JPS609716A - 光学素子の製造方法 - 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】 本発明はレンズやプリズム等の光学素子の加圧成形方法
に関するものでさらに詳しく言えば、所望の光学素子に
対応する形状で高い面精度をもつ型面を備えた一対の型
の間に所定容量の光学素子素材を置き該素材を加熱し、
前記一対の型で加圧成形し、レンズ・プリズム等の光学
素子を得る方法に関するものである。

従来、レンズやプリズムを生産するには素材をダイヤモ
ンド砥石等によって研削した後酸化（１） セリウム等によって研摩する方法が採用されていた。し
かしこの方法では研削研摩に多大な労ズを製造すること
はよシ一層の高度な技術が必賛で、安価に大量のレンズ
を生産することは非電に困難であった。これらの問題を
解決する為多くの研究が従来性なわれて来たがその一つ
として米国特許第４８６へ３４７号尋では高精度の光学
素子（例えばパワーがニュートンリング６本以内不規則
性が３本以内）を成形する方法が開示されている。しか
し、従来その成形素材の形態についてはらまシ注意がは
られれておらず、成形時の１おれこみ”とよばれる欠点
を除く為素材の鋭角部をバレル研摩等で落とし全体とし
て丸味をおびたものに仕上げる程度であった。この為素
材の表面に凹凸がある場合、加圧成形された光学素子の
表面にも微細な凹凸部を生じる為、後加工なしにそのま
ま光学素子として使用することは不可能であった。

（２） 本発明は、光学素子素材を加圧成形するだけでレンズ、
プリズム等の光学素子として使用可能でｉｂ、表面欠陥
がなく、光学的に満足々成形品を得る方法を提供しよう
とするもので、その特徴とする所は、光学素子素材とし
て予め表面欠陥を除去した素材すなわち表面粗度％μ以
下、好ましくはＭｏｏμ以下とする様にあらかじめ所定
の形状に成形し、かつ表面のキズ、ヒビ割れを取シ除い
た球面あるいは平板により構成された素材を使用するこ
とにある。

更に本発明の他の目的はカメラ等の凸レンズ・凹レンズ
・球面レンズ・非球面レンズ等複数の形状のレンズを数
多く組み合わせてレンズ系を構成する光学機器における
前述各種レンズを同一精度を保って大量に生産可能な製
造方法を提供することにある。更に本発明の他の目的は
加熱・加圧作用によシ成形加工したレンズの例えば歪除
去等の後処理加工を要することのない製造方法を提供す
る。従来の公知の加圧成形技術によれば、光学ガラス材
料を所定容積重量型内（３） に挿入し、その後加熱・加圧作用にて型内の前記材料が
型表面に成形されるのであるが、型内に挿入した光学材
料の形状形態が定まらず凸・凹・突出部、針状鋭角突起
等があると、加熱・加圧作用の過程でこれらの突出部が
材料の内側に押し下げられ、仕上げられたレンズには境
界面（層）を生じ、歪の発生や光の透過率・レンズの屈
折率等光学特性に影響を生じるものであるが、前述の目
的はこれらの問題点を排除することにある。

素材の表面欠陥を除去する一つの方法としては、従来広
く知られている様に、素材を研削・研摩工程を経て表面
欠陥を除去する。この際従来はその表面精度（パワー・
不規則性）も光学特性を満足する様に考えられて来たが
、本発明においては表面精度について完成されたレンズ
表面の仕上精度はどには考慮する必要はなく、ただ表面
のキズ・ヒビ割れ・突起・窪み等の表面欠陥のみを除去
すれば良い。

また別の方法として、素材を溶融し、例えば（４） スズの様な溶融金属塩中に流し出し、冷却、固化させ表
面欠陥を除去する方法もある。

この様にして予め予備成形された素材を加圧成形して光
学素子を製造する。本発明の一実施例を図によって詳述
する。

第１図は本発明による光学材料を予備成形した予備成形
材を最終目標の凸レンズ・凹レンズ・フレネル・非球面
レンズ等に加熱・加圧成形する成形装置の概略図を示す
。

第２図（Ａ）（Ｂ）は前記第１図に示した装置の型（上
型３、下型４）と予備成形材２１を示し、第２図（Ａ）
は型３，４の間にキズ・ヒビ割れ・突起・窪みを除去し
所定の表面仕上精度（例えば前述したようにカメラ用レ
ンズの場合には′Ａｏｏμ以上の精度）に予備加工した
予備成形材を挿入した図（第２図（Ａ））と、第２図へ
の状態から、型４に圧力を加えて予備成形材２１を最終
目標のレンズに成形する図（第２図（Ｂ））である。

１は気密容器、２はそのふた、３は光学素子を成形する
だめの上型でその表面３ａは光学床（５） 子の様態面と同程度に仕上げられている。４はその下型
でその表面４ａも同様に仕上げられている。８はヒータ
ー、９は加圧棒、１０は加圧用シリンダー、１１は排気
用油回転ポンプ、１２゜１５．１４，１６．１８はバル
ブを示す。

光学素子を成形する際、本発明が言う所の所定容量の予
め表面欠陥を除去した予備成形材２１を下型４の上に置
き、上型３、上型おさえ５をセットし、気密容器１のふ
た２を閉じ、水冷パイプ２０に水を通して、ヒーター８
に通電する。

この時バルブはすべて閉じている。尚、排気用油回転ポ
ンプは常に作動している。パルプ１２を開は気密容器内
を排気し、真空度が１０−２Ｔｏｒｒ以下になったらバ
ルブ１２を閉じ、パルプ１６を開いて、容器内に不活性
ガス（例えばＮ２ガス）を導入する。これは高精度に仕
上げられた型の表面の酸化を防ぐ為である。光学素子が
成形可能な温度に加熱されたらシリンダー１０を作動さ
せ加圧棒９にて下型４を押し、予備成形材２１に圧力を
加え加圧成形を行なう。尚、図中下型（６） ４は網製６と同質材料で作られ積度良く嵌合して上下す
る。前記予備成形材が所定形状に成形されたら温度を徐
々に下げる。十分に冷却したら成形品を装置から取出し
、操作を終了する。

本発明における予備成形された素材の形状は第２図（Ａ
）に示した様に球形でも良いしあるいは第６図（Ａ）に
示しｆｃ様に素材の表面２１ａ、および２１ｂの表面欠
陥を除去した円板でも艮いし、第４図（Ａ）に示した様
に素材の表面２１ａおよび２１ｂを予め成形される光学
素子の形状に近似の曲率に球面成形しておいても良い。

特に第４図の様に厚肉のレンズに対しては近似の曲率に
仕上げておくことは成形品の積度を良くする為に有効で
ある。

第４図のように予備成形材２１Ａを最終目標形状のレン
ズ２２Ａに近い曲率に仕上げておくことは、該予備成形
材２１Ａを型内に挿入し前述第１図のシリンダ１０・加
圧棒９・下型４によって予備成形材２１Ａに圧力を加え
る際に、該予備成形材２１Ａが型３，４の圧力で最終目
標形状のレン（７） ズ２２Ａに変形する過程において、予備成形材２１Ａの
変形時に特定弐面例えば曲率の特に大きな点に大きな圧
力が作用しその点又は近辺に応力が集中する応力集中原
扶や、歪の発生を抑えることに役立つものである。

この応力集中、歪の発生を抑えることにより従来必要と
されていた歪を除去する作業（ラニーリング作業）が不
要となシ、更に、第４図の例の場合には従来の加熱・加
圧によるガラス材料成形技術では中級機用レンズ・レン
ズ口径１０φ〜２０φばかシでなく、−眼レフカメラ用
の大口径レンズ・レンズロ径６０φ前後の製作にも適用
可能となった点は本発明の大きな成果であった。梃に又
、前述したように予備成形材２１Ａを加熱加圧成形後歪
除去作業を必要としないことは、従来歪除去作業のため
加熱加圧成形後数時間乃至数１０時間の歪除去時間を要
して製作工程にその分の配置工程・工程作業時間の調整
等によシ索材−加熱加圧一成形一歪除去−完成の工程に
多くの時間を費やしていたのが、（８） 第４図のように予備成形材の外表面形状を最終目標形状
のレンズ形状に近い曲率に仕上げておくことによシ成形
工程後に歪除去工程を経ることなく次の工程例えばレン
ズ鏡筒への組み込み工程に送ることができ、材料からレ
ンズ鏡筒の完成までの組立−完成品工程までを大巾に短
縮することができ、その結果として、所謂、流れ作業工
程の自動化によシネ良品の除去、生産能率の同上、生産
工程の効率化等々合理化に多大の貢献をなし得るもので
ある。

本発明の効果をよシ明らかにする為に素材として各棟の
表面欠陥を有する材料を本発明を実施する装置で成形し
、予め表面欠陥を除去した素材を使用した成形品と比較
した。その結果を第１表および第５図に示す。

本発明の実施に用いた光学素子素材は通称８ＩＩ′１４
の光学ガラスを用いその形状は外径１６．５ｎ、中心厚
２．５闘の平面板である。

上型３の表面３ａを曲率２０，５ｎｍに光学加工した又
下型４の表面４ａを曲率５５．５ｔｎｍに同様（９） に光学加工した。成形条件は５７０　’Ｏにて１０匈／
ｃＩ！Ｌ２の圧力を３分間加えた。

第１表において＋１２００・＋６００・＋２５０等は日
本工業標準規格（ＪＩＢ　Ｒ６００１・ＪＩＢによる微
粉の粒度分布による）による仕上精度を示し、ＲＭＡＸ
は最大表向粗さを示す。尚、第１表・第５図のブランク
とは前述の予備成形材を指体する。第１表と第５図の対
応は第１表■のブランクでの表面粗度の測定結果が第５
図■の左図のグラフを示し、研摩品のブランクによる最
終目標レンズ（曲率半径２０．５ｍ１ｉ及び５５．５絹
のレンズ）の表面粗度の測定グラフを第５図右図に示す
。

第５図の各グラフの右端に示すようにブランクの仕上度
合（ＨＭＡＸ　）によって測定粗度のグラフ目盛のとり
方が０．０２μから２μに大きく異なっている。このこ
とは、ブランクの表面粗度をＲＭＡＸ　Ｏ，０１μ以下
にした場合とＨＭＡＸ　７μ以下にした場合とでは成形
品の表面粗度の大きさの度合が全く異なることを意味し
ている。即ち、ブランクの表面粗度をＲＭＡＸ　Ｏｏｏ
　１μ以下にすると（１０） 成形品の表面粗度はＲＭＡＸ　Ｏ，０２μ程度となり、
この成形品のレンズはレンズ表面フレラ・光量透過率等
の各種の光学特性因子の合格基準をバスすることができ
た。成形品の表面粗度ＲＭＡＸＯ００２μは成形の型の
仕上粗度と同じ値であシ、このことはブランクの表面粗
度をＲＭＡＸ　Ｏ，０１μにすると成形の型の表面粗度
が成形レンズの表面に忠実に再生されることを意味する
。

仕上粒度　１２００〜９２５０によるブランクの場合に
は第１表及び第５図に示したように成形品のレンズの表
面粗度が０．１１μ〜２μ以上になり、特に第５図に示
すようにＡ１−Ａ４　、　Ｂ１〜Ｂ３゜０１〜Ｃ４にて
示す突起状の突出点を発生し、この突出点により光学特
性例えば光量透過率が大きく低下し、カメラ用レンズと
して適さないものであった。尚、本実施例の場合の加圧
力は前述の形状、外径１６．５ｍｍ・中心厚２．５問・
曲率半径２０．５ｍｍ・５５．５關のレンズを得るだめ
の前述シリンダーへの圧力が約１０　ｋｇ７ｃｍ２程度
であった。本実施例の場合型の表面粗度は０．０２μ、
（１１） 加圧力１１０Ｉｃであったが、レンズの光学特性の条件
、レンズ形状の大小、曲率の大小の条件に応じて前記設
定条件は変えることはもとよシ可能である。

前記実施例において型の仕上粗度を更に高くし、加圧力
を大きくすれば成形品の仕上面はブランクの表面粗度を
０．０１μに仕上げても成形後のレンズはその表面粗度
が０．０１μ以上の高い精度に成形されることは以上の
結果から理解される。

以上のように本発明は成形用型内に光学材を挿入し、前
記光学材の加熱・加圧成形加工によシ前記成形用型の型
表面を型どった光学表面を形成する光学素子成形方法に
おいて前記光学材を予備成形加工して球形、平板、形状
にし、その表面のキズ・ヒビ割れ等の表面上の欠陥を除
去し、その表面粗度をある程度まで予備加工した予備成
形材とし、この予備成形材を前記成形用型内に挿入して
加熱・加圧成形加工することを特徴とするものであシ、
本発明による成形力（１２） 法は成形用型にて成形後の後処理・後加工工程を必要と
せず、所望の光学的仕上精度（表面粗度）を得ることが
でき、更に本発明は最終目標の仕上曲率、仕上粗度に仕
上げられた成形用型を用いるので、材料選定・加熱条件
・加圧条件を同一にすれば同一精度のレンズを生産効率
よく作ることができる。

史に実施例第４図に示したように予備成形材の表面を最
終目標形状に近い曲率に予備加工することによシ、前述
したように歪発生を抑えることができ、生産の合理化を
遂行し得る効果を有している。

第　１　表 （１３）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するのに使用される装置の一
例を示す図、 第２図（Ａ）（Ｂ）は一対の型および素材、成形品を示
す断面図、 第３図（Ａ）（Ｂ）、第４図（Ａ）　（Ｂ）は本発明の
他の実施例を示す断面図である。 第５図は素材の表面粗度と成形品の表面粗度の測定結果
で　− ある。 ６．４・・・成形用型 ２１．２２・・・予備成形材 出願人　キャノン株式会社 （１４）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 成形用型内に光学材料を挿入し、前記光学材料への加熱
   ・加圧作用によって光学表面を成形する光学素子の製造
   方法において、 光学材料をあらかじめ所定の表面粗度に加工した予備成
   形品を前記成形用型内に挿入し加熱・加圧作用による成
   形加工を行なうことを特徴とする光学素子の製造方法。