JPH02102134A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レンズ等の光学素子の成形方法に係り、特に
、加圧成形手段により非球面形状等の所望形状の光学素
子を製出する光学素子の成形方法に関する。

〔従来の技術〕

加圧成形手段により所望形状の光学素子を製出する方法
に関する従来技術としては、特開昭６１−６８３３１号
公報、特開昭６１−２５１５２７号公報、特開昭６３−
６０１１４号公報に開示された技術がある。

特開昭６１−６８３３１号公報に開示された技術は、ガ
ラス素材を、ガラスレンズの完成品よりもやや小さい曲
率半径を有し、前記完成品と近似した形状のレンズ素材
ガラス素材に設定して成形するものである。

特開昭６１−２５１５２７号公報に開示された技術は、
加圧成形するに先立って光学素材の外周面に圧力を加え
る方向に素材片面から反対面まで延びる溝を形成するこ
とにより、加圧成形時に金型と素材との間に空気が閉じ
込められることがないようにして成形するものである。

特開昭６３−６０１１４号公報に開示された技術は、移
動（搬送）用の中空枠体内に、溶融ゴブを一対のプレフ
ォーム成形用金型を介して所望の最終製品の形状に近似
した形状のプレフォームに一体的に成形し、その後再加
熱してから一対の精密金型にて最終製品である所望形状
に成形する方法である。

〔発明が解決しようとする課題］ 特開昭６１−６８３３１号公報に開示された技術におい
ては、成形型の成形面が、近似球面からのズレが大きな
非球面形状をしている場合には、成形時に被成形体であ
るガラス素材の外縁部と成形型面とが接触してしまうた
めにエアー留りが避けられず、又、これを防止するため
にガラス素材の曲率半径をより小さく設定すると、ガラ
ス素材の必要な変形量が大きくなり公報に開示された目
的に反する結果となってしまうという問題点があった。

又、特開昭６１−２５１５２７号公報に開示された技術
は、平面素材を用いることが前提として記載されている
が、かかる平面素材の成形は成形に必要な変形量が著し
く大きいために短時間で精密な面精度を有する光学素子
を成形することが困難となり、そのために品質あるいは
コスト上の問題が生ずる。さらに、各素材の外表面に加
圧方向に延びる気体排出用溝を設ける構成は、その加工
コストが大きくなり、又、溝部による外表面の強度劣化
から離型時等に素材の微小かけらが生じ、外観品質上の
問題を生じていた。

又、特開昭６３−６０１１４号公報に開示された技術に
おいては、溶融ゴブをプレスして最終製品の形状に近似
した形状のプレフォーム（非球面）を製作できるが、最
終製品になるまでにプレス工程が２回あり、その際発生
するクレータ等の外観欠陥をおさえるには厳しい工程管
理が必要となるために極めてコスト高になるという欠点
がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、成形型面が、近似球面からのズレが大きな非球
面形状の場合であっても、成形時にエアー留りが発生せ
ず、かつ、成形品の変形量を小さくして精密な面積度が
得られるとともに低コストにて光学素子を成形しうるよ
うにした光学素子の成形方法を捷供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明は、少な
くとも一方が凸形状の非球面形状の成形面を有する成形
型により、加熱軟化した光学素子用素材を加圧成形して
光学素子を製出する光学素子の成形方法において、被成
形体である光学素子用素材として、被成形面が加圧成形
時に成形型の成形面中央から接触する概略球面形状を有
するとともに光学的有効径外の外縁部に面取り加工を施
した素材を用い、加圧成形時に光学素子用素材と成形型
とが接触しないようにして加圧成形するものである。

又、本発明の他の方法は、少なくとも一方が凸形状の非
球面形状の成形面を有する成形型により、加熱軟化した
光学素子用素材を加圧成形して光学素子を製出する光学
素子の成形方法において、被成形体である光学素子用素
材として、被成形面が加圧成形時に成形型の成形面中央
から接触する概略球面形状を有する素材を用い、成形型
の光学的有効径外の位置に逃げ部を設けた成形型を用い
て前記光学素子用素材を加圧成形するものである。

上記各方法によれば、エアー留りが発生せず、成形品の
変形量を小さくして精密な面精度の光学素子が得られる
。

〔実施例〕

以下、必要に応じて図面を用いつつ本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。

（第１実施例） 第１図は、本発明に係る光学素子の成形方法の第１実施
例を実施するための成形装置の正断面図であり、図は加
圧成形初期の状態を示している。

図において１．２で示すのは、成形用型を構成する一対
の上型、下型で、同一軸線上に対向配設しである。上型
ｌにおける成形面１ａは、近軸の曲率半径Ｒからのズレ
が大きい凸形状の非球面形状に形設しである。より詳細
に説明すると、凸形状の非球面形状の成形面１ａは、第
２図にて示すようにその中心軸を成形面とは逆方向にＺ
軸とし、半径方向にＹ軸とした際に、次に示されるＺと
Ｙの関係式で表される非球面形状に形設しである。

＋ＥＹ’＋ＦＹｈ十ＧＹ＠＋ＨＹ１０ 上式中のＲｏは近軸の曲率半径で、Ｒ，＝３９．２７０
ｍｍ（凸）に設定してあり、外周へ行くほど曲率が大き
くなり、光学的有効径Ｄ＝１８．４ｍｍにおける近軸の
曲率半径をもつ円弧とのＺ軸方向との差ΔＺは４１４μ
ｍと大きく設定しである。又、上式中のその他の値は次
の通りである。

Ｐ＝１ Ｅ＝−０，３２４２１ｘＥ−’ Ｆ　−−０，２３９８０ｘＥ−’ Ｇ＝−０，８１６５０ｘＥ−９ Ｈ＝　　　０．　１１８５４ＸＥ−” 下型２における成形面２ａは、球面でも非球面でもよい
が、本実施例では曲率半径１９．１９１鵬の凹球面に設
定してあり、上下型１．　２にて片面非球面の凸メニス
カスレンズをプレス成形しうるように設定しである。

上型ｌ、上下型の直径寸法は、共に１９．４ａｍに設定
してあり、加工上止ずる「フチダレ」の影響を少なくす
るために光学素子用素材４の光学的有効径りより１ｍｍ
大きく設定しである。又、上下型１．２は、表面硬度が
高くかつ耐熱性を有する材料、例えば超硬合金、サーメ
ッＩ−、ＳｉＣ等にて構成してあり、各成形面１ａ、２
ａは研削、研摩加工を施して鏡面仕上げした後、ガラス
との濡れ性の悪いＴｉＮ、ＣｒＮ等のセラミックスコー
トを施しである。又、上下型１，２は、図示を省略して
いる駆動源を介して上下駆動自在の構成となっていると
ともに加圧機構を装備している。

３で示すのは、光学素子用素材４を上型１．下型２との
間に搬送するための搬送部材（キャリア）で、光学素子
用素材４の外周面４ａと嵌合する嵌合孔部５と、光学素
子用素材４を載置支持するための段状の支持部６等を有
している。なお、光学素子用素材４は、その光学的有効
径りよりも外周部側が支持部６にて支持されるようにな
っている。

光学素子用素材４は、光学ガラスＢａＬＦ３を研削、研
摩加工等により被成形面４ｂ、４ｃの表面粗さがＲ■ａ
ｘｏ、０５μｍ以下の凸メニスカス形状に形設しである
。光学素子用素材４は、外径寸法２０．４ｍａ＋、肉厚
４．２ｍｍ、凸面の曲率半径１９．０ｍｍ、凹面の曲率
半径７５Ｍに設定しである。又、凹面側の外縁部には、
内径寸法Ｄ０がり。−１８，５ｍｌとなるように４０の
平面取り加エフが施してあり、成形時に光学素子用素材
４の外縁部が上型１に接触しないように構成しである。

次に、上記構成よりなる成形装置にて所望の光学素子を
製出する方法について説明する。

まず、予めキャリア３内に保持された光学素子用素材４
を上下成形型１．２間に搬入、セントする。

次に、駆動装置（図示省略）を介して上下型１゜２を移
動掻作し、光学素子用素材４の加圧成形を開始する。第
１図は、加圧成形初期の状態を示すものであるが、図に
示すように加圧成形時には光学素子用素材４の被成形面
４ｂ、４ｃは各成形型１．２の各成形面１ａ、２ａの中
央部から接触する。被成形面４ｂの曲率半径は成形面２
ａのそれよりも小さ（設定してあり、又、被成形面４ｃ
の外縁部には４Ｃの面取り加エフが施しであるので、加
圧成形時に光学素子用素材４と成形面１ａ、２ａとが接
触することがない、従って、成形時の変形量の小さい光
学素子用素材の曲率半径に設定できるとともに、被成形
面４ｂ、４ｃと成形面２ａ。

ｌａとの間の気体を成形中容易に逃がすことができる。

次に、図示を省略している加熱ヒータを介して非酸化性
雰囲気中にて上型１．下型２．光学素子用素材４を加熱
し、光学素子用素材４を加圧成形する。加圧成形条件は
、加熱温度５５０’Ｃ，加圧力３０ｋｇ／ｃＪに設定し
、２分間加圧した後に冷却を開始し、転移点（４９０°
Ｃ）以下の温度で成形品を取り出した。本実施例の加圧
成形工程においては、前述のように光学素子用素材４の
被成形面４ｂ、４ｃと成形面２ａ、ｌａとの間の気体が
容易に逃げるので、成形品にエアー留りが生ずることが
ない。実際に、上記条件にて光学素子用素材４を加圧成
形したところ、成形品はエアー留りがなく、しかも所望
の形状からのずれが０．３μｍ以下の良好なガラス光学
素子が得られた。

第３図は、本実施例の効果を明確にするための成形例を
示すもので、非球面型面形状を基準軸（横軸）とし、縦
軸をΔＺとした成形初期の非球面型面と光学素子素材４
の被成形面との位置関係を示す図で、図に示すように光
学素子用素材４の凹面側の曲率半径を種々設定するとと
もに外縁部の面取り加工も施した場合と施さない場合と
で分けである。即ち、図中１０で示すのは、曲率半径６
５ｍｍ、面取り加工なしの場合、１１で示すのは、曲率
半径７５ｍｍ、面取り加工なしの場合、１２で示すのは
、曲率半径７５鴫１面取り加工ありの場合、１３で示す
のは、曲率半径９５ｍｍ、面取り加工なしの場合をそれ
ぞれ示している。かかる各成形例の成形結果を下表に示
す。なお、成形条件は、前述の本実施例の成形条件と同
一である。

上表に示すように、第３図にて１０で示す素材形状の場
合には、曲率半径が小さく、かつ面取り加工がないので
、成形初期から素材は成形型と外場りになり、エアーの
排出が行われずにエアー留りが顕著に残った。又、１１
で示す素材形状の場合には、成形初期段階で中央部と外
縁部がほぼ同時に成形型と接触するので、上記１０の場
合はどではないがエアーの排出が不十分でエアー留りが
生じた。又、１３で示す素材形状の場合は、さらに曲率
半径を大きくしたものであるが、中当り状態からの成形
となり、エアーの排出が十分に行われエアー留りの発生
はないが、成形量が大きくなるため、上表の成形条件で
は外周部が転写不良となった。又、１２で示す素材形状
の場合は、１１で示す素材形状の外縁部でかつ光学的有
効径外に面取り部を設けた場合であり、本実施例に相当
する場合である。この場合には、成形型とは中当り状態
で、かつ成形中にエアー排出が行われるので、エアー留
りがなくなり、効率的な成形が可能となり、成形結果も
極めて良好であった。かかる実験結果の比較からも、本
実施例の効果が明らかになるものである。即ち、本実施
例によれば、エアー留りが発生せず、かつ成形品の変形
量を小さくして精密な面精度が達成され、かつコストの
安い光学素子を得ることができるものである。

なお、光学素子用素材４の外縁部に設ける面取り部７は
、平面取り形状に限定されるものではなく、角面取り形
状としても同様の効果が得られるものである。又、本実
施例の球面側の形状は凹面形状に限定されるものではな
く、凸面の球面又は非球面であってもよい。

（第２実施例） 第４図、第５図に本発明の第２実施例を実施するための
成形装置を示す。本実施例の特徴は、上型１における成
形面１ａの光学的有効径り外の外周面部に複数の（本実
施例では３個）溝状の逃げ部２０を形設した上型１を用
いて成形する点である。又、光学素子用素材４に関して
は外縁部に面取り加工を施していない点が第１実施例と
は異なる。成形装置のその他の構成部は第１実施例と同
様であるので、同様の構成部には同一符号を付してその
説明を省略する。

本実施例における成形工程は第１実施例と同様であるが
、本実施例においては第１実施例のような面取り加工を
施していないので、成形初期に光学素子用素材４の外縁
部が上型１の成形面１ａに接触することになるが、溝状
の逃げ部２０が存在するので密閉状態ではない。従って
、加圧成形工程においては、溝状の逃げ部２０からエア
ーの排出が行われる。本実施例においても、第１実施例
と同様の成形条件にて成形を行った結果、同様の品質の
成形品を得ることができた。

従って、本実施例によれば、第１実施例の効果に加えて
、従来技術のように光学素子用素材４にそれぞれエアー
の逃げ部をいちいち作っておく必要がなくなるので、さ
らに低コスト化がはかれる利点がある。なお、成形型に
設ける逃げ部２０の形状は、本実施例の形状に限定され
ず、エアーの排出が行われる機能を有するものであれば
、どのような形状でもよい。

また、本実施例は、非球面型が凸形状の場合を例にとっ
たが、第６図にて示すごとく凹形状であっても同様の効
果が得られることは明らかである。又、もう一方の成形
面形状については凹形状。

凸形状ともに実施できるものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、成形型面が近似球面から
のズレが大きい非球面形状である場合の成形において、
エアー留りが発生せず、かつ成形品の変形量を小さくし
て精密な面積度が達成され、さらにコストの安い光学素
子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る方法の第１の実施例を実施する
ための装置の正断面図、 第２図は、上型成形面における凸形状の非球面形状の説
明図、 第３図は、第１実施例の効果を明確にするための各種上
型成形面形状と素材被成形面との位置関係を示す説明図
、 第４図は、本発明に係る方法の第２の実施例を実施する
ための装置の正断面図、 第５図は、第４図の要部の斜視図、 第６図は、上型の非球面成形面を凹形状にした例を示す
正断面図である。 １・・・上型　　　　　　２・・・下型３・・・キャリ
ア　　　　４・・・光学素子用素材７・・・面取り部 第２図 特許出願人　　オリンパス光学工業株式会社代理人　弁
理士　　奈　　　良　　　　　　　武第 図 第 図 第 図 第６ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方が凸形状の非球面形状の成形面を
   有する成形型により、加熱軟化した光学素子用素材を加
   圧成形して光学素子を製出する光学素子の成形方法にお
   いて、 被成形体である光学素子用素材として、被成形面が加圧
   成形時に成形型の成形面中央から接触する概略球面形状
   を有するとともに光学的有効径外の外縁部に面取り加工
   を施した素材を用い、加圧成形時に光学素子用素材と成
   形型とが接触しないようにして加圧成形することを特徴
   とする光学素子の成形方法。
2. （２）少なくとも一方が凸形状の非球面形状の成形面を
   有する成形型により、加熱軟化した光学素子用素材を加
   圧成形して光学素子を製出する光学素子の成形方法にお
   いて、 被成形体である光学素子用素材として、被成形面が加圧
   成形時に成形型の成形面中央から接触する概略球面形状
   を有する素材を用い、成形型の光学的有効径外の位置に
   逃げ部を設けた成形型を用いて前記光学素子用素材を加
   圧成形することを特徴とする光学素子の成形方法。