CN100427417C - 带有保持架的光学元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能校正光学元件材料的体积误差，同时也能减小保持架形状误差的高精度的带有保持架的光学元件的制造方法。其特征在于：将筒状的、在内周面上形成了空隙部的保持架材料配置在成形模具内，在该保持架材料的内侧设置光学元件材料，加热到各材料的软化温度；对已加热到软化温度的保持架材料和光学元件材料进行压制；由此在用保持架材料成形筒状保持架的，并用光学元件材料成形光学元件，因此，光学元件在保持架内侧形成一体，并且，利用压制的压力使光学元件的一部分从周缘部向外方突出，使该突出部分被保持在保持架的空隙部内。

Description

带有保持架的光学元件的制造方法

技术领域

本发明涉及保持架和光学元件构成一体的带有保持架的光学元件的制造方法，更详细地说，涉及通过在保持架内压制光学元件材料来成型的带有保持架的光学元件的制造方法。

背景技术

CD播放机的传感头内安装的透镜以及数码相机中使用的透镜等光学元件，在安装时需要很高的安装精度。为了满足这种需要，一般制作用保持架来保持光学元件的带有保持架的光学元件，用该保持架来满足要求的安装精度。这种带有保持架的光学元件的制造方法，如专利文献1所示，把光学元件材料设置在筒状保持架材料的内侧并进行加热，用模具对保持架材料和光学元件材料进行压制，来成形光学元件，并形成保持架的安装面，并且把光学元件压接到保持架上，形成一个整体。

[专利文献1]：特许第2793433号公报(图3)。

但是，在将光学元件材料进行压制时，若光学元件材料有体积误差，则光学元件的厚度将发生变化，不仅光学特性恶化，而且，必须求出理想的光学位置进行调整和固定，在性能和定位方面发生问题。解决这一问题的方法是提高光学元件的材料体积精度，减小体积误差。但是，为了确保该效果，不仅需要提高光学元件的材料体积精度，还需要提高保持架形状精度。

发明内容

本发明鉴于以上问题，其目的在于提供一种能校正光学元件材料的体积误差，并且保持架形状误差也小的高精度的带有保持架的光学元件的制造方法。

为了解决上述问题，本发明的结构，其特征在于：将筒状的、在内周面上形成了空隙部的保持架材料配置在冲压成形模具内，上述保持架材料形成为在内周面的整体上或一部分具有许多连续地连接的微小气孔，在该保持架材料的内侧设置光学元件材料，加热到各材料的软化温度；对已加热到软化温度的保持架材料和光学元件材料进行压制，由此用保持架材料成形筒状保持架的，并用光学元件材料成形光学元件；由此，将光学元件与保持架内侧形成一体，并且，利用压制的压力使光学元件的一部分从周缘部向外方突出，使该突出部分保持在保持架的由上述气孔构成的空隙部。

并且，本发明的结构，其特征在于：上述光学元件的突出部分是利用压制的压力使光学元件材料的一部分流入到保持架的空隙部内来形成的。

再者，本发明的结构，其特征在于：利用上述保持架材料的压制，使上述带有保持架的光学元件的光轴向和径向的安装基准面形成保持架外形。

并且，本发明的结构，其特征在于：上述光学元件材料体积量中预先含有多于形成光学元件所需体积量的余量，利用压制的压力来使该余量流入到保持架的空隙部内，形成光学元件的突出部分。

再者，本发明的结构，其特征在于：上述保持架材料形成在内周面上具有充填用凹部，把该充填用凹部作为空隙部，保持光学元件的突出部分。

附图说明

图1是本发明第1实施方式中的带有保持架的光学元件的断面图。

图2是本发明的第1实施方式中的带有保持架的光学元件的制造设备的断面图。

图3是本发明的第1实施方式中的带有保持架的光学元件的制造状态的断面图。

图4是本发明的第2实施方式的带有保持架的光学元件的断面图。

图5是本发明的第2实施方式的带有保持架的光学元件的制造设备的断面图。

图6是本发明的第3实施方式的带有保持架的光学元件的断面图。

图7是本发明的第3实施方式的带有保持架的光学元件的制造设备的断面图。

具体实施方式

以下参照附图，详细说明本发明的实施方式。首先，说明第一实施方式。图1是表示本发明第1实施方式中的带有保持架的光学元件的断面图。图2是表示本发明第1实施方式中的带有保持架的光学元件的制造设备的断面图。图3是表示本发明第1实施方式中的带有保持架的光学元件的制造状态的断面图。

本实施方式中的带有保持架的光学元件1，使用于例如CD播放机的传感头和数码相机等内，如图1所示，它由筒状的透镜保持架10，以及安装在该透镜保持架10的内侧的球面状透镜20构成。

透镜保持架10用于保持透镜20且在光学设备中对该透镜20进行定位，例如，用铝或不锈钢等制成。透镜保持架10具有：安装在光学设备上时作为光轴方向的基准面的安装面11、11，与透镜20相搭接的内周面12，以及安装在光学设备上时作为径向基准面的外周面13。在内周面12的整个周围方向上，设置了由充填用凹部14a、14a构成的空隙部14。在此，透镜保持架10利用切削加工法或铸造法，按一定精度来形成图3A所示的透镜保持架器材10a，其上具有由充填用凹部14a、14a构成的空隙14，并用压制法使其成形。这样，最终通过压制来形成透镜保持架10，因此，与利用切削加工等方法来形成的情况相比，能够制成精度更高的透镜保持架10。

在该透镜保持架10的内侧安装玻璃制透镜20。透镜20是双球面凸透镜，利用压制法形成图3A所示的透镜材料20a。并且，利用压制时的压力来压接到透镜保持架10上，与透镜保持架10形成一体。该透镜20的周缘部21具有从其一部分向外方突出的剩余部21a，由上述空隙部14保持该剩余部21a。

上述透镜材料20a由光学玻璃材料构成。该光学玻璃材料，例如有氧化铅类玻璃材料SFS01等。在此，透镜材料20a，除了形成透镜20所必须的体积外，还有意增加了余量。这样一来，现有透镜材料20a所具有的体积误差包含在该余量内，至少能确保为形成透镜20所必须的透镜材料20a的体积。

再者，利用压制透镜20时的成型压力，使该透镜材料20a的余量流入到由充填用凹部14a，14a构成的空隙部14内，形成剩余部21a。也就是说，透镜材料20中的对透镜20形成不必要的体积部分，即由空隙部14吸收余量。这样，由空隙部14吸收透镜材料20a的余量中所包含的体积误差，能够制成成形精度高的所需形状的透镜20。

在此，当透镜材料20a流入到空隙部14内时，空隙部14对透镜材料20a的流动具有流动阻力。如果构成空隙部14的充填用凹部14a的宽度较大，那么空隙部14整体的流动阻力小。相反，如果充填用凹部14a的宽度较小，则空隙部14整体的流动阻力较大。而且，在图1中，充填用凹部14a的数量为2个。该充填用凹部14a的宽度和数量根据透镜材料20a的粘度等进行更改。也就是说，通过调整该充填用凹部14a的宽度和数量，来调节空隙部14对透镜材料20a的流动阻力。但是，该空隙部14的空间体积必须大于透镜材料20a的余量体积。

但是，若流动阻力大，则透镜材料20a不能流入到空隙部14内，该多余部分直接变成为透镜20的成形误差。相反，若流动阻力小，则在施加成形压力时，透镜材料20a容易流入到空隙部14内，空隙部14被透镜材料20a填满。如上所述，该空隙部14的空间体积大于透镜材料20a的多余部分的体积，所以，若空隙部14被透镜材料20a填满，则本来应当是构成透镜20的透镜材料20a也流入到空隙部14内。结果，透镜20产生成型误差。也就是说，空隙部14的流动阻力，其大小必须是在成形压力作用下能使透镜材料20a的多余部分全部流入到空隙部部14内，但不能使除此以外的透镜材料20a流入。

并且，该空隙部14的流动阻力，如上所述，根据透镜材料20a的粘度和成型压力不同，也必须更改。也就是说，透镜材料20a在玻璃化转移点附近的状态下压制时，透镜材料20a的流动性差，所以，必须减小该空隙部14的流动阻力。相反，透镜材料20a在玻璃软化点附近状态下压制时，透镜材料20a的流动性好，所以，必须增大该空隙部14的流动阻力。

同样，在成型压力低时，使空隙部14的流动阻力减小，相反，在成型压力高时，使空隙部14的流动阻力增大，这样进行调整。根据这些条件，选择适当的空隙部14的形状，使其流动阻力便于达到所需的性能，这样也能灵活地适应透镜材料20a的材质的更改等。但是，如有可能，也可调节透镜材料20a的粘度或成型压力。

以下说明制造这种带有保持架的光学元件1的制造设备。制造设备80如图2所示，由上模A、下模B、外径模C构成。上模A具有内上模81和外上模82，并且，位于该上模A的下侧的下模B具有与内上模81配成对的内下模83，以及与外模82配成对的外下模84。再者，设置了外径模C，把上模A和下模B包围起来。

内上模81和内下模83大致上形成圆柱状，在内上模81的下端部和内下模83的上端部上，形成了用于对球面透镜面进行成型的透镜转印面81a、83a。另一方面，外上模82和外下模84分别位于内上模81、内下模83的外周侧。外上模82和外下模84形成圆管状，在外上模82的下端部和外下模84的上端部上，形成了对透镜保持架10的安装面11、11进行成型的保持架成型面82a、84a。该外上模82和外下模84的壁厚大致上等于上述透镜保持架10的壁厚，外径模C的内周大致上等于透镜保持架10的外径。

并且，内上模81和外上模82，利用未图示的驱动机构能分别独立地进行上下滑动。另一方面，内下模83和外下模84形成被固定接合的状态。但是，该内下模83和外下模84也可以形成能上下滑动的状态。

以下，说明利用上述制造设备80制造带有保持架的光学元件1的工序。首先，把透镜保持架材料10a放置到外径模84的保持架成型面84a上。该透镜保持架材料10a预先按一定尺寸精度加工成筒状，在内周面12上具有由充填用凹部14a，14a构成的空隙部14。把透镜材料20a放置在该透镜保持架材料10a的内侧(图3)。

在此，图3中省略未图示，但在透镜保持架材料10a的外周，加热构件配置成对置，利用该加热构件对透镜保持架材料10a进行加热，使其达到软化温度。并且，对内下模83和外下模84也这样进行加热。

另一方面，透镜材料20a利用外下模84的辐射热，透镜保持架材料20a和内下模83的传导热及辐射热进行加热。该加热时的玻璃材料20a的温度，被加热到比透镜保持架材料10a的软化温度约低30度的温度。并且，该温度是玻璃材料20a的软化温度，例如是玻璃转移点和玻璃软化点之间的接近玻璃转移点的温度。

也就是说，选择出最适合于使用目的的透镜材料20a，在该透镜材料20a的玻璃转移点和玻璃软化点之间的温度范围内，设定压制的最佳温度，这样来决定具有对透镜材料20a的最佳软化温度的透镜保持架材料10a的材料。也就是说，为了把透镜材料20a加热到玻璃转移点和玻璃软化点之间的规定温度，必须选择出比上述规定温度约高30度的温度为软化温度的材料，以此作为透镜保持架材料10a的材质选择条件。

这样，当透镜保持架材料10a和透镜材料20a达到软化温度时，对该透镜保持架材料10a和透镜材料20a进行压制(图3B)。具体来说，利用驱动机构使内上模81和外上模82向下方移动。通过该移动，在外下模84上的透镜保持架材料10a上，用外上模82的保持架成型面82a和外下模84的保持架成型面84a以及外径模C来进行形状转印。也就是说，利用保持架成型面82a、84a来形成在安装到光学设备上时作为光轴方向基准面的安装面11、11。并且，利用外径模C来形成在安装到光学设备上时作为径向基准面的外周面13。这样，能提高透镜保持架10的形状精度。

并且，透镜材料20a利用内上模81的透镜转印面81a和内下模83的透镜转印面83a来转印透镜20的轮廓形状。透镜20和透镜保持架10同时进行压制。所以，在透镜保持架10上形成的作为基准面形状的安装面11，11和轴心，其成型状态分别与透镜20的光轴方向的设定位置和光轴达到高精度一致。

再者，透镜材料20a被压制而被加压时，透镜材料20a的多余部分在该成型压力的作用下流入到透镜保持架10的空隙部14内，成为上述剩余部21a。也就是说，透镜材料20a中对透镜20的成型不需要的体积部分，即多余部分被空隙部14吸收。这样，透镜材料20a的余量中所包含的体积误差也被空隙部14吸收，因此，能成型出精度高的所需形状的透镜20。

以上说明了本发明的第1实施方式。以下说明本发明的第2实施方式。图4是本发明第二实施方式中的带有保持架的光学元件的断面图，图5是示出本发明第2实施方式中的带有保持架的光学元件的制造状态的断面图。

本实施方式中的带有保持架的光学元件2和第1实施方式一样用于例如CD播放机的传感头和数码相机等，如图4所示，它由筒状的透镜保持架30以及安装在该透镜保持架30内侧的球面状透镜40构成。

透镜保持架30由铝或不锈钢等构成，它具有：安装面31、31，内周面32，外周面33。并且，透镜保持架30，其形成为整体上具有由许多气孔34a，34a构成的空隙部34。具体来说，利用粉末烧结加工法或泡沫金属制造法等，形成图5A所示的具有由气泡34a，34a构成的空隙部34的透镜保持架材料30a，通过对其进行压制来形成。

在该透镜保持架30的内侧，安装了玻璃制的透镜40。透镜40是双球面凸透镜，通过对图5A所示的透镜材料40a进行压制来形成。并且，利用压制时的压力压接在透镜保持架30上，与透镜保持架30形成一体。该透镜40的周缘部41具有大致上从其整个面向外方突出的剩余部41a，该剩余部41a保持在上述空隙部34内。

透镜材料40a和第1实施方式一样，除了形成透镜40所必须的体积外，还有意具有多余部分。并且，利用透镜40压制时的压力，使该透镜材料40a的多余部分流入到由气孔34a、34a构成的空隙部34内，形成剩余部41a。

在此，与第1实施方式一样，当透镜材料40a流入到空隙部34内时，空隙部34对透镜材料40a的流动具有流动阻力。若构成空隙部34的气孔34a，34a的孔径较大，则流动阻力小；相反，若气孔34a，34a的孔径较小，则流动阻力大。该空隙部34的流动阻力，其大小必须适当，其效果是：在成型压力作用下能使透镜材料40a的多余部分全部流入到空隙部34内，但此外不能再有透镜材料40a流入。并且，该空隙部34的流动阻力与第1实施方式一样，必须根据透镜材料40a的粘度和成型压力的不同而进行更改。但是，该空隙部34的空间体积必须大于透镜材料40a的多余部分的体积。

而且，空隙部34对透镜材料40a的流动阻力，通过对气孔34a在透镜保持架30的总容积中所占的比例(气孔率)进行更改，也能进行调整。在粉末烧结加工法的情况下，气孔率最好达到30～60％；在泡沫金属制造法的情况下，气孔率最好达到50～95％的范围。再者，气孔34a、34a的大小必须在数10μm～100μm的范围内，气孔34a、34a必须是连续地连接在一起。

以下说明制造带有保持架的光学元件2的工序。制造设备80与上述第1实施方式相同，故在此说明省略。首先，在外下模84的保持架成型面84a上放置透镜保持架材料30a。该透镜保持架材料30a预先按一定的尺寸精度加工成筒状，其整体具有由气孔34a、34a构成的空隙部34。在该透镜保持架材料30a的内侧，放置透镜材料40a(图5A)。

然后，对透镜保持架材料30a和透镜材料40a进行加热，并当其分别达到软化温度时，对该透镜保持架材料30a和透镜材料40a进行压制(图5B)，在透镜保持架材料30a上形成安装面31，31和外周面33。并且形成透镜40。

再者，透镜材料40a被压制而被加压时，透镜材料40a的多余部分在该成型压力作用下，流入到透镜保持架30的内周面32侧的空隙部34内，使其变成上述剩余部41a。

以上说明了本发明第2实施方式。以下说明本发明第3实施方式。图6是表示第3实施方式中带有保持架的光学元件的断面图。图7是表示本发明第3实施方式中带有保持架的光学元件的制造状态的断面图。

本实施方式中的带有保持架的光学元件3，与第1、第2实施方式一样，例如使用于CD播放机传感头和数码相机等内，如图6所示，它由筒状透镜保持架50、安装在该透镜保持架50内侧的球面状透镜60构成。

透镜保持架50由铝或不锈钢等构成，它具有安装面51、51，内周面52，外周面53。并且，透镜保持架50，由内保持架部54和外保持架部55构成。内保持架部54构成一边的安装面51的一部分和内周面52的一部分。该内保持架部54整体形成为具有由许多气孔56a，56a构成的空隙部56。具体来说，利用粉末烧结加工法或泡沫金属制造法等，来形成图5A所示的具有由这种气泡56a，56a构成的空隙部56的内保持架部54。在此，对空隙部56的要求与上述第2实施方式相同。

并且，外保持架部55利用切削加工法或铸造法等来制造。该外保持架部55构成外周面53和一边的安装面51，利用该外保持架部55，来确保带有保持架的光学元件3在光学设备上安装时的气密性。通过这样确保带有保持架的光学元件3的气密性，能够防止湿气对光学设备内部的腐蚀等。而且，内保持架部54利用压入或熔焊加工等方法固定到外保持架部55上，形成一体。这种透镜保持架50，使图7A所示的具有空隙部56(由气孔56a，56a构成)的内保持架材料54a和外保持架材料55a形成一体，形成透镜保持架材料50a，通过对其进行压制来制成。

在该透镜保持架50的内侧安装了玻璃制的透镜60。透镜60是双球面凸透镜，通过对图7A所示的透镜材料60a进行压制而制成。并且，利用压制时的压力，压接到透镜保持架50上，与透镜保持架50形成一体。该透镜60的周缘部61具有从其一部分上向外方突出的剩余部61a，该剩余部61a保持在上述空隙部56内。

透镜材料60a和第1、第2实施方式一样，除了为形成透镜60所必须的体积外，还有意具有多余部分。并且，利用透镜60压制时的压力，使该透镜材料60a的多余部分流入到由气孔56a，56a构成的空隙部56内，形成剩余部61a。

以下，说明制造带有保持架的光学元件3的工序。关于制造设备80，与上述第1、第2实施方式相同，故其说明从略。首先，在外下模84的保持架成型面84a上放置透镜保持架材料50a。并且，在该透镜保持架材料50a的内侧放置透镜材料60a(图7A)。

然后，对透镜保持架材料50a和透镜材料60a进行加热，当透镜保持架材料50a和透镜材料60a达到软化温度时，对该透镜保持架材料50a和透镜材料60a进行压制(图7B)，在透镜保持架材料60a上形成安装面51，51和外周面53。并且，形成透镜60。

再者，当透镜材料60a被压制而被加压时，透镜材料60a的多余部分在该成型压力作用下流入到透镜保持架50的空隙部56内，成为上述剩余部61a。

以上说明了本发明的实施方式。在上述实施方式中以球面状凸透镜的制造方法为例进行了说明，但本发明并不仅限于这种形状的透镜，例如也可以是凹透镜等其它形状。并且，本发明并不限于透镜，也可以是在保持架上收容成一体的衍射光栅等其它光学元件，同样能适用涉及本发明的带有保持架的光学元件的制造方法。

发明的效果

若采用以上本发明，则因为本发明的带有保持架的光学元件的制造方法，其特征在于：将筒状的、在内周面上形成了空隙部的保持架材料配置在冲压成形模具内，在该保持架材料的内侧设置光学元件材料，加热到各材料的软化温度；对已加热到软化温度的保持架材料和光学元件材料进行压制，由此用保持架材料成形筒状保持架，并用光学元件材料成形光学元件；所以，与利用切削加工等进行成型时相比，能制造更高精度的保持架。

并且，因为对保持架和光学元件同时进行压制，使光学元件在保持架内侧形成一个，所以，能使保持架的安装基准和光学元件的光学基准高精度一致。

再者，因为利用压制的压力使光学元件的一部分从周缘部向外方突出，把该突出部分保持在保持架的空隙部内，由此，光学元件材料的体积误差被空隙部吸收，所以能够制造出成型精度高的、具有所需形状的光学元件的带有保持架的光学元件。

Claims (4)

1、一种带有保持架的光学元件的制造方法，其特征在于：将筒状的、在内周面上形成了空隙部的保持架材料配置在冲压成形模内，上述保持架材料形成为在内周面的整体上或一部分具有许多连续地连接的微小气孔，在该保持架材料的内侧设置光学元件材料，加热到各材料的软化温度；分别对已加热到软化温度的保持架材料和光学元件材料进行压制，由此用保持架材料成形筒状保持架，并用光学元件材料成形光学元件；由此，将光学元件与保持架内侧形成一体，并且，利用压制的压力使光学元件的一部分从周缘部向外方突出，使该突出部分保持在保持架的由上述气孔构成的空隙部。

2、如权利要求1所述的带有保持架的光学元件的制造方法，其特征在于：上述光学元件的突出部分是利用压制的压力使光学元件材料的一部分流入到保持架的空隙部内来形成的。

3、如权利要求1所述的带有保持架的光学元件的制造方法，其特征在于：利用上述保持架材料的压制，使上述带有保持架的光学元件的光轴方向和径向的安装基准面形成保持架外形。

4、如权利要求1所述的带有保持架的光学元件的制造方法，其特征在于：上述光学元件材料体积量中预先含有多于形成光学元件所需体积量的余量，利用压制的压力来使该余量流入到保持架的空隙部内，形成光学元件的突出部分。

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