JP2008156177A - Method for manufacturing optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、材質がガラスからなるレンズ等の光学素子の製造方法に関し、特に胴型と上下型との間でガラスからなる光学素材を加熱し押圧して光学面を形成する光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical element such as a lens made of glass, and in particular, a method for manufacturing an optical element that forms an optical surface by heating and pressing an optical material made of glass between a body mold and an upper mold. About.
レンズやプリズム、あるいは回折格子などの光学素子を製造する方法として従来、ガラスを加熱し、軟化させた上で金型により成形するものが知られている。この方法では、筒状の胴型とそれに挿入される上型及び下型の間に、ガラスからなる光学素材を配置してこれを加熱し、光学素材を軟化させたら上型と下型とで光学素材を押圧し、上型と下型に形成された光学面形成部の形状を光学素材に転写することで、所定の形状を有した光学素子を形成する。 As a method for manufacturing an optical element such as a lens, a prism, or a diffraction grating, a method in which glass is heated and softened and then molded by a mold is known. In this method, an optical material made of glass is placed between a cylindrical body mold and an upper mold and a lower mold inserted into the cylindrical body mold and heated to soften the optical material. An optical element having a predetermined shape is formed by pressing the optical material and transferring the shape of the optical surface forming portion formed on the upper die and the lower die to the optical material.
この光学素子の製造方法において、上型及び下型は、一般的には超硬合金のような硬くてかつガラスよりも線膨張係数の小さい材料を用いて形成している。しかし、このような材料においては、研削加工により光学面形成部を形成するために、微細な形状を高精度に形成することが困難であった。このため、光学面形成部の表面にニッケル層などの薄膜をメッキなどの手段で設け、この薄膜に切削加工により微細な加工を施すものが知られている。このような光学素子の製造方法としては、例えば特許文献1に挙げるようなものがある。
しかし、切削加工可能なニッケル層などの薄膜は、線膨張係数がガラスよりも大きいため、形状によっては光学素材に光学面を形成した後、冷却時に離型が困難になる場合がある。したがって、光学面の形状に制約が生じることとなっていた。 However, since a thin film such as a nickel layer that can be machined has a larger linear expansion coefficient than glass, it may be difficult to release after cooling after forming an optical surface on an optical material depending on the shape. Therefore, there is a restriction on the shape of the optical surface.
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、光学面の成形後に離型しやすく光学面の形状の自由度を大きくすることのできる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical element that can be easily released after molding of the optical surface and can increase the degree of freedom of the shape of the optical surface.
上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子の製造方法は、筒状の胴型と、該胴型に上方から挿入される上型と、前記胴型に下方から挿入される下型との間で、ガラスからなる光学素材を加熱すると共に、前記上型と下型とで前記光学素材を押圧して光学面を成形する光学素子の製造方法において、
前記胴型は前記光学素材よりも線膨張係数が小さい材料によって形成され、前記上型と下型はそれぞれ対向する光学面形成部を有し、該光学面形成部には表面にニッケル層が設けられ、前記上型と下型は前記光学素材より線膨張係数が大きく、かつ前記ニッケル層と略同じ線膨張係数の材料によって形成され、
前記上型と下型で前記光学素材を押圧して光学面を成形し、少なくとも前記下型は冷却時の収縮によって離型させることを特徴として構成されている。
In order to solve the above problems, an optical element manufacturing method according to the present invention includes a cylindrical body mold, an upper mold that is inserted into the body mold from above, and a lower mold that is inserted into the body mold from below. In the method of manufacturing an optical element that heats an optical material made of glass and presses the optical material with the upper mold and the lower mold to mold an optical surface,
The body mold is formed of a material having a smaller linear expansion coefficient than the optical material, and the upper mold and the lower mold have optical surface forming portions that face each other, and the optical surface forming portion is provided with a nickel layer on the surface. The upper mold and the lower mold are formed of a material having a larger linear expansion coefficient than the optical material and substantially the same linear expansion coefficient as the nickel layer,
An optical surface is formed by pressing the optical material with the upper mold and the lower mold, and at least the lower mold is released by contraction during cooling.
また、本発明に係る光学素子の製造方法は、前記上型に形成される光学面形成部の曲率半径と前記下型に形成される光学面形成部の曲率半径は略同じとされ、
前記上型は冷却前に前記光学素材から予め離型動作させ、前記下型は冷却時の収縮によって離型させることを特徴として構成されている。
Further, in the method of manufacturing an optical element according to the present invention, the radius of curvature of the optical surface forming portion formed on the upper mold and the radius of curvature of the optical surface forming portion formed on the lower mold are substantially the same.
The upper mold is previously released from the optical material before cooling, and the lower mold is released by contraction during cooling.
さらに、本発明に係る光学素子の製造方法は、前記上型に形成される光学面形成部の曲率半径は前記下型に形成される光学面形成部の曲率半径より大きく、
前記上型と下型はいずれも冷却時の収縮によって離型させることを特徴として構成されている。
Furthermore, in the method for manufacturing an optical element according to the present invention, the radius of curvature of the optical surface forming portion formed on the upper mold is larger than the radius of curvature of the optical surface forming portion formed on the lower mold,
Both the upper mold and the lower mold are separated from each other by contraction during cooling.
本発明に係る光学素子の製造方法によれば、胴型は光学素材よりも線膨張係数が小さい材料によって形成され、上型と下型はそれぞれ対向する光学面形成部を有し、該光学面形成部には表面にニッケル層が設けられ、上型と下型は光学素材より線膨張係数が大きく、かつニッケル層と略同じ線膨張係数の材料によって形成され、上型と下型で光学素材を押圧して光学面を成形し、少なくとも下型は冷却時の収縮によって離型させることにより、光学面形成部の表面にニッケル層を有していても、冷却時に自然と離型させることができるので、光学面形成部の形状の自由度を高くすることができる。 According to the method of manufacturing an optical element according to the present invention, the body mold is formed of a material having a smaller linear expansion coefficient than the optical material, and the upper mold and the lower mold have optical surface forming portions facing each other, and the optical surface The formation part is provided with a nickel layer on the surface, and the upper mold and lower mold are made of a material having a linear expansion coefficient larger than that of the optical material and substantially the same as the nickel layer. To form an optical surface, and at least the lower mold is released by shrinkage during cooling, so that even if the surface of the optical surface forming part has a nickel layer, it can be released naturally during cooling. Since it can do, the freedom degree of the shape of an optical surface formation part can be made high.
また、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、上型に形成される光学面形成部の曲率半径と下型に形成される光学面形成部の曲率半径は略同じとされ、上型は冷却前に光学素材から予め離型動作させることにより、成形された光学素子が上型のみに密着し下型から離型することを防ぐことができ、したがって、上型のみに密着した場合にその後落下して破損することを防止することができる。 Further, according to the method for manufacturing an optical element according to the present invention, the curvature radius of the optical surface forming portion formed in the upper mold and the curvature radius of the optical surface forming portion formed in the lower mold are substantially the same, and the upper mold Can be prevented from releasing the molded optical element from the lower mold by contacting the upper mold only by releasing the mold from the optical material before cooling. Thereafter, it can be prevented from being dropped and damaged.
さらに、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、上型に形成される光学面形成部の曲率半径は下型に形成される光学面形成部の曲率半径より大きく、上型と下型はいずれも冷却時の収縮によって離型させることにより、成形された光学素子が上型のみに密着し下型から離型することを防ぐことができ、したがって、上型のみに密着した場合にその後落下して破損することを防止することができる。 Furthermore, according to the method of manufacturing an optical element according to the present invention, the radius of curvature of the optical surface forming portion formed in the upper mold is larger than the radius of curvature of the optical surface forming portion formed in the lower mold, and the upper mold and the lower mold In both cases, the molded optical element can be prevented from being released from the lower mold by being released from the mold by shrinkage during cooling. It can prevent falling and breaking.
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図1には、第1の実施形態における光学素子の製造工程毎の胴型1と上型2と下型3及び光学素材4の断面図を示している。図1(a)は、加熱前の段階を示している。この図に示すように、筒状に形成される胴型1に対しては、上方から上型2が、下方から下型3が、それぞれ挿入され、加熱前の段階において胴型1と上型2及び下型3に囲まれた空間には、厚板状の光学素材4が配置される。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the
上型2は、光学素材4の上面に形成しようとするレンズの形状に形成された上光学面形成部10を下面に有している。一方で、下型3は、光学素材4の下面に形成しようとするレンズの形状に形成された下光学面形成部11を上面に有している。ここで、上光学面形成部10に形成されたレンズ形状の曲率半径は、下光学面形成部11に形成されたレンズ形状の曲率半径よりも、大きくなるようにされている。すなわち、上光学面形成部10は下光学面形成部11よりも浅い形状を有している。また、上光学面形成部10と下光学面形成部11の表面には、それぞれニッケル層12が形成されており、このニッケル層12について、切削加工により精密な形状が形成されている。
The
ここで、胴型1は超硬合金によって形成されており、一方で上型2と下型3はステンレス材によって形成されている。胴型1としてはガラスやニッケルに比べて線膨張係数が小さい超硬合金を用い、一方で上型2及び下型3としては線膨張係数がガラスよりも大きく、ニッケルと略同じ程度のステンレス材を用いる。
Here, the
これら胴型1と上型2及び下型3の外周側には、図示しないが例えば高周波加熱装置からなる加熱部材が配置されており、この加熱部材によって各部材が加熱され、これに伴い内部に配置された光学素材4が軟化する温度まで加熱される。胴型1と上型2と下型3及び光学素材4が加熱されると、各部材は材料毎の線膨張係数に対応して膨張する。特に、胴型1は線膨張係数が小さいために、ほとんど膨張することがなく、一方で上型2と下型3は線膨張係数が大きいために、大きく膨張する。
Although not shown, for example, a heating member made of a high-frequency heating device is arranged on the outer peripheral side of the
図1(b)は、加熱を行って光学素材4が軟化した段階を示している。この図に示すように、加熱されると上型2は空間部側、すなわち下方に延びるように膨張する。図1(b)に示すAのラインは、図1(a)における上型2の下面位置を表し、Cのラインは図1(b)における上型2の下面位置を表している。図1(b)のCのラインは、Aのラインよりも下方にあって、上型2の上光学面形成部10は光学素材4により近接した状態となる。
FIG. 1B shows a stage where the
また、下型3も加熱されると空間部側、すなわち上方に延びるように膨張する。図1(b)に示すBのラインは、図1(a)における下型3の上面位置を表し、Dのラインは図1(b)における下型3の上面位置を表している。図1(b)のDのラインは、Bのラインよりも上方にあって、下型3の下光学面形成部11が上方に移動したことを示している。これに伴い、下光学面形成部11上に載置されている光学素材4も、上方に移動した状態となっている。
Further, when the
加熱を行ったら、次に上型2と下型3で光学素材4を押圧し、成形を行う。図1(c)は成形の段階を示している。この図に示すように、上型2と下型3は、それぞれ近接する方向に移動するように駆動される。これによって光学素材4は胴型1と上型2及び下型3に押圧され、上面には上型2の上光学面形成部10の形状が、下面には下型3の下光学面形成部11の形状が、それぞれ転写されることで光学面5a、5bを有した成形レンズ5が形成される。
After the heating, the
成形後は、上型2及び下型3が冷却されて収縮することで、自然と離型がなされる。図1(d)は全体が冷却された段階を示している。全体が冷却されても、線膨張係数の小さい胴型1は、ほとんど変形しない。一方で、上型2と下型3は線膨張係数が大きいために、成形された成形レンズ5から離れる方向に収縮する。したがって、図1(d)に示すように、成形レンズ5は周面が胴型1に固定されたまま、上型2と下型3からは離型した状態となる。
After molding, the
ここで、上型2の上光学面形成部10と下型3の下光学面形成部11は、それぞれ凹状に形成されているために、曲率半径が小さいと冷却の過程でニッケル層12の部分が収縮し、上型2や下型3が成形レンズ5から離れるより先に成形レンズ5に密着し、離型できない場合がある。上型2の上光学面形成部10と下型3の下光学面形成部11は、いずれも冷却時に上型2や下型3が成形レンズ5に密着しない程度の曲率半径に形成されているが、上型2の上光学面形成部10の曲率半径は、下型3の下光学面形成部11の曲率半径よりも小さいため、上型2は下型3より確実に離型させることができる。これによって、成形レンズ5が下型3からは離型し上型2のみに密着し、その後落下して破損することを防止することができる。仮に、成形レンズ5が上型2からは離型し下型3に密着して離型しない場合には、図示しない治具を用いて成形レンズ5を下型3から取り出す。
Here, since the upper optical
このように、上型2及び下型3を表面のニッケル層12と略同じ線膨張係数を有する材料で形成したことにより、成形後の冷却時に上型2及び下型3が成形レンズ5から離れる方向に収縮させることができるので、上型2及び下型3を超硬合金等の線膨張係数が小さい材料で形成した場合に比べて、より小さい曲率半径を有する曲面や、微細な三角溝を有した回折格子なども形成することができ、光学面の形状の自由度を高くすることができる。
As described above, the
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2には、第2の実施形態における光学素子の製造工程毎の胴型1と上型2と下型3及び光学素材4の断面図を示している。図2(a)は、加熱前の段階を示している。この図に示すように、第2の実施形態の胴型1と上型2と下型3及び光学素材4は、概ね第1の実施形態と同様の構成からなっている。異なっているのは、上型2に形成された上光学面形成部10の形状が、下型3の下光学面形成部11と略同じ曲率半径を有するように形成されている点である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the
図2(b)に示すように胴型1と上型2と下型3及び光学素材4は加熱され、上型2と下型3は互いに近づく方向に膨張すると共に、光学素材4は軟化される。続いて図2(c)に示すように光学素材4は押圧されて成形され、成形レンズ5が形成される。
As shown in FIG. 2 (b), the
成形レンズ5が形成されたら、図2(d)に示すように、上型2や下型3が冷却される前に、上型2を駆動し予め成形レンズ5から離型しておく。その後、冷却されるのに伴って、図2(e)に示すように下型3は成形レンズ5から離れる方向に収縮し、離型がなされる。
When the molded
第2の実施形態では、このように上型2については冷却前に予め離型しておくことにより、上光学面形成部10の曲率半径が下光学面形成部11の曲率半径と同程度であっても、成形レンズ5が上型2のみに密着し下型3から離型することを防ぐことができ、したがって、上型2のみに密着した場合にその後落下して破損することを防止することができる。
In the second embodiment, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態では、成形された光学素子は、両面にレンズを有する成形レンズ5であるが、上光学面形成部10と下光学面形成部11の形状によっては、その他回折格子などを形成することもできる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the application of the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied in various ways within the scope of its technical idea. For example, in the present embodiment, the molded optical element is a molded
1 胴型
2 上型
3 下型
4 光学素材
5 成形レンズ
10 上光学面形成部
11 下光学面形成部
12 ニッケル層
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記胴型は前記光学素材よりも線膨張係数が小さい材料によって形成され、前記上型と下型はそれぞれ対向する光学面形成部を有し、該光学面形成部には表面にニッケル層が設けられ、前記上型と下型は前記光学素材より線膨張係数が大きく、かつ前記ニッケル層と略同じ線膨張係数の材料によって形成され、
前記上型と下型で前記光学素材を押圧して光学面を成形し、少なくとも前記下型は冷却時の収縮によって離型させることを特徴とする光学素子の製造方法。 Heating the optical material made of glass between a cylindrical body mold, an upper mold inserted into the body mold from above, and a lower mold inserted from below into the body mold, and the upper mold In the method of manufacturing an optical element that molds an optical surface by pressing the optical material with a lower mold,
The body mold is formed of a material having a smaller linear expansion coefficient than the optical material, and the upper mold and the lower mold have optical surface forming portions that face each other, and the optical surface forming portion is provided with a nickel layer on the surface. The upper mold and the lower mold are formed of a material having a larger linear expansion coefficient than the optical material and substantially the same linear expansion coefficient as the nickel layer,
An optical element manufacturing method, wherein an optical surface is formed by pressing the optical material with the upper mold and the lower mold, and at least the lower mold is released by contraction during cooling.
前記上型は冷却前に前記光学素材から予め離型動作させ、前記下型は冷却時の収縮によって離型させることを特徴とする請求項1記載の光学素子の製造方法。 The radius of curvature of the optical surface forming portion formed on the upper mold and the radius of curvature of the optical surface forming portion formed on the lower mold are substantially the same,
2. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the upper mold is previously released from the optical material before cooling, and the lower mold is released by contraction during cooling.
前記上型と下型はいずれも冷却時の収縮によって離型させることを特徴とする請求項1記載の光学素子の製造方法。 The radius of curvature of the optical surface forming portion formed on the upper mold is larger than the radius of curvature of the optical surface forming portion formed on the lower mold,
2. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein both the upper mold and the lower mold are released by shrinkage during cooling.
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