CN1305788C - 光学元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在包含对已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形的成形工序和对已得到的挤压成形品进行定心磨边以得到光学元件的定心磨边工序的光学元件的制造方法中，当想要得到的光学元件具有双凸形状或凸弯月形状时，作为上述成形原料，使用重量在由定心磨边得到的光学元件的重量的110～155%范围内的成形原料，当想要得到的光学元件具有双凹形状或凹弯月形状时，作为上述成形原料，使用重量在由定心磨边得到的光学元件的重量的180～240%范围内的成形原料。

Description

光学元件的制造方法
技术领域
本发明涉及通过使用精密加工的成形模具并在加热软化后的成形原料上复制其成形面来形成光学功能面的光学元件的制造方法。本发明特别涉及通过在精密挤压后进行定心磨边加工来决定光学元件的光轴，或在光学元件的外围形成向其它部件的安装部的光学元件的制造方法。
背景技术
作为光学元件的制造方法，已知的有通过在加热软化的状态下将玻璃塑坯等预制成形后的成形原料挤压成形以形成透镜等光学元件的精密挤压法。由精密挤压得到的光学元件的光学功能面不必进行切削、研磨等后加工，通过挤压成形就能精密地形成所需要的形状，所以，特别在能使非球面或具有微型图案的光学功能面精密成形这一点上很有用。通过对这样成形的成形品进行定心磨边加工，可以决定其光轴。根据情况，在进行定心磨边加工时，在透镜的四周形成与光轴垂直的平面部，或者在形成与光轴垂直的平面部之后，设置透镜安装部或成为用于透镜安装的参照面的部分，这样，就可以做成透镜制品。
特开平11-100219号公报(专利文献1)公开了这样一种技术，即，在将玻璃原料挤压成形时，或者去掉玻璃原料搬运时必需的剩余体积，或者，使剩余体积减小以减少后续工序中的工时。但是，该方法仅仅提出去掉或减小搬运时原料的剩余体积，并没有考虑进行定心磨边加工时必需的体积(或重量)。
专利文献1：特开平11-100219号公报
透镜等光学元件因必须满足其用途所要求的光学性能故使用公知的透镜设计方法进行设计，以充分实现所需的光学性能。由此，确定有规定了透镜直径、透镜厚度、凸面或凹面等形状球面或非球面形式。进而，为了得到具有所需的光学性能的透镜，透镜的设计和使用具有适当的光学常数的成形原料也很重要。通常，在确定最终的透镜形状时，确定用来制造该透镜的成形原料的形状和重量等。
作为成形原料，可以像玻璃塑坯那样，使用已预备成形为预先规定形状的原料。以下，在本说明书中又将“已预备成形的成形原料”称作“塑坯”。例如，塑坯可以是按球形、或扁平球形、圆片形和圆柱形等形状预备成形的原料。通常，从容易挤压成形的观点来看，成形原料的形状最好接近所要得到的透镜的形状。
这里，在挤压成形后进行定心磨边加工的透镜制造方法中，在进行定心磨边加工时将成形品的边缘部切除。因此，应准备的塑坯的重量(或体积)必须大于所要得到的透镜的重量(或体积)。但是，塑坯的重量(体积)仅仅根据过去试行错误来决定。因此，若塑坯的重量(体积)是不必要的那么大，则不仅浪费原料，而且还存在增加进行定心磨边加工的工时及由废玻璃粉增加环境负担的问题。此外，若塑坯的体积(重量)过小，则要么是透镜安装部不能完全取出，要么是因挤压时的微小的厚度不均而使光学功能面不足，如此等等，成为成品率下降的原因。
因此，在挤压成形时，有必要决定不大不小的恰当的重量(体积)的塑坯，且不会重复挤压成形的试行错误。
可是，玻璃塑坯通过选择能得到具有所需的光学性能(例如折射率nd、阿贝数vd)的透镜的玻璃原料并使选出的该种类的玻璃原料预先成形为适当的形状来制作。玻璃的种类例如是硝类，这取决于玻璃的成分。
但是，对于作为玻璃塑坯能预备成形的玻璃的重量，存在上限和下限，而且该上限和下限因玻璃的成分不同而变动。进而，其值还随要预备成形的塑坯的形状而变化。
例如，当热成形玻璃塑坯(熔融玻璃从喷嘴下滴，通过在适当的保持状态下进行冷却，进行表面无缺陷的球形或扁平球形的预备成形)时，若玻璃的重量超出某一范围，则很难进行合适地下滴和下滴后的成形。此外，所得到的塑坯有时会出现波筋，这样的塑坯即使提供进行挤压成形，也很难得到高质量的透镜。
特别是近年来，作为用于数字照相机等摄像用光学仪器的透镜，要求具有较高折射率的透镜。为此，尝试通过热成形来从高折射率的玻璃原料中得到塑坯。但是，因高折射率的玻璃原料具有熔融玻璃和喷嘴之的浸湿性大、熔融时的粘度低等倾向，故与过去使用的玻璃原料的情况相比，要通过热成形方法并按照要求来得到具有所需的重量(体积)的塑坯，则困难重量。
通常，在得到具有所需的光学性能的透镜时，先确定具有在透镜设计上合适的光学常数的玻璃原料，再根据该光学常数，利用公知的透镜设计方法设计透镜的形状。设计的透镜的体积可以利用透镜设计软件算出，还可以根据使用的玻璃原料的比重算出该体积的玻璃的重量。通过对所要得到的透镜的重量(体积)添加因进行定心磨边而去掉的重量(体积)(假定可以准确地预测)，可以算出所必需的塑坯的重量。另一方面，如以上所述，对于作为塑坯的能利用热成形来预备成形的玻璃的重量，存在上限和下限。因此，当算出的塑坯的重量在作为玻璃塑坯能预备成形的玻璃重量的范围之外时，这样的透镜不可能成形。这时，必须再次改正提供同等光学性能的透镜的设计，或对其进行修正。这是非常繁琐的工作。
发明内容
因此，本发明的第1目的在于有效地制造光学元件，在从已预备成形的成形原料经过挤压成形和定心磨边工序制造光学元件的方法中，能使定心磨边工序的工作量最小，而且，在不产生因厚度不均而使光学功能面不足等问题的范围内决定成形原料的重量。
本发明的第2目的在于有效地制造光学元件，在挤压成形时，能决定不大不小的恰当重量(体积)的塑坯，不会重复挤压成形或透镜设计的试行错误。
达到上述目的的手段如下：
1、一种光学元件的制造方法，包含对已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形的成形工序和对已得到的挤压成形品进行定心磨边以得到光学元件的定心磨边工序，其特征在于：
当想要得到的光学元件具有双凸形状或凸弯月形状时，作为上述成形原料，使用重量在由定心磨边得到的光学元件的重量的110～155％范围内的成形原料，
当想要得到的光学元件具有双凹形状或凹弯月形状时，作为上述成形原料，使用重量在由定心磨边得到的光学元件的重量的180～240％范围内的成形原料。
2、第1项记载的方法，上述已预备成形的成形原料是从喷嘴滴出熔融玻璃、冷却后得到的成形原料。
3、第1项或第2项记载的方法，上述成形原料具有1.7以上的折射率(nd)。
4、第1项～第3项任一项记载的方法，上述成形原料由磷酸盐玻璃形成。
5、上述第3项或第4项记载的方法，上述已预备成形的成形原料的重量在10～8000mg的范围内。
6、上述第5项记载的方法，上述已预备成形的成形原料具有球形形状，且重量在10～1000mg的范围内。
7、上述第5项记载的方法，上述已预备成形的成形原料具有扁平球形形状，且重量在150～8000mg的范围内。
8、包括在从喷嘴滴出熔融玻璃、冷却后使成形原料预备成形并对上述已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形、接着对已得到的挤压成形品进行定心磨边、最后得到透镜的双凸透镜或凸弯月形透镜的制造方法中，按下面(1)～(3)的步骤决定由上述定心磨边得到的透镜的形状：
(1)根据想要得到的透镜的光学性能决定使用玻璃的种类，
(2)对该类玻璃求出调制得到的已预备成形的成形原料的重量或体积的范围，
(3)决定上述透镜的形状，使得到的透镜的重量或体积在上述范围内的重量或体积的100/110～100/155的范围内。
9、包括在从喷嘴滴出熔融玻璃、冷却后使成形原料预备成形并对上述已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形、接着对已得到的挤压成形品进行定心磨边、最后得到透镜的双凹透镜或凹弯月形透镜的制造方法中，按下面(1)～(3)的步骤决定由上述定心磨边得到的透镜的形状：
(1)根据想要得到的透镜的光学性能决定使用玻璃的种类，
(2)对该类玻璃求出调制得到的已预备成形的成形原料的重量或体积的范围，
(3)决定上述透镜的形状，使得到的透镜的重量或体积在上述范围内的重量或体积的100/180～100/240的范围内。
若按照第1项记载的发明，可以使用符合想要得到的透镜的形状、重量(或体积)不大不小的塑坯进行挤压成形。因若按照第1项记载的发明，在进行挤压成形时可以不过多地设计由定心磨边除去的部分，故可以将挤压成形后的定心磨边加工的工时数减小到最小。进而，可以使用不会因厚度不均而使光学功能面不足的重量(或体积)的塑坯进行挤压成形，在此基础上，可以对整个光学功能面施加合适的负荷再使透镜成形，所以，可以得到面精度高的高质量的透镜。
进而，若按照第8项和第9项记载的发明，因考虑挤压成形使用的成形原料上的制约进行透镜设计，故可以达成生产效率较高地透镜制造。
附图说明
图1是制造双凸透镜时，包含由定心磨边除去的部分的挤压成形品的概略图。
图2是本发明的制造方法能使用的成形模具的倒角部的概略图。
图3是由实施例1得到的透镜的概略图(包含由定心磨边除去的部分)。
图4是制造凹弯月形透镜时的包含由定心磨边除去的部分的挤压成形品的概略图。
图5是由实施例2得到的透镜的概略图(包含由定心磨边除去的部分)。
具体实施方式
本发明涉及包含在加热软化的状态下将已预备成形的成形原料挤压成形的成形工序和对已得到的挤压成形品进行定心磨边而得到光学元件的定心磨边工序的光学元件的制造方法。
本发明的制造方法的特征是当想要得到的光学元件具有双凸形状或凸弯月形状时，作为上述成形原料，使用具有由定心磨边得到的光学元件的重量(或体积)的110～155％范围内的重量(或体积)的成形原料。最好是110～140％，更理想的情况是，双凸形状为110～135％，凸弯月形状为115～140％。
当已预备成形的成形原料的重量(或体积)不到由定心磨边得到的光学元件的重量(或体积)的110％时，透镜安装部不能完全取出，挤压时会因微小的厚度不均而使光学功能面不足，不能对整个光学功能面施加合适的负荷而使透镜成形，所以，存在面精度低的问题。此外，当已预备成形的成形原料的重量(或体积)超过由定心磨边得到的光学元件的重量(或体积)的155％时，会浪费原料，同时，增加定心磨边的工时数，存在生产性差的问题，进而，还会产生玻璃粉等废弃物增加环境负担的问题。
在本发明的制造方法中，可以使用重量(或体积)不大不小的塑坯，利用具有适当的负荷分布的挤压成形形成光学功能面，所以，形成的光学功能面即使不进行研磨等处理也具有很高的面精度。因此，本发明的制造方法是通过使用精密加工的成形模具对加热软化后的成形原料进行其成形面的复制来形成光学功能面的方法，对精密挤压成形是很合适的方法。
在本发明中，当由精密挤压成形得到光学元件时，因不必考虑由研磨除去的玻璃的重量(或体积)，故可以采用如下方式进行挤压成形，即由定心磨边除去的部分的重量(或体积)可以在最终产品(定心磨边后的光学元件)的量量(或体积)的10～55％的范围内。根据图1来说明这一点。图1是制造双凸透镜时的包含由定心磨边除去的部分的挤压成形品的概略图。
例如，当制造图1所示那样的双凸形状的透镜时，由定心磨边除去的部分的形状可以像下面这样来决定。(在图1中，斜线部分是由定心磨边除去的部分)
为了充分满足必需的透镜的光学性能和向仪器的安装性能，透镜的有效直径及最终透镜的外径可以根据用途和使用该透镜的光学系统来决定形状。可以首先在有效直径的外侧设置与透镜直径无关的大致具有一定宽度的透镜形状延长部11。透镜形状延长部11的形状由将决定图1中的第1面和第2面的光学功能面的形状的曲线(或直线)延长或实质上已延长的线来决定。透镜形状延长部是对在挤压成形时向整个光学功能面加足够的负荷所必要的部分。透镜形状延长部的宽度与透镜形状或外径无关，希望是0.2～0.4mm宽，这是必需的最低限度的宽度。最好是在0.25～0.35mm的范围内。再有，所谓“宽度”是指向与光轴垂直的面上地投影面上的宽度(下同)。
在本发明中，为了不使成形模具的角部破损，最好如图2所示，在成形模具上设置倒角部。再有，图2是本发明的制造方法能使用的成形模具的倒角部的概略图。倒角可以使用公知的方法进行。但是，挤压成形时与倒角部相接的部分若包含在定心磨边后的透镜中，有时与倒角部相接的部分会变厚，会妨碍透镜的安装。对此，若设置上述透镜形状延长部，在挤压成形时使与成形模具的倒角部相接的部分包含在透镜形状延长部中，则可以避免这样的问题。
此外，最好在透镜形状延长部11的更外侧设置具有一定宽度的平坦部12。该平坦部12是为了使由上述透镜形状延长部11到后述的外缘部13连接平滑而设的。进而，若在该位置设置作为平滑复制面的平坦部12，通过目测成形后(定心磨边前)的透镜，可以确认由该平坦部12形成的连接形状的位置。因此，容易在进入定心磨边工序之前发现产生厚度不均的透镜，可以在定心磨边工序之前清除次品，可以避免对次品进行定心磨边的不必要的工序。该平坦部12可以设在第1面，可以设在第2面，也可以两面都设。平坦部的宽度与想要得到的透镜形状或外径无关，希望是0.2～0.4mm宽，这是必需的最低限度的宽度。最好是在0.25～0.35mm的范围内。因容易通过目测确认连接形状与透镜外径的相对位置，故上面的宽度是合适的宽度。
进而，当没有平坦部12时，可以在透镜形状延长部11的外侧设置外缘部13，当有平坦部12时，可以在平坦部12的外侧设置外缘部13。外缘部13在挤压成形时，可以不与成形模具接触而由已固化的自由表面形成，是划定透镜的挤压直径的部分。可以使该部分具有必要的宽度，以便使第1面和第2面侧的平坦部12(或者当不设平坦部12时，是透镜形状延长部11)双方连接。该宽度与该部分的透镜厚度有关，希望是厚度的0.25～0.35倍，最好是0.28～0.32倍。
这样一来，可以决定透镜形状延长部11、平坦部12和外缘部13成形后(定心磨边前)的形状。透镜形状延长部11、平坦部12和外缘部13的体积可以在坐标上画出截面形状，再作为其旋转体算出。
另一方面，定心磨边后的透镜、即想要得到的透镜的体积可以根据其形状求出，具体地说，可以使用和上述同样的方法，或者利用透镜设计软件进行计算。通过将算出的透镜形状延长部、平坦部和外缘部的体积(或重量)的总和与想要得到的透镜的体积(或重量)相加，可以求出定心磨边前的成形品的体积(或重量)。这样一来，可以求出定心磨边前后的体积(或重量)。如前所述，在本发明中，当进行精密挤压成形时，按照使定心磨边除去的那部分的重量(或体积)在定心磨边后的光学元件的重量(或体积)的10～55％的范围内进行挤压成形。
另一方面，本发明的制造方法的特征是当想要得到的光学元件具有双凹形状或凹弯月形状时，作为上述成形原料，使用具有由定心磨边得到的光学元件的重量(或体积)的180～240％范围内的重量(或体积)的成形原料。特别地，若是凹弯月形状，应为200～235％。
当已预备成形的成形原料的重量(或体积)不到由定心磨边得到的光学元件的重量(或体积)的180％时，透镜安装部不能完全取出，挤压时会因微小的厚度不均而使光学功能面不足，不能对整个光学功能面施加适当的负荷而使透镜成形，所以，存在面精度低的问题。此外，当已预备成形的成形原料的重量(或体积)超过由定心磨边得到的光学元件的重量(或体积)的240％时，会浪费原料，同时，增加定心磨边的工时数，存在生产性恶化的问题，进而，还会产生因玻璃粉等废弃物而增加环境负担的问题。
如上所述，本发明的制造方法适合于利用精密挤压成形得到光学元件的情况。在本发明中，当利用精密挤压成形得到具有双凹形状或凹弯月形状的光学元件时，不必考虑由研磨除去的玻璃的重量(或体积)，所以，在进行挤压成形时，由定心磨边除去的部分的重量(或体积)可以在最终制品(定心磨边后的光学元件)的重量(或体积)的80～140％的范围内。下面，根据图4来说明这一点。图4是制造凹弯月形透镜时的包含由定心磨边除去的部分的挤压成形品的概略图。
例如，当制造图4所示那样的凹弯月形透镜时，由定心磨边除去的部分的重量(或体积)可以考虑在最终制品的重量(或体积)的80～140％的范围内，该部分的形状可以像下面这样来决定。(在图4中，斜线部分是由定心磨边除去的部分。)
在图4(透镜的垂直截面图)中，在第2面(凹面)侧的面径D2的外侧设置透镜形状延长部21。其宽度例如可以是0.2～0.4mm。透镜形状延长部21的形状最好在考虑能对第2面的光学功能面加适当负荷、进而能与后述的中继部进行适当的联系之后再作决定。该部分由将决定第2面的光学功能面的形状的曲线(或直线)延长或实质上已延长的线来决定。此外，该部分的形状最好是在其外周(与中继部的接点)具有曲率变化点，变成曲率和第2面的光学功能面相反的曲面。
第1面侧的透镜形状延长部由将决定第1面的光学功能面的曲线(或直线)延长或实质上已延长的线来决定。为了在挤压成形时对整个光学功能面加充分的负荷，该部分是必须的，该部分与透镜形状或透镜直径无关，希望是0.2～0.4mm。最好是0.25～0.35mm宽。
可以在第2面的透镜形状延长部21的外侧设中继部24。该部分是与其更外侧的外缘部23联系的部分。联系部最好按规定的曲率延伸，在第1面的面径D1的外侧(最好是从离开D1点宽0.2～0.4mm的外侧)大致呈水平，并与外缘部联系。通过调整中继部24的形状，可以控制塑坯的体积。但是，若中继部24的体积过小，则复制该面的成形模具侧的曲率变得严格，面加工会变得很困难。相反，若该部分过大，因塑坯的体积变大，故在挤压工序中，难以对整个有效直径区加适当的负荷，难以得到高的面精度。中继部的曲率半径希望是0.5～10mm，最好是3～7mm。
可以在中继部24的外侧设外缘部23。外缘部23是决定透镜的挤压直径的部分，因成形模具结构的原因，全部或几乎全部变成自由表面。外缘部23的宽度是其和中继部的接点部分的厚度的0.25～0.35倍，最好是0.28～0.32倍。
再有，图4所示的凹弯月形透镜的情况，形成以上所述的平坦部也很有用。在图4中，示出在第1面侧设平坦部22的状态。该部分的宽度和上述双凸透镜一样，最好是0.25～0.35mm。
在本发明的制造方法中，最好利用热成形、即从喷嘴滴出规定量的熔融玻璃(高温加热以使粘度合适的玻璃或在熔融状态下进行温度调整以使粘度合适的玻璃)，并在适当的保持状态下进行冷却，由此进行成形原料的预备成形。若按照热成形，则可以制作出没有划痕、污染和表面变质等平滑的表面、整个表面都是将熔融状态的玻璃固化后形成的面的塑坯，或整个表面都是由自由表面形成的塑坯。再有，所谓“整个表面都是将熔融状态的玻璃固化后形成的面”是指可以有与用来成形的模具接触复制模具表面的地方，而“整个表面都是自由表面”是指没有与模具接触复制模具表面的地方。
在精密挤压成形中，塑坯的表面大多作为最终制品的光学元件的表面留下来，因此，若有加工划痕，则有变成光学元件表面附近的缺陷的危险。但是，因若按照热成形则可以制作出在表面附近也不会有缺陷的塑坯，所以，通过精密挤压成形，可以提供生产性高的高品质的光学元件。特别是，在本发明中，若利用气流使从喷嘴滴出的熔融玻璃上浮并使其在与上浮夹具实质上非接触的状态下冷却，则可以得到由整个表面是将熔融玻璃固化后形成的自由表面构成的成形原料。此外，冷却时，最好在浮在气体上的状态下以选择的冷却速度使其固化。这样一来，可以得到表面无缺陷的塑坯。
若按照这样的热成形，可以使各种光学玻璃预备成形高品质的玻璃塑坯。但是，因玻璃种类不同而预备成形的难易度也不同，例如，根据其组成，有高温下粘度低的硝类，或滴出熔融玻璃时对喷嘴润湿性大的硝类，对于高温下粘度低的硝类或对喷嘴润湿性大的硝类，能以高的重量精度预备成形的重量范围有变窄的倾向。对于进行定心磨边加工的光学元件的情况，塑坯的重量精度最好在±2％以下。
如上所述，对于能利用热成形预备成形得到的塑坯的重量(或体积)，根据硝类或想要得到的成形原料的形状，存在上限和下限。因此，在本发明的制造方法中，最好根据想要得到的光学元件的光学性能，决定使用玻璃的种类，对该类玻璃，求出能利用热成形预备成形的塑坯的重量(或体积)的范围，并在此基础之上决定塑坯的重量(或体积)，使其在该范围之内。
能利用热成形预备成形的塑坯的重量(或体积)的范围可以从该玻璃的液相温度及该温度下的粘度进行预测。但是，因硝类的不同，有时，即使是在根据液相温度和粘度预测的重量(或体积)的范围内，也会发生波筋，所以，严密的上限值和下限值最好根据实际成形来确认。
本发明的制造方法对于要得到高折射率的光学元件是有效的，本发明的制造方法所使用的成形原料最好具有1.7以上的折射率(nd)。但是，折射率(nd)1.7以上的玻璃因含有相当量的高折射率成分(例如，Ti、W、Nb或Zr等)，故熔融时的粘度有下降的倾向，此外，热成形时容易产生波筋，进而，玻璃的稳定性低，可成形的区域窄。在本发明的制造方法中，当使用具有1.7以上的折射率(nd)的成形原料时，若是10～8000mg重量范围内的塑坯时，则不会产生波筋，能以高的重量精度进行预备成形。此外，当使用1.8以上的折射率(nd)的成形原料时，若是50～7000mg重量范围内的塑坯时，也能以高的重量精度进行预备成形。再有，能预备成形的重量范围也受成形原料的形状的影响，与球形玻璃塑坯相比，扁平球形玻璃塑坯的可成形的范围有向较大方向移动的倾向。对于1.7以上的折射率(nd)的成形原料，球形玻璃塑坯的重量是在10～1000mg的范围内，而扁平球形玻璃塑坯的重量则最好在100～8000mg的范围内。
此外，本发明的制造方法使用的成形原料可以是由磷酸盐玻璃形成的原料。磷酸盐玻璃因对滴出熔融玻璃的喷嘴的润湿性大，故与硼酸盐玻璃、硅酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃等玻璃相比，利用热成形对成形原料进行预备成形要困难一些，当使用由磷酸盐玻璃形成的成形原料时，若是重量在100～8000mg的范围内的塑坯，则能够以高的重量精度进行预备成形。当使用磷酸盐玻璃时，球形玻璃塑坯的重量是在100～1000mg的范围内，而扁平球形玻璃塑坯的重量则最好在150～8000mg的范围内。进而，当使用nd在1.7以上的高折射率的磷酸盐玻璃时，最好在100～4000mg的范围内。
本发明的制造方法中，也可以使用由硼酸盐玻璃、硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃形成的成形原料。当使用硼酸盐玻璃、硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃时，塑坯的重量可以在10～10000mg的范围内，这时，若球形玻璃塑坯的重量是在10～1000mg的范围内、扁平球形玻璃塑坯的重量是在50～10000mg的范围内形成，则重量精度高，这样更好。
此外，在本发明的制造方法中，当使用比重为4.0以上的光学玻璃作为成形原料时，塑坯的重量最好在50mg～8000mg范围内，因这样能以高的重量精度制造塑坯。
能使成形原料预备成形的重量的上限值和下限值有可能伴随塑坯成形技术的进步而变化，且自由度变宽。此外，如上所述，当决定成形原料的形状时，应留意可预备成形的范围因玻璃塑坯的形状而变动。即，与球形玻璃塑坯相比，扁平球形玻璃塑坯的可成形范围有向重量大的方向移动的倾向。因此，例如当使用1000mg以上的玻璃时，最好选择扁平球形。
在本发明的制造方法中，在加热软化的状态下使已预备成形的成形原料挤压成形的成形工序可以利用公知的方法进行。此外，在本发明中，最好使用以上所述的方法，预先决定由定心磨边除去的部分的形状，在此基础上制作与该形状对应的成形模具，再利用该成形模具进行挤压成形。
在本发明的制造方法中，对已得到的挤压成形品进行定心磨边以得到光学元件的定心磨边工序也可以利用公知的方法进行。在本发明中，可以使定心磨边工序的工作量最小。具体地说，可以减小定心磨边的加工余量(切削量)，可以缩短定心磨边的加工时间。即，在本发明的制造方法中，可以制造出具有最小加工余量的挤压成形品，不会发生挤压成形品的重量(或体积)不足或因厚度不均引起的透镜光学功能面不足的现象。
本发明还涉及以下方法。
在包含从喷嘴滴出熔融玻璃、冷却后使成形原料预备成形并对上述已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形、接着对已得到的挤压成形品进行定心磨边、最后得到透镜的双凸透镜或凸弯月形透镜的制造方法中，按下面(1)～(3)的步骤决定由上述定心磨边得到的透镜的形状：
(1)根据想要得到的透镜的光学性能决定使用玻璃的种类，
(2)对该类玻璃求出调制得到的已预备成形的成形原料的重量或体积的范围，
(3)决定上述透镜的形状，使得到的透镜的重量或体积在上述范围内的重量或体积的100/110～100/155的范围内。
本发明进而还涉及以下方法。
在包含从喷嘴滴出熔融玻璃、冷却后使成形原料预备成形并对上述已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形、接着对已得到的挤压成形品进行定心磨边、成形透镜的双凹透镜或凹弯月形透镜的制造方法中，按下面(1)～(3)的步骤决定由上述定心磨边得到的透镜的形状：
(1)根据想要得到的透镜的光学性能决定使用玻璃的种类，
(2)对该类玻璃求出调制得到的已预备成形的成形原料的重量或体积的范围，
(3)决定上述透镜的形状，使得到的透镜的重量或体积在上述范围内的重量或体积的100/180～100/240的范围内。
以玻璃透镜为例说明更具体的方法。
双凸透镜或凸弯月形透镜
当制造双凸透镜或凸弯月形透镜时，首先，根据要得到的透镜的光学性能决定使用的玻璃的种类。
通常，为了得到所希望的光学性能的透镜，从各种光学玻璃中选择合适的玻璃。选择标准以光学常数(折射率、分散)为主，但也可以参照其他的化学、机械的耐久性或着色度等。多数情况以应用透镜的光学仪器的规格为准进行选择。
若决定了玻璃的种类，则对该类玻璃求出调制得到的已预备成形的成形原料的重量(或体积)的范围。调制得到的已预备成形的成形原料的重量(或体积)的范围如上所述，可以根据该玻璃的液相温度和其粘度进行预测。但是，因硝类的不同，有时，即使是在根据液相温度和粘度预测的重量(或体积)的范围内，也会发生波筋，所以，严密的上限值和下限值最好根据实际成形来确认。再有，调制得到的已预备成形的成形原料的重量(或体积)的范围还因已预备成形的成形原料(例如玻璃塑坯)的形状而异，所以，重量(或体积)的范围和已预备成形的成形原料的形状最好一起决定。最好预先按光学玻璃的类别、塑坯形状的类别求出调制得到的已预备成形的成形原料的重量(或体积)的范围，并作为数据保持。
再有，有时塑坯的形状因要得到的透镜的形状而受制约。例如，当要得到的透镜的凸面曲率比塑坯的凸面曲率大(曲率半径小)时，在挤压成形时，塑坯和成形面之间封闭的气体排不出去，有损害透镜形状的危险。因此，最好选择塑坯的形状使塑坯的凸面的曲率比透镜凸面的曲率大。这时，最好选择球形塑坯。但是，如前所述，因扁平球形比球形容易进行大型塑坯的预备成形，故最好也考虑到这一点。这样，最好在最终决定要得到的透镜的形状之前，考虑塑坯的成形性，把握住透镜的粗略形状。
假若对该类玻璃求出了调制得到的已预备成形的成形原料的重量(或体积)的范围，即可决定透镜的形状，使得到的透镜的重量(或体积)是在该重量(或体积)范围内的重量(或体积)的100/110～100/155的范围之内，最好是在100/110～100/140的范围之内。
通过以上操作来决定塑坯的重量(或体积)，使其在可利用热成形进行预备成形的范围之内，在此基础上，可以在能使定心磨边的工序的工作量最小且不会因厚度不均而产生光学功能面不足等问题的范围内决定具有所需的光学性能的透镜的形状。
实际上，根据该类光学玻璃的比重，将调制得到的已预备成形的成形原料的重量(或体积)范围换算成体积，使最终要得到的透镜的体积是在该范围内的体积的100/110～100/155的范围之内，可以这样来进行具有所需的光学性能的透镜的形状设计，并决定最终的透镜的形状。透镜形状的决定包含决定透镜的第1面、第2面的光学功能面的形状。这可以利用公知的透镜设计方法进行。
根据决定的光学功能面的形状决定形成光学元件的第1面、第2面的成形模具的成形面形状，并准备具有决定了形状的成形面的成形模具，使用该成形模具将处于加热软化状态下的成形原料挤压成形，再对已得到的成形体进行定心磨边加工，这样可得到所需的光学元件。
双凹透镜或凹弯月形透镜
凹透镜系(双凹或凹弯月形)的情况除了要得到的透镜的重量(或体积)是在塑坯的重量(或体积)范围内的重量(或体积)的100/180～100/240范围内，特别是凹弯月形状为100/200～100/235的范围内之外，和上述情况一样。
当利用本发明的制造方法得到的光学元件是透镜(和双凸透镜、凸弯月形透镜、双凹透镜、以及凹弯月形透镜的情况共通)时，其有效直径最好是2mm～28mm左右。若透镜的有效直径在该范围内，则可以利用精密挤压成形得到高面精度的透镜。此外，若在该范围内，则可以显著地获得本发明的效果。
此外，利用本发明得到的透镜可以是球面透镜，也可以是非球面透镜，最好至少具有一个非球面。
对利用本发明的制造方法得到的透镜的用途没有特别限制。利用本发明的制造方法得到的透镜可用于照相机(包括数字照相机、VTR照相机)等摄像用光学仪器。可以适合作为双凸透镜、凸弯月形透镜、和凹弯月形透镜使用。
以上，作为成形原料，以玻璃原料为例进行了说明，作为光学元件，则以玻璃透镜为例进行了说明，但本发明不限于此。
【实施例】
下面，根据本发明的实施例进行具体说明。但是，本发明不限于这些形态。
【实施例1：双凸透镜的制造】
像以下那样决定图3所示的挤压成形品(包含由定心磨边除去的部分)的形状。在图3中，透镜是第1面的R(近轴曲率半径)＝12.5(单位mm，下同)、第2面的R(同上)＝26、中心壁厚是3.5、外径是φ12的双凸透镜(定心磨边后的最终形状)。
1、要得到的透镜的体积经计算为270mm3。这可以利用透镜设计软件算出。
2、在透镜的第1面，在透镜外径的外侧设置单侧为0.3的延长部(R＝12.5)，φ12.6。
3、在透镜的第2面，也同样设置单侧为0.3的延长部(R＝26)，φ12.6。
4、在透镜的第1面和第2面的透镜形状延长部的外侧设置单侧为0.25的平坦部，φ13.1。
5、因φ13.1部分的透镜的厚度是1.0，故外缘部的宽度设定是该部分厚度的0.3倍。因此，挤压直径设定为φ13.7(φ13.1+1×0.3×2)。
6、用上述方法设定的挤压品的体积(＝塑坯的体积)经计算约为305mm3。这里，体积计算可以在坐标上画出截面形状，再作为其旋转体算出。
根据上述，在图3所示的形态中，塑坯的体积(或重量)是透镜的体积(或重量)的305/270(＝113/100)。
其次，作为成形原料，使用由含有Ti、Nb、W的磷酸盐玻璃形成的、折射率(nd)为1.830的玻璃(比重3.62)，通过热成形使为了得到图3所示形状的挤压成形品的扁平球状塑坯成形。得到的塑坯的重量为1107mg(305mm3)。
利用能得到图3所示的形状的挤压成形品的成形模具，将该塑坯挤压成形。对这样得到的挤压成形品进行定心磨边，得到透镜。
定心磨边工序利用夹紧箍卡方式来固定透镜，对透镜的外周端面进行加工，得到透镜形状。定心磨边加工的时间为20秒钟/个。
【实施例2：凹弯月形透镜的制造】
像以下这样决定图5所示的挤压成形品(包含由定心磨边除去的部分)的形状。在图5中，透镜第1面的R(近轴曲率半径)＝60(单位mm，下同)、第2面(凹面)的R＝5.2、第2面的面径是φ8.5、透镜中心壁厚是1.2、透镜外径是φ12的凹弯月形透镜(定心磨边后的最终形状)。
1、透镜的体积利用透镜设计软件算出是300mm3。
2、在透镜的第1面，在透镜外径的外侧设单侧为0.3的延长部(R＝60)，φ12.6。
3、在透镜的第1面的φ12.6的外侧设单侧为0.25宽度的平坦部(φ13.1)
4、在透镜的第2面的面径φ8.5的外侧，作为延长部，设置R＝5.2、宽度为单侧0.25的部分，φ9。
5、在透镜的第2面的φ9的外侧，用R＝3的曲线设置到φ13.1为止的中继部。
6、因φ13.1部分的厚度是4.9，故外缘部的宽度设定是该部分厚度的0.3倍。因此，挤压直径设定为φ16.0(φ13.1+4.9+0.3×2)。
7、用上述方法设定的挤压品的体积(＝塑坯的体积)约为635mm3。这里，体积计算可以在坐标上画出截面形状，再作为其旋转体算出。
该体积(或重量)是定心磨边后的透镜的体积的635/300(＝212/100)。
其次，作为成形原料，使用由含有Nb、W的硼酸镧系玻璃形成的、折射率(nd)为1.815的玻璃(比重4.34)，通过热成形使为了得到图5所示形状的挤压成形品的扁平球状塑坯成形。得到的塑坯的重量为2765mg(637mm3)。
利用能得到图5所示的形状的挤压成形品的成形模具，将该塑坯挤压成形。对这样得到的挤压成形品进行定心磨边，得到透镜。
定心磨边工序和实施例1同样进行，得到透镜形状。定心磨边加工的时间为65秒钟/个。
本发明的制造方法可以用来制造球面透镜和非球面透镜。由本发明的制造方法得到的透镜可以是用在照相机(包括数字照相机、VTR照相机)等摄像用光学仪器，适合作为双凸透镜、凸弯月形透镜和凹弯月形透镜。

Claims (9)

1、一种光学元件的制造方法，包含对已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形的成形工序和对已得到的挤压成形品进行定心磨边以得到光学元件的定心磨边工序，其特征在于：
当想要得到的光学元件具有双凸形状或凸弯月形状时，作为上述成形原料，使用重量在由定心磨边得到的光学元件的重量的110～155％范围内的成形原料，
当想要得到的光学元件具有双凹形状或凹弯月形状时，作为上述成形原料，使用重量在由定心磨边得到的光学元件的重量的180～240％范围内的成形原料。
2、权利要求1记载的方法，上述已预备成形的成形原料是从喷嘴滴出熔融玻璃、冷却后得到的成形原料。
3、权利要求1或2记载的方法，上述成形原料具有1.7以上的折射率。
4、权利要求1或2记载的方法，上述成形原料由磷酸盐玻璃形成。
5、权利要求1或2记载的方法，上述已预备成形的成形原料的重量在10～8000mg的范围内。
6、权利要求5记载的方法，上述已预备成形的成形原料具有球形形状，且重量在10～1000mg的范围内。
7、权利要求5记载的方法，上述已预备成形的成形原料具有扁平球形形状，且重量在150～8000mg的范围内。
8、一种双凸透镜或凸弯月形透镜的制造方法，其包含从喷嘴滴出熔融玻璃、冷却后使成形原料预备成形并对上述已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形、接着对已得到的挤压成形品进行定心磨边、最后得到透镜，按下面(1)～(3)的步骤决定由上述定心磨边得到的透镜的形状：
(1)根据想要得到的透镜的光学性能决定使用玻璃的种类，
(2)对该类玻璃求出调制得到的已预备成形的成形原料的重量或体积的范围，
(3)决定上述透镜的形状，使得到的透镜的重量或体积在上述范围内的重量或体积的100/110～100/155的范围内。
9、一种双凹透镜或凹弯月形透镜的制造方法，其包含从喷嘴滴出熔融玻璃、冷却后使成形原料预备成形并对上述已预备成形的成形原料在加热软化的状态下进行挤压成形、接着对已得到的挤压成形品进行定心磨边、最后得到透镜，按下面(1)～(3)的步骤决定由上述定心磨边得到的透镜的形状：
(1)根据想要得到的透镜的光学性能决定使用玻璃的种类，
(2)对该类玻璃求出调制得到的已预备成形的成形原料的重量或体积的范围，
(3)决定上述透镜的形状，使得到的透镜的重量或体积在上述范围内的重量或体积的100/180～100/240的范围内。
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