(57)【要約】【課題】光学部品が成形型に貼り付くのを防止する。【解決手段】光学部品２を製造するための材料でできた予備成形体１を成形型内に供給し、成形型を型締めする。予備成形体１を加熱および加圧することによって成形型の表面形状を予備成形体１に転写する。成形された光学部品２を取り出すために成形型を型開きする。予備成形体１は、成形型の表面形状を転写するべき凹面部１ａ（曲面部）と、凹面部１ａの周囲に設けられ、転写工程において成形型の支持部に押し付けられる外周部１ｂとを有するものである。外周部１ｂには、凹面部１ａから当該外周部１ｂの外周端に向って延びる溝部１ｃが設けられている。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品を製造するための材料でできた予備成形体を成形型内に供給する工程と、
前記成形型を型締めする工程と、
前記予備成形体を加熱および加圧することによって前記成形型の表面形状を前記予備成形体に転写する工程と、
成形された光学部品を取り出すために前記成形型を型開きする工程とを含み、
前記予備成形体が、前記成形型の表面形状を転写するべき曲面部と、前記曲面部の周囲に設けられ、前記転写工程において前記成形型の支持部に押し付けられるべき外周部とを有するものであり、
前記外周部には、前記曲面部から当該外周部の外周端に向って延びる溝部が設けられている、光学部品の製造方法。
【請求項２】
前記予備成形体が、ガラス材料を成形することによって得たものである、請求項１に記載の光学部品の製造方法。
【請求項３】
前記溝部が、前記転写工程の終了後における前記光学部品に残存する、請求項１または２に記載の光学部品の製造方法。
【請求項４】
前記溝部が、前記外周部の複数個所に設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
【請求項５】
前記光学部品が、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、プロジェクションテレビおよび光ピックアップからなる群より選ばれる１つの光学機器のレンズである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
【請求項６】
光学機能を有する曲面部と、
前記曲面部の周囲に設けられた外周部と、
前記曲面部から前記外周部の外周端に向かって延びるように前記外周部に設けられた溝部と、
を備えた、光学部品。
【請求項７】
予備成形体を成形型内で加熱および加圧することで成形された光学部品であって、
光学機能を有する曲面部と、
前記曲面部の周囲に設けられた外周部と、
前記曲面部から前記外周部の外周端に向かって延びるように前記外周部に設けられるとともに、前記予備成形体に設けられた溝部が前記成形後まで残存したものである溝部と、
を備えた、光学部品。
【請求項８】
前記溝部が、前記外周部の複数個所に設けられている、請求項６または７に記載の光学部品。
【請求項９】
前記曲面部が凹面を有し、
前記溝部が前記凹面に隣接している、請求項６〜８のいずれか１項に記載の光学部品。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の光学部品を備えた、光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品の製造方法、光学部品および光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＳＣ（digital still camera）、ＤＶＣ（digital video camera）、携帯電話用カメラ、プロジェクションテレビ、光ピックアップ等の光学機器の撮像系や投射光学系には、レンズ、プリズム、スプリッタ等の光学部品が多数使用されている。光学機器の高倍率化、高精細化、高輝度化、小型軽量化が進むにつれて、光学部品に対しても精度、機能、取り扱い易さ、強度、コスト等の改善が要求される。
【０００３】
光学部品は、典型的には、ガラスやプラスチックで作られている。量産性および精度の観点から、一般には、ガラスで光学部品を作る場合には研磨法を採用し、プラスチックで光学部品を作る場合には射出成形法を採用する（特許文献１）。また、精密ガラス成形法で光学部品を作製することもある（特許文献２）。
【０００４】
特許文献１および特許文献２には、それぞれ、成形型の形状の材料への転写性や成形体（光学部品）と成形型との離型性を向上させることを目的とした発明が記載されている。具体的には、成形型に気体排出手段を設けたり（特許文献１）、成形型に係合段部を設けたりしている（特許文献２）。
【０００５】
以下、精密ガラス成形法で光学部品を製造する方法を説明する。図４は、光学部品を製造するために用いられる予備成形体の上面図および断面図である。この予備成形体１０を成形型で成形することによって光学部品が得られる。予備成形体１０は、凹面部１０ａと、凹面部１０ａの周りに形成された外周部１０ｂと、凹面部１０ａに対向する凸面部１０ｄとを有する。凹面部１０ａおよび凸面部１０ｄの表面は、成形後に光学機能面として機能できるように鏡面加工が施されている。
【０００６】
図５（ａ）〜（ｄ）は、精密ガラス成形法の工程説明図である。まず、図５（ａ）に示すように、下型４０、胴型５０および上型３０で構成されたキャビティ内に予備成形体１０をセットする。次に、図５（ｂ）に示すように、上ヘッド６０が上型３０に接触するように上ヘッド６０を下降させる。下型４０、上型３０および胴型５０とともに予備成形体１０を加熱する。
【０００７】
予備成形体１０が変形可能な温度に到達したら、図５（ｃ）に示すように、上ヘッド６０を用いて予備成形体１０を加圧する。これにより、予備成形体１０が所定形状に成形され、光学部品２０が得られる。その後、光学部品２０を冷却する。
【特許文献１】特開２０００−５３４２８号公報
【特許文献２】特開昭６２−８５９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光学部品２０の温度が取り出し可能温度に達したら、上ヘッド６０および上型３０を開放する。この際、図５（ｄ）に示すように、光学部品２０が上型３０に強く貼り付き、取り外し困難となる場合がある。この光学部品２０を上型３０から取り外すためには、取り外しのためのチャック機構ロボットが必要となり、設備コストが嵩む。また、工程数が増えるので生産性が低下する。さらに、光学部品２０が上型３０に強固に貼り付いている場合や光学部品２０の強度が低い場合には、取り外し工程において光学部品２０に割れや亀裂が発生し、歩留りが低下する。こうした問題は、高画角、高倍率が要求されるレンズ、具体的にはＤＳＣ等に用いられるメニスカス形状を有するレンズで発生しやすい。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学部品が成形型に貼り付くのを防止し、生産歩留まりを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、
光学部品を製造するための材料でできた予備成形体を成形型内に供給する工程と、
前記成形型を型締めする工程と、
前記予備成形体を加熱および加圧することによって前記成形型の表面形状を前記予備成形体に転写する工程と、
成形された光学部品を取り出すために前記成形型を型開きする工程とを含み、
前記予備成形体が、前記成形型の表面形状を転写するべき曲面部と、前記曲面部の周囲に設けられ、前記転写工程において前記成形型の支持部に押し付けられるべき外周部とを有するものであり、
前記外周部には、前記曲面部から当該外周部の外周端に向って延びる溝部が設けられている、光学部品の製造方法を提供する。
【００１１】
別の側面において、本発明は、
光学機能を有する曲面部と、
前記曲面部の周囲に設けられた外周部と、
前記曲面部から前記外周部の外周端に向かって延びるように前記外周部に設けられた溝部と、
を備えた、光学部品を提供する。
【００１２】
さらに別の側面において、本発明は、
予備成形体を成形型内で加熱および加圧することで成形された光学部品であって、
光学機能を有する曲面部と、
前記曲面部の周囲に設けられた外周部と、
前記曲面部から前記外周部の外周端に向かって延びるように前記外周部に設けられるとともに、前記予備成形体に設けられた溝部が前記成形後まで残存したものである溝部と、
を備えた、光学部品を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
予備成形体が成形型に強く貼り付く原因は、次の点にあると考えられる。すなわち、予備成形体を成形型にセットし、加熱および加圧する工程を実施すると、図６に示すように、予備成形体２０と成形型３０との間に密閉空間２２が形成されることがある。成形終了後の冷却工程において、密閉空間２２に閉じ込められた空気の体積が減少し、吸着現象が起こる。また、密閉空間２２が成形型３０と予備成形体２０との密着を邪魔するので、成形精度も悪くなる。
【００１４】
一方、本発明によると、予備成形体の外周部に溝部が設けられている。そのため、曲面部と成形型との密着が不完全な段階で外周部と成形型とが密着したとしても、曲面部と成形型との隙間の空気が溝部を通じて外に排出されうる。したがって、成形型と予備成形体との間に密閉空間が形成されない。その結果、成形された光学部品の成形型への貼り付きを防止できる。光学部品を成形型から取り外すための特別な装置（チャック機構ロボット等）が不要となり、生産設備を簡素化できる。また、型開き後に光学部品をチャックする必要が無いため、光学部品に亀裂や割れ等の不具合が発生しにくい。その結果、歩留まりが向上する。また、密閉空間が形成されないため、成形型と予備成形体とを確実に密着させることができ、成形精度が向上する。
【００１５】
本発明によれば、製造された光学部品に溝部が残存する。ただし、この溝部は、光学部品と他の部品（例えばレンズを取り付ける枠）との干渉を招来しない。そのため、本発明で光学部品を製造することに伴う他の部品の設計変更は不要である。また、研削等の加工で溝部を除去する必要もない。
【００１６】
前述した特許文献１に記載されているように、成形型に溝部を設けても吸着現象を防止できる。しかし、成形型に溝部を設けると、この溝部に接触した部分が凸になる。つまり凸部を有する光学部品が製造される。凸部は、光学部品の質量増を招いたり、光学部品と他の部材との干渉の原因になったりする。また、溝部の形状の最適化のために成形型の試作を重ねる必要が生じ、成形型のコストが高くなる。また、成形型に溝部を設けると成形型の剛性が低下し、光学部品の形状にゆがみ等が生じる可能性がある。本発明のように、予備成形体に溝部を設ければ、こうした不具合を回避できる。
【００１７】
本発明によれば、溝部を有する光学部品を提供できる。溝部は、例えば、光学部品の位置決めや保持に利用できる。
【００１８】
本発明によれば、予備成形体に設けられた溝部が成形後まで残存する結果として、光学部品の溝部が形成される。そのため、成形後の光学部品を加工して溝部を形成する必要がない。したがって、効率良く光学部品を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。図１Ａは、光学部品の１つであるレンズの製造に用いられる予備成形体の上面図および断面図である。図１Ｂは、図１Ａの予備成形体から製造された光学部品の上面図および断面図である。
【００２０】
図１Ａに示すように、予備成形体１は、凹面部１ａ、外周部１ｂおよび凸面部１ｄを有する。予備成形体１は平面視で円形状である。凹面部１ａおよび凸面部１ｄは、成形型の表面形状を転写するべき曲面部に含まれる。具体的に、凹面部１ａは、成形型の凸面部の表面形状を転写するべき部分である。凸面部１ｄは、凹面部１ａの反対側に位置する部分であって、成形型の凹面部の表面形状を転写するべき部分である。凹面部１ａおよび凸面部１ｄの各表面は、成形型を用いた成形後に所望の光学特性が発揮されるように、予め鏡面加工されている。
【００２１】
外周部１ｂは、凹面部１ａの周囲に隣接して設けられた平坦な部分である。外周部１ｂは平面視で環状である。外周部１ｂには、凹面部１ａから当該外周部１ｂの外周端に向って延びる溝部１ｃが設けられている。つまり、溝部１ｃは、外周部１ｂを予備成形体１の径方向に横切っている。また、本実施形態では、外周部１ｂの複数個所に等角度間隔で溝部１ｃが設けられている。そのため、成形時に仮に１つの溝部１ｃが潰れたとしても残りの溝部１ｃにより確実に空気抜きできる。このような溝部１ｃの幅は、例えば０．５〜３ｍｍであり、深さは、例えば０．５〜３ｍｍである。もちろん、溝部１ｃの寸法はこの範囲に限定されず、製造するべきレンズの設計に応じて適宜設定可能である。
【００２２】
なお、溝部１ｃは外周部１ｂにのみ形成されているのが好ましいが、成形後のレンズ２の機能および特性に影響を与えない領域内であれば、凹面部１ａに差し掛かって形成されていてもよい。そのようにすれば、空気抜きの効果が高まる。
【００２３】
図１Ｂに示すように、レンズ２は、予備成形体１から製造されたものであり、凹面部２ａ、外周部２ｂ、溝部２ｃおよび凸面部２ｄを有する。溝部２ｃは、凹面部２ａから外周部２ｂの外周端に向かって径方向に延びている。凹面部２ａおよび凸面部２ｄは、光学機能面として、それぞれ、凹面および凸面を有する。溝部２ｃは、凹面部２ａの凹面に隣接している。なお、光学機能面とは、レンズ２に要求される光学特性を生み出すために必要な面のことで、光線の経路になる面である。
【００２４】
レンズ２は、また、いわゆる非球面レンズであり、メニスカス形状を有している。非球面レンズによると、収差が発生しにくいので光学機器におけるレンズの使用枚数を減らすことができる。メニスカス形状を有するレンズとは、一方の面が凸で他方の面が凹である三日月型のレンズのことである。メニスカスレンズには、レンズの中央部より外周部が厚くなっている凹メニスカスレンズと、レンズの中央部が外周部より厚くなっている凸メニスカスレンズとがある。図１Ｂに示すレンズ２は、凹メニスカスレンズである。凹メニスカスレンズは、従来の球面レンズや凸メニスカスレンズ等に比べ、凹面部の傾斜がきつく、深い。そのため、図６を参照して説明した問題が非常に起こりやすい。したがって、本発明は、凹メニスカスレンズの製造に特に有効なものといえる。
【００２５】
もちろん、凸面を２つ組み合わせたレンズである両凸レンズ、凹面を２つ組み合わせたレンズである両凹レンズ、片面が平面であるようなレンズ平凸レンズおよび平凹レンズの製造に本発明を採用してもよい。本発明の効果が得られるのであれば、溝部は、予備成形体の２つの面のどちらに設けられていてもよいし、両面に設けられていてもよい。
【００２６】
予備成形体１の凹面部１ａに成形型の表面形状を転写することにより、レンズ２の凹面部２ａが形成される。同様に、予備成形体１の凸面部１ｄに成形型の表面形状を転写することにより、レンズ２の凸面部２ｄが形成される。予備成形体１の外周部１ｂとレンズ２の外周部２ｂ、溝部１ｃと溝部２ｃとが、それぞれ対応している。成形型の表面形状を予備成形体１に転写する工程の終了後においてレンズ２に溝部２ｃが残存するように、予備成形体１に前述の寸法を有する溝部１ｃが設けられている。成形後も溝部２ｃが残存することにより、レンズ２が成形型に貼り付くのを確実に防げる。レンズ２の溝部２ｃの幅は、例えば０．５〜３ｍｍであり、深さは、例えば０．５〜３ｍｍである。もちろん、溝部２ｃの寸法はこの範囲に限定されず、レンズ２の設計に応じて適宜調整可能である。
【００２７】
次に、レンズ２を製造する方法について説明する。本製造方法では、いわゆる精密ガラス成形法を採用している。
【００２８】
まず、レンズ２の製造に用いる予備成形体１（図１Ａ）を準備する。具体的には、市販の光学ガラス材料（例えば、住田光学ガラス社製 K-VC78 nd=1.6691 Tg:520℃At:556℃）をレンズ２の近似形状に加工することによって予備成形体１を得る。図２に示すように、光学ガラス材料８に研削加工を施し、凹面部１ａ、外周部１ｂおよび凸面部１ｄを形成する。外周部１ｂには溝部１ｃを設ける。さらに、研削加工や研磨加工等の公知の表面仕上げ方法により、凹面部１ａおよび凸面部１ｄの各表面を鏡面研磨する。これにより、予備成形体１が得られる。
【００２９】
なお、ガラス材料に代えて、プラスチック材料を用いて予備成形体１を作製してもよい。プラスチック材料を使用する場合、予備成形体１を公知の射出成形法によって作製しうる。
【００３０】
次に、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、予備成形体１をさらに成形することによってレンズ２を製造する。本実施形態では、上型３、下型４、胴型５、上ヘッド６および下ヘッド７を備えた成形装置を使用する。成形装置において、上型３の上に上ヘッド６が設けられ、下型４を支持するように下ヘッド７が設けられている。上ヘッド６には、加熱および加圧機構が設けられている（図示省略）。同様に、下ヘッド７にも加熱機構が設けられている。
【００３１】
上型３は、凸面部３ａと、凸面部３ａの周囲の支持部３ｂとを含む。凸面部３ａは予備成形体１の凹面部１ａに接する部分であり、支持部３ｂは予備成形体１の外周部１ｂに接する環状部分である。上型３、下型４および胴型５によって成形されたレンズ２が設計通りの光学特性を有するように、上型３および下型４の各表面が所望の精度および形状に加工されている。場合によっては胴型５の表面も所望の精度および形状に加工されている。
【００３２】
上型３、下型４および胴型５は、典型的には、ＷＣ等の超硬合金でできている。超硬合金は、強度の面で優れているので成形型の材料として好ましい。また、上型３、下型４および胴型５は、ステンレス鋼（例えば、ウッデホルム社より入手可能な「ＳＴＡＶＡＸ」）等の成形型に適した金属でできた基材と、その基材の表面を被覆するめっき層（例えば無電解ニッケルめっき層）とを有するものであってもよい。さらに、上型３、下型４および胴型５の表面には、離型性や耐食性の向上を目的とする保護膜が形成されていてもよい。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように予備成形体１を上型３、下型４および胴型５によって構成された成形型内に供給する。成形型は、上ヘッド６と下ヘッド７との間に配置されている。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、上ヘッド６を下降させることによって、上型３、下型４および胴型５を型締めする。そして、この状態で上ヘッド６および下ヘッド７の加熱機構を作動させ、予備成形体１を所定温度まで加熱する。この所定温度は、使用するガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）または屈伏温度（Ａｔ）よりも少し高い温度（例えば５７０〜５９０℃）とすればよい。また、予備成形体１が所定温度に到達するのに数分間（例えば５分間）が費やされる程度の昇温速度で加熱を行なうとよい。
【００３５】
予備成形体１が所定温度に到達した後、図３（ｃ）に示すように、上ヘッド６をゆっくり下降させることによって上型３に圧力を加える。上ヘッド６からの圧力が上型３を介して予備成形体１に加わり、予備成形体１が徐々に変形する。これにより、上型３および下型４の各表面形状が予備成形体１に転写される。この転写工程において、予備成形体１の外周部１ｂも上型３の支持部３ｂに押し付けられているが、溝部１ｃは上型３および下型４によって押しつぶされずに残存している。そのため、成形の過程で、予備成形体１と上型３との間に密閉空間が生じず、成形されたレンズ２の上型３への貼り付きを防止できる。また、密閉空間が生じないことにより、上型３の凸面部３ａと予備成形体１の凹面部１ａとが端まで密着する。これにより、上型３の表面形状がレンズ２の凹面部２ａに高精度で確実に転写される。
【００３６】
予備成形体１がレンズ２の形に変形したら、上ヘッド６による加圧を停止する。そして、その状態を上記所定温度で１分間程度保つ。その後、上ヘッド６および下ヘッド７の加熱機構をオフにし、上ヘッド６を下降させた状態でレンズ２をガラス転移温度まで冷却する。レンズ２にひずみ等の不具合が生じるのを避けるため、数分程度（例えば５分程度）かけて除冷するのが好ましい。
【００３７】
次に、図３（ｄ）に示すように、成形されたレンズ２を取り出すために、上ヘッド６および上型３を開く。レンズ２は上型３に貼り付かず、下型４の上に留まる。したがって、チャック機構ロボット等の特別な設備は不要である。また、型開き後にレンズ２をチャックする必要が無いため、レンズ２に亀裂や割れ等の不具合が発生しにくい。その結果、歩留まりが向上する。図１Ｂを参照して説明したように、レンズ２の外周部２ｂには、溝部２ｃが残存している。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本明細書では光学部品の具体例としてレンズを挙げている。そのようなレンズは、ＤＳＣ、ＤＶＣ、携帯電話用カメラ、プロジェクションテレビ、光ピックアップ等の光学機器に使用できる。光ピックアップの用途としては、ＢＤプレーヤ(blue-ray disk player)、ＤＶＤプレーヤ（digital versatile disc player）およびＣＤプレーヤ（compact disc player）等が挙げられる。さらに、本発明の対象はレンズに限定されず、スプリッタやプリズム等の光学部品が広く本発明の対象となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】レンズの製造に用いられる予備成形体の上面図および断面図
【図１Ｂ】レンズの上面図および断面図
【図２】予備成形体の製造方法を説明する工程図
【図３】レンズの製造方法を説明する工程図
【図４】従来の予備成形体の上面図および断面図
【図５】従来の精密ガラス成形方法を説明する工程図
【図６】光学部品が成形型に貼り付く原因を説明する図
【符号の説明】
【００４０】
１  予備成形体
１ａ  凹面部
１ｂ  外周部
１ｃ  溝部
１ｄ  凸面部
２  レンズ（光学部品）
２ａ  凹面部
２ｂ  外周部
２ｃ  溝部
３  上型
４  下型
５  胴型
【図１Ａ】
2010215440.tif 000003
【図１Ｂ】
2010215440.tif 000004
【図２】
2010215440.tif 000005
【図３】
2010215440.tif 000006
【図４】
2010215440.tif 000007
【図５】
2010215440.tif 000008
【図６】
2010215440.tif 000009