JP2949956B2 - 光学素子成形用金型および光学素子 - Google Patents

光学素子成形用金型および光学素子

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JP2949956B2
JP2949956B2 JP3257397A JP25739791A JP2949956B2 JP 2949956 B2 JP2949956 B2 JP 2949956B2 JP 3257397 A JP3257397 A JP 3257397A JP 25739791 A JP25739791 A JP 25739791A JP 2949956 B2 JP2949956 B2 JP 2949956B2
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正二 中村
秀直 片岡
正明 春原
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B2215/40Product characteristics

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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学機器に使用される
光学素子(ガラスレンズに代表する)と、それをを精密
ガラス成形法により形成する、成形用金型に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、光学レンズを研磨工程なしの一発
成形により、形成する試みが多くなされ、現在レンズメ
−カ−各社では量産段階にある。
【0003】ガラス素材を溶融状態から型に流しこみ加
圧成形するのが最も能率的であるが冷却時のガラスの収
縮を制御することが難しく、精密なレンズ成形には適さ
ない。
【0004】従って、例えば、特開昭58−8413号
公報や特開昭60−200833号公報などに記載の様
に、ガラス素材を一定の形状に予備加工して、これを成
形型の間に供給し、加熱、押圧成形するのが一般的な成
形方法である。
【0005】一方、光学設計の観点からは、球面レンズ
系における種々の収差補正を目的として、成形により得
られた軸対称な非球面レンズを導入した光学系が急速に
普及してきた。
【0006】図6および図7は、軸対称の成形型を用い
た非球面レンズの成形法のひとつにより、球形状のガラ
ス素材を成形して非球面レンズを形成する状態と、成形
して得られた非球面レンズとを示す断面図である。6
1、62は円柱状の片側端面に非球面形状の光学機能面
61a,62aが形成された上下型、63は上下型をガ
イドする胴型、64は球形状のガラス素材、66、67
はヒ−タ−65を内蔵する上下の加熱板、68は加圧機
構を有する成形装置の一部である。
【0007】ガラス素材64を成形型の中に供給し、上
下の加熱板66、67により型およびガラス素材64を
ガラスの軟化点近傍の温度まで加熱し、上下型61、6
2によりガラス素材64を加圧変形する。変形終了後、
徐々に冷却してレンズが取り出せる温度になると型を開
きレンズを取り出す。
【0008】図7の様に成形レンズ71は金型とは反対
形状の非球面形状61a、62aが精密に転写された軸
対称なレンズが得られる。
【0009】上述した非球面レンズのほとんどは軸対称
形状のものが主流であり、片面あるいは両面に非球面形
状を有したレンズである。したがって、成形に用いられ
る成形型は単に円柱形状の端面に所望する非球面形状を
加工すればよく、加工時の芯出しは従来の切削加工時の
方法でよく、加工法においても切削および研削法のいず
れにおいても高精度な金型加工が実現できる。
【0010】特にレ−ザ−光学系ではフォ−カスレンズ
の様に単にスポットを結像させたり、コリメ−トするだ
けでなく、レ−ザ−光の利用効率をより高めるために、
レ−ザ−ビ−ムを自在に整形できるレンズが望まれてい
る。例えばレ−ザ−ビ−ムプリンタ−の走査光学系では
レ−ザ−光の伝達効率を高めるために、コリメ−タ、ビ
−ム整形プリズム、球面レンズ、シリンダ−レンズ等の
機能を1枚に持たせた片面若しくは両面がト−リック面
の軸非対称レンズ等が考えられる。
【0011】両面が軸非対称なト−リック面の場合には
レンズの1面側、2面側の位置関係を精度よく決定され
なければならない。そのためには図5に示すように、上
下の成形金型51、52の外形を角型にし、上下型5
1、52をガイドする胴型53も角孔に構成して、成形
されたレンズ両面の位置関係(多くは直交性)を保証す
るのが一般的である。
【0012】ちなみに図5における金型51の光学機能
面RXは凹面、RYも凹面のト−リック面であり、曲率
半径はRY < RXの関係である。また、金型52の光
学機能面RXが凹面、RYが凸面で曲率半径はRY <
RXの関係である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上述したように角柱の
端面に軸非対称な光学機能面を形成し成形型とする場合
には金型の加工時と、上記金型を用いて成形を行った後
に得られるレンズにおいて次に挙げる3つの課題を有す
る。 (a)角型の外形と光学機能面との位置出し(芯出し)
が非常に困難なこと。 (b)光学機能面の切削および研削時において断続加工
となり所望の形状精度が得られない。
【0014】したがって、上述した成形金型を用いて得
られた成形レンズは光学機能面のみならずレンズの外形
と光学機能面との位置関係の精度が悪く、 (c)レンズ外形が光学機器への取りつけ基準面とは成
りえない。
【0015】本発明は上記課題に鑑み、芯出し方法が簡
単でしかも、連続加工が可能であり高い形状精度のト−
リック光学機能面と、前記、光学機能面とレンズ外形の
位置精度を満足する光学素子成形用金型と光学素子を提
供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】光学機能面を有する一対
の成形型および該成形型をガイドする胴型とで構成され
た光学素子成形金型において、前記一対の成形型のうち
少なくとも一方の成形型がDカットされた円柱形状であ
り、前記、円柱形状の外周面に前記、光学機能面を有す
る構成とすることで上記課題が解決できる。
【0017】
【作用】Dカットされた円柱形状の外径と、前記、円柱
形状の両端面で、角孔胴型と嵌合してガイドすることで
レンズ両面の位置決めに作用する。さらに、円柱形状の
外周面に光学機能面を設けることにより金型加工時にお
いて連続加工が可能となり高い形状精度を得るのに作用
する。
【0018】また、個々の金型精度を高めることと、角
孔胴型とのクリアランスを最適な構成とすることで成形
レンズの外形と、光学機能面との位置精度を高めること
が可能となり、レンズの外形が光学機器への取りつけ基
準面となることに作用する。
【0019】
【実施例】以下本発明の光学素子成形用金型の一実施例
について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0020】図1は、本発明で得られた成形用金型11
であり、図5の従来技術における金型52と同様の機能
をもつ、RXが凹面、RYが凸面のト−リック面を円柱
形状の外周に形成した金型である。
【0021】母材は耐熱性の高いWC(タングステン・
カ−バイド)を用い、図中、金型外径Dと金型長さLを
同一寸法の8ミリとした。その理由は成形されたレンズ
の外形を正方形としたいがためであり、得ようとする所
望の形状を選べばよい。金型の長さ方向の中心にはRX
面が2.135mmRの凹面で、外径D方向にはRYが
3.332mmRの凸面が形成されている。また、Dカ
ット面Sは円柱中心よりも外方に形成されており後記す
る成形時においてその効果を発揮する。
【0022】図2は本発明の金型を得るための加工の概
念図を示しており、円柱状のワ−ク21がコレットチャ
ック22で保持されておりワ−ク回転R1が与えられ
る。一方研削砥石23は回転R2を与えながら図中矢印
で示すごとくワ−ク21の片側端面、外径、RX部、外
径の順序で数値制御された加工機を用いて加工される。
RX面が2.135mmRでRY面の半径が3.332
mmRまで切り込みを行う。当然ながらRX部の中心線
Y(RY)から端面までの寸法は所望する金型外形の半
分であり4ミリである。また、片側端面、RX部、外径
を同時加工するため端面と中心線Yとの平行度、外径と
中心線Yとの直交度が難しい芯出しを必要とせずに確保
できる。
【0023】その後、反対側端面を得るために所定の寸
法に切断した後、切断端面を研磨して寸法Lを仕上げ
る。次に円柱の外径を円柱中心の外方までDカットして
図1に示すト−リック面を有した金型を得ることができ
た。
【0024】図3(A)は上述して得られた金型を用い
て成形を行う装置構成を断面図でを示し、上型31、下
型32、角孔胴型33、円柱状のガラス素材34、上下
のヒ−タ−35、および上下の熱板36、37で構成さ
れる。下型32が光学機能面にト−リック面を有する本
実施例の金型である。上下型31、32と角孔胴型33
のクリアランスは2ミクロンとし、両面の光学機能面の
直交度1分以内を満足できる構成とした。
【0025】また、角孔胴型33の角孔と胴型端面との
直角度も1分以内が満足できる精度とした。
【0026】本発明による金型をDカットした理由は熱
板37と下型32のDカット面が面接触するため効率の
よい熱伝達が実現でき、成形のサイクル短縮に寄与でき
るからである。図3(B)の様にDカットしない下型3
8を用いると熱板と下型とが線接触のため熱伝達が悪く
ガラス素材の昇温に時間がかかり成形のサイクルが長く
なるためである。
【0027】ガラス素材34には鉛系のSF−8を用
い、成形温度520℃で成形を行った。尚、成形プロセ
スは従来例で説明したものと同様である。
【0028】図4は成形により得られたレンズ41を示
し、上下金型31、32の光学機能面RX、RYとは反
体形状のRX凸、RY凹が精密に転写されており、レン
ズ41の上下両面の位置関係(直交度)も所望する精度
を満足し、従来に較べ精度の向上を図ることができた。
【0029】また、得られたレンズ41の外形は、角孔
胴型の内面を転写した転写面42を有し、その転写面4
2は光学機能面に対する精度も保証できるため、光学機
器への取りつけの基準面として用いることが可能となっ
た。
【0030】尚、上型31の光学機能面にもト−リック
面を有しており、詳細な説明は省いたが基本的には図2
で説明した方法と同様で得られ、ト−リックの両面が金
型では凹面であるため円筒状の内面を加工し、その一部
を金型として用いた。本実施例ではト−リック面のレン
ズで説明したがシリンダ−面を有する金型であってもよ
く、さらに、レンズに成りうる素材であればガラスに限
定するものではない。
【0031】
【発明の効果】本発明の金型は、従来と同様の機能を満
足し、かつ、従来の欠点を除去しながら精度の高い金型
を提供でき、成形時においては熱効率のよい成形が実現
できる。さらに、個々の金型精度と、金型をガイドする
胴型精をが高められることによって、成形された光学素
子の転写精度も高く、もた、本発明の光学素子は転写面
の一部を光学機器への取りつけ基準面として用いること
が可能な光学素子を得ることができるなど、その効果は
産業上利用価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学素子成形用金型の実施例を示す斜
視図。
【図2】同実施例の金型を得るための加工方法の説明図
【図3】(A)は、同実施例の金型を用いた成形装置の
断面図 (B)は、同実施例のDカット面の効果を説明するため
の装置断面図
【図4】同実施例の金型を用いて成形をして得られた成
形レンズの斜視図
【図5】従来の軸非対称レンズ成形に用いられる角型成
形金型の構成図
【図6】従来の軸対称レンズの成形を説明するための成
形装置の断面図
【図7】図6の成形装置により得られた従来の軸対称レ
ンズの断面図
【符号の説明】
11、31、32 成形金型 33 各孔胴型 34 ガラス素材 41 成形レンズ 42 取り付け基準面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 泉野 千鶴雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03B 11/00 - 11/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学機能面を有する一対の成形型および
    該成形型をガイドする胴型とで構成された光学素子成形
    金型において、前記一対の成形型のうち少なくとも一方
    の成形型がDカットされた円柱形状であり、前記、円柱
    形状の外周面に前記、光学機能面を有したことを特徴と
    する光学素子成形用金型。
  2. 【請求項2】 Dカットされた円柱形状金型と胴型との
    勘合は、前記、円柱形状の外径と、前記、円柱形状の両
    端面で行うことを特徴とする請求項1記載の光学素子成
    形用金型。
  3. 【請求項3】 Dカット面は円柱形状の中心より外方に
    設けたことを特徴とする請求項1記載の光学素子成形用
    金型。
  4. 【請求項4】 上下型を勘合する胴型のガイド孔が角孔
    であることを特徴とする請求項1記載の光学素子成形用
    金型。
  5. 【請求項5】 角柱の両端面に光学機能面を有し、か
    つ、前記光学機能面と直交する四つの平面のいずれか一
    つの面を光学機器への取りつけ基準面とすることを特徴
    とする光学素子。
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KR100404311B1 (ko) 1999-06-23 2003-11-05 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 광디스크용 대물 렌즈, 그것을 사용한 광 헤드 장치 및광학 정보 기록 재생 장치, 및 렌즈 성형용 금형, 렌즈성형용 금형의 가공 방법 및 형상 계측 장치
JP4569365B2 (ja) * 2005-04-14 2010-10-27 コニカミノルタオプト株式会社 ビーム整形素子の製造方法、該方法により得られるビーム整形素子
JP6957133B2 (ja) * 2016-07-20 2021-11-02 マクセル株式会社 ガラス成形レンズ、レンズ成形装置およびレンズ製造方法

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