JP2003232902A - 半球レンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 完全な半球レンズを含む各種の半球レンズを
容易に製造でき、しかも球面部に精密に仕上げ加工がな
された後には実質的な加工を必要とせずに、半球レンズ
を形成できるようにする。 【解決手段】 ２個の素材ガラス１，１を接合・固着し
て正６面体ガラスを形成し、これを粗研磨加工すること
により球形に近い１８面体ガラスを形成した上で、この
１８面体ガラスを精密研磨加工することによって、真球
ガラス７を形成して、この真球ガラス７の接合面を剥離
することによって、２個の半球レンズ８，８を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半球レンズの製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半球レンズは高ＮＡを有する等の利点が
あることから、例えば顕微鏡用，光ピックアップ用等の
対物レンズとして、またコンデンサレンズとして、さら
に光センサの受光面に接合される受光レンズとして広く
用いられている。ここで、半球レンズとしては、完全な
半球レンズだけでなく、過半球レンズ（半球以上の球面
を有するレンズ）、不足半球レンズ（半球以下の球面を
有するレンズ）を含む。以上の半球レンズを形成する方
法としては、特開平２０００−８９００４号公報に示さ
れているように、金型を用いたモールド成形方法は従来
から知られている。ただし、モールド成形による半球レ
ンズの製造方法は、金型内に溶融させたガラスを供給す
る必要があるので、成形できる硝材が限定され、あまり
高い融点の硝材を成形することができず、また金型の素
材として耐熱性が高いものが要求され、さらに繰り返し
成形を行う間に金型の成形面にダメージが加わる等の点
から、耐久性に難点がある等といった問題点がある。

【０００３】最初に球形ガラスを製造し、この球形ガラ
スを半分に切断することによっても半球レンズを形成す
ることができる。このように、球形ガラスを製造する方
法としては様々なものが従来から提案されている。例え
ば、特開平８−２９５５１９号公報においては、溶融さ
せたガラスを平面形状とした成形型上に滴下させて、こ
の成形型上を転動させることにより球形のガラスを製造
するようにしたものが示されている。また、特開平１０
−２１８６２８号公報では、底面が半球形状とした成形
型内でガラス素材を加熱して軟化流動化させることによ
って、このガラス素材を成形型の底面に倣うように半球
形状となし、上部側は表面張力の作用によって球形ガラ
スが得られる。

【０００４】さらに、加熱を行わず、研磨・研削を行う
ことにより球形ガラスを製造する方法は、極めて古くか
ら行われている。この球形ガラスの製造方法としては、
正６面体に成形したガラスを粗研磨（若しくは切削加
工）を行うことにより球形に近い多面体、例えば１８面
体となし、この１８面体ガラスをラッピング等の精密研
磨加工することにより球形ガラスとする。

【０００５】前述した様々な方法で得た球形ガラスは、
例えば球心を含む面に沿って切断することによって、２
つの半球形状のガラスが得られる。ここで、これらの半
球ガラスにおけるカット面は必ずしも平滑面とはなって
いないので、これらのカット面を最終的に研磨加工して
半球レンズが形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、球形ガラス
をどのようにして製造するかに拘らず、球形ガラスから
カットすることによって半球レンズを形成する場合、切
断代と研磨代とが必要になるので、１個の球形ガラスか
ら完全な半球レンズを２個形成することはできない。ま
た、球形ガラスの全外表面を精密に仕上げ加工した後に
２分割し、さらに切断面を研磨加工することになるの
で、その分だけ工程が増えるという問題点があるだけで
なく、球形レンズのカット時及び切断面の研磨時、機械
加工を行うために、仕上げがなされた球面部に工具等を
当接させる必要があり、その際に球面部を損傷させる等
といったおそれもある。

【０００７】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、完全な半球レンズを
含む各種の半球レンズを容易に製造でき、しかも球面部
に精密に仕上げ加工がなされた後には実質的な加工を必
要とせずに、半球レンズを形成できるようにすることに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の半球レンズの製造方法は、２個の素材
ガラスを接合・固着して接合面を有する正６面体ガラス
を形成し、この正６面体ガラスを粗研磨して概略球形ま
たは球形に近い多面体ガラスからなる一次加工品を形成
し、この一次加工品を精密研磨加工することによって、
真球ガラスからなる二次加工品を形成し、この二次加工
品の前記接合面を剥離することをその特徴とするもので
ある。

【０００９】本発明においては、ガラスを球形に加工し
た後に、それを2分割することにより半球レンズを形成
するが、球形のガラスは研磨乃至切削により形成する。
このために、素材ガラスとしては、６面体形状としたも
の若しくは三角柱からなる５面体形状としたものが２個
用いられる。これら２個のガラス素材を接合した状態で
球形化するが、接合した２枚の素材ガラスは正６面体の
形状とする。同じ形状の素材ガラスを用いれば、２つの
完全な半球レンズが形成され、いずれか一方の方が厚み
のある素材ガラスを用いれば、１つの過半球レンズと、
１つの不足半球レンズとが形成される。

【００１０】２個の素材ガラスの接合面は予め鏡面とな
るように精密な研磨仕上げ加工を行っておく方が望まし
い。両素材ガラスの接合面の少なくとも一方に接着剤を
塗布して接合することにより固着する。この際に使用さ
れる接着剤は、パラフィン等が好適である。これによっ
て、正６面体ガラスが形成される。

【００１１】正６面体は粗研磨により概略球形または球
形に近い多面体となるように加工して、一次加工品を得
る。ここで、粗研磨は研削盤を用いてガラスを研削する
ことを含むものである。また、多面体に加工するのは球
形に近い外面形状とするためである。従って、この多面
体の面数を多くすればするほど球形に近くなる。ただ
し、面数を多くすると、それだけ粗研磨の段数が多くな
り加工工数が増える。一般的には、１８面体とするのが
工数削減及び精密研磨加工における完全な球形化の点で
望ましい。さらに、例えば、正６面体ガラスをバレル加
工することによって、概略球形の一次加工品を得ること
ができる。ただし、バレル加工では、レンズとして必要
な表面精度が得られない。従って、バレル加工によって
球形化させたとしても、後述の精密研磨加工が必要とな
る。

【００１２】前述のようにして得た一次加工品を精密研
磨加工を行うことによって、完全な球形状とし、かつ表
面の仕上げ精度を向上させる。精密研磨加工は、例えば
ラッピング加工というように、微小な砥粒により多面体
の表面を研磨するが、最終的にレンズ面となる部位の加
工を行うのであるから、１段で加工するのではなく、砥
粒の粒径を代えて複数段階で加工を行う方が仕上げ精度
の向上を図る上で望ましい。つまり、第１段階では多面
体ガラスを真球化するために、比較的粒径の大きな砥粒
を用いて研磨加工を施す。次いで、微細な粒径の砥粒を
用いて精密な仕上げ加工、所謂ポリッシング加工を行
う。

【００１３】このようにして仕上げられた二次加工品
は、溶剤に浸漬させるか、加熱するか等により接合面か
ら２つに分割することによって、２つの半球レンズが形
成される。予め接合面を鏡面化するように精密研磨加工
しておくようにすれば、球形のガラスが形成された後に
は、接着剤の剥離と洗浄という工程を経るだけで、格別
の機械加工を要することなく、２つの半球レンズが得ら
れる。そして、前述したように、素材ガラスとして同じ
形状の正６面体ガラスを用いるようにすれば、完全な半
球レンズを２個形成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。本実施の形態においては、
素材ガラスとして、図１に示したような同形状の６面
体、つまり直方体の素材ガラス１を２個用いる。素材ガ
ラス１は接合面１ａを有し、２個の素材ガラス１，１は
これら接合面１ａを接合させると、正６面体、つまり立
方体の形状となる寸法関係を有するものである。接合面
１ａは鏡面となるように精密に研磨仕上げされており、
かつ少なくとも一方の接合面１ａには接着剤、例えば紫
外線硬化型接着剤、樹脂系接着剤、さらにはパラフィン
等が塗布されている。従って、２個の素材ガラス１を相
互に接合させて、その間に介在する接着剤の作用で貼り
合わせた状態に固着される。これによって、正６面体ガ
ラス２が形成される。

【００１５】図２乃至図４は、前述のようにして形成し
た正６面体ガラス２を球形に近い多面体とする粗研磨工
程のステップを示している。本実施の形態では、多面体
は１８面を有するものとする。なお、この１８面体より
面数を多くすることもできるが、そうすると工数が増え
ることになり、しかも１８面体に形成しておけば、後の
球形化を行って真球形状とするのに格別の支障を来さな
い。正６面体ガラス２を多面体に加工する方法は種々あ
るが、本実施の形態では、以下のように加工する。ただ
し、１８面体を得るために、これ以外の方法を採用する
こともできる。この加工は粗研磨であって、例えば平面
研削盤等を使用することができる。

【００１６】まず、図２に示したように、正６面体ガラ
ス２を第１段目の加工を行うことにより８角柱成形品３
を形成する。次いで、この８角柱成形品３から図３に示
した１４面体成形品４を形成する。この２段目の加工の
後、さらに研削を行って、図４に示した１８面体成形品
５を形成することができる。このように、加工工程を複
数段経ることによって、球形に近い多面体形状となるよ
うに加工される。なお、図２乃至図４において、ライン
Ｊは接合面である。

【００１７】以上のようにして得られた多面体ガラスを
一次加工品６として、この一次加工品６を精密研磨加工
することによって、真球形状の球形ガラスを形成する。
この加工は、例えば図５及び図６に示したラッピング装
置１０を用いて行われる。このラッピング装置１０は、
平面ラップ盤１１を有し、この平面ラップ盤１１は円形
のものであり、その表面には研磨材としての砥粒が付着
している。平面ラップ盤１１の下面には回転軸１２が連
結して設けられており、この回転軸１２は図示しないモ
ータ等の回転駆動手段により回転駆動されるようになっ
ている。また、平面ラップ盤１１の上面に対して非接触
状態となるようにワークホルダ１３が設置されている。
このワークホルダ１３は水平方向に、つまり図５の矢印
方向に所定ストロークだけ往復移動可能な構成となって
いる。ワークホルダ１３には一次加工品６が遊嵌状に嵌
合される透孔からなるワーク収容部１３ａが複数穿設さ
れている。

【００１８】以上の構成を有するラッピング装置１０を
用いることによって、１８面体ガラスからなる一次加工
品６を精密研磨して、この一次加工品６は図示したよう
に真球形状の球形ガラスとなるように加工される。即
ち、図６からも明らかなように、平面ラップ盤１１上に
おいて、ワークホルダ１３における各ワーク収容部１３
ａ内に一次加工品６を収容させて、回転軸１２を回転駆
動することによって、矢印Ｓで示したように平面ラップ
盤１１を水平方向に回転駆動する間に、矢印Ｔで示した
ようにワークホルダ１３を水平方向に往復移動させる。
これによって、矢印Ｒで示したように、相対向する面が
平行平面となった一次加工品６が平面ラップ盤１１の表
面上を強制的に転動させられながら研磨材により研磨さ
れて、角が取れて丸みを帯びるようにして球形化し、や
がては真球状態になるまで研磨加工される。ここで、平
面ラップ盤１１を用いることによって、一次加工品６を
正確に球形化することができ、しかもその直径管理も容
易に行うことができる。なお、この精密研磨工程で得ら
れる球形ガラスの表面仕上げ精度をより高めるには、よ
り細かい粒径の研磨材を用いて複数段で研磨加工を行う
ようにすれば良い。

【００１９】以上のように、１段乃至複数段で精密研磨
加工を行うことにより、図７に示した真球ガラスからな
る二次加工品７が製造される。ここで、この二次加工品
７は、２つの半球ガラス７ａ，７ａの接合体であり、こ
の二次加工品７の球心Ｏは接合面Ｊに位置することにな
る。従って、接合面Ｊに適用されている接着剤を剥離す
ることによって、図８に示したように、２個の半球レン
ズ８が形成される。ここで、接着剤の剥離は、使用され
ている接着剤の性質等に応じて，溶剤を用いて、また加
熱することによって、格別の外力を加えることなく行う
ことができる。その後に、洗浄して各半球レンズ８に付
着している接着剤等の汚れや異物を除去する。

【００２０】このように、二次加工品７の接合面Ｊを剥
離して２分割して得られる２個の半球レンズ８は、その
球面部のみならず、平面部も精密な研磨仕上げ加工が施
された状態となっている。従って、接着剤の剥離、洗浄
を行うだけで、精密研磨加工を行った後には、何等の機
械加工も行う必要がないことから、この加工工程後に半
球レンズ８を損傷させる等の不都合を生じることはな
い。また、２分割した平面部を改めて研磨等といった加
工をする必要がないので、完全な半球レンズが２個製造
される。

【００２１】なお、素材ガラスとしては、図１に示した
ように、２個の直方体ガラスを用いたが、研磨により球
形化することから、例えば図９に示したように、対角部
に接合面を持たせた素材ガラス、つまり三角柱形状とし
た素材ガラス２０を用い、これらの接合面２０ａを接着
剤で貼り合わせるようにしても良い。また、同じ形状の
素材ガラスを２個用いることによって、２個の完全な半
球レンズを製造することができるが、図１０に示したよ
うに、２個の素材ガラスをそれぞれ直方体とし、一方の
素材ガラス３０を他方の素材ガラス３１より厚手とする
こともできる。そして、両素材ガラス３０，３１を接合
させた状態では、正６面体、つまり立方体となる寸法関
係を持たせる。このように構成すれば、粗研磨及び精密
研磨を行うことによって、過半球レンズ３２と、不足半
球レンズ３３とを製造することができる。さらに、２個
の不足半球レンズを製造する場合には、図１０に仮想線
で示したように、正６面体ガラスを３分割して、中間部
のガラスをダミーガラスとし、このダミーガラスの両側
位置のガラスを不足半球ガラスとすることもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
完全な半球レンズを含む各種の半球レンズを容易に製造
でき、しかも球面部に精密に仕上げ加工がなされた後に
は実質的な加工を必要とせずに、半球レンズを形成でき
る等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す半球レンズの素材
ガラスを示す外観図である。

【図２】正６面体ガラスを加工して得られる８角柱成形
品の外観図である。

【図３】図２の８角柱成形品を加工して得た１４面体成
形品の外観図である。

【図４】図３の１４面体成形品をさらに加工して得た１
８面体成形品の外観図である。

【図５】１８面体成形品からなるワークを球形となるよ
うに精密研磨加工を行うためのラッピング装置の概略構
成図である。

【図６】図５の要部拡大図である。

【図７】精密研磨加工を行うことにより得た真球ガラス
の構成説明図である。

【図８】本願発明の製造方法により製造した半球レンズ
の外観図である。

【図９】素材ガラスの他の例を示す外観図である。

【図１０】素材ガラスのさらに別の例を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１，２０，３０，３１ 素材ガラス １ａ，２０ａ 接合面 ２ 正６面体ガラス ３ ８角柱成形品 ４ １４面体成形品 ５ １８面体成形品 ６ 一次加工品 ７ 二次加工品 ８ 半球レンズ １０ ラッピング装置 ３２ 過半球レンズ ３３ 不足半球レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２個の素材ガラスを接合・固着して接合
   面を有する正６面体ガラスを形成し、 この正６面体ガラスを粗研磨して概略球形または球形に
   近い多面体ガラスからなる一次加工品を形成し、 この一次加工品を精密研磨加工することによって、真球
   ガラスからなる二次加工品を形成し、 この二次加工品の前記接合面を剥離することを特徴とす
   る半球レンズの製造方法。
2. 【請求項２】 前記両素材ガラスの接合面を精密研磨仕
   上げした後に、これら研磨仕上げ面同士を接合・固着す
   ることを特徴とする請求項１記載の半球レンズの製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記粗研磨により形成される一次加工品
   として形成される多面体ガラスは１８面体ガラスである
   ことを特徴とする請求項１記載の半球レンズの製造方
   法。
4. 【請求項４】 精密研磨加工は研磨材の種類を変えて前
   記一次加工品を複数段で研磨加工を行うことを特徴とす
   る請求項１記載の半球レンズの製造方法。