專利名稱：透鏡的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，不經(jīng)過磨削研磨等后續(xù)加工而得到高精度的玻璃光學(xué)元件的精密壓力加工的制造方法，特別是適合于成形彎月透鏡的成形方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明所屬的精密壓力加工領(lǐng)域，利用精密地鏡面加工成既定形狀的成形模，對處于加熱軟化狀態(tài)的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，將模具成形面轉(zhuǎn)印到玻璃原料上，從而成形出具有既定表面精度的光學(xué)元件。但是，通過壓力成形將成形面形狀轉(zhuǎn)印其上的玻璃原料，在之后直到脫模之前進(jìn)行的冷卻工序中，由于體積的收縮，再加上加壓時(shí)承受的物理的力和因冷卻而殘留的應(yīng)力的作用，會發(fā)生變形。當(dāng)發(fā)生變形時(shí)，所得到的光學(xué)元件其畸變等超過容許量時(shí)，將無法達(dá)到所希望的光學(xué)性能。
近年來，隨著數(shù)碼像機(jī)及攝像機(jī)的小型化·高性能化，大批量生產(chǎn)高精度非球面透鏡的必要性增加。特別是對凹彎月透鏡的要求很高。然而，這些透鏡的精密壓力成形，比雙面凸透鏡等難度要高，在很多情況下要找出能夠得到具有良好表面精度的透鏡的壓力加工條件是困難的，要成形達(dá)到所希望光學(xué)性能的透鏡有很大的困難。
關(guān)于口徑較大的透鏡或具有凹面的透鏡的壓力加工方法，例如在專利文獻(xiàn)1(特開平5-24857號公報(bào))中，是將玻璃加熱軟化到可發(fā)生變形的溫度，進(jìn)行壓力加工后進(jìn)行冷卻，在冷卻過程中再次進(jìn)行加壓，以防止冷卻過程中表面精度變差。
此外，專利文獻(xiàn)2(特開平6-72726號公報(bào))和專利文獻(xiàn)3(特開平8-337426號公報(bào))記載的是，為了達(dá)到所要求的表面精度，設(shè)定形成一定畸變的成形條件，利用加工成可將畸變抵消的形狀的成形模。
特開平5-24857號公報(bào) 特開平6-72726號公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開平8-337426號公報(bào)但是，在壓力成形凹彎月透鏡的場合，若如專利文獻(xiàn)1那樣只是在冷卻過程中再次進(jìn)行加壓，則在很多情況下無法得到表面精度良好的透鏡。此外，在按照形成畸變的條件加工成形模的場合，要將成形模加工成將畸變抵消的形狀，導(dǎo)致工時(shí)增加、成本提高、生產(chǎn)率降低，這是人們所不希望的。
采用精密壓力成形法時(shí)玻璃透鏡的表面精度變差，起因于壓力加工后冷卻時(shí)發(fā)生變形，上述現(xiàn)有技術(shù)對此也業(yè)已掌握。但是，就凹彎月透鏡而言，為了壓力成形出表面精度良好的透鏡，應(yīng)如何控制從壓力成形到脫模為止期間玻璃發(fā)生的變形卻全然未知。例如，如圖1所示，相對于透鏡的設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)形狀)，所成形的透鏡(暫定透鏡形狀)的曲率半徑有時(shí)會向其徑向發(fā)生變化而產(chǎn)生畸變，因而無法得到所希望的表面精度。綜上所述，僅以現(xiàn)有技術(shù)的方案，無法隨人所愿地得到表面精度良好的凹彎月透鏡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，其目的是，提供一種，即使是凹彎月透鏡，在將玻璃原料在模具內(nèi)壓力成形后，對成形件到脫模為止的過程中所產(chǎn)生的表面精度變差進(jìn)行控制，從而能夠制造出具有良好表面精度的玻璃透鏡的方法。
本發(fā)明人在進(jìn)行彎月透鏡的壓力成形時(shí)，就各種成形條件與透鏡的表面精度之間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行了多方位的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，數(shù)個(gè)成形條件與透鏡的表面精度、特別是與以光軸為中心的對稱性這種表面精度異常(畸變)之間存在密切的相關(guān)關(guān)系，通過利用該相關(guān)關(guān)系，能夠制作抑制畸變的產(chǎn)生并控制了表面精度的透鏡，從而完成了本發(fā)明。另外，本發(fā)明中的“畸變”意指，上述那樣“以光軸為中心的對稱性的表面精度異?！薄?br> 具體地說，作為對透鏡表面精度之一的畸變具有支配作用的成形條件，發(fā)現(xiàn)以下5個(gè)參數(shù)具有很大影響，即(1)玻璃原料加熱溫度(2)成形模加熱溫度(3)上下成形模之間的溫度差
(4)上下成形模之間的冷卻速度差(5)在進(jìn)行兩級以上加壓(第1加壓、第2加壓)場合下的第2加壓的載荷高溫下壓力成形的透鏡在冷卻過程中發(fā)生變形時(shí)，作為起支配作用的要素，可以認(rèn)為有熱收縮和應(yīng)力。特別是，與大體各向同性收縮的雙面凸透鏡等不同，凹彎月透鏡因其形狀原因，熱收縮的發(fā)生方式復(fù)雜。
有鑒于此，本發(fā)明人認(rèn)為，以下1)～3)是對壓力加工后透鏡發(fā)生畸變起支配作用的要素。
1)玻璃原料與被供給玻璃原料的成形模的溫度之間的相互關(guān)系(特別是在模具之外對玻璃原料進(jìn)行加熱的場合)2)所成形透鏡的上下的冷卻均衡性3)決定成形形狀的載荷施加方式與上述要素相聯(lián)系地對各種成形條件進(jìn)行探討的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)前述(1)～(5)是對透鏡的表面精度之一的畸變起支配作用的條件，適當(dāng)對這些條件進(jìn)行控制，即便是凹彎月透鏡也能夠得到表面精度很高的透鏡，并完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明如下所述。
(1)一種通過以具有相向的成形面的上下一對成形模對加熱軟化狀態(tài)的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，制造具有包含凸面形狀的第1面和包含凹面形狀的第2面的凹彎月透鏡的方法，其特征是，向經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模的成形面之間，供給加熱至既定溫度的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，得到暫定透鏡，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將玻璃原料的溫度矯正得低于所述既定溫度，在采用矯正后的玻璃原料溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將玻璃原料的溫度矯正得高于所述既定溫度，在采用矯正后的玻璃原料溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的玻璃原料溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述玻璃原料的溫度矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止。(本發(fā)明的第1方案)(2)一種包括以具有相向的成形面的上下一對成形模，對加熱軟化狀態(tài)的玻璃原料進(jìn)行壓力成形的、制造具有包含凸面形狀的第1面和包含凹面形狀的第2面的凹彎月透鏡的方法，其特征是，向預(yù)熱至既定溫度的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，得到暫定透鏡，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將上下成形模的預(yù)熱溫度矯正得低于所述既定溫度，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將上下成形模的預(yù)熱溫度矯正得高于所述既定溫度，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述成形模溫度的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止。(本發(fā)明的第2方案)(3)一種包括以具有相向的成形面的上下一對成形模對加熱軟化狀態(tài)的玻璃原料進(jìn)行壓力成形的、制造具有包含凸面形狀的第1面和包含凹面形狀的第2面的凹彎月透鏡的方法，其特征是，向分別預(yù)熱至既定溫度的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，得到暫定透鏡，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將成形第2面的模具的預(yù)熱溫度向低矯正，或者將成形第1面的模具的預(yù)熱溫度向高矯正，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將成形第2面的模具的預(yù)熱溫度向高矯正，或者將成形第1面的模具的預(yù)熱溫度向低矯正，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述成形模溫度的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止。(本發(fā)明的第3方案)(4)一種包括以具有相向的成形面的上下一對成形模對加熱軟化狀態(tài)的玻璃原料進(jìn)行壓力成形的、制造具有包含凸面形狀的第1面和包含凹面形狀的第2面的凹彎月透鏡的方法，其特征是，在經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，對上下模分別以既定的冷卻速度進(jìn)行冷卻而得到暫定透鏡，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將成形第2面的模具的冷卻速度向高矯正，或者將成形第1面的模具的冷卻速度向低矯正，在采用矯正后的冷卻速度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將成形第2面的模具的冷卻速度向低矯正，或者將成形第1面的模具的冷卻速度向高矯正，在采用矯正后的冷卻速度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的冷卻速度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述冷卻速度的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止。(本發(fā)明的第4方案)(5)一種包括以具有相向的成形面的上下一對成形模對加熱軟化狀態(tài)的玻璃原料進(jìn)行壓力成形的、制造出具有包含凸面形狀的第1面和包含凹面形狀的第2面的凹彎月透鏡的方法，其特征是，向經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料立即進(jìn)行既定載荷的第1加壓，冷卻開始后，通過進(jìn)行包括以小于第1加壓的既定載荷進(jìn)行的第2加壓的壓力成形而得到暫定透鏡，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將第2加壓的載荷相對于所述既定載荷向大矯正，在采用矯正后的載荷的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將第2加壓的載荷相對于所述既定載荷向小矯正，在采用矯正后的載荷的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的載荷的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述載荷的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止。(本發(fā)明的第5方案)(6)如(1)～(5)之任意一項(xiàng)所記載的制造方法，其特征是，凹彎月透鏡的第1面上具有球面，并且通過掌握所得到的暫定透鏡的第1面的畸變，進(jìn)行成形條件的矯正。
(7)如(1)～(6)之任意一項(xiàng)所記載的制造方法，其特征是，所述凹彎月透鏡，其第1面或第2面上具有非球面。
通過進(jìn)行本發(fā)明的一種矯正或者幾種矯正配合進(jìn)行，能夠?qū)毫Τ尚蔚臈l件恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行修正，使透鏡的畸變得到修正。因此，能夠得到表面精度良好(例如畸變紋在一條以內(nèi))的透鏡。而且，不需要犯多嘗試錯(cuò)誤便能夠達(dá)到最佳壓力加工條件。
特別是，當(dāng)以所謂非等溫壓力加工來成形凹彎月透鏡時(shí)，本發(fā)明的矯正與表面精度改善的相關(guān)性更為顯著，因此，通過掌握所成形的暫定透鏡的形狀的畸變，再采用本發(fā)明的一種矯正條件或幾種矯正配合進(jìn)行，便能夠迅速獲知成形所希望得到的透鏡的條件。因此，生產(chǎn)效率高，能夠生產(chǎn)出形狀成形難度大的透鏡。


圖1是非球面透鏡中的實(shí)際透鏡曲面相對于設(shè)計(jì)曲面的位移關(guān)系的說明圖；圖2是表示玻璃原料溫度變化所引起的透鏡的畸變變化的菲索干涉儀的干涉紋的照片；圖3是表示模具溫度變化所引起的透鏡的畸變變化的菲索干涉儀的干涉紋的照片；圖4是表示上下模溫度差及冷卻速度差型溫度變化所引起的透鏡的畸變變化的菲索干涉儀的干涉紋的照片；圖5是第2加壓載荷的變化所引起的透鏡的畸變變化的菲索干涉儀的干涉紋的照片；圖6表示代表性的畸變的類型；發(fā)明的實(shí)施形式本發(fā)明的制造方法，均屬于包括以具有相向的成形面的上下一對成形模，對加熱軟化狀態(tài)的玻璃原料進(jìn)行壓力成形的、制造具有包含凸面形狀的第1面和包含凹面形狀的第2面的凹彎月透鏡的方法。更具體地說，作為本發(fā)明的制造方法，如后所述，包括(a)成形模預(yù)熱工序、(b)玻璃原料供給工序、(c)壓力成形工序、(d)冷卻·脫模工序、以及(e)取出工序。在下面，將首先就本發(fā)明制造方法的5種方案所共有的上述(a)～(e)各個(gè)工序進(jìn)行說明。本發(fā)明的制造方法，并不限定于下述成形工序，但在經(jīng)過(a)～(e)各工序的所謂非等溫壓力加工中，本發(fā)明的效果可顯著展現(xiàn)出來。
作為本發(fā)明，是例如通過反復(fù)進(jìn)行下面所述的成形工序，連續(xù)地成形出諸如玻璃透鏡等光學(xué)元件的。
另外，如后所述，本發(fā)明的制造方法中，有暫定透鏡、修正透鏡、以及目標(biāo)透鏡(作為原本的目標(biāo)物的玻璃光學(xué)元件)的制造工序，盡管各制造方法中條件有所不同，但都是經(jīng)過以下的(a)～(e)各工序制造出透鏡的。
(a)成形模預(yù)熱工序?qū)⑸舷鲁尚文?，以加熱機(jī)構(gòu)例如高頻感應(yīng)線圈預(yù)熱至既定溫度。經(jīng)過上一循環(huán)中的(e)取出工序(后述)的上下成形模，因要將透鏡脫模并取出而被冷卻至適當(dāng)?shù)臏囟龋虼?，要在預(yù)熱工序中加熱至適于進(jìn)行壓力成形的既定溫度。作為成形模的預(yù)熱溫度，例如換算為玻璃粘度時(shí)，以相當(dāng)于108～1012dPaS為宜。關(guān)于模具的溫度，若溫度過高，會出現(xiàn)玻璃粘到成形面上的問題，若溫度過低則會導(dǎo)致玻璃原料損壞，因而也最好是在上述溫度范圍內(nèi)。此時(shí)，上下成形模的溫度設(shè)定值，既可以相同，也可以根據(jù)所要成形的透鏡的形狀或直徑等因素設(shè)置溫度差。關(guān)于上下成形模溫度之差，若上下成形模之間的溫差過大，將導(dǎo)致上下面的收縮量之差過大，不僅以其它參數(shù)進(jìn)行的修正無法奏效，而且由于上下模膨脹的差異，還有時(shí)引起壓力機(jī)發(fā)生動作故障。為此，在上下成形模之間設(shè)定溫度差的場合，以相差60℃以內(nèi)為宜。
(b)玻璃原料供給工序向經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模之間，供給輸送過來的玻璃原料，放置在下模上。作為玻璃原料，可以使用預(yù)先預(yù)成形成適當(dāng)重量的既定形狀的玻璃原料(預(yù)成形坯料)，使之軟化至具有適于成形的粘度后進(jìn)行供給?；蛘咭部梢?，向上下模之間供給溫度低于與適于成形的粘度相當(dāng)?shù)臏囟鹊牟Ａг?，而在上下模之間再加熱至適于成形的粘度。在預(yù)先加熱至高于模具的設(shè)定溫度而供給呈軟化狀態(tài)的玻璃原料的場合，有更顯著地獲得本發(fā)明效果的傾向。向成形模供給時(shí)的玻璃原料的溫度，以相當(dāng)于105.5～1012dPaS的粘度為宜。這是由于，若粘度低于此(溫度高)，則不僅冷卻過程中玻璃的收縮量大，無法得到具有良好表面精度的玻璃成形件，而且會由于玻璃原料與模具材料之間發(fā)生反應(yīng)而粘在一起。反之，若粘度高于此(溫度低)，則壓力加工時(shí)玻璃原料變形困難，不僅無法壓制成既定的片厚，有時(shí)還會損壞玻璃或模具。向成形模供給時(shí)的玻璃原料的溫度，可以是更佳的相當(dāng)于105.5～108.5dPaS。
在將軟化的玻璃原料輸送并放置到下模上時(shí)，若玻璃原料與輸送部件接觸因而表面產(chǎn)生缺陷，將影響所成形的光學(xué)元件的表面形狀。為此，軟化的玻璃原料，最好是在氣體作用下浮起的狀態(tài)下進(jìn)行輸送，并使用使玻璃原料以下落到下模成形面上的方式供給的夾具。
(c)壓力成形工序在上下成形模和玻璃原料各自在既定的溫度范圍內(nèi)、玻璃原料加熱軟化的狀態(tài)下，使下模上升(或上模下降)進(jìn)行加壓，將上下成形模的成形面進(jìn)行轉(zhuǎn)印，從而成形出具有既定表面形狀的光學(xué)元件。下模的上升，通過使驅(qū)動機(jī)構(gòu)(例如侍服馬達(dá))工作來進(jìn)行，使下模上升既定行程而對玻璃原料加壓。在供給預(yù)先加熱軟化的玻璃原料的場合，供給后立即進(jìn)行加壓。旨在進(jìn)行加壓的下模的行程，取預(yù)先根據(jù)所要成形的光學(xué)元件的片厚而設(shè)定的值，取根據(jù)冷卻工序中玻璃發(fā)生熱收縮的量而確定的大小是適宜的。關(guān)于加壓的程序，可根據(jù)所要成形的光學(xué)元件的形狀和大小等任意設(shè)定。
作為本發(fā)明，在成形彎月透鏡的場合，若將加壓程序設(shè)計(jì)成兩級以上的多級壓力加工，并且在加壓的中途開始進(jìn)行冷卻，則更有助于得到良好的表面精度。例如，可以在向上下模之間供給玻璃原料后立即以既定載荷進(jìn)行第1加壓之后、或者、與進(jìn)行第1加壓同時(shí)開始進(jìn)行冷卻。之后，既可以以小于第1加壓的載荷進(jìn)行第2加壓，也可以在第1加壓后暫時(shí)減小載荷或去掉載荷、降溫至既定溫度之后再次進(jìn)行加壓(第2加壓)。
作為第1加壓的載荷，從玻璃的粘性以及防止變形時(shí)破損等角度考慮，使之為30～300kg/cm2是適宜的。第2加壓的載荷，以小于第1加壓為宜，例如，可以是第1加壓載荷的10％～80％，第2加壓載荷以20～150kg/cm2為宜。設(shè)定在這種范圍內(nèi)，可使第2加壓得到良好的效果，且沒有透鏡破損的可能性，因而是適宜的。
第1加壓和第2加壓例如可如下進(jìn)行。
向成形模供給玻璃原料后，立即施加加壓載荷進(jìn)行第1加壓，使玻璃發(fā)生很大變形并在既定的片厚位置使模具停止。與加壓開始的同時(shí)或者到達(dá)既定的片厚位置時(shí)開始進(jìn)行冷卻，一直到降溫至既定溫度為止的時(shí)點(diǎn)保持模具的位置。這樣，施加在玻璃上的載荷可實(shí)質(zhì)上減小。到達(dá)既定溫度后，再次施加加壓載荷進(jìn)行第2加壓。
(d)冷卻·脫模工序在如上所述實(shí)施恰當(dāng)?shù)募訅撼绦虻耐瑫r(shí)，使所成形的光學(xué)元件與成形模保持緊密接觸的情況下，一直冷卻至相當(dāng)于玻璃的粘度為1012dPaS的溫度后，使壓力成形件脫模。脫模最好是在相當(dāng)于粘度為1012.5～1013.5dPaS的溫度下進(jìn)行。
成形模的冷卻速度，例如可以是10～400℃/min。若冷卻速度過低，則冷卻時(shí)間過長，制造效率降低；若冷卻速度過快，則有表面精度變差及發(fā)生龜裂的傾向。
此外，也可以將上下成形模以不同的冷卻速度進(jìn)行冷卻，上下成形模之間的冷卻速度比，以在1∶4～4∶1的范圍內(nèi)為宜。若冷卻速度比大于4，則由于脫模時(shí)上下面的溫差變大，將導(dǎo)致透鏡內(nèi)部殘留很大的應(yīng)變，有可能在脫模后或在進(jìn)行定心加工時(shí)破損。上下成形模之間的冷卻速度比，尤以1∶1.5～1.5∶1更佳。
(e)取出工序脫模之后，將下模成形面上的壓力成形件(光學(xué)元件)，例如可以以具有吸持部件的取出臂等自動取出。
下面，對作為本發(fā)明制造方法之特征的、旨在對表面精度進(jìn)行控制的方法進(jìn)行說明。
(1)玻璃原料加熱溫度的控制(第1方案)按照本發(fā)明制造方法的第1方案，是向經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模的成形面之間供給加熱至既定溫度的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，得到暫定透鏡的。暫定透鏡的制造，經(jīng)由上述(a)～(e)各工序進(jìn)行。并且，當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將玻璃原料的溫度矯正得低于所述既定溫度，在采用矯正后的玻璃原料溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。
另外，如上所述，由于本發(fā)明中的“畸變”意指“以光軸為中心的對稱性的表面精度異?！保?，上述“周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變”意指“中心部的曲率半徑小于周邊部的曲率半徑的、以光軸為中心的對稱性的表面精度異?！?。
而本發(fā)明中，所述的透鏡的中心部，是指透鏡的光軸附近部位，所述的透鏡的周邊部，是指透鏡有效光學(xué)半徑為r時(shí)，距中心r/3之外、有效光學(xué)半徑r之內(nèi)的部分。
在本發(fā)明中，暫定透鏡的中心部及周邊部的曲率半徑，可如下求得。首先，對暫定透鏡的球面和非球面的形狀進(jìn)行測定。測定可采用諸如觸針式形狀測定儀等進(jìn)行。
非球面形狀可用下述非球面公式表達(dá)。
X＝(Y^2/R)[1+{1-(1+K)(Y/R)^2}^0.5]+BY^4+CY^6+DY^8+EY^10(K＝B＝C＝D＝E＝0時(shí)，即為球面)一般來說，通過設(shè)定上述公式中的各個(gè)常數(shù)便可確定非球面公式。設(shè)計(jì)透鏡時(shí)，要確定非球面設(shè)計(jì)公式。
對于暫定透鏡，將形狀測定儀的測定值分成上述周邊區(qū)域和中心區(qū)域，針對各區(qū)域分別求取最佳組配非球面公式，即近似于被測形狀的非球面公式。在這里，最佳組配非球面公式，是通過，只將非球面設(shè)計(jì)公式的R(近軸曲率半徑)作為變量來求取使與被測形狀之差(例如差的P-V值)達(dá)到最小的近軸曲率半徑(R0)，而得到的。由此，將針對中心區(qū)域得到的最佳組配近軸曲率半徑(R01)作為中心部的曲率半徑，而將針對周邊區(qū)域得到的最佳組配近軸曲率半徑(R02)定義為周邊部的曲率半徑。
此時(shí)，若中心部與周邊部的曲率半徑在有效直徑內(nèi)相等，則不產(chǎn)生畸變，若存在差異則作為畸變表現(xiàn)出來。因此，減小中心部和周邊部的曲率半徑之差，是與減小畸變同義的。
即，本發(fā)明中，對如上求得的中心部的曲率半徑、與、周邊部的曲率半徑的關(guān)系進(jìn)行分析，根據(jù)其大小關(guān)系對成形條件進(jìn)行矯正。
而在本發(fā)明中，當(dāng)以上述方式從暫定透鏡的形狀求出的中心部的曲率半徑與周邊部的曲率半徑的關(guān)系為既定的關(guān)系、即產(chǎn)生既定的畸變時(shí)，只要進(jìn)行各權(quán)利要求所規(guī)定的成形條件的矯正即可。換言之，本發(fā)明在進(jìn)行成形條件的矯正時(shí)，并非一定要有以上述方式求取R01、R02的工序。
此外，對于球面透鏡，即使不象上述方法那樣采用觸針式形狀測定儀，而利用與參照球面之間產(chǎn)生的干涉紋，也能夠很容易地分析出畸變的有無以及中心部與周邊部的曲率半徑的關(guān)系。即，對采用菲索干涉儀等儀器使得透鏡中心部的干涉紋為平行的直線形狀時(shí)的讀值(曲率半徑)、與、周邊部的干涉紋為平行的直線形狀時(shí)的讀值(曲率半徑)，進(jìn)行比較便可分析出來。
另外，將中心部和周邊部曲率半徑關(guān)系以及從干涉紋觀察到的畸變的關(guān)系示于圖6。
而當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將玻璃原料的溫度矯正得高于所述既定溫度，在采用矯正后的玻璃原料溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。
玻璃原料溫度的矯正程度，可根據(jù)暫定透鏡的畸變的程度適當(dāng)決定。例如最好是，掌握暫定透鏡的第1面的畸變，根據(jù)其條數(shù)對玻璃原料的溫度進(jìn)行矯正。
在這樣得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的玻璃原料溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。但在第2面(或第1面)的畸變在容許范圍之外的場合，還可以實(shí)施諸如第2面的模具形狀的矯正等附加矯正。
所謂“畸變在容許范圍之內(nèi)”，是要根據(jù)所制造的凹彎月透鏡的規(guī)格適當(dāng)決定的，但所述的“畸變在容許范圍之內(nèi)”，例如也可以是指，在修正透鏡上觀察到的畸變表現(xiàn)為以斐索干涉儀形成的牛頓環(huán)在一條以內(nèi)。在下面的方案中，在這些方面也是一樣的。
此外，對于非球面，作為畸變大小的指標(biāo)，可以用經(jīng)過最佳組配的非球面公式與暫定透鏡的測定形狀之間的差的大小(例如P-V值)來設(shè)定容許范圍。
而在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述玻璃原料的溫度矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止，在修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)的場合，在此之后，在采用矯正后的玻璃原料溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。
在本說明書中，所述的目標(biāo)透鏡，是作為目標(biāo)成品的玻璃光學(xué)元件，在經(jīng)過暫定透鏡及修正透鏡的成形而達(dá)到可得到目標(biāo)透鏡的條件后，在該條件下反復(fù)制造目標(biāo)透鏡。
經(jīng)過暫定透鏡及修正透鏡的成形而達(dá)到可得到目標(biāo)透鏡的條件的方法，是基于本發(fā)明人的如下發(fā)現(xiàn)，即，在通過壓力成形工序制造諸如玻璃透鏡等時(shí)，壓力加工開始時(shí)玻璃原料的設(shè)定溫度，與所成形的光學(xué)元件的表面精度存在很大的相關(guān)關(guān)系。
例如，對于第1面、第2面均具有球面的凹彎月透鏡，無論哪一個(gè)面，在有效直徑內(nèi)其曲率半徑必須從中心到周邊部均一定。但是，以暫定性成形條件成形的透鏡，其透鏡周邊部的曲率半徑有時(shí)產(chǎn)生比透鏡中心附近的曲率半徑小的畸變。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在這種場合，通過將玻璃原料的加熱溫度向低矯正，可得到具有均勻曲率半徑的透鏡，以及，反之，在暫定透鏡的透鏡周邊部的曲率半徑與透鏡中心附近相比產(chǎn)生大的畸變的場合，可將玻璃原料的加熱溫度向低矯正，而得到目標(biāo)透鏡的成形條件。詳情將在后述的實(shí)施例中說明。
究其可得到這種效果的原因，可如下考慮。若壓力加工開始時(shí)玻璃原料的溫度較高，則壓力加工后體積收縮率變大。對于與透鏡中心附近相比周邊的片厚較厚的凹透鏡來說，由于光軸方向的收縮量在周邊部要大于透鏡中心，因而來自上下模的壓力在中心部要大于周邊部。因此，周邊部能夠較為自由地發(fā)生變形，隨著透鏡周邊向中心收縮變形，有周邊部的曲率半徑變小的傾向。
(2)成形模加熱溫度(第2方案)按照本發(fā)明制造方法的第2方案，是向預(yù)熱至既定溫度的上下成形模的成形面之間供給經(jīng)過加熱的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，得到暫定透鏡的。暫定透鏡的制造，經(jīng)由上述(a)～(e)各工序進(jìn)行。并且，當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將上下成形模的預(yù)熱溫度矯正得低于所述既定溫度，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。而當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將上下成形模的預(yù)熱溫度矯正得高于所述既定溫度，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。
上下成形模預(yù)熱溫度的矯正程度，可根據(jù)暫定透鏡的畸變的程度適當(dāng)決定。例如最好是，掌握暫定透鏡的第1面的畸變，根據(jù)畸變的條數(shù)對上下成形模的預(yù)熱溫度進(jìn)行矯正。
在這樣得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。
而在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述成形模溫度的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止，在修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)的場合，在此之后，在采用所述矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于第1面、第2面具有球面的凹彎月透鏡，在以暫定性成形條件成形的球面透鏡周邊部的曲率半徑產(chǎn)生小于透鏡中心附近的曲率半徑的畸變的場合，通過將上下模的預(yù)熱溫度向低矯正，可得到成形具有均勻的曲率半徑的目標(biāo)透鏡的條件，以及，反之，在暫定透鏡的透鏡周邊部的曲率半徑與中心附近相比產(chǎn)生大的畸變的場合，將成形模溫度向高矯正即可。詳情將在后述的實(shí)施例中說明。究其可這樣矯正的理由，可以認(rèn)為與上述(1)的理由相同，是由于玻璃原料的溫度較高、收縮量較大的緣故。
(3)上下成形模之間的溫度差(第3方案)按照本發(fā)明制造方法的第3方案，是向分別預(yù)熱至既定溫度的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，得到暫定透鏡的。暫定透鏡的制造，經(jīng)由上述(a)～(e)各工序進(jìn)行。并且，當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將成形第2面的模具的預(yù)熱溫度向低矯正，或者將成形第1面的模具的預(yù)熱溫度向高矯正，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。而當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將成形第2面的模具的預(yù)熱溫度向高矯正，或者將成形第1面的模具的預(yù)熱溫度向低矯正，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。
成形模溫度的矯正程度，可根據(jù)暫定透鏡的畸變的程度適當(dāng)決定。例如，可以通過掌握暫定透鏡的第1面的畸變，根據(jù)畸變的條數(shù)對成形模的溫度進(jìn)行矯正。
在這樣得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。
而在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述成形模溫度的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止，在修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)的場合，在此之后，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于第1面、第2面具有球面的凹彎月透鏡，在以暫定性成形條件成形的透鏡產(chǎn)生透鏡周邊部的曲率半徑小于中心附近的曲率半徑的畸變的場合，可通過將成形第2面的模具的預(yù)熱溫度向低矯正，或者將成形第1面的模具的預(yù)熱溫度向高矯正，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，成形出表面精度良好的目標(biāo)透鏡，以及，在暫定透鏡產(chǎn)生透鏡周邊部的曲率半徑大于中心附近的畸變的場合，進(jìn)行與上述相反的矯正即可。詳情將在后述的實(shí)施例中說明。
就上下模的溫度設(shè)定而言，由于玻璃會從溫度相對低的部分迅速冷卻，因而很早發(fā)生收縮，喪失流動性。因此，例如當(dāng)下模溫度較低時(shí)，玻璃的下面(即凸面)將先喪失流動性，之后上面部分進(jìn)行收縮。于是，可以認(rèn)為，在下面的周邊部產(chǎn)生向上的拉應(yīng)力，周邊部的曲率半徑變小。
(4)上下成形模之間的冷卻速度差(第4方案)按照本發(fā)明的第4方案，是在經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，對上下模分別以既定的冷卻速度進(jìn)行冷卻而得到暫定透鏡的。暫定透鏡的制造，經(jīng)由上述(a)～(e)各工序進(jìn)行。
當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將成形第2面的模具的冷卻速度向高矯正，或者將成形第1面的模具的冷卻速度向低矯正，在采用矯正后的冷卻速度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。也可以對上模的冷卻速度和下模的冷卻速度同時(shí)進(jìn)行矯正。
而當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將成形第2面的模具的冷卻速度向低矯正，或者將成形第1面的模具的冷卻速度向高矯正，在采用矯正后的冷卻速度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。此時(shí)，也同樣可以對成形第2面的模具的冷卻速度和成形第1面的模具的冷卻速度同時(shí)進(jìn)行矯正。
冷卻速度的矯正程度，可根據(jù)暫定透鏡的畸變的程度適當(dāng)決定。例如，可以通過掌握暫定透鏡的第1面的畸變，根據(jù)畸變的條數(shù)對冷卻速度進(jìn)行矯正。
在這樣得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的冷卻速度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。
而在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述冷卻速度的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止，在修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)的場合，在此之后，在采用矯正后的冷卻速度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于第1面、第2面具有球面的凹彎月透鏡，在以暫定性成形條件成形的透鏡產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于透鏡中心附近的曲率半徑的畸變的場合，通過將成形第2面的模具的冷卻速度向高矯正，或者將成形第1面的模具的冷卻速度向低矯正，可成形出良好的目標(biāo)透鏡。在暫定透鏡其透鏡周邊部的曲率半徑與中心附近相比產(chǎn)生大的畸變的場合，進(jìn)行與上述相反的矯正即可。詳情將在后述的例如，若加快下模部分的冷卻速度，則下模側(cè)玻璃先行固化，之后隨著上模部分的收縮，在周邊部產(chǎn)生拉應(yīng)力，周邊部的曲率半徑將向變小的方向變化，因此，可以認(rèn)為能夠?qū)ι鲜銮拾霃竭M(jìn)行修正。
(5)進(jìn)行兩級以上加壓(第1加壓、第2加壓)的場合下的第2加壓載荷(第5方案)本發(fā)明制造方法的第5方案，是向經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料立即進(jìn)行既定載荷的第1加壓，冷卻開始后，通過進(jìn)行包括以小于第1加壓的既定載荷進(jìn)行的第2加壓的壓力成形而得到暫定透鏡的。暫定透鏡的制造，經(jīng)由上述(a)～(e)各工序進(jìn)行。
當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將第2加壓的載荷相對于所述既定載荷向大矯正，在采用矯正后的載荷的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。而當(dāng)所得到的暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將第2加壓的載荷相對于所述既定載荷向小矯正，在采用矯正后的載荷的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形。
第2加壓的載荷的矯正程度，可根據(jù)暫定透鏡的畸變的程度適當(dāng)決定。例如，可以通過掌握暫定透鏡的第1面的畸變，根據(jù)畸變的條數(shù)對第2加壓的載荷進(jìn)行矯正。
另外，還可以以這種方式進(jìn)行矯正，即，使載荷施加時(shí)間一定(不使之改變)而僅對第2加壓的載荷進(jìn)行矯正。
在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的第2加壓的載荷的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。而在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述載荷的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止，在修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)的場合，在此之后，在采用矯正后的載荷的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于第1面、第2面具有球面的凹彎月透鏡，在以上述兩級壓力加工進(jìn)行成形的場合(即，向經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料立即進(jìn)行既定載荷的第1加壓，在開始進(jìn)行冷卻的同時(shí)，通過保持模具的位置而實(shí)質(zhì)上進(jìn)行減壓之后，進(jìn)行包括以小于第1加壓的既定載荷進(jìn)行的第2加壓的壓力成形的場合)，當(dāng)所得到的暫定透鏡產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于透鏡中心附近的曲率半徑的畸變時(shí)，將第2加壓的載荷相對于所述既定載荷向大矯正，在采用矯正后的載荷的條件下，可進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形，以及，當(dāng)暫定透鏡其透鏡周邊部的曲率半徑與透鏡中心附近相比產(chǎn)生大的畸變時(shí)，進(jìn)行與上述相反的矯正即可。詳情將在后述的實(shí)施例中說明。
第1加壓之后，經(jīng)過預(yù)定的降溫后進(jìn)行第2加壓，具有對壓力加工后的透鏡的變形(反翹)進(jìn)行修正的效果，特別是，直到冷卻至玻璃的熱膨脹率大大減小的Tg附近之前進(jìn)行第2加壓，具有很大的使透鏡的表面精度提高的效果。此時(shí)，若第2加壓的載荷小，則該效果小，因而透鏡周邊部的曲率半徑變小，若增大載荷，則該曲率半徑向變大的方向變化。
以上，以第1面、第2面為球面的透鏡為例進(jìn)行了說明，但即使是非球面透鏡，也具有同樣的傾向，因此，對于第1面和第2面的一個(gè)或兩個(gè)面為非球面的透鏡，也能夠采用本發(fā)明的制造方法得到目標(biāo)透鏡(玻璃光學(xué)元件)。
對于第1面和第2面的一個(gè)或兩個(gè)面為非球面的透鏡，例如可以對暫定透鏡的形狀以觸針式形狀測定裝置進(jìn)行測定，依據(jù)該形狀，參照設(shè)計(jì)形狀求得矯正方法。顯然，對于球面透鏡，也同樣能夠依據(jù)形狀測定裝置的測定結(jié)果求得矯正方法。
即，與(1)的記載同樣，作為(2)～(5)的方案，也能夠?qū)Ψ乔蛎嫱哥R的中心部與周邊部的曲率半徑存在既定關(guān)系這樣一點(diǎn)加以掌握。也就是說，對于非球面透鏡，只將非球面設(shè)計(jì)公式中的近軸曲率半徑(R)作為變量，針對中心部和周邊部分別求取這樣一種最佳組配非球面公式，即，具有使得由非球面公式得到的非球面形狀與暫定透鏡(或修正透鏡)的形狀之差(例如差的P-V值)為最小的近軸曲率半徑(R0)，將針對中心部求得的R01作為中心部的曲率半徑，將針對周邊部求得的R02作為周邊部的曲率半徑，并進(jìn)行中心部與周邊部的比較，便能夠使用與修正球面透鏡同樣的手段對畸變進(jìn)行修正。
此外，根據(jù)需要，可以通過反復(fù)采用本發(fā)明的方法來決定最佳壓力加工條件。將本發(fā)明制造方法的第1～第5方案所示的條件兩種以上配合使用進(jìn)行矯正，也能夠?qū)毫Τ尚蔚臈l件進(jìn)行恰當(dāng)?shù)男拚瑢ν哥R的畸變進(jìn)行修正。具體地說，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠成形出畸變紋在一條以內(nèi)的透鏡。
在要成形的所希望的透鏡的第1面、第2面兩個(gè)面為球面的場合，對于任意一個(gè)面的畸變，可以從通過菲索干涉儀得到的干涉紋加以掌握，并可據(jù)此對成形條件進(jìn)行矯正。對于非球面，可以如上所述以觸針式形狀測定裝置掌握表面形狀。對于一個(gè)面為球面、另一個(gè)面為非球面的透鏡，最好是，掌握球面?zhèn)鹊幕?，求取反映出矯正可使該畸變改善的成形條件。這是因?yàn)?，雖然也可以去掌握非球面?zhèn)鹊幕?，進(jìn)行使該畸變改善的矯正，但若此時(shí)球面?zhèn)鹊幕兗又?，則需要對球面?zhèn)冗M(jìn)行模具矯正而使之成為非球面。
此外，采用本發(fā)明時(shí)，作為掌握畸變的面，第1面、第2面均可，但以對第1面(凸面面)進(jìn)行為宜。這是因?yàn)?，與凹面相比其曲率半徑大，因而能夠比較明顯地觀察到畸變。
特別是，對于透鏡的第1面具有球面的凹彎月透鏡，最好是，通過掌握所得到的暫定透鏡的第1面的畸變，進(jìn)行成形條件的矯正。
實(shí)施例下面，結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
(玻璃原料溫度引起的畸變的變化)成形出直徑11mm、中心片厚1.2mm的第1面、第2面為球面的凹彎月透鏡。將磷酸鹽玻璃原料(Tg450Ts490℃)預(yù)成形成直徑10mm、體積420mm3的扁平球狀作為預(yù)成形坯料。將其在粘度達(dá)到107～109dPaS的各種溫度(550～510℃)下加熱后，提供給加熱至按照玻璃粘度相當(dāng)于109dPaS的溫度(510℃)以及按照玻璃粘度相當(dāng)于1010dPaS的溫度(490℃)的上下模之間，立即使下模上升，從而在上下模之間對預(yù)成形坯料進(jìn)行壓力加工。進(jìn)行壓力加工時(shí)的初始壓力為150kg/cm2，壓力加工開始后便開始冷卻(上下模的冷卻速度均為100℃/min)。使下模停止并保持在留出加壓余量100μm的位置上，以使施加在玻璃上的載荷實(shí)質(zhì)減小。降溫至Tg+15℃時(shí)，進(jìn)行第2加壓，在Tg-20℃的溫度下進(jìn)行脫模。第2加壓為80kg/cm2。
圖2示出對各種溫度下得到的透鏡的球面形狀(凸面?zhèn)?以干涉儀進(jìn)行評價(jià)的結(jié)果。由此可知，當(dāng)預(yù)成形坯料溫度較高時(shí)，表面形狀為周邊部的曲率半徑小于中心部，反之，隨著溫度降低，周邊部的曲率半徑向變大的方向變化。
由圖2可知，在例A(模具溫度510℃)中，隨著預(yù)成形坯料預(yù)熱溫度的降低，透鏡的表面精度變得良好，在例B(模具溫度470℃)中，隨著預(yù)成形坯料預(yù)熱溫度的提高，透鏡的表面精度變得良好。作為參考，圖6示出典型的畸變類型的干涉儀照片和周邊部相對于中心部的曲率半徑的大小關(guān)系。
(模具溫度所引起的畸變的變化)使用與實(shí)施例1同樣的預(yù)成形坯料和成形模，將預(yù)成形坯料在按照玻璃粘度相當(dāng)于107dPaS的溫度(550℃)下加熱后，提供給加熱至相當(dāng)于玻璃粘度109～1011dPaS的溫度(470～510℃)的下模，立即使下模上升，從而在上下模之間對預(yù)成形坯料進(jìn)行壓力加工。壓力加工壓力、壓力加工程序與實(shí)施例1相同。另外，使上下模溫度相同，上下模冷卻速度均為100℃/min，第2加壓為460℃。如圖3所示，當(dāng)模具溫度較高時(shí)，表面形狀為周邊部的曲率半徑小于中心部，反之，隨著溫度的降低，周邊部的曲率半徑向變大的方向變化。
(上下模溫度差及冷卻速度差所引起的畸變的變化)使用與實(shí)施例1同樣的預(yù)成形坯料和成形模，將預(yù)成形坯料在按照玻璃粘度相當(dāng)于107dPaS的溫度(550℃)下加熱后，提供給加熱至相當(dāng)于玻璃粘度109～1011dPaS的溫度(490～505℃)的下模(成形第1面的模具)，立即使下模上升，從而在其與加熱至490℃的上模(成形第2面的模具)之間對預(yù)成形坯料進(jìn)行壓力加工。壓力加工程序與實(shí)施例1相同，但壓力加工后的冷卻速度，改為上模80℃/min、下模75～105℃/min。
如圖4所示，呈現(xiàn)這樣一種傾向，即，若使壓力加工開始時(shí)的下模溫度與上模相比相對低，則表面形狀為周邊部的曲率半徑小于中心部，反之隨著溫度提高，周邊部的曲率半徑變大。此外，當(dāng)下模冷卻速度降低時(shí)，表面形狀為周邊部的曲率半徑大于中心部，反之，隨著冷卻速度的提高，周邊部的曲率半徑向變小的方向變化。
在改變兩種參數(shù)的場合，可得到良好表面的條件將不是一個(gè)，利用它們的組合而存在有多個(gè)。
此外，在下模的溫度以及下模的冷卻速度固定不變、改變上模的溫度以及上模的冷卻速度的場合，當(dāng)降低上模溫度時(shí)，表面形狀為周邊部的曲率半徑大于中心部，反之，隨著溫度的降低，周邊部的曲率半徑呈現(xiàn)變小的傾向；當(dāng)降低上模冷卻速度時(shí)，表面形狀為周邊部的曲率半徑小于中心部，反之，隨著冷卻速度的增加，周邊部的曲率半徑向變大的方向變化。
(第2加壓載荷引起的畸變的變化)使用與實(shí)施例1同樣的預(yù)成形坯料和成形模，以在玻璃粘度達(dá)到107dPaS的溫度(550℃)下加熱預(yù)成形坯料后，提供給加熱至相當(dāng)于玻璃粘度1010dPaS的溫度(490℃)的下模(成形第1面的模具)，立即使下模上升，從而在其與加熱至495℃的上模(成形第2面的模具)之間對預(yù)成形坯料進(jìn)行壓力加工。第2加壓，是在470℃下以圖5所示的載荷進(jìn)行的。
如圖5所示，隨著第2加壓載荷的增大，表面形狀呈現(xiàn)出與中心部相比周邊部的曲率半徑變大的傾向。而當(dāng)減小第2加壓的載荷時(shí)，周邊部的曲率半徑向變小的方向變化。
將鋇硼硅酸玻璃原料(Tg514℃，Ts545℃)加熱至615℃后以下落方式供給加熱至590℃的下模(第1面成形用球面模具)，在與加熱至相同溫度的上模(第2面成形用非球面模具)之間進(jìn)行壓力成形。進(jìn)行壓力加工的同時(shí)開始進(jìn)行冷卻，在540℃下進(jìn)行第2加壓，495℃下結(jié)束壓力加工將透鏡取出。此時(shí)，使進(jìn)行冷卻時(shí)上下模的冷卻速度改變。對于這樣得到的透鏡，以最佳組配求取第2面的中心部和周邊部的近軸曲率半徑，并將對非球面的畸變進(jìn)行檢測的結(jié)果示于表1。由此可以確認(rèn)，隨著下模冷卻速度的提高，第2面的畸變表現(xiàn)為周邊部的曲率半徑向相對變小的方向變化，通過使上模冷卻速度加快，周邊部的曲率半徑變大。
此外，根據(jù)在整個(gè)有效直徑區(qū)域內(nèi)進(jìn)行最佳組配時(shí)的P-V值還可以確認(rèn)，畸變隨著中心部與周邊部的R之差的減小而減小。
表1

權(quán)利要求
1.一種包括以具有相向的成形面的上下一對成形模對加熱軟化狀態(tài)的玻璃原料進(jìn)行壓力成形的、制造具有包含凸面形狀的第1面和包含凹面形狀的第2面的凹彎月透鏡的方法，其特征是，向預(yù)熱至既定溫度的上下成形模的成形面之間，供給經(jīng)過加熱的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，得到暫定透鏡，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑小于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將上下成形模的預(yù)熱溫度矯正得低于所述既定溫度，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，當(dāng)所得到的所述暫定透鏡的第1面或第2面產(chǎn)生周邊部的曲率半徑大于中心部的曲率半徑的畸變時(shí)，將上下成形模的預(yù)熱溫度矯正得高于所述既定溫度，在采用矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行修正透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之內(nèi)的場合，之后，在采用所述矯正后的成形模溫度的條件下，進(jìn)行目標(biāo)透鏡的成形，在所得到的修正透鏡的畸變在容許范圍之外的場合，反復(fù)進(jìn)行所述成形模溫度的矯正和修正透鏡的成形，一直到所得到的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止。
2.如權(quán)利要求1所記載的制造方法，其特征是，凹彎月透鏡的第1面上具有球面，并且通過掌握所得到的暫定透鏡的第1面的畸變，進(jìn)行成形條件的矯正。
3.如權(quán)利要求1或2所記載的制造方法，其特征是，所述凹彎月透鏡，其第1面或第2面上具有非球面。
全文摘要
向經(jīng)過預(yù)熱的上下成形模的成形面之間供給經(jīng)過加熱的玻璃原料進(jìn)行壓力成形，對上下模進(jìn)行冷卻得到暫定透鏡，當(dāng)所得到的暫定透鏡的一個(gè)面上有畸變時(shí)，對玻璃原料的溫度進(jìn)行矯正以進(jìn)行修正透鏡的成形。反復(fù)進(jìn)行矯正，一直到所獲得的修正透鏡的畸變達(dá)到容許范圍之內(nèi)為止。是一種能夠制造出具有良好表面精度的凹彎月透鏡的方法。
文檔編號C03B11/12GK1966434SQ20061012889
公開日2007年5月23日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者坂井裕之, 廣田慎一郎 申請人:Hoya株式會社