JPS6051623A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

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】 本発明はレンズやフィルター等の光学素子の加圧成形方
法に関し、詳しくは光学素子の機能面を形成する一対の
型の間に光学素子成形用素材を挿入配置し、この一対の
各々の型の光軸を合致させた状態で光学素子成形用素材
を加圧して、機能面の偏心がなくしかも中心厚の一定な
光学素子を成形することのできる方法に関する。

従来、ガラス製のレンズやプリズム等の光学素子の製造
は、光学素子成形用素材をダイヤモンド砥石等によって
研削した後、酸化セリウム等を用いて研摩する方法によ
り行われていた。しかしこのような研削、研摩、芯出し
等の工程を含む方法に於いては、工程数が多くしかも各
工程に多大な労力、費用及び時間がかかり、また光学素
子に要求される充分な形状、表面品質１表面精度等を得
るためには高度な熟練技術が必要とされていた。

また、収差補正に有効である等の利点を有するこｋから
、非球面が光学システム中に多く使われてきており、所
謂非球面レンズ（一般に機能面の一方が非球面で、その
反対側の機能面が球面で構成されている）の製造には、
一層高度な技術が要求され、安価で大量に生産すること
は非常に困難であった。

これ等の問題を解決する方法の一つとして、光学素子成
形用素材を成形用型内に配置し、これを加圧するだけで
製品としての面精度、面品質を有する光学素子を成形す
る方法が注目されている。

この方法に於いては、前述の研削、研摩等を要する方法
と比較すると、多大な労力と時間の削減、また成形過程
に高度な技術が必ずしも要求されない塚の点に於いて大
幅に改善されてはいるか、成形された光学素ｆに偏心が
生じ易く、このことがなお改善すべき問題点となってい
た。

従来の光学素子の加圧成形法に於いては、まず第１図（
ａ）に示すように、固定型１に保持された下型２上に、
加熱されて成形口ｆ能な状態となっているガラス等の光
学素子成形用素材３を配置し、次に第１図（ｂ）に示す
ように、上型４を油圧シリンダー（不図示）によってド
型２に矢印の方向へ押圧してレンズ等の光学素子の機能
面が形この従来の加圧成形法に用いられていた装置の上
型４は固定型ｌの内側面１ａに嵌合し、所定の軸線０１
−０７に沿って移動するように構成されるものであり、
この嵌合精度によって下型２と上型４の光軸を一致させ
ていた。ところが、固定型ｌと上型４の嵌合部１ａは摺
動嵌合部であるため、厳密な嵌合精度を得ることが難し
くド型２の光軸と」二型４の光軸を完全に一致させるこ
とは非常に困難である。下型２と」−型４の光軸か一致
していない状態で光学素子の加圧成形を行うと２例えば
第２図に示された球面レーンズ５のように、レンズの機
能面５ａ及び５ｂのそれぞれの球心ａｌとｂｌを結ぶ軸
、すなわちレンズの機能面５ａ及び５ｂのそれぞれの光
軸の合致した軸とレンズの光軸は一致せず、レンズ厚Ｔ
、及びＴ２が異なりレンズ５に偏心を生ずることになる
。

一対のレンズの機能面が共に球面からなる球面レンズの
成形に於いては、球面が該球面の球心を通る無数の光軸
を有することから１機能面のそれぞれの光軸が一致した
一本の軸、すなわち両機能面の球心を通る軸ａｌ　ｂ、
を取ることができるので、後加工により、すなわちレン
ズ成形後に芯取り工程を行うことによって、軸ａｌ−ｂ
１を中心軸としてこれに対称にレンズを外径加工して軸
ａ、−，ｂ、をレンズの光軸と一致させて前述の偏心を
修正することができる。

しかしながらこの場合には、レンズの中心厚は外径加り
前後に於いて変化してしまい、偏心の程度によって中心
厚のバラツキが生じる。

−力、非球面レンズに於いては、回転対称体である非球
面の有する光軸はただ一本のみであり、偏心が生じた場
合１球面レンズに於けるようなレンズの−・対の機能面
のそれぞれの光軸が一致した軸は存在しない。従って、
この非球面レンズに於いては、加圧成形によって生じた
偏心、すなわち非球面の有する光軸と他の機能面の光軸
が一致していない状態を上述の球面レンズのように二つ
の機能面の球心を結ぶ線を軸として対称に外径加工して
偏心を修正することはその構造上はぼ不可能であった。

本発明は、上述の諸点に鑑み成されたものであり、その
目的は、光学素子に偏心を生じることなく、しかも一定
のレンズ中心厚を得ることのできる光学素子の加圧成形
方法を提供することにあり、とりわけ非球面からなる機
能面を有する光学素子を成形するのに好適な加圧成形方
法を提供することにある。

本発明の他の目的は、後加工することなく製品としての
品質を持った光学素子を成形でき、製造コストが低く、
大昔生産を可能とする光学素ｆ−の加圧成形方法を提供
することにある。

Ｌ記の目的及び他の目的は、以下゛の本発明によって達
成される。

すなわち本発明の光学素子の加圧成形方法は、光学素子
の第１の機能面を形成する面と該面の光軸と同心をなす
真円形状からなる上部輪帯縁部とを有する第１の型と、
前記光学素子の第２の機能面を形成する球面を有する第
２の型との間に配置された光学素子成形用素材を、前記
球面が前記上部輪帯縁部の全体に接するように前記第１
の型と前記第２の型を圧接して前記光学素子を加圧成形
する工程を含むことを特徴とする。

以下１図面を参照しつつ本発明の方法を詳細に説明する
。

第３図は本発明の方法に用いられる光学素子の加圧成形
用装置の一例の要部を示した模式的断面１Δである。ま
ず成形用下１！ｌ！６と型部材６ｂとによって構成され
た凹部に成形可能な状態のガラス等の光学素子成形用素
材８ａを配置する。この際、素材８ａをあらかじめ成形
可能な温度に加熱し、型内に挿入しても良いし、素材８
ａを型内に配置して、その状態で型内部を加熱し素材８
ａを成形ｏｆ能な状態にすることもできる。

成形用下型６は、光学素子の機能面を形成する面６ａを
有し、この面８ａは、成形される光学素子８に応じて球
面でも非球面でも良い、型部材６ｂは前記下型６に固定
され下型の一部を構成し、加圧成形加工時に加圧された
残余の素材を収納する空隙部６ｃを有する。なお、空隙
部６ｃは、その他の箇所、すなわち光学素子の機能面を
形成する内置外の面の適当な位置に設けることもできる
。

また、成形用下型６と型部材８ｂは、本例のように分離
されたものではなく、一体となった型であっても良い、
成形用下型６と型部材８ｂが分離されて設けられる場合
には、これらの材料として１例えば成形用下型６には機
能面の成形用として好適な材料を、型部材６ｂには成形
用上型７との圧接による衝撃に対する耐久性に優れた材
料を使用することができる。

本発明で言う上部輪帯縁部６ｄとは、型部材６ｈの端部
であり、成形用上型７との接触部分である。この上部輪
帯縁部８ｄは、光学素子の第１の機能面を形成する面６
ａの光軸と同心をなす真円形状を現実する部分であるか
ら、連続面で形成される他、断続的な面（例えば輪帯周
囲の一部に切欠きのあるような場合等）に、あるいは真
円状に配置された３点以上の点として形成されていても
良い、更に上部輪帯縁部８ｄは、この上型７との圧接状
態の安定性及び圧接による衝撃に対する耐久性を良くす
るために必要量面取することができる。

他方、成形用上型７は、光学素子８の第２の機能面を形
成する球面７ａを有し、これを加圧するための油圧シリ
ンダー等の加圧機構（不図示）に加圧時に接続されてま
たは一体となっている。この上型７と下型６を圧接する
ための加圧機構は、下型とあるいは両方の型と加圧時に
接続または一体となっていても良い。

次に、油圧シリンダー（不図示）等を用いて成形用上型
７を矢印方向に押圧し、上部輪帯縁部６ｄの全てに球面
７ａが直接接するように圧接して。

光学素子成形用素材８ａを下型６、型部材８ａ及び上型
７によって形成された空間形状に対応したレンズ等の光
学素子８が加圧成形される。

上記の加圧成形工程に於いて、成形用上型７の有する機
能面を形成する球面７ａは、上部輪帯縁部６ｄと球面接
触する時に、球面に輪帯を圧接した時に輪帯の中心軸は
必ず球心を通過することがら、上部輪帯縁部θｄの中心
軸すなわち下型の有する光学素子の機能面を形成する面
８ａの光軸と、上型７の有する他の機能面を形成する球
面７ａの球心を通る光軸は自動的に合致し、偏心を生じ
ることなく光学素子を成形することができる。しかも、
光学素子の中心厚は一義的に決定され、常に一定の中心
厚を得ることができる。

成形完了後、上型７と下型６の位置関係を保持したまま
徐冷し成形品の取り出し可能な温度まで冷却し、型内か
ら成形された光学素子を取り出す、更に、必要に応じて
所定の加工処理が行われる。

一方、従来の金型等に於いては、光学素子の機能面を形
成する面は、成形品の曲率に合せた形状に形成されてい
たが、その表面状態までは考慮されておらず、成形後の
機能面の後加工が必須であった。これに対し本発明の方
法に於いては、光学素子の機能面を形成する面６ａ及び
７ａの表面状態を、成形された光学素子の機能面が用途
に応じた所定の面精度、面品質等を有するように仕上げ
、本発明の加圧成形を行ない、直接製品とじて使用＋４
ｆ能な光学素子を後加■二することなく得ることができ
る。

以上のような本発明の加圧成形方法によれば、従来の方
法のように嵌合または摺動によって加圧することなしに
、光学素子の機能面を形成する上型を該光学素子の他の
機能面を形成するＦ型に圧接することにより、偏心を生
じさせることなく光学素子を加圧成形することができ、
しかも一定の光学素子の中心厚を常に得ることができる
。

更に、高度な技術が必要とされ、従来の加圧成形法に於
いては、偏心を後加工によって修正することがほぼ不ｒ
ｉｆ能であった非球面レンズを容易に大）（に成形する
ことができる。

また１本発明の方法によれば、製品としての品質を持っ
た光学素子を後加工することなく成形でき、製造コスト
のより低い光学素子を大量に生産することが０丁能とな
った。

以下、実施例に従って本発明の方法を更に詳細に説明す
る。

実施例 第３図に示された装置に於ける成形用上型７として、鏡
面研摩加工されたモリブデン酸の外径３０ｍｍ、光学素
子の機能面を形成する球面７ａの曲率半径２０ｍｍ、該
面が、ニュートンリング３木以内、不規則性１本以内の
形状及び中心線平均表面粗さくＪＩＳ　ＢＯＩ（０１−
１９７０）　０．０２に以下の面精度に仕上げられたｈ
型を用い、成形用下型６として、外径１６■、光学素子
の他の機能面を形成する面６ａの曲率半径５５＋ａｍ、
面精度が上型と同程度に仕りげられた上型と同材質から
なる下型を用い、更に。

ド型６に固定された型部材６ｂの側面と上部輪帯縁部６
ｄの下型６の光軸に対するフレを２ル以Ｆとなるように
加工した。

レンズ成形用素材として、光学硝子ＳＦ＋４を用い、こ
れを　５８０°Ｃに加熱し、１一連の成形用ド型６と型
部材６ｂとによって構成された門部内に挿入し、型内を
この温度に維持しながら、Ｉ＆形用上型７に接続された
油圧シリンダー（”不図示）によって上型の光学素子の
機能面を形成する球面７ａをＦ型の上部輪帯縁部６ｄの
全体に接するように、−１−型７をト″型６に１０Ｋｇ
／　Ｃｍ２の圧力で押圧し、この状！匙を５分間保持し
た後、型中で徐冷し、その後精密徐冷を行ない室温まで
冷却した。

冷却終了後、型内から取り出されたレンズの偏心は３０
秒以内であり、機能面の面精度は形状に於いて、ニュー
トンリング３本以内、不規則性１本以内、中心線平均表
面粗さく　ＪＩＳ　ＢＯＥｌｌｏ−１９７０）０．０２
　ＰＬ以下であり、直接レンズとして使用５（能であっ
た。

４、筒中な図面の説明 第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は、従来の光学素子の加
圧成形方法に使用されていた装置の概要を示す模式的断
面図、第２図は第１図に示した装置位によって形成され
たレンズの一例の断面図、第３図は本発明の方法に使用
することのできる光学素ｆ−加圧成形装置の一例の要部
を示す模式的断面図である。

１；固定型 １ａ：摺動嵌合部 ２．６；成形用下型 ４．７；成形′用土型 ３；光学素子成形用素材 ５；成形された光学素子 ５ａ、５ｂ；光学素子の機能面 ６ａ；光学素子の機能面を形成する面 ６ｂ；型部材 ６ｃ；空隙部 ６ｄ；上部輪帯縁部 ７ａ；光学素子の機能面を形成する面 ８；成形された光学素子 ８ａ；光学素子成形用素材 ０ｌ−ｏ２；　ド型２の有する光学素子の機能面を形成
する面の光軸 ０３−ｏ４；機能面を形成する面６ａと機能面を形成す
る而７ａの合致した光軸 ａｌ　；機能面５ａの球心 ｂｌ　；機能面５ｂの球心 Ｔ、、Ｔ２　；光学素子５の加圧形成後の外周厚 ０２ （ａ）　（ｂ） 第　１　図 第　２　図 第　３　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、光学素子の第１の機能面を形成する面と線面の
   光軸と同心をなす真円形状からなる上部輪帯縁部とを有
   する第１の型と、前記光学素子の第２の機能面を形成す
   る球面を有する第２の型との間に配置された光学素子成
   形用素材を、前記球面が前記上部輪帯縁部の全体に接す
   るように前記第１の型と前記第２の型を圧接して、前記
   光学素子を加圧成形する工程を含むことを特徴とする光
   学素子の成形方法。
2. （２）、前記光学素子の第１の機能面の形成面及び第２
   の機能面を形成する球面の表面状態が、これ等の面によ
   って加圧成形された光学素子が所望の光学素子として使
   用ｔｉ）能となるように仕上げられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光学素子の成形方法。