JPH0148208B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレンズやフイルター等の光学素子の加
圧成形方法に関し、詳しくは一対の光学素子の機
能面を形成する型の間に光学素子成形用素材を挿
入配置し、この一対の型の各々の光軸を合致させ
た状態で光学素子成形用素材を加圧して、機能面
の偏心がなくしかも中心厚の一定な光学素子を成
形することのできる方法に関する。

従来、ガラス製のレンズやプリズム等の光学素
子の製造は、光学素子成形用素材をダイヤモンド
砥石等によつて研削した後、酸化セリウム等を用
いて研摩する方法により行われていた。しかしこ
のような研削、研摩、芯出し等の工程を含む方法
に於いては、工程数が多くしかも各工程に多大な
労力、費用及び時間がかかり、また光学素子に要
求される充分な形状、表面品質、表面精度等を得
るためには高度な熟練技術が必要とされていた。

また、収差補正に有効である等の利点を有する
ことから、非球面が光学システム中に多く使われ
てきており、所謂非球面レンズ（一般に機能面の
一方が非球面で、その反対側の機能面が球面で構
成されている）の製造には、一層高度な技術が要
求され、安価で大量に生産することは非常に困難
であつた。

これ等の問題を解決する方法の一つとして、光
学素子成形用素材を成形用型内に配置し、これを
加圧するだけで製品としての面精度、面品質を有
する光学素子を成形する方法が注目されている。
この方法に於いては、前述の研削、研摩等を要す
る方法と比較すると、多大な労力と時間の削減、
また成形過工程に高度な技術が必ずしも要求され
ない等の点に於いて大幅に改善されてはいるが、
形成された光学素子に偏心が生じ易く、このこと
がなお改善すべき問題点となつていた。

従来の光学素子の加圧成形法に於いては、まず
第１図ａに示すように、固定型１に保持された下
型２上に、加熱されて成形可能な状態となつてい
るガラス等の光学素子素材３を配置し、次に第１
図ｂに示すように、上型４を油圧シリンダー（不
図示）によつて下型２に矢印の方向へ押圧してレ
ンズ等の光学素子の機能面が成形されていた。

この従来の加圧成形法に用いられていた装置の
上型４は固定型１の内側面１ａに嵌合し、所定の
軸線o₁−o₂に沿つて移動するように構成されるも
のであり、この嵌合精度によつて下型２と上型４
の光軸を一致させていた。ところが、固定型１と
上型４の嵌合部１ａは摺動嵌合部であるため、厳
密な嵌合精度を得ることが難しく下型２の光軸と
上型４の光軸を完全に一致させることは非常に困
難である。下型２と上型４の光軸が一致していな
い状態で光学素子の加圧成形を行うと、例えば第
２図に示されたレンズ５のように、レンズの機能
面５ａ及び５ｂのそれぞれの球心a₁とb₁を結ぶ
軸、すなわち両機能面のそれぞれの光軸が一致し
た軸とレンズの光軸とは一致せずレンズ厚T₁及
びT₂が異なりレンズ５に偏心を生ずることにな
る。

一対のレンズの機能面が共に球面からなる球面
レンズの成形に於いては、球面が該球面の球心を
通る無数の光軸を有することから、機能面のそれ
ぞれの光軸が一致した一本の軸、すなわち両機能
面の球心を通る軸a₁−b₁を取ることができる。従
つて、後加工により、すなわちレンズ成形後に芯
取り工程を行うことによつて、軸a₁−b₁を中心軸
とし、これに対称にレンズを外径加工して軸a₁−
b₁をレンズの光軸と一致させて前述の偏心を修正
することができる。

しかしながらこの場合には、レンズの中心厚は
外径加工前後に於いて変化してしまい、偏心の程
度によつて中心厚のバラツキが生じる。

一方、非球面レンズに於いては、回転対称体で
ある非球面の有する光軸はただ一本のみであり、
偏心が生じた場合、球面レンズに於けるようなレ
ンズの一対の機能面のそれぞれの光軸が一致した
軸は存在しない。従つて、この非球面レンズに於
いては、加圧成形によつて生じた偏心、すなわち
非球面の有する光軸と他の機能面の光軸が一致し
ていない状態を上述の球面レンズのように二つの
機能面の球心を結ぶ線を軸として対称に外径加工
して偏心を修正することはその構造上ほぼ不可能
であつた。

本発明者等によつてこれらの諸点に鑑み成され
た光学素子の加圧成形方法に関する特許出願がす
でに提出されている。その方法に使用される光学
素子の加圧成型装置の一例を第３図に示す。

すなわち、上型７と下型６の間に光学素子成形
用素材８ａを配置し、上型７の光学素子の機能面
を形成する球面７ａを下型６の上部輪帯縁部６ｄ
に圧接して光学素子を加圧成形することにより光
学素子を成形する方法である。この方法は、球面
に真円形状の縁部を有する輪帯を該輪帯の縁部の
全てが球面に接するように押付けた時に、輪帯の
中心軸は必ず球面の有する球心を通ることを応用
したもので、光学素子の機能面を形成する面６ａ
の光軸とその中心軸が一致するように加工された
上部輪帯縁部６ｄと他の機能面を形成する球面７
ａを圧接すると、上部輪帯縁部６ｄの中心軸が球
面７ａの球心を取り、自動的に二つの機能面を形
成する面の光軸は一致し、この状態で成形を行
い、偏心がなく中心厚の一定なレンズ等の光学素
子を形成するものである。

しかしながら、この方法に於いては、例えば第
４図に示す光学素子のように、光学素子の少なく
とも一方の機能面の径d₁が光学素子自身の外径d₂
よりも小さく、しかも該機能面によつて調心しな
ければならない場合等のように、形成しようとす
る光学素子の形状によつては第３図に示したよう
な成形用型の構成ができなかつた。

本発明の目的は、上述のような形状の光学素子
をも成形可能であり、かつ光学素子に偏心を生じ
ることなく、しかも一定のレンズ中心厚を得るこ
とのできる光学素子の加圧成形方法を提供するこ
とにあり、とりわけ非球面からなる機能面を有す
る光学素子を成形するのに好適である加圧成形方
法を提供することにある。

本発明の他の目的は、製品としての品質を持つ
た光学素子を後加工することなく形成でき、製造
コストが低く、大量生産を可能とする光学素子の
加圧成形方法を提供するこにある。

上記の目的及び他の目的は、以下の本発明によ
つて達成される。

すなわち本発明の光学素子の加圧成形方法は、
光学素子の第１の機能面を形成する面と該面の光
軸上に同心を有する真円形状からなる上部輪帯縁
部とを有する第１の型と、前記光学素子の第２の
機能面を形成する球面と該球面と同一の球心を持
つ調心用球面とを有する第２の型との間に配置さ
れた光学素子成形素材を、前記調心用球面が前記
上部輪帯縁部の全体に接するように前記第１の型
と前記第２の型を圧接して、前記光学素子を加圧
成形する工程を含むことを特徴とする。

以下、図面を参照しつつ本発明の方法を詳細に
説明する。

第５図及び第６図は、本発明の方法に用いられ
る光学素子の加圧成形用装置の２種の例の要部を
示した模式的断面図である。まず、成形用下型１
１の型部材１１ｂ及び型部材１１ｃとによつて構
成された凹部に成形可能な状態のガラス等の光学
素子成形用素材１０ａを配置する。この際、素材
１０ａをあらかじめ成形可能な温度に加熱し、型
内に挿入しても良いし、素材１０ａを型内に配置
して、その状態で型内部を加熱し素材１０ａを形
成可能な状態にすることもできる。

成形用下型１１は、型部材１１ｂと型部材１１
ｃから構成される。型部材１１ｂは光学素子の機
能面を形成する面１１ａを有し、この面１１ａの
光軸と型部材１１ｃの円筒軸は合致させてある。
光学素子の機能面を形成する面１１ａは、成形さ
れる光学素子１０の形状に応じて球面でも非球面
でも良い。一方型部材１１ｃは、上部輪帯縁部１
１ｄを有する。

本発明で言う上部輪帯縁部１１ｄとは、型部材
１１ｃの端部であり、成形用上型１２との接触部
分である。この上部輪帯縁部１１ｄは、光学素子
の第１の機能面を形成する面１１ａの光軸と同心
をなす真円形状を実現する部分であるから、連続
面で形成される他、断続的な面（例えば輪帯周囲
の一部に切欠きのあるような場合等）に、あるい
は真円状に配置された３点以上の点として形成さ
れていても良い。更に、この上部輪帯縁部１１ｄ
は、上型１２との圧接状態の安定性及び圧接によ
る衝撃に対する耐久性を良くするために必要量面
取することができる。

なお、型部材１１ｂと型部材１１ｃは、本例の
ように分離されたものではなく、一体となつた型
であつても良い。この両型部材が分離されて設け
られる場合には、各々の材質をその特性に合せて
選択することができる。これらの材料として、例
えば型部材１１ｂには機能面の形成用として好適
な材料、すなわち緻密な鏡面加工の容易な材料
を、型部材１１ｃには成形用上型１２との圧接に
よる衝撃や摩耗に対する耐久性に優れた材料を使
用することができる。

他方、成形用上型１２は、型部材１２ｂ及び型
部材１２ｃから構成され、型部材１２ｂが光学素
子１０の第２の機能面を形成する球面１２ａを有
し、また型部材１２ｃは調心用球面１２ｄを有す
る。この調心用球面１２ｄは、光学素子１０の第
２の機能面を形成する球面１２ａの球心と同一の
球心Ｃを持ち、球面１２ａの外側に設けられ、加
圧成形の際に下型の型部材１１ｃの有する上部輪
帯縁部１１ｄに圧接される部分である。この調心
用球面１２ｄの曲率半径R₂は、機能面の形成面
１２ａの曲率半径R₁と同一でも良いし、異なつ
ていても良いが、上述のようにこれらの球心が合
致していることが重要である。

型部材１２ｂと型部材１２ｃも本例のように分
離されたものではなく、一体となつた型であつて
も良い。型部材１２ｂと１２ｃが分離されて設け
られる場合には、下型の型部材１１ｂと型部材１
１ｃの場合と同様に、これらの材料として、例え
ば型部材１２ｂには機能面の形成用として好適な
材料を、型部材１２ｃには成形用下型１１との圧
接による衝撃や摩耗に対する耐久性に優れた材料
を使用することができる。

更に成形用上型１２は、これを加圧するための
油圧シリンダー等の加圧機構（不図示）に加圧時
に接続されてまたは一体となつている。なお、こ
の上型と下型を圧接するための加圧機構は、下型
とあるいは両方の型と加圧時に接続または一体と
なつていても良い。

次に、油圧シリンダー（不図示）等を用いて成
形用上型１２を矢印方向に押圧し、上部輪帯縁部
１１ｄの全てに調心用球面１２ｄが直接接するよ
うに圧接して、光学素子成形用素材１０ａを少な
くとも機能面を形成する面１１ａ及び１２ａによ
つて加圧変形し、光学素子１０を成形する。

この時、良好な成形状態を得るために、必要に
応じて成形用上型１２及び下型１１は加熱され
る。

上記の加圧成形工程に於いて、形成用上型１２
の有する調心用球面１２ａは、上部輪帯縁部１１
ｄと球面接触する時に、球面に輪帯を圧接した時
に輪帯の中心軸は必ず球心を通過することから、
上部輪帯縁部１１ｄの中心軸、すなわち下型１１
の有する機能面を形成する面１１ａの光軸と、上
型１２の有する調心用球面１２ａの球心Ｃを通る
軸、すなわち該球心と同一球心Ｃを持つ機能面を
形成する面１２ａの光軸は自動的に合致する。従
つて、偏心を生じることなく光学素子を形成する
ことができ、しかも光学素子の中心厚は一義的に
決定され、常に一定の中心厚を得ることができ
る。

成形完了後、上型１２と下型１１の位置関係を
保持したまま徐冷し、これを成形品の取り出し可
能な温度まで冷却し、型内から成形された光学素
子を取り出す。更に、必要に応じて所定の加工処
理が行われる。

一方、従来の金型等に於いては、光学素子の機
能面を形成する面は、成形品の曲率に合せた形状
に形成されていたが、その表面状態までは考慮さ
れておらず、成形後の機能面の後加工が必須であ
つた。これに対し本発明の方法に於いては、光学
素子の機能面を形成する面１１ａ及び１２ａの表
面状態を、成形された光学素子の機能面が用途に
応じた所定の面精度、面品質等を有するように仕
上げ、本発明の加圧成形を行ない、直接製品とし
て使用可能な光学素子を後加工することなく得る
ことができる。

以上のような本発明の加圧成形方法によれば、
従来の方法のように嵌合または摺動によつて加圧
することなしに、光学素子の機能面を成形する上
型を該光学素子の他の機能面を形成する下型に圧
接することにより、偏心を生じさせることなく光
学素子を加圧成形することができ、しかも一定の
光学素子の中心厚を常に得ることができる。特に
第４図に示されたような形状の光学素子をも成形
することが可能となつた。

更に、高度な技術が必要とされ、従来の加圧成
形法於いては、偏心を後加工によつて修正するこ
とがほぼ不可能であつた非球面レンズを容易に大
量に成形することができる。

また、本発明の方法によれば、製品としての品
質を持つた光学素子を後加工することなく成形す
ることができ、製造コストのより低い光学素子を
大量に生産することが可能となつた。

以下、実施例に従つて本発明の方法を更に詳細
に説明する。

実施例 第５図に示された装置を使用して本発明の方法
によりレンズの成形を実施した。

まず、鏡面研摩加工により、外径30mm、曲率半
径40mm、面精度が、ニユートンリング、パワー３
本以内、不規則性１本以内の形状及び中心線平均
表面粗さ（JIS Ｂ 0601−1970）0.02μ以下に仕
上げられた光学素子の機能面を形成する球面１２
ａを有するモリブデン製の型部材１２ｂを、所定
の加工を程こした炭化珪素成形体からなる型部材
１２ｃ内に嵌合挿入して組み込んだ後、調心用球
面１２ｄを曲率半径44mm、該球面の球心と機能面
を形成する球面１２ａの球心のフレが2μ以内と
なるように加工して成形用上型１２を得た。

次に、外径40mm、曲率60mm、機能面を形成する
面１１ａの面精度が上型の機能面を形成する球面
１２ａと同様に鏡面研摩されたモリブデン製の型
部材１１ｂを、所定の加工を程こした炭化珪素成
形体からなる型部材１１ｃ内に嵌合挿入して組み
込んだ後、上部輪帯縁部１１ｄを内径60mm、該上
部輪帯縁部１１ｄの軸の機能面を形成する面１１
ａの光軸に体するフレを2μ以内となるように加
工して成形用下型１１を得た。

レンズ素材として、光学硝子SF14を外径40mm、
厚さ5.6mmの円盤状に成形し、その両面を鏡面に
研摩処理した素材を用い、これを580℃に加熱し、
型部材１１ｂと型部材１１ｃによつて構成された
凹部内に挿入し、型内をこの温度に維持しなが
ら、油圧シリンダー（不図示）によつて上型の調
心用球面１２ｄを下型の上部輪帯縁部１１ｄの全
体に接するように、上型１２を下型１１に10Kg／
cm²の圧力で押圧し、この状態を５分間保持した
後、型内で徐冷し、その後精密徐冷を行ない室温
まで冷却した。

冷却終了後、型内から取り出されたレンズの偏
心は、30秒以内であり、機能面の面精度は、形状
に於いて、ニユートンリング、パワー３本以内、
不規則性１本以内、中心線平均表面粗さ（JIS Ｂ
0601−1970）0.02μ以下であり、直接レンズと
して使用可能であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ及び第１図ｂは、従来の光学素子の加
圧成形方法に使用されていた装置の概要を示す模
式的断面図、第２図は第１図に示した装置によつ
て形成されたレンズの一例の断面図、第３図は本
発明者等によつて提出されている光学素子の加圧
成形方法に於いて使用される装置の一例の概要を
示す模式的断面図、第４図は第３図の装置によつ
て成形できないレンズの一例の断面図、第５図及
び第６図は本発明の方法に使用することのできる
光学素子加圧成形装置の一例の要部を示す模式的
断面図である。 １……固定型、１ａ……摺動嵌合部、２，６，
１１……成形用下型、４，７，１２……成形用上
型、３，８ａ，１０ａ……光学素子成形用素材、
５，８，１０……成形された光学素子、５ａ，５
ｂ……光学素子の機能面、６ａ，７ａ，１１ａ，
１２ａ……機能面を形成する面、６ｂ，１１ｂ，
１１ｃ……成形用下型６，１１の型部材、１２
ｂ，１２ｃ……成形用上型１２の型部材、６ｄ，
１１ｄ……上部輪帯縁部、１２ｄ……調心用球
面、a₁……機能面５ａの球心、b₁……機能面５ｂ
の球心、Ｃ……機能面を形成する面１２ａと調心
用球面１２ｄの共通球心、o₁−o₂……下型２の有
する光学素子の機能面を形成する面の光軸、o₃−
o₄……機能面を形成する面６ａと機能面を形成す
る面７ａの合致した光軸、o₅−o₆……機能面を形
成する面１１ａと機能面を形成する面１２ａの合
致した光軸、R₁……機能面を形成する面１２ａ
の曲率半径、R₂……調心用球面１２ｄの曲率半
径、T₁，T₂……光学素子５の加圧形成後の外周
厚。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学素子の第１の機能面を形成する面と該面
   の光軸上に同心を有する真円形状からなる上部輪
   帯縁部とを有する第１の型と、前記光学素子の第
   ２の機能面を形成する球面と該球面と同一の球心
   を持つ調心用球面とを有する第２の型との間に配
   置された光学素子成形用素材を、前記調心用球面
   が前記上部輪帯縁部の全体に接するように前記第
   １の型と前記第２の型を圧接して前記光学素子を
   加圧成形する工程を含むことを特徴とする光学素
   子の成形方法。 ２ 前記光学素子の第１の機能面の形成面及び第
   ２の機能面を形成する球面の表面状態が、これ等
   の面によつて加圧成形された光学素子が所望の光
   学素子として使用可能となるように仕上げられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の光学素子の成形方法。