JP2004189523A

JP2004189523A - 光学素子成形装置

Info

Publication number: JP2004189523A
Application number: JP2002358046A
Authority: JP
Inventors: Shogo Yamamoto; 省吾山本; Hiroyuki Hattori; 洋幸服部; Yayoi Eguro; 弥生江黒; Nobuyuki Baba; 信行馬場
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: JP4396097B2

Abstract

【課題】一度の成形で複数の光学素子の成形が可能でありながら、型の調整が容易であり、また型の調整の適否を迅速に判断できる光学素子成形装置を提供する。
【解決手段】回転ステージ２２と、回転ステージ２２上に載置されたｙ方向移動ステージ２３と、ｙ方向移動ステージ２３上に載置されたｘ方向ステージ２４とを用いて、第１の型保持部材１２と第２の型保持部材（ｘ方向ステージ２２）との相対位置調整を行うことで、複数の型における個々の芯合わせを行う際に、調整可能な可能な範囲内に収まるようにでき、それにより調整をより効率的に行うことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子成形装置に関し、特に複数の型を用いて一度に多数個の光学素子を成形できる光学素子成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置などの光学機器においては、レンズなどの光学素子が用いられている。このような光学素子は、プラスチックや硝子などを素材とし、成形装置によって成形することができる。ところで、近年においては、光ピックアップ装置において、情報の高密度記録／再生の要求が高まり、より高精度な光学素子を成形することが望まれている。
【０００３】
一般的には、例えば対物レンズを成形する光学素子成形装置においては、非球面形状を有する上型と下型とを対向させ、その間に溶融した樹脂を射出し、或いは加熱したガラスのプリフォームを挿入し加圧し、その後冷却させることで所望の形状の対物レンズを得ることができる。しかるに、上型と下型とを可能な限り精度良く形成できたとしても、それらの軸線にズレがあると、対物レンズに形状誤差が生じ、要求光学性能を満足できない光学素子が形成される恐れがある。そこで、型交換などを行ったような場合、成形前に上型と下型の芯合わせの調整を慎重に行うようにしていたが、かかる調整に時間がかかるといった問題がある。
【０００４】
これに対し、特許文献１、２には、上型と下型の芯合わせの調整を機械的に行うことで、調整時間を短縮しようとする技術が開示されている。
【特許文献１】
特開平５−９６５８０号
【特許文献２】
特開平８−１８８４２６号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年においては、生産効率をより高めるべく、一度の成形で複数個の光学素子を成形できる光学素子成形装置が開発されている。このような光学素子成形装置においては、対向する一対の型保持部材に複数の型を設置し、成形時には、複数の型内に素材を投入することで、一度に多数個の光学素子を成形することができるものである。
【０００６】
しかるに、一度の成形で複数個の光学素子を成形できる光学素子成形装置において、上述した従来技術を利用して上型と下型の芯合わせの調整を行おうとすると、各型について個々に調整を行わなくてはならず、調整が面倒である。又、調整可能な範囲が限られており、一つの型では調整がうまくいったが、他の型では調整不能なほど芯がずれているといった不具合も生じうる。
【０００７】
更に、型において光軸の位置が不明であることから、従来技術によれば、上型と下型の芯合わせの調整が精度良く行われたか否かは、実際に素材を光学素子に成形し、その光学性能が許容範囲に含まれているか否かで判断している。従って、型の調整の適否判断に必要な時間が長くかかるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、一度の成形で複数の光学素子の成形が可能でありながら、型の調整が容易であり、また型の調整の適否を迅速に判断できる光学素子成形装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光学素子成形装置は、複数の第１の型と、前記複数の第１の型を保持する第１の型保持部材と、前記第１の型に対向する複数の第２の型と、前記複数の第２の型を保持する第２の型保持部材と、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材との相対的位置を調整する調整手段と、を有するので、まず前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材との相対位置調整を行うことで、複数の型における個々の芯合わせを行う際に、例えば調整可能な範囲内に収まるようにでき、それにより型個々の調整をより効率的に行うことができる。
【００１０】
請求項２に記載の光学素子成形装置は、前記調整手段が、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材とを、対向する面に沿った２次元方向に相対変位させるので、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材との２次元方向の相対位置調整を任意に行うことができる。尚、ここで「変位」とは平行移動をいい、回転を含まないものとする。
【００１１】
請求項３に記載の光学素子成形装置は、前記調整手段が、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材とを、対向する面の法線周りに相対回転させるので、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材との回転方向の相対位置調整を任意に行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の光学素子成形装置は、複数の第１の型を保持する第１の型保持部材に対して各第１の型を相対移動させることが可能な、及び／又は前記複数の第１の型にそれぞれ対向する複数の第２の型を保持する第２の型保持部材に対して各第２の型を相対移動させることが可能な移動手段を有するので、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材との相対位置にかかわらず、各型同士の位置調整を任意に行うことで、高精度な付置決めを行うことができる。尚、前記第１の型保持部材が、前記第１の型を保持するための第１の保持孔を有している場合、従来この保持孔と前記第１の型との間には隙間が生じるようになっていることが多い。この隙間は、前記第１の型保持部材に対する前記第１の型の取り付け、取り外しを容易にするためのものである。しかし、前記第１の型保持部材に対して前記第１の型を高精度に位置決めするため、隙間はできる限り小さくしていた。そのため、前記第１の型保持部材に対して前記第１の型が相対移動できる範囲（以後可動範囲）は５μｍ程度に抑えられていた。この隙間を大きくすることで前記第１の型の可動範囲を大きくすることができ、例えば移動手段としてピエゾ素子などを用いて、前記保持孔内における前記第１の型を大きく変位させることができるため、それにより位置調整に必要な範囲を確保できる。この可動範囲が５〜１００μｍ程度になるように、隙間を設けるのが好ましい。前記第２の型保持部材についても同様である。
【００１３】
請求項５に記載の光学素子成形装置は、複数の第１の型を保持する第１の型保持部材に対して各第１の型を相対回転させることが可能な、及び／又は前記複数の第１の型にそれぞれ対向する複数の第２の型を保持する第２の型保持部材に対して各第２の型を相対回転させることが可能な構成を有するので、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材との相対位置に関わらず、各型同士の回転調整を任意に行うことで、高精度な位置決めを行うことができる。
【００１４】
請求項６に記載の光学素子成形装置は、前記第１の型と、それに対向する前記第２の型を偏心させる偏心手段を有すると好ましい。
【００１５】
請求項７に記載の光学素子成形装置は、複数の型と、前記複数の型を連結する連結部材と、前記連結部材を伸縮させる駆動手段と、を有することを特徴とする。請求項１の発明によれば、対向する型保持部材同士の相対位置を調整することで、個々の型同士の位置調整を行うことができるが、本発明によれば、型保持部材同士の位置調整を行うことなく、個々の型同士の位置調整を任意に行うことができる。
【００１６】
請求項８に記載の光学素子成形装置は、前記駆動手段は、電力を供給することにより、前記連結部材を伸縮させると好ましい。
【００１７】
請求項９に記載の光学素子成形装置は、前記駆動手段は、加熱するもしくは冷却することで、前記連結部材を伸縮させると好ましい。
【００１８】
請求項１０に記載の光学素子成形装置は、前記駆動手段は、前記連結部材に加熱もしくは冷却された流体を供給すると好ましい。
【００１９】
請求項１１に記載の光学素子成形装置は、前記連結部材への加熱もしくは冷却された流体の供給は、配管を介して行われると好ましい。
【００２０】
請求項１２に記載の光学素子成形装置は、前記連結部材への加熱もしくは冷却された流体の供給は、多孔質部材を介して行われると好ましい。
【００２１】
請求項１３に記載の光学素子成形装置は、前記型を保持する型保持部材の歪みを抑制する歪抑制手段を設けたので好ましい。
【００２２】
請求項１４に記載の光学素子成形装置は、前記型の位置を測定する測定手段を有していると、従来技術のごとく位置調整後の型で実際に成形した光学素子を用いて位置調整の適否を判断することなく、ある程度の精度で位置調整の適否を判断できるので好ましい。
【００２３】
請求項１５に記載の光学素子成形装置は、前記測定手段が、静電容量センサを有すると好ましい。
【００２４】
請求項１６に記載の光学素子成形装置は、前記測定手段は、光学的センサを有すると好ましい。
【００２５】
請求項１７に記載の光学素子成形装置は、少なくとも一部に３次元形状を有する第１の型と、前記第１の型に対向し、少なくとも一部に３次元形状を有する第２の型と、前記第１の型及び前記第２の型の３次元形状を測定する３次元形状測定器と、を有するので、従来技術のごとく位置調整後の型で実際に成形した光学素子を用いて位置調整の適否を間接的に判断することなく、直接的に位置調整の適否を判断できるため、位置調整の手間を大きく省くことができる。
【００２６】
請求項１８に記載の光学素子成形装置は、前記３次元形状測定器が、光源と、前記光源からの光を前記３次元形状に投射する光学系と、前記３次元形状から反射した光を受光する撮像素子とを有すると、例えば画像処理などの手法で、位置調整を自動的に行えるようになるので好ましい。
【００２７】
請求項１９に記載の光学素子成形装置は、前記第１の型及び前記第２の型は複数個設けられており、前記３次元形状測定器の少なくとも一部は、ある前記第１の型及び前記第２の型の３次元形状を測定する位置から、他の前記第１の型及び前記第２の型の３次元形状を測定する位置まで移動可能となっていると、型の数だけ前記３次元形状測定器を用意する必要がなく、コスト低減が図れる。
【００２８】
請求項２０に記載の光学素子成形装置は、少なくとも３つ以上の型と、前記型の間に挿入される複数のスペーサと、を有し、厚みを変えたスペーサに交換することで、前記型の位置が調整されるようになっているので、型保持部材同士の位置調整を行うことなく、個々の型同士の位置調整を任意に行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態にかかる射出成形用の光学素子成形装置の斜視図である。図１において、光学素子成形装置は、上型を含む固定部１０と、下型を含む可動部２０とを有する。
【００３０】
固定部１０は、４つの円筒状の上型（第１の型）１１Ａ〜１１Ｄと、これらを保持孔１２ａ〜１２ｄにそれぞれ嵌合させてなる型保持部材（第１の型保持部材）１２とを有する。型保持部材１２の中央には、溶融した樹脂を流し込むためのテーパ状のスプルー孔１２ｅが形成されている。
【００３１】
可動部２０は、不図示の駆動源に接続された図１で上下に移動する駆動体２１と、駆動体２１上に載置された回転ステージ２２と、回転ステージ２２上に載置されたｙ方向移動ステージ２３と、ｙ方向移動ステージ２３上に載置されたｘ方向ステージ２４とを有する。回転ステージ２２は、駆動体２１内部に組み込まれたモータ（不図示）により、軸線（第１の型保持部材１２の下面の法線の一つ）周りに回転変位可能となっている。ｙ方向ステージ２３は、モータ２５を駆動源として、図１でｙ方向に沿って回転ステージ２２に対して移動可能となっている。ｘ方向ステージ２４は、モータ２６を駆動源として、図１でｘ方向に沿ってｙ方向ステージ２３に対して移動可能となっている。すなわち、ｘ方向ステージ２４は、駆動体２１に対して回転（θ）方向及び２次元方向に移動可能となっており、ｘ方向ステージ２４，ｙ方向ステージ２３，回転ステージ２２が調整手段を構成する。
【００３２】
第２の型保持部材を兼ねるｘ方向ステージ２４は、上型１１Ａ〜１１Ｄにそれぞれ対向する４つの円筒状の下型（第２の型）２７Ａ〜２７Ｄをそれぞれ収容する保持孔２４ａ〜２４ｄと、スプルー孔１２ｅに対向して中央に配置されたくぼみ２４ｅと、上面に沿ってくぼみ２４ｅから各保持孔２４ａ〜２４ｄにつながる溝２４ｆとを有している。尚、下型２７Ａ〜２７Ｄの上面には、形成されるべき光学素子の光学面に対応した凹部（光学転写面）２７Ａａ〜２７Ｄａが形成され、図示していないが、上型１１Ａ〜１１Ｄの下面にも、形成されるべき光学素子の光学面に対応した凹部が形成されている。
【００３３】
本実施の形態にかかる光学素子成形装置の位置調整について説明する。まず、固定部１０と可動部２０を大凡合わせた後、スプルー孔１２ｅより溶融した樹脂を射出し、溝２４ｆを介して突き合わせた各型の凹部（２７Ａａ〜２７Ｄａ）内に圧送する。その後、樹脂が冷却した時点で、固定部１０より可動部２０を離隔させれば、溝２４ｆ内の樹脂が固化したランナーにより連結された状態で、４つの光学素子を得ることができる。各光学素子を切り離し、所定の光学検査装置（不図示）でその光学特性を検査することで、両方の光学面のズレ量が個々に分かる。又、ランナーの位置により、型ズレの方向を判別することができる。
【００３４】
各型について、型ズレの量及び方向が分かったら、その最大値及び最小値の平均を取り、その平均値が原点となるように、モータ２５，２６を駆動して、ステージ２３，２４を移動させる。尚、駆動体２１に対して回転ステージ２２を回転させることで、ズレの最大値が減少するような場合には、回転ステージ２２を適宜回転移動させる。
【００３５】
このように、第２の型保持部材であるｘ方向ステージ２４を、対向する型保持部材１２に対して２次元移動もしくは回転移動させることで、ズレの最大量を効率的に減少させることができ、それにより、高精度な光学素子を成形することが可能となる。
【００３６】
ところで、上述した位置調整によれば、ｘ方向ステージ２４を、対向する型保持部材１２に対して最適な位置に調整できるが、個々の型同士の間には、ある程度のズレが残存している場合がある。かかるズレは、例えば高密度な情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置の対物レンズなどでは許容できないものであることもある。以下の構成によれば、型同士のズレを個々に調整可能である。
【００３７】
図２は、図１のｘ方向移動ステージ２４の一部を拡大して示す上面図であるが、保持孔２４ｄと型２７Ｄの隙間は誇張して描かれている。図２において、ｘ方向ステージ２４の保持孔２４ｄは、その内面において保持孔２４の軸線に直交する方向に９０度間隔で４つの孔２４ｇ〜２４ｋ（但し２４ｇ、２４ｋは袋孔）を形成している。尚、ｘ方向ステージ２４の側面から、保持孔２４ｄを貫通するようにドリルで穿孔すれば、孔２４ｈ、２４ｋを一度に加工でき、又孔２４ｉ、２４ｇを一度に加工できる。更に、袋孔２４ｇ、２４ｋにはコイルバネ２９Ｂ、２９Ａをそれぞれ装着し、孔２４ｈ，２４ｉには円筒状のピエゾ素子２８Ａ、２８Ｂをそれぞれ嵌合させており、下型２７Ｄを保持孔２４ｄに挿入した時点で（両者間には若干の隙間あり）、コイルバネ２９Ｂ，２９Ａ及びピエゾ素子２８Ａ、２８Ｂの先端が、下方２７Ｄの外周面に当接した状態に維持される。ここでは、コイルバネ２９Ｂ，２９Ａ及びピエゾ素子２８Ａ、２８Ｂが移動手段を構成する。
【００３８】
例えば、ｘ方向移動ステージ２４に対し、ｘ方向の正方向（図２で右方）に下型２７Ｄを変位させたい場合、ピエゾ素子２８Ｂに供給する電圧を増大もしくは減少させることで、その先端を引き込める（図２で右方に変位させる）と、その分だけ、下型２７Ｄはコイルバネ２９Ｂの付勢力により図２で右方に変位する。一方、ｘ方向移動ステージ２４に対し、ｙ方向の正方向（図２で上方）に下型２７Ｄを変位させたい場合、ピエゾ素子２８Ａに供給する電圧を増大もしくは減少させることで、その先端を引き込める（図２で上方に変位させる）と、その分だけ、下型２７Ｄはコイルバネ２９Ａの付勢力により図２で上方に変位する。逆側に変位させたい場合は、以上とは逆の電圧を設定すればよい。尚、その他の下型２７Ａ〜２７Ｃも同様に、位置調整が可能である。
【００３９】
本実施の形態によれば、図１に示す態様で、ｘ方向ステージ２４全体を、型保持部材１２に対して位置調整した後、図２に示す態様で、個々の下型２７Ａ〜２７Ｄの位置調整を行うことができる。
【００４０】
尚、下型２７Ｄは円柱形状であり、その断面が円であるため、下型２７Ｄを保持孔２４ｄに対して任意の角度で相対回転させて設置することが可能である。下型２７Ｄの断面は円に限らず、回転可能な形状であればよい。例えば、断面が正方形であれば、下型２７Ｄを保持孔２４ｄに対して９０度毎に相対回転させて設置することが可能である。断面が正ｎ角形（ｎは３以上の整数）であれば、（３６０／ｎ）度毎に相対回転させて設置することが可能である。以上のように、下型２７Ｄと保持孔２４ｄは、下型２７Ｄ（第１又は第２の型）を保持孔２４ｄ（第１又は第２の型保持部材）に対して相対回転可能な構成を有している。これは、下型２７Ｄに限るものではなく、個々の下型２７Ａ〜２７Ｃ及びその保持孔２４ａ〜２４ｃにも当てはまる。又、図では示していないが、同様の構成を、上型１１Ａ〜１１Ｄ及びその保持孔１２ａ〜１２ｄにも当てはめることができる。
【００４１】
図３は、本実施の形態の変形例にかかる固定部１０’の一部を示す断面図である。図３において、型保持部材１２の保持孔１２ａ内に、スリーブ１３を介して、転写面１１Ａａを有する上型１１Ａが収容されている。スリーブ１３は、その外周面の軸線Ｘ１と内周面の軸線Ｘ２とは、Δだけずれている。従って、スリーブ１３を保持孔１２ａ内で回転させると、上型１１Ａは、軸線Ｘ１の周囲をΔだけ離れて回転する。これにより、下型に対して上型を位置調整できる。尚、同様の調整は、上型１１Ｂ〜１１Ｄにおいても行うことができる。ここでは、スリーブ１３が偏心手段を構成する。
【００４２】
本変形例によれば、図１に示す態様で、ｘ方向ステージ２４全体を、型保持部材１２に対して位置調整した後、図３に示す態様で、個々の上型１１Ａ〜１１Ｄの軸線の位置調整を行うことができる。尚、図２に示した下型２７Ａ〜２７Ｄの位置調整を組み合わせても良いことはいうまでもない。
【００４３】
以上の実施の形態は、プラスチック素材の射出成形を行う光学素子成形装置にかかるものであるが、同様な思想は、以下のようにガラスモールドを行う光学素子成形装置にも適用できる。特に、ガラスのような高いガラス転移点を持つ材料を用いてガラスモールドを行う場合、昇温、プレス、冷却に時間がかかる。以下に述べる光学素子成形装置においては、多数の型を１個の金型に製作するか、多数の型と位置決め部品を一体物として製作し、その型の対となっている集合体全体を気体あるいは液体の静圧により高精度に相互に位置決めすること、かつ、型の位置決め部品の材質そのものを微小に変動可能とするか、位置変動可能な装置を間に設けて、多数の型の金型内の位置を高精度に位置決めして、高精度かつ大量にガラス光学部品を成形し、そして低コスト化を実現するものである。
【００４４】
図４は、第２の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部の断面図である。図４において、筒状のガイド１０１に沿って第１の型保持部材１１０と第２の型保持部材１２０とが近接もしくは離隔可能に配置されている。第１の型保持部材１１０の下側凹部１１０ａ内には、３行×３列で上型が取り付けられており、図示されている並びでは３つの上型（第１の型）１１１Ａ〜１１１Ｃが、支持体１１２Ａ〜１１２Ｃにより支持されている。各支持体１１２Ａ〜１１２Ｃは、短角柱状を有し、その中央開口にそれぞれ上型１１１Ａ〜１１１Ｃを嵌合させている。支持体１１２Ａ〜１１２Ｃの間、及び下側凹部１１０ａと支持体１１２Ａ、１１２Ｃの間には、スペーサ１１３が配置されている。各上型１１１Ａ〜１１１Ｃ内には、ヒータ１１４が挿入されている。
【００４５】
一方、第２の型保持部材１２０の上側凹部１２０ａ内には、３行×３列で下型が取り付けられており、図示されている並びでは３つの下型（第２の型）１２１Ａ〜１２１Ｃが、支持体１２２Ａ〜１２２Ｃにより支持されている。各支持体１２２Ａ〜１２２Ｃは、短角柱状を有し、その中央開口にそれぞれ下型１２１Ａ〜１２１Ｃを嵌合させている。支持体１２２Ａ〜１２２Ｃの間、及び上側凹部１２０ａと支持体１２２Ａ、１２２Ｃの間には、スペーサ１２３が配置されている。各下型１２１Ａ〜１２１Ｃ内には、ヒータ１２４が挿入されている。
【００４６】
ガラスを成形するために上型及び下型は、高温の一定温度に維持されるのが普通である。本実施の形態においても、ヒータ１１４，１２４により上型及び下型を加熱し、予め高温状態にした上で、加熱溶融させた硝子のプリフォームＰＦを上型と下型との間に投入して、型保持部材１１０，１２０を接近させ加圧成形を行うことで、同じあるいは異種の光学素子を一度に多数成形することができる。
【００４７】
しかるに、常温で高精度に複数の上型と下型の位置調整を行えたとしても、成形装置は高温で使用するため、温度分布が生じ、成形時に上型と下型の位置があわなくなってしまうこともある。そこで、本実施の形態においては、図４に示すように、まず等厚のスペーサ１１３を、支持体１１２Ａ〜１１２Ｃの間、及び下側凹部１１０ａと支持体１１２Ａ、１１２Ｃの間に挿入し、且つ等厚のスペーサ１２３を、支持体１２２Ａ〜１２２Ｃの間、及び上側凹部１２０ａと支持体１２２Ａ、１２２Ｃの間に挿入し、その状態で実際にプリフォームＰＦを成形して光学素子を作成する。得られた光学素子を測定することで、上型と下型との位置ズレが分かるので、それを解消するように、スペーサ１１３又は１２３の板厚を変えたものを挿入する。
【００４８】
ここで留意すべき点は、下側凹部１１０ａ（上側凹部１２０ａの）幅は決まっており、且つ支持体１１２Ａ〜１１２Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）の幅も決まっているため、その差は一定であることから、スペーサ１１３又は１２３の合計厚さも一定となる点である。従って、例えばあるスペーサ１１３の厚さを厚くしたら、その分だけ他のスペーサ１１３の厚さを薄くする必要がある。調整後に再度成形を行い、得られた光学素子に基づき位置ズレが残存することが確認されれば再度調整を行えばよい。
【００４９】
ところで、図４の実施の形態においては、実際に成形し得られた光学素子を測定しないと、上型と下型の位置ズレ量がわからないため調整に時間がかかる。以下の実施の形態によれば、かかる不具合を緩和できる。
【００５０】
図５は、第３の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部の断面図である。以下の実施の形態において、図４の実施の形態と同様の機能を有する部材には、同じ符号を付して説明を省略するものとする。図５において、第２の実施の形態と異なるのは、上型１１１Ａ、１１１Ｂからバー状の突出部１１１ａ、１１１ｂが下方に延在し、支持体１２２Ａ、１２２Ｂの開口１２２ａ、１２２ｂを貫通して、第２の型保持部材１２０の袋孔１２０ｂ、１２０ｃ内で、センサ１２５Ａ、１２５Ｂに対向している点であり、又下型１２１Ａ、１２１Ｂの突出部１２１ａ、１２１ｂが上方に延在し、支持体１１２Ａ、１１２Ｂの開口１１２ａ、１１２ｂを貫通して、第１の型保持部材１１０の袋孔１１０ｂ、１１０ｃ内で、センサ１１５Ａ、１１５Ｂに対向している点である。
【００５１】
測定手段であるセンサ１１５Ａ、１１５Ｂ及びセンサ１２５Ａ、１２５Ｂは、物体が近接したことを検出する、例えば光学的センサ、静電容量センサ、磁気センサ等であり、突出部１１１ａ、１１１ｂと突出部１２１ａ、１２１ｂまでの距離をサブミクロン単位で測定できるものであると好ましい。本実施の形態によれば、実際に成形を行うことなく、センサ１１５Ａ、１１５Ｂ及びセンサ１２５Ａ、１２５Ｂの測定結果に基づいて、厚さの異なるスペーサ１１３，１２３を挿入することで、上型と下方との位置ズレの調整を行うことができ、調整の大幅な効率化が可能となる。
【００５２】
ところで、図５の実施の形態によれば、実際に成形を行うことなく、上型と下方との位置ズレ量が分かったとしても、位置調整はスペーサ１１３，１２３を、作業者が選択肢、その手で挿入しなくてはならないため、依然として手間がかかる。以下の実施の形態によれば、かかる不具合を緩和することができる。
【００５３】
図６は、第４の実施の形態にかかる光学素子成形装置の上型を下から見た図である。図６においては、２行×３列のマトリクス状に、支持体１１２Ａ〜１１２Ｆにより、それぞれ支持された上型１１１Ａ〜１１１Ｆが配置されている。隣接する支持体同士及び支持体と不図示の型保持部材との間は、ピエゾ素子１１６により連結されている。尚、ピエゾ素子１１６は、断熱材で挟み込んだり、又、冷水配管などで一定の温度に保つようにすることで、成形時の熱の影響を受けないようにすることが好ましい。尚、ピエゾ素子１１６が連結部材及び駆動手段を構成する。
【００５４】
ピエゾ素子１１６は、外部から制御された電力を供給することで高精度で微小な変位が可能なものであり、一般的には小量で正確な変位を要求される箇所において、小型のアクチュエータとして使用することができる。本実施の形態によれば、各ピエゾ素子１１６を外部の駆動装置に接続し、制御された電力を供給することで、支持体１１２Ａ〜１１２Ｆを任意の位置に変位させ、それにより作業者の手でスペーサを挿入するという手間のかかる作業を行うことなく、上型と下型の位置調整をそれぞれ効率的に行うことができる。
【００５５】
図７は、第５の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部の断面図である。図７においては、３つ示された上型（第１の型）１１１Ａ〜１１１Ｃが、直接第１の型保持部材１１０に取り付けられ、且つ図で３つ示された下型（第２の型）１２１Ａ〜１２１Ｃが、直接第２の型保持部材１２０に取り付けられている。又、第２の型保持部材１２０内には、配管１２６Ｈ、１２６Ｃが、下型１２１Ａ〜１２１Ｃの間に通されている。配管１２６Ｈには、流量調整弁１２６ｈを介して外部の流体源より成形時の温度より温度の高い媒体が供給され、配管１２６Ｃには、流量調整弁１２６ｃを介して外部の流体源より成形時の温度より温度の低い媒体が供給されるようになっている。配管１２６Ｈ、１２６Ｃが通過する部位に近接して熱電対１２７が配置されている。尚、ここでは、第２の型保持部材１２０が連結部材を構成し、配管１２６Ｈ、１２６Ｃ、流量調整弁１２６ｈ、１２６ｃが駆動手段を構成する。
【００５６】
本実施の形態においては、熱膨脹を利用して、上型と下型との位置調整を行うものである。より具体的には、第２の型保持部材１２０の熱膨張率を予め求めておき、隣接する下型間の距離を縮める場合には、温度の低い媒体を配管１２６Ｃに通過させ、隣接する下型間の距離を伸ばす場合には、温度の高い媒体を配管１２６Ｈに通過させるようにし、部位毎に異なる熱膨張を利用して、上型と下型との位置調整を行うことができる。かかる構成によれば、高価なピエゾ素子を用いることがないため、コスト的に有利となる。
【００５７】
温度の微調整は、流量調整弁１２６ｈ、１２６ｃにより行うことができるが、第２の型保持部材１２０の上面に、下型１２１Ａ〜１２１Ｃに隣接して静電容量センサ１２８をそれぞれ設け、下型との間隔を個々に測定することで、熱膨張量を直接測定できるため、それをフィードバック制御に用いて流量調整弁１２６ｈ、１２６ｃの弁開度に反映させれば、より高精度に上型と下型との位置調整を行うことができる。尚、熱膨張ではなく相変化による伸縮を利用してもよい。
【００５８】
図８は、第６の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部の断面図である。図８においては、３つの下型（第２の型）１２１Ａ〜１２１Ｃを保持する第２の型保持部材１２０は、セラミックやグラファイトなどの多孔質材料から形成されている。又、温度調整されたエアの供給源１２６から延在する吐出配管１２６Ａが、各下型１２１Ａ〜１２１Ｃの間で第２の型保持部材１２０内に埋設されている。尚、ここでは、第２の型保持部材１２０が連結部材を構成し、供給源１２６，吐出配管１２６Ａが駆動手段を構成する。
【００５９】
本実施の形態においても、熱膨脹を利用して、上型と下型との位置調整を行うものである。より具体的には、第２の型保持部材１２０の熱膨張率を予め求めておき、隣接する下型間の距離を縮める場合には、温度の低いエアを供給源１２６から配管１２６Ａを介して第２の型保持部材１２０内に供給し、隣接する下型間の距離を伸ばす場合には、温度の高いエアを供給源１２６から配管１２６Ａを介して第２の型保持部材１２０内に供給し、部位毎に異なる熱膨張を利用して、上型と下型との位置調整を行うことができる。本実施の形態によれば、図７に示すような複雑な配管が不要となり、構成を簡略化できる。尚、図７の実施の形態で用いた熱電対や静電容量センサを設けても良いことはいうまでもない。また、第２の型保持部材１２０は、多孔質セラミックは１個から形成されても良く、エアの供給穴に合わせて分割した複数個から形成されても良い。
【００６０】
ところで、第５，６の実施の形態において、第２の型保持部材１２０がすべてが一様な剛体の場合、例えば局所的に温度を変えるとひずみが集中し、盛り上がったり、ヘこんだりする場所ができる。あるいは割れが生じる。図９に示す実施の形態によれば、かかる不具合を緩和することができる。
【００６１】
図９は、第７の実施の形態にかかる第２の型保持部材１２０の上面図である。図９（ａ）においては、２行×２列で配置された下型１２１Ａ〜１２１Ｄを保持する支持体１２２Ａ〜１２２Ｄは、第２の型保持部材１２０より剛性の低い素材から形成されている。熱膨張等により第２の型保持部材１２０が変形しても、歪抑制手段としての支持体１２２Ａ〜１２２Ｄが歪むことで、変形に起因した局所的な応力の増大を防ぐことができ、それにより第２の型保持部材１２０又は下型１２１Ａ〜１２１Ｄの割れなどの破損を抑制できる。
【００６２】
図９（ｂ）に示す第２の型保持部材１２０’は、本実施の形態の変形例にかかるものであり、４つの下型１２１Ａ〜１２１Ｄの中央に、開口１２０ａ’を有しており、すなわち隣接する支持体１２２Ａ〜１２２Ｄは、断面積の小さい連結部１２０ｂ’により連結されていることとなる。本実施の形態によれば、熱膨張等により第２の型保持部材１２０’が変形しても、歪抑制手段としての開口１２０ａ’内の空間により、変形に起因した局所的な応力の増大を防ぐことができ、それにより第２の型保持部材１２０’又は下型１２１Ａ〜１２１Ｄの割れなどの破損を抑制できる。従って、支持体１２２Ａ〜１２２Ｄは、第２の型保持部材１２０より剛性の低い素材とする必要はないが、剛性の低い素材としても良いのはもちろんである。
【００６３】
ところで、高密度な情報の記録／再生を行うための光ピックアップ装置に用いられる対物レンズは、両面に回折構造などの微細形状を有する場合があり、その場合、回折構造は両面で一体的に作用するから、その作用を最大限発揮するためには、光学素子成形装置の上型と下型とは極めて精度良く位置決めされる必要がある。以下の実施の形態は、光学的センサを用いることで、かかる要求に応えようとするものである。光学的センサは離れたところから、部材の位置や傾きを測定できる装置であり、光学的センサを構成する光源や受光素子を加熱された物体から離して設置できるという利点がある。例えば、十字線、あるいは反射物、あるいは回折格子などを型の近傍に配置し、それに光を照射し、反射あるいは回折してきた光をＣＣＤ、ＣＭＯＳあるいはＰＤ、多分割ＰＤで受光し、増幅し、演算処理して型の相互位置を出す光学的センサが考えられる。
【００６４】
図１０は、第８の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部を示す断面図である。図において、上型と下型とは一対だけ示されているが、複数対存在していてよい。図１０において、上型１１１Ａは、その光学転写面１１１ｐを基準に精度良く位置決め形成された、上下に貫通する細い貫通孔１１１ｈを有しており、又、下型１２１Ａは、その光学転写面１２１ｐを基準に精度良く位置決め形成された、上下に貫通する細い貫通孔１２１ｈを有している。
【００６５】
上型１１１Ａの上部には、セラミックなど断熱性の高い遮熱筒１４１内に収容されたレーザ光を照射する光源１４２及び光学系１４３が配置されている。遮熱筒１４１は、光源１４２等に与える熱の影響を回避すべく冷媒が通過する冷却用配管１４４により周囲を巻かれた状態で、第１の型保持部材１１０内に設置されている。
【００６６】
下型１２１Ａの下部には、セラミックなど断熱性の高い遮熱筒１４５内に収容された４分割素子１４６が配置されている。遮熱筒１４５も、４分割素子１４６に与える熱の影響を回避すべく冷媒が通過する冷却用配管１４７により周囲を巻かれた状態で、第２の型保持部材１２０内に設置されている。４分割素子１４６は、外部の増幅器１４８及び処理装置１４９に接続されている。尚、本実施の形態において、光学的センサ１４０は、光源１４２，光学系１４３，４分割素子１４６，増幅器１４７及び処理装置１４８からなる。
【００６７】
上型１１１Ａと下型１２１Ａとが精度良く整合した状態では、光源１４２から照射されたレーザ光は、光学系１４３で集光され、精度良く整合した貫通孔１１１ｈ、１２１ｈを介して、４分割素子１４６の中央に集光される。このとき、４分割素子１４６の各素子にレーザ光が照射されたとき、その照射面積に応じた信号ａ、ｂ、ｃ、ｄが各素子から出力されるものとすると、信号の差分を処理装置１４９で演算処理（例えば（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））／（（ａ＋ｂ）＋（ｃ＋ｄ）を計算）すると、上型１１１Ａと下型１２１Ａとが精度良く位置決めされていることが分かる。尚、上型、下型やその近傍は成形時に高温になるため、温度の影響を回避すべく冷却配管１４４，１４７を設けているが、光源１４２や４分割素子１４６を距離をおいて設置し、レーザ光を反射させる鏡面を型近傍に設けたり、高温で耐えられる光学部品として、耐熱性硝材でできたプリズムや、金属あるいはガラスでできたホログラムを設定することもでき、それにより冷却配管等を省略できる。
【００６８】
図１１は、第９の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部を示す断面図である。図において、上型１１１Ａ〜１１１Ｃと、下型１２１Ａ〜１２１Ｃに隣接してリニアガイド１５０が設置されている。リニアガイド１５０に沿って、３次元形状測定器１５１が、移動可能に支持されている。３次元形状測定器１５１は、その上面に設置された測定器（例えば三角測量で用いる高精度測定器等）で、各上型１１１Ａ〜１１１Ｃの真下にきたときに、各光学転写面の形状を読み取ることができ、且つその下面に設置された同様の測定器で、上型１２１Ａ〜１２１Ｃの真上にきたときに、各光学転写面（非球面或いは回折輪帯などの３次元形状を有する）の形状を読み取ることができるようになっている。同一位置で、上型１１１Ａ〜１１１Ｃの各光学転写面の形状及び下型１２１Ａ〜１２１Ｃの各光学転写面の形状を読み取ることによって、それぞれの光軸の位置を割り出し、それに応じて上型と下型との位置調整を高精度に行うことができる。又、３次元形状測定器１５１は、図に示す上型１１１Ｃと下型１２１Ｃとの間の位置から、他の上型１１１Ｂと下型１２１Ｂとの間の位置、又は上型１１１Ａと下型１２１Ａとの間の位置に、リニアガイド１５０に沿って移動可能となっているので、一般的に高価な３次元形状測定器１５１が一つあれば足りることとなり、コスト低減に貢献する。
【００６９】
現在、３次元測定器は様々な方式のものが開発されている。特に光学的なものはかなり離れた位置から測定できるという利点がある。上述した三角測量で用いる測定器の他に、共焦点方式の測定器などがある。このような測定器を用いて、型の頂点や位置を測定し、上型と下型の光軸を精度良く位置決めできれば、実際のガラスモールドを成形してその形状を測定するというような試し成形なく、型の相互位置を調整することが可能となり、効率よい高精度な成形を行える。
【００７０】
図１２は、第１０の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部を示す断面図である。図において、第２の型保持部材１２０の上面に、高精度な一対の支持脚１６１により測定筒１６２が支持されている。測定筒１６２は、その内部の一端に配置されたレーザ光を照射する光源１６３と、光学系１６４と、測定筒１６２の中央に配置されたプリズム１６５と、光学系１６６と、測定筒１６２の内部の他端に配置されたＣＣＤ（ＣＭＯＳ等、他の撮像素子でも良い）１６７とを有する。３次元形状測定器１６０は、光源１６３，光学系１６４，プリズム１６５，ＣＣＤ１６６からなる。
【００７１】
図１２において、光源１６３から照射されたレーザ光は、光学系１６４を介してプリズム１６５に照射され、ここで反射された後、測定筒１６２に形成された側方開口１６２ａを介して上方へと反射され、上型１１１Ａの光学転写面１１１ｐで反射することにより発散角が変化し、さらに下型１２１Ａの光学転写面１２１ｐで反射することにより発散角が変化し、その後、測定筒１６２に形成された側方開口１６２ｂを介してプリズム１６５に入射し、ここで反射されて光学系１６６により、ＣＣＤ１６７上に集光されるようになっている。ＣＣＤ１６７の出力信号より、受光スポットの対称性がわかる。受光スポットが対称でない場合には光軸ズレが生じているから、これが対称な形状になるように、上型１１１Ａと下型１２１Ａとを相対変位させることで、位置調整を精度良く行え、且つそれらにより成形した光学素子の光学特性を良好に確保することができる。尚、光源が平行、発散球面波を放射し、型からの反射光、あるいは回折光をそのまま、高精度二次元センサ、あるいは単純な光学素子で受け、一対の型による光の干渉縞、スポットサイズ、スポット位置、スポットの光学プロファイルなどの光学特性を検知できるような３次元形状測定器であっても良く、そのタイプに限定されることはない。
【００７２】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。発明の光学素子成形装置は、プラスチック素材を射出成形するものであっても良く、ガラスモールドを成形するものであっても良い。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一度の成形で複数の光学素子の成形が可能でありながら、型の調整が容易であり、また型の調整の適否を迅速に判断できる光学素子成形装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる射出成形用の光学素子成形装置の斜視図である。
【図２】図１のｘ方向移動ステージ２４の一部を拡大して示す上面図である。
【図３】本実施の形態の変形例にかかる固定部１０’の一部を示す断面図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部の断面図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部の断面図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる光学素子成形装置の上型を下から見た図である。
【図７】第５の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部の断面図である。
【図８】第６の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部の断面図である。
【図９】第７の実施の形態にかかる第２の型保持部材１２０の上面図である。
【図１０】第８の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部を示す断面図である。
【図１１】第９の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部を示す断面図である。
【図１２】第１０の実施の形態にかかる光学素子成形装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１２、１１０第１の型保持部材
１２０，１２０’ 第２の型保持部材
１１Ａ、１１Ｂ、・・・、１１１Ａ、１１１Ｂ・・・上型
２７Ａ、２７Ｂ、・・・、１２１Ａ、１２１Ｂ・・・下型
１１４，１２４ヒータ
ＰＦプリフォーム

Claims

複数の第１の型と、
前記複数の第１の型を保持する第１の型保持部材と、
前記第１の型に対向する複数の第２の型と、
前記複数の第２の型を保持する第２の型保持部材と、
前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材との相対的位置を調整する調整手段と、を有することを特徴とする光学素子成形装置。
前記調整手段は、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材とを、対向する面に沿った２次元方向に相対変位させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形装置。
前記調整手段は、前記第１の型保持部材と前記第２の型保持部材とを、対向する面の法線周りに相対回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子成形装置。
複数の第１の型を保持する第１の型保持部材に対して各第１の型を相対移動させることが可能な、及び／又は前記複数の第１の型にそれぞれ対向する複数の第２の型を保持する第２の型保持部材に対して各第２の型を相対移動させることが可能な移動手段を有することを特徴とする光学素子成形装置。
複数の第１の型を保持する第１の型保持部材に対して各第１の型を相対回転させることが可能な、及び／又は前記複数の第１の型にそれぞれ対向する複数の第２の型を保持する第２の型保持部材に対して各第２の型を相対回転させることが可能な構成を有することを特徴とする光学素子成形装置。
前記第１の型と、それに対向する前記第２の型を偏心させる偏心手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学素子成形装置。
複数の型と、
前記複数の型を連結する連結部材と、
前記連結部材を伸縮させる駆動手段と、を有することを特徴とする光学素子成形装置。
前記駆動手段は、電力を供給することにより、前記連結部材を伸縮させることを特徴とする請求項７に記載の光学素子成形装置。
前記駆動手段は、加熱するもしくは冷却することで、前記連結部材を伸縮させることを特徴とする請求項７に記載の光学素子成形装置。
前記駆動手段は、前記連結部材に加熱もしくは冷却された流体を供給することを特徴とする請求項９に記載の光学素子成形装置。
前記連結部材への加熱もしくは冷却された流体の供給は、配管を介して行われることを特徴とする請求項１０に記載の光学素子成形装置。
前記連結部材への加熱もしくは冷却された流体の供給は、多孔質部材を介して行われることを特徴とする請求項１０に記載の光学素子成形装置。
前記型を保持する型保持部材の歪みを抑制する歪抑制手段を設けたことを特徴とする請求項７乃至１２のいずれかに記載の光学素子成形装置。
前記型の位置を測定する測定手段を有していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の光学素子成形装置。
前記測定手段は、静電容量センサを有することを特徴とする請求項１４に記載の光学素子成形装置。
前記測定手段は、光学的センサを有することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の光学素子成形装置。
少なくとも一部に３次元形状を有する第１の型と、
前記第１の型に対向し、少なくとも一部に３次元形状を有する第２の型と、
前記第１の型及び前記第２の型の３次元形状を測定する３次元形状測定器と、を有することを特徴とする光学素子成形装置。
前記３次元形状測定器は、光源と、前記光源からの光を前記３次元形状に投射する光学系と、前記３次元形状から反射した光を受光する撮像素子とを有することを特徴とする請求項１７に記載の光学素子成形装置。
前記第１の型及び前記第２の型は複数個設けられており、前記３次元形状測定器の少なくとも一部は、ある前記第１の型及び前記第２の型の３次元形状を測定する位置から、他の前記第１の型及び前記第２の型の３次元形状を測定する位置まで移動可能となっていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光学素子成形装置。
少なくとも３つ以上の型と、
前記型の間に挿入される複数のスペーサと、を有し、
厚みを変えたスペーサに交換することで、前記型の位置が調整されるようになっていることを特徴とする光学素子成形装置。