JP3973430B2 - Mold, mold manufacturing method, and molding method - Google Patents

Description

【００６５】
ここで、ｃ１は光軸近傍における母線方向の曲率（以下、適宜「母線方向の近軸曲率」という）、ｃ２は光軸近傍における子線方向の曲率（以下、適宜「子線方向の近軸曲率」という）、ｋ１は母線方向の円錐定数、ｋ２は子線方向の円錐定数である。なお、ｃ２、ｋ２は、母線方向のレンズ高さに依存する値を有している。また、上記（１）式の第３項は、多項式であり、ｍ及びｎはそれぞれｘ及びｙの次数、Ｍ及びＮはそれぞれｘ及びｙの最大次数、Ａ_ｍｎは多項式の係数を意味している。
【００６６】
図２には、レンズ１０を成形するための成形用型である金型の型部材（鏡面駒：オプティカルインサート）の一例が示されている。通常、金型は複数個の型部材で構成されているが、図２には、レンズ１０の光学機能面ＦＡを成形する型部材２０のみが示されている。すなわち、型部材２０は、レンズ１０の光学機能面ＦＡとほぼ同様の形状（表面形状）の面ＤＡを有しており、この型部材２０によって形成されるキャビティに溶融した樹脂が注入され、固化することにより、面ＤＡの表面形状が樹脂に転写されるようになっている。従って、型部材２０の面ＤＡの寸法精度がレンズの形状精度に大きな影響を与える。
【００６７】
以下では、この型部材２０の製造方法について、図３のフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、ここでは、レンズ１０の光学機能面ＦＡの設計形状は前記（１）式で与えられるものとし、便宜的に、デプスｚを母線方向のレンズ高さｘと子線方向のレンズ高さｙとの関数として、次の（２）式で略述する。
【００６８】
z=f(x,y) ……（２）
【００６９】
また、本第１の実施形態では、母線方向の形状は、図４（Ａ）に示されるようにＺ軸方向の高さで示し、子線方向の形状は、図４（Ｂ）に示されるようにＹ軸方向断面（ＹＺ断面）の曲率半径で示すこととする。
【００７０】
図３に戻り、先ず図３のステップ１０１において、レンズの素材である樹脂のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に関する収縮率として各収縮変形率の初期見込み値（ｍ_ｘ ^＊，ｍ_ｙ ^＊，ｍ_ｚ ^＊）を決定する。本第１の実施形態では、非晶質ポリオレフィン樹脂に関する成形の経験に基づいて収縮変形率の初期見込み値を、例えば、ｍ_ｘ ^＊＝０．９９３、ｍ_ｙ ^＊＝０．９９３、ｍ_ｚ ^＊＝０．９９３とする。
【００７１】
次に、ステップ１０３において、型部材の表面形状を決定する。ここでは、レンズの設計形状に対して、各収縮変形率の初期見込み値で与えられる収縮変形量を考慮して、次の（３）式で示される形状を型部材の表面形状とする。すなわち、レンズの設計形状よりも全体的に０．７％だけ大きめのキャビティが形成されるように型部材の表面形状を決定する。
【００７２】
z=-f(-0.993x,0.993y)/0.993 ……（３）
【００７３】
なお、本第１の実施形態では、レンズの座標系と型部材の座標系とは、図５（Ａ）に示されるように、Ｙ軸に関しては＋−の方向は同一であるが、Ｚ軸及びＸ軸に関しては＋−の方向が逆の関係にある。一方、例えば、図５（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸が同一関係で、Ｚ軸及びＹ軸に関して＋−の方向が逆の関係にある場合には、型部材の表面形状は、上記（３）式ではなく、次の（４）式で示される形状となる。
【００７４】
z=-f(0.993x,-0.993y)/0.993 ……（４）
【００７５】
上記（３）式と（４）式を比べてみると、ｘとｙの各係数の正負符号が異なるのみであるため、以下では、Ｙ軸が同一関係にある場合について説明する。なお、Ｘ軸が同一関係にある場合には、後述する式において、ｘとｙの各係数の正負符号をそれぞれ変えることにより以下の手順をそのまま用いることができる。
【００７６】
図３に戻り、型部材の表面形状が決定されると、ステップ１０５において、その表面形状に基づいて型部材の製作が行われる。型部材の製作には、高い加工精度を得るためにＮＣ旋盤等の数値制御による自動工作機械（以下、「金型加工機」という）が用いられる。そこで、型部材の表面形状は数値制御用データ（ＮＣデータ等）に変換され、金型加工機に入力される。一例として図６に示されるように、金型加工機は、単結晶ダイヤモンド工具３０と工具スピンドル３１を有しており、Ｙ軸回りに一定速度で回転する工具スピンドル３１の外周面に単結晶ダイヤモンド工具３０が保持されている。また、型部材は、図示しない移動ステージによってＸＹＺ３軸方向に移動可能となっている。型部材の素材（例えば、工具用特殊鋼等）が金型加工機の所定位置にセットされると、図示しない制御装置の指示に従って、工具スピンドル３１は一定速度で回転し、単結晶ダイヤモンド工具３０によって、先ずＸＹ同時２軸制御により最初の加工ライン３４に沿った切削加工が行われる。そして加工ライン３４の切削加工が終了すると、次に型部材をＹ軸方向に一定ピッチだけ移動させて次の加工ラインの切削加工を行う。これを繰り返すことにより、決定された表面形状が型部材に形成される。なお、切削工具は、単結晶ダイヤモンド工具でなくとも良く、型部材の材質や要求される形状精度等により、他の切削工具を用いることが可能である。
【００７７】
図３に戻り、次にステップ１０７において、この型部材を用いて、種々の条件（金型温度、樹脂温度、射出速度、射出圧力、及び冷却時間等）で射出成形を行い、ほぼ同一形状のレンズが安定して成形されるような成形条件を決定する。これらの成形条件は、成形品の形状や、樹脂の種類によって変化するものであり、本第１の実施形態では、一例として、金型温度が１３５℃、樹脂温度が２８０℃、射出速度が２０ｍ／秒、射出圧力が５０ＭＰａ、冷却時間が３００秒という成形条件を決定したものとする。なお、射出成形用の金型として必要な他の型部材等は予め準備されているものとする。
【００７８】
成形条件が決定されると、ステップ１０８において、その成形条件で射出成形が行われる。なお、本第１の実施形態では、電動式射出成形機を用いたが、これに限定されるものではない。また、ステップ１０５において同一表面形状の型部材を複数個製作し、金型に各型部材をセットすることにより、１回の射出成形で複数個の成形品を成形することも可能である。
【００７９】
そして、ステップ１０９では、成形されたレンズ１０の光学機能面ＦＡの形状（以下、「レンズ形状」と略述する）を図示しない超高精度三次元測定機を用いて測定する。ここでは、超高精度三次元測定機の計測プローブ（不図示）を、図７に示されるように、先ず、子線の中央部をＸ軸方向に走査してＺ軸方向の高さ（デプス）を測定し、次に前記計測プローブをＹ軸方向に走査してＹ軸方向の曲率半径を測定する。なお、Ｙ軸方向の測定は間隔Ｐ_Ｘ（＝数ｍｍ）で複数位置（ライン）について行われる。本第１の実施形態では、一例としてＸ軸方向に１ライン、Ｙ軸方向に２３ラインを走査する。
【００８０】
図３に戻り、ステップ１１１において、Ｘ軸方向におけるデプスとＹ軸方向における各曲率半径について、各測定値と設計値とを比較して形状誤差を算出し、その形状誤差が所定の公差内か否かをチェックする。ここでは、一例として、各測定点毎に算出された形状誤差の最大値を比較対象とするが、形状誤差の積算値や、特定位置での形状誤差を比較対象としても良い。そして、形状誤差が所定の公差内であれば、ステップ１１１での判断は肯定され、型部材の修正は不要なので処理を終了する。しかし、所定の公差内でなければ、ステップ１１１での判断は否定され、すなわち型部材の修正が必要となり、次のステップ１１３に移行する。
【００８１】
ステップ１１３において、新たに３つのパラメータｍ_ｘ、ｍ_ｙ、ｍ_ｚを用いて、次の（５）式で示される形状回帰式を考える。
【００８２】
z=f(m_x ^*/m_x・x,m_y ^*/m_y・y)・m_z/m_z ^* ……（５）
【００８３】
すなわち、本第１の実施形態では、次の（６）式となる。
【００８４】
z=f(0.993/m_x・x,0.993/m_y・y)・m_z/0.993 ……（６）
【００８５】
そして、レンズ形状の測定値と上記（６）式との差を最小とする上記パラメータ（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ、ｍ_ｚ）の最適値を最小自乗法に基づいて求める。本第１の実施形態では、一例として、ｍ_ｘ＝０．９９３２５、ｍ_ｙ＝０．９９２１５、ｍ_ｚ＝０．９９２０６という値が得られる。すなわち、形状回帰式は、次の（７）式となる。
【００８６】
z=f(0.993/0.99325・x,0.993/0.99215・y)・0.99206/0.993 ……（７）
【００８７】
このようにして求められた各パラメータの最適値（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ、ｍ_ｚ）が、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸方向における成形品の収縮変形率である。
【００８８】
次に、ステップ１１５において、これらの収縮変形率（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ、ｍ_ｚ）を用いて、型部材の表面形状を、次の（８）式で示される形状に修正する。
【００８９】
z=-f(-m_x・x,m_y・y)/m_z ……（８）
【００９０】
すなわち、本第１の実施形態では、次の（９）式となる。
【００９１】
z=-f(-0.99325・x,0.99215・y)/0.99206 ……（９）
【００９２】
次にステップ１１６において、上記（９）式で示される表面形状に基づいて、型部材の修正加工が行われる。そして、ステップ１０８に戻り、修正加工された型部材を用いて前記と同じ成形条件で射出成形が行われ、ステップ１０９では、成形されたレンズ形状の測定が前述と同様にして行われる。
【００９３】
ステップ１０９でのレンズ形状の測定が終了すると、ステップ１１１において、再度レンズ形状の測定値と設計形状とを比較し、その形状誤差が所定の公差内か否かをチェックする。ここで、所定の公差内であれば、ステップ１１１での判断は肯定され、型部材の再修正は不要なので、処理を終了する。しかし、所定の公差内でなければ、ステップ１１１での判断は再度否定され、型部材の再修正が必要となり、次のステップ１１３に移行する。以下、同様な処理が繰り返し行われる。
【００９４】
以上説明したように、本第１の実施形態では、型部材の表面形状と成形品の形状との差から、成形品の収縮変形率を求め、この収縮変形率を用いて型部材の表面形状を修正しているために、収縮量を用いて修正する従来の場合と比較して、相似変形による形状誤差をより低減することができる。
【００９５】
しかも、光軸方向と母線方向と子線方向のそれぞれに関して、収縮変形率を求めるとともに、各収縮変形率を用いて各方向毎の形状修正を行っているために、ｆθレンズのように、母線方向の長さと子線方向の長さが大きく異なる場合であっても、従来の修正方法のように低減しきれない部分が大きく残ることなく、形状誤差を低減することが可能となる。このことは、従来の修正方法と異なり、成形品の形状を考慮した修正が可能であることを意味している。
【００９６】
《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態を図８に基づいて説明する。
【００９７】
本実施形態は、前述した第１の実施形態に一部の処理を追加したものであり、第１の実施形態と同一形状のレンズ１０を同一種類の樹脂で成形するための型部材２０を製造するものとし、第１の実施形態との相違点を中心に、図８のフローチャートを用いて説明する。
【００９８】
図８のステップ１５１〜１６３では、第１の実施形態におけるステップ１０１〜１１３と同じ処理が行われる。但し、前提として、ステップ１６１での最初の判断は否定されたものとする。そして、便宜上、ステップ１６３において、前記（７）式と同じ形状回帰式が得られたものとする。
【００９９】
そして、ステップ１６５において、前記（７）式で示される形状回帰式とレンズ形状の測定値との差を求める。そして、この差を多項式で近似し、近似式ｅ^＊（ｘ，ｙ）を求める。本第２の実施形態では、一例として母線方向を１０次、子線方向を２次とする多項式で近似する。この近似式ｅ^＊（ｘ，ｙ）が非収縮変形量を示している。
【０１００】
そして、ステップ１６７において、各収縮変形率（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ、ｍ_ｚ）と非収縮変形量ｅ^＊（ｘ，ｙ）を考慮して、型部材の表面形状を、次の（１０）式で示される形状に修正する。
【０１０１】
z={-f(-m_x・x,m_y・y)-e^*(-m_x・x,m_y・y)}/m_z ……（１０）
【０１０２】
すなわち、本第２の実施形態では、次の（１１）式となる。
【０１０３】
z={-f(-0.99325・x,0.99215・y)-e^*(-0.99325・x,0.99215・y)}/0.99206 …（１１）
【０１０４】
なお、ここで、非収縮変形量の絶対値が、例えば０．１μｍ以下のように微小な場合には、非収縮変形量に対する収縮変形率の影響を無視することができるため、次の（１２）式を用いても良い。
【０１０５】
z=-f(-m_x・x,m_y・y)/m_z-e^*(-x,y) ……（１２）
【０１０６】
すなわち、本第２の実施形態では、次の（１３）式となる。
【０１０７】
z=-f(-0.99325・x,0.99215・y)/0.99206-e^*(-x,y) ……（１３）
【０１０８】
そして、ステップ１６８において、上記（１１）式又は（１３）式で示される表面形状に基づいて、型部材が修正加工される。
【０１０９】
次に、ステップ１５８に戻り、修正加工された型部材を用いて前記と同じ成形条件でレンズの射出成形が行われ、ステップ１５９では、成形されたレンズ形状の測定が前述と同様にして行われる。
【０１１０】
ステップ１５９でのレンズ形状の測定が終了すると、ステップ１６１において、再度レンズ形状の測定値と設計形状とを比較し、その形状誤差が所定の公差内か否かをチェックする。ここで、所定の公差内であれば、ステップ１６１での判断は肯定され、型部材の再修正は不要なので処理を終了する。しかし、所定の公差内でなければ、ステップ１６１での判断は否定され、型部材の再修正が必要となり、次のステップ１６３に移行する。以下、同様な処理が繰り返し行われる。
【０１１１】
以上説明したように、本第２の実施形態では、型部材の表面形状と成形品の形状との差に基づいて、収縮変形率及び非収縮変形量を求め、この収縮変形率と非収縮変形量とを用いて、型部材の表面形状を修正しているために、従来の方法とは異なり、相似変形による形状誤差と非相似変形による形状誤差とをそれぞれ区別して修正することができ、収縮量を用いて修正する従来の場合と比較して、成形品全体の形状誤差をより低減することが可能となる。
【０１１２】
すなわち、前述の第１の実施形態との違いは、収縮変形率を決定した後に、更に非収縮変形量を算出し、表面形状の修正にフィードバックしている点である。従って、収縮変形率のみを用いた修正では、必要な精度が得られない場合に本第２の実施形態を適用しても良い。
【０１１３】
《第３の実施形態》
以下、本発明の第３の実施形態を図９に基づいて説明する。
【０１１４】
ここでは、便宜上、第１の実施形態と同一形状のレンズ１０を同一種類の樹脂で成形するための型部材２０を製造するものとし、第１の実施形態との相違点を中心に、図９のフローチャートを用いて、具体的に説明する。
【０１１５】
図９のステップ２０１〜２０５では、前述した第１の実施形態におけるステップ１０１〜１０５と同じ処理が行われる。なお、ステップ２０３にて決定された型部材の表面形状は、便宜上、第１の実施形態の場合と同じ前記（３）式で示されるものとする。
【０１１６】
ステップ２０７において、型部材の表面形状が測定される。ここでは、前述した第１の実施形態において、レンズ形状を測定したのと同様にして、超高精度三次元測定機を用いて型部材の表面形状が測定される。
【０１１７】
そして、ステップ２０９において、型部材の表面形状の測定結果と前記（３）式との寸法差である製作誤差を求める。さらに、この製作誤差を多項式で近似して、近似式ｅ^＊＊（ｘ，ｙ）を求める。本第３の実施形態では、一例として、Ｘ軸方向を１０次、Ｙ軸方向を２次とする多項式で近似する。
【０１１８】
次のステップ２１１〜２１７では、前述した第１の実施形態におけるステップ１０７〜１１３と同じ処理が行われる。但し、前提として、ステップ２１５での最初の判断は否定されたものとする。なお、便宜上、ステップ２１７において、前記（７）式と同じ形状回帰式が得られたものとする。
【０１１９】
次に、ステップ２１９において、前記（７）式で示される形状回帰式とレンズ形状の測定値との差を求める。そして、この差を多項式で近似し、近似式ｅ^＊（ｘ，ｙ）を求める。本第３の実施形態では、一例として、母線方向を１０次、子線方向を２次とする多項式で近似する。ここで決定される近似式ｅ^＊（ｘ，ｙ）が非収縮変形量を示している。
【０１２０】
続いて、前記型部材の製作誤差ｅ^＊＊（ｘ，ｙ）を考慮するため、ステップ２２１において、上記の非収縮変形量ｅ^＊（ｘ，ｙ）を補正する。補正後の非収縮変形量をｅ（ｘ，ｙ）とすると、次の（１４）式を用いて補正を行う。
【０１２１】
e(x,y)=e^*(x,y)+m_z・e^**(-x/m_x,y/m_y) ……（１４）
【０１２２】
すなわち、本第３の実施形態では、次の（１５）式となる。
【０１２３】
e(x,y)=e^*(x,y)+0.99206・e^**(-x/0.99325,y/0.99215) ……（１５）
【０１２４】
そして、ステップ２２３において、型部材の表面形状を次の（１６）式で示される形状に修正する。
【０１２５】
z={-f(-m_x・x,m_y・y)-e(-m_x・x,m_y・y)}/m_z ……（１６）
【０１２６】
すなわち、本第３の実施形態では、次の（１７）式となる。
【０１２７】
z={-f(-0.99325・x,0.99215・y)-e(-0.99325・x,0.99215・y)}/0.99206 …（１７）
【０１２８】
なお、ここで、非収縮変形量の絶対値が、例えば０．１μｍ以下のように微小な場合には、第２の実施形態で説明したのと同じ理由で、型部材の表面形状を次の（１８）式で示される形状としても良い。
【０１２９】
z=-f(-m_x・x,m_y・y)/m_z-e(-x,y) ……（１８）
【０１３０】
すなわち、本第３の実施形態では、次の（１９）式となる。
【０１３１】
z=-f(-0.99325・x,0.99215・y)/0.99206-e(-x,y) ……（１９）
【０１３２】
そして、ステップ２２４において、上記（１７）式又は（１９）式で示される表面形状に基づいて、型部材が修正加工される。
【０１３３】
次に、ステップ２０７に戻り、前述と同様にして、ステップ２０７→２０９→２１１→２１２→２１３の測定、算出等が行われる。
【０１３４】
ステップ２１３でのレンズ形状の測定が終了すると、ステップ２１５において、再度レンズ形状の測定値と設計形状とを比較し、その形状誤差が所定の公差内か否かをチェックする。ここで、所定の公差内であれば、ステップ２１５での判断は肯定され、型部材の再修正は不要なので処理を終了する。しかし、所定の公差内でなければ、ステップ２１５での判断は否定され、型部材の再修正が必要となり、次のステップ２１７に移行する。以下、同様な処理が繰り返し行われる。
【０１３５】
以上説明したように、本第３の実施形態では、型部材の表面形状と成形品の形状との差に基づいて、収縮変形率と非収縮変形量とを求めるとともに、型部材の製作誤差を考慮して非収縮変形量を補正し、この補正された非収縮変形量と収縮変形率とを用いて型部材の表面形状を修正しているために、相似変形による形状誤差と非相似変形による形状誤差とをそれぞれ区別して修正することができ、特に非相似変形による形状誤差を更に低減することが可能となる。
【０１３６】
なお、前述の第２の実施形態との違いは、型部材の製作誤差を測定し、この製作誤差を、表面形状の修正にフィードバックしている点である。従って、第２の実施形態では、必要な精度が得られない場合に本第３の実施形態を適用しても良い。
【０１３７】
以上説明したように、前述の各実施形態に係る成形用型の製造方法によると、成形条件を厳密に制御する必要がなく、しかも特殊な成形装置や補助装置を必要とせずに形状精度に優れた成形品を生産性良く成形するための成形用型を製造することができる。
【０１３８】
なお、前述の各実施形態では、収縮変形率として、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向毎にそれぞれ１つの値を求めているが、これに限らず、例えば各収縮変形率をＸ座標値の関数として求めても良い。
【０１３９】
また、前述の各実施形態では、収縮変形率を、レンズ形状の測定値と上記（６）式との差を最小とするパラメータの最適値から求める場合について説明しているが、本発明がこれに限定されるものではない。
【０１４０】
例えば、レンズの光学機能面ＦＡのＹ軸方向に関する長さ（以下、「レンズ厚」という）から、Ｙ軸方向における収縮変形率を求めても良い。すなわち、レンズ厚の設計値をｔ_ｄ，マイクロメータ等の寸法測定器を用いて計測した成形品におけるレンズ厚の実測値をｔ_ｍとすると，次の（２０）式に基づいてＹ軸方向における収縮変形率ｍ_ｙを求めることができる。
【０１４１】
m_y=(t_m/t_d)m_y ^* ……（２０）
【０１４２】
上記（２０）式におけるｍ_ｙ ^＊はＹ軸方向における収縮変形率の初期見込み値（上記各実施形態では、ｍ_ｙ ^＊＝０．９９３）である。なお、実測値ｔ_ｍは、複数の計測点での計測値を平均化した値である。
【０１４３】
また、一例として図１０（Ａ）に示されるように、レンズ１０において光学的機能を有していない面１１（以下、「レンズ側面１１」という）の面上に種々の測長用マーク（以下、「マーク」と略述する）を転写して、Ｘ軸方向及びＺ軸方向における収縮変形率を求めても良い。
【０１４４】
例えば、図１０（Ｂ）に示されるように、レンズ側面１１にＸ軸方向の距離を計測するための１組のマーク（Ｍ１、Ｍ２）と、Ｚ軸方向の距離を計測するための１組のマーク（Ｍ３、Ｍ４）とが転写されるように、レンズ側面１１に対応する成形用型の型部材（以下、「側面用型部材」という）に浅い溝又は凸部（以下、「マーク型」という）を加工により付加しておくことにより、Ｘ軸方向及びＺ軸方向における収縮変形率を求めることができる。この場合には、次の（２１）式に基づいてＸ軸方向における収縮変形率ｍ_ｘが求められる。
【０１４５】
m_X=(L_X’/L_X) ……（２１）
【０１４６】
ここで、Ｌ_ｘは、マークＭ１及びＭ２にそれぞれ対応する側面用型部材における２つのマーク型のＸ軸方向に関する距離であり、Ｌ_ｘ’は、レンズ側面１１におけるマークＭ１とマークＭ２とのＸ軸方向に関する距離である。なお、距離Ｌ_ｘ及びＬ_ｘ’は、工具顕微鏡等で測定される。
【０１４７】
また、次の（２２）式に基づいてＺ軸方向における収縮変形率ｍ_ｚが求められる。
【０１４８】
m_Z=(L_Z’/L_Z) ……（２２）
【０１４９】
ここで、Ｌ_ｚは、マークＭ３及びＭ４にそれぞれ対応する側面用型部材における２つのマーク型のＺ軸方向に関する距離であり、Ｌ_ｚ’は、レンズ側面１１におけるマークＭ３とマークＭ４とのＺ軸方向に関する距離である。
【０１５０】
なお、レンズ側面１１の代わりに、図１０（Ａ）に示されるように、レンズ側面１１に対向する光学的機能を有していない面１２（以下、「レンズ側面１２」という）の面上にマークＭ１〜Ｍ４が転写されていても良い。また、レンズ側面１１とレンズ側面１２の両方の面上にマークＭ１〜Ｍ４を転写し、それぞれの面について算出された収縮変形率の平均値を最終的な収縮変形率としても良い。さらに、マークの形状は図１０（Ｂ）に示されるような棒状に限られるものではなく、例えば十字形状であっても良い。また、図１０（Ｂ）では、それぞれ１組のマークを用いてＸ軸方向及びＺ軸方向の収縮変形率を求めているが、レンズ側面１１上に所定の基準点が設けられている場合には、それぞれ１つのマークであっても良い。
【０１５１】
また、上記マークＭ１〜Ｍ４の代わりに、一例として図１１（Ａ）に示されるように、Ｚ軸方向の距離を計測するためのマークとして、Ｘ軸方向に長く伸びるライン状の１組のマーク（ＭｚＡ、ＭｚＢ）を用い、Ｘ軸方向の距離を計測するためのマークとして、Ｘ軸方向に所定の間隔で配置された複数（ここではｎ個）のマークＭｘ_ｊ（ｊ＝１〜ｎ）を用いても良い。勿論、これらのマークをレンズ側面１１の面上に転写するためのマーク型が側面用型部材に付加されることとなる。この場合には、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の収縮変形率をそれぞれ１つの数値ではなくＸ軸方向の位置の関数として求めることができる。
【０１５２】
先ず、Ｚ軸方向の収縮変形率を求める場合について説明する。図１１（Ａ）の一部を抽出して拡大した図１１（Ｂ）に示されるように、マークＭｚＡ上のＸ座標値がｘ_１である点Ａ_１とマークＭｚＢ上のＸ座標値がｘ_１である点Ｂ_１とのＺ軸方向に関する距離Ｌｚ_１’を計測する。更に点Ａ_１及び点Ｂ_１にそれぞれ対応するマーク型での２点のＺ軸方向に関する距離Ｌｚ_１を計測する。そして、次の（２３）式に基づいてＸ座標値がｘ_１でのＺ軸方向の収縮変形率ｍ_ｚ１を求める。
【０１５３】
m_z1=(Lz₁’/Lz₁) ……（２３）
【０１５４】
同様にして、Ｘ座標値がｘ_２〜ｘ_ｎでのＺ軸方向の収縮変形率ｍ_ｚ２〜ｍ_ｚｎをそれぞれ求める。そして、得られたｎ個の収縮変形率ｍ_ｚ１〜ｍ_ｚｎに対してＸ座標値に関する多項式近似を行うことにより、Ｚ軸方向の収縮変形率をＸ軸方向の位置の関数として求めることができる。
【０１５５】
次に、Ｘ軸方向の収縮変形率を求める場合について説明する。ここでは、図１１（Ａ）の一部を抽出して拡大した図１１（Ｃ）に示されるように、マークＭｘ_ｊのＸ座標値をｘ_ｊとするとともに、ｘ_ｊとｘ_ｊ＋１との中点をｘ_Ｍｊとする。先ず、マークＭｘ_１とマークＭｘ_２とに基づいて、Ｘ座標値がｘ_Ｍ１でのＸ軸方向の収縮変形率ｍ_ｘ１を求める。すなわち、マークＭｘ_１とマークＭｘ_２とのＸ軸方向に関する距離Ｌｘ_１’と、マークＭｘ_１及びマークＭｘ_２にそれぞれ対応する２つのマーク型のＸ軸方向に関する距離Ｌｘ_１とを計測する。そして、次の（２４）式に基づいて収縮変形率ｍ_ｘ１を求め、それをＸ座標値がｘ_１とｘ_２との中点ｘ_Ｍ１でのＸ軸方向の収縮変形率とする。
【０１５６】
m_x1=(Lx₁’/Lx₁) ……（２４）
【０１５７】
続いて、マークＭｘ_２とマークＭｘ_３とに基づいて、Ｘ座標値がｘ_Ｍ２でのＸ軸方向の収縮変形率ｍ_ｘ２を同様にして求める。以下、同様にして、Ｘ座標値がｘ_Ｍ３〜ｘ_{Ｍ（ｎ−１）}でのＸ軸方向の収縮変形率ｍ_ｘ３〜ｍ_{ｘ（ｎ−１）}をそれぞれ求める。そして、得られた（ｎ−１）個の収縮変形率ｍ_ｘ１〜ｍ_{ｘ（ｎ−１）}に対してＸ座標値に関する多項式近似を行うことにより、Ｘ軸方向の収縮変形率をＸ軸方向の位置の関数として求めることができる。
【０１５８】
このようにＺ軸方向及びＸ軸方向の収縮変形率をＸ軸方向に関する位置の関数で表現することにより、1つの数値で代表する場合に比べて、より複雑な収縮変形挙動を表現することが可能となる。従って、更に形状精度に優れた成形品を成形するのに好適な成形用型を製造することができる。また、成形品の光学機能面を除く面上にマークを転写しているので、光学機能面にマークを転写した場合に問題となる光学的機能への悪影響を完全に回避することができる。
【０１５９】
なお、この場合には、レンズ側面１１の代わりに、レンズ側面１２の面上に上記各マークが転写されていても良い。また、レンズ側面１１とレンズ側面１２の両方の面上に上記各マークを転写し、それぞれの面について算出された収縮変形率の平均値を用いてＺ軸方向及びＸ軸方向の収縮変形率を求めても良い。さらに、マークＭｘ_ｊの形状は図１１（Ａ）に示されるような棒状に限られるものではなく、例えば十字形状であっても良い。
【０１６０】
また、この場合において、Ｚ軸方向の収縮変形率をＸ座標値の関数とする必要がない場合には、ｎ個の収縮変形率ｍ_ｚ１〜ｍ_ｚｎの平均値をＺ軸方向の収縮変形率としても良い。同様に、Ｘ軸方向の収縮変形率をＸ座標値の関数とする必要がない場合には、（ｎ−１）個の収縮変形率ｍ_ｘ１〜ｍ_{ｘ（ｎ−１）}の平均値をＸ軸方向の収縮変形率としても良い。
【０１６１】
また、前述の各実施形態では、ＸＹＺ３方向に関してそれぞれ収縮変形率を求めているが、これに限定されるものではない。また、成形品の形状に対する要求精度が高くない場合等は、必ずしも方向によって収縮変形率を区別する必要はなく、最も単純な場合（例えば、成形品の母線方向と子線方向の形状がほぼ同じ場合等）には、前記（５）式で示される形状回帰式における３個のパラメータ（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ，ｍ_ｚ）を１種類のパラメータで代用しても良い。
【０１６２】
さらに、前述の各実施形態では、成形品形状の測定値と形状回帰式とから収縮変形率を求める際に、最小自乗法に基づいて各パラメータ（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ，ｍ_ｚ）の最尤推定値を求める手法を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば最小減衰自乗法を初めとする種々の収束演算手法を用いても良い。また、成形品と型部材の任意の共通部分の寸法（例えば母線方向の長さや子線方向の厚み、光軸方向の厚み等）を実測し、それらの比を求めることで各パラメータ（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ，ｍ_ｚ）を決定しても構わない。あるいは型部材に微細溝のようなマークを施し、該マークを目印にして型部材と成形品のそれぞれ対応する寸法を実測するようにしても良い。
【０１６３】
また、形状回帰式における３個のパラメータ（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ，ｍ_ｚ）を２種類のパラメータで代用しても勿論構わない。例えば、ｍ_ｙ＝ｍ_ｚ＝ｍ_ｃとおくと、前記（１）式の第２項に対応する形状回帰式は、次の（２５）式のように書き換えることができる。
【０１６４】
c2・(m_y・y)²/[1+{1-(1+K2)(c2・(m_y・y))²}^0.5]/m_z
=c2・(m_c・y)²/[1+{1-(1+K2)(c2・(m_c・y))²}^0.5]/m_C
=c2・m_c・y²/[1+{1-(1+K2)(c2・m_c・y)²}^0.5]
=(m_c・c2)y²/[1+{1-(1+K2)((m_c・c2)y)²}^0.5] ……（２５）
【０１６５】
ここで、ｍ_ｃというパラメータは、上記（２５）式から明らかなように、（１）式の第２項に含まれる子線方向の近軸曲率ｃ２の相似変形率を示すパラメータに他ならない。従って、成形プロセスにおける子線方向の近軸曲率ｃ２の相似変形率ｍ_ｃを求め、次の（２６）式に基づいて型部材の子線方向の設計形状ｇ（ｙ）を定めるという方法も本発明の範疇に属することは言うまでもない。
【０１６６】
g(y)=(c2/m_c)y²/[1+{1-(1+K2)((c2/m_c)y)²}^0.5] ……（２６）
【０１６７】
また、前述の各実施形態では、各収縮変形率の初期見込み値（ｍ_ｘ ^＊、ｍ_ｙ ^＊、ｍ_ｚ ^＊）として、０．９９３という値を用いているが、未知のパラメータに対しては、適当な値、例えば０．９８以上１以下の適当な値を決定しても良い。
【０１６８】
さらに、前述の各実施形態では、型部材の表面形状と成形品の形状測定値との差から収縮変形率を算出しているが、要求される形状精度があまり高くない場合には、経験的に得られている既知の値を収縮変形率としても良い。これにより、表面形状の修正を効率的に行うことができる。
【０１６９】
なお、前述の各実施形態では、光学素子の成形素材として、非晶質ポリオレフィン樹脂を用いているが、これに限定されるものではない。透明性が要求される光学素子を成形する場合には、軟化温度がそのガラス転移温度である熱可塑性の非晶質樹脂、例えば、ポリメタアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式アクリル樹脂、環状オレフィンコポリマ等を使用しても良い。また、ミラーのような透明性を必要としない光学素子や，光学素子以外の形成品では、前記樹脂に限定されるものではなく、軟化温度がその融解温度である結晶性樹脂を成形素材として使用することも可能である。また、上記熱可塑性樹脂のみならず、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂、あるいはガラス等も成形素材として用いることが可能である。
【０１７０】
また、前述の各実施形態では、射出成形法により、光学素子を成形しているが、成形方法としては、射出成形法のみならず、圧縮成形、ブロー成形、ガスインジェクション成形、熱プレス成形、あるいは、特開平６−３０４９７３号公報や特開平１１−０２８７４５号公報で開示されているようなヒケを誘導する低圧成形法など、種々のプラスチック成形法を適用することが可能である。また、ガラス母材の表面に光硬化性樹脂を形成するハイブリッドレンズの加工や、成形素材にガラスを用いたガラスプレス成形にも適用可能である。つまり、成形加工時に成形素材の収縮または膨張を伴うような型転写成形であれば適用可能である。
【０１７１】
さらに、前述の各実施形態では、成形用型として金型の場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えばセラミック等の非金属製の成形用型であっても良い。
【０１７２】
また、前述の各実施形態では、多項式近似を行う際に、母線方向に１０次、子線方向に２次の多項式を用いているがこれに限定されるものではなく、要求される精度や、形状誤差の程度によって変更することができる。
【０１７３】
なお、前述の各実施形態では、光学機能面が凸面の場合について説明しているが、勿論これに限定されるものではなく、例えば平面であっても良い。また、光学機能面の形状が前記（１）式で示されない場合であっても、なんらかの関数で示すことができれば、前述の各実施形態と同様な手順で成形用型を製造することができる。
【０１７４】
さらに、前述の各実施形態では、型部材の表面形状及び成形品の形状を測定する際に、超高精度三次元測定機を用いたが、これは接触型でも非接触型でも良い。そして、三次元測定機に必要な測定精度は、成形品に要求される精度によって異なる。また、レンズの光学機能面が球面であれば、フィゾー干渉計などの干渉計を用いても良い。
【０１７５】
次に前述の各実施形態における型部材の修正加工法の一例について、説明する。ここでは、修正量が小さいので、切削工具ではなく、一例として図１２に示されるように研磨工具４０を用いて修正加工を行う。
【０１７６】
先ず、型部材の修正前後の各表面形状に基づいて、修正量を算出し、この修正量をＸＹ平面内の高さデータＺ_ｘｙ（いわゆるＺｍａｐ）に変換する。ここで、添え字ｘ，ｙは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の加工位置をそれぞれ示している。さらに、図１３に示されるように、このＺｍａｐを研磨工具４０の滞留時間Ｗ_ｘｙ（いわゆるＷｍａｐ）に変換する。なお、ここでの変換は、同一の条件（金型の材質、研磨工具の種類、研磨工具の回転数等）下での実測データに基づいて作成された変換テーブルを参照しながら行われる。これは、研磨工具４０による研磨量が、研磨時間、すなわち研磨工具の滞留時間に関係しているという知見に基づいている。
【０１７７】
次に、型部材が金型加工機の所定位置にセットされると、図１２に示されるように、回転している研磨工具４０を型部材の最初の加工位置Ｐ_１１に点接触させる。ここでの研磨工具４０の滞留時間がＷ_１１になると、図１４に示されるように、研磨工具４０の接触位置がＰ_１２になるように研磨工具４０又は型部材を移動させ、その位置に時間Ｗ_１２だけ滞留させる。このようにして、全ての加工位置についてＷｍａｐに基づいて滞留時間を変えながら加工を行う。なお、加工位置は、Ｘ方向及びＹ方向ともに面に沿った長さにおいて等間隔（０．１〜０．２ｍｍ程度）で設定されている。そして、修正加工が終了した型部材は、所定の仕上げ処理等が行われ完成する。
【０１７８】
本発明に係る成形用型は、前述の各実施形態と同様な方法で、成形品に含まれる形状誤差が低減されるように最適化された設計情報に基づいて製造される。
【０１７９】
また、本発明に係る成形方法は、前述の各実施形態と同様な方法で、成形品に含まれる形状誤差が低減されるように最適化された設計情報に基づいて製造された成形用型を用い、しかも転写した際に安定した成形品の形状が得られるような所定の成形条件下で成形品の成形を行うので、形状誤差が小さい成形品を安定して成形することが可能となり、その結果として形状精度に優れた成形品を生産性良く成形することができる。
【０１８０】
なお、本発明に係る成形品は、プリズム、回折格子、光ファイバ用フェルール及び光学ハウジング等であっても良い。
【０１８１】
さらに、前述の各実施形態では、実際に成形品の成形及び型部材の加工を行っているが、計算機等を用いたシミュレーションにより、成形品の成形及び型部材の加工を行い、それらの結果に基づいて、最適な型部材の表面形状を設計し、加工データを求めても良い。
【０１８２】
《成形用型の設計装置》
次に、本発明に係る成形用型の設計装置の一実施形態を図１５に基づいて説明する。
【０１８３】
図１５には、本発明に係る成形用型の設計装置５００の機能がブロック化されて示されている。この設計装置５００は、型部材の表面形状を転写した際に安定した成形品の形状が得られるような成形条件を決定する設定部５０４と、前記成形条件で成形される成形品の形状と表面形状との差に基づいて表面形状に対する成形品の収縮変形率を算出する形状変形算出部５０８と、前記収縮変形率に基づいて表面形状を修正する型形状修正部５１１とを備えている。
【０１８４】
ここで、前記設定部５０４は、初期条件を入力する初期条件入力部５０１と、前記初期条件に基づいて型部材の表面形状を決定する型形状設定部５０３と、この表面形状を転写した際に安定した成形品の形状が得られるような成形条件を決定する成形条件設定部５０５とから構成されている。
【０１８５】
また、前記形状変形算出部５０８は、前記成形条件で転写された成形品の形状と型部材の表面形状との差である形状変形量を抽出する形状変形量抽出部５０７と、前記形状変形量に基づいて表面形状に対する成形品の収縮変形率を算出する収縮変形率算出部５０９とから構成されている。
【０１８６】
次に、設計装置５００による成形用型の設計方法について説明する。
【０１８７】
先ず、前記初期条件入力部５０１を介して、成形品の設計形状、成形品の素材となる樹脂の種類、型部材の材料、成形装置等の初期条件が入力されると、前記型形状設定部５０３により、樹脂の収縮率を考慮した型部材の表面形状データが決定される。
【０１８８】
また、前記成形条件設定部５０５により、前記初期条件と型部材の表面形状データとに基づいて、該表面形状データに対応する型部材の表面形状を転写した際に安定した成形品の形状が得られるような成形条件（例えば、射出成形法で成形される場合には、樹脂温度、型温度、射出速度、射出圧力、冷却時間等）が決定される。さらに、ここでは、初期条件として入力された成形装置に最適な成形用型の方案（型部材の形状、樹脂の注入経路、空気抜きの位置等）も決定される。
【０１８９】
次に、前記形状誤差抽出部５０７により、前記成形条件で転写された成形品の形状データと型部材の表面形状データとの差である形状変形量が抽出される。なお、成形品の形状データは、成形のシミュレーションで算出される。
【０１９０】
そして、前記収縮変形率算出部５０９により、前記形状変形量に基づいて、表面形状に対する成形品の収縮変形率が算出される。なお、ここでは、前述した成形用型の製造方法の場合と同様の手法を用いた演算により収縮変形率が算出される。また、この収縮変形率に対応する変形量では、形状誤差を所定の値以下まで低減できない場合には、更に前述した成形用型の製造方法の場合と同様にして、前記形状変形量と前記収縮変形率に対応する変形量との差が、非収縮変形量として算出される。
【０１９１】
前記型形状修正部５１１により、前記収縮変形率に基づいて型部材の表面形状データが修正される。なお、ここでは、前述した成形用型の製造方法と同様の手法を用いた演算により表面形状データが修正される。また、前記収縮変形率算出部５０９により非収縮変形量が算出された場合には、前記収縮変形率と非収縮変形量とに基づいて型部材の表面形状データが修正される。更に前記型形状修正部５１１は、前記修正された表面形状データに基づいて最適な加工データを作成し、該加工データをＮＣデータに変換するとともに、図示しない金型加工機にネットワークを介して送付することも可能である。
【０１９２】
以上説明したように、本実施形態に係る成形用型の設計装置によると、形状変形量に基づいて算出される収縮変形率（及び非収縮変形量）をフィードバックして型部材の表面形状データを修正するために、成形に際して成形品の形状誤差を減少させることが可能となり、結果的に形状精度に優れた成形品を成形するのに好適な成形用型を設計することができる。
【０１９３】
なお、本実施形態では、実測値を用いないで型部材の表面形状データを修正しているが、既成の成形用型を修正する場合には、修正前の型部材の表面形状データ及び成形品の形状データにそれぞれ実測値を用いても良い。
【０１９４】
《成形用型の設計プログラム》
また、本発明に係る成形用型の設計プログラムに従って、型設計用コンピュータが所定の手順を実行することにより、成形用型の設計を行うことができる。以下、この場合の一実施形態について、上記設計用コンピュータのＣＰＵ（中央演算処理装置）によって、上記設計プログラムに従って実行される制御アルゴリズムを示す、図１６のフローチャートに基づいて簡単に説明する。
【０１９５】
前提として、不図示の型設計用コンピュータ（例えば、通常のパーソナルコンピュータ又はワークステーション等）が備える記憶装置に本発明に係る成形用型の設計プログラムが格納されているものとする。また、記憶装置には、後述する樹脂の種類とその収縮率との関係を示すテーブルデータがデータベースとして格納されているものとする。
【０１９６】
図１６のフローチャートに対応する制御アルゴリズムがスタートするのは、オペレータからの指示に応じて、設計プログラムが記憶装置から主メモリに転送（ロード）されたときである。
【０１９７】
先ず、図１６のステップ５５１では、オペレータによって、成形品の設計形状、成形品の素材となる樹脂の種類、成形用型の材料等の初期条件が入力されるのを待つ。
【０１９８】
そして、必要な初期条件が入力されると、次のステップ５５３に進んで、入力された樹脂の種類に応じて収縮変形率の初期見込み値を決定する。ここでは、記憶装置内に格納されている前記データベースから入力された樹脂の種類に対応する収縮率を抽出することにより、上記の初期見込み値を決定する。
【０１９９】
次のステップ５５５では、前記収縮変形率の初期見込み値を考慮して、成形品の設計形状よりも少し大きめのキャビティが形成されるように型部材の表面形状データを決定する。
【０２００】
次のステップ５５７では、先に入力された初期条件と上記ステップ５５５で決定した型部材の表面形状データとに基づいて、該表面形状データに対応する型部材の表面形状を転写した際に安定した成形品の形状が得られるような成形条件を決定する。
【０２０１】
次のステップ５５９では、上記ステップ５５７で決定された成形条件下で、上記の表面形状データに対応する型部材の表面形状を転写した際に得られるであろう成形品の形状誤差を、所定の方法で算出する。ここで、所定の方法とは、通常の射出成形のシミュレーションで行われる方法と同様の方法である。
【０２０２】
次のステップ５６１では、上で算出した形状誤差が所定の公差内であるか否かを判断する。そして、公差内である場合には、表面形状の修正が必要ないと判断して処理を終了する。一方、公差内でない場合には、表面形状の修正が必要であると判断し、ステップ５６２に移行する。
【０２０３】
ステップ５６２では、成形品の形状データと型部材の表面形状データとの差である形状変形量を算出し、次のステップ５６３に進んで、前記形状変形量に基づいて、型部材の表面形状に対する成形品の収縮変形率を算出する。なお、このステップ５６３においては、前述した成形用型の製造方法の場合と同様の手法を用いた演算により収縮変形率が算出される。
【０２０４】
次のステップ５６５では、上記ステップ５６３で算出した収縮変形率に対応する変形量で、成形品の形状誤差を所定の公差以下まで低減できるか否かを演算により判断する。そして、このステップ５６５における判断が肯定された場合、すなわち所定の公差以下まで低減できると判断した場合には、ステップ５６９に移行する。一方、ステップ５６５における判断が否定された場合、すなわち所定の公差以下まで低減できないと判断した場合には、ステップ５６７に移行して、更に前記形状変形量と収縮変形率に対応する変形量との差から非収縮変形量を算出する。なお、このステップ５６５においては、前述した成形用型の製造方法の場合と同様の手法を用いた演算により非収縮変形量が算出される。
【０２０５】
そして、ステップ５６９では、前記収縮変形量（必要な場合は更に前記非収縮変形量）に基づいて、前記型部材の表面形状の修正データを算出する。そして、ステップ５５９に戻り、以後上記ステップ５６１における判断が肯定されるまで前述の処理、判断を繰り返し行う。
【０２０６】
そして、実行結果、すなわち型部材の最終的な設計データは記憶装置に保存されるとともに、図示しない表示装置（ＣＲＴディスプレイ等）に表示される。
【０２０７】
以上説明したように、本実施形態に係る成形用型の設計プログラムによると、コンピュータに、上記のステップ５５１〜５６９の処理を実行させることにより、型部材の表面形状の修正データが算出される際に、形状変形量に基づいて算出される収縮変形率（及び非収縮変形量）をフィードバックするようになっている。
【０２０８】
従って、修正された表面形状データに基づいて製造された成形用型は、成形に際して成形品の形状誤差を減少させることが可能な成形用型となる。すなわち、本実施形態に係る成形用型の設計プログラムによると、形状精度に優れた成形品を成形するのに好適な成形用型を設計することができる。
【０２０９】
また、設計用コンピュータ内で仮想的に成形用型の製作及び射出成形のシミュレーションを行うことが可能であるため、上述した手順で求められた型部材の表面形状データに基づいて、種々のコンピュータシミュレーションを行い、その結果から加工手順を含むさらに最適な加工データ（ＮＣデータ等）を作成することも可能である。
【０２１０】
《光学システム》
次に、本発明に係る光学システムの実施形態について説明する。
【０２１１】
まず、光学システムの一実施形態を図１７に基づいて説明する。
【０２１２】
図１７には、本発明に係る光学システム６００の概略構成が示されている。この光学システム６００は、光源としての半導体レーザ６０１、該半導体レーザ６０１からの光を所定角度範囲で等角速度的に偏向する偏向面を有する偏向手段としての回転多面鏡（ポリゴンミラー）６０４、該回転多面鏡６０４にて偏向された光を等速度的な光に変換する光学系としてのレーザ走査光学系６０５、及び該レーザ走査光学系６０５からの光の方向を変更する（光路を折り曲げる）折り返しミラー（折り曲げミラー）６０８等を備えている。ここで、レーザ走査光学系６０５は、前述した成形用型の製造方法によって製造された成形用型を用いて例えば射出成形により成形された３種類の光学素子としての走査レンズ６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃから構成されている。
【０２１３】
ここで、光学システム６００の動作について簡単に説明する。半導体レーザ６０１から出射された光は、レンズ６０２およびレンズ６０３を介して、回転多面鏡６０４の偏向面近傍に一旦結像される。この回転多面鏡６０４は、一定の速度で図中の矢印Ｃ方向に回転しており、その回転に伴って偏向面近傍に結像された光は等角速度的に偏向される。この偏向された光は、さらに各走査レンズ６０５ａ、６０５ｂ、及び６０５ｃを順次透過し、折り返しミラー６０８の長手方向（主走査方向）を所定角度範囲内で等速度的に走査する光に変換される。そして、この光は、折り返しミラー６０８で反射されて走査対象である感光体ベルト６０６表面を走査する。
【０２１４】
例えば、本実施形態に係る光学システム６００がデジタル複写機に使用された場合には、半導体レーザ６０１の光は複写画像に対応する画像情報によって、その光強度が変調されており、この光が感光体ベルト６０６表面に結像することにより、感光体ベルト６０６表面に複写画像の静電潜像が形成される。従って、レーザ走査光学系６０５における走査方向や走査速度等の走査精度が、複写品質に大きな影響を与えることとなる。すなわち、各走査レンズ６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃの形状精度が複写品質に大きな影響を与える。
【０２１５】
しかるに、本実施形態に係る光学システム６００では、各走査レンズ６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃは前述した成形用型の製造方法によって製造された成形用型を用いて例えば射出成形により成形されているため、形状精度に優れており、前記回転多面鏡６０４にて等角速度的に偏向された光を精度良く等速度的に走査する光（スキャンビーム）に変換することができる。従って、複写すべき情報を正確に再現することが可能となる。
【０２１６】
次に、本発明に係る光学システムの他の実施形態を図１８に基づいて説明する。
【０２１７】
図１８には、他の実施形態に係る光学システム７００の概略構成が示されている。この光学システム７００は、光源としての半導体レーザ７０１、該半導体レーザ７０１からの光を等角速度的に偏向する偏向面を有する偏向手段としての回転多面鏡７０４、該回転多面鏡７０４にて偏向された光を等速度的に走査する光に変換する光学系としてのレーザ走査光学系７０９、及び該レーザ走査光学系７０９からの光の方向を変更する折り返しミラー７０８ｂ等を備えている。この場合、レーザ走査光学系７０９は、前述した成形用型の製造方法によって製造された成形用型を用いて例えば射出成形により成形された２種類の光学素子としての走査ミラー７０９ａ及び走査レンズ７０９ｂから構成されている。
【０２１８】
ここで、光学システム７００の動作について簡単に説明する。半導体レーザ７０１から出射された光は、レンズ７０２およびレンズ７０３を介して、回転多面鏡７０４の偏向面近傍に一旦結像される。この回転多面鏡７０４は、一定の速度で図中矢印Ｂ方向に回転しており、その回転に伴って偏向面近傍に結像された光は等角速度的に偏向される。この偏向された光は、走査ミラー７０９ａ及び折り返しミラー７０８ａを介して走査レンズ７０９ｂに入射され、折り返しミラー７０８ｂの長手方向を所定角度範囲で等速度的に走査する光に変換される。そして、この光は、折り返しミラー７０８ｂで反射されて走査対象である感光体ベルト７０６表面を走査する。
【０２１９】
本実施形態に係る光学システム７００では、走査ミラー７０９ａ、及び走査レンズ７０９ｂは前述した成形用型の製造方法によって製造された成形用型を用いて例えば射出成形により成形されているため、形状精度に優れており、前記回転多面鏡７０４にて等角速度的に偏向された光を精度良く等速度的に走査する光（スキャンビーム）に変換することができる。従って、例えば、デジタル複写機に使用された場合には複写すべき情報を正確に再現することが可能となる。
【０２２０】
次に、本発明に係る光学システムのその他の実施形態として画像形成装置について説明する。
【０２２１】
図１９には、一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ８００の概略構成が示されている。
【０２２２】
このレーザプリンタ８００は、感光層が表面に形成されている像担持体としての感光体ドラム８０６、画像情報を含むレーザ光を射出する光源としてのレーザ光源８０４、該レーザ光源８０４からの光を走査し画像情報の静電潜像を前記感光体ドラム８０６の表面に形成する光学系としての走査光学系８１０、前記静電潜像を現像しトナー画像を形成する現像部８１２、転写手段としての転写部８２０、及び前記トナー画像を用紙上に定着する熱定着部８２１等を備えている。
【０２２３】
ここで、前記走査光学系８１０は、前述した成形用型の製造方法によって製造された成形用型を用いて例えば射出成形により成形された３種類の光学素子としての走査レンズ８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃを備えている。また、前記現像部８１２は、トナーＴが格納されているトナー室８１４と、該トナー室８１４のトナーＴを前記感光体ドラム８０６の表面に付着させる現像スリーブ８１３とを有している。さらに、前記熱定着部８２１は、不図示のヒータが内蔵された定着ローラ８２１ａと、加圧ローラ８２１ｂとで構成され、この加圧ローラ８２１ｂは、不図示の付勢手段によって、定着ローラ８２１ａに押し当てられている。
【０２２４】
ここで、レーザプリンタ８００の動作について簡単に説明する。電源が投入され、トナー量のチェック等の各種準備処理が終了すると、スタンバイ状態になる。ここで、感光体ドラム８０６は、図面内で時計回り（矢印方向）に回転し、ローラ状の帯電部８１１によってドラム表面が一様に帯電される。そして、例えばコンピュータのような画像情報を作成する作成装置（不図示）から画像情報が図示しない入力部に入力されると、該画像情報に基づいて強度変調されたレーザ光がレーザ光源８０４から射出される。この強度変調された光は、図示しない偏向部で偏向されて走査光学系８１０に入射され、光路上に配置されている走査レンズ８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃをそれぞれ透過し、図示しないミラーを介して光Ｌとして感光体ドラム８０６に射出される。なお、走査光学系８１０では、入射される光が各走査レンズ８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃによって、感光体ドラム８０６の長手方向に所定角度範囲で等速で走査する光に変換される。そして、感光体ドラム８０６の表面に光Ｌが照射されると、ドラム表面の帯電状態が変化し、画像情報に対応する静電潜像が形成される。
【０２２５】
さらに、感光体ドラム８０６の回転とともに、現像スリーブ８１３を介してトナーＴがドラム表面の帯電部分に付着される。これにより、感光体ドラム８０６の表面に形成された静電潜像は現像され、トナー画像が得られる。
【０２２６】
他方、給紙カセット８１６内の用紙８１７は、給紙ローラ８１５と不図示の付勢部材によって、上から順に繰り出され、さらに分離パッド８１８で１枚の用紙が分離され、レジストローラ対８１９の前面に送られ、そこで待機する。
【０２２７】
そして、前述した静電潜像の現像処理にタイミングを合わせてレジストローラ対８１９が回転すると、用紙はローラ状の転写部８２０に搬送される。転写部８２０では、感光体ドラム８０６の表面のトナー画像が用紙に転写される。
【０２２８】
転写後の用紙は、そのまま熱定着部８２１に搬送され、定着ローラ８２１ａと加圧ローラ８２１ｂとの間を通過する際に用紙上のトナー画像に熱と圧力が加えられ、これによってトナー画像が用紙上に定着される。
【０２２９】
画像が定着された後、用紙は画像面を下にして図中矢印Ａで示す方向に排出されプリンタ本体上に順次スタックされる。一方、トナー画像を用紙に転写した後の感光体ドラム８０６は、そのまま回転しながらクリーニングブレード８２２でドラム表面の残留トナーが除去され、帯電部８１１による再度の帯電に備える。
【０２３０】
用紙上に転写される画像の画質は、前述した走査光学系８１０における光の走査精度に依存している。すなわち、高画質の画像を形成するためには、レーザ光源８０４からの光が感光体ドラム８０６の表面で結像し、しかも走査方向及び走査速度が一定であることが必要である。
【０２３１】
本実施形態に係るレーザプリンタでは、前述した成形用型の成形用型の製造方法によって製造された成形用型を用いて、例えば射出成形により成形された走査レンズを使用しているために、設計形状との形状誤差が小さく、設計時の光学的機能を有しており、その結果として正確な走査が可能となり、高画質の画像を形成することができる。
【０２３２】
なお、走査光学系８１０は、必ずしも３種類の走査レンズを具備する必要はなく、また、走査ミラー等のレンズ以外の光学素子を含むことも可能である。
【０２３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る成形用型の製造方法によれば、成形条件を厳密に制御する必要がなく、しかも特殊な成形装置や補助装置を必要とせずに形状精度に優れた成形品を成形するのに好適な成形用型を製造することができるという効果がある。
【０２３４】
また、本発明に係る成形用型によれば、成形条件を厳密に制御する必要がなく、しかも特殊な成形装置や補助装置を必要とせずに形状精度に優れた成形品を生産性良く成形することができるという効果がある。
【０２３５】
また、本発明に係る成形方法によれば、成形条件を厳密に制御する必要がなく、しかも特殊な成形装置や補助装置を必要とせずに形状精度に優れた成形品を生産性良く成形することができるという効果がある。
【０２３６】
また、本発明に係る成形用型の設計装置及び設計プログラムによれば、成形条件を厳密に制御する必要がなく、しかも特殊な成形装置や補助装置を必要とせずに形状精度に優れた成形品を成形するのに好適な成形用型を設計することができるという効果がある。
【０２３７】
また、本発明に係る成形品及び光学素子によれば、形状誤差を低減するように設計、製造された成形用型を用いることにより、形状精度を向上させることができるという効果がある。
【０２３８】
また、本発明に係る光学システムによれば、形状精度に優れた光学素子を用いることにより、走査精度を向上することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態において成形される光学素子（レンズ）の外形形状を示す図である。
【図２】本発明の実施形態において製造される成形用型を構成する型部材の形状を示す図である。
【図３】本発明に係る成形用型の製造方法の第１の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれレンズの設計形状を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ型部材の座標系と成形品の座標系との関係を説明するための図である。
【図６】型部材の切削加工を説明するための図である。
【図７】超高精度三次元測定機での形状測定の手順を説明するための図である。
【図８】本発明に係る成形用型の製造方法の第２の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明に係る成形用型の製造方法の第３の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ測長用マークを用いてＸ軸方向及びＺ軸方向の成形品の収縮変形率を求める方法を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ測長用マークを用いてＸ軸方向に関する位置の関数としてＸ軸方向及びＺ軸方向の成形品の収縮変形率を求める方法を説明するための図である。
【図１２】型部材の修正加工を説明するための図である。
【図１３】Ｚ軸方向の修正量から研磨工具の滞留時間への変換を説明するための図である。
【図１４】型部材の修正加工時における研磨方向を説明するための図である。
【図１５】本発明に係る成形用型の設計装置を説明するための機能ブロック図である。
【図１６】本発明に係る型設計コンピュータのプログラムを説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明に係る光学システムの第１の実施形態を説明するための図である。
【図１８】本発明に係る光学システムの第２の実施形態を説明するための図である。
【図１９】本発明に係る光学システムとしての画像形成装置の一実施形態を説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれ従来例の形状誤差を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…成形品（レンズ）、２０…型部材、５００…成形用型の設計装置、６００…光学システム（第１の実施形態）、６０４…偏向手段（回転多面鏡：光走査系の一部）、６０５…光学系（レーザ走査光学系：光走査系の一部）、６０５ａ，６０５ｂ，６０５ｃ…光学素子（走査レンズ）７００…光学システム（第２の実施形態）、７０４…偏向手段（回転多面鏡：光走査系の一部）、７０９…光学系（レーザ走査光学系：光走査系の一部）、７０９ａ…光学素子（走査ミラー）、７０９ｂ…光学素子（走査レンズ）、８００…画像形成装置（レーザプリンタ）、８０４…光源、８０６…像担持体（感光体ドラム）、８１０…光学系（走査光学系：光走査系の一部）、８１０ａ，８１０ｂ，８１０ｃ…光学素子（走査レンズ）、８２０…転写手段（転写部）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a molding die, a method for producing the molding die,as well asMolding methodRelated toMore specifically, a molding die for molding precision parts such as plastic lenses, a method for producing a molding die for producing the molding die,as well asMolding method for molding using the molding dieConcerning.
[0002]
[Prior art]
Since optical components such as lenses are inexpensive and light, relatively many plastic components such as plastic are used. And most of the optical parts made of resin are manufactured by an injection molding method and a method similar thereto. In the injection molding method, a molding die such as a mold having a cavity having a shape similar to that of a molded product is used. The surface of the mold member constituting the molding die is processed into a predetermined surface shape based on the design shape of the molded product in order to form the cavity.
[0003]
Then, the molten resin is injected into the cavity of the molding die while applying pressure, and after cooling, the solidified resin is separated from the molding die, whereby a molded product having a predetermined shape to which the surface shape of the mold member is transferred is obtained. can get.
[0004]
As the resin for injection molding, thermoplastic resins such as amorphous polyolefin and acrylic are used for optical parts, and the resin is heated and melted to 200 ° C. or more, and the mold is kept in a molten state. Injected into. Therefore, the molded product is deformed due to shrinkage that occurs when the injected resin is solidified, thermal shrinkage that occurs when it is cooled to room temperature, and the shape is smaller than the cavity of the molding die. Therefore, in order to compensate for the deformation, a cavity shape is formed by approximating the deformation of the molded product as a similar deformation and multiplying the design shape of the molded product by the inverse of the isotropic deformation rate (heat shrinkage rate). In addition, the surface shape of the mold member was designed.
[0005]
By the way, in a laser printer, a digital copying apparatus, and the like, a resin optical element molded by an injection molding method or the like is often used from the viewpoint of cost. In recent years, as the demand for image quality has increased, there has been a growing interest in the accuracy of the shape of optical elements used in scanning optical systems that have a significant effect on image quality. On the other hand, it is necessary to satisfy the demand for price reduction at the same time, and the demand for high-precision plastic optical elements is increasing.
[0006]
In a molded product by injection molding, non-uniform internal stress is generated due to non-uniformity of cooling rate, non-uniformity of resin temperature, asymmetry of molded product shape, and the like. Also, the injection pressure is not evenly applied to the resin injected into the cavity, but varies, which makes the resin density non-uniform. These all cause uneven deformation of the molded product. That is, in practice, the deformation generated in the molded product includes not only similar deformation but also non-similar deformation. Accordingly, it has been difficult to mold a molded product that satisfies the required shape accuracy with a molding die designed and manufactured by approximating the deformation of the molded product as a similar deformation. This indicates that in order to obtain a molded product having a highly accurate shape, it is important to design a molding die in consideration of various deformations that occur in the molded product.
[0007]
Therefore, in the method disclosed in Japanese Patent No. 2898197, the shape of a molded product formed by using a mold member having a predetermined surface shape is measured, and the dimensional difference between the measured value and the design shape of the molded product is calculated. A certain shape error is obtained, and the shape of the mold member is corrected so as to reduce the shape error, thereby improving the shape accuracy of the molded product.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 2898197, the shape error of the molded product is reduced as compared with the case where the mold is designed by approximating the deformation of the molded product described above as a similar deformation. However, since the similar deformation and the non-similar deformation are not distinguished from each other and are handled together as a shape error, there is a disadvantage that the similar deformation cannot be sufficiently reduced. With respect to this inconvenience, the result when a computer simulation is specifically performed will be described. First, for example, the shape of a molded product when it is molded using a mold member having a surface shape as shown in FIG. However, here, for convenience, it is assumed that only similar deformation with a similar deformation rate m occurs during molding. Then, an error in the shape of the molded product with respect to the surface shape of the mold member is calculated. Next, this error is subtracted from the surface shape of the mold member to correct the surface shape. And the shape of the molded product at the time of shape | molding using the type | mold member which has this corrected surface shape is calculated again. However, here, similarly to the above, it is assumed that only similar deformation with a similar deformation rate m occurs during molding. Further, the calculated shape of the molded product is compared with the design shape of the molded product to obtain a shape error. As a result, for example, when the similarity deformation rate m is set to 0.993, as shown in FIG. 20B, a shape error of about 0.5 μm remains in Peak to Valley. That is, it turns out that the similar deformation | transformation in the case of shaping | molding is not fully reduced. Further, the magnitude of the shape error depends on the shape of the molded product, and in some cases may be 1 μm or more.
[0009]
In the future, with increasing demand for high image quality in laser printers and the like, it is inevitable that submicron-order shape accuracy will be required for optical parts made of resin, and it is difficult to satisfy this requirement with conventional methods. It is expected that
[0010]
The present invention has been made under such circumstances. The first object of the present invention is that it is not necessary to strictly control the molding conditions, and it is excellent in shape accuracy without requiring a special molding device or auxiliary device. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a molding die that can manufacture a molding die suitable for molding a molded product.
[0011]
In addition, the second object of the present invention is to form a molded product having excellent shape accuracy with high productivity without the need to strictly control the molding conditions and without requiring a special molding device or auxiliary device. An object of the present invention is to provide a mold for molding and a molding method using the mold.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
From a first viewpoint, the present invention provides:A method for manufacturing a molding die, which has a cavity having a predetermined shape and manufactures a molding die for molding a molded product by transferring a surface shape of the mold member forming the cavity to the molding material. The molding conditions for obtaining a stable molded product shape when the surface shape is transferredDecision processWhen;A step of molding under the molding conditions; a step of measuring a shape of a molded product molded under the molding conditions; and a shape error that is a difference between a measured value and a design value of the shape of the molded product,Of the molded product during the moldingDetermining shrinkage deformation rates for a plurality of directions;And the aboveFor multiple directionsBased on shrinkage deformation rate,The step of correcting the surface shape to a shape that reduces the shape error contained in the molded productWhen;Modifying the mold member based on the modified surface shape;The manufacturing method of the shaping | molding die containing this.
[0016]
  In the present specification, the “stable shape of the molded product” does not necessarily mean the same shape as the design shape, and includes a shape having a constant shape error with respect to the design shape. Further, in the present specification, the “molding conditions for obtaining a stable molded product shape” means that a molded product having a stable shape is not molded unless the molding conditions are strictly met. not,DecisionThe molding condition means that the shape of the molded product hardly changes even if the molding is performed in a state where there is some variation with respect to the molding condition.
[0017]
  According to this,First,The molding conditions are such that a stable molded product shape is obtained when the surface shape of the mold member is transferred.DecisionIs done. Here, for example, when the surface shape of the mold member is transferred to the molding material by injection molding, the molding temperature, molding material temperature, injection speed, injection pressure, cooling time, etc. are the molding conditions.DecisionIs done.Then, molding is performed under the determined molding conditions.
[0018]
  AndThe shape of the molded part is measured,Based on the shape error, which is the difference between the measured value and the design value of the shape of the molded product,Shrinkage deformation rate isRespectivelyIt is determined.
[0019]
  Furthermore,For shrinkage deformation rate in multiple directionsBased on this, the surface shape of the mold member is corrected so as to reduce the shape error included in the molded product. That is, for the design shape of the molded productFor multiple directionsSince the cavity shape considering the shrinkage deformation rate is obtained and the surface shape of the mold member is corrected based on this cavity shape, it is included in the molded product compared with the case where it is corrected by the conventional shrinkage amount. The shape error can be further reduced.Then, the mold member is corrected based on the corrected surface shape.
[0020]
  Therefore,It is not necessary to strictly control the molding conditions, and it is possible to manufacture a molding die suitable for molding a molded product having excellent shape accuracy without requiring a special molding device or auxiliary device.
[0036]
From the second point of view, the present inventionA molding die manufactured by a method for manufacturing a molding die.
[0037]
According to this, the molding die according to the present invention is manufactured based on design information optimized so as to reduce the shape error included in the molded product.
[0038]
From a third viewpoint, the present invention provides:As a mold for moldingOf the present inventionUsing a molding die, and molding a molded product by transferring a surface shape of a mold member included in the molding die to a molding material under a predetermined molding condition in which a stable molded product shape is obtained. This is a molding method.
[0039]
  According to this, it was manufactured based on design information optimized so as to reduce the shape error contained in the molded product.Of the present inventionThe molded product is molded under the predetermined molding conditions so that a stable molded product shape can be obtained when transferred using a molding die, so that a molded product with a small shape error can be stably molded. As a result, it is not necessary to strictly control the molding conditions, and a molded product having excellent shape accuracy can be molded with high productivity without requiring a special molding device or auxiliary device.
[0060]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a method for producing a molding die according to the present invention will be described.
[0061]
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0062]
FIG. 1 shows an outer shape of an optical element 10 molded using a molding die manufactured by the manufacturing method according to the present invention. The optical element 10 is a scanning lens (fθ lens) used in a laser printer or the like, and has optical functional surfaces FA and FB. Here, the optical axis direction of the lens is the Z-axis direction, the longitudinal direction of the lens (hereinafter referred to as “bus line”) is the X-axis direction, and the short side of the lens (hereinafter appropriately referred to as “sub-bar”) is the Y-axis direction. And In the present embodiment, as an example, it is assumed that the lens 10 having a bus bar length of 150 mm, a child bar length of 8 mm, and a maximum length in the optical axis direction of 30 mm is molded. Furthermore, as a molding material of the lens 10, an amorphous polyolefin resin is used as an example.
[0063]
The optical functional surface FA of the lens 10 has an aspheric shape. In the aspherical shape, z is a value in the Z-axis direction (hereinafter referred to as “depth” as appropriate), x is a value in the X-axis direction (hereinafter referred to as “lens height in the bus direction” as appropriate), and y is in the Y-axis direction. It is generally known that the value (hereinafter referred to as “the lens height in the sub-wire direction”) is generally expressed by the following equation (1).
[0064]
[Expression 1]

[0065]
Here, c1 is a curvature in the busbar direction in the vicinity of the optical axis (hereinafter referred to as “paraxial curvature in the busbar direction” as appropriate), and c2 is a curvature in the direction of the slaveline in the vicinity of the optical axis (hereinafter appropriately referred to as “paraxial in the slaveline direction”). K1 is a conic constant in the bus direction, and k2 is a conic constant in the sub-wire direction. Note that c2 and k2 have values depending on the lens height in the generatrix direction. In addition, the third term of the above formula (1) is a polynomial, m and n are the orders of x and y, M and N are the maximum orders of x and y, respectively, A_mnMeans a polynomial coefficient.
[0066]
FIG. 2 shows an example of a mold member (mirror piece: optical insert) that is a mold for molding the lens 10. Normally, the mold is composed of a plurality of mold members, but FIG. 2 shows only the mold member 20 that molds the optical functional surface FA of the lens 10. That is, the mold member 20 has a surface DA having a shape (surface shape) substantially the same as the optical functional surface FA of the lens 10, and molten resin is injected into the cavity formed by the mold member 20 and solidified. By doing so, the surface shape of the surface DA is transferred to the resin. Therefore, the dimensional accuracy of the surface DA of the mold member 20 greatly affects the shape accuracy of the lens.
[0067]
Below, the manufacturing method of this type | mold member 20 is demonstrated in detail using the flowchart of FIG. Here, the design shape of the optical functional surface FA of the lens 10 is given by the above equation (1), and for convenience, the depth z is the lens height x in the busbar direction and the lens height y in the childline direction. The following equation (2) is used as a function.
[0068]
z = f (x, y) (2)
[0069]
Further, in the first embodiment, the shape in the bus line direction is indicated by the height in the Z-axis direction as shown in FIG. 4A, and the shape in the child line direction is shown in FIG. 4B. Thus, the curvature radius of the Y-axis direction cross section (YZ cross section) is indicated.
[0070]
Returning to FIG. 3, first, in step 101 of FIG. 3, initial expected values (m_x ^*, M_y ^*, M_z ^*). In the first embodiment, the initial expected value of the shrinkage deformation rate is set to m, for example, based on molding experience related to the amorphous polyolefin resin._x ^*= 0.993, m_y ^*= 0.993, m_z ^*= 0.993.
[0071]
  Next, in step 103, the surface shape of the mold member is determined. Here, considering the amount of contraction deformation given by the initial expected value of each contraction deformation rate with respect to the design shape of the lens, the shape represented by the following equation (3) is used as the surface shape of the mold member. That is, the surface shape of the mold member is set so that a cavity that is 0.7% larger than the design shape of the lens as a whole is formed.DecisionTo do.
[0072]
z = -f (-0.993x, 0.993y) /0.993 (3)
[0073]
In the first embodiment, as shown in FIG. 5A, the lens coordinate system and the mold member coordinate system have the same + -direction with respect to the Y axis, but the Z axis. With respect to the X axis, the +-direction is opposite. On the other hand, for example, as shown in FIG. 5B, when the X-axis is the same and the + -direction is opposite with respect to the Z-axis and the Y-axis, the surface shape of the mold member is Instead of the expression (3), the shape is represented by the following expression (4).
[0074]
z = -f (0.993x, -0.993y) /0.993 (4)
[0075]
Comparing the above formulas (3) and (4), only the signs of the x and y coefficients are different, so the following describes the case where the Y axes are in the same relationship. When the X-axis is in the same relationship, the following procedure can be used as it is by changing the sign of each coefficient of x and y in the formula described later.
[0076]
  Returning to FIG. 3, when the surface shape of the mold member is determined, in step 105, the mold member is manufactured based on the surface shape. For the production of the mold member, an automatic machine tool (hereinafter referred to as “die machining machine”) by numerical control such as an NC lathe is used to obtain high machining accuracy. Therefore, the surface shape of the mold member is converted into numerical control data (NC data or the like) and input to the die processing machine. As an example, as shown in FIG. 6, the die processing machine has a single crystal diamond tool 30 and a tool spindle 31, and single crystal diamond is formed on the outer peripheral surface of the tool spindle 31 that rotates at a constant speed around the Y axis. Tool 30 is held. Further, the mold member can be moved in the XYZ triaxial directions by a moving stage (not shown). When the material of the mold member (for example, special steel for a tool) is set at a predetermined position of the die processing machine, the tool spindle 31 rotates at a constant speed according to an instruction of a control device (not shown), and the single crystal diamond tool 30 First, cutting along the first processing line 34 is performed by XY simultaneous biaxial control. Then, when the cutting of the processing line 34 is completed, the die member is then moved by a constant pitch in the Y-axis direction to perform the cutting of the next processing line. By repeating this,DecisionThe surface shape thus formed is formed on the mold member. The cutting tool may not be a single crystal diamond tool, and other cutting tools can be used depending on the material of the mold member and the required shape accuracy.
[0077]
Returning to FIG. 3, next, in step 107, by using this mold member, injection molding is performed under various conditions (mold temperature, resin temperature, injection speed, injection pressure, cooling time, etc.), and substantially the same shape is obtained. The molding conditions are determined so that the lens is stably molded. These molding conditions vary depending on the shape of the molded product and the type of resin. In the first embodiment, as an example, the mold temperature is 135 ° C., the resin temperature is 280 ° C., and the injection speed is 20 m. Suppose that the molding conditions are determined, that is, the injection pressure is 50 MPa and the cooling time is 300 seconds. It is assumed that other mold members and the like necessary as a mold for injection molding are prepared in advance.
[0078]
When the molding conditions are determined, in step 108, injection molding is performed under the molding conditions. Although the electric injection molding machine is used in the first embodiment, the present invention is not limited to this. It is also possible to form a plurality of molded products by one injection molding by producing a plurality of mold members having the same surface shape in step 105 and setting each mold member in a mold.
[0079]
In step 109, the shape of the optical functional surface FA of the molded lens 10 (hereinafter abbreviated as “lens shape”) is measured using an ultra-high precision three-dimensional measuring machine (not shown). Here, as shown in FIG. 7, the measurement probe (not shown) of the ultra-high-precision CMM is first scanned in the X-axis direction at the center of the subwire to obtain the height (depth) in the Z-axis direction. Then, the measurement probe is scanned in the Y-axis direction to measure the radius of curvature in the Y-axis direction. Note that the measurement in the Y-axis direction is the interval P_X(= Several millimeters) is performed for a plurality of positions (lines). In the first embodiment, as an example, one line is scanned in the X-axis direction and 23 lines are scanned in the Y-axis direction.
[0080]
Returning to FIG. 3, in step 111, for each radius of curvature in the X-axis direction and each curvature radius in the Y-axis direction, each measured value is compared with the design value to calculate the shape error, and whether the shape error is within a predetermined tolerance. Check whether or not. Here, as an example, the maximum value of the shape error calculated for each measurement point is used as a comparison target, but an integrated value of the shape error or a shape error at a specific position may be used as a comparison target. If the shape error is within a predetermined tolerance, the determination in step 111 is affirmed, and the process is terminated because it is not necessary to correct the mold member. However, if it is not within the predetermined tolerance, the determination in step 111 is denied, that is, the mold member needs to be corrected, and the process proceeds to the next step 113.
[0081]
In step 113, three new parameters m_x, M_y, M_zThe shape regression equation represented by the following equation (5) is considered.
[0082]
z = f (m_x ^*/ m_x・ X, m_y ^*/ m_y・ Y) ・ m_z/ m_z ^*  ...... (5)
[0083]
That is, in the first embodiment, the following expression (6) is obtained.
[0084]
z = f (0.993 / m_x・ X, 0.993 / m_y・ Y) ・ m_z/0.993 …… (6)
[0085]
The parameter (m) that minimizes the difference between the measured value of the lens shape and the equation (6)._x, M_y, M_z) Is determined based on the method of least squares. In the first embodiment, as an example, m_x= 0.99325, m_y= 0.99215, m_z= 0.99206 is obtained. That is, the shape regression equation is the following equation (7).
[0086]
z = f (0.993 / 0.99325 ・ x, 0.993 / 0.99215 ・ y) ・ 0.99206 / 0.993 (7)
[0087]
The optimum values (m_x, M_y, M_z) Are shrinkage deformation rates of the molded product in the X, Y, and Z axis directions, respectively.
[0088]
Next, in step 115, these shrinkage deformation rates (m_x, M_y, M_z) Is used to correct the surface shape of the mold member to the shape represented by the following equation (8).
[0089]
z = -f (-m_x・ X, m_y・ Y) / m_z  ...... (8)
[0090]
That is, in the first embodiment, the following equation (9) is obtained.
[0091]
z = -f (-0.99325 ・ x, 0.99215 ・ y) /0.99206 ...... (9)
[0092]
Next, in step 116, the mold member is subjected to correction processing based on the surface shape represented by the above equation (9). Then, returning to step 108, injection molding is performed under the same molding conditions as described above using the corrected mold member, and in step 109, the molded lens shape is measured in the same manner as described above.
[0093]
When the measurement of the lens shape in step 109 is completed, in step 111, the measured value of the lens shape is again compared with the design shape, and it is checked whether or not the shape error is within a predetermined tolerance. Here, if it is within the predetermined tolerance, the determination in step 111 is affirmed, and the re-correction of the mold member is unnecessary, so the process is terminated. However, if it is not within the predetermined tolerance, the determination in step 111 is again denied, and the mold member needs to be corrected again, and the process proceeds to the next step 113. Thereafter, the same processing is repeatedly performed.
[0094]
As described above, in the first embodiment, the shrinkage deformation rate of the molded product is obtained from the difference between the surface shape of the mold member and the shape of the molded product, and the surface shape of the mold member is obtained using this shrinkage deformation rate. Therefore, the shape error due to the similar deformation can be further reduced as compared with the conventional case where correction is performed using the contraction amount.
[0095]
In addition, the shrinkage deformation rate is obtained for each of the optical axis direction, the bus line direction, and the child wire direction, and the shape is corrected in each direction using each shrinkage deformation rate. Even when the length in the direction and the length in the sub-line direction are greatly different, it is possible to reduce the shape error without leaving a large portion that cannot be reduced as in the conventional correction method. This means that, unlike the conventional correction method, it is possible to perform correction in consideration of the shape of the molded product.
[0096]
<< Second Embodiment >>
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0097]
In the present embodiment, a part of the processing is added to the first embodiment described above, and a mold member 20 for manufacturing the lens 10 having the same shape as that of the first embodiment with the same kind of resin is manufactured. The description will be made with reference to the flowchart of FIG. 8 focusing on the differences from the first embodiment.
[0098]
In steps 151 to 163 in FIG. 8, the same processing as steps 101 to 113 in the first embodiment is performed. However, as a premise, it is assumed that the first determination in step 161 is denied. For the sake of convenience, it is assumed that the same shape regression equation as the equation (7) is obtained in step 163.
[0099]
In step 165, the difference between the shape regression equation represented by the equation (7) and the lens shape measurement value is obtained. Then, this difference is approximated by a polynomial, and an approximate expression e^*Find (x, y). In the second embodiment, as an example, approximation is performed with a polynomial in which the bus direction is 10th-order and the child-wire direction is second-order. This approximate expression e^*(X, y) indicates the amount of non-shrinkage deformation.
[0100]
In step 167, each shrinkage deformation rate (m_x, M_y, M_z) And non-shrinkage deformation amount e^*In consideration of (x, y), the surface shape of the mold member is corrected to the shape represented by the following equation (10).
[0101]
z = {-f (-m_x・ X, m_y・ Y) -e^*(-m_x・ X, m_y・ Y)} / m_z  ...... (10)
[0102]
That is, in the second embodiment, the following equation (11) is obtained.
[0103]
z = {-f (-0.99325 ・ x, 0.99215 ・ y) -e^*(-0.99325 ・ x, 0.99215 ・ y)} / 0.99206 (11)
[0104]
Here, when the absolute value of the non-shrinkage deformation amount is as small as 0.1 μm or less, for example, the influence of the shrinkage deformation rate on the non-shrinkage deformation amount can be ignored. ) Expression may be used.
[0105]
z = -f (-m_x・ X, m_y・ Y) / m_z-e^*(-x, y) ...... (12)
[0106]
That is, in the second embodiment, the following expression (13) is obtained.
[0107]
z = -f (-0.99325 ・ x, 0.99215 ・ y) /0.99206-e^*(-x, y) ...... (13)
[0108]
In step 168, the mold member is subjected to correction processing based on the surface shape represented by the expression (11) or (13).
[0109]
Next, returning to step 158, the lens is injection-molded under the same molding conditions as described above using the corrected mold member. In step 159, the molded lens shape is measured in the same manner as described above. .
[0110]
When the measurement of the lens shape in step 159 is completed, in step 161, the measured value of the lens shape is again compared with the design shape, and it is checked whether or not the shape error is within a predetermined tolerance. Here, if it is within the predetermined tolerance, the determination in step 161 is affirmed, and the process is terminated because re-correction of the mold member is unnecessary. However, if it is not within the predetermined tolerance, the judgment in step 161 is denied, and the mold member needs to be re-corrected, and the process proceeds to the next step 163. Thereafter, the same processing is repeatedly performed.
[0111]
As described above, in the second embodiment, the shrinkage deformation rate and the non-shrinkage deformation amount are obtained based on the difference between the surface shape of the mold member and the shape of the molded product. Since the surface shape of the mold member is corrected using the quantity, unlike the conventional method, the shape error due to the similar deformation and the shape error due to the non-similar deformation can be separately distinguished and corrected. Compared to the conventional case where correction is performed using the amount, the shape error of the entire molded product can be further reduced.
[0112]
That is, the difference from the first embodiment described above is that after the shrinkage deformation rate is determined, the non-shrinkage deformation amount is further calculated and fed back to the correction of the surface shape. Therefore, the second embodiment may be applied when the required accuracy cannot be obtained by the correction using only the shrinkage deformation rate.
[0113]
<< Third Embodiment >>
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0114]
Here, for convenience, it is assumed that the mold member 20 for molding the lens 10 having the same shape as that of the first embodiment with the same kind of resin is manufactured, and the difference from the first embodiment is mainly shown in FIG. This will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
[0115]
In steps 201 to 205 in FIG. 9, the same processing as steps 101 to 105 in the first embodiment described above is performed. For convenience, the surface shape of the mold member determined in step 203 is represented by the same expression (3) as in the first embodiment.
[0116]
In step 207, the surface shape of the mold member is measured. Here, in the first embodiment described above, the surface shape of the mold member is measured using an ultra-high precision three-dimensional measuring machine in the same manner as the lens shape is measured.
[0117]
In step 209, a manufacturing error which is a dimensional difference between the measurement result of the surface shape of the mold member and the equation (3) is obtained. Further, this manufacturing error is approximated by a polynomial, and an approximate expression e^**Find (x, y). In the third embodiment, as an example, approximation is performed with a polynomial in which the X-axis direction is 10th-order and the Y-axis direction is second-order.
[0118]
In the next steps 211 to 217, the same processing as in steps 107 to 113 in the first embodiment described above is performed. However, as a premise, it is assumed that the first judgment in step 215 is denied. For the sake of convenience, it is assumed that the same shape regression equation as the equation (7) is obtained in step 217.
[0119]
Next, in step 219, the difference between the shape regression equation represented by the equation (7) and the measured value of the lens shape is obtained. Then, this difference is approximated by a polynomial, and an approximate expression e^*Find (x, y). In the third embodiment, as an example, approximation is performed with a polynomial in which the bus direction is 10th-order and the child-wire direction is second-order. Approximate expression e determined here^*(X, y) indicates the amount of non-shrinkage deformation.
[0120]
Subsequently, the manufacturing error e of the mold member^**In order to consider (x, y), in step 221, the non-shrinkage deformation amount e described above is used.^*Correct (x, y). If the non-shrinkage deformation amount after correction is e (x, y), correction is performed using the following equation (14).
[0121]
e (x, y) = e^*(x, y) + m_z・ E^**(-x / m_x, y / m_y) (14)
[0122]
That is, in the third embodiment, the following equation (15) is obtained.
[0123]
e (x, y) = e^*(x, y) +0.99206 ・ e^**(-x / 0.99325, y / 0.99215) ...... (15)
[0124]
In step 223, the surface shape of the mold member is corrected to the shape represented by the following equation (16).
[0125]
z = {-f (-m_x・ X, m_y・ Y) -e (-m_x・ X, m_y・ Y)} / m_z  ...... (16)
[0126]
That is, in the third embodiment, the following expression (17) is obtained.
[0127]
z = {-f (-0.99325 ・ x, 0.99215 ・ y) -e (-0.99325 ・ x, 0.99215 ・ y)} / 0.99206 (17)
[0128]
Here, when the absolute value of the non-shrinkage deformation amount is very small, for example, 0.1 μm or less, the surface shape of the mold member is changed to the following for the same reason as described in the second embodiment. It is good also as a shape shown by (18) Formula.
[0129]
z = -f (-m_x・ X, m_y・ Y) / m_z-e (-x, y) ...... (18)
[0130]
That is, in the third embodiment, the following expression (19) is obtained.
[0131]
z = -f (-0.99325 ・ x, 0.99215 ・ y) /0.99206-e (-x, y) …… （19）
[0132]
In step 224, the mold member is subjected to correction processing based on the surface shape represented by the above expression (17) or (19).
[0133]
Next, returning to step 207, measurement, calculation, etc. of steps 207 → 209 → 211 → 212 → 213 are performed in the same manner as described above.
[0134]
When the measurement of the lens shape in step 213 is completed, in step 215, the measured value of the lens shape is again compared with the design shape, and it is checked whether or not the shape error is within a predetermined tolerance. Here, if it is within the predetermined tolerance, the determination in step 215 is affirmed, and re-correction of the mold member is unnecessary, and the process is terminated. However, if it is not within the predetermined tolerance, the determination in step 215 is denied, the mold member needs to be re-corrected, and the process proceeds to the next step 217. Thereafter, the same processing is repeatedly performed.
[0135]
As described above, in the third embodiment, the shrinkage deformation rate and the non-shrinkage deformation amount are obtained based on the difference between the surface shape of the mold member and the shape of the molded product, and the production error of the mold member is reduced. Since the non-shrinkage deformation amount is corrected in consideration and the surface shape of the mold member is corrected using the corrected non-shrinkage deformation amount and the shrinkage deformation rate, the shape error due to the similar deformation and the non-similar deformation Each shape error can be distinguished and corrected, and in particular, the shape error due to dissimilar deformation can be further reduced.
[0136]
The difference from the second embodiment described above is that the manufacturing error of the mold member is measured, and this manufacturing error is fed back to the correction of the surface shape. Therefore, in the second embodiment, the third embodiment may be applied when necessary accuracy cannot be obtained.
[0137]
As described above, according to the method for manufacturing a mold according to each of the above-described embodiments, it is not necessary to strictly control molding conditions, and it is excellent in shape accuracy without requiring a special molding device or auxiliary device. It is possible to manufacture a mold for molding a molded product with high productivity.
[0138]
In each of the above-described embodiments, one value is obtained for each of the X, Y, and Z axis directions as the shrinkage deformation rate. However, the present invention is not limited to this, and for example, each shrinkage deformation rate is a function of the X coordinate value. You may ask.
[0139]
In each of the above-described embodiments, the case where the shrinkage deformation rate is obtained from the optimum value of the parameter that minimizes the difference between the measured value of the lens shape and the above equation (6) has been described. It is not limited to.
[0140]
For example, the contraction deformation rate in the Y-axis direction may be obtained from the length of the optical function surface FA of the lens in the Y-axis direction (hereinafter referred to as “lens thickness”). That is, the design value of the lens thickness is t_dThe measured value of the lens thickness in the molded product measured using a dimension measuring instrument such as a micrometer is t_mThen, the shrinkage deformation rate m in the Y-axis direction based on the following equation (20)_yCan be requested.
[0141]
m_y= (t_m/ t_d) m_y ^*  ...... (20)
[0142]
M in the above equation (20)_y ^*Is an initial expected value of shrinkage deformation rate in the Y-axis direction (in each of the above embodiments, m_y ^*= 0.993). Actual measurement t_mIs a value obtained by averaging measured values at a plurality of measurement points.
[0143]
As an example, as shown in FIG. 10A, various length measurement marks (hereinafter referred to as “lens side surfaces 11”) on the surface of the lens 10 that does not have an optical function (hereinafter referred to as “lens side surface 11”). , Abbreviated as “mark”), and the shrinkage deformation rate in the X-axis direction and the Z-axis direction may be obtained.
[0144]
For example, as shown in FIG. 10B, one set of marks (M1, M2) for measuring the distance in the X-axis direction on the lens side surface 11 and one set for measuring the distance in the Z-axis direction. So that the mark (M3, M4) is transferred, a shallow groove or convex portion (hereinafter referred to as “mark type”) is formed in a mold member (hereinafter referred to as “side surface mold member”) corresponding to the lens side surface 11. ”) Is added by machining, the shrinkage deformation rate in the X-axis direction and the Z-axis direction can be obtained. In this case, the shrinkage deformation rate m in the X-axis direction based on the following equation (21)_xIs required.
[0145]
m_X= (L_X’/ L_X) (21)
[0146]
Where L_xIs the distance in the X-axis direction of the two mark molds in the side mold members corresponding to the marks M1 and M2, respectively,_x'Is the distance in the X-axis direction between the mark M1 and the mark M2 on the lens side surface 11. The distance L_xAnd L_x'Is measured with a tool microscope or the like.
[0147]
Further, the shrinkage deformation rate m in the Z-axis direction based on the following equation (22)_zIs required.
[0148]
m_Z= (L_Z’/ L_Z) (22)
[0149]
Where L_zIs the distance in the Z-axis direction of the two mark molds in the side mold members corresponding to the marks M3 and M4, respectively._z'Is the distance between the mark M3 and the mark M4 on the lens side surface 11 in the Z-axis direction.
[0150]
In place of the lens side surface 11, as shown in FIG. 10A, on the surface 12 (hereinafter referred to as “lens side surface 12”) that does not have an optical function facing the lens side surface 11. The marks M1 to M4 may be transferred. Alternatively, the marks M1 to M4 may be transferred onto both the lens side surface 11 and the lens side surface 12, and the average value of the contraction deformation rate calculated for each surface may be used as the final contraction deformation rate. Furthermore, the shape of the mark is not limited to the rod shape as shown in FIG. 10B, and may be a cross shape, for example. In FIG. 10B, the shrinkage deformation rate in the X-axis direction and the Z-axis direction is obtained using one set of marks, but when a predetermined reference point is provided on the lens side surface 11. May be one mark each.
[0151]
Further, instead of the marks M1 to M4, as an example, as shown in FIG. 11A, as a mark for measuring the distance in the Z-axis direction, a set of linear marks extending long in the X-axis direction As a mark for measuring the distance in the X-axis direction using (MzA, MzB), a plurality of (here, n) marks Mx arranged at a predetermined interval in the X-axis direction_j(J = 1 to n) may be used. Of course, a mark mold for transferring these marks onto the surface of the lens side surface 11 is added to the side surface mold member. In this case, the contraction deformation rate in the Z-axis direction and the X-axis direction can be obtained as a function of the position in the X-axis direction instead of a single numerical value.
[0152]
First, the case where the shrinkage deformation rate in the Z-axis direction is obtained will be described. As shown in FIG. 11B, which is an enlarged view of a portion extracted from FIG. 11A, the X coordinate value on the mark MzA is x₁Is point A₁And the X coordinate value on the mark MzB is x₁Is point B₁Lz distance in the Z-axis direction₁'Is measured. Further point A₁And point B₁The distance Lz in the Z-axis direction between two points in the mark type corresponding to each₁Measure. Based on the following equation (23), the X coordinate value is x₁Shrinkage deformation rate m in the Z-axis direction at_z1Ask for.
[0153]
m_z1= (Lz₁’/ Lz₁) (23)
[0154]
Similarly, the X coordinate value is x₂~ X_nShrinkage deformation rate m in the Z-axis direction at_z2~ M_znFor each. The n shrinkage deformation rates m obtained_z1~ M_znBy performing polynomial approximation on the X coordinate value, the contraction deformation rate in the Z-axis direction can be obtained as a function of the position in the X-axis direction.
[0155]
Next, the case where the shrinkage deformation rate in the X-axis direction is obtained will be described. Here, as shown in FIG. 11C, which is an extracted and enlarged portion of FIG. 11A, the mark Mx_jX coordinate value of x_jAnd x_jAnd x_{j + 1}X_MjAnd First, Mark Mx₁And Mark Mx₂And the X coordinate value is x_M1Shrinkage deformation rate in the X-axis direction at_x1Ask for. That is, the mark Mx₁And Mark Mx₂Lx distance in the X axis direction₁'And Mark Mx₁And Mark Mx₂The distance Lx in the X-axis direction of the two mark types respectively corresponding to₁And measure. Based on the following equation (24), the shrinkage deformation rate m_x1And the X coordinate value is x₁And x₂And midpoint x_M1The contraction deformation rate in the X-axis direction at.
[0156]
m_x1= (Lx₁’/ Lx₁) (24)
[0157]
Next, Mark Mx₂And Mark Mx₃And the X coordinate value is x_M2Shrinkage deformation rate in the X-axis direction at_x2Is obtained in the same manner. In the same manner, the X coordinate value is x_M3~ X_{M (n-1)}Shrinkage deformation rate in the X-axis direction at_x3~ M_{x (n-1)}For each. And the obtained (n-1) shrinkage deformation rate m_x1~ M_{x (n-1)}By performing polynomial approximation with respect to the X coordinate value, the contraction deformation rate in the X axis direction can be obtained as a function of the position in the X axis direction.
[0158]
In this way, by expressing the contraction deformation rate in the Z-axis direction and the X-axis direction as a function of the position in the X-axis direction, it is possible to express more complicated contraction deformation behavior than in the case of representing a single numerical value. It becomes possible. Therefore, it is possible to manufacture a molding die suitable for molding a molded product having further excellent shape accuracy. Further, since the mark is transferred onto the surface other than the optical functional surface of the molded product, it is possible to completely avoid the adverse effect on the optical function which becomes a problem when the mark is transferred onto the optical functional surface.
[0159]
In this case, the marks may be transferred onto the surface of the lens side surface 12 instead of the lens side surface 11. Further, the marks are transferred onto both the lens side surface 11 and the lens side surface 12, and the contraction deformation rate in the Z-axis direction and the X-axis direction is calculated using the average value of the contraction deformation rate calculated for each surface. You may ask. Furthermore, Mark Mx_jThe shape is not limited to a rod shape as shown in FIG. 11A, and may be a cross shape, for example.
[0160]
In this case, if it is not necessary to use the shrinkage deformation rate in the Z-axis direction as a function of the X coordinate value, n shrinkage deformation rates m_z1~ M_znThe average value may be the shrinkage deformation rate in the Z-axis direction. Similarly, when it is not necessary to use the shrinkage deformation rate in the X-axis direction as a function of the X coordinate value, (n−1) shrinkage deformation rates m_x1~ M_{x (n-1)}The average value may be the shrinkage deformation rate in the X-axis direction.
[0161]
In each of the above-described embodiments, the contraction deformation rate is obtained for each of the XYZ3 directions, but the present invention is not limited to this. In addition, when the required accuracy for the shape of the molded product is not high, it is not always necessary to distinguish the shrinkage deformation rate depending on the direction, and in the simplest case (for example, the shape of the molded product in the generatrix direction and the child wire direction is almost the same) The three parameters (m) in the shape regression equation represented by the equation (5)._x, M_y, M_z) May be substituted with one type of parameter.
[0162]
Further, in each of the above-described embodiments, when the shrinkage deformation rate is obtained from the measured value of the molded product shape and the shape regression equation, each parameter (m_x, M_y, M_zHowever, the present invention is not limited to this. For example, various convergence calculation methods such as the least attenuation square method may be used. In addition, by measuring the dimensions (for example, the length in the busbar direction, the thickness in the subwire direction, the thickness in the optical axis direction, etc.) of any common part of the molded product and the mold member, each parameter (m_x, M_y, M_z) May be determined. Alternatively, a mark such as a fine groove may be provided on the mold member, and the corresponding dimensions of the mold member and the molded product may be actually measured using the mark as a mark.
[0163]
In addition, three parameters (m_x, M_y, M_zOf course, two types of parameters may be substituted. For example, m_y= M_z= M_cThen, the shape regression equation corresponding to the second term of the equation (1) can be rewritten as the following equation (25).
[0164]
c2 ・ (m_y・ Y)²/ [1+ {1- (1 + K2) (c2 ・ (m_y・ Y))²}^0.5] / m_z
= c2 ・ (m_c・ Y)²/ [1+ {1- (1 + K2) (c2 ・ (m_c・ Y))²}^0.5] / m_C
= c2 ・ m_c・ Y²/ [1+ {1- (1 + K2) (c2 ・ m_c・ Y)²}^0.5]
= (m_c・ C2) y²/ [1+ {1- (1 + K2) ((m_c・ C2) y)²}^0.5] …… (25)
[0165]
Where m_cAs is clear from the above equation (25), this parameter is nothing but a parameter indicating the similar deformation rate of the paraxial curvature c2 in the sub-wire direction included in the second term of the equation (1). Therefore, the similar deformation rate m of the paraxial curvature c2 in the sub-wire direction in the molding process._cNeedless to say, the method of determining the design shape g (y) of the die member in the direction of the strand based on the following equation (26) also belongs to the category of the present invention.
[0166]
g (y) = (c2 / m_c) y²/ [1+ {1- (1 + K2) ((c2 / m_c) y)²}^0.5] ...... (26)
[0167]
  In each of the above-described embodiments, the initial expected value (m_x ^*, M_y ^*, M_z ^*), A value of 0.993 is used. For unknown parameters, an appropriate value, for example, an appropriate value of 0.98 to 1 is used.DecisionYou may do it.
[0168]
Further, in each of the above-described embodiments, the shrinkage deformation rate is calculated from the difference between the surface shape of the mold member and the shape measurement value of the molded product. However, if the required shape accuracy is not so high, it is empirical. It is also possible to use the known value obtained as the shrinkage deformation rate. Thereby, surface shape correction can be performed efficiently.
[0169]
In each of the embodiments described above, an amorphous polyolefin resin is used as a molding material for the optical element, but the present invention is not limited to this. When molding an optical element that requires transparency, a thermoplastic amorphous resin whose softening temperature is its glass transition temperature, for example, polymethacrylic resin, polycarbonate resin, alicyclic acrylic resin, cyclic olefin A copolymer or the like may be used. In addition, optical elements that do not require transparency, such as mirrors, and formed articles other than optical elements are not limited to the above resins, and crystalline resins whose softening temperature is the melting temperature are used as molding materials. It is also possible to do. Further, not only the thermoplastic resin but also a thermosetting resin, a photocurable resin, or glass can be used as a molding material.
[0170]
Further, in each of the above-described embodiments, the optical element is molded by an injection molding method. However, as a molding method, not only the injection molding method but also compression molding, blow molding, gas injection molding, hot press molding, or Various plastic molding methods such as a low pressure molding method for inducing sinks as disclosed in JP-A-6-304973 and JP-A-11-028745 can be applied. Moreover, it is applicable also to the processing of the hybrid lens which forms photocurable resin on the surface of a glass base material, and the glass press molding which used glass for the shaping | molding raw material. That is, it is applicable to mold transfer molding that involves shrinkage or expansion of the molding material during the molding process.
[0171]
Further, in each of the above-described embodiments, the case where a mold is used as the mold is described. However, the present invention is not limited to this. For example, a non-metal mold such as ceramic may be used.
[0172]
Further, in each of the above-described embodiments, when performing polynomial approximation, a 10th-order polynomial is used in the bus direction and a second-order polynomial is used in the child direction. However, the present invention is not limited to this. It can be changed according to the degree of shape error.
[0173]
In each of the above-described embodiments, the case where the optical functional surface is a convex surface has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be a flat surface, for example. Even if the shape of the optical function surface is not shown by the above equation (1), if it can be shown by some function, a mold for molding can be manufactured in the same procedure as in the above-described embodiments.
[0174]
Further, in each of the above-described embodiments, an ultra-high precision three-dimensional measuring machine is used when measuring the surface shape of the mold member and the shape of the molded product, but this may be a contact type or a non-contact type. The measurement accuracy required for the coordinate measuring machine varies depending on the accuracy required for the molded product. Further, if the optical functional surface of the lens is a spherical surface, an interferometer such as a Fizeau interferometer may be used.
[0175]
Next, an example of the mold member correcting method in each of the above-described embodiments will be described. Here, since the correction amount is small, correction processing is performed using the polishing tool 40 as shown in FIG. 12 instead of a cutting tool.
[0176]
First, a correction amount is calculated based on each surface shape before and after correction of the mold member, and this correction amount is calculated as height data Z in the XY plane._xy(So-called Zmap). Here, the subscripts x and y indicate machining positions in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Further, as shown in FIG. 13, this Zmap is changed to a residence time W of the polishing tool 40._xy(So-called Wmap). The conversion here is performed with reference to a conversion table created based on actual measurement data under the same conditions (mold material, type of polishing tool, number of rotations of polishing tool, etc.). This is based on the knowledge that the polishing amount by the polishing tool 40 is related to the polishing time, that is, the residence time of the polishing tool.
[0177]
Next, when the die member is set at a predetermined position of the die processing machine, the rotating polishing tool 40 is moved to the initial machining position P of the die member as shown in FIG.₁₁Make point contact. The dwell time of the polishing tool 40 here is W₁₁Then, as shown in FIG. 14, the contact position of the polishing tool 40 is P.₁₂The polishing tool 40 or the mold member is moved so as to become time W at that position.₁₂Only stay. In this way, processing is performed while changing the residence time for all processing positions based on Wmap. The processing positions are set at equal intervals (about 0.1 to 0.2 mm) in the length along the surface in both the X direction and the Y direction. Then, the mold member that has undergone the correction process is completed by performing a predetermined finishing process or the like.
[0178]
The molding die according to the present invention is manufactured based on design information optimized so as to reduce the shape error included in the molded product in the same manner as in the above-described embodiments.
[0179]
In addition, the molding method according to the present invention is a molding die manufactured based on design information optimized so as to reduce the shape error included in the molded product in the same manner as each of the embodiments described above. In addition, since the molded product is molded under predetermined molding conditions so that a stable molded product shape can be obtained when transferred, it becomes possible to stably mold a molded product with a small shape error. As a result, a molded product having excellent shape accuracy can be molded with high productivity.
[0180]
The molded product according to the present invention may be a prism, a diffraction grating, an optical fiber ferrule, an optical housing, or the like.
[0181]
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the molding is actually molded and the mold member is processed, but the molded product is molded and the mold member is processed by a simulation using a computer or the like. On the basis of this, an optimum surface shape of the mold member may be designed to obtain processing data.
[0182]
《Molding die design device》
Next, an embodiment of a molding die design apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0183]
  FIG. 15 shows the functions of the molding die design apparatus 500 according to the present invention in blocks. The design apparatus 500 has molding conditions that can obtain a stable molded product shape when the surface shape of the mold member is transferred.DecisionA shape deformation calculation unit 508 that calculates a shrinkage deformation rate of the molded product with respect to the surface shape based on a difference between the shape of the molded product molded under the molding conditions and the surface shape, and the shrinkage deformation rate. And a mold shape correcting section 511 for correcting the surface shape based on the base shape.
[0184]
  Here, the setting unit 504 includes an initial condition input unit 501 for inputting an initial condition, and a surface shape of the mold member based on the initial condition.DecisionThe mold shape setting unit 503 and the molding conditions for obtaining a stable molded product shape when the surface shape is transferred.DecisionThe molding condition setting unit 505 is configured to be configured.
[0185]
The shape deformation calculating unit 508 extracts a shape deformation amount extraction unit 507 that extracts a shape deformation amount that is a difference between the shape of the molded product transferred under the molding conditions and the surface shape of the mold member, and the shape deformation amount. And a shrinkage deformation rate calculation unit 509 for calculating the shrinkage deformation rate of the molded product with respect to the surface shape.
[0186]
Next, a method for designing a mold using the design apparatus 500 will be described.
[0187]
First, when the initial conditions such as the design shape of the molded product, the type of resin used as the material of the molded product, the material of the mold member, and the molding apparatus are input via the initial condition input unit 501, the mold shape setting unit By 503, the surface shape data of the mold member considering the shrinkage rate of the resin is determined.
[0188]
  The molding condition setting unit 505 obtains a stable molded product shape when the surface shape of the mold member corresponding to the surface shape data is transferred based on the initial condition and the surface shape data of the mold member. Molding conditions such as resin temperature, mold temperature, injection speed, injection pressure, cooling time, etc.DecisionIs done. Further, here, the optimum mold method (mold member shape, resin injection path, air vent position, etc.) for the molding apparatus input as the initial condition is also determined.
[0189]
Next, the shape error extraction unit 507 extracts a shape deformation amount that is a difference between the shape data of the molded product transferred under the molding conditions and the surface shape data of the mold member. The shape data of the molded product is calculated by a molding simulation.
[0190]
Then, the shrinkage deformation rate calculation unit 509 calculates the shrinkage deformation rate of the molded product with respect to the surface shape based on the shape deformation amount. Here, the shrinkage deformation rate is calculated by calculation using the same method as in the above-described method for manufacturing a mold. Further, when the deformation amount corresponding to the shrinkage deformation rate cannot reduce the shape error to a predetermined value or less, the shape deformation amount and the shrinkage are further reduced in the same manner as in the above-described method for manufacturing a mold. The difference from the deformation amount corresponding to the deformation rate is calculated as the non-shrinkage deformation amount.
[0191]
The mold shape correcting unit 511 corrects the surface shape data of the mold member based on the shrinkage deformation rate. Here, the surface shape data is corrected by calculation using a method similar to the method for manufacturing the mold described above. Further, when the non-shrinkage deformation amount is calculated by the shrinkage deformation rate calculation unit 509, the surface shape data of the mold member is corrected based on the shrinkage deformation rate and the non-shrinkage deformation amount. Further, the mold shape correcting unit 511 creates optimum machining data based on the corrected surface shape data, converts the machining data into NC data, and sends it to a die machining machine (not shown) via a network. It is also possible to do.
[0192]
As described above, according to the molding die design apparatus of the present embodiment, the shrinkage deformation rate (and non-shrinkage deformation amount) calculated based on the shape deformation amount is fed back to obtain the surface shape data of the mold member. In order to correct, it becomes possible to reduce the shape error of the molded product at the time of molding, and as a result, a molding die suitable for molding a molded product having excellent shape accuracy can be designed.
[0193]
In this embodiment, the surface shape data of the mold member is corrected without using the actual measurement value. However, when correcting an existing molding die, the surface shape data of the mold member and the molded product before correction are corrected. Actual measurement values may be used for the shape data.
[0194]
《Molding die design program》
In addition, the mold for designing can be designed by the mold design computer executing a predetermined procedure in accordance with the mold designing program for the present invention. Hereinafter, an embodiment of this case will be briefly described based on a flowchart of FIG. 16 showing a control algorithm executed by the CPU (central processing unit) of the design computer according to the design program.
[0195]
It is assumed that the mold designing program according to the present invention is stored in a storage device provided in a mold design computer (not shown) (for example, a normal personal computer or a workstation). In addition, it is assumed that the storage device stores table data indicating the relationship between the type of resin described later and its shrinkage rate as a database.
[0196]
The control algorithm corresponding to the flowchart of FIG. 16 starts when the design program is transferred (loaded) from the storage device to the main memory in accordance with an instruction from the operator.
[0197]
First, in step 551 in FIG. 16, the operator waits for input of initial conditions such as the design shape of the molded product, the type of resin used as the material of the molded product, and the material of the molding die.
[0198]
When the necessary initial conditions are input, the process proceeds to the next step 553, and an initial expected value of the shrinkage deformation rate is determined according to the type of the input resin. Here, the initial expected value is determined by extracting the shrinkage rate corresponding to the type of resin input from the database stored in the storage device.
[0199]
  In the next step 555, in consideration of the initial expected value of the shrinkage deformation rate, the surface shape data of the mold member is set so that a cavity slightly larger than the design shape of the molded product is formed.DecisionTo do.
[0200]
  In the next step 557, the initial condition previously input and the above step 555DecisionBased on the surface shape data of the molded member, the molding conditions are such that a stable molded product shape can be obtained when the surface shape of the mold member corresponding to the surface shape data is transferred.DecisionTo do.
[0201]
  In the next step 559, the above step 557DecisionThe shape error of the molded product that will be obtained when the surface shape of the mold member corresponding to the above surface shape data is transferred under the formed molding conditions is calculated by a predetermined method. Here, the predetermined method is a method similar to a method performed in a normal injection molding simulation.
[0202]
In the next step 561, it is determined whether or not the shape error calculated above is within a predetermined tolerance. If it is within the tolerance, it is determined that the surface shape does not need to be corrected, and the process is terminated. On the other hand, if it is not within the tolerance, it is determined that the surface shape needs to be corrected, and the process proceeds to step 562.
[0203]
In step 562, a shape deformation amount that is a difference between the shape data of the molded product and the surface shape data of the mold member is calculated, and the process proceeds to the next step 563, and the surface shape of the mold member is calculated based on the shape deformation amount. The shrinkage deformation rate of the molded product is calculated. In step 563, the shrinkage deformation rate is calculated by calculation using the same method as in the above-described method for manufacturing a mold.
[0204]
In the next step 565, it is determined by calculation whether or not the shape error of the molded product can be reduced to a predetermined tolerance or less with the deformation amount corresponding to the contraction deformation rate calculated in step 563. Then, if the determination in step 565 is affirmed, that is, if it is determined that it can be reduced to a predetermined tolerance or less, the process proceeds to step 569. On the other hand, if the determination in step 565 is negative, that is, if it is determined that the amount cannot be reduced to a predetermined tolerance or less, the process proceeds to step 567, and the shape deformation amount and the deformation amount corresponding to the contraction deformation rate are further determined. The amount of non-shrinkage deformation is calculated from the difference. In this step 565, the non-shrinkage deformation amount is calculated by calculation using the same method as in the above-described method for manufacturing a mold.
[0205]
In step 569, correction data for the surface shape of the mold member is calculated based on the contraction deformation amount (and the non-contraction deformation amount if necessary). Then, the process returns to step 559, and the above processing and determination are repeated until the determination in step 561 is affirmed.
[0206]
The execution result, that is, the final design data of the mold member is stored in the storage device and displayed on a display device (CRT display or the like) (not shown).
[0207]
As described above, according to the molding die design program according to this embodiment, when the correction data for the surface shape of the die member is calculated by causing the computer to execute the processing of steps 551 to 569 described above. In addition, the shrinkage deformation rate (and the non-shrinkage deformation amount) calculated based on the shape deformation amount is fed back.
[0208]
Therefore, the molding die manufactured based on the corrected surface shape data becomes a molding die capable of reducing the shape error of the molded product during molding. That is, according to the molding die design program according to the present embodiment, a molding die suitable for molding a molded product having excellent shape accuracy can be designed.
[0209]
In addition, since it is possible to virtually perform the fabrication of the mold and injection molding within the design computer, various computer simulations can be performed based on the surface shape data of the mold member obtained by the above-described procedure. It is also possible to create more optimal machining data (NC data or the like) including the machining procedure from the result.
[0210]
<Optical system>
Next, an embodiment of the optical system according to the present invention will be described.
[0211]
First, an embodiment of an optical system will be described with reference to FIG.
[0212]
FIG. 17 shows a schematic configuration of an optical system 600 according to the present invention. The optical system 600 includes a semiconductor laser 601 as a light source, a rotating polygon mirror (polygon mirror) 604 as a deflecting unit having a deflecting surface that deflects light from the semiconductor laser 601 at a constant angular velocity within a predetermined angular range, and the rotation. A laser scanning optical system 605 as an optical system that converts light deflected by the polygon mirror 604 into constant velocity light, and a folding mirror that changes the direction of light from the laser scanning optical system 605 (folds the optical path). (Bending mirror) 608 and the like are provided. Here, the laser scanning optical system 605 includes scanning lenses 605a, 605b, and 605c as three types of optical elements formed by, for example, injection molding using the molding die manufactured by the above-described molding die manufacturing method. It is configured.
[0213]
Here, the operation of the optical system 600 will be briefly described. The light emitted from the semiconductor laser 601 is once imaged near the deflection surface of the rotary polygon mirror 604 via the lens 602 and the lens 603. The rotating polygon mirror 604 rotates at a constant speed in the direction of arrow C in the drawing, and the light imaged in the vicinity of the deflecting surface with the rotation is deflected at a constant angular velocity. The deflected light is further transmitted sequentially through the scanning lenses 605a, 605b, and 605c, and converted into light that scans the longitudinal direction (main scanning direction) of the folding mirror 608 at a constant speed within a predetermined angular range. . Then, this light is reflected by the folding mirror 608 and scans the surface of the photosensitive belt 606 to be scanned.
[0214]
For example, when the optical system 600 according to the present embodiment is used in a digital copying machine, the light intensity of the light from the semiconductor laser 601 is modulated by image information corresponding to the copy image. By forming an image on the surface of the body belt 606, an electrostatic latent image of a copy image is formed on the surface of the photoreceptor belt 606. Accordingly, the scanning accuracy such as the scanning direction and the scanning speed in the laser scanning optical system 605 greatly affects the copy quality. That is, the shape accuracy of the scanning lenses 605a, 605b, and 605c greatly affects the copy quality.
[0215]
However, in the optical system 600 according to the present embodiment, each scanning lens 605a, 605b, 605c is formed by, for example, injection molding using the molding die manufactured by the above-described molding die manufacturing method. The light is excellent in accuracy, and the light deflected at a constant angular velocity by the rotary polygon mirror 604 can be converted into a light (scan beam) scanned at a high accuracy and a constant velocity. Therefore, it is possible to accurately reproduce the information to be copied.
[0216]
Next, another embodiment of the optical system according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0217]
FIG. 18 shows a schematic configuration of an optical system 700 according to another embodiment. The optical system 700 is deflected by a semiconductor laser 701 as a light source, a rotating polygon mirror 704 as a deflecting means having a deflecting surface for deflecting light from the semiconductor laser 701 at an equiangular velocity, and the rotating polygon mirror 704. A laser scanning optical system 709 as an optical system that converts light into light that scans at a constant speed, a folding mirror 708b that changes the direction of light from the laser scanning optical system 709, and the like are provided. In this case, the laser scanning optical system 709 includes a scanning mold 709a and a scanning lens 709b as two types of optical elements molded by, for example, injection molding using the molding die manufactured by the above-described molding die manufacturing method. It is configured.
[0218]
Here, the operation of the optical system 700 will be briefly described. The light emitted from the semiconductor laser 701 forms an image once in the vicinity of the deflection surface of the rotary polygon mirror 704 via the lens 702 and the lens 703. The rotating polygon mirror 704 rotates at a constant speed in the direction of the arrow B in the figure, and the light imaged in the vicinity of the deflecting surface with the rotation is deflected at a constant angular velocity. The deflected light is incident on the scanning lens 709b through the scanning mirror 709a and the folding mirror 708a, and is converted into light that scans the longitudinal direction of the folding mirror 708b at a constant angular range. Then, this light is reflected by the folding mirror 708b and scans the surface of the photosensitive belt 706 to be scanned.
[0219]
In the optical system 700 according to this embodiment, the scanning mirror 709a and the scanning lens 709b are formed by, for example, injection molding using the molding die manufactured by the above-described molding die manufacturing method, so that the shape accuracy is improved. It is excellent, and the light deflected at a constant angular velocity by the rotary polygon mirror 704 can be converted into a light (scan beam) that is scanned at a uniform speed with high accuracy. Therefore, for example, when used in a digital copying machine, information to be copied can be accurately reproduced.
[0220]
Next, an image forming apparatus will be described as another embodiment of the optical system according to the present invention.
[0221]
FIG. 19 shows a schematic configuration of a laser printer 800 as an image forming apparatus according to an embodiment.
[0222]
This laser printer 800 scans light from a photosensitive drum 806 as an image carrier having a photosensitive layer formed thereon, a laser light source 804 as a light source for emitting laser light including image information, and the laser light source 804. Then, a scanning optical system 810 as an optical system for forming an electrostatic latent image of image information on the surface of the photosensitive drum 806, a developing unit 812 for developing the electrostatic latent image to form a toner image, and transfer as transfer means A thermal fixing unit 821 for fixing the toner image on a sheet.
[0223]
Here, the scanning optical system 810 includes scanning lenses 810a, 810b, and 810c as three types of optical elements formed by, for example, injection molding using the molding die manufactured by the above-described molding die manufacturing method. I have. The developing unit 812 includes a toner chamber 814 in which the toner T is stored, and a developing sleeve 813 that adheres the toner T in the toner chamber 814 to the surface of the photosensitive drum 806. Further, the heat fixing unit 821 includes a fixing roller 821a having a heater (not shown) and a pressure roller 821b. The pressure roller 821b is attached to the fixing roller 821a by an urging means (not shown). It is being pressed.
[0224]
Here, the operation of the laser printer 800 will be briefly described. When the power is turned on and various preparation processes such as the toner amount check are completed, the apparatus enters a standby state. Here, the photosensitive drum 806 rotates clockwise (in the direction of the arrow) in the drawing, and the drum surface is uniformly charged by the roller-shaped charging unit 811. When image information is input to an input unit (not shown) such as a computer that generates image information such as a computer, a laser beam whose intensity is modulated based on the image information is emitted from the laser light source 804. Is done. The intensity-modulated light is deflected by a deflecting unit (not shown), is incident on a scanning optical system 810, passes through scanning lenses 810a, 810b, and 810c disposed on the optical path, and passes through a mirror (not shown). L is emitted to the photosensitive drum 806. In the scanning optical system 810, incident light is converted into light that is scanned at a constant speed in a predetermined angular range in the longitudinal direction of the photosensitive drum 806 by the scanning lenses 810a, 810b, and 810c. When the surface of the photosensitive drum 806 is irradiated with the light L, the charged state of the drum surface changes, and an electrostatic latent image corresponding to image information is formed.
[0225]
Further, as the photosensitive drum 806 rotates, the toner T adheres to the charged portion of the drum surface via the developing sleeve 813. As a result, the electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive drum 806 is developed, and a toner image is obtained.
[0226]
On the other hand, the paper 817 in the paper feed cassette 816 is sequentially fed out from above by a paper feed roller 815 and an urging member (not shown), and further, one sheet is separated by a separation pad 818, and And wait there.
[0227]
Then, when the registration roller pair 819 rotates in synchronization with the development processing of the electrostatic latent image described above, the sheet is conveyed to the roller-shaped transfer unit 820. In the transfer unit 820, the toner image on the surface of the photosensitive drum 806 is transferred to a sheet.
[0228]
The sheet after transfer is conveyed to the heat fixing unit 821 as it is, and heat and pressure are applied to the toner image on the sheet when passing between the fixing roller 821a and the pressure roller 821b. Fixed on top.
[0229]
After the image is fixed, the paper is discharged in the direction indicated by the arrow A in the figure with the image surface down, and is sequentially stacked on the printer main body. On the other hand, the photosensitive drum 806 after the toner image is transferred to the sheet is rotated as it is, and the residual toner on the drum surface is removed by the cleaning blade 822 to prepare for recharging by the charging unit 811.
[0230]
The image quality of the image transferred onto the paper depends on the scanning accuracy of light in the scanning optical system 810 described above. That is, in order to form a high-quality image, it is necessary that the light from the laser light source 804 forms an image on the surface of the photosensitive drum 806, and the scanning direction and scanning speed are constant.
[0231]
In the laser printer according to the present embodiment, the scanning mold formed by injection molding, for example, using the molding die manufactured by the molding die manufacturing method described above is used. The shape error with respect to the shape is small, and it has an optical function at the time of design. As a result, accurate scanning is possible, and a high-quality image can be formed.
[0232]
Note that the scanning optical system 810 does not necessarily include three types of scanning lenses, and may include optical elements other than lenses such as a scanning mirror.
[0233]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a molding die according to the present invention, it is not necessary to strictly control molding conditions, and molding with excellent shape accuracy without requiring a special molding device or auxiliary device. There is an effect that a molding die suitable for molding a product can be manufactured.
[0234]
Further, according to the molding die according to the present invention, it is not necessary to strictly control molding conditions, and a molded product having excellent shape accuracy is molded with high productivity without requiring a special molding device or auxiliary device. There is an effect that can be.
[0235]
Further, according to the molding method according to the present invention, it is not necessary to strictly control molding conditions, and a molded product with excellent shape accuracy is molded with high productivity without requiring a special molding device or auxiliary device. There is an effect that can be.
[0236]
Moreover, according to the molding die design apparatus and design program of the present invention, it is not necessary to strictly control molding conditions, and a molded product having excellent shape accuracy without requiring a special molding apparatus or auxiliary device. There is an effect that a molding die suitable for molding can be designed.
[0237]
In addition, according to the molded product and the optical element according to the present invention, there is an effect that the shape accuracy can be improved by using the molding die designed and manufactured so as to reduce the shape error.
[0238]
In addition, according to the optical system of the present invention, there is an effect that the scanning accuracy can be improved by using an optical element having excellent shape accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outer shape of an optical element (lens) molded in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the shape of a mold member constituting a molding die manufactured in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a first embodiment of a method for producing a molding die according to the present invention.
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a design shape of a lens, respectively. FIGS.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the relationship between the coordinate system of the mold member and the coordinate system of the molded product, respectively.
FIG. 6 is a view for explaining cutting of a mold member.
FIG. 7 is a diagram for explaining the procedure of shape measurement with an ultra-high-precision coordinate measuring machine.
FIG. 8 is a flowchart for explaining a second embodiment of the method for producing a molding die according to the present invention.
FIG. 9 is a flowchart for explaining a third embodiment of the method for producing a molding die according to the present invention.
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining a method of obtaining shrinkage deformation rates of a molded product in the X-axis direction and the Z-axis direction using length measurement marks, respectively. .
FIGS. 11A and 11B are methods for obtaining shrinkage deformation rates of molded products in the X-axis direction and the Z-axis direction as a function of the position in the X-axis direction, respectively, using length measurement marks. It is a figure for demonstrating.
FIG. 12 is a diagram for explaining a correction process of a mold member.
FIG. 13 is a diagram for explaining the conversion from the correction amount in the Z-axis direction to the dwell time of the polishing tool.
FIG. 14 is a view for explaining a polishing direction at the time of correction processing of a mold member.
FIG. 15 is a functional block diagram for explaining a molding die design apparatus according to the present invention.
FIG. 16 is a flowchart for explaining a program of the mold design computer according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram for explaining a first embodiment of an optical system according to the present invention.
FIG. 18 is a diagram for explaining a second embodiment of the optical system according to the present invention.
FIG. 19 is a diagram for explaining an embodiment of an image forming apparatus as an optical system according to the invention.
FIGS. 20A and 20B are diagrams for explaining a shape error of a conventional example, respectively.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Molded article (lens), 20 ... Mold member, 500 ... Mold design apparatus, 600 ... Optical system (1st Embodiment), 604 ... Deflection means (Rotating polygon mirror: Part of optical scanning system) 605 ... Optical system (laser scanning optical system: part of optical scanning system), 605a, 605b, 605c ... Optical element (scanning lens) 700 ... Optical system (second embodiment), 704 ... Deflection means (rotating polyhedral) Mirror: part of optical scanning system), 709... Optical system (laser scanning optical system: part of optical scanning system), 709 a... Optical element (scanning mirror), 709 b... Optical element (scanning lens), 800. Apparatus (laser printer), 804 ... light source, 806 ... image carrier (photosensitive drum), 810 ... optical system (scanning optical system: part of optical scanning system), 810a, 810b, 810c ... optical element (scanning lens) 820 ... transcription Stage (transfer section).

Claims (15)

A method for manufacturing a molding die, which has a cavity having a predetermined shape and manufactures a molding die for molding a molded product by transferring a surface shape of the mold member forming the cavity to the molding material. And
Determining molding conditions for obtaining a stable molded product shape when the surface shape is transferred;
A step of molding under the molding conditions;
Measuring the shape of a molded product molded under the molding conditions;
Determining shrinkage deformation rates in a plurality of directions of the molded product during the molding based on a shape error that is a difference between a measured value and a design value of the shape of the molded product;
Correcting the surface shape to a shape that reduces a shape error included in the molded product based on shrinkage deformation rates in the plurality of directions ;
And a step of correcting the mold member based on the corrected surface shape . Wherein in the step of determining the shrinkage deformation rate, based on the difference in shape of the molded article and the surface shape to be molded by the molding conditions, in claim 1, wherein the determining by calculation the shrinkage deformation rate The manufacturing method of the shaping | molding die as described. 2. The method for manufacturing a mold according to claim 1 , wherein in the step of determining the shrinkage deformation rate , a known value is determined as the shrinkage deformation rate. The method of manufacturing a molding die according to claim 2 , wherein the shape of the molded product is a measured shape of the molded product molded under the molding conditions. In the step of correcting the surface shape, when the design shape of the molded product is expressed by z = f (x, y) on an XYZ orthogonal coordinate system, the respective shrinkage deformation rates in the X, Y, and Z directions. Using m _x , m _y , and m _z , z = −f (−m _x · x, m _y · y) / m _z , and z = −f (m _x · x, −m _y · y) / m _z, method of manufacturing the mold according to any one of claims 1 to 4, characterized in that modifying the surface shape such that the shape shown in either. In the step of determining the shrinkage deformation rate, a non-shrinkage deformation amount that is a deformation amount other than the deformation amount according to the shrinkage deformation rate is further obtained based on the shape of the molded product and the surface shape,
5. The molding die according to claim 1 , wherein in the step of correcting the surface shape, the surface shape is corrected based on the shrinkage deformation rate and the non-shrinkage deformation amount. Manufacturing method. In the step of correcting the surface shape, when the design shape of the molded product is represented by z = f (x, y) on the XYZ orthogonal coordinate system, the respective shrinkage deformation rates in the X, Y, and Z axis directions. _{m x,} m y, m _z and the non-contracting deformation amount e ^* (x, y) in the Z-axis direction _{using, z = -f (-m x ·} x, m y · y) / m z ^{- e * (-x, y)} , and _{z = -f (m x · x} , -m y · y) / m z - e * (x, -y), so that the shape shown in either The method for manufacturing a mold according to claim 6 , wherein the surface shape is corrected. In the step of correcting the surface shape, when the design shape of the molded product is represented by z = f (x, y) on the XYZ orthogonal coordinate system, the respective shrinkage deformation rates in the X, Y, and Z axis directions. Using m _x , m _y , m _z and the non-shrinkage deformation amount e ^* (x, y) in the Z-axis direction, z = {− f (−m _x · x, my _y · y) −e ^{_{* (-m x · x, m}} y · y)} / m z, and _{z = {- f (m x} · x, -m y · y) - e * (m x · x, -m y · y )} / m _z, so that the shape shown by any one of method of manufacturing a mold according to claim 6, characterized in that modifying the surface shape. In the step of determining the shrinkage deformation rate , in the XYZ orthogonal coordinate system, the shrinkage deformation rates m _x , m _y , m _z in the X, Y, and Z axis directions, and the design value of the surface shape in the Z axis direction, Using the manufacturing error e ^** (x, y) that is the difference from the measured value and the deformation amount e ^* (x, y) in the Z-axis direction other than the deformation amount according to the shrinkage deformation rate, the shrinkage deformation ^{_{amount, e * (x, y)}} + m z · e ** (-x / m x, y / m y), and _{^{e * (x, y) +}} m z · e ** (x / m x _, -y / m y), method for producing a mold according to any one of claims 6-8, wherein the determination in either. The method for manufacturing a molding die according to any one of claims 1 to 9 , wherein the surface shape of the mold member before correction is a shape in consideration of shrinkage of a molding material. When the design shape of the molded product is indicated by z = f (x, y) on the XYZ orthogonal coordinate system, the surface shape before correction of the mold member is each of the molding materials in the X, Y, and Z directions. shrinkage ^{_m x} _{*, m} y _*, with ^{_{m z *, z = -f (}} -m x * · x, m y * · y) / m z *, and z = -f _(m ^{x *} · The method for producing a molding die according to claim 10 , wherein x, −m _y ^* · y) / m _z ^* . Wherein in the step of determining the shrinkage deformation ratio, the shape of the molded article to be molded by the molding conditions, parameters _{m x,} m y, shape regression equation with ^{_{m z z = f (m x}} * / ^{_{m x · x, m y *}} / m y · y) m z / m z *, fitting, and the optimal solution for each parameter, X respectively, Y, is characterized in that the Z-direction shrinkage deformation ratio The manufacturing method of the shaping | molding die of Claim 11 .   The method for manufacturing a molding die according to any one of claims 1 to 12, wherein the shrinkage deformation rate is expressed as a function of a position in a predetermined direction. A molding die manufactured by the method for manufacturing a molding die according to any one of claims 1 to 13 . The molding die according to claim 14 is used as a molding die, and the surface shape of the mold member included in the molding die is transferred to a molding material under predetermined molding conditions that obtain a stable molded product shape. A molding method comprising molding a molded product.

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