專利名稱：制造具有保持器的光學(xué)部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過壓模(die molding)制造光學(xué)部件的方法，尤其涉及一種光學(xué)部件和保持器整體模制的制造方法。
背景技術(shù)：
諸如透鏡之類的光學(xué)部件(或光學(xué)元件)經(jīng)常被裝在由金屬等制成的保持部件(保持器)中使用。光學(xué)部件的功能會受到污點或劃痕的損害，因而很難處理光學(xué)部件。當(dāng)預(yù)先設(shè)置保持器時，不需要直接接觸光學(xué)部件來處理光學(xué)部件，并且，在將部件結(jié)合到機器等中的步驟中也不需要直接接觸光學(xué)部件來處理光學(xué)部件，從而可減少污點或擦傷的出現(xiàn)。
在具有光學(xué)元件和保持器的光學(xué)部件中，諸如透鏡等光學(xué)元件由玻璃、樹脂或類似物制成，并被固定到保持器中，保持器和光學(xué)元件可分別制成然后通過粘接固定在一起。作為選擇，這樣的具有保持器的光學(xué)部件有時通過下述方法制成其中，用于光學(xué)元件的毛坯在保持器中被加壓和變形，在壓力固定到保持器的同時形成光學(xué)表面(例如，JP-A-61-114822和JP-A-3-265529)。
圖1A至1D示出了通過這樣的模制方法生產(chǎn)非球面透鏡的傳統(tǒng)過程。下文中，相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示，對它們的描述將被省略。如圖1A所示，首先，下模12被結(jié)合在圓筒模10中，模制表面15朝上。在下模中，形成臺階13，下部14具有較大的直徑。作為輔助件的圓柱形內(nèi)套筒18放置在臺階13上。在這種狀態(tài)下，首先，由金屬制成的透鏡保持器130從圓筒模10的上部插入，并放置在內(nèi)套筒18的預(yù)定位置上。如圖1B所示，然后，透鏡毛坯120被插入到透鏡保持器130的通孔中，并被放置到下模12的模制表面15上。
透鏡毛坯120由玻璃材料制成，并被加工成如圖2A所示的球形形狀。透鏡保持器130具有如圖2B所示的圓筒形狀，并包括具有圓形橫截面的通孔。通孔的內(nèi)徑B必須大于透鏡毛坯120的直徑A。A和B之間的關(guān)系必須被設(shè)計成在成形后透鏡與透鏡保持器緊密接觸，不產(chǎn)生過多的毛坯。
在這種狀態(tài)下，如圖1C所示，上模116被插入并下降到圓筒模10的上部，以擠壓通過加熱到預(yù)定溫度而軟化的透鏡毛坯120。作為上述過程的結(jié)果，如圖2A和2B所示，由下和上模12和116的形狀限定的模制產(chǎn)品122以及透鏡保持器130被形成。模制產(chǎn)品122被固定到透鏡保持器130上，但不固定到預(yù)先經(jīng)受釋放過程的下和上模12和116上，模制產(chǎn)品可從模具脫離。
在完成模制過程后，如圖1D所示，上模被除去，具有保持器的非球面透鏡150被取出。新制備保持器和透鏡毛坯，執(zhí)行相同的過程，從而可重復(fù)地生產(chǎn)具有保持器的非球面透鏡。根據(jù)該裝置，僅有上模被取出，其它部件不需要被重新組裝。因此，能夠在短時間內(nèi)進行重復(fù)生產(chǎn)。
透鏡保持器通常被傳送到內(nèi)套筒上，同時被機械抓取或通過真空被抽吸。透鏡保持器130具有通孔136。因此，為了機械抓持透鏡保持器，采取如下裝置，諸如鑷子狀的抓取工具160抓取如圖3A所示的外周部分132，或者所述工具向外推內(nèi)周部分134以保持透鏡保持器，如圖3B所示。
當(dāng)采用真空抽吸時，選擇如下方法，例如，在抽吸口180與側(cè)面132接觸的同時執(zhí)行抽吸，如圖3C所示，或者，在抽吸口180與端面138接觸時執(zhí)行抽吸，所述端面138從中心偏離并具有小的面積。
在傳統(tǒng)方法中，需要兩次傳送工作，即放置透鏡保持器到內(nèi)套筒上，然后將透鏡毛坯傳送到透鏡保持器通孔中的下模表面上。因此，存在工作效率低的問題。
如圖3A至3D所示的每個透鏡保持器傳送方法存在著問題。在圖3A所示的方法中，抓取工具160被放置到透鏡保持器130的外側(cè)，因此，在透鏡保持器130的外徑和圓筒模的內(nèi)周的直徑之間必須形成允許抓取工具160通過的空間。上和下模等相應(yīng)地必須以較大尺寸生產(chǎn)，生產(chǎn)裝置的成本增加。在圖3B所示的方法中，透鏡保持器被不穩(wěn)定地保持，從而在傳送過程中容易掉落。
在如圖3C所示的透鏡保持器130的側(cè)面132被抽吸的情況下，透鏡保持器必須在圓筒模中旋轉(zhuǎn)90度，容易出現(xiàn)如圖4所示的透鏡保持器130不適當(dāng)?shù)姆胖玫膯栴}。在圖3D所示的情況下，抽吸口180必須緊靠圓筒模的內(nèi)周面插入。因此，有必要提供用于插入的空間，保持很容易不穩(wěn)定。因此，在這種情況下，也容易出現(xiàn)如圖4所示的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明被開發(fā)以解決上述問題。本發(fā)明的一個目的是提供一種生產(chǎn)方法，其中，諸如透鏡毛坯等用于光學(xué)元件的毛坯以及諸如透鏡保持器之類的保持器可被同時且穩(wěn)定地放入模具中并正確地安裝在其中。本發(fā)明的另一個目的是提供一種生產(chǎn)方法，其中不需要專門的空間用于將光學(xué)部件的保持器放置到模具中，因而可防止生產(chǎn)裝置的尺寸增加。
本發(fā)明提出的制造具有光學(xué)元件和連接到光學(xué)元件的保持器的光學(xué)部件的方法基本上以下列步驟實施將用于光學(xué)元件的毛坯插入到保持器的通孔中，其中所述通孔具有狹窄部分，在該狹窄部分處防止毛坯通過通孔；在毛坯被插入到通孔中的狀態(tài)下，從毛坯上側(cè)抽吸至少毛坯；將保持器和毛坯同時傳送到模制裝置；將毛坯放置到模制裝置的模制表面上；和在模制裝置中加熱和加壓毛坯，從而使毛坯變形，以獲得預(yù)定的光學(xué)表面，并將毛坯壓配合到保持器的內(nèi)表面上。
根據(jù)該方法，當(dāng)只有毛坯被抽吸并被提升時，毛坯被保持器的通孔的狹窄部分擋住，因此保持器也可以一起被提升。當(dāng)毛坯和保持器被抽吸到一起時，毛坯不會從保持器滑脫，因為在保持器的通孔中存在狹窄部分。
因此，毛坯和保持器可被同時且穩(wěn)定地放置到模制裝置中，并被正確地放置。抽吸口的外徑可被制造得小于保持器的外徑，因此不需要用于將抽吸口插入到模制裝置中的專門空間。在說明書中，向上表示與重力作用方向相反的方向。
優(yōu)選的是，模制裝置被固定，用于將保持器相對于模制表面固定到預(yù)定位置的具有通孔的輔助部件被設(shè)置在模具上，被傳送的保持器被放置在輔助部件上的預(yù)定位置處。
根據(jù)該構(gòu)造，被同時傳送的毛坯和保持器可同時分別被正確地放置在被固定的模制裝置和輔助部件上，可容易地生產(chǎn)具有保持器的光學(xué)部件，其中光學(xué)部件被正確地固定到保持器的預(yù)定位置。
保持器的通孔具有圓形截面形狀，朝向通孔的中心突出的部分被設(shè)置到通孔的內(nèi)周面的一部分中，在該部分中的通孔的截面形狀是中心對稱的，經(jīng)過中心的距離的最小值小于毛坯的外形的最大值。
在通孔的截面形狀是圓形的情況下，當(dāng)上述關(guān)系被建立時，毛坯不會從保持器滑脫。當(dāng)通孔是中心對稱時，在毛坯被抽吸和提升的情況下，保持器的端面可被容易地保持到接近水平狀態(tài)，毛坯能夠被正確地放置在模制裝置中。
優(yōu)選的是，毛坯是圓形的、圓柱形的或橢球形的。在毛坯具有這樣的形狀的情況下，當(dāng)光學(xué)元件如透鏡一樣為軸對稱時，容易構(gòu)造與保持器緊密接觸的模制產(chǎn)品。這里，在由通常的模制過程引起的形狀誤差的數(shù)量級上的變形就諸如“圓形”的形狀而言不予考慮。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，用于諸如透鏡之類的光學(xué)元件的毛坯、以及諸如透鏡保持器之類的保持器可被同時且穩(wěn)定地放入模制裝置中并被正確地安裝在其中。因此，可提高具有保持器的光學(xué)部件的生產(chǎn)效率。僅有放置在保持器通孔中的毛坯被抽吸，以原樣被放入模制裝置中。因此，不需要用于將抽吸工作插入模制裝置中的專門空間，可防止模制裝置的尺寸增加。


圖1A-1D示出了生產(chǎn)具有保持器的透鏡的傳統(tǒng)過程；圖2A和2B示出了透鏡毛坯和透鏡保持器的傳統(tǒng)例子；圖3A-3D示出了傳送透鏡保持器的傳統(tǒng)方法；圖4示出了在傳統(tǒng)生產(chǎn)方法中的問題；圖5A和5B示了在本發(fā)明中的透鏡毛坯和透鏡保持器的例子；圖6示出了在本發(fā)明中傳送透鏡保持器和透鏡毛坯的方法；圖7A-7C示出了抽吸裝置的抽吸口的剖面圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的模制裝置；圖9示出了本發(fā)明的模制透鏡的過程；圖10A和10B示出了透鏡毛坯的形狀的其它例子；和圖11A和11B示出了透鏡保持器的形狀的其它例子。
具體實施例方式
下文將具體描述利用本發(fā)明的生產(chǎn)方法制造具有保持器的非球面透鏡的方法。
在模制透鏡的過程中使用的模制裝置基本上類似于圖1A-1D示出的傳統(tǒng)裝置，其用兩個模具壓透鏡毛坯以使其變形，從而形成作為光學(xué)元件的透鏡。因此，模具的模制表面根據(jù)非球面透鏡的指定表面形狀被預(yù)先加工。
在透鏡毛坯和透鏡保持器被插入前的狀態(tài)下，如圖1A所示，下模12(其構(gòu)成模制裝置的一部分)被插入到圓筒模10的通孔中，并被放置以使模制表面15朝向上方。下模12在模制過程中不移動。下模12具有位于模制表面15之下的臺階13。比臺階13低的下部14的截面積大于具有模制表面15的上部的截面積。具有通孔并且作為輔助部件的內(nèi)套筒18被放置到臺階13上。這時，下模12的上部被插入到內(nèi)套筒18的通孔中。
在這種狀態(tài)下，利用本發(fā)明的方法將透鏡毛坯(毛坯)和透鏡保持器(保持器)裝入到模具中。
透鏡毛坯20由玻璃材料制成，并預(yù)先加工成如圖5A所示的球形形狀(具有直徑A)。
所用的透鏡保持器30由如圖5B所示的金屬材料和圓筒制成，并具有截面為圓形的通孔。為了僅將透鏡毛坯插入，可使用如圖2B所示的傳統(tǒng)例子的形狀。為了采用本發(fā)明的生產(chǎn)方法，透鏡保持器30的通孔必須部分地做窄以使透鏡毛坯不能通過。
在圖5B所示的例子中，設(shè)置向內(nèi)突出部分33以使通孔的直徑在一個端部減小，或者通孔的一部分被做窄以小于另一部分。當(dāng)如圖5A所示的被模制成直徑為A的球形形狀的物體被用作透鏡毛坯20時，透鏡保持器30的通孔中的狹窄部分的直徑C被制成小于透鏡毛坯20的直徑A(C＜A)。當(dāng)然，將要插入透鏡毛坯20的部分中的通孔的直徑B必須大于透鏡毛坯的直徑A。
透鏡毛坯20和透鏡保持器30被放置到圖6所示的托墊70上時被制備。托墊70具有多個凹部或孔部72，在每個孔部72中，在支撐球面透鏡毛坯20的部分和支撐透鏡保持器30的部分之間形成臺階，從而多個透鏡毛坯和透鏡保持器可以在放置在托墊上的同時被保持。如圖6所示，透鏡保持器30被放置在托墊上，而通孔的狹窄側(cè)位于上側(cè)以便覆蓋球面透鏡毛坯20。
在每個透鏡毛坯20被插入到對應(yīng)的透鏡保持器30的通孔中的狀態(tài)下，在托墊70上布置多對透鏡毛坯20和透鏡保持器30。通過這樣制備托墊70，可連續(xù)地制造大量光學(xué)部件。
在模制步驟的初始階段，位于托墊上的透鏡毛坯20和透鏡保持器30被同時傳送到模制裝置中。通過抽吸進行所述傳送。如圖7A所示，抽吸裝置的抽吸口80具有扁平端面82，所述端面具有需要的垂直度。在使用如圖7B所示的外徑大致等于透鏡保持器30的外徑的抽吸口80的情況下，透鏡毛坯和透鏡保持器被一起抽吸。即使進行這樣的抽吸時，透鏡毛坯20也不會從透鏡保持器30滑脫，因為透鏡保持器的通孔的上端較窄。
在使用外徑小于透鏡保持器通孔的直徑的抽吸口84的情況下，只有透鏡毛坯20被抽吸。即使只有透鏡毛坯20被抽吸以被提升時，透鏡保持器30被透鏡毛坯20抓住而不會掉落，因為透鏡保持器30的通孔的上端較窄。
在兩種情況下，透鏡毛坯20和透鏡保持器30可被同時移動到圓筒模10內(nèi)的預(yù)定位置，如圖6所示。當(dāng)抽吸在該位置被取消時，或者當(dāng)在某些情況下執(zhí)行反沖過程時，透鏡毛坯20和透鏡保持器30從抽吸口80的端面分開。結(jié)果，透鏡毛坯20和透鏡保持器30被同時精確地分別設(shè)置到下模12的模制表面和內(nèi)套筒18上的預(yù)定位置。
之后，上模(第二模具)16被插入和下降到圓筒模10中，并使模制表面朝下，如圖8所示。透鏡毛坯20被加熱到毛坯被軟化的溫度，并在上下模具16、12之間被擠壓。當(dāng)透鏡毛坯20的體積被預(yù)先設(shè)定到預(yù)定值時，透鏡毛坯20通過擠壓發(fā)生變形，結(jié)果獲得與透鏡保持器30的內(nèi)周面緊密接觸的模制產(chǎn)品22，并且模制產(chǎn)品22被模制成由模具的模制表面限定的非球面透鏡的表面形狀，如圖9所示。
圖9示出了平凸透鏡的模制，其中，下模12的模制表面是非球形的，上模16的模制表面是平的。然而，這只是一個例子。作為選擇，下?？删哂衅矫?，上?？删哂蟹乔蛎妫蛘咄哥R的兩個面均為凸的。
在模制產(chǎn)品22被形成并壓配合到透鏡保持器30上后，模制產(chǎn)品22被抽吸和從圓筒模10移去。這樣的抽吸傳送以類似于圖6和7所示的將透鏡毛坯20和透鏡保持器30傳送到圓筒模10中的方式被進行。由于模制產(chǎn)品22與透鏡保持器30整體形成，因此即使僅有模制產(chǎn)品22被抽吸以便被提升，透鏡保持器30也可以固定到模制產(chǎn)品22上并且不會掉落。
上述的實施例可以獲得以下的效果。
(1)使抽吸操作能夠進行的真空條件通過用透鏡毛坯關(guān)閉透鏡保持器的通孔來獲得。與透鏡毛坯同時，透鏡保持器可被沿著朝向通孔的方向抽吸。因此，透鏡毛坯和透鏡保持器可被同時傳送。
(2)由于抽吸口的端面的外徑可以制成等于或小于透鏡保持件的外徑，可插入透鏡保持器的空間足以進行傳送和插入。
(3)在抽吸過程中，通過使抽吸口的端面與透鏡保持器的端面對接，來實現(xiàn)定位和固定。因此，在透鏡保持器被設(shè)置在模具中時，可在位置和傾斜度方面獲得高的精度。
除了非球面透鏡和球面透鏡外，上述生產(chǎn)方法也可以應(yīng)用于具有保持器的光學(xué)部件。這樣的光學(xué)部件的例子有菲涅爾透鏡，其具有小凹陷和凸起結(jié)構(gòu)，諸如衍射光柵等衍射光學(xué)元件，以及棱鏡。
毛坯的形狀不限于球形形狀，可以是圓柱形或盤形，如圖10A所示，橢球狀，如圖10B所示，等等。在這種情況下，圓柱或圓盤的直徑被認為等價于如圖5A所示的球的直徑A，如圖5B所示的保持器的狹窄部分中的通孔的直徑C要求滿足關(guān)系式C＜A。在橢球體的情況下，最大寬度被認為是A，同樣適用上述情況。
保持器的通孔的截面形狀不一定是圓形，取決于將被保持的光學(xué)元件的形狀。然而，為了執(zhí)行壓力模制，優(yōu)選截面形狀是中心對稱的。
通孔的狹窄部分不一定總是具有與通孔的其它部分的截面類似的形狀，像在圖5B所示的保持器30的情況。通孔需要具有這樣的結(jié)構(gòu)其中，毛坯至少在一個方向上不能線性地通過通孔。
例如，如圖11A所示的保持器230的情況，朝向中心突出的多個凸部233可以設(shè)置在通孔的內(nèi)周面上，以便相對于通孔的中心對稱。在凸部的尖端之間的距離，即經(jīng)過中心的距離的最小值被表示為D。當(dāng)滿足關(guān)系式D＜A時，毛坯不能通過通孔。作為選擇，如圖11B所示的保持器330的情況，開口333可以具有方形截面形狀。并且在替代方案中，當(dāng)經(jīng)過通孔中心的方形開口的距離的最小值用E表示時，E要滿足關(guān)系式E＜A。
可采用其它的形狀使通孔變窄。為了防止毛坯傾斜或位移，優(yōu)選采用相對于通孔的中心對稱的形狀。
權(quán)利要求
1.一種制造具有光學(xué)元件和連接到所述光學(xué)元件的保持器的光學(xué)部件的方法，包括下列步驟將用于光學(xué)元件的毛坯插入到保持器的通孔中，其中所述通孔具有狹窄部分，在該狹窄部分處防止所述毛坯通過所述通孔；在所述毛坯被插入到所述通孔中的狀態(tài)下，從所述毛坯上側(cè)抽吸至少所述毛坯；將所述保持器和所述毛坯同時傳送到模制裝置；將所述毛坯放置到所述模制裝置的模制表面上；和在所述模制裝置中加熱和加壓所述毛坯，從而使所述毛坯變形為具有預(yù)定的光學(xué)表面的所述光學(xué)元件，并將所述毛坯壓配合到所述保持器的內(nèi)表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光學(xué)部件的方法，其中所述模制裝置被固定，具有通孔的用于將所述保持器相對于所述模制表面固定到預(yù)定位置的輔助部件被設(shè)置在所述模制裝置的模具上，所述保持器被傳送到所述輔助部件上的預(yù)定位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光學(xué)部件的方法，其中所述保持器的所述通孔具有圓形截面形狀，朝向所述通孔的中心突出的部分被設(shè)置到所述通孔的內(nèi)周面的一部分中，在所述部分中的所述通孔的截面形狀是中心對稱的，經(jīng)過中心的距離的最小值小于所述毛坯的外形的最大寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造光學(xué)部件的方法，其中所述毛坯是圓形的、圓柱形的或橢球形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造光學(xué)部件的方法，其中所述光學(xué)部件是透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光學(xué)部件的方法，其中在形成所述光學(xué)元件并將其壓配合到所述保持器上之后，所述光學(xué)部件被抽吸并從所述模制裝置移去。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光學(xué)部件的方法，其中在每個毛坯被插入到相應(yīng)的保持器的通孔中的狀態(tài)下，多對毛坯和保持器被布置在托墊上。
全文摘要
一種制造具有光學(xué)元件和連接到光學(xué)元件的保持器的光學(xué)部件的方法，包括步驟將用于光學(xué)元件的毛坯插入到保持器的通孔中，其中所述通孔具有狹窄部分，在該狹窄部分處防止毛坯通過通孔；在毛坯被插入到通孔中的狀態(tài)下，從毛坯上側(cè)抽吸至少毛坯；將保持器和毛坯同時傳送到模制裝置；將毛坯放置到模制裝置的模制表面上；和在模制裝置中加熱和加壓毛坯，從而使毛坯變形，以獲得預(yù)定的光學(xué)表面，并將毛坯壓配合到保持器的內(nèi)表面上。
文檔編號C03B11/07GK1719297SQ20051008188
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者平沼裕司 申請人:日本板硝子株式會社