(57)【要約】    【課題】  外形形状が任意で、面形状が高精度でしかも製作容易なモールド型光学素子及びそれを有する光学系を得ること。    【解決手段】  成形用の上型１と成形用の下型２とを用い、双方を重ね合わせたとき双方の型間で形成される回転非対称性空間を利用し、該下型にモールド材３を配置し、上型と下型でモールド材を成形プレスして製造するモールド型光学素子１２であって、外形部の最大寸法方向に、該下型に配置するモールド材の体積のバラツキ又は／及び配置誤差により、該モールド材が充填されないバラツキ吸収部Ｓ１〜Ｓ４を有し、外形部の最大寸法方向と異なる方向に、該モールド型光学素子を光学系中に組み込むとき、他の部材との位置決め基準と成る取り付け基準部Ｐ５〜Ｐ８を有すること。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用の上型と成形用の下型とを用い、双方を重ね合わせたとき双方の型間で形成される回転非対称性空間を利用し、該下型にモールド材を配置し、上型と下型でモールド材を成形プレスして製造するモールド型光学素子であって、
外形部の最大寸法方向に、該下型に配置するモールド材の体積のバラツキ又は／及び配置誤差により、該モールド材が充填されないバラツキ吸収部を有し、外形部の最大寸法方向と異なる方向に、該モールド型光学素子を光学系中に組み込むとき、他の部材との位置決め基準と成る取り付け基準部を有することを特徴とするモールド型光学素子。
【請求項２】
前記モールド型光学素子の最大寸法をＤmax、中心肉厚をＴとするとき、
０．３＜Ｔ／Ｄmax＜０．８
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のモールド型光学素子。
【請求項３】
前記モールド型光学素子の最大寸法をＤmax、最小寸法をＤminとするとき、
０．３＜Ｄmin／Ｄmax＜０．８
なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のモールド型光学素子。
【請求項４】
前記モールド型光学素子の外周部はマット面であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のモールド型光学素子。
【請求項５】
前記モールド型光学素子は外周部に光軸方向の位置決めを行う段差部を有していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のモールド型光学素子。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のモールド型光学素子を光路中に有していることを特徴とする光学系。
【請求項７】
成形用の上型と成形用の下型とを双方に設けた突き当て部を突き当てたとき、双方の型間で形成される回転非対称性空間を利用してモールド型光学素子を製造するモールド型光学素子の製造方法であって、
該下型にモールド材を該光学素子の成形後の外形の最大寸法方向に該モールド材が充填されない領域が生ずる体積で設ける第１工程と、
該モールド材を成形プレスして、該光学素子の外形部のうち、該最大寸法方向と異なる方向に位置決め基準部を形成する第２工程と、を有することを特徴とするモールド型光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモールド型光学素子及びそれを有する光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複雑かつ高精度な表面形状を有するレンズを効率よく加工する方法として、ガラスモールド加工方法がある(特許文献１、２)。
【０００３】
ガラスモールド加工方法は軟化したガラスを金型に入れ、加圧成形することにより所望のレンズ形状を得る方法である。
【０００４】
最近では外形が回転対称なレンズに関しては、ガラスモールド用金型にレンズの外周部の形状を付加して成形することにより、芯取り工程を削除した製造法も行われてきている。
【０００５】
しかしながらこの方法はレンズ外形形状が回転対称以外の形状では、プレス成形時の型に対する均一な材料充填の問題より成形が困難であった。
【０００６】
一方、レンズ外形形状が回転対称以外の形状のガラスモールド成形方法が知られている(特許文献３)。
【０００７】
特許文献３では予め最終製品の形状に近似した形状に加工されたガラス素材を、前記成形用金型間に設置し、前記ガラス素材を所定温度に加熱し、加圧成形することにより前記成形用金型の金型面形状を転写し、該転写により得られた成形体を冷却して、目的とする非球面形状を有するレンズ面、及び所望の外形形状を有するレンズを得ることを提案している。
【特許文献１】特開平６−３４５４５３号公報
【特許文献２】特開平８−３４６２７号公報
【特許文献３】特開平１１−１０６２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的なガラスモールド加工方法は、特許文献１、２等に記載されているようにゴブ材と呼ばれる比較的丸みを帯びた材料をガラスモールド用金型で加熱成形し、冷却したあと、外形形状を整えるための２次加工である外周部の芯取り工程と呼ばれる研削加工工程を行っている。研削加工は研削液の中で外形を削る工程であるために、研削工程のあとに洗浄工程、乾燥工程も必要であり、その工程に多くの時間が必要となる。
【０００９】
特許文献３で提案されている手法では予め最終製品の形状に近似した形状に加工されたガラス素材が必要であるため、製作容易なガラス素材であるゴブ材を使用するのが困難であった。
【００１０】
本発明は外形形状が任意で、面形状が高精度でしかも製作容易なモールド型光学素子及びそれを有する光学系の提供を目的とする。
【００１１】
この他、本発明は成形型の上型と下型とを利用してモールド型光学素子を製造するとき、下型に配置するモールド材の体積や配置位置にバラツキがあっても良好なるモールド型光学素子を製造することができるモールド型光学素子の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のモールド型光学素子は、
成形用の上型と成形用の下型とを用い、双方を重ね合わせたとき双方の型間で形成される回転非対称性空間を利用し、該下型にモールド材を配置し、上型と下型でモールド材を成形プレスして製造するモールド型光学素子であって、
外形部の最大寸法方向に、該下型に配置するモールド材の体積のバラツキ又は／及び配置誤差により、該モールド材が充填されないバラツキ吸収部を有し、外形部の最大寸法方向と異なる方向に、該モールド型光学素子を光学系中に組み込むとき、他の部材との位置決め基準と成る取り付け基準部を有することを特徴としている。
【００１３】
本発明のモールド型光学素子の製造方法は、
成形用の上型と成形用の下型とを双方に設けた突き当て部を突き当てたとき、双方の型間で形成される回転非対称性空間を利用してモールド型光学素子を製造するモールド型光学素子の製造方法であって、
該下型にモールド材を該光学素子の成形後の外形の最大寸法方向に該モールド材が充填されない領域が生ずる体積で設ける第１工程と、
該モールド材を成形プレスして、該光学素子の外形部のうち、該最大寸法方向と異なる方向に位置決め基準部を形成する第２工程と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば外形形状が任意で面形状が高精度でしかも製作容易なモールド型光学素子及びそれを有する光学系を達成することができる。
【００１５】
この他、本発明によれば成形型の上型と下型とを利用してモールド型光学素子を製造するとき、下型に配置するモールド材の体積や配置位置にバラツキがあっても良好なるモールド型光学素子を製造することができるモールド型光学素子の製造方法を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１（Ａ）、（Ｂ）は各々本発明のモールド型光学素子(ガラスモールドレンズ１２)の実施例１の要部平面図と要部側面図である。
【００１８】
実施例１のガラスモールドレンズ１２は一眼レフカメラの接眼レンズの一部に用いた場合のレンズ形状を示している。この接眼レンズは、例えば特開平９−３２９７５２号公報の図１中のファインダー光学系の接眼レンズ６の一部に使用されるものである。また図４に図１に示すガラスモールドレンズ１２がガラスモールド成形で製作される工程の模式図を示す。
【００１９】
図４では成形用の上型と成形用の下型とを双方に設けた突き当て部を突き当てたとき、双方の型間で形成される回転非対称性空間を利用して、モールド型光学素子を製造するモールド型光学素子の製造方法を示している。
【００２０】
図４(Ａ１)は側面図である。図４(Ａ１)において１はガラスモールド成形用の上型、２はガラスモールド成形用の下型を表している。３は成形前のモールド材としてのレンズ材料(溶融ガラス)を示しており、所謂ゴブと呼ばれるものである。ゴブ３の体積は重量管理をされているがバラツキがある。また比重も多少なりともバラツキがある。このために結果としてゴブ３の体積はバラツキをもつことになる。
【００２１】
図４(Ａ２)は下型２を上側から見た様子を示している。ゴブ３は下型２の上方に配置されるが、ゴブ３自体の形状バラツキや、配置誤差もあるために図４(Ａ２)のように一般的には下型２の中心２ａから多少なりとも誤差をもって配置される。
【００２２】
最終的にレンズ外形形状を回転非対称である矩形形状とするために上型１、下型２の内部１１もそれに対応した図４(Ａ２)のような矩形形状をしており、レンズ材料３を加熱することにより軟化してプレスが可能となる。
【００２３】
図４(Ｂ１)はプレス時の型の状態を示し、上型１と下型２が突き当たり位置決めすることによりガラスモールドレンズ１２の中心厚の精度を出すことができる。
【００２４】
ここで、上型１と下型２とで形成される内部１１の体積Ｖ１１が一定なのに対して、前述のようにレンズ材料３の体積はバラツキを持つ。このためのバラツキで型の内部１１の体積よりレンズ材料３の体積が大きくなるとレンズ外形にバリが発生したり、レンズ中心厚のバラツキとなる。この不具合を防止するためにレンズ材料３の体積Ｖ３はそのバラツキを考慮しても型の内部１１の体積Ｖ１１よりも少なく（Ｖ３＜Ｖ１１）設定する。
【００２５】
このようにレンズ材料３の体積Ｖ３を少なく設定した状態で下型２に対するレンズ材料３の位置が図４(Ａ２)のように配置誤差で左上にずれた状態で成形プレスしたとき、図４(Ｂ２)のように下型２の一部にレンズ材料３が充填されない部分２ｂ（２ｂ１〜２ｂ４）が発生するようにしている。
【００２６】
図４(Ｃ)は冷却後に型から取り出したガラスモールドレンズ１２の外形形状を表しており、最大外形方向（四隅）にレンズ材料３のバラツキ吸収部Ｓ１〜Ｓ４が形成されるようにしており、また最大外形部より内側の外形部に他の部材との取り付け基準部Ｐ５〜Ｐ８が形成されるようにしている。
【００２７】
以上のように本実施例では下型２に設けるモールド材（ガラス材料）３を光学素子の成形後の外形の最大寸法方向にモールド材３が充填されない空間ができるような体積となるように設定している（第１工程）。
【００２８】
モールド材３を成形プレスするとき、最大寸法方向と異なる方向に位置決め基準部（取り付け基準部）が形成されるようにしている（第２工程）。
【００２９】
図１の実施例１のモールド型光学素子１２のレンズ形状において、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は各々レンズ外形の最大外形方向のバラツキ吸収部を示しており、前述したようにプレス前のガラスレンズ材料３の体積のバラツキやセンタリング誤差のバラツキを吸収するために設けられている部分である。前述の理由でその寸法はばらつくが、ガラスモールドレンズ１２の外形形状の辺の部分をレンズの取り付け基準部Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８にすることにより位置出しを可能にしている。
【００３０】
図１（Ｂ）はガラスモールドレンズ１２の横方向から見た図であり、該ガラスモールドレンズ１２のコバ部１２ａはテーパー形状となっており、さらにコバ部１２ａは艶を消したマット面となっている。これはコバ部１２ａで反射する有害な光を無害な方向へ向ける効果と、テーパーにすることにより成形した後にガラスモールドレンズ１２の離型性を上げるのに効果がある。
【００３１】
ガラスモールドレンズ１２のコバ部１２ａをマット面にするのは、予めコバ対応部の成形型自体にマット処理を行った型を使用した方が効率が良いからである。
【００３２】
図５は本発明のモールド型光学素子の製造方法のフローチャートである。
【００３３】
ステップ１（第１工程）では上型と下型との型間で形成される回転非対称性空間の体積よりも小さく、成形後に外形の最大寸法方向にモールド材が充填されない程度の体積のモールド材（溶融ガラス）を配置する。
【００３４】
ステップ２（第２工程）ではモールド材を成形プレスするとき、光学素子の外形部のうち、最大寸法方向と異なる方向に位置決め基準部（取り付け基準部）を形成する。
【００３５】
ステップ３では成形プレスしたモールド材を上型と下型から取り出して成形体を冷却する。
【００３６】
実施例１のレンズ形状の寸法を示す。
【００３７】
最大外形Ｄmax＝１８mm、
最小外形Ｄmin＝１２．８mm、
中心厚Ｔ＝７．０mm
図１（Ｂ）では左側の凸面１２Ｆが非球面形状となっている。
【実施例２】
【００３８】
図２（Ａ）、（Ｂ）は各々本発明のガラスモールドレンズ１２の実施例２の要部平面図と要部側面図である。
【００３９】
図２（Ａ）においてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は各々最大外形方向の円弧状のバラツキ吸収部を示しており、前述したようにプレス前のレンズ材料３の体積のバラツキやセンタリング誤差のバラツキを吸収するために設けられている部分である。Ｐ５、Ｐ６およびＰ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０は各々ガラスモールドレンズ１２の取り付け基準部であり、このガラスモールドレンズ１２においては外形の円弧の部分は取り付け基準としては使用しない。
【００４０】
図２（Ｂ）はガラスモールドレンズ１２の横方向から見た図であり、該ガラスモールドレンズ１２のコバ部１２ａは両側にテーパー形状となっており、その中間部に段差を設けている。Ｐ１１、Ｐ１２の各々の段差はガラスモールドレンズ１２の光軸Ｌａ方向の位置決めを行うための基準部となる。
【００４１】
実施例２のレンズ形状の寸法を示す。
【００４２】
最大外形Ｄmax＝２０mm、
最小外形Ｄmin＝１０．０mm、
中心厚Ｔ＝１２．０mm
両レンズ面１２Ｆ、１２Ｒが凸で非球面形状となっている。
【実施例３】
【００４３】
図３（Ａ）、（Ｂ）は各々本発明のガラスモールドレンズ１２の実施例３の要部平面図と要部側面図である。
【００４４】
図３（Ａ）においてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は各々最大外形方向のバラツキ吸収部を示しており、前述したようにプレス前のレンズ材料３の体積のバラツキやセンタリング誤差のバラツキを吸収するために設けられている部分である。
【００４５】
図３（Ｂ）において、Ｐ９、Ｐ１０の各々の段差はガラスモールドレンズ１２の光軸Ｌａ方向の位置決めを行うための基準部である。この基準部Ｐ９、Ｐ１０の右側にＰ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８の一段小さい外形部が形成されており、これがガラスモールドレンズ１２の外形方向の取り付け基準部となっている。
【００４６】
実施例３のレンズ形状の寸法を示す。
【００４７】
最大外形Ｄmax＝２０mm、
最小外形Ｄmin＝８．０mm、
中心厚Ｔ＝７．０mm
両レンズ面が凹形状で、右側の凹面１２Ｒが非球面形状となっている。
【００４８】
各実施例１〜３のガラスモールドレンズ１２は、外形形状が回転非対称形状より成っている。外形のうち最大外径方向にバラツキ吸収部Ｓ１〜Ｓ４を設け、最大外径方向以外にレンズの取り付け基準部Ｐ５〜Ｐ１２を設けている。
バラツキ吸収部Ｓ１〜Ｓ４を２次加工しないで使用可能としている。
【００４９】
レンズ外形の最大外径（最大寸法）をＤmax、中心肉厚をＴとしたとき
０．３＜Ｔ／Ｄmax＜０．８‥‥‥‥‥（１）
を満足するようにしている。
【００５０】
条件式（１）において、下限を超えると上型１と下型２の型内でのレンズ材料３の回り込みが不充分になりやすくなり、ガラスモールドレンズ１２の外周部での成形後の面ダレが大きくなり、光学面の有効部を十分確保するのが困難となる。また上限を超えると成形後のレンズ材料３内の冷却時の温度勾配の内部応力からくる残留する屈折率分布の影響が大きくなるために、このガラスモールドレンズ１２を組み込んだときの光学性能に悪影響を与えるので良くない。
【００５１】
またレンズ外形の最大外径をＤmax、最小外径をＤminとしたとき
０．３＜Ｄmin／Ｄmax＜０．８‥‥‥‥‥（２）
を満足するようにしている。
【００５２】
条件式（２）において、下限を超えると成形プレスの冷却時にガラスモールドレンズ１２内の応力の非対称性が大きくなるために、ガラスモールドレンズ１２の割れが問題となる。また上限を超えるとレンズ材料３の体積のバラツキや成形前にレンズ材料３の型に対する配置のバラツキにより最大外形以外の部分にも形状のバラツキが発生してしまうことより、ガラスモールドレンズ１２の取り付け基準位置を確保するのが難しくなる。
【００５３】
尚、更に望ましくは、上記条件式(1)、(2)を次の如く設定するのが良い。
【００５４】
０．３４＜Ｔ／Ｄmax＜０．６５    ‥‥‥‥‥（１a）
０．３５＜Ｄmin／Ｄmax＜０．７５  ‥‥‥‥‥（２a）
この他、ガラスモールドレンズ１２の成形時に該ガラスモールドレンズ１２の外周部にテーパー部、またはマット面を形成している。これはガラスモールド成形の場合、一般的にはレンズの外周部は艶のある面となるために、この部分に有害な光があたりゴースト光となる場合がある。これを防止するために型の表面をマット加工面にすることにより、レンズのコバを梨地状にしたり、梨地の転写効率を高めるためにコバ面をテーパー状にすることが有効である。またテーパー状にすることにより反射するゴースト光束を実害の少ない方法へ向けることも可能となる。
【００５５】
以上の各実施例１〜３ではプラスチックモールドレンズにくらべ格段に高精度で耐環境性に強いガラスモールドレンズが得られる。また通常製作工程が複雑な外形形状が回転非対称なものであっても、適切な形状に設定することにより後工程を大幅に省略することができ、その結果高精度なガラスモールドレンズが得られる。
【００５６】
次に本発明のガラスモールドレンズを光学系に適用する一例として一眼レフカメラシステムの接眼レンズに適用した実施例を図６を用いて説明する。
【００５７】
図６において、２１はズームレンズより成る交換レンズ、２２は交換レンズ２１を通して得られる被写体像を記録するフィルムや撮像素子等の記録手段、２３は交換レンズ２１からの被写体像を観察するファインダー光学系、２４は交換レンズ２１からの被写体像を記録手段２２とファインダー光学系２３に切り替えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。
【００５８】
ファインダー光学系２３は被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー２４を介してピント板２５に結像した被写体像をコンデンサーレンズ２６、ペンタプリズム２７で正立像としたのち、接眼光学系２８で拡大してアイポイント２９で観察する。
【００５９】
接眼光学系２８は負、正、正の屈折力の３つのレンズ２８ａ，２８ｂ，２８ｃより成り、レンズ２８ａは図１〜図３に示すようにガラスモールドレンズより成っている。
【００６０】
撮影時にはクイックリターンミラー２４が矢印方向に回動して被写体像は記録手段２２に結像して記録される。
【００６１】
このように本発明のガラスモールドレンズを一眼レフカメラ等の光学機器の接眼レンズの一部に適用することにより、高い光学性能を有した光学機器が実現できる。
【００６２】
尚、本発明はクイックリターンミラーのないＳＬＲ(Single  Lens  Reflex)カメラにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１のレンズ形状の説明図
【図２】本発明の実施例２のレンズ形状の説明図
【図３】本発明の実施例３のレンズ形状の説明図
【図４】モールド型光学素子の製作工程の模式的説明図
【図５】本発明のモールド型光学素子の製造方法のフローチャート
【図６】本発明のモールド型光学素子を有した光学機器の説明図
【符号の説明】
【００６４】
１  上型
２  下型
３  レンズ材料（ゴブ)
１２  ガラスモールドレンズ
１２ａ  コバ部
Ｓ１〜Ｓ４  バラツキ吸収部
Ｐ５〜Ｐ１２  取り付け基準部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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