CN1966434B

CN1966434B - 透镜的制造方法

Info

Publication number: CN1966434B
Application number: CN2006101288914A
Authority: CN
Inventors: 坂井裕之; 广田慎一郎
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: CN1966433A; CN1966432B; CN1550458A; CN1966435A; CN1966435B; CN1966434A; CN1966433B; CN1323961C; US20050011227A1; CN1966432A

Abstract

向经过预热的上下成形模的成形面之间供给经过加热的玻璃原料进行压力成形，对上下模进行冷却得到暂定透镜，当所得到的暂定透镜的一个面上有畸变时，对玻璃原料的温度进行矫正以进行修正透镜的成形。反复进行矫正，一直到所获得的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止。是一种能够制造出具有良好表面精度的凹弯月透镜的方法。

Description

透镜的制造方法

本申请是分案申请，母案的申请号是200410031269.2，申请日是2004年3月26日，母案的发明名称是透镜的制造方法。

技术领域

本发明涉及，不经过磨削研磨等后续加工而得到高精度的玻璃光学元件的精密压力加工的制造方法，特别是适合于成形弯月透镜的成形方法。

背景技术

在本发明所属的精密压力加工领域，利用精密地镜面加工成既定形状的成形模，对处于加热软化状态的玻璃原料进行压力成形，将模具成形面转印到玻璃原料上，从而成形出具有既定表面精度的光学元件。但是，通过压力成形将成形面形状转印其上的玻璃原料，在之后直到脱模之前进行的冷却工序中，由于体积的收缩，再加上加压时承受的物理的力和因冷却而残留的应力的作用，会发生变形。当发生变形时，所得到的光学元件其畸变等超过容许量时，将无法达到所希望的光学性能。

近年来，随着数码像机及摄像机的小型化·高性能化，大批量生产高精度非球面透镜的必要性增加。特别是对凹弯月透镜的要求很高。然而，这些透镜的精密压力成形，比双面凸透镜等难度要高，在很多情况下要找出能够得到具有良好表面精度的透镜的压力加工条件是困难的，要成形达到所希望光学性能的透镜有很大的困难。

关于口径较大的透镜或具有凹面的透镜的压力加工方法，例如在专利文献1(特开平5-24857号公报)中，是将玻璃加热软化到可发生变形的温度，进行压力加工后进行冷却，在冷却过程中再次进行加压，以防止冷却过程中表面精度变差。

此外，专利文献2(特开平6-72726号公报)和专利文献3(特开平8-337426号公报)记载的是，为了达到所要求的表面精度，设定形成一定畸变的成形条件，利用加工成可将畸变抵消的形状的成形模。

[专利文献1]特开平5-24857号公报

[专利文献2]特开平6-72726号公报

[专利文献3]特开平8-337426号公报

但是，在压力成形凹弯月透镜的场合，若如专利文献1那样只是在冷却过程中再次进行加压，则在很多情况下无法得到表面精度良好的透镜。此外，在按照形成畸变的条件加工成形模的场合，要将成形模加工成将畸变抵消的形状，导致工时增加、成本提高、生产率降低，这是人们所不希望的。

采用精密压力成形法时玻璃透镜的表面精度变差，起因于压力加工后冷却时发生变形，上述现有技术对此也业已掌握。但是，就凹弯月透镜而言，为了压力成形出表面精度良好的透镜，应如何控制从压力成形到脱模为止期间玻璃发生的变形却全然未知。例如，如图1所示，相对于透镜的设计值(设计形状)，所成形的透镜(暂定透镜形状)的曲率半径有时会向其径向发生变化而产生畸变，因而无法得到所希望的表面精度。综上所述，仅以现有技术的方案，无法随人所愿地得到表面精度良好的凹弯月透镜。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，其目的是，提供一种，即使是凹弯月透镜，在将玻璃原料在模具内压力成形后，对成形件到脱模为止的过程中所产生的表面精度变差进行控制，从而能够制造出具有良好表面精度的玻璃透镜的方法。

本发明人在进行弯月透镜的压力成形时，就各种成形条件与透镜的表面精度之间的相关关系，进行了多方位的研究。结果发现，数个成形条件与透镜的表面精度、特别是与以光轴为中心的对称性这种表面精度异常(畸变)之间存在密切的相关关系，通过利用该相关关系，能够制作抑制畸变的产生并控制了表面精度的透镜，从而完成了本发明。另外，本发明中的“畸变”意指，上述那样“以光轴为中心的对称性的表面精度异常”。

具体地说，作为对透镜表面精度之一的畸变具有支配作用的成形条件，发现以下5个参数具有很大影响，即

(1)玻璃原料加热温度

(2)成形模加热温度

(3)上下成形模之间的温度差

(4)上下成形模之间的冷却速度差

(5)在进行两级以上加压(第1加压、第2加压)场合下的第2加压的载荷

高温下压力成形的透镜在冷却过程中发生变形时，作为起支配作用的要素，可以认为有热收缩和应力。特别是，与大体各向同性收缩的双面凸透镜等不同，凹弯月透镜因其形状原因，热收缩的发生方式复杂。

有鉴于此，本发明人认为，以下1)～3)是对压力加工后透镜发生畸变起支配作用的要素。

1)玻璃原料与被供给玻璃原料的成形模的温度之间的相互关系(特别是在模具之外对玻璃原料进行加热的场合)

2)所成形透镜的上下的冷却均衡性

3)决定成形形状的载荷施加方式

与上述要素相联系地对各种成形条件进行探讨的结果，发现前述(1)～(5)是对透镜的表面精度之一的畸变起支配作用的条件，适当对这些条件进行控制，即便是凹弯月透镜也能够得到表面精度很高的透镜，并完成了本发明。

即，本发明如下所述。

(1)一种通过以具有相向的成形面的上下一对成形模对加热软化状态的玻璃原料进行压力成形，制造具有包含凸面形状的第1面和包含凹面形状的第2面的凹弯月透镜的方法，其特征是，

向经过预热的上下成形模的成形面之间，供给加热至既定温度的玻璃原料进行压力成形，得到暂定透镜，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将玻璃原料的温度矫正得低于所述既定温度，在采用矫正后的玻璃原料温度的条件下，进行修正透镜的成形，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将玻璃原料的温度矫正得高于所述既定温度，在采用矫正后的玻璃原料温度的条件下，进行修正透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之内的场合，之后，在采用所述矫正后的玻璃原料温度的条件下，进行目标透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述玻璃原料的温度矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止。(本发明的第1方案)

(2)一种包括以具有相向的成形面的上下一对成形模，对加热软化状态的玻璃原料进行压力成形的、制造具有包含凸面形状的第1面和包含凹面形状的第2面的凹弯月透镜的方法，其特征是，

向预热至既定温度的上下成形模的成形面之间，供给经过加热的玻璃原料进行压力成形，得到暂定透镜，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将上下成形模的预热温度矫正得低于所述既定温度，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行修正透镜的成形，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将上下成形模的预热温度矫正得高于所述既定温度，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行修正透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之内的场合，之后，在采用所述矫正后的成形模温度的条件下，进行目标透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述成形模温度的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止。(本发明的第2方案)

(3)一种包括以具有相向的成形面的上下一对成形模对加热软化状态的玻璃原料进行压力成形的、制造具有包含凸面形状的第1面和包含凹面形状的第2面的凹弯月透镜的方法，其特征是，

向分别预热至既定温度的上下成形模的成形面之间，供给经过加热的玻璃原料进行压力成形，得到暂定透镜，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将成形第2面的模具的预热温度向低矫正，或者将成形第1面的模具的预热温度向高矫正，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行修正透镜的成形，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将成形第2面的模具的预热温度向高矫正，或者将成形第1面的模具的预热温度向低矫正，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行修正透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述成形模温度的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止。(本发明的第3方案)

(4)一种包括以具有相向的成形面的上下一对成形模对加热软化状态的玻璃原料进行压力成形的、制造具有包含凸面形状的第1面和包含凹面形状的第2面的凹弯月透镜的方法，其特征是，

在经过预热的上下成形模的成形面之间，供给经过加热的玻璃原料进行压力成形，对上下模分别以既定的冷却速度进行冷却而得到暂定透镜，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将成形第2面的模具的冷却速度向高矫正，或者将成形第1面的模具的冷却速度向低矫正，在采用矫正后的冷却速度的条件下，进行修正透镜的成形，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将成形第2面的模具的冷却速度向低矫正，或者将成形第1面的模具的冷却速度向高矫正，在采用矫正后的冷却速度的条件下，进行修正透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之内的场合，之后，在采用所述矫正后的冷却速度的条件下，进行目标透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述冷却速度的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止。(本发明的第4方案)

(5)一种包括以具有相向的成形面的上下一对成形模对加热软化状态的玻璃原料进行压力成形的、制造出具有包含凸面形状的第1面和包含凹面形状的第2面的凹弯月透镜的方法，其特征是，

向经过预热的上下成形模的成形面之间，供给经过加热的玻璃原料立即进行既定载荷的第1加压，冷却开始后，通过进行包括以小于第1加压的既定载荷进行的第2加压的压力成形而得到暂定透镜，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将第2加压的载荷相对于所述既定载荷向大矫正，在采用矫正后的载荷的条件下，进行修正透镜的成形，

当所得到的所述暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将第2加压的载荷相对于所述既定载荷向小矫正，在采用矫正后的载荷的条件下，进行修正透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之内的场合，之后，在采用所述矫正后的载荷的条件下，进行目标透镜的成形，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述载荷的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止。(本发明的第5方案)

(6)如(1)～(5)之任意一项所记载的制造方法，其特征是，凹弯月透镜的第1面上具有球面，并且通过掌握所得到的暂定透镜的第1面的畸变，进行成形条件的矫正。

(7)如(1)～(6)之任意一项所记载的制造方法，其特征是，所述凹弯月透镜，其第1面或第2面上具有非球面。

通过进行本发明的一种矫正或者几种矫正配合进行，能够对压力成形的条件恰当地进行修正，使透镜的畸变得到修正。因此，能够得到表面精度良好(例如畸变纹在一条以内)的透镜。而且，不需要犯多尝试错误便能够达到最佳压力加工条件。

特别是，当以所谓非等温压力加工来成形凹弯月透镜时，本发明的矫正与表面精度改善的相关性更为显著，因此，通过掌握所成形的暂定透镜的形状的畸变，再采用本发明的一种矫正条件或几种矫正配合进行，便能够迅速获知成形所希望得到的透镜的条件。因此，生产效率高，能够生产出形状成形难度大的透镜。

附图说明

图1是非球面透镜中的实际透镜曲面相对于设计曲面的位移关系的说明图；

图2是表示玻璃原料温度变化所引起的透镜的畸变变化的菲索干涉仪的干涉纹的照片；

图3是表示模具温度变化所引起的透镜的畸变变化的菲索干涉仪的干涉纹的照片；

图4是表示上下模温度差及冷却速度差型温度变化所引起的透镜的畸变变化的菲索干涉仪的干涉纹的照片；

图5是第2加压载荷的变化所引起的透镜的畸变变化的菲索干涉仪的干涉纹的照片；

图6表示代表性的畸变的类型；

发明的实施形式

本发明的制造方法，均属于包括以具有相向的成形面的上下一对成形模，对加热软化状态的玻璃原料进行压力成形的、制造具有包含凸面形状的第1面和包含凹面形状的第2面的凹弯月透镜的方法。更具体地说，作为本发明的制造方法，如后所述，包括(a)成形模预热工序、(b)玻璃原料供给工序、(c)压力成形工序、(d)冷却·脱模工序、以及(e)取出工序。在下面，将首先就本发明制造方法的5种方案所共有的上述(a)～(e)各个工序进行说明。本发明的制造方法，并不限定于下述成形工序，但在经过(a)～(e)各工序的所谓非等温压力加工中，本发明的效果可显著展现出来。

[工序说明]

作为本发明，是例如通过反复进行下面所述的成形工序，连续地成形出诸如玻璃透镜等光学元件的。

另外，如后所述，本发明的制造方法中，有暂定透镜、修正透镜、以及目标透镜(作为原本的目标物的玻璃光学元件)的制造工序，尽管各制造方法中条件有所不同，但都是经过以下的(a)～(e)各工序制造出透镜的。

(a)成形模预热工序

将上下成形模，以加热机构例如高频感应线圈预热至既定温度。经过上一循环中的(e)取出工序(后述)的上下成形模，因要将透镜脱模并取出而被冷却至适当的温度，因此，要在预热工序中加热至适于进行压力成形的既定温度。作为成形模的预热温度，例如换算为玻璃粘度时，以相当于10⁸～10¹²dPaS为宜。关于模具的温度，若温度过高，会出现玻璃粘到成形面上的问题，若温度过低则会导致玻璃原料损坏，因而也最好是在上述温度范围内。此时，上下成形模的温度设定值，既可以相同，也可以根据所要成形的透镜的形状或直径等因素设置温度差。关于上下成形模温度之差，若上下成形模之间的温差过大，将导致上下面的收缩量之差过大，不仅以其它参数进行的修正无法奏效，而且由于上下模膨胀的差异，还有时引起压力机发生动作故障。为此，在上下成形模之间设定温度差的场合，以相差60℃以内为宜。

(b)玻璃原料供给工序

向经过预热的上下成形模之间，供给输送过来的玻璃原料，放置在下模上。作为玻璃原料，可以使用预先预成形成适当重量的既定形状的玻璃原料(预成形坯料)，使之软化至具有适于成形的粘度后进行供给。或者也可以，向上下模之间供给温度低于与适于成形的粘度相当的温度的玻璃原料，而在上下模之间再加热至适于成形的粘度。在预先加热至高于模具的设定温度而供给呈软化状态的玻璃原料的场合，有更显著地获得本发明效果的倾向。向成形模供给时的玻璃原料的温度，以相当于10^5.5～10¹²dPaS的粘度为宜。这是由于，若粘度低于此(温度高)，则不仅冷却过程中玻璃的收缩量大，无法得到具有良好表面精度的玻璃成形件，而且会由于玻璃原料与模具材料之间发生反应而粘在一起。反之，若粘度高于此(温度低)，则压力加工时玻璃原料变形困难，不仅无法压制成既定的片厚，有时还会损坏玻璃或模具。向成形模供给时的玻璃原料的温度，可以是更佳的相当于10^5.5～10^8.5dPaS。

在将软化的玻璃原料输送并放置到下模上时，若玻璃原料与输送部件接触因而表面产生缺陷，将影响所成形的光学元件的表面形状。为此，软化的玻璃原料，最好是在气体作用下浮起的状态下进行输送，并使用使玻璃原料以下落到下模成形面上的方式供给的夹具。

(c)压力成形工序

在上下成形模和玻璃原料各自在既定的温度范围内、玻璃原料加热软化的状态下，使下模上升(或上模下降)进行加压，将上下成形模的成形面进行转印，从而成形出具有既定表面形状的光学元件。下模的上升，通过使驱动机构(例如侍服马达)工作来进行，使下模上升既定行程而对玻璃原料加压。在供给预先加热软化的玻璃原料的场合，供给后立即进行加压。旨在进行加压的下模的行程，取预先根据所要成形的光学元件的片厚而设定的值，取根据冷却工序中玻璃发生热收缩的量而确定的大小是适宜的。关于加压的程序，可根据所要成形的光学元件的形状和大小等任意设定。

作为本发明，在成形弯月透镜的场合，若将加压程序设计成两级以上的多级压力加工，并且在加压的中途开始进行冷却，则更有助于得到良好的表面精度。例如，可以在向上下模之间供给玻璃原料后立即以既定载荷进行第1加压之后、或者、与进行第1加压同时开始进行冷却。之后，既可以以小于第1加压的载荷进行第2加压，也可以在第1加压后暂时减小载荷或去掉载荷、降温至既定温度之后再次进行加压(第2加压)。

作为第1加压的载荷，从玻璃的粘性以及防止变形时破损等角度考虑，使之为30～300kg/cm²是适宜的。第2加压的载荷，以小于第1加压为宜，例如，可以是第1加压载荷的10％～80％，第2加压载荷以20～150kg/cm²为宜。设定在这种范围内，可使第2加压得到良好的效果，且没有透镜破损的可能性，因而是适宜的。

第1加压和第2加压例如可如下进行。

向成形模供给玻璃原料后，立即施加加压载荷进行第1加压，使玻璃发生很大变形并在既定的片厚位置使模具停止。与加压开始的同时或者到达既定的片厚位置时开始进行冷却，一直到降温至既定温度为止的时点保持模具的位置。这样，施加在玻璃上的载荷可实质上减小。到达既定温度后，再次施加加压载荷进行第2加压。

(d)冷却·脱模工序

在如上所述实施恰当的加压程序的同时，使所成形的光学元件与成形模保持紧密接触的情况下，一直冷却至相当于玻璃的粘度为10¹²dPaS的温度后，使压力成形件脱模。脱模最好是在相当于粘度为10^12.5～10^13.5dPaS的温度下进行。

成形模的冷却速度，例如可以是10～400℃/min。若冷却速度过低，则冷却时间过长，制造效率降低；若冷却速度过快，则有表面精度变差及发生龟裂的倾向。

此外，也可以将上下成形模以不同的冷却速度进行冷却，上下成形模之间的冷却速度比，以在1∶4～4∶1的范围内为宜。若冷却速度比大于4，则由于脱模时上下面的温差变大，将导致透镜内部残留很大的应变，有可能在脱模后或在进行定心加工时破损。上下成形模之间的冷却速度比，尤以1∶1.5～1.5∶1更佳。

(e)取出工序

脱模之后，将下模成形面上的压力成形件(光学元件)，例如可以以具有吸持部件的取出臂等自动取出。

下面，对作为本发明制造方法之特征的、旨在对表面精度进行控制的方法进行说明。

(1)玻璃原料加热温度的控制(第1方案)

按照本发明制造方法的第1方案，是向经过预热的上下成形模的成形面之间供给加热至既定温度的玻璃原料进行压力成形，得到暂定透镜的。暂定透镜的制造，经由上述(a)～(e)各工序进行。并且，当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将玻璃原料的温度矫正得低于所述既定温度，在采用矫正后的玻璃原料温度的条件下，进行修正透镜的成形。

另外，如上所述，由于本发明中的“畸变”意指“以光轴为中心的对称性的表面精度异常”，所以，上述“周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变”意指“中心部的曲率半径小于周边部的曲率半径的、以光轴为中心的对称性的表面精度异常”。

而本发明中，所述的透镜的中心部，是指透镜的光轴附近部位，所述的透镜的周边部，是指透镜有效光学半径为r时，距中心r/3之外、有效光学半径r之内的部分。

在本发明中，暂定透镜的中心部及周边部的曲率半径，可如下求得。首先，对暂定透镜的球面和非球面的形状进行测定。测定可采用诸如触针式形状测定仪等进行。

非球面形状可用下述非球面公式表达。

X＝(Y^2/R)[1+{1-(1+K)(Y/R)^2}^0.5]+BY^4+CY^6+DY^8+EY^10

(K＝B＝C＝D＝E＝0时，即为球面)

一般来说，通过设定上述公式中的各个常数便可确定非球面公式。设计透镜时，要确定非球面设计公式。

对于暂定透镜，将形状测定仪的测定值分成上述周边区域和中心区域，针对各区域分别求取最佳组配非球面公式，即近似于被测形状的非球面公式。在这里，最佳组配非球面公式，是通过，只将非球面设计公式的R(近轴曲率半径)作为变量来求取使与被测形状之差(例如差的P-V值)达到最小的近轴曲率半径(R0)，而得到的。由此，将针对中心区域得到的最佳组配近轴曲率半径(R01)作为中心部的曲率半径，而将针对周边区域得到的最佳组配近轴曲率半径(R02)定义为周边部的曲率半径。

此时，若中心部与周边部的曲率半径在有效直径内相等，则不产生畸变，若存在差异则作为畸变表现出来。因此，减小中心部和周边部的曲率半径之差，是与减小畸变同义的。

即，本发明中，对如上求得的中心部的曲率半径、与、周边部的曲率半径的关系进行分析，根据其大小关系对成形条件进行矫正。

而在本发明中，当以上述方式从暂定透镜的形状求出的中心部的曲率半径与周边部的曲率半径的关系为既定的关系、即产生既定的畸变时，只要进行各权利要求所规定的成形条件的矫正即可。换言之，本发明在进行成形条件的矫正时，并非一定要有以上述方式求取R01、R02的工序。

此外，对于球面透镜，即使不象上述方法那样采用触针式形状测定仪，而利用与参照球面之间产生的干涉纹，也能够很容易地分析出畸变的有无以及中心部与周边部的曲率半径的关系。即，对采用菲索干涉仪等仪器使得透镜中心部的干涉纹为平行的直线形状时的读值(曲率半径)、与、周边部的干涉纹为平行的直线形状时的读值(曲率半径)，进行比较便可分析出来。

另外，将中心部和周边部曲率半径关系以及从干涉纹观察到的畸变的关系示于图6。

而当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将玻璃原料的温度矫正得高于所述既定温度，在采用矫正后的玻璃原料温度的条件下，进行修正透镜的成形。

玻璃原料温度的矫正程度，可根据暂定透镜的畸变的程度适当决定。例如最好是，掌握暂定透镜的第1面的畸变，根据其条数对玻璃原料的温度进行矫正。

在这样得到的修正透镜的畸变在容许范围之内的场合，之后，在采用所述矫正后的玻璃原料温度的条件下，进行目标透镜的成形。但在第2面(或第1面)的畸变在容许范围之外的场合，还可以实施诸如第2面的模具形状的矫正等附加矫正。

所谓“畸变在容许范围之内”，是要根据所制造的凹弯月透镜的规格适当决定的，但所述的“畸变在容许范围之内”，例如也可以是指，在修正透镜上观察到的畸变表现为以斐索干涉仪形成的牛顿环在一条以内。在下面的方案中，在这些方面也是一样的。

此外，对于非球面，作为畸变大小的指标，可以用经过最佳组配的非球面公式与暂定透镜的测定形状之间的差的大小(例如P-V值)来设定容许范围。

而在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述玻璃原料的温度矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止，在修正透镜的畸变达到容许范围之内的场合，在此之后，在采用矫正后的玻璃原料温度的条件下，进行目标透镜的成形。

在本说明书中，所述的目标透镜，是作为目标成品的玻璃光学元件，在经过暂定透镜及修正透镜的成形而达到可得到目标透镜的条件后，在该条件下反复制造目标透镜。

经过暂定透镜及修正透镜的成形而达到可得到目标透镜的条件的方法，是基于本发明人的如下发现，即，在通过压力成形工序制造诸如玻璃透镜等时，压力加工开始时玻璃原料的设定温度，与所成形的光学元件的表面精度存在很大的相关关系。

例如，对于第1面、第2面均具有球面的凹弯月透镜，无论哪一个面，在有效直径内其曲率半径必须从中心到周边部均一定。但是，以暂定性成形条件成形的透镜，其透镜周边部的曲率半径有时产生比透镜中心附近的曲率半径小的畸变。本发明人发现，在这种场合，通过将玻璃原料的加热温度向低矫正，可得到具有均匀曲率半径的透镜，以及，反之，在暂定透镜的透镜周边部的曲率半径与透镜中心附近相比产生大的畸变的场合，可将玻璃原料的加热温度向低矫正，而得到目标透镜的成形条件。详情将在后述的实施例中说明。

究其可得到这种效果的原因，可如下考虑。若压力加工开始时玻璃原料的温度较高，则压力加工后体积收缩率变大。对于与透镜中心附近相比周边的片厚较厚的凹透镜来说，由于光轴方向的收缩量在周边部要大于透镜中心，因而来自上下模的压力在中心部要大于周边部。因此，周边部能够较为自由地发生变形，随着透镜周边向中心收缩变形，有周边部的曲率半径变小的倾向。

(2)成形模加热温度(第2方案)

按照本发明制造方法的第2方案，是向预热至既定温度的上下成形模的成形面之间供给经过加热的玻璃原料进行压力成形，得到暂定透镜的。暂定透镜的制造，经由上述(a)～(e)各工序进行。并且，当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将上下成形模的预热温度矫正得低于所述既定温度，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行修正透镜的成形。而当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将上下成形模的预热温度矫正得高于所述既定温度，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行修正透镜的成形。

上下成形模预热温度的矫正程度，可根据暂定透镜的畸变的程度适当决定。例如最好是，掌握暂定透镜的第1面的畸变，根据畸变的条数对上下成形模的预热温度进行矫正。

在这样得到的修正透镜的畸变在容许范围之内的场合，之后，在采用所述矫正后的成形模温度的条件下，进行目标透镜的成形。

而在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述成形模温度的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止，在修正透镜的畸变达到容许范围之内的场合，在此之后，在采用所述矫正后的成形模温度的条件下，进行目标透镜的成形。

本发明人发现，对于第1面、第2面具有球面的凹弯月透镜，在以暂定性成形条件成形的球面透镜周边部的曲率半径产生小于透镜中心附近的曲率半径的畸变的场合，通过将上下模的预热温度向低矫正，可得到成形具有均匀的曲率半径的目标透镜的条件，以及，反之，在暂定透镜的透镜周边部的曲率半径与中心附近相比产生大的畸变的场合，将成形模温度向高矫正即可。详情将在后述的实施例中说明。究其可这样矫正的理由，可以认为与上述(1)的理由相同，是由于玻璃原料的温度较高、收缩量较大的缘故。

(3)上下成形模之间的温度差(第3方案)

按照本发明制造方法的第3方案，是向分别预热至既定温度的上下成形模的成形面之间，供给经过加热的玻璃原料进行压力成形，得到暂定透镜的。暂定透镜的制造，经由上述(a)～(e)各工序进行。并且，当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将成形第2面的模具的预热温度向低矫正，或者将成形第1面的模具的预热温度向高矫正，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行修正透镜的成形。而当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将成形第2面的模具的预热温度向高矫正，或者将成形第1面的模具的预热温度向低矫正，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行修正透镜的成形。

成形模温度的矫正程度，可根据暂定透镜的畸变的程度适当决定。例如，可以通过掌握暂定透镜的第1面的畸变，根据畸变的条数对成形模的温度进行矫正。

而在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述成形模温度的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止，在修正透镜的畸变达到容许范围之内的场合，在此之后，在采用矫正后的成形模温度的条件下，进行目标透镜的成形。

本发明人发现，对于第1面、第2面具有球面的凹弯月透镜，在以暂定性成形条件成形的透镜产生透镜周边部的曲率半径小于中心附近的曲率半径的畸变的场合，可通过将成形第2面的模具的预热温度向低矫正，或者将成形第1面的模具的预热温度向高矫正，在采用矫正后的成形模温度的条件下，成形出表面精度良好的目标透镜，以及，在暂定透镜产生透镜周边部的曲率半径大于中心附近的畸变的场合，进行与上述相反的矫正即可。详情将在后述的实施例中说明。

就上下模的温度设定而言，由于玻璃会从温度相对低的部分迅速冷却，因而很早发生收缩，丧失流动性。因此，例如当下模温度较低时，玻璃的下面(即凸面)将先丧失流动性，之后上面部分进行收缩。于是，可以认为，在下面的周边部产生向上的拉应力，周边部的曲率半径变小。

(4)上下成形模之间的冷却速度差(第4方案)

按照本发明的第4方案，是在经过预热的上下成形模的成形面之间，供给经过加热的玻璃原料进行压力成形，对上下模分别以既定的冷却速度进行冷却而得到暂定透镜的。暂定透镜的制造，经由上述(a)～(e)各工序进行。

当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将成形第2面的模具的冷却速度向高矫正，或者将成形第1面的模具的冷却速度向低矫正，在采用矫正后的冷却速度的条件下，进行修正透镜的成形。也可以对上模的冷却速度和下模的冷却速度同时进行矫正。

而当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将成形第2面的模具的冷却速度向低矫正，或者将成形第1面的模具的冷却速度向高矫正，在采用矫正后的冷却速度的条件下，进行修正透镜的成形。此时，也同样可以对成形第2面的模具的冷却速度和成形第1面的模具的冷却速度同时进行矫正。

冷却速度的矫正程度，可根据暂定透镜的畸变的程度适当决定。例如，可以通过掌握暂定透镜的第1面的畸变，根据畸变的条数对冷却速度进行矫正。

在这样得到的修正透镜的畸变在容许范围之内的场合，之后，在采用所述矫正后的冷却速度的条件下，进行目标透镜的成形。

而在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述冷却速度的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止，在修正透镜的畸变达到容许范围之内的场合，在此之后，在采用矫正后的冷却速度的条件下，进行目标透镜的成形。

本发明人发现，对于第1面、第2面具有球面的凹弯月透镜，在以暂定性成形条件成形的透镜产生周边部的曲率半径小于透镜中心附近的曲率半径的畸变的场合，通过将成形第2面的模具的冷却速度向高矫正，或者将成形第1面的模具的冷却速度向低矫正，可成形出良好的目标透镜。在暂定透镜其透镜周边部的曲率半径与中心附近相比产生大的畸变的场合，进行与上述相反的矫正即可。详情将在后述的实施例中说明。

例如，若加快下模部分的冷却速度，则下模侧玻璃先行固化，之后随着上模部分的收缩，在周边部产生拉应力，周边部的曲率半径将向变小的方向变化，因此，可以认为能够对上述曲率半径进行修正。

(5)进行两级以上加压(第1加压、第2加压)的场合下的第2加压载荷(第5方案)

本发明制造方法的第5方案，是向经过预热的上下成形模的成形面之间，供给经过加热的玻璃原料立即进行既定载荷的第1加压，冷却开始后，通过进行包括以小于第1加压的既定载荷进行的第2加压的压力成形而得到暂定透镜的。暂定透镜的制造，经由上述(a)～(e)各工序进行。

当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径小于中心部的曲率半径的畸变时，将第2加压的载荷相对于所述既定载荷向大矫正，在采用矫正后的载荷的条件下，进行修正透镜的成形。而当所得到的暂定透镜的第1面或第2面产生周边部的曲率半径大于中心部的曲率半径的畸变时，将第2加压的载荷相对于所述既定载荷向小矫正，在采用矫正后的载荷的条件下，进行修正透镜的成形。

第2加压的载荷的矫正程度，可根据暂定透镜的畸变的程度适当决定。例如，可以通过掌握暂定透镜的第1面的畸变，根据畸变的条数对第2加压的载荷进行矫正。

另外，还可以以这种方式进行矫正，即，使载荷施加时间一定(不使之改变)而仅对第2加压的载荷进行矫正。

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之内的场合，之后，在采用所述矫正后的第2加压的载荷的条件下，进行目标透镜的成形。而在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述载荷的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止，在修正透镜的畸变达到容许范围之内的场合，在此之后，在采用矫正后的载荷的条件下，进行目标透镜的成形。

本发明人发现，对于第1面、第2面具有球面的凹弯月透镜，在以上述两级压力加工进行成形的场合(即，向经过预热的上下成形模的成形面之间，供给经过加热的玻璃原料立即进行既定载荷的第1加压，在开始进行冷却的同时，通过保持模具的位置而实质上进行减压之后，进行包括以小于第1加压的既定载荷进行的第2加压的压力成形的场合)，当所得到的暂定透镜产生周边部的曲率半径小于透镜中心附近的曲率半径的畸变时，将第2加压的载荷相对于所述既定载荷向大矫正，在采用矫正后的载荷的条件下，可进行目标透镜的成形，以及，当暂定透镜其透镜周边部的曲率半径与透镜中心附近相比产生大的畸变时，进行与上述相反的矫正即可。详情将在后述的实施例中说明。

第1加压之后，经过预定的降温后进行第2加压，具有对压力加工后的透镜的变形(反翘)进行修正的效果，特别是，直到冷却至玻璃的热膨胀率大大减小的Tg附近之前进行第2加压，具有很大的使透镜的表面精度提高的效果。此时，若第2加压的载荷小，则该效果小，因而透镜周边部的曲率半径变小，若增大载荷，则该曲率半径向变大的方向变化。

以上，以第1面、第2面为球面的透镜为例进行了说明，但即使是非球面透镜，也具有同样的倾向，因此，对于第1面和第2面的一个或两个面为非球面的透镜，也能够采用本发明的制造方法得到目标透镜(玻璃光学元件)。

对于第1面和第2面的一个或两个面为非球面的透镜，例如可以对暂定透镜的形状以触针式形状测定装置进行测定，依据该形状，参照设计形状求得矫正方法。显然，对于球面透镜，也同样能够依据形状测定装置的测定结果求得矫正方法。

即，与(1)的记载同样，作为(2)～(5)的方案，也能够对非球面透镜的中心部与周边部的曲率半径存在既定关系这样一点加以掌握。也就是说，对于非球面透镜，只将非球面设计公式中的近轴曲率半径(R)作为变量，针对中心部和周边部分别求取这样一种最佳组配非球面公式，即，具有使得由非球面公式得到的非球面形状与暂定透镜(或修正透镜)的形状之差(例如差的P-V值)为最小的近轴曲率半径(R0)，将针对中心部求得的R01作为中心部的曲率半径，将针对周边部求得的R02作为周边部的曲率半径，并进行中心部与周边部的比较，便能够使用与修正球面透镜同样的手段对畸变进行修正。

此外，根据需要，可以通过反复采用本发明的方法来决定最佳压力加工条件。将本发明制造方法的第1～第5方案所示的条件两种以上配合使用进行矫正，也能够对压力成形的条件进行恰当的修正，对透镜的畸变进行修正。具体地说，根据本发明的制造方法，能够成形出畸变纹在一条以内的透镜。

在要成形的所希望的透镜的第1面、第2面两个面为球面的场合，对于任意一个面的畸变，可以从通过菲索干涉仪得到的干涉纹加以掌握，并可据此对成形条件进行矫正。对于非球面，可以如上所述以触针式形状测定装置掌握表面形状。对于一个面为球面、另一个面为非球面的透镜，最好是，掌握球面侧的畸变，求取反映出矫正可使该畸变改善的成形条件。这是因为，虽然也可以去掌握非球面侧的畸变，进行使该畸变改善的矫正，但若此时球面侧的畸变加重，则需要对球面侧进行模具矫正而使之成为非球面。

此外，采用本发明时，作为掌握畸变的面，第1面、第2面均可，但以对第1面(凸面面)进行为宜。这是因为，与凹面相比其曲率半径大，因而能够比较明显地观察到畸变。

特别是，对于透镜的第1面具有球面的凹弯月透镜，最好是，通过掌握所得到的暂定透镜的第1面的畸变，进行成形条件的矫正。

实施例

下面，结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

[实施例1](玻璃原料温度引起的畸变的变化)

成形出直径11mm、中心片厚1.2mm的第1面、第2面为球面的凹弯月透镜。将磷酸盐玻璃原料(Tg：450Ts：490℃)预成形成直径10mm、体积420mm³的扁平球状作为预成形坯料。将其在粘度达到10⁷～10⁹dPaS的各种温度(550～510℃)下加热后，提供给加热至按照玻璃粘度相当于10⁹dPaS的温度(510℃)以及按照玻璃粘度相当于10¹⁰dPaS的温度(490℃)的上下模之间，立即使下模上升，从而在上下模之间对预成形坯料进行压力加工。进行压力加工时的初始压力为150kg/cm²，压力加工开始后便开始冷却(上下模的冷却速度均为100℃/min)。使下模停止并保持在留出加压余量100μm的位置上，以使施加在玻璃上的载荷实质减小。降温至Tg+15℃时，进行第2加压，在Tg-20℃的温度下进行脱模。第2加压为80kg/cm²。

图2示出对各种温度下得到的透镜的球面形状(凸面侧)以干涉仪进行评价的结果。由此可知，当预成形坯料温度较高时，表面形状为周边部的曲率半径小于中心部，反之，随着温度降低，周边部的曲率半径向变大的方向变化。

由图2可知，在例A(模具温度：510℃)中，随着预成形坯料预热温度的降低，透镜的表面精度变得良好，在例B(模具温度：470℃)中，随着预成形坯料预热温度的提高，透镜的表面精度变得良好。作为参考，图6示出典型的畸变类型的干涉仪照片和周边部相对于中心部的曲率半径的大小关系。

[实施例2](模具温度所引起的畸变的变化)

使用与实施例1同样的预成形坯料和成形模，将预成形坯料在按照玻璃粘度相当于10⁷dPaS的温度(550℃)下加热后，提供给加热至相当于玻璃粘度10⁹～10¹¹dPaS的温度(470～510℃)的下模，立即使下模上升，从而在上下模之间对预成形坯料进行压力加工。压力加工压力、压力加工程序与实施例1相同。另外，使上下模温度相同，上下模冷却速度均为100℃/min，第2加压为460℃。如图3所示，当模具温度较高时，表面形状为周边部的曲率半径小于中心部，反之，随着温度的降低，周边部的曲率半径向变大的方向变化。

[实施例3](上下模温度差及冷却速度差所引起的畸变的变化)

使用与实施例1同样的预成形坯料和成形模，将预成形坯料在按照玻璃粘度相当于10⁷dPaS的温度(550℃)下加热后，提供给加热至相当于玻璃粘度10⁹～10¹¹dPaS的温度(490～505℃)的下模(成形第1面的模具)，立即使下模上升，从而在其与加热至490℃的上模(成形第2面的模具)之间对预成形坯料进行压力加工。压力加工程序与实施例1相同，但压力加工后的冷却速度，改为上模80℃/min、下模75～105℃/min。

如图4所示，呈现这样一种倾向，即，若使压力加工开始时的下模温度与上模相比相对低，则表面形状为周边部的曲率半径小于中心部，反之随着温度提高，周边部的曲率半径变大。此外，当下模冷却速度降低时，表面形状为周边部的曲率半径大于中心部，反之，随着冷却速度的提高，周边部的曲率半径向变小的方向变化。

在改变两种参数的场合，可得到良好表面的条件将不是一个，利用它们的组合而存在有多个。

此外，在下模的温度以及下模的冷却速度固定不变、改变上模的温度以及上模的冷却速度的场合，当降低上模温度时，表面形状为周边部的曲率半径大于中心部，反之，随着温度的降低，周边部的曲率半径呈现变小的倾向；当降低上模冷却速度时，表面形状为周边部的曲率半径小于中心部，反之，随着冷却速度的增加，周边部的曲率半径向变大的方向变化。

[实施例4](第2加压载荷引起的畸变的变化)

使用与实施例1同样的预成形坯料和成形模，以在玻璃粘度达到10⁷dPaS的温度(550℃)下加热预成形坯料后，提供给加热至相当于玻璃粘度10¹⁰dPaS的温度(490℃)的下模(成形第1面的模具)，立即使下模上升，从而在其与加热至495℃的上模(成形第2面的模具)之间对预成形坯料进行压力加工。第2加压，是在470℃下以图5所示的载荷进行的。

如图5所示，随着第2加压载荷的增大，表面形状呈现出与中心部相比周边部的曲率半径变大的倾向。而当减小第2加压的载荷时，周边部的曲率半径向变小的方向变化。

[实施例5]

将钡硼硅酸玻璃原料(Tg：514℃，Ts：545℃)加热至615℃后以下落方式供给加热至590℃的下模(第1面成形用球面模具)，在与加热至相同温度的上模(第2面成形用非球面模具)之间进行压力成形。进行压力加工的同时开始进行冷却，在540℃下进行第2加压，495℃下结束压力加工将透镜取出。此时，使进行冷却时上下模的冷却速度改变。对于这样得到的透镜，以最佳组配求取第2面的中心部和周边部的近轴曲率半径，并将对非球面的畸变进行检测的结果示于表1。由此可以确认，随着下模冷却速度的提高，第2面的畸变表现为周边部的曲率半径向相对变小的方向变化，通过使上模冷却速度加快，周边部的曲率半径变大。

此外，根据在整个有效直径区域内进行最佳组配时的P-V值还可以确认，畸变随着中心部与周边部的R之差的减小而减小。

表1

Claims

1.一种包括以具有相向的成形面的上下一对成形模对加热软化状态的玻璃原料进行压力成形的、制造具有包含凸面形状的第1面和包含凹面形状的第2面的凹弯月透镜的方法，其特征是，

在所得到的修正透镜的畸变在容许范围之外的场合，反复进行所述成形模温度的矫正和修正透镜的成形，一直到所得到的修正透镜的畸变达到容许范围之内为止。

2.如权利要求1所记载的制造方法，其特征是，凹弯月透镜的第1面上具有球面，并且通过掌握所得到的暂定透镜的第1面的畸变，进行成形条件的矫正。

3.如权利要求1所记载的制造方法，其特征是，所述凹弯月透镜，其第1面或第2面上具有非球面。