JP2000302463A - 光学素子成形用型およびそれを用いて成形した光学素子 - Google Patents
光学素子成形用型およびそれを用いて成形した光学素子Info
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- C03B11/082—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses having profiled, patterned or microstructured surfaces
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- B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
- B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
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Abstract
(57)【要約】
【課題】微細パターンを有する光学機能面に対応する成
形用型であって、しかもその型からの分離が容易である
光学素子成形用型およびそれを用いて形成された光学素
子を提供する。 【解決手段】 ガラスブランクを加熱軟化させ、このプ
レス成形により、成形光学素子に微細パターンの光学機
能面を形成する光学素子成形用型において、前記光学素
子の光学機能面に対して、それより外側から、その最外
郭部の厚さに比べて、漸次、厚くなる方向に段差を付け
るように、成形面に形成された段差部に、テーパ加工を
施していることを特徴とする。
形用型であって、しかもその型からの分離が容易である
光学素子成形用型およびそれを用いて形成された光学素
子を提供する。 【解決手段】 ガラスブランクを加熱軟化させ、このプ
レス成形により、成形光学素子に微細パターンの光学機
能面を形成する光学素子成形用型において、前記光学素
子の光学機能面に対して、それより外側から、その最外
郭部の厚さに比べて、漸次、厚くなる方向に段差を付け
るように、成形面に形成された段差部に、テーパ加工を
施していることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスよりなる光
学素子を、ガラス素材を加熱軟化させ、プレス成形する
ことで製造する際に使用される成形用型、および、それ
を用いて形成された光学素子に関するものである。
学素子を、ガラス素材を加熱軟化させ、プレス成形する
ことで製造する際に使用される成形用型、および、それ
を用いて形成された光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】研磨工程を必要としない点で有利な、ガ
ラス素材のプレス成形によるレンズの製造技術は、従来
の製造において、必要とされた複雑な工程を無くし、簡
単にかつ安価にレンズを製造することを可能にした。特
に、最近は、非球面レンズなどの光学素子のみならず、
プリズム、その他の、種々の光学素子の製造にもプレス
成形法が採用されるようになってきた。
ラス素材のプレス成形によるレンズの製造技術は、従来
の製造において、必要とされた複雑な工程を無くし、簡
単にかつ安価にレンズを製造することを可能にした。特
に、最近は、非球面レンズなどの光学素子のみならず、
プリズム、その他の、種々の光学素子の製造にもプレス
成形法が採用されるようになってきた。
【０００３】このようなプレス方法では、一般に成形用
の上型部材と下型部材を用い、この型内にガラス素材を
挿入し、成形に適した所定温度まで加熱して、所定圧力
でプレス成形を行い、成形用型の成形面の形状を成形用
ガラス素材の表面に転写している。そして、成形用型と
成形済みガラス光学素子とを、ガラス素材の転移温度に
十分近い温度まで冷却し、その後、プレス圧力を除去し
て、成形用型を開き、成形済みガラス光学素子を取り出
している。
の上型部材と下型部材を用い、この型内にガラス素材を
挿入し、成形に適した所定温度まで加熱して、所定圧力
でプレス成形を行い、成形用型の成形面の形状を成形用
ガラス素材の表面に転写している。そして、成形用型と
成形済みガラス光学素子とを、ガラス素材の転移温度に
十分近い温度まで冷却し、その後、プレス圧力を除去し
て、成形用型を開き、成形済みガラス光学素子を取り出
している。
【０００４】近年、この技術の特徴である、型形状がガ
ラスに精密に転写されることを生かして、特開平９−２
５１２７号公報にあるような、フライアイレンズや回折
光学素子などのように、光学機能面に微細パターンを有
する光学素子を、プレス成形で製造する技術が開発され
ている。
ラスに精密に転写されることを生かして、特開平９−２
５１２７号公報にあるような、フライアイレンズや回折
光学素子などのように、光学機能面に微細パターンを有
する光学素子を、プレス成形で製造する技術が開発され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法で、微細パターンの光学素子を成形する際、軟化した
ガラス塊を適宜な時間でプレスして、前記微細パターン
に対応した、型部材の成形面の形状を、ガラス塊に転写
させた後、冷却を行うが、この時に、成形済みガラス光
学素子が型部材よりも熱膨張係数が大きいために、型部
材に比べ、より収縮量が大きくなり、型部材の微細パタ
ーン成形面に、ガラス素材側の、転写された微細パター
ンの部分が咬み合い、例えば、放射状に型中心部から型
外径部に向かう応力が働くなどして、離型が困難になる
場合がある。
法で、微細パターンの光学素子を成形する際、軟化した
ガラス塊を適宜な時間でプレスして、前記微細パターン
に対応した、型部材の成形面の形状を、ガラス塊に転写
させた後、冷却を行うが、この時に、成形済みガラス光
学素子が型部材よりも熱膨張係数が大きいために、型部
材に比べ、より収縮量が大きくなり、型部材の微細パタ
ーン成形面に、ガラス素材側の、転写された微細パター
ンの部分が咬み合い、例えば、放射状に型中心部から型
外径部に向かう応力が働くなどして、離型が困難になる
場合がある。
【０００６】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、このような微細パター
ンを有する光学機能面に対応する成形用型であって、し
かもその型からの分離が容易である光学素子成形用型お
よびそれを用いて形成された光学素子を提供することに
ある。
ので、その目的とするところは、このような微細パター
ンを有する光学機能面に対応する成形用型であって、し
かもその型からの分離が容易である光学素子成形用型お
よびそれを用いて形成された光学素子を提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
ガラスブランクを加熱軟化させ、このプレス成形によ
り、成形光学素子に微細パターンの光学機能面を形成す
る光学素子成形用型において、前記光学素子の光学機能
面に対して、それより外側から、その最外郭部の厚さに
比べて、漸次、厚くなる方向に段差を付けるように、成
形面に形成された段差部に、テーパ加工を施しているこ
とを特徴とする。
ガラスブランクを加熱軟化させ、このプレス成形によ
り、成形光学素子に微細パターンの光学機能面を形成す
る光学素子成形用型において、前記光学素子の光学機能
面に対して、それより外側から、その最外郭部の厚さに
比べて、漸次、厚くなる方向に段差を付けるように、成
形面に形成された段差部に、テーパ加工を施しているこ
とを特徴とする。
【０００８】この場合、その実施の形態として、光学素
子の微細パターンの光学機能面に対応する成形面の形状
が同心円状に加工されており、この微細パターンの成形
面の形状加工が、微細パターンの光学機能面より外側に
対応するテーパ部の形状加工と同時に行うように、成形
面を構成しているとよい。
子の微細パターンの光学機能面に対応する成形面の形状
が同心円状に加工されており、この微細パターンの成形
面の形状加工が、微細パターンの光学機能面より外側に
対応するテーパ部の形状加工と同時に行うように、成形
面を構成しているとよい。
【０００９】また、本発明では、成形用型でプレス成形
により形成される成形光学素子であって、その光学機能
面に対して、それより外側から、その最外郭部の厚さに
比べて、漸次、厚くなる方向に段差を付けると共に、そ
の段差には、テーパが形成されていることを特徴とす
る。
により形成される成形光学素子であって、その光学機能
面に対して、それより外側から、その最外郭部の厚さに
比べて、漸次、厚くなる方向に段差を付けると共に、そ
の段差には、テーパが形成されていることを特徴とす
る。
【００１０】このような構成にすることで、仮に、プレ
ス成形によって、光学素子に、微細パターンの光学機能
面を形成するとしても、成形用型の成形面の展開方向、
即ち、横方向の応力を、離型方向、即ち、縦方向への力
に変換し、離型を助けることが可能となる。
ス成形によって、光学素子に、微細パターンの光学機能
面を形成するとしても、成形用型の成形面の展開方向、
即ち、横方向の応力を、離型方向、即ち、縦方向への力
に変換し、離型を助けることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態例）以下に、
本発明に係る実施の形態を、図１を参考にして具体的に
説明する。なお、図１は本発明の特徴を表すガラスブラ
ンクの一面に、微細パターンを成形する光学素子成形用
型を示している。なお、ここで微細パターンを成形する
光学素子は、微細加工光学素子と呼ばれ、回折光学素
子、マイクロレンズアレイ、ホログラム光学素子などミ
クロンオーダーの微細パターンの形状に加工されている
光学素子のことであり、本実施の形態では、回折光学素
子のことを指す。
本発明に係る実施の形態を、図１を参考にして具体的に
説明する。なお、図１は本発明の特徴を表すガラスブラ
ンクの一面に、微細パターンを成形する光学素子成形用
型を示している。なお、ここで微細パターンを成形する
光学素子は、微細加工光学素子と呼ばれ、回折光学素
子、マイクロレンズアレイ、ホログラム光学素子などミ
クロンオーダーの微細パターンの形状に加工されている
光学素子のことであり、本実施の形態では、回折光学素
子のことを指す。
【００１２】また、図中、符号４は、これを成形するた
めの素材である、ガラスブランク（ガラス板）である。
なお、符号１ａはガラスブランク４の上面を成形する上
型で、この実施の形態では、その成形面は単なる平面で
ある。また、符号２ｂはガラスブランクの下面を成形す
る下型であり、その成形面には、微細光学パターンに対
応する形状が、符号５のテーパの付いた段差と、同一プ
ログラム中で、同時プレス加工されるように、形成され
ている。なお、符号１ｂは上型１ａを保持する上胴型で
あり、２ｂは下型２ａを保持する下胴型である。
めの素材である、ガラスブランク（ガラス板）である。
なお、符号１ａはガラスブランク４の上面を成形する上
型で、この実施の形態では、その成形面は単なる平面で
ある。また、符号２ｂはガラスブランクの下面を成形す
る下型であり、その成形面には、微細光学パターンに対
応する形状が、符号５のテーパの付いた段差と、同一プ
ログラム中で、同時プレス加工されるように、形成され
ている。なお、符号１ｂは上型１ａを保持する上胴型で
あり、２ｂは下型２ａを保持する下胴型である。
【００１３】また、符号３は、プレス成形時にガラスブ
ランク４の径方向への展延を規制するためのリング状枠
体である。また、図中、符号５はテーパの付けた段差で
あって、そのテーパ角度は４５°である。また、段差
は、有効径より外側が厚くなるように加工されている。
ランク４の径方向への展延を規制するためのリング状枠
体である。また、図中、符号５はテーパの付けた段差で
あって、そのテーパ角度は４５°である。また、段差
は、有効径より外側が厚くなるように加工されている。
【００１４】次に、成形プロセスを図２〜図４を用いて
説明する。まず、図２のガラスブランク５とリング状枠
体６とを、図示しないハンドリング手段で、下型４に供
給する。その次に、上下型とガラスブランクを、図示し
ない加熱源により、ガラスがｌｏｇη＝８〜１２となる
温度まで加熱する。この状態で、図３のように、下胴型
２ｂと下型２ａの上昇により、所望圧力でプレス成形す
る。
説明する。まず、図２のガラスブランク５とリング状枠
体６とを、図示しないハンドリング手段で、下型４に供
給する。その次に、上下型とガラスブランクを、図示し
ない加熱源により、ガラスがｌｏｇη＝８〜１２となる
温度まで加熱する。この状態で、図３のように、下胴型
２ｂと下型２ａの上昇により、所望圧力でプレス成形す
る。
【００１５】その後、ガラス転移点より充分低い温度ま
で、ガラス成形品を冷却すると、図４に示すように、ガ
ラスブランクの膨張係数が、図中の型部材２ａの膨張係
数に比べて大きいことにより、ガラスの収縮による横方
向の力が離型する方向への力に変換され、離型を即する
ことになる。そして、その後に、図示しないハンドリン
グ手段により、光学素子成形品６を離型させる。
で、ガラス成形品を冷却すると、図４に示すように、ガ
ラスブランクの膨張係数が、図中の型部材２ａの膨張係
数に比べて大きいことにより、ガラスの収縮による横方
向の力が離型する方向への力に変換され、離型を即する
ことになる。そして、その後に、図示しないハンドリン
グ手段により、光学素子成形品６を離型させる。
【００１６】
【実施例】以下に、本発明の具体的な実験例を以下に示
す。なお、ここでは、下型２ａは、その径がφ＝４０．
０００ｍｍ、高さが２０．０００ｍｍのフランジ付き円
柱部材であり、リング状枠体３は、外径がφ＝３９．９
９５ｍｍ、内径が３８，０００ｍｍ、高さが１．５ｍｍ
である。また、ガラスブランク５は、φ＝３７．９２
５、ｔ＝２ｍｍである。
す。なお、ここでは、下型２ａは、その径がφ＝４０．
０００ｍｍ、高さが２０．０００ｍｍのフランジ付き円
柱部材であり、リング状枠体３は、外径がφ＝３９．９
９５ｍｍ、内径が３８，０００ｍｍ、高さが１．５ｍｍ
である。また、ガラスブランク５は、φ＝３７．９２
５、ｔ＝２ｍｍである。
【００１７】上記の構成において、下型２ａの型材を、
タングステンカーバイトの超硬合金（熱膨張係数６．２
×１０-6／℃）とする。このガラスブランクの熱膨張係
数は１１．２×１０-6／℃である。この２つの材質の熱
膨張係数の差は、成形温度付近において、１１．２−
６．２＝５．０（×１０-6／℃）である。この条件で、
微細パターンを有するガラス光学素子を成形する。ま
ず、図２において、上胴型１ｂに上型１ａを挿入し、下
胴型２ｂに下型２ａを挿入して、それぞれ、上下対向さ
せて設置する。そして、下型に円板状ガラスブランク４
とリング状枠体６を供給する。
タングステンカーバイトの超硬合金（熱膨張係数６．２
×１０-6／℃）とする。このガラスブランクの熱膨張係
数は１１．２×１０-6／℃である。この２つの材質の熱
膨張係数の差は、成形温度付近において、１１．２−
６．２＝５．０（×１０-6／℃）である。この条件で、
微細パターンを有するガラス光学素子を成形する。ま
ず、図２において、上胴型１ｂに上型１ａを挿入し、下
胴型２ｂに下型２ａを挿入して、それぞれ、上下対向さ
せて設置する。そして、下型に円板状ガラスブランク４
とリング状枠体６を供給する。
【００１８】その後、成形室内の雰囲気を不活性ガスで
あるＮ2 に置換して、成形温度を約４００℃として、そ
の温度に加熱し、成形室内を真空に引いてから、図２の
ように、ガラスブランク４をプレス成形する。その後、
約２００℃まで冷却すると、ガラス成形品６と下型２ａ
との熱膨張係数の差が５．０（×１０-6／℃）であるか
ら、２００℃で成型品の最外周部で、約４０μｍの差が
できる。この時の収縮で、型とガラスとの間に生じる、
微細形状での横方向応力を、有効径（成形品の光学機能
面）外のテーパの付いた段差５で離型方向へ逃がすこと
により、型とガラスが離型するのを助けることになる。
そして、冷却後に、図示しないハンドリング手段で成形
品を型より取り出す。
あるＮ2 に置換して、成形温度を約４００℃として、そ
の温度に加熱し、成形室内を真空に引いてから、図２の
ように、ガラスブランク４をプレス成形する。その後、
約２００℃まで冷却すると、ガラス成形品６と下型２ａ
との熱膨張係数の差が５．０（×１０-6／℃）であるか
ら、２００℃で成型品の最外周部で、約４０μｍの差が
できる。この時の収縮で、型とガラスとの間に生じる、
微細形状での横方向応力を、有効径（成形品の光学機能
面）外のテーパの付いた段差５で離型方向へ逃がすこと
により、型とガラスが離型するのを助けることになる。
そして、冷却後に、図示しないハンドリング手段で成形
品を型より取り出す。
【００１９】以下に上記の成形条件と成形後の結果とを
表１および表２で示す。
表１および表２で示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】 このように、実施例１においては、有効径より外側に、
本発明の条件であるテーパの付いた型を用いた場合、従
来例のように、段差がない場合に比べて、離型性は良好
になった。
本発明の条件であるテーパの付いた型を用いた場合、従
来例のように、段差がない場合に比べて、離型性は良好
になった。
【００２２】また、実施例１で成形した成型品の段差
と、丁度、咬み合うような段差を持つ光学素子を用い
て、実施例１において成形した成形品と重ね合わせて、
積層光学素子（あるいは、合成光学素子）を製造する
と、テーパの嵌合によって、２つの光学素子の光軸中心
を精度良く合わせることができる（図５を参照）。
と、丁度、咬み合うような段差を持つ光学素子を用い
て、実施例１において成形した成形品と重ね合わせて、
積層光学素子（あるいは、合成光学素子）を製造する
と、テーパの嵌合によって、２つの光学素子の光軸中心
を精度良く合わせることができる（図５を参照）。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したようになり、光
学素子の光学機能面に微細パターンのあるものでは、そ
れに対応する成形面の形状を持った成形用型を用いて、
ガラス光学素子を成形する際に、テーパのある段差によ
って、ガラスと型との離型性が極めて良好となる。ま
た、微細パターンを有する成型用型を用いて成形された
ガラス光学素子と、該ガラス光学素子のテーパとが、丁
度、咬み合う形状の段差を有した光学素子を向かい合っ
て積層させる場合には、２つの光学素子の素子間隔およ
びその光軸合わせが容易となる。
学素子の光学機能面に微細パターンのあるものでは、そ
れに対応する成形面の形状を持った成形用型を用いて、
ガラス光学素子を成形する際に、テーパのある段差によ
って、ガラスと型との離型性が極めて良好となる。ま
た、微細パターンを有する成型用型を用いて成形された
ガラス光学素子と、該ガラス光学素子のテーパとが、丁
度、咬み合う形状の段差を有した光学素子を向かい合っ
て積層させる場合には、２つの光学素子の素子間隔およ
びその光軸合わせが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す成形型とガラス素材
の断面図である。
の断面図である。
【図２】同じく、成形型とガラス素材の成形温度におけ
る状態を示す断面図である。
る状態を示す断面図である。
【図３】同じく、成形型とガラス素材の成型後の状態を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】同じく、成形型とガラス素材の冷却中の状態を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態で得られたガラス光学素子
と、その光学素子の段差とちょうど嵌合する形状の光学
素子を重ね合わせた状態を示す断面図である。
と、その光学素子の段差とちょうど嵌合する形状の光学
素子を重ね合わせた状態を示す断面図である。
１ａ 上型 １ｂ 上胴型 ２ａ 下型 ２ｂ 下胴型 ３ リング状枠体 ４ ガラスブランク ５ テーパ ６ ガラス光学素子（成形品） ７ ガラス光学素子の有効径外の段差と丁度咬み合う光
学素子
学素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 伸行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 AA04 AA40 AA45 AA63 4F202 AA49 AH75 CA09 CB01 CK13 CK41
Claims (3)
- 【請求項１】 ガラスブランクを加熱軟化させ、このプ
レス成形により、成形光学素子に微細パターンの光学機
能面を形成する光学素子成形用型において、前記光学素
子の光学機能面に対して、それより外側から、その最外
郭部の厚さに比べて、漸次、厚くなる方向に段差を付け
るように、成形面に形成された段差部に、テーパ加工を
施していることを特徴とする光学素子成形用型。 - 【請求項２】 請求項１に記載の成形用型において、光
学素子の微細パターンの光学機能面に対応する成形面の
形状が同心円状に加工されており、この微細パターンの
成形面の形状加工が、微細パターンの光学機能面より外
側に対応するテーパ部の形状加工と同時に行うように、
成形面を構成していることを特徴とする光学素子成型用
型。 - 【請求項３】 成形用型でプレス成形により形成される
成形光学素子であって、その光学機能面に対して、それ
より外側から、その最外郭部の厚さに比べて、漸次、厚
くなる方向に段差を付けると共に、その段差には、テー
パが形成されていることを特徴とする光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11115184A JP2000302463A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 光学素子成形用型およびそれを用いて成形した光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11115184A JP2000302463A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 光学素子成形用型およびそれを用いて成形した光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000302463A true JP2000302463A (ja) | 2000-10-31 |
Family
ID=14656446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11115184A Pending JP2000302463A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 光学素子成形用型およびそれを用いて成形した光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000302463A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011194751A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Fujifilm Corp | 成形型、成形方法、及び、レンズアレイ |
| JP2012048081A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Canon Inc | 回折光学素子及び撮像光学系 |
-
1999
- 1999-04-22 JP JP11115184A patent/JP2000302463A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011194751A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Fujifilm Corp | 成形型、成形方法、及び、レンズアレイ |
| JP2012048081A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Canon Inc | 回折光学素子及び撮像光学系 |
| US9335557B2 (en) | 2010-08-30 | 2016-05-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Diffractive optical element having high diffraction efficiency at plural wavelengths and image-pickup optical system using the same |
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