JP2000199806A - 光学素子及びその成形用の型 - Google Patents

光学素子及びその成形用の型

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JP2000199806A
JP2000199806A JP10377507A JP37750798A JP2000199806A JP 2000199806 A JP2000199806 A JP 2000199806A JP 10377507 A JP10377507 A JP 10377507A JP 37750798 A JP37750798 A JP 37750798A JP 2000199806 A JP2000199806 A JP 2000199806A
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Nobuhiro Yamamichi
伸浩 山道
Nobuyuki Nakagawa
伸行 中川
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C03B11/082Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses having profiled, patterned or microstructured surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/40Product characteristics
    • C03B2215/41Profiled surfaces
    • C03B2215/414Arrays of products, e.g. lenses

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 片面に互いに異なる複数の光学機能面を高精
度にプレス成形した光学素子及びその成形用の型を得る
こと。 【解決手段】 光学機能面を有する光学素子において、
該光学機能面と隣接する非光学機能面の形状が該光学機
能面の端部の座標と接ベクトルの値を用いて定義できる
補間式によって決定されていること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子及びその
成形用の型に関し、例えばガラス素材を加熱軟化した
後、押圧し所望の形状の光学素子をプレス成形し、製作
する際に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光学レンズの生産の向上の要求に
対し、研磨加工なしのプレス成形により光学レンズを形
成するガラスモールド工法の果たす役割が大変重要にな
ってきている。特に、製品の多様化に伴い光学レンズと
して軸対称の非球面レンズや非軸対称の自由曲面レンズ
の需要が増大してきている。従来より、このような光学
レンズはガラスをプレス成形して製造している。
【0003】図8に示すように、一般的なガラスモール
ドレンズ81は表裏2面82,83の光学機能面しか持
っていない。このため、転写精度を上げるため、光学有
効面形状を延長して加工されてきた。又、表裏で曲率と
光学有効径が違う場合には、例えば特開平7−1876
90号公報で提案されているように光学機能面の外側位
置に逆方向の曲率の面形状を持たせることで面精度を良
くする試みが行われてきた。
【0004】又、特開平4−163524号公報では、
ガラスモールドによりレンチキュラーレンズアレイを成
形する方法を開示している。同公報では、レンズアレイ
形状のような片面あるいは両面に複数の光学機能面を持
ったレンズの成形に関して開示しているが、レンズどう
し間の非光学機能部を繋ぐ方法は特に検討されていな
い。これは従来のレンズ形状が軸対称であるとか、同じ
面に複数のレンズを有する場合でも同形状のレンズが複
数、等間隔に配置されているものがほとんどであり、特
に注意を要する問題ではなかったことが理由となってい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】特開平7−18769
0号公報で提案されている方法は逆曲率の面形状を利用
して面を製造している為に曲率の変化が大きく、型を形
成するのが難しいという問題がある。
【0006】一方、近年の多種多様なレンズ形状の要求
の1つに、ひとつの型(光学部材)に形状の異なる複数
の光学機能面をもった光学素子を形成することが要望さ
れている。このときの異なる複数の光学機能面間の繋ぎ
形状を単純な形状にすることは、各面の形状の差より難
しい。これに対して異なる複数の光学機能面を有した光
学素子を製造するときに、複数の型を組み合わせて製造
する方法があるが、この場合には型の精度を上げること
が困難であり、組み合わせ部にバリが残ることもある。
【0007】この為、異なる複数の光学機能面を有した
光学素子を製造するときには、1つの型(金型)に異な
る複数の光学機能面を形成する必要がある。光学素子と
して、例えば軸対称でない面形状を1つの型に形成する
場合、型を回転させながら切削することができない。こ
の為、固定した型を回転するバイトを数値制御で線走査
しながら切削する必要がある。このとき複数の光学機能
面どうしをワレ、カケ等が生じにくいように滑らかに繋
ぐことができ、しかも数値制御で容易に加工ができるよ
うにする為には、連続的な複合曲線を定義する必要があ
る。
【0008】本発明は、単一又は複数の光学機能面を基
板上に設けるとき、光学機能面と非光学機能面が簡単に
滑らかな形状で繋ぐことができ、連続加工により高い形
状精度が得られ、しかもワレ、カケ等が生じない、光学
素子及びその成形用の型の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の光学素
子は、光学機能面を有する光学素子において、該光学機
能面と隣接する非光学機能面の形状が該光学機能面の端
部の座標と接ベクトルの値を用いて定義できる補間式に
よって決定されていることを特徴としている。
【0010】請求項2の発明の光学素子は、片面に複数
の光学機能面を有する光学素子において、該光学素子は
該複数の光学機能面以外の領域の非光学機能面のうちの
2つの光学機能面で挟まれた非光学機能面の形状がそれ
と隣接する光学機能面の端部の座標と接ベクトルの値を
用いて定義できる補間式によって決定され、形成されて
いることを特徴としている。
【0011】請求項3の発明は請求項1の発明又は請求
項2の発明において、前記光学素子は型を用いて形成さ
れており、該型の加工方向に対応する断面形状における
前記補間式がエルミート曲線で構成されていることを特
徴としている。
【0012】請求項4の発明は請求項1の発明又は請求
項2の発明において、前記光学素子は型を用いて形成さ
れており、該型の加工方向に対応する断面形状における
前記補間式がベジエ曲線で構成されていることを特徴と
している。
【0013】請求項5の発明の成形用の型は、光学機能
面を有する光学素子を押圧成形する型において、該光学
機能面以外の領域の非光学機能面を形成する型形状が該
光学機能面を形成する型形状の端部の座標と接ベクトル
の値を用いて定義できる補間式によって決定されている
ことを特徴としている。
【0014】請求項6の発明の成形用の型は、片面に複
数の光学機能面を有する光学素子を押圧成形する成形用
の型において、該片面の複数の光学機能面以外の領域の
非光学機能面のうちの2つの光学機能面で挟まれた非光
学機能面を形成する型形状が該光学機能面を形成する型
形状の端部の座標と接ベクトルの値を用いて定義できる
補間式によって決定されていることを特徴としている。
【0015】請求項7の発明は請求項5の発明又は請求
項6の発明において、前記型の加工方向において、前記
補間式がエルミート曲線で構成されていることを特徴と
している。
【0016】請求項8の発明は請求項5の発明又は請求
項6の発明において、前記型の加工方向において、前記
補間式がベジエ曲線で構成されていることを特徴として
いる。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は本発明の光学素子の実施形
態1の要部外観図である。図2は図1の片側(表面)の
要部平面図、図3は図2の線分8の片側の要部断面図、
図4は図3の光学素子をプレス成形する為の成形用の金
型の要部断面図である。
【0018】図中、31は光学素子である。本実施形態
の光学素子31は基板32の片側に2つの互いに異なっ
た光学機能面1,2が成形されている。尚、同図では2
つの光学機能面1,2を示しているが、2以上いくつあ
っても良い。又、複数の光学機能面を設けるときは、こ
のうち同一形状の光学機能面が2以上あっても良い。基
板31の裏面(他方の面)にも表面と同様の光学機能面
が形成されていても良い。
【0019】3は2つの光学機能面1,2の内側に囲ま
れた領域(非光学機能面)である。4は2つの光学機能
面1,2の外側のうちY方向の領域(非光学機能面)、
5は2つの光学機能面1,2の外側のうちX方向の領域
(非光学機能面)である。尚、領域3,4,5は光学作
用を利用しない領域である。
【0020】10は金型33上を回転しているバイトを
表わしている。バイト10はX方向に進めながら金型3
3を切削しつつ、Y方向に一定のピッチでずらしながら
全面走査して加工している。本発明では、プレス成形す
る光学素子の光学機能面をバイト10の切削進行方向
(母線方向)で切った面上の光学機能線の端部の座標と
接ベクトルの値を用いて定義できるような補間関数(例
えば3次エルミート曲線等)を用いて非光学機能面3,
4,5の形状を決定している。これをバイト10の送り
方向(子線方向)のピッチ毎に用意することで光学機能
面1,2間を滑らかな曲面で結ぶことができるようにし
ている。
【0021】本発明では、複数の光学機能面を不連続な
面のない滑らかな曲面で繋ぐことで、連続加工による一
体型の金型の製作を可能とし、それにより滑らかな表面
でワレ、カケ、バリのない光学素子を得ている。又、連
続加工で金型を作成することにより光学機能面間の位置
精度を向上させている。
【0022】尚、本実施形態では基板32に1つの光学
機能面1を有するものでも良い。又、光学素子は片面に
光学機能面を有し、他方の面を反射面としたものでも良
い。金型33の代わりにカーボン系やセラミック系の型
を用いても良い。
【0023】次に本発明の光学素子の光学機能面の形状
定義方法について順に説明していく。まず、領域5の部
分は従来から行われてきたように、光学機能面1,2の
形状を延長して定義しておく。次に領域3の部分の形状
を定義する。
【0024】いま光学機能面1,2の定義式を、便宜上
【0025】
【数1】 で表わされるものとして取扱う。図3の断面((1)式
でY=6とおいたとき)での光学機能面1,2の式は
【0026】
【数2】 になる。ここで、それぞれの光学機能面における端部の
座標p0,p1 と接線の単位ベクトルv0,v1
【0027】
【数3】 となる。本実施例では、通る点とその接ベクトルによっ
て定義できる補間曲線の中でも単純な3次エルミート曲
線を用いて形状を定義している。
【0028】3次エルミート曲線の定義式は端点p0,p1
とそこでの接ベクトルv0,v1によって、パラメータ区間
[0,1] において、
【0029】
【数4】 で表される。ここで
【0030】
【数5】 は3次エルミート関数と呼ばれる多項式であり、両端点
(t=0,1)における条件から、次の性質を満たす。
【0031】
【数6】 これを解くと、次のようになる。
【0032】
【数7】 いま接ベクトルの長さを光学機能面間の非光学機能面の
X方向の長さ(図3の領域9)と同じ2mmにして、エ
ルミート曲線の座標を計算させた結果の一部を表1に示
す。
【0033】
【表1】 図5はこの値を用いて描かせた曲線である。同様にして
バイト10のY方向の送り間隔ごとに形状式を定義す
る。さらに、領域3の他の部分もエルミート曲線を用い
て同様に定義し、全面滑らかに繋ぐ。こうすることによ
り、全面の形状を定義している。
【0034】本実施形態では以上のようにして定義した
式に基づいて成形用の金型を製造し、この金型を利用し
てプレス成形(ガラスモールド)して光学素子を製造し
ている。
【0035】次に本発明の実施形態2について説明す
る。
【0036】本実施形態では図2の領域5の部分もエル
ミート曲線を用いて定義し、それ以外の領域の部分は、
実施形態1と同様にして定義している。図6は本実施形
態の図2の線分6あるいは線分7で切った断面図を示
す。図6において、光学素子の端部13,14のZ座標
を有効面端部のZ座標より1mm低いところに設定す
る。そして、光学機能面1と光学素子の端部13,14
の座標と接ベクトルを用いて実施形態1と同様にエルミ
ート曲線を決定し、形状を定義する。あとの領域の部分
は実施形態1と同様に行い形状を決定している。
【0037】次に本発明の実施形態3について説明す
る。
【0038】図7は本実施形態の光学素子を上面から見
た概略図である。一般的には光学機能面のY方向におけ
る最大と最小の部分で面を分割し、面形状を定義する
が、本実施形態のような有効面かつ長方形の光学機能面
15,16を持っている場合は、図7のように光学有効
面端部20,21で分割する。あとの形状の定義のやり
方は実施形態1と同じである。尚、17〜19は非光学
機能面である。
【0039】尚、以上の各実施形態において、曲線を定
義する式をベジエ曲線等の補間曲線を用いることによ
り、更に形状に自由度を与えることができる。ただし、
コントロールポイント等の設定が複雑になる傾向にある
ので、どうしても形状を制御する場合以外はエルミート
曲線のように簡単に定義できる補間曲線を用いるのが良
い。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、単一又は複数の光学機能面を基板上
に設けるとき、光学機能面と非光学機能面が簡単に滑ら
かな形状で繋ぐことができ、連続加工により高い形状精
度が得られ、しかもワレ、カケ等が生じない、光学素子
及びその成形用の型を達成することができる。
【0041】特に、本発明によれば、従来不連続なエッ
ジ形状や単なるR形状で結んでいた光学機能面の外部分
を滑らかな形状で繋いで連続的に一体加工ができるよう
になる。これにより出来上がる光学素子は不連続な部分
のない滑らかな形状となり、ワレ、カケ、バリ等が発生
しにくく、精度の良い光学素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1における光学素子の概略図
【図2】本発明の実施形態1,2における光学素子の上
面から見た図
【図3】本発明の実施形態1における光学素子の断面図
【図4】本発明の実施形態1における成形金型の断面図
【図5】本発明の実施形態1における光学機能面間の補
間曲線の図
【図6】本発明の実施形態2における光学素子の断面図
【図7】本発明の実施形態3における光学素子の上面か
ら見た図
【図8】従来のレンズの断面図
【符号の説明】
1,2,15,16 光学機能面 3,4,5,17,18,19 非光学機能面 6,7,8,20,21,22 切断面 9 光学機能面間 10 バイト 11,12 光学素子端部 13,14 光学機能面端部 31 光学素子 32 基板 33 金型

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学機能面を有する光学素子において、
    該光学機能面と隣接する非光学機能面の形状が該光学機
    能面の端部の座標と接ベクトルの値を用いて定義できる
    補間式によって決定されていることを特徴とする光学素
    子。
  2. 【請求項2】 片面に複数の光学機能面を有する光学素
    子において、該光学素子は該複数の光学機能面以外の領
    域の非光学機能面のうちの2つの光学機能面で挟まれた
    非光学機能面の形状がそれと隣接する光学機能面の端部
    の座標と接ベクトルの値を用いて定義できる補間式によ
    って決定され、形成されていることを特徴とする光学素
    子。
  3. 【請求項3】 前記光学素子は型を用いて形成されてお
    り、該型の加工方向に対応する断面形状における前記補
    間式がエルミート曲線で構成されていることを特徴とす
    る請求項1又は2に記載の光学素子。
  4. 【請求項4】 前記光学素子は型を用いて形成されてお
    り、該型の加工方向に対応する断面形状における前記補
    間式がベジエ曲線で構成されていることを特徴とする請
    求項1又は2に記載の光学素子。
  5. 【請求項5】 光学機能面を有する光学素子を押圧成形
    する型において、該光学機能面以外の領域の非光学機能
    面を形成する型形状が該光学機能面を形成する型形状の
    端部の座標と接ベクトルの値を用いて定義できる補間式
    によって決定されていることを特徴とする成形用型。
  6. 【請求項6】 片面に複数の光学機能面を有する光学素
    子を押圧成形する成形用の型において、該片面の複数の
    光学機能面以外の領域の非光学機能面のうちの2つの光
    学機能面で挟まれた非光学機能面を形成する型形状が該
    光学機能面を形成する型形状の端部の座標と接ベクトル
    の値を用いて定義できる補間式によって決定されている
    ことを特徴とする成形用の型。
  7. 【請求項7】 前記型の加工方向において、前記補間式
    がエルミート曲線で構成されていることを特徴とする請
    求項5又は6に記載の成形用の型。
  8. 【請求項8】 前記型の加工方向において、前記補間式
    がベジエ曲線で構成されていることを特徴とする請求項
    5又は6に記載の成形用の型。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004151363A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Olympus Corp レンズアレイ、及び接合レンズアレイの製造方法
JP2007148401A (ja) * 2005-11-29 2007-06-14 Chugoku Sarin Kigyo Kofun Yugenkoshi 軸対称型ガラスレンズ
JP2007155838A (ja) * 2005-11-30 2007-06-21 Canon Inc 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置
JP2008265130A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Olympus Corp フライアイレンズ成形型、フライアイレンズ成形型加工装置、フライアイレンズ成形型加工方法

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