JP2008039852A - Glass optical element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば液晶プロジェクタの光学系に用いられるレンズアレイなどのガラス光学素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a glass optical element such as a lens array used in an optical system of a liquid crystal projector, for example, and a manufacturing method thereof.
インテグレータレンズ又はフライアイレンズなどとも称するレンズアレイは、例えば軟化状態のガラスを、マトリックス状にレンズアレイの形状が刻まれた金型で1つずつプレス成形した後、レンズの刻まれていない面を研磨することで例えば矩形板状に成形される。ほとんどの場合、この矩形のガラス基板の研磨面に反射防止膜を真空蒸着などの方法で成膜することで、レンズアレイが得られる。このようにして製造されたレンズアレイでは、金型によってその端面に例えば凹凸が形成され、この凹凸部分が光学機器へ組み付ける際の係合部分などとして利用される。 A lens array, also called an integrator lens or fly-eye lens, is formed by pressing, for example, glass in a softened state one by one with a mold in which the shape of the lens array is engraved in a matrix, and then the surface on which the lens is not engraved. By polishing, for example, a rectangular plate shape is formed. In most cases, a lens array can be obtained by forming an antireflection film on the polished surface of the rectangular glass substrate by a method such as vacuum deposition. In the lens array manufactured as described above, for example, unevenness is formed on the end surface of the mold, and this uneven portion is used as an engaging portion when assembled to an optical apparatus.
また一方で、このようなレンズアレイを光学部品として用いるプロジェクタは、パーソナルコンピュータやDVDドライブなどの映像関連機器の普及に伴って、プレゼンテーションなどで利用される業務用から、一般家庭用に至るまで用途が拡大している。これに伴ってプロジェクタ自体の小型化が進められている。例えば光源の反射鏡に回転楕円面反射鏡を用い、集光光学系を合わせることによって光源からの光を細い平行光束にし、その後段の光学部品や液晶デバイスなどの表示素子自体に小型のものを使用することで、プロジェクタの小型化が図られている。こうした装置の内部に使用されるレンズアレイなどの光学部品には小型化が求められており、併せて低価格化が要求されている。 On the other hand, projectors using such a lens array as an optical component are used for business use from presentations to general households with the spread of video-related equipment such as personal computers and DVD drives. Is expanding. Along with this, miniaturization of the projector itself has been promoted. For example, a spheroid reflector is used as a light source reflector, and the light from the light source is made into a thin parallel light beam by combining the condensing optical system, and a small display element such as an optical component or a liquid crystal device in the subsequent stage is used. By using it, the size of the projector is reduced. Optical components such as a lens array used in such an apparatus are required to be miniaturized, and at the same time, cost reduction is required.
したがって、このような要求に対応するために、上記した製造方法、つまりレンズアレイ1つずつに対し、成形、研磨、成膜を、洗浄しつつ繰り返し行うこと代えて、複数のレンズアレイを互いに隣接させて配置した状態で一体成形し、成形後に各レンズアレイ毎に分断する製法、あるいは一体成形した複数のレンズアレイを一体のまま、片面又は両面にコーティング処理を施し、その後、各レンズアレイ毎に分断するといった製法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to meet such demands, a plurality of lens arrays are adjacent to each other instead of repeatedly performing molding, polishing, and film formation while cleaning each of the manufacturing methods described above, that is, for each lens array. In a state where the lens array is integrally molded and divided into each lens array after molding, or a plurality of integrally molded lens arrays are integrally coated on one or both sides, and then each lens array The manufacturing method of dividing is proposed (for example, refer to Patent Document 1).
また、平板型マイクロレンズアレイの複数ピース分の大きさを有するガラス基板の一面にレンズ部となる凹部を各ピース毎に形成し、次いでこの凹部に高屈折率樹脂を充填してレンズ部を形成した後、1ピース分の大きさに切断する方法なども提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a concave portion to be a lens portion is formed for each piece on one surface of a glass substrate having a size corresponding to a plurality of pieces of a flat microlens array, and then the concave portion is filled with a high refractive index resin to form a lens portion. Then, a method of cutting into a size for one piece has been proposed (for example, see Patent Document 2).
ここで、レンズアレイがプロジェクタに内装される際には、レンズアレイの光透過面が光軸に対して正確に配置される必要がある。レンズアレイの中心と光軸中心とのずれや、光軸に対するレンズアレイの上下左右方向の角度ずれがあると、正確な光路が得られなくなり、光の利用効率が極端に低下し、投射画像が暗くなる。また、この場合、照度むらなどの不都合が生じる。 Here, when the lens array is built in the projector, the light transmission surface of the lens array needs to be accurately arranged with respect to the optical axis. If there is a deviation between the center of the lens array and the center of the optical axis, or an angular deviation of the lens array in the vertical and horizontal directions with respect to the optical axis, an accurate optical path cannot be obtained, the light use efficiency is extremely reduced, and the projected image is reduced. Get dark. In this case, inconvenience such as uneven illuminance occurs.
さらに、投射型のプロジェクタにおいては、投射像の照度むらを解消するために、それぞれ照度分布の異なる二枚のレンズアレイを光路上に離間して設けている。これらは他の光学要素と接着して組み込まれるものの他、これらレンズアレイの端面を基準面として用い、光路上に組み付けられるものがある。 Further, in a projection type projector, two lens arrays having different illuminance distributions are provided apart from each other on the optical path in order to eliminate unevenness in illuminance of the projected image. In addition to those that are incorporated by bonding with other optical elements, there are those that are assembled on the optical path using the end face of these lens arrays as a reference plane.
レンズアレイの端面を基準面として用いる場合には、これらの端面の形状精度が重要になる。上記特許文献1、2に記載されているように、多数個を一体成形した基板から切断によって個々のレンズアレイを切り出す場合、切断精度が光学的精度に直接影響する。切断面に傾きがあると、光軸に対する光透過面の角度ずれが生じ、また切断位置のばらつきはレンズアレイの中心と光軸とのずれの原因になる。いずれにしても切断などの後加工に依存する限り、加工のばらつきを皆無にすることは困難である。製品外周の芯取加工を前提とした場合には、端面からレンズアレイの中心までの距離を所定の値に保つために、切削分の削りしろが、必要になるので、それだけ成形効率が低下することになる。
When the end surfaces of the lens array are used as reference surfaces, the shape accuracy of these end surfaces is important. As described in
特に、特許文献1の場合、切断面をそのまま位置決めに利用しようとすると、レンズの光軸中心と位置決め面となる切断面との間の距離を正確に測定して切断しなければならないが、現実には成形ピッチのばらつき、切断精度などによるばらつきが原因となり、正確な位置決めを行うことは難しくなっている。
In particular, in the case of
以上のような課題を解消するために、レンズアレイの新たな製法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。特許文献3の製法では、レンズアレイの四つの端面のうちの金型により成形された隣接する二つの端面を取り付けの基準面とすることで、比較的高精度なこの金型加工面を利用し正確な位置決め及び組付けを行うことができる。また、特許文献3の製法では、軟化状態のガラス材料を用い金型によって例えば四枚分のレンズアレイを一体成形し、この四枚分のレンズアレイが一体化された成形体の状態で、研磨及び成膜工程を行うことにより、ハンドリングを容易にするとともに、工数及び加工コストの削減を図っている。
しかしながら、複数のレンズアレイが一体となった成形体の状態で成膜工程を行った後に切断又は破断によって各レンズアレイ毎に分離させる場合、次のような課題があることがわかった。すなわち、上記特許文献1又は特許文献3の方法では、一体成形されたレンズアレイに成膜した後に各レンズアレイ間を切断または破断するため、レンズアレイ上に形成された反射防止膜などのコート層も同時に切断又は破断される。このため、コート層の分断された端部は、膜が荒れた状態となってレンズアレイ本体との密着力が低下する。
However, it has been found that when the film forming process is performed in the state of a molded body in which a plurality of lens arrays are integrated, the lens array is separated for each lens array by cutting or breaking. That is, in the method of
一方、液晶プロジェクタなどに内装されるレンズアレイは、光源の近傍に配置されるため、光源からの熱を受けて使用時には高温になり、非使用時には常温にまで冷却される。この冷熱サイクルを繰り返すうちに、コート層の端部とレンズアレイ本体との隙間に大気中の水分が浸透し、コート層の端部から膜剥れや膜クラックが生じ、長期的な品質の安定性が損なわれるおそれがある。 On the other hand, since a lens array built in a liquid crystal projector or the like is disposed in the vicinity of a light source, it receives heat from the light source and becomes high when in use, and is cooled to room temperature when not in use. As this cooling cycle is repeated, moisture in the atmosphere penetrates into the gap between the edge of the coat layer and the lens array body, causing film peeling and film cracks from the edge of the coat layer, resulting in stable long-term quality. May be impaired.
そこで、本発明は、こうした従来の課題を解決するためのものであり、光学機器への組付け精度を向上させることができると共に、光学膜の耐久性を改善し長期的に安定した光学品質を維持できるガラス光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is to solve such a conventional problem, and can improve the accuracy of assembly to an optical device, improve the durability of the optical film, and provide stable optical quality over the long term. An object of the present invention is to provide a glass optical element that can be maintained and a method for manufacturing the same.
本発明のガラス光学素子は、二つの主面が各々光透過面として構成され、少なくとも一方の前記光透過面にセル状レンズが形成された矩形板状のガラス光学素子であって、四つの端面のうちの幾つかを構成する金型加工により成形された金型加工面と、前記金型加工面を除く残りの端面を構成する切断又は破断により分断加工された分断面と、前記分断面から所定の間隔を空けて少なくとも一方の光透過面上に部分的に形成された光学膜と、を具備することを特徴とする。 The glass optical element of the present invention is a rectangular plate-like glass optical element in which two principal surfaces are each configured as a light transmission surface, and a cellular lens is formed on at least one of the light transmission surfaces, and has four end surfaces. A die machining surface formed by die machining that constitutes some of the above, a sectional surface that is divided by cutting or breaking that constitutes the remaining end surface excluding the die machining surface, and from the sectional surface And an optical film partially formed on at least one light transmission surface at a predetermined interval.
本発明によれば、光透過面上の光学膜が、前記分断面から所定の間隔をあけて形成されているので、分断面が加工成形される際の切断又は破断による物理的な影響が光学膜に及ぶことを回避することができる。これにより、端縁部分を含む光学膜は、膜全体として成膜時の状態を維持でき、例えば高温にさらされるような使用環境にあっても膜剥れや膜クラックを生じ難く、長期的に安定した光学品質を維持することができる。 According to the present invention, since the optical film on the light transmission surface is formed at a predetermined interval from the dividing surface, the physical influence by cutting or breaking when the dividing surface is processed and molded is optical. It is possible to avoid reaching the membrane. As a result, the optical film including the edge portion can maintain the film formation state as a whole film. For example, even in a use environment where the film is exposed to high temperatures, it is difficult to cause film peeling and film cracking. Stable optical quality can be maintained.
ここで、本発明の矩形板状のガラス光学素子では、四つの端面のうちの互いに隣接する所定の二つの端面は、前記分断面で構成されることが好ましく、また、互いに隣接する残りの二つの端面は、前記金型加工面で構成されることが望ましい。 Here, in the rectangular plate-shaped glass optical element of the present invention, it is preferable that two predetermined end faces adjacent to each other among the four end faces are configured by the divided sections, and the remaining two adjacent ones are adjacent to each other. It is desirable that the two end surfaces are constituted by the mold processing surface.
また、本発明においては、前記金型加工面の一部を、位置決め用の基準面として形成することで、金型成形により高い加工精度を得られるこの基準面を利用して、本発明のガラス光学素子を組み込むべき例えばプロジェクタなどの光学機器への正確な位置決め及び組付けを実現することができる。特に、矩形板状のガラス光学素子の四つの端面のうちの隣接する二つの端面を金型加工面とし、かつこの金型加工面一部を位置決め用の基準面として形成することで、矩形板状のガラス光学素子の表面に沿った方向のセル状レンズの角度ずれを防止できる。また、上記基準面とセル状レンズとを一体で金型成形することが望ましい。このような構成により、上述したプロジェクタ内において、ガラス光学素子上のセル状レンズを光軸に対してより正確に配置できるので、光の利用効率が高められた鮮明な投光画像が得られ、また、照度むらの発生などを抑制することもできる。 Further, in the present invention, the glass of the present invention can be obtained by utilizing a part of the die processing surface as a reference surface for positioning to obtain a high processing accuracy by molding. Accurate positioning and assembling to an optical device such as a projector that should incorporate the optical element can be realized. In particular, the rectangular plate-shaped glass optical element is formed by forming two adjacent end surfaces of the four end surfaces as a die processing surface and forming a part of the die processing surface as a positioning reference surface. The angular deviation of the cellular lens in the direction along the surface of the glass optical element can be prevented. In addition, it is desirable to mold the reference surface and the cellular lens integrally. With such a configuration, the cellular lens on the glass optical element can be more accurately arranged with respect to the optical axis in the projector described above, so that a clear projection image with improved light utilization efficiency can be obtained, In addition, the occurrence of uneven illuminance can be suppressed.
また、前述した基準面を含む金型加工面を凹凸面で形成することで、上述したプロジェクタなどに対する位置決め及び組み付けをより好適に行うことができる。 Further, by forming the mold processing surface including the above-described reference surface as an uneven surface, it is possible to more suitably perform positioning and assembly with respect to the above-described projector or the like.
さらに、上述した基準面を有する金型加工面以外の端面、すなわち、分断面は、組付け時の位置決めには使用されないので、高い精度を必要とせず、しかも、加工成形される際の切断又は破断による物理的な影響が光学膜に及ぶことがないので、ラフな切断や破断によって形成されても支障がなく、これにより、製造工程を簡略化でき、また製造コストを低減させることができる。なお、本発明の矩形板状のガラス光学素子においては、その角が切り欠かれていたり、曲線状であってもよい。 Further, since the end surface other than the die processing surface having the above-described reference surface, that is, the sectional surface is not used for positioning at the time of assembly, high accuracy is not required, and further, cutting or Since there is no physical influence on the optical film due to breakage, there is no problem even if the film is formed by rough cutting or breakage. This can simplify the production process and reduce the production cost. In addition, in the rectangular plate-shaped glass optical element of the present invention, the corners may be cut out or curved.
また、本発明においては、前記セル状レンズが形成されている前記光透過面は、前記セル状レンズの周縁を囲むフランジ部を有し、このフランジ部の表面よりも前記セル状レンズが凹んだ位置に形成されていることが好ましい。このフランジ部をガラス光学素子の把持部として利用することで、例えば製造工程でのガラス光学素子のハンドリングが容易となる。さらに、フランジ部の表面よりもセル状レンズが凹んだ位置に形成されることにより、例えば製造工程において、セル状レンズ側を下向きにしてガラス光学素子を載置した場合でも、レンズ面が直接載置面に触れることがないので、セル状レンズの汚損及び傷つきが防止される。また、このような構成のガラス光学素子は、セル状レンズ側を下向きにして載置できるので、例えばセル状レンズの形成されていない光透過面側の研磨面や成膜面などを特別に保護することなく、机上などに直接載置でき、取り扱いが容易である。 In the present invention, the light transmitting surface on which the cellular lens is formed has a flange portion surrounding the periphery of the cellular lens, and the cellular lens is recessed from the surface of the flange portion. It is preferable that it is formed at a position. By using this flange portion as a grip portion of the glass optical element, for example, the glass optical element can be easily handled in the manufacturing process. Furthermore, since the cellular lens is formed at a position recessed from the surface of the flange portion, for example, even when the glass optical element is placed with the cellular lens side facing downward in the manufacturing process, the lens surface is directly mounted. Since the mounting surface is not touched, the cellular lens is prevented from being stained and damaged. In addition, since the glass optical element having such a configuration can be mounted with the cellular lens side facing downward, for example, the polishing surface or the film formation surface on the light transmitting surface side where the cellular lens is not formed is specially protected. It can be placed directly on a desk or the like, and is easy to handle.
また、本発明のガラス光学素子では、分断面の少なくとも一辺が、面取り加工されていることが好ましい。すなわち、ガラスの切断面は、鋭利であることから、切断又は破断によって形成された端面は、面取り加工されていることが好ましく、この面取り加工により、切断面や破断面からのガラス片が光透過面に付着したり光透過面を傷付けたりすることを防止するのに有効である。また、本発明では、光透過面上の光学膜が、分断面から所定の間隔をあけて形成されているので、上述した面取り加工の際の物理的な影響が光学膜に直接的に及ぶことを回避でき、これにより、面取り加工を容易に行うことができる。 In the glass optical element of the present invention, it is preferable that at least one side of the dividing surface is chamfered. That is, since the cut surface of the glass is sharp, the end surface formed by cutting or breaking is preferably chamfered, and this chamfering allows glass pieces from the cut surface and the fractured surface to transmit light. This is effective for preventing the light from adhering to the surface or scratching the light transmitting surface. In the present invention, since the optical film on the light transmission surface is formed at a predetermined interval from the dividing surface, the physical influence during the chamfering process described above directly affects the optical film. Thus, chamfering can be easily performed.
また、本発明のガラス光学素子においては、前記セル状レンズは、二つの前記光透過面のうちの一方にのみ形成されており、前記セル状レンズの形成されていない他方の前記光透過面が光学研磨され、その研磨面の上に前記光学膜が形成されていることを特徴とする。また、前記光学膜としては、反射防止膜、紫外線カット膜、赤外線カット膜のいずれか一つ又はこれらの組合せからなるものが使用される。 In the glass optical element of the present invention, the cellular lens is formed only on one of the two light transmission surfaces, and the other light transmission surface on which the cellular lens is not formed is provided. It is optically polished, and the optical film is formed on the polished surface. Further, as the optical film, an optical film made of any one of an antireflection film, an ultraviolet cut film, an infrared cut film, or a combination thereof is used.
例えば、ガラス光学素子に紫外線カット作用を付与する目的で紫外線カット膜を成膜する場合、二つの光透過面のうちのいずれの面にも成膜することも可能であるが、凹凸のあるセル状レンズの形成面側に成膜するよりも平面研磨された面に成膜するほうが、均質で光の入射角度による影響が出難い膜を容易に成膜することができる。また、前記光学膜としては、光学系による反射損失低減の目的での反射防止膜、液晶表示素子などへの影響を排除するための紫外線カット膜、赤外線カット膜などを目的に応じて成膜する。さらに、このような光学膜を成膜する場合、真空蒸着又はスパッタリングによる成膜方法が、膜の光学的品質や膜の耐久性の面などを考慮した場合に好適である。また、本発明のガラス光学素子は、上述したようにプロジェクタ内部の光学系に好適に用いることができる。 For example, when an ultraviolet cut film is formed for the purpose of imparting an ultraviolet cut function to a glass optical element, it is possible to form a film on any one of two light transmission surfaces, but an uneven cell. It is easier to form a film that is more uniform and less affected by the incident angle of light when the film is formed on a plane-polished surface than when it is formed on the surface where the lens is formed. Further, as the optical film, an antireflection film for the purpose of reducing reflection loss by the optical system, an ultraviolet cut film for eliminating the influence on the liquid crystal display element, an infrared cut film or the like is formed according to the purpose. . Further, in the case of forming such an optical film, a film forming method by vacuum vapor deposition or sputtering is preferable in consideration of the optical quality of the film, the durability of the film, and the like. The glass optical element of the present invention can be suitably used for an optical system inside the projector as described above.
本発明のガラス光学素子の製造方法は、二つの主面が各々光透過面として構成される共に一方の前記光透過面にセル状レンズを有する矩形板状のガラス光学素子を製造する製造方法であって、製造すべき前記ガラス光学素子の反転形状を複数個分有する金型により、軟化状態のガラス材料をプレスし、複数個分の前記ガラス光学素子が一体成形された成形体を得るプレス成形工程と、前記プレス成形工程で得られた前記成形体の前記セル状レンズの形成されていない他方の前記光透過面側を光学研磨する光学研磨工程と、前記光学研磨工程で光学研磨された前記他方の光透過面上に定められている成形体分断のための分断予定線を含む所定幅をマスクし、マスクしたこの他方の光透過面上に光学膜を被着させる成膜工程と、前記成膜工程で前記光学膜を被着された前記成形体を前記分断予定線に沿ってガラス光学素子毎に分断する分断工程と、を有することを特徴とする。 The glass optical element manufacturing method of the present invention is a manufacturing method for manufacturing a rectangular plate-shaped glass optical element in which two principal surfaces are each configured as a light transmitting surface, and one of the light transmitting surfaces has a cellular lens. In addition, press molding is performed by pressing a glass material in a softened state with a mold having a plurality of inverted shapes of the glass optical elements to be manufactured to obtain a molded body in which the glass optical elements for a plurality of pieces are integrally molded. An optical polishing step of optically polishing the other light transmitting surface side of the molded body obtained by the press molding step, where the cellular lens is not formed, and the optical polishing in the optical polishing step A film forming step of masking a predetermined width including a predetermined cutting line for cutting the molded body defined on the other light transmitting surface, and depositing an optical film on the other light transmitting surface masked; Previous in film formation process It characterized by having a a dividing step of dividing each glass optical element along said shaped body is deposited an optical film wherein be cut line.
本発明のガラス光学素子の製造方法によれば、複数個分のガラス光学素子を一体成形した状態の扱い易いサイズの成形体に対し研磨及び成膜加工を行なうことができるので、ハンドリングなどに伴う傷付きなどを低減でき、また一体加工による利点として工数及び加工コストを削減することができる。また、本発明では、複数個分のガラス光学素子が一体に成形された成形体を個別のガラス光学素子に分断するための分断予定線を含む所定幅をマスクして光学膜を被着させるため、光透過面上の光学膜が、前記分断面から所定の間隔をあけて形成されることになる。これにより、その後の分断工程で分断予定線に沿って成形体を個々のガラス光学素子に切断又は破断する際に、光学膜自体に切断又は破断時の影響を与えることなく、成形体を分断することができる。 According to the method for manufacturing a glass optical element of the present invention, it is possible to perform polishing and film forming processing on a molded article having an easy-to-handle size in a state where a plurality of glass optical elements are integrally molded. Scratches and the like can be reduced, and man-hours and processing costs can be reduced as an advantage of integrated processing. Further, in the present invention, the optical film is deposited by masking a predetermined width including a dividing line for dividing a molded body in which a plurality of glass optical elements are integrally formed into individual glass optical elements. The optical film on the light transmission surface is formed at a predetermined interval from the dividing surface. Thereby, when the molded body is cut or broken into individual glass optical elements along the planned dividing line in the subsequent cutting step, the molded body is cut without affecting the optical film itself at the time of cutting or breaking. be able to.
また、本発明のガラス光学素子の製造方法においては、前記成形体は、所定の基準位置に対し、四個分のガラス光学素子各々が、回転対称の関係を満たすように田の字状に配置された状態で成形されていることが好ましい。つまり例えば、プロジェクタ用のレンズアレイは、通常、縦横比が異なるセル状レンズの集合体であり、その行数と列数も異なるのが一般的である。そこで、上述したように、当該成形体表面に沿った方向の中心位置に対して回転対称となるように四個分のガラス光学素子を成形体上に配置することで、分断後に、プロジェクタ用のレンズアレイの用途に対応したほぼ同一形状の四つのガラス光学素子を得ることができる。 In the glass optical element manufacturing method of the present invention, the molded body is arranged in a square shape so that each of the four glass optical elements satisfies a rotationally symmetrical relationship with respect to a predetermined reference position. It is preferable that the molded product is molded. That is, for example, a projector lens array is usually an assembly of cellular lenses having different aspect ratios, and the number of rows and columns is generally different. Therefore, as described above, by arranging four glass optical elements on the molded body so as to be rotationally symmetric with respect to the center position in the direction along the surface of the molded body, after dividing, for the projector Four glass optical elements having substantially the same shape corresponding to the application of the lens array can be obtained.
また、本発明のガラス光学素子の製造方法では、前記プレス成形工程において、ガラス光学素子毎の各セル状レンズの周縁を各々囲むフランジ部が成形される共に、前記各セル状レンズが前記フランジ部の表面よりも凹んだ位置に成形され、さらに、前記分断工程において、前記分断予定線を含む所定幅を除いて前記光学膜が被着された前記他方の光透過面側から、当該破断予定線に沿って切断刃を当接させることにより、前記成形体がガラス光学素子毎に分断されることが好ましい。 In the glass optical element manufacturing method of the present invention, in the press molding step, a flange portion that surrounds the periphery of each cellular lens for each glass optical element is molded, and each cellular lens is molded into the flange portion. Further, in the dividing step, from the side of the other light transmitting surface to which the optical film is applied except for a predetermined width including the planned dividing line, the planned fracture line is formed in the dividing step. It is preferable that the said molded object is divided | segmented for every glass optical element by making a cutting blade contact | abut along.
上述したフランジ部を成形することにより、光学研磨側や光学膜側を上向きにしかつフランジ部側を下向きにして成形体を載置できるので、光学研磨する側の面や光学膜側が上向きになる状態で、光学研磨工程や分断工程を実施することができ、研磨面や光学膜を傷付けることなく、ガラス光学素子を得ることができる。これにより、その後の分断工程で分断予定線に沿って成形体を個々のガラス光学素子に切断又は破断する際に、光学膜自体に切断又は破断時の影響を与えることなく、成形体を分断することができる。さらに、本発明の製法では、分断予定線を含む所定幅を除いて光学膜が被着された光透過面側から破断予定線に沿って切断刃を当接させるので、光学膜に損傷を与えることなく成形体を分断することができる。 By molding the flange portion described above, the molded body can be placed with the optical polishing side or optical film side facing up and the flange portion side facing down, so the surface on the optical polishing side or the optical film side is facing upward Thus, an optical polishing step and a dividing step can be performed, and a glass optical element can be obtained without damaging the polished surface and the optical film. Thereby, when the molded body is cut or broken into individual glass optical elements along the planned dividing line in the subsequent cutting step, the molded body is cut without affecting the optical film itself at the time of cutting or breaking. be able to. Further, in the manufacturing method of the present invention, the cutting blade is brought into contact along the planned fracture line from the light transmission surface side on which the optical film is applied except for the predetermined width including the planned split line, so that the optical film is damaged. The molded body can be divided without any problems.
このように本発明は、光学機器への組付け精度を向上させることができると共に、光学膜の耐久性を改善し長期的に安定した光学品質を維持することの可能なガラス光学素子及びその製造方法を提供することができる。 As described above, the present invention can improve the assembling accuracy to the optical apparatus, improve the durability of the optical film, and maintain the stable optical quality in the long term, and the manufacturing thereof. A method can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るガラス光学素子としての液晶プロジェクタ用のレンズアレイを示す斜視図であり、図2は、その平面図である。また、図3は、図2に示すレンズアレイのA−A断面図であり、図4は、図3のB部詳細図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a lens array for a liquid crystal projector as a glass optical element according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view thereof. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the lens array shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a detailed view of a portion B in FIG.
図1〜図4に示すように、インテグレータレンズ又はフライアイレンズなどとも称するレンズアレイ1は、矩形板状の外形を有し二つの主面が各々光透過面2、3として構成されている。この一方の光透過面2には、4行×5列に配列されたセル状レンズ(セル状に並ぶ複数のレンズ)5が形成されている。また、レンズアレイ1の光透過面2側には、セル状レンズ5の周縁を囲むフランジ部6が設けられている。セル状レンズ5は、このフランジ部6の表面よりも凹んだ位置に形成されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
また、レンズアレイ1の外縁を形成する四つの端面のうちの互いに隣接する所定の二つの端面は、金型加工により成形された金型加工面7により構成されている。一方、レンズアレイ1の外縁を形成する四つの端面のうちの金型加工面7を除く、互いに隣接する残りの二つの端面は、切断又は破断により分断加工された分断面8により構成されている。
In addition, two predetermined end faces adjacent to each other among the four end faces forming the outer edge of the
また、前者の金型加工面7の一部は、位置決め用の基準面9として形成されている。この基準面9は、光透過面2、3に対して垂直、すなわち光透過面2、3を透過する光の光軸に対して平行になるように構成されている。また、基準面9は、金型加工面7全体に対して相対的に突出する凸部として形成されている。なお、金型加工面7の基準面9以外の部位は、基準面9に対して相対的に凹部となる斜面10で形成されている。斜面10は、光透過面3側から光透過面2側に向かうにつれて僅かにレンズアレイ1の中心側に傾斜している。
In addition, a part of the former
また、図1〜図4に示すように、レンズアレイ1の少なくとも切断又は破断により形成された分断面8の各稜部には、面取り加工が施され、面取り部11が形成されている。なお、金型加工により形成された金型加工面の各稜部にもR面又はC面などによる面取り部が形成されている。さらに、セル状レンズ5が形成されていない他方の光透過面3は、光学研磨されており、その研磨面の上に真空蒸着又はスパッタリングにより成膜された光学膜として反射防止膜12が形成されている。この反射防止膜12は、分断面8から所定の間隔を空けて他方の光透過面3上に部分的に形成さている。詳述すると、この反射防止膜12は、光透過面2側のセル状レンズ5の形成領域を光透過面3側から少なくとも覆い、かつ光透過面3の外縁(分断面8)から、所定の間隔、例えば約1〜2mmの幅の後述する非成膜部分(図10Bの非成膜部26参照)を残して成膜されている。
Moreover, as shown in FIGS. 1-4, the chamfering process is given to each ridge part of the divided
なお、プロジェクタ用としてのレンズアレイ1の代表的なサイズを例示すると、レンズアレイ1が40〜70mm角で、セルサイズが縦3〜5mm、セルの縦横比が4:3〜16:9などであり、外周のフランジ部6の幅は、約2〜4mmである。なお、レンズアレイ1は、20mm〜40mm程度のサイズのものも勿論適用可能である。
A typical size of the
このようなレンズアレイ1は、例えば以下のようにしてプロジェクタの光学系に組み込まれて使用される。例えば、光透過面2、3側からみたレンズアレイ1の外形サイズに対応する開口部を持つ金属製の板金部品又は成形部品からなる枠体を用意する。さらに枠体には、その内側面に所定の位置決め面が設けられている。また、枠体には、板ばね、コイルスプリング、ボルトなど、位置決め面に対しレンズアレイ1の基準面9を押圧しつつ固定するための押圧固定部品が設けられている。レンズアレイ1の基準面9を枠体の位置決め面に強固に固定するために、この押圧固定部品に加え、接着材を併用してもよい。このような押圧固定部品や接着剤などを利用してレンズアレイ1が開口部に嵌め込まれた枠体は、プロジェクタの光学系の光路上に、その他の光学部品と光軸を一致させるようにして正確に位置決め固定される。また、金型加工面7に形成された斜面10は、当該斜面10に嵌合するように枠体に設けておいた係合片と係合させるようにしてもよい。
Such a
また、本実施形態のレンズアレイ1は、基準面9を有する金型加工面7とセル状レンズ5とが金型によって一体成形されている。これにより、基準面9からセル状レンズ5までの距離は、金型の精度によって決まるので、高い部品精度を得ることができる。したがって、上記枠体の位置決め面に対しレンズアレイ1の基準面9を位置合わせすることで、レンズアレイ1上のセル状レンズ5を所望の位置に高精度に位置決めすることができる。
In the
なお、図1〜図4では、金型加工面7の凸部を基準面9として適用しているが、凹部を基準面とすることも可能である。また、この基準面9は、図1及び図2に示すように、一つの端面に間隔を空けて二個所以上設けることで、位置合わせの精度が向上する。なお、金型加工面7の斜面10は、プレス成形での金型の抜き勾配でもある。
1 to 4, the convex portion of the
また、分断面8は、相対する側の基準面9と平行な面であることが望ましいが、レンズアレイ1と上記した枠体の位置決め面を密着させ得る押圧力を受け止めることができれば、基準面9と平行な面でなくてもよい。
The dividing
次に、本実施形態に係るレンズアレイ1の製造方法を、ガラス素材の作製、金型、プレス成形工程、研摩工程、反射防止膜の成膜工程及び分断工程の順に説明する。
Next, a method for manufacturing the
[ガラス素材の作製]
予め製品重量の1.3〜5倍のガラス素材を用意する。このガラス素材は、周知の方法で溶融されたガラスを型内に鋳込む、又は溶融炉から連続的に引き出してロッド状に成形し、適当な長さに切断するなどの方法で得る。プロジェクタ用のレンズアレイ1は、上述したように光源の近傍に配設されて高温になるため、温度変化による熱膨張が光学特性に影響しないようにガラス自体の耐熱性を確保する目的で、比較的低膨張のガラスが適用される。ここで、ガラスの熔融性やプレス成形による形状転写性などを考慮すると、平均線膨張係数が30×10-7/℃〜45×10-7/℃程度の硼珪酸ガラスが好適である。なお、平均線膨張係数が100×10-7/℃程度までのガラスは、使用可能である。ただし、この場合、ガラスの機械的強度及び耐熱強度を高めるために、風冷強化することが好ましい。この際の風冷強化は、強化処理後に切断するとガラスに割れが生じるおそれがあるため、成形体を各レンズアレイに分離した後に行うことが望ましい。また、本実施形態では、平均線膨張係数が32×10-7/℃の硼珪酸ガラスをガラス素材として用いる。
[Production of glass material]
Prepare a glass material 1.3 to 5 times the product weight in advance. This glass material is obtained by a method in which glass melted by a known method is cast into a mold, or continuously drawn from a melting furnace, formed into a rod shape, and cut into an appropriate length. Since the
[金型]
次に、プレス成形で用いる金型について、図5A〜図7Bに基づき説明を行う。ここで、図5Aは、レンズアレイ1の成形に用いる金型14の断面図であり、また、図5Bは、金型14を構成する上型15の底面図である。また、図6は、図5Aの金型14のプレス成形時の状態を模式的に示す断面図である。さらに、図7Aは、セル状レンズの中央部が凸形状となるレンズアレイ1を成形する場合に好適な金型の構造を示す断面図であり、図7Bは、セル状レンズの中央部が凹形状となるレンズアレイ1を成形する場合に好適な金型の構造を示す断面図である。
[Mold]
Next, the metal mold | die used by press molding is demonstrated based on FIG. 5A-FIG. 7B. Here, FIG. 5A is a cross-sectional view of the
図5Aに示すように、金型14は、上型15と下型16とから構成される。また、金型14は、図5A〜図6に示すように、製造すべきレンズアレイ1の反転形状を複数個分(図5Bの例示では4×2個分)有し、軟化状態のガラス材料をプレスし、複数個分のレンズアレイ1が一体成形された後述する成形体20aを得る。上型15は、セル状レンズ5を成形するための複数のレンズ成形面17を持つプランジャ18とレンズアレイ1の金型加工面7を形成するリング19とを備える。
As shown in FIG. 5A, the
下型16と協働して製品の厚さを決める上型15のリング19のプレス部分は、所望の製品肉厚より若干厚めの高さに設定されている。例えば、この高さは、製品肉厚が2.5mmの場合、3mm程度に設定される。成形体における余剰の厚みは、後に研削及び研摩される。
The press portion of the
また、図5Bに示すように、個々のレンズ成形面17は、レンズアレイ1のセル状レンズ5の反転形状で形成された4列×5行のセルを有する。上型15には、四つで一組の当該レンズ成形面17が二組設けられている。これにより、上型15は、下型16と協同しつつ八個分(レンズアレイ四個×二組)のレンズアレイ1が一体化された成形体20aを一度のプレスで成形する。さらに詳述すると、このような成形体20aは、所定の基準位置17aに対し、四個分のレンズアレイ1(四個分のセル状レンズ5)各々が、回転対称の関係を満たすように田の字状に配置された状態のものが2組分(レンズアレイ四個×二組分)一体成形される。
Further, as shown in FIG. 5B, each
なお、上述したプランジャ18は、図5Aに示したように、レンズアレイ1の反転形状を複数個分一体的に形成した一つの金型(単一の金型ブロック)で構成されることが好ましい。つまり例えば、プランジャ18のレンズ成形面17を成形するための金型ブロックを、レンズ成形面毎やセル状レンズの列又は行毎に別体とした入子構造とすることも可能である。しかしながら、入子構造とした個々の金型ブロックから、プレス成形時に成形される各レンズアレイ側に対し、均一に押圧力が加わらなかった場合、一体成形された単一の成形体20a上に肉厚の異なる複数のセル状レンズが形成される場合がある。
As shown in FIG. 5A, the
この場合、一体成形された上記成形体20aに対し研削及び研摩を行っても、セル状レンズ5の成形時の肉厚差を解消することができず、したがって、この後、成形体20aから分断されたレンズアレイ毎の個々のセル状レンズ5は、肉厚が異なるものとなり、光学的に同一の屈折特性が得られないという不具合を生じる。これに対し、レンズアレイ1の反転形状を複数個分一体的に形成した単一の金型ブロックからなるプランジャ18を用いた場合には、このような不具合が生じないので、一体成形された成形体20aに対し研削及び研摩を行い、さらにこの成形体20aの分断後、互いに同一の光学特性を持ったセル状レンズを搭載するレンズアレイを得ることができる。
In this case, even if grinding and polishing are performed on the integrally formed molded
なお、プランジャ18を入子構造にすることは、上記した不具合を生じるものの、以下のような目的を達成しようとする場合には有用である。つまり例えば、レンズアレイの外形を変更せずにセル状レンズ全体のレンズパターンにのみ変更を加えたい場合や、またプレス成形時、一つのセル状レンズにおける各セル間の段差に空気が溜まり金型形状が正確にガラスに転写できなくなることを防止する目的で、入子間の間隙を空気抜きとして利用する場合である。さらには、一つのセル状レンズの個々のセルのエッジ部など、金型の損耗が激しい部分の入子のみを差し替えて組み込むことで、容易かつ安価に金型を補修できるようにすることを目的とする場合である。
It should be noted that the
また、本実施形態のレンズアレイ1において、そのレンズアレイ本体の大きさや形状にもよるが、一回のプレス成形による成形型数(レンズアレイ1の成形数)が多くなると、成形面積が大きくなる。この場合、ガラスは、金型に熱を奪われ流動性が低下するため、肉不足不良になり易く、十分な展延性が得られず成形精度が低下する。ここで、平均線膨張係数が32×10-7/℃の硼珪酸ガラスをガラス素材とした場合で、かつレンズアレイ1の長さが例えば30mm程度までの場合、良好な転写精度で成形を行うことができる。これよりも平均線膨張係数が大きく成形性がよいガラス素材を適用した場合には、より大きなサイズのレンズアレイを成形することが可能となる。
Further, in the
また、レンズアレイ1の一方の光透過面にのみセル状レンズ5を形成する場合、他方の光透過面は平面であってもよい。また、図5A及び図6に示すように、下型16は、上型15の各々のレンズ成形面17の中心部分と対向する位置に断面が台形状の凸部21が形成されている。凸部21は、プレス成形時に下型16にガラス素材を搭載した際に、ガラス素材に対し上下方向の押圧力を十分に加えることを可能にし、凸部21の法線方向への反力で軟化状態のガラス素材を上型15の隅々にまで行き渡らせ、肉不足の防止及び転写精度の向上を図る。
When the
軟化状態のガラスが冷却する過程で、厚肉部分は相対的に冷却速度が遅くなるため、先に冷却固化した部分よりも熱収縮の影響が大きく現われ、いわゆるひけが発生するが、下型16の凸部21により、成形体20aに凹部が形成されるため、全体の冷却速度が均一化され、ひけの発生が防止される。また、成形体20aの下型16に加工成形される側の部位(後述する図7A、図7B及び図8Bの余剰肉厚部分24)は、後工程で研摩され、平面に加工されるが、凹部がある分、研削量が削減され、これにより研磨工程の工数が低減される。
During the process of cooling the softened glass, the cooling rate of the thick part is relatively slow, so that the influence of heat shrinkage appears more than the part that has been cooled and solidified first, and so-called sinks occur. Since the
また、レンズアレイ1の両面にセル状レンズ5を形成する場合には、下型16にもセル状レンズ5の反転形状を有するレンズ成形面を形成した金型を用い、レンズアレイの各面の光軸を一致させるべく、上型と下型とに相互に係合するキー及びキー溝などを設け、上型及び下型の位置精度の向上を図る。
Further, when the
なお、図6に示す下型16の上述した凸部21の形状は、成形されるセル状レンズ5の形状に合せて、成形体の表裏面間の厚さがほぼ一定となるような形状に設定することが好ましい。例えば、図7Aに示すように、中心部に向かって凸となる形状のセル状レンズ5aの場合、下型16の凸部21aもセル状レンズ5aのレンズ面とほぼ平行な凸形状とすることが望ましい。一方、図7Bに示すように、周縁部の肉厚が厚く中心に向かって凹となる形状のセル状レンズ5bの場合、下型16の凸部21bもその周縁部が高く中央部が低い凹形状とすることが好ましい。これらの場合、下型16の凸部21a、21bの表面にセル状レンズ5a、5bと同様のセル形状を設ける必要はなく、全体として成形体の表裏面間の厚さがほぼ一定(表裏面がほぼ平行)となるような形状であればよい。これにより、成形されるガラスの展延性を損なうことなく成形体20aの肉厚をほぼ一定とし、部分的な熱収縮差の影響を最小限にとどめることができる。
The shape of the
[プレス成形工程]
上記ガラス素材を、例えば炉内温度1200℃に設定した電気炉などにより加熱して、ガラス素材の表面温度がおよそ1000℃になるまで加熱する。
[Press forming process]
The glass material is heated by, for example, an electric furnace set at a furnace temperature of 1200 ° C. until the surface temperature of the glass material reaches approximately 1000 ° C.
加熱されたガラス素材を下型16に載置し、上型15を下降させて押圧力を加え、金型形状を転写しプレス成形する。この際、精度良く転写を行うために、上型15に押圧力を加えたまま、この状態を所定時間保持する。保持時間は、ガラスの材質や製品サイズにもよるが、例えば10数秒から数10秒程度である。上型15は、ガラスが冷却された後、上昇させる。
The heated glass material is placed on the
また、連続成形による金型の温度上昇に起因して、工程条件が変動することを回避するために、金型14の温度をモニタし、所定の温度を超えた場合には金型14の表面に空気(ブローエア)を吹き付けたり、金型14の内部に冷却媒体を循環させるなどして金型14の温度を管理する。
Further, in order to avoid the process conditions from fluctuating due to the temperature rise of the mold due to continuous molding, the temperature of the
さらに、本プレス成形では、製品重量に比べ、過剰のガラス素材をプレスするため、上型15と下型16とは直接接触しない構成となる。このため、下型16の外縁の位置(外形サイズ)は、特に規定されるものではない。また、上型15のリング19は、成形部分を凸として外方に向かって後退する形状を持つ。このため、プレス時にガラスは、金型との接触によって急激に冷却固化することなく、金型14内に展延され、余剰のガラスは金型外にはみ出すことで流動抵抗が軽減され、高い転写精度を得ることができる。
Furthermore, in this press molding, since an excessive glass material is pressed compared to the product weight, the
ここで、本プレス成形工程では、リヒートプレスを適用している。このリヒートプレスでは、一旦冷却固化したガラス素材を外部から加熱軟化させるので、ガラス素材の表面付近の温度よりも内部の温度の方が相対的に低くなり、成形後の表面と内部との温度差が小さく、ひけの影響が小さくなる。さらに、このようにして成形された図6に示す成形体20aは、徐冷炉によって徐冷された後、はみ出し部分22が切除される。
Here, a reheat press is applied in this press molding process. In this reheat press, the glass material once cooled and solidified is heated and softened from the outside, so the internal temperature is relatively lower than the temperature near the surface of the glass material, and the temperature difference between the surface after molding and the inside Is small and the influence of sink marks is small. Furthermore, after the molded
[研摩工程]
次に、研摩工程について、図8A〜図8Cに基づき説明を行う。ここで、図8Aは、はみ出し部分22切除後の四個分のレンズアレイ1が一体となった成形体20bを例示した平面図であり、図8Bは、その断面図である。また、図8Cは、図8Bに示した成形体20bに研磨を施して得られた成形体20cを示す断面図である。
[Polishing process]
Next, the polishing process will be described based on FIGS. 8A to 8C. Here, FIG. 8A is a plan view illustrating a molded
まず、図8Bに示すように、成形体20bのセル状レンズ5が形成されていない側の他方の光透過面3を研削及び研摩する。すなわち、下型16の凸部21により成形された凹部23を含む他方の光透過面3側の余剰肉厚部分24を研削及び研摩し、その後、ラッピングにより肉厚をほぼ製品形状に整え、さらにポリッシング加工によって光学研摩を行う。
First, as shown in FIG. 8B, the other
この結果、余剰肉厚部分24が成形体20bから除去され、図8Cに示すように、端面が金型加工面7からなる四個分のレンズアレイ1が一体化された成形体20cが得られる。
As a result, the excessively
[成膜工程]
次に、成膜工程について、図9A、図9B及び図10A、図10Bに基づき説明を行う。ここで、図9Aは、研磨工程を経て得られた成形体20cをホルダ25で保持した状態を示す平面図であり、図9Bは、そのC−C断面図である。また、図10Aは、成膜工程を経て得られた成形体20dを反射防止膜12側からみた平面図であり、図10Bは、そのD−D断面図である。
[Film formation process]
Next, the film forming process will be described with reference to FIGS. 9A, 9B, 10A, and 10B. Here, FIG. 9A is a plan view showing a state in which the molded
まず、成形体20cのセル状レンズ5が形成されていない側の他方の光透過面3のうち、光学的機能領域、すなわち、セル状レンズ5の形成領域を他方の光透過面3側から覆う領域に対し反射防止膜12を真空蒸着、スパッタリングなどの方法で成膜する。ここで、反射防止膜としては、例えばSiO2、TiO2又はSiO2/TiO2多層膜などが適当である。また、必要に応じて光源からの紫外線を遮断するための膜を形成してもよい。
First, of the other
上述した枠体としてのホルダ25は、図9A及び図9Bに示すように、成形体20cの外周部分を支持する支持部29と、成形体20cをレンズアレイ毎に分断するための分断予定線30を含む所定幅に反射防止膜12が成膜されないようにする桟状のマスク部28と、で画成された四つの開口部27を有する。このホルダ25は、成形体20cのセル状レンズ5に対応した光学的機能領域が成膜され、かつ光透過面3の外縁(分断面8)から、所定の間隔、例えば約1〜2mmの幅の後述する非成膜部分(図10Bの非成膜部26参照)を残して成膜されるように支持部29及びマスク部28の幅が設定されている。支持部29の幅は、例えば幅1mm〜2mm程度、マスク部28の幅は、例えば幅2mm〜4mm程度に設定することができる。なお、マスク部28の幅は、必要な成膜範囲を確保でき、しかも成膜部分が成形体20cの分断に影響を受けない領域であれば適宜変更可能である。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the
このようにして得られた成形体20dは、図10A及び図10Bに示すように、一方の光透過面2側のセル状レンズ5の形成領域を他方の光透過面3側から完全に覆う範囲、すなわち、セル状レンズ5よりもやや広い範囲に反射防止膜12が被覆されている。詳細には、成形体20dは、その外縁部に1mm〜2mmの幅があり、かつ各レンズアレイ1の隣接する境界部分(成形体20dを分断するための分断予定線30を含む部分)に2mm〜4mm幅の非成膜部26を有する。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the molded
なお、本実施例では、成形体20cの一方の光透過面3側(研磨面側)にのみ反射防止膜12を成膜した例を説明したが、セル状レンズ5の表面に成膜を行う場合には、ホルダ25に対し成形体20cの表裏を逆向きにセットすれば、上記同様マスクが施され、必要な光学的機能領域にのみ成膜することができる。また、光学膜として紫外線カット膜、赤外線カット膜などを成膜する場合でも、上記同様、成形体20dの外縁部および各レンズアレイ1の隣接する境界部分に非成膜部26を形成できる。
In the present embodiment, the example in which the
[分断工程]
最後に、分断工程について図11に基づき説明を行う。ここで、図11は、成形体20dが四つのレンズアレイに分断された状態を示す平面図である。
[Parting process]
Finally, the dividing process will be described with reference to FIG. Here, FIG. 11 is a plan view showing a state in which the molded
図11に示すように、反射防止膜12の成膜された成形体20dを(分断予定線30に沿って)四つのレンズアレイ1に分断する。分断方法は、特に制限されるものではなく、スライサ、ダイシングソーなどの精密切断装置を用いることにより、正確な外径寸法と、成形体20dの表面(レンズアレイ1の光透過面2、3)に沿った方向に垂直な切断面が得られる。簡便な方法として、カッタで成形体20dの表面に直線状の傷をつけ(分断予定線30を刻み)、これを折り曲げて破断することによる切り離しも可能である。切り離しの後には、必要に応じて切断面の稜部の面取りを行ないレンズアレイ1を得る。この際、面取り部分の幅が反射防止膜12にかからないように面取りを行うことで、反射防止膜(光学膜)12の損傷を防止する。言い換えると、あらかじめ面取に必要な幅を考慮して非成膜部26の幅(上記成膜工程におけるホルダの支持部29およびマスク部28の幅)を設定することが好ましい。
As shown in FIG. 11, the molded
こうして得られるレンズアレイ1では、切断又は破断による分断面8ではない金型加工面7により、プロジェクタなどの光学機器に対するレンズアレイ1の位置決めを行なえるので、分断面8の精度は多少粗くても支障がなく、スクライブによる分断加工などを適用することができる。また、金型加工面7は、分断時の位置出し用の基準面として利用することもできる。
In the
また、このようなレンズアレイ1では、金型加工面7の基準面9により光学的中心の割り出し、あるいは位置決めを行えるため、芯取加工を必要としない。また、レンズアレイ1は、フランジ部6を有し、このフランジ部6の表面よりもセル状レンズ5の表面が凹んだ位置になる構成を有する。したがって、レンズアレイ1によれば、切断加工などの際にセル状レンズ5の表面を下向きに載置した場合でも、セル状レンズ5が直接載置面に触れることはなく、セル状レンズ5の汚染や傷つきが防止される。
Further, in such a
さらに、スクライブなどによる切断の後、分断面を整えるために、分断面を研削及び研磨する際には、金型加工面7を基準として複数枚のレンズアレイ1を揃え、この複数枚重ねた状態でレンズアレイ1を研削及び研磨することで、均等な加工を行なうことができる。この際、フランジ部6がセル状レンズ5の表面よりも突出しているので、互いに重ねられるレンズアレイ1どうしはフランジ部6が当接することになり、セル状レンズ5の損傷が防止される。
Further, after cutting by scribing or the like, when the divided surface is ground and polished in order to prepare the divided surface, a plurality of
(第2の実施の形態)
次に、本発明を実施したレンズアレイ1を光学系に適用した液晶プロジェクタについて図12に基づき説明を行う。
(Second Embodiment)
Next, a liquid crystal projector in which the
同図12に示すように、投射型表示装置の一つである液晶プロジェクタ70は、偏光照明装置90と、導光部99と、ダイクロイックミラー71、74と、反射ミラー72と、三枚の液晶ライトバルブ73、75、81と、クロスダイクロイックプリズム83と、投射レンズ84と、から主に構成される。
As shown in FIG. 12, a
ダイクロイックミラー71、74は、白色光Wを赤色光R、緑色光G、青色光Bの三色の色光に分離するための色光分離部である。三枚の液晶ライトバルブ73、75、81は、与えられた画像信号に従って、三色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調部として機能する。クロスダイクロイックプリズム83は、三色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成部として機能する。投射レンズ84は、合成されたカラー画像を表す光をスクリーン85上に投射する投射光学系である。
The dichroic mirrors 71 and 74 are color light separation units for separating the white light W into three color lights of red light R, green light G, and blue light B. The three liquid
ダイクロイックミラー71は、偏光照明装置90から出射された白色光Wの光束の赤色光Rの成分を透過させるとともに、青色光Bの成分と緑色光Gの成分とを反射する。透過した赤色光Rは、反射ミラー72で反射されて赤色光用の液晶ライトバルブ73に入光する。一方、ダイクロイックミラー71で反射された青色光Bと緑色光Gのうちで、緑色光Gは、ダイクロイックミラー74によって反射され、緑色光用の液晶ライトバルブ75に入光する。他方、青色光Bは、ダイクロイックミラー74を透過し導光部99に入光する。
The
ここで、この構成の液晶プロジェクタ70では、図12に示すように、青色光Bの光路長が三つの色光のうち最も長くなる。そこで、ダイクロイックミラー74の後段には、リレーレンズ系で構成された上述した導光部99が設けられている。すなわち、青色光Bは、ダイクロイックミラー74を透過した後に、まず、入射レンズ76及び反射ミラー77を経て、リレーレンズ78に導かれる。さらに、リレーレンズ78を通過した青色光Bは、反射ミラー79によって反射されて出射レンズ80に導光され、青色光用の液晶ライトバルブ81に入光する。
Here, in the
三つの液晶ライトバルブ73、75、81は、図示しない外部の制御回路から与えられた画像情報である画像信号にしたがって、それぞれの色光を変調し、それぞれの色成分の画像情報を含む色光を生成する。変調された三つの色光は、クロスダイクロイックプリズム83に入射する。クロスダイクロイックプリズム83には、赤色光Rを反射する誘電体多層膜と、青色光Bを反射する誘電体多層とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー映像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ84によってスクリーン85上に投射され、映像が拡大されて表示される。
The three liquid
また、液晶プロジェクタ70の偏光照明装置90は、光源部91と偏光発生装置92とから構成されている。光源部91は、s偏光成分とp偏光成分とを含むランダムな変偏光方向の光束を出射する。光源部91から出射された光束は、偏光発生装置92によって偏光方向がほぼ揃った一種類の直線偏光、例えばs偏光光に変換される。
Further, the
また、光源部91は、光源ランプと、放物面リフレクタとを備えている。光源ランプから放射された光は、放物面リフレクタによって一方的に反射され、略平行な光束となって偏光発生装置92に入射する。なお、モバイル用など小型の液晶プロジェクタでは、反射鏡からの光束を絞って光学系を小型化する目的で、楕円面反射鏡が用いられることが多い。
The
偏光発生装置92は、第1の光学要素93と、第2の光学要素98とを備えている。第1の光学要素93及び第2の光学要素98は、互いの中心が光軸と一致するように配置されている。また、第2の光学要素98は、光学素子94と出射側レンズ97とを備えている。そして、光学素子94及び出射側レンズ97は、各々の中心が光軸と一致するように配置されている。
The
光学素子94は、集光レンズアレイ95と二つの偏光変換素子アレイ96とを備えている。集光レンズアレイ95は、第1の光学要素93と同一構造のレンズアレイであり、相対する向きに配置される。また、集光レンズアレイ95は、第1の光学要素93とともに、各光束分割レンズで分割された複数の分割光束を集光する役割を有する。偏光変換素子アレイ96は、入射された光束を一種類の直線偏光光、例えばs偏光光に変換して出射する機能を有する。
The
ここで、集光レンズアレイ95及び第1の光学要素93として上述したレンズアレイ1が適用されている。レンズアレイ1は、矩形板状の輪郭を有する微小な光束分割レンズ(セル状レンズ5)が、縦方向にM行、横方向にN列のマトリックス状に配列された構成を有する。レンズアレイ1では、金型加工面7で構成された基準面9を有することで、レンズアレイ1の中心と光軸中心、光軸とレンズアレイ1の向きとを正確に位置合わせすることができる。これにより、正確な光路が得られ、液晶プロジェクタ70の光の利用効率を高めるとともに投光画像を明るく保ち、照度むらなどの不都合が生じることを回避できる。また、本実施形態に係る液晶プロジェクタ70に組み込まれたレンズアレイ1では、金型加工面7や分断面8から所定の間隔を空けて反射防止膜12が形成されているため、液晶プロジェクタ70への組み込み時に反射防止膜12が係止具などに直接接触することを回避でき、これにより係止部分からの膜剥れや膜クラックの発生を防止できる。
Here, the
以上、本発明を各実施の形態により具体的に説明したが、本発明は、これらの実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 The present invention has been specifically described above with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
(他の実施の形態)
上述した第1の実施形態では、四枚分のレンズアレイが一体で成形された成形体に対し、研磨や成膜加工を施す製法について例示したが、例えば図13Aに示すように、八枚分のレンズアレイ1が一体で成形された成形体50に対し、研磨、成膜加工を行い、その後、レンズアレイを一枚ずつ分断するようにしてもよい。この場合、図13Aの各セル状レンズ5上に示した矢印の方向が、レンズアレイ1の分断後、上方向となる金型で成形を行うことで、分断後の各レンズアレイ1の左側(矢印の方向をレンズアレイ1の上とした場合の左側)の端面が金型加工面7となる。すなわち、この金型加工面7を基準として光学機器への組付けを行うことで、精度の高い組み付けが実現される。また、図13Bは、六枚分のレンズアレイ1が一体で成形された成形体55を示すもので、図中、各セル状レンズ5上に示した矢印の方向が、レンズアレイ1の分断後、上方向となる金型で成形を行うことで、分断後の各レンズアレイ1の下側(矢印の方向をレンズアレイ1の上とした場合の下側)の端面が金型加工面7となる例である。この例も同様に、高精度な組み付けが実現される。さらにまた、図示しないが二枚分のレンズアレイが一体で成形された成形体に対し、研磨、成膜加工を行い、その後、レンズアレイを一枚ずつ分断するようにしてもよい。この場合、二枚分のレンズアレイを、図13A又は図13Bの上下に位置する一組分のレンズアレイと同様の位置関係とすることで、分断後、分断面を除く三つの端面が金型加工面となる。
(Other embodiments)
In the first embodiment described above, a manufacturing method in which polishing or film forming processing is performed on a molded body in which four lens arrays are integrally formed is illustrated. For example, as shown in FIG. The molded
また、一体に成形されるレンズアレイの枚数は、各レンズアレイの大きさによっても異なるが、プレス成形時のガラスの展延性(形状転写精度)を考慮して適宜設定することができる。さらに、上記実施形態においては、各レンズアレイ1のフランジ部6の表面よりもセル状レンズ5の表面が凹んでいる形状のものについて説明したが、本発明は、フランジ部よりもセル状レンズの表面が凸となった形状のレンズアレイにも適用可能である。
The number of lens arrays that are integrally molded varies depending on the size of each lens array, but can be set as appropriate in consideration of the spreadability (shape transfer accuracy) of the glass during press molding. Furthermore, in the said embodiment, although the thing of the shape where the surface of the
また、上記した第1の実施形態では、主にレンズアレイの一方の光透過面にのみセル状レンズを形成する場合について詳述したが、レンズアレイの製造方法の[金型]の欄で例示したように、レンズアレイ1の両面にセル状レンズ5を形成する場合には、下型16にもセル状レンズ5の反転形状を有するレンズ成形面を形成した金型を用いてプレス成形を行う。この場合、上記第1の実施形態における研磨工程は不要となる。
Further, in the first embodiment described above, the case where the cellular lens is mainly formed only on one light transmitting surface of the lens array has been described in detail, but it is exemplified in the [mold] column of the lens array manufacturing method. As described above, when the
ただし、第1の実施形態と同様、製品重量に比べ過剰のガラス素材をプレスして金型からはみ出した余剰のガラスを切除した場合には、その切断面をプロジェクタなどの照明装置への組みつけの障害にならないように研削又は研磨して整えることが好ましい。過剰のガラス素材を用いず(適正量のガラス素材を用い)、成形時、上型と下型の周縁部が密接するようにした金型でプレス成形する場合には、ガラスのはみ出しが生じないので、原則として成形体の端面を研削又は研磨するには及ばない。次いで、成膜工程では、第1の実施形態におけるセル状レンズ5の表面に成膜を行う場合と同様にして必要な光学的機能領域にのみ成膜を行った後、分断予定線に沿って四つのレンズアレイに分断する(その他の点は第1の実施形態に同じ)。このようにレンズアレイ1の両面にセル状レンズ5を形成する場合でも、上記第1の実施形態とほぼ同様に前記分断面から所定の間隔を空けて光学膜が形成されたレンズアレイを得ることができる。
However, as in the first embodiment, when excessive glass material is pressed compared to the product weight and excess glass protruding from the mold is cut, the cut surface is assembled to a lighting device such as a projector. It is preferable to prepare by grinding or polishing so as not to obstruct. When an excess glass material is used (a proper amount of glass material is used) and press molding is performed with a mold in which the periphery of the upper mold and the lower mold are in close contact with each other during molding, the glass does not protrude. Therefore, in principle, it is not necessary to grind or polish the end face of the molded body. Next, in the film forming process, the film is formed only on the necessary optical functional area in the same manner as when the film is formed on the surface of the
ここで、レンズアレイの両面にセル状レンズを形成する場合の製造方法を整理すると、二つの主面が各々光透過面として構成されると共に両方の前記光透過面にセル状レンズを有する矩形板状のガラス光学素子を製造する製造方法であって、製造すべき前記ガラス光学素子の反転形状をそれぞれ複数個分有する上型と下型とにより、軟化状態のガラス材料をプレスし、複数個分の前記ガラス光学素子が一体成形された成形体を得るプレス成形工程と、前記光透過面上に定められている成形体分断のための分断予定線を含む所定幅をマスクし、マスクした光透過面上に光学膜を被着させる成膜工程と、前記成膜工程で前記光学膜を被着された前記成形体を前記分断予定線に沿ってガラス光学素子毎に分断する分断工程と、を有することを特徴とするガラス光学素子の製造方法となる。 Here, when the manufacturing method in the case of forming the cellular lenses on both surfaces of the lens array is arranged, the rectangular plate having the two main surfaces as light transmitting surfaces and having the cellular lenses on both the light transmitting surfaces. A method of manufacturing a glass optical element having a shape, wherein a glass material in a softened state is pressed by an upper mold and a lower mold each having a plurality of inverted shapes of the glass optical element to be manufactured. A press molding step for obtaining a molded body in which the glass optical element is integrally molded, and a predetermined width including a predetermined cutting line for dividing the molded body defined on the light transmitting surface, and masked light transmission A film forming process for depositing an optical film on a surface, and a dividing process for dividing the molded body on which the optical film is applied in the film forming process for each glass optical element along the planned dividing line. Characterized by having A method of manufacturing a glass optical element that.
本発明によれば、光学機器への組付け精度に優れたガラス光学素子を精密な後加工に頼ることなく生産性良く製造でき、しかも光学膜の耐久性にも優れるので、その産業上の価値は大きい。 According to the present invention, a glass optical element having excellent assembly accuracy to an optical instrument can be manufactured with high productivity without relying on precise post-processing, and the optical film has excellent durability. Is big.
1…レンズアレイ、2,3…光透過面、5,5a,5b…セル状レンズ、6…フランジ部、7…金型加工面、8…分断面、9…基準面、11…面取り部、12…反射防止膜(光学膜)、14…金型、20a,20b,20c,20d,50,55…成形体、24…余剰肉厚部分、25…ホルダ、26…非成膜部、27…開口部、28…マスク部、29…支持部、30…分断予定線、70…液晶プロジェクタ、93…第1の光学要素、95…集光レンズアレイ。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
四つの端面のうちの幾つかを構成する金型加工により成形された金型加工面と、
前記金型加工面を除く残りの端面を構成する切断又は破断により分断加工された分断面と、
前記分断面から所定の間隔を空けて少なくとも一方の光透過面上に部分的に形成された光学膜と、
を具備することを特徴とするガラス光学素子。 Two principal surfaces are each configured as a light transmission surface, and is a rectangular plate-like glass optical element in which a cellular lens is formed on at least one of the light transmission surfaces,
A die machining surface formed by die machining that constitutes some of the four end faces;
A divided cross-section formed by cutting or breaking constituting the remaining end surface excluding the mold-worked surface;
An optical film partially formed on at least one light transmission surface at a predetermined interval from the dividing surface;
A glass optical element comprising:
製造すべき前記ガラス光学素子の反転形状を複数個分有する金型により、軟化状態のガラス材料をプレスし、複数個分の前記ガラス光学素子が一体成形された成形体を得るプレス成形工程と、
前記プレス成形工程で得られた前記成形体の前記セル状レンズの形成されていない他方の前記光透過面側を光学研磨する光学研磨工程と、
前記光学研磨工程で光学研磨された前記他方の光透過面上に定められている成形体分断のための分断予定線を含む所定幅をマスクし、マスクしたこの他方の光透過面上に光学膜を被着させる成膜工程と、
前記成膜工程で前記光学膜を被着された前記成形体を前記分断予定線に沿ってガラス光学素子毎に分断する分断工程と、
を有することを特徴とするガラス光学素子の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing a rectangular plate-like glass optical element having two principal surfaces each configured as a light transmission surface and having a cellular lens on one of the light transmission surfaces,
A press molding step of pressing a softened glass material with a mold having a plurality of inverted shapes of the glass optical elements to be manufactured, and obtaining a molded body in which a plurality of the glass optical elements are integrally molded;
An optical polishing step of optically polishing the other light transmitting surface side of the molded article obtained by the press molding step, on which the cellular lens is not formed,
Masking a predetermined width including a predetermined dividing line for dividing the molded body, which is defined on the other light transmission surface optically polished in the optical polishing step, and an optical film on the masked other light transmission surface A film forming process for depositing;
A dividing step of dividing the molded body on which the optical film is applied in the film forming step for each glass optical element along the planned dividing line;
A method for producing a glass optical element, comprising:
前記分断工程では、前記分断予定線を含む所定幅を除いて前記光学膜が被着された前記他方の光透過面側から、当該破断予定線に沿って切断刃を当接させることにより、前記成形体がガラス光学素子毎に分断されることを特徴とする請求項10又は11記載のガラス光学素子の製造方法。 In the press molding step, a flange portion that surrounds the periphery of each cellular lens for each glass optical element is molded, and each cellular lens is molded at a position recessed from the surface of the flange portion,
In the dividing step, from the other light transmission surface side on which the optical film is deposited except for a predetermined width including the dividing line, by bringing a cutting blade into contact along the cutting line, The method for producing a glass optical element according to claim 10 or 11, wherein the molded body is divided for each glass optical element.
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