JPH03183629A

JPH03183629A - 光学素子の加工方法

Info

Publication number: JPH03183629A
Application number: JP31980989A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Takei; 久幸武井; Shuji Mukoyama; 修二向山; Masahisa Fukuda; 福田　昌久; Yoshinori Mimaki; 三牧　義則; Tatsuo Ozeki; 大関　辰男
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1991-08-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は１個の大きなガラスブロックから多数個の光学
素子を製造する加工方法に関する。

（従来の技術）従来、１個の大きなガラスブロック（ガラス素材）から
、光学素子を形成する面のうちの相対向する２面が平行
、例えば光の入射面と出射面とが平行であるような平面
レンズの如き円形体、あるいは三角プリズム等の柱状体
の小さな光学素子を多数個製造するには、大きなブロッ
クを小さなブランクに切断した後、このブランクに所要
の加工を行っている。例えば、前記円形状でかつコート
膜を有する平行平面レンズの場合には第１０図ａｂのよ
うに、大きなブロック１の切断による、ブランク（小さ
な角状体）２作りの工程、ブランク２の一面を貼付皿３
に接着剤４にて固定し、研削、研磨加工によりブランク
２の厚さを所定厚にする幅決めの工程、ブランク２を貼
付皿３から剥離した後、これらを重ねてブランク２の外
径を砥石５にて研削する丸め工程、ブランク２の前記加
工面を貼付皿６に接着剤４にて固定し、ブランク２の他
面を研削、研磨する工程、研削、研磨した加工体７を貼
付皿６から剥離したのち洗浄する工程、更に光学素子に
よっては前記加工体を１個づつ蒸着用ドームに取り付け
てコーティングする工程、とからなっている。

また、三角プリズムの如き角形状の場合には前記丸め工
程に相当する切断工程等を入れて加工している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら前記各工程においては、ブランク（小さな
角状体）の１個１個を貼付皿に接着固定したり、１個１
個を貼付皿から剥離することが必要である。また、コー
ティングする場合には１個１個の加工体を蒸着用ドーム
に取り付け、あるいは取り外しすることが必要である。

そのために、前記作業における段取り時間が長く、極め
て生産性が悪い不具合があった。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、段取
り時間が短く、かつ生産性の良好な光学素子の新規な加
工方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕第１図は本発
明の光学素子の加工方法の要部を説明するための工程図
である。−枚の大きな平板状のガラスブロック（素材）
を準備し、該ガラスブロックの両面（板の表裏面）を所
定形状、所定精度および所定厚さにする工程（光学面の
形成加工）の後、該ガラスブロックの一方の面を超音波
加工機の保持具に取付けるとともに他方の面を超音波振
動自在でかつ前記光学素子の外形形状に対応する４形状
に穿設置、た超音波加工機の筒状の工具と当接させる工
程（超音波加工機に取付）、そして該工具と前記ガラス
ブロックとを所定圧にて加圧せしめるとともに遊離砥粒
を介在させつつ前記筒状の工具を超音波振動させ、前記
ガラスブロックから前記光学素子を切断する工程（抜き
加工）からなる、前記筒状の工具が多数本配置されると
、−度に多数個の光学素子が得られる。

また、本発明においては、−枚の大きな平板状のガラス
ブロック（素材）を準備し、該ブロックの両面に前記同
様に光学面の形成加工の工程の後、洗浄し該ガラスブロ
ックの加工面にコート膜を形成する工程（コーティング
工程）、そして、コーティングしたガラスブロックを前
記同様に保持具に取り付るとともに筒状の工具と当接さ
せる工程（超音波加工機に取付）、更にコーティングし
たガラスブロックから前記同様に所定の外形形状の光学
素子を該ガラスブロックに供給される遊離砥粒と超音波
振動する工具による切断する工程（抜き加工）からなる
。

さらに、本発明においては、複数枚の平板状のガラスブ
ロック（素材）を準備し、それぞれのガラスブロックの
両面に光学面の形成加工する工程の後、それぞれのガラ
スブロックを洗浄し該ブロックの加工面にコート膜を形
成する工程（コーティング工程）、コーテイング後のガ
ラスブロックを重ね合わせて接合し一体化する工程（接
合工程）、一体化したガラスブロックを超音波加工機に
取付け、該ガラスブロックに供給される遊離砥粒と超音
波振動する筒状の工具とにより所定の外形形状の光学素
子を切断する工程（抜き加工）からなる。

前記各発明においては、超音波加工機の筒状の工具によ
り切断（抜き加工）される光学素子の外形形状が円形で
あって、真円度が要求される場合には、切断加工された
光学素子における光学面を挟持して芯取り加工の工程を
追加する。

また、本発明においては、大きなガラスブロック（素材
）の両面を所定の形状および精度にて所定厚さの光学面
にする加工は、平板状のガラスブロック（素材）に研削
、研磨加工を行って平行平面にすることに限定されるも
のではなく、光学面となる素材表面が予め所定の光学面
状態に底形されかつ所定厚さに仕上げられている場合に
は、研削、研磨加工を要しない。

前記加工方法によれば、前記の如く筒状の工具（抜き加
工する刃部）を多数個配設して超音波振動させ、所定の
光学面に形成した大きなガラスブロックと圧接させて抜
き加工すると、該ガラスブロックから一度に多数個の所
望形状の光学素子が得られる。

〔実施例〕

本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

（第１実施例）第２図は本発明の第１実施例を説明するための平行平面
レンズの加工工程のブロック図、第３図ａ、ｂ、ｃ、ｄ
、ｅ、ｆ、ｇは第２図にて示すブロックの要部の説明図
である。

実施例では厚さ３ｍ、−辺が６０閣の正方形の平板状ガ
ラスから、厚さ２．８闘、直径２．２閣の平行平面レン
ズを加工する方法について説明する。

図において、厚さ３即、６０ｍｍ角の平板状ガラスブロ
ック（素材）１０が準備される（第２図ａ、第３図ａ）
。このガラスブロック１０を第３図すに示すように、ピ
ッチ（熱可塑性接着剤）にて保持皿１１に接着固定した
後、該保持皿１１の上部を研削、研磨装置に取付られた
カンザシ１２で支持するとともに前後動させ、モータ（
不図示）にて回転している加工具１３にて研削、研磨加
工をしく第２図ｂ）、ガラスブロック１０の一方の加工
面を研磨面１０ａとする。次いで、保持皿１３から前記
ガラスブロック１０を剥離するとともに前記一方の研磨
面１０ａを保持皿１３にピンチにて接着固定し、前記同
様にガラスブロック１０の他方の加工面を研削、研磨加
工して研磨面１０ａとしながら、所定厚さ（幅決め）に
した後、ガラスブロックの加工体１４を保持皿から剥離
する。

次いで両面研磨した加工体１４の洗浄（第２図Ｃ）を行
った後、第３図Ｃに示すように蒸着用ドーム（ドームの
一部のみ図示）１５に加工体１４を取り付け、加工体１
４の両面（各研磨面）１０ａ、１０ａにそれぞれコート
膜１６を形成する（第２図ｄ）。

その後、この加工体１４を第３図ｄに要部を示す超音波
加工機１８に取り付ける（第２図ｅ）。

ところで、この超音波加工機１８の振動子部は、発振器
１９により供給される電気的エネルギーを機械的な縦振
動（超音波振動）に振動子２０にて変換するとともに、
この振動の振幅を共振することによって拡大伝達するコ
ーン２１と、このコーン２１に接続されコーンの振幅を
共振することによってさらに拡大整合するホー７２２と
、ホーン２２の先端に一体的に結合される工具２３とを
備えている。この工具２３は前記ガラスブロックの大き
さよりもわずかに小さい（５０Ｗ角）工具座部２４と、
工具座部２４にロウ付けにて一体的に所定間隔にて固定
した複数本（実施例では１００本）の筒状の刃部２５か
ら形成されている。そして刃部２５の内径側には前記平
行平面ガラスの外形寸法に対応した穴が穿設されている
。なおコーン２１のフランジ２１ａにて固定されている
振動子ケース２６内には、振動子冷却用水を収容し循環
させるようになっている。振動子ケース２６側面に示す
２７は、注排水管である。

また前記振動子部の工具２３に対向して、加工体（加工
物）を取り付ける加工テーブル２８を備えている。この
加工テーブル２日はモーター（不図示）にて上下動自在
に構成されている。さらに工具２３の先端の刃部２５に
よる加工体の加工部位に向けて、砥粒供給装置（不図示
）に接続された供給パイプ２９から、水とシリコンカー
バイト（ＳｉＣ）を砥粒とした悲濁液３０が供給される
ようになっている。

従って、両面にコート膜を形成した加工体】４は、ピッ
チ（熱可塑性接着剤）３１を介して加工テーブル２日に
固着されることによって、超音波加工機１日に取り付け
られる。

そして、加工体１４と工具２３の刃部２５を当接せしめ
るとともに前記振動子ケース２６の上方に載せたおもり
（不図示）によって両者間に加工圧を加える。次いで超
音波加工機の発振器を作動して、１０ＫＨｚの高周波電
気エネルギーを振動子２０に供給し、振動子２０はこの
エネルギーを同し周波数の機械的な振動に変換する。こ
の変換によって３０μｍ程度の機械的振動の振幅が得ら
れ、コーン２１、ホーン２２を介して振幅を拡大すると
ともに振動姿勢を整合し、工具２３に振動を与えるとと
もに、供給パイプ２９から前記恕濁液３０を供給しつつ
加工テーブルを上動せしめ、前記適宜な加工圧を維持し
ながら加工テーブルに固着した加工体１４を切断（抜き
加工）する（第２図ｆ、第３図ｇ）。この加工体１４の
上動による切断速度は約ＬＭ／１０秒であり、約３０秒
で切断が終了する。加工終了後、加工体を下降して工具
から離し、発振を停止する。こうして第３図ｒのように
、工具２３の刃部２５により振動される砥粒が、該刃部
２５の形状にて加工体を削ることになり、刃部２５の内
径側の形状にて抜き加工されて、所望の外径形状でかつ
平行な２面にコート膜を有する平行平面レンズ３２が一
度に１００個得られる。

このように、−枚の平板状のガラスプ【］ンクの光学面
とする２面に研削、研磨加工して所定厚さにした後、こ
の加工体の研磨面にコート膜を形成し、しかる後、超音
波加工機により超音波振動する工具に設けた複数本の刃
部により、砥粒を介在しつつ切断加工することにより、
−度に多数個の平行平面レンズを加工することができる
。

本実施例においては、切断加工容易なガラスが加工物で
あるので、ボロンカーバイＩ・、アルξす、サファイヤ
、窒化硅素などを砥粒として使用できる。また、粒度は
切断面の仕上げ状態や切断加工速度によって適宜に選択
される。また、切断面の仕上げ状態が粗い、即ちテーバ
状や粗面、あるいは非円形の場合には、第２図ｇおよび
第３図ｇに示す如く、切断加工された平行平面レンズ３
２の各光学面をそれぞれヘル芯出し用のベルヤトイ３３
．３４にて挟持し、ヘルヤトイ３３．３４とともにレン
ズ３２を回転しながら、芯取り砥石３５を接近させて芯
取り研削を行うとよい。

なお上記実施例においては、発振器にｌ０ＫＨ２の高周
波振動エネルギーを供給したが、１０〜３０ＫＨｚ程度
の範囲で供給しても良く、周波数が高いときには加工物
の外径の仕上げ程度を良好にすることができる。

第４図は、第１実施例の加工体の変形例の説明図である
。

図において、研削、研磨加工を終了した加工体１４に、
それぞれコート膜１６、Ｉ６を蒸着した後、この加工体
１４の２枚をピッチ３１にて貼り合わせる。この貼り合
わせ部材を第１実施例と同様に、ピッチを介して加工テ
ーブル上に固着し、前記超音波加工機により切断を行う
。切断された貼合せレンズを前記ベル芯出し用ベルヤト
イにて挟持し、芯取り砥石にて芯取り研削を行い、その
後ピッチを剥離する。

本変形例によれば、切断加工されたレンズをヘルヤトイ
に装着する回数を減少せしめることができるので、段取
り時間をさらに短くできる。

なお本例では２枚のガラスブロックの貼り合わせにより
説明したが、３枚以上の場合に更に段取り時間を短くで
きる。

（第２実施例）第５図は本発明の第２実施例の接合した平行平面レンズ
の加工工程を説明するためのブロック図、第６図ａ、　
　ｂ、　　ｃ、　ｄは第５図のブロック図の要部の説明
図である。

第２実施例は、第１実施例において説明した加工方法に
おける１個の平行平面レンズの構成を、接合した平行平
面レンズの構成にした場合の実施例であり、第１実施例
と同一の構成については同一符号を用いてその説明は省
略する。

第５図において、２枚のガラスブロック１０゜１０（６
０ｓ角、厚さ３ｆｆｉＩ１１のガラス素材）を準備し、
それぞれのガラスブロックに対して第１実施例と同様に
それぞれ研削、研磨加工、洗浄、コーティングの各工程
を経て、各面にコート膜１６．１６を形成する。このそ
れぞれの加工体１４．１４をバルサム（光学用接合剤）
３６を介して接合し一体化する（第５図ａ）。

次いで、一体化した加工体を、前記超音波加工機の加工
テーブル２８にピッチ３１にて固着しく第５図ｂ）、第
６図ａに示すように、工具２３の刃部２５を加工体に接
触させ、そして振動子ケース２６に載せたおもり（不図
示）によって加工圧を加え、発振器１９を作動して１６
ＫＨ２Ｏ高周波電気エネルギーを振動子２０に供給し、
コーン２１、ホーン２２を介して工具２３の刃部により
接合した加工体１４を切断加工する（第６図ｂＣ）。こ
のとき、加工面に向けた供給バイブ２９（図では一対）
よりボロンカーバイトの砥粒を懸濁液状で供給するとと
もに、加工テーブル２８を約１部／１０秒で上昇させた
。

本実施例では、切断加工された平行平面レンズ３２の接
合体の両面を、第６図ｄにて示すように、それぞれヘル
トヤトイ３３．３４にて挟持し、芯取り砥石３５にて芯
取り研削を行った。

本実施例では、第１実施例の効果の他に２枚のコート膜
を形成した加工体を接合した状態で超音波切断し、その
後１組ごとに芯取り加工を行う加工方法であるから、従
来のように１個ずつの平行平面レンズについての芯取り
加工および接合作業等に比較して、第１実施例の効果と
ともに更Ｇこ段取り時間を短くすることができる。

なお本実施例では、２枚のガラスブロックおよび加工体
の材質、厚さを同一に説明したが、適宜に枚数等を選択
できる。また各コート膜についても、膜の種類や厚さが
適宜の設計によって選択できる。

（第３実施例）第７図ａ、ｂは本発明の第３実施例の要部の説明図であ
る。

第３実施例は第１実施例において説明した加工方法にお
ける１個の平行平面レンズの構成を、平行平面レンズの
一方の周縁に面取り部を有する構成にした実施例であり
、第１実施例と同一の構成については同一符号を用いて
その説明は省略する。

図において、超音波加工機の工具２３の刃部２５（図で
は１本のみを示すが、複数本立設している）は１、筒状
体になっている。即ち刃部２５の下端部には、レンズ外
径の寸法に対応した大径部２５ａとともに、面取りの大
きさに対応した面取部２５ｂが形成され、上端部には小
径部２５ｃが形成されている。

前記構成の刃部２５により、第１実施例によって形成さ
れかつ超音波加工機の加工テーブル２８上にピッチ３１
を介して固着された加工体２８に、第１実施例のように
懸濁液３０を供給しながら抜き加工を行うと、第７図す
のような面取り部を有する平行平面レンズ３２を得るこ
とができる。

本実施例は、前記第２実施例に記載した加工体に対して
も同様に行うことができる。

従って、前記第１実施例、第２実施例と同様な効果を得
ることができる。

なお、本実施例においては、前記懸濁液３０の供給の他
に、工具２３の刃部２５の小径部２５ｃに連通ずる孔を
工具２３の工具座部に穿設するとともに抜孔を介して懸
濁液３ｏを供給し、面取加工を促進することができる。

（第４実施例）第８図ａ、　　ｂ、　　ｃは本発明の第４実施例の要部
の説明図である。第４実施例は第１実施例において説明
した加工方法におけるコート膜を形成した円形の平行平
面レンズの構成を、三角プリズムにした実施例であり、
第１実施例と同−ｔＩＩ戒については同一符号を用いて
その説明を省略する。

第８図ａにおいて、６０闇角、厚さ３ｍｓのガラスブロ
ック（素材）は両面にそれぞれ研削、研磨加工、洗浄、
コーティングの各工程を経て各面にコート膜１６．１６
が形成された後、ピッチ３１にて超音波加工機の加工テ
ーブル２８に固着されている。一方、超音波加工機のホ
ーン先端に取り付けられた工具２３の工具座２４には、
断面が三角形状の筒状の刃部２５が複数本（図では短辺
が２．８ｍ＋ａの直角三角形を内側に形設した刃部を１
００本）ロウ付けにて固定されている。そして刃部２５
に対して加工テーブル２８を上動し、適宜なおもりによ
る加工圧を作用させるとともに懸濁液を供給しながら抜
き加工を行うと第８図Ｃのような三角プリズム４０を得
ることができる。

第８図すは、加工体Ｉ４から刃部２５により一度に１０
０個の三角プリズムを抜き加工する状態の要部の一部を
示す説明図である。

本実施例においては、研削、研磨加工した加工体の両面
を光学面として使用しない場合であっても、光学面とし
て扱っている。

なお、切断面の面積度を高めるには、出力、砥粒の粒度
や種類、加工速度等の加工条件を調整する。刃部に穿設
した形状は、３角形に限らず、多角形、多角形の角部を
円弧にした形状等、適宜に設定されてもよい。

（第５実施例）第９図ａは本発明の第５実施例の要部の説明図である。

第９図すは第１実施例において説明した加工方法におけ
るコート膜を形成した平行平面レンズの構成を光学面が
平面と凸面を有するコート膜を形成したレンズの構成に
した実施例であり、第１実施例と同−構成については同
一符号を用いてその説明を省略する。

本実施例の加工体１４ば、平板状のガラスブロックの少
なくとも加工表面を加熱して可塑化するとともにこの可
塑化したガラス素材の一方の表面に、所望のレンズの光
学面形状（曲面）を反転させた成形面を所定間隔にて多
数偏設けかつ所定温度に調整した金型を押圧することに
より、多数の凸面が形成されている。また、他方の表面
は平面に成形される。次いで凸面、平面のそれぞれにコ
ート膜１６．１６を形成した加工体１４の平面側を、ピ
ッチ３１を介して加工テーブル２８に固着し、超音波加
工機の工具２３の刃部（２５本を工具座部に立設）２５
との芯出し調整をした後、第１実施例と同様に抜き加工
を行い、第９図すのようなコート膜を有する平凸レンズ
４１を一度に多数個製造することができる。

従って本実施例においては、従来のようにレンズブラン
ク（小さな角状体）の個々に対して研削、研磨加工の段
取りがなく、第１実施例の効果に加えて更に段取り時間
を短くできる。

なお本実施例では、光学面を平凸にて説明したが、凹面
、凸面、平面等のいずれの面にても同様に加工できるこ
とは勿論である。また、切断面の状態に対応して前記実
施例のように芯照り加工をすることもできる。

なお、前記第１実施例乃至第５実施例においては、ガラ
スブロック（素材）各表面に所定の成形加工（研削、研
磨加工、金型による押圧成形加工）をした後、コーティ
ングによりコート膜を形成したが、コート膜を必要とし
ない光学素子に対してはコーティング工程の必要はない
。この場合でも、本発明の目的とする段取り時間の短縮
を図れることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、平板状のガラス素材の対向する２
面にそれぞれ所定の成形加工をして所定の厚さや形状に
し、その後に該成形加工体に対して光学素子の外形形状
を穿設した多数個の工具にて抜き加工し、−度に多数個
の光学素子を製造するものである。従って、加工工程中
の段取り時間は前記−枚のガラス素材の取り付け、取り
外しに要する時間となり、従来の如く多数個の光学素子
の段取り時間と比較して、極めて短縮でき、生産性を良
好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加工方法の要部を説明する工程図、第
２図は第１実施例の加工工程のブロック図、第３図ａ、
　　ｂ、　　ｃ、　ｄ、　　ｅ、　　ｆ、　　ｇは第２
図のブロックの説明図、第４図は加工体の変形例の説明
図、第５図は第２実施例の加工工程のブロック図、第６
図ａ、　　ｂ、　　ｃ、　　ｄは第５図のブロックの説
明図、第７図ａ、ｂは第３実施例の要部の説明図、第８
図ａ、ｂ、ｃは第４実施例の要部の説明図、第９図ａ、
ｂは第５実施例の説明図、第１０図ａ、ｂは従来の加工
方法の工程とその要部の説明図である。１０・・・ガラスブロック（ガラス素材）４・・・加工
体６・・・コート膜８・・・超音波加工機９・・・発振器０・・・振動子 ■・・・コーン２・・・ホーン３・・・工具５・・・刃部８・・・加工テーブル（保持具）９・・・供給パイプ０・・・懸濁液 ■・・・ピッチ（接着剤）２・・・平行平面レンズＯ・・・三角プリズムト・・平凸レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平板状のガラスブロックから多数個の光学素子を
加工する方法において、前記ガラスブロックの両面を所
定の形状および精度にて所定厚さに形成加工した後、該
ガラスブロックの一方の面を超音波加工機の保持具に取
り付けるとともに他方の面を超音波振動自在でかつ前記
光学素子の外形形状に対応する形状を穿設した超音波加
工機の筒状の工具と当接させ、該工具と前記ガラスブロ
ックとを所定圧にて加圧せしめるとともに遊離砥粒を介
在させつつ前記筒状の工具を超音波振動させ、前記ガラ
スブロックから前記光学素子を切断することを特徴とす
る光学素子の加工方法。
（２）平板状のガラスブロックから多数個の光学素子を
加工する方法において、前記ガラスブロックの両面を所
定の形状および精度にて所定厚さに形成加工し、洗浄し
た後、該ガラスブロックの加工面にコート膜を形成し、
該ガラスブロックの一方の面を超音波加工機の保持具に
取付けるとともに他方の面を超音波振動自在でかつ前記
光学素子の外形形状に対応する形状を穿設した超音波加
工機の筒状の工具と当接させ、該工具と前記ガラスブロ
ックとを所定圧にて加圧せしめるとともに遊離砥粒を介
在させつつ前記筒状の工具を超音波振動させ、前記ガラ
スブロックから前記光学素子を切断することを特徴とす
る光学素子の加工方法。
（３）請求項２において、ガラスブロックの両面を形成
加工し、洗浄した後、前記加工面にコート膜を形成した
ガラスブロックの複数枚を重ね合わせて接合し、該接合
したガラスブロックを前記超音波加工機の保持具に取り
付けて切断することを特徴とする光学素子の加工方法。
（４）請求項１、請求項２または請求項３において、ガ
ラスブロックから切断された光学素子を芯取り加工する
ことを特徴とする光学素子の加工方法。
（５）請求項１、または請求項２において、ガラスブロ
ックの両面を所定の形状および精度にて所定厚さにする
形成加工は、研削研磨によって行うことを特徴とする光
学素子の加工方法。
（６）請求項１または請求項２において、ガラスブロッ
クの両面を所定の形状および精度にて所定厚さにする加
工は、ガラスブロックの少なくとも加工表面を加熱して
可塑化した後、該加工表面に、光学素子の光学面形状を
転写した成形面を有する金型の該成形面を押圧して行う
ことを特徴とする光学素子の加工方法。