(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製レンズを構成する光の入射側および出射側の２表面のうち、一方の表面の形状が球面または非球面であり、他方の表面の形状が、光軸に対して垂直な面から傾いている傾斜平面であるガラス製斜面付円柱レンズであって、前記傾斜平面の一部に光軸と垂直な面にほぼ平行となるように面の領域を設け、かつ前記面の領域が斜面付円柱レンズを通る光束の有効径外の位置に設けられていることを特徴とするガラス製斜面付円柱レンズ。
【請求項２】
前記傾斜平面と前記面の領域とのなす角度が５°以上である請求項１記載のガラス製斜面付円柱レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸に対して傾いた平面を有する斜面付円柱レンズに関し、特にレンズの光の入射側および出射側の２表面のうち一方の表面が球面または非球面形状を有し、他方の表面が光軸に対して垂直ではない傾斜平面を有する斜面付円柱レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な円柱レンズはその光軸方向に光束を収斂したり、光軸方向に発散光を平行化するため、屈折率分布を持たない光学的に均質な材料の場合、その光線が入出射する両端面は鏡面に近い面精度および面粗度を有し、かつ、少なくとも一方の面は凸面形状を有することが多い。さらに、最近は光ピックアップや光通信分野などにおいて、傾斜平面を有して入射光線を偏向させる効果を有する斜面付円柱レンズも見られる。
このような、一方に傾斜平面を有し、他方は高精度な球面または非球面を有する斜面付円柱レンズを製作する場合、従来ではそれぞれ対応する傾斜平面金型と球面または非球面金型を製作して金型を成形機に搭載し、レンズ材料を充填してプレスする方法が一般的であった。
【０００３】
従来の成形金型構造の一例を図３に示す。傾斜金型平面１６を有する傾斜平面側の金型１７と、球面または非球面を生成する曲面金型面１８を有する球面または非球面側の金型１９と、リング金型１３および胴型１４とで構成される従来の金型構造により斜面付円柱レンズ１５が作成される。ここで、光軸（中心軸）にほぼ垂直な平面と傾斜平面のなす傾斜角度θとする。
【０００４】
このプレス成形において、プレスの圧力方向と傾斜平面に垂直な方向が同軸上にはなく、互いに傾斜していることにより斜め方向のプレス圧力成分が生じる。このため、成形されたレンズの傾斜平面に近いレンズ内部に線状のクラック２０が発生して光学特性に大きな劣化を生じる問題があった。そして、この劣化傾向は同一のレンズ材料においては、傾斜角度θが５°以上のときに発生しやすく、θが大きいほどクラックが大きくなり、傾斜角度を大きくできない問題があった。
【０００５】
また、この傾斜平面を有するレンズをプレス成形する場合、一方の傾斜平面金型や、他方の球面金型または非球面側の金型の周縁部が鋭角なエッジを有しているとき、成形回数の増加に伴い金型の鋭角な周縁部に欠けを生じて重大な不良発生や金型が使用不能になりやすい問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述の斜面付円柱レンズの傾斜角度を大きくしたレンズをプレス成形によって製作する際に、傾斜平面付近のレンズ内部に生じるクラックの発生を解消するとともに、金型の周縁部に欠けが発生して成形不良となる、また金型が使用不能になりやすい課題を解消することである。
【０００７】
さらに、上記の課題を解決することにより、傾斜平面を大きくした斜面付円柱レンズのプレス成形を可能にし、かつ、斜面付円柱レンズの傾斜平面側の金型や精密な球面または非球面側の金型の耐久性を増加することにより、傾斜平面を有する高生産性・高性能なレンズを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス製レンズを構成する光の入射側および出射側の２表面のうち、一方の表面の形状が球面または非球面であり、他方の表面の形状が、光軸に対して垂直な面から傾いている傾斜平面であるガラス製斜面付円柱レンズであって、前記傾斜平面の一部に光軸と垂直な面にほぼ平行となるように面の領域を設け、かつ前記面の領域が斜面付円柱レンズを通る光束の有効径外の位置に設けられていることを特徴とするガラス製斜面付円柱レンズを提供する。
【０００９】
さらに、前記傾斜平面と前記垂直な面とのなす角度が５°以上である上記の斜面付円柱レンズを提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の斜面付円柱レンズとは、レンズを構成する入射側および出射側の２表面のうち、一方の表面が球面または非球面形状を有し、他方の表面がこの球面または非球面の中心軸である光軸に対して垂直ではなく、所定の角度で傾斜した傾斜平面で構成されるレンズを意味する。このレンズ材料は、紫外光から赤外光までのうちいずれかの波長の光を透過させるものであれば、ガラスであってもプラスチックであってもよい。
【００１１】
このような円柱レンズを製作する場合２つの方法が一般的である。第１は、該レンズのそれぞれの面を切削、研削、研磨などの機械的加工による直接的な加工を行って製作する方法である。第２は、該レンズ面に相当する両方の形状の金型を製作し、この金型を向かい合わせに組合わせ、それぞれの金型により形成された閉鎖空間にレンズとなる材料を注入または挿入して作成する、プレス成形による方法である。プレス成形法の場合、それぞれの材料に適した温度、圧力などの条件で一定時間保持し、その後冷却して金型内から取り出す。
【００１２】
本発明は、第２のプレス成形法によって前述の斜面付円柱レンズを製作するものであり、一方のレンズ面の傾斜平面の角度が大きくても高精度な傾斜平面とすることができ、他方のレンズ面も高精度な球面または非球面とすることができ、かつ、レンズ内部にクラックなどの欠陥や歪みの少ない光学的に高性能な斜面付円柱レンズを効率よく作製する方法を提供できる。
【００１３】
本発明の斜面付円柱レンズの一例を図１（（ａ）側面図、（ｂ）断面図）に示す。１は傾斜平面２を有する斜面付円柱レンズ、３は球面または非球面、４は球面または非球面３のレンズの中心軸に相当する光軸である。５は、本発明におけるクラック対策のために傾斜平面２の一部に光軸４と垂直な面にほぼ平行となるように設けた面の領域で、斜面付円柱レンズ１を通る光束の有効径外の位置に設けられている。また６は、成形時の金型の欠けなどの破損を防ぎ、金型の耐用回数を向上させるための面取部で、これも斜面付円柱レンズ１を通る光束径の有効径外の位置に設けられている。ここで、光軸に垂直な平面と傾斜平面２とのなす傾斜角度をθとする。
【００１４】
図２に、本発明の斜面付円柱レンズの成形金型構造の例を示す。１は斜面付円柱レンズ、７は傾斜平面側の金型であり、これはプレス成形時に傾斜平面を生成する傾斜金型平面８を有する。傾斜金型平面８の一部は、面の領域を生成する面の領域の金型面９（従来の傾斜金型平面１６にはない）が含まれている。１０は球面または非球面側の金型であり、プレス成形時に球面または非球面を生成する曲面金型面１１を有し、さらにその周辺部にはレンズ１の面取部６を生成する面取部の金型面１２を有している。また、１３は傾斜付円柱レンズ１の側面部を生成するリング金型であり、１４は傾斜平面側の金型７と球面または非球面側の金型１０とを保持する胴型である。
【００１５】
従来の技術において述べたように、クラック２０は傾斜付円柱レンズ１へのプレス力が光軸に対して傾斜することにより発生し、またその程度は傾斜付円柱レンズ１が受ける光軸４方向以外のプレス力成分の大きさによって決まる。また、クラックはレンズの大きさ、材料物性、成形条件などによっても発生の確率や程度が異なる。従来の傾斜金型平面１６の傾斜角度θが小さいとき、一般的にはほぼ５°より小さいときはクラック発生の確率は小さいため、従来の方法による成形レンズでもクラック発生の頻度は多くなかった。
【００１６】
しかし、この傾斜角度θを５°より小さい角度に限定することは、材料物性、屈折率などに制限が生じるため、レンズ設計やレンズ製作上で非常に大きな制約となっている。これに対して、面の領域の金型面９を持った本発明における金型においては、従来発生のクラック２０の付近ではまず面の領域の金型面９が傾斜付円柱レンズ１に接触する。このため、傾斜付円柱レンズ１が傾斜平面側の金型７より受けるプレス力の光軸４方向以外の成分の大きさは、従来の傾斜平面側の金型１７と比較して小さくなる。
【００１７】
したがって、クラック発生の確率は減少し、傾斜角度θを５°以上の角度とするのでレンズ設計の自由度が向上するため、高性能レンズの成形を実現でき好ましい。また、傾斜平面側の金型７は従来の傾斜平面側の金型１７と異なり、鋭角となるエッジを有しないため、欠けおよび割れ発生の可能性も減少し、金型寿命が伸び、また生産性もあがる。
【００１８】
【実施例】
「実施例１」
本実施例は、図２に示されている成形金型構造となるように金型を作成した。表１に示した組成欄（単位：ｍｏｌ％）のプレス成形用ロッドのガラス材料のうち、例１の材料について、ロッド寸法欄に示したそれぞれの外径、長さの円柱を製作し、両端面は平面研磨面仕上げを行い、ロッドのガラス材料とした。このロッドのガラス材料の端面は、曲面化されていてもよいし、平面のままでもよい。
【００１９】
【表１】
0004214694.tif 000002
【００２０】
次に、４軸超精密加工機を用いて、非球面を持つ曲面金型面１１を所定よりも深くダイヤモンド砥石にて研削加工し、その後欠け防止のため、曲面金型面の周縁領域に研削加工を行いレンズに面取部が生成できるよう面取部の金型面（平面部）１２を設けて、所定の金型面および平面部を有する非球面側の金型１０とした。次に、上記の４軸超精密加工機を用いて、傾斜平面側の金型７の傾斜平面８を研削加工により形成し、その後に金型の欠け防止およびレンズのクラック防止のため、光軸４に対し垂直な平面となるよう金型の傾斜平面８の周縁の一部を加工し面の領域の金型面９を形成した。
【００２１】
非球面側の金型１０にプレス時のレンズ径方向のリング金型１３を取りつけ、リング金型１３中にロッドのガラス材料を投入し、最後に傾斜平面側の金型７をリング金型１３上部に取付け、ロッドのガラス材料をレンズ形状の閉鎖空間に配置した。その後、ロッドのガラス材料を所定の温度に保持して傾斜平面側の金型７を光軸４方向に動かすことによりロッドのガラス材料に荷重を付加し、レンズ形状に変形させ、その後徐冷し所定形状の斜面付円柱レンズを得た。
【００２２】
表１中の例２および例３のロッドのガラス材料についても、本実施例１と同様に成形金型内で、斜面付円柱レンズに加工され、これら３種の斜面付円柱レンズはクラックのない良好なものであり、また傾斜平面側の金型７の傾斜平面８部に欠けが発生しなかった。
【００２３】
「実施例２」
本実施例は、図２に示されている成形金型構造を参考に説明する。
表１に示した組成欄（単位：ｍｏｌ％）のプレス成形用ロッドのガラス材料のうち、例４の材料について、ロッド寸法欄に示したそれぞれの外径、長さの円柱を製作し、両端面は平面研磨面仕上げを行い、ロッドのガラス材料とした。
【００２４】
次に、４軸超精密加工機を用いて、球面を持つ曲面金型面１１をダイヤモンド砥石にて研削加工し、所定の金型面有する球面側の金型１０とした。次に、上記の４軸超精密加工機を用いて、傾斜平面側の金型７の傾斜平面８を研削加工により形成し、その後に金型の欠け防止およびレンズのクラック防止のため、光軸４に対し垂直な平面となるよう金型の傾斜平面８の周縁の一部を加工し面の領域の金型面９を形成した。ここで、傾斜角度θを６°とした。
【００２５】
実施例１と同様に、球面側の金型１０にプレス時のレンズ径方向のリング金型１３を取り付け、リング金型中に上記のロッドのガラス材料を投入し、最後に傾斜平面側の金型７をリング金型上部に取り付け、ロッドのガラス材料をレンズ形状の閉鎖空間に配置した。その後、ロッドのガラス材料を所定の温度に保持して傾斜平面側の金型７を光軸４方向に動かすことによりロッドのガラス材料に荷重を付加し、レンズ形状に変形させ、その後徐冷し所定形状の斜面付円柱レンズを得た。
【００２６】
表１中の例５および例６のロッドのガラス材料についても、本実施例１と同様に成形金型内で、斜面付円柱レンズに加工され、これら３種の斜面付円柱レンズはクリックのない良好なものであり、また傾斜平面側の金型７の傾斜平面８部に欠けが発生しなかった。
【００２７】
【発明の効果】
レンズを構成する光の入射側および出射側の２表面のうち、一方の表面が球面または非球面の形状を有し、他方の表面が光軸に対し傾斜する平面を有する斜面付円柱レンズのプレス成形において、従来の方法では傾斜角度の増大に伴いクラックが発生していたが、本発明によれば、光軸方向以外のプレス力成分を減少させることができるため、クラックの発生が抑制され、設計自由度が高く高性能な斜面付円柱レンズを生産性よく提供できる。
【００２８】
また本発明により、球面または非球面を持つ金型および傾斜平面を持つ金型の形状において、鋭角となる角を排除できるため、金型の長寿命化およびそれに伴う斜面付円柱レンズのコストダウンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の斜面付円柱レンズの一例を示す図で、（ａ）側面図、（ｂ）断面図。
【図２】本発明の傾斜付円柱レンズの成形金型構造の例を示す断面図。
【図３】従来の傾斜付円柱レンズの成形金型構造の例を示す断面図。
【符号の説明】
１：傾斜付円柱レンズ
２：傾斜平面
３：球面または非球面
４：光軸
５：面の領域
６：面取部
７：傾斜平面側の金型
８：傾斜金型平面
９：面の領域の金型面
１０：球面または非球面側の金型
１１：曲面金型面
１２：面取部の金型面
１３：リング金型
１４：胴型
１５：従来の傾斜付円柱レンズ
１６：傾斜金型平面
２０：クラック
【図１】
0004214694.tif 000003
【図２】
0004214694.tif 000004
【図３】
0004214694.tif 000005