CN102216812A - 非球面透镜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够不影响生产性、不管玻璃成型体的形状如何、高精度制造所望形状非球面透镜的非球面透镜制造方法。是一种模压加工及机械加工玻璃材料形成非球面透镜的非球面透镜制造方法，其具备：模压加工工序，模压玻璃材料，同时形成非球面和该非球面周缘的平坦面及连着该平坦面的侧面，形成玻璃成型体；装入工序，将玻璃成型体装入加工镜架，该加工镜架碰到由模压加工工序形成的玻璃成型体的平坦面及侧面，支撑并定位该玻璃成型体；机械加工工序，机械加工在装入工序被装入加工镜架的玻璃成型体的另一面，形成所定的面形状。

Description

非球面透镜的制造方法
技术领域
本发明涉及非球面透镜的制造方法，尤其涉及采用模压加工和机械加工的非球面透镜的制造方法。
背景技术
近年来，非球面透镜被用作数码照相机用透镜、DVD等的光拾取透镜、手机用照相透镜、光通信用耦合透镜、各种反光镜等，其用途范围广泛。作为这种非球面透镜的制造方法，已知有模压加工和机械加工(切削加工、研削加工、研磨加工的总称)等。
模压加工是用上模和下模模压成型加热软化了的玻璃材料之加工法。该模压成型法能够以短时间成型透镜的一面，但成型条件非常严格，不容易高精度成型两面。
而机械加工能够高精度加工，但是，由于必须使用高价高精度的特殊工作机械、花长时间进行研磨加工等，所以，需要的作业时间比模压加工长，存在缺点。为了应付上述问题，专利文献1中建议了一种非球面透镜的制造法，其中是取以往采用的模压加工和高精度机械加工的各自的长处。
专利文献1中记载的方法是先模压加工玻璃材料，模压成型一面为凸的非球面另一面为平坦的略平凸状的玻璃成型体。接下去将该玻璃成型体嵌入特殊的定心镜架，然后机械加工玻璃成型体的平坦的另一面，形成凹面的球面，由此制造凹凸透镜。
先行技术文献
专利文献1：特开平6-206156号公报
发明内容
发明欲解决的课题
但是，专利文献1中记载的方法，是以最初模压成型的玻璃成型体形状是一面为凸面非球面另一面为平坦的略平凸状玻璃成型体为前提，只能用于通过机械加工该玻璃成型体的另一面形成凹面球面而形成的凹凸透镜的制造方法，存在问题。
另外，是构成通过在上模的透镜按压上重合玻璃成型体平坦的另一面、使透镜光轴固定部碰到玻璃成型体非球面的周缘部来固定非球面的光轴，从而使非球面的光轴与定心镜架的中心部一致的结构。因此，必须高精度保证玻璃成型体的非球面和平坦面的平行度等的相对位置关系，机械加工球面时，存在非球面和球面的光轴偏离产生偏心之问题。
本发明鉴于上述课题，目的在于提供一种非球面透镜的制造方法，其中，能够不影响生产性，不管玻璃成型体的形状如何，高精度制造所望形状的非球面透镜。
用来解决课题的手段
上述目的通过下述1至8的任何一项中记载的发明达成。
1.一种非球面透镜的制造方法，是模压加工及机械加工玻璃材料形成非球面透镜的非球面透镜制造方法，其特征在于，具备下述工序：
模压加工工序，模压所述玻璃材料，同时形成非球面和该非球面周缘的平坦面及连着该平坦面的侧面，形成玻璃成型体；
装入工序，将所述玻璃成型体装入加工镜架，该加工镜架碰到由所述模压加工工序形成的所述玻璃成型体的所述平坦面及所述侧面，支撑并定位该玻璃成型体；
机械加工工序，机械加工在所述装入工序被装入所述加工镜架的所述玻璃成型体的另一面，形成所定的面形状。
2.上述1中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述模压加工中采用的成型模具具有上模、下模及形成所述侧面的侧面模。
3.上述2中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述模压加工工序是在所述下模上蓄积熔融玻璃之后，用所述上模及所述侧面模模压上述下模上的熔融玻璃。
4.上述3中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述模压加工工序中供给到所述下模的熔融玻璃的温度，高于所述下模的温度。
5.上述2至4的任何一项中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述侧面模被固定于所述上模或所述下模。
6.上述1至5的任何一项中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述加工镜架具有：碰到所述玻璃成型体的所述平坦面的玻璃成型体支撑部件A；碰到所述玻璃成型体的所述侧面的玻璃成型体支撑部件B。
7.上述1至6的任何一项中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述平坦面垂直于所述非球面的光轴，所述侧面平行于所述非球面的光轴。
8.上述1至7的任何一项中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述机械加工工序包含切削加工、研削加工、研磨加工中的至少一种加工方法。
发明的效果
根据本发明，因为在模压加工玻璃材料时同时成型非球面和该非球面周缘的平坦面及侧面，所以，保证了非球面与平坦面及侧面之间的相对位置关系。换而言之，保证了非球面的光轴与平坦面及侧面之间的相对位置关系。因为使上述与非球面光轴的相对位置关系得到保证的平坦面及侧面分别碰到加工镜架地、支撑定位玻璃成型体，所以，规制了相对加工镜架芯的玻璃成型体非球面光轴的倾斜及中心的偏离，非球面的光轴与加工镜架的芯、即加工中心一致。由此，在机械加工玻璃成型体的另一面形成例如球面时，能够容易地使该球面的光轴与非球面的光轴一致。
另外，因为构成支撑由模压加工工序成型的玻璃成型体的平坦面及侧面之构成，所以，成型的玻璃成型体的另一面的形状不像以往那样限定于平坦面，也可以是凸面、凹面。同样，非球面的形状也可以是凸面、凹面。由此，玻璃成型体的形状不受限定，能够制造所望形状的非球面透镜。
于是，能够不影响生产性、不管玻璃成型体的形状如何，高精度地制造所望形状的非球面透镜。
附图说明
图1：本发明实施方式的成型模具的概略结构截面模式示意图。
图2：本发明实施方式的玻璃成型体的截面模式示意图。
图3：本发明实施方式的加工镜架的概略结构截面模式示意图。
图4：本发明实施方式的加工镜架上装入玻璃成型体状态的截面模式示意图。
图5：本发明实施方式的成型装置一例截面模式示意图。
具体实施方式
下面参照附图，说明本发明非球面透镜制造方法的实施方式。这里根据图示的实施方式对本发明作说明，但本发明并不局限于该实施方式。
本发明实施方式的非球面透镜制造方法是先模压玻璃材料，同时形成非球面和该非球面周缘的平坦面及连着该平坦面的侧面，形成玻璃成型体(模压加工工序)。接下去将玻璃成型体装入分别碰到由模压加工工序形成的玻璃成型体的平坦面及侧面、支撑并定位该玻璃成型体的加工镜架(装入工序)。然后通过机械加工，在模压加工成的玻璃成型体的另一面，形成所定的面形状(机械加工工序)，制造非球面透镜。下面详细说明。
[模压加工工序]
首先，参照图1，说明模压加工中使用的成型模具的结构。图1是本发明实施方式一例的成型模具3的概略结构截面模式示意图。
如图1所示，成型模具3由上模31、下模33及侧面模35等构成。
上模31上形成了非球面形状的成型面31a以及成型面31a周缘平坦面形状的成型面31c。成型面31c是平坦面，其垂直于成型面31成型的非球面的光轴。下模33及侧面模35上分别形成了凹面形状成型面33a和成型面35a。侧面模35的成型面35a是圆筒面，其以成型面31成型的非球面的光轴为中心。侧面模35呈环状形状，被嵌入固定于上模31。本实施方式中，上模31的成型面31a被形成为凹面的非球面，下模33的成型面33a被形成为凹面，但它们的面形状都不局限于此，也可以是凸面。本实施方式中，构成上模31上形成非球面及非球面周缘平坦面的成型面、下模33上形成凹面成型面之结构，但也可以相反，构成下模33上形成非球面及非球面周缘平坦面的成型面、上模31上形成凹面成型面之结构，构成将侧面模35嵌入固定于下模33之结构。
上模31、下模33及侧面模35的材料，可以从以碳化钨为主要成分的超硬材料、碳化硅、氮化硅、氮化率、碳等周知的作为用来加压成型玻璃光学元件的成型模具材料中适宜选择使用。还可以使用在这些材料表面形成了各种金属、陶瓷、碳等保护膜的材料。可以使上模31、下模33及侧面模35为同一材质，也可以是分别不同的材质。
作为模压加工方法，可以采用用成型模据直接加压成型熔融玻璃的直接模压法和其他周知的方法。加压手段没有特殊限定，可以适宜选择使用采用了空气汽缸、油压汽缸、伺服马达的电动汽缸等周知的加压手段。加压手段驱动的可以是上模31、下模33的任何一个，也可以驱动双方。
玻璃材料没有特殊限定，可以根据用途选择使用用于光学性用途的周知的玻璃。可以举出例如磷酸类玻璃和镧类玻璃等。
参照图5，说明玻璃成型体的成型方法概要。图5是本发明实施方式玻璃成型体制造装置的成型装置一例截面模式示意图。
本实施方式中，通过熔融槽7下部设有的滴嘴71，对被加热到比熔融玻璃温度低的所定温度的成型模具3的下模33的承受面(成型面33a)，供给熔融玻璃10。此时，熔融槽7和滴嘴71由没有图示的加热器分别加热到所定的温度。蓄积了熔融玻璃10的下模33移动到上模31下方，用下模33和上模32及侧面模35加压成型熔融玻璃10，得到转印了各成型面的玻璃成型体。
在上述成型方法的成型过程中，熔融玻璃10冷却的速度在熔融玻璃10的上面一面与下面一面或中心与端部不同，冷却引起的收缩量不均匀。尤其是下模33，其承受面(成型面33a)中心上熔融玻璃10着落后，熔融玻璃10随供给而渐渐向承受面周围蔓延，所以，熔融玻璃10下面一面的收缩量容易不均匀。因此难以高精度成型下面一面。而熔融玻璃10上面一面受下模33的冷却作用低，与上模31及侧面模35的碰到也略同时进行。因此，熔融玻璃10上面一面温度比较安定，上面一面光学面能够高精度成型。对此，本发明中，被模压成型的玻璃成型体的下面一面，通过后工序机械加工，加工为高精度。
图2表示使用上述结构成型装置6成型的玻璃成型体一例。图2是玻璃成型体1一例的截面模式示意图。
如图2所示，玻璃成型体1的一面上形成了上模31非球面的转印面1a以及转印面1a周缘平坦面的转印面1d，另一面上形成了下模33凸面的转印面1b，侧面上形成了侧面模35圆筒面的转印面1e。侧面的转印面1e可以形成在玻璃成型体1的整个侧面，也可以只形成在侧面的一部分。以下说明中，将转印面1a、转印面1d、转印面1b及转印面1e，分别称为非球面1a、周缘平坦面1d、凸面1b及侧圆筒面1e。
这里，一面非球面1a及周缘平坦面1d是由上模31、侧圆筒面1e是由固定于上模31的侧面模35同时形成的。因此，保证了非球面1a与周缘平坦面1d以及侧圆筒面1e之间的相对位置关系。换而言之，保证了非球面1a的光轴与周缘平坦面1d以及侧圆筒面1e之间的相对位置关系。
[装入工序]
首先参照图3，对模压加工工序成型的玻璃成型体1的支撑用加工镜架结构作说明。图3是根据本发明实施方式一例的加工镜架5的概略结构截面模式示意图。
如图3所示，加工镜架5的主要部分由卡盘51、工件接合件A53及工件接合件B55等构成。
卡盘51通过装在卡盘51上的工件接合件A53及工件接合件B55，高精度地把持玻璃成型体1(工件)。作为卡盘51，可以使用例如隔膜卡盘等周知的卡盘。
工件接合件A53属于本发明中的玻璃成型体支撑部件A，其上面的面碰到被载置的玻璃成型体1的周缘平坦面1d，该上面的面上形成了支撑成型体1的平坦的支撑面A53a。通过支撑面A53a碰到与非球面1a光轴的相对位置关系得到保证的周缘平坦面1d，规制了相对加工镜架5芯的非球面1a光轴的倾斜。
工件接合件B55属于本发明中的玻璃成型体支撑部件B，其内面上部形成了圆筒状支撑面B55a，该圆筒状支撑面B55a碰到玻璃成型体1的圆筒面1e，支撑玻璃成型体1。通过支撑面B55a碰到与非球面1a光轴的相对位置关系得到保证的侧圆筒面1e，规制了相对加工镜架5芯的非球面1a中心的偏离。
图4是在加工镜架5上装入玻璃成型体1状态的截面模式示意图。如上所述，因为是使与玻璃成型体1非球面1a光轴间的相对位置关系得到保证的周缘平坦面1d及侧圆筒面1e分别碰到加工镜架的支撑面A53a及支撑面B55a，支撑玻璃成型体1，所以，规制了相对加工镜架5芯的玻璃成型体1非球面1a光轴的倾斜以及中心偏离，如图4所示，非球面1a光轴与加工镜架5芯、即加工中心一致。
[机械加工工序]
在加工镜架5上装入玻璃成型体1的图4所示的状态下，机械加工为玻璃成型体1另一面的凸面1b，形成例如虚线所示的凸面(机械加工面1c)，得到非球面透镜1A。本实施方式中，机械加工面1c被形成为凸面，但并不局限于凸面，也可以是凹面。
作为机械加工方法，可以采用切削加工、研削加工、研磨加工等周知的加工方法。
如上所述，因为玻璃成型体1非球面1a光轴与加工镜架5芯、即加工中心一致。因此，在该状态下机械加工玻璃成型体1的凸面1b，这样能够容易地使凸面(机械加工面1c)光轴与非球面1a光轴一致。
如上所述，本发明实施方式的非球面透镜1A的制造方法，因为是在模压加工玻璃材料时，同时形成一面的非球面1a及周缘平坦面1d和侧面的侧圆筒面1e，所以，保证了非球面1a和周缘平坦面1d及侧圆筒面1e之间的相对位置关系。换而言之，保证了非球面1a光轴和周缘平坦面1d及侧圆筒面1e之间的相对位置关系。因为是使上述与非球面1a光轴的相对位置关系得到保证的周缘平坦面1d及侧圆筒面1e分别碰到加工镜架5的支撑面A53a和支撑面B55a，支撑玻璃成型体1，所以，规制了相对加工镜架5芯的玻璃成型体1非球面1a的光轴倾斜及中心偏离，非球面1a光轴与加工镜架5芯、即加工中心一致。这样，在机械加工玻璃成型体1的另一面形成例如球面时，能够容易地使该球面的光轴与非球面的光轴一致。
另外，因为构成了支撑由模压加工工序成型的玻璃成型体1的周缘平坦面1d及侧圆筒面1e之结构，所以，成型的玻璃成型体1的另一面的形状不像以往那样限于平坦面，也可以是凸面、凹面。同样，非球面1a的形状也可以是凸面、凹面。由此，能够使玻璃成型体的形状不受限定，制造所望形状的非球面透镜。
结果，能够不影响生产性、不管玻璃成型体的形状如何，高精度地制造所望形状的非球面透镜。
以上说明中，说明了非球面透镜的一面光学功能面是非球面的例子，但本发明也能够应用于两个光学功能面都是非球面的非球面透镜。
符号说明
1   玻璃成型体
1A  非球面透镜
1a  转印面(非球面)
1b  转印面(凸面)
1d  转印面(周缘平坦面)
1e  转印面(侧圆筒面)
1c  机械加工面
3   成型模具
31  上模
31a、31c  成型面
33  下模
33a  成型面
35  侧面模
35a  成型面
5  加工镜架
51  卡盘
53  工件接合件A
53a  支撑面A
55  工件接合件B
55a  支撑面B
6  成型装置
7  熔融槽
71  滴嘴
10  熔融玻璃

Claims (8)

1.一种非球面透镜的制造方法，是模压加工及机械加工玻璃材料形成非球面透镜的非球面透镜制造方法，其特征在于，具备下述工序：
模压加工工序，模压所述玻璃材料，同时形成非球面和该非球面周缘的平坦面及连着该平坦面的侧面，形成玻璃成型体；
装入工序，将所述玻璃成型体装入加工镜架，该加工镜架碰到由所述模压加工工序形成的所述玻璃成型体的所述平坦面及所述侧面，支撑并定位该玻璃成型体；
机械加工工序，机械加工在所述装入工序被装入所述加工镜架的所述玻璃成型体的另一面，形成所定的面形状。
2.如权利要求1中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述模压加工中采用的成型模具具有上模、下模及形成所述侧面的侧面模。
3.如权利要求2中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述模压加工工序是在所述下模上蓄积熔融玻璃之后，用所述上模及所述侧面模模压上述下模上的熔融玻璃。
4.如权利要求3中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述模压加工工序中供给到所述下模的熔融玻璃的温度，高于所述下模的温度。
5.如权利要求2至4的任何一项中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述侧面模被固定于所述上模或所述下模。
6.如权利要求1至5的任何一项中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述加工镜架具有：碰到所述玻璃成型体的所述平坦面的玻璃成型体支撑部件A；碰到所述玻璃成型体的所述侧面的玻璃成型体支撑部件B。
7.如权利要求1至6的任何一项中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述平坦面垂直于所述非球面的光轴，所述侧面平行于所述非球面的光轴。
8.如权利要求1至7的任何一项中记载的非球面透镜的制造方法，其特征在于，所述机械加工工序包含切削加工、研削加工、研磨加工中的至少一种加工方法。
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