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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Formvorrichtung und
ein optisches Element, welche die Merkmale der Oberbegriffe von
Anspruch 1 bzw. 2 haben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau einer herkömmlichen
Form zum Glasformen zeigt;
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2 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau einer anderen herkömmlichen Form zum Glasformen
zeigt;
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3 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau von noch einer anderen herkömmlichen Form zum Glasformen
zeigt;
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4 ist eine Schnittansicht
derselben, gesehen von oben;
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5 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau von noch einer anderen herkömmlichen Form zum Glasformen
zeigt;
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6 ist eine Schnittansicht
einer herkömmlichen
aus Glas geformten Linse, geformt mit dieser Form;
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7 ist eine perspektivische
Ansicht derselben;
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8 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau von noch einer anderen herkömmlichen Form zum Glasformen
zeigt;
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9 ist eine Schnittansicht
einer herkömmlichen
aus Glas geformten Linse, geformt mit dieser Form;
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10 ist eine perspektivische
Ansicht derselben;
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11 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau einer Form gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 ist eine perspektivische
Ansicht derselben;
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13 ist eine perspektivische
Ansicht, welche das ideale Muster einer aus Glas geformten Linse
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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14 ist eine perspektivische
Ansicht einer herkömmlichen
aus Glas geformten Linse zum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung;
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15 ist eine perspektivische
Ansicht einer aus Glas geformten Linse gemäß der vorliegenden Erfindung;
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16 ist eine Seitenansicht
derselben;
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17 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau einer Form gemäß einem
Vergleichsbeispiel zeigt;
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18 ist eine auseinander
gezogene perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Form zum Glasformen
entsprechend der Form des Vergleichsbeispiels;
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19 ist eine auseinander
gezogene perspektivische Ansicht der Form gemäß dem Vergleichsbeispiel;
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20 ist eine perspektivische
Ansicht einer aus Glas geformten Linse, geformt mit der in 18 gezeigten Form;
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21 ist eine perspektivische
Ansicht einer aus Glasgeformten Linse, geformt mit der in 19 gezeigten Form;
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22 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau einer Form zeigt, um den Pressvorgang bei dem
Vergleichsbeispiels anzuzeigen;
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23 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau der Form zeigt, um den Pressvorgang (zweite Stufe)
während
des Formens bei dem Vergleichsbeispiel anzuzeigen;
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24 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau der Form zeigt, um den Pressvorgang (dritte Stufe)
während
des Formens bei dem Vergleichsbeispiel anzuzeigen;
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25 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau der Form zeigt, um den Pressvorgang (Endstufe)
während
des Formens bei dem Vergleichsbeispiel anzuzeigen;
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26 ist eine Schnittansicht
entlang eines Schnitts 140 in 24;
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27 ist eine Schnittansicht
entlang eines Schnitts 141 in 24;
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28 ist eine Schnittansicht
entlang eines Schnitts 140 in 25;
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29 ist eine Schnittansicht
entlang eines Schnitts 141 in 25;
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30 ist ein schematisches
Diagramm eines reflektierenden optischen Systems gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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31 ist eine perspektivische
Ansicht einer herkömmlichen
aus Glas geformten Linse zum Vergleich mit dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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32 ist eine perspektivische
Ansicht einer aus Glas geformten Linse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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33 ist eine Schnittansicht,
welche den Aufbau einer Form gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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34 ist eine perspektivische
Ansicht der Form gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel;
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35 ist eine Seitenansicht
der aus Glas geformten Linse gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel;
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36 ist eine perspektivische
Ansicht einer aus Glas geformten Linse gemäß einem Vergleichsbeispiel;
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37 ist eine perspektivische
Ansicht einer aus Glas geformten Linse gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
und
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38 zeigt eine Linse, die
ein Beugungsgitter auf ihrer Linsenoberfläche hat.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
optisches Element, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel
geformt ist, wird unter Bezugnahme auf 16 im Detail beschrieben.
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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.
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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.
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Vergleichsbeispiel
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Das
Vergleichsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 17 bis 26 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Formprozedur gemäß diesem
Vergleichsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 22 bis 29 im
Detail beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 30 bis 35 im Detail beschrieben.
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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.
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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).
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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.
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Die
den oberen und den unteren Umfang regulierenden Elemente 215 und 214 sind
gleitfähig
an der inneren Wand einer zylindrischen Form 213 angeordnet.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Ein
optisches Element, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel
geformt ist, wird unter Bezugnahme auf 35 im Detail beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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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.
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Beim
Formen einer in 38 gezeigten
Linse, die auf ihrer Linsenfläche
ein Beugungsgitter hat, kann auf ähnliche Weise ein gutes Ergebnis
erzielt werden.
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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.
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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.