CN101712526A - 透镜的制造方法以及透镜 - Google Patents

Abstract

一种玻璃透镜的制造方法，其中，熔融玻璃滴在早期阶段接触外形规制框(3)，在流动状态以很少的变形被加压成型成预期的玻璃透镜(100)，所以能够精密地形成定位基准面(102b)等。还因为在早期阶段与外形规制框(3)接触所以能够精密玻璃透镜(100)的侧面(103)形状，可以省略成型后的定心工序。

Description

透镜的制造方法以及透镜

技术领域

本发明涉及透镜的制造方法以及由此得到的透镜，尤其涉及使液滴状的玻璃边固化边成形的透镜制造方法等。

背景技术

作为玻璃透镜的制造方法，有使用上下模的方法，其中，在下模中组合具有透镜外形规制面的外形规制部件，上模下模相对(请参照专利文献1)。上述制造方法是在加热了的下模面上滴下熔融玻璃滴，熔融玻璃滴因冲突而扩展与外形规制面接触，由此形成透镜外周部的定位基准面，然后在玻璃还处于加压变形可能的温度期间，用上下模加压成形玻璃，得到具有2个光学功能面和定位基准面的透镜。

专利文献1：特开2004-339039号公报

发明内容

发明将解决的课题

但是上述制造方法中因为是在下模中组合外形规制部件，所以熔融玻璃滴滴下后不立即接触外形规制面的情况时，先与上模接触然后再横向延展，到最终阶段被外形规制部件规制，所以，靠近下模下模面外形规制部件的外周侧，与其对应的定位基准面，其形状的精度有降低的倾向。

本发明的目的在于提供一种透镜的制造方法等，其中，即使是熔融玻璃滴滴下后不立即向横向较大延伸而在两模接近时先于上模接触的情况时，也能够精密地形成定位基准面等。

用来解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明涉及的透镜制造方法，其特征在于，包括下述工序：(a)准备工序，准备下模、上模、外形规制框，所述下模具有用来成型制造对象透镜之第1透镜面的下模面，所述上模具有用来成型透镜之第2透镜面的上模面，所述外形规制框具有用来成型包括透镜侧面之外形的外形规制面；(b)滴下工序，在分别加热下模、上模及外形规制框之后，在下模面上滴下熔融玻璃滴；(c)成型工序，在滴下工序之后，使下模面和上模面相互对着，在此状态下使外形规制框与上模一起接近下模，加压成型下模上的熔融玻璃滴。

上述透镜制造方法是在滴下工序之后的成型工序中，使外形规制框与上模一起接近下模、加压成型下模上的熔融玻璃滴，所以，即使是熔融玻璃滴滴下后不立即向横向较大延展而在两模接近时先于上模接触的情况时，接触上模的熔融玻璃滴也在关模的早期阶段与外形规制框接触。这样，透镜在流动状态以很少的变形被加压，能够精密地形成定位基准面等。还因为在早期阶段与外形规制框接触所以能够精密透镜的侧面形状，可以省略成型后的定心工序。

根据本发明别的具体方式，其特征在于：外形规制框被固定在上模的躯干部。此时，能够简单地保持外形规制框相对上模的配置不变。

附图说明

图1：第1实施方式的玻璃透镜制造中采用的成型模具构造说明截面图。

图2：成型模具主要部分的放大图。

图3：玻璃透镜形状说明的一部分放大图。

图4：用成型模具制造玻璃透镜的一工序说明截面图。

图5(A)、(B)：用成型模具制造玻璃透镜的各工序说明截面图。

图6(A)～(E)：玻璃透镜加压成型时的状态概念示意图，图6(F)～(J)：用作比较的图。

图7：玻璃透镜设计一例的模式示意图。

具体实施方式

图1是第1实施方式涉及的玻璃透镜制造方法中采用的成型模具构造等说明截面图。图2是成型模具主要部分的放大图，出示了本实施方式涉及的成型模具和被成型的玻璃透镜。

本实施方式涉及的成型模具10，通过熔融原材料玻璃和直接压榨的加压成型，制造如图2所示的玻璃透镜100，成型模具10包括上模1、下模2以及外形规制框3，上模1备有为上模面的转印面11，用来形成曲率较小的光学功能面101a等，下模2备有为下模面的转印面12，用来形成曲率较大的光学功能面102a等，外形规制框3形成图2中玻璃透镜100的侧面103。下模2的转印面12除了形成光学功能面102a之外还形成定位基准面102b，在把玻璃透镜100作为光学部件装到其他部件中去时，该定位基准面102b是定位的基准。外形规制框3还具有下述作用：在加压成型玻璃透镜100原材料的熔融玻璃时，从旁边控制玻璃流出。玻璃透镜100制造装置200除了为主要部件的成型模具之外并备有控制驱动装置4等，用来在玻璃透镜100制造过程中开关上下模1、2。

上模1备有凸部DP1，凸部DP1的下端有转印面11，该转印面11用来形成玻璃透镜100的一个光学功能面101a以及其周边平坦的外周面101b。也就是说，为上模面的转印面11由光学面转印面11a和外周面转印面11b构成，光学面转印面11a对应玻璃透镜100第2镜面101的光学功能面101a，外周面转印面11b对应外周面101b。通过控制驱动装置4上模1能够在图1的箭头方向升降，由此能够沿着透镜光轴CX方向升降。

下模2备有凸部DP 2，凸部DP 2的上端有转印面12，该转印面12用来形成玻璃透镜100的另一个光学功能面102a以及其周边的定位基准面102b。也就是说，为下模面的转印面12由光学面转印面12a和基准面转印面12b构成，光学面转印面12a对应玻璃透镜100第1镜面102的光学功能面102a，基准面转印面12b对应定位基准面102b。

外形规制框3是被镶嵌调准(alignment)在上模1躯干部分侧面1b上的部件，包括圆筒状撑持部3b和圆板状本体部3

a，其中，筒状撑持部3b由例如硬质合金形成，固定在上模1上，圆板状本体部3a与凸部DP1一起形成玻璃透镜100的表面。这里的所谓硬质合金是指下述合金：含有略1∶1原子数的钨和碳、含有5～10％原子数的钴(Co)。作为开口OP的内面，本体部3a备有外形规制面13，该外形规制面13用来形成玻璃透镜100的侧面103，在玻璃加压成型时规制必须成为玻璃透镜100的熔融玻璃动态，控制熔融玻璃，使之能够具备所望的面形状(详细后述)。外形规制框3通过撑持部3b而被固定在上模1的适当位置上，这样，外形规制面13接近上模1的转印面11。具体则是外形规制面13的上端UE和转印面11外周面11b的下端DE接近，之间仅存在加压成型时玻璃透镜100原材料的熔融玻璃不能进入之程度的微小间隙。另外，在加压成型玻璃透镜100时，外形规制面13保持相对上模1转印面11和下模2转印面12同轴等适当的位置关系。

上模1和下模2中分别内藏电热器20a、20b，用来加热转印面11、外形规制面13以及转印面12。

控制驱动装置4控制向电热器20a、20b的供电及上模1、下模2的开关动作等，控制装有成型模具100的整个制造装置200通过成型模具成型玻璃透镜100。

由制造装置200形成的玻璃透镜100是被用于例如光拾取装置等中的透镜。近年来，由于分辨率的提高，光拾取装置等中要求数值孔径(NA)高的透镜。因此，玻璃透镜100的光学功能面101a、102a是一个镜面的曲率极其大于另一个镜面的曲率，加压成型时，为了排出空气以避免发生成型不良，使曲率大的光学功能面102a在下制作透镜。也就是说，成型模具10下模2光学面转印面12a的曲率大，上模1光学面转印面11a几乎没有曲率。

图3是用来说明模具10主要部分和玻璃透镜100形状的一部分放大图。如图所示，成型模具10的上模1和外形规制框3之间，外形规制面13的上端UE和转印面11外周面11b的下端DE接近，之间仅存在微小的间隙。也就是说，与外形规制框3本体部3a之间设有空隙SD1，以便排出加压成型玻璃透镜100时排出的空气。该空隙SD1大约有1～20μm左右的宽度，足够排出空气，该尺寸的空隙不会流出玻璃透镜100原材料的熔融玻璃滴。由此能够确切地防止成型时外形规制框3与上模1的交界处空气排不出而成型不良，并且能够通过外形规制框3和上模1确切地成型玻璃透镜100的第2镜面101和侧面103。

加压成型玻璃透镜100时，外形规制面13也接近下模2，之间存在1～20μm左右的间隙。因此，此时外形规制面13的纵宽与成型玻璃透镜100侧面103的略相同。这样尽量防止成型过程中熔融玻璃滴从上下模1、2及外形规制框3之间的空间流出，能够确保玻璃透镜100的成型。

外形规制面13是向下模2一侧展开的锥形形状。因此，转印外形规制面13的玻璃透镜100侧面103也是锥形状面，从光学功能面101a一侧向光学功能面102a一侧展开。即图3的截面图中，侧面103的倾斜角度θ值在0°以上。这样可以通过使上模1上升而容易地取出。此时，还利用玻璃透镜100原材料的熔融玻璃滴固化后外形规制框3与玻璃透镜100的线膨胀率等膨胀率差，使玻璃透镜100冷却后容易脱模。即如上所述用硬质合金形成外形规制框3。硬质合金的线膨胀系数为4.6×10-6〔1/K〕左右，小于磷酸盐类玻璃的线膨胀系数7～8×10-6〔1/K〕。此时，外形规制框3与磷酸盐类玻璃等一般玻璃相比线膨胀系数小且高精度高刚性。这样，成型后的玻璃透镜100与外形规制框3等成型模具10之间容易出现间隙，可以容易取出冷却后的玻璃透镜100。

接下去，对用成型模具10制造玻璃透镜100的制造方法作说明。图4、图5(A)及图5(B)是用来说明使用上述成型模具制造玻璃透镜100的各制造工序的截面图。

首先如图4所示，在下模2转印面12的中央上方，配置原材料供给部30下方的管嘴NZ，该原材料供给部30中储放着由没有图示的坩埚等熔融的熔融玻璃G，所定量的熔融玻璃G从管嘴NZ自然滴到转印面12上(滴下工序)。此时，在熔融玻璃G滴下之前，先用加热器20b加热转印面12到玻璃透镜100原材料的熔融玻璃滴GD的玻璃转移点温度T左右或(T-50℃)到(T+100℃)范围的温度。玻璃滴下后使管嘴NZ向不妨碍上模2上升的位置退避。这种从管嘴NZ自然落下的玻璃供给方法，能够抑制为了得到玻璃透镜100而滴下的熔融玻璃滴GD的重量的不均匀。作为熔融玻璃G用原材料玻璃的一例，可以应用例如为磷酸盐类玻璃的玻璃转印温度T为477℃的物质。

所定量的熔融玻璃滴GD从管嘴NZ滴到转印面12上之后，在熔融玻璃滴GD还在能够加压变形的温度期间，如图5(A)所示，使事先加热到与下模2同程度温度的上模1下降，在转印面11与转印面12相互对着的状态下，使上模1以及固定于其上的外形规制框3接近下模2，在上下模1、2之间加压成型下模2上的熔融玻璃滴GD(成型工序)。

从上述滴下工序到成型工序，熔融玻璃滴GD 的温度渐渐降低，玻璃透镜100被成型，其上具有玻璃透镜100第2镜面101的光学功能面101a及外周面101b、第1镜面102的光学功能面102a及定位基准面102b、侧面103。待熔融玻璃滴GD充分冷却之后，解除上下模1、2的加压，如图5(B)所示使上模1上升，向模具外取出具有各面101、102、103玻璃透镜100(取出工序)。

上述本实施方式的玻璃透镜100的制造方法中，模具10备有外形规制框3，所以不仅玻璃透镜100的光学功能面101a、102a还精密地形成定位基准面102b。

以下，详细说明加压上述滴下熔融玻璃滴GD成型玻璃透镜100的过程。图6(A)～6(B)是上述玻璃透镜100加压成型时的样子概念示意图，图6(F)～(J)是用作比较的图。本实施方式如图2所示，得到的玻璃透镜100上，对应于光学面转印面12a的第1镜面102的曲率，大于第2镜面101的曲率。因此，与第1镜面102对应的光学面转印面12a的凹度大，熔融玻璃滴GD滴下后不马上在横向有较大延展，而是在上下模1、2接近时先接触上模1。

回到图6(A)，根据上述状况对玻璃透镜100加压成型时的样子作说明。

首先如图6(A)所示，滴下的熔融玻璃滴GD在下模2上呈球状。这是由于熔融玻璃滴GD粘性和表面张力等引起的，除此之外转印面12上光学面转印面12a的形状(参照图2等)也有较大影响。接下去如图6(B)所示，使成型模具10的上模1从上方下降。这样，球状的熔融玻璃滴GD受压变形，同时玻璃透镜100的表面形状中，位于下侧的曲率大的光学功能面102a(参照图6(E))被形成。如图6(C)所示，进一步使上模1下降，熔融玻璃滴GD则紧贴在上模1转印面11的光学面转印面11a上向上模1周边延伸。也就是说，熔融玻璃滴GD沿着光学面转印面11a向位于上模1周边的外形规制面13延伸。这样，位于上侧的曲率小的光学功能面101a被形成。进一步如图6(D)所示，熔融玻璃滴GD延伸到上模1周边碰到外形规制面13改变行进方向。也就是说，熔融玻璃滴GD的流动从横向改为向下，即向转印面12的基准面转印面12b延伸。这样，沿着外形规制面13形成侧面103，进一步熔融玻璃滴GD碰到基准面转印面12b，与其对应的定位基准面102b被形成。

以上玻璃透镜100的形成过程中，会出现例如如图3所示的情况，即制成玻璃透镜100后，光学功能面102a和定位基准面102b之间自然留有空间SP2。也就是说，熔融玻璃滴GD的体积少于上下模1、2和外形规制框3围起的空间大小时，缺少的分出现空间SP2。但是只要熔融玻璃滴GD的体积在某一下限以上，空间SP2不影响玻璃透镜100的功能。此时，滴下的熔融玻璃滴GD的体积，在以某一体积为下限、以上下模1、2和外形规制框3围起的空间体积为上限的范围内，允许有误差，所以空间SP2作为填补误差量的空间发挥功能。

通过上述方法，在图6(E)所示的位置上形成玻璃透镜100。

此时，因为熔融玻璃滴GD在早期阶段就接触外形规制框3，在流动状态以很少的变形被加压成型为预期的玻璃透镜100，所以，能够精密地形成定位基准面102b等。

另外，因为在早期阶段与外形规制框3接触，所以能够精密玻璃透镜100的侧面103形状，可以省略成型后的定心工序。

与上述相比，例如如图6(F)所示的比较例将外形规制框3装在下模2上，此时则如图6(F)～6(H)所示，被上模1压得变形的熔融玻璃滴GD同图6(A)～6(C)的情况相同，紧贴在转印面11a上向上模1周边延伸。

但此时如图6(H)及図6(I)所示，因为外形规制面13位于下侧、即在下模2一侧，所以即使使上模1下降，转印面11a和外形规制框3之间还是空出较大空间SP1。

因此，不一定能够控制使熔融玻璃滴GD的流动马上向下、即向转印面12方向，而出现沿外周例下降的流动。也就是说，此时即使是在图6(J)所示的位置上形成玻璃透镜100，熔融玻璃滴GD的粘度变大，熔融玻璃滴GD不充分遍及于转印面12b，有没有正确形成玻璃透镜100的定位基准面102b的可能性。而图6(A)～6(E)所示的本实施方式涉及的玻璃透镜100的制造方法中则能够避免这种情况。

有关玻璃透镜100的尺寸，具体可以考虑下述设计，例如图7中，在平行于透镜光轴CX的方向上，使侧面103的宽度、即侧面宽度a和玻璃透镜100整体的纵向宽度b的尺寸比a/b在0.1～0.4范围，在垂直于透镜光轴CX的方向上，使第1镜面102的光学功能面102a的直径即入射光瞳径c和玻璃透镜100整体的横向宽度d的尺寸比c/d在0.5～0.9范围。

作为更具体的数值，可以考虑使侧面宽度a值为0.4mm、厚度b值为1.4mm、入射光瞳径c值为2.0mm、外形尺寸d值为3.5mm。通过采用本实施方式涉及的玻璃透镜100的制造方法，即使是制作如上所述小型透镜，也能够制作没有欠缺等形状精密的透镜。

作为上述制造的一个实施例，例如采用为上述磷酸盐类玻璃的、玻璃转移点温度T为477℃的物质作为熔融玻璃G，此时用1100℃熔融上述玻璃，设定在管嘴NZ的温度为900℃、在上下模1、2的目标设定温度(即转印面11、12的目标设定温度)为450～500℃左右，由此能够得到所望状态的玻璃透镜100。

如上所述，根据本实施方式涉及的玻璃透镜100的制造方法，不需要用来定位的面整合和定心等，能够用比较简易的方法正确且确切地形成定位基准面102b。也就是说，制成的玻璃透镜100可以作为不需要定心的透镜使用。

以上对本实施方式涉及的玻璃透镜100的制造方法作了说明，但本发明涉及的玻璃透镜的制造方法并不局限于上述内容。

首先，本实施方式中外形规制框3被镶嵌固定在上模1上一体化，但也可以使外形规制框3能够与上模1分开单独移动。这样，例如玻璃透镜100的侧面103形状、玻璃透镜100取出工序的取出方法等可以采用各种样式。另外，除了设在上模1上的外形规制框3之外，也可以进一步在下模2上设内径大于等于外形规制框3径的筒状规制框，承担外形规制框3功能的一部分。

另外，向下模2侧展开的锥形状的外形规制面13倾斜角度θ，也可以在0°以上45°以下的范围内适当定出。

另外，作为外形规制框3的材料，除了硬质合金之外，也可以采用碳化硅、氮化硅类陶瓷。碳化硅类陶瓷的线膨胀系数为4.0×10-6〔1/K〕左右，氮化硅类陶瓷的线膨胀系数为3.4×10-6〔1/K〕左右，都小于磷酸盐类玻璃的线膨胀系数。

另外，为了排出空气，除了空隙SD1之外，还可以在不影响玻璃透镜100成型的各处设空隙。

Claims (11)

1.一种透镜制造方法，其特征在于，包括下述工序：

准备工序，准备下模、上模、外形规制框，所述下模具有用来成型制造对象透镜之第1透镜面的下模面，所述上模具有用来成型所述透镜之第2透镜面的上模面，所述外形规制框具有用来成型包括所述透镜侧面之外形的外形规制面；

滴下工序，在分别加热所述下模、所述上模及所述外形规制框后的状态下，在所述下模面上滴下熔融玻璃滴；

成型工序，在所述滴下工序之后，在使所述下模面和所述上模面相互对着的状态下，使外形规制框与所述上模一起接近所述下模，加压成型所述下模上的所述熔融玻璃滴。

2.如权利要求1中记载的透镜制造方法，其特征在于，所述第1透镜面的曲率大于所述第2透镜面的曲率。

3.如权利要求1或2中记载的透镜制造方法，其特征在于，所述外形规制框的所述外形规制面的上端与所述上模的外周面的下端接近。

4.如权利要求3中记载的透镜制造方法，其特征在于，所述外形规制框的所述外形规制面的上端与所述上模的外周面的下端之间存在所定的间隙。

5.如权利要求1至4的任何一项中记载的透镜制造方法，其特征在于，所述外形规制框的所述外形规制面是向下方展开的锥形面。

6.如权利要求5中记载的透镜制造方法，其特征在于，所述锥形面的倾斜角度在0°以上45°以下。

7.如权利要求1至6的任何一项中记载的透镜制造方法，其特征在于，使所述熔融玻璃滴的温度从所述滴下工序到所述成型工序渐渐降低。

8.如权利要求1至7的任何一项中记载的透镜制造方法，其特征在于，所述外形规制框的线膨胀系数小于所述熔融玻璃滴固化后的线膨胀系数。

9.如权利要求1至8的任何一项中记载的透镜制造方法，其特征在于，所述外形规制框用硬质合金形成。

10.如权利要求1至9的任何一项中记载的透镜制造方法，其特征在于，所述外形规制框被固定在所述上模的躯干部分。

11.如权利要求1至9的任何一项中记载的透镜制造方法，其特征在于，并且包括取出工序，其是在所述成型工序之后，解除上述下模及所述上模的加压，取出成型透镜。

Images