２５〜３０）。これらの結果から、フランジ部２１の第二面２１ｂにおいて被押圧部２２に対向する領域に凹部２３を設けることによってフランジ部２１の平坦性を保つうえで、フランジ部２１の厚みは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好適である。

また、光学レンズ１０の外径とフランジ部２１の厚みとの比（レンズ外径／フランジ厚）が５．０以上５０．０以下である場合にフランジ部２１の隆起が顕著であることがわかる（実験例７〜２４，３７〜４２）。光学レンズ１０の外径とフランジ部２１の厚みとの比が５．０未満である場合には、光学レンズ１０の第一型板３１への固着力に対するフランジ部２１の相対的な強度が十分であり、フランジ部２１に隆起は生ぜず又は僅かである（実験例１〜６，３１〜３６）。一方、光学レンズ１０の外径とフランジ部２１の厚みとの比が５０．０より大きい場合には、光学レンズ１０の第一型板３１への固着力に対するフランジ部２１の相対的な強度が過度に不足し、フランジ部２１が破損する（実験例２５〜３０）。これらの結果から、フランジ部２１の第二面２１ｂにおいて被押圧部２２に対向する領域に凹部２３を設けることによってフランジ部２１の平坦性を保つうえで、光学レンズ１０の外径とフランジ部２１の厚みとの比は５．０以上５０．０以下が好適である。

また、各イジェクタピン３３の断面積は、０．０７ｍｍ^２以上０．２０ｍｍ^２以下（直径に換算して０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下）が好適であり、複数のイジェクタピン３３の断面積の総和は、０．２ｍｍ^２以上１．５ｍｍ^２以下が好適である。

以上、説明したように、光学レンズ１０のフランジ部２１の第二面２１ｂにおいて光軸方向に被押圧部２２に対向する領域に凹部２３を設けておくことにより、被押圧部２２がイジェクタピン３３によって押圧されることに伴う局所的な隆起によっても、フランジ部２１の平坦性を保つことができる。それにより、フランジ部２１同士を当接させて積層される複数枚の光学レンズ１０のレンズ間隔を設計通りの精度に維持することができ、複数枚の光学レンズ１０が積層されたレンズユニット４及びこのレンズユニット４を備える撮像装置１の性能を安定に得ることができる。

なお、成形型３０は、光学樹脂材料を射出成形によって光学レンズ１０に成形するものとして説明したが、圧縮成形によって光学レンズ１０に成形するものであってもよい。

また、撮像装置１は、スマートフォン等の携帯端末に搭載されるカメラに限らず、車載カメラとして、また、携帯端末に搭載されるカメラと同等のスペック（例えば、画素数８００万以上、Ｆ値２．４以上、光学系全長６ｍｍ以下）を有するカメラとしても好適に用いることができる。

以上説明したように、本明細書には、次の事項が開示されている。

（１）成形型を用いて光学樹脂材料を成形、固化して形成される光学レンズであって、光学機能部と、上記光学機能部の周囲に設けられたフランジ部と、を有し、上記フランジ部は、光学レンズの光軸方向に対向する第一面及び第二面を有し、上記第一面には、光学レンズを上記成形型から離型させるイジェクタピンによって押圧される複数の被押圧部が設けられており、上記第二面には、光学レンズの光軸方向に上記被押圧部の各々と対向する領域に、複数の凹部が設けられている光学レンズ。
（２）（１）に記載の光学レンズであって、上記凹部は、上記被押圧部より大きく形成され、この光学レンズの光軸方向から見たときに上記被押圧部を覆っている光学レンズ。
（３）（１）又は（２）に記載の光学レンズであって、上記フランジ部の厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である光学レンズ。
（４）（１）から（３）のいずれか一つに記載の光学レンズであって、上記フランジ部の厚みに対する光学レンズの外径の比が５．０以上５０．０以下である光学レンズ。
（５）（１）から（４）のいずれか一つに記載の光学レンズであって、上記第二面に、光学レンズに積層される他の光学レンズとの当接部が設けられている光学レンズ。
（６）複数の光学レンズが、それら複数の光学レンズの光軸を揃えて積層されたレンズユニットであって、上記複数の光学レンズのうち少なくとも一つの光学レンズが、（１）から（５）のいずれか一項に記載された光学レンズであるレンズユニット。
（７）（６）に記載のレンズユニットと、上記レンズユニットによって形成される光像を撮像する撮像素子と、を備える撮像装置。
（８）（７）に記載の撮像装置であって、携帯端末に搭載される撮像装置。
（９）光学樹脂材料を、光学機能部と、上記光学機能部の周囲に設けられたフランジ部と、を有する光学レンズに成形する成形型であって、互いに対向して配置され、光学レンズの光軸方向に対向するフランジ部の第一面及び第二面の形状を上記光学樹脂材料に転写するフランジ部成形面が設けられた第一型板及び第二型板と、上記第一型板及び上記第二型板の対向方向に進退駆動されて上記第一型板の上記フランジ部成形面から突出可能に上記第一型板に設けられた複数のイジェクタピンと、を備え、上記第二型板の上記フランジ部成形面には、複数のイジェクタピンの各々と対向する領域に、複数の凸部が設けられている成形型。
（１０）（９）に記載の成形型であって、上記凸部は、上記イジェクタピンよりも大きく形成され、上記第一型板及び上記第二型板の対向方向から見たときに上記イジェクタピンを覆っている成形型。
（１１）（９）又は（１０）に記載の成形型であって、上記第一型板及び上記第二型板の上記フランジ部成形面間の間隔は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である成形型。
（１２）（９）から（１１）のいずれか一つに記載の成形型であって、上記イジェクタピンの断面積は、０．０７ｍｍ^２以上０．２ｍｍ^２以下である成形型。
（１３）（９）から（１２）のいずれか一つに記載の成形型であって、上記複数のイジェクタピンの断面積の総和が、０．２ｍｍ^２以上１．５ｍｍ^２以下である成形型。
（１４）（９）から（１３）のいずれか一つに記載の成形型であって、上記第一型板及び上記第二型板の上記フランジ部成形面間の間隔に対する上記第一型板及び上記第二型板の上記フランジ部成形面の外径の比が５．０以上５０．０以下である成形型。

１撮像装置
４レンズユニット
１０光学レンズ
２０光学機能部
２１フランジ部
２２被押圧部
２３凹部
３０成形型
３１第一型板
３２第二型板
３３イジェクタピン
３４成形面
３５成形面
３７フランジ部成形面
３９フランジ部成形面
４２凸部

Claims

光学樹脂材料を、光学機能部と、前記光学機能部の周囲に設けられたフランジ部と、を有する光学レンズに成形する成形型であって、
互いに対向して配置され、光学レンズの光軸方向に対向するフランジ部の第一面及び第二面の形状を前記光学樹脂材料に転写するフランジ部成形面が設けられた第一型板及び第二型板と、
前記第一型板及び前記第二型板の対向方向に進退駆動されて前記第一型板の前記フランジ部成形面から突出可能に該第一型板に設けられた複数のイジェクタピンと、
を備え、
前記第二型板の前記フランジ部成形面には、複数のイジェクタピンの各々と対向する領域に、複数の凸部が設けられており、
前記凸部は、前記イジェクタピンよりも大きく形成され、前記第一型板及び前記第二型板の対向方向から見たときに該イジェクタピンを覆っている成形型。
請求項１に記載の成形型であって、
前記第一型板及び前記第二型板の前記フランジ部成形面間の間隔は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である成形型。
請求項１又は２に記載の成形型であって、
前記イジェクタピンの断面積は、０．０７ｍｍ^２以上０．２ｍｍ^２以下である成形型。
請求項１から３のいずれか一項に記載の成形型であって、
前記複数のイジェクタピンの断面積の総和が、０．２ｍｍ^２以上１．５ｍｍ^２以下である成形型。
請求項１から４のいずれか一項に記載の成形型であって、
前記第一型板及び前記第二型板の前記フランジ部成形面間の間隔に対する前記第一型板及び前記第二型板の前記フランジ部成形面の外径の比が５．０以上５０．０以下である成形型。