JP5305670B2 - 光学部品及び光学部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は一眼レフカメラ等に用いられるファインダーの結像位置または結像位置近傍に配されるフォーカシングスクリーン等の光学部品と、その加工方法に関するものである。

一眼レフカメラ等のファインダーを覗いたときに観察される像は、撮影レンズによってカメラ内に取り込まれた像がミラーを介して投影される場所として機能している光学部品に映し出されたものである。前記投影される場所として機能している光学部品は、一般的にピント板やピントグラス、フォーカシングスクリーン等といった名称で呼ばれている。前記光学部品は板状の形状をしており、光を集光する機能を有するフレネル面と像をスクリーンのように結像する機能を有するマット面とを、表裏で貼り合わせて一体化したものとなっている。マット面にはファインダー上で測距範囲や測光範囲等を目印で示すための微細な凸型形状（以下凸部と称す）が形成される場合がある。例えば、凸部の例として、特許文献１には、図９に示すように、基板６上に方眼や目盛り線の凸部７が入ったものや、図１０に示すように、基板６上に多角形状の凸部８が記載されている。以下、図９に示すような方眼や目盛り線の凸部７の場合は、その直線部１４を辺部と呼び、直線部の終点部分である端部１５を角部と称する。また、図１０に示すような多角形状の凸部８の場合は、その辺の部分１７を辺部と呼び、辺と辺が交わった角の部分１６を角部と称することにする。

前記凸部が存在すると、凸部の部分だけファインダー上でレンズ側から来る光が曲がって観察者の目に届かなくなるために、観察者は該形状を黒い線状の指標として認識できる。

プラスチック成形加工で該凸部を成形する場合、金型には成形品を反転した凹型形状を形成する必要がある。従来の加工方法では、角錐の刃物でＶ溝状の形状を刻む方法がよく知られている。また、くさび形の刃先を有する刃物を押し付けたり、そろばん玉形状の刃物を転がしながら押し付けたりして加工する方法が採用されている。

特許文献２には、ダイヤモンドの四角錘の工具を製作し、その工具を高速回転させて連続で切削加工を行うことによりＶ溝状の凹型形状を得たり、該工具を高速回転して断続で切削加工を行うことにより連なった円錐形の凹型形状を得ることが記載されている。
特開平０８−０５４６６６号公報 特開２００１−１６２４２９号公報

従来の加工方法においては、例えば図１０に示すような最外周輪郭が多角形である凸部を成形するために金型に微細な凹型形状を加工しようとすると、角部１６を正確に形成するのが困難であるという課題がある。

具体的に、図を用いて説明する。図１１〜図１３は、従来の最外周輪郭が多角形である凹型形状の角部を拡大した図である。角錘の刃物で前記凹型形状の４つの直線部をそれぞれ加工しようとすると、図１１に示すように、該形状の角部分において、角錐の面形状９が転写され、頂角が欠けた形状になる。これを回避しようとして角部分を上書きするように切削加工すると、結果として、図１２に示すように角部分に罫書き線が交差した形状が残って異形状１０になる。これはくさび形やそろばん形刃物の押し付け加工についても同様である。

小さなくさび形の刃物を多数押し付けてその集合体で多角形の輪郭を作る方法もあるが、この方法では膨大な加工時間がかかるという欠点がある。

また、特許文献２に記載されているように、回転させた四角錘工具で前記凹型形状を連続切削加工した場合は、刃物の向きを該形状の角部分で９０°回転させるために図１３に示すように、角部分が円弧状の形状１１になってしまう。

成形品の凸部の輪郭に異形状が転写されてこれがファインダー上で目立って視認性の劣った指標になってしまう。従って、図１０に示すような形状の加工に関しては、辺部１４に対して端部１５の輪郭が異形状にならないように金型に凹型形状を加工しなければならない。図９に示すような形状の加工に関しては、角部１６の輪郭が異形状とならないように金型に凹型形状を加工しなければならない。この加工が出来ないと、プラスチック成形加工によって出来上がる成形品の凸部の輪郭に異形状が転写されてこれがファインダー上で目立って視認性の劣った指標になってしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、視認性に優れる指標となる凸部または凹部を有する光学部品と、前記光学部品を提供するための加工方法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、本出願の光学部品は、基板上に、前記基板表面から突出した凸部を有する光学部品であって、前記凸部は、断面形状がＶ字状であって一対の対向する傾斜面を有する４つの辺部と、前記辺部の両端部にあって、角錐形状からなる４つの角部とからなる四角形であって、前記角部の基板表面からの高さは、前記辺部の基板表面からの高さよりも高いことを特徴とする光学部品。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本出願の光学部品は、基板上に、前記基板表面から窪んだ状態の凹部を有する光学部品であって、前記凹部は、断面形状がＶ字状であって一対の対向する傾斜面を有する４つの辺部と、前記辺部の両端部にあって、角錐形状からなる４つの角部とからなる四角形であって、前記角部の基板表面からの深さは、前記辺部の基板表面からの深さよりも深いことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本出願の光学部品の製造方法は、金型を用いて光学部品を成形する光学部品の製造方法であって、前記金型表面に、第一の角錐形状と第二の角錐形状を切削加工する工程と、前記第一の角錐形状と第二の角錐形状を結ぶ辺部を切削加工する工程とを有し、前記第二の角錐形状の方向に稜線が向くように方向を変えた角錐バイトを、前記第一の角錐形状の上方から、前記角錐形状の底辺の長さと、前記Ｖ溝の底辺の長さが等しくなるように切り込み、前記第二の角錐形状の方向に移動させて辺部を切削加工することを特徴とする。

本発明は、辺部と、前記辺部の端部にあって、角錐形状からなる角部とからなり、前記角部の基板表面からの高さは、前記辺部の基板表面からの高さよりも高い凸部を有する。これによって四角形の四隅が強調された目印として観察者認識されることとなり、非常に視認性に優れた指標となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の光学部品を示す概略図を示したものである。図１に示す光学部品は、基板１上に、基板上面から突出した凸部２を有している。この光学部品は、一般的に用いられている、例えばサイズ約３０ｍｍ×２０ｍｍのピント板等のフォーカシングスクリーンである。基板として、その表面にマイクロレンズが半径２０〜４０μｍで規則性高く配列されているマット面を有しているものを使用することも可能である。基板上には、接眼レンズから覗いた場合に測距マーク等の指標となる凸部が形成される。図１では基板上面から突出した凸部２を有する光学部品を示しているが、この凸部２は、基板上面から窪んだ状態の凹形状のものであっても同様に機能する。基板上に、測距マーク等の指標となる凸部または凹部を、Ｖ字形の断面形状を持つ斜面から形成し、ここを通過する光をこの斜面によって屈折させて、観察者の目に到達しないようにする。このように構成することで、凸部または凹部の部分だけが観察者の目には黒く見え、指標として機能する。このようにピント板等のフォーカシングスクリーン上に凸部または凹部を形成し、これを指標とすることについては、周知の技術であるためこれ以上の詳しい説明は省略する。

（第一の実施形態）
図２は、図１のＡ部の拡大図であって、図２（ａ）は、本発明の第一の実施形態である光学部品の凸部の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣ部拡大図である。図３は本発明の一実施形態である光学部品の凸部の鳥瞰図である。基板１上面から突出した凸部２は、断面形状がＶ字状であって稜線を挟んで一対の対向する傾斜面を有する辺部２ａと、前記辺部の端部にあって、辺部と辺部の間に配される角錐形状からなる角部２ｂを４つづつ組み合わせて構成される。図２、図３に示すように、辺部２ａは稜線２１ａを挟んで一対の斜面が対向している形状から成り、基板上面と辺部の交線２２ａの延長線上に、基板上面と角部の交線２２ｂを配している。つまり、交線２２ａと交線２２ｂが一直線上になっている。さらに交線２２ｂは、角部２ｂの角部のエッジ部２３ｂにおいて直角に交わっている。また、基板上面と辺部の交線２２ａは内周輪郭部２３ａにおいて直角に交わっている。図２（ｂ）に示すように、角部の高さ（角錐形状の頂点２１ｂから基板上面の延長面に下ろした垂線の長さｂ）は、辺部の高さ（稜線２１ａの垂線を基板上面の延長面に下ろした垂線の長さａ）よりも高い形状となっている。このような形状にすることによって、平面的には基板上面と凸部の交線２２ａおよび２２ｂが凸部の内側おいても外側においても一直線上にあり、段差のない４角形となり、角部が異形状とならない。このため、ファインダー上にきれいな四角形の指標として映り、視認性に優れた指標を形成することが出来る。また、立体的には角部と辺部の部分が異なる形状となり、ファインダー上で頂角の際立った指標となって見えるため視認性に優れる。図４（ａ）は、角部の高さと辺部の高さが同じ場合の凸部通過前後の光の進路を示している。（ｂ）は、角部の高さが辺部の高さよりも高い場合の凸部通過前後の光の進路を示している。角部の高さを辺部の高さより高くすることによって、角部の傾斜が急になり、透過する光が大きく屈折する。そのため、観察者の目に届きづらくなるため、角部が黒く際立ち、視認性が向上する事がこの図からも明らかである。辺部の高さを１とした時、角部の高さを１．２以上１．７以下に設定すると特に視認性に優れた指標を得ることが出来る。

（第二の実施形態）
第一の実施形態では基板上面から突出した凸部２を有する光学部品について説明したが、第二の実施形態では、基板上面から窪んだ状態の凹形状のもの（凹部）を有する光学部品について説明する。

図５（ａ）は、本発明の第二の実施形態である光学部品の凹部の上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ’断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＥ部拡大図である。基板１上面から窪んだ凹部３は、断面形状がＶ字状であって稜線を挟んで一対の対向する傾斜面を有する辺部３ａと、前記辺部の端部にあって、辺部と辺部の間に配される角錐形状からなる角部３ｂを４つづつ組み合わせて構成される。図５に示すように、辺部３ａは稜線３１ａを挟んで一対の斜面が対向している形状から成り、基板上面と辺部の交線３２ａの延長線上に、基板上面と角部の交線３２ｂを配している。つまり、交線３２ａと交線３２ｂが一直線上になっている。さらに交線３２ｂは、角部３ｂのエッジ部３３ｂにおいて直角に交わっている。また、基板上面と辺部の交線３２ａは内周輪郭部３３ａにおいて直角に交わっている。図５（ｂ）に示すように、角部の深さ（角錐形状の頂点３１ｂから基板上面の延長面に引いた垂線の長さｄ）は、辺部の深さ（稜線２１ａの垂線を基板上面の延長面に引いた垂線の長さｃ）よりも深い形状となっている。このような形状にすることによって、平面的には基板上面と凹部の交線３２ａおよび３２ｂが凹部の内側おいても外側においても一直線上にあり、段差のない４角形となり、角部が異形状とならない。このため、ファインダー上にきれいな四角形の指標として映り、視認性に優れた指標を形成することが出来る。また、立体的には角部と辺部の部分が異なる形状となり、ファインダー上で頂角の際立った指標となって見えるため視認性に優れる。辺部の深さを１とした時、角部の深さを１．２以上１．７以下に設定すると特に視認性に優れた指標を得ることが出来る。

第一、第二の実施の形態では凸部または凹部の形状が四角形の場合を説明したが、これに限らず、例えば辺部の両端部に角部が２つ直線状に並ぶ形でもよい。また、辺部を３つ、角部を４つ組み合わせてコの字形状にしたもの等々、辺部の端部に角部が配置されている形状であればどのような形状であっても同様の効果が得られる。

（光学部品の加工方法）
次に、本発明の光学部品の加工方法の一実施形態について説明する。本実施形態においては、金型に本発明の光学部品の凸部の凸形状又は凹部の凹形状に対応する形状である溝を加工して金型を作製する。そしてその金型に樹脂を射出し成形することによって、前記凸部または凹部に対応する形状を転写して光学部品を加工する方法について説明する。

図６は、金型を切削加工する際に用いるＸＹＺＣの４軸ＮＣ制御加工機の構成を示した図である。

図６において、６１は加工すべき金型、６２はバイト、６３は顕微鏡、６４はＸＹＣステージ、６５はＺスライダである。金型６１は、事前に、凸形状に対応する溝を形成する面のうねり量を顕微鏡等で測定しておく。このうねり量測定結果から工具切り込み量を調整し、線幅が一定になるようなＮＣプログラムを算出する。この際、仕上げの線幅よりも狭い線幅（例えば４μｍ程度細い線）を切削加工する。加工終了後は、装置上で顕微鏡６３により線幅の測定を行う。その測定結果から工具の切り込み量を調整し、仕上げの線幅（辺部に対応するＶ溝の断面である三角形の底辺の長さ）になるように、工具の切り込み量を算出しておく。

図７は、使用するバイトの一例である四角錐バイト６２の概略図であり、図８は本発明の光学部品の凸部の凸形状又は凹部の凹形状に対応する形状である溝を加工する時の、バイトの刃先の工具軌跡を示した図である。まず、凸部又は凹部の角部に対応する角錐形状を切削加工するための、角部加工工程を行なう。この工程は、図８の矢印Ｓ１〜Ｓ４に示す工程である。

具体的には、まず角部のみを角錐バイトによる垂直押し付け加工によって、バイトの刃先形状を転写することによって複数の角錐形状を形成する。金型表面へのバイトの進入角度を、角錐バイト刃先の稜線と、加工したい面（加工面）の法線方向とのなす角度に設定し、工具を移動させて角錐形状を形成する。工具の稜線は、凸部又は凹部の角部に対応する角錐形状の角部に向くように設定する。切り込み量は、凸部又は凹部の角部に対応する角錐形状の高さまたは深さに設定する。予め角錐形状の高さまたは深さに対応する仕上げの線幅（辺部に対応するＶ溝の底辺の長さ）を算出しておき、この線幅と角錐形状の底辺の長さが等しくなるまで切り込むようにしてもよい。ここで、角錐形状の底辺の長さとは、角錐形状の斜面と金型表面との交線の長さのことであり、Ｖ溝の底辺の長さとは、Ｖ溝を形成する２つの斜面と金型表面との２本の交線間の距離のことである。

図７に示した四角錐バイトにおいては、バイト刃先の稜線と加工面の法線方向とのなす角度が７２．５°であるので、バイトの進入角度を、７２．５°に設定し、金型表面にバイトを進入させる。このようにすることにより、最終的に残る角部に加工バリが発生しない。また、切り込み回数は１回とし、角錐面に切削痕を残さず仕上げる。凸部又は凹部の角部と、角錐形状の角部が対応するように金型表面へのバイトの進入方向を設定する。このようにしてまず４箇所の角部となる角錐形状を形成する。

次に、凸部又は凹部の辺部に対応するＶ溝を切削加工する、辺部加工工程を行なう。この工程は、図８の矢印Ｓ５〜Ｓ１２に示す工程である。まず、角部加工工程において形成された角錐形状の上方の位置に、バイトを移動させる。次に、Ｖ溝で結ぶ隣合う角錐形状の方向（角錐形状の底辺の法線方向）に、角錐バイトの稜線が向くようにバイトの向きを調整する。本実施形態の場合は、９０°バイトの向きを変える。そして、前記角錐形状の底辺の長さと前記Ｖ溝の底辺の長さが等しくなるように切り込み量を調整して、工具をＺ方向に移動させ、切り込む。予め算出しておいた工具の切り込み量だけ切り込んでもよい。隣り合う角錐形状に向けてバイトを移動し、辺部の半分の長さより少し長い長さｅまで加工する（Ｓ５）。少し長い長さｅとは、大体１０μｍあれば十分である。

次に、Ｖ溝で結ぶ隣合う角錐形状の上方の位置にバイトを移動させ、切り込み量だけ切り込み、先ほど加工したＶ溝方向にバイトを移動させて、辺部の半分の長さより少し長い長さｅまで加工する（Ｓ６）。そしてＶ溝を連結させて二つの角部を結ぶ一辺を形成する。このように加工することにより、バイトを交換することなく、一本のバイトで、該線幅は前記角錐形状の底辺の長さと一致しているので角部と辺部につなぎ目もなく、また、角部分に異形状のない溝を形成することができる。このような工具軌跡によって加工すると、角部に切屑やバリが溜まることがない。また、中央部付近でオーバーラップした加工をすることで、中心部にたまった切屑やバリを被削材から切り離すことができる。これを繰り返し、残り３辺のＶ溝を加工する（Ｓ７〜Ｓ１２）。

以上のように加工することによって、光学部品の凸部又は凹部に対応するＶ溝を加工した金型を用いて、射出成形によって光学部品を成形する。凸部が形成された光学部品は、Ｖ溝を加工した金型を用いて成形するとＶ溝に対応した凸部が形成された光学部品が成形される。凹部が形成された光学部品を成形する場合は、Ｖ溝を加工した金型をさらに電鋳処理等によりＶ溝を反転させた凸形状が転写された転写面を有する金型を作製し、これを用いて射出成形することにより凹部が形成された光学部品を成形する。転写された成形品の基板面に形成された凸部または凹部の最外周輪郭は角部分に異形状がなく、内角が全て９０度の正方形となる。立体的に見ると、辺部は尾根型の形状を成し、頂点部は前記尾根よりも高さの高い四角錘の尖塔型の形状から成る。

上記凸部または凹部の形状はファインダー上で四角形の四隅が強調された目印として観察者認識されることとなり、非常に視認性に優れた指標となる。

本発明の光学部品を示す概略図である。 本発明の一実施形態である光学部品の凸部を示す図である。 本発明の一実施形態である光学部品の凸部の鳥瞰図である。 凸部通過前後の光の進路を示す図である。 図５本発明の第二の実施形態である光学部品の凹部を示す図である。 ４軸ＮＣ制御加工機の構成を示す図である。 バイトの一例を示す図である。 バイトの刃先の工具軌跡を示す図である。 従来の光学部品を示す図である。 従来の光学部品を示す図である。 従来の光学部品を示す図である。 従来の光学部品を示す図である。 従来の光学部品を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 凸部
２ａ 辺部
２ｂ 角部
３ 凹部
３ａ 辺部
３ｂ 角部
６１ 金型
６２ バイト
６３ 顕微鏡
６４ ＸＹＣステージ
６５ Ｚスライダ

Claims (4)

1. 基板上に、前記基板表面から突出した凸部を有する光学部品であって、前記凸部は、断面形状がＶ字状であって一対の対向する傾斜面を有する４つの辺部と、前記辺部の両端部にあって、角錐形状からなる４つの角部とからなる四角形であって、前記角部の基板表面からの高さは、前記辺部の基板表面からの高さよりも高いことを特徴とする光学部品。
2. 基板上に、前記基板表面から窪んだ状態の凹部を有する光学部品であって、前記凹部は、断面形状がＶ字状であって一対の対向する傾斜面を有する４つの辺部と、前記辺部の両端部にあって、角錐形状からなる４つの角部とからなる四角形であって、前記角部の基板表面からの深さは、前記辺部の基板表面からの深さよりも深いことを特徴とする光学部品。
3. 金型を用いて光学部品を成形する光学部品の製造方法であって、
   前記金型表面に、第一の角錐形状と第二の角錐形状を切削加工する工程と、前記第一の角錐形状と第二の角錐形状を結ぶ辺部を切削加工する工程とを有し、
   前記第二の角錐形状の方向に稜線が向くように方向を変えた角錐バイトを、前記第一の角錐形状の上方から、前記角錐形状の底辺の長さと、前記Ｖ溝の底辺の長さが等しくなるように切り込み、前記第二の角錐形状の方向に移動させて辺部を切削加工することを特徴とする光学部品の製造方法。
4. 前記第二の角錐形状の方向に移動させた前記角錐バイトを、前記辺部の加工途中で前記第二の角錐形状の上方に移動させ、前記第二の角錐形状の上方から切り込み、第一の角錐形状の方向に移動させて前記辺部を切削加工することを特徴とする請求項３の光学部品の製造方法。

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