JP4128828B2 - Lens manufacturing method - Google Patents
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- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
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Description
【０００１】
本発明は、成形型を用いて、ガラスやプラスチックなどの成形素材をプレス成形することにより、レンズを製造する方法に関する。特に、本発明は、成形後に研削や研磨を行なうことを不要とする、形状精度、面精度の高い精密プレスに関し、CDやDVDなどの光ディスク用ピックアップレンズなどの単レンズの製造に特に適する製法に関する。
【０００２】
【従来技術】
所定の光学性能をもつレンズを成形するための成形型の作製、及びその精度の判断や補正については、以下の先行技術がある。
【０００３】
特開2002-96332号公報には、量産型を作るにあたって、基準型を使って、量産暫定型でのプレスを行なうことなく量産暫定型が許容範囲内の球面収差のレンズを生産できるかどうかを判断するための方法が開示されている。しかし、この方法を適用するには、まず許容範囲内の光学性能を有する基準型を作製する必要があり、更に、量産型を複数作成してその中から量産に使用できるものを判断、抽出しなければならない。
【０００４】
特開2002-96344号公報には、成形金型を設計する方法が記載されている。この方法では、所定の形状設計値に基づいて、暫定成形金型を作成し、それによってレンズを成形し、成形された暫定レンズの光学特性を測定する。この光学特性の測定値を所望の光学特性と比較し、その球面収差のズレ量を検出し、検出の結果、所望の光学特性からずれた非球面収差値のズレ量を、非球面を規定する式の非球面定数のうち高次項の微少な変化量と球面収差値の変動量との関係を予め求めたテーブルに照らし合わせる。その結果、対応する非球面定数のうち高次項の微少な変化量を調整量とし、該調整量を暫定成形金型の非球面式の非球面定数に加算して新たな形状設計値として成形金型を設計する。
【０００５】
この方法では、予め非球面式の非球面定数の高次項の微少な変化量と球面収差値の変動量との関係を求めたテーブルを用意する必要がある。そして、このテーブルの確度を検証するためには、多くの型を加工し、それによって多数、かつ多種のレンズをプレスして光学性能を測定する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
球面又は非球面を有するレンズを成形する設計段階においては、レンズに必要とされる光学性能にもとづき、レンズ素材の光学恒数（屈折率、分散）を決定し、更にレンズの第1面、第２面(いずれも光学機能面を含む面である)の形状、レンズ厚を含む、レンズ設計値が決定される。それに基づいて、それを成形するための成形型の設計値を決定する。その際、例えばガラスレンズの場合、ガラスの熱膨張係数と成形型の熱膨張係数は異なるので、上記レンズ設計値に基づき、さらに、プレス後のガラスの収縮などの成形に影響する要素も織り込んで、型の設計値を決定する。
【０００７】
レンズ設計値に対しては、通常、レンズの光学性能に対する許容誤差（公差）が定められる。特に、光ディスク用のピックアップ光学系に用いられる対物レンズは、仕様に定められた各パラメータの公差が非常に狭い。そのため、素材として用いるガラスが示す熱収縮挙動の僅かな変動によっても、許容される透過波面収差を満足できない場合がある。
【０００８】
型の設計値をもとに、型材を形状加工したときに、精密加工をもってしても、型設計値との間にズレが生じることがある。そして、型設計値からずれた型を用いてプレスすると、レンズの光学性能(例えば、球面収差)が許容範囲を超えてしまうことがある。
【０００９】
更に、型の設計値どおりの型を形状加工した場合でも、その型を用いてプレス成形して得たレンズは、当初のレンズ設計値に一致するものとならない（例えば、球面収差が許容範囲を超える）場合がある。これは、ガラス素材や型材の熱膨張及び収縮には、影響する要因が多く、かつ各要因に不確定要素が伴うため、あるいはプレス時の冷却速度に起因した屈折率の変化などが起きるためである。
【００１０】
こうしたときに、成形型を再度設計し、加工し直すことは、納期上もコスト上も大きな負担となる。
【００１１】
そこで本発明の目的は、ある成形型を用いて成形したレンズが所定範囲の球面収差を超えてしまった場合に、成形型の形状加工を何度もやり直すことなく、簡単な修正加工のみで簡便に補正して、適正な球面収差を有するレンズを製造できる方法を提供することにある。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明は以下の通りである。
［請求項１］
第１の成形面を有する型及び第２の成形面を有する型を含む成形型を用いて成形素材をプレス成形して、所定範囲の球面収差を有するレンズを製造する方法において、
レンズ設計値を決定し、
このレンズ設計値を基に、前記第１の成形面の形状、第２の成形面の形状、第１の成形面及び第２の成形面の間の距離（以下、型間距離という）を含む、型設計値を決定し、
この型設計値に従って暫定成形型を作製し、
作製した暫定成形型を用いて加熱軟化した成形素材をプレス成形して暫定レンズを得、
得られた暫定レンズの球面収差値を測定し、
暫定レンズの球面収差測定値が前記所定範囲を超える場合、前記型間距離の補正値を求め、
前記暫定成形型の型間距離を補正して、成形素材をプレス成形して、
前記所定範囲内の球面収差を有するレンズを得ることを特徴とするレンズの製造方法。
［請求項２］
レンズ設計値は、レンズが所望の光学性能を有するように設定されている請求項１に記載の製造方法。
［請求項３］
型設計値の型間距離の補正は、得られた暫定レンズの球面収差値の所定値からのズレ量に基づいてレンズ設計値のレンズ厚を補正し、更に補正されたレンズ厚にもとづき、型設計値の型間距離を補正することを含む、請求項１または２に記載の製造方法。
［請求項４］
レンズ設計値は、成形素材の屈折率、レンズの第１面の形状、第２面の形状、及びレンズ厚を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項５］
ガラスからなる成形素材をプレス成形する方法であって、
レンズ設計値の成形素材の屈折率が、該ガラスの所定の冷却速度における屈折率であり、かつ
暫定レンズを得るために行うプレス成形後のプレス成形品の冷却が、前記所定の冷却速度と異なる冷却速度で行われ、
その結果、暫定レンズの球面収差測定値が前記所定範囲を超える請求項４に記載の製造方法。
［請求項６］
得られた暫定レンズの第１面又は第２面の形状が、前記レンズ設計値の第１面又は第２面の形状と異なり、その結果、暫定レンズの球面収差測定値が所定範囲を超える請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項７］
第１の成形面を有する型及び第２の成形面を有する型を含む成形型を用いて成形素材をプレス成形して、所定範囲の球面収差を有するレンズを製造する方法において、
レンズ設計値を決定し、
このレンズ設計値を基に、前記第１の成形面の形状、第２の成形面の形状、第１の成形面及び第２の成形面の間の距離（以下、型間距離という）を含む、型設計値を決定し、
この型設計値に従って暫定成形型を作製し、
得られた成形型の第１の成形面及び第２の成形面の形状を測定し、
測定した成形面の形状から、それによって成形されるレンズの球面収差値を予測し、
球面収差の予測値が上記所定範囲を超える場合、前記型間距離の補正値を求め、前記暫定成形型の型間距離を補正し、成形素材をプレス成形して、
前記所定範囲内の球面収差を有するレンズを得ることを特徴とするレンズの製造方法。
［請求項８］
レンズ設計値は、成形素材の屈折率、レンズの第１面の形状、第２面の形状、及びレンズ厚を含む請求項７に記載の製造方法。
［請求項９］
型設計値の決定は、レンズ設計値を基に、ガラスの熱膨張係数を加味して行なう請求項７または８に記載の製造方法。
［請求項１０］
レンズが、光ディスク用ピックアップレンズである請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項１１］
波面収差の所定範囲が０．０４λ ｒｍｓ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【００１３】
本発明の製造方法は、第1の成形面を有する型及び第2の成形面を有する型を含む成形型を用いてガラス素材をプレス成形して、所定範囲の球面収差を有するレンズを製造する方法である。
本発明の製造方法に用いる第1の成形面を有する型及び第2の成形面を有する型を含む成形型の種類（材質）や構造、ガラス素材の種類や形状、プレス成形の方法や条件等は公知のものをそのまま使用することができる。
球面収差は0(ゼロ)であることが最も好ましく、許容される所定範囲は、製造されるレンズの用途に応じて、適宜決定される。
レンズが、例えば、光ディスク用ピックアップレンズである場合、球面収差の所定範囲は、例えば、0.04λ rms以下の範囲で適宜決定される。
【００１４】
以下、本発明の製造方法を、成形素材としてガラス素材を用いる場合を例に説明する。尚、成形素材としては、ガラス素材以外にプラスチック素材なども挙げることができる。
【００１５】
本発明の製造方法においては、
（１）レンズ設計値を決定し、
（２）このレンズ設計値を基に、前記第1の成形面の形状、第2の成形面の形状、第1の成形面及び第2の成形面の間の距離(即ち、型間距離)を含む、型設計値を決定し、
（３）この型設計値に従って暫定成形型を作製する。
【００１６】
レンズ設計値は、例えば、ガラスの屈折率、第1面の形状、第2面の形状、及びレンズ厚を含む。レンズ設計値は、レンズが所望の光学性能を有するように設定される。
尚、本発明においては、レンズの第1面を第1の成形面により成形される面とし、レンズの第2面を、第2の成形面により成形される面とする。
型設計値は、レンズ設計値に基づいて決定されるが、その際、素材として用いるガラス素材の熱収縮(熱膨張率)も、勘案される。
型設計値に従った暫定成形型の作製には、従来の形状加工方法をそのまま使用できる。
【００１７】
本発明の第１の態様の製造方法では、次いで、
（４）作製した暫定成形型を用いて加熱軟化したガラス素材をプレス成形して暫定レンズを得、
（５）得られた暫定レンズの球面収差値を測定し、
（６）暫定レンズの球面収差測定値が前記所定範囲を超える場合、前記型間距離の補正値を求める。
【００１８】
暫定成形型を用いての暫定レンズのプレス成形は、暫定成形型を用いること以外、実際のレンズの製造方法と同様の条件で行う。
得られた暫定レンズの球面収差値の測定は、公知の方法で行い、例えば、波面収差測定装置を用いて測定することができる。
暫定レンズの球面収差測定値が前記所定範囲を超える場合、前記型間距離の補正値を求める。本発明においては、型設計値の中の型間距離のみを補正して球面収差を所定範囲になるように修正し、それにより得られるレンズ厚を補正して、許容範囲（所定範囲）内の球面収差をもつレンズを作製することが特徴である。
ここで、レンズ厚とは、レンズの中心部の厚みをいう。
【００１９】
型設計値の型間距離の補正は、例えば、得られた暫定レンズの球面収差値の所定値からのズレ量に基づいてレンズ設計値のレンズ厚を補正し、補正されたレンズ厚に基づき、型設計値の型間距離を補正することにより行うことができる。
ここでいう所定値とは、所定範囲中の任意の基準の値であるが、通常は、球面収差は基準をゼロとする。
【００２０】
本発明において、型間距離とは、一対の成形型によって、ガラス素材をプレスするときの成形面間の距離であり、例えば、一対の型の最も近づいた位置における、成形面同士の中心距離とすることができる。
型間距離の補正は、例えば、上下型が最も近づいた位置で胴型に当接して停止するような構造を有する成形型の場合には、胴型またはその一部の長さを変更することにより、行うことができる。また、それ以外の手段、例えば、上下型の位置決めをサーボモータなどの位置制御を用いて行う場合は、その制御プログラムを補正することで、型間距離を調整し、レンズ厚を調整してもよい。
【００２１】
本発明の第１の態様の製造方法では、次いで、
（７）前記暫定成形型の型間距離を補正し、ガラス素材をプレス成形して、
（８）それにより、前記所定範囲内の球面収差を有するレンズを得る。
【００２２】
レンズ設計値を決める際には、用いる素材の屈折率を決めることが前提である。しかしながら、プレス成形においては、プレス後の冷却過程で採用される冷却速度によって、屈折率が変動することが知られている。具体的には、冷却速度が速いと、屈折率の値は低下する。そして、例えば、この屈折率の低下により、暫定レンズの球面収差が所定範囲を超えてしまうことがありうる。そのような場合でも、本発明によれば、型間距離を補正した成形型を用いることでレンズ厚を調整して、所定範囲内の球面収差を有するレンズを生産することができる。
【００２３】
即ち、レンズ設計値のガラスの屈折率が、該ガラスを所定の冷却速度において冷却して得たガラスの屈折率であり、かつ暫定レンズを得るために行うプレス成形後のプレス成形品の冷却が、前記所定の冷却速度と異なる冷却速度で行われ、その結果、暫定レンズの球面収差測定値が前記所定範囲を超える場合も、本発明の製造方法では、所定範囲内の球面収差を有するレンズを生産することができる。
【００２４】
さらに、得られた暫定レンズの第１面又は第２面の形状が、例えば、レンズを構成するガラスの熱膨張係数と成形型の熱膨張係数とが相違するため、レンズ設計値の第１面又は第２面の形状と異なり、その結果、暫定レンズの球面収差測定値が所定範囲を超える場合も、本発明の製造方法では、所定範囲内の球面収差を有するレンズを生産することができる。
【００２５】
このように、本発明の製造方法によれば、球面収差が許容範囲を超えてしまった場合でも、その理由が、ガラスと型の熱収縮の挙動に読みきれない要因があったか、型加工の精度に問題があったかを問わず、許容範囲内におさめるために、型加工を繰り返す必要なく、レンズ厚のみの修正によって、球面収差が許容範囲内にあるレンズを製造することができる。
【００２６】
本発明の第２の態様の製造方法では、第１次の態様の製造方法における（１）〜（３）を行った後に、型形状測定データからのレンズ厚補正計算を以下のように行う。
（４’）得られた成形型の第1の成形面及び第2の成形面の形状を測定し、
（５’）測定した成形面の形状から、それによって成形されるレンズの球面収差値を予測し、
（６’）球面収差の予測値が上記所定範囲を超える場合、前記型間距離の補正値を求める。
【００２７】
高温のプレスから室温に冷却される間にレンズは収縮するが、この収縮を考慮して型設計値（第1面、第2面の形状設計値など）は決められる。熱収縮による型形状誤差とレンズ面形状誤差には、相関がある。既に型形状とレンズ波面収差の相関が把握されていれば、型形状誤差を光学設計ソフト上で定義して、成形型の第1の成形面及び第2の成形面の形状を測定し、その結果、光線追跡法により波面収差を計算（予測）することができる。球面収差の予測値が前記所定範囲を超える場合、型設計値の中の、型間距離の補正値を求める。型間距離の補正値は、上記第１の態様の製造方法と同様にして求めることができる。尚、光学設計ソフトは、例えば、市販のものをそのまま使用することができる。
【００２８】
例えば、波面収差の3次の球面収差から、後述する実施態様で行ったと同様な計算を行なえば、最適なレンズ厚が求まる。すなわち、型形状を測定し、その型によってプレス成形されるレンズの波面収差を予測しながら、その波面収差を最小とすべく、最適の型間距離を算出し、型間を修正すればよい。
【００２９】
この方法は、量産用に既に実績のある成形型を追加する場合などに有効である。ガラスと型の収縮挙動が予め把握されているから、実際に暫定レンズをプレス成形しなくても、成形型の型間距離（結果的に、レンズ厚）を調整するだけで、波面収差を小さくすることができる。
更に、量産用に複数作製した成形型のうち、第1面(Ｒ１面)、第2面(Ｒ２面)の各金型の形状を測定することにより、複数型の中から波面収差を最小にする最適な金型の組み合わせを計算できて、金型の歩留まりを向上させることもできる。
【００３０】
次いで、本発明の第１の態様の製造方法と同様に、
（７’）前記暫定成形型の型間距離を補正し、ガラス素材をプレス成形して、
（８’）それにより、前記所定範囲内の球面収差を有するレンズを得る。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明を適用してプレス成形により製造できる光ディスク用ピックアップレンズとその光路図を示す。球面収差の許容値は、0.04λrms以内であるが、設計値上のレンズの球面収差はゼロである。
【００３２】
光学設計ソフト（CODE V等）により、このレンズの設計データのうち、レンズ厚の変化によるレンズ波面収差の変化を図２に示す。
ここで、
WFE：波面収差総合値、
SA3：３次の球面収差、
SA5：５次の球面収差、
SA7：７次の球面収差、
SA9：９次の球面収差。
単位は、λｒｍｓ。
図２より、波面収差総合値とレンズ厚との関係では、３次の球面収差が支配的であることが分かる。また、このレンズでは、
【数１】
SA3／Δｔ＝−０．０１λｒｍｓ／μｍ
であることがわかる。
【００３３】
一方、本レンズのレンズ設計値を基に、成形型の形状（第1面、第2面）を決定し、型加工を行なって暫定成形型を作製した。この暫定成形型を用いて、実際に加熱軟化したガラス素材をプレス成形して暫定ガラスレンズを得た。
上記プレス成形で使用した成形型は、CVD法により作製したSiCからなる上下型の成形面にカーボンの離型膜を設けたものである。ガラス素材としては、HOYA株式会社製M-NBFD82を球形に予備成形したプリフォームを使用した。プレス成形に際しては、プレス温度645℃、プレス圧力140kg/cm2とし、60℃／minで冷却した。
【００３４】
得られた暫定レンズの光学性能を、波面収差測定装置（Zygo社製）により、測定し、図３に示す。ここで、WFE＝０．１２１λｒｍｓ、ＳＡ３＝−０．１１４λｒｍｓであった。WFEが許容範囲である０．０４λｒｍｓを超えていた。ここでは、アス、コマといった非対称収差は補正されており、WFEは、実質的に球面収差と同等に考えられる。すなわち、レンズ設計時に予測できず、考慮していなかった要因により、成形されたレンズの形状や屈折率などのいずれかが設計値と異なっていることがわかる。そこで、レンズ厚補正によって球面収差をゼロに近づけるために型間距離の補正値を以下に求めた。
【００３５】
レンズ厚補正量は3次の球面収差のズレ量を用い、
Δｔ＝−０．１１４／０．０１＝−１１．４μｍと求めることができる。
【００３６】
そこで、レンズ厚を−１１．４μｍだけ変化させるために、成形型（型間距離）を修正した。すなわち、レンズ厚を支配する、成形型の型間距離（上型と下型が、胴型に当接することにより、型間が最も近づく）を変更するために、胴型の高さを１１．４μｍ削った。そして、型間距離を修正した成形型により、同じガラス素材を、型間距離以外の条件を同一にし、プレス成形してガラスレンズを得た。
【００３７】
得られたレンズの波面収差データを図４に示す。
ＷＦＥ＝０．０３４λｒｍｓ、ＳＡ３＝−０．００３λｒｍｓであった。
型間距離の修正によってSA3が補正された結果、金型全体を加工し直すことなく、ＷＦＥが、０．０４λｒｍｓ以下と許容値範囲内のレンズが得られた。
【００３８】
上記の例では、レンズ厚との関係で、支配的であった3次の波面収差にもとづいて、レンズ厚調整を行なったが、Ｚｙｇｏ等の測定波面収差データを光学設計ソフト（ＣｏｄｅＶ等）に取り込んでレンズ厚補正計算を行うこともできる。この場合、ＳＡ５以上の高次の球面収差を考慮することが容易に可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、所望の光学性能、特に球面収差を有するレンズを得る際、設計値に基づいて作製した成形型を用いてプレス成形した暫定レンズの球面収差が所定範囲以下でない場合でも、型の加工を一からやり直すことなく、所望の球面収差を有するレンズが得られる。
本発明は、特に、レンズの第１面又は第2面の傾き角が大きい(例えば、40°以上)場合に、特に有効である。本発明の製造方法は、第１面又は第2面に非球面をもつ、レーザー光学系のレンズ（例えば光ディスク用ピックアップレンズ）、特に単レンズの製造に、有効である。
波面収差測定装置により波面収差（球面収差を含む）を求めることができ、この値をもとに、成形型の型距離を補正することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してプレス成形により製造できる光ディスク用ピックアップレンズとその光路図を示す。
【図２】レンズ厚の変化によるレンズ波面収差の変化。
【図３】波面収差測定装置により測定した暫定レンズの光学性能。
【図４】波面収差測定装置により測定した型設計値を修正した成形型で成形したレンズの光学性能。[0001]
The present invention relates to a method of manufacturing a lens by press molding a molding material such as glass or plastic using a mold. In particular, the present invention relates to a precision press with high shape accuracy and surface accuracy that does not require grinding or polishing after molding, and relates to a manufacturing method particularly suitable for manufacturing single lenses such as optical pickup lenses for CDs and DVDs. .
[0002]
[Prior art]
There are the following prior arts for producing a mold for molding a lens having a predetermined optical performance, and determining and correcting the accuracy thereof.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-96332 describes whether or not a mass production provisional mold can produce a lens with spherical aberration within an allowable range without using a mass production provisional mold by using a reference mold when making a mass production mold. A method for determining is disclosed. However, in order to apply this method, it is necessary to first create a reference mold having optical performance within an allowable range. Furthermore, a plurality of mass production molds are created, and those that can be used for mass production are judged and extracted. There must be.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-96344 describes a method for designing a molding die. In this method, a temporary molding die is created based on a predetermined shape design value, thereby forming a lens, and measuring the optical characteristics of the molded temporary lens. The measured value of the optical characteristic is compared with the desired optical characteristic, and the amount of deviation of the spherical aberration is detected. As a result of the detection, the amount of deviation of the aspherical aberration value deviated from the desired optical characteristic is defined as the aspherical surface. Of the aspheric constants in the equation, the relationship between the slight change amount of the high-order term and the fluctuation amount of the spherical aberration value is compared with a previously obtained table. As a result, the slight change amount of the high-order term in the corresponding aspheric constant is used as the adjustment amount, and the adjustment amount is added to the aspheric constant of the aspheric type of the provisional molding die to obtain a new shape design value as the molding die. Design the mold.
[0005]
In this method, it is necessary to prepare a table in which the relationship between a slight change amount of the higher-order term of the aspherical aspherical constant and the fluctuation amount of the spherical aberration value is prepared in advance. In order to verify the accuracy of this table, it is necessary to process many molds and thereby press a large number of various lenses to measure optical performance.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the design stage of molding a lens having a spherical surface or an aspherical surface, the optical constant (refractive index, dispersion) of the lens material is determined based on the optical performance required for the lens, and the first surface, A lens design value including the shape of two surfaces (both are surfaces including an optical function surface) and the lens thickness is determined. Based on this, the design value of the mold for molding it is determined. In this case, for example, in the case of a glass lens, the thermal expansion coefficient of glass and the thermal expansion coefficient of the mold are different. Therefore, based on the above lens design values, elements that affect molding such as shrinkage of glass after pressing are also incorporated. Determine the design value of the type.
[0007]
For the lens design value, an allowable error (tolerance) for the optical performance of the lens is usually determined. In particular, an objective lens used in a pickup optical system for an optical disc has a very narrow tolerance for each parameter defined in the specification. For this reason, even a slight variation in the heat shrinkage behavior exhibited by the glass used as a material may not satisfy an acceptable transmitted wavefront aberration.
[0008]
When the shape of the mold material is machined based on the design value of the mold, there may be a deviation from the mold design value even if precision machining is performed. When the pressing is performed using a mold that deviates from the mold design value, the optical performance (for example, spherical aberration) of the lens may exceed the allowable range.
[0009]
Further, even when a die is processed according to the design value of the die, a lens obtained by press molding using the die does not match the original lens design value (for example, spherical aberration has an allowable range). In some cases. This is because there are many factors that affect the thermal expansion and contraction of glass materials and molds, and there are uncertain factors in each factor, or because the refractive index changes due to the cooling rate during pressing. is there.
[0010]
In such a case, redesigning and reworking the mold is a heavy burden in terms of delivery and cost.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to simply perform a simple correction process without re-working the shape of a mold when a lens molded using a certain mold exceeds a predetermined range of spherical aberration. It is an object of the present invention to provide a method capable of manufacturing a lens having an appropriate spherical aberration.
[0012]
The present invention for solving the above problems is as follows.
[Claim 1]
In a method of manufacturing a lens having a predetermined range of spherical aberration by press molding a molding material using a mold having a mold having a first molding surface and a mold having a mold having a second molding surface,
Determine the lens design value,
Based on this lens design value, the shape of the first molding surface, the shape of the second molding surface, and the distance between the first molding surface and the second molding surface (hereinafter referred to as inter-mold distance) are included. Determine the type design value,
Produce a temporary mold according to this mold design value,
Press molding the heat-softened molding material using the prepared temporary mold to obtain a temporary lens,
Measure the spherical aberration value of the provisional lens obtained,
When the spherical aberration measurement value of the provisional lens exceeds the predetermined range, the correction value of the inter-type distance is obtained,
Correct the inter-mold distance of the temporary mold, press molding the molding material,
A method for producing a lens, comprising obtaining a lens having spherical aberration within the predetermined range.
[Claim 2]
The manufacturing method according to
[Claim 3]
The distance between molds in the mold design value is corrected by correcting the lens thickness of the lens design value based on the amount of deviation of the spherical aberration value of the provisional lens from the predetermined value, and further by correcting the lens thickness based on the corrected lens thickness. The manufacturing method of
[Claim 4]
The manufacturing method according to
[Claim 5]
A method of press-molding a molding material made of glass,
The refractive index of the molding material of the lens design value is the refractive index at a predetermined cooling rate of the glass, and the cooling of the press-molded product after press molding performed to obtain a provisional lens is different from the predetermined cooling rate. Done at the cooling rate,
As a result, the measured value of the spherical aberration of the provisional lens exceeds the predetermined range.
[Claim 6]
The shape of the first surface or the second surface of the obtained provisional lens is different from the shape of the first surface or the second surface of the lens design value, and as a result, the spherical aberration measurement value of the provisional lens exceeds the predetermined range. Item 6. The method according to any one of
[Claim 7]
In a method of manufacturing a lens having a predetermined range of spherical aberration by press molding a molding material using a mold having a mold having a first molding surface and a mold having a mold having a second molding surface,
Determine the lens design value,
Based on this lens design value, the shape of the first molding surface, the shape of the second molding surface, and the distance between the first molding surface and the second molding surface (hereinafter referred to as inter-mold distance) are included. Determine the type design value,
Produce a temporary mold according to this mold design value,
Measure the shape of the first molding surface and the second molding surface of the obtained mold,
From the shape of the measured molding surface, predict the spherical aberration value of the lens molded by it,
When the predicted value of spherical aberration exceeds the predetermined range, obtain a correction value of the inter-mold distance, correct the inter-mold distance of the provisional molding die, press molding the molding material,
A method for producing a lens, comprising obtaining a lens having spherical aberration within the predetermined range.
[Claim 8]
The manufacturing method according to claim 7, wherein the lens design value includes a refractive index of the molding material, a shape of the first surface of the lens, a shape of the second surface, and a lens thickness.
[Claim 9]
9. The manufacturing method according to claim 7, wherein the mold design value is determined in consideration of a thermal expansion coefficient of the glass based on the lens design value.
[Claim 10]
The manufacturing method according to
[Claim 11]
The manufacturing method according to
[0013]
The manufacturing method of the present invention manufactures a lens having a predetermined range of spherical aberration by press-molding a glass material using a mold including a mold having a first molding surface and a mold having a second molding surface. Is the method.
Types (materials) and structures of molds including molds having a first molding surface and molds having a second molding surface used in the production method of the present invention, types and shapes of glass materials, press molding methods and conditions, etc. Can be used as it is.
The spherical aberration is most preferably 0 (zero), and the allowable predetermined range is appropriately determined according to the application of the manufactured lens.
When the lens is, for example, a pickup lens for an optical disc, the predetermined range of spherical aberration is appropriately determined within a range of 0.04λ rms or less, for example.
[0014]
Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described by taking as an example the case of using a glass material as a forming material. In addition, as a molding material, a plastic material etc. can be mentioned besides a glass material.
[0015]
In the production method of the present invention,
(1) Determine the lens design value,
(2) Based on this lens design value, the shape of the first molding surface, the shape of the second molding surface, the distance between the first molding surface and the second molding surface (ie, the distance between the molds) Determine the type design value, including
(3) A temporary mold is produced according to this mold design value.
[0016]
The lens design value includes, for example, the refractive index of glass, the shape of the first surface, the shape of the second surface, and the lens thickness. The lens design value is set so that the lens has a desired optical performance.
In the present invention, the first surface of the lens is a surface molded by the first molding surface, and the second surface of the lens is a surface molded by the second molding surface.
The mold design value is determined based on the lens design value. At this time, the thermal shrinkage (thermal expansion coefficient) of the glass material used as the material is also taken into consideration.
The conventional shape processing method can be used as it is for the production of the temporary mold according to the mold design value.
[0017]
In the production method of the first aspect of the present invention,
(4) A glass material heat-softened using the prepared temporary mold is press-molded to obtain a temporary lens,
(5) Measure the spherical aberration value of the provisional lens obtained,
(6) When the spherical aberration measurement value of the provisional lens exceeds the predetermined range, a correction value for the inter-mold distance is obtained.
[0018]
The press molding of the provisional lens using the provisional mold is performed under the same conditions as the actual lens manufacturing method except that the provisional mold is used.
The spherical aberration value of the obtained provisional lens is measured by a known method, and can be measured using, for example, a wavefront aberration measuring device.
When the spherical aberration measurement value of the provisional lens exceeds the predetermined range, the correction value of the inter-mold distance is obtained. In the present invention, the spherical aberration is corrected to be within a predetermined range by correcting only the distance between the molds in the mold design value, and the lens thickness obtained thereby is corrected to be within an allowable range (predetermined range). It is characterized by producing a lens having spherical aberration.
Here, the lens thickness refers to the thickness of the central portion of the lens.
[0019]
The correction of the distance between the mold design values is, for example, correcting the lens thickness of the lens design value based on the amount of deviation from the predetermined value of the spherical aberration value of the obtained provisional lens, and based on the corrected lens thickness, This can be done by correcting the distance between the molds in the mold design value.
The predetermined value here is an arbitrary reference value within a predetermined range, but normally, the reference for spherical aberration is zero.
[0020]
In the present invention, the distance between the molds is the distance between the molding surfaces when the glass material is pressed by the pair of molding dies, for example, the center distance between the molding surfaces at the closest position of the pair of dies. can do.
For correction of the distance between molds, for example, in the case of a mold having a structure in which the upper and lower molds come into contact with and stop at the barrel mold, the length of the trunk mold or a part thereof is changed. This can be done. In addition, when other means, for example, when positioning the upper and lower molds using position control such as a servo motor, the distance between the molds and the lens thickness can be adjusted by correcting the control program. Good.
[0021]
In the production method of the first aspect of the present invention,
(7) Correct the inter-mold distance of the provisional mold, press the glass material,
(8) Thereby, a lens having spherical aberration within the predetermined range is obtained.
[0022]
When determining the lens design value, it is assumed that the refractive index of the material to be used is determined. However, in press molding, it is known that the refractive index varies depending on the cooling rate employed in the cooling process after pressing. Specifically, when the cooling rate is fast, the value of the refractive index decreases. For example, due to the decrease in the refractive index, the spherical aberration of the provisional lens may exceed a predetermined range. Even in such a case, according to the present invention, a lens having a spherical aberration within a predetermined range can be produced by adjusting the lens thickness by using a mold in which the distance between the molds is corrected.
[0023]
That is, the refractive index of the glass of the lens design value is the refractive index of the glass obtained by cooling the glass at a predetermined cooling rate, and cooling of the press-molded product after press molding performed to obtain a provisional lens is performed. When the spherical aberration measurement value of the provisional lens exceeds the predetermined range as a result, the manufacturing method of the present invention uses the lens having the spherical aberration within the predetermined range. Can be produced.
[0024]
Furthermore, since the shape of the first surface or the second surface of the obtained provisional lens is different from, for example, the thermal expansion coefficient of the glass constituting the lens and the thermal expansion coefficient of the mold, the first surface of the lens design value. Or, unlike the shape of the second surface, as a result, even when the spherical aberration measurement value of the provisional lens exceeds the predetermined range, the manufacturing method of the present invention can produce a lens having the spherical aberration within the predetermined range.
[0025]
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, even when the spherical aberration exceeds the allowable range, the reason is that there is an unreadable factor in the thermal shrinkage behavior of the glass and the mold, or the accuracy of the mold processing. Regardless of whether or not there is a problem, it is possible to manufacture a lens having spherical aberration within the allowable range by correcting only the lens thickness without having to repeat mold processing to keep it within the allowable range.
[0026]
In the manufacturing method of the second aspect of the present invention, after performing (1) to (3) in the manufacturing method of the first aspect, the lens thickness correction calculation from the mold shape measurement data is performed as follows.
(4 ′) Measure the shapes of the first molding surface and the second molding surface of the obtained mold,
(5 ′) predicting the spherical aberration value of the lens molded by the shape of the measured molding surface;
(6 ′) When the predicted value of spherical aberration exceeds the predetermined range, a correction value for the distance between molds is obtained.
[0027]
The lens shrinks while it is cooled to room temperature from a high-temperature press. The mold design values (such as the shape design values of the first and second surfaces) are determined in consideration of this shrinkage. There is a correlation between the mold shape error due to heat shrinkage and the lens surface shape error. If the correlation between the mold shape and the lens wavefront aberration is already known, the mold shape error is defined on the optical design software, and the shapes of the first molding surface and the second molding surface of the molding die are measured. As a result, the wavefront aberration can be calculated (predicted) by the ray tracing method. When the predicted value of the spherical aberration exceeds the predetermined range, a correction value for the distance between the molds in the mold design value is obtained. The correction value of the distance between molds can be obtained in the same manner as in the manufacturing method of the first aspect. For example, commercially available optical design software can be used as it is.
[0028]
For example, an optimal lens thickness can be obtained from the third-order spherical aberration of the wavefront aberration by performing a calculation similar to that performed in the embodiment described later. That is, by measuring the mold shape and predicting the wavefront aberration of the lens press-molded by the mold, the optimum distance between the molds is calculated and the gap between the molds is corrected in order to minimize the wavefront aberration.
[0029]
This method is effective when, for example, a mold that has already been proven for mass production is added. Since the shrinkage behavior of the glass and the mold is known in advance, the wavefront aberration can be reduced simply by adjusting the distance between the molds (resulting in the lens thickness) without actually pressing the temporary lens. can do.
Furthermore, by measuring the shape of each mold on the 1st surface (R1 surface) and 2nd surface (R2 surface) of multiple molds produced for mass production, the wavefront aberration is minimized among the multiple molds. It is possible to calculate the optimum mold combination to improve the yield of the mold.
[0030]
Next, similarly to the manufacturing method of the first aspect of the present invention,
(7 ′) Correct the inter-mold distance of the provisional mold, press the glass material,
(8 ′) Thereby, a lens having spherical aberration within the predetermined range is obtained.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a pickup lens for an optical disc that can be manufactured by press molding by applying the present invention and its optical path diagram. The allowable value of spherical aberration is within 0.04λrms, but the spherical aberration of the lens on the design value is zero.
[0032]
FIG. 2 shows a change in lens wavefront aberration due to a change in lens thickness in the design data of this lens by optical design software (CODE V or the like).
here,
WFE: Total wavefront aberration,
SA3: Third order spherical aberration,
SA5: 5th order spherical aberration,
SA7: 7th order spherical aberration,
SA9: 9th order spherical aberration.
The unit is λrms.
FIG. 2 shows that the third-order spherical aberration is dominant in the relationship between the total wavefront aberration value and the lens thickness. In addition, with this lens,
[Expression 1]
SA3 / Δt = −0.01λrms / μm
It can be seen that it is.
[0033]
On the other hand, based on the lens design values of this lens, the shape of the mold (first surface, second surface) was determined, and mold processing was performed to produce a temporary mold. Using this temporary mold, the glass material actually softened by heating was press-molded to obtain a temporary glass lens.
The mold used in the press molding is one in which a carbon release film is provided on the upper and lower mold molding surfaces made of SiC produced by the CVD method. As the glass material, a preform obtained by preforming M-NBFD82 manufactured by HOYA Corporation into a spherical shape was used. During press molding, the press temperature was 645 ° C., the press pressure was 140 kg / cm 2, and cooling was performed at 60 ° C./min.
[0034]
The optical performance of the obtained provisional lens was measured with a wavefront aberration measuring device (manufactured by Zygo) and is shown in FIG. Here, WFE = 0.121 λrms and SA3 = −0.114 λrms. The WFE exceeded the allowable range of 0.04λrms. Here, asymmetrical aberrations such as as and coma are corrected, and WFE is considered substantially equivalent to spherical aberration. That is, it can be seen that any of the shape and refractive index of the molded lens differs from the design value due to factors that could not be predicted at the time of lens design and were not taken into consideration. Therefore, in order to make the spherical aberration close to zero by correcting the lens thickness, the correction value of the mold distance was obtained as follows.
[0035]
The lens thickness correction amount uses the amount of deviation of the third-order spherical aberration,
Δt = −0.114 / 0.01 = −11.4 μm.
[0036]
Therefore, in order to change the lens thickness by −11.4 μm, the mold (distance between molds) was corrected. That is, in order to change the distance between the molds that controls the lens thickness (the upper mold and the lower mold are closest to each other when the upper mold and the lower mold are in contact with the trunk mold), the height of the barrel mold is changed to 11. 4 μm was shaved. Then, a glass lens was obtained by press molding the same glass material with the same conditions except for the distance between the molds by using a mold whose distance between the molds was corrected.
[0037]
The wavefront aberration data of the obtained lens is shown in FIG.
WFE = 0.034λrms and SA3 = −0.003λrms.
As a result of correcting SA3 by correcting the distance between the molds, a lens having a WFE of 0.04λ rms or less and within an allowable range was obtained without reworking the entire mold.
[0038]
In the above example, the lens thickness was adjusted based on the third-order wavefront aberration that was dominant in relation to the lens thickness, but the measured wavefront aberration data such as Zygo was transferred to the optical design software (CodeV, etc.). Lens thickness correction calculation can also be performed by taking in. In this case, it is possible to easily consider higher order spherical aberration of SA5 or higher.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, when obtaining a lens having a desired optical performance, particularly a spherical aberration, even if the spherical aberration of a provisional lens press-molded using a mold produced based on a design value is not less than a predetermined range, A lens having a desired spherical aberration can be obtained without re-starting the process from scratch.
The present invention is particularly effective when the inclination angle of the first surface or the second surface of the lens is large (for example, 40 ° or more). The manufacturing method of the present invention is effective for manufacturing a lens of a laser optical system (for example, a pickup lens for an optical disk) having an aspheric surface on the first surface or the second surface, particularly a single lens.
This is because wavefront aberration (including spherical aberration) can be obtained by the wavefront aberration measuring apparatus, and the mold distance of the mold can be corrected based on this value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an optical disk pickup lens that can be manufactured by press molding according to the present invention and its optical path diagram.
FIG. 2 shows changes in lens wavefront aberration due to changes in lens thickness.
FIG. 3 shows optical performance of a provisional lens measured by a wavefront aberration measuring device.
FIG. 4 shows the optical performance of a lens molded with a mold in which a mold design value measured by a wavefront aberration measuring device is corrected.
Claims (11)
レンズ設計値を決定し、
このレンズ設計値を基に、前記第１の成形面の形状、第２の成形面の形状、第１の成形面及び第２の成形面の間の距離（以下、型間距離という）を含む、型設計値を決定し、
この型設計値に従って暫定成形型を作製し、
作製した暫定成形型を用いて加熱軟化した成形素材をプレス成形して暫定レンズを得、
得られた暫定レンズの球面収差値を測定し、
暫定レンズの球面収差測定値が前記所定範囲を超える場合、前記型間距離の補正値を求め、
前記暫定成形型の型間距離を補正して、成形素材をプレス成形して、
前記所定範囲内の球面収差を有するレンズを得ることを特徴とするレンズの製造方法。In a method of manufacturing a lens having a predetermined range of spherical aberration by press molding a molding material using a mold including a mold having a first molding surface and a mold having a second molding surface,
Determine the lens design value,
Based on the lens design values, the shape of the first molding surface, the shape of the second molding surface, and the distance between the first molding surface and the second molding surface (hereinafter referred to as inter-mold distance) are included. Determine the type design value,
Produce a temporary mold according to this mold design value,
Press molding the heat-softened molding material using the prepared provisional mold to obtain a provisional lens,
Measure the spherical aberration value of the provisional lens obtained,
When the spherical aberration measurement value of the provisional lens exceeds the predetermined range, the correction value of the inter-type distance is obtained,
Correct the inter-mold distance of the temporary mold, press molding the molding material,
A method for producing a lens, comprising obtaining a lens having spherical aberration within the predetermined range.
レンズ設計値の成形素材の屈折率が、該ガラスの所定の冷却速度における屈折率であり、かつ
暫定レンズを得るために行うプレス成形後のプレス成形品の冷却が、前記所定の冷却速度と異なる冷却速度で行われ、
その結果、暫定レンズの球面収差測定値が前記所定範囲を超える請求項４に記載の製造方法。 A method of press-molding a molding material made of glass,
The refractive index of the molding material of the lens design value is the refractive index at a predetermined cooling rate of the glass, and the cooling of the press-molded product after press molding performed to obtain a temporary lens is different from the predetermined cooling rate. Done at the cooling rate,
As a result, the measured value of spherical aberration of the provisional lens exceeds the predetermined range.
レンズ設計値を決定し、
このレンズ設計値を基に、前記第１の成形面の形状、第２の成形面の形状、第１の成形面及び第２の成形面の間の距離（以下、型間距離という）を含む、型設計値を決定し、
この型設計値に従って暫定成形型を作製し、
得られた成形型の第１の成形面及び第２の成形面の形状を測定し、
測定した成形面の形状から、それによって成形されるレンズの球面収差値を予測し、
球面収差の予測値が上記所定範囲を超える場合、前記型間距離の補正値を求め、前記暫定成形型の型間距離を補正し、成形素材をプレス成形して、
前記所定範囲内の球面収差を有するレンズを得ることを特徴とするレンズの製造方法。In a method of manufacturing a lens having a predetermined range of spherical aberration by press molding a molding material using a mold including a mold having a first molding surface and a mold having a second molding surface,
Determine the lens design value,
Based on the lens design values, the shape of the first molding surface, the shape of the second molding surface, and the distance between the first molding surface and the second molding surface (hereinafter referred to as inter-mold distance) are included. Determine the type design value,
Produce a temporary mold according to this mold design value,
Measure the shape of the first molding surface and the second molding surface of the obtained mold,
From the shape of the measured molding surface, predict the spherical aberration value of the lens molded by it,
When the predicted value of the spherical aberration exceeds the predetermined range, the correction value of the inter-mold distance is obtained, the inter-mold distance of the temporary mold is corrected, and the molding material is press-molded.
A method for producing a lens, comprising obtaining a lens having spherical aberration within the predetermined range.
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