DE69914271T2 - Pressvorrichtung und optisches Element als gepresstes Produkt - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Formvorrichtung und ein optisches Element, welche die Merkmale der Oberbegriffe von Anspruch 1 bzw. 2 haben.
  • Herkömmlicherweise wird zur Herstellung einer aus Glas geformten Linse eine Formvorrichtung benutzt, deren Hauptabschnitt in 1 gezeigt ist. Gemäß 1 ist ein Glasballen 1, der ein festgelegtes Gewicht hat, zwischen einer unteren und einer oberen Form 2 und 3 platziert, die in einer zylindrischen Form 4 verschiebbar angeordnet sind, und wird durch Erwärmung erweicht. Die untere und die obere Form 2 und 3 werden dazu gebracht, einander relativ nahe zu kommen, um den Glasballen 1 zu pressformen, wodurch ein erforderliches optisches Glaselement wie zum Beispiel eine aus Glas geformte Linse hergestellt wird.
  • Bei der Formvorrichtung, welche diese Formstruktur hat, ist der in der zylindrischen Form 4 ausgebildete Hohlraum ein geschlossener Raum, der durch die Formflächen der unteren und der oberen Form 2 und 3 abgeteilt ist. Wenn die aus Glas geformte Linse mittels dieser Vorrichtung hergestellt wird, erscheinen Schwankungen im Gewicht des Glasballens direkt als Schwankungen der Dicke der Linse, was die optischen Charakteristiken der Linse nachteilig beeinflusst.
  • Zur Beseitigung des durch die Schwankungen im Gewicht des Glasballens hervorgerufenen Einflusses wird eine Gegenmaßnahme vorgeschlagen. Wie in 2 gezeigt ist, wird, wenn das Pressformen mit Hilfe der oberen und der unteren Form 7 und 6 ausgeführt wird, um nicht den Umfang des Glasmaterial mit der inneren Fläche einer zylindrischen Form 8 zu regulieren, einem Überschuss 5 des Glasballens gestattet, aus den Kanten der Formflächen herauszuquellen und dieser wird in einer Ausnehmung aufgenommen, die in der inneren Fläche der zylindrischen Form 8 ausgebildet ist.
  • Wenn die Ausnehmung auf diese Weise ausgebildet ist, so dass der gesamte Umfang der Seitenfläche der zu formenden Linse einen gleichartigen Herausquellabschnitt bildet, muss der Herausquellabschnitt zusätzlich mit einem Abschnitt ausgebildet sein, der als ein Bezug dient, wenn die geformte Linse in einen vorbestimmten Halterahmen eingebaut wird.
  • Um die Ausbildung dieses zusätzlichen Abschnitts zu vermeiden, wird eine beispielsweise in JP-A-60-171233 gezeigte Vorrichtung angewandt. Bei dieser Vorrichtung sind, wie in 3 und 4 gezeigt ist, Gleitkerne 10L und 10R, die seitwärts gleiten, an Abschnitten geformt, welche die Seitenfläche der Linse bilden, und werden mittels Stelleinrichtungen 11L und 11R vorwärts/rückwärts bewegt. Räume 9, in welche der Überschuss des Glasballens fließen kann, sind an erforderlichen Abschnitten der Gleitkerne 10L und 10R ausgebildet. Daher kann die Linse in der horizontalen Richtung gleichzeitig mit der Ausbildung der optischen Funktionsflächen zusätzlich zu dem Glas-Herausquellabschnitt mit Positionsbezügen geformt werden.
  • Zur gleichzeitigen Ausbildung der Linsenflächen und der Linsenpositionierungsbezüge ist in JP-A-63-10100 bereits eine dafür erforderliche Formvorrichtung vorgeschlagen worden. Wie in 5 gezeigt ist, ist ein Seitenflächen-Regulierungsabschnitt 17 nur an der Innenfläche einer zylindrischen Form 16 ausgebildet, welcher das Herausquellen aus der Kante der Formfläche einer oberen Form 15 nicht in der Position reguliert, aber in Kontakt mit der Kante der Form fläche einer unteren Form 14 ist, die der optischen Funktionsfläche der Linse entspricht. Alternativ dazu sind, wie in 8 gezeigt ist, an den Kanten der Formflächen der oberen und der unteren Form 22 und 21 in einer zylindrischen Form 25 ein die obere und ein die untere Position regulierendes Element 24 und 23 ausgebildet, die Positionsregulierungsabschnitte 28 und 27 ausbilden. Die Formvorrichtung hat sowohl einen Abschnitt, der das Herausquellen des erweichten Glasballens aus den Kanten der oberen und unteren Form am Umfang reguliert, als auch einen Abschnitt 18 (siehe 5) oder 26 (siehe 8), der nicht den erweichten Glasballen reguliert, aber dessen Herausquellen gestattet.
  • Ein geformtes optisches Element als das Ziel der vorgeschlagenen Formvorrichtung ist axial symmetrisch. Die Menge des aus den Kanten der Formflächen der oberen und unteren Form herausquellenden überschüssigen Glases kann, wenn das Pressformen ausgeführt wird, auf automatische Weise höchst genau eingestellt werden, wenn der Spalt zwischen den Kanten der Formflächen konstant gehalten wird. Bei der Formvorrichtung gemäß JP-A-60-171233 sind die Stelleinrichtungen 11L und 11R zum Antreiben der Gleitkerne 10L und 10R notwendig, was zu einer komplizierten Struktur führt. Bei der Formvorrichtung gemäß JP-A-63-10100 sind diese Stelleinrichtungen nicht notwendig und sowohl der Glasregulierungsabschnitt als auch der Abschnitt, welcher das Herausquellen gestattet, können vorgesehen sein. Bei der letztgenannten Vorrichtung sind, wie in 6 und 7 und 9 und 10 gezeigt ist, hinsichtlich der Formstruktur ein Positionsbezug 19 oder Positionsbezüge 30 und 31 an der äußeren Fläche des geformten optischen Elements ausgebildet. Gleichzeitig ist ein kontinuierlicher bzw. ununterbrochener ringförmiger Herausquellabschnitt 20 oder 29 derart ausgebildet, dass er die äußere Fläche des geformten optischen Elements umgibt. Herkömmlicherweise sind die meisten optischen Elemente, die durch Glasformen geformt werden, axial symmetrisch. Selbst wenn der Herausquellabschnitt 20 oder 29 ringförmig die Seitenfläche der Linse in einer bestimmten konstanten Höhe umgibt, entsteht kein bestimmtes Problem.
  • Da die Typen und Variationen von optischen Elementen in den letzten Jahren zunehmen, erwuchs eine Forderung nach axial asymmetrischen Linsen. Es wird vorausgesetzt, dass, wie in 13 gezeigt ist, ein axial symmetrisches optisches Element zu formen ist (in diesem Fall sind die untere und die obere Form jeweils in Abschnitte 32a bis 32c und 33a bis 33c geteilt, und horizontale Positionsregulierungselemente 34 und 35 sind um die Abschnitte 32a bis 32c bzw. 33a bis 33c vorgesehen, um zwischen den Positionsregulierungsabschnitten 38 und 39 einen Raum auszubilden, in welchen ein Überschuss 37 des Glasballens fließt, wenn in einer zylindrischen Form 36 das Pressformen ausgeführt wird). Wie in 14 gezeigt ist, befindet sich, wenn um das geformte optische Element ein Herausquellabschnitt 40 entsprechend dem Überschuss des Glasballens ausgebildet ist, dieser Herausquellabschnitt 40 sehr nahe an einem Abschnitt 45 (Teil der optischen Funktionsfläche) an, z. B. Seitenflächen 41 und 42 des optischen Elements. Der Deformationsbetrag von Glas ist in dem Herausquellabschnitt 40 groß und der äußerste Abschnitt des Herausquellabschnitts 40 wird während des Formens nicht durch die Form reguliert. Dies beeinflusst die planare Genauigkeit des Umfangsabschnitts des Herausquellabschnitts 40 nachteilig.
  • Auf diese Weise kann, wenn der Kantenabschnitt einer optischen Funktionsfläche 43 oder von optischen Funktionsflächen 44 und 45, der von der Formfläche der oberen oder unteren Form übertragen wird, sich vertikal ändert und keine konstante Höhe hat, der Herausquellabschnitt 40 des Glasballens die planare Genauigkeit herabsetzen.
  • Da die Typen und Variationen von optischen Elementen, selbst bei geformten optischen Elementen wie zum Beispiel aus Glas geformten Linsen in den letzten Jahren zunehmen, erwuchs eine Forderung nach dem Formen von Elementen, die eine axial asymmetrische Gestalt haben. Wenn ein optisches Element geformt wird, das eine im Allgemeinen axial asymmetrische Form hat, wird es selbstverständlich unter Nutzung einer axial asymmetrischen Form geformt. Während des Pressformens erfolgt die Deformation des Glasmaterials in der horizontalen Richtung demgemäß axial asymmetrisch. Es wird vorausgesetzt, dass ein solches optisches Element unter Nutzung einer herkömmlicherweise genutzten Formstruktur zu formen ist, bei welcher die vertikale Größe des Spalts, der einen Glasüberschuss abgrenzt, um die Kanten der Formflächen der oberen und unteren Form konstant gehalten wird. In diesem Fall kann das erweichte Glas abhängig von der Beziehung zwischen der Gestalt des Glasmaterials vor dem Formen und der Formgestalt während des Formens sogar die Ecken der Form schnell füllen, was während des späteren Pressformens in einem Riss oder einer Kerbe resultiert. Alternativ dazu kann das erweichte Glas selbst nach dem Pressformen nicht in ausreichender Weise die Ecken der Form füllen. Die optische Funktionsfläche wird nicht fehlerlos von der Formfläche übertragen, was zu einem geformten Produkt führt, das eine gekerbte optische Funktionsfläche, d. h. einen Fülldefekt hat.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Formvorrichtung zum Formen eines axial asymmetrischen optischen Elements und ein mit einer Formvorrichtung geformtes axial asymmetrisches optisches Element zu schaffen, wobei das optische Element an dem Steg des geformten Produkts frei von Grat ist.
  • Die Aufgabe wird durch die Formvorrichtung, welche die Merkmale gemäß Anspruch 1 hat, und ein axial asymmetrisches optisches Element gelöst, das die Merkmale von Anspruch 2 hat.
  • Andere Aufgaben und Vorteile neben den vorhergehend diskutierten werden für Fachleute aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung deutlich, welche folgt. In der Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, welche einen Teil von dieser bilden und welche ein Beispiel der Erfindung veranschaulichen. Ein solches Beispiel ist jedoch hinsichtlich der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht erschöpfend und deshalb wird auf die Ansprüche Bezug genommen, welche der Beschreibung folgen, um den Geltungsbereich der Erfindung zu bestimmen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer herkömmlichen Form zum Glasformen zeigt;
  • 2 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer anderen herkömmlichen Form zum Glasformen zeigt;
  • 3 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau von noch einer anderen herkömmlichen Form zum Glasformen zeigt;
  • 4 ist eine Schnittansicht derselben, gesehen von oben;
  • 5 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau von noch einer anderen herkömmlichen Form zum Glasformen zeigt;
  • 6 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen aus Glas geformten Linse, geformt mit dieser Form;
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht derselben;
  • 8 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau von noch einer anderen herkömmlichen Form zum Glasformen zeigt;
  • 9 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen aus Glas geformten Linse, geformt mit dieser Form;
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht derselben;
  • 11 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer Form gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht derselben;
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht, welche das ideale Muster einer aus Glas geformten Linse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen aus Glas geformten Linse zum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung;
  • 15 ist eine perspektivische Ansicht einer aus Glas geformten Linse gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 16 ist eine Seitenansicht derselben;
  • 17 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer Form gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
  • 18 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Form zum Glasformen entsprechend der Form des Vergleichsbeispiels;
  • 19 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht der Form gemäß dem Vergleichsbeispiel;
  • 20 ist eine perspektivische Ansicht einer aus Glas geformten Linse, geformt mit der in 18 gezeigten Form;
  • 21 ist eine perspektivische Ansicht einer aus Glasgeformten Linse, geformt mit der in 19 gezeigten Form;
  • 22 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer Form zeigt, um den Pressvorgang bei dem Vergleichsbeispiels anzuzeigen;
  • 23 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau der Form zeigt, um den Pressvorgang (zweite Stufe) während des Formens bei dem Vergleichsbeispiel anzuzeigen;
  • 24 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau der Form zeigt, um den Pressvorgang (dritte Stufe) während des Formens bei dem Vergleichsbeispiel anzuzeigen;
  • 25 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau der Form zeigt, um den Pressvorgang (Endstufe) während des Formens bei dem Vergleichsbeispiel anzuzeigen;
  • 26 ist eine Schnittansicht entlang eines Schnitts 140 in 24;
  • 27 ist eine Schnittansicht entlang eines Schnitts 141 in 24;
  • 28 ist eine Schnittansicht entlang eines Schnitts 140 in 25;
  • 29 ist eine Schnittansicht entlang eines Schnitts 141 in 25;
  • 30 ist ein schematisches Diagramm eines reflektierenden optischen Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 31 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen aus Glas geformten Linse zum Vergleich mit dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 32 ist eine perspektivische Ansicht einer aus Glas geformten Linse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 33 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer Form gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 34 ist eine perspektivische Ansicht der Form gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 35 ist eine Seitenansicht der aus Glas geformten Linse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 36 ist eine perspektivische Ansicht einer aus Glas geformten Linse gemäß einem Vergleichsbeispiel;
  • 37 ist eine perspektivische Ansicht einer aus Glas geformten Linse gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel; und
  • 38 zeigt eine Linse, die ein Beugungsgitter auf ihrer Linsenoberfläche hat.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 11 bis 16 im Detail beschrieben. Eine Form zum Glasformen gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat einen Aufbau, wie er in 11 gezeigt ist. 12 und 15 sind perspektivische Ansichten, die jeweils eine Form gemäß der vorliegenden Erfindung und ein optisches Element (Glaslinse) als ein mit dieser Form geformtes Produkt zeigen.
  • Diese Formvorrichtung hat eine untere Form 32, ein den unteren Umfang regulierendes Element 34, eine obere Form 33 und ein den oberen Umfang regulierendes Element 35. Die untere Form 32 hat eine Formfläche an ihrer oberen Fläche. Das den unteren Umfang regulierende Element 34 ist an der äußeren Fläche der unteren Form 32 angebracht und reguliert einen Überschuss eines Glasmaterials, das aus der Formfläche der unteren Form 32 herausquillt. Die obere Form 33 hat die andere Formfläche an ihrer unteren Fläche. Das den oberen Umfang regulierende Element 35 ist an der äußeren Fläche der oberen Form 33 angebracht und reguliert den Überschuss des Glasmaterials, das aus der Formfläche der oberen Form 33 herausquillt. Wenn mindestens eine der Formen, die obere oder die untere Form 33 oder 32 vertikal bewegt wird, um das thermisch erweichte Glasmaterial mit den Formflächen zu pressformen, fließt ein Überschuss 37 des Glasmaterials in einen Raum, der durch das obere und untere Ende 39 und 38 des den unteren und den oberen Umfang regulierenden Elements 34 bzw. 35 ausgebildet wird. Die Positionen des oberen und unteren Endes 38 und 39 des Raums, in welchen der Überschuss des Glasmaterials fließt, ändern sich vertikal in Übereinstimmung mit den Gestalten der zwei Formflächen entlang der Formflächen (siehe 12).
  • Gemäß 11 und 12 bezeichnen die Bezugszeichen 32a, 32b und 32c die Formelemente der unteren Form 32, die teilweise die entsprechenden unterbrochenen flachen Abschnitte der Formfläche bilden, wenn diese in drei Abschnitte geteilt sind; und bezeichnen 33a, 33b und 33c die Formelemente der oberen Form 33, die teilweise die entsprechenden unterbrochenen flachen Abschnitte der Formfläche bilden, wenn diese in drei Abschnitte geteilt sind. Das den oberen Umfang regulierende Element 35 reguliert die Kante der oberen Formfläche (diese dient als die Rahmenbefestigungs-Bezugsfläche eins geformten optischen Elements, das später zu beschreiben ist). Das den unteren Umfang regulierende Element 34 reguliert die Kante der unteren Formfläche. Die den oberen und unteren Umfang regulierenden Elemente 35 und 34 sind verschiebbar an der inneren Wand einer zylindrischen Form 36 angeordnet.
  • Es wird beschrieben, wie ein optisches Element und insbesondere eine axial asymmetrische Glaslinse unter Nutzung der Form zum Glasformen geformt wird, welche den vorhergehend beschriebenen Aufbau hat.
  • Ein Glasmaterial (Ballen) wird zwischen der oberen und der unteren Form 33 und 32 platziert. Die gesamte Form wird erwärmt, um das Glasmaterial durch Erwärmung auf eine erforderliche Temperatur auf indirekte Weise zu erweichen. Wenn das Glasmaterial bei einer festgelegten Temperatur erweicht wird, werden die untere Form 32 und das den unteren Umfang regulierende Element 34 fixiert. Die obere Form 33 und das den oberen Umfang regulierende Element 35 werden einstückig abwärts bewegt, um das Glasmaterial zu einer Höhe entsprechend einer vorbestimmten Dicke des zu formenden optischen Elements zu pressen, wodurch das Pressformen ausgeführt wird.
  • Ein Raum zur Aufnahme des Herausquellabschnitts 37 des Glasmaterials ist zwischen dem unteren Ende 39 des den oberen Umfang regulierenden Elements 35 und dem oberen Ende 38 des den unteren Umfang regulierenden Elements 34 vorhanden. Überschüssiges Glas fließt in diesen Raum hinaus, um ein geformtes Produkt zu formen, das eine konstante Dicke hat, ohne durch Schwankungen im Volumen des Glasballens beeinflusst zu werden.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Gestalt des Spalts, in welchen das Glasmaterial herausquillt, auf die folgende Weise gestaltet und bearbeitet. Wie in 15 gezeigt ist, muss der Spalt so weit wie möglich von einem Abschnitt, in welchem die Umfangsabschnitte der Formelemente 33a, 33b und 33c der oberen Form 33 mit dem den oberen Umfang regulie renden Element 35 in Kontakt gelangen, d. h. einem Abschnitt entsprechend einer optischen Funktionsfläche 43 des optischen Elements, und einem Abschnitt sein, in welchem die Umfangsabschnitte der Formelemente 32a, 32b und 32c der unteren Form 32 mit dem den unteren Umfang regulierenden Element 34 in Kontakt gelangen, d. h. einem Abschnitt entsprechend der anderen optischen Funktionsfläche 44 des optischen Elements. Außerdem muss der Spalt durch Fortsetzung von Bögen und geraden Linien gebildet werden, die sich in der vertikalen Richtung ununterbrochen ändern.
  • Die gesamte Form wird abgekühlt. Wenn die Form eine festgelegte Temperatur erreicht, wird sie geöffnet, und das geformte optische Element (Glaslinse) wird herausgeholt. Bei dem mit dieser Form geformten Produkt befindet sich dessen Herausquellabschnitt 46, wie in 15 gezeigt ist, so weit wie möglich von den oberen und unteren optischen Funktionsflächen entfernt an irgendeinem Abschnitt der Kanten der optischen Funktionsflächen des optischen Elements. Daher kann ein nachteiliger Einfluss auf die optischen Funktionsflächen wie zum Beispiel eine Verschlechterung der planaren Genauigkeit in einer Position nahe dem Glas-Herausquellabschnitt minimiert werden.
  • Wie bei diesem Ausführungsbeispiel kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Element wie zum Beispiel eine aus Glas geformte Linse, welche Positionierungs-Bezugsflächen, eine hohe Linsendickegenauigkeit und eine hohe planare Genauigkeit hat, auf einfache Weise mittels einer einfachen Formanordnung erzielt werden.
  • Ein optisches Element, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel geformt ist, wird unter Bezugnahme auf 16 im Detail beschrieben.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet die obere Fläche des Herausquellabschnitts des optischen Elements eine gekrümmte Gestalt 49 aus, die von der Gestalt der unteren Endfläche des den oberen Umfang regulierenden Elements der Form übertragen wird, und die untere Fläche von diesem bildet eine gekrümmte Gestalt 50 aus, die von der Gestalt der oberen Endfläche des den unteren Umfang regulierenden Elements der Form übertragen wird. Jede der gekrümmten Gestalten 49 und 50 wird durch die Kombination von Bögen und geraden Linien gebildet und ändert sich in der vertikalen Richtung (in 16 Fortsetzung von Bereichen 48a bis 48e, und 47a bis 47e; d. h. die Bezugszeichen 47a, 47e, 48a und 48e bezeichnen gerade Abschnitte, und 47b, 47c, 47d, 48b, 48c und 48d bezeichnen gebogene Abschnitte). Die gekrümmten Gestalten 49 und 50 sind derart geformt, dass sie so weit wie möglich von den entsprechenden optischen Funktionsflächen entfernt sind.
  • Obgleich diese Gestalten durch Gestaltung der unteren Endfläche des den oberen Umfang regulierenden Elements 35 und die obere Endfläche des den unteren Umfang regulierenden Elements 34 unter Anwendung von Spline-Krümmungen und freien Krümmungen ausgebildet werden kann, ist es für die Gestaltung und Bearbeitung hinderlich und zeitaufwendig, was zu einer Steigerung der Kosten führt. Wenn jedoch die Kombination von Bögen und geraden Linien angewandt wird, kann die Gestaltung der unteren Endfläche des den oberen Umfang regulierenden Elements 35 und die obere Endfläche des den unteren Umfang regulierenden Elements 34 vereinfacht werden, und die Formbearbeitungsvorrichtung kann auf einfache Weise gesteuert werden. Die vollendete Figur bildet eine kontinuierliche, sich gleichmäßig ändernde Krümmung, die keinen vertikal unterbrochenen Abschnitt hat. Daher wird in diesem gekrümmten Abschnitt des optischen Elements nicht so leicht ein Riss oder eine Kerbe ausgebildet.
  • Vergleichsbeispiel
  • Das Vergleichsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 17 bis 26 beschrieben.
  • Die in 17 und 19 gezeigte Form ist eine Form für ein optisches Element wie zum Beispiel eine aus Glas geformte Linse gemäß dem Vergleichsbeispiel, und 21 zeigt ein optisches Glaselement als das geformte Produkt. Zum Vergleich mit diesem Vergleichsbeispiel zeigt 18 eine herkömmliche Form für ein optisches Element wie zum Beispiel eine aus Glas geformte Linse, und 20 zeigt ein optisches Glaselement als das geformte Produkt.
  • Wie in 20 gezeigt ist, hat ein Überschuss 138 als der Herausquellabschnitt des herkömmlichen Glasmaterials in der vertikalen Richtung eine konstante Dicke. Unabhängig von den Druckverformungsbeträgen der Formflächen, die sich in Abhängigkeit von der Lage unterscheiden, um eine Änderung in der Form herbeizuführen, sind die in 18 gezeigten Endflächen der den Umfang regulierenden Elemente 136 und 137 der oberen und unteren Formen 134 und 135 gerade. In diesem Fall wird die Herausquellmenge in der horizontalen Richtung in Übereinstimmung mit dem Druckverformungsbetrag uneinheitlich, und es kann auch leicht ein Riss oder eine Kerbe ausgebildet werden.
  • Die Form des in 17 und 19 gezeigten Vergleichsbeispiels hat eine untere Form 135, ein den unteren Umfang regulierendes Element 137, eine obere Form 134 und ein den oberen Umfang regulierendes Element 136. Die untere Form 135 hat an ihrer oberen Fläche eine Formfläche. Das den unteren Umfang regulierende Element 137 ist an der äußeren Fläche der unteren Form 135 angebracht und reguliert einen Überschuss eines Glasmaterials, das aus der Formfläche der unteren Form 135 herausquillt. Die obere Form 134 hat die andere Formfläche an ihrer unteren Fläche. Das den oberen Umfang regulierende Element 136 ist an der äußeren Fläche der oberen Form 134 angebracht und reguliert den Überschuss des Glasmaterials, das aus der Formfläche der oberen Form 134 herausquillt. Wenn mindestens eine der Formen, die obere oder die untere Form 134 oder 135 vertikal bewegt wird, um das thermisch erweichte Glasmaterial mit den Formflächen zu pressformen, fließt ein Überschuss des Glasmaterials in einen Raum, der durch das obere und untere Ende des den unteren bzw. den oberen Umfang regulierenden Elements 137 bzw. 136 ausgebildet wird. Der Abstand zwischen den oberen und unteren Enden des Raums, in welchen der Überschuss des Glasmaterials fließt, ändert sich vertikal in Übereinstimmung mit dem Verformungsbetrag des durch die zwei Formflächen verformten Glasmaterials.
  • Bei diesem Vergleichsbeispiel ändert sich insbesondere der Abstand zwischen den oberen und unteren Enden, so dass, wenn das thermisch erweichte Glas gepresst wird, ein vertikaler Abstand des Raums, in welchen der Überschuss des Glasmaterials fließt, relativ groß eingestellt wird, um einem Abschnitt zu entsprechen, der einen großen Verformungsbetrag des Glasmaterials hat, und relativ klein eingestellt wird, um einem Abschnitt zu entsprechen, der einen kleinen Verformungsbetrag des Glasmaterials hat.
  • 19 zeigt eine Form, bei welcher der Abstand zwischen dem den oberen und den unteren Umfang regulierenden Element 136 und 137 derart eingestellt ist, dass sich die Dicke des Überschusses als der Herausquellabschnitt des Glasmaterials ändert. 21 zeigt die Form eines Überschusses 138 an der Kante des optischen Elements als das geformte Produkt, das mittels dieser Form geformt wird. In 17 bezeichnet das Bezugszeichen 132 eine Fixierungsplatte für die obere Form und 133 eine Fixierungsplatte für die untere Form.
  • Die Formprozedur gemäß diesem Vergleichsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 22 bis 29 im Detail beschrieben.
  • Wie in 22 gezeigt ist, wird ein Glasmaterial 139 in die Form gebracht und wird auf eine bestimmte Temperatur erwärmt und erweicht. Wie in 23 gezeigt ist, wird die obere Form 134 abwärts bewegt, um das Glasmaterial 139 zusammen mit der unteren Form 135 dazwischen einzuschließen (die Abschnitte 142 des Glasmaterials 139 sind mit der oberen und der unteren Form 134 und 135 in Kontakt). Die obere Form 134 wird nach und nach abwärts bewegt, um auf das Glasmaterial 139 einen Pressdruck auszuüben (siehe 24). In diesem Fall sind in Bereichen 140 und 141, wie in 26 und 27 gezeigt ist, die Ecken der Abschnitte der Form (Abschnitte in dem Bereich 140), die der Druckverformung ausgesetzt sind, bereits mit dem Glasmaterial gefüllt, und das überschüssige Glasmaterial beginnt horizontal aus Abschnitten des den oberen und den unteren Umfang regulierenden Elements 136 und 137 herauszuquellen, wobei die regulierenden Flächen 144 überschritten werden. Da der Abstand zwischen den regulierenden Flächen 144 in dem Abschnitt 140 groß ist, ist die Herausquellmenge in horizontaler Richtung für den Fortschritt des Pressens gering.
  • Wenn das Pressformen weiter fortschreitet, pressen die obere und die untere Form 134 und 135 das Glasmaterial 139 auf eine festgelegte Dicke (siehe 25; die Abschnitte 143 in 23 sind gleichfalls mit den Formen 134 und 135 in Kontakt, um den Pressdruck aufzunehmen). In diesem Fall sind die Bereiche 140 und 141, wie in 28 und 29 gezeigt, und das Glasmaterial quillt in Übereinstimmung mit dem Druckverformungsbetrag heraus. Wenn der Druckverformungsbetrag groß ist, quillt das Glasmaterial frühzeitig heraus, und wenn der Druckverformungsbetrag gering ist, erfolgt das Herausquellen des Glasmaterials zu einem späteren Zeitpunkt. Die Herausquellgeschwindigkeit in horizontaler Richtung ist in den erstgenannten Abschnitten gering und in den letztgenannten Abschnitten hoch. Außerdem entspricht der Abstand zwischen den den Umfang regulierenden Elementen 136 und 137 (die Dicke des Herausquellabschnitts) dem Druckdeformationsbetrag. Deshalb werden die Herausquellbeträge in der horizontalen Richtung entlang der Kanten der Formflächen an den entsprechenden Abschnitten schließlich einheitlich. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ecken der Formen bereits in jedem Abschnitt der Kanten der Formflächen (z. B. an Abschnitten an den Bereichen 140 und 141) vollständig mit dem Glasmaterial gefüllt.
  • Die Menge an überschüssigem Glasmaterial zur Füllung des Spalts hängt von dem Volumen und der Form des Glasmaterials ab und kann durch Einstellung der Höhe des Glasmaterials bestimmt werden. Eine Wirkung kann sogar durch grobe Änderung der Dicke des Überschusses nur entlang der Kanten der Formflächen erzielt werden, wie bei diesem Vergleichsbeispiel.
  • Wenn die Form gemäß diesem Vergleichsbeispiel auf diese Weise benutzt wird, hat das geformte optische Element in jedem Abschnitt seiner Ecken einen guten Glasfüllgrad und es können kontinuierlich gute optische Elemente geformt werden, die frei von Rissen oder Kerben sind. Wenn die Form eine komplizierte Gestalt hat und demgemäß einen Abschnitt hat, der nicht auf einfache Weise mit dem Glasmaterial gefüllt werden kann, kann der Abstand entsprechend dem überschüssigen Herausquellabschnitt ohne Rücksicht auf den Verformungsbetrag des Glases verengt werden, so dass das Glas sogar die komplizierten Abschnitte füllen kann.
  • Es wird vorausgesetzt, dass eine Form verwendet wird, bei welcher, wie bei der herkömmlichen Form, der Spalt entsprechend dem überschüssigen Glasmaterial konstant ist. Während des Übergangs von dem in 24 gezeigten Zustand zu dem in 25 gezeigten Zustand muss das Glasmaterial in einen Spalt herausquellen, der sowohl an dem Abschnitt 140, der einen großen Druckverformungsbetrag (Eindringbetrag) des Glasmaterials hat, als auch dem Abschnitt 141, der einen geringen Verformungsbetrag hat, einen konstanten Abstand hat. Der innere Druck wird demgemäß in dem Abschnitt 140 größer als in dem Abschnitt 141, und an den Ecken der Form steigt die Spannung an, so dass wahrscheinlich ein Riss oder eine Kerbe ausgebildet werden.
  • Bei diesem Vergleichsbeispiel kann ziemlich einfach eingeschätzt werden, wie sich das Glasmaterial verformt, wenn es mit den Formflächen der Formen in Kontakt gelangt. Wenn das Glasmaterial unter Anwendung einer Form zu pressformen ist, die eine etwas kompliziertere Gestalt hat, ist es schwierig, den Deformationsbetrag und die Richtung des Glasmaterials vorherzusagen, da die Faktoren von sowohl der Gestalt des Glasmaterials als auch der Gestalt der Form mit diesen auf eine komplizierte Weise verbunden sind.
  • Deshalb wird vorausgesetzt, dass eine Form derart ausgebildet ist, dass sie eine Gestalt hat, bei welcher, wie bei der herkömmlichen Form, die vertikale Dicke des überschüssigen Abschnitts konstant ist, und das Pressformen einmal mit dieser Form durchgeführt wird. Das erzielte geformte Produkt wird überwacht, um zu prüfen, welche Abschnitte der Form bis in ihre Ecken vollständig gefüllt sind. Auf der Basis dieser Daten wird die Gestalt der Form entsprechend dem Überschuss in der Richtung der Dicke nach und nach geändert. Der Abstand zwischen den Enden der den Umfang regulierenden Elemente wird nämlich groß oder klein eingestellt, so dass die Dicke des Überschusses (Herausquellabschnitts) an einem Abschnitt nahe der Stelle groß wird, wo das Glasmaterial sogar die Ecken der Form vollständig ausfüllt, und die Dicke des Überschusses (Herausquellabschnitts) an einem Abschnitt nahe der Stelle groß wird, wo das Glasmaterial einen Abschnitt nicht ausfüllt, der für die optische Funktionsfläche des geformten Produkts erforderlich ist, wodurch ein optisches Glaselement erzielt wird, das einen einheitlichen Glasfüllgrad hat.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 30 bis 35 im Detail beschrieben.
  • 30 ist eine schematische Darstellung, die ein reflektierendes optisches System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Ein durch R1 in ein optisches Element eintretender Lichtstrahl wird innerhalb des optischen Elements in R2 bis R6 reflektiert und tritt aus R7 aus. Dieses optische Element wird durch sphärische Flächen R1 und R7 und frei gekrümmte Flächen R2 bis R6 gebildet. Eine Form zum Glasformen gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat einen Aufbau, wie er in 33 gezeigt ist. 34 und 32 sind perspektivische Ansichten, die eine Form gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. ein optisches Element (Glaslinse) als ein mit dieser Form geformtes Produkt zeigen.
  • Diese Formvorrichtung hat eine untere Form 208, ein den unteren Umfang regulierendes Element 214, eine obere Form 209 und ein den oberen Umfang regulierendes Element 215. Die untere Form 208 hat eine Formfläche an ihrer oberen Fläche. Das den unteren Umfang regulierende Element 214 ist an der äußeren Fläche der unteren Form 208 angebracht und reguliert einen Überschuss eines Glasmaterials, das aus der Formfläche der unteren Form 208 herausquillt. Die obere Form 209 hat die andere Formfläche an ihrer unteren Fläche. Das den oberen Umfang regulierende Element 215 ist an der äußeren Fläche der oberen Form 209 angebracht und reguliert den Überschuss des Glasmaterials, das aus der Formfläche der oberen Form 209 herausquillt. Wenn mindestens eine der Formen, die obere oder die untere Form 209 oder 208 vertikal bewegt wird, um das thermisch erweichte Glasmaterial mit den Formflächen zu pressformen, fließt ein Überschuss 210 des Glasmaterials in einen Raum, der durch das obere und untere Ende 211 und 212 des den unteren und den oberen Umfang regulierenden Elements 214 bzw. 215 ausgebildet wird. Die Positionen des oberen und unteren Endes 211 und 212 des Raums, in welchen der Überschuss des Glasmaterials fließt, ändern sich vertikal in Übereinstimmung mit den Gestalten der Endabschnitte der zwei Formflächen (siehe 34).
  • Gemäß 33 und 34 bezeichnen die Bezugszeichen 208a, 208b, 208c und 208d die Formelemente der unteren Form 208, die teilweise die entsprechenden unterbrochenen flachen Abschnitte der Formfläche bilden, wie sie in vier Abschnitte geteilt sind; und die Bezugszeichen 209a, 209b und 209c die Formelemente der oberen Form 209, die teilweise die entsprechenden unterbrochenen flachen Abschnitte der Formfläche bilden, wie sie in drei Abschnitte geteilt sind. Das den oberen Umfang regulierende Element 215 reguliert die Kante der oberen Formfläche (diese dient als die Rahmenbefestigungs-Bezugsfläche eines geformten optischen Elements, das später zu beschrieben ist). Das den unteren Umfang regulierende Element 214 reguliert die Kante der unteren Formfläche.
  • Die den oberen und den unteren Umfang regulierenden Elemente 215 und 214 sind gleitfähig an der inneren Wand einer zylindrischen Form 213 angeordnet.
  • Es wird beschrieben, wie eine Glaslinse als ein reflektierendes optisches Element unter Nutzung der Form zum Glasformen zu formen ist, welche den vorhergehend beschriebenen Aufbau hat.
  • Ein Glasmaterial (Ballen) wird zwischen der oberen und der unteren Form 209 und 208 platziert. Die gesamte Form wird erwärmt, um das Glasmaterial durch Erwärmung auf eine erforderliche Temperatur auf indirekte Weise zu erweichen. Wenn das Glasmaterial bei einer festgelegten Temperatur erweicht ist, werden die untere Form 208 und das den unteren Umfang regulierende Element 214 fixiert. Die obere Form 209 und das den oberen Umfang regulierende Element 215 werden einstückig abwärts bewegt, um das Glasmaterial zu einer Höhe entsprechend einer vorbestimmten Dicke des zu formenden optischen Elements zu pressen, wodurch das Pressformen ausgeführt wird.
  • Ein Raum zur Aufnahme des Herausquellabschnitts 210 des Glasmaterials ist zwischen dem unteren Ende 212 des den oberen Umfang regulierenden Elements 215 und dem oberen Ende 211 des den unteren Umfang regulierenden Elements 214 vorhanden. Überschüssiges Glas fließt in diesen Raum, um ein geformtes Produkt auszubilden, das eine konstante Dicke hat, ohne durch Schwankungen im Volumen des Glasballens beeinflusst zu werden.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Gestalt des Spalts, in welchen das Glasmaterial herausquillt, auf die folgende Weise gestaltet und bearbeitet. Wie in 32 gezeigt ist, muss der Spalt so weit wie möglich von einem Abschnitt, in welchem die Umfangsabschnitte der Formelemente 209a, 209b, 209c und 209d der oberen Form 209 mit dem den oberen Umfang regulierenden Element 215 in Kontakt gelangen, d. h. einem Abschnitt entsprechend der einen optischen Funktionsfläche 204 des optischen Elements, und einem Abschnitt sein, in welchem die Umfangsabschnitte der Formelemente 208a, 208b, 208c und 208d der unteren Form 208 mit dem den unteren Umfang regulierenden Element 214 in Kontakt gelangen, d. h. einem Abschnitt entsprechend der anderen optischen Funktionsfläche 205 des optischen Elements. Außerdem muss der Spalt durch Fortsetzung von Bögen und geraden Linien gebildet werden, die sich in der vertikalen Richtung ununterbrochen ändern (siehe 35).
  • Die gesamte Form wird abgekühlt. Wenn die Form eine festgelegte Temperatur erreicht, wird sie geöffnet, und das geformte optische Element (Glaslinse) wird herausgeholt. Bei dem mit dieser Form geformten Produkt befindet sich dessen Herausquellabschnitt 207, wie in 32 gezeigt ist, so weit wie möglich von den oberen und unteren optischen Funktionsflächen entfernt an irgendeinem Abschnitt der Kanten der optischen Funktionsflächen des optischen Elements. Daher kann ein nachteiliger Einfluss auf die optischen Funktionsflächen wie zum Beispiel eine Verschlechterung der planaren Genauigkeit in einer Position nahe dem Glas-Herausquellabschnitt des optischen Elements minimiert werden.
  • Wie vorhergehend beschrieben ist, kann bei diesem Ausführungsbeispiel ein optisches Element wie zum Beispiel eine aus Glas geformte Linse, welche Positionierungs-Bezugsflächen, eine hohe Linsendickegenauigkeit und eine hohe planare Genauigkeit hat, auf einfache Weise mit Hilfe eines einfachen Formaufbaus erzielt werden.
  • Ein optisches Element, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel geformt ist, wird unter Bezugnahme auf 35 im Detail beschrieben.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet die obere Fläche des Herausquellabschnitts des optischen Elements eine gekrümmte Gestalt 219 aus, die von der Gestalt der unteren Endfläche des den oberen Umfang regulierenden Elements der Form übertragen wird, und die untere Fläche von diesem bildet eine gekrümmte Gestalt 220 aus, die von der Gestalt der oberen Endfläche des den unteren Umfang regulierenden Elements der Form übertragen wird. Jede der gekrümmten Gestalten 219 und 220 wird durch eine Kombination von Bögen und geraden Linien gebildet und ändert sich in der vertikalen Richtung (in 35 Fortsetzung von Bereichen 216a bis 216e, und 218a bis 218e; d. h. die Bezugszeichen 216a, 216e, 218a und 218e bezeichnen gerade Abschnitte, und 216b, 216c, 216d, 218b, 218c und 218d bezeichnen gebogene Abschnitte). Die gekrümmten Gestalten 219 und 220 sind derart geformt, dass sie so weit wie möglich von den entsprechenden optischen Funktionsflächen entfernt sind.
  • Obgleich diese Gestalten durch Gestaltung der unteren Endfläche des den oberen Umfang regulierenden Elements 215 und die obere Endfläche des den unteren Umfang regulierenden Elements 214 unter Anwendung von Spline-Krümmungen und freien Krümmungen ausgebildet werden kann, ist es für die Gestaltung und Bearbeitung hinderlich und zeitaufwendig, was zu einer Steigerung der Kosten führt. Wenn jedoch die Kombination von Bögen und geraden Linien angewandt wird, kann die Gestaltung der unteren Endfläche des den oberen Umfang regulierenden Elements 215 und die obere Endfläche des den unteren Umfang regulierenden Elements 214 vereinfacht werden, und die Formbearbeitungsvorrichtung kann auf einfache Weise gesteuert werden. Die vollendete Figur bildet eine kontinuierliche, sich gleichmäßig ändernde Krümmung, die keinen vertikal unterbrochenen Abschnitt hat. Daher wird in diesem gekrümmten Abschnitt des optischen Elements nicht so leicht ein Riss oder eine Kerbe ausgebildet.
  • Gemäß 36 (Vergleichsbeispiel) ist der Herausquellabschnitt für überschüssiges Glas in die gleiche Position wie die Formfläche gelegt. Dies beeinflusst die Genauigkeit der Formfläche jedoch negativ. Wenn die Formfläche eine komplizierte Gestalt hat, wird die Bearbeitung des den unteren Umfang regulierenden Elements kompliziert, was die Kosten erhöht.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Beim Formen einer in 37 gezeigten f-θ-Linse, die in einem Laserstrahldrucker und dergleichen verwendet wird, kann ein gutes Formergebnis erzielt werden, wenn der Herausquellabschnitt für überschüssiges Glas auf die gleiche Weise wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel vertikal gekrümmt ist.
  • Beim Formen einer in 38 gezeigten Linse, die auf ihrer Linsenfläche ein Beugungsgitter hat, kann auf ähnliche Weise ein gutes Ergebnis erzielt werden.
  • Wie vorhergehend beschrieben worden ist, sind gemäß der vorliegenden Erfindung die den Umfang regulierenden Elemente rund um die obere und die untere Form angeordnet, um Positionsbezüge auszubilden, die zum Einbau des optischen Elements erforderlich sind. Da an dem optischen Element ein seitlicher Herausquellabschnitt ausgebildet ist, kann ein Fehler in der Dicke des geformten Produkts, der durch Schwankungen im Volumen des Glasmaterials verursacht wird, vermindert werden. Die vertikale Position des Herausquellabschnitts wird in Übereinstimmung mit den Gestalten der Formflächen der oberen und unteren Form geändert, so dass sie so weit wie möglich von den optischen Funktionsflächen des geformten Produkts entfernt ist. Durch diese Mittel kann ein Einfluss des Herausquellabschnitts auf die optischen Funktionsflächen des geformten Produkts minimiert werden, so dass ein gutes optisches Element wie zum Beispiel eine Linse erzielt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehend genannten Ausführungsbeispiele beschränkt und es können innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Deshalb werden zur Bewertung des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung für die Öffentlichkeit die folgenden Ansprüche gemacht.

Claims (2)

  1. Formvorrichtung zum Formen eines axial asymmetrischen optischen Elements durch Pressen eines durch Wärme erweichten Glasmaterials mittels einer oberen Form und einer unteren Form, wobei die Vorrichtung aufweist: eine untere Form, die eine Formfläche an einer oberen Fläche von dieser zum Formen einer Fläche des axial asymmetrischen optischen Elements hat; ein den unteren Umfang regulierendes Element zum Anbringen an einer äußeren Fläche der unteren Form, um einen Überschuss des Glasmaterials zu regulieren, das aus der Formfläche der unteren Form herausquillt; eine obere Form, welche die andere Formfläche an einer unteren Fläche von dieser zum Formen der anderen Fläche des axial asymmetrischen optischen Elements hat; und ein den oberen Umfang regulierendes Element zum Anbringen an einer äußeren Fläche der oberen Form, um den Überschuss des Glasmaterials zu regulieren, das aus der Formfläche der oberen Form herausquillt; wobei mindestens eine der Formflächen der unteren und oberen Formen in axial asymmetrischer Gestalt ausgebildet ist, wobei die oberen und unteren Enden der den unteren und oberen Umfang regulierenden Elemente aus Kombinationen von Bögen und geraden Linien ausgebildet sind, die entlang von Kanten der Formflächen kontinuierlich sind, und wobei der aus den Formflächen herausquellende Überschuss an Glasmaterial, welcher durch die oberen und unteren Enden der den unteren und oberen Umfang regulierenden Elemente reguliert wird, ungefähr in der Mitte zwischen den Formflächen der unteren und oberen Formen ausgebildet wird.
  2. Axial asymmetrisches optisches Element, geformt mit einer Formvorrichtung zum thermischen Erweichen eines Glasmaterials und Pressen des Glasmaterials mit oberen und unteren Formen, und die um Formflächen der oberen und unteren Formen herum einen Raum hat, in welchen ein Überschuss des Glasmaterials fließt, wobei ein Vorsprungsabschnitt, der durch den Raum ausgebildet ist, in welchen der Überschuss des Glases hinein fließt, ungefähr in der Mitte zwischen Formflächen der oberen und unteren Formen ausgebildet ist, und wobei der Vorsprungsabschnitt aus Kombinationen von Bögen und geraden Linien ausgebildet ist, die kontinuierlich sind.
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