KR100257670B1 - 광학소자, 광학소자성형틀 및 광학소자 성형방법 - Google Patents

광학소자, 광학소자성형틀 및 광학소자 성형방법 Download PDF

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모리시타 요이찌
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Abstract

본 발명은 그레이팅 등의 축비대칭의 광학기능면을 가진 광학소자를 압압성형할 때 하부압압틀(80) 성형면(81)의 양단부를 절결하여 경사면(83)을 형성한다. 압압성형시 절결부에 충전된 유리소재(90)가 경사면(83)을 압압하고, 본체틀(60)내에서 하부압압틀(80) 축(61) 주변의 회전을 저지함과 동시에, 절결부에 충전된 부분이 광학기기 장착기준이 된다. 그 결과, 압압틀의 회전이 저지되어 축비대칭의 광학기능면 편의를 없앰과 동시에, 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 장착방향결정을 용이하게 할 수 있다.

Description

광학소자, 광학소자성형틀 및 광학소자 성형방법
본 발명은 광디스크장치 등의 광학기기에 사용되는 렌즈, 프리즘 등의 고정밀 광학유리소자, 특히 광학시스템에 대해 방향성을 필요로 하는 광학소자, 그 광학소자를 초정밀 유리성형법에 의해 성형하는 광학소자 성형틀 및 광학소자 성형방법에 관한 것이다.
고정밀 광학소자, 특히 비구면 유리렌즈 등의 제조방법중 하나로서, 예를들면 일본국 특개소61-21927호 공보에 도시되어 있는 바와 같이, 연마공정을 거치지 않고, 유리소재를 변형가능한 온도, 예를들면 연화점 근방의 온도로 가열하여 압압성형하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법은 정밀한 성형틀을 필요로 한다. 이하 도면을 참조하면서 종래의 광학소자 성형틀 및 일반적으로 사용되고 있는 광학소자 성형장치에 대해 설명한다. 제8도는 종래의 광학소자 성형틀의 구성을 도시한 단면도이며, 제9도는 일반적인 광학소자 성형장치의 구조를 도시한 부분단면도이다.
제8도에 도시한 종래의 광학소자 성형틀은 대체로 원본체를 본체틀(100)과, 본체틀(100) 상하의 개구부(101)(102)와 감합하고, 축(103) 방향으로 슬라이딩 가능한 상부압압틀(120) 및 하부압압틀(130)으로 구성되어 있다. 유리소재(140)는 상부압압틀(120)과 하부압압틀(130) 사이에 공급된다. 상부압압틀(120)의 하부면에는, 예를들면 비구면 렌즈를 형성하기 위한 오목면(121)이 형성되어 있으며, 하부압압틀(130)의 상부면 성형면(131)에는 예를들면 그레이팅(132) 등의 축비대칭면이 형성되어 있다. 본체틀(100)과 상부압압틀(120) 및 하부압압틀(130)은 고정 혹은 계합되어 있지 않고, 화살표(A)로 나타낸 바와 같이 축(103) 주변으로 회전 가능하다.
제9도에 도시한 일반적인 광학소자 성형장치는 차례로 정렬된 금형투입구(232), 가열스테이지(227), 압압스테이지(229), 냉각스테이지(231) 및 금형취출구(233)와, 각 스테이지에 대향하도록 배치된 가열헤드(226), 압압헤드(228) 및 냉각헤드(230)와, 광학소자 성형틀(종래예 및 후술하는 본 발명의 각 실시예를 포함한다)을 각 스테이지에 화살표 C방향으로 이송시키기 위한 이송 암(234) 등으로 구성되어 있다. 투입구(232)로부터 투입된 광학소자 성형틀은 가열스테이지(227)에서 유리소재(140)가 변형가능한 온도, 예를들면 연화점 근방의 온도로 가열되며, 압압스테이지(229)에서 화살표 B로 나타낸 방향으로 압압되고, 냉각스테이지(231)에서 유리소재(140)의 연화점 이하의 온도로 냉각되어 취출구(233)로부터 취출된다. 그 결과, 소정 형상의 광학소자가 성형된다.
그러나, 상기 종래의 광학소자 성형틀에서는 본체틀(100)과 상부압압틀(120) 및 하부압압틀(130)은 고정 혹은 계합되어 있지 않고, 축(103) 주변으로 회전 가능하기 때문에, 이송 암(234)에 의해 광학소자 성형틀을 각 스테이지로 이송할 때, 상부압압틀(120) 및 하부압압틀(130)이 축(103) 주변으로 회전하는 경우도 생긴다. 만일, 회전한 압압틀이 예를들면 하부압압틀(130)과 같이 축비대칭면을 가진 경우, 축비대칭면의 전사가 행해지기 전후에 광학소자 전사면에 편의를 일으키는데, 예를들면 제10도에 도시한 바와 같이 필요로 하는 그레이팅(135)과 실제로 형성된 그레이팅(136) 사이에 격자편의가 발생하여 소망하는 광학소자성능을 지닌 광학소자를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
또, 종래의 광학소자 성형틀에서는 본체틀(100)의 내주부도 상부압압틀(120) 및 하부압압틀(130)의 외주부 요철이 없는 원이기 때문에, 성형된 광학소자의 외주도 요철이 없는 원형이 된다. 그 때문에, 축비대칭면을 가진 광학소자와 같이 장착방향이 정해져 있는 경우나 광학소자가 양 볼록 또는 양 오목의 구면 또는 비구면 렌즈로서 양면의 곡률반경이 가까운 경우, 이들 광학소자를 광학기기에 장착할 때 광학소자의 광학기기에 대한 장착방향을 마크하지 않으면 안된다.
종래, 축비대칭면을 가진 광학소자에 장착방향을 마크하는 수단으로서, 예를들면 광학소자를 성형한 후에 위치결정마크를 접착하거나 도료 등에 의해 위치결정마크를 그리는 것이 행해졌었다. 혹은 광학소자의 광축에 직교하는 단면 형상이 대체로 D자형이 되도록 1변을 직선형상으로 절삭하는 것이 행해졌었다(D커트라 불리운다). 혹은 광학소자를 평행한 직선형상의 2변을 형성하도록 절삭하는 것이 행해졌었다(H커트라 불리운다). 또는 성형된 광학소자의 외형을 직접 위치결정가능하도록 성형틀의 본체를 단면을 각형으로 가공하는 것 등이 행해졌었다.
그러나, 종래 광학소자의 장착방향 또는 마크위치를 결정할 때 현미경을 이용하여 성형면의 형상을 판별하거나, 레이저 스폿 검사기 등 평가기기를 이용하여 수속광의 형상에 따라 광학소자의 방향성을 판단하는 것이 행해졌었다. 그 때문에, 작업성이 나쁘고, 또 마크의 위치정밀도도 낮았다. 특히 그레이팅 등의 회절격자를 일체화한 렌즈에서는 그 광축주변의 장착정밀도가 엄격하기 때문에, 양산성이 나빠서 코스트상승의 원인이 되었다. 또, 성형틀의 본체틀 단면을 각형으로 가공하기가 매우 곤란한데, 하물며 그레이팅 등의 회절격자를 일체화한 렌즈의 가공정밀도를 만족시키는 것은 불가능하였다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 첫째 광학소자를 광학기기에 장착할 때 평가기기 등을 이용하여 광학소자의 장착방향을 마크하지 않고 쉽게 광학기기에 장착할 수 있는 광학소자를 제공하고, 제2의 본체틀과 축비대칭면을 가진 압압틀을 광학소재의 변형이 가능한 상태일 때 고정하고, 금형을 이동시킬 때 광학소자 전사면에 편의를 일으키지 않고 성형하는 광학소자 성형틀 및 광학소자 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 광학소자 성형틀의 제1실시예의 구성을 도시한 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 광학소자 성형틀의 제1실시예에 있어서의 상부압압틀을 떼어낸 상태의 평면도.
제3도는 본 발명에 따른 광학소자 성형틀의 제2실시예의 구성을 도시한 단면도.
제4도는 본 발명에 따른 광학소자 성형틀의 제2실시예에 있어서의 상부압압틀을 떼어낸 상태의 평면도.
제5도는 본 발명에 따른 광학소자의 일실시예의 구성을 도시한 단면도.
제6도는 본 발명에 따른 광학소자의 일실시예에 있어서 그레이팅이 가해진 성형면을 위로 한 사시도.
제7(a),(b),(c),(d),(e) 및 (f)도는 각각 본 발명에 따른 광학소자의 또다른 실시예의 구성을 도시한 사시도.
제8도는 종래의 광학소자 성형틀의 구성을 도시한 단면도.
제9도는 일반적인 광학소자 성형장치의 구성을 도시한 부분단면도.
제10도는 종래의 광학소자 성형틀을 이용해서 성형한 그레이팅 편의를 발생하는 광학소자를 도시한 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,60 : 본체틀 20,70 : 상부압압틀
30,80 : 하부압압틀 40 : 계합부재
50,90 : 유리소재 200 : 광학소자
201 : 렌즈기능면 202 : 그레이팅
203 : 절결부
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 광학소자는 적어도 하나의 광학기능면을 가지며, 광학기능면의 유효부분 이외의 부분에 볼록 또는 오목 형상의 광학기기에의 장착기준부를 형성했으므로, 광학소자중 적어도 1면의 광학기능면이 축비대칭이어도 당해 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 방향결정을 쉽게 할 수 있다.
또, 장착기준부중 적어도 하나의 능선을 광축에 대해 비대칭인 광학기능면의 광축중심을 통하는 주축 또는 부축중 적어도 한쪽으로 평행하게 함으로써 광학기능면의 축비대칭방향을 용이하게 판별할 수 있다.
또, 광학기능면이 2면으로 이루어지고, 각각 곡률이 근사한 양 볼록 또는 양 오목의 구면 또는 비구면인 경우, 일반적으로 표리의 장착방향을 틀리기 쉬우나, 기준부에 의해 광학기능면의 판별 및 장착방향으로 결정이 용이해져서 이와 같은 실수를 방지할 수 있다.
또, 장착기준부를 광학소자의 광학기능면의 유효부분과 광학소자의 측면부 사이에 형성함으로써, 광학소자의 광학성능을 열화시키는 일이 없다. 또, 장착기준부를 경사면으로 함으로써 광학소자를 압압성형할 때 경사면에 의해 성형틀에 가해진 압압력으로부터 압압방향으로 대체로 직교하는 방향의 분력을 발생하여 성형중에 성형틀 회전이나 평행이동을 저지할 수 있다. 이것은 특히 광학기기 장착용 기준부가 형성된 면이 축비대칭일 경우에 효과적이다. 또, 광축에 직교하는 단면형상을 대체로 직사각형으로 함으로써 직사각형단면의 각 변이 방향결정수단으로서 기능한다. 또는 광축에 직교하는 단면형상이 한쌍의 평행한 변 및 대향하는 한쌍의 원호형상 변으로 구성되어 있는 경우에도 마찬가지이다.
상기 광학소자를 성형하기 위해 본 발명의 광학소자 성형틀은 양단에 개구부를 가진 본체틀과, 본체틀의 각 개구부에 감합하며, 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가지고, 압압틀중 적어도 한쪽은 광학기능면 광축에 대해 비대칭(축비대칭)인 성형면을 가지며, 축비대칭인 성형면을 가진 압압틀 슬라이딩방향을 축으로 하는 회전을 저지하도록 축비대칭인 성형면을 가진 압압틀과 본체틀을 계합시키고 있다.
그 때문에, 예를들면 유리소재 등의 광학소재를 연화점 근방의 온도로 가열하고, 압압틀을 압압하여 광학소재를 소정 형상으로 성형할 때, 축비대칭인 성형면을 가진 압압형이 본체틀에 대해 고정되어 축주변으로는 회전하지 않는다. 또, 압압틀이 압압되는 공정에서 냉각되는 공정으로 이행할 때 광학소자 성형틀이 회전을 포함하여 움직였다고 해도 본체틀과 압압틀은 상대적으로 고정되어 있기 때문에, 형성된 광학소자의 축비대칭인 광학기능면에는 편의가 발생하지 않는다.
본체틀과 압압틀을 고정하는 수단으로서 축비대칭인 성형면을 가진 압압틀 및 본체틀의 접촉부 근방에서 축비대칭인 성형면을 가진 압압틀 및 본체틀 각각의 외주부에 절결부를 형성하고, 절결부에 계합부재를 계합시킴으로써 용이하게 본체틀 및 압압틀을 제조할 수 있다. 또는, 종래의 광학소자 성형틀을 용이하게 개조할 수 있다. 또, 압압틀 플랜지부의 일부 및 본체틀 단면의 일부에 절결홈을 형성하고, 계합부재를 홈에 감합하는 대체로 직6면체의 키블록으로 함으로써 주지의 프라이스가공이나 시판되는 부품 등을 사용할 수 있다.
또는, 축비대칭인 성형면을 가진 압압틀 및 본체틀 접촉부 근방에서 축비대칭인 성형면을 가진 압압틀 및 본체틀에 슬라이딩 방향의 구멍을 형성하고, 당해 구멍에 계합부재를 계합시킴으로써, 마찬가지로 용이하게 본체틀 및 압압틀을 제조하고, 또는 종래의 광학소자 성형틀을 용이하게 개조할 수 있다. 또, 계합부재의 재료로서 압압틀 및 본체틀 재료보다 큰 열팽창율을 가진 금속재료를 이용함으로써 압압틀과 본체틀이 강고하게 고정된다.
또, 본 발명의 또다른 광학소자 성형틀은 양단에 개구부를 가진 본체틀과 본체틀의 각 개구부에 감합하고, 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가진 광학소자 성형틀로서, 압압틀중 적어도 한쪽 성형면의 광학기능부분 이외의 부분에 절결부를 형성했으므로, 성형된 광학부품에 볼록부를 형성할 수 있다. 이 볼록부를 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 방향 및 위치결정수단으로 이용할 수 있다.
또, 절결부를 성형면과 소정 각도를 이루는 경사면이 되도록 형성하고, 한쌍의 압압틀 사이에 공급되는 광학소재를 압압할 때 절결부에 충전된 광학소재가 경사면을 압압함으로써 경사면을 압압하는 힘이 압압틀의 슬라이딩방향으로 직교하는 방향으로도 분력되어 절결부가 형성된 압압틀 슬라이딩 방향을 축으로 하는 회전을 저지할 수 있다. 또, 경사면이 형성된 성형면은 축비대칭일 경우, 형성된 광학소자의 축비대칭인 광학기능면에는 편의가 발생하지 않는다. 또, 경사면의 능선을 축비대칭의 성형면 주축 또는 부축의 어느 한쪽에 평행하게 함으로써 경사면의 능선방향을 기준으로 해서 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 방향결정을 할 수 있다.
또, 본 발명의 또다른 광학소자 성형틀은 양단에 개구부를 가진 본체틀과, 본체틀의 각 개구부에 감합하고, 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가진 광학소자 성형틀로서, 압압틀중 적어도 한쪽 성형면의 광학기능부분 이외의 부분에 돌기부를 형성했으므로, 성형된 광학소자에는 돌기부와는 반대 형상인 오목부가 형성된다. 당해 오목부를 기준으로 해서 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 방향결정을 할 수 있다. 특히 이 구성은 돌기부가 형성된 성형면은 축비대칭일 경우에 유효하다. 또, 돌기부는 축비대칭인 성형면의 주축 또는 부축의 어느 한쪽에 평행하게 함으로써 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 각도설정이 용이해진다.
또, 본 발명의 또다른 광학소자 성형틀은 양단에 개구부를 가진 본체틀과, 본체틀의 각 개구부에 감합하고, 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가진 광학소자 성형틀로서, 본체틀 및 압압틀의 본체틀과 감합하는 부분의 압압틀 슬라이딩 방향으로 직교하는 방향의 단면을 대체로 직사각형으로 했으므로, 압압틀은 슬라이딩방향을 축으로 해서 본체틀에 대한 상대적인 회전이 불가능하다. 그 때문에, 형성된 광학소자가 축비대칭인 광학기능면을 가진 경우에도 편의가 발생하지 않는다. 또, 성형된 광학소자의 단면도 직사각형이 되므로, 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 방향결정이 용이해진다.
또, 본 발명의 또다른 광학소자 성형틀은 양단에 개구부를 가진 본체틀과, 본체틀의 각 개구부에 감합하며, 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가진 광학소자 성형틀로서, 본체틀 및 압압틀의 본체틀과 감합하는 부분은 압압틀의 슬라이딩방향으로 직교하는 방향의 단면이 한쌍의 평행한 변 및 대향하는 한쌍의 원호형상의 변으로 구성되어 있는 소위 타원형으로 되었으므로, 압압틀은 슬라이딩방향을 축으로 해서 본체틀에 대한 상대적인 회전이 불가능하다. 그 때문에 형성된 광학소자가 축비대칭인 광학기능면을 가지는 경우에도 편의가 발생하지 않는다. 또, 성형된 광학소자의 단면도 타원형이 되므로, 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 방향결정이 용이해진다.
한편, 본 발명의 광학소자 성형방법은 본체틀내에서 슬라이딩하는 한상의 압압틀 사이에 광학소재를 공급하고, 광학소재를 연화점 근방의 온도로 가열한 상태에서 압압틀을 슬라이딩방향으로 압압하고, 광학소재를 소정형상으로 성형하고, 그 상태에서 냉각하는 광학소자 성형방법으로서, 압압틀중 적어도 한쪽 성형면은 축비대칭의 성형면을 가진 압압틀과 본체틀을 계합시킨다. 이 때문에, 광학소재를 연화점 근방의 온도로 가열하고, 압압틀을 압압하여 광학소재를 소정 형상으로 성형할 때 축비대칭인 성형면을 가진 압압틀이 본체틀에 대해 고정되어 축주변으로는 회전하지 않는다. 또, 압압틀이 압압되는 공정에서 냉각되는 공정으로 이행할 때 광학소자 성형틀이 회전을 포함하여 움직였다고 해도 본체틀과 압압틀은 상대적으로 고정되어 있기 때문에, 형성된 광학소자의 축비대칭인 광학기능면에는 편의가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 또다른 광학소자 성형방법은, 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀 사이에 광학소재를 공급하고, 광학소재를 연화점 근방의 온도로 가열한 상태에서 압압틀을 슬라이딩 방향으로 압압하여 광학소재를 소정형상으로 성형하고, 그 상태에서 냉각하는 광학소자 성형방법으로서, 압압틀중 적어도 한쪽의 성형면은 축비대칭이며, 축비대칭의 성형면을 가진 압압틀 성형면의 광학기능범위 이외의 부분에 성형면과 소정 각도를 이루는 경사면을 형성하도록 절결부를 형성하고, 광학소재를 절결부에 충전하고, 충전된 광학소재를 통해서 경사면을 눌러서 절결부가 형성된 압압틀 슬라이딩 방향을 축으로 하는 회전을 저지하므로, 경사면을 압압하는 힘이 압압틀 슬라이딩방향으로 직교하는 방향으로도 분력되므로, 절결부가 형성된 압압틀 슬라이딩방향을 축으로 하는 회전을 저지할 수 있다. 또, 경사면이 형성된 축비대칭인 성형면에는 편의가 발생하지 않는다.
또, 광학소재를 연화점 근방의 온도로 가열하는 공정과, 압압틀을 압압하는 공정과, 냉각하는 공정이 각각 다른 스테이지에서 실행되고, 본체틀과 한쌍의 압압틀을 포함하는 광학소자 성형틀이 스테이지 사이를 이동하도록 구성함으로써 일반적인 광학소자 성형장치를 개조하지 않고 그대로 이용할 수 있다.
[제1실시예]
본 발명의 광학소자 성형틀 및 광학소자 성형방법의 제1실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 제1도는 제1실시예의 광학소자 성형틀 구성을 도시한 단면도이며, 제2도는 상부압압틀을 제외한 상태의 평면도이다. 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이, 제1실시예의 광학소자 성형틀은 대체로 원본체틀상의 본체틀(10)과, 본체틀(10)의 상하 개구부(11)(12)에 각각 감합하는 상부압압틀(20) 및 하부압압틀(30)을 축(13)에 대해 회전할 수 없도록 계합시키는 계합부재(40) 등으로 구성되어 있다.
본체틀(10)은 예를들면 초경합금제이며, 그 외주부에 또 하부개구부(12) 근방에는 계합부재(40)와 계합하기위한 절결 또는 홈(14)이 형성되어 있다. 상부압압틀(20) 및 하부압압틀(30)도 각각 초경합금제이며, 상부압압틀(20)의 하부면에는 곡률반경 5.0mm의 비구면 형상의 성형면(21)이 형성되어 있다. 또, 하부압압틀(30)의 상부면 성형면(33)에는 그레이팅(34)이 가해져 있다. 그레이팅(34)의 단면형상은 폭 1mm, 피치 0.5mm, 깊이 250nm의 직사각형상이다.
상부압압틀(20) 및 하부압압틀(30)은 본체틀(10)내에서 축(13) 방향으로 슬라이딩 가능하다. 본 실시예의 경우 하부압압틀(30)에 형성된 그레이팅(34)이 축비대칭면이기 때문에, 하부압압틀(30)의 플랜지부(31)에도 계합부재(40)와 계합하기 위한 절결 또는 홈(32)이, 형성되어 있다. 본체틀(10)의 홈(14) 및 하부압압틀(30)의 홈(32)은, 예를들면 폭 1.5mm, 깊이 2.0mm이다. 계합부재(40)는 대체로 직6면체이며, 그 재료로는 본체틀(10), 상부압압틀(20)) 및 하부압압틀(30)의 재료인 초경합금의 열팽창률보다 높은 열팽창률을 지닌 금속재료, 예를들면 SUS304등을 사용한다. 또, 예를들면 SF-8 등의 유리소재(50)는 종래예와 같이 상부압압틀(20) 및 하부압압틀(30) 사이에 공급된다.
이상과 같이 구성된 제1실시예의 광학소자 성형틀을 이용한 광학소자 성형방법에 대해 설명하겠다. 제1도에 도시한 바와 같이, 상부압압틀(20) 및 하부압압틀(30) 사이에 유리소재(50)를 공급하고, 하부압압틀(30)의 플랜지부(31) 홈(32)과 본체틀(10) 하단의 홈(14)에 계합부재(40)를 계합시킨다. 이렇게 해서 조립된 광학소자 성형틀을 예를들면 제9도에 도시한 광학소자 성형장치의 투입스테이지(232)부터 공급하고, 이송아암(234)에 의해 가열스테이지(227)로 이송하여 유리소재(50)의 연화점 근방(약 505℃)까지 승온한다. 가열스테이지(227)에 이송된 광학소자 성형금형은 계합부재(40)의 재료인 SUS304와, 본체틀(10) 및 하부압압틀(30)의 재료인 초경합금의 열팽창률 차이로 인해 축(13)에 대해 성형면(33)에 그레이팅(34)을 가한 하부압압틀(30)과 본체틀(10)이 상대적으로 회전이동을 하지 않도록 고정된다.
하부압압틀(30)과 본체틀(10)이 고정된 후 이송아암(234)에 의해 다음 스테이지인 압압스테이지(229)로 이송되고, 상부압압틀(20)이 도면중 화살표 B로 나타낸 방향으로 압압되어 유리소재(50)가 소정 형상으로 성형된다. 성형후, 광학소자 성형틀이 냉각스테이지(231)로 이송되어 냉각스테이지(231)에서 광학소자 성형금형 및 유리소재(50)가 냉각되고, 완성된 광학소자가 취출구(233)로부터 취출된다. 광학소자 성형틀을 냉각스테이지(231)로 이동시킬 때, 하부압압틀(30)과 본체틀(10)이 계합부재(40)에 의해 고정되어 있기 때문에 그레이팅(34)이 가해진 하부압압틀(30)이 축(13) 주변으로 회전이동하지 않아 제10도에 도시한 바와 같은 그레이팅의 편의는 발생하지 않는다.
제8도에 도시한 종래의 광학소자 성형금형을 이용했을 경우, 하부압압틀(130)과 본체틀(100)은 고정되어 있지 않아 반송시의 충격이나 마찰저항 등에 의해 하부압압틀(130)과 본체틀(100)이 개별적으로 회전하는 경우가 있었다. 또, 본체틀(100)에 의해 전사된 광학소자의 외형부분이 먼저 냉각되어 고화되기 때문에 성형된 광학소자도 본체틀(100)과 함께 회전한다. 그 결과, 제10도에 도시한 바와 같이 그레이팅의 편의가 발생한 광학소자가 성형되는 경우도 있으며, 소망하는 광학성능을 얻을 수 없는 경우도 있었다.
실제로 종래의 광학소자 성형금형을 이용하여 성형한 광학소자(종래품)와 본 실시예의 광학소자 성형금형을 이용하여 성형한 광학소자(본 발명품)를 비교했던 바, 종래품의 투과파면수차가 0.05λ이상이었는데 반해, 본 발명품의 투과파면수차는 0.04λ 이하였다. 또, 종래품은 그레이팅이 편의되어 있기 때문에 무수히 분광하여 그레이팅 기능을 얻을 수 없었으나, 본 발명품은 그레이팅이 편의되어 있지 않기 때문에 그레이팅의 기능을 얻을 수 있어서 분광비(1차광: 0차광: -1차광)=1:5:1 설계대로의 광학소자를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
또, 본 실시예에서는 유리소재(50)로서 연화점 약 505℃의 SF-8을 사용했으나, 다른 초재, 예를들면 랜턴계 초재나 저융점 유리 등의 유리소재를 사용해도 된다. 또, 본체틀(10), 상부압압틀(20) 및 하부압압틀(30)의 재료로서 초경합금을 사용했으나, 내열성이나 고온강도가 뛰어난 소재라면 다른 재료여도 상관없다. 또, 하부압압틀(30)과 본체틀(10)을 계합시키는 수단으로서 하부압압틀(30) 및 본체틀(10)에 단면이 대체로 직사각형인 홈을 형성하고, 대체로 직6면체의 계합부재(40)를 사용했으나, 하부압압틀(30) 및 본체틀(10)에 원형단면의 구멍을 형성하고, 대체로 원주형상의 계합부재를 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또, 축비대칭면을 가진 하부압압틀(30)과 본체틀(10)을 계합시키도록 구성했으나, 상부압압틀(20)의 플랜지부 및 본체틀(10)의 상단(11) 근방에도 홈을 형성하고, 계합부재(40)를 이용해서 양자를 계합시키도록 구성해도 된다.
[제2실시예]
다음에, 본 발명의 광학소자 성형틀 및 광학소자 성형방법의 제2실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 제3도는 제2실시예의 광학소자 금형의 구성을 도시한 단면도이며, 제4도는 상부압압틀을 제외한 상태의 평면도이다. 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 제2실시예의 광학소자 성형틀은 대체로 원통형상의 본체틀(60)과, 본체틀(60) 상하의 개구부(61)(62)에 각각 감합되는 상부압압틀(70) 및 하부압압틀(80)으로 구성되어 있다. 본체틀(60) 및 상부압압틀(70)은 제8도에 도시한 종래예와 실질적으로 같다. 하부압압틀(80)의 상부면 성형면(81)에는 그레이팅(82)이 가해져 있다. 그레이팅(82)의 단면형상은 3각파 형상이며, 피치 0.2mm, 깊이 370mm이다. 또, 하부압압틀(80) 성형면(81)의 그레이팅(82) 격자방향과 평행한 방향의 양단부에는 깊이 약 2mm이고, 성형면과 이루는 각이 30°인 경사면(83)이 형성되어 있다. 유리소재(90)는 제1실시예와 같이 상부압압틀(70) 및 하부압압틀(80) 사이에 공급된다. 유리소재(90)로는 예를들면 BK-7(전이점 553℃, 굴복점 614℃)을 사용한다. 제2실시예는 본체틀(60)과 상부압압틀(70) 또는 하부압압틀(80)을 직접 고정하기 위한 기능을 형성하지 않고, 하부압압틀(80)의 성형면(81)에 경사면(83)을 형성함으로써 그레이팅(82)의 편의를 방지하는 일예이다.
이상과 같이 구성된 제2실시예의 광학소자 성형틀을 이용한 광학소자 성형방법에 대해 설명한다. 제3도에 도시한 바와 같이, 상부압압틀(70)과 하부압압틀(80) 사이에 유리소재(90)를 공급하고, 조립된 광학소자 성형틀을 예를들면 제9도에 도시한 광학소자 성형장치의 투입스테이지(232)로부터 공급하여 이송아암(234)에 의해 가열스테이지(227)로 이송하고, 유리소재(90)(BK-7)의 연화점 근방(약 520℃)까지 승온한다.
다음에 이송아암(234)에 의해 다음 스테이지인 압압스테이지(129)로 이송되며, 상부압압틀(70)이 도면중 화살표 B로 나타낸 방향으로 압압되어, 유리소재(90)가 소정형상으로 성형된다. 그 때 하부압압틀(80)의 성형면 양단부에 가한 경사면(83) 근방의 오목부에 유리소재(90)가 충전된다. 충전된 유리소재(90)는 하부압압틀(80)의 성형면(81)이 이루는 각 30°의 경사면(83)을 누르고 있다. 이 때, 하부압압틀(80)에는 경사면(83)이 눌리는데 따른 수직방향의 힘 외에 수평방향의 분력이 작용하여 사실상 축(63) 주변의 회전이 저지된다. 또, 압압스테이지(229)에서 냉각스테이지(231)로 이송될때 유리소재(90)가 냉각되고 수축되므로, 유리소재(90)가 경사면(83)을 누르는 힘이 증가한다. 그 때문에 유리소재(90)와 하부압압틀(80)의 축(63)을 중심으로 하는 회전이동뿐만 아니라 일단 형상전사된 유리소재(90)가 성형면(81)으로부터 평행하게 편의되는 것을 저지할 수 있다.
또, 이송아암(234)에 의해 광학소자 성형틀이 압압스테이지(229)로부터 냉각스테이지(231)에 반송될 때에도 하부압압틀(80)의 그레이팅(82)과 유리소재(90)가 회전이동 및 평행이동하지 않는다. 따라서, 냉각스테이재(131)에서는 그레이팅(82)이 편의되지 않고, 냉각되면서 압압성형된다. 그 후, 냉각스테이지(231)에서 광학소자 성형틀 및 유리소재(90)는 소망하는 광학성능을 얻기 위해 서서히 냉각온도(약 420℃)까지 냉각된다. 그 후, 성형된 광학소자는 성형틀 내부에서 서서히 냉각되면서 이송 암(234)에 의해, 광학소자 성형틀은 취출구(234)까지 반송되어 완성된 광학소자를 취출할 수 있다. 하부압압틀(80)의 그레이팅(82)과 성형된 광학소자(유리소재(90))는 이형되기까지 편의되지는 않는다.
종래의 광학소자 성형금형에서는 그레이팅을 가한 하부압압틀이 상하압압틀과 본체틀의 슬라이딩방향을 축으로 회전하거나, 일단 형상전사된 광학소자가 이동하고, 또 냉각프레이스되기 때문에 성형도중에 그레이팅의 편의를 일으키는 경우가 있었다. 그러나, 본 실시예의 광학소자 성형금형을 이용함으로써 상하압압틀과 본체틀의 슬라이딩방향을 축으로 한 회전을 방지할 수 있어서 광학소자(본 발명품)를 그레이팅 편의를 일으키지 않고 성형할 수 있다. 종래품은 그레이팅 편의되어 있기 때문에 무수히 분광하여 그레이팅 기능을 얻을 수 없었으나, 본 발명품은 그레이팅이 편의되지 않기 때문에 그레이팅 기능을 얻을 수 있어서 설계대로의 광학소자를 얻을 수 있음이 확인되었다.
또, 광학소자에 전사된 경사면(83)의 방향이 그레이팅의 방향과 일치하고 있기 때문에 한눈에 그레이팅 방향을 판별할 수 있다. 또, 렌즈경통측에 감합부를 가공함으로써 그레이팅의 위치결정을 정밀하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 제2실시예의 광학소자 성형틀 및 광학소자 성형방법에 의해 성형된 광학소자(예를들면 제3도에 있어서의 유리소재(90)가 고화된 것)는 경사면(83)을 형성하는 절결부에 충전된 부분(돌기)이 광학기기에 장착될 때의 방향결정수단으로 기능함은 물론이다.
[제3실시예]
다음에, 본 발명의 광학소자에 관한 제3실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 제5도는 본 발명의 광학소자 및 그것에 적합한 광학기기경통의 구성의 일실시예를 도시한 단면도이며, 제6도는 본 실시예의 광학소자를 그레이팅면쪽에서 본 사시도이다. 제5도에 있어서, 광학소자(200)의 상부면에는 예를들면 곡률반경이 150mm의 비구면형상렌즈기능면(201)이 형성되어 있으며, 하부면에는 그레이팅이 형성되어 있다. 그레이팅(202)의 단면형상은 예를들면 폭 0.5mm, 피치 0.8mm, 깊이 200nm의 직사각형상이다. 광학소자(200) 하부면의 그레이팅(202) 방향과 평행한 단부에는 각각 예를들면 폭 1mm, 깊이 0.5mm의 절결부(203)가 형성되어 있다. 광학소자(200)의 유리소재로는 SF-6(전이점 426℃, 굴복점 467℃)을 이용했다. 광학소자(200)의 외부직경은 약 ψ5, 두께 3mm이다. 또, 광학기기경통(210)은 예를들면 놋쇠 등의 금속제로서, 중앙부에 화살표 D방향으로부터의 광선 궤적을 차단하지 않기 위한 ψ3의 관통구멍(212)이 형성되어 있다. 또, 광학기기경통(210)에는 광학소자(200)에 형성된 절결부(203)와 계합하도록 폭 1mm, 높이 0.5mm의 볼록부(211)가 형성되어 있다.
상기 본 발명의 광학소자는 광디스크장치의 트래킹제어에 이용되는 렌즈이며, 반도체 레이저의 빔을 평행광으로 변환함과 동시에, 주(主)빔에 대해 2개의 부(副)빔을 발생시킨다. 광디스크장치에서는 주빔을 광 디스크상의 피트에 포커스했을 때 부빔을 광디스크의 트래킹방향으로 편의시켜서 인접한 트랙상의 피트와의 오인을 피한다. 그 때문에 성형된 렌즈를 광학기대에 장착할 때 그레이팅의 방향을 조절할 필요가 있다.
상기 본 발명의 광학소자는 상기 본 발명의 광학소자 성형틀 및 광학소자 성형방법을 응용하여 성형한 것으로, 예를들면 광학소자 성형틀의 축비대칭면을 가진 하부압압틀 성형면에 절결부(203)를 성형하기 위한 돌기 등(도시생략)을 형성함으로써 행한다. 이런 경우, 본체틀 및 압압틀(도시생략)의 본체틀과 감합하는 부분의 광축방향으로 단면은 대체로 직사각형이다. 광학소자(200)에 형성된 절결부(203)는 그레이팅(202)의 격자방향에 대해 평행하게 H커트 가공되고 있다. 마찬가지로 광학기기경통(210)에도 광학소자(200) 절결부(203)와 계합하는 볼록부(211)가 형성되어 있다. 그 때문에, 광학소자(200)를 광학기기에 장착할 때 광학소자(200)를 흡착펜(도시생략)으로 지지하고, 광학소자(200)를 회전시킴으로써 광학소자(200)의 광학기능방향을 용이하게 검지할 수 있다. 또, 일반적으로는 광학소자(200)에 형성된 절결부(203)의 깊이가 0.5mm 이하이면 광학소자(200)를 흡착펜으로 지지하는 광학기능 방향검출은 곤란하다.
종래의 광학소자에서는 광학소자를 광학기기에 장착하기 위한 방향을 현미경, 렌즈스폿 등의 검출기기에 의해 그레이팅방향을 검출하고, 광학소자를 광학기기에 장착하기 위한 방향을 검지하여 광학소자에 방향을 마크한 후 광학기기에 장착을 했으므로, 광학소자를 1개 광학기기에 장착하는 데 1분~5분의 시간을 요하므로 생산성이 매우 나빴다. 그러나, 본 발명의 광학소자를 이용함으로써 광학소자를 흡착펜에 의해 지지하고 회전시키는 것 만으로 광학기기에 장착할 수 있어서 광학소자를 광학기기에 1개 장착하는데 약 30초라는 짧은 시간에 할 수 있었다.
또, 본 실시예에서는 광학소자(200)의 장착방향 결정수단으로서 광학소자(200) 하부면에 절결부(203)를 형성하고, 광학기기경통(210)에 볼록부(211)를 형성하도록 구성했으나, 광학소자의 광학적 기능을 저해하지 않고 정밀하게 광학기기에 장착할 수 있다면 다른 구성을 이용해도 된다. 예를들면, 제7(a)도는 그레이팅(202)이 가해진 성형면에 위치 및 방향결정용 3각형상 단면을 가진 돌기(204)를 형성한 일예로서, 돌기(204)는 축비대칭의 광학기능면인 그레이팅(202) 방향과 평행하게 형성되어 있다. 이 광학소자를 성형하는 광학소자 성형틀의 압압틀(도시생략) 성형면에는 그레이팅과 평행하게 단면이 대체로 3각 홈이 형성되고, 홈의 경사면이 제3도에 도시한 제2실시예에 있어서의 경사면(83)과 마찬가지로 기능을 다한다. 그 때문에 압압틀의 광축 주변의 회전이 저지되어 그레이팅(202) 편의가 발생하지 않는다. 또, 성형된 광학소자(200)의 돌기(204)가 광학기기에 장착될 때의 방향결정수단으로서 기능한다.
제7(b)도는 대체로 원본체틀상의 광학소자(200) 외주부를 그레이팅(202) 방향과 평행하게 장착방향결정 및 압압틀 회전저지용 평면(205)을 형성한 일예이다. 이 광학소자를 성형하는 광학소자 성형틀 본체틀 및 압압틀(도시생략)의 본체틀과 감합하는 부분의 단면은 대체로 타원형으로, 대향하는 한쌍의 평행한 변과 대향하는 한쌍의 원호형상 변을 가진다. 이 경우, 본체틀과 압압틀이 평면을 통해 감합되므로, 압압틀은 광축 주변으로 회전하지 않는다. 또, 형성된 광학소자(200)의 평면(205)은 광학기기에 장착할 때의 방향결정수단으로서 기능한다.
제7(c)도는 대체로 원본체틀상의 광학소자(200)의 외주부 근방에 장착방향결정 및 압압틀 회전저지용의 대체로 원형단면을 가진 절결부(206)를 형성한 일예이다. 이 광학소자를 성형하는 광학소자 성형틀의 본체틀(도시생략)은 예를들면 대체로 원본체틀상으로, 그 원통내주면에 절결부(206)와 반대 형상인 반원통형상의 돌기가 형성되어 있다. 본체틀과 감합하는 압압틀(도시생략)도 광학소자와 마찬가지로 원통외주면에 절결이 형성되어 있으며, 이 절결과 돌기의 계합에 의해 압압틀의 축방향 회전이 저지된다.
또, 성형된 광학소자(200)의 절결부(206)는 광학기기에 장착할 때의 방향결정수단으로서 기능한다.
제7(d)도는 제7(a)도와 마찬가지로 그레이팅(202)이 가해진 성형면에 위치 및 방향결정용 3각형상 단면을 가진 돌기(204)를 형성한 일예로서, 돌기(204)는 축비대칭의 광학기능면인 그레이팅(202) 방향과 평행하게 형성되어 있다. 제7(e)도는 제7(b)도와는 반대로 대체로 원본체틀상의 광학소자(200) 외주부에 그레이팅(202) 방향과 평행하게 장착방향결정 및 압압틀의 회전저지용 돌기(204) 및 경사면(207)을 형성한 일예이다. 제7(f)도는 곡률반경이 가까운 구면 또는 비구면(201)(201′)을 가진 광학소자의 장착방향 판별에 돌기(204)를 이용한 예를 나타낸다.
본 발명은 그레이팅 등의 축비대칭의 광학기능면을 가진 광학소자를 압압성형할 때 하부압압틀(80) 성형면(81)의 양단부를 절결하여 경사면(83)을 형성하고, 압압성형시 절결부에 충전된 유리소재(90)가 경사면(83)을 압압하여 본체틀(60)내에서 하부압압틀(80) 축(61) 주변의 회전을 저지함과 동시에, 절결부에 충전된 부분이 광학기기 장착기준이 되게 하여 그 결과 압압틀의 회전이 저지되어 축비대칭의 광학기능면 편의를 없앨 뿐만 아니라, 광학소자를 광학기기에 장착할 때의 장착방향결정을 용이하게 할 수 있다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 광학기능면과, 상기 광학기능면의 유효부분 이외의 부분에 볼록 또는 오목 형상으로 광학기기에의 장착기준부를 포함하고, 상기 광학기능면중 적어도 1면은 그 광축에 대해 비대칭이며, 상기 장착기준부중 적어도 하나의 능선은 상기 광축에 대해 비대칭인 광학기능면의 광축중심을 통하는 주축 또는 부축중 적어도 한쪽으로 평행한 것을 특징으로 하는 광학소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학기능면은 2면으로 이루어지며, 각각 곡률이 근사한 양 볼록 또는 양 오목의 구면 또는 비구면인 것을 특징으로 하는 광학소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 장착기준부는 상기 광학소자의 광학기능면 유효부분과 광학소자의 측면부 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 장착기준부는 경사면인 것을 특징으로 하는 광학소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광축에 대체로 직교하는 단면형상이 대체로 직사각형인 것을 특징으로 하는 광학소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광축에 직교하는 단면형상이 한쌍의 평행한 변 및 대향하는 한쌍의 원호형상변으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학소자.
  7. 양단에 개구부를 가진 본체틀과, 상기 본체틀의 각 개구부에 감합하고, 상기 본체틀 내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가진 광학소자 성형틀에 있어서, 상기 압압틀중 적어도 한쪽 성형면의 광학기능부분 이외의 부분에 절결부가 형성되고, 상기 절결부는 상기 성형면과 소정 각도를 이루는 경사면을 형성하도록 형성되며, 상기 한쌍의 압압틀 사이에 공급되는 광학소재를 압압할 때 상기 절결부에 충전된 상기 광학소재가 상기 경사면을 압압하여, 상기 절결부가 형성된 압압틀의 슬라이딩 방향을 축으로 하는 회전을 저지하는 것을 특징으로 하는 광학소자 성형틀.
  8. 제7항에 있어서, 상기 경사면이 형성된 성형면은 축비대칭인 것을 특징으로 하는 광학소자 성형틀.
  9. 제8항에 있어서, 상기 경사면의 능선이 상기 축비대칭인 성형면의 주축 또는 부축의 어느 한쪽이 평행한 것을 특징으로 하는 광학소자 성형틀.
  10. 양단에 개구부를 가진 본체틀과, 상기 본체틀의 각 개구부에 감합하고, 상기 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가진 광학소자 성형틀에 있어서, 상기 압압틀중 적어도 한쪽 성형면의 광학기능부분 이외의 부분에 돌기부가 형성되고, 상기 돌기부가 형성된 성형면은 축비대칭이며, 상기 돌기부는 상기 축비대칭인 성형면의 주축 또는 부축의 어느 한쪽으로 평행한 것을 특징으로 하는 광학소자 성형틀.
  11. 양단에 개구부를 가진 본체틀과, 상기 본체틀의 각 개구부에 감합하고, 상기 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가진 광학소자성형틀에 있어서, 상기 본체틀 및 상기 압압틀의 본체틀과 감합하는 부분은 상기 압압틀의 슬라이딩방향으로 직교하는 방향의 단면이 직사각형인 것을 특징으로 하는 광학소자 성형틀.
  12. 양단에 개구부를 가진 본체틀과, 상기 본체틀의 각 개구부에 감합하고, 상기 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀을 가진 광학소자 성형틀에 있어서, 상기 본체틀 및 상기 압압틀의 상기 본체틀과 감합하는 부분은 상기 압압틀의 슬라이딩 방향으로 직교하는 방향의 단면이 한쌍의 평행한 변 및 대향하는 한쌍의 원호형상 변으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학소자 성형틀.
  13. 본체틀내에서 슬라이딩하는 한쌍의 압압틀 사이에 광학소재를 공급하고, 상기 광학소재를 연화점 근방의 온도로 가열한 상태에서 압압틀을 슬라이딩 방향으로 압압하며, 상기 광학소재를 소정 형상으로 성형하고, 그 상태에서 냉각하는 광학소자 성형방법에 있어서, 상기 압압틀중 적어도 한쪽 성형면은 축비대칭이고, 상기 축비대칭의 성형면을 가진 압압틀의 상기 성형면 광학기능범위 이외의 부분에 상기 성형면과 소정의 각도를 이루는 경사면을 형성하도록 절결부를 형성하고, 상기 광학소재를 상기 절결부에 충전하여 상기 충전된 광학소재를 통해서 경사면을 누르고, 상기 절결부가 형성된 압압틀의 상기 슬라이딩 방향을 축으로 하는 회전을 저지하는 것을 특징으로 하는 광학소자 성형방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광학소재를 연화점 근방의 온도로 가열하는 공정과, 상기 압압틀을 압압하는 공정과, 상기 냉각하는 공정이 각각 다른 스테이지에서 실행되고, 본체틀과 한쌍의 압압틀을 포함하는 광학소자 성형틀이 스테이지 사이를 이동하는 것을 특징으로 하는 광학소자 성형방법.
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