JP2006205596A - Molding method of optical element - Google Patents

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彰男 道中
毅 ▲高▼橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molding method of an optical element for molding a plastic optical element using a molten resin, especially a molding method capable of eliminating the effect on the deformation of a temporary mirror surface piece caused by the difference between the temperature of the temporary mirror surface piece at the time of molding of the optical element and the temperature at the time of the normal temperature to perform the precise molding of the optical element. <P>SOLUTION: After the molten resin is used to be subjected to injection molding treatment using the temporary mirror surface piece, the optical surface shape of the temporary mirror surface piece is measured in a temperature environment at the time of molding. The shrinkage deformation ratio to the optical surface shape of a molded product in a normal temperature environment is calculated on the basis of the optical surface shape and the optical surface shape of the optical element in the temperature environment at the time of molding is calculated based on the shrinkage deformation ratio. Then, the difference of the optical surface shape of the temporary mirror surface piece to the calculated optical surface shape is calculated and the optical surface of the temporary mirror surface piece is corrected in the temperature environment at the time of molding to form a mirror surface piece having an ideal optical surface shape. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は溶融樹脂を使用してプラスチック光学素子を成形する光学素子の成形方法に関する。   The present invention relates to an optical element molding method for molding a plastic optical element using a molten resin.

今日、溶融樹脂を使用してプラスチック光学素子を成形する成形方法が使用されている。図6は従来の成形方法を説明する図である。同図に示す20は、例えば光学素子の鏡面駒として使用され、上記成形方法において金型に取り付けられる入子の常温時の形状を示す。溶融樹脂が充填されると、溶融樹脂によって高温(成形温度)となり、膨張し、例えば同図に示す21の形状となる。この状態で、成形処理が行われ、22に示す形状の成形品が生成され、冷却によって収縮し、成形品は同図に示す23の形状となる。しかし、上記23に示す成形品は、成形条件によって収縮率が変化する。そのため、得られた成形品の光学面形状は、同図に示す理想光学面形状24と異なる。   Today, a molding method for molding a plastic optical element using a molten resin is used. FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional molding method. 20 shown in the figure is used as a mirror piece of an optical element, for example, and indicates the shape of the nest attached to the mold in the molding method at room temperature. When the molten resin is filled, the molten resin becomes a high temperature (molding temperature) and expands, for example, into the shape 21 shown in FIG. In this state, a molding process is performed, and a molded product having a shape shown in 22 is generated and contracted by cooling, so that the molded product has a shape shown in 23 in FIG. However, the shrinkage rate of the molded product shown in 23 varies depending on molding conditions. Therefore, the optical surface shape of the obtained molded product is different from the ideal optical surface shape 24 shown in FIG.

そこで、従来高精度な光学素子を得るため、以下に説明する特許文献1に記載される成形方法が提案されている。すなわち、図7に示す形状20の鏡面駒の光学面形状と、成形品23の光学面形状から成形品の収縮変形率を算出し、この収縮変形率に基づいて鏡面駒を修正加工し、理想光学面形状24を有する鏡面駒を得ようとするものである。
特許第2898197号公報
In order to obtain a highly accurate optical element, a molding method described in Patent Document 1 described below has been proposed. That is, the shrinkage deformation rate of the molded product is calculated from the optical surface shape of the mirror piece having the shape 20 shown in FIG. 7 and the optical surface shape of the molded product 23, and the mirror surface piece is corrected based on this shrinkage deformation rate, and the ideal optical A mirror piece having a surface shape 24 is to be obtained.
Japanese Patent No. 2898197

しかしながら、上記成形方法では以下のような問題がある。すなわち、成形時、鏡面駒は、金型に設置された温度調節機構により加熱されている。具体的には、鏡面駒の温度は、130℃前後の温度になっている。この状態で、キャビティには200℃前後の樹脂が充填される。そのため、鏡面駒表面の温度は、瞬間的に130℃以上の温度になる。一方、精密形状測定を行う際の測定環境は、通常20℃程度の室温である。そのため、成形時との温度差により鏡面駒が変形し、成形時の鏡面駒の形状を把握できない。   However, the above molding method has the following problems. That is, at the time of molding, the mirror surface piece is heated by a temperature adjusting mechanism installed in the mold. Specifically, the temperature of the mirror piece is about 130 ° C. In this state, the cavity is filled with resin at around 200 ° C. Therefore, the surface temperature of the mirror surface piece instantaneously becomes 130 ° C. or higher. On the other hand, the measurement environment for performing precise shape measurement is usually a room temperature of about 20 ° C. For this reason, the mirror piece is deformed due to a temperature difference from the time of molding, and the shape of the mirror piece at the time of molding cannot be grasped.

鏡面駒に使用される金属の線膨張係数は10×10−6 ℃−1である。そのため、仮に100℃の温度差があると、10mmの長さに対して10μmの変形が生じる。このような変形は、1μm以下の形状精度を要求される光学素子において問題となる。また、成形品の形状誤差を相殺するような形状に鏡面駒を加工する際、鏡面駒の温度が成形時の温度と異なる温度であると、成形時、温度差による線膨張が生じ、鏡面駒が変形する。このため、狙った誤差補正形状を得られず、成形品の形状誤差を相殺することができない。   The linear expansion coefficient of the metal used for the mirror piece is 10 × 10 −6 ° C.−1. Therefore, if there is a temperature difference of 100 ° C., a deformation of 10 μm occurs for a length of 10 mm. Such deformation becomes a problem in an optical element that requires a shape accuracy of 1 μm or less. Also, when processing the mirror piece into a shape that offsets the shape error of the molded product, if the temperature of the mirror piece is different from the temperature at the time of molding, linear expansion due to the temperature difference occurs during molding, and the mirror piece is Deform. For this reason, the target error correction shape cannot be obtained, and the shape error of the molded product cannot be offset.

そこで、本発明は上記課題に鑑み、光学素子成形時の仮鏡面駒の温度と常温時の温度差による仮鏡面駒の変形の影響を無くし、精度のよい光学素子の成形を行う光学素子の成形方法を提供するものである。   Accordingly, in view of the above problems, the present invention eliminates the influence of the deformation of the temporary mirror surface piece due to the temperature difference between the temperature of the temporary mirror surface piece at the time of molding the optical element and the normal temperature, and forms an optical element molding method that accurately molds the optical element. It is to provide.

上記課題は本発明によれば、仮鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程と、前記仮鏡面駒の温度を、前記光学素子成形時の仮鏡面駒の温度領域の第1の温度に設定した状態で、前記仮鏡面駒の光学面形状を測定する工程と、精密測定環境下において、前記光学素子の第1の光学面形状を測定する工程と、前記仮鏡面駒の光学面形状と、前記光学素子の第1の光学面形状との差から、前記光学素子の収縮変形率を算出する工程と、該収縮変形率を用いて、前記光学素子の理想光学面形状の第1の温度における光学素子の第2の光学面形状を算出する工程と、前記仮鏡面駒の光学面形状と、前記光学素子の第2の光学面形状との差から、形状誤差量を算出する工程と、該形状誤差量を相殺する方向に、前記仮鏡面駒の温度を前記第1の温度に設定した状態で、前記仮鏡面駒を修正加工する工程と、該修正加工した鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程とを有する光学素子の成形方法を提供することによって達成できる。   According to the present invention, the above-described problem is a process in which an optical element is molded using a temporary mirror surface piece, and the temperature of the temporary mirror surface piece is set to a first temperature in the temperature region of the temporary mirror surface piece at the time of molding the optical element. The step of measuring the optical surface shape of the temporary mirror surface piece, the step of measuring the first optical surface shape of the optical element in a precise measurement environment, the optical surface shape of the temporary mirror surface piece, and the optical element The step of calculating the shrinkage deformation rate of the optical element from the difference from the first optical surface shape, and using the shrinkage deformation rate, the first optical surface shape of the optical element at the first temperature of the ideal optical surface shape. And calculating the shape error amount from the difference between the optical surface shape of the temporary mirror surface piece and the second optical surface shape of the optical element, and canceling the shape error amount. Set the temperature of the temporary mirror piece to the first temperature In the state, the can be achieved by providing a process of processing correcting the provisional optical insert, the method of molding an optical element and a step of molding an optical element using the optical insert that the correction processing.

また、前記仮鏡面駒の光学面形状を測定する際の前記第1の温度は、例えば使用する樹脂のガラス転移点温度−10℃以上であり、シリンダ内の樹脂溶融温度以下の温度である。   In addition, the first temperature when measuring the optical surface shape of the temporary mirror surface piece is, for example, a glass transition temperature of a resin to be used, which is −10 ° C. or higher, and a temperature not higher than the resin melting temperature in the cylinder.

上記課題は本発明によれば、仮鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程と、精密測定環境温度である第1の温度で、前記光学素子の第1の光学面形状を測定する工程と、前記仮鏡面駒の第1の光学面形状を、前記第1の温度で測定する工程と、前記光学素子成形時の第2の温度での仮鏡面駒の第2の光学面形状をシミュレーションにより算出する工程と、前記仮鏡面駒の第2の光学面形状と、前記光学素子の第1の光学面形状との差から、前記光学素子の収縮変形率を算出する工程と、前記収縮変形率を用いて、前記光学素子の理想光学面形状の前記第2の温度における光学素子の第2の光学面形状を算出する工程と、前記仮鏡面駒の第1の光学面形状と、前記光学素子の第2の光学面形状との差から、形状誤差量を算出する工程と、該形状誤差量を相殺する、前記仮鏡面駒の第3の光学面形状を算出する工程と、前記第3の光学面形状の、前記第1の温度での第4の光学面形状をシミュレーションにより算出する工程と、前記第4の光学面形状に、前記仮鏡面駒を修正加工する工程と、該修正加工した鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程とを有する光学素子の成形方法を提供することによって達成できる。   According to the present invention, the above-described problems are a step of forming an optical element using a temporary mirror piece, a step of measuring a first optical surface shape of the optical element at a first temperature that is a precision measurement environment temperature, and The step of measuring the first optical surface shape of the temporary mirror surface piece at the first temperature and the second optical surface shape of the temporary mirror surface piece at the second temperature at the time of molding the optical element are calculated by simulation. A step of calculating a contraction deformation rate of the optical element from a difference between the second optical surface shape of the temporary mirror surface piece and the first optical surface shape of the optical element, and using the contraction deformation rate. Calculating the second optical surface shape of the optical element at the second temperature of the ideal optical surface shape of the optical element; the first optical surface shape of the temporary mirror surface piece; and the second optical surface shape of the optical element. A step of calculating a shape error amount from a difference from the optical surface shape, and the shape A step of calculating a third optical surface shape of the temporary mirror surface piece that cancels the difference, and a step of calculating a fourth optical surface shape of the third optical surface shape at the first temperature by simulation. And providing a method of forming an optical element having a step of correcting the temporary mirror piece into the fourth optical surface shape and a step of forming an optical element using the corrected mirror piece. Can be achieved.

また、前記第1の温度は、20℃±3℃の間の温度であり、前記第2の温度は、例えば使用する樹脂のガラス転移点温度−10℃以上であり、シリンダ内の樹脂溶融温度以下の温度である。   Further, the first temperature is a temperature between 20 ° C. ± 3 ° C., and the second temperature is, for example, a glass transition point temperature of a resin to be used −10 ° C. or more, and a resin melting temperature in the cylinder The temperature is as follows.

本発明によれば、成形時の仮鏡面駒温度と常温時の仮鏡面駒温度との温度差による、仮鏡面駒の変形の影響をなくすことができ、より高精度な形状誤差量の修正が可能となり、高精度な光学素子を成形することができる。   According to the present invention, it is possible to eliminate the influence of the deformation of the temporary mirror surface piece due to the temperature difference between the temperature of the temporary mirror surface frame at the time of molding and the temperature of the temporary mirror surface frame at normal temperature, and it is possible to correct the shape error amount with higher accuracy. Thus, a highly accurate optical element can be formed.

また、シミュレーションにより、仮鏡面駒の変形を求めることができ、恒温槽等の鏡面駒を加熱する装置を不要とすることもできる。   Further, the deformation of the temporary mirror surface piece can be obtained by simulation, and an apparatus for heating the mirror surface piece such as a thermostatic bath can be dispensed with.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

(実施形態1)
図1は、本実施形態の光学素子の成形方法を説明するために使用する成形装置の断面構成である。同図に示す装置は、固定金型1と可動金型2で構成されている。更に、固定金型1及び可動金型2には、それぞれ光学素子を形成するための仮鏡面駒が入子として取り付けられている。同図に示す入子3a、3bは固定金型1側に取り付けられた仮鏡面駒であり、入子4a、4bは可動金型2側に取り付けられた仮鏡面駒である。そして、入子3aと4a間にキャビティ5aが形成され、入子3bと4b間にキャビティ5bが形成される。これらキャビティ5a、5bには、スプルー6及びランナー7を介して、図示せぬ射出ユニットのシリンダで溶融された溶融樹脂が供給される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional configuration of a molding apparatus used for explaining the molding method of the optical element of the present embodiment. The apparatus shown in FIG. 1 includes a fixed mold 1 and a movable mold 2. Furthermore, a temporary mirror piece for forming an optical element is attached to the fixed mold 1 and the movable mold 2 as a nest. The inserts 3a and 3b shown in the figure are temporary mirror surface pieces attached to the fixed mold 1 side, and the inserts 4a and 4b are temporary mirror face pieces attached to the movable mold 2 side. A cavity 5a is formed between the inserts 3a and 4a, and a cavity 5b is formed between the inserts 3b and 4b. These cavities 5a and 5b are supplied with molten resin melted in a cylinder of an injection unit (not shown) via a sprue 6 and a runner 7.

また、可動金型2には、ピン8を駆動するためのピン駆動機構9が設けられている。ピン8は、キャビティに形成された光学素子を突き出すために用いられる。すなわち、樹脂が固まると、パーティング面(PL)から可動金型2を矢印a方向に移動させる。そして、ピン可動機構9を駆動し、ピン8を矢印b方向に移動させる。これにより、成形品を金型(入子)から突き出し、不図示の収納部に収納する。   The movable mold 2 is provided with a pin drive mechanism 9 for driving the pins 8. The pin 8 is used for protruding an optical element formed in the cavity. That is, when the resin hardens, the movable mold 2 is moved in the direction of arrow a from the parting surface (PL). Then, the pin movable mechanism 9 is driven to move the pin 8 in the arrow b direction. Thereby, a molded product protrudes from a metal mold | die (nesting), and is accommodated in the storage part not shown.

次に、上記構成の射出成形金型を使用し、本例の光学素子の成形方法を説明する。
図2は本例の光学素子の成形方法を説明する工程図である。この工程図では、前述の図1に示す仮鏡面駒3a、3b、及び4a、4bを修正加工し、成形処理に使用する鏡面駒を作製し、当該鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程を説明している。但し、仮鏡面駒の形状変化を分かり易くするため、前述の図1に示す仮鏡面駒3a、3b、及び4a、4bの形状と少し異なる形状として説明する。
Next, a method of molding the optical element of this example will be described using the injection mold having the above configuration.
FIG. 2 is a process diagram illustrating a method for molding an optical element of this example. In this process diagram, the temporary mirror surface pieces 3a, 3b, and 4a, 4b shown in FIG. 1 described above are corrected, a mirror surface piece used for the molding process is produced, and an optical element is formed using the mirror piece. Is explained. However, in order to make it easy to understand the change in the shape of the temporary mirror surface piece, it will be described as a shape slightly different from the shapes of the temporary mirror surface pieces 3a, 3b, and 4a, 4b shown in FIG.

先ず、同図に示す「1」〜「4」は、最初の成形工程を説明する図であり、基本的に従来の成形処理と同じである。すなわち、工程「1」に示す仮鏡面駒3a3b、4a、4b(以下、代表して仮鏡面駒3aで示す)は、常温における形状を示している。この形状を有する仮鏡面駒3aを使用して成形処理を行うと、充填される溶融樹脂によって仮鏡面駒3aは加熱される。その結果、仮鏡面駒3aの形状は、膨張して工程「2」に示す形状となる。この状態で、工程「3」において、溶融樹脂には仮鏡面駒3aの形状が転写される。その後、光学素子10と仮鏡面駒3aは冷却され、収縮して工程「4」に示す形状となる。工程「4」に示す形状は、光学素子10及び仮鏡面駒3aが、共に収縮した状態である。   First, “1” to “4” shown in the figure are diagrams for explaining the first molding step, which is basically the same as the conventional molding process. That is, the temporary mirror surface pieces 3a3b, 4a, and 4b (hereinafter, representatively shown by the temporary mirror surface piece 3a) shown in the step “1” have shapes at room temperature. When the molding process is performed using the temporary mirror surface piece 3a having this shape, the temporary mirror surface piece 3a is heated by the filled molten resin. As a result, the shape of the temporary mirror surface piece 3a expands to the shape shown in the step “2”. In this state, in step “3”, the shape of the temporary mirror piece 3a is transferred to the molten resin. Thereafter, the optical element 10 and the temporary mirror piece 3a are cooled and contracted to have the shape shown in the step “4”. The shape shown in the step “4” is a state in which the optical element 10 and the temporary mirror surface piece 3a are both contracted.

次に、工程「5」において、仮鏡面駒3aの温度を、光学素子成形時の温度(第1の温度)にする。そして、この状態で、仮鏡面駒3aの光学面形状A1を測定する。すなわち、後述する恒温槽等を使用し、成形時の温度環境を実現する。そして、この温度環境下で、光学面形状A1を測定する。一方、完成品である光学素子10については、工程「6」により、精密測定環境下で、第1の光学面形状B1を測定する。尚、上記精密測定環境下の温度は、常温に近い温度である。   Next, in the process “5”, the temperature of the temporary mirror surface piece 3a is set to the temperature at the time of molding the optical element (first temperature). In this state, the optical surface shape A1 of the temporary mirror surface piece 3a is measured. That is, the temperature environment at the time of shaping | molding is implement | achieved using the thermostat etc. which are mentioned later. Then, the optical surface shape A1 is measured under this temperature environment. On the other hand, for the optical element 10 which is a finished product, the first optical surface shape B1 is measured in the precise measurement environment by the process “6”. Note that the temperature in the precision measurement environment is close to room temperature.

次に、工程「7」において、仮鏡面駒3aの光学面形状A1と光学素子10の第1の光学面形状B1との形状差から、光学素子10の収縮変形率を算出する。すなわち、仮鏡面駒3aの光学面形状A1は、成形時の温度(第1の温度)で測定した光学面形状であり、一方、光学素子10の第1の光学面形状B1はほぼ常温時の光学面形状である。そこで、この処理によって、光学素子10の収縮変形率を算出することができる。   Next, in step “7”, the shrinkage deformation rate of the optical element 10 is calculated from the shape difference between the optical surface shape A1 of the temporary mirror surface piece 3a and the first optical surface shape B1 of the optical element 10. That is, the optical surface shape A1 of the temporary mirror surface piece 3a is an optical surface shape measured at the molding temperature (first temperature), while the first optical surface shape B1 of the optical element 10 is substantially at room temperature. Optical surface shape. Therefore, the contraction deformation rate of the optical element 10 can be calculated by this process.

次に、この収縮変形率を用いて、工程「8」において、第1の温度における光学素子10の光学面形状、すなわち、第2の光学面形状B2を算出する。
次に、工程「9」において、仮鏡面駒3aの光学面形状A1と光学素子10の第2の光学面形状B2との差から、形状誤差量を算出する。
Next, using the contraction deformation rate, in step “8”, the optical surface shape of the optical element 10 at the first temperature, that is, the second optical surface shape B2 is calculated.
Next, in step “9”, the shape error amount is calculated from the difference between the optical surface shape A1 of the temporary mirror surface piece 3a and the second optical surface shape B2 of the optical element 10.

次に、工程「10」において、上記形状誤差量を相殺するように、仮鏡面駒3aを修正加工する。この時、仮鏡面駒3aを修正加工する時の温度は、前述の第1の温度である。
このようにして、修正加工された仮鏡面駒3aは、工程「11」に示すように、鏡面駒11として以後の光学素子の成形処理に使用される。すなわち、鏡面駒11(修正加工された仮鏡面駒3a)を金型に組み込み、前述の成形工程「1」〜「4」に従って光学素子の成形処理を行う。このようにして成形された完成品12は、形状誤差量が相殺され、理想光学面形状を有する光学素子となる。
Next, in the process “10”, the temporary mirror surface piece 3a is corrected so as to cancel out the shape error amount. At this time, the temperature when the temporary mirror surface piece 3a is corrected is the first temperature described above.
Thus, the corrected temporary mirror surface piece 3a is used as the mirror surface piece 11 in the subsequent molding process of the optical element as shown in the step "11". That is, the mirror piece 11 (the corrected temporary mirror piece 3a) is incorporated in the mold, and the optical element is molded according to the molding steps “1” to “4” described above. The finished product 12 molded in this manner is an optical element having an ideal optical surface shape, with the amount of shape error canceled.

以上のように、本実施形態では、仮鏡面駒3aの修正加工を、成形時の温度(第1の温度)で行っている。よって、本実施形態によれば、成形後の冷却過程に起因して生じる、成形品の形状誤差を修正することができる。また、成形時と常温時との温度差により、仮鏡面駒に変形が生じるが、このような変形に起因する形状誤差も修正することができる。したがって、本例の処理によって作成された鏡面駒を使用し、成形処理を行うことによって、理想光学面形状に極めて近い高精度な光学素子を成形することができる。   As described above, in the present embodiment, the correction processing of the temporary mirror surface piece 3a is performed at the molding temperature (first temperature). Therefore, according to the present embodiment, it is possible to correct the shape error of the molded product caused by the cooling process after molding. In addition, the temporary mirror surface piece is deformed due to the temperature difference between the molding time and the normal temperature, and the shape error caused by such deformation can also be corrected. Therefore, a high-precision optical element very close to the ideal optical surface shape can be formed by performing the forming process using the mirror piece created by the process of this example.

また、修正加工を繰り返す回数を少なくすることができ、より短期間で金型を製作し、製品製造の立ち上げ期間を短くすることができる。
さらに、上記成形方法によって成形される光学素子としては、例えばレンズやプリズムがある。
In addition, the number of times the correction process is repeated can be reduced, the mold can be manufactured in a shorter period, and the start-up period of product manufacture can be shortened.
Furthermore, examples of the optical element molded by the molding method include a lens and a prism.

尚、図3は上記工程「5」で行う仮鏡面駒3aの光学面形状A1の測定処理、及び工程「10」で行う仮鏡面駒3aの修正加工の際使用する装置の模式図を示すものである。例えば、同図(a)は、恒温槽15に仮鏡面駒3aを入れ、第1の温度下で光学面形状A1の測定を行い、仮鏡面駒3aの修正加工を行う場合である。   FIG. 3 is a schematic view of an apparatus used for the measurement process of the optical surface shape A1 of the temporary mirror surface piece 3a performed in the step “5” and the correction processing of the temporary mirror surface piece 3a performed in the step “10”. It is. For example, FIG. 4A shows a case where the temporary mirror surface piece 3a is placed in the thermostatic chamber 15, the optical surface shape A1 is measured at the first temperature, and the temporary mirror surface piece 3a is corrected.

また、同図(b)は、仮鏡面駒3aの周囲にヒータ16を設置し、不図示の治具で第1の温度に加熱し、光学面形状A1の測定、及び仮鏡面駒3aの修正加工を行う例である。さらに、同図(c)は、高周波電流発生装置17によりコイル18に電流を流し、仮鏡面駒3aを誘導加熱によって加熱する例を示す。   FIG. 5B shows that the heater 16 is installed around the temporary mirror surface piece 3a, heated to the first temperature by a jig (not shown), the optical surface shape A1 is measured, and the temporary mirror surface piece 3a is corrected. This is an example of processing. Further, FIG. 5C shows an example in which a current is passed through the coil 18 by the high-frequency current generator 17 and the temporary mirror piece 3a is heated by induction heating.

また、前述の工程「5」で行う仮鏡面駒3aの光学面形状A1の測定、及び工程「6」で行う精密測定環境下での第2の光学面形状B1の測定には、接触式3次元形状測定装置や、非接触式3次元形状測定装置が使用される。

(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。
Further, the contact type 3 is used for the measurement of the optical surface shape A1 of the temporary mirror surface piece 3a performed in the above-described step “5” and the measurement of the second optical surface shape B1 in the precise measurement environment performed in the step “6”. A dimensional shape measuring device or a non-contact type three-dimensional shape measuring device is used.

(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described.

図4は、実施形態2の光学素子の成形方法を説明する工程図である。但し、本例においては、第1の温度が精密測定環境下の温度であり、第2の温度を成形時の温度とする。
先ず、前述の実施形態1と同様、仮鏡面駒3a、3b、及び4a、4bを用いて光学素子の成形処理を行う(前述の図4に示す工程「1」〜「4」)。このようにして、成形された光学素子10は、工程<1>において、第1の温度で、第1の光学面形状D1が測定される。また、工程<2>において、仮鏡面駒3aの第1の光学面形状C1が、第1の温度で測定される。
FIG. 4 is a process diagram for explaining the optical element molding method according to the second embodiment. However, in this example, the first temperature is a temperature under a precision measurement environment, and the second temperature is a temperature at the time of molding.
First, similarly to the above-described first embodiment, the optical element is molded using the temporary mirror surface pieces 3a, 3b, and 4a, 4b (steps “1” to “4” shown in FIG. 4 described above). Thus, the optical element 10 shape | molded in this way measures 1st optical surface shape D1 in 1st temperature in process <1>. In the step <2>, the first optical surface shape C1 of the temporary mirror surface piece 3a is measured at the first temperature.

次に、仮鏡面駒3aの第1の光学面形状C1に基づいて、第2の温度での仮鏡面駒3aの第2の光学面形状C2をシミュレーションにより算出する。
次に、工程<4>において、仮鏡面駒3aの上記光学面形状C2と、光学素子10の光学面形状D1との差から、光学素子10の収縮変形率を算出する。すなわち、仮鏡面駒3aの第2の光学面形状C2は、成形時の温度にシミュレーションして得られた光学面形状であり、一方光学素子10の第1の光学面形状D1は常温時の光学面形状である。そこで、この処理によって、光学素子10の収縮変形率を算出することができる。
Next, based on the first optical surface shape C1 of the temporary mirror surface piece 3a, the second optical surface shape C2 of the temporary mirror surface piece 3a at the second temperature is calculated by simulation.
Next, in step <4>, the contraction deformation rate of the optical element 10 is calculated from the difference between the optical surface shape C2 of the temporary mirror surface piece 3a and the optical surface shape D1 of the optical element 10. That is, the second optical surface shape C2 of the temporary mirror surface piece 3a is an optical surface shape obtained by simulating the temperature at the time of molding, while the first optical surface shape D1 of the optical element 10 is optical at normal temperature. The surface shape. Therefore, the contraction deformation rate of the optical element 10 can be calculated by this process.

次に、この収縮変形率を用いて、工程<5>において、第2の温度における光学素子10の第2の光学面形状D2を算出する。この処理は、前述の工程「8」の処理と同様である。   Next, the second optical surface shape D2 of the optical element 10 at the second temperature is calculated in step <5> using the shrinkage deformation rate. This process is the same as the process of the above-mentioned process “8”.

次に、工程<6>において、前述の工程「9」と同様に、形状誤差量を算出する。そして、工程<7>において、仮鏡面駒3aの第3の光学面形状C3を算出する。この第3の光学面形状C3は、上記形状誤差量を相殺するような面形状である。さらに、工程<8>において、この第3の光学面形状C3に対応する第1の温度における光学面形状C4をシミュレーションにより算出する。   Next, in step <6>, the shape error amount is calculated in the same manner as in step “9” described above. In step <7>, the third optical surface shape C3 of the temporary mirror surface piece 3a is calculated. The third optical surface shape C3 is a surface shape that cancels out the shape error amount. Further, in step <8>, the optical surface shape C4 at the first temperature corresponding to the third optical surface shape C3 is calculated by simulation.

工程<9>において、シミュレーションされた仮鏡面駒3aに対し、常温状態で修正加工を行う。すなわち、この場合恒温槽15等の設備を使用することなく、仮鏡面駒3aの修正加工を行うことができる。   In step <9>, the simulated temporary mirror face piece 3a is subjected to correction processing at room temperature. That is, in this case, the temporary mirror surface piece 3a can be corrected without using equipment such as the thermostatic chamber 15 or the like.

このようにして、修正加工された仮鏡面駒3aは、鏡面駒11として以後の光学素子の成形処理に使用される。すなわち、前述と同様、鏡面駒11を金型に組み込み、成形処理を行うことによって、理想光学面形状に極めて近い光学素子を得ることができる。   The temporary mirror surface piece 3a thus corrected is used as the mirror surface piece 11 for the subsequent molding process of the optical element. That is, as described above, an optical element very close to the ideal optical surface shape can be obtained by incorporating the mirror piece 11 into a mold and performing a molding process.

以上のように、本例の光学素子の成形方法によっても、仮鏡面駒の変形に起因する形状誤差も修正することができ、理想光学面形状に極めて近い高精度な成形品を成形することができる。   As described above, also by the molding method of the optical element of this example, the shape error caused by the deformation of the temporary mirror surface piece can be corrected, and a highly accurate molded product extremely close to the ideal optical surface shape can be molded. .

また、本例によれば仮鏡面駒3aの修正加工を行う温度環境は、ほぼ常温状態であり、仮鏡面駒3aの修正加工作業が容易となる。また、前述のような恒温槽15等の設備を必要とすることなく、より安価な装置によって高精度な成形品を成形することができる。   In addition, according to this example, the temperature environment in which the correction processing of the temporary mirror surface piece 3a is performed is almost normal temperature, and the correction processing work of the temporary mirror surface piece 3a becomes easy. In addition, a highly accurate molded product can be molded by a cheaper apparatus without requiring the equipment such as the constant temperature bath 15 as described above.

さらに、上記成形方法によって成形される光学素子としては、前述と同様、例えばレンズやプリズムがある。
尚、本例においても、仮鏡面駒3aの光学面形状の測定、光学素子の光学面形状の測定には、接触式3次元形状測定装置や、非接触式3次元形状測定装置が使用される。
Furthermore, examples of the optical element molded by the molding method include a lens and a prism as described above.
In this example as well, a contact-type three-dimensional shape measurement device or a non-contact-type three-dimensional shape measurement device is used to measure the optical surface shape of the temporary mirror piece 3a and the optical surface shape of the optical element. .

尚、上記実施形態1における第1の温度、及び実施形態2における第2の温度は、例えば使用する樹脂のガラス転移点温度−10℃以上であり、シリンダ内の樹脂溶融温度以下の温度である。このような温度に設定する理由は、鏡面駒から成形品が離型する直前の鏡面駒の温度は、成形品の樹脂のガラス転移点温度−10℃以上である。そして、離型直後は、鏡面駒が周囲の空気によって急冷され、樹脂のガラス転移点温度−10℃より低くなり、鏡面駒の光学面が変形するため、成形時の成形品の光学面と形状が一致しなくなり、不適である。   In addition, the 1st temperature in the said Embodiment 1 and the 2nd temperature in Embodiment 2 are the glass transition point temperature of the resin to be used -10 degreeC or more, for example, are the temperature below the resin melting temperature in a cylinder. . The reason for setting such a temperature is that the temperature of the mirror piece immediately before the molded product is released from the mirror piece is a glass transition temperature of the resin of the molded product of −10 ° C. or higher. Immediately after the mold release, the mirror piece is rapidly cooled by the surrounding air and becomes lower than the glass transition temperature of the resin −10 ° C., and the optical surface of the mirror piece is deformed. It does not match and is inappropriate.

また、成形時の鏡面駒温度は、シリンダ内の樹脂溶融温度より高くなることはない。シリンダ内の樹脂溶融温度以上の温度では、鏡面駒の光学面形状が成形時の光学面形状と一致しなくなるため不適である。   Further, the mirror surface temperature at the time of molding does not become higher than the resin melting temperature in the cylinder. A temperature higher than the resin melting temperature in the cylinder is not suitable because the optical surface shape of the mirror piece does not match the optical surface shape at the time of molding.

また、前記実施形態2における第2の温度は、例えば20℃±3℃の間の温度であり、上記温度範囲外では測定装置の動作を保証することができず、精密な測定を行うことができない。   Further, the second temperature in the second embodiment is, for example, a temperature between 20 ° C. ± 3 ° C., and the operation of the measuring device cannot be guaranteed outside the temperature range, and precise measurement can be performed. Can not.

尚、図5に示す例は、本例で使用する樹脂のガラス転移点温度(Tg点温度)及びシリンダ内温度の一例を示すものである。   The example shown in FIG. 5 shows an example of the glass transition point temperature (Tg point temperature) and the cylinder internal temperature of the resin used in this example.

本実施形態の光学素子の成形方法を説明するために使用する射出成形装置の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the injection molding apparatus used in order to demonstrate the shaping | molding method of the optical element of this embodiment. 第1の実施形態の光学素子の成形方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the shaping | molding method of the optical element of 1st Embodiment. (a)は、恒温槽に仮鏡面駒を入れ、光学面形状の測定、及び仮鏡面駒の修正加工を行う例を示す図である。(A) is a figure which shows the example which puts a temporary mirror surface piece in a thermostat, performs the measurement of an optical surface shape, and correction processing of a temporary mirror surface piece.

(b)は、仮鏡面駒の周囲をヒータを設置した不図示の治具で加熱し、光学面形状の測定、及び仮鏡面駒の修正加工を行う例を示す図である。
(c)は、高周波電流発生装置によりコイルに電流を流し、仮鏡面駒を誘導加熱によって前述の第1の温度に設定し、光学面形状の測定、及び仮鏡面駒の修正加工を行う例を示す図である。
第2の実施形態の光学素子の成形方法を説明する工程図である。 本実施形態で使用する樹脂のガラス転移点温度(Tg点温度)及びシリンダ内温度の一例を示す図である。 従来の光学素子の成形方法を説明する工程図である。 従来の光学素子の成形方法を説明する工程図である。
(B) is a figure which shows the example which heats the circumference | surroundings of a temporary mirror surface piece with the jig | tool not shown which installed the heater, performs an optical surface shape measurement, and correction processing of a temporary mirror surface piece.
(C) shows an example in which a current is passed through a coil by a high-frequency current generator, the temporary mirror surface piece is set to the first temperature by induction heating, the optical surface shape is measured, and the temporary mirror surface piece is corrected. FIG.
It is process drawing explaining the shaping | molding method of the optical element of 2nd Embodiment. It is a figure which shows an example of the glass transition point temperature (Tg point temperature) and cylinder temperature of resin used by this embodiment. It is process drawing explaining the shaping | molding method of the conventional optical element. It is process drawing explaining the shaping | molding method of the conventional optical element.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・固定金型
2・・・可動金型
3a、3b、4a、4b・・・仮鏡面駒
5a、5b・・・キャビティ
6・・・スプルー
7・・・ランナー
8・・・ピン
9・・・ピン可動機構
10・・・溶融樹脂
11・・・鏡面駒
15・・・恒温槽
16・・・ヒータ
17・・・高周波電流発生装置
18・・・コイル

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fixed mold 2 ... Movable mold 3a, 3b, 4a, 4b ... Temporary mirror surface piece 5a, 5b ... Cavity 6 ... Sprue 7 ... Runner 8 ... Pin 9 ... Pin movable mechanism 10 ... Mold resin 11 ... Specular piece 15 ... Constant temperature bath 16 ... Heater 17 ... High frequency current generator 18 ... Coil

Claims (6)

仮鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程と、
前記仮鏡面駒の温度を、前記光学素子成形時の仮鏡面駒の温度領域の第1の温度に設定した状態で、前記仮鏡面駒の光学面形状を測定する工程と、
精密測定環境下において、前記光学素子の第1の光学面形状を測定する工程と、
前記仮鏡面駒の光学面形状と、前記光学素子の第1の光学面形状との差から、前記光学素子の収縮変形率を算出する工程と、
該収縮変形率を用いて、前記光学素子の理想光学面形状の第1の温度における光学素子の第2の光学面形状を算出する工程と、
前記仮鏡面駒の光学面形状と、前記光学素子の第2の光学面形状との差から、形状誤差量を算出する工程と、
該形状誤差量を相殺する方向に、前記仮鏡面駒の温度を前記第1の温度に設定した状態で、前記仮鏡面駒を修正加工する工程と、
該修正加工した鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程と、
を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
Forming an optical element using a temporary mirror surface piece;
Measuring the optical surface shape of the temporary mirror surface piece in a state where the temperature of the temporary mirror surface piece is set to the first temperature in the temperature region of the temporary mirror surface piece at the time of molding the optical element;
Measuring a first optical surface shape of the optical element in a precision measurement environment;
Calculating the shrinkage deformation rate of the optical element from the difference between the optical surface shape of the temporary mirror surface piece and the first optical surface shape of the optical element;
Calculating the second optical surface shape of the optical element at the first temperature of the ideal optical surface shape of the optical element using the shrinkage deformation rate;
Calculating a shape error amount from the difference between the optical surface shape of the temporary mirror surface piece and the second optical surface shape of the optical element;
Correcting the temporary mirror piece in a state in which the temperature of the temporary mirror piece is set to the first temperature in a direction to cancel the shape error amount;
Forming an optical element using the corrected mirror piece;
A method for molding an optical element, comprising:
前記仮鏡面駒の光学面形状を測定する際の前記第1の温度は、使用する樹脂のガラス転移点温度−10℃以上であり、シリンダ内の樹脂溶融温度以下の温度であることを特徴とする請求項1記載の光学素子の成形方法。   The first temperature at the time of measuring the optical surface shape of the temporary mirror surface piece is a glass transition temperature of a resin to be used, which is −10 ° C. or higher and a temperature not higher than a resin melting temperature in the cylinder. The method for molding an optical element according to claim 1. 仮鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程と、
精密測定環境温度である第1の温度で、前記光学素子の第1の光学面形状を測定する工程と、
前記仮鏡面駒の第1の光学面形状を、前記第1の温度で測定する工程と、
前記光学素子成形時の第2の温度での仮鏡面駒の第2の光学面形状をシミュレーションにより算出する工程と、
前記仮鏡面駒の第2の光学面形状と、前記光学素子の第1の光学面形状との差から、前記光学素子の収縮変形率を算出する工程と、
前記収縮変形率を用いて、前記光学素子の理想光学面形状の前記第2の温度における光学素子の第2の光学面形状を算出する工程と、
前記仮鏡面駒の第1の光学面形状と、前記光学素子の第2の光学面形状との差から、形状誤差量を算出する工程と、
該形状誤差量を相殺する、前記仮鏡面駒の第3の光学面形状を算出する工程と、
前記第3の光学面形状の、前記第1の温度での第4の光学面形状をシミュレーションにより算出する工程と、
前記第4の光学面形状に、前記仮鏡面駒を修正加工する工程と、
該修正加工した鏡面駒を用いて光学素子を成形する工程と、
を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
Forming an optical element using a temporary mirror surface piece;
Measuring a first optical surface shape of the optical element at a first temperature which is a precision measurement environment temperature;
Measuring the first optical surface shape of the temporary mirror surface piece at the first temperature;
Calculating a second optical surface shape of the temporary mirror surface piece at a second temperature at the time of molding the optical element by simulation;
Calculating the contraction deformation rate of the optical element from the difference between the second optical surface shape of the temporary mirror surface piece and the first optical surface shape of the optical element;
Calculating the second optical surface shape of the optical element at the second temperature of the ideal optical surface shape of the optical element using the shrinkage deformation rate;
Calculating a shape error amount from the difference between the first optical surface shape of the temporary mirror surface piece and the second optical surface shape of the optical element;
Calculating a third optical surface shape of the temporary mirror surface piece to offset the shape error amount;
Calculating a fourth optical surface shape of the third optical surface shape at the first temperature by simulation;
Correcting the temporary mirror piece into the fourth optical surface shape;
Forming an optical element using the corrected mirror piece;
A method for molding an optical element, comprising:
前記第1の温度は、20℃±3℃の間の温度であることを特徴とする請求項3記載の光学素子の成形方法。   The method for molding an optical element according to claim 3, wherein the first temperature is a temperature between 20 ° C. ± 3 ° C. 5. 前記第2の温度は、使用する樹脂のガラス転移点温度−10℃以上であり、シリンダ内の樹脂溶融温度以下の温度であることを特徴とする請求項3、又は4記載の光学素子の成形方法。   The optical element molding according to claim 3 or 4, wherein the second temperature is a glass transition temperature of a resin to be used, which is not lower than -10 ° C and not higher than a resin melting temperature in the cylinder. Method. 前記請求項1乃至請求項5の何れかの方法により成形されることを特徴とする光学素子。   An optical element formed by the method according to any one of claims 1 to 5.
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JP2009126151A (en) * 2007-11-27 2009-06-11 Mazda Motor Corp Method for working parting face in molding system

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