CN1550461A - 成形体的制造方法、制造装置以及光学拾取单元用物镜 - Google Patents

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Abstract

一种成形体的制造方法，包括，以具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模对加热软化的成形原料进行挤压。依据对所成形的成形体进行测定而测得的光学性能，至少对某一个成形模的挤压速度进行修正，以修正后的挤压速度再进行成形体的成形。通过每成形既定数量的成形体便至少对某一个成形模的挤压速度进行修正，并以修正后的挤压速度再进行成形体的成形，使成形体的光学性能维持在既定范围内。依据对所成形的成形体进行测定而测得的形状，至少对某一个成形模的挤压速度进行修正，以修正后的挤压速度再进行成形体的成形。还提供一种可在上述制造方法中使用的成形装置、以及、不必对模具进行再加工、稳定地持续连续地进行压力成形而制造出高性能透镜的方法。

Description

成形体的制造方法、制造装置以及光学拾取单元用物镜
技术领域
本发明涉及，将光学玻璃等玻璃原料加热软化，利用成形模高精度地进行压力成形的、制造出成为诸如玻璃透镜等光学元件的成形体的方法。
背景技术
近年来，在照像机、摄像机等光学设备中使用的光学玻璃透镜等光学元件的制造方面，出现了很多对加热软化的光学玻璃原料以金属或陶瓷等制成的模具进行压力成形，不经过研磨等加工而制造玻璃光学元件的方法，并已实际使用。
但是，采用上述技术时，在压力加工之后的冷却工序中，经压力成形得到的透镜会发生收缩，因而无法得到将模具成形面的形状原原本本转印过来的透镜。为此，有人提出，制备一种加工成可将成形面与透镜之间的形状误差消除的形状的模具，使用该模具进行压力加工的方法。
例如，专利文献1(特开平6-72726号公报)以及专利文献2(特开平8-337426号公报)公开了一种，在压力成形之后因冷却收缩而导致透镜产生一定的畸变的场合，使用预先加工成可将该畸变消除的形状的模具对玻璃原料进行压力加工的方法。
但是，如上所述使用加工成可将透镜的形状误差消除的形状的模具的方法，存在着如下问题。
就对模具形状进行修正加工的方法而言，即使压力加工条件稳定，有时也会发生这种情况，即，成形面经过重复进行多次压力加工将随时间发生变化，导致模具形状一点一点地改变。为此，每当透镜的形状出现误差、超出允许范围时，必须一次次地进入模具加工工序，在模具加工工序期间，要暂时停止压力加工。因此，存在着从接受定单到制品完成为止的加工准备时间较长、生产率低、成本高等问题。
此外，在过去，即使透镜的形状多少出现一些误差，只要对透镜光学特性的要求不是很严格，也不去注意重复进行多次压力加工引起的成形面随时间改变的问题，实质上是无视其存在地进行生产活动的。而且，对模具形状进行修正加工的方法，也不能够解决这一问题。
然而，近年来，作为光学拾取单元用透镜和摄像***透镜，对透镜光学特性的要求变得非常严格。
例如，就光学拾取单元用的高NA物镜而言，随着记录密度的提高，聚光于光盘上的光点的直径非常小。如何减小安装透镜和对透镜进行驱动时的偏斜或位置误差所引起的像差，随之成为需要解决的重要技术课题，要求提高安装前透镜自身的性能(减小波像差)。
要想提高透镜自身的性能，就要将波像差设计得很小，并且要减小相对于透镜设计值的透镜的制造误差。但是，随着透镜的高NA化及使用波长的短波化，相对于制造误差其像差的允许量，与NA的2～3次方成反比，而且与波长成反比，因而变得更小(更加严格)。因此，实际上，要稳定地制造高性能的透镜是非常困难的。
作为光学拾取单元用的聚光光学***，由多组多片构成也能够达到所希望的性能，这样构成虽然可使各个透镜的制造容许误差变得宽松，但另一方面，透镜片数的增加，将使得在小型化和透镜之间位置的调整方面面临新的问题。为此，要求光学拾取单元用的聚光光学***，能够以一片透镜(单透镜)达到高NA。但是，单透镜的制造容许误差，与多组多片透镜相比将变得更小。例如NA0.85单透镜的容许误差，与2组2片透镜相比，要严格3～10倍以上。
此外，要设计出所用透镜材料的折射率具有上限的中、高性能的高NA透镜，不得不至少加大一个透镜面的最大面倾角(透镜上任意点上的法线与光轴的夹角之中的最大者)。此外，为了实现小型化，有必要减小透镜的有效直径以及透镜的外径。这些因素也是导致制造容许误差变得严格的原因。
透镜的波像差，主要包括球面像差、彗形像差、像散。在透镜的设计上，要极力做到使光轴上的波像差以及球面像差为零的最佳设计(彗形像差和像散起因于透镜面的偏斜或偏心、对称性等制造误差，设计时当然为零)。
要想通过压力成形在制造上得到波像差为0.04λrms以下的透镜，首先，最先需要使球面像差特别是其中的3次球面像差尽可能小，达到±0.02λrms以下，尤以±0.01λrms以内为佳。
球面像差起因于，透镜面的曲率半径误差(非球面形状时为近轴曲率半径)、透镜表面形状误差、透镜片厚误差、透镜材料的折射率误差等制造误差。以现有的模具加工技术和压力加工技术，要想对作为这类引起透镜产生球面像差的原因的、表面形状精度和片厚精度精密地进行控制、以及、稳定地维持该精度，是非常困难的。特别是在，连续压力加工中影响模具转印精度的模具的表面状态(脱模膜与玻璃之间的摩擦特性)的改变所带来的球面像差的改变、以及、对此进行控制的方法，等方面，尚完全未知。
此外，要想控制球面像差较小并且离散性达到所希望的值，就必须使模具形状精度和片厚控制精度，在模具加工机和压力成形机的机械精度的极限值以下。因此，要想通过对模具形状精度和片厚控制精度进行控制而批量生产出这种成形难度高的透镜，实质上是不可能的。
特别是使用青紫色激光的光学拾取单元，需要使光学***的总体球面像差小。为此，是采用对球面像差进行修正的光学元件，对因物镜以及其它光学元件的安装误差、和、驱动时的角度偏差和位置偏差而产生的总体球面像差进行修正的。
但是，若修正量过大，在减小3次球面像差的同时，5次球面像差将显著增大，其结果，波像差变大，导致聚光束光点的质量下降。因此，以修正光学元件进行修正的像差量以尽可能小为宜。
因此，强烈希望首先能够使因物镜而产生的球面像差尽可能小，光学拾取单元光学***的总体像差余量大，非常希望能够制造出可满足这种希望的光学拾取单元用物镜。
另一方面，与光学拾取单元透镜同样，作为小型高性能摄像透镜，要达到所要求的性能，制造容许误差也将变得非常严格。小型高性能摄像透镜，对于上下表面之间的偏斜或偏心等误差非常敏感，若彗形像差增大某一程度，则需要相应地减小球面像差，因此，非常希望能够制造出小球面像差摄像透镜。
发明内容
为此，本发明是鉴于上述技术背景而提出的，其目的是，提供一种，即使是高性能的透镜，并且即使是在压力加工中会产生使所成形的透镜的精度和性能改变的原因的条件下，也能够不对模具进行再加工地、稳定持续地连续进行压力成形而制造出具有上述高性能的透镜的方法。
特别是，本发明的目的是，提供一种，对于高NA单透镜的球面像差(3次球面像差)与期望值之差在±0.02λrms以内、最好是在±0.01λrms以内、甚至实质上为零的高性能透镜，即使在压力加工中产生会使所成形的透镜的精度和性能改变的原因的条件下，也能够不对模具进行再加工地、稳定持续地连续进行压力成形而进行制造的方法，以及，提供一种球面像差(3次球面像差)与期望值之差在±0.02λrms以内的透镜。
本发明人着眼于，即使在稳定的条件下连续地对玻璃原料进行压力成形，成形条件实际上并非固定不变，例如，由于设置在成形面上的脱模膜的状态的改变等原因，所成形的成形体(例如透镜)的性能并非固定不变。
并且，反而利用高NA单透镜的像差产生量相应于制造误差量大(误差灵敏度高，制造容许误差严格)这样一个特点，使得在压力成形时能够对透镜的3次球面像差进行精密控制，从而实现了能够稳定地批量生产高性能透镜的本发明。
本发明如下所述。
(1)一种成形体的制造方法，包括，以具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模对加热软化的成形原料进行挤压，
还包括，对成形原料进行挤压成形以形成成形体，对所成形的成形体的光学性能进行测定，依据测定的光学性能至少对某一个成形模的挤压速度进行修正，采用修正后的挤压速度再进行挤压成形以形成成形体。
(2)如(1)所记载的制造方法，所说挤压速度的修正，依据预先求得的挤压速度与光学性能二者的相关关系进行。
(3)一种成形体的制造方法，包括，以具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模对加热软化的成形原料进行挤压，其特征是，
通过每挤压成形出既定数量的成形体，便至少对某一个成形模的挤压速度进行修正，采用修正后的挤压速度再进行挤压成形以形成成形体，使得成形体的光学性能维持在既定范围内。
(4)如(3)所记载的制造方法，所说挤压速度的修正，依据预先求得的、连续成形的成形体数量与所成形的成形体的光学性能之间的相关关系进行。
(5)如(1)～(4)所记载的制造方法，光学性能是球面像差。
(6)一种成形体的制造方法，包括以具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模对加热软化的成形原料进行挤压，
还包括，对成形原料进行挤压成形以形成成形体，对所成形的成形体的形状进行测定，依据测定的形状至少对某一成形模的挤压速度进行修正，采用修正后的挤压速度再进行挤压成形以形成成形体。
(7)如(6)所记载的制造方法，所说挤压速度的修正，依据预先求得的、挤压速度与形状二者的相关关系进行，并且，所说形状，是成形体的第1面和第2面之某一面的近轴曲率半径。
(8)一种成形装置，具有，具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模，以及，为了将供给成形模的成形原料挤压成形、而对一对成形模之中的某一成形模以既定速度进行驱动的机构，
还具有，对所成形的成形体的光学性能、形状或数量进行检测的机构，以及，依据所测得的性能、形状或数量，对成形模的挤压速度进行修正后使所说驱动机构进行驱动的控制部。
(9)一种光学拾取单元用物镜，数值口径为0.6以上、近轴曲率半径为3mm以下、透镜有效直径为5mm以下、最大面倾角为45度以上，其特征是，430nm以下既定波长(λ)下的3次球面像差在±0.02λrms以内。
(10)一种光学拾取单元用物镜，数值口径为0.6以上、近轴曲率半径为3mm以下、透镜有效直径为5mm以下、最大面倾角为45度以上，其特征是，430nm以下既定波长(λ)下的波像差在0.04λrms以内。
附图的简要说明
图1是可应用于本发明的压力加工装置的模具附近部分的概略剖视图。
图2示出挤压速度与球面像差的关系。
图3示出所成形的透镜的球面像差。
图4示出随着压力加工次数增加，3次球面像差的值增大。
图5是可应用于本发明的压力加工装置的模具附近部分的概略剖视图。
图6示出以挤压速度进行修正的同时进行压力加工时的凹面侧非球面近轴R的变化趋势。
图7示出用于本发明成形装置中的、光学性能、形状或数量的检测机构、控制部以及下模驱动机构之间的信号流向。
发明的实施形式
[成形体的制造方法]
本发明的成形体的制造方法，是一种包括，以具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模对加热软化的成形原料进行挤压，的方法。
本发明中所使用的成形原料，包括玻璃、树脂等，而下面将以玻璃原料为例进行说明。此外，本发明的成形体，可以是由玻璃或树脂成形而成的诸如透镜等光学元件。下面，以玻璃透镜为例进行说明。
通常，随着连续进行压力成形，各成形条件将一点一点微小地发生变化。例如，作为形成于成形模的成形面上的脱模膜，随着压力加工的重复进行，其表面状态发生变化。再经过更多次数的压力加工，脱模膜将损耗、损坏，因而需要将损坏的脱模膜去除，重新形成脱模膜。但是，本发明人发现，即使在压力加工开始后的数次～数十次加工的非常靠前的初始阶段，也在一点一点微小地发生变化，因而影响着成形后的透镜等光学元件的性能。
随着成形次数的重复，脱模膜的摩擦系数在微小地变化。这将使得，在成形模进行挤压而将其形状转印过去时作用于玻璃原料的应力发生变化。其结果，各自具有不同残留应力的成形体，在冷却过程中各自发生差异微小的收缩举动。收缩举动的改变，将造成透镜的形状、结果是光学性能、特别是球面像差的改变。
本发明人发现，通过改变压力加工时的挤压速度，能够消除随着重复进行压力加工而改变的残留应力所带来的光学性能的改变。所说挤压速度，是指成形模对成形原料进行挤压的速度。在以下模驱动方式进行挤压成形的场合，是指下模的上升速度。
本发明中，所说光学性能，例如可以是像差或者最小光点直径；作为像差，可列举出球面像差、像散、彗形像差。尤以将球面像差(3次球面像差，SA3)作为光学性能为宜。但也可以是所举示例之外的其它光学性能。
当以成形模进行的压力成形重复进行时，所成形的透镜的3次球面像差的绝对值将以微小的幅度增大。该状态示于图4。3次球面像差，特别是对于光学拾取单元的物镜等单独使用且要求具有很高光学性能的透镜而言，在重放/记录等性能方面具有重要的意义。对于图4所示的例子，本发明人经过调查判明，尽管压力加工开始时3次球面像差约为零，但随着压力加工次数的增加，作为3次球面像差的值，其绝对值增大。为此，根据该调查结果，本发明是在压力成形过程中改变压力加工条件，以抵消光学性能如上所述的改变而使3次球面像差接近于零，或者为零的。
压力成形时所采用的条件有很多，但本发明还发现，其中的挤压速度与3次球面像差之间有一定的相关关系。如后所述，经过预先对挤压速度与球面像差的关系进行研究判明，例如有图2所示的相关关系。因此发现，通过对挤压速度进行适当操控，能够进行可将随着成形次数的增加而增大(变差)的球面像差抵消这样的修正。
为此，若事先掌握随着既定的挤压速度的增大(或者减小)而产生的球面像差的变化量，则通过，边连续进行压力成形边测定所成形透镜的球面像差，根据该测定值进行使挤压速度增大或减小的修正，并采用修正后的挤压速度，便始终能够持续地成形出满足球面像差公差要求的透镜。例如，在随着压力加工次数的增加，所成形的透镜的球面像差向负方向变大的场合，将挤压速度逐渐增大是有效的。
进而，若预先掌握既定压力加工次数下产生的球面像差的变化量、以及、随着既定的挤压速度的增大(或减小)而能够产生的球面像差的变化量，则相对于每一既定压力加工次数，阶段性地或连续地改变挤压速度，便能够持续生产出球面像差始终满足公差要求的透镜。
即，作为本发明制造方法的第1方案，包括，进行成形体的成形，对所成形的成形体的光学性能进行测定，依据测定的光学性能，至少对某一成形模的挤压速度进行修正，以修正后的挤压速度再进行成形体的成形。挤压速度的修正，可依据预先求得的挤压速度与光学性能二者的相关关系进行。
作为本发明制造方法的第2方案，通过每成形出既定数量的成形体，便至少对某一成形模的挤压速度进行修正，以修正后的挤压速度再进行成形体的成形，使得成形体的光学性能维持在既定范围内。挤压速度的修正，可通过预先求得连续成形的成形体的数量、与、所成形的成形体的光学性能二者的相关关系而依据该相关关系进行。
作为本发明制造方法的第3方案，包括，进行成形体的成形，对所成形的成形体的形状进行测定，依据测定的形状，至少对某一成形模的挤压速度进行修正，以修正后的挤压速度再进行成形体的成形。挤压速度的修正，可依据预先求得的、挤压速度与光学性能二者的相关关系进行。此外，成形体的形状，可以是成形体的第1面和第2面之某一面的近轴曲率半径。
所成形的透镜的光学性能之所以随着，随着成形次数的增加而变化的、玻璃原料的成形条件的变化，而发生变化，是由于透镜的形状发生变化的缘故。如上所述通过对所成形的透镜的光学性能进行测定而对挤压速度进行修正的方法，可通过采用对光学性能进行测定的装置简便地进行，因而是极为有效的。但是，对于有些透镜，要测定单一透镜的光学性能(例如球面像差)是困难的。这是由于，以多片透镜形成一个光学***(诸如光学拾取单元等)时所使用的透镜，作为单一透镜，不能呈现出可进行像差测定的波面。此时，直接测定随着压力加工次数的增加而变化的透镜的形状即可。
在这里发现，与球面像差具有相关关系而变化(即与所采用的挤压速度相关地变化)的压力加工条件，对于球面来说是曲率半径，对于非球面来说是近轴曲率半径。若设曲率半径或近轴曲率半径为R，则R与挤压速度具有一次相关关系。
为此，若事先掌握随着既定的挤压速度的增大(或减小)而能够产生的R的变化量，则通过，边连续进行压力成形边测定所成形的透镜的R，根据该测定值进行使挤压速度增大或减小的修正，并采用修正后的挤压速度，便始终能够持续地成形出满足设计形状公差要求、即满足光学性能要求的透镜。例如，在随着压力加工次数的增加，所成形的透镜的R与设计值的R之差向负方向变小的场合，将挤压速度逐渐增大是有效的。
进而，若预先掌握随着既定的压力加工次数而产生的R的变化量、以及、随着既定的挤压速度的增大(或减小)而能够产生的R的变化量，则相对于每一既定压力加工次数，阶段性地或连续地改变挤压速度，便能够持续生产出形状(即光学性能)始终满足公差要求的透镜。
[成形装置]
下面，就可应用于本发明的成形装置进行说明。
上述本发明的制造方法，例如可通过采用以下说明的成形装置实施之。
本发明的成形装置，具有，(1)具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模，(2)为了将供给成形模的成形原料挤压成形，对一对成形模中的某一个成形模以既定的速度进行驱动的机构；还具有，(3)对所成形的成形体的光学性能、形状、或数量进行检测的机构，以及，(4)依据检测到的信息，对成形模的挤压速度进行修正而使所说驱动机构进行驱动的控制部。
对本发明成形装置的一个实施形式，结合图1进行说明。
图1是可应用于本发明的压力加工装置的模具附近部分的概略剖视图。
压力加工轴以图1所示的状态设置，即，上下模1、2和外筒3组装在固定于上主轴7上的模具顶压部件5与固定在下主轴8上的模具保持部件6上。上下模1、2是一对成形模，由未图示的驱动机构通过上主轴7和下主轴8，对一对成形模中的某一个成形模以既定的速度进行驱动。图1的装置这样构成，即，下主轴8可向上方上升，向固定在上主轴7上的模具顶压部件5进行推压而对玻璃原料(预制形坯4)进行压力加工。在上模1与模具顶压部件5之间，配置有帽11。该帽11，通过与上顶压部件5进行点接触可防止上下模的中心线(轴)发生偏斜(tilt)。
对于上下模1、2，可将SiC、Si2N3等陶瓷或超硬材料作为基底材料使用。另外，成形面上最好设有脱模膜。脱模膜，以采用DLC膜等以碳为主成分的膜为宜。该脱模膜，随着压力加工次数的增加，会出现损耗、损坏，因而最好是，每当压力加工进行到某一次数时，暂时结束压力加工，进行膜的重新生成。例如对于在SiC模具基底材料上形成DLC膜的成形装置来说，膜的重新生成，首先是将损耗、损坏的膜用氧等离子体去除。将此时生成的SiC的氧化膜用酸去除后，再次形成DLC膜，从而重新生成脱模膜。
成形装置中所配置的压力加工室内的氛围，最好是非氧化性氛围。这是为了防止脱模膜氧化。最好是氮气氛围，也可以使用氮气中含有少量氢气的氛围。
下面，对本方案的以成形装置进行的成形工序进行说明。将玻璃原料4放在下模2上，安装外筒3与上模1后，以未图示的加热机构对装置进行加热。对加热机构并无限制，例如可列举出高频感应线圈、电阻式加热、红外线加热器等。但从加热效率和对开关操作的响应性考虑，以采用高频感应加热方式为宜。
在成形模达到既定温度后，以驱动机构(未图示)使下主轴以既定速度上升既定行程，从而对玻璃原料进行挤压。此时的挤压速度，例如可以是10mm/sec以下。由于下模的位置可由位置检测传感器12测得，因此，能够做到在下模到达既定位置时改变挤压速度。对于挤压速度，还可以根据位置检测传感器的输出信号进行计算。
进行挤压时玻璃的温度，按照玻璃粘度可以是相当于106.5～108.5泊的温度。而最好是相当于107～108泊的温度。成形模的温度也最好是同样的温度。
当对玻璃原料进行挤压、帽的下表面与外筒上端面接触时，开始进行冷却。冷却是通过对加热装置进行断电进行的，也可以同时使用气体吹拂等强制冷却机构。冷却速度可以是30～100℃/min。在达到Tg以下的温度后，释放压力加工压力，进一步冷却到可取出的温度，将模具分开，取出成形体(透镜)。在进行连续成形时，可通过重复进行上述工序进行透镜的批量生产。
本发明也可以应用于，由于玻璃原料和成形模的形状的原因而如图1的下模侧所示，在玻璃原料与成形模之间形成封闭空间的场合。这种场合，是例如所成形的透镜具有曲率半径小于玻璃原料的曲率半径部分的场合。在这种场合，若不排放被封闭在成形模与玻璃原料之间的氛围气体而直接进行挤压成形，则有可能在所成形的光学元件的表面形成凹陷等而影响形状精度。为此，在对这种玻璃原料进行成形加工时，例如可以对压力加工室进行减压。此外，即使不对压力加工室进行减压，也可以通过选择压力加工时的温度条件和挤压速度，将被封闭的氛围气体在进行挤压的同时排出去，从而成形出具有优异形状的光学元件。
例如在产生有封闭空间的场合进行压力成形时，使所采用的挤压速度为0.5mm/sec以下是有效的。还可以使其为更好的0.1mm/sec以下。只要到被封闭在封闭空间内的氛围气体被排出之前一直保持这种挤压速度即可。即，在进行与封闭空间高度相应行程的挤压，使得玻璃原料与成形模的成形面中心附近紧密接触后，可以将挤压速度提高。从缩短成形节拍考虑，最好这样做。在这种场合，作为以本发明对其进行修正的对象的挤压速度，无论是提高前的挤压速度，还是提高后的挤压速度，均可根据其与光学性能或透镜形状的相关关系适当确定。
图5所示的成形装置与图1不同，上下模1、2可通过上下主轴分离，下主轴上升时，靠定位孔13与定位销14使上下模保持部件15、16组合在一起，使得通过上下保持部件15、16以良好精度定位的上下模1、2及外筒3顺畅地组合到一起。此外，与图1同样，下主轴上安装有位置检测传感器12，以此对下模的位置和上升速度(挤压速度)进行控制，附图标记9、10分别为上模测温用热电偶和下模测温用热电偶。
本方案中，最好设置有，用来将预先由可加热至压力加工温度附近的加热装置加热的预制形坯供给下模2的预制形坯供给机构(未图示)、以及、在压力加工完成进行分模后将透镜取出的自动取出机构(未图示)。这是由于，其不同于图1的装置，不必将成形装置分解便能够进行预制形坯的供给和所成形透镜的取出。通过设置上述机构，在进行预制形坯的供给·透镜的取出时，不需要将上下成形模冷却至常温附近，因此，进行连续成形时成形装置的热循环得以缩短，能够以较短的节拍进行压力加工。
在以图5的成形装置进行压力成形的场合，将成形模加热至既定温度，将一个预制形坯在成形模之外加热至既定温度，将加热后的预制形坯供给下模。供给后，既可以立即开始压力加工，也可以进一步对成形模进行加热后再进行压力加工。供料时玻璃原料的温度，可以是相当于107～108泊的温度，此外，成形模温度可以是相当于107～108泊的温度。进行挤压时玻璃的温度，按照玻璃粘度来说，也最好是相当于107～108泊的温度。
冷却后，取出透镜时玻璃的温度可以是Tg附近的温度。
在图5的成形装置中，所使用的模具材料、脱模膜等，可以与图1的装置相同。此外，成形室内的氛围、加热装置、挤压速度等，也同样可以与采用图1的装置时相同。
本发明中所采用的成形装置，还具有，(3)对所成形的成形体的光学性能、形状、或数量进行检测的机构，以及，(4)依据检测到的信息，对成形模的挤压速度进行修正后使所说驱动机构进行驱动的控制部。这里所说的光学性能、形状，与制造方法中所说明的相同。首先，以进行检测的机构对光学性能、形状、或数量进行检测，其次，以控制部进行与预先确定的既定值的比较，与既定值之间达到一定关系时(例如超过既定值时)，可向模具的驱动机构发送对挤压速度进行修正的信号。将上述步骤示于图7的流程图中。
作为对所成形的成形体的光学性能、形状、或数量进行检测的机构，具体可列举出例如，对于光学性能采用透射型干涉仪，对于形状采用接触式形状粗糙度测定仪，对于数量采用对预制形坯的投入、压力加工次数进行计数的计数器。
此外，作为控制部，具体地说，可以是例如对预制形坯的供给、加热、输送、模具升温降温的温度、下模的位置和上升下降速度、透镜的取出等进行控制的控制电路。
对于以本发明的制造方法通过制造装置进行成形的光学元件的形状，并无特别限制。例如，可以成形出双面凸透镜、凸弯月形透镜、凹弯月形透镜等。根据本发明，尤其能够使球面像差维持很高的精度，因此，特别适用于制造诸如光学拾取单元中使用的、凸弯月形之类形状的物镜。
作为本发明中使用的成形原料，适合使用玻璃原料，但也可以是树脂素材。作为玻璃原料，事先预成形为既定形状、重量的诸如球形等形状的玻璃预制形坯很适用。
最好是，按照本发明，对所成形的透镜的球面像差(数值的绝对值)，以总是使之变小地进行修正。特别是，最好是以使3次球面像差达到±0.03λrms的要求对挤压速度进行修正地进行成形体的制造。
此外，在本发明的制造方法中，最好是，以总是使近轴曲率半径相对于设计曲率半径在±0.004mm以内的要求对挤压速度进行修正地进行透镜等成形体的成形。
此外，球面像差值的修正，也可以通过改变透镜片厚进行，但也可以将此与本发明的方法合起来使用。例如可以是，对于以依据既定的球面像差设计值制备的成形模进行压力成形时球面像差的修正，通过透镜片厚进行修正，再通过本发明的方法进行微细修正。
发现作为本发明，在成形体的制造方法中，挤压速度与透镜等玻璃成形体的表面形状和透过波面的像差之间存在一次相关关系，以及，对于透镜来说在曲率与挤压速度之间存在着很密切的相关关系。为此，预先求出这种关系，通过反复进行，对经过压力加工的透镜等的曲率或像差等性能进行测定、根据测定结果与预先掌握的关系改变挤压速度这样的工序，便能够持续进行稳定的压力加工。
另外，作为挤压速度修正时所使用的光学性能测定值，使用的是3次球面像差，但作为随着成形次数而改变的透镜的性能，也可以根据透镜的用途或测定方法的方便性，采用其它光学性能进行修正。
此外，作为采用本发明的制造方法和制造装置的成形体，尤其适合制造透镜所具有的两个面(第1面、第2面)的某一个面具有非球面的透镜。
特别是，当应用于波像差或透镜曲面形状的公差非常小的、光学拾取单元用的物镜的制造方法中时，或者将按照本发明制造的透镜应用于光学摄像装置中时，可得到显著的效果。再有，不单单适用于制造这类装置中所使用的单透镜，还能够适用于制造构成透镜组的透镜。
本发明的制造方法，非常适合作为记录密度高的光盘用摄像机物镜的制造方法，按照本发明的制造方法，例如能够提供如下所述的非球面透镜。
①430nm以下既定波长(λ)下的3次球面像差相对于期望值在±0.02λrms以内，最好在±0.01λrms以内，甚至实质上为零的高NA单透镜。
②430nm以下既定波长(λ)下的波像差在0.04λrms以内，最好在0.03λrms以内，甚至在0.02λrms以内的高NA单透镜。
③属于①或②的透镜，而且是数值口径(NA)为0.6以上的凸弯月形透镜或双面凸透镜，透镜的第1面和第2面中至少一个面的近轴曲率半径为3mm以下，以及，有效直径为5mm以下、最大面倾角为45°以上的光学拾取单元用物镜。
④属于①或②的透镜，而且是数值口径(NA)为0.65以上的凸弯月形透镜或双面凸透镜，透镜的第1面和第2面中至少一个面的近轴曲率半径为3mm以下，以及，有效直径为5mm以下、最大面倾角为50°以上的光学拾取单元用物镜。
⑤属于凸弯月形透镜或双面凸透镜，并且透镜的第1面和第2面中至少一个面的近轴曲率半径为3mm以下，以及，有效直径为5mm以下、最大面倾角为45°以上的小型摄像***用透镜。
在这里，所说的最大面倾角，是指透镜任意一点上的法线与光轴的夹角之中的最大者。
其中，数值口径为0.6以上、近轴曲率半径为3mm以下、有效直径为5mm以下、最大面倾角为45°以上、且在430nm以下既定波长(λ)下的3次球面像差在±0.02λrms以内的光学拾取单元用物镜，以及，数值口径(NA)为0.65以上、近轴曲率半径为3mm以下、透镜有效直径为5mm以下、最大面倾角为45°以上、且430nm以下既定波长(λ)下的波像差在0.04λrms以内的光学拾取单元用物镜，是过去无法制造出来的透镜，而本发明还包括这些透镜本身。
实施例
下面，结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
第1实施例
使用图1所示的成形装置，成形出中心片厚1.0mm、外径φ2.1mm的凸弯月形透镜。上下模1、2，在其以SiC为基底材料的成形面上被覆有DLC膜，每500次加工后重新生成DLC膜。此外，压力加工室内的氛围为氮气氛围。
作为玻璃原料，以nd＝1.80610、νd＝40.73、屈伏点温度600℃、玻化温度560℃的φ1.6mm的球形光学玻璃原料作为球形预制形坯，将其放在下模上，在安装外筒和上模后，以加热装置开始加热。本实施例是以高频感应线圈(未图示)进行加热的。
达到压力加工温度645℃后，使下主轴以0.02mm/sec的挤压速度上升开始进行压力加工。之所以采用这样低的挤压速度，是由于下模2与预制形坯4之间存在空隙17，而这种速度是在进行压力加工时可将被封闭在空隙内的气体排出的有效条件。当帽的下表面与外筒上端面之间的间隙为0.5mm时，将挤压速度切换至0.06mm/sec，一直到帽的下表面与外筒上端部接触为止推压到底。在这里，挤压速度切换位置以及挤压速度是由图1所示的位置检测传感器控制的。
推压到底之后，以60℃/min的冷却速度缓慢冷却至530℃，将压力加工压力释放。进一步冷却至可取出的温度65℃，将模具分解、取出透镜。
为了测定透镜的光学性能，利用可透过波面的干涉仪对透镜的像差进行测定，其结果，球面像差为0.003λrms。其大致在标准范围的中心值上，因此，以与上述压力加工同样的程序继续进行压力加工，每经过10次加工对性能进行测定。而通过对挤压速度与球面像差的关系预先进行探求，获得了如图2所示的相关关系。为了在继续进行压力成形的过程中，使得向负的方向变大的球面像差回到0，在利用图2的相关关系对挤压速度进行修正的同时，继续进行压力加工。所成形的透镜的球面像差示于图3。由图3可知，虽然球面像差随着经过次数的增加而向负的方向增加，但通过对挤压速度的修正，其始终在容许范围(±0.03λrms)内，始终向0附近得到修正。
为了进行比较，将不对挤压速度进行修正而继续进行压力加工时的球面像差的变化动向示于图4。由图可知，随着压力加工次数的增加，3次球面像差向负的方向发生了很大的变化。
本实施例中，由于模具的脱模膜使用的是DLC膜，因而可以考虑会有这样的现象发生，即，摩擦系数随着压力加工次数的改变而一点一点地发生变化，透镜的形状因此而发生变化。
即使在脱模膜使用DLC膜之外的膜的场合、以及、不使用脱模膜的场合，且不论绝对值的大小，摩擦系数同样发生变化，对挤压速度的修正同样能够对3次球面像差进行修正。
如上所述，在本实施例中，预先掌握挤压速度与球面像差之间的关系，通过在以每经过某一压力加工次数时所测得的球面像差对其进行修正的同时继续进行压力加工，可使得球面像差的离散性减小。由此，能够持续进行高成品率透镜的生产。
在本实施例中，是在500次加工之前持续进行压力加工后重新生成脱模膜的，而在重新生成后，能够再次使挤压速度恢复到初始值而进行压力加工，并边反复进行上述挤压速度的修正边进行成形。
第2实施例
本发明的第2实施例也使用与图1同样的压力加工装置，使用相同的玻璃原料成形出相同形状的透镜。在这里，为了使透镜的球面像差趋近于0，将外筒的高度加工到可使片厚比所希望的片厚厚6μm，而压力加工后的透镜的3次球面像差的值为-0.071λrms。在从此时所测定的波面数据计算可使球面像差为0的最佳片厚时发现，需要使片厚薄6μm。为此，进行加工而使高度降低到，可使片厚与从外筒的初始高度计算出来的片厚仅差6μm。
使用该外筒以与实施例1相同的压力加工条件(但挤压速度为0.07mm/sec)进行压力加工的结果，3次球面像差的值为0.030λrms。因容许范围是-0.025-0.025λrms，故超出了范围。由于为了使3次球面像差为0而需要将片厚仅增加2.5μm，因而需要使外筒高度增高相同程度，但这是不可能的。若进行使上模或下模的高度降低的加工，则有可能影响上下模光轴的一致性，导致所成形的透镜的倾斜性变差。为此，本实施例在这里采用了改变挤压速度的方式。
由图2的挤压速度与3次球面像差的关系可知，要想3次球面像差为0，只要使挤压速度降低0.05mm/sec即可。因此，将挤压速度设为0.02mm/sec进行压力加工而得到了透镜。对3次球面像差进行测定的结果为-0.002λrms，可得到所希望的性能(在容许范围内)。从该压力加工条件下开始进行压力加工，通过进行第1实施例的挤压速度修正，得到了更为稳定的质量。
如上所述，本实施例揭示出，可以适当采用，对外筒的高度进行加工而改变透镜的片厚并以此对3次球面像差进行修正的方法、以及、按照本发明对压力加工条件进行修正的方法，或者两种方法一起使用。另一方面，本发明的方法，不需要进行外筒或模具的加工，因此，能够大幅度缩短使第一个透镜达到性能要求所需要的加工准备时间，这一点有利于进行生产。
第3实施例
使用图5所示的压力加工装置，成形出中心片厚1.7mm、外径φ3.4mm的凸弯月形透镜。在这里，在下模处形成于预制形坯与模具之间的封闭的空隙大于实施例1，容易在所成形的透镜的表面形成凹陷等不良形状。为此，对成形室进行减压后进行压力成形。
在本实施例中，将装置与外部空气相隔离地配置在成形室内，使用了对成形室进行减压的真空泵(未图示)。
使用了对玻璃原料(预制形坯)进行预热的加热装置、以及、将预制形坯供给下模的机构。
作为玻璃原料，将nd＝1.77377、νd＝47.17、屈伏点温度615℃、玻化温度570℃的φ2.5mm的球形光学玻璃原料作为预制形坯，对其以未图示的加热装置加热至645℃之后，供给加热至650℃的下模2。此时，上模1也已被加热至650℃。之后，将安装有成形模的腔室的内部以回转泵减压至8Pa程度开始进行压力加工。以0.06mm/sec的挤压速度到使得上下保持部件15、16接触为止推压到底。之后，以70℃/min的冷却速度缓慢冷却至560℃，将压力加工压力释放，使下模2下降。之后，将下模2上的透镜以透镜取出装置取出，结束压力加工，为进行下一次的压力加工而对上下模1、2以及预制形坯4进行加热从而持续连续地进行压力加工。
另外，预先掌握了挤压速度与透镜的凹面侧近轴曲率半径的关系。在本实施例中，将挤压速度与透镜曲率(凹面侧)二者的关系式写成一次形式，如下所示。
R＝-0.25·υ+6.9129
其中，R：凹面侧非球面的近轴曲率半径(R)(mm)
υ：挤压速度(mm/sec)
压力加工开始后每加工20个对透镜的形状进行测定，依据测定结果对挤压速度进行修正。图6示出，在以挤压速度进行修正的同时进行压力加工时，凹面侧非球面近轴R的变化趋势。可知其在不超出容许范围的范围内变化。
本实施例中设置了在压力加工之前进行减压的机构，而这一点对于不使形成于预制形坯与下模之间空隙内的气体残留地进行压力加工是有效的。为了使空隙内的气体排出，也可以将压力加工温度降低。但是，在本实施例中，需要把压力加工温度降低至620℃，而这样将难以改变挤压速度，或者即使使之改变也不能够抵消近轴曲率半径的变化。
如上所述，作为本实施例，通过压力加工之前对成形氛围进行减压，可确保压力加工温度为可使挤压速度与透镜性能二者具有相关关系的温度，与第1实施例同样，能够进行高成品率的稳定的压力加工。
如上所述，根据本发明的玻璃成形体的制造方法，利用挤压速度与透镜性能(球面像差或透镜曲率)之间的关系，只要对压力加工后的透镜的性能进行测定，并根据测定结果改变作为压力加工条件之一的挤压速度进行修正，便能够减小透镜性能的离散性，因此，能够做到以简易廉价的机构高成品率地进行透镜的制造。此外，即使在模具或部件加工后以压力加工制造的透镜的性能偏离所希望的性能的场合，也能够通过改变挤压速度达到所希望的性能，因此，不需要对模具或模具部件进行修正加工，可缩短加工准备时间。

Claims (10)

1.一种成形体的制造方法，是包括以具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模对加热软化的成形原料进行挤压的成形体的制造方法，
包括，
对成形原料进行挤压成形以形成成形体，
对所成形的成形体的光学性能进行测定，
依据测定的光学性能，对至少任一个成形模的挤压速度进行修正，
采用修正后的挤压速度再进行挤压成形以形成成形体。
2.如权利要求1所记载的制造方法，其特征是，所说挤压速度的修正，依据预先求得的挤压速度与光学性能之间的相关关系进行。
3.一种成形体的制造方法，其特征是，是包括以具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模对加热软化的成形原料进行挤压的成形体的制造方法，
通过每挤压成形出既定数量的成形体，便对至少任一个成形模的挤压速度进行修正，
采用修正后的挤压速度再进行挤压成形以形成成形体，使得成形体的光学性能维持在既定范围内。
4.如权利要求3所记载的制造方法，其特征是，所说挤压速度的修正，依据预先求得的、连续成形的成形体数量与所成形的成形体的光学性能之间的相关关系进行。
5.如权利要求1～4之任一权利要求所记载的制造方法，其特征是，光学性能是球面像差。
6.一种成形体的制造方法，是包括以具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模对加热软化的成形原料进行挤压的成形体的制造方法，
包括，
对成形原料进行挤压成形以形成成形体，
对所成形的成形体的形状进行测定，
依据测定的形状，对至少任一成形模的挤压速度进行修正，
采用修正后的挤压速度再进行挤压成形以形成成形体。
7.如权利要求6所记载的制造方法，其特征是，所说挤压速度的修正，依据预先求得的、挤压速度与形状的相关关系进行，并且，所说形状，是成形体的第1面和第2面之任一个面的近轴曲率半径。
8.一种成形装置，是具有，具有被加工成既定形状的成形面的一对成形模，以及，为了将供给成形模的成形原料挤压成形、而对一对成形模之中的任一成形模以既定速度进行驱动的机构的成形装置，
还具有，对所成形的成形体的光学性能、形状或数量进行检测的机构，以及，依据所测得的性能、形状或数量，对成形模的挤压速度进行修正后使所说驱动机构进行驱动的控制部。
9.一种光学拾取单元用物镜，数值口径为0.6以上、近轴曲率半径为3mm以下、透镜有效直径为5mm以下、最大面倾角为45度以上，430nm以下既定波长(λ)下的3次球面像差在±0.02λrms以内。
10.一种光学拾取单元用物镜，数值口径为0.6以上、近轴曲率半径为3mm以下、透镜有效直径为5mm以下、最大面倾角为45度以上，430nm以下既定波长(λ)下的波像差在0.04λrms以内。
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