JP4669350B2 - 光学部品および金型の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学的結像装置の結像位置か、この結像位置に近接して配される光学部品およびその成形用金型の加工方法に関する。

従来から、一眼レフカメラ等においては撮影レンズによって形成された焦点板上の物体像と共に該焦点板上若しくは該焦点板と光学的に等価の位置に配置した測距範囲や測光範囲等を示す指標を同時にファインダー系を介して観察している。

ファインダー系を介して撮影レンズによって形成された物体像と共に測距視野等の指標を観察する際、例えば指標を複数のプリズムの集合体として構成した光学部品を用いる場合がある。

プリズム１０５に入射する光束の進行状態を図９に模式的に示す。これによると、プリズム１０５に入射する光束Ｌは、その斜面１０４で全反射して進行方向が大きく横方向に曲げられて観察者の瞳に到達しないため、観察者は指標１０２を暗線として視認することができる。

また、特許文献２に記載されている指標は、プリズム形状の１斜面を反射面とし、成形後反射蒸着処理を行い明線として認識することができる。

このような指標が形成された光学部品を射出成形や圧縮成形によって生産する場合、金型の成形面にプリズム１０５の断面形状を反転させたＶ字状断面の溝を刻設しておく必要がある。従来、このようなＶ字状断面の溝を刻設する場合、まずプリズムに対応した形状のダイヤモンドチップを固定したポンチを製造する。このポンチを金型の成形面に所定の荷重で押し付け、金型の成形面を塑性変形することによって溝を形成する方法がある。また特許文献１に記載されているように、プリズムに対応した形状のダイヤモンドチップを有する角錐状の回転切削工具を高速回転させて金型の成形面に切り込み溝を形成する方法などが知られている。
特開２００１−１６２４２９号公報 特開２００４−１０２３１８号公報

特許文献１に記載の従来の方法で光学部品を作成する場合においては、プリズムに対応した形状のダイヤモンドチップを有する角錐状の回転切削工具を高速回転させつつ金型の成形面に切り込みＶ溝を形成している。そのためＶ溝の両端にダイヤバイトの回転によってできるそれぞれ１つづつ半円錐形状が形成される。指標となるプリズムに入射する光束の進行状態を図９、図１０に示す。図９には透過式の光学系を示す。これによると、プリズム１０５に入射する光束Ｌは、その斜面１０４で全反射して進行方向が大きく横方向に曲げられて観察者の瞳に到達しないため、観察者は指標を暗線として視認することができる。これに対して、図１０にはプリズムに光を反射させて指標として視認させるような光学系を示す。これによると、プリズム２０５に入射した光束Ｌは、その斜面２０４で全反射して進行方向と反対方向に戻り、この光束を指標として視認させている。Ｖ溝の両端にダイヤバイトの回転によってできるそれぞれ１つづつ半円錐形状が形成された光学部品においては、図９に示したような透過式の構成の光学系では問題はない。しかし図１０に示す反射式の光学系においては、Ｖ溝の両端部の半円錐形状が凹面鏡の作用をしてフレアー光が発生してしまう。

本発明は、上記従来の技術の未解決の課題に鑑みてなされたものであり、フレアー光の発生を抑え、指標の観察品位を向上させることができる光学部品を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる光学部品は、光学面上に形成され、少なくとも二つの斜面を有するプリズムが多数個集合して成る指標を有する光学部品であって、前記プリズムは、前記二つの斜面が接して形成される稜線の両端部にそれぞれ少なくとも２つの円錐形状の一部分を合わせた形状を有することを特徴とする。

本発明に係わる金型の加工方法は、成形面に、第１の斜面と第２の斜面を有する溝をバイトによって切削加工して光学部品成形用金型を加工する金型の加工方法であって、前記バイトは、前記第１の斜面と第２の斜面とのなす角度よりも加工角度が小さな角度を持つ角錐バイトであって、前記バイトをバイト軸回りに回転させながら第１の斜面を切削した後、前記バイトをバイト軸回りに回転させながら第２の斜面を切削することによって、Ｖ字状断面の溝の両端部にそれぞれ少なくとも２つの円錐形状の一部分を合わせた形状の溝を切削加工することを特徴とする。

本発明の光学部品におけるプリズムは、稜線の両端部にそれぞれ少なくとも２つ以上の略円錐形状の一部分を合わせた形状を有している。これによりフレアー光が分散し、フレアー光による指標の観察品位を低下させることなく観察者は指標を視認することができる。

本発明による光学部品を図を参照しながら詳細に説明する。

図７は本発明の一実施形態であるファインダー系の反射部材を備えた一眼レフカメラの光学系の構成を示す図である。

図中、７１は撮影光学系（対物光学系）７２を含むレンズ鏡筒、７３はカメラボディである。ここで、前記レンズ鏡筒７２とカメラボディは着脱が可能となっている。７４は前記撮影光学系７２を透過してくる被写体からの光をファインダー光学系に導くためのクイックリターンミラーである。クイックリターンミラー７４の後方（撮影光学系７１からの光の直進する方向）には、不図示であるが銀塩フィルムや固体撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ）が配置されている。クイックリターンミラー７４は、カメラのレリーズに連動して回動することにより、撮影光路とファインダー光路を切り替えている。該クイックリターンミラー７４で上方に反射された光は焦点板７５の上面に結像する。ここで、焦点板７５の下面はフレネル面が形成されている。

前記焦点板７５の上方には、ファインダー画面内表示を行うための光学部品１及び焦点板７５上に形成された被写体像を正立正像として撮影者（観察者）の瞳に導くためのペンタダハプリズム７７が設けられている。ペンタダハプリズム７７は、入射面７７ｃと射出面７７ａ、そして複数の反射面を備えている。また、該ペンタダハプリズム７７の射出面７７ａ上方には前記ファインダー画面内表示を行うための光学部品１に照明光を導くための光学面７７ｂが形成されており、該光学面７７ｂと７７ａはθの角度をなしている。撮影光学系７２により焦点板７５上に形成された被写体像は、ペンタダハプリズム７７で正立像に反転され、接眼レンズ８０により撮影者に導かれる。焦点板７５、光学部品１、ペンタダハプリズム７７、接眼レンズ８０によって構成されるファインダー光学系は、撮影者がフィルム面や固体撮像素子の撮像面に対応した矩形の視野を観察できるように構成されている。図７において、左右方向が観察視野の短辺方向（視野の上下方向）に対応し、紙面垂直な方向が観察視野の長辺方向（視野の水平方向）に対応する。

さらに、該光学面７７ｂ上方には照明光学系７８、ＬＥＤユニット７９が設けられている。該ＬＥＤユニット７９は、図８に示すように、１チップ上に複数のＬＥＤアレイ８１が配列された構成となっており、１つ１つのＬＥＤアレイが、図示しない焦点検出装置の焦点検出点と対になっている。

ここで、前記光学面７７ｂと７７ａのなす角θは１１０度＜θ＜１６５度の範囲内に設定されることが望ましい。前記範囲の下限を超えると、前記照明光学系７８からの光束を透過させるための充分な範囲を得るために前記ペンタダハプリズム７７のダハ部分に設けた反射領域を小さくしなくてはならない。そのため被写体像もしくは、被写体像の下側に表示される撮影時のシャッタースピード等の情報がケラレやすくなる。また、上限を超えると、前記光学面７７ｂの有効領域を充分に取ることができなくなる。

ＬＥＤユニット７９から発せられた光は、前記照明光学系７８及びペンタプリズム７７の光学面７７ｂ、７７ｃを透過し、撮影光学系７１の光軸を含む平面内で観察視野の短辺方向から、光学部品１を斜めに照明する。光学部品１の下面に設けられた焦点検出枠に相当するプリズム部で反射した光は、被写体像と共に前記ペンタプリズム７７及び接眼レンズ８０を介して撮影者の瞳へと導かれる。

ここで、前記光学部品１には、図１に示すように、ＬＥＤユニット７９のＬＥＤアレイ８１の配列と対応した位置に、指標２が微細なプリズムによって形成されている。図２（ａ）は、図１中の画面（視野）中心に位置する指標２Ａの拡大図であり、図２（ｂ）は画面の水平方向に関して周辺に位置する指標２Ｂの拡大図である。ここで、指標を構成する微細なプリズム部は図２（ｃ）の側面図、上面図のようにダハプリズムとなっており、それぞれのプリズム部５の稜線３は、視野の短辺方向の断面（撮影光学系７１の光軸を含む平面、図７における紙面）に投影した場合に傾いており、光学部品１の形成する面（光軸に対して垂直な平面）に対して非平行となっている。また、プリズム部５は、稜線３を有すると共に斜面４ａ、４ｂを有する。略円錐形状の一部分７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂのうち、稜線３の両端部のそれぞれに、７ａ、７ｂを合わせた形状および８ａ、８ｂを合わせた形状を有する。

このように略円錐形状の部分を分割することによりフレアー光が分散し、フレアー光による指標の観察品位を低下させることなく観察者は指標２を視認することができる。

各プリズムは３方向に傾きを有している。図３はプリズムの傾き方向を示した図である。図３（ａ）は、深さ方向の傾きαを示したプリズムの上面図と断面図。図３（ｂ）は、回転方向の傾きβを示したプリズムの上面図。図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、プリズムの斜面４ａと４ｂとの成す角γの中心線Ｔが、光学面１の垂線である状態を基準にした時の中心線Ｔの傾きδを示した断面図である。

このように指標を構成するプリズム部の稜線を、照明光が斜入射する方向に対応させて、光軸に対して垂直な平面に対して傾かせることにより、従来のように複雑な照明光学系を採用せずとも、プリズム部からの反射光を撮影者に導くことが可能になる。このため、スーパーインポーズ表示のための照明光学系７８を本実施例のごとく単レンズで構成しても良く、簡易な構成でスーパーインポーズ表示を行なうことが可能となる。

また、画面中心の指標及び、その真上と真下の指標では図２（ａ）に示しているように、前記ダハプリズムの稜線がファインダー視野の上下方向に対して平行である。それに対し、周辺の指標では、図２（ｂ）に示しているように、前記ダハプリズムの稜線がファインダー視野の上下方向及び左右方向に対し、ある一定の角度βをなして配置されている。角度βは、前記照明光学系７８の射出瞳中心、画面周辺の各指標の中心、接眼レンズ８０の入射瞳中心の３点から定義される平面と、前記光学部品１との交線の向きにより決定される角度となっている。

以上のように、指標２を構成するプリズムの稜線部３を前記光学部品１の形成する面に対して傾かせることにより、前記照明光学系７８を単レンズで構成しても、前記ＬＥＤユニット７９からの光を撮影者の瞳へと導くことが可能となる。また、前記指標１２を構成しているプリズムをダハプリズムで構成し、その両端部に形成される円錐形状の部分を分割することによりフレアー光が分散する。それによりフレアー光による指標の観察品位を低下させることなく、前記ＬＥＤユニット７９からの光を撮影者の瞳へと導くことが可能となる。

なお、ここでは焦点板７５と光学部品１とを別部材で構成したが、焦点板７５と光学部品１とを１つの部材で構成しても良い。すなわち、撮影光学系の結像位置に配置される焦点板そのものに、本実施例で説明したプリズム部を形成した指標を設けても良い。

次に、本発明の光学部品成形用金型の加工方法の一例を説明する。金型の成形面にプリズム５の形状を反転させたＶ字状断面の溝を刻設し、その金型を用いて射出成形や圧縮成形によって指標が形成された光学部品を加工する。図４は、金型を加工するための加工装置の一例を示した概略図であり、ＮＣ加工機である。図４（ａ）は上面概略図、図４（ｂ）は側面概略図を示す。図４において、１０は床面等に固定されたベースガイドである。１１は床面等に立設された一対のＺガイドである。１２は両Ｚガイド１１に沿ってＺ軸方向に往復移動自在であるＺスライダであり、１３はＺスライダ１２に保持された第一の回転装置であるＢ軸回りに回転自在なＢ軸回転装置である。１４はベースガイド１０に保持されてＸ軸およびＹ軸方向に往復移動自在であるＸＹスライダである。１５はＸＹスライダ１４に保持された第二の回転装置であるＣ軸回りに回転自在なＣ軸回転装置。１７はＣ軸回転装置１５上に取付け部材１６を介して取付けられたスピンドル軸であるＳ軸回りに回転するスピンドルである。１９はスピンドル１７にバイトホルダー１８を介して取付けられたダイヤバイトであり、Ｂ軸回転装置１３上に設けられた保持手段（不図示）により被加工物Ｗを取付けるように構成されている。

以上のように構成され６軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、Ｃ軸、Ｓ軸）の制御が可能なＮＣ加工機を用いて、本発明の光学部品を成形する金型の加工方法の一例について図４〜図６を参照して説明する。まずテストピースをＢ軸回転装置１３上に設けられた保持手段（不図示）にＢ軸の回転中心に合わせて取付ける。Ｂ軸回転装置に向かい合って配置されているスピンドル１７のバイトホルダー１８にダイヤバイトを取付ける。ダイヤバイトの形状の例を図５に示す。図５（ａ）は四角錐バイトの一例を示したものであり、図５（ｂ）は三角錐バイトの一例を示したものである。四角錐バイトを使用する場合は、プリズムの斜面４ａと４ｂとの成す角γと四角錐形状の稜線と中心軸線とのなす角ｂの関係が以下の式を満たすようなダイヤバイトを選択する。（図５（ａ）参照）
γ＞２ｂ （式１）
三角錐バイトを使用する場合は、プリズムの斜面４ａと４ｂとの成す角γと三角錐形状の稜線と中心軸線とのなす角ｃの関係が以下の式を満たすようなダイヤバイトを選択する。（図５（ｂ）参照）
γ＞２ｃ （式２）
ダイヤバイトを取付ける際においてもダイヤバイトの回転中心がスピンドルの軸Ｓ軸の回転中心と合致するように取付け、さらにＢ軸の回転中心とも合致するように取付ける。次にＳ軸と直行するＣ軸の中心軸にダイヤバイトの先端を合わせた後、バイトの先端とＣ軸とのずれ量およびずれ方向を確認し合致するように補正する。また、金型とダイヤバイトの位置関係をテスト加工で把握し不図示の制御装置に記憶させる。

被加工物である金型ＷをＢ軸回転装置１３上に設けられた保持手段（不図示）にＢ軸の回転中心に合わせて取付ける。金型に形成するＶ字状断面の溝の稜線とＺ軸が合致するようにＢ軸を回転させ、被加工物Ｗの位置合わせを行なう。次にバイト先端部の位置合わせを行なうが、この工程については、図６も参照しながら説明する。図６は加工時の金型およびバイト先端部の概略図を示したものである。Ｖ字状断面の溝２０の左斜面２１ｂとダイヤモンドバイト２２の稜線が合致する角度Ｃ１になるようにＣ軸回転装置１５を回転させる。そしてスピンドルを回転させてバイトを回転し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を制御しＶ溝の左斜面２１ｂを加工する。次に右斜面２１ａとダイヤモンドバイト２２の稜線が合致する角度Ｃ２となるようにＣ軸回転装置１５を回転させる。そしてスピンドルを回転させてバイトを回転し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を制御しＶ溝の左斜面２１ａを加工する。図６において、左斜面２１ｂの加工においてはバイトを左に回転させながら上から下へバイトを移動させる加工（アップカット）を行なう。右斜面２１ａの加工においてもバイトを左に回転させながら下から上へバイトを移動させてアップカットを行なう。もちろん左斜面においてバイトを左に回転させながらバイトを下から上に移動させてダウンカットし、右斜面においてはバイトを左に回転させながらバイトを上から下に移動させてダウンカットしてもよい。どちらの加工方法でも加工は可能である。金型の材質と加工速度を考慮してどちらかのカット方法で加工を行なうが、本発明の加工方法においては、バイトの送り方向を反対にすることによって、左斜面右斜面ともにアップカットまたはダウンカットすることができる。それにより左斜面右斜面の加工特性が均一になり、指標の視認性が向上した。

金型の材質は、ダイヤバイトで加工可能な材料であれば何でもよいが、ＫＮメッキ、銅系メッキ層を持った金型か銅系の材質のもの例えば無酸素銅やリン青銅またはアルミ系の材質が適している。

本実施例では、３方向の傾きの加工において深さ方向の傾きはバイトの切り込み深さを制御するＸ軸と高さ方向を制御するＺ軸で行なったが、Ｘ軸と床面と平行な横方向を制御するＹ軸で行なってもよい。回転方向の傾きは、Ｂ軸を使用したが、横方向を制御するＹ軸と高さ方向を制御するＺ軸によって行なうことも可能である。Ｙ軸およびＺ軸で制御すればＢ軸回転装置は不要になり、５軸制御の加工機でも対応可能である。

以上のように加工した金型を用い、射出成形または圧縮成形を行なって光学部品を成形した。

以上述べてきたように、本発明によれば、Ｖ溝の角度よりも加工角度が小さな角度を持ったダイヤバイトでＶ溝の片面づつを削ることにより、Ｖ溝両端の円錐形状を２つ以上に分けることができた。そのため円錐形状によって発生するフレアー光を分散させることができた。また、同様にＶ溝形状の両端にできる円錐形状の総面積を減らすことでさらにフレアー光を減らせるとともに刻線を重ね合わせたときの有効部を増やすことが可能である。これにより指標の視認性が向上した。

各種３方向の傾きを持ったＶ溝形状の集合体を加工するためには、従来の四角錐または三角錐ダイヤバイト１種類の加工では、７軸制御または６軸制御の加工機が必要である。しかしＶ溝形状よりも小さな加工角度を持つ四角錐／三角錐ダイヤバイトの加工で１面づつ加工を行うことにより、６軸制御または５軸制御の加工機で加工が可能となる。また、Ｖ溝形状の角度γを角度補正する場合も、Ｃ軸の回転角度のプログラムを変更するだけで、簡単に角度補正が行なえ、加工が簡略化できた。

本発明の光学部品の一例を示す概略図 図１の一部拡大図 プリズムの傾き方向を示した図 金型を加工するための加工装置の一例を示した概略図 バイトの一例を示した図 加工時の金型およびバイト先端部の概略図 ファインダー系の反射部材を備えた一眼レフカメラの光学系の構成を示す図 ＬＥＤユニットの概略図 プリズムに入射する光束の進行状態を示す図 プリズムに入射する光束の進行状態を示す図

符号の説明

１ 光学部品
２ 指標
３ 稜線
４ 斜面
５ 光学要素（プリズム）
７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ 略円錐形状の一部分
１０ ベースガイド
１１ Ｚガイド
１２ Ｚスライダ
１３ Ｂ軸回転装置
１４ ＸＹスライダ
１５ Ｃ軸回転装置
１６ 取付け部材
１７ スピンドル
１８ バイトホルダー
１９ ダイヤバイト
Ｗ 金型

Claims (4)

1. 光学面上に形成され、少なくとも二つの斜面を有するプリズムが多数個集合して成る指標を有する光学部品であって、前記プリズムは、前記二つの斜面が接して形成される稜線の両端部にそれぞれ少なくとも２つの円錐形状の一部分を合わせた形状を有することを特徴とする光学部品。
2. 前記多数個のプリズムのうち少なくとも１つは、前記二つの斜面の前記光学面とのなす角がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
3. 前記光学部品は、カメラのファインダー系の反射部材であることを特徴とする請求項１または２記載の光学部品。
4. 成形面に、第１の斜面と第２の斜面を有する溝をバイトによって切削加工して光学部品成形用金型を加工する金型の加工方法であって、
   前記バイトは、前記第１の斜面と第２の斜面とのなす角度よりも加工角度が小さな角度を持つ角錐バイトであって、前記バイトをバイト軸回りに回転させながら第１の斜面を切削した後、前記バイトをバイト軸回りに回転させながら第２の斜面を切削することによって、Ｖ字状断面の溝の両端部にそれぞれ少なくとも２つの円錐形状の一部分を合わせた形状の溝を切削加工することを特徴とする金型の加工方法。

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