JP2008239379A - 光学素子の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の製造装置及び製造方法において、プレス位置を正確に制御して、成形される光学素子の中心厚精度を向上させる。
【解決手段】型セット１に収納した光学素子素材を加熱軟化させて成形する光学素子の製造装置１０において、装置１０内に投入される基準ゲージ１９の高さを測定する測定手段（１６）と、この測定手段（１６）による基準ゲージ１９の高さ測定値に基づき型セット１のプレス位置を補正する制御手段（１８）とを備える構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子を製造する光学素子の製造装置及び製造方法に関し、更に詳しくは、光学素子の中心厚精度を向上させる光学素子の製造装置及び製造方法に関する。

従来、ガラスレンズ等の光学素子を高精度かつ安価に製造する方法として、加熱軟化させたガラス素材を、成形用型によってプレスして冷却・固化することで、その型が有する光学面形状や表面粗さを成形転写してガラス光学素子を得る方法が知られている。

ガラスレンズのレンズ中心厚を決定する方法としては、図６に示す型セット３１のように、光学素子素材３２を挟み込んだ上型３３及び下型３４の外周に位置するスリーブ３５の更に外周に位置する外胴型３６がストッパーとして作用するように、外胴型３６の位置関係を規定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、成形型の高さ及び加熱時における伸び並びにプリフォーム（光学素子素材）の伸びから、プレス目標位置を予め算出しておき、プレスする際に、プレス位置を検出しつつ検出位置がプレス目標位置Ｈになるまで加重を加えていくことにより光学素子を成形する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平３−２９５８２５号公報 特開２００６−１７６３５６号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の方法では、外胴型３６を各型セット３１に合わせて製作する必要があり、製作に時間がかかり、コストも高くなるといった問題がある。また、外胴型３６の製作時のばらつきや、繰り返し使用することによる外胴型３６の上下端部の縮み（プレスによる）で形状が変化することで、レンズ中心厚精度が悪化してしまうという問題もある。

また、上記特許文献２記載のように、予めプレス目標位置を算出しておき、プレス位置を検出しつつ成形を行う方法では、成形装置を加熱して稼動させると、プレス軸や成形室が温度変化により伸縮して、ヒータブロック下の上面とヒータブロック上との下面との間隔が変動してしまい、レンズ中心厚精度が悪化してしまうという問題がある。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、プレス位置を正確に制御して、成形される光学素子の中心厚精度を向上させることのできる光学素子の製造装置及び製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造装置は、型セットに収納した光学素子素材を加熱軟化させて成形する光学素子の製造装置において、装置内に投入される基準ゲージの高さを測定する測定手段と、この測定手段による上記基準ゲージの高さ測定値に基づき上記型セットのプレス位置を補正する（例えば、測定手段の測定原点を補正する）制御手段とを備える構成とする。

また、上記投入される基準ゲージと上記型セットとを判別する基準ゲージ判別手段を更に備える構成とするとよい。
また、上記型セットから識別番号を読み取る読取手段を更に備え、上記制御手段は、上記読み取った型セットの識別番号に応じて、この型セットのプレス位置を個別に制御する構成とするとよい。

上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、型セットに収納した光学素子素材を加熱軟化させて成形する光学素子の製造方法において、装置内に基準ゲージを投入し、この基準ゲージの高さを測定し、この測定された上記基準ゲージの高さに基づき上記型セットのプレス位置を補正し、この補正されたプレス位置で上記光学素子素材を成形するようにする。

また、上記投入される基準ゲージと上記型セットとを判別し、上記判別された基準ゲージの高さを測定するようにするとよい。
また、上記型セットから識別番号を読み取り、この読み取った型セットの識別番号に応じて、この型セットのプレス位置を個別に制御するようにするとよい。

また、上記基準ゲージの材質は、上記型セットの材質と同じであるようにするとよい。
また、上記基準ゲージの高さは、上記型セットのプレス成形後の高さと同じであるようにするとよい。

本発明では、装置内に投入される基準ゲージの高さを測定し、この測定された上記基準ゲージの高さに基づき上記型セットのプレス位置を補正している。そのため、プレス軸や成形室の熱による伸縮の影響を抑え、レンズ中心厚が成形を繰り返すことによって変動するのを防ぐことができる。よって、本発明によれば、プレス位置を正確に制御して、成形される光学素子の中心厚精度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る光学素子の製造装置及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る成形前の型セットを示す断面図である。図２は、成形後の上記型セットを示す断面図である。

図１において、型セット１は、光学素子素材としてのガラス素材２、上型３、下型４及びスリーブ５から構成されている。ガラス素材２は、上型３の成形面３ａと下型４の成形面４ａとの間に配置されている。そして、上型３及び下型４は、円筒形状のスリーブ５内に配置されている。

図２において、型セット１の高さは、ガラス素材２をプレス成形する目標高さであるプレス目標位置Ｈとなっている。このプレス目標位置Ｈは、〔上型３の上面から成形面３ａの頂点（最上部）までの長さＨ１〕と、〔下型４の底面から成形面４ａの頂点（最下部）までの長さＨ２〕と、〔プレス成形後のガラス素材２の中心厚さｔ〕との和により求められる。

詳しくは後述するが、型セット１には、個別に識別番号が設定され、この識別番号毎に型セット１のプレス目標位置Ｈが設定・管理されている。
図３は、本発明の一実施の形態に係る光学素子の製造装置の内部構成を示す概略断面図である。

同図において、光学素子の製造装置１０には、成形室１１内に、加熱ステージ１２、プレスステージ１３、第１冷却ステージ１４及び第２冷却ステージ１５が配置されている。
これら４つのステージ１２，１３，１４，１５は、それぞれ、断熱ブロック下１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ、ヒータブロック下１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ、断熱ブロック上１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ、ヒータブロック上１２ｄ，１３ｄ，１４ｄ，１５ｄ、軸１２ｅ，１３ｅ，１４ｅ，１５ｅ、及び、シリンダ１２ｆ，１３ｆ，１４ｆ，１５ｆから構成されている（以下、ステージ１２，１３，１４，１５の構成要素について、全ステージに共通する説明の際には、加熱ステージ１２の符号のみを付す）。なお、各軸１２ｅを駆動する各シリンダ１２ｆは、成形室１１の上面から一定の高さ位置に、不図示の支持部材により支持されて固定されている。

各ステージ１２，１３，１４，１５のヒータブロック下１２ｂは、成形室１１内に設置された断熱ブロック下１２ａの上部に配置されている。一方、ヒータブロック上１２ｄは、断熱ブロック上１２ｃの下部に配置され、この断熱ブロック上１２ｃと共に軸１２ｅ及びシリンダ１２ｆによって上下動可能となっている。

ヒータブロック下１２ｂとヒータブロック上１２ｄとの間には、型セット１を挟み込むための間隔が設けられている。そして、型セット１がヒータブロック下１２ｂに配置された際に、軸１２ｅ及びシリンダ１２ｆによってヒータブロック上１２ｄが降下するようになっている。

成形室１１には、型セット１を投入するための投入口１１ａと、型セット１を搬出するための搬出口１１ｂとが形成されている。また、成形室１１には、投入口１１ａへの投入前の型セット１が載置される投入台１１ｃと、搬出口１１ｂから搬出された後の型セット１が載置される搬出台１１ｄとが配置されている。

投入台１１ｃの上方には、基準ゲージ判別手段及び識別番号読取手段を兼ねるセンサ１６が、成形室１１の外壁に固定されて配置されている。センサ１６は、成形室１１内に投入される基準ゲージ１９と型セット１とを判別すると共に、型セット１から識別番号を読み取っている。センサ１６には、例えば光学センサを用いることができる。

基準ゲージ１９と型セット１との判別は、例えば、型セット１の上面に付した識別番号の有無、或いは、基準ゲージ１９や型セット１の上面に付した目印を、センサ１６が読み取ることで判別すればよい。

プレスステージ１３のシリンダ１３ｆの側面には、高さ方向において、ヒータブロック下１３ｂの上面に対するヒータブロック上１３ｄの下面の位置を測定する測定手段としての変位計１７が配置されている。この変位計１７は、その検出端子となるピン１７ａが、成形室１１の上面に固定されたピン接触部１１ｅに接触して縮む量によって、変位計１７の測定原点からの変位量に基づき、ヒータブロック下１３ｂの上面に対するヒータブロック上１３ｄの下面の位置を測定している。

制御部１８は、センサ１６及び変位計１７に加え、各ステージ１２，１３，１４，１５にも接続され、各ステージ１２，１３，１４，１５のヒータブロック下１２ｂ及びヒータブロック上１２ｄの温度管理をしている。

また、制御部１８は、変位計１７により測定する基準ゲージ１９の高さ測定値に基づき、測定した基準ゲージ１９の高さ測定値に狂いが生じていた場合には、変位計１７の測定原点を補正することで、変位計１７による測定値に対するヒータブロック上１３ｄ下面の実際の位置を補正することとなり、プレスステージ１３の型セット１のプレス位置を補正している。

更に、制御部１８は、センサ１６により読み取った型セット１の識別番号に応じて、型セットデータベース１８ａから型プレス目標位置Ｈを抽出し、プレスステージ１３における型セット１のプレス位置を個別に制御している。

なお、本実施の形態では、単一の制御部１８によって、基準ゲージ１９の高さ測定値に基づくプレス位置の補正と、型セット１の識別番号に基づく型セット１のプレス位置の個別制御とを行っているが、これらを複数の制御部により別個に行うことも可能である。また、ヒータブロック下１２ｂ及びヒータブロック上１２ｄの温度管理については、更に別個の制御部を配置して制御することも可能である。

図４は、上記光学素子の製造装置１０に投入される基準ゲージ１９を示す側面図である。図５は、上記製造装置１０のプレスステージ１３においてプレス成形された型セット１を示す断面図である。

図４に示す基準ゲージ１９の高さＨｓは、図５に示すようにヒータブロック下１３ｂとヒータブロック上１３ｄとの間でプレス成形された型セット１のプレス目標位置Ｈと同じ高さとなっている。また、基準ゲージ１９の材質は、型セット１、特に上型３及び下型４の材質と同じとなっている。

以下、光学素子製造装置１０を用いた光学素子の製造方法について説明する。
まず、型セット１内のガラス素材２を成形するに際して、加熱ステージ１２のヒータブロック下１２ｂ及びヒータブロック上１２ｄは、制御部１８によりガラス素材２を加熱軟化させるのに必要な温度に設定され、その温度が保持されている。また、プレスステージ１３のヒータブロック下１３ｂ及びヒータブロック上１３ｄは、ガラス素材２をプレス成形するのに必要な温度に、そして、第１冷却ステージ１４及び第２冷却ステージ１５のヒータブロック下１４ｂ，１５ｂ及びヒータブロック上１４ｄ，１５ｄは、ガラス素材２を冷却するのに必要な温度に、それぞれ制御部１８により設定され、その温度が保持されている。

そして、基準ゲージ１９又は型セット１が投入台１１ｃに載置されると、センサ１６は、それが基準ゲージ１９であるのか型セット１であるのかを判別する。そして、センサ１６は、判別したのが型セット１であると判断した場合には、型セット１から識別番号を読み取る。

なお、基準ゲージ１９の型セット１に対する投入割合は、各ステージ１２，１３，１４，１５や成形室１１の熱による伸縮の度合い、目的の光学素子の精度等を考慮して適宜決定すればよい。また、基準ゲージ１９の投入は、人の手により行ってもよいが、例えば、図示しない基準ゲージ投入手段を設けて、基準ゲージ１９を定期的に型セット１の待機位置に投入することも考えられる。

次に、図示しない搬送手段により、投入台１１ｃに位置する型セット１又は基準ゲージ１９を、投入口１１ａから成形室１１内に投入し、加熱ステージ１２のヒータブロック下１２ｂに載置する。

ここで、センサ１６により判別したのが型セット１であった場合には、制御部１８を介して制御を行い、加熱ステージ１２において、シリンダ１２ｆの駆動によりヒータブロック上１２ｄを降下させて型セット１の上面に接触させる。この状態で、ヒータブロック上１２ｄ及びヒータブロック下１２ｂからの伝熱により型セット１の温度を所定の温度に上昇させる。

次に、搬送手段により、型セット１をプレスステージ１３のヒータブロック下１３ｄに搬送する。そして、ヒータブロック上１３ｄを降下させて型セット１の上面をプレスする。このプレスに先立って、制御部１８は、上述のようにセンサ１６により読み取った型セット１の識別番号に応じて、型セットデータベース１８ａから型セット１固有の型プレス目標位置Ｈを抽出しておく。そして、変位計１７によりヒータブロック上１３ｄ下面の位置を検出しながら、抽出したプレス目標位置Ｈまで、ヒータブロック上１３ｄを降下させて型セット１の上面をプレスする。

型セット１のプレスが終了した後には、制御部１８を介して制御を行い、型セット１を第１冷却ステージ１４、第２冷却ステージ１５に順次搬送して冷却し、冷却後、成形室１１から搬出台１１ｄへと搬出する。

なお、上述のプレスステージ１３における型セット１のプレス位置の個別制御を、加熱ステージ１２、第１冷却ステージ１４及び第２冷却ステージ１５においても行うことで、型セット１を加熱・冷却する場合や、それに加えてプレスをする場合に、ヒータブロック上１２ｄの位置を正確に制御できる。

ここで、投入台１１ｃに位置するのが基準ゲージ１９であるとセンサ１６により判断した際には、制御部１８は、基準ゲージ１９がプレスステージ１３に位置するときに、ヒータブロック上１３ｄが基準ゲージ１９の上面に接触した状態で変位計１７によってヒータブロック上１３ｄの下面の位置を測定する。そして、制御部１８は、変位計１７によって測定されたヒータブロック上１３ｄの下面の位置の測定値が基準ゲージ１９の高さＨｓとなるように、これ以後の変位計１７の原点位置を補正する。

なお、本実施の形態では、変位計１７を、プレスステージ１３のみに配置する例を説明したが、変位計１７を加熱ステージ１２、第１冷却ステージ１４及び第２冷却ステージ１５にも配置することで、光学素子の中心肉厚精度を向上させることができる。

また、本実施の形態では、光学素子の製造装置１０を、型セット１が加熱ステージ１２、プレスステージ１３及び冷却ステージ１４，１５を循環する循環型の製造装置として説明したが、例えば単一のステージ上で型セット１を加熱・プレス・冷却する製造装置であっても、本発明を適用することは可能である。

以上説明した本実施の形態では、成形室１１内に投入される基準ゲージ１９の高さＨｓを測定し、この測定された基準ゲージ１９の高さＨｓに基づき、変位計１７の測定原点を補正することで、型セット１のプレス位置を補正している。そのため、軸１２ｅ，１３ｅ，１４ｅ，１５ｅや成形室１１の熱による伸縮の影響を抑え、レンズ中心厚が成形を繰り返すことによって変動するのを防ぐことができる。よって、本実施の形態によれば、プレス位置を正確に制御して、成形される光学素子の中心厚精度を向上させることができる。

また、本実施の形態では、成形室１１に投入される基準ゲージ１９と型セット１とをセンサ１６により判別している。そのため、型セット１を成形室１１に搬入して光学素子の製造を行いながら、プレス位置の制御をすることができ、したがって、光学素子の生産性を向上させることもできる。

また、本実施の形態では、センサ１６により型セット１から識別番号を読み取り、この読み取った型セット１の識別番号に応じて、型セット１のプレス位置を個別に制御している。そのため、型セット１の高さをすべて同一にする必要がなく、型セット１の加工に必要なコスト及び時間を削減することができる。また、型セット１の高さが経時変化しても、それに合わせて型セットデータベース１８ａにおけるプレス目標位置Ｈを変更すれば、型セット１のコストを削減することができる。

また、本実施の形態では、基準ゲージ１９の材質を型セット１の材質と同じとしているため、基準ゲージ１９の熱による膨張と型セット１の熱による膨張とを合わせることができる。そのため、より正確に型セット１のプレス位置を補正することができ、したがって、光学素子の中心厚精度を一層向上させることができる。

また、本実施の形態では、基準ゲージ１９の高さＨｓは、型セット１のプレス成形後の高さＨと同じであるため、基準ゲージ１９の熱による膨張と型セット１の熱による膨張とを合わせることができる。そのため、より正確に型セット１のプレス位置を補正することができ、したがって、光学素子の中心厚精度を一層向上させることができる。

本発明の一実施の形態に係る成形前の形セットを示す断面図である。 成形後の上記型セットを示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る光学素子の製造装置の内部構成を示す概略断面図である。 上記光学素子の製造装置に投入される基準ゲージを示す側面図である。 上記製造装置のプレスステージにおいてプレス成形されている型セットを示す断面図である。 従来の外胴型を有する型セットを示す断面図である。

符号の説明

１ 型セット
２ ガラス素材
３ 上型
３ａ 成形面
４ 下型
４ａ 成形面
１０ 製造装置
１１ 成形室
１１ａ 投入口
１１ｂ 搬出口
１１ｃ 投入台
１１ｄ 搬出台
１１ｅ ピン接触部
１２ 加熱ステージ
１３ プレスステージ
１４ 第１冷却ステージ
１５ 第２冷却ステージ
１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ 断熱ブロック下
１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ ヒータブロック下
１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ 断熱ブロック上
１２ｄ，１３ｄ，１４ｄ，１５ｄ ヒータブロック上
１２ｅ，１３ｅ，１４ｅ，１５ｅ 軸
１２ｆ，１３ｆ，１４ｆ，１５ｆ シリンダ
１６ センサ
１７ 変位計
１７ａ ピン
１８ 制御部
１８ａ 型セットデータベース
１９ 基準ゲージ

Claims (8)

1. 型セットに収納した光学素子素材を加熱軟化させて成形する光学素子の製造装置において、
   装置内に投入される基準ゲージの高さを測定する測定手段と、
   該測定手段による前記基準ゲージの高さ測定値に基づき前記型セットのプレス位置を補正する制御手段と
   を備えることを特徴とする光学素子の製造装置。
2. 前記投入される基準ゲージと前記型セットとを判別する基準ゲージ判別手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造装置。
3. 前記型セットから識別番号を読み取る読取手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記読み取った型セットの識別番号に応じて、該型セットのプレス位置を個別に制御することを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造装置。
4. 型セットに収納した光学素子素材を加熱軟化させて成形する光学素子の製造方法において、
   装置内に基準ゲージを投入し、
   該基準ゲージの高さを測定し、
   該測定された前記基準ゲージの高さに基づき前記型セットのプレス位置を補正し、
   該補正されたプレス位置で前記光学素子素材を成形する
   ことを特徴とする光学素子の製造方法。
5. 前記投入される基準ゲージと前記型セットとを判別し、
   前記判別された基準ゲージの高さを測定する
   ことを特徴とする請求項４記載の光学素子の製造方法。
6. 前記型セットから識別番号を読み取り、
   該読み取った型セットの識別番号に応じて、該型セットのプレス位置を個別に制御する
   ことを特徴とする請求項４記載の光学素子の製造方法。
7. 前記基準ゲージの材質は、前記型セットの材質と同じであることを特徴とする請求項４記載の光学素子の製造方法。
8. 前記基準ゲージの高さは、前記型セットのプレス成形後の高さと同じであることを特徴とする請求項４記載の光学素子の製造方法。