JP3214922B2 - 光学素子成形用金型およびその製造方法 - Google Patents

光学素子成形用金型およびその製造方法

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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
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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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(例えば、ガラスレンズ)を成形する際に用いら
れる光学素子成形用金型およびその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、光学レンズなどを研磨工程なしの
一発成形により形成する試みがなされており、現在各社
ではすでに量産段階にある。ガラス素材を溶融状態から
型に流しこみ加圧成形する方法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。従ってガラス素材を一定の形
状に予備加工して、これを型の間に供給し、加熱、押圧
成形するのが一般的な方法である(例えば、特開昭58
−8413号公報、特開昭60−200833号公報参
照)。
【0003】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。
【0004】図6は軸対称の成形型を用いた非球面レン
ズの成形法の1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を示す断面図、図7は成
形された非球面レンズの断面図である。図6において、
1および2は一対の成形型となる円柱状の上型および下
型で、これら上型1の下端および下型2の上端には非球
面形状の光学機能面1aおよび2aが形成されている。
3は前記上型1および下型2による成形部を取り巻く胴
型、4は前記上型1と下型2との間に供給される球形状
のガラス素材、5および6はヒーター7および8が内蔵
された加熱板で、加熱板5の下面に前記上型1が取り付
けられ、加熱板6の上面に前記下型2が取り付けられて
いる。9は前記上型1を取り付ける加熱板5を支持して
ガラス素材4を加圧する昇降自在な加圧機構である。
【0005】上記構成における動作を説明すると、ガラ
ス素材4を前記上型1と下型2との間の成形部に供給
し、前記加熱板5および6で加熱された上型1および下
型2間でガラス素材4をガラスの軟化点近傍の温度まで
加熱しながら加圧変形させる。変形が終了後は成形され
たレンズを徐々に冷却してレンズが取り出せる温度にな
ると上型1を上方に開き、レンズを取り出し成形を完了
する。
【0006】図7に示すように成形されたレンズ10は光
学機能面1aおよび2aの非球面形状が精密に転写され
たものとなる。この非球面レンズ10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。従って、成形に用いられる成
形型(上型1および下型2)は単に円柱状の端面に所望
する非球面形状を加工すればよく、また加工時の芯出し
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。
【0007】特にレーザー光学系ではフォーカスレンズ
のように単にスポットを結像させたり、コリメートする
だけでなく、レーザー光の利用効率をより高めるため
に、レーザービームを自在に整形できるレンズが望まれ
ている。例えばレーザービームプリンターの走査光学系
ではレーザー光の伝達効率を高めるために、コリメー
タ、ビーム整形プリズム、球面レンズ、シリンダーレン
ズなどの機能を1枚に持たせた片面若しくは両面がトー
リック面、あるいはアナモフィック面のような軸非対称
レンズなどが考えられる。
【0008】両面が軸非対称な面を有したレンズの場合
には第1面側、第2面側の位置関係が精度よく決定され
なければならない。そのためには図8に示すように上型
1および下型2の外形を角型にし、さらにこれら上型1
および下型2をガイドする胴型3に角孔3aを形成して
成形されたレンズ両面の位置関係(多くは光軸ずれとね
じれ成分)を保証するのが一般的である。
【0009】ちなみに図8における上型1の下端の光学
機能面1aはRX方向およびRY方向ともに凹状のト−
リック面であり、曲率半径はRY〈RXの関係にある。
また、下型2の上端の光学機能面2aはRX方向が凹
面、RY方向が凸面で、曲率半径はRY〈RXの関係に
ある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述したように外形が
角型となっている上型1の下端および下型2の上端に軸
非対称な光学機能面を形成する場合には、上型1、下型
2および胴型3の加工精度、すなわち寸法精度や直角
度、上型1、下型2と胴型3とのクリアランスなどの誤
差によって上型1、下型2にねじれ成分や光軸ずれが発
生し、よって成形されたレンズが所望の光学性能を満た
さない課題を有している。
【0011】本発明はこのような課題を解決するもの
で、光軸ずれの発生をおさえ、かつねじれ成分が調整可
能な光学素子成形用金型を提供することを目的とするも
のである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、光学素子のプレス成形に用いる光学素子成
形用金型において、上型を収容して摺動移動せしめる第
1の胴型と、前記上型の摺動軸と同−軸芯上に下型を収
容した第2の胴型を備え、前記第1および第2の胴型を
介して前記上型、下型が同−軸上でかつ、同一平面内に
おいて回転角調整が可能な構成としたことを要旨とする
ものである。また本発明は、円筒状で上下に分離された
第1および第2の胴型の何れか一方の端面に設けられた
基準面を基準とし、軽圧入嵌合する段部を加工する工程
と、前記2つの胴型を嵌合した状態で、前記基準面と直
角に円筒面を加工する工程と、前記円筒面の中心軸と平
行に前記円筒面の1部に平面部を加工する工程と、前記
段部を横切るように固定ピン孔を加工する工程と、前記
円筒面の中心軸に上型、下型が収容できる角孔を第1お
よび第2の胴型に同時加工する工程とを具備することを
要旨とするものである。
【0013】
【作用】この構成により、上型および下型がそれぞれ分
離された胴型に収容され、上型および下型の光軸を正確
に一致させ、かつ両者の光学面のねじれ成分を補正でき
ることで所望の光学性能を満足でき、信頼性の高い光学
素子が得られる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面に基
づいて説明する。先ず、図1および図2に基づき説明す
ると、本実施例の成形用金型11は、従来と同様の光学機
能を有する上型12および下型13と、上型12を収容してか
つ摺動移動させる第1の胴型14と、下型13を収容して固
定する第2の胴型15と、これら第1の胴型14と第2の胴
型15を固定する固定ピン16とにより構成されている。17
は成形用金型11により成形されたレンズで、このレンズ
17は上型12に対応する光学面と、第1の胴型14の角孔内
面に対応する外形面と、下型13に対応する光学面が成形
転写されている。
【0015】前記第1および第2の胴型14および15は下
型13の光学面近傍で分離され、段部18で軽圧入程度に嵌
合されている。前記固定ピン16は段部18を横切り、前記
2つの胴型14,15の固定に用いる。
【0016】ところで、前記2つの胴型14,15の外周に
は平面部19が設けられ、2つの胴型14,15の回転角αが
微調整される。即ち、上型、下型、胴型の加工精度のば
らつきによって生ずるレンズ光学面のねじれ成分が吸収
される。成形は最初、固定ピンのない状態で行ない、得
られたレンズの透過波面収差をフィーゾー干渉計を用い
て2つの光学面間のねじれ成分を測定する。測定したね
じれ成分に相当する量だけ回転角αを微調整した後に固
定ピン16で前記2つの胴型14,15を固定する。固定ピン
16は成形温度に耐え得る金属部材で作られたものを用い
るが、さらにセラミックスを主成分とする高温用の接着
剤を固定ピン孔に充填するようにしてもよい。その理由
は後述する。また平面部19は回転角αの調整時に使用さ
れ、2つの胴型14,15のうちどちらか一方の平面部を基
準にして他方の平面部との傾斜寸法から回転角αを算出
する。本発明実施例における上型、下型および胴型に用
いた基材は耐熱性の高いWC(タングステン・カーバイ
ド)で、所望するレンズ性能を得られるように光学面の
形状、面粗さなどが考慮されて加工されている。
【0017】図3〜図5は本発明実施例に用いられる第
1および第2の胴型の加工工程を示し、以下図面に基づ
いて順次説明する。図3は中心に後加工に必要な捨て孔
20および21が設けられた第1の胴型14および第2の胴型
15に相当する円筒状の基材をそれぞれ準備し、図中S
1,S2,S3,S4,S5,S6,S7の面にそれぞ
れ研磨加工を施す。S1,S2、S4,S5の各面は2
つの胴型14,15を精密に密着かつ軽圧入可能な面精度と
寸法精度に加工する。S3、S6の面は接触させないよ
うに両者間に所定の間隙が生じるように形成した。S7
の面は後加工に必要な加工基準面である。なお、D1、
D2の寸法精度は基材がWCであるため、1ミクロン以
下の寸法差を設けて嵌合させた。
【0018】図4は加工された2つの胴型14,15を軽圧
入させた状態のままで、前記したS7の加工基準面と直
角に胴型14,15の円筒面S8および平面部19を所定寸法
にそれぞれ円筒および平面研削盤を用いて加工した状態
を示す。さらにそのままの状態で前記平面部19とは反対
側で前記S2、S5の面を横切るように固定ピン孔22を
放電加工機を用いて所定の寸法に加工した。
【0019】図5はその後、S7の加工基準面およびS
8の円筒面を基準にして捨て孔20および21に放電ワイヤ
ーを通し円筒中心に角柱形状の上型、下型を収容可能な
所定寸法に放電加工機を用いて角孔23を加工した状態を
示す。
【0020】以上述べた本実施例の特徴は胴型14,15に
回転角αを確認するための平面部19、上型および下型を
収容する角孔23を同時加工することによって、成形され
た光学素子は光軸が一致し、かつねじれ成分が補正され
た所望する光学性能を満足するものとなる。
【0021】なお、前述した固定ピン16に接着性のセラ
ミックスを充填するのが望ましい理由は、固定ピン孔22
が同時加工されているにもかかわらず回転角αを微調整
した際に2つの孔位置に若干のずれが発生するので、金
属部材の固定ピンのみを用いる場合よりも正確に固定す
るためである。さらに下型13は第2の胴型15に設けた角
孔23に圧入嵌合され固定される。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、上型およ
び下型がそれぞれ分離された胴型に収容され、上型およ
び下型の光軸を正確に一致させ、かつ両者の光学面のね
じれ成分を補正できることで所望の光学性能を満足で
き、信頼性の高い光学素子が得られる。
【0023】また、上型および下型をそれぞれ個別に収
容する胴型には角孔と、ねじれ成分が微調整されかつ確
認可能な平面部を加工してあることにより、精度の高い
光学素子成形用金型が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における光学素子成形用金型
を用い光学素子を成形する状態を示す断面図である。
【図2】同平面図である。
【図3】同光学素子成形用金型の胴型の基材の断面図で
ある。
【図4】同光学素子成形用金型の胴型の基材の斜視図で
ある。
【図5】同加工された胴型の斜視図である。
【図6】従来例における光学素子成形用金型を用い光学
素子を成形する状態を示す断面図である。
【図7】同成形された光学素子の断面図である。
【図8】従来例における光学素子成形用金型の分解斜視
図である。
【符号の説明】
11 成形用金型 12 上型 13 下型 14 第1の胴型 15 第2の胴型 16 固定ピン 17 レンズ 18 段部 19 平面部 22 固定ピン孔 23 角孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白藤 芳則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−257032(JP,A) 特開 昭61−174127(JP,A) 特開 昭60−200833(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 9/00 - 17/06

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学素子のプレス成形に用いる光学素子
    成形用金型において、上型を収容して摺動移動せしめる
    第1の胴型と、前記上型の摺動軸と同−軸芯上に下型を
    収容した第2の胴型を備え、前記第1および第2の胴型
    を介して前記上型、下型が同−軸上でかつ、同一平面内
    において回転角調整が可能な構成としたことを特徴とす
    る光学素子成形用金型。
  2. 【請求項2】 第1および第2の胴型が下型の光学面近
    傍で分離され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。
  3. 【請求項3】 第1および第2の胴型の外周部は上型、
    下型の回転角が確認可能な平面部を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】 下型は第2の胴型に収容され、かつ圧入
    固定されてい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】 第1の胴型と第2の胴型は、第1の胴型
    の内周面と端面が第2の胴型の外周面と端面に当接して
    嵌合され、かつ嵌合部近傍に固定ピン孔を設け、前記2
    つの胴型を固定ピン孔に固定ピンを挿入して固定したこ
    とを特徴とする請求項1記載の光学素子成形用金型。
  6. 【請求項6】 固定ピン孔に接着性を有するセラミック
    スを充填したことを特徴とする請求項5記載の光学素子
    成形用金型。
  7. 【請求項7】 円筒状で上下に分離された第1および第
    2の胴型の何れか一方の端面に設けられた基準面を基準
    とし、軽圧入嵌合する段部を加工する工程と、前記2つ
    の胴型を嵌合した状態で、前記基準面と直角に円筒面を
    加工する工程と、前記円筒面の中心軸と平行に前記円筒
    面の1部に平面部を加工する工程と、前記段部を横切る
    ように固定ピン孔を加工する工程と、前記円筒面の中心
    軸に上型、下型が収容できる角孔を第1および第2の胴
    型に同時加工する工程とを具備することを特徴とする光
    学素子成形用金型の製造方法。
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