JP4414896B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラ、ビデオ、顕微鏡またはレーザー等の光学機器に使用される球面レンズ、非球面レンズ、プリズム等の高精度な光学素子を、光学機能面を有する一対の成形型によりプレス成形するための光学素子の成形方法に関し、特に、成形前に光学素子の載置位置を検知し、成形レンズの偏肉精度を向上させることができる光学素子の成形方法に関する。

近年盛んに検討されてきたガラスレンズやプラスチックレンズを精密成形により製造する方法は、所望のレンズ形状に対応した高精度な成形面形状を有した成形型を用い、所定の粘度域となるまで加熱軟化させたガラスやプラスチックなどの光学成形素材からなる予備成形体を精密にプレス成形することで、光学鏡面を有する光学素子を仕上げ研磨等の後加工をすることなく得ることができるものである。

このような光学素子の成形方法についての従来技術として、例えば特開平９−２８６６２３号公報（特許文献１）には、成形型から光学素子をスムーズに離型し、光学素子の生産性を向上するための成形方法および装置が開示されている。
特開平９−２８６６２３号公報

しかしながら、成形前に予備成形体が成形型の中心からずれて載置されていると、中心軸（光軸）に対するキャビティ内の充填量の偏りあるいは成形レンズの重量の偏り（以下、偏肉と記載する）が生じ、肉厚不良や偏肉不良が発生してしまう。これらの不良は成形後に検知するしかなく、不良発生の防止策がないという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、成形前に予備成形体の載置位置を検知し、予備成形体の載置位置のずれによる偏肉不良の発生を未然に防止することにより、偏肉精度の向上を図った良品質な光学素子を得ることができる光学素子の成形方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態における光学素子の成形方法は、あらかじめ下型の中心部の高さと、上型の中心部の高さと、光学素子素材の中心部の高さとを測定し、これらの高さを総計することによって型全体の高さを算出する方法を含む。

また、本発明の別の実施形態における光学素子の成形方法は、下型上の中心位置に予備成形体を載置し、その上に上型をセットした後、型全体の高さを測定する方法を含む。
上記２つの方法では、上記型全体の高さを基準となる高さとしてあらかじめ求めておくようにする。予備成形体の載置位置が中央からずれると、そのずれ量に応じて型全体の高さが変化するため、予備成形体を載置した状態で型全体の高さを測定し、その高さと基準となる高さとの差を求めることにより、予備成形体が成形型の中心からどれだけずれているのかを検知するようにする。

本発明の光学素子の成形方法によれば、成形前に予備成形体の成形面の中心からのずれを検知し、ずれを修正した後に成形を行うことにより、成形レンズの偏肉不良を未然に防止し、偏肉精度の向上を図った良品質な光学素子を得ることができる。

以下、本発明の実施形態に係る光学素子の成形方法について、図面を参照しつつ説明する。
［実施例１］
まず、図１および図２に基づいて、本実施形態における光学素子の成形方法について説明する。

図１は本実施形態に係る光学素子の成形方法において、予備成形体が型の中心に載置された状態の光学素子の成形装置を示す概略断面図である。同図において、上記成形装置は、両凸レンズの成形を行うためのものである。成形型は下型２、上型３および円筒状の胴型１から構成され、下型２および上型３は胴型１内に収納されている。下型２および上型３の成形面の中心からの高さをそれぞれａおよびｂとする。この成形型内に曲率半径ｒを有する球状または略球状の予備成形体４を成形面の中心に載置する。この場合の成形型全体の高さはａ＋ｂ＋２ｒであり、本実施形態において、この高さを基準となる高さとする。また、下型２の近似曲率半径をＲ₁、上型３の近似曲率半径をＲ₂とする。

図２は本実施形態に係る光学素子の成形方法において、実際の成形のために予備成形体を上下型の間に載置した状態の光学素子の成形装置を示す概略断面図である。図２は、図１と同様の構成を有する光学素子の成形装置であるが、予備成形体４が成形面の中心からｄだけずれて載置されているものとする。また、図１と同様に、下型２の近似曲率半径をＲ₁、上型３の近似曲率半径をＲ₂とする。この場合の成形型全体の高さと図１によってあらかじめ測定されている基準となる高さとの差をｔとする。この高さの差ｔは、以下に示される式によって表すことができる。

図３は上記方法を用いた光学素子の成形方法のシーケンスである。基準となる型全体の高さに基づいてずれ量の許容範囲を設定し、予備成形型４を載置した状態で測定した型全体の高さと、上記基準となる高さとの差分値が上記許容範囲内の値である場合、成形を開始する。一方、上記差分値が上記許容範囲外である場合、成形を行わず載置位置を修正し、再び成形型全体の高さを測定する。上記差分値が上記許容範囲内となるまでこの操作を繰り返し、上記差分値が上記許容範囲内となった場合に成形を行うことにより、成形レンズの偏肉不良を未然に防止することができる。

図４は、具体例として下型２の近似曲率半径Ｒ₁＝１６、上型３の近似曲率半径Ｒ₂＝１３、予備成形体４の半径ｒ＝４のような比率とした場合の、予備成形体４の中心からのずれ量ｄと型全体の高さの差ｔとの相関関係を示す図である。本実施形態において、成形型外形と胴型内径との差によってクリアランスが存在するために上型の底面に傾きが生じ、測定誤差が発生することがある。そのため、互いに平行に移動する一対の平面板に成形型を挟み、これら二枚の平面板間の距離を測定することとした。同図において、予備成形体の載置位置が中心からずれるに従い、成形型全体の高さの差ｔがより大きくなることが示されている。

図５は、本実施形態に係る型全体の高さの差ｔに対する、成形レンズの良否を示すヒストグラムである。同図において、成形型全体の高さの差ｔが１．５μｍ以下である場合、高い頻度で良品が得られることが示されている。この結果に従い、光学素子成形時のｔの閾値を１．５μｍに設定し、ｔが１．５μｍ以下の場合に成形を行うようにすることにより、歩留まり率１００％を達成することができた。本発明の成形方法を適用する前は成形レンズの歩留まり率が９３％であったのに対して、本実施形態において歩留まり率を向上させることができた。
［実施例２］
次に、図６および図７に基づいて、本実施形態における光学素子の成形方法について説明する。

図６は本実施形態に係る光学素子の成形方法において、予備成形体が型の中心に載置された状態の光学素子の成形装置を示す概略断面図である。同図においては、図１における成形装置と上下型の光学機能面の形状が異なるが、その他の構成は図１と同様である。成形型は下型２１、上型３１および円筒状の胴型１１から構成され、下型２１および上型３１は胴型１１内に収納されている。下型２１および上型３１の成形面の中心からの高さをそれぞれａ'およびｂ'とする。この成形型内に曲率半径ｒ'を有する球状または略球状の予備成形体４１を成形面の中心に載置する。この場合の成形型全体の高さはａ'＋ｂ'＋２ｒ'であり、本実施形態において、この高さを基準となる高さとする。また、下型２１の近似曲率半径をＲ₁₁、上型３１の近似曲率半径をＲ₂₁とする。

図７は本実施形態に係る光学素子の成形方法において、実際の成形のために予備成形体を上下型の間に載置した状態の光学素子の成形装置を示す概略断面図である。図７は、図６と同様の構成を有する光学素子の成形装置であるが、予備成形体４１が成形面の中心からｄ'だけずれて載置されているものとする。また、図６と同様に、下型２１の近似曲率半径をＲ₁₁、上型３１の近似曲率半径をＲ₂₁とする。この場合の成形型全体の高さと図６によってあらかじめ測定されている基準となる高さとの差をｔ'とする。この高さの差ｔ'は、以下に示される式によって表すことができる。

図８は、具体例として下型２１の近似曲率半径Ｒ₁₁＝７．８、上型３１の近似曲率半径Ｒ₂₁＝２９、予備成形体４１の半径ｒ'＝５．３のような比率とした場合の、予備成形体４１の中心からのずれ量ｄ'と型全体の高さの差ｔ'との相関関係を示す図である。同図において、予備成形体の載置位置が中心からずれるに従い、成形型全体の高さの差ｔ'がより大きくなることが示されている。

なお、実施例１および２の実施形態においては、あらかじめ下型の中心部の高さと、上型の中心部の高さと、予備成形体の中心部の高さとを測定しておき、これらの高さを総計することによって型全体の高さを算出したが、あらかじめ下型上の中心位置に予備成形体を載置し、その上に上型をセットした後型全体の高さを測定し、これを基準となる高さとして求めることも可能である。

第１の実施形態において予備成形体が型の中心に載置された状態の光学素子の成形装置を示す概略断面図である。 第１の実施形態において実際の成形のために予備成形体を上下型の間に載置した状態の光学素子の成形装置を示す概略断面図である。 本発明における光学素子の成形方法のシーケンスを示す図である。 第１の実施形態において予備成形体の中心からのずれ量ｄと型全体の高さの差ｔとの相関関係を示す図である（下型２の近似曲率半径Ｒ₁＝１６、上型３の近似曲率半径Ｒ₂＝１３、予備成形体４の半径ｒ＝４の比率とした場合）。 第１の実施形態における型全体の高さの差ｔに対する、成形レンズの良否を示すヒストグラムを示す図である。 第２の実施形態において予備成形体が型の中心に載置された状態の光学素子の成形装置を示す概略断面図である。 第２の実施形態において実際の成形のために予備成形体を上下型の間に載置した状態の光学素子の成形装置を示す概略断面図である。 第２の実施形態において予備成形体の中心からのずれ量ｄ'と型全体の高さの差ｔ'との相関関係を示す図である（下型２１の近似曲率半径Ｒ₁₁＝７．８、上型３１の近似曲率半径Ｒ₂₁＝２９、予備成形体４１の半径ｒ'＝５．３の比率とした場合）。

符号の説明

１、１１ 胴型
２、２１ 下型（成形型）
３、３１ 上型（成形型）
４、４１ 予備成形体（光学素子素材）
Ｒ₁、Ｒ₁₁ 下型の近似曲率半径
Ｒ₂、Ｒ₂₁ 上型の近似曲率半径
ａ、ａ' 下型における成形面の中心からの高さ
ｂ、ｂ' 上型における成形面の中心からの高さ
ｒ、ｒ' 予備成形体の曲率半径
ｄ、ｄ' 予備成形体の成形面の中心からのずれ量
ｔ、ｔ' 成形型の高さの差

Claims (6)

1. 光学素子素材を加熱軟化させ、光学機能面を有する下型および上型からなる一対の成形型によってプレス成形する光学素子の成形方法において、
   前記下型を胴型にセットし、前記下型の上に前記光学素子素材を載置し、さらに、前記光学素子素材の上に前記上型をセットした状態で成形型全体の高さを測定し、
   前記光学素子素材が前記下型上の中心位置に載置されている状態での成形型全体の高さを基準の高さとし、該基準の高さと前記測定した高さとの比較に基づき、前記光学素子素材の載置位置のずれ量を検知することを特徴とする光学素子の成形方法。
2. 前記基準の高さは、あらかじめ、前記下型の中心部の高さと、前記上型の中心部の高さと、前記光学素子素材の中心部の高さとを測定しておき、これらの高さを総計することによって算出す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。
3. 前記基準の高さは、あらかじめ、前記光学素子素材が前記下型上の中心位置に載置されている状態での成形型全体の高さを測定することによって求め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。
4. 前記基準の高さに基づいて前記ずれ量の許容範囲を設定しておき、前記ずれ量が該許容範囲内の値である場合、成形を開始することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学素子の成形方法。
5. 前記光学素子素材が球状体または略球状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。
6. 前記成形型が所望のレンズ球状に近似した曲率を有する曲面あるいは平面で構成されてい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。