JPS6241180B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレンズやフイ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
砥石等によつて研削した後、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、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
ことから、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
であつた。

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
れない等の点に於いて大幅に改善されてはいる
が、成形された光学素子に偏心が生じ易く、この
ことがなお改善すべき問題点となつていた。

従来の光学素子の加圧成形法に於いては、まず
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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、加熱されて成形可能な状態となつてい
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）によつて下型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成されてい
た。

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１の内側面１ａに嵌合し、所定の
軸線0₁−0₂に沿つて移動するように構成されるも
のであり、この嵌合精度によつて下型２と上型４
の光軸を一致させていた。ところが、固定型１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下型２の光軸と
上型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と上型４の光軸が一致していな
い状態で光学素子の加圧成形を行うと、例えば第
２図に示された球面レンズ５のように、レンズの
機能面５ａ及び５ｂのそれぞれの球心a₁とb₁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T₁及びT₂が異なりレンズ５に偏
心を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、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a₁−b₁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つて、軸a₁−b₁を中心軸と
してこれに対称にレンズを外径加工して軸a₁−b₁
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
外径加工前後に於いて変化してしまい、偏心の程
度によつて中心厚のバラツキが生じる。

一方、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、球面レンズに於けるようなレ
ンズの一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。従つて、この非球面レンズに於
いては、加圧成形によつて生じた偏心、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ほぼ不可能
であつた。

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
としての品質を持つた光学素子を成形でき、製造
コストが低く、大量生産を可能とする光学素子の
加圧成形方法を提供することにある。

上記の目的及び他の目的は、以下の本発明によ
つて達成される。

すなわち本発明の光学素子の加圧成形方法は、
光学素子の一方の機能面を形成する球面を有した
上型と、前記光学素子の他の機能面を形成する非
球面または球面を有した下型と、円筒状若しくは
リング状側型とからなり、前記下型の光学素子の
機能面を形成する面は前記側型に固定し、前記上
型の球面を前記側型端部の輪帯縁部を越えて設け
た金型を用い、前記上型および／または前記下型
の加圧力によつて該上型球面を前記側型端部の輪
帯縁部に接触させて、これら型間に配置された光
学素子成形用素材を加圧成形する工程を含むこと
を特徴とする。

以下、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
図である。まず成形用下型６と円筒状若しくはリ
ング状の側型６ｂとによつ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８
ａ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８ａを型内に配置して、その状態で型内
部を加熱し素材８ａを成形可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６ａ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。側型６ｂ
は前記下型６に固定され、加圧成形加工時に加圧
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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面以外の面の適当
な位置に設けることもできる。成形用下型６と側
型６ｂが分離されて設けられる場合には、これら
の材料として、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、側型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。

側型６ｂと上型７とは、側型６ｂの上端部の縁
部（以後上部輪帯縁部６ｄと称する）で接触す
る。この上部輪帯縁部６ｄは、光学素子の第１の
機能面を形成する面６ａ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６ｄ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
能面を形成するための該機能面よりも広い面積を
有した球面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つている。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つ
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６
ｄ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、側型６ｂ
及び上型７によつ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ための球面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
ことから、上部輪帯縁部６ｄ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６ａの
光軸と、上型７の有する他の機能面を形成するた
めの球面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
つた。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ための面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
して使用可能な光学素子を後加工することなく得
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つて加圧
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下型に圧
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、偏心を後加工によつて修正する
ことがほぼ不可能であつた非球面レンズを容易に
大量に成形することができる。

また、本発明の方法によれば、製品としての品
質を持つ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
することが可能となつた。

以下、実施例に従つ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製の外径30
mm、光学素子の機能面を形成するための球面７ａ
の曲率半径20mm、該面が、ニユートンリング３本
以内、不規則性１本以内の形状及び中心線平均表
面粗さ（JIS B0601−1970）0.02μ以下の面精度
に仕上げられた上型を用い、成形用下型６とし
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て、外径16mm、光学素子の他の機能面を形成する
面６ａの曲率半径55mm、面精度が上型と同程度に
仕上げられた上型と同材質からなる下型を用い、
更に、下型６に固定された側型６ｂの側面と上部
輪帯縁部６ｄの下型６の光軸に対するフレを２μ
以下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SF１４を
用い、これを580℃に加熱し、上述の成形用下型
６と側型６ｂとによつて構成された凹部内に挿入
し、型内をこの温度に維持しながら、成形用上型
７に接続された油圧シリンダー（不図示）によつ
て上型の光学素子の機能面を形成するための球面
７ａを下型の上部輪帯縁部６ｄの全体に接するよ
うに、上型７を下型６に10Kg／cm²の圧力で押圧
し、この状態を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、ニユートンリング３本以内、不規則性１本
以内、中心線平均表面粗さ（JIS B0610−1970）
0.02μ以下であり、直接レンズとして使用可能で
あつた。

【図面の簡単な説明】

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図に示した装置によつ
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子加圧
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…成形用上型、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…側型、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
ための面、８…成形された光学素子、８ａ…光学
素子成形用素材、o₁−o₂…下型２の有する光学素
子の機能面を形成する面の光軸、o₃−o₄…機能面
を形成する面６ａと機能面を形成する面７ａの合
致した光軸、a₁…機能面５ａの球心、b₁…機能面
５ｂの球心、T₁，T₂…光学素子５の加圧形成後
の外周厚。 〓〓〓〓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学素子の一方の機能面を形成する球面を有
   した上型と、前記光学素子の他の機能面を形成す
   る非球面または球面を有した下型と、円筒状若し
   くはリング状側型とからなり、前記下型の光学素
   子の機能面を形成する面は前記側型に固定し、前
   記上型の球面を前記側型端部の輪帯縁部を越えて
   設けた金型を用い、前記上型および／または前記
   下型の加圧力によつて該上型球面を前記側型端部
   の輪帯縁部に接触させて、これら型間に配置され
   た光学素子成形用素材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 前記上型及び下型の機能面を形成するための
   面の表面状態が、これ等の面によつて加圧成形さ
   れた光学素子が所望の光学素子として使用可能と
   なるように仕上げられている特許請求の範囲第１
   項記載の光学素子の成形方法。