JPH10123304A - 光学素子及び光学素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凸メニスカスレンズをガラスプレス成形によ
り製造する装置を提案する。 【解決手段】 入射面と射出面の少なくとも２つの光学
機能面をそれぞれ転写する転写面を有した２つの型部材
を備え、前記型部材の１つの転写面は凹面、他の１つの
転写面は凸面と成し、前記型部材の夫々の転写面は前記
凹凸面の延長線上であって、光線有効径の外側に変曲点
を有し、かつ、前記光学機能面の１面は前記変曲点を境
にして曲率の向きを逆向きに形成してある光学素子の製
造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば非球面レン
ズなどの複雑な形状を有する光学素子に関するものであ
る。

【０００２】特に本願発明は、凸メニスカスレンズの製
造装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、光学機器の小型化、軽量化にとも
ない光学系に使用されるガラスレンズとして、非球面形
状のレンズが望まれている。上記非球面形状を有するガ
ラスレンズの製造方法として、所定の表面精度を有する
成形用型内に光学素子材料を挟み込みプレス成形する事
により光学素子を製造する方法が提唱された。

【０００４】しかしこの方法は、プレスのためガラス素
材をプレス可能な温度まで昇温するため、非常に高温域
での成形が求められている。また成形で得られる光学機
能面には、サブミクロンオーダーの形状転写精度が必要
である。

【０００５】そのため高精度な形状転写性を得るため、
様々な方法が提示されてきている。

【０００６】例えば特開平７−４３５０４に開示してあ
るように、凹や凹メニスカス形状のレンズにおいては、
レンズ面が、その光学有効径の外側の領域では、光学有
効径を設定する曲率半径の曲面の延長線から離れて、レ
ンズ外径方向に向けてレンズ厚さが制限されるように成
形されたレンズが提唱されている。それによって、必要
な範囲での十分な形状転写性を確保でき、さらにそれぞ
れの型部材を一体物にできるため、２or３体物の型部材
のように、型部材間にガラスが入り込むことによるバリ
の発生も防止できるとされている。

【０００７】また特開平７−１８７６９０では、一方の
型部材の転写面の曲率が、レンズの有効径より外側位置
に変曲点を有し、かつ逆特性の曲率を持つ面形状をもつ
型部材が提唱されている。

【０００８】この型部材を用いることにより、特開平７
−４３５０４と同様の理由により成形時のバリが防止で
きるとされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
の対象としているレンズ形状は凸メニスカスであり、上
記従来例（特開平７−４３５０４）の対象としている凹
や凹メニスカス形状とは違っている。そのため、おのず
とプレス終了後の冷却工程でレンズ内部に生じる熱応力
の分布が違っている。

【００１０】上下型部材の曲率を、変曲点を持たせず
に、光学面の曲率のまま延長した形状のレンズ(図２)で
は、凸メニスカス形状のため、レンズ周辺部の肉が外周
に行くに従い薄くなっていくため、せまい隙間にガラス
が押し込まれる形となり、結果的に上下型部材の、ガラ
スと接触する部分の最外周部が擦れ、型部材にコートさ
れている離型膜が剥離してしまう(図２：ｂ部)。そのた
め上記従来例（特開平７−１８７６９０）に提示されて
いるように、型部材の転写面の曲率が、レンズの有効径
より外側位置に変曲点を有し、かつ逆特性の曲率を持つ
面形状をもつ型部材(図１)による成形が必要になるのだ
が、本発明が対象としている凸メニスカス形状のレンズ
では、上述したように、上下両方の型部材に、膜剥離が
生じてしまうため、どちらか一方の型部材に対して特徴
を持たしただけでは、十分な結果は得られない。すなわ
ち膜剥離の防止には、レンズの凹凸両面の曲率が、光線
有効径より外側に変曲点を有す連続したなめらかな曲線
で変化すること(図３：本発明のレンズ)が必要不可欠で
ある。

【００１１】またさらに、レンズの光線有効径より外側
がフラット面で形成されたレンズ(図４)では、レンズ外
周部にエッジが形成されてしまうため、応力集中の恰好
な核となってしまいやはりワレが発生してしまう(図
４：ｃ部)ため光線有効径より外側に変曲点を有し、か
つ連続したなめらかな曲線で変化したレンズ形状でなけ
ればならない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで本発明によれば、
プレス成形による凸メニスカス形状の光学素子におい
て、凹凸両面の曲率が、光線有効径より外側に変曲点を
有す連続したなめらかな曲線で変化することを特徴とす
る光学素子形状にすることで、従来までワレや、膜剥離
といった問題のため連続成形が非常に困難であった凸メ
ニスカスレンズの、高精度な成形を可能としたものであ
る。

【００１３】更に本発明は、入射面と射出面の少なくと
も２つの光学機能面をそれぞれ転写する転写面を有した
２つの型部材を備え、前記型部材の１つの転写面は凹
面、他の１つの転写面は凸面と成し、前記型部材の夫々
の転写面は前記凹凸面の延長線上であって、光線有効径
の外側に変曲点を有し、かつ、前記光学機能面の１面は
前記変曲点を境にして曲率の向きを逆向きに形成してあ
る光学素子の製造装置により上記課題を解決する。

【００１４】更に又、入射面と射出面の少なくとも２つ
の光学機能面を夫々転写する転写面を有しガラス材料を
加熱」加圧して凸メニスカスレンズを成形するための２
つの型部材を備え、前記型部材の１つの転写面は凹面、
他の１つの転写面は凸面と成し、前記型部材を閉成した
時に前記レンズの光学軸のレンズ肉厚は他の肉厚に比し
て厚くなるように形成し、前記夫々の型部材の各転写面
は前記レンズの光線有効径の外側に変曲点を有し、前記
各転写面の前記変曲点の外側の曲率の向きは同じ方向に
向いている光学素子の製造装置を提案することにより上
記課題を解決する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の１実施例に付い
て、添付図面を参照にして詳細に説明する。

【００１６】本実施例では、ガラス素材に重クラウンガ
ラス（ＳＫ１２）を使用し、図５に示す凸メニスカス形
状の光学素子を成形する場合について示す。

【００１７】図５に示すレンズは光線の入射面又は射出
面としての第一の光学機能面Ｆ１と、光線の射出面又は
入射面としての第二の光学機能面としてのＦ２の２つの
光学機能面からなり、第一機能面Ｆ１の曲率半径はＲ１
＝２３ｍｍ、第二機能面Ｆ２の曲率半径Ｒ２＝１４ｍｍ
であり、肉厚寸法ｔは２．５ｍｍ，光線有効径φ＝１０
ｍｍである。

【００１８】前記機能面Ｆ１、Ｆ２の光線有効径の外側
には夫々曲率半径が異なる変曲点Ｐ１〜Ｐ４を有し、前
記各変曲点を境にして該変曲点の外側の曲率半径の向き
は光線有効径内の曲率半径の向きと逆向き方向に形成さ
れる。

【００１９】図６は、前記図５に示す凸メニスカスレン
ズを成形加工するための製造装置の主要部の構成を示し
ており、上型部材２と下型部材３によるガラス素材４の
プレス動作が終了し、ガラスレンズの成形が略完了した
状態を示している。

【００２０】図６において、成形用胴型１を上下に貫通
した状態で、貫通穴１ａが形成されており、上側の貫通
穴には、円柱状に形成された上型部材２が、勘合した状
態で上下方向に沿って摺動可能に挿入されている。上型
部材２の上端部には、円盤状のフランジ部２ａが形成さ
れており、このフランジ部が、レンズの厚みを調整する
スペーサ２ｂを介して、成形用胴型１の上面に上方から
当接することにより、上型部材２のプレスストロークが
規定されている。また上型部材２の下面には、ガラス素
材４を押圧して、その表面に所望の形状を転写して光学
機能面を形成するための成形面が形成されている。

【００２１】一方下側の貫通穴には、上型部材２と同様
に円柱状に形成された下型部材３が、勘合した状態で上
下方向に沿って摺動可能に挿入されている。

【００２２】下型部材３の上端面には、ガラス素材４の
下面に所望の形状を転写して光学機能面を形成するため
の成形面が形成されている。

【００２３】また成形された凸メニスカスレンズ（ガラ
ス素材４）の厚みは、上述したように、上型部材２のフ
ランジ部が、成形用胴型１の上面に当接することにより
規定され、加工する毎にレンズ（４）の厚みが変化しな
いようになされている。

【００２４】一方、成形用胴型１の側面には、開口穴１
ｂが形成されており、この開口穴を介して、成形用胴型
１の内部にガラス素材４が供給されると共に、成形の完
了したレンズ（４）が成形用胴型１の内部から取り出さ
れる。

【００２５】なお成形用胴型１内には、その四隅に位置
した状態で、この成形用胴型１、上型部材２、下型部材
３を加熱すると共に、これら成形用胴型１、上型部材
２、下型部材３を介してガラス素材４を加熱するための
ヒータ５が配置されている。

【００２６】符号６は装置の基礎台、８、１０は上型
２、下型３を閉成操作させるピストン部材、１２はスペ
ーサである。

【００２７】図７は前記図５に示した凸メニスカスレン
ズを成形するための上型部材２と下型部材３の要部を示
す図であり、図７において、上型部材２の光学機能転写
面２Ａは前記凸メニスカスレンズの第一光学機能面Ｆ１
を成形するための第一転写面の光線有効面２Ａと、該第
一転写面上の延長線上であって光線有効径の外側にある
光線非有効面２Ａからなり、前記光線有効面２Ａと非光
線有効面２Ａの境の境界点はその曲率半径の向きの方向
を逆方向に位置している。

【００２８】下型部材３の光学機能転写面３Ａは前記凸
メニスカスレンズの第二光学機能面Ｆ２を成形するため
の第二転写面の光線有効面３Ａと、該第一転写面上の延
長線上であって光線有効径の外側にある光線非有効面２
Ａからなり、前記光線有効面３Ａと非光線有効面３Ａの
境の境界点はその曲率半径の向きの方向を逆方向に位置
している。

【００２９】次に、まずは上記の様に構成された製造装
置により、本発明による凸メニスカスレンズを成形した
例を示す。

【００３０】まず上型部材２を成形用胴型１に対して上
方にスライドさせておく。この状態で、オートハンド等
により、所定の温度に加熱されたガラス素材４を下型部
材３の成形面上に供給する。また成形用胴型１及び上型
部材２及び下型部材３は、所定の成形条件に対応した温
度に加熱されている。本実施例では、ガラス素材４の粘
度で１０^9.5ポアズに相当する温度（６２０℃）であっ
た。

【００３１】次にガラス素材４に対して、本実施例では
４０００Ｎの荷重を負荷しプレスを行い、ガラス素材４
は、次第に水平方向に押しつぶされて、最終的には、図
５に示したような状態となる。この状態においては、ガ
ラス素材４の上下には、上型部材２の成形面と下型部材
３の成形面の形状が転写された光学機能面が形成されて
いる。

【００３２】この後成形された凹レンズ（ガラス素材
４）は冷却される。この冷却過程において、本実施例で
はガラス素材４が上下型部材２および３との間で不均等
に剥離してしまうことを防ぐために、ガラス素材４の粘
度で１０^10.5ポアズに相当する温度（６００℃）になっ
た時点から、３２００Ｎの荷重を負荷した状態で、ガラ
ス素材４の粘度で１０^13.5ポアズ以上に相当する温度
（５３０℃）まで冷却を行った。

【００３３】以上の工程の後、所定の温度まで温度が低
下したときに、オートハンド等により凸メニスカスレン
ズ（ガラス素材４）を外部に取り出した。本実施例で
は、ガラス素材４の粘度が１０¹⁴ポアズに相当する温度
（５００℃）でレンズを取り出した。なお冷却速度は約
８０℃／minでおこなった。

【００３４】以上の装置、プロセスによって成形した凸
メニスカスレンズはワレの発生もなく良好なレンズが得
られた。

【００３５】また上記のプロセスによって連続的に凸メ
ニスカスレンズを成形した結果、１０００ショットすべ
てのレンズについてワレの発生はなく、また上下両方の
型部材に離型膜の剥離の発生もなかった。そこで、離型
膜を再成膜し直し、再度１０００ショットの連続成形を
おこなったが、やはりワレの発生もなく、上下両方の型
部材に、離型膜の剥離も発生しなかった。

【００３６】〔他の実施例〕他の実施例としてガラス素
材をフリントガラス（Ｆ８）にし、成形する光学素子形
状を図８に示す凸メニスカス形状として成形を行った。

【００３７】成形には、図９に示した成形用型を同様に
用いた。その際、本実施例の対象レンズの上下の曲率
が、実施例１での対象レンズと違っているため、上型部
材２と下型部材３の光学機能面を形成する成形面の曲率
が図８に対応したものを使用している。

【００３８】上記の型構造によって成形を行った。

【００３９】第１実施例に比較してガラス素材４がフリ
ントガラス（Ｆ８）であるため５２０℃で、やはり上記
ガラス素材４の形状が凸メニスカスの大口径であるため
６０００Ｎの荷重を負荷し、ガラス素材４を図８に示し
た状態となるところまでプレスした。

【００４０】次に５００℃になった時点から、４５００
Ｎの荷重を負荷した状態で、４５０℃まで冷却を行っ
た。

【００４１】以上の装置、プロセスによって成形した凸
メニスカスレンズはワレの発生もなく良好なレンズが得
られた。

【００４２】また上記のプロセスによって連続的に凸メ
ニスカスレンズを成形した結果、１０００ショットすべ
てのレンズについてワレの発生はなく、また上下両方の
型部材に離型膜の剥離の発生もなかった。

【００４３】以上説明した様に、本発明の特長を有した
光学素子ならば、従来成形が困難であった凸メニスカス
形状の光学素子を安定して、連続成形することが可能と
なる。

【００４４】なお本発明は、その主旨を逸脱しない範囲
で上記実施例を修正または変形したものに適用可能であ
る。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の特長を有す
る凸メニスカスレンズならば、従来までワレや、膜剥離
といった問題のため連続成形が非常に困難であった凸メ
ニスカスレンズの、安定した連続成形が可能となる。

【００４６】更に、本発明は、入射面と射出面の少なく
とも２つの光学機能面をそれぞれ転写する転写面を有し
た２つの型部材を備え、前記型部材の１つの転写面は凹
面、他の１つの転写面は凸面と成し、前記型部材の夫々
の転写面は前記凹凸面の延長線上であって、光線有効径
の外側に変曲点を有し、かつ、前記光学機能面の１面は
前記変曲点を境にして曲率の向きを逆向きに形成してあ
る光学素子の製造装置を提案したことにより、レンズの
外周部に向かうに連れて肉厚が薄くなることを防ぎ、か
つ、曲線とフラット面との境に生じる段差による応力集
中部分を無くせるためレンズ破損現象を軽減することが
できた。

【００４７】又更に、入射面と射出面の少なくとも２つ
の光学機能面を夫々転写する転写面を有しガラス材料を
加熱」加圧して凸メニスカスレンズを成形するための２
つの型部材を備え、前記型部材の１つの転写面は凹面、
他の１つの転写面は凸面と成し、前記型部材を閉成した
時に前記レンズの光学軸のレンズ肉厚は他の肉厚に比し
て厚くなるように形成し、前記夫々の型部材の各転写面
は前記レンズの光線有効径の外側に変曲点を有し、前記
各転写面の前記変曲点の外側の曲率の向きは同じ方向に
向いていることにより成形レンズの応力集中を回避する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンズ外径方向に向けてレンズ厚さが制限され
るように成形されたレンズ。

【図２】上下型部材の曲率を、変曲点を持たせずに、光
学面の曲率のまま延長した形状のレンズ。

【図３】本発明による凸メニスカス形状のレンズ。

【図４】レンズの光線有効径より外側がフラット面で形
成されたレンズ。

【図５】第１実施例で成形したレンズ形状。

【図６】第１実施例の成形用胴型の構成を示した図。

【図７】第１実施例で成形したレンズ形状を成形する型
の電部説明図。

【図８】第２実施例で成形するレンズ形状を示す図。

【図９】第２実施例のレンズを成形する型の電部説明
図。

【符号の説明】

１ 成形用胴型 ２ 上型部材 ３ 下型部材 ４ ガラス素材 ５ 昇温用ヒータ ６ 温度制御手段 ７ 冷却媒体用流路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス成形による凸メニスカス形状の光
   学素子において、凹凸両面の曲率が、光線有効径より外
   側に変曲点を有す連続したなめらかな曲線で変化するこ
   とを特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】 入射面と射出面の少なくとも２つの光学
   機能面をそれぞれ転写する転写面を有した２つの型部材
   を備え、前記型部材の１つの転写面は凹面、他の１つの
   転写面は凸面と成し、前記型部材の夫々の転写面は前記
   凹凸面の延長線上であって、光線有効径の外側に変曲点
   を有し、かつ、前記光学機能面の１面は前記変曲点を境
   にして曲率の向きを逆向きに形成してあることを特徴と
   した光学素子の製造装置。
3. 【請求項３】 入射面と射出面の少なくとも２つの光学
   機能面を夫々転写する転写面を有しガラス材料を加熱」
   加圧して凸メニスカスレンズを成形するための２つの型
   部材を備え、前記型部材の１つの転写面は凹面、他の１
   つの転写面は凸面と成し、前記型部材を閉成した時に前
   記レンズの光学軸のレンズ肉厚は他の肉厚に比して厚く
   なるように形成し、前記夫々の型部材の各転写面は前記
   レンズの光線有効径の外側に変曲点を有し、 前記各転写面の前記変曲点の外側の曲率の向きは同じ方
   向に向いていることを特徴とした光学素子の製造装置。