JP2007119280A - Method for forming glass optical element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a method for forming a glass optical element capable of securing the optical property of an optical element having optical surfaces of high precision and improving the yield by improving its productivity. <P>SOLUTION: The method for forming a glass optical element contains a first process where a difference between a pair of optical surface shapes of a glass optical element formed by using a pair of molds having an optical forming surface processed to have a shape by which an optical surface shape based on the designed value of a glass lens 15 is transferred and an optical surface shape specified based on the designed value is measured, a second process where the optical forming surface of one of the pair of molds 2 is processed based on the measured value so as to make a distance between the optical surfaces in the direction parallel to the optical axis of a pair of optical surfaces 15a, 15b the same distance as a distance specified based on the designed value, and a third process where a glass optical element is formed by the pair of molds, i.e. the processed mold and the other mold 3. By this method, the optical property of the optical element is secured and the productivity is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、一対の成形型により加熱軟化したガラス素材を押圧してガラス光学素子を成形するガラス光学素子成形方法に関する。   The present invention relates to a glass optical element molding method in which a glass optical element is molded by pressing a glass material heat-softened by a pair of molds.

近年、ガラスレンズである光学素子は、例えば、デジタルカメラなどの撮像素子の高画素化が進み、高精度な光学面形状が求められている。また、カメラ筐体の小型化に伴って、非球面形状の高精度な凹レンズ面を有する光学素子の需要が高くなっている。   In recent years, an optical element that is a glass lens has been required to have a highly accurate optical surface shape, for example, due to an increase in the number of pixels of an imaging element such as a digital camera. In addition, with the miniaturization of camera housings, there is an increasing demand for optical elements having aspherical high-precision concave lens surfaces.

このような高精度が要求される光学素子は、例えば、特許文献1、及び特許文献2の光学素子の成形方法に記載されているように、鏡面仕上げを行った成形面をもつ成形型によってガラス素材である光学素材を加熱軟化した状態でプレス成形する光学素子成形装置によって製造される。   Such an optical element requiring high precision is made of glass by a molding die having a mirror-finished molding surface as described in the optical element molding methods of Patent Document 1 and Patent Document 2, for example. It is manufactured by an optical element molding apparatus that press-molds an optical material that is a material in a heat-softened state.

特許文献1に記載される光学素子の成形方法では、高精度な光学素子の光学面を成形型の光学成形面によって転写する精度を保つために、加熱軟化している成形後の光学素子の冷却速度を10℃/minとして、ゆっくりと冷却する技術が開示されている。   In the optical element molding method described in Patent Document 1, in order to maintain the accuracy of transferring the optical surface of the high-precision optical element by the optical molding surface of the mold, the optical element after molding that has been softened by heating is cooled. A technique for slowly cooling at a rate of 10 ° C./min is disclosed.

また、特許文献2に記載される光学素子の成形方法では、光学素子の成形時に発生する光学面(光学機能面)のクセをキャンセルするような形状に成形型を加工し、光学素子の成形における種々の成形条件を設定する技術が開示されている。
特開平5−2185号公報 特開平6−72726号公報
Further, in the optical element molding method described in Patent Document 2, the molding die is processed into a shape that cancels the habit of the optical surface (optical function surface) that occurs during the molding of the optical element. Techniques for setting various molding conditions are disclosed.
JP-A-5-2185 JP-A-6-72726

しかしながら、上述の特許文献1の技術では、光学素子の冷却速度を遅くすると、製造のサイクルタイムが長くなり、生産性が劣るという問題がある。また、凹レンズのような高精度が要求される光学面の成形では、冷却速度を遅くするだけでは成形型による転写精度が得られない場合がある。   However, in the technique of the above-mentioned Patent Document 1, there is a problem that if the cooling rate of the optical element is slowed down, the manufacturing cycle time becomes long and the productivity is inferior. Further, in the molding of an optical surface that requires high accuracy such as a concave lens, there are cases where transfer accuracy by a molding die cannot be obtained only by slowing the cooling rate.

また、特許文献2の技術では、光学素子成形装置に対して、光学面のクセをキャンセルする形状に加工された成形型から光学素子を離型する際に発生する光学素子の反りなどによって生じる不良を回避する種々の成形条件を何度も設定する必要がある。そのため、特許文献2の光学素子の成形方法では、種々の成形条件の設定に労力を要すると共に、該成形条件に合わせた成形型の加工時間が必要となるため、歩留まり低減の要因となる問題がある。   Moreover, in the technique of patent document 2, the defect which arises by the curvature of the optical element etc. which generate | occur | produce when releasing an optical element from the shaping | molding die processed into the shape which cancels the habit of an optical surface with respect to an optical element shaping | molding apparatus. It is necessary to set various molding conditions to avoid this many times. Therefore, the optical element molding method of Patent Document 2 requires labor for setting various molding conditions, and requires a processing time of the mold according to the molding conditions, which causes a problem of yield reduction. is there.

そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、高精度な光学面を有する光学素子の光学性能を確保すると共に、生産性が向上することで、歩留まりが向上するガラス光学素子成形方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and is a glass optical element in which the yield is improved by ensuring the optical performance of an optical element having a highly accurate optical surface and improving the productivity. An object is to provide a forming method.

上述のように、押圧されて必要光学面を得る光学素子は必ずしも所望の光学面を得られず、設計される理想光学面からの誤差を有する。本発明は、この誤差を有する光学面を直接的に設計理想面に近づけることなく、押圧されて成形された一対の光学面の光軸中心からの任意半径位置においての面間寸法を、設計上の一対の光学面の光軸中心からの該任意半径位置においての面間寸法に近づけることにより、その光学性能を確保するものである。そして、このような手段により得られた誤差光学面を有する光学素子の全てが、光学的に性能を満足させるものではないものの、少なくともそれら一部の光学素子が実用に供し得るという事実が存在する。   As described above, an optical element that is pressed to obtain a necessary optical surface does not necessarily obtain a desired optical surface, and has an error from the designed ideal optical surface. In the present invention, the inter-surface dimension at an arbitrary radial position from the center of the optical axis of the pair of optical surfaces pressed and molded without bringing the optical surface having this error directly close to the ideal design surface is designed. The optical performance of the pair of optical surfaces is ensured by approaching the inter-surface dimension at the arbitrary radius position from the center of the optical axis. And although all the optical elements having error optical surfaces obtained by such means do not optically satisfy the performance, there is a fact that at least some of these optical elements can be put to practical use. .

そこで、本発明の第1のガラス光学素子成形方法は、ガラス素材を一対の型により押圧してガラス光学素子を成形し、上記ガラス光学素子の設計値に基づいた光学面形状を転写可能な形状に加工された光学成形面を有する上記一対の型を用いて成形した上記ガラス光学素子の一対の上記光学面形状と上記設計値に基づいて決まる上記光学面形状との差を測定する第1の工程と、上記測定された差に基づいて、上記ガラス光学素子の上記一対の光学面上の光軸から半径方向にある任意の点における光軸と平行な軸に沿った上記光学面間の距離を上記設計値に基づいて決まる距離と同じ距離にするため、上記一対の一方の型の上記光学成形面を加工する第2の工程と、上記加工された上記一方の型と、上記一対の型の他方の型と伴に上記ガラス光学素子を成型する第3の工程と、を備えることを特徴とする。   Therefore, in the first glass optical element molding method of the present invention, a glass material is pressed by pressing a glass material with a pair of molds, and an optical surface shape based on the design value of the glass optical element can be transferred. Measuring a difference between the pair of optical surface shapes of the glass optical element molded using the pair of molds having the optical molding surface processed into a shape and the optical surface shape determined based on the design value. And the distance between the optical surfaces along an axis parallel to the optical axis at any point in the radial direction from the optical axis on the pair of optical surfaces of the glass optical element based on the measured and the measured difference To the same distance as the distance determined based on the design value, a second step of processing the optical molding surface of the pair of one mold, the one mold processed, and the pair of molds With the other mold of the above glass light Characterized in that it comprises a third step of molding the element.

また、本発明の第2のガラス光学素子成形方法は、ガラス素材を一対の型により押圧してガラス光学素子を成形し、上記ガラス光学素子の一対の光学面上の任意の点における光軸からの距離をrとし、上記ガラス光学素子の設計値における上記一対の光学面間の光軸に平行な距離Dを下記式(1)で表したとき、上記成形されたガラス光学素子の上記一対の光学面間の光軸に平行な距離Dを下記式(2)とすると、下記(3)によって表される差Δd(r)が略ゼロ{Δd(r)≒0}となるように、上記一対の型の少なくとも一方の型に加工と成形時の型間調整を行い、上記一対の型により上記ガラス光学素子を押圧成形することを特徴としたガラス素子成形方法。 In the second glass optical element molding method of the present invention, the glass optical element is molded by pressing a glass material with a pair of molds, and from an optical axis at an arbitrary point on the pair of optical surfaces of the glass optical element. the distance between the r, when representing the distance D 0 parallel to the optical axis between the pair of optical surfaces in the design values of the optical glass element by the following formula (1), the pair of the molded glass optical element of the distance D 1 parallel to the optical axis between the optical surface and the following formula (2), as follows (3) the difference is represented by [Delta] d (r) is substantially zero {Δd (r) ≒ 0} A glass element molding method comprising: adjusting at least one of the pair of molds at the time of processing and molding, and pressing the glass optical element with the pair of molds.

=f(r) ・・・式(1)
=f(r) ・・・式(2)
−D=f(r)−f(r)=Δd(r) ・・・式(3)
但し、f(r)、f(r)は、距離rに関する関数式とする。
D 0 = f 0 (r) (1)
D 1 = f 1 (r) (2)
D 1 −D 0 = f 1 (r) −f 0 (r) = Δd (r) (3)
However, f 0 (r) and f 1 (r) are functional expressions relating to the distance r.

また、本発明の第3のガラス光学素子成形方法は、ガラス素材を一対の型により押圧して、第1の有効径Z1を有する第1の光学面と、該第1の有効径Z1と異なる第2の有効径Z2を有する第2の光学面からなるガラス光学素子を成形し、設計上の上記ガラス光学素子における、光軸から半径方向の第1の距離r1にある上記第1の光学面上の任意の第1の点と、上記第2の光学面上の光軸から半径方向の下記式(1)から導き出された第2の距離r2にある第2の点と、を結んだ第1の距離L(r1)と、成形後の上記ガラス光学素子における、上記第1の光学面上の光軸から半径方向の上記第1の距離r1にある任意の第1の点と、上記第2の光学面上の光軸から半径方向の下記式(1)から導き出された上記第2の距離r2にある第2の点とを結んだ距離L(r1)とから式(2)によって表される差ΔL(r1)が略ゼロ{ΔL(r1)≒0}となるように、上記一対の型の少なくとも一方の上記光学面の加工と成形時の型間調整を行い、上記一対の型により上記ガラス光学素子を押圧成形することを特徴とするガラス光学素子成形方法。 Moreover, the 3rd glass optical element shaping | molding method of this invention presses a glass raw material with a pair of type | mold, and differs from 1st optical surface which has 1st effective diameter Z1, and this 1st effective diameter Z1. A glass optical element composed of a second optical surface having a second effective diameter Z2 is molded, and the first optical surface at the first distance r1 in the radial direction from the optical axis in the designed glass optical element. A first point connecting the first arbitrary point above and a second point at a second distance r2 derived from the following equation (1) in the radial direction from the optical axis on the second optical surface. A distance L 0 (r1) of 1 and an arbitrary first point at the first distance r1 in the radial direction from the optical axis on the first optical surface in the glass optical element after molding; At the second distance r2 derived from the following formula (1) in the radial direction from the optical axis on the second optical surface: As the distance L 1 connecting the second point (r1) Tokara formula (2) the difference [Delta] L (r1) represented by becomes substantially zero {ΔL (r1) ≒ 0} , the pair of dies A method for molding a glass optical element, characterized in that at least one of the optical surfaces is processed and mold-to-mold adjustment is performed, and the glass optical element is press-molded by the pair of molds.

Z2×r1/Z1=r2 ・・・式(1)
(r1)−L(r1)=ΔL(r1) ・・・式(2)
Z2 × r1 / Z1 = r2 (1)
L 0 (r1) −L 1 (r1) = ΔL (r1) (2)

本発明によれば、高精度な光学面を有する光学素子の光学性能を確保すると共に、生産性が向上することで、歩留まりが向上するガラス光学素子成形方法を実現できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while ensuring the optical performance of the optical element which has a highly accurate optical surface, productivity can improve and the glass optical element shaping | molding method which improves a yield is realizable.

以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
(第1の実施の形態)
図1から図12は、本発明のガラス光学素子成形方法における第1の実施の形態に係り、図1は光学素子成形装置の内部を示す断面図である。図2は、図1の光学素子成形装置の一対の型、スリーブ、及びガラス素材を示す断面図である。図3は、成形後のガラス光学素子の断面図である。図4は、ガラス素材からガラスレンズを成形する光学素子成形装置の動作フローチャートである。図5は、光学性能を満足するように設計値に近似する光学素子を成形する動作フローチャートである。図6は、一実施例の図3のガラス光学素子の一断面における凹レンズ面の形状を示す関数グラフである。図7は、一実施例の図3のガラス光学素子の一断面における凸レンズ面の形状を示す関数グラフである。図8は、図6、及び図7に示した関数を重ね合わせた関数グラフである。図9は、図6、及び図7に示した関数を合成した関数グラフである。図10は、上型の断面に成形後のガラスレンズの断面を重ね合わせた状態を示す図であり、図10(a)は一方の手段を説明し、図10(b)は他方の手段を説明するための図である。図11は、加工後の上型の凸状成形面によって成形された一実施例のガラス光学素子の一断面における凹レンズ面の形状を示す関数グラフである。図12は、図7、及び図9に示した関数を合成した関数グラフである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 to 12 relate to the first embodiment of the glass optical element molding method of the present invention, and FIG. 1 is a sectional view showing the inside of the optical element molding apparatus. 2 is a cross-sectional view showing a pair of molds, a sleeve, and a glass material of the optical element molding apparatus of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the glass optical element after molding. FIG. 4 is an operation flowchart of the optical element molding apparatus for molding a glass lens from a glass material. FIG. 5 is an operation flowchart for forming an optical element that approximates a design value so as to satisfy the optical performance. FIG. 6 is a function graph showing the shape of the concave lens surface in one section of the glass optical element of FIG. 3 of one embodiment. FIG. 7 is a function graph showing the shape of the convex lens surface in one section of the glass optical element of FIG. FIG. 8 is a function graph in which the functions shown in FIGS. 6 and 7 are superimposed. FIG. 9 is a function graph obtained by synthesizing the functions shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 10 is a diagram showing a state in which the cross section of the glass lens after molding is superimposed on the cross section of the upper mold, FIG. 10 (a) illustrates one means, and FIG. 10 (b) illustrates the other means. It is a figure for demonstrating. FIG. 11 is a function graph showing the shape of the concave lens surface in one cross section of the glass optical element of one example formed by the upper convex molding surface after processing. FIG. 12 is a function graph in which the functions shown in FIGS. 7 and 9 are synthesized.

図1、及び図2に示す、本実施形態の光学素子成形装置1は、光学素材であるガラス素材15Aを加熱軟化させ、一対の成形型で押圧し、冷却後に上記一対の成形型間を開くことで所望の面形状を有するガラス光学素子であるガラスレンズ15を製造するための装置である。この光学素子成形装置1の内部には、主要構成部材として、一対の成形型である上型2、及び下型3と、上型2を支持する上軸4と、下型3を支持する下軸5と、上型2、及び下型3を覆うスリーブ6と、上軸4を上下方向に密閉状態で移動自在に保持している昇降ベース体7と、該昇降ベース体7に一体的に固設される石英管8と、昇降ベース体7の上部に配設される上冷却板9と、下軸5が載置されるベース板10と、該ベース板10の下部に配設される下冷却板11と、石英管8の周囲に配される型加熱用熱源である赤外線ランプヒータ12と、上型2及び下型3の夫々の内部に埋め込まれている型加熱用熱源であるカートリッジヒータ13a,13bと、上型2と下型3の間に配設される離型リング14と、を有している。   The optical element molding apparatus 1 according to this embodiment shown in FIGS. 1 and 2 heats and softens the glass material 15A, which is an optical material, presses it with a pair of molds, and opens the pair of molds after cooling. This is an apparatus for manufacturing a glass lens 15 which is a glass optical element having a desired surface shape. The optical element molding apparatus 1 includes, as main components, a pair of upper mold 2 and lower mold 3, an upper shaft 4 that supports the upper mold 2, and a lower mold 3 that supports the lower mold 3. A shaft 5, a sleeve 6 that covers the upper die 2 and the lower die 3, an elevating base body 7 that holds the upper shaft 4 in an up and down direction in a sealed state, and an integral body with the elevating base body 7 A fixed quartz tube 8, an upper cooling plate 9 provided on the upper part of the elevating base body 7, a base plate 10 on which the lower shaft 5 is placed, and a lower part of the base plate 10. Lower cooling plate 11, infrared lamp heater 12 that is a mold heating heat source disposed around quartz tube 8, and cartridge that is a mold heating heat source embedded in each of upper mold 2 and lower mold 3 Heaters 13a and 13b and a release ring 14 disposed between the upper mold 2 and the lower mold 3 are provided.

尚、光学素子成形装置1は、石英管8、赤外線ランプヒータ12などの周囲に配される上下方向に開閉自在な密閉炉(不図示)と、図示しないフレームに支持されて、上軸4を上下方向に移動させるサーボモータ、或いはエアーシリンダからなる駆動装置(不図示)と、石英管8、昇降ベース体7、及びベース板10によって囲まれたガラスレンズ15を成形する成形室内を真空状態にする排気装置(不図示)と、成形室内を所定の圧力に設定する窒素ガスなどの不活性ガス(非酸化性ガス)を送気する流量調整用装置(不図示)と、ガラス素材15Aを下型3に自動セットし、且つ成形後のガラスレンズ15を自動的に取り出すオートローダ(不図示)と、成形室内の温度、圧力、ガス流量、真空などの制御やガラス素材15Aを下型3にセットする位置制御を行う制御装置(不図示)を有している。   The optical element molding apparatus 1 is supported by a vertically closed and closed hermetic furnace (not shown) disposed around a quartz tube 8, an infrared lamp heater 12, and the like, and an upper shaft 4 supported by a frame (not shown). A molding chamber for molding a glass lens 15 surrounded by a drive device (not shown) composed of a servo motor or an air cylinder that moves in the vertical direction and the quartz tube 8, the elevating base body 7, and the base plate 10 is evacuated. Exhaust device (not shown), a flow rate adjusting device (not shown) for sending an inert gas (non-oxidizing gas) such as nitrogen gas which sets the molding chamber to a predetermined pressure, and the glass material 15A An autoloader (not shown) that automatically sets the mold 3 and automatically removes the molded glass lens 15 and controls the temperature, pressure, gas flow rate, vacuum, etc. in the molding chamber and the glass material 15A to the lower mold 3 It has control device controls the position of Tsu preparative (not shown).

この光学素子成形装置1によって、ガラスレンズ15に成形されるガラス素材15Aは、図2に示すように、設計上のガラスレンズ15の近似形状に磨かれた、例えば、ガラス転移点506℃、軟化点607℃のモールド用の硝材である。   The glass material 15A molded into the glass lens 15 by the optical element molding apparatus 1 is polished to an approximate shape of the designed glass lens 15 as shown in FIG. 2, for example, glass transition point 506 ° C., softening This is a glass material for molding at a point of 607 ° C.

上型2と下型3は、ガラス素材からガラスレンズ15を成形するに足る温度領域で十分な強度を有する材料であって、超硬合金、または、SIC(炭化珪素)等によって形成された略円柱状の一対の型を構成している。この上型2と下型3は、略同一の外径が設定されており、夫々の軸が同一線上を通るように、図示しない固定部材によって、上軸4、及び下軸5に夫々嵌合固定されている。   The upper mold 2 and the lower mold 3 are materials having sufficient strength in a temperature range sufficient to mold the glass lens 15 from a glass material, and are substantially formed of cemented carbide, SIC (silicon carbide), or the like. It constitutes a pair of cylindrical shapes. The upper die 2 and the lower die 3 have substantially the same outer diameter, and are fitted to the upper shaft 4 and the lower shaft 5 by fixing members (not shown) so that the respective shafts pass on the same line. It is fixed.

本実施の形態の上型2は、ガラスレンズ15の一方のレンズ面である非球面状の凹レンズ面15a(図3参照)を成型し、ガラスレンズ15の熱収縮などによる体積変形のみを見込んだ設計値に基づく非球面形状が設定された凸状成形面2aを有しており、下型3はガラスレンズ15の他方のレンズ面である球面状の凸レンズ面15b(図3参照)を成型し、上型2と同様に、ガラスレンズ15の熱収縮などによる体積変形のみを見込んだ設計値に基づく球面形状が設定された凸状成形面2aを有している。これら各型2,3の夫々の成形面2a,3aは、ガラスレンズ15の光学機能面を転写形成する鏡面加工が施されている。   In the upper mold 2 of the present embodiment, an aspheric concave lens surface 15a (see FIG. 3) which is one lens surface of the glass lens 15 is molded, and only volume deformation due to thermal contraction of the glass lens 15 is expected. The lower mold 3 has a spherical convex lens surface 15b (see FIG. 3) which is the other lens surface of the glass lens 15 and has a convex molding surface 2a in which an aspheric shape based on the design value is set. Similar to the upper mold 2, it has a convex molding surface 2a in which a spherical shape is set based on a design value that allows only volume deformation due to thermal contraction of the glass lens 15 or the like. The molding surfaces 2 a and 3 a of these molds 2 and 3 are mirror-finished to transfer and form the optical function surface of the glass lens 15.

また、各型2,3の夫々の内部には、各軸4,5を貫挿して配される型加熱用熱源であるカートリッジヒータ13a,13b、及び型温度検出用の図示しない熱電対が夫々埋め込まれている。これらのカートリッジヒータ13a,13bは、上型2、及び下型3を熱伝導により加熱し、且つ、各型2,3を介してガラス素材15Aを加熱する。   Further, in each of the molds 2 and 3, there are cartridge heaters 13a and 13b which are mold heating heat sources arranged through the respective shafts 4 and 5, and a thermocouple (not shown) for detecting the mold temperature. Embedded. These cartridge heaters 13a and 13b heat the upper mold 2 and the lower mold 3 by heat conduction, and heat the glass material 15A through the molds 2 and 3, respectively.

上軸4、及び下軸5には、それぞれ型冷却用の冷却水が流通可能な冷却経路(図示せず)が設けられている。さらに、上軸4には、中途外周部分に段部が形成されており、上昇時に該段部の上面が昇降ベース体7の下面となる対向面と当接することで、昇降ベース体7、石英管8、及び図示しない密閉炉を一緒に持ち上げる。   The upper shaft 4 and the lower shaft 5 are each provided with a cooling path (not shown) through which cooling water for mold cooling can flow. Further, the upper shaft 4 is formed with a step portion in the middle outer peripheral portion. When the upper shaft 4 is lifted, the upper surface of the step portion comes into contact with the opposing surface which is the lower surface of the lift base body 7. The tube 8 and a closed furnace (not shown) are lifted together.

スリーブ6は、円筒形状のセラミックス材料で形成され、上方部が上型2に固着され、且つ精密嵌合(隙間5μmまたはそれ以下の極めて少ない状態)しており、下型3に対してスライド可能に精密嵌合(隙間5μm程度の極めて少ない状態)している。従って、赤外線ランプヒータ12による照射熱は、石英管8、及びスリーブ6を介して上型2、及び下型3に効率よく伝達される。また、スリーブ6は、各型2,3と精密嵌合することで、各型2,3の軸心を合わせるためのものでもある。   The sleeve 6 is formed of a cylindrical ceramic material, the upper part is fixed to the upper mold 2 and is precisely fitted (with a very small gap of 5 μm or less), and can slide on the lower mold 3. Are precisely fitted (a very small gap of about 5 μm). Therefore, the irradiation heat from the infrared lamp heater 12 is efficiently transmitted to the upper mold 2 and the lower mold 3 through the quartz tube 8 and the sleeve 6. The sleeve 6 is also used to align the axial centers of the molds 2 and 3 by precisely fitting with the molds 2 and 3.

石英管8は、上型2、下型3、及びスリーブ6の周囲空間を外界より密閉、または、外界に開放可能であり、ガラス素材15Aの成形中、密閉状態にあるとき、真空または非酸化雰囲気で充満できるように、夫々の接触部にはシールが施されている。この石英管8により密閉された空間がガラスレンズ15を成形する成形室16となる。   The quartz tube 8 can seal or open the surrounding space of the upper die 2, the lower die 3, and the sleeve 6 from the outside, or can be vacuumed or non-oxidized when the glass material 15A is in a sealed state during the molding of the glass material 15A. Each contact portion is sealed so that it can be filled with the atmosphere. A space sealed by the quartz tube 8 becomes a molding chamber 16 for molding the glass lens 15.

上冷却板9、及び下冷却板11は、例えば、表面に凹凸が形成されており、その表面積を大きくすることで、各型2,3の熱を外部へ放出する。尚、各冷却板9,11に、上述の型冷却用の冷却水が流通可能な冷却経路を設けても良い。   The upper cooling plate 9 and the lower cooling plate 11 have, for example, irregularities formed on their surfaces, and release the heat of the molds 2 and 3 to the outside by increasing the surface area. The cooling plates 9 and 11 may be provided with cooling paths through which the cooling water for mold cooling described above can flow.

赤外線ランプヒータ12は、密閉炉(不図示)の内側壁に固定支持されており、石英管8の外周に沿って位置している。尚、カートリッジヒータ13a,13bや赤外線ランプヒータ12、また、上記冷媒は、熱電対(不図示)によって検出される型温度に基づいて、上述した光学素子成形装置1の図示しない制御部により制御され、各工程時におけるガラス素材15Aおよび上型2、及び下型3の温度制御が行われる。   The infrared lamp heater 12 is fixedly supported on the inner wall of a closed furnace (not shown), and is positioned along the outer periphery of the quartz tube 8. The cartridge heaters 13a and 13b, the infrared lamp heater 12, and the refrigerant are controlled by a control unit (not shown) of the optical element molding apparatus 1 described above based on a mold temperature detected by a thermocouple (not shown). The temperature control of the glass material 15A, the upper mold 2 and the lower mold 3 at each step is performed.

離型リング14は、上型2の凸状成形面2a周りに装着されており、図示しないシリンダにより上下動して、上型2に貼着した成形後のガラスレンズ15の離型を行うためのものである。   The mold release ring 14 is mounted around the convex molding surface 2 a of the upper mold 2, and moves up and down by a cylinder (not shown) to release the molded glass lens 15 attached to the upper mold 2. belongs to.

成形室16は、ガラス素材15Aからガラスレンズ15を押圧成形中に密閉されて、図示しない不活性ガス供給管から上述の不活性ガスが内部に充填されて不活性雰囲気となる。   The molding chamber 16 is sealed while the glass lens 15 is pressed from the glass material 15A, and the above inert gas is filled inside from an inert gas supply pipe (not shown) to form an inert atmosphere.

次に、上述した構成を有する光学素子成形装置1によりガラスレンズ15を成形する工程について図4のフローチャートを用いて説明する。尚、本実施の形態の光学素子成形装置1によって成形されるガラスレンズ15は、例えば片面非球面の凹メニスカスレンズであり、外径がφ12.2mm、凹レンズ面15a側が近軸中心R4.3、及び有効径φ8.6mmの非球面形状を有し、凸レンズ面15b側が曲率R36、有効径φ11mmの球面形状を有するように設計値が決められている。   Next, the process of molding the glass lens 15 by the optical element molding apparatus 1 having the above-described configuration will be described using the flowchart of FIG. The glass lens 15 molded by the optical element molding apparatus 1 of the present embodiment is, for example, a single-sided aspheric concave meniscus lens, the outer diameter is φ12.2 mm, and the concave lens surface 15a side is the paraxial center R4.3. In addition, the design value is determined so as to have an aspherical shape with an effective diameter of 8.6 mm and a convex lens surface 15 b side with a curvature of R36 and a spherical shape with an effective diameter of φ11 mm.

まず、上述の設計値に基づいて形成される近似値形状に磨かれたガラス素材15Aをオートローダ(不図示)によって搬送し、下型3の凹状成形面3a上に載置する(S1)。そして、石英管8、及び密閉炉(不図示)により成形室16内を密閉状態とする(S2)。   First, the glass material 15A polished to the approximate value shape formed based on the above-described design value is conveyed by an autoloader (not shown) and placed on the concave molding surface 3a of the lower mold 3 (S1). Then, the molding chamber 16 is sealed with the quartz tube 8 and a closed furnace (not shown) (S2).

上型2を下型3に向かった方向に降下させ、ガラス素材15Aの表面近傍に上型2の凸状成形面2aが到達したとき、上型2を一旦停止させる(S3)。そこで、成形室16は、図示しない制御部のコントロールのもとで、内部が真空状態にされ、流量調整用装置(不図示)によって、不活性ガスである窒素ガスが充填される(S4)。   The upper mold 2 is lowered in the direction toward the lower mold 3, and when the convex molding surface 2a of the upper mold 2 reaches the vicinity of the surface of the glass material 15A, the upper mold 2 is temporarily stopped (S3). Therefore, the molding chamber 16 is evacuated under the control of a control unit (not shown) and filled with nitrogen gas, which is an inert gas, by a flow rate adjusting device (not shown) (S4).

そして、光学素子成形装置1の制御部のコントロールのもとで、カートリッジヒータ13a,13bや赤外線ランプヒータ12に通電し、上型2、下型3、スリーブ6、及びガラス素材15Aの加熱を開始する(S5)。   Then, under the control of the control unit of the optical element molding apparatus 1, the cartridge heaters 13a and 13b and the infrared lamp heater 12 are energized to start heating the upper mold 2, the lower mold 3, the sleeve 6, and the glass material 15A. (S5).

そして、図示しない熱電対の温度検知により、ねらいの所定温度(ここでは成形温度565℃)に到達したら、上型2を下型3方向に再降下させて型閉じ状態とし、凸状成形面2a、及び凹状成形面3aによりガラス素材15Aを押圧する(S6)。次に、所定量の押圧後、カートリッジヒータ13a,13b、及び赤外線ランプヒータ12の通電を停止させる(S7)。   When the target temperature (here, molding temperature 565 ° C.) is reached by detecting the temperature of a thermocouple (not shown), the upper mold 2 is lowered again in the direction of the lower mold 3 to close the mold, and the convex molding surface 2a. Then, the glass material 15A is pressed by the concave molding surface 3a (S6). Next, after a predetermined amount of pressing, energization of the cartridge heaters 13a and 13b and the infrared lamp heater 12 is stopped (S7).

そして、各軸4,5の冷却経路に冷却水(例えば、冷媒としての純水)を通して冷却工程に入り、各型2,3の冷却を開始する(S8)。上記冷却により上型2、下型3、及びガラス素材15Aの熱は、上記冷媒を介して系外に放出されると共に、各冷却板9,11により外気へ放出される。そして、ガラス素材15Aは、押圧成形されてガラスレンズ15の形状となる。   Then, cooling water (for example, pure water as a refrigerant) is passed through the cooling paths of the shafts 4 and 5 to enter the cooling process, and cooling of the molds 2 and 3 is started (S8). The heat of the upper mold 2, the lower mold 3, and the glass material 15 </ b> A is released to the outside of the system through the refrigerant and is released to the outside air by the cooling plates 9 and 11 by the cooling. Then, the glass material 15 </ b> A is pressed and formed into the shape of the glass lens 15.

その後、図示しない熱電対の検知結果から各型2,3の型温度が酸化せず、変形温度以下の温度、例えば、常温(25℃)付近まで下がったとき、駆動装置(不図示)によって上軸4を上昇させ、上型2、及びスリーブ6を上昇させると共に、昇降ベース体7を上軸4の段部で、石英管8、および密閉炉(不図示)と一緒に持ち上げて、上型2からガラスレンズ15を離型する(S9)。最後にガラスレンズ15は、オートローダー(図示せず)によって外部に搬出される(S10)。尚、ガラスレンズ15は、冷却により熱収縮変形し、上型2の凸状成形面2aに吸着する場合があるが、離型リング14が上下動することで、該凸状成形面2aに貼り付くことなく離型する。   Thereafter, when the mold temperature of each of the molds 2 and 3 does not oxidize from the detection result of the thermocouple (not shown) and falls to a temperature equal to or lower than the deformation temperature, for example, near room temperature (25 ° C.) The shaft 4 is raised, the upper die 2 and the sleeve 6 are raised, and the elevating base body 7 is lifted together with the quartz tube 8 and the closed furnace (not shown) at the step portion of the upper shaft 4. The glass lens 15 is released from 2 (S9). Finally, the glass lens 15 is carried out by an autoloader (not shown) (S10). The glass lens 15 may be thermally contracted by cooling and may be adsorbed to the convex molding surface 2a of the upper mold 2. However, the glass ring 15 is attached to the convex molding surface 2a by moving the release ring 14 up and down. Release without sticking.

以上のような工程手順により、本実施の形態の光学素子成形装置1は、凹メニスカスレンズであるガラスレンズ15を製造する。尚、成形されたガラスレンズ15は、その形状が冷却時に発生する各型2,3との熱収縮量の違いにより、上述の設計値と異なった形状となってしまう。   The optical element molding apparatus 1 according to the present embodiment manufactures the glass lens 15 that is a concave meniscus lens by the process procedure as described above. In addition, the shape | molded glass lens 15 will become a shape different from the above-mentioned design value by the difference in the amount of thermal shrinkage with each type | molds 2 and 3 which the shape generate | occur | produces at the time of cooling.

そこで、図5のフローチャートの各ルーチンに従って、図3のガラスレンズ15の断面図、及び実験結果の一例である図6〜図12の図面を参照して、設計上のガラスレンズ15の光学性能を補正する工程について説明する。   Therefore, according to each routine of the flowchart of FIG. 5, the optical performance of the designed glass lens 15 is determined with reference to the cross-sectional view of the glass lens 15 of FIG. 3 and the drawings of FIGS. The correction process will be described.

その前にここで、型修正の考え方の概要を述べておく。
図3に示すように、レンズ15は凹レンズ面15aとそれに対向する凸レンズ面15bを有する所望の理想レンズ(設計レンズ)であり、成形されて出来上がったレンズ面の一方は、凹レンズ面15aに対し、光軸O方向に微小に平行移動してズレた位置に、凸レンズ面15aと同一形状のレンズ面15a´を仮定し、これに対し面形状誤差を有したレンズ面15a´´すなわち曲線g1(r)があるとする。さらに成形されて出来上がったレンズ面の他方は、凸レンズ面15bに対し、光軸O方向に微小に平行移動してズレた位置に、凸レンズ面15bと同一形状のレンズ面15b´を仮定し、これに対し面形状誤差を有したレンズ面15b´´すなわち曲線g2(r)があるとする。上述のレンズ面15a´とレンズ面15b´を仮定したのは成形されたレンズ面の光軸Oにおける面間(面厚)が必ずしも設計値のレンズ面の光軸Oにおける面間(面厚)と同じであるとは断言できないからである。
Before that, here is an overview of the concept of type modification.
As shown in FIG. 3, the lens 15 is a desired ideal lens (design lens) having a concave lens surface 15a and a convex lens surface 15b opposite to the concave lens surface 15a, and one of the molded lens surfaces is formed with respect to the concave lens surface 15a. A lens surface 15a ′ having the same shape as that of the convex lens surface 15a is assumed at a position shifted by a slight translation in the direction of the optical axis O. On the other hand, a lens surface 15a ″ having a surface shape error, that is, a curve g1 (r ). Further, the other lens surface formed by molding is assumed to be a lens surface 15b ′ having the same shape as the convex lens surface 15b at a position shifted by a slight translation in the optical axis O direction with respect to the convex lens surface 15b. Suppose that there is a lens surface 15b ″ having a surface shape error, that is, a curve g2 (r). The above-described lens surface 15a 'and lens surface 15b' are assumed to be the distance between the surfaces of the molded lens surfaces along the optical axis O (surface thickness) which is not necessarily the design surface between the surfaces along the optical axis O (surface thickness). It is because it cannot be declared that it is the same.

また、理想レンズ面である凹レンズ面15aと光軸Oとの交点を原点とし、横軸にレンズ半径rを採り、理想レンズ面である凸レンズ面15bと光軸Oとの交点を原点とし、横軸にレンズ半径rを採り、さらに各原点より光軸O方向の上方向(下型3から上型2への向き)を+に採り、これら原点よりレンズ半径方向(外径方向)に+とした座標系で、理想レンズ面である凹レンズ面15aを表す曲線をG1(r)とし、理想レンズ面である凸レンズ面15bを表す曲線をG2(r)とすると、任意半径rにおける理想レンズ15における光軸Oに平行な面間Dは、
=G1(r)+T−G2(r)=f(r)
と定義できる。ただし、T{T=f(0)}は、光軸O上での面間距離(定数)とする。
The intersection between the concave lens surface 15a, which is an ideal lens surface, and the optical axis O is used as the origin, the lens radius r is taken on the horizontal axis, and the intersection between the convex lens surface 15b, which is an ideal lens surface, and the optical axis O is used as the origin. The lens radius r is taken as the axis, the upward direction in the optical axis O direction from each origin (the direction from the lower mold 3 to the upper mold 2) is taken as +, and + from the origin to the lens radial direction (outer diameter direction). In this coordinate system, if the curve representing the concave lens surface 15a that is the ideal lens surface is G1 (r) and the curve representing the convex lens surface 15b that is the ideal lens surface is G2 (r), the curve in the ideal lens 15 at the arbitrary radius r is The plane D parallel to the optical axis O is
D 0 = G1 (r) + T 0 −G2 (r) = f 0 (r)
Can be defined. However, T 0 {T 0 = f 0 (0)} is an inter-plane distance (constant) on the optical axis O.

ここで所望とするのは任意半径位置での光軸に平行な面間D=f(r)であるが実際は上述の通りg1(r)、g2(r)のように設計値に対し光軸O方向にズレた面が形成されている。ここでのg1(r)、g2(r)は測定より得られたデータを近似した高次式を近似曲線とする。ただし、横軸はレンズ半径rをとり、縦軸は理想レンズを基準とした量(μm)である。   Here, what is desired is a plane D = f (r) parallel to the optical axis at an arbitrary radius position. Actually, as described above, the optical axis with respect to the design value such as g1 (r) and g2 (r). A surface displaced in the O direction is formed. Here, g1 (r) and g2 (r) are high-order equations obtained by approximating data obtained by measurement as approximate curves. However, the horizontal axis represents the lens radius r, and the vertical axis represents the amount (μm) based on the ideal lens.

そこで、光軸Oとg1(r)、g2(r)とが交わる点を各原点として、これら原点より光軸を縦軸として上方向(下型から上型への向き)を+に採り、これら原点よりレンズ半径方向(外径方向)に+とした横軸とで座標系を定義する。   Therefore, the points where the optical axis O intersects with g1 (r) and g2 (r) are set as the origins, and the upward direction (the direction from the lower mold to the upper mold) is taken as + with the optical axis as the vertical axis from these origins. A coordinate system is defined by a horizontal axis that is + in the lens radial direction (outer diameter direction) from the origin.

実際に成形されたレンズ15の面間Dは、
=g1(r)+T´−g2(r)=f(r)
と定義できる。ただし、T´{T´=f(0)}は光軸O上での面間距離(定数)とする。
The distance D 1 between the surfaces of the actually molded lens 15 is
D 1 = g1 (r) + T 0 '-g2 (r) = f 1 (r)
Can be defined. However, T 0 ′ {T 0 ′ = f 1 (0)} is an inter-plane distance (constant) on the optical axis O.

従って、理想レンズ15に対する実際に成形されたレンズ15の面間誤差は、
−D=g1(r)+T´−g2(r)−G1(r)−T+G2(r)=f(r)−f(r)=Δd(r)
となる。
Accordingly, the inter-surface error of the actually molded lens 15 with respect to the ideal lens 15 is
D 1 -D 0 = g1 (r ) + T 0 '-g2 (r) -G1 (r) -T 0 + G2 (r) = f 1 (r) -f 0 (r) = Δd (r)
It becomes.

ここで、G1(r)、G2(r)、Tの各項は設計値であり、既知の数値である。従って、残りの項のg1(r)、g2(r)、T´を測定、計測し、これを基に型を修正すれば良い。但し、T´は後述するが、型修正時に変動してしまう可能性があるので、型修正後の再度の成形後に成形レンズを測定することで型間の調整を行い、これを修正できる。従って当然ではあるが、人為的に操作できる残った項のg1(r)−g2(r)が最小となるように型を修正すれば良いことになる。 Here, G1 (r), G2 ( r), each term of T 0 is a design value, a known value. Accordingly, the remaining terms g1 (r), g2 (r), and T 0 ′ may be measured and measured, and the mold may be corrected based on this. However, T 0 ′, which will be described later, may fluctuate at the time of mold correction. Therefore, adjustment between molds can be performed by measuring the molded lens after re-molding after mold correction, and this can be corrected. Therefore, as a matter of course, it is only necessary to correct the mold so that the remaining term g1 (r) -g2 (r) that can be manipulated artificially is minimized.

すなわち、このg1(r)−g2(r)を最小化すべく、型の一方を追加工(型修正)する、もしくは場合により両方の型を追加工(型修正)してもよい。ここまでが型修正の考え方である。   That is, in order to minimize g1 (r) -g2 (r), one of the molds may be additionally processed (mold correction), or both molds may be additionally processed (mold correction) depending on circumstances. This is the concept of type correction.

そして、上記レンズ面15a´とレンズ面15b´の設計値からの平行移動ズレ量(図3中のT−T´)及び後述する型修正加工時に発生するレンズ面の光軸O方向平行移動量の修正は成形時の上型、下型の型間調整により行われる。 Then, the amount of translational displacement (T 0 -T 0 'in FIG. 3) from the design values of the lens surface 15a' and the lens surface 15b 'and parallel to the optical axis O direction of the lens surface generated during mold correction processing described later. The amount of movement is corrected by adjusting the upper and lower molds during molding.

まず、図5に示すように、最初に成形されたガラスレンズ15を基に、この凸レンズ面15bの有効径内の形状を触針式表面形状測定機などにより測り、この測定結果と上述の設計値との凸レンズ面15bのズレである形状誤差を測定する(S11)。その測定結果の一例は、図3に示すガラスレンズ15の断面において、凸レンズ面15bは、図7に示す曲線に沿った形状をしており、設計値(設計レンズ面形状)に対する光軸O方向の面形状誤差量が最大でおよそ+0.3μmの誤差量Δt2を有していた(S12)。   First, as shown in FIG. 5, based on the glass lens 15 formed first, the shape within the effective diameter of the convex lens surface 15b is measured by a stylus type surface shape measuring machine or the like. The shape error which is the deviation of the convex lens surface 15b from the value is measured (S11). As an example of the measurement result, in the cross section of the glass lens 15 shown in FIG. 3, the convex lens surface 15b has a shape along the curve shown in FIG. 7, and the optical axis O direction with respect to the design value (designed lens surface shape) Has a maximum error amount Δt2 of about +0.3 μm (S12).

詳しくは、設計値に基づいて加工された下型3によって押圧成形された、図3の断面におけるガラスレンズ15の凸レンズ面15bは、ここでは点Q1から点Q2までが最大の面形状誤差量となっている。   Specifically, the convex lens surface 15b of the glass lens 15 in the cross section of FIG. 3 that has been press-molded by the lower mold 3 processed based on the design value has a maximum surface shape error amount from point Q1 to point Q2 here. It has become.

次いで、成形されたガラスレンズ15の凹レンズ面15aの有効径内の形状を触針式表面形状測定機などにより測り、この測定結果と上述の設計値との凹レンズ面15aのズレである形状誤差を測定する(S13)。その測定結果の一例は、図3に示すガラスレンズ15の断面において、凹レンズ面15aは、図6に示すグラフ曲線に沿った形状をしており、設計値(設計レンズ面形状)に対する光軸O方向の面形状誤差量がおよそ+0.8μmの誤差量Δt1を有していた(S14)。   Next, the shape within the effective diameter of the concave lens surface 15a of the molded glass lens 15 is measured by a stylus type surface shape measuring machine or the like, and a shape error that is a deviation of the concave lens surface 15a between the measurement result and the above-described design value is measured. Measure (S13). As an example of the measurement result, in the cross section of the glass lens 15 shown in FIG. 3, the concave lens surface 15a has a shape along the graph curve shown in FIG. 6, and the optical axis O with respect to the design value (designed lens surface shape). The surface shape error amount in the direction had an error amount Δt1 of approximately +0.8 μm (S14).

詳しくは、設計値に基づいて加工された上型2によって押圧成形された、図3の断面におけるガラスレンズ15の凹レンズ面15aは、ここでは点P1から点P2までが最大の面形状誤差量となっている。   Specifically, the concave lens surface 15a of the glass lens 15 in the cross section of FIG. 3 that has been press-molded by the upper mold 2 processed based on the design value is the maximum surface shape error amount from the point P1 to the point P2 here. It has become.

この段階での成形後のガラスレンズ15は、凹レンズ面15a、及び凸レンズ面15bに設計値に対する形状誤差量Δt1,Δt2を有し、これら形状誤差量Δt1,Δt2が複合して、レンズ単体の性能低下を招き、例えば、複数枚組み合わせて作成されるレンズの光学性能が非常に劣化するため不良品となってしまう。   The glass lens 15 after molding at this stage has shape error amounts Δt1 and Δt2 with respect to the design values on the concave lens surface 15a and the convex lens surface 15b, and these shape error amounts Δt1 and Δt2 are combined so that the performance of the lens itself is combined. For example, the optical performance of a lens formed by combining a plurality of lenses is extremely deteriorated, resulting in a defective product.

しかし、設計値からの形状誤差が僅かであって、(本実施の形態では、凹レンズ面15aにおいて、設計値に対する形状誤差量Δt1が最大でおよそ0.8μm以下の誤差量である。)各レンズ面15a,15b間の光軸Oに平行な距離が設計値に対して同等のガラスレンズ15であれば、光学性能を満足することが確認されている。そのため、ガラスレンズ15は、どちらか一方のレンズ面を各レンズ面15a,15b間の光軸Oに平行な距離が設計値と同等になるように補正するため、レンズ面を転写する上型2、或いは下型3のどちらか一方を再加工すれば良い。場合によっては、両型2,3を再加工しても良い。   However, the shape error from the design value is slight (in the present embodiment, in the concave lens surface 15a, the shape error amount Δt1 with respect to the design value is an error amount of about 0.8 μm or less at the maximum). If the distance between the surfaces 15a and 15b parallel to the optical axis O is equal to the design value, it is confirmed that the optical performance is satisfied. For this reason, the glass lens 15 corrects either one of the lens surfaces so that the distance parallel to the optical axis O between the lens surfaces 15a and 15b is equal to the design value. Alternatively, either one of the lower molds 3 may be reworked. In some cases, both molds 2 and 3 may be reworked.

本実施の形態では、安価に初期型加工のできる球面状の凹状成形面3aを有する下型3を設計値に基づいた状態のままとし、非球面の凸状成形面2aを有する上型2のみを再加工し、ガラスレンズ15の凹レンズ面15aを補正する。つまり、この再加工した上型2によって凹レンズ面15aを補正し、この上型2と初期加工のままの下型3を使用して、ガラスレンズ15を押圧成形する。   In the present embodiment, the lower mold 3 having the spherical concave molding surface 3a that can be initially processed at low cost remains in the state based on the design value, and only the upper mold 2 having the aspherical convex molding surface 2a. Then, the concave lens surface 15a of the glass lens 15 is corrected. That is, the concave lens surface 15a is corrected by the reprocessed upper mold 2, and the glass lens 15 is press-molded using the upper mold 2 and the lower mold 3 with the initial processing.

ここで、ガラスレンズ15の各レンズ面15a,15b間の光軸Oに平行な距離について、説明する。図3に示すように、光軸Oから半径方向への距離rにおけるガラスレンズ15の各レンズ面15a,15b間の光軸Oに平行な距離は、D=f(r)定義でき、レンズ面15a,15bの面形状を表す、前述のような近似の高次式を用いれば容易に算出できる。
そこで、ステップS12,S14によって得られた形状誤差の測定結果を上述のg1(r)-g2(r)によって合成し(図8参照)、合成形状誤差Rを算出する(S15)。その合成形状誤差Rは、グラフ(図9参照)のように、およそ0.48μmの幅を有する合成形状誤差Rとなる。詳しくは、成形されたガラスレンズ15の光軸Oに平行な距離Dは、設計値に基づいて決まるガラスレンズ15の光軸Oに平行な距離Dに対して、図9に示すグラフ曲線に沿った形状をしており、0.48μmの誤差と、設計光学面に対し光軸Oへ不明な量の平行移動分を有している。
Here, the distance parallel to the optical axis O between the lens surfaces 15a and 15b of the glass lens 15 will be described. As shown in FIG. 3, the distance parallel to the optical axis O between the lens surfaces 15a and 15b of the glass lens 15 at a distance r in the radial direction from the optical axis O can be defined as D = f (r). It can be easily calculated by using the approximate higher-order expression as described above representing the surface shapes of 15a and 15b.
Therefore, the shape error measurement results obtained in steps S12 and S14 are synthesized by the above-described g1 (r) -g2 (r) (see FIG. 8), and the synthesized shape error R is calculated (S15). The combined shape error R becomes a combined shape error R having a width of about 0.48 μm as shown in the graph (see FIG. 9). Specifically, the distance D 1 parallel to the optical axis O of the molded glass lens 15 is a graph curve shown in FIG. 9 with respect to the distance D 0 parallel to the optical axis O of the glass lens 15 determined based on the design value. And has an error of 0.48 μm and an unknown amount of parallel movement to the optical axis O with respect to the design optical surface.

従って、最初にこの光軸O方向への不明な平行移動分を考えずに、このグラフ曲線に示された形状に沿って、上型2の凸状成形面2aを補正する。   Accordingly, the convex molding surface 2a of the upper mold 2 is corrected along the shape shown in the graph curve without first considering the unknown parallel movement in the direction of the optical axis O.

また、図6〜図9に示した関数は、図3に示したガラスレンズ15の光軸Oが通る一断面のレンズ面15a,15b形状を表しているため、光軸Oを軸とした合成形状誤差Rを演算処理して算出する。
尚、以上に説明した各ルーチンの動作が本実施形態の第1の工程となる。
Further, the functions shown in FIGS. 6 to 9 represent the shapes of the lens surfaces 15a and 15b of one cross section through which the optical axis O of the glass lens 15 shown in FIG. The shape error R is calculated by calculation.
The operation of each routine described above is the first step of the present embodiment.

ここでのステップS16での合成形状誤差が光学的性能を満たすかどうか、言い換えればその誤差量(誤差幅)が所定値以下であるかどうかを判断する。この誤差量が所定値以下であれば後述のステップS20に進み、所定値を越えていれば型修正の工程であるステップS17,S18に進む。   Here, it is determined whether the combined shape error in step S16 satisfies the optical performance, in other words, whether the error amount (error width) is equal to or less than a predetermined value. If this error amount is less than or equal to a predetermined value, the process proceeds to step S20, which will be described later, and if it exceeds the predetermined value, the process proceeds to steps S17 and S18 which are mold correction processes.

次に、ステップS15で得た合成形状誤差(補正形状R)に基づき、上型2の凸状成形面2aを再加工する(S17)。詳しくは、成形されたガラスレンズ15が設計値に対する光軸Oと平行な方向の合成形状誤差量である、補正形状Rに基づいて、上型2の凸状成形面2aのみを、図9に示したグラフ曲線の軌跡に合わせて削り加工する。   Next, the convex molding surface 2a of the upper mold 2 is reworked based on the combined shape error (corrected shape R) obtained in step S15 (S17). Specifically, only the convex molding surface 2a of the upper mold 2 is shown in FIG. 9 based on the corrected shape R, in which the molded glass lens 15 is a combined shape error amount in a direction parallel to the optical axis O with respect to the design value. Cutting according to the trajectory of the graph curve shown.

この修正加工(追加工)の手段の一つを、図10(a)を用いて説明する。図10(a)のg´´は図9の結果、すなわちg1(r)−g2(r)から算出された量を未修正の凸状成形面2a上に、反転した、すなわち−(g1(r)−g2(r))を反映した線図を示す。ここにおいては型の光軸中心表面を0とした座標を採る。   One of means for this correction processing (additional processing) will be described with reference to FIG. G ″ in FIG. 10A is the result of FIG. 9, that is, the amount calculated from g1 (r) −g2 (r) is inverted on the uncorrected convex molding surface 2a, that is, − (g1 ( r) shows a diagram reflecting -g2 (r)). Here, coordinates with the surface of the center of the optical axis of the mold as 0 are taken.

図9のグラフ中の(+)部分は成形されたガラスレンズの肉厚が相対的に余計であり、(−)部分は肉厚が相対的に足りないというということを示している。このため上型の型表面全体に、図9のグラフ中の(+)部分の肉厚量を上回る肉厚pを溶接、硬質鍍金等により肉盛りし、この肉盛り全体を切削、研削、研磨等の必要な追加工を行い、有効径内に必要な曲線g´´を得るということが考えられる。すなわち、肉盛り表面から曲線g´´までの肉部分である図10(a)の領域S1を除去する。ただし、図10(a)中の(+)部分はその肉盛り部分と伴に上型一部を上記のような追加工が施される。   The (+) portion in the graph of FIG. 9 indicates that the thickness of the molded glass lens is relatively excessive, and the (−) portion indicates that the thickness is relatively insufficient. For this reason, a wall thickness p exceeding the thickness of the (+) portion in the graph of FIG. 9 is built up on the entire upper mold surface by welding, hard plating, etc., and the whole build up is cut, ground and polished. It is conceivable that a necessary curve g ″ is obtained within the effective diameter by performing necessary additional processes such as the above. That is, the region S1 in FIG. 10A, which is a meat portion from the build-up surface to the curve g ″, is removed. However, the (+) portion in FIG. 10 (a) is subjected to the additional processing as described above for the upper die part together with the build-up portion.

また別の手段として図10(b)に示すように、上型2の中に、凸状成形面2aと同じ面を光軸O方向に図9のグラフ中の(+)量の最大値を超える平行移動した曲線2a´´を仮定し、この曲線2a´´上に上記曲線g´´を重ね、少なくとも有効径内の、現状未修正の凸状成形面2aと曲線g´´との間に型肉である図10(b)の領域S2を除去するように切削、研削、研磨等の必要な追加工を行う。
上記二つの手段のうち、後者の工程が簡便である。
As another means, as shown in FIG. 10B, the maximum value of the (+) amount in the graph in FIG. Assuming a curved line 2a ″ that exceeds the parallel movement, the curve g ″ is overlaid on the curved line 2a ″, and at least within the effective diameter, between the currently uncorrected convex molding surface 2a and the curve g ″. Further, necessary additional processing such as cutting, grinding, polishing, etc. is performed so as to remove the region S2 of FIG.
Of the above two means, the latter step is simple.

尚、上軸4への上型2の固定時に設計値に基づくガラスレンズ15の各レンズ面15a,15b間における光軸Oと平行な方向の距離Dを考慮して、上型2と下型3との離間する高さ方向の位置調整を行うようにする。もしくは、型閉め時の型間のストロークを調整すればよい。 Incidentally, in consideration of the distance D 1 of the optical axis O and parallel to the direction between the lens surfaces 15a, 15b of the glass lens 15 based on the design value when the fixed upper mold 2 to the upper shaft 4, the upper mold 2 and the lower The position in the height direction away from the mold 3 is adjusted. Alternatively, the stroke between the molds when the mold is closed may be adjusted.

この段階では、成形されるガラスレンズ15の各レンズ面15a,15bの光軸Oに平行な距離T´と、設計上のガラスレンズ15の各レンズ面15a,15bの光軸Oに平行な距離Tの一致は考えずに、下型3の凹状成形面3aは加工せずに、上型2の凸状成形面2aのみを合成形状誤差(補正形状R)に従って再加工する。尚、このステップS17の動作が本実施の形態における第2の工程となる。 At this stage, a distance T 0 ′ parallel to the optical axis O of each lens surface 15 a, 15 b of the glass lens 15 to be molded and a parallel to the optical axis O of each lens surface 15 a, 15 b of the designed glass lens 15. Without considering the match of the distance T 0 , the concave molding surface 3 a of the lower mold 3 is not processed, and only the convex molding surface 2 a of the upper mold 2 is reworked according to the composite shape error (corrected shape R). The operation in step S17 is the second step in the present embodiment.

次に、再加工した上型2と、未加工の(設計値に基づいて加工された)下型3を使用して、光学素子成形装置1により、ガラス素材15Aからガラスレンズ15を成形する(S18)。尚、このルーチンは、図4に示したフローチャートに示すステップS1〜S10の手順と同じであるため、その詳細な説明を省略する。   Next, the glass lens 15 is molded from the glass material 15A by the optical element molding apparatus 1 using the reprocessed upper mold 2 and the unprocessed lower mold 3 (processed based on the design value) ( S18). Since this routine is the same as the procedure of steps S1 to S10 shown in the flowchart shown in FIG. 4, detailed description thereof is omitted.

そして、形成したガラスレンズ15の凹レンズ面15aの面形状を触針式表面形状測定機などにより測定する(S13)。その測定結果の一例は、図11に示すように、ガラスレンズ15の凹レンズ面15aの形状が設計値に対して光軸O方向に0.35μmの幅の誤差量である形状誤差量Δt´を有していた。ここで、設計値に対する面形状誤差を表す線図をg1m(r)とする。   Then, the surface shape of the concave lens surface 15a of the formed glass lens 15 is measured by a stylus type surface shape measuring machine or the like (S13). As an example of the measurement result, as shown in FIG. 11, the shape error amount Δt ′, which is an error amount having a width of 0.35 μm in the optical axis O direction with respect to the design value, is formed on the concave lens surface 15a of the glass lens 15. Had. Here, a diagram representing a surface shape error with respect to a design value is defined as g1m (r).

このステップS14での凹レンズ面15aの形状誤差量Δt1´と、ステップS14での凸レンズ面15bの形状誤差量Δt2(ここでは、0.3μm)に基づいて、ガラスレンズ15の設計値に対する合成形状誤差を算出する。   Based on the shape error amount Δt1 ′ of the concave lens surface 15a in step S14 and the shape error amount Δt2 (here 0.3 μm) of the convex lens surface 15b in step S14, the combined shape error with respect to the design value of the glass lens 15 Is calculated.

その算出のため、ステップS16で行ったように、面形状誤差を表すg2(r)と型修正されて成形された凹レンズ面15aの面形状誤差を表すg1m(r)とを重ね合わせ(図12)その差をg1m(r)−g2(r)を算出する。この結果が図13であり、合成形状誤差を表す線図となり、この線図の最大値と最小値との間隔が最終的な合成面形状誤差となる。   For this calculation, as performed in step S16, g2 (r) representing the surface shape error and g1m (r) representing the surface shape error of the concave lens surface 15a formed by correcting the mold are superimposed (FIG. 12). ) The difference is calculated as g1m (r) -g2 (r). This result is shown in FIG. 13, which is a diagram representing the composite shape error, and the interval between the maximum value and the minimum value of this diagram is the final composite surface shape error.

その結果の一例は、図13に示すように、成形後のガラスレンズ15は、有効径内における各レンズ面15a,15bで形成された合成面形状誤差が設計値に対して、0.1μm以下である最大でおよそ0.09μmの誤差に収まっていた。   As an example of the result, as shown in FIG. 13, the glass lens 15 after molding has a composite surface shape error formed by the lens surfaces 15a and 15b within the effective diameter of 0.1 μm or less with respect to the design value. The maximum error was within 0.09 μm.

次に、ステップS15での結果から、成形されたガラスレンズ15が所定の光学性能を満足しているか否かの判断を行う(S16)。ここでの判断は、成形後のガラスレンズ15の有効径内における各レンズ面15a,15bの光軸Oと平行な誤差量が設計上の光学面に対する誤差量Δd(r)が光学性能を満足可能とする許容精度(品質)である±2μm以内(-2μm≦Δd(r)≦+2μm)であるか否かの判断を行い、この光学性能を満足可能とする許容精度範囲内であれば、次の工程である第4の工程で型間調整を行う。   Next, based on the result in step S15, it is determined whether or not the molded glass lens 15 satisfies a predetermined optical performance (S16). The judgment here is that the amount of error parallel to the optical axis O of each lens surface 15a, 15b within the effective diameter of the glass lens 15 after molding satisfies the optical performance with the amount of error Δd (r) with respect to the designed optical surface. It is determined whether the allowable accuracy (quality) is within ± 2 μm (−2 μm ≦ Δd (r) ≦ + 2 μm), and if it is within the allowable accuracy range that can satisfy this optical performance. In the fourth step, which is the next step, adjustment between molds is performed.

尚、合成面形状誤差量が±2μm以内に収まっていない場合は、再度ステップS17に移行し、各ルーチン(ステップS17,18,S13〜S16)を実施する。また、これらステップS17〜S16で行われるルーチンが本実施の形態の第3の工程となる。   If the composite surface shape error amount is not within ± 2 μm, the process proceeds to step S17 again, and each routine (steps S17, 18, S13 to S16) is performed. The routine performed in steps S17 to S16 is the third step of the present embodiment.

そして、最後の工程である第4の工程を説明する。この工程では、修正された型により成形されたガラスレンズ15は、上述のように光軸O中心での肉厚が、設計値であるTに対し、その寸法がその値からずれたT´という寸法で成形されているので、成形されたガラスレンズの光軸O中心肉厚T´を測定し、設計値Dとの差分を成形時の型間で調整する(S19)。これによれば、合成面形状誤差が修正された一対の面間はその修正を崩さず相対的にその間隔が変更されるだけでこの差分が除去される。 And the 4th process which is the last process is demonstrated. In this step, the glass lens 15 molded by the modified type, T 0 thickness in the optical axis O center as described above, with respect to T 0 is a design value, that dimension is deviated from that value Since it is molded with the dimension ', the optical axis O center thickness T 0 ' of the molded glass lens is measured, and the difference from the design value D 0 is adjusted between the molds during molding (S19). According to this, the difference is removed only by relatively changing the interval between the pair of surfaces in which the combined surface shape error is corrected without damaging the correction.

このように、ガラスレンズ15は、凸レンズ面15bと凹レンズ面15aとの相対距離が設計によって決まる値と略同じとなり、良好な光学性能を満足する許容精度(品質)を備えている。   As described above, the glass lens 15 has an allowable accuracy (quality) that satisfies a good optical performance because the relative distance between the convex lens surface 15b and the concave lens surface 15a is substantially the same as a value determined by design.

以上に説明した形状補正のため再加工された上型2と、設計値に基づいて加工された下型3とを使用して、光学素子成形装置1によって、連続10000ショット以上のガラスレンズ15の成形を実施して検証した結果、成形された全てのガラスレンズ15は、各レンズ面15a,15b間の光軸Oに平行な距離が設計上の距離に対して、良好な光学性能を満足する許容精度(品質)である誤差量±2μm以内という結果が得られた。   Using the upper mold 2 reworked for the shape correction described above and the lower mold 3 machined based on the design value, the optical element molding apparatus 1 allows the glass lens 15 of continuous 10,000 shots or more. As a result of performing the molding and verifying, all of the molded glass lenses 15 have satisfactory optical performance with respect to the design distance with the distance parallel to the optical axis O between the lens surfaces 15a and 15b. The result was an error amount within ± 2 μm which was an acceptable accuracy (quality).

また、本実施の形態においては、一対の型の一方である上型2の非球面形状の凸状成形面2aのみを再加工し、一対の型の他方である下型3の球面形状の凹状成形面3aは再加工しないため、型を作り直す手間が掛からず、安価な初期加工で済むと共に、型自体の加工におけるリードタイムが1ヶ月以上の期間で短縮できた。さらに、上型2の再加工時には、下型3の初期加工が完了しているため、型の成形面を加工する加工機は上型2の凸状成形面2aの再加工に集中して使用することができ、該加工機稼動の分散化を図ることができた。   In the present embodiment, only the aspherical convex molding surface 2a of the upper mold 2 which is one of the pair of molds is reworked, and the spherical concave shape of the lower mold 3 which is the other of the pair of molds. Since the molding surface 3a is not reworked, it does not require time and effort to recreate the mold, and inexpensive initial machining is sufficient, and the lead time in machining the mold itself can be shortened in a period of one month or longer. Further, when the upper mold 2 is reworked, the initial machining of the lower mold 3 is completed, so the processing machine for processing the mold molding surface is concentrated on reworking the convex molding surface 2a of the upper mold 2 It was possible to distribute the operation of the processing machine.

以上に説明したように本実施の形態のガラス光学素子成形方法によれば、一対の型2,3による押圧成形により、各成形面2a,3aが転写するガラスレンズ15の各レンズ面15a,15bの面精度を考慮しなくとも、上述した簡易な方法によりガラスレンズ15の概略形状である各レンズ面15a,15b間の光軸Oに平行な距離を設計値に合わせることで、該ガラスレンズ15の光学性能を満足することができるため、難形状の光学素子の成形においても容易に設定が可能となる。   As described above, according to the glass optical element molding method of the present embodiment, the lens surfaces 15a and 15b of the glass lens 15 to which the molding surfaces 2a and 3a are transferred by press molding with the pair of molds 2 and 3 are used. Even if the surface accuracy of the glass lens 15 is not taken into consideration, the distance between the lens surfaces 15a and 15b, which is the approximate shape of the glass lens 15, parallel to the optical axis O is adjusted to the design value by the above-described simple method. Since the optical performance can be satisfied, it can be easily set even in the molding of difficult-shaped optical elements.

また、本実施の形態のガラス光学素子成形方法は、光学素子成形装置1の種々の設定をガラスレンズ15の良好な光学性能を満足するように何度も変更しなくても、成形するガラスレンズ15のサンプリングに合わせて、各レンズ面15a,15b間の光軸Oに平行な距離を設計値に基づいて決まる距離に合わせるための上型2の補正加工だけでよいので、労力を要せず、時間短縮可能となり、ガラスレンズ15の生産性を向上することができる。また、本実施の形態のガラス光学素子成形方法は、ガラスレンズ15の冷却速度を遅くする必要が無いため、ガラスレンズ15の製造のサイクルタイムの増大を防止でき、生産性が劣るという問題も回避することができる。以上の結果から、ガラスレンズ15の製造における歩留まりを向上することができる。   Further, the glass optical element molding method of the present embodiment is a glass lens to be molded without changing various settings of the optical element molding apparatus 1 many times so as to satisfy the good optical performance of the glass lens 15. In accordance with the sampling of 15, it is only necessary to correct the upper die 2 for adjusting the distance parallel to the optical axis O between the lens surfaces 15a and 15b to the distance determined based on the design value, so that labor is not required. Thus, the time can be shortened, and the productivity of the glass lens 15 can be improved. In addition, since the glass optical element molding method of the present embodiment does not need to slow down the cooling rate of the glass lens 15, it is possible to prevent an increase in the cycle time of manufacturing the glass lens 15 and avoid the problem of poor productivity. can do. From the above results, the yield in manufacturing the glass lens 15 can be improved.

尚、本実施の形態では、上型2の凸状成形面2a側を補正加工したが、これに限ることなく、下型3の凹状成形面3a側を各レンズ面15a,15b間における光軸Oに平行な軸に沿った距離と設計値で決まる距離との合成形状誤差であるズレ部分を補正する補正加工を行っても良い。   In this embodiment, the convex molding surface 2a side of the upper mold 2 is corrected. However, the present invention is not limited to this, and the concave molding surface 3a side of the lower mold 3 is the optical axis between the lens surfaces 15a and 15b. You may perform the correction process which correct | amends the shift | offset | difference part which is a synthetic | combination shape error with the distance along the axis | shaft parallel to O, and the distance determined by a design value.

また、本実施の形態では、凸レンズ面15bが球面形状のガラスレンズ15を例に挙げたが、これに限定されることなく、両レンズ面15a,15bが非球面形状のガラスレンズ15に適用可能である。つまり、両レンズ面15a,15bに光学面を転写する各型2,3のいずれか一方に上記ズレ部分の量をフィードバックして補正加工すれば良い。   Further, in the present embodiment, the glass lens 15 having the spherical surface of the convex lens surface 15b is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and the lens surface 15a, 15b can be applied to the glass lens 15 having an aspherical shape. It is. That is, correction processing may be performed by feeding back the amount of the shift portion to one of the molds 2 and 3 that transfer the optical surfaces to both lens surfaces 15a and 15b.

さらに、本実施の形態では、ガラスレンズ15の屈折率調整のためのアニール工程を実施していないが、該アニール工程を実施する場合、アニール後のガラスレンズ15の形状を基準に上記ズレ部分の量をキャンセルするように、一対の型2,3の一方のみを補正加工すれば良い。   Further, in the present embodiment, the annealing process for adjusting the refractive index of the glass lens 15 is not performed. However, when the annealing process is performed, the above-described misalignment portion is determined based on the shape of the glass lens 15 after annealing. Only one of the pair of molds 2 and 3 may be corrected so as to cancel the amount.

(第2の実施の形態)
本実施の形態のガラス光学素子成形方法は、第1の実施の形態での成形する一対の光学面の有効径が同一のガラスレンズ15に対し、一対の光学面の有効径が互いに異なるガラスレンズを成形し補正する場合である。ここで、第1の実施の形態において記載した各構成については、同じ符号を使って、それらの詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
The glass optical element molding method of the present embodiment is a glass lens in which the effective diameters of the pair of optical surfaces are different from each other with respect to the glass lens 15 having the same effective diameter of the pair of optical surfaces to be molded in the first embodiment. Is formed and corrected. Here, about each structure described in 1st Embodiment, the detailed description is abbreviate | omitted using the same code | symbol.

以下に、一対の光学面の有効径が互いに異なる本実施の形態のガラス光学素子成形方法を図14〜図16を用いて説明する。尚、図14は、凹レンズ面15aから見たガラスレンズ15の平面図である。図15は、凸レンズ面15bから見たガラスレンズ15の平面図である。図16は、図14、及び図15のXI−XI線に沿ったガラスレンズ15の断面図である。尚、図15は、図14に示したa−a´方向のみが逆向きに、図14に示したb−b´方向を変更せずに、図14のガラスレンズ15を裏返した状態を示している。   Below, the glass optical element shaping | molding method of this Embodiment from which the effective diameter of a pair of optical surface differs mutually is demonstrated using FIGS. FIG. 14 is a plan view of the glass lens 15 viewed from the concave lens surface 15a. FIG. 15 is a plan view of the glass lens 15 viewed from the convex lens surface 15b. FIG. 16 is a cross-sectional view of the glass lens 15 taken along line XI-XI in FIGS. 14 and 15. 15 shows a state in which only the aa ′ direction shown in FIG. 14 is reversed and the glass lens 15 of FIG. 14 is turned upside down without changing the bb ′ direction shown in FIG. ing.

図14に示すように、ガラスレンズ15の凹レンズ面15aには、第1の有効径Z1を有し、図15に示すように、ガラスレンズ15の凸レンズ面15bには第2の有効径Z2を有している。本実施の形態のガラスレンズ15は、凹レンズ面15a側の有効径Z1に対して、凸レンズ面15b側の有効径Z2が大きい(Z1<Z2)、凹メニスカスレンズである。   As shown in FIG. 14, the concave lens surface 15a of the glass lens 15 has a first effective diameter Z1, and the convex lens surface 15b of the glass lens 15 has a second effective diameter Z2 as shown in FIG. Have. The glass lens 15 of the present embodiment is a concave meniscus lens in which the effective diameter Z2 on the convex lens surface 15b side is larger than the effective diameter Z1 on the concave lens surface 15a side (Z1 <Z2).

以下に、本実施の形態のガラス光学素子成形方法を説明する。
尚、成形したガラスレンズ15の一方の面であるレンズ面15aにおける光軸中心からの任意半径における一点と該一点に対応する他方の面であるレンズ面15bにおける後述する一点との距離(これを説明中では「成形擬似面間」と称する)と、設計上のガラスレンズ15の一方の面であるレンズ面15aにおける光軸O中心からの任意半径における一点と該一点に対応する他方の面であるレンズ面15bにおける後述する一点との距離(これをこの説明中では「設計擬似面間」と称する)とが略同一であれば、成形したガラスレンズ15は、必要な半径における光学性能を略満足することが確認されている。そのため、本実施の形態では、以下に説明するような方法によって、ガラス光学素子であるガラスレンズ15を成形する。
Below, the glass optical element shaping | molding method of this Embodiment is demonstrated.
The distance between one point at an arbitrary radius from the center of the optical axis on the lens surface 15a that is one surface of the molded glass lens 15 and one point that will be described later on the lens surface 15b that is the other surface corresponding to the one point. In the description, it is referred to as “between molded pseudo-surfaces”): one point at an arbitrary radius from the center of the optical axis O on the lens surface 15a, which is one surface of the designed glass lens 15, and the other surface corresponding to the one point. If the distance between a lens surface 15b and a later-described point (this is referred to as “design pseudo-between” in this description) is substantially the same, the molded glass lens 15 has an optical performance at a required radius. It has been confirmed that they are satisfied. Therefore, in the present embodiment, the glass lens 15 that is a glass optical element is formed by a method as described below.

先ず、光学素子成形装置1によって、第1の実施の形態と同様に、図4に示したフローチャートの手順でガラスレンズ15の設計に基づく成形面2a,3aが加工された各型2,3によりガラスレンズ15を押圧形成する。そして、第1の実施の形態でのステップS11,S13と同様にして、ガラスレンズ15の各レンズ面15a,15bの夫々の有効径内の形状を触針式表面形状測定機などにより測定する。   First, as in the first embodiment, the optical element molding apparatus 1 uses the molds 2 and 3 in which the molding surfaces 2a and 3a based on the design of the glass lens 15 are processed according to the procedure of the flowchart shown in FIG. The glass lens 15 is pressed and formed. Then, similarly to steps S11 and S13 in the first embodiment, the shapes of the lens surfaces 15a and 15b of the glass lens 15 within the effective diameter are measured by a stylus type surface shape measuring machine or the like.

次に、成形されたガラスレンズ15から、該ガラスレンズ15の有効径Z1内における光軸Oからの半径方向の第1の距離r1にある凹レンズ面15a上の任意の第1の点A(図14参照)を決定する。そして、凹レンズ面15aの有効径Z1と凸レンズ面15bの有効径Z2の比率により、凹レンズ面15a上の第1の距離r1にある第1の点Aに対応した凸レンズ面15b上の有効径Z2内にある第2の点A´(図15参照)の位置を特定する。   Next, an arbitrary first point A on the concave lens surface 15a at the first radial distance r1 from the optical axis O within the effective diameter Z1 of the glass lens 15 from the molded glass lens 15 (FIG. 14). Then, depending on the ratio of the effective diameter Z1 of the concave lens surface 15a and the effective diameter Z2 of the convex lens surface 15b, within the effective diameter Z2 on the convex lens surface 15b corresponding to the first point A at the first distance r1 on the concave lens surface 15a. The position of the second point A ′ at (see FIG. 15) is specified.

この第2の点A´を特定するにあたり、先ず、光軸Oからの半径方向の第2の距離r2を求める。詳しくは、上記任意の点Aに対応する該凸レンズ面15b上の点A´における光軸Oからの第2の距離r2は、
Z2×r1/Z1=r2・・・式(4)
から算出することができる。
In specifying the second point A ′, first, a second distance r2 in the radial direction from the optical axis O is obtained. Specifically, the second distance r2 from the optical axis O at the point A ′ on the convex lens surface 15b corresponding to the arbitrary point A is
Z2 × r1 / Z1 = r2 (4)
It can be calculated from

すなわち、この点A´は、凹レンズ面15aの点Aと光軸Oとを有する面内にある点であって、この面によって切断される図16に示すガラスレンズ15の断面内にあると共に、上記点Aの近傍における光軸Oから距離r2にあって、光軸Oに直交する直線と凸レンズ面15bとが交わった位置にある点となる。   That is, this point A ′ is a point in the plane having the point A of the concave lens surface 15a and the optical axis O, and is in the cross section of the glass lens 15 shown in FIG. This is a point at a distance r2 from the optical axis O in the vicinity of the point A and at a position where a straight line orthogonal to the optical axis O and the convex lens surface 15b intersect.

次に、凹レンズ面15aの点Aと凸レンズ面15bの点A´の位置における設計値に対する夫々の誤差量Δt1,Δt2を上述の触針式表面形状測定機によって測定した値から算出する。そして、これら誤差量Δt1,Δt2を上記第1の実施の形態と同様に合成し、成形したガラスレンズ15の設計値に対する合成形状誤差を算出する。この合成の際、レンズ面15a,15bでの誤差を表す線図は、任意点AとA´との対比において、横軸方向に互いにズレているので、単純に合成できない。この線図の合成においては、上記有効径比を凹レンズ面15a、若しくは凸レンズ面15bの一方の横軸に乗算するか除算をしてから合成する。この合成形状誤差が本実施の形態での補正形状Rとなる。   Next, the respective error amounts Δt1 and Δt2 with respect to the design values at the position of the point A on the concave lens surface 15a and the point A ′ on the convex lens surface 15b are calculated from the values measured by the stylus type surface shape measuring instrument. Then, these error amounts Δt1 and Δt2 are combined in the same manner as in the first embodiment, and a combined shape error with respect to the design value of the molded glass lens 15 is calculated. At the time of this synthesis, the diagrams representing the errors on the lens surfaces 15a and 15b are not simply synthesized because they are shifted from each other in the horizontal axis direction in the comparison between the arbitrary points A and A '. In the synthesis of this diagram, the effective diameter ratio is multiplied or divided by one horizontal axis of the concave lens surface 15a or the convex lens surface 15b. This combined shape error becomes the corrected shape R in the present embodiment.

即ち、本実施の形態では、第1の実施の形態での光軸Oと平行な方向の距離に対して、ガラスレンズ15の各レンズ面15a,15bの補正形状Rから算出するのではなく、各レンズ面15a,15bの有効径Z1,Z2の比率により対応する点A,A´間の、距離L(r1)が設計値に基づいて決まる距離L(r1)との誤差に合わせて補正形状Rから算出する。 That is, in the present embodiment, the distance in the direction parallel to the optical axis O in the first embodiment is not calculated from the corrected shape R of the lens surfaces 15a and 15b of the glass lens 15, The distance L 1 (r1) between the corresponding points A and A ′ according to the ratio of the effective diameters Z1 and Z2 of the lens surfaces 15a and 15b is adjusted according to an error from the distance L 0 (r1) determined based on the design value. Calculated from the corrected shape R.

尚、成形後のガラスレンズ15の各有効径Z1,Z2における凹レンズ面15a上の任意の点Aに対する凸レンズ面15b上の点A´を特定したように、凹レンズ面15a上の任意の複数箇所の点Aに対する凸レンズ面15b上の点A´を式(4)に基づいて、特定し、上記の補正形状Rから算出する。   In addition, as the point A ′ on the convex lens surface 15b with respect to the arbitrary point A on the concave lens surface 15a at each effective diameter Z1 and Z2 of the glass lens 15 after molding is specified, a plurality of arbitrary positions on the concave lens surface 15a are specified. A point A ′ on the convex lens surface 15b with respect to the point A is specified based on the equation (4) and calculated from the correction shape R described above.

そして、第1の実施の形態と同様にして、成形後のガラスレンズ15の凹レンズ面15aを補正するために、下型3の凹状成形面3aは加工せずに、上型2の凸状成形面2aのみを上記補正形状Rに基づいて再加工する。次に、再加工した上型2と、未再加工の(設計値に基づいて加工された)下型3を使用して、光学素子成形装置1により、第1の実施の形態と同様にして、ガラス素材15Aからガラスレンズ15を成形する。   Then, in the same manner as in the first embodiment, in order to correct the concave lens surface 15a of the glass lens 15 after molding, the concave molding surface 3a of the lower mold 3 is not processed, and the convex molding of the upper mold 2 is performed. Only the surface 2a is reworked based on the corrected shape R. Next, using the reprocessed upper mold 2 and the unreprocessed lower mold 3 (processed based on the design value), the optical element molding apparatus 1 performs the same as in the first embodiment. The glass lens 15 is molded from the glass material 15A.

尚、修正された上記上型2を用いて、このガラスレンズ15を押圧成形する際には、第1の実施の形態と同様に、光軸中心の型間の調整するか、もしくは上軸4への上型2の固定時に設計上のガラスレンズ15を考慮して、上型2と下型3との離間する高さ方向の位置調整を行うようにする。   When the glass lens 15 is press-molded using the modified upper mold 2, the adjustment between the molds at the center of the optical axis or the upper shaft 4 is performed as in the first embodiment. In consideration of the design glass lens 15 when the upper mold 2 is fixed to the head, the position adjustment in the height direction in which the upper mold 2 and the lower mold 3 are separated from each other is performed.

そして、次に、再度成形したガラスレンズ15における合成形状誤差を上記と同じく算出する。   Next, the combined shape error in the re-formed glass lens 15 is calculated in the same manner as described above.

尚、成形したガラスレンズ15の各レンズ面15a,15bの有効径Z1,Z2における凹レンズ面15a上の任意の点Aに対する凸レンズ面15b上の点A´を特定したように、凹レンズ面15a上の任意の複数箇所の点Aに対する凸レンズ面15b上の点A´を特定し、その各点A,A´を結んだレンズ面15a,15b間の第2の距離Lを複数個所で測定し、夫々対応する設計によって決まる各点A,A´を結んだ上記第1の距離L(r1)と比較する。 Note that the point A ′ on the convex lens surface 15b with respect to an arbitrary point A on the concave lens surface 15a in the effective diameters Z1 and Z2 of the lens surfaces 15a and 15b of the molded glass lens 15 is specified, so that it is on the concave lens surface 15a. identify A'point on the convex lens surface 15b for a point a of arbitrary plural portions, measured the points a, connecting the A'lens surface 15a, the second distance L 1 between 15b at a plurality of locations, Comparison is made with the first distance L 0 (r1) connecting the points A and A ′ determined by the corresponding designs.

また、成形したガラスレンズ15と、設計上のガラスレンズ15との上記点A−A´間の長さにおける誤差量ΔL(r1)は、
(r1)−L(r1)=ΔL(r1) ・・・式(5)(但し、r2は上記の式(4)である。)
と定義できる。
Further, an error amount ΔL (r1) in the length between the points AA ′ of the molded glass lens 15 and the designed glass lens 15 is expressed as follows.
L 0 (r1) −L 1 (r1) = ΔL (r1) (5) (where r2 is the above equation (4)).
Can be defined.

そして、本実施の形態のガラス光学素子成形方法では、求められたレンズ面15a,15b間の各点における設計擬似面間に対する誤差量ΔL(r1)が略ゼロ(ΔL(r1)≒0)とするように、第1の実施の形態と同様にして、上型2の凸状成形面2aのみを補正の為に追加工する。そして、必要に応じ型間の調整を行い、レンズを成形する。   In the glass optical element molding method of the present embodiment, the error amount ΔL (r1) with respect to the design pseudo surface at each point between the obtained lens surfaces 15a and 15b is substantially zero (ΔL (r1) ≈0). In the same manner as in the first embodiment, only the convex molding surface 2a of the upper mold 2 is additionally processed for correction. Then, adjustment between molds is performed as necessary to mold the lens.

こうして成形したガラスレンズ15は、各レンズ面15a,15bの有効径Z1,Z2の比率に対応した、光軸Oからの距離r1,r2にある各レンズ面15a,15b上の複数個所の2つの点(A,A´)間の距離Lを設計上の同じ各点位置における各レンズ面15a,15b間の距離Lと略同じ長さとなるように、形状が補正されることで、各レンズ面15a,15bが設計値に対して微小な誤差領域内の形状のズレを有していても、より良好な光学性能を満足することができる。 The glass lens 15 thus molded has two portions on the lens surfaces 15a and 15b at the distances r1 and r2 from the optical axis O corresponding to the ratio of the effective diameters Z1 and Z2 of the lens surfaces 15a and 15b. point (a, A') to be substantially the same length as the distance L 0 between the lens surfaces 15a, 15b at the same points position on the design distance L 1 between, that shape is corrected, the Even if the lens surfaces 15a and 15b have a shape deviation within a minute error region with respect to the design value, better optical performance can be satisfied.

また、上記発明の説明において、T´をTに合わせる、若しくは近づけるために型間の調整を行えばよいと説明したが、必ずしもこの調整は場合により必要でない。つまり、1つのケースとして、成形されたガラスレンズの肉厚(面間距離)が全体的に理想レンズ(設計レンズ)のそれより薄い場合は、理想レンズの面間Tに対する成形されたレンズの収縮量を考慮、計算して型を追い込むように追加工すればよい。もし、この計算値から再度成形されたガラスレンズ15のT´がTから大きく外れた場合は型間の調整を行えばいいだけの事となる。 In the above description of the invention, it has been described that adjustment between molds may be performed in order to make T 0 ′ match or approach T 0 , but this adjustment is not always necessary. That is, as one case, for thin than wall thickness of molded glass lenses (interplanar distance) is generally ideal lens (design lens), the lens molded with respect to the surface between T 0 of the ideal lens Additional processing may be performed so that the amount of shrinkage is taken into account and calculated. If T 0 ′ of the glass lens 15 molded again from this calculated value deviates greatly from T 0, it is only necessary to adjust the mold.

また、本発明によれば設計とおりの理想レンズ面形状に修正することも無く容易な修正で済み、型加工に膨大な時間をかけることも無くレンズを生産できるので生産性の向上に寄与するものである。   In addition, according to the present invention, the lens can be easily corrected without correcting to the ideal lens surface shape as designed, and the lens can be produced without spending enormous time on the mold processing, which contributes to the improvement of productivity. It is.

また、本発明の実施は、レンズの屈折調整のためのアニール処理後の形状と設計レンズ形状との対比にて行われてもよい。   Further, the present invention may be carried out by comparing the shape after annealing for adjusting the refraction of the lens with the design lens shape.

また、上記各実施形態の光学素子成形装置1では、上型2側を可動型としているが、これに限らず、上型2側を固定型とし、下型3側を可動型として、他は同様な構成を適用することも可能である。   In the optical element molding apparatus 1 of each of the above embodiments, the upper mold 2 side is a movable mold. However, the present invention is not limited to this, and the upper mold 2 side is a stationary mold and the lower mold 3 side is a movable mold. A similar configuration can be applied.

この発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.

例えば、各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in each embodiment, the problems described in the column of problems to be solved by the invention can be solved, and the effects described in the effects of the invention can be achieved. In the case of being obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

本発明によるガラス光学素子成形方法を用いることで、良好な光学性能を満足する光学素子を製造する生産性を向上する光学素子成形装置に適用可能になる。   By using the glass optical element molding method according to the present invention, the glass optical element molding method can be applied to an optical element molding apparatus that improves productivity for manufacturing an optical element that satisfies satisfactory optical performance.

本発明の第1の実施の形態に係る光学素子成形装置の内部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the inside of the optical element shaping | molding apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 同、図2は、図1の光学素子成形装置の一対の型、スリーブ、及びガラス素材を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a pair of molds, a sleeve, and a glass material of the optical element molding apparatus of FIG. 同、図3は、成形後のガラスレンズの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the molded glass lens. 同、ガラス素材からガラスレンズを成形する光学素子成形装置の動作フローチャートである。3 is an operation flowchart of the optical element molding apparatus for molding a glass lens from a glass material. 同、光学性能を満足するように設計値に近似する光学素子を成形する動作フローチャートである。4 is an operation flowchart for molding an optical element that approximates a design value so as to satisfy optical performance. 同、図3のガラス光学素子の一断面における凹レンズ面の形状を示す関数グラフである。4 is a function graph showing the shape of a concave lens surface in one section of the glass optical element in FIG. 同、図3のガラス光学素子の一断面における凸レンズ面の形状を示す関数グラフである。4 is a function graph showing the shape of a convex lens surface in one section of the glass optical element of FIG. 同、図6、及び図7に示した関数を重ね合わせた関数グラフである。FIG. 8 is a function graph in which the functions shown in FIGS. 6 and 7 are superimposed. 同、図6、及び図7に示した関数を合成した関数グラフである。FIG. 8 is a function graph in which the functions shown in FIGS. 6 and 7 are synthesized. 同、図10(a)は修正加工(追加工)の手段の一つを説明するための上型の断面に成形後のガラスレンズの断面を重ね合わせた状態を示す図、図10(b)は図10(a)での修正加工(追加工)の手段の一つとは別の手段を説明するための上型の断面に成形後のガラスレンズの断面を重ね合わせた状態を示す図である。FIG. 10A is a diagram showing a state in which the cross section of the glass lens after molding is superimposed on the cross section of the upper mold for explaining one of the means for correction processing (additional processing), and FIG. FIG. 11 is a view showing a state in which the cross section of the glass lens after molding is superimposed on the cross section of the upper mold for explaining another means different from one of the means of correction processing (additional machining) in FIG. . 同、加工後の上型の凸状成形面によって成形されたガラスレンズの一断面における凹レンズ面の形状を示す関数グラフである。It is a function graph which shows the shape of the concave lens surface in one cross section of the glass lens shape | molded by the convex shape molding surface of the upper mold | type after a process similarly. 同、面形状誤差と型修正されて成形された凹レンズ面の面形状誤差とを重ね合わせた状態のガラスレンズの一断面における凹レンズ面の形状を示す関数グラフである。FIG. 6 is a functional graph showing the shape of a concave lens surface in one cross section of a glass lens in a state where a surface shape error and a surface shape error of a concave lens surface that has been mold-corrected are superimposed. 同、図7、及び図9に示した関数を合成した関数グラフである。10 is a function graph obtained by synthesizing the functions shown in FIGS. 7 and 9. 本発明の第2の実施の形態に係る凹レンズ面から見たガラスレンズの平面図である。It is a top view of the glass lens seen from the concave lens surface which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 同、凸レンズ面から見たガラスレンズの平面図である。It is a top view of the glass lens seen from the convex lens surface. 同、図13、及び図14のXI−XI線に沿ったガラスレンズの断面図である。It is sectional drawing of the glass lens along the XI-XI line | wire of FIG. 13 and FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ・・・光学素子成形装置
2 ・・・上型(一対の型の一方)
2a ・・・凸状成形面
3 ・・・下型(一対の型の他方)
3a ・・・凹状成形面
15A・・・ガラス素材
15 ・・・ガラスレンズ(光学素子)
15a・・・凹ガラス面(光学面)
15b・・・凸ガラス面(光学面)
O ・・・光軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical element shaping | molding apparatus 2 ... Upper type | mold (one of a pair of type | molds)
2a ... convex molding surface 3 ... lower mold (the other of a pair of molds)
3a: concave molding surface 15A: glass material 15: glass lens (optical element)
15a ... concave glass surface (optical surface)
15b ... convex glass surface (optical surface)
O ... Optical axis

Claims (3)

ガラス素材を一対の型により押圧してガラス光学素子を成形するガラス光学素子成形方法において、
上記ガラス光学素子の設計値に基づいた光学面形状を転写可能な形状に加工された光学成形面を有する上記一対の型を用いて成形した上記ガラス光学素子の一対の上記光学面形状と上記設計値に基づいて決まる上記光学面形状との差を測定する第1の工程と、
上記測定された差に基づいて、上記ガラス光学素子の上記一対の光学面における光軸と平行な上記光学面間の距離を上記設計値に基づいて決まる距離と同じ距離にするため、上記一対の一方の型の上記光学成形面を加工する第2の工程と、
上記加工された上記一方の型と、上記一対の型の他方の型と伴に上記ガラス光学素子を成型する第3の工程と、
を備えることを特徴とするガラス光学素子成形方法。
In a glass optical element molding method of molding a glass optical element by pressing a glass material with a pair of molds,
The pair of optical surface shapes and the design of the glass optical element molded using the pair of molds having the optical molding surface processed into a shape capable of transferring an optical surface shape based on the design value of the glass optical element. A first step of measuring a difference from the optical surface shape determined based on the value;
In order to make the distance between the optical surfaces parallel to the optical axis of the pair of optical surfaces of the glass optical element based on the measured difference equal to the distance determined based on the design value, A second step of processing the optical molding surface of one mold;
A third step of molding the glass optical element together with the processed one mold and the other of the pair of molds;
A glass optical element molding method comprising:
ガラス素材を一対の型により押圧してガラス光学素子を成形するガラス光学素子成形方法であって、
上記ガラス光学素子の一対の光学面上の任意の点における光軸からの距離をrとし、上記ガラス光学素子の設計値における上記一対の光学面間の光軸に平行な距離Dを下記式(1)で表したとき、上記成形されたガラス光学素子の上記一対の光学面間の光軸に平行な距離Dを下記式(2)とすると、
下記(3)によって表される差Δd(r)が略ゼロ{Δd(r)≒0}となるように、上記一対の型の少なくとも一方の型に加工と成形時の型間調整を行い、上記一対の型により上記ガラス光学素子を押圧成形することを特徴としたガラス素子成形方法。
=f(r) ・・・式(1)
=f(r) ・・・式(2)
−D=f(r)−f(r)=Δd(r) ・・・式(3)
但し、f(r)、f(r)は、距離rに関する関数式とする。
A glass optical element molding method for molding a glass optical element by pressing a glass material with a pair of molds,
The distance from the optical axis at an arbitrary point on the pair of optical surfaces of the glass optical element is r, and the distance D 0 parallel to the optical axis between the pair of optical surfaces in the design value of the glass optical element is expressed by the following equation: when expressed in (1), when the distance D 1 parallel to the optical axis between the pair of optical surfaces of said molded glass optical element and the following formula (2),
In order to make the difference Δd (r) represented by the following (3) substantially zero {Δd (r) ≈0}, adjustment between the molds at the time of processing and molding is performed on at least one of the pair of molds, A glass element molding method comprising pressing the glass optical element with the pair of molds.
D 0 = f 0 (r) (1)
D 1 = f 1 (r) (2)
D 1 −D 0 = f 1 (r) −f 0 (r) = Δd (r) (3)
However, f 0 (r) and f 1 (r) are functional expressions relating to the distance r.
ガラス素材を一対の型により押圧して、第1の有効径Z1を有する第1の光学面と、該第1の有効径Z1と異なる第2の有効径Z2を有する第2の光学面からなるガラス光学素子を成形するガラス光学素子成形方法において、
設計上の上記ガラス光学素子における、光軸から半径方向の第1の距離r1にある上記第1の光学面上の任意の第1の点と、上記第2の光学面上の光軸から半径方向の下記式(1)から導き出された第2の距離r2にある第2の点と、を結んだ第1の距離L(r1)と、成形後の上記ガラス光学素子における、上記第1の光学面上の光軸から半径方向の上記第1の距離r1にある任意の第1の点と、上記第2の光学面上の光軸から半径方向の下記式(1)から導き出された上記第2の距離r2にある第2の点とを結んだ距離L(r1)とから式(2)によって表される差ΔL(r1)が略ゼロとなるように、上記一対の型の少なくとも一方の上記光学面の加工と成形時の型間調整を行い、上記一対の型により上記ガラス光学素子を押圧成形することを特徴とするガラス光学素子成形方法。
Z2×r1/Z1=r2 ・・・式(1)
(r1)−L(r1)=ΔL(r1) ・・・式(2)
A glass material is pressed by a pair of molds, and includes a first optical surface having a first effective diameter Z1 and a second optical surface having a second effective diameter Z2 different from the first effective diameter Z1. In a glass optical element molding method for molding a glass optical element,
In the designed glass optical element, an arbitrary first point on the first optical surface at a first radial distance r1 from the optical axis and a radius from the optical axis on the second optical surface. The first distance L 0 (r1) connecting the second point at the second distance r2 derived from the following formula (1) of the direction, and the first optical distance in the glass optical element after molding An arbitrary first point at the first distance r1 in the radial direction from the optical axis on the optical surface of the optical surface and the following equation (1) in the radial direction from the optical axis on the second optical surface: From the distance L 1 (r1) connecting the second point at the second distance r2, the difference ΔL (r1) represented by the equation (2) is substantially zero, so that the pair of molds At least one of the optical surfaces is processed and the mold is adjusted during molding, and the glass optical element is pressed by the pair of molds. Glass optical element molding method which is characterized in that shape.
Z2 × r1 / Z1 = r2 (1)
L 0 (r1) −L 1 (r1) = ΔL (r1) (2)
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