JP2004018285A - Method of forming molding die - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To mold a molding having a highly precise surface shape close to design data with reduced number of times of the correction of a molding die. <P>SOLUTION: The method of forming a molding die has a 1st process for measuring the surface shape of a plurality of the molding surfaces of a 1st die machined into a shape close to a designed shape of an optical device and the positional relation among a plurality of the molding surfaces to each other, a 2nd process for measuring the surface shape of the molding surfaces of the molding molded using the 1st die and the positional relation among the molding surfaces to each other, a 3rd process for calculating the shrinkage of the 1st die and the molding using the measured data obtained in the 1st and the 2nd processes, a 4th process for calculating the residual difference of the molding shape from the designed shape which remains after the shape deviation by the shrinkage difference based on the shrinkage is removed, a 5th process for calculating the shape of the molding surface to cancel the residual difference and a 6th process for fixing the shape of the molding surface of a 2nd die based on the shape obtained in the 5th process and the shrinkage obtained in the 3rd process. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、非球面レンズなどの複雑な面形状を有する光学素子を高精度にプレス成形するための成形型の作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学機器の小型化、軽量化にともない、光学系に使用されるガラスレンズの枚数を減らすことが望まれている。これを実現する一つの手段として、レンズの枚数を少なくしても収差の補正が可能な非球面形状のレンズを使用することが挙げられる。また、非軸対象の非球面（自由曲面）を組み合わせた複雑な光学素子の需要も出てきた。このような非球面形状を有するレンズの製造方法としては、所定の表面精度を有する成形用型部材の間にガラス材料を挟み、プレス成形する方法が知られている。
【０００３】
このようにプレス成形により光学素子を成形する方法の従来例としては、特公昭６１−３２２６３号公報に開示されているような方法が挙げられる。この方法は、光学素子の完成形状の理想形に正確に対応する面形状に仕上げられた成形面を有する一対の型部材の間に、ガラス素材を挟み込み、このガラス素材の粘度が１０^８　〜５×１０^１０ポアズとなるような温度範囲において、プレス成形を行うものである。その後、ガラス素材と型部材の温度差が少なくとも２０℃以上にならないように冷却を行い、ガラス素材の粘度が１０^１２ポアズよりも大きくなる温度域において、成形された光学素子を型部材から取り出す。このような方法により高精度な光学素子を加工しようとするものである。
【０００４】
しかしながら、上記の従来例においては、例えば、表面の曲率半径の大きい凹レンズや、メニスカスレンズ、自由曲面レンズなどのように、面精度を出しにくい形状の光学素子を加工しようとした場合には、種々の成形条件を最適なものに設定したとしても、要求される面精度（例えばニュートンリング１本以下といった高精度な値）を満足することができない場合がある。
【０００５】
また、完成した光学素子の面精度を少しでも向上させるためには、例えば、成形後の冷却時におけるプレス圧を厳密に管理する必要があり、また、このようにプレス圧を厳密に制御することは困難を極めるものである。また、その他の成形条件に関しても、奇妙な変化が面精度を低下させることに繋がる。更には、光学素子の面精度を向上させるために、補助的な装置を必要とする場合があり、加工装置のコストを上昇させ、それに伴って、光学素子自体の高コスト化を招くという問題点もある。
【０００６】
上述した課題を解消するために、成形条件を制御したり、補助的な装置を用意したりしなくとも、型修正によって、高精度な面精度を有する光学素子、例えば、非球面形状のレンズを加工することができる光学素子の成形方法が、既に提案されている（特開平８−３３７４２６号公報、特開２００１−６２８４１号公報）。
【０００７】
この光学素子の成形方法は、加熱されることにより軟化状態となっているガラス素材を、一対の成形用型部材を用いてプレスし、該型部材の成形面の表面形状が転写された光学機能面を前記ガラス素材の表面に形成するようにした光学素子の成形方法において、複数個の前記光学素子を成形するにあたり、各光学素子の光学機能面に一定のクセが安定して形成されるように成形条件を設定する第１の工程と、前記成形面の表面形状が前記一定のクセをキャンセルするような形状に加工された成形用型部材を用いて光学素子の成形を行う第２の工程とを具備することを特徴としている。
【０００８】
特に、この光学素子の成形方法では、前記成形条件は、少なくとも、前記一対の成形用型部材の温度差と、冷却速度と、冷却時において前記ガラス素材に印加される圧力と、離型させる温度とにより規定される。
【０００９】
また、この光学素子の成形方法は、加熱されることにより軟化状態となっているガラス素材を、一対の成形用型部材を用いてプレスし、該型部材の成形面の表面形状が転写された光学機能面を前記ガラス素材の表面に形成するようにした光学素子の成形方法において、所定の形状の光学素子の表面形状に対応した成形面形状を有する第１次の型部材を用いて、ガラス素材を、所定の加熱温度、型部材温度、加圧圧力、加圧時間、冷却速度等の成形条件に基づいて成形する第１の成形工程と、該第１の成形工程において成形した光学素子の表面形状を測定する測定工程と、該測定工程において得られた測定データと、光学素子の最終希望形状のデータとの誤差を算出する算出工程と、前記算出工程において得られた結果に基づいて前記第１次の型部材の成形面を補正加工して第２次の型部材を加工する補正加工工程と、前記第２次の型部材を用いて、ガラス素材を前記第１の成形工程と同じ成形条件でプレス成形する第２の成形工程とを具備することを特徴としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、Ｚ方向（成形方向）の収縮（及びアス・クセ）しか考慮していないので、特に光学素子が大きい場合や、複雑な面形状をしている場合、型を補正する際、Ｚ方向と垂直な成分で生じる収縮量の位置ズレが生じるため、型と成形品の対応している部分の判断が難しく、型を補正する際に実際に成形される部分とは違う位置を補正してしまう場合がある。
【００１１】
これを図を用いて説明する。図１において、１は型の一断面形状を示している。また２は成形品の断面形状を示している。今、１で示される型形状がそのまま収縮して、２で示される形状になったとき（アス・クセが発生しなかった場合）、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ、Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’が成形品において型の点と対応した点である。従来例ではこの状態で、図２に示すように、１で示す設計形状を基準として、成形品のズレ量を反転させることにより、補正形状３としていた。よって、本来の対応している点とは違う形状に補正することになっていた。つまり、従来のような型補正方法では、素子が大きく、面形状が非球面形状（特に非軸対象形状）の場合、要求精度が厳しい場合（アス・クセ、ニュートン１本以下等）などでは、１回の型補正では設計値に近い高精度な面を得ることが出来ないため、何度か型補正を繰り返す必要があった。
【００１２】
また何度か補正を繰り返すということは、そこに測定誤差、計算誤差が積み重なることなり、余計に精度を落とす可能性があった。
【００１３】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、少ない型補正の回数で設計値に近い高精度な面形状を有する成形品を成形できるようにすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる成形型の作成方法は、ガラス素材を加熱下でプレスして光学素子を成形する場合に用いられる型を作成する方法であって、前記光学素子の設計形状に近似した形状に加工された第１の型の複数の成形面の面形状、及び前記複数の成形面同士の位置関係を測定する第１の工程と、前記第１の型を用いて成形した成形品の成形面の面形状、及び成形面同士の位置関係を測定する第２の工程と、前記第１及び第２の工程で得られた測定データを用いて、前記第１の型と前記成形品の収縮率を算出する第３の工程と、前記収縮率に基づく収縮差による形状ズレを取り除いた後に残る、前記成形品形状の前記設計形状からの残差を算出する第４の工程と、前記残差をキャンセルするための成形面の形状を算出する第５の工程と、前記第５の工程で得られた形状と、前記第３の工程で得られた収縮率とに基づいて第２の型の成形面の形状を決定する第６の工程と、を有することを特徴としている。
【００１５】
また、この発明に係わる成形型の作成方法において、前記第３の工程において、前記収縮率を算出する際に、測定面の形状データのみを用いて収縮率を算出することを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係わる成形型の作成方法において、前記第３の工程において、前記収縮率を算出する際に、形状ズレを評価する点における前記第１の型と成形品の形状ズレの評価方向をプレス方向と平行にとり、その形状ズレが最小になるように収縮率を求めることを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係わる成形型の作成方法において、前記第３の工程において、前記収縮率を算出する際に、形状ズレを評価する点における前記第１の型と成形品の形状ズレの評価方向を前記成形面の法線方向にとり、その形状ズレが最小になるように収縮率を求めることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図３は本発明の一実施形態において成形される多面体自由曲面レンズの斜視図である。このような複雑な形状の型補正をする場合に、本発明は特に有効である。図４は、一実施形態の多面体自由曲面レンズを成形加工するために採用された成形用型１２の構成を示す図である。なお、図４は、上型部材１６と下型部材１８とによる、ガラス素材４０のプレス動作が終了し、ガラスレンズの成形が略完了した状態を示している。
【００２０】
図４において、成形用型１２の外殻部を構成する胴型１４は、支持基板２０を介して、光学素子の成形装置本体１０上に載置されている。胴型１４は、上面視で、略正方形の角柱状に形成されており、その中心軸上には、この胴型１４を上下に貫通した状態で、貫通穴１４ａ、１４ｂが形成されている。これらの貫通穴のうち、上側の貫通穴１４ａには、矩形に形成された上型部材１６が、嵌合した状態で、上下方向に摺動可能に挿入されている。上型部材１６は、その上端部にフランジ部１６ａが形成されており、このフランジ部１６ａの下面が胴型１４の上面１４ｃに、上方から当接することにより、それ以上、下方に移動することを防止されており、これによって、上型部材１６の、下方へのプレスストロークが規定されている。また、上型部材１６の下面には、ガラス素材４０を押圧して、その表面に所望の形状を転写して、光学機能面を形成するために、成形面１６ｂが形成されている。
【００２１】
なお、胴型１４の側面には、ガラス素材搬入及びレンズ搬出用のオートハンドが出入りするための穴１４ｄが形成されている。また、上型部材１６の上方には、ガラス素材４０に印加するプレス圧を発生させるための油圧シリンダ２２が、支持部材（図示せず）により支持された状態で、配置されている。油圧シリンダ２２の下方には、上下方向に沿ってピストンロッド２２ａが配置されており、このピストンロッド２２ａの下端部は、上型１６の上端面に接続されている。したがって、油圧シリンダ２２が動作されて、ピストンロッド２２ａが下方に向けて押し出し動作されることにより、ガラス素材４０にプレス圧Ｐ１が印加される。
【００２２】
一方、下側の貫通穴１４ｂには、上型部材１６と同様に、矩形状に形成された下型部材１８が、嵌合した状態で、上下方向に摺動可能に挿入されている。下型部材１８の下部には、フランジ部１８ａが形成されており、このフランジ部１８ａの下面１８ｃは、胴型１４が載置されている支持基板２０の上面に当接している。そして、支持基板２０により、上型部材１６からガラス素材４０を介して下型部材１８に加えられる、下方へのプレス圧Ｐ１が受けられる。下型部材１８の上端面には、ガラス素材４０の下面に所望の形状を転写して、光学機能面を形成するための成形面１８ｂが形成されている。
【００２３】
したがって、ガラス素材４０には、その上面に、上型部材１６の成形面１６ｂの表面形状が転写され、光学機能面４０ａが形成され、また、その下面に、下型部材１８の成形面１８ｂの表面形状が転写され、光学機能面４０ｂが形成されることとなる。
【００２４】
また、成形された多面体自由曲面レンズ（ガラス素材４０）の厚みは、上述したように、上型部材１６のフランジ部１６ａの下面が、胴型１４の上面１４ｃに当接することにより規定され、プレス成形加工の都度、多面体自由曲面レンズ（４０）の厚みが変化しないようになされている。
【００２５】
なお、成形装置本体１０の下面には、油圧シリンダ２４が固定されており、この油圧シリンダ２４のピストンロッド２４ａは、成形装置本体１０に形成された貫通穴１０ａと、支持基板２０に形成された貫通穴２０ａとを順次、介して、下型部材１８の下面１８ｃに接続されている。この油圧シリンダ２４は、多面体自由曲面レンズ（ガラス素材４０）の成形動作が終了した後の冷却過程において、その多面体自由曲面レンズ（４０）の形が崩れることを防止するために、下型部材１８を上方に押し上げて、多面体自由曲面レンズ（４０）に圧力Ｐ２を作用させるためのものである。
【００２６】
一方、胴型１４の側面には、開口穴１４ｄが形成されており、ガラス素材４０が、この開口穴１４ｄを介して、成形用型１２の内部に供給されると共に、成形の完了した多面体自由曲面レンズ（４０）が、成形用型１２の内部から取り出される。
【００２７】
なお、胴型１４内には、その四隅に位置した状態で、この胴型１４、上型部材１６、下型部材１８を加熱すると共に、これら胴型１４、上型部材１６、下型部材１８を介して、ガラス素材４０を加熱するためのヒータ２６が配置されている。
【００２８】
次に、上記のように構成された成形用型１２により、多面体自由曲面レンズ（３６ｍｍ×１６ｍｍ、中心厚９ｍｍ）を成形する手順について説明する。
【００２９】
まず、図５に示したように、油圧シリンダ２２のピストンロッド２２ａを引き込み動作させて、上型部材１６を、胴型１４に対して上方にスライドさせ、下型部材１８から逃がしておく。この状態において、胴型１４の開口穴１４ｄを介して、オートハンドなどにより、所定の高温に加熱されたガラス素材４０を下型部材１８の成形面１８ｂ上に供給する。この時に供給されるガラス素材４０は、多面体自由曲面レンズを成形する場合に、四角柱状に形成されているか、あるいは、多面体自由曲面レンズの完成形状に近い形状に予め形成されている。また、胴型１４、上型部材１６、下型部材１８は、所定の成形条件に対応した温度に加熱されている。
【００３０】
ガラス素材４０が、下型部材１８の成形面１８ｂ上に供給された後、油圧シリンダ２２のピストンロッド２２ａを押し出し動作させて、ガラス素材４０の上面に上型部材１６の成形面１６ｂを当接させ、ガラス素材４０にプレス圧Ｐ１を印加させる。プレス圧Ｐ１が印加されて、上型部材１６が徐々に下方に移動すると、ガラス素材４０は、次第に水平方向に押しつぶされて、最終的には、図４に示したような状態となる。この状態においては、ガラス素材４０の上下には、上型部材１６の成形面１６ｂと、下型部材１８の成形面１８ｂとの形状が転写された光学機能面４０ａ，４０ｂが形成されており、また、ガラス素材４０の厚みは、所望の厚みにプレス成形されている。
【００３１】
この後、成形された多面体自由曲面レンズ（ガラス素材４０）は徐々に冷却される。この冷却過程においては、成形された多面体自由曲面レンズ（４０）の形状が崩れないように、油圧シリンダ２４が作動され、下型部材１８が押し上げられ、多面体自由曲面レンズ（４０）に圧力Ｐ２が印加される。そして、所定の温度まで温度が低下した時に、再び、油圧シリンダ２２が引き込み動作されて、上型部材１６が上方に移動し、その後、多面体自由曲面レンズは、オートハンドなどにより、胴型１４の開口穴１４ｄを介して、外部に取り出される。
【００３２】
上記のような一連の動作により、多面体自由曲面レンズ（４０）が成形加工されるわけであるが、この成形加工の途中において、多面体自由曲面レンズ（４０）の光学機能面４０ａおよび４０ｂの面精度に大きく影響を与えると考えられる成形条件は、以下の通りである。
【００３３】
（１）冷却過程におけるプレス圧Ｐ２
（２）冷却中の上下の型部材１６，１８の温度差
（３）冷却速度
（４）型材料とガラス材料の熱膨張（収縮）の差（予測違い）による等方性の形状ズレの影響
すなわち、冷却過程におけるプレス圧Ｐ２が小さすぎると、冷却中のレンズが未だ変形可能な温度域で、型からレンズが剥がれてしまい、転写性が悪化する。しかも、剥がれる温度が一定となる保証がないので、発生するクセの形状が一定とならない。
【００３４】
一方、プレス圧Ｐ２が高すぎる場合にも、実験的には、面精度が悪化することが解っている。例えば、本実施形態のレンズ形状では、プレス圧Ｐ２を適当に変えることにより、一定のクセの発生した面を得ることが可能であったが、クセの無い面を得ることはできなかった。
【００３５】
また、冷却中の上下の型部材１６，１８の温度差があり過ぎる場合には、面精度が悪化するとともに、本実施形態のように、胴型側面に穴の開いた型では、レンズ内の温度分布にバラツキが発生し、アス、クセが生じる。この場合、本実施形態のレンズ形状では、型部材１６，１８の温度差を適当に変えることで、一定のクセ（アスを含む）の発生した面を得ることができたが、クセの無い面を得ることはできなかった。これは、特に、冷却速度が速い場合に顕著である。さらに、型材料とガラス材料の熱膨張（収縮）差によって、高温時にプレスされたガラス素材は、常温において型の形状と成形品の形状は大きく違うことになる。一般的には過去の経験から収縮率差を求め、仮型（初期型）は製作するのであるが、成形条件や成形形状が変わると、プレス温度、冷却速度の違いや、離型の状態の違いにより、収縮率も変わってくるため、収縮率は予想からわずかに外れる。よって、収縮率は成形条件を固定してからでないと決定できない。この収縮率の予想値とのズレは、素子が大きくなるほど影響も大きくなる。
【００３６】
以上のことから、本実施形態においては、離型性の良さと面精度の良さのバランスをとるための最良点を捜すのではなく、仮に、若干面精度が低下しても、確実に離型不良を防止できるようなプレス圧Ｐ２を選択することにした。ただし、面精度は、或る程度低下してもよいが、複数個のレンズを成形した時に、レンズの光学機能面が再現性良く形成され、必ず、同じアス・クセ、収縮率を持った形状に仕上がることが重要である。このように、成形する毎に、同じアス・クセ、収縮率を持った形状にレンズが加工されるのであれば、まず収縮率のズレを補正し、そこで補正しきれなかった残りの形状（アス・クセ）をキャンセルするように、型部材１６，１８の成形面の形状を決めれば、理論的には、この型部材で、同じ条件の成形加工を行ったとき、全くクセのないレンズができ上がることになる。
【００３７】
そのため、本実施形態においては、成形されるレンズのアス・クセ、収縮率が、成形を繰り返しても、一定となるように、Ｐ２値として３００ｋｇｆを、冷却速度として２０℃／分を選択した。即ち、この成形条件ならば、光学機能面の面精度は若干低下するものの、光学機能面のアス・クセ形状及び収縮率の再現性が良好となる。
【００３８】
上記の成形条件によって、多面体自由曲面レンズを成形した際の、設計値形状と成形品形状を３次元則定機で測定した形状（Ｘ，Ｙ，Ｚポイントデータ）を最小自乗法を用いて、Ｚ方向の残差が最小となる位置に合わせた結果を図６に示す。
【００３９】
また、同様に設計値形状と成形品形状を３次元則定機で測定した形状（Ｘ，Ｙ，Ｚポイントデータ）を最小二乗法を用いて、位置を合わせるのと同時に、測定形状をＸ，Ｙ，Ｚ方向すべてにおいて等方的に拡大収縮させ、Ｚ方向の残差が最小となるようにした結果が図７に示されている。
【００４０】
つまり、図６では、位置合わせのパラメータのみ、図７では位置合わせと拡大収縮の２種類のパラメータを用いて最小二乗法により形状フィットし、残差を算出している。
【００４１】
この図を見れば分かるように、拡大収縮フィットのパラメータを入れずに形状フィットした場合は、１０μｍ以上のアス・クセが生じていることになるが、拡大収縮フィットを加えた方は１μｍ以下となった。よって、形状ズレの大部分は収縮の見積もり違いであることが分かる。このときに用いた仮型（初期型）は設計値に対して、１．００４だけ等方倍した形状を用いたが、最小二乗法による結果では１．００５１であった。全長が３６ｍｍの光学素子であったため、この違いは全長で３９μｍものズレとなる。
【００４２】
そこで、図７におけるＺ方向のズレ量を設計値を基準にして反転させた形状を算出し、アス・クセをキャンセルする形状を作成する（図８）。
【００４３】
次に、その形状を、形状フィットにより新たに得られた収縮率（１．００５１）だけ拡大した形状を算出し、本型の形状とする。これにより従来法による課題の項で挙げた収縮率の違いによる形状補正位置のズレ問題は最小限に食い止めることが出来るようになる。
【００４４】
また、上記の方法による収縮率を出来る限り合わせて、アス・クセをキャンセルした形状の型部材を用いて、連続的に多面体自由曲面レンズを成形した結果、全てのレンズが、アス、クセ共にニュートンリング１本以下に納まっていた。
【００４５】
なお、上記のように、レンズの光学機能面のクセをニュートンリングの本数から読み取り、このクセをキャンセルするような形状に、型部材１６，１８の成形面を加工することは、人手によって可能である。しかしながら、このような型の加工作業を、人手によって行うことは、非常に手間のかかることである。このため、実際には、ＮＣ工作機械と計算機を使用して、自動計算により、型の補正加工を行うのがよい。
【００４６】
（他の実施形態１）
上記の一実施形態において、形状フィットする時、及びアス・クセ成分をキャンセルする形状を算出する際に、残差をＺ方向（成形方向）にとるのではなく、観測点における形状の法線方向にとる方法で行ったところ、上記の一実施形態と同等の精度を得ることが出来た（図９参照）。
【００４７】
（他の実施形態２）
上記の一実施形態におけるプレス方法において、素子の厚さはプレス駒の突き当て位置によって決定されるが、冷却時にプレスするために、数ミクロン（２〜４ミクロン）のバラツキが生じる。よってこのバラツキを含めて収縮率を算出したり補正形状を決定すると正確な値を得られないので、上下型の位置バラツキは別々のパラメータにし、上下型の位置で、それぞれ一つの位置パラメータをとり、それと収縮率のパラメータの３種類のパラメータを同時に使って最小二乗法を行うことで、素子の厚みバラツキは収縮率を算出する際に含まれなくなるので、計算結果を安定させることができた。
【００４８】
以上説明したように、実施形態に示したような光学素子の成形方法によれば、従来と同様な、極めて基本的な装置によって、高精度な成形条件の制御も必要とせずに、しかも、従来では成形が困難であった形状の光学素子を高精度に成形することが可能となる。
【００４９】
また、成形後の形状に対して非常に影響が大きい等方性の収縮の成分（比例形状ズレ）と、冷却時の温度分布や離型状態等の影響により生じるアス・クセ成分を含む面形状ズレ成分を分離し、別々に修正することにより型補正の回数を減らし、かつ高精度な成形品を得ることが出来るようになる。
【００５０】
なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態を修正または変形したものに適用できることは勿論である。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、多面体自由曲面レンズを成形する場合について説明したが、本発明は、その他の形状の光学素子、例えば、通常の軸対象の球面レンズや非球面レンズ等の光学素子の成形にも適用可能である。
【００５２】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、完成した光学素子に現れるアス・クセ及び収縮率が要求精度を満足する程度に一定になるように成形条件を設定する場合、実際の成形で、冷却速度や温度分布のバラツキで発生する収縮率分のズレを除いた、一定のアス・クセを、予め配慮して、これをキャンセルするように、型部材の成形面を加工しておき、得られた収縮率を元に型形状を算出することで、高精度な面精度を有する光学素子を加工することが可能となる。因みに、アス・クセの現れ方が常に一定になるような成形条件は、光学素子を、常に、高い面精度に仕上げるために必要とされる成形条件ほどには厳密に設定する必要がない。したがって、容易に高精度な光学素子を製造することができる。
【００５３】
その結果、冷却速度を早くすることができるので、タクトを短かくできるから、低コストで、非球面レンズなどの光学素子を、効率よく量産することができる。また、アス・クセが小さい場合（ＰＶ値で数百ｎｍ程度）は補正の回数は基本的に１回で補正可能で、アス・クセニュートン１本以下程度の成形が可能であることが分かっている。なお、胴型に開孔部があり、急冷した場合に、型内やレンズ内部の温度分布にバラツキが生じ易い型構造や、レンズ径あるいはレンズ長（異形レンズの場合）が大きくて（２０ｍｍ以上）、急冷により、レンズ内温度分布にバラツキが生じ易いレンズ形状、レンズのこば部と中心厚の差が大きいレンズ形状、多面体成形のものを成形する上で、特に効果的である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少ない型補正の回数で設計値に近い高精度な面形状を有する成形品を成形できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学素子の成形方法を説明するための型と成形品の形状の模式的断面図である。
【図２】従来における型補正方法の概念図である。
【図３】本発明の一実施形態におけいて製作される光学素子の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係わる成形用型の構成図である。
【図５】図４において上型部材が上方に逃げた状態を示した図である。
【図６】成形型の断面形状とその型で成形された光学素子の断面形状を比較した図である。
【図７】成形型の断面形状とその型で成形された光学素子の断面形状を拡大収縮フィットを実施した後に比較した図である。
【図８】アス・クセをキャンセルする形状補正方法を模式的に示した図である。
【図９】アス・クセをキャンセルする形状補正方法の別の例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１　型の断面形状
２　成形品の断面形状
３　補正形状
１０　成形装置本体
１２　成形用型
１４　胴型
１６　上型部材
１８　下型部材
２０　支持基板
２２，２４　油圧シリンダ
２６　ヒータ
４０　ガラス素材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a molding die for press-molding an optical element having a complicated surface shape such as an aspherical lens with high precision.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as optical devices have become smaller and lighter, it has been desired to reduce the number of glass lenses used in an optical system. One means for achieving this is to use an aspherical lens capable of correcting aberrations even if the number of lenses is reduced. In addition, there has been a demand for a complicated optical element combining an aspherical surface (a free-form surface) having a non-axial symmetry. As a method for manufacturing a lens having such an aspherical shape, there is known a method in which a glass material is sandwiched between molding die members having predetermined surface accuracy and press molding is performed.
[0003]
As a conventional example of the method of forming an optical element by press molding as described above, there is a method disclosed in Japanese Patent Publication No. Sho 61-32263. In this method, a glass material is sandwiched between a pair of mold members having a molding surface finished in a surface shape exactly corresponding to an ideal shape of a completed optical element, and the viscosity of the glass material is reduced to 10%. ⁸ ~ 5 × 10 ¹⁰ Press molding is performed in a temperature range that causes poise. Thereafter, cooling is performed so that the temperature difference between the glass material and the mold member does not exceed at least 20 ° C. ¹² The molded optical element is taken out of the mold member in a temperature range higher than Poise. It is intended to process a highly accurate optical element by such a method.
[0004]
However, in the conventional example described above, for example, when trying to process an optical element having a shape that is difficult to obtain surface accuracy, such as a concave lens having a large radius of curvature on the surface, a meniscus lens, a free-form surface lens, and the like, Even if the molding conditions are set to the optimum conditions, the required surface accuracy (for example, a highly accurate value such as one Newton ring or less) may not be satisfied.
[0005]
Also, in order to improve the surface accuracy of the completed optical element as much as possible, for example, it is necessary to strictly control the press pressure at the time of cooling after molding, and to strictly control the press pressure in this way. Is extremely difficult. Also, with respect to other molding conditions, a strange change leads to a decrease in surface accuracy. Further, in order to improve the surface accuracy of the optical element, an auxiliary device may be required, which increases the cost of the processing apparatus, and accordingly, increases the cost of the optical element itself. There is also.
[0006]
In order to solve the above-mentioned problem, without controlling the molding conditions or preparing an auxiliary device, by correcting the mold, an optical element having high surface accuracy, for example, an aspherical lens A method of forming an optical element that can be processed has already been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-337426 and 2001-62841).
[0007]
In this method for molding an optical element, a glass material that has been softened by heating is pressed using a pair of molding mold members, and an optical function in which the surface shape of the molding surface of the mold member is transferred. In the method for molding an optical element, the surface of which is formed on the surface of the glass material, when molding a plurality of the optical elements, a certain habit is stably formed on the optical functional surface of each optical element. A first step of setting molding conditions, and a second step of molding an optical element using a molding die member having a surface shape of the molding surface processed so as to cancel the constant habit. Are provided.
[0008]
In particular, in the method for molding an optical element, the molding conditions include at least a temperature difference between the pair of molding members, a cooling rate, a pressure applied to the glass material during cooling, and a temperature for releasing the mold. Defined by
[0009]
In addition, in the method of molding an optical element, a glass material that has been softened by being heated is pressed using a pair of molding mold members, and the surface shape of the molding surface of the mold member is transferred. In a method for molding an optical element, wherein an optical functional surface is formed on the surface of the glass material, a first mold member having a molding surface shape corresponding to the surface shape of the optical element having a predetermined shape is used to form a glass. A first molding step of molding a material based on molding conditions such as a predetermined heating temperature, a mold member temperature, a pressurizing pressure, a pressurizing time, and a cooling rate; and an optical element molded in the first molding step. A measurement step of measuring the surface shape, measurement data obtained in the measurement step, a calculation step of calculating an error between data of the final desired shape of the optical element, and a calculation step based on the result obtained in the calculation step. Primary A correction processing step of correcting the molding surface of the member to form a secondary mold member; and press-molding the glass material using the secondary mold member under the same molding conditions as the first molding step. And a second forming step.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned method, only the contraction (and ascending) in the Z direction (molding direction) is taken into account, so the mold is corrected particularly when the optical element is large or has a complicated surface shape. In this case, since a positional shift of the amount of shrinkage caused by a component perpendicular to the Z direction occurs, it is difficult to determine a corresponding portion between the mold and the molded product, and a position different from a portion to be actually molded when correcting the mold. May be corrected.
[0011]
This will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sectional shape of a mold. Reference numeral 2 denotes the cross-sectional shape of the molded product. Now, when the mold shape indicated by 1 contracts as it is to become the shape indicated by 2 (when no ass habit occurs), P1, P2, and P3 are P1 ', P2', and P3, respectively. 'Is the point corresponding to the mold point in the molded product. In the conventional example, in this state, as shown in FIG. 2, the correction shape 3 is obtained by inverting the amount of deviation of the molded product with reference to the design shape indicated by 1. Therefore, the shape is corrected to a shape different from the original corresponding point. In other words, in the conventional mold correction method, when the element is large and the surface shape is an aspherical shape (especially an off-axis symmetric shape), or when the required accuracy is strict (such as Asx, one Newton or less, etc.), Since a high-precision surface close to the design value cannot be obtained by a single mold correction, the mold correction has to be repeated several times.
[0012]
Repeating the correction several times means that measurement errors and calculation errors accumulate there, and there is a possibility that the accuracy may be further reduced.
[0013]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to enable a molded article having a highly accurate surface shape close to a design value to be formed with a small number of mold corrections.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for producing a molding die according to the present invention is a method for producing a mold used when an optical element is molded by pressing a glass material under heating. A first step of measuring a surface shape of a plurality of molding surfaces of a first mold processed into a shape similar to a design shape of the optical element, and a positional relationship between the plurality of molding surfaces; A second step of measuring the surface shape of the molding surface of the molded article molded using the first mold and the positional relationship between the molding surfaces, and using the measurement data obtained in the first and second steps. A third step of calculating a shrinkage ratio of the first mold and the molded product; and a residual of the molded product shape from the design shape remaining after removing a shape shift due to a shrinkage difference based on the shrinkage ratio. And a fourth step of calculating A fifth step of calculating the shape of the molding surface, the shape of the molding surface of the second mold based on the shape obtained in the fifth step, and the shrinkage obtained in the third step. And a sixth step of determining.
[0015]
Further, in the method for producing a molding die according to the present invention, in the third step, when calculating the shrinkage ratio, the shrinkage ratio is calculated using only shape data of the measurement surface.
[0016]
In the method of manufacturing a molding die according to the present invention, in the third step, when calculating the shrinkage ratio, the evaluation direction of the shape deviation between the first mold and the molded product at the point of evaluating the shape deviation. Is taken parallel to the pressing direction, and the shrinkage ratio is determined so that the shape deviation is minimized.
[0017]
In the method of manufacturing a molding die according to the present invention, in the third step, when calculating the shrinkage ratio, the evaluation direction of the shape deviation between the first mold and the molded product at the point of evaluating the shape deviation. Is taken in the direction of the normal to the molding surface, and the shrinkage ratio is determined so that the shape deviation is minimized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0019]
FIG. 3 is a perspective view of a polyhedral free-form surface lens formed in one embodiment of the present invention. The present invention is particularly effective in correcting such complicated shapes. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a molding die 12 employed for molding the polyhedral free-form surface lens of one embodiment. FIG. 4 shows a state in which the pressing operation of the glass material 40 by the upper mold member 16 and the lower mold member 18 has been completed, and the molding of the glass lens has been substantially completed.
[0020]
In FIG. 4, a barrel mold 14 that forms an outer shell of the mold 12 is placed on a molding apparatus main body 10 of an optical element via a support substrate 20. The body mold 14 is formed in a substantially square prism shape in a top view, and through holes 14a and 14b are formed on the center axis of the body mold 14 so as to penetrate the body mold 14 up and down. Of these through holes, an upper die member 16 formed in a rectangular shape is inserted into the upper through hole 14a so as to be slidable in the up and down direction in a fitted state. The upper mold member 16 has a flange portion 16a formed at an upper end thereof, and the lower surface of the flange portion 16a abuts on the upper surface 14c of the body mold 14 from above, so that the upper mold member 16 can move further downward. This defines the downward pressing stroke of the upper part 16. A molding surface 16b is formed on the lower surface of the upper die member 16 in order to press the glass material 40 and transfer a desired shape to the surface to form an optical function surface.
[0021]
In addition, a hole 14d is formed on a side surface of the barrel die 14 for an automatic hand for carrying in and out of the glass material to enter and exit. A hydraulic cylinder 22 for generating a press pressure applied to the glass material 40 is disposed above the upper mold member 16 in a state supported by a support member (not shown). Below the hydraulic cylinder 22, a piston rod 22a is arranged along the up-down direction, and the lower end of the piston rod 22a is connected to the upper end surface of the upper die 16. Accordingly, the hydraulic cylinder 22 is operated, and the piston rod 22a is pushed downward, whereby the press pressure P1 is applied to the glass material 40.
[0022]
On the other hand, similarly to the upper die member 16, a lower die member 18 formed in a rectangular shape is inserted into the lower through hole 14b so as to be slidable in the vertical direction in a fitted state. A flange portion 18a is formed at a lower portion of the lower mold member 18, and a lower surface 18c of the flange portion 18a is in contact with an upper surface of a support substrate 20 on which the body mold 14 is placed. Then, the supporting substrate 20 receives a downward pressing pressure P <b> 1 applied to the lower mold member 18 from the upper mold member 16 via the glass material 40. On the upper end surface of the lower mold member 18, a molding surface 18b for transferring a desired shape to the lower surface of the glass material 40 to form an optical function surface is formed.
[0023]
Therefore, the surface shape of the molding surface 16b of the upper mold member 16 is transferred to the upper surface of the glass material 40 to form the optical function surface 40a, and the molding surface 18b of the lower mold member 18 is formed on the lower surface thereof. The surface shape is transferred, and the optical function surface 40b is formed.
[0024]
Further, the thickness of the formed polyhedral free-form surface lens (glass material 40) is defined by the lower surface of the flange portion 16a of the upper die member 16 being in contact with the upper surface 14c of the body die 14, as described above. The thickness of the polyhedral free-form surface lens (40) does not change each time the molding process is performed.
[0025]
A hydraulic cylinder 24 is fixed to the lower surface of the molding apparatus main body 10, and a piston rod 24 a of the hydraulic cylinder 24 is formed in a through hole 10 a formed in the molding apparatus main body 10 and in the support substrate 20. The lower mold member 18 is connected to the lower surface 18c of the lower mold member 18 via the through-hole 20a sequentially. The hydraulic cylinder 24 is provided with a lower mold member 18 to prevent the shape of the polyhedral free-form lens (40) from being collapsed in the cooling process after the forming operation of the polyhedral free-form lens (glass material 40) is completed. Is pushed upward to apply a pressure P2 to the polyhedral free-form surface lens (40).
[0026]
On the other hand, an opening hole 14d is formed in the side surface of the body mold 14, and the glass material 40 is supplied to the inside of the molding die 12 through the opening hole 14d, and the polyhedron free-formed after the molding is completed. The curved lens (40) is taken out of the molding die 12.
[0027]
In the body 14, the body 14, the upper member 16, and the lower member 18 are heated while being positioned at the four corners, and the body 14, the upper member 16, and the lower member 18 are heated. , A heater 26 for heating the glass material 40 is disposed.
[0028]
Next, a procedure for molding a polyhedral free-form surface lens (36 mm × 16 mm, center thickness 9 mm) using the molding die 12 configured as described above will be described.
[0029]
First, as shown in FIG. 5, the upper die member 16 is slid upward with respect to the body die 14 by pulling in the piston rod 22 a of the hydraulic cylinder 22, and is released from the lower die member 18. In this state, the glass material 40 heated to a predetermined high temperature is supplied onto the molding surface 18b of the lower mold member 18 by an automatic hand or the like through the opening hole 14d of the body mold 14. The glass material 40 supplied at this time is formed in a quadrangular prism shape when forming a polyhedral free-form surface lens, or is previously formed into a shape close to a completed shape of the polyhedral free-form surface lens. The body mold 14, the upper mold member 16, and the lower mold member 18 are heated to a temperature corresponding to a predetermined molding condition.
[0030]
After the glass material 40 is supplied onto the molding surface 18b of the lower mold member 18, the piston rod 22a of the hydraulic cylinder 22 is pushed out to make the molding surface 16b of the upper mold member 16 abut on the upper surface of the glass material 40. Then, a pressing pressure P1 is applied to the glass material 40. When the press pressure P1 is applied and the upper mold member 16 gradually moves downward, the glass material 40 is gradually crushed in the horizontal direction, and finally, the state shown in FIG. 4 is obtained. In this state, optical function surfaces 40a and 40b on which the shapes of the molding surface 16b of the upper mold member 16 and the molding surface 18b of the lower mold member 18 are transferred are formed above and below the glass material 40, respectively. The thickness of the glass material 40 is press-molded to a desired thickness.
[0031]
Thereafter, the formed polyhedral free-form surface lens (glass material 40) is gradually cooled. In this cooling process, the hydraulic cylinder 24 is operated, the lower mold member 18 is pushed up, and the pressure P2 is applied to the polyhedron free-form surface lens (40) so that the shape of the formed polyhedron free-form surface lens (40) does not collapse. Applied. Then, when the temperature drops to a predetermined temperature, the hydraulic cylinder 22 is again pulled in, the upper die member 16 moves upward, and then the polyhedron free-form surface lens is moved to the body die 14 by an automatic hand or the like. It is taken out through the opening hole 14d.
[0032]
The polyhedral free-form surface lens (40) is formed by a series of operations as described above. During the forming process, the surface accuracy of the optical function surfaces 40a and 40b of the polyhedral free-form surface lens (40) is increased. The molding conditions that are considered to have a significant effect on the following are as follows.
[0033]
(1) Press pressure P2 in the cooling process
(2) Temperature difference between upper and lower mold members 16 and 18 during cooling
(3) Cooling rate
(4) Influence of isotropic shape shift due to difference (predicted difference) in thermal expansion (shrinkage) between mold material and glass material
That is, if the press pressure P2 in the cooling process is too small, the lens is peeled off from the mold in a temperature range where the lens during cooling can still be deformed, and transferability deteriorates. Moreover, since there is no guarantee that the temperature at which the film is peeled off is constant, the shape of the generated habit is not constant.
[0034]
On the other hand, it has been experimentally found that even when the press pressure P2 is too high, the surface accuracy is deteriorated. For example, in the lens shape of the present embodiment, it is possible to obtain a surface with a certain habit by appropriately changing the pressing pressure P2, but it is not possible to obtain a surface without the habit.
[0035]
If there is too much temperature difference between the upper and lower mold members 16 and 18 during cooling, the surface accuracy is deteriorated, and in the mold having a hole in the body mold side surface as in the present embodiment, the inside of the lens is reduced. Variations occur in the temperature distribution, resulting in ass and habits. In this case, in the lens shape of the present embodiment, by appropriately changing the temperature difference between the mold members 16 and 18, it is possible to obtain a surface having a certain peculiarity (including astigmatism). Could not get. This is particularly noticeable when the cooling rate is high. Further, due to the difference in thermal expansion (shrinkage) between the mold material and the glass material, the shape of the mold and the shape of the molded product of the glass material pressed at a high temperature are significantly different at normal temperature. Generally, the difference in shrinkage is determined from past experience, and a temporary mold (initial mold) is manufactured. However, if the molding conditions and shape change, the difference in press temperature, cooling rate, Due to the difference, the shrinkage rate also changes, so the shrinkage rate is slightly different from expected. Therefore, the shrinkage ratio cannot be determined unless the molding conditions are fixed. The effect of the deviation from the expected value of the shrinkage ratio increases as the element size increases.
[0036]
From the above, in the present embodiment, instead of searching for the best point to balance the good releasability and the good surface accuracy, even if the surface accuracy slightly decreases, the mold release is surely performed. The press pressure P2 that can prevent the failure is selected. However, although the surface accuracy may be reduced to some extent, when a plurality of lenses are molded, the optical function surface of the lens is formed with good reproducibility, and the shape with the same as It is important to finish. As described above, if the lens is processed into a shape having the same as / hape / shrinkage ratio every time molding is performed, firstly, the shift in the shrinkage ratio is corrected, and the remaining shape (asbestos) that cannot be corrected there is first corrected. If the shapes of the molding surfaces of the mold members 16 and 18 are determined so as to cancel the habit, theoretically, when molding is performed under the same conditions with this mold member, a lens having no habit is completed. Will be.
[0037]
Therefore, in the present embodiment, 300 kgf was selected as the P2 value and 20 ° C./min was selected as the cooling rate so that the as-habit and shrinkage of the lens to be formed would be constant even if molding was repeated. That is, under these molding conditions, although the surface accuracy of the optically functional surface is slightly reduced, the reproducibility of the as-shaped shape and the shrinkage of the optically functional surface is improved.
[0038]
Under the above molding conditions, the shape (X, Y, Z point data) obtained by measuring the design value shape and the molded product shape with the three-dimensional ruler when the polyhedron free-form surface lens is molded is calculated using the least square method. FIG. 6 shows the result obtained by adjusting the position to the position where the residual in the direction becomes minimum.
[0039]
Similarly, the shape (X, Y, Z point data) obtained by measuring the design value shape and the shape of the molded product with the three-dimensional ruler is aligned using the least squares method, and the measured shape is changed to X, Y at the same time. 7 shows the result of isotropic expansion and contraction in all Z directions so that the residual in the Z direction is minimized.
[0040]
That is, in FIG. 6, only two parameters of the alignment are used, and in FIG. 7, two types of parameters of the alignment and the expansion and contraction are used, and the shape is fit by the least square method, and the residual is calculated.
[0041]
As can be seen from this figure, when the shape fit is performed without including the parameters of the expansion / contraction fit, an as-habit of 10 μm or more is generated. became. Thus, it can be seen that most of the shape deviations are due to differences in estimation of shrinkage. As the temporary mold (initial mold) used at this time, a shape isotropically multiplied by 1.004 with respect to the design value was used. The result by the least squares method was 1.0051. Since the optical element has a total length of 36 mm, this difference is as large as 39 μm in total length.
[0042]
Therefore, a shape in which the amount of deviation in the Z direction in FIG. 7 is inverted with reference to the design value is calculated, and a shape for canceling as-is is created (FIG. 8).
[0043]
Next, a shape obtained by enlarging the shape by the shrinkage ratio (1.051) newly obtained by the shape fitting is calculated, and is set as the shape of the main mold. As a result, the problem of the displacement of the shape correction position due to the difference in the shrinkage ratio mentioned in the section of the problem with the conventional method can be minimized.
[0044]
In addition, as a result of forming a polyhedral free-form surface lens continuously by using a mold member having a shape that cancels ass and habits by adjusting the shrinkage ratio according to the above method as much as possible, all lenses are astonic and habitual. It was less than one ring.
[0045]
As described above, it is possible to read the characteristic of the optical function surface of the lens from the number of Newton rings and process the molding surfaces of the mold members 16 and 18 into a shape that cancels the characteristic. is there. However, it is very time-consuming to perform such a mold machining operation manually. For this reason, in practice, it is preferable to perform mold correction processing by automatic calculation using an NC machine tool and a computer.
[0046]
(Other Embodiment 1)
In the above-described embodiment, the residual is not taken in the Z direction (molding direction), but is taken in the normal direction of the shape at the observation point when the shape is fitted and when the shape for canceling the as-unique component is calculated. As a result, the same accuracy as in the above-described embodiment was obtained (see FIG. 9).
[0047]
(Other Embodiment 2)
In the pressing method according to the above-described embodiment, the thickness of the element is determined by the abutting position of the press piece. However, since the element is pressed during cooling, a variation of several microns (2 to 4 microns) occurs. Therefore, if the shrinkage rate is calculated including this variation or the corrected shape is determined, an accurate value cannot be obtained.Therefore, the position variation of the upper and lower molds is set as separate parameters, and one position parameter is taken for each of the upper and lower mold positions. By performing the least-squares method simultaneously using the three types of parameters, that is, the parameter of the shrinkage ratio, the thickness variation of the element is not included in the calculation of the shrinkage ratio, so that the calculation result can be stabilized.
[0048]
As described above, according to the method for molding an optical element as shown in the embodiment, a highly basic apparatus similar to the conventional one does not require highly accurate control of molding conditions, and furthermore, It is possible to mold an optical element having a shape that was difficult to mold with high precision.
[0049]
In addition, a surface shape including an isotropic shrinkage component (proportional shape shift), which has a great effect on the shape after molding, and an as-unique component generated by the influence of the temperature distribution during cooling, the release state, etc. By separating the deviation components and correcting them separately, the number of mold corrections can be reduced, and a highly accurate molded product can be obtained.
[0050]
Note that the present invention can of course be applied to modifications or variations of the above embodiment without departing from the spirit thereof.
[0051]
For example, in the above embodiment, the case where the polyhedron free-form surface lens is molded has been described. However, the present invention is applicable to the molding of optical elements having other shapes, for example, optical elements such as a normal axially symmetric spherical lens and aspherical lens. Is also applicable.
[0052]
As described above, according to the above-described embodiment, when molding conditions are set such that assemblage and shrinkage ratio appearing in a completed optical element are constant to satisfy required accuracy, actual molding is performed. Preliminary consideration of the constant ass habit excluding the difference in the shrinkage rate caused by the variation of the cooling rate and temperature distribution, processing the molding surface of the mold member so as to cancel it, By calculating the mold shape based on the obtained shrinkage ratio, it becomes possible to process an optical element having high surface accuracy. Incidentally, it is not necessary to always set the molding conditions so that the appearance of the as-us is always constant as strictly as the molding conditions required for finishing the optical element with high surface accuracy. Therefore, a high-precision optical element can be easily manufactured.
[0053]
As a result, the cooling rate can be increased, and the tact time can be shortened. Therefore, optical elements such as aspherical lenses can be efficiently mass-produced at low cost. Also, when the as-x is small (about several hundred nm in PV value), the number of corrections can basically be corrected once, and it can be seen that molding of as-x 1 or less is possible. I have. In addition, the body mold has an opening, and when quenched, the temperature distribution inside the mold or inside the lens tends to vary, and the lens diameter or the lens length (in the case of a deformed lens) is large (20 mm or more). This is particularly effective in molding a lens shape in which the temperature distribution within the lens tends to vary due to rapid cooling, a lens shape having a large difference between the lens barrel and the center thickness, and a polyhedral molded product.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a molded article having a highly accurate surface shape close to a design value can be molded with a small number of mold corrections.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a mold and a shape of a molded product for explaining a method of molding an optical element.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a conventional mold correction method.
FIG. 3 is a perspective view of an optical element manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a molding die according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a state in which an upper mold member has escaped upward in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram comparing a cross-sectional shape of a molding die with a cross-sectional shape of an optical element molded by the die.
FIG. 7 is a diagram in which a cross-sectional shape of a molding die and a cross-sectional shape of an optical element molded by the die are compared after performing an expansion / contraction fit.
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a shape correction method for canceling as-is.
FIG. 9 is a diagram schematically showing another example of the shape correction method for canceling as-is.
[Explanation of symbols]
1 cross section
2 Cross-sectional shape of molded product
3 Correction shape
10 Molding device body
12 Mold for molding
14 Body type
16 Upper die member
18 Lower mold member
20 Support substrate
22, 24 hydraulic cylinder
26 heater
40 glass material

Claims (4)

ガラス素材を加熱下でプレスして光学素子を成形する場合に用いられる型を作成する方法であって、
前記光学素子の設計形状に近似した形状に加工された第１の型の複数の成形面の面形状、及び前記複数の成形面同士の位置関係を測定する第１の工程と、
前記第１の型を用いて成形した成形品の成形面の面形状、及び成形面同士の位置関係を測定する第２の工程と、
前記第１及び第２の工程で得られた測定データを用いて、前記第１の型と前記成形品の収縮率を算出する第３の工程と、
前記収縮率に基づく収縮差による形状ズレを取り除いた後に残る、前記成形品形状の前記設計形状からの残差を算出する第４の工程と、
前記残差をキャンセルするための成形面の形状を算出する第５の工程と、
前記第５の工程で得られた形状と、前記第３の工程で得られた収縮率とに基づいて第２の型の成形面の形状を決定する第６の工程と、
を有することを特徴とする成形型の作成方法。A method of creating a mold used when molding an optical element by pressing a glass material under heating,
A first step of measuring a surface shape of a plurality of molding surfaces of the first mold processed into a shape similar to the design shape of the optical element, and a positional relationship between the plurality of molding surfaces;
A second step of measuring the surface shape of the molding surface of the molded article molded using the first mold, and the positional relationship between the molding surfaces;
A third step of calculating a shrinkage ratio of the first mold and the molded product using the measurement data obtained in the first and second steps;
A fourth step of calculating a residual of the molded product shape from the design shape, which remains after removing a shape shift due to a shrinkage difference based on the shrinkage ratio,
A fifth step of calculating the shape of the molding surface for canceling the residual;
A sixth step of determining the shape of the molding surface of the second mold based on the shape obtained in the fifth step and the shrinkage obtained in the third step;
A method for producing a molding die, comprising: 前記第３の工程において、前記収縮率を算出する際に、測定面の形状データのみを用いて収縮率を算出することを特徴とする請求項１に記載の成形型の作成方法。The method according to claim 1, wherein in the third step, when calculating the shrinkage ratio, the shrinkage ratio is calculated using only shape data of the measurement surface. 前記第３の工程において、前記収縮率を算出する際に、形状ズレを評価する点における前記第１の型と成形品の形状ズレの評価方向をプレス方向と平行にとり、その形状ズレが最小になるように収縮率を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形型の作成方法。In the third step, when calculating the shrinkage, the evaluation direction of the shape deviation between the first mold and the molded product at the point where the shape deviation is evaluated is set parallel to the pressing direction, and the shape deviation is minimized. The method according to claim 1 or 2, wherein the shrinkage ratio is determined so as to be as follows. 前記第３の工程において、前記収縮率を算出する際に、形状ズレを評価する点における前記第１の型と成形品の形状ズレの評価方向を前記成形面の法線方向にとり、その形状ズレが最小になるように収縮率を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形型の作成方法。In the third step, when calculating the shrinkage, an evaluation direction of the shape deviation between the first mold and the molded product at a point where the shape deviation is evaluated is taken in a direction normal to the molding surface, and the shape deviation is determined. 3. The method according to claim 1, wherein the shrinkage ratio is determined so as to minimize.

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