JP4362380B2 - 光学素子の成形方法及び組み合わせ光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス成形された小型の光学素子の成形方法に関する。

従来のガラス成形される光学素子は、加熱軟化されたガラス材料を成形型内に入れて加熱・加圧してプレス成形していた（特許文献１および２を参照）。
このようなプレス成形光学素子を、コンパクトディスク（ＣＤ）を読み取る際の光学系に用いた場合（特許文献２を参照）、レーザビームを小さなビームスポットとするために光学素子のＮＡ（開口数）を０．４５としていた。ＮＡ（Numerical Aperture）は、光学系に収差がない場合の集光限界を表す。従来のＣＤには赤い光のレーザ光が用いられ、このレーザ波長は７８０ｎｍであり、このレーザ光を光学素子で絞り込んでいた。
特開平５−７０１２５５号公報(図１) 特開２００３−１１９０３８号公報(図４、図９、図１１)

従来の成形技術で成形された光学素子は、ＣＤを読み取るためのレーザ光の波長が７８０ｎｍ、ＮＡが０．４５程度までには対応できたが、より小さなビームスポットを実現するため光学素子によるさらなる光の絞り込みが必要となる場合には対応が困難であった。ＮＡは、焦点距離一定のときの開口瞳の大きさを示す値であり、ＮＡが大きいほどレーザ光が絞れ、高密度記録が可能となり、最近は、赤い光のレーザ光よりも短い波長の青紫色レーザ光（ブルーレーザ）を用い、ＮＡが０．６以上の光学素子を用いてディスクの記録を読み取るようになってきたが、ここで用いられる光学素子を従来のプレス成形技術で成形しようとすると、光学機能面となる凸部の曲面形状の曲率半径が小さく(表面の曲率が大きい)、きついカーブの曲面を成形するとともに、光学素子を設置するスペースとの関係からできるだけ小型化する必要もあり、成形するのが困難であった。このような光学素子成形用の成形型の加工も難しく、きついカーブの曲面を有する光学機能面とフランジ部との境界線部分の転写性も悪いものであった。

一方、１つの光学素子ではなく２つの光学素子を鏡筒に組み込み、それら２つの光学素子の組み合わせにより、レーザ光をより一層絞り込むことのできる高開口数を持たせたものも知られている。
しかしその場合、２つの光学素子の光軸方向における間隔を調整するために、間隔環を使用しなければならず、部品数も増え、精度も良くないという不具合があった。
かかる問題点を解消するため、２つの光学素子に形成した外縁フランジ部の頂面同士を接合することで間隔環を用いずに、高開口数の光学系を形成し、小型化も図れ、且つ光軸合わせも容易なガラス成形の組み合わせ光学素子を用いることが考えられる。
しかしながら、その場合には、外縁フランジ部の頂面に塗布した接着剤によって外縁フランジ部の頂面同士を接合するため、特に小型レンズの場合、フランジ面積が小さいために光学機能面に接着剤が流れ込む可能性が大きく、光学機能面に接着剤が付着し、製品としては使用できないものとなってしまう虞があった。

そこで本発明では、光学素子の外縁フランジ部の頂面に塗布した接着剤によって、２つの光学素子の外縁フランジ部頂面同士を接合し、高開口数の光学系を構成するようにした組み合わせ光学素子において、一方の光学素子の外縁フランジ部の頂面に、接着剤が光学機能面に流れ込むのを防止するための凸部を形成するとともに、他方の光学素子の前記凸部に対応する部分が逃げた形状になっている組み合わせ光学素子を提供することを目的とする。
また、そのような光学素子が、簡単な型構造で成形することができることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、光学機能面の頂点よりも若干高くなる位置に、光学機能面に隣接するフランジ部よりも外側の外縁フランジ部の頂面が形成され、かつ外縁フランジ部に、接着剤が光学機能面に流れ込むのを防止するための凸部を形成した光学素子を成形する方法において、光学機能面及びフランジ部を成形する中子を備え、かつ前記中子を嵌合する中子嵌合孔の先端、または中子の先端に傾斜加工を施した成形型を用いてガラス材料をプレス成形し、前記傾斜加工により形成された溝部の形状を転写することによって、外縁フランジ部に凸部を形成する。

本発明によれば、外縁フランジ部に供給した接着剤が光学機能面に流れ込む虞がない小型の光学レンズを、成形型の転写面に凹加工を施すことなく、容易に成形することができる。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照にして説明する。

図１に示す実施形態は、ガラス材料をプレス成形して凸状の光学機能面１，２がそれぞれ成形された光学素子１０，２０を接合した組み合わせ光学素子の断面図であり、図１（ａ）に示すように、それそれの光学素子１０，２０には、光学機能面１，２の頂点よりも若干高くなる位置に光学機能面１，２に隣接するフランジ部３，４よりも外側の外縁フランジ部５，６の頂面を形成してある。
また第１の光学素子１０には、外縁フランジ部５の頂面に供給した接着剤８が光学機能面に流れ込むのを防止するための凸部７を形成してある。
そして図１（ｂ）に示すように、第１の光学素子１０の外縁フランジ部５に形成した凸部７が、第２の光学素子２０の外縁フランジ部６の頂面に当接しないように、第１及び第２の光学素子１０，２０を対向させ、接着剤８を用いて第１及び第２の光学素子の外縁フランジ部同士５，６を接合してある。つまり、第２の光学素子２０の外縁フランジ部６の形状が、対向する第１の光学素子１０の外縁フランジ部５に形成された凸部７を逃げた形状に形成されている。

図２及び図３に示すプレス成形装置は、複数の光学素子１０が同時にプレス成形され、連結されたシート状になった光学素子アレイのプレス成形装置を示す断面図であり、上下一対の成形型（上型２１と下型２２）を使用するものである。
このプレス成形装置は、上型２１に対向して下型２２を配置し、両脇には側型２６を配し、これらで囲まれた空間すなわちキャビティ２５にガラス材料を載置し、上型２１と下型２２とを締結することによりガラス材料を加熱プレスして成形するものである。上型２１には複数の中子嵌合孔が形成され、各中子嵌合孔に嵌合されている中子２３には、曲率の大きな凸状の光学機能面１とそれに隣接するフランジ部３とを形成するための転写面が形成してある。また上型２１の中子嵌合孔の周囲には、外縁フランジ部５を成形するための転写面が設けられている。

図２に示す実施例では、中子嵌合孔の周壁先端に傾斜加工を施し、傾斜面２１Ａを形成することによって、中子２３を嵌合する中子嵌合孔の先端付近に、中子嵌合孔の周壁に沿って溝部２４ａを形成した。
そして、キャビティ２５内に載置したガラス材料をプレス成形することによって、複数の光学素子１０が連結したシート状の光学素子アレイを成形し、前記溝部２４ａの形状が転写され、外縁フランジ部５の頂面に凸部７が形成された光学素子１０を同時に複数成形した。
外縁フランジ部５の頂面に塗布した接着剤が光学機能面１に流れ込まない程度の大きさの凸部７が形成されるように、中子嵌合孔の先端付近に傾斜面２１Ａを形成して溝部２４ａを形成すれば充分であり、あまり大きな溝部２４ａを形成して外縁フランジ部５の頂面に大きな凸部７が形成されるように構成したものは、レンズの取り扱い上好ましくない。

図３に示す実施例では、中子２３の先端に傾斜加工を施して傾斜面２３Ａを形成するとともに、前記傾斜面２３Ａの上端を中子嵌合孔の先端より上方に配置することによって、中子２３を嵌合する中子嵌合孔の先端付近に、中子嵌合孔の周壁に沿って溝部２４ｂを形成した。
そして、キャビティ２５内に載置したガラス材料をプレス成形することによって、複数の光学素子１０が連結したシート状の光学素子アレイを成形し、前記溝部２４ｂの形状が転写され、外縁フランジ部５の頂面に凸部７が形成された光学素子１０を同時に複数成形した。
外縁フランジ部５の頂面に塗布した接着剤が光学機能面１に流れ込まない程度の大きさの凸部７が形成されるように、中子２３の先端に傾斜面２３Ａを形成して溝部２４ｂを形成すれば充分であり、あまり大きな溝部２４ｂを形成して外縁フランジ部５の頂面に大きな凸部７が形成されるように構成したものは、レンズの取り扱い上好ましくない。

図４は、図２または図３のプレス成形装置で成形された光学素子アレイを示すものであり、複数の光学素子１０が同時にプレス成形され、連結されてシート状になったものである。
これらの実施例では、光学機能面１の頂点よりも若干高くなる位置に、光学機能面１に隣接するフランジ部３よりも外側の外縁フランジ部５の頂面が形成され、かつ外縁フランジ部５の頂面に供給した接着剤が光学機能面に流れ込むのを防止するための凸部７が形成された、口径３ｍｍ以下の小型の光学素子１０を同時に複数成形することができる。

なお図２または図３のプレス成形装置で成形された直後は、フランジ部３の厚みｔは０．３ｍｍ以上であり、この光学機能面１の反対側の平坦な面を研磨して０．３ｍｍ未満とする。この実施形態では、フランジ部の厚みが０．３ｍｍ以上の光学素子アレイをプレス成形した後に、光学機能面１とは反対側の面を研磨して、フランジ部を０．３ｍｍ未満にするので、従前の成形方法に比べてフランジ部の厚みを薄くすることができ、かつ光学素子アレイの割れも防止することができる。

この実施例では、外縁フランジ部５の頂面に接着剤を塗布し、第１の光学素子１０が複数連結されているシート状の光学素子アレイと、第２の光学素子２０が複数連結されているシート状の光学素子アレイとを接合した後、外縁フランジ部５，６の個所で光学素子アレイを切断することによって、個々の光学素子を切り出し、図１に示す実施形態のように、第１及び第２光学素子１０，２０が接合した組み合わせ光学素子を同時に複数個取得した。

この発明の組み合わせ光学素子の好適な実施形態を示す断面図。 光学素子をプレス成形するための第１実施例による成形型の断面図。 光学素子をプレス成形するための第２実施例による成形型の断面図。 図２または図３の成形型で成形された直後の製品を示す断面図。

符号の説明

１０，２０ 光学素子
１，２ 凸状の光学機能面
３，４ 光学機能面に隣接したフランジ部
５，６ 外縁フランジ部
７ 凸部
２１ 上型
２１Ａ 傾斜面
２２ 下型
２３ 中子
２３Ａ 傾斜面
２４ａ，２４ｂ 溝部
２５ キャビティ
２６ 側型

Claims (4)

1. 光学機能面の頂点よりも若干高くなる位置に、光学機能面に隣接するフランジ部よりも外側の外縁フランジ部の頂面が形成され、かつ外縁フランジ部に、接着剤が光学機能面に流れ込むのを防止するための凸部を形成した光学素子を成形する方法において、
   光学機能面及びフランジ部を成形する中子を備え、かつ前記中子を嵌合する中子嵌合孔の先端に傾斜加工を施した成形型を用いてガラス材料をプレス成形し、
   前記傾斜加工により形成された溝部の形状を転写することによって、外縁フランジ部に凸部を形成することを特徴とする光学素子の成形方法。
2. 光学機能面の頂点よりも若干高くなる位置に、光学機能面に隣接するフランジ部よりも外側の外縁フランジ部の頂面が形成され、かつ外縁フランジ部に、接着剤が光学機能面に流れ込むのを防止するための凸部を形成した光学素子を成形する方法において、
   光学機能面及びフランジ部を成形する中子を備え、かつ前記中子の先端に傾斜加工を施した成形型を用いてガラス材料をプレス成形し、
   前記傾斜加工により形成された溝部の形状を転写することによって、外縁フランジ部に凸部を形成することを特徴とする光学素子の成形方法。
3. ガラス材料をプレス成形して凸状の光学機能面が成形された光学素子を２つ接合した組み合わせ光学素子において、
   光学機能面の頂点よりも若干高くなる位置に、光学機能面に隣接するフランジ部よりも外側の外縁フランジ部の頂面を形成して第１及び第２の光学素子を構成するとともに、
   第１の光学素子の外縁フランジ部に供給した接着剤が光学機能面に流れ込むのを防止するための凸部を形成し、
   さらに前記凸部が第２光学素子の外縁フランジ部に当接しないように第１及び第２の光学素子を対向させ、接着剤を用いて第１及び第２の光学素子の外縁フランジ部同士を接合したことを特徴とする組み合わせ光学素子。
4. ガラス材料のプレス成形後に凸状の光学機能面とは反対側の面を研磨することによって、フランジ部の厚さを０．３ｍｍ未満としたことを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ光学素子。

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