专利名称：用于光学部件的模具以及成型光学部件的方法
技术领域：
本发明涉及利用模具挤压加热软化的材料以成型光学部件的技术领域，其中所述模具被分成彼此相对的第一模(下模)以及第二模(上模)，更具体地讲，本发明涉及用于光学部件的模具以及成型光学部件以实现高精度的成型加工的方法。
背景技术：
近年来，具有先进功能的光学透镜(光学部件)所需的高精度成型加工已经得到了发展。因而，成型技术的研究有助于满足这种需要。特别地，为了成型光学透镜，高精度对中反复关闭和打开的模具(第一模和第二模)的技术是一种关键的成型技术。
在此，在模具关闭的状态中，对中模具意味着对正第一模(下模)和第二模(上模)的旋转对称轴，其中所述第一模用于成型光学透镜的第一透镜表面，并且所述第二模用于成型光学透镜的第二透镜表面。
为了实现模具的高精度对中，传统地，公知这样一种技术，其中锥形表面设置在每个第一模和第二模上，并且在第一模和第二模处于模具关闭的状态时，所述锥形表面彼此嵌合(见日本专利公开文献JP2001-341134A)。
发明内容
然而，在利用锥形表面的传统对中方法中，在锥形表面彼此接触的位置，确定上模相对于下模的压程。所以，存在这样的问题，即不能控制光学透镜的厚度，并且不能将光学透镜的厚度制造为期望的那样。
而且，就在模具被关闭之后，透镜材料的状态从透镜材料软化的高温状态改变至透镜材料硬化的低温状态。此时，在对应于模具和透镜材料的热收缩的模具被关闭的状态中，上模的压程需要被精细调整，从而上模沿挤压方向移动，以遵循透镜材料的热收缩。
然而，在上述传统技术中，在锥形表面彼此嵌合并且模具被关闭的状态中，由于上述原因，不能精细调整压程。
因此，存在这样的问题，即为了改进光学透镜的对中精度，根据其中锥形表面彼此嵌合的光学透镜的传统成型技术，牺牲了厚度方向的精度。
本发明旨在解决这种问题。本发明提供了用于光学部件的模具，以及成型光学部件的方法，以改进光学透镜(光学部件)的对中精度以及光学部件沿厚度方向的精度。
为了解决上述问题，在本发明的一个方面中，提供了用于光学部件的模具，其包括第一模，其中所述第一模包含第一模弯曲表面，以成型光学部件的第一透镜表面；第二模，其中所述第二模包含第二模弯曲表面，以成型光学部件的第二透镜表面；第一锥形表面，其绕第一对称轴线旋转对称，其中所述第一模弯曲表面绕所述第一对称轴线旋转对称；以及第二锥形表面，其绕第二对称轴线旋转对称，其中所述第二模弯曲表面绕所述第二对称轴线旋转对称，并且所述第二锥形表面嵌合在所述第一锥形表面上，从而所述第一对称轴线匹配所述第二对称轴线，在所述用于光学部件的模具中，在第二锥形表面与第一锥形表面接触的状态中，弯曲表面距离、即第一模弯曲表面与第二模弯曲表面之间的距离大于透镜厚度、即第一透镜表面与第二透镜表面之间的距离；并且在用于光学部件的模具中，第二锥形表面移动至锥形表面距离等于透镜厚度的位置，以弹性变形第一模并且嵌合在第一锥形表面上。
在用于光学部件的模具中，第一锥形表面可设置在第三模中，其中所述第三模可拆卸地安装至第一模。
在用于光学部件的模具中，第一模嵌合在第三模中，而第一模中的锥形表面接触第三模中的锥形表面。
在用于光学部件的模具中，多个槽可形成在第一锥形表面上。
在用于光学部件的模具中，支承第二锥形表面的多个突出部可设置在第一锥形表面中。
在本发明的另一方面中，提供了一种成型光学部件的方法，其中加热软化的材料插在并压在第一模与第二模之间，所述方法包括以下步骤将所述加热软化的材料安置在包括第一锥形表面的第一模中；用包括第二锥形表面的第二模挤压所述加热软化的材料；使得所述第二锥形表面与所述第一锥形表面接触；并且进一步挤压所述第二模，以弹性变形所述第一模，以使得所述第一锥形表面嵌合在所述第二锥形表面上。
根据具有这种结构的本发明，加热软化的材料插在第一模与第二模之间，并且然后模具被关闭。因而，与第一模弯曲表面和第二模弯曲表面接触的材料的对应部分相应地被成型成第一透镜表面和第二透镜表面。另外，第一锥形表面嵌合在第二锥形表面上，从而第一透镜表面与第二透镜表面对中。
而且，在第一锥形表面嵌合在第二锥形表面上(第一锥形表面与第二锥形表面对中)的状态中，第一模弹性变形，从而第二模的压程进一步精细地被调整。所以，能够按照需要，调整第一模弯曲表面与第二模弯曲表面之间的弯曲表面距离。
成型光学部件的方法可进一步包括冷却受挤压材料的步骤，其中第二模受压，从而使得第一锥形表面进一步弹性变形，并且嵌合在第二锥形表面上。
参看附图通过详细说明本发明的示意性、非限制性实施例，将更加清楚本发明的上述和其它方面、其它优点以及其它特征，其中图1A是竖直剖视图，其示出了根据本发明实施例的光学透镜的模具的下模(第一模)；图1B是竖直剖视图，其示出了根据本发明实施例的光学透镜的模具的上模(第二模)；图1C是竖直剖视图，其示出了根据本发明实施例的光学透镜；图1D是竖直剖视图，其示出了下模(第一模)的锥形表面接触上模(第二模)的锥形表面的状态；图1E是竖直剖视图，其示出了下模中的圆柱形本体弹性变形从而调整上模的压程的状态；图2A是竖直剖视图，其示出了根据本发明光学透镜的模具的另一实施例；图2B是竖直剖视图，其示出了根据本发明光学透镜的模具的另一实施例；图2C是竖直剖视图，其示出了根据本发明光学透镜的模具的另一实施例；图2D是竖直剖视图，其示出了根据本发明光学透镜的模具的另一实施例；图3A示出了根据本发明实施例的用于成型光学透镜的方法的加工步骤，其由下模(第一模)、上模(第二模)以及光学透镜的剖视图示出；图3B示出了根据本发明实施例的用于成型光学透镜的方法的加工步骤，其由下模(第一模)、上模(第二模)以及光学透镜的剖视图示出；图3C示出了根据本发明实施例的用于成型光学透镜的方法的加工步骤，其由下模(第一模)、上模(第二模)以及光学透镜的剖视图示出；图3D示出了根据本发明实施例的用于成型光学透镜的方法的加工步骤，其由下模(第一模)、上模(第二模)以及光学透镜的剖视图示出；图3E示出了根据本发明实施例的用于成型光学透镜的方法的加工步骤，其由下模(第一模)、上模(第二模)以及光学透镜的剖视图示出；图3F示出了根据本发明实施例的用于成型光学透镜的方法的加工步骤，其由下模(第一模)、上模(第二模)以及光学透镜的剖视图示出；图3G示出了根据本发明实施例的用于成型光学透镜的方法的加工步骤，其由下模(第一模)、上模(第二模)以及光学透镜的剖视图示出；图4A示出了应用根据本发明的成型光学透镜的方法的加压装置的实施例；图4B是示出了加压装置的操作的示意图；图4C是示出了加压装置的操作的示意图；图5A示出了应用根据本发明的成型光学透镜的方法的加压装置的另一实施例；图5B是示出了加压装置的操作的示意图；图5C是示出了加压装置的操作的示意图。
具体实施例方式
以下参看附图将说明本发明的实施例。
参看图1A至1E，说明了根据本发明实施例的用于光学透镜(光学部件)的模具。
根据该实施例的光学透镜的模具包括第一模(下模)10以及第二模(上模)20，它们相应地在图1A和1B中示出。
如图1A所示，第一模(下模)10包括第一基准平面11、第一模弯曲表面12、以及第一锥形表面31，它们彼此相互共用第一对称轴线P，其作为旋转对称轴线。大体上，为了制成这种结构，工件固定至车床机器的主轴线(其匹配第一对称轴线P)、被转动、并且由刀头加工，其中所述刀头安置在拖架上，并且来回以及左右移动。
第一基准平面11形成在垂直于第一对称轴线P的平面上。第一基准平面11是将安置在定模板57上的一部分(见图4A至4C)，这将随后说明。
第一模弯曲表面12的形状匹配如图1C所示的光学透镜40的第一透镜表面41的形状，所述第一模弯曲表面12是成型第一透镜表面41的弯曲表面。
第一锥形表面31形成在圆柱形本体30的内周表面上，其中所述圆柱形本体是由在所述第一模弯曲表面12之上向上伸出的下模10的一部分形成。另外，第一锥形表面31形成为圆锥形，也就是说，越接近第一锥形表面31的上侧端部的位置，则在该位置第一锥形表面31的内径就越大。
如图1B所示，第二模(上模)20包括第二基准平面21、第二模弯曲表面22、以及第二锥形表面23，它们彼此相互共用第二对称轴线Q，其作为旋转对称轴线。与第一模(下模)10类似，通过用车床机器切割获得这种结构。
第二基准表面21形成在垂直于第二对称轴线Q的平面上。
第二模弯曲表面22的形状匹配第二透镜表面42的形状，其中所述第二模弯曲表面是弯曲表面，以成型如图1C所示的光学透镜40的第二透镜表面42。
第二锥形表面23在上模20的外周表面上形成圆锥形，从而重合并嵌合在第一锥形表面31上。
接着，图1D和1E示出了光学透镜的模具的“模具关闭的状态”，其中第一模(下模)10在第一锥形表面31和第二锥形表面23上嵌合在第二模(上模)20上，从而第一锥形表面31嵌合在第二锥形表面23上。在此，如图1E中所示的腔体C形成为与如图1C所示的光学透镜40相同的形状。
如图1D所示，在第二锥形表面23与第一锥形表面31接触的状态中，弯曲表面距离L2、即第一模弯曲表面12与第二模弯曲表面22之间的距离大于透镜厚度L1、即第一透镜表面41与第二透镜表面42之间的距离。
然后，因为第一对称轴线P在该状态中对正成与第二对称轴线Q重合，所以可以看出，下模10与上模20对中。
而且，如图1E所示，上模20进一步受压，以改变上模20相对于下模10的压程，从而上模20与下模10这两者相互嵌合。换句话说，下模10中的圆柱形本体30如图1E所示从虚线弹性变形并且加宽至实线，并且第二锥形表面23的位置被精细调整至弯曲表面距离L2等于透镜厚度L1的位置。
在此，从如图1D所示的弯曲表面距离L2进一步缩短弯曲表面距离的压程的调整量(等于图1A至1E中L2-L1的厚度差)优选设定在预定的容限内，从而高精度成型光学部件。
压程的调整量期望设定在从50μm至0.01μm的容限内。因而，锥角θ期望设定在0.01°与20°之间，优选在0.5°与5°之间，从而在这种情况中圆柱形本体30弹性变形。
锥角θ越小，则水平力相对于竖直力就越大。因而，改进了对中的性能。然而，在锥角θ小于0.01°时，很难稳定加工的精度，从而对中精度降低。而且，在锥角θ大于20°时，不可能获得压程的期望的调整量。
另外，如图1E所示，甚至在上模被插入并且圆柱形本体30变形之后，弹性变形意味着变形至这样一种程度，即在上模20被取出后，由虚线表示的圆柱形本体30的最初形状被恢复。而且，甚至在光学透镜的模具反复被“打开”和“关闭”之后，最初形状恢复的程度意味着下模10与上模20的对中精度不减少的程度。
SUS304、SKH(高速钢)等是制成模具的示例性材料，这确保了在光学透镜40的材料软化的高温时宽广范围的这种弹性变形。
参看图2A至2D，将说明根据本发明其它实施例的光学透镜的模具。
如图2A所示的光学透镜的模具包括第三模30a。第二锥形表面23a嵌合在其上的第一锥形表面31a形成了第三模30a的内侧表面的一部分。而且，第三模30a被固定成与下模10a共用作为公共旋转对称轴线的第一对称轴线P。更具体地讲，内周表面32a在第三模30a的内侧表面中形成在不同于第一锥形表面31a的部分上。内周表面32a可释放地附着至下模10a的外周表面，处于相对固定的位置。而且，第三模30a可通过诸如螺栓的紧固构件安装至下模10a。
而且，如图2B所示，光学透镜的模具可包括第三模30b，其是任意可拆卸的并且还形成了下模10b。在第三模30b中，形成了第二锥形表面23b嵌合在其上的第一锥形表面31b。另外，提供了下模10b中的锥形表面13b嵌合在其上的锥形表面32b。
在这种结构中，下模10b和上模20b在第三模30b的两端相应地嵌合在锥形表面32b和31b上，从而第一对称轴线P匹配第二对称轴线Q。另外，圆柱形本体30b弹性变形，以调整上模20b的压程。
而且，在图2C所示的光学透镜的模具中，在第二锥形表面23c所嵌合的第一锥形表面31c中以等间距设置多个槽33c。因而，利用这些槽33c，上模20c嵌合在第一锥形表面31c中，以加压并且加宽槽33c中的空间，从而增加了上模20c的压程的可调整的量。
而且，在图2D所示的光学透镜的模具中，大量突出部34d布置在第二锥形表面23d所嵌合的第一锥形表面31d中，从而支承第二锥形表面23d。突出部34d然后布置成利用它们的顶部支承第二锥形表面23d。因而，在上模20d嵌合在第一锥形表面31d上时，突出部34d的顶部显著弹性变形，从而增加了上模20d的压程的可调整的量。
所述多个突出部34d并不限于如图2D所示嵌在第一锥形表面31d中的球体。然而，第一锥形表面31d的表面可以是波纹形。换句话说，用多个位置点支承第二锥形表面23d的任何物品可被用作为突出部34d。
参看图3A至3G，将说明根据本发明实施例成型光学透镜(光学部件)的方法。
首先，如图3A所示，加热软化的透镜材料43(材料)安置在第一模(下模)10的第一模弯曲表面12上。接着，如图3B所示，第二模20附加地安置在透镜材料43上，从而透镜材料43被挤压。另外，在这种状态中，下模10的第一对称轴线P不与上模20的第二对称轴线Q重合。
然而，如图3C所示，在第二模20进一步继续被挤压后，第一锥形表面31与第二锥形表面23接触，而第一对称轴线P匹配第二对称轴线Q。
如图3D所示，第二模20进一步被挤压，从而附加地精细调整压程ΔL1，弹性变形圆柱形本体30，并且缩短第一模弯曲表面12与第二模弯曲表面22之间的弯曲表面距离。在该位置点，加热软化的材料43的光学透镜40的形状已经大致被确定。下模10和上模20还可被构造成，在圆柱形本体30如图3D所示不弹性变形的状态时，确定加热软化的透镜材料43的光学透镜40的形状。
接着，加热软化的材料43需要被冷却和硬化，以作为光学透镜40取出。另外，第一模弯曲表面12、第二模弯曲表面22、以及透镜材料43由于冷却过程中的热收缩而改变尺寸。因而，如图3E所示，必须防止第一模弯曲表面12和第二模弯曲表面22相应地与第一透镜表面41和第二透镜表面42分离，从而不减少加工精度。出于该原因，出于遵循着冷却过程中的热收缩所需，第二模20可被进一步加压。因此，压程可附加地被调整ΔL2，并且圆柱形本体30进一步弹性变形，从而第一锥形表面31嵌合在第二锥形表面上。
通过如图3A至3E所示的加工步骤，在温度足够低并且透镜材料43硬化后，关闭模具的加工步骤结束。接着，如图3F所示，下模10或上模20被拆卸，以打开模具。然后，光学透镜40被取出(图3G)。
在光学透镜40被取出后，返至如图3A所示的加工步骤，另一个透镜材料43安置在下模10与上模20之间，从而光学透镜40被反复批量制造。
接着，参看图4A至4C，将说明应用根据本发明成型光学透镜的方法的加压装置的实施例。
如图4A所示，根据该实施例的加压装置50包括气缸51、导杆52、动模板53、弹簧54、支承本体55、止挡件56以及定模板57。这种结构的加压装置50提供了足够的压力，以变形加热软化的透镜材料43，并且利用单个压程关闭下模10和上模20，从而光学透镜40被成型。
包括气室51a和滑杆51b的气缸51通过支承本体55相对于定模板57被固定。然后，在气缸51中，压缩空气从空气压缩机(图中未示出)被引至气室51a。因而，如图4B所示，压缩空气的气压压动滑杆51b，从而滑杆51b伸出，并且沿伸出方向提供压力。伸出的滑杆51b沿与弹簧54的压力的方向相反的方向移动动模板53。
此后，压缩空气被引入之前、也就是滑杆51b伸出之前的动模板53的位置(如图4A所示的位置)被参照为上死点。同时，压缩空气被引入之后、也就是滑杆51b伸出之后的动模板53接触止挡件56的上侧端部的位置(如图4B所示的位置)被参照为下死点。
在滑杆51b到达下死点时，压缩空气从气室51a释放，以释放压力。所以，滑杆51b与动模板53一起通过弹簧54的压力返回至上死点。
导杆52刚性固定，从而导杆52的纵向垂直于定模板57。在这种结构中，导杆52沿纵向引导动模板53，而同时保持动模板53相对于定模板57水平。
因而，动模板53无震颤地在上死点与下死点之间往复运动。然后，如图4B所示，动模板53挤压上模20的第二基准平面21，从而在从上死点至下死点的路径上，将透镜材料43变形成光学透镜40的形状。同时，透镜材料43安置在下模10上，从而第一基准平面11接触定模板57。
如图4C所示，弹簧54向上压滑杆51b，将其压回至上死点，其中所述滑杆51b已经到达下死点并且压力已经从其释放。
止挡件56如上所述设定动模板53的下死点。所以，调整止挡件56的长度改变了上模20相对于下模10的压程。因此，可以仅仅通过替换止挡件56，将光学透镜30的厚度控制为期望的量。在图4B中，设置了两个止挡件56。在这种状态中，止挡件56保持动模板53与定模板57平行。这种结构保持下模10的第一基准平面11与上模20的第二基准平面21平行，从而改进对中的精度。
因而，加压装置50利用由气缸51的操作所完成的滑杆51b的单个压程将透镜材料43成型成光学透镜40的形状。
接着，参看图5，将说明应用根据本发明成型光学透镜的方法的加压装置的另一实施例。
如图5A所示，根据该实施例的加压装置60包括线性滑动装置61、导杆62、动模板63、支承本体65以及定模板67。这种结构的加压装置60提供了足够的压力，以变形加热软化的透镜材料43。另外，动模板63移动以遵循冷却过程中的收缩，从而高精度成型光学透镜40。
包括螺纹杆61a、转动齿轮61b、轴承61c以及电机61d的线性滑动装置61通过支承本体65相对于定模板67被固定。电机61d固定至支承本体65。而且，转动齿轮61b通过轴承61c可转动地安装至支承本体65。电机61d一端中的转子与转动齿轮61b啮合。因而，转动齿轮61b随着转子的转动而同步转动。
螺纹杆61a的横向表面与转动齿轮61b的内周表面啮合，而螺纹杆61a的端部固定至动模板63。然后，在转动齿轮61b转动时，螺纹杆61a沿纵向移动，这是因为动模板63和导杆62限制了螺纹杆61a的转动。
在这种结构中，线性滑动装置61以预定的量和速度竖直移动动模板63，其中所述预定的量和速度取决于电机61d的转子的转角和速度。
导杆62刚性固定成，导杆62的纵向垂直于定模板67。在这种结构中，导杆62沿纵向引导动模板63，而同时保持动模板63相对于定模板57水平。
动模板63是由导杆62引导，从而无震颤地沿竖直方向往复运动。然后，如图5B所示，动模板63变形加热软化的透镜材料43，并且将透镜材料43成型成光学透镜40的形状。
另外，如图5C所示，动模板63通过线性滑动装置61的操作精细调整了压程ΔL，以遵循冷却过程中的透镜材料43的热收缩，从而高精度成型光学透镜40。
然后，如图5C所示，在透镜材料43被足够冷却后，动模板63如虚线所示那样移动。因此，可从下模10与上模20取出光学透镜。
而且，图5A至5C示出了通过电机61d的转动量控制加压装置60的动模板63的压程的实例。然而，可设置位移传感器(图中未示出)以针对压程的反馈控制检测动模板63的位移量。
具有上述实施例结构的本发明提供了以下效果。通过下模(第一模)与上模(第二模)中的锥形表面实现对中。另外，上模相对于下模的压程可在锥形表面彼此嵌合其上的状态中被精细调整。因此，利用一对下模(第一模)和上模(第二模)可制造具有不同厚度的多个光学透镜。
而且，根据本发明，就在模具被关闭之后，在透镜材料的状态从透镜材料被软化的高温状态改变至透镜材料硬化的低温状态时，可以对应于模具被关闭的状态中模具和透镜材料的热收缩精细调整上模的压程。因而，改进了光学透镜的对中精度以及沿厚度方向的精度。
说明书已经给出了光学部件为光学透镜的实例。然而，本发明并不限于此。另外，本发明所应用的光学部件包括支承光学透镜的镜架、棱柱等。
本发明还提供了模具以及成型光学部件的方法，其改进了光学透镜的对中精度以及沿厚度方向的精度。
尽管所述实施例说明了本发明的优选形式，但是显然应该理解的是，本发明并不限于此，而是在符合权利要求书的精神和范围的前提下改型实施。
权利要求
1.用于一种光学部件的模具，包括第一模，其包含第一模弯曲表面，以成型所述光学部件的第一透镜表面；第二模，其包含第二模弯曲表面，以成型所述光学部件的第二透镜表面；第一锥形表面，其绕第一对称轴线旋转对称，其中所述第一模弯曲表面绕所述第一对称轴线旋转对称；以及第二锥形表面，其绕第二对称轴线旋转对称，其中所述第二模弯曲表面绕所述第二对称轴线旋转对称，并且所述第二锥形表面嵌合在所述第一锥形表面上，从而第一对称轴线匹配第二对称轴线；在所述光学透镜的模具中，在所述第二锥形表面与所述第一锥形表面接触的状态中，弯曲表面距离、即所述第一模弯曲表面与所述第二模弯曲表面之间的距离大于透镜厚度、即所述第一透镜表面与所述第二透镜表面之间的距离；并且所述第二锥形表面适于被移动至使得所述弯曲表面距离等于所述透镜厚度的位置，以弹性变形所述第一模，并嵌合在所述第一锥形表面上。
2.根据权利要求1所述的用于光学部件的模具，其特征在于，所述第一锥形表面设置在第三模中，其中所述第三模可拆卸地安装至所述第一模。
3.根据权利要求2所述的用于光学部件的模具，其特征在于，所述第一模嵌合在所述第三模中，而所述第一模中的锥形表面接触所述第三模中的锥形表面。
4.根据权利要求1至3任一所述的用于光学部件的模具，其特征在于，多个槽形成在所述第一锥形表面上。
5.根据权利要求1至3任一所述的用于光学部件的模具，其特征在于，在所述第一锥形表面上布置多个突出部，它们支承所述第二锥形表面。
6.一种成型光学部件的方法，其中加热软化的材料插在并被挤压于第一模与第二模之间，所述方法包括以下步骤将所述加热软化的材料安置在包括第一锥形表面的第一模中；用包括第二锥形表面的第二模挤压所述加热软化的材料；使得所述第二锥形表面与所述第一锥形表面接触；并且进一步挤压所述第二模，以弹性变形所述第一模，以使得所述第一锥形表面嵌合在所述第二锥形表面上。
7.根据权利要求6所述的成型光学部件的方法，其特征在于，还包括以下步骤冷却所述被挤压的材料，其中所述第二模被挤压，以使得所述第一锥形表面进一步弹性变形，并且嵌合在所述第二锥形表面上。
全文摘要
提供了一种用于光学部件的模具，其中第一锥形表面设置在第一模中，而第二锥形表面设置在第二模中。在用于光学部件的模具中，在第二锥形表面与第一锥形表面接触的状态中，弯曲表面距离、即第一模弯曲表面与第二模弯曲表面之间的距离大于透镜厚度、即第一透镜表面与第二透镜表面之间的距离。而且，第二锥形表面移动至锥形表面距离等于透镜厚度的位置，以弹性变形第一模，并且嵌合在第一锥形表面上。
文档编号C03B11/08GK101032846SQ20071008554
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月8日 优先权日2006年3月9日
发明者佐伯达彦, 宇津木正纪 申请人:富士胶片株式会社, 富士能株式会社