CN102884013B - 光学元件制造方法以及光学元件制造装置 - Google Patents

光学元件制造方法以及光学元件制造装置 Download PDF

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Abstract

在光学元件制造方法和制造装置中，抑制在使光学元件材料在气体中悬浮进行加热后在材料上产生不均匀的温度分布。光学元件制造方法包括：加热工序，使光学元件材料（100）在气体中悬浮进行加热；以及加压工序，之后使第1成型模具（21）和第2成型模具（31）同时接触悬浮状态的光学元件材料（100），利用该第1成型模具（21）和第2成型模具（31）对光学元件材料（100）进行加压。

Description

光学元件制造方法以及光学元件制造装置
技术领域
本发明涉及制造透镜、棱镜、反射镜等光学元件的光学元件制造方法和制造装置。
背景技术
以往，作为通过使光学元件材料（加热软化材料）加热成型来制造光学元件的方法，采用以下方法作为一般方法之一：对材料单体或者与保持夹具成为一体的材料进行加热，使材料软化到期望的状态之后，使材料在压轴上（成型模具中心轴上）移动进行压制的方法。
在光学元件的成型中，为了使光学元件高精度地成型，需要将加热后的材料的温度保持在空间上均匀的状态。然而，在维持均匀的温度状态的同时将材料从加热位置输送到期望的位置进行成型是非常困难的。
另外，提出了这样的光学元件制造方法：使材料在气体中悬浮的状态下加热该材料，在充分软化后使其下落到成型模具上进行压制（例如，参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8－133758号公报
发明内容
发明要解决的课题
在如上所述使材料在气体中悬浮进行加热的光学元件制造方法中，在使材料下落到成型模具上之后，在材料和下侧的成型模具（下模具）之间产生热交换，在材料上产生不均匀的温度分布。当这样在材料上产生不均匀的温度分布时，不能高精度地制造光学元件。
例如，在下模具的温度是比材料高的温度的情况下，产生材料的局部成分的挥发、下模型和材料之间的熔融。另一方面，在下模具的温度是比材料低的温度的情况下，材料的接触部分在成型工序之前冷却固化，在该固化部分中，来自成型模具的形状转印不充分。
本发明的目的是提供可抑制在气体中悬浮加热后的光学元件材料上产生不均匀的温度分布的光学元件制造方法和制造装置。
用于解决课题的手段
本发明的光学元件制造方法包括：加热工序，使光学元件材料在气体中悬浮而进行加热；以及加压工序，之后使第1成型模具和第2成型模具同时接触悬浮状态的上述光学元件材料，利用该第1成型模具和第2成型模具对上述光学元件材料进行加压。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，在上述加压工序中，通过使上述第1成型模具和上述第2成型模具在与铅直方向交叉的方向彼此接近，来接触上述光学元件材料。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，在上述加压工序中，通过使上述第1成型模具和上述第2成型模具在与铅直方向正交的方向彼此接近，来接触上述光学元件材料。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，在上述加热工序中，在加热部的内部加热上述光学元件材料，上述光学元件制造方法还包括暴露工序，该暴露工序在上述加热工序之后且上述加压工序之前，使上述光学元件材料暴露于上述加热部的外部。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，在上述暴露工序中，通过使上述加热部移动，使上述光学元件材料暴露于上述加热部的外部。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，在上述暴露工序中，使上述加热部以比上述光学元件材料的下落速度快的速度朝铅直下方移动。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，在上述暴露工序中，使上述加热部的一端上升后，使上述加热部以比上述光学元件材料的下落速度快的速度朝铅直下方移动。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，在上述暴露工序中，通过使上述光学元件材料非接触地移动，使该光学元件材料暴露于上述加热部的外部。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，在上述加热工序中，通过将加热后的上述气体喷射到上述光学元件材料，使上述光学元件材料在上述气体中悬浮进行加热，在上述暴露工序中，通过增加上述气体的喷射量，使上述光学元件材料非接触地移动。
并且，在上述光学元件制造方法中，优选的是，该光学元件制造方法还包括暴露检测工序，在该暴露检测工序中，检测在上述暴露工序中上述光学元件材料的至少一部分暴露于上述加压部的外部的情况，在上述加压工序中，在上述暴露检测工序之后，使上述第1成型模具和第2成型模具接触上述光学元件材料。
本发明的光学元件制造装置具有：加热部，其使光学元件材料在气体中悬浮进行加热；以及第1成型模具和第2成型模具，它们同时接触上述光学元件材料并对该光学元件材料进行加压。
并且，在上述光学元件制造装置中，优选的是，采用这样的结构：上述第1成型模具和上述第2成型模具被配置成在与铅直方向交叉的方向彼此接近。
发明效果
根据本发明，可抑制在气体中悬浮加热后的光学元件材料上产生不均匀的温度分布。
附图说明
图1是示出本发明一个实施方式的光学元件制造装置的概略俯视图。
图2是示出本发明一个实施方式的光学元件制造装置的概略正视图。
图3是从右侧面侧示出本发明一个实施方式的光学元件制造装置的加热部的内部结构等的部分截面图。
图4A是用于说明本发明一个实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之1）。
图4B是用于说明本发明一个实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之2）。
图4C是用于说明本发明一个实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之3）。
图4D是用于说明本发明一个实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之4）。
图5A是用于说明本发明一个实施方式的变型例的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之1）。
图5B是用于说明本发明一个实施方式的变型例的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之2）。
图6A是用于说明本发明另一实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之1）。
图6B是用于说明本发明另一实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之2）。
图6C是用于说明本发明另一实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置的概略正视图（之3）。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明实施方式的光学元件制造方法和制造装置。
图1和图2是示出本发明一个实施方式的光学元件制造装置1的概略俯视图和概略正视图。
图3是从右侧面侧示出上述光学元件制造装置1的加热部10的内部结构等的部分截面图。
如图1～图3所示，光学元件制造装置1具有：加热部10；以彼此对置的方式配置的第1加压部20和第2加压部30；加热部移动机构40；作为加热部用控制部的温度流量控制部50；作为加热部用温度检测部的热电偶61和作为加压部用温度检测部的热电偶62、63；作为暴露检测部的透射传感器70；框架80；以及模具温度控制部90。
如图3所示，加热部10具有：主体11，其呈现大致圆筒形状且在一端侧即上端作开口；电线圈12，其配置在该主体11的内部；以及气体供给管13，其将气体提供给主体11。
主体11由例如石英玻璃构成，然而只要是对光学元件材料100的加热温度具有耐热性的材料，就可以由其它材料构成。另外，在本实施方式中，光学元件材料100是直径6mm的球状且玻璃转移温度Tg是506℃的玻璃材料，然而还可以使用其它材料，并且还可以是其它形状。
电线圈12对从温度流量控制部50经由气体供给管13提供给主体11内的气体进行加热。通过将这样加热的气体喷射到光学元件材料100，加热部10在主体11的内部使光学元件材料100悬浮在气体中进行加热。对光学元件材料100的气体喷射量根据光学元件材料100和主体11的大小等适当决定即可，在本实施方式中是5L/min。另外，加热部10的结构只要是可使光学元件材料100在气体中悬浮进行加热，就不限定于本实施方式的结构。
如图1和图2所示，第1加压部20和第2加压部30具有：彼此对置配置的第1成型模具21、第2成型模具31；作为模具加热部的加热板22、32；绝热板23、33；以及作为模具移动机构的气缸24、34。
第1成型模具21和第2成型模具31呈现大致圆柱形状。在第1成型模具21和第2成型模具31内，在彼此对置的端面形成有例如凹状的成型面21a、31a。并且，在第1成型模具21和第2成型模具31内，在加热板22、32侧即固定端形成有大径部21b、31b。
如图2所示，例如3根圆柱形状的加热器22a、32a被插入到加热板22、32内。加热板22、32固定在绝热板23、33上。
另外，贯通绝热板23、33的热电偶62、63被插入到加热板22、32内。该热电偶62、63检测加热板22、32的温度。图1所示的模具温度控制部90根据该检测出的温度，调整加热器22a、32a的加热温度。
气缸24、34固定在框架80的左右的侧壁81、83上。并且，气缸24、34由未图示的控制部驱动控制，使成型模具21、31、加热板22、32以及绝热板23、33在作为与铅直方向交叉的方向的水平方向（对置方向）移动。
气缸24、34使第1成型模具21和第2成型模具31在水平方向彼此接近来与光学元件材料100接触，利用第1成型模具21和第2成型模具31对光学元件材料100加压。另外，第1加压部20和第2加压部30的结构只要是可以对悬浮状态的光学元件材料100进行加压的结构，就不限定于本实施方式的结构。
如图1～图3所示，加热部移动机构40具有基部41、滑动器42以及保持部43。
基部41以由框架80的背面侧的侧壁82、84夹持的方式固定在框架80上。滑动器42利用配置在基部41上的未图示的驱动源，沿着基部41的未图示的导轨在铅直方向移动。
保持部43将加热部10的主体11保持在其外周面。保持部43由于固定在滑动器42上，因而使主体11乃至加热部10与滑动器42一体移动。
图2和图3所示的温度流量控制部50如上所述经由气体供给管13向加热部10的主体11提供气体。并且，温度流量控制部50根据由热电偶61检测出的温度、即加热部10的主体11的内部的上端的温度，控制加热部10的电线圈12的气体加热温度。另外，热电偶61只要通过固定在主体11上而能够与加热部10一起在铅直方向移动即可。
图1所示的透射传感器70根据光是透射还是被遮挡来检测光学元件材料100的至少一部分暴露于加热部10（主体11）的外部的情况。另外，作为暴露检测部，即使是透射传感器70以外的部件，只要能检测光学元件材料100的至少一部分暴露于加热部10的外部的部件即可。
图4A～图4D是用于说明本实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置1的概略正视图。
以下说明由光学元件材料100制造光学元件的流程，然而对于与上述的说明重复的方面，适当省略说明。
首先，未图示的输送装置将光学元件材料100如图4A所示从例如上方插入到在加热位置（P1）的加热部10的主体11内。
在加热部10中，电线圈12对从温度流量控制部50经由供给管13提供到主体11内的气体进行加热。由此，加热后的气体被喷射到光学元件材料100。这样，加热部10在主体11的内部使光学元件材料100在气体中悬浮进行加热（加热工序）。
之后，如图4B所示，在加热部移动机构40中，滑动器42以比光学元件材料100因自重而下落的速度快的速度朝铅直下方移动。由此，加热部移动机构40使由保持部43保持的加热部10朝铅直下方移动（位置P2），使光学元件材料100暴露于加热部10的外部（暴露工序）。光学元件材料100的下落速度是例如1000mm/s，加热部10朝铅直下方的移动速度是例如2000mm/s。另外，在加热部10的内部不加热光学元件材料100的情况下，即在加热工序中加热暴露状态的光学元件材料100的情况下，也能够省略暴露工序。
另外，如图4C所示，可使滑动器42移动到比能够避免第1加压部20和第2加压部30与主体11之间的干扰的高度更下方的位置（P3）。由此，可抑制从加热部10排出的热风喷射到第1成型模具21和第2成型模具31而在第1成型模具21和第2成型模具31乃至光学元件材料100上产生不均匀的温度分布。
图1所示的透射传感器70在加热部10开始移动后，检测光学元件材料100的至少一部分暴露于加热部10（主体11）的外部（暴露检测工序）的情况。例如，透射传感器70检测如下情况，由加热部10的主体11遮挡的光由于加热部10朝铅直下方移动而由受光部接收，之后由下落的光学元件材料100再次遮挡而使光学元件材料100暴露。另外，在省略暴露工序的情况下，以及在随着时间经过估计光学元件材料100的暴露的情况下，也能够省略暴露检测工序。在该情况下，也能够省略透射传感器70。
第1加压部20和第2加压部30使第1成型模具21和第2成型模具31同时接触暴露于加热部10（主体11）的外部且悬浮的状态的光学元件材料100，利用这些第1成型模具21和第2成型模具31对光学元件材料100加压（加压工序）。通过使第1成型模具21和第2成型模具31同时接触光学元件材料100，第1成型模具21和第2成型模具31可同时或者大致同时接触光学元件材料100。这里，假定上述的接触定时的“同时”是指0.5秒以内的范围，“大致同时”是指2秒以内的范围。
另外，为了抑制在光学元件材料100产生不均匀的温度分布，上述的接触定时优选是同时，时间差越短越好。然而，在有时间差的情况下，在与光学元件材料100先接触的任一方的成型模具与光学元件材料100之间的温度差小的情况下，大致同时也能够抑制温度分布。
光学元件材料100由第1成型模具21和第2成型模具31加压，从而使这些凹形状的成型面21a、31a作为两凸形状被转印。
另外，气缸24、34在使第1成型模具21和第2成型模具31接触光学元件材料100时，使第1成型模具21和第2成型模具31在与重力方向交叉的方向、在本实施方式中是水平方向移动来彼此接近，接触光学元件材料100。此时，气缸24、34分别以比光学元件材料100的下落速度快的速度使第1成型模具21、第2成型模具31移动。在该情况下，第1成型模具21和第2成型模具31以比光学元件材料100的下落速度快2倍以上的速度彼此接近，而光学元件材料100因自重而朝暴露位置的少许下方移动。
之后，光学元件材料100在被加压的状态下冷却到例如玻璃转移温度以下（冷却工序），由未图示的输出机构从光学元件制造装置1输出。通过以上制造光学元件。
在以上说明的本实施方式中，光学元件制造方法包括加热工序和加压工序，加热工序是使光学元件材料100在气体中悬浮进行加热，加压工序是，之后使第1成型模具21和第2成型模具31同时接触悬浮状态的光学元件材料100，利用这些第1成型模具21和第2成型模具31对光学元件材料100进行加压。
因此，可防止在第1成型模具21和第2成型模具31中的仅一方与光学元件材料100之间发生热交换而在光学元件材料100产生不均匀的温度分布。因此，根据本实施方式，可抑制在气体中悬浮而加热后的光学元件材料100产生不均匀的温度分布。
并且，在本实施方式中，由于使光学元件材料100在气体中悬浮进行加热，因而与经由成型模具21、31加热光学元件材料100的情况相比也可以实现节能化。并且，由于可防止在光学元件材料100产生不均匀的温度分布，因而也能够抑制部分的固化等来缩短光学元件材料100的加压时间。
并且，在本实施方式的加压工序中，第1加压部20和第2加压部30的气缸24、35使第1成型模具21和第2成型模具31在与铅直方向交叉的方向彼此接近来接触光学元件材料100。因此，可以容易使第1成型模具21和第2成型模具31同时或者大致同时接触因自重而朝铅直下方下落的光学元件材料100。
另外，为了容易使第1成型模具21和第2成型模具31同时或者大致同时接触，只要使第1成型模具21和第2成型模具31优选地在与铅直方向交叉的方向、更优选地在与铅直方向正交的方向（水平方向）彼此接近即可。然而，即使使第1成型模具21和第2成型模具31在铅直方向彼此接近，也能够使第1成型模具21和第2成型模具31同时或者大致同时接触。
例如，在加热部10的移动方向是与铅直方向交叉的方向的情况下，通过使第1成型模具21和第2成型模具31在铅直方向彼此接近，能够使第1成型模具21和第2成型模具31同时或者大致同时接触。
并且，在本实施方式的暴露工序中，加热部移动机构40使加热部10移动，从而使光学元件材料100暴露于加热部10的外部。因此，与通过利用例如气流使光学元件材料100移动来暴露于加热部10的外部的情况相比，可防止在光学元件材料100产生由气流等引起的不均匀的温度分布。
并且，在本实施方式的暴露工序中，加热部移动机构40使加热部10以比光学元件材料100的下落速度快的速度朝铅直下方移动。因此，可以容易使第1成型模具21和第2成型模具31同时或者大致同时接触光学元件材料100。
另外，如图5A和图5B所示的变型例那样，在暴露工序中，还可以使图5A所示的加热位置（P11）处的加热部10的一端上升到图5B所示的上方的位置（P12）之后，使加热部10以比光学元件材料100的下落速度快的速度朝铅直下方移动。
这样，由于光学元件材料100从加热位置（P21）移动到其上方的位置（P22），因而可以容易使第1成型模具21和第2成型模具31同时或者大致同时接触光学元件材料100。另外，为了加快光学元件材料100的暴露，还可以在主体11的内部中的上端附近加热光学元件材料100。
并且，为了使光学元件材料100移动到上述的上方位置（P22），可以通过使光学元件材料100非接触地移动，使光学元件材料100暴露于加热部10的外部。在该情况下，可省略加热部移动机构40。为了使光学元件材料100非接触地移动，只要例如增加向光学元件材料100的加热用气体的喷射量即可。另外，还可以使第1成型模具21和第2成型模具31与不是下落中而是例如朝上方移动中的光学元件材料100接触。
图6A～图6C是用于说明本发明另一实施方式的光学元件制造方法的光学元件制造装置101的概略正视图。
本实施方式的光学元件制造装置101除了使第1加压部120采用固定式而不是上述的一个实施方式的第1加压部20那样的可动式这一点以及与这一点相关联的结构以外，与上述的一个实施方式的光学元件制造装置1相同。因此，省略关于第1加压部120以外的结构的说明。
如图6A所示，第1加压部120具有：成型模具121，其形成有成型面121a和大径部121b并配置成与第2成型模具31彼此对置；作为模具加热部的加热板122；以及绝热板123，其固定在框架80的侧壁81上。另外，第1加压部120除了不具有作为模具移动机构的气缸24这一点以外，与上述的实施方式的第1加压部20相同。
另外，由于第1加压部120是固定式，因而第2加压部30的第2成型模具31的移动距离为上述的一个实施方式的约2倍。并且，第2加压部30的热电偶63从绝热板33的气缸34侧的端面被插入，而第1加压部120的热电偶62从绝热板33的外周面被插入。
以下说明由光学元件材料100制造光学元件的流程，然而对于与上述的说明重复的方面，适当省略说明。
首先，在加热工序后，如图6A所示，在加热部移动机构40中，滑动器42例如以比光学元件材料100因自重而下落的速度快的速度朝铅直下方移动。由此，加热部移动机构40使由保持部43保持的加热部10朝铅直下方移动（位置P3），使光学元件材料100暴露于加热部10的外部（暴露工序）。
在本实施方式中，未图示的透射传感器（参照图1的透射传感器70）检测光学元件材料100的至少一部分暴露于加热部10（主体11）的外部（暴露检测工序）的情况。
如图6B所示，第2加压部30的气缸34通过使第2成型模具31在作为与铅直方向交叉的方向的水平方向（对置方向）接近第1成型模具121，使第2成型模具31接触光学元件材料100。此时，光学元件材料100因自重而少许朝暴露位置的下方移动。
之后，如图6C所示，气缸34通过使第2成型模具31进一步接近第1成型模具121，使光学元件材料100移动到第1成型模具121侧，使第1成型模具121接触光学元件材料100。然后，第1成型模具121和第2成型模具31对光学元件材料100进行加压（加压工序）。
另外，气缸34使第2成型模具31以比例如光学元件材料100的下落速度快的速度移动，使得第1成型模具121接触光学元件材料100的定时与第2成型模具31接触光学元件材料100的定时为同时（0.5秒以内的范围）或者大致同时（2秒以内的范围）。
另外，光学元件材料100在接触第2成型模具31之后，在接触第1成型模具121之前，因自重而少许朝下方移动。
在以上说明的本实施方式中，与上述的一个实施方式一样，光学元件制造方法包括加热工序和加压工序，加热工序是使光学元件材料100在气体中悬浮进行加热，加压工序是，之后使第1成型模具121和第2成型模具31同时接触悬浮状态的光学元件材料100，利用这些第1成型模具121和第2成型模具31对光学元件材料100进行加压。
因此，可防止在第1成型模具121和第2成型模具31中的仅一方与光学元件材料100之间发生热交换而在光学元件材料100产生不均匀的温度分布。因此，根据本实施方式，可抑制在气体中悬浮而加热后的光学元件材料100产生不均匀的温度分布。
标号说明
1：光学元件制造装置；10：加热部；11：主体；12：电线圈；13：气体供给管；20：第1加压部；21：第1成型模具；21a：成型面；21b：大径部；22：加热板；22a：加热器；23：绝热板；24：气缸；30：第2加压部；31：第2成型模具；31a：成型面；31b：大径部；32：加热板；32a：加热器；33：绝热板；34：气缸；40：加热部移动机构；41：基部；42：滑动器；43：保持部；50：温度流量控制部；61～63：热电偶；70：透射传感器；80：框架；81～84：侧壁；90：模具温度控制部；100：光学元件材料；101：光学元件制造装置；120：第1加压部；121：第1成型模具；121a：成型面；121b：大径部；122：加热板；122a：加热器；123：绝热板。

Claims (12)

1.一种光学元件制造方法，其中，所述光学元件制造方法包括：
加热工序，使光学元件材料在气体中悬浮而进行加热；以及
加压工序，之后使第1成型模具和第2成型模具同时接触悬浮状态的所述光学元件材料，利用该第1成型模具和该第2成型模具对所述光学元件材料进行加压。
2.根据权利要求1所述的光学元件制造方法，其中，
在所述加压工序中，通过使所述第1成型模具和所述第2成型模具在与铅直方向交叉的方向彼此接近，来接触所述光学元件材料。
3.根据权利要求2所述的光学元件制造方法，其中，
在所述加压工序中，通过使所述第1成型模具和所述第2成型模具在与铅直方向正交的方向彼此接近，来接触所述光学元件材料。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任意一项所述的光学元件制造方法，其中，
在所述加热工序中，在加热部的内部加热所述光学元件材料，
所述光学元件制造方法还包括暴露工序，所述暴露工序在所述加热工序之后且所述加压工序之前，使所述光学元件材料暴露于所述加热部的外部。
5.根据权利要求4所述的光学元件制造方法，其中，
在所述暴露工序中，通过使所述加热部移动，使所述光学元件材料暴露于所述加热部的外部。
6.根据权利要求5所述的光学元件制造方法，其中，
在所述暴露工序中，使所述加热部以比所述光学元件材料的下落速度快的速度朝铅直下方移动。
7.根据权利要求6所述的光学元件制造方法，其中，
在所述暴露工序中，使所述加热部的一端上升后，使所述加热部以比所述光学元件材料的下落速度快的速度朝铅直下方移动。
8.根据权利要求4所述的光学元件制造方法，其中，
在所述暴露工序中，通过使所述光学元件材料非接触地移动，使所述光学元件材料暴露于所述加热部的外部。
9.根据权利要求8所述的光学元件制造方法，其中，
在所述加热工序中，通过将加热后的所述气体喷射到所述光学元件材料，使所述光学元件材料在所述气体中悬浮进行加热，
在所述暴露工序中，通过增加所述气体的喷射量，使所述光学元件材料非接触地移动。
10.根据权利要求4所述的光学元件制造方法，其中，
所述制造方法还包括暴露检测工序，在所述暴露检测工序中，检测在所述暴露工序中所述光学元件材料的至少一部分暴露于所述加热部的外部的情况，
在所述加压工序中，在所述暴露检测工序之后，使所述第1成型模具和第2成型模具接触所述光学元件材料。
11.一种光学元件制造装置，其具有：
加热部，其使光学元件材料在气体中悬浮进行加热；以及
第1成型模具和第2成型模具，它们同时接触所述光学元件材料并对该光学元件材料进行加压。
12.根据权利要求11所述的光学元件制造装置，其中，
所述第1成型模具和所述第2成型模具被配置成在与铅直方向交叉的方向彼此接近。
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