JP4689982B2

JP4689982B2 - 光学素子の製造方法

Info

Publication number: JP4689982B2
Application number: JP2004206867A
Authority: JP
Inventors: 公博菊地
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: CN1721883A; JP2006026770A; CN100378472C

Description

本発明はガラスのプレス加工により光学機能面を有した光学素子を製造する方法に関し、特に光学機能面の周縁部に光の反射を防止するための反射防止部を形成した光学素子の製造方法に関する。

ガラスからなるレンズの製造方法としては、研磨加工によるもの及びプレス加工によるものが知られている。このうち、研磨加工によるレンズの製造方法は、完成品よりも一回り大きい近似形状にプレスされたガラス素材を、治具に接着固定しながら酸化セリウムなどの遊離研磨材を用いてラップ加工し、それによって光学機能面を作製する。

光学機能面を作製したら、外径からの光軸の偏心をなくすために、芯取り加工がなされる。芯取り加工は、光学機能面が作製された光学素子を芯取り加工機に固定し、光学機能面の周縁部の余肉部分を研削することによりなされる。

また、光学機能面の周縁部には、迷光を遮断するために、墨塗りがなされる。この墨塗りの塗料を安定して密着させるため、及び迷光の反射を減衰させるために、光学機能面の作製後に芯取り加工機で光学機能面の周縁部における余肉を除去すると共に、適度な面粗度を有した摺り面に形成する。

一方、プレス加工によるレンズの製造方法は、楕円形ないし饅頭形のゴブ材と呼ばれるレンズ素材を、金型内で加熱し、軟化したゴブ材をプレスして光学機能面を作製する。その後、研磨加工の場合と同様に芯取り加工機で光学機能面の周縁部を、適度な面粗度を有した摺り面に形成する。

すなわち、研磨加工とプレス加工とにかかわらず、芯取り加工機による工程を有している。このような芯取り加工機としては、例えば特許文献１に挙げるようなものがあり、この芯取り加工機では、ベルチャック(ベルホルダ)と呼ばれる部分に光学素子を固定するようになっている。
特開平１１−１５６６８８号公報

しかし、従来の光学素子の製造方法においては、芯取り加工機で光学機能面の周縁部を研削することで、墨塗りや迷光の反射減衰のための粗面加工を行っているので、光学素子は精密に位置合わせすると共に、研削力に耐えるため強固に固定しておく必要がある。このため、芯取り加工機は比較的高価なものとなり、光学素子の製造にかかるコストを上昇させる。

そして、この芯取り加工機による工程は、研磨加工であってもプレス加工であっても必要である。プレス加工の場合には、光学機能面の作製については研磨加工よりも簡易に行うことができる一方で、プレス加工後に芯取り加工機で粗面加工を行うことが必要なために、全体としてはコストをあまり下げることができなかった。

また、プレス加工では、金型の精度を高くすることで、外径の精度を高くすることができる。それにもかかわらず芯取り加工機で粗面加工を行うことで、光軸と芯取り軸の不一致を生じやすく、逆に外径の精度を悪くすることがあった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、プレス加工により光学機能面を作製する場合に、芯取り加工機による粗面加工を行うことなく、高精度で安価に光学機能面の周縁部を粗面加工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。

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、レンズ素材をプレス加工することにより光学機能面を有する中間部材を形成し、その後に上記光学機能面よりも外側の周縁部表面の粗面加工を施す工程を有した光学素子の製造方法において、
上記中間部材を上記光学機能面よりも外側の周縁部のみを露出させるように略全周に渡って両面から固定し、固定された上記光学機能面の端部よりも外側の周縁部表面に粒子状の研磨材を衝突させることで、上記周縁部表面に粗面加工を施すことを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光学素子の製造方法は、レンズ素材の周縁部表面に粗面加工を施した上で、上記レンズ素材をプレス加工することにより光学機能面を形成する光学素子の製造方法において、
上記レンズ素材を上記光学機能面が形成される部分よりも外側の周縁部のみを露出させるように略全周に渡って両面から固定し、固定された上記光学機能面が形成される部分の端部よりも外側の周縁部表面に粒子状の研磨材を衝突させることで、上記レンズ素材の光学機能面の外側である周縁部表面に粗面加工を施すことを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記研磨材は噴射ノズルから気体または液体もしくは気体と液体の混合物と同時に噴射されて、上記中間部材またはレンズ素材に衝突することを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記噴射ノズルは複数設け、上記中間部材またはレンズ素材に対して複数位置からそれぞれ上記研磨材を噴射して衝突させることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記中間部材またはレンズ素材の周縁部に粗面加工を施した後、両面からの固定を維持したまま洗浄用液体を噴射して上記周縁部の洗浄を行うことを特徴として構成されている。

本発明に係る光学素子の製造方法によれば、光学機能面を有する中間部材を光学機能面の端部で略全周に渡って両面から固定し、固定された光学機能面の端部よりも外側の表面に粒子状の研磨材を衝突させることで、周縁部表面に粗面加工を施すことにより、正確な芯取りを行わなくても周縁部の粗面加工を均一に行うことができるので、安価な装置で容易にかつ高精度に粗面加工することができ、光学素子を安価に製造することができる。また、正確な芯取りが不要であることにより、光学機能面が平面に近い形状であっても粗面加工を行うことができるので、光学素子の製造にあたっての形状の制約を大幅に少なくすることができる。

また、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、レンズ素材を光学機能面が形成される部分の端部で略全周に渡って両面から固定し、固定された光学機能面が形成される部分の端部よりも外側の表面に粒子状の研磨材を衝突させることで、レンズ素材の周縁部表面に粗面加工を施すことによっても、正確な芯取りを行わなくても周縁部の粗面加工を均一に行うことができるので、安価な装置で容易にかつ高精度に粗面加工することができ、光学素子を安価に製造することができる。

さらに、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、研磨材は噴射ノズルから気体または液体もしくは気体と液体の混合物と同時に噴射されて、中間部材またはレンズ素材に衝突することにより、研磨材を均等に効率よく中間部材またはレンズ部材の周縁部に衝突させることができる。

さらにまた、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、噴射ノズルは複数設け、中間部材またはレンズ素材に対して複数位置からそれぞれ研磨材を噴射して衝突させることにより、噴射ノズルの配置によって中間部材またはレンズ素材に対する噴射圧をキャンセルすることができ、芯ずれの影響をほとんどなくすことができる。

そして、本発明に係る光学素子の製造方法によれば、中間部材またはレンズ素材の周縁部に粗面加工を施した後、両面からの固定を維持したまま洗浄用液体を噴射して周縁部の洗浄を行うことにより、粗面加工及び洗浄を連続して容易に行うことができ、製造コストをさらに低減させることができる。

本発明の実施形態について図面に添って詳細に説明する。図１はレンズ素材１の側面図であり、図２は完成した光学素子３の側面図である。本実施形態の光学素子３は、両面に光学機能面１０、１０を備え、その周りには周縁部１１が形成されてなるものであり、ガラスのプレス加工により形成される。図１に示すような、あらかじめ楕円形状に形成したゴブ材と呼ばれるレンズ素材１を用意し、これを加熱して軟化させ、金型でプレスすることにより、図２に示す光学素子３を形成する。

レンズ素材１であるゴブ材は、ガラス溶解炉から軟化状態にあるガラス素材を適量滴下させ、その受けの形状などを変化させることにより、所定形状とすることができる。本実施形態では、図１に示すような楕円形状のものを示したが、これ以外にも饅頭形状等の形状とすることもできる。また、ゴブ材ではなく円柱形状等のガラスからなるレンズ素材１を用いてプレス加工を行ってもよい。

図２に示すように、完成した光学素子３は、光学機能面１０の周縁部１１表面が細かい凹部を多数形成した粗面とされており、さらに墨塗りがなされている。これによって、周縁部１１から侵入する迷光を遮断し、光学機能面１０を通過する光のみを取り出すことのできる光学素子３としている。

図３は、本実施形態における光学素子３の製造工程を示したフローチャートである。まず、ゴブ材からなるレンズ素材１を用意する（Ｓ１）。次にこのレンズ素材１を金型内に設置し、加熱してプレス加工を行う（Ｓ２）。これによって光学機能面１０有する中間部材２を形成する。その後、中間部材２を金型から取り外して、周縁部１１の粗面加工を行う（Ｓ３）。この詳細については後述する。

粗面加工を行った中間部材２に対しては、周縁部１１の洗浄を行い（Ｓ４）、その上でこの周縁部１１に反射防止膜を成膜する（Ｓ５）。さらに、中間部材２の洗浄を行い（Ｓ６）、最後に周縁部１１に対して黒色の塗料を塗布する墨塗りを行う（Ｓ７）。周縁部１１には粗面加工により多数の凹部が形成されているので、墨塗りの塗料が付着しやすく、また反射光を散乱させることで迷光の侵入をより防ぐことができる。

図４は、本実施形態におけるレンズ素材から粗面加工までの工程を示した模式図である。図４ａは、ゴブ材からなるレンズ素材１を用意した状態、すなわち図３のＳ１の状態を示し、図４ｂは、金型２０によりプレス加工を行っている状態、すなわち図３のＳ２の状態を示している。また、図４ｃは、周縁部１１の粗面加工を行っている状態、すなわち図３のＳ３の状態を示している。

図４ｂのプレス加工において用いられる金型２０は、上金型２１と下金型２２とからなり、上金型２１と下金型２２には、それぞれ光学素子３の形状を反転した形状に形成された成型面２１ａ、２２ａが形成されている。これら上金型２１と下金型２２を各成型面２１ａ、２２ａが対向するように配置し、その間にレンズ素材１を配置し、これを加熱してガラスを軟化させた上でプレスして、両面に光学機能面１０、１０を有した中間部材２を形成する。

プレス加工により中間部材２を形成したら、中間部材２を金型２０から取り外して図４ｃに示すように固定チャック２３に固定する。固定チャック２３は、中間部材２を光学機能面１０の端部で略全周に渡って両面から固定するもので、周縁部１１のみを外部に露出させた状態とする。固定チャック２３の中心線と中間部材２の中心線は、光学機能面１０の中心が固定チャック２３の中心線上となるように配置することで位置合わせがなされる。

この状態で、固定チャック２３を中心線を中心として回転させることで、中間部材２を円周方向に回転させながら、噴射ノズル２４から粒子状の研磨材３０を中間部材２の周縁部１１に対して噴射する。粒子状の研磨材３０は、中間部材２の周縁部１１に衝突し、その表面を削って細かい凹部を形成する。これによって周縁部１１表面の粗面加工がなされる。

研磨材３０としては、酸化ケイ素や酸化アルミなどを用いる。ただし、これ以外であっても、研磨材として用いられているものであればよい。また、研磨材を含むドライアイスまたは氷を用いてもよい。さらに、ゴムなどの弾性体中に研磨材を含んだものを用いてもよい。

周縁部１１の面粗度は、周縁部１１表面の反射防止のためだけであれば、１μｍ以上であればよいものの、墨塗り工程における塗料の密着性を向上させるためには、２μｍ以上であることが望ましい。実際には、２μｍ〜１０μｍ程度の面粗度とすることが適切である。この場合の研磨材３０の粒子径は、３０μｍ〜８０μｍ程度となる。面粗度を１０μｍ以上とすると、墨塗り後にも、周縁部１１の表面に凹凸形状が残ることとなり、美観上の問題は生じる。ただし、機能的には特に問題とはならない。

また、噴射ノズル２４からは、効率よく研磨材３０の噴射を行うために、研磨材３０を気体または液体もしくは気体と液体の混合物と一緒に噴射する。このように噴射ノズル２４から粒子状の研磨材３０を噴射させ、加工面に研磨材３０を衝突させることで表面を削ったり粗面化する加工を、一般にブラスト加工と呼ぶ。

噴射ノズル２４は、複数設けることもできる。この場合には各噴射ノズル２４、２４が互いになす角度を均等となるように配置することで、研磨材３０の噴射によって中間部材２にかかる力をキャンセルすることができ、中間部材２の固定に芯ずれがあっても、そのずれ方向への力を小さくすることができる。

粒子状の研磨材３０を中間部材２の周縁部１１に衝突させて粗面加工を行うことにより、中間部材２の中心線と固定チャック２３の中心線が正確に位置合わせされていなくても、粗面加工には支障がなく、したがって従来の芯取り加工機を用いることなく、容易に粗面加工を行うことができる。

また、研磨材３０の衝突により周縁部１１の外形全体を表面から１０μｍ程度削り取ることにより、墨塗りの塗料を塗布した場合に塗料の表面と光学機能面１０とを略面一状とすることができて、光学素子３の見栄えをよくすることができる。

図３におけるＳ４の洗浄の工程は、図４ｃに示す状態、すなわち中間部材２が固定チャック２３に固定された状態でそのまま行うことができる。つまり、図３におけるＳ３の粗面加工を行った後、同じ装置内で固定チャック２３で中間部材２を固定したまま、研磨材３０を噴射した噴射ノズル２４から洗浄用の液体を噴射し、それによって周縁部１１の洗浄を行う。

また、この洗浄の工程において、固定チャック２３をわずかに開いた状態とした上で、固定チャック２３の中心部から洗浄用の液体を流すことで、周縁部１１だけでなく固定チャック２３近傍の装置及び中間部材２を洗浄することもできる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は本実施形態における光学素子の製造工程を示したフローチャートである。この図に示すように、まずゴブ材からなるレンズ素材１を用意する（Ｓ１）。そしてレンズ素材１の状態で粗面加工を行う（Ｓ２）。次に洗浄を行った上で（Ｓ３）、周縁部１１を粗面化された中間部材２を金型内に設置し、加熱してプレス加工を行う（Ｓ４）。その後の工程については、第１の実施形態と同様である。

図６は、本実施形態におけるレンズ素材１の状態からプレス加工を施すまでの工程を示した模式図である。図６ａは、ゴブ材からなるレンズ素材１を用意した状態、すなわち図５のＳ１の状態を示し、図６ｂは、レンズ素材１の周縁部１１に対して粗面加工を行っている状態、すなわち図５のＳ２の状態を示している。また、図６ｃは、中間部材２に対してプレス加工を行っている状態、すなわち図５のＳ４の状態を示している。

図４ｂに示すように、レンズ素材１の周縁部１１に粗面加工を施すために、レンズ素材１を第１の実施形態と同様の固定チャック２３に固定する。ここで固定チャック２３は、レンズ素材１の光学機能面１０が形成される部分の端部で略全周に渡って両面から固定する。したがって、固定チャック２３に固定されたレンズ素材１は、光学機能面１０が形成される部分よりも外側の周縁部１１のみが露出した状態となる。この状態で固定チャック２３及びレンズ素材１を中心線を中心に回転させ、噴射ノズル２４から研磨材３０を周縁部１１に向かって噴射し、研磨材３０を周縁部１１表面に衝突させることにより、粗面加工を施す。

本実施形態においては、粗面加工の後にプレス加工を行うため、プレス加工によっても周縁部１１が粗面を維持できるようにする必要がある。そのため、第１の実施形態の場合に比べてより大きい粒子径の研磨材３０を用いる。具体的には、第１の実施形態の場合の３〜４倍程度の面粗度となるような研磨材３０を用いる。ただし、面粗度が大きすぎると中間部材２を取り扱う際にガラス粉が発生しやすくなるので、２０μｍ程度を上限として面粗度を設定する。また、図６ｃに示すプレス加工では、周縁部１１の粗面の状態を維持するために、通常よりも低温・低圧の条件でプレスを行う。

このようにレンズ素材１の段階で粗面加工を行うことによっても、第１の実施形態と同様にレンズ素材１の中心線と固定チャック２３の中心線が正確に位置合わせされていなくても、粗面加工には支障がなく、したがって従来の芯取り加工機を用いることなく、容易に粗面加工を行うことができるために、安価な光学素子とすることができる。

また、ゴブ材の形状が平面に近い場合であっても、レンズ素材１を回転させながらその外形を使って振れのない状態を作り、その上で両面から固定チャック２３で固定することができるので、レンズ素材１の形状の制約を少なくすることができる。

さらには、第１の実施形態と同様に、複数の噴射ノズル２４を設け、各噴射ノズル２４が互いになす角度を均等となるように配置することで、レンズ素材１の芯ずれ方向にかかる力を小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用はこれら実施形態に限られず、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。

レンズ素材の側面図である。完成した光学素子の側面図である。本実施形態における光学素子の製造工程を示したフローチャートである。本実施形態におけるレンズ素材の状態から粗面加工を施すまでの工程を示した模式図である。第２の実施形態における光学素子の製造工程を示したフローチャートである。第２の実施形態におけるレンズ素材の状態からプレス加工を施すまでの工程を示した模式図である。

符号の説明

１レンズ素材
２中間部材
３光学素子
１０光学機能面
１１周縁部
２０金型
２３固定チャック
２４噴射ノズル

Claims

レンズ素材をプレス加工することにより光学機能面を有する中間部材を形成し、その後に上記光学機能面よりも外側の周縁部表面の粗面加工を施す工程を有した光学素子の製造方法において、
上記中間部材を上記光学機能面よりも外側の周縁部のみを露出させるように略全周に渡って両面から固定し、固定された上記光学機能面の端部よりも外側の周縁部表面に粒子状の研磨材を衝突させることで、上記周縁部表面に粗面加工を施すことを特徴とする光学素子の製造方法。
レンズ素材の周縁部表面に粗面加工を施した上で、上記レンズ素材をプレス加工することにより光学機能面を形成する光学素子の製造方法において、
上記レンズ素材を上記光学機能面が形成される部分よりも外側の周縁部のみを露出させるように略全周に渡って両面から固定し、固定された上記光学機能面が形成される部分の端部よりも外側の周縁部表面に粒子状の研磨材を衝突させることで、上記レンズ素材の光学機能面の外側である周縁部表面に粗面加工を施すことを特徴とする光学素子の製造方法。
上記研磨材は噴射ノズルから気体または液体もしくは気体と液体の混合物と同時に噴射されて、上記中間部材またはレンズ素材に衝突することを特徴とする請求項１または２記載の光学素子の製造方法。
上記噴射ノズルは複数設け、上記中間部材またはレンズ素材に対して複数位置からそれぞれ上記研磨材を噴射して衝突させることを特徴とする請求項３記載の光学素子の製造方法。
上記中間部材またはレンズ素材の周縁部に粗面加工を施した後、両面からの固定を維持したまま洗浄用液体を噴射して上記周縁部の洗浄を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。