JPH07109127A

JPH07109127A - 光学素子の成形方法

Info

Publication number: JPH07109127A
Application number: JP25284893A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Takagi; 一彰高木; Takashi Inoue; 孝志井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 1995-04-25

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は光学素子の成形方法に係わり、特に
形状精度及び面精度に優れ、安価で大量生産に適した光
学素子の成形方法を提供する。【構成】光学素子素材１を成形型３、４、５を用いて
成形して所望の光学素子を得るにあたり、成形された光
学素子の中心厚をＹとし、光学素子素材の中心厚をＸと
した場合、Ｘ≦Ｙの関係式からなる光学素子素材１を用
いてプレス成形する。【効果】光学素子素材１の外周面の粗面部分が、成形
後の光学素子の光学的有効面内に入り込むことを防止で
き、安価で高性能の光学素子を大量生産できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学素子の成形方法に係
わり、特に形状精度及び面精度に優れ、安価で大量生産
に適した光学素子の成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、レンズ、プリズム等の光学素子
は、ガラスなどの光学素子用素材を研磨で製造する代わ
りに、光学素子素材を一定の形状に予備加工してこれを
型の間に供給し、加熱後、加圧成形して得ることは、例
えば特開昭５８ー８４１３４号公報等において公知であ
る。

【０００３】また、光学素子素材の形状は出来る限り簡
単な形状の方が、製造工程あるいは素材の加工面、コス
ト面でも望ましく、円柱状の素材を成形する方法が、例
えば特開平３ー５０１２６号公報において提案されてい
る。

【０００４】以下、図面を参照しながら従来例の成形方
法について説明する。図３において、成形装置は、上型
３と下型４とが胴型５内を軸ずれの無い状態で上下方向
に摺動可能に構成されている。光学素子素材１は、上型
３、下型４及び胴型５で形成される鋳型空間内に供給さ
れる。そして、胴型５の上端部に上型３のツバが当接し
た状態で定まる上型と下型の間隙寸法により、光学素子
素材１は、所定厚さのレンズに成形される。

【０００５】光学素子素材１は、図１に示すような円柱
体で、その端面は鏡面であり側面は端面に比べて粗面で
ある。この素材を両端面が上下型の転写面３ａ、４ａに
対向するように金型内に供給する。６は加熱源を内蔵し
た加圧ステージであり、図示していないが例えば油圧ポ
ンプ等により加圧力を加圧ステージ６に伝えている。

【０００６】また、加圧ステージ６は、成形途中に任意
の圧力に減圧あるいは零に出来るようになっている。７
は加熱源を内蔵した成形ステージであり、固定されてい
る。

【０００７】以上のように構成された成形装置を用いて
光学素子素材を成形する方法を説明する。光学素子素材
１を下型４の転写面４ａに端面が対向するように供給
し、その後、上型３を胴型５に合わせて挿入し、光学素
子素材１のもう一方の端面に接触させる。

【０００８】その後、加熱源に通電して光学素子素材１
の温度を所定の温度まで加熱し、加圧ステージ６に圧力
が供給され、上型３が素材１を押圧しはじめる。その加
圧パターンは図４に示す通り、光学素子の成形１サイク
ル中において、数回圧力を零にするという加圧方法をと
る。

【０００９】上型３が胴型５に密着した状態で変形は終
了し、加熱源の通電を止め冷却し、圧力を零にする。そ
して型内の光学素子２の温度が室温になったところで型
を開き、光学素子２を取り出す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の成形方法におい
て、光学素子素材１として、図１に示すような端面が鏡
面で側面が粗面であるような円柱体を用いた場合、成形
終了後の図２に示す光学素子２においてもその粗面状態
（図２のハッチング部分）がそのまま残ることになる。

【００１１】つまり、図１に示す様な、端面がφＤの鏡
面と側面が幅Ｘの粗面を持つ光学素子素材１を成形した
場合、光学素子２においてもφＤ’（＝成形後の鏡面の
径で２面のうち小さい方の径（≒φＤ））の鏡面とその
外周面には円柱体の側面であった粗面が光学素子の両面
にまたがってつづく光学素子となる。

【００１２】この成形後の粗面は、図２においては、光
学的有効面φＥＦＦの外側に位置する様に描かれている
が、もし側面の粗面が光学的有効面φＥＦＦ内に入って
くると、外観上はもちろんのこと光学素子としての性能
に悪影響（例えば透過率の低下など）を及ぼすため、光
学的有効面φＥＦＦの径がφＤ’以下であることが必須
条件となる。

【００１３】また、プレス成形の光学素子素材の変形過
程を考えると、まず変形が生じる前段階では、光学素子
素材１は上型３の転写面３ａと下型４の転写面４ａとの
間で光学素子素材１の円周で線接触している。

【００１４】そして、昇温後における成形型による加圧
変形過程では、光学素子素材１と成形型との接触部分
（つまり変形部分）は、この円周部分から中心に向かっ
て徐々に拡大して、成形型による転写が進み、また上下
からの圧力により素材は外側に広がるように変形してい
き、最後に光学素子素材１の中心が金型にプレスされて
光学素子２の所望の厚さになり変形は終了する。

【００１５】したがって、光学素子素材１における中心
厚Ｘは、光学素子２の中心厚Ｙに対してＸ＞Ｙであるこ
とが必要条件であった。

【００１６】以上２つの制約条件から、光学素子の体積
と光学的有効面の径φＥＦＦによっては、光学素子素材
のＸについて上記関係を満足させようとするとφＤにつ
いては上記の関係が満足されず、逆にφＤについて上記
の関係を満足させるとＸについては上記の関係が満足さ
れないという課題があった。

【００１７】そのためこれまでは、この様な場合にはＸ
の条件を満足させておいてφＤが満足しないような光学
素子素材１を用い、光学的有効面φＥＦＦに円柱体の側
面が入り込んできても良いように、光学素子素材の側面
をも成形前に予め鏡面に加工しておくことで、かかる課
題を解決してきた。

【００１８】しかしながら、そうすることによって光学
素子素材のコスト、さらには光学素子のコストも高くな
るという別の課題が発生してきた。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために光学素子をプレス成形で成形する際に用
いる光学素子素材の形状を、所望の光学素子の中心厚を
Ｙとし、その光学素子素材の中心厚をＸとした場合、Ｘ
≦Ｙの関係式からなる光学素子素材を用いてプレス成形
する光学素子の成形方法を提供するものである。

【００２０】

【作用】上記の寸法関係を満たす光学素子素材を用いる
ことにより、従来の光学素子の中心厚Ｙによる規制に制
限されること無く、光学素子の光学的有効面の径φＥＦ
Ｆに対して余裕を持って光学素子素材の端面の鏡面の径
φＤを決定することができ、したがって側面の粗面が光
学的有効面φＥＦＦに入り込んでくること無く安定的に
光学素子を成形することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の光学素子の成形方法の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００２２】図３において、本実施例に用いる成形装置
は、上型３と下型４とが胴型５内を軸ずれの無い状態で
上下方向に摺動可能に構成されている。光学素子素材１
は、上型３、下型４及び胴型５で形成される鋳型空間内
に供給される。そして、胴型５の上端部に上型３のツバ
が当接した状態で定まる上型と下型の間隙寸法により、
光学素子素材１は、所定厚さのレンズに成形される。

【００２３】光学素子素材１は図１に示すような円柱体
であり、その端面は鏡面である。この素材を、両端面が
上下金型の転写面それぞれ３ａ、４ａに対向するように
金型内に供給する。

【００２４】６は加熱源を内蔵した加圧ステージであ
り、図示していないが例えば油圧ポンプ等により加圧力
を加圧ステージに伝えている。また加圧ステージは、成
形途中に任意の圧力に減圧あるいは零にできるようにな
っている。７は加熱源を内蔵した成形ステージであり、
固定されている。

【００２５】以上のように構成された成形装置を用い
て、中心厚２．９ｍｍ、光学的有効面径６．８６ｍｍの
光学素子（両凸レンズ）を成形する方法を説明する。

【００２６】光学素子素材１は直径７．１ｍｍ、厚さ
２．７５ｍｍの光学ガラスＶＣ−７９（ガラス転移点５
１６℃、線膨張率は１００℃〜３００℃で９３×１０^ー7
／℃）の円柱体であり、この素材を下型４の転写面４ａ
に、端面の稜線部が線接触するように供給し、その後上
型３を胴型５に合わせて挿入し、転写面３ａを光学素子
素材１のもう一方の端面に接触させ、加熱源に通電して
５９０℃の温度で素材を３分間加熱する。この時点で、
素材の表面の粘度は１０⁸ポアズとなっている。

【００２７】つぎに加熱源の温度を５７０℃まで冷却し
ながら加圧ステージ６に圧力を供給し、上型３が素材１
を押圧し始める。その加圧パターンは図４に示す通り１
サイクル中に数回圧力を零にするという加圧方法をと
る。

【００２８】この時の圧力は２８５kgf であり、加圧時
間５秒、非加圧時間１秒のパターンを５回繰り返し、こ
の間に光学素子素材１の端面と上下金型の転写面３ａ、
４ａとで囲まれる空間３ｂ、４ｂのガスは排出される。

【００２９】その後、あらかじめ光学素子の所望の厚さ
になるように厚さ調整された胴型５に上型３が密着する
まで、そのままの圧力で加圧ステージ６に圧力を供給す
る。圧力を供給し始めてから上型３が胴型５に密着する
までに約４０秒を要する。この時点での型内の体積は３
１５．２３ｍｍ³ で光学素子２の体積は１０８．８８ｍ
ｍ³ で３４．５％の体積率であり、従って光学素子２の
円周は胴型５の内径には接触していない。

【００３０】次に圧力を５５kgf に減圧し、２分かけて
４８０℃まで冷却したところで圧力供給を停止し圧力を
零にする。型内の光学素子２の温度が室温になったとこ
ろで型を開き、光学素子２を取り出す。

【００３１】こうして出来上がった光学素子は、中心厚
２．９ｍｍと光学素子素材１の中心厚２．７５ｍｍより
も１５０μm 厚くなった状態で出来上がる。これは光学
素子素材１を加圧する時点で、素材の表面部と内部との
間に粘度の違い（表面は変形する粘度、内部は変形しな
い粘度）をつくることによって、光学素子素材の表面が
変形していく過程において、金型から素材が受ける圧力
の素材中心方向に分解される加圧力（他方は、素材の厚
さ方向に分解される）が、光学素子素材を中心方向にに
盛り上げるためである。

【００３２】この場合、成形された光学素子の中心厚Ｙ
（２．９ｍｍ）と光学素子素材１の中心厚（２．７５ｍ
ｍ）の関係がＸ≦Ｙを満たし、また、光学素子素材１の
鏡面である端面の径Ｄ（７．１ｍｍ）と光学素子２の光
学的有効面２面のうちの大きい方の径ＥＦＦ（６．８６
ｍｍ）の関係がφＤ＝２（Ｖ／πＸ）^1/2 ≧φＥＦＦを
満たし、光学性能においても高精度な光学素子を製造す
ることが出来た。

【００３３】以上の実施例では、光学素子が両凸レンズ
の場合についての成形方法を述べたがメニスカスレンズ
の場合についても同様の結果が得られた。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光学素子の成形方法は所望の光学素子の中心厚をＹと
し、光学素子素材の中心厚をＸとした場合、Ｘ≦Ｙの関
係式からなる光学素子素材を用いてプレス成形すること
を特徴とする光学素子の成形方法であり、光学素子の中
心厚に規制されることなく光学素子素材の中心厚を決定
することが出来るため、光学素子の光学的有効面の径φ
ＥＦＦに対して余裕を持って光学素子素材端面の鏡面の
径を決定することができ、したがって側面の粗面が光学
的有効面φＥＦＦに入り込んでくること無く安定的に光
学素子を成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例及び従来例における光学素子素
材の形状を示す斜視図

【図２】図１の光学素子素材を用いた成形された光学素
子の形状を示す斜視図

【図３】本発明の実施例及び従来例で用いた成形装置の
構成を示す断面図

【図４】加圧成形操作における圧力と時間の一般的なプ
ロファイル図

【符号の説明】

１光学素子素材２光学素子３上型３ａ上型転写面３ｂ密閉空間４下型４ａ下型転写面４ｂ密閉空間５胴型６加圧ステージ７成形ステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上型と下型を有する成形型の、前記上型と
前記下型の間の空間に光学素子素材を載置し、前記上
型、下型により前記光学素子素材を加圧成形して光学素
子を成形する光学素子の成形方法であって、前記光学素
子の中心厚をＹとし、前記光学素子素材の中心厚をＸと
した場合、Ｘ≦Ｙの関係式からなる前記光学素子素材を
用いて、前記光学素子素材の加圧成形過程中、少なくと
もどちらか一方の型が前記光学素子素材に対して、前記
光学素子素材の中心方向に分解される加圧力を与える様
に成形することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】光学素子素材は、円柱体であることを特徴
とする請求項１記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】光学素子素材の鏡面である端面の径をφ
Ｄ、前記光学素子素材の体積をＶ、光学素子の光学的有
効面２面のうちの大きい方の径をφＥＦＦとした場合、
φＤ＝２（Ｖ／πＸ）^1/2 ≧φＥＦＦなる関係式が成立
する光学素子素材を用いることを特徴とする請求項２記
載の光学素子の成形方法。