专利名称：光学器件模压设备和方法及光学器件的制作方法
技术领域：
本发明关于一种用压力模压被加热至可变形的玻璃材料以获得模压制品的模压设备和模压方法。
作为一个通过压缩玻璃材料获得光学器件的常规玻璃模压法，一般途径是，采用一套压模来完成模压，这套压模由上压模、下压模以及以可滑动方式夹持这些上、下压模的构架组成。采用这种方法模压透镜时，防止一个光学面的光轴与另一个光学面光轴之间的偏差和倾斜是必须的。最后，不仅必须精确地加工压模架和上、下压模，而且还必须提高这些压模和压模架的装配精度。
然而，由于提高透镜模压精度和降低成本的要求越来越迫切，常规方法已不满足这些要求，其中之一就是不满足透镜两个光轴的偏差和光轴倾斜的要求。
例如，在上述常规方法里，上压模和下压模被可滑动地装入压模架(导向件)的空腔里，该压模架引导压模以把压模的光学面转换给玻璃材料。为了提高透镜光轴的精度，必须要提高上压模和下压模以及压模架的装配精度。然而，考虑到每个压模的工艺精度以及加压过程的可滑动性，光轴精度的提高是有限的。
用来把光学性能面转换给玻璃材料的上压模和下压模被导向件可滑动地支撑，玻璃材料则被插入上、下压模间进行模压。如果上、下压模的光轴，它们彼此初始时就倾斜，在导向件里产生了平行度的偏移，模压成型出来的透镜势必有平行偏心。
此外，如果上压模和下压模在导向件内的装配间隙里发生倾斜，两个光性能面的光轴也必定倾斜。
在日本专利公开号No.4-21610里，下压模和一个滑动核心件的相对位置由于这两个部件彼此相连而被固定住。然而上压模则要求留有间隙以便滑动于核心件内，结果，要使上压模和下压模的光轴精确地匹配是困难的。
因此，本发明的第一个目的就是，提供一个能够获得高光轴精度的玻璃模压制品的光学器件模压设备和模压方法。
本发明的第二个目的是，提供一个用简单的模压构造、能更有效地达到本发明第一个目的的光学器件模压设备和模压方法。
本发明的第三个目的是，提供一个能获得不仅光学器件两个面间有高的光轴精度，而且该光轴与圆周面间的相对位置也是高精度的模压玻璃制品的模压设备和模压方法。
本发明的第四个目的是，提供一个能顺利取出模压制品而又不使压模结构复杂化的光学器件模压设备和模压方法。
本发明的第五个目的是，提供一个能够制造有任意外形的光学器件的光学器件模压设备和模压方法。
本发明的第六个目的是，提供一个能够校准非球光学性能面的光轴间的偏差和光轴倾斜的光学器件模压设备和模压方法。
为了解决上述问题和达到上述目的，根据本发明的光学器件模压设备是一种用以模压有多个光学面的光学器件的设备，该设备包括，一对有压型面以把其光学型面转换给光学器件的压模，用以引导这对压模在基本方向上滑动的导向件，用以控制这对压模在基本方向运动的控制装置，以及在模压制品的光学面已压制出后调整其光学面光轴的调整装置。
根据本发明的光学器件模压方法是一种模压有多光学面的光学制品的方法，该压模方法包括几个步骤把光学器件材料插入一对压模，该压模上具有用以转换光学器件的光学面的转换面；在可以进行压缩变形的温度下，将这对压模和光学器件的材料夹持；用这对压模对光学器件的材料加压使光学型面转换给这材料；在垂直于光学面光轴的方向、给这对压模的外周面施压以校准光学面的光轴。
根据本发明，一个光学器件通过两个步骤模压出来用一对有光学面转换压型面的压模对加热到可变形温度的光学器件材料进行模压阶段和对模压出的光学面的光轴进行校准阶段。
本发明的其他特点和优点，通过以下结合附图进行的描述将会清楚，在所有这些附图里，相同的符号表示相同或相似的部件。
图1是根据本发明的第一实施例的光学器件模压设备的主要部分的图2沿X2-X2线的剖视图，它表示出当一个加压操作几乎完成时的压模和它们邻近部件；图2是表示出根据本发明的第一实施的光学器件模压设备主要部分的图1沿X1-X1线的剖视图，该视图显示出当一个加压操作几乎完成时的压模和它邻近部件；图3是图1和图2所示的光学器件模压设备的控制框图；图4是根据本发明的第二实施例的光学器件模压设备的主要部分的图6沿Y2-Y2线的剖视图，该视图显示出加压前和加压期间的状态；图5是根据本发明第二实施例的该模压设备主要部分的图6沿Y2-Y2的剖视图，该视图显示出加压过程几乎完成时的状态；图6是根据本发明第二实施例的模压设备主要部分的图5沿Y1-Y1的剖视图，该视图显出当加压过程几乎完成时压模和它邻近部件；图7是根据本发明第三实施例的模压设备主要部分的图9沿Z2-Z2线的剖视图，该视图显示出加压前和加压期间的状态；图8是根据本发明第三实施例的模压设备主要部分的图9沿Z2-Z2线的剖视图，该视图显示出加压过程几乎完成时的状态；图9是根据本发明第三实施例的模压设备主要部分的图8沿Z1-Z2线的剖视图，该视图显示出加压过程几乎完成时的压模和它们的邻近部件；图10是根据本发明第三实施例的光学器件模压设备生产出的一种模压制品的剖面图。
下面将参照附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述。
第一实施例如图1到图3所示，一个导向件4放置在支撑底座平台6上，构成上压模1和下压模2的上、下外壳。导向件4通过上、下滑动对上压模1和下压模2进行导向并保持它们间的相对位置。从顶视方向看，导向件4的截面基本上是正方形，并且沿导向件4的中心轴开有孔4A穿过导向件4。上压模1外形为圆柱形，套装在通孔4A的上部，以使它可相对于导向件4垂直滑动。在上压模1和导向件4之间形成一个微小间隙4B。上压模1的上端面做成一个盘状法兰边1A。法兰边1A的下表面紧贴在导向件4的上表面从上面控制上压模的向下运动，用以限定上压模1的向下冲压行程。在上压模1的下表面中心位置，用比加工上压模外径更高的精度加工出转换模压型面1B，型面1B使玻璃材料16受压，使玻璃材料16的表面转换成所要求的形状，从而成形出一个具有光学性能的表面。
在上压模1的上方，有一个上压模驱动机构8用来产生对玻璃材料16的压力。上压模驱动机构8包括一个液压筒和一个活塞，在控制器100的控制下向下施压。因此，上压模1向下运动对玻璃材料加压。上压模1还包括一个上压模温度传感器10A，用以测量压模型面附近的温度。上压模1还包括一根冷却管，通过一根从氮气供应机构12(图中未显示)出来的注射管来冷却上压模1。上压模温度传感器10A探测得的信号输出给控制器100，控制器100根据该探测信号控制氮气供应机构的工作。
另一方面，下压模与上压模同样为圆柱形，安装在导向件4下部的通孔4A里，以便它也能相对于导向件4作垂直滑动。在下压模2和导向件4之间也存在一个微小间隙4B。下压模2的下端处成型出一个盘状的法兰边2A。法兰边2A的下表面紧贴在导向件4放置其上的支座平台6的上表面。支座平台6承受上压模通过玻璃材料作用于下压模2的压力。在下压模2上表面的中心位置，用相对于加工下压模2外径更高的精度，加工出一个传递模压型面2B，该型面可将玻璃材料的下表面成型到所要求的形状，形成具光学性能的表面。
因此，通过上压模1和下压模2的型面1B和2B的分别转换，光学面就转换给了玻璃材料。
模压制品的厚度由上压模的法兰边1A的下表面与导向件4的上表面的接触来确定。这样就防止了在模压过程中模压制品厚度的变化。
此外，在下压模2的下表面下方，有一个下压模驱动机构14，它包括一个液压筒和一个活塞，驱动机构14通过支撑底座平台上的通孔6A与下压模相连。在模压制品16压制完成后的冷却过程中，下压模驱动机构14在控制器100的控制下给下压模2向上加压使模压制品16受压以保持模压制品16的表面形状。
下压模2也包含一个下压模温度传感器10B用来测量转换压模型面附近的温度。进一步讲，与上压模1相似，下压模也有一个冷却管，通过从氮气供应机构12(图中未显示)出来的氮气注射管(图中未显示)来冷却下压模2。从下压模温度传感器10B出来的探测信号输出给控制器100。根据该探测信号，控制器100控制氮气供应机构12的工作。
在导向件的侧面加工出一个孔4C。通过该孔4C玻璃材料被供入上压模1和下压模2。当模压过程完成时，模压制品16通过该孔4C从上压模1和下压模2中取出。
此外，在导向件4的侧面，垂直于孔4C又开一个通孔4D。圆周面加压件20A和22A安装在通孔4D里，以便用这两部件夹持两者之间的上压模1和下压模2。加压过程完成后，圆周面加压件20A和22A给上压模1和下压模2的圆周面向其中心轴加压，以此来校正光轴间的错位。导向件4上的通孔4D与圆周面加压件20A和22A之间的间隙取得比导向件4与上压模1或下压模2之间的间隙4B要大。
如图1所示，圆周面加压件20A和22A紧贴着上压模1和下压模2的部位为一个张角差不多为90°的V形，所以这些部位线性地贴紧上压模1和下压模2的圆周面。更进一步地说，上压模1和下压模2加工后具有非常精确的相同尺寸，所以圆周面加压件20A和22A能够保持与上压模1和下压模2两者同时接触。
在每个圆周面加压件20A和22A侧面上，与这两加压件贴紧上压模1和下压模2的压紧面相对的另一面，都装有包括一个液压筒和一个活塞的圆周面加压件驱动机构20和22。这些圆周面加压件驱动机构20和22，在控制器100的控制下基本上是彼此同步地运行，驱动圆周面加压件20A和22A对着上压模和下压模的中心轴向前或向后移动。
圆周面加压件20A和22A各自都装有加热器20B和22B和接触面温度传感器20C和22C，用来分别测量接触面的附近的温度。所以圆周面加压件20A和22A可以被调节到任何温度。加热器20B和22B的温度由控制器100来控制，而接触面温度传感器20C和22C的探测信号则输出给控制器100。
导向件4装有加热器5A和5B，用以加热导向件4和上压模1和下压模2，并通过导向件4和上压模1和下压模2加热玻璃材料。
这些加热器5A和5B与安装在上压模1和下压模2里的单独的温度控制元件(图中未显示)连接。控制器100根据上压模1里的温度传感器10A和下压模2里的温度传感器10B所测得的温度来控制加热器5A和5B的温度。
根据上述描述，控制器100完全控制该实施例的光学器件模压设备的各个机构和加热器的运行。
透镜模压工艺流程下面将描述使用上述的光学器件模压装置制得的一种诸如透镜之类的玻璃模压制品的工艺流程。
参阅图1和图2，上压模驱动机构8驱动上压模1，使之相对于导向件4向上滑动，从而将上压模1从下压模2上退回。同时，圆周面加压件驱动机构20和22也进行退模操作，将圆周面加压件20A和22A由两侧方向从上压模1和下压模2上退出。
在上压模1和下压模2和圆周面加压件20A和22A都退出后，一个加热到预定温度的玻璃材料通过在导向件4上的孔4C，用例如自动机械手的方式送到下压模2的模压型面上。导向件4和上、下压模1和2都被加热到满足模压状态的预定温度。圆周面加压件20A和22A也被调节到预定温度。
当玻璃材料送入下压模2的模压型面上后，上压模驱动机构8便要进行伸展操作，通过上压模1的模压型面对玻璃材料的上表面加压。
当上压模1逐渐向下移动并对玻璃材料施加压力的时候，玻璃材料便在垂直方向逐渐受压。最后，当上压模1的法兰边1A与导向件4的上表面紧贴时，玻璃材料则完全受压并变形。
当上压模驱动机构8作用在上压模1上的压力基本上释放至零后，圆周面加压件驱动机构20和22则要进行伸展操作，用圆周面加压件20A和22A对上压模1和下压模2的圆周面施压。上、下压模1和2得压一段时间后开始降温。通过圆周面加压件20A和22A的加压，可以校正由于导向件4与上压模1和下压模2之间的间隙而造成的上、下压模1和2中心轴间的位置错位，以及由此而产生的上压模1和下压模2模压型面(光学性能面)光轴的倾斜。
注意图1和图2表示着上、下压模的位置偏差由圆周面加压件20A和22A对上压模1和下压模2的施压而得以校正的状态。在该状态下、模压制品16具有所要求的厚度。同时，通过氮气喷射管(图中未显示)由氮气供应机构12向冷却管供氮，加速上压模1和下压模2的冷却。
在上压模1和下压模2以及圆周面加压件20A和22A都保持冷却数秒钟后使圆周面加压件驱动机构20和22进行退模操作，将圆周面加压件20A和22A都退回到初始的退模位置。上压模驱动装置8再一次进行伸展操作，施压于上压模1。为了保持模压制品16的表面形状，也要让下压模驱动机构14进行伸展操作，对下压模2向上施压，以对模压制品16施加压力。当温度降低到预定值时，则让下压模驱动机构14进行退模操作释放施于模压制品16的压力。
此后，重新使上压模驱动机构8进行退模操作将上压模1向上移动。通过导向件4上的孔4C，用诸如自动机械手之类的方式将模压成的制品退出。
当模压透镜的压力变形完成时，在上述的一系列操作过程中，上、下压模的外圆周位置一直被夹持着受压着以校正这两个压模的光轴。因此，偏心率很小高精度的模压制品便可制成。
第一模压状态下面将要描述图1和图2所示的光学器件模压设备模压的玻璃透镜各种模压状态的第一个实例。
采用重冕牌玻璃(折射率＝1.58，色散系数＝59.4，玻璃的相变温度＝506℃)为原料来制造下凸面半径R为9mm，上凸面半径约为9mm的消球差凸透镜。该消球差凸透镜的直径为7mm，中心厚度为3mm，周边厚度为1.6mm。
当上压模和下压模的温度达470℃(1015.2泊，1泊＝1达因·秒/厘米2)时，玻璃材料被送入上压模和下压模。当上、下压模温度升高至580℃(109.0泊)并玻璃材料的温度也达到压模的温度时，玻璃材料就被上压模压入模压型面而变形，以进行压模上模压型面的转换，从而形成透镜的光学性能面并确定透镜的厚度。
当模压温度被维持的同时，上、下压模的外圆周面部分被圆周面加压件夹持并施以压力。
这时，作用于上压模和作用于圆周面加压件的压力载荷均为1900N，圆周面受压的时间定为10秒。
此后，使玻璃材料冷却到490℃(1013.5泊)，在冷却的同时，由下压模作用一个1500N的压力载荷以保持玻璃材料光学面的形状，最后，模压制品被取出。
在上述模压条件下模压成型的玻璃透镜的平行偏心值为5微米或更小，光轴的倾斜角为50秒或更小。因此，这种玻璃透镜作为诸如摄象机之类的镜头是极其优越的。
第二模压状态下面将描述用图1和图2所示的光学器件模压设备模压玻璃透镜的各种模压状态的第二个实例。
采用镧冕牌玻璃(折射率＝1.67，色散系数＝55.4，玻璃相变温度＝530℃)来在下面状态下模压两表面均为凸球面(半径R约为30mm)，外径为15mm，中心厚度为1.5mm的凸透镜。
当上压模和下压模的温度达到485℃(1014.0泊)时，玻璃材料被送入。当上压模和下压模的温度升至590℃(109.0泊)玻璃材料也基本上达到与上、下压模同样温度时，由上压模施加2900N的压载荷、作用时间30秒，用以进行作为光学面的压模型面的转换。此后，开始冷却，并同时开始给圆周面加压件一个2900N的压力载荷以校正光轴。当压模温度降到575℃(109.8泊)时，再次释放施于圆周面加压件的压载，并立即由下压模施加一个约2000N的载荷，此载荷用以保持制品光学性能面的形状。当压模温度降到555℃(1010.6泊)时，再次释放由下压模施加的载荷，同时，由圆周面加压件再次施加2900N载荷10秒钟以校正光轴。此后释放圆周面的压载，同时下压模再次施压，直到压模温度降到485℃(1014.9泊)。用这种方法，模压操作过程也就完成。
在上述模压状态下模压出来的玻璃透镜，平行偏心值为2微米或更小，光轴的偏斜角为20秒或更小。
第二实施例第二实施例的构造除了不用导向件4以外，与第一实施例的光学器件模压设备的构造基本相同。因此，将省略相同部件的详细描述。
如图4到图6所示，上压模30和下压模32可垂直滑动地安装在两个圆周面加压件26A和28A间形成的空间里。上压模30的上端成型出一个盘状法兰边30A。法兰边30A的下端面紧贴于圆周面加压件26A和28A的上表面，从上方限制上压模30的向下移动，从而确定了上压模30的下压行程。
在上压模30的上方，装有一个上压模驱动机构34用以产生对玻璃材料的压力。从上压模驱动机构34里伸出的一根棒，其末端通过一个连接件(例如，一个浮动接头(图上未显示))与上压模30的上表面相连，该连接件允许在有微小的偏离轴线条件下传递压力。当上压模驱动机构34完成了向下伸展的操作后，上压模30向下施压于玻璃材料。当上压模驱动机构34完成向上的退模操作后，上压模30则被向上拉起。
在上压模30内装有一个上压模加热器30B直接加热上压模30。
下压模32的下表面安放在支撑底座平台38的上表面上。该平台38承受上压模30通过玻璃材料传递给下压模32的向下的压力。
在下压模32的下方装有一个下压模驱动机构40，通过支撑底座平台38上的孔38A与下压模32相连。与上压模30相同，下压模32和下压模驱动机构40通过一个连接件(例如一个浮动接节头(图中未显示))彼此相连，该连接件允许同时存在微小轴线偏离时传递压力。在冷却过程中，使下压模驱动机构40进行向上伸展操作并给下压模32施以向上压力，从而对受压变形的模压制品16施加压力。
在下压模32里安装一个下压模加热器32B直接加热下压模。
同第一实施例一样，圆周面加压件26A和28A安装得可夹持上压模30和下压模32的外圆周面，并且与圆周面加压件驱动机构26和28相连。采用高精度定位机构(例如伺服电机)作圆周面加压件的驱动机构26和28。圆周面加压件到上压模30和下压模32的距离，以及施加的压力大小都由圆周面加压件驱动机构26和28精确地控制着。
当玻璃材料被送入压模，或模压制品从压模中退出时，圆周面加压件驱动机构26和28则进行退模操作以增加圆周面加压件26A和28A间的距离。这就允许让诸如自动机械手之类构件伸入。
圆周面加压件26A和28A的下表面与支撑底座平台38呈滑动接触。同时，圆周面加压件26A和28A还分别装有加热器26B和28B以及用以测量压模接触面附近温度的接触表面温度传感器26C和28C。因此，圆周面加压件26A和28A能调节到任何温度。
同第一实施例相同，一台控制器100完全控制这第二实施例的光学器件模压设备的各个机构和加热器的工作。
透镜模压工艺流程下面将描述用上述光学器件模压设备获得一个诸如透镜这类模压制品的工艺流程。
参阅图4到图6，让上压模驱动机构34进行退模操作将上压模向上滑动，于是上压模从下压模上退离。圆周面加压驱动机构26和28也进行退模操作，将圆周面加压件26A和28A从压模的外圆周面上退离。在这状态下，一个被加热到预定温度的玻璃材料，被自动机械手之类构件送到下压模32的模压型面上。接着圆周面加压件26A和28A受压并移到与这两个加压件与上压模30和下压模32紧贴位置稍微有一点距离的地方，以便上压模30和下压模32能垂直移动(见图4)。注意，在这种状态下，圆周面加压件26A和28A与上压模30和下压模32之间的间隙能与粗糙面间的间隙相当，该间隙要考虑上压模30和下压模32的可滑动性来确定。同时也应该注意，上压模30和下压模32要加热到满足预定的模压状态的温度，圆周面加压件26A和28A也被调节到预定温度。
接着，让上压模驱动机构34进行伸展操作，使上压模30的模压型面压向玻璃材料的上表面，从而给玻璃材料加压。当上压模30逐渐向下移动时，玻璃材料便逐渐在水平方向受压。最后，当上压模30的法兰边30A与圆周面加压件26A和28A的上表面紧贴时，玻璃材料被完全变形。
在上压模驱动机构34施于上压模30的压力释放到基本上为零时，让圆周面加压件驱动机构26和28进行伸展操作，使圆周面加压件26A和28A对上压模30和下压模32的外圆周面加压。上压模30和下压模32保持受压状态一会儿后并开始冷却。通过这种加压(图5和图6显示状态)，可以校正上压模30和下压模32中心轴间的错位，以及由于这种错位而造成的上压模30和下压模32光学性能面光轴的倾斜。
在上压模30和下压模32以及圆周面加压件26A和28A开始冷却，并夹持数秒钟后，就操作圆周面加压件驱动机构26和28后退，在圆周面加压件和上、下压模30和32间形成一个最小的间隙，以允许上、下压模垂直滑动。
注意该间隙的位置要精确地加以控制。在这个状态下，上压模驱动机构34再次进行伸展操作，对上压模30施压。下压模驱动机构40也进行伸展操作把下压模32向上压使模压制品受压以保持模压制品的表面形状。
当温度降低到预定值时，下压模驱动机构40进行退模操作释放压力。
此后，上压模驱动机构34再次进行退模操作把上压模30向上移动。在此同时，圆周面加压件驱动机构26和28也进行退模操作，把圆周面加压件从上、下压模处退出。最终模压完的模压制品用例如自动机械手取出。
在以上描述的一系列操作过程里，不仅可以降低成本而且也更有效地利用上、下压模周围的空间，因为圆周面加压件也起到上、下压模的压模架的作用。结果是，可以安排校正光轴错位更有效的方法。也就是说，当压模架被一物多用时，上压模和下压模沿压模架垂直滑动的部位也同时被用作圆周面加压件与压模的接触面。因此，就可能增加圆周面加压件与压模间的配合长度，制成偏心小精度高的模压制品。
第三实施例第三实施例与第二实施例中的光学器件模压设备不同处在于，它的圆周面加压件还起着成型模压制品圆周面外形的压模的作用，同时还布置在压模的外圆周面的三个方向上。其余的构造基本上与第一和第二实施例相同，所以将省略相同部件的详细描述。
如图7到图10所示，上压模48和下压模50被安装在三个圆周面加压件42A，44A和46A所环绕的空间里，并可垂直滑动。为了校正上压模48和下压模50的光轴间的错位、并在模压制品的圆周面上成型，圆周面加压件42A、44A和46A与上压模48和下压模50接触部位的形状做成拱形以与上压模48和下压模50的外圆周面部位相匹配。这些圆周面加压件42A、44A和46A被推到与上压模48和下压模50的外圆周面接触且两者不留间隙的部位。注意，在第三实施例里，如图8和图9所示，上压模48和下压模50的整个圆周面并非完全闭合；也就是说，三个圆周面加压件42A、44A和46A安装得彼此间留有预定大小的间隙，结果是玻璃材料只被压模部分地延伸。但是，取决于这些压模的工艺精度，圆周面加压件也可以具有与整个外圆周面紧贴的形状。
在圆周面加压件42A，44A和46A的侧面，离开这些加压件与压模贴合面一段距离处，装有圆周面加压件驱动机构42、44和46。这些圆周面加压件驱动机构42、44和46布置在上压模48和下压模50外圆周面的径向，彼此间隔相等。
当玻璃材料被送入压模，或者一个模压制品要从压模里被取出的时候，圆周面加压件驱动机构42、44和46要进行退模操作以增大圆周面加压件42A、44A和46A之间的距离。这就允许例如一个自动机械手插入。
圆周面加压件42A、44A和46A装有加热器42B、44B和46B，以及接触面温度传感器42C、44C和46C，分别用以测量压模接触面附近的温度。因此，圆周面加压件42A、44A和46A可被调节到某预定温度。
与第一和第二实施例相同，一个控制器100完全控制第三实施例的光学器件模压设备各机构和加热器的工作。
透镜模压工艺流程下面将描述用以上光学器件模压设备生产一个诸如透镜之类玻璃模压制品的工艺流程。
参阅图7至图10，如上面在第二实施例里描述的一样，一个被加热到预定温度的玻璃材料被例如自动机械手送入下压模50的转换模压型面上。然后，使圆周面加压件驱动机构42、44和46进行伸展操作，将圆周面加压件42A、44A和46A移动到离这些部件与上压模48和下压模50紧贴处稍有一点距离的位置，从而形成一个很小的间隙以便上压模48和下压模50在其间滑动(见图7)。注意，该间隙的位置要予以精确地控制。同时也要注意，上压模48和下压模50，以及圆周面加压件42A，44A和46A均要加热到满足模压状态的预定温度。
此后，让上压模驱动机构52进行伸展操作，把上压模48的转换模压型面压到玻璃材料上，从而使玻璃材料受压。当上压模48逐渐向下运动时，玻璃材料便逐渐在水平方向受压。最后，当上压模48的法兰边48A与圆周面加压件42A、44A和46A的上表面紧贴时，玻璃材料完全变形。在这种状态下，从上压模48和下压模50的圆周面上伸展出来的玻璃材料便会与圆周面加压件42A，44A和46A接触形成模压制品的圆周面规则形状54B，同样，从压模中伸展出的部分也形成规则的圆周面54A。
当上压模驱动机构52作用于上压模48的压力基本上释放为零后，圆周面加压件驱动机构42、44和46进行伸展操作，把圆周面加压件42A，44A和46A压向上压模48和下压模50的外圆周面。上压模48和下压模50保压一会并开始降温(见图8和图9)。
在上压模48和下压模50以及圆周面加压件42A、44A和46A开始冷却并夹持数秒钟后，圆周面加压件驱动机构42、44和46要进行微小的退模操作，再次在圆周面加压件42A、44A和46A与上压模48和下压模50间退出一个最小间隙以便上、下压模滑动。在这种状态下，上压模驱动机构52则再一次进行伸展操作，对上压模48加压。为了维持模压制品54的表面形状并完成模压制品的圆周面的规则外形54B，下压模驱动机构56也要进行伸展操作，把下压模50上压使模压制品54受压。当上压模48和下压模50，以及圆周面加压件42A，44A和46A的温度降至一预定温度时，下压模驱动机构56进行退模操作以释放压力。
此后，上压模驱动机构52再次进行退模操作，使上压模48向上运动。与此同时，圆周面加压件驱动机构42、44和46也进行退模操作，把圆周面加压件42A，44A和46A从压模上移开。最终的模压制品则被例如自动机械手从压模上取出。
在上述一系列操作过程中，可以既校正压模中心轴之间的偏差，又因为圆周面加压件兼有压模一部分的功能，所以也可以将模压制品的圆周面模压出型面来。因此，模压制品便具有一个相对于光学性能面的光轴的位置精度很高的圆周面。此外，该模压制品的圆周面的位置由三个方向限定，所以与圆周面由两个位置限定的情况相比，模压件的圆周面的圆度可以增大，因此，当一个偏心精度要求很高的透镜被装入镜头筒时，该透镜的圆周面可以很好地作为基准参考面使用。
注意，当上压模48提升时，模压制品54有时会由于上压模48和下压模50的模压型面间精细的光接触平衡而以微小的偏置状态粘连在上压模48上。发生这种情况时，圆周面加压件驱动机构42、44和46则会多次运行以使圆周面加压件42A、44A和46A与上压模和下压模50多次贴紧。结果，圆周面加压件42A、44A和46A就会与模压制品54的一部分接触，使模压制品54落在下压模50的模压型面上。
有些时候，模压制品54可能落在偏离下压模50中心的位置使自动机械手无法将它取出。因此，加压件42A、44A和46A要重新多次贴紧上压模48和下压模50，以便把模压制品54推回到下压模50的正常位置上。这就使自动机械手便于取出(制品)。
虽然每次模压制品被取时都可进行上述模压制品取出操作，但是也可以用例如传感器探测模压制品粘于上压模或模压制品的落位发生偏差时才进行上述制品取出操作。
如上所述，上、下压模间的光轴错位可被有成型模压制品圆周面的型面的圆周面加压件所校正，同时，在模压制品被取出时，还可对位置偏置进行校正。因此，获得了一个非常简便的设备。
在本发明的上述各实施例中，在上压模和下压模的加压操作使玻璃变形完全完成或几乎完全完成时，上压模和下压模的外圆周面同时被另一个独立于上、下压模操作的另一个加压件向着压模中心加压。因而，无论压模的夹持位置的轴向精度或加压轴的精度是否很高，都可以模压出光轴精度要求很高的光学器件来。也就是说，不需要用昂贵的模压机，具有可靠光轴精度的光学器件便可制成。所以，这种设备在成本和精度两方面都是优越的。
此外，用来使上压模和下压模的外圆周面同时向这些压模中心受压的圆周面加压件也具有使上压模和下压模垂直滑动的导向件的功能。这不仅因不需要压模架而简化了设备的构造，而且也更有效地利用了压模周围的空间。于是，圆周面加压件与上压模和下压模之间的接触部分可沿压模的轴线延长。结果，就可以获得高光轴精度的光学制品。
此外，圆周面加压件还构成成型光学制品圆周面上至少一个部位型面的一部分。于是，在上压模和下压模模压的同时就可以成型出制品的圆周面。这就简化了压模的构造，也不需要在下一步再进行光学器件圆周面的成型工序。更进一步讲，就上压模和下压模的光轴精度和该光轴与圆周面的相对位置精度而言，有可能获得高精度的光学器件。这就可以在接着的下道工序中利用这个圆周面作高精度的装配。
圆周面加压件还有一个作辅助装置的功能，可以将一个模压后仍放置在偏心位置的光学器件移向压模中心。于是，可以将一个压模打开后、处在偏心状态而粘连在上压模上的模压制品推回并使该模压制品落在下压模的正常位置上，或者，在压模打开期间将一个与下压模的中心偏离的模压制品向下压模的中心推移。因此，既可以获得高精度光轴的光学器件，又可以用简便的结构避免自动机械手取出制品时的故障。这样，可使模压制品顺利地取出、提高该设备运行的效率。
更进一步说，至少三个圆周面加压件具有相对于压模中心轴相同的行程，因此，能够模压出有不同圆周面形状的光学器件。此外，由于光学器件圆周面形状精度可以提高，所以，有可能获得圆周面与光轴的相对位置精度高的光学器件。
在第三实施例中，采用了三个圆周面加压件来成型透镜的圆周部分。但是，在成型矩形透镜时，可采用四个圆周面加压件。也就是说，圆周面加压件的数量可以根据光学器件的形状而改变。
更进一步说，虽然在上述每个实施例中都采用了单腔压模，但也可以使用四个空腔的压模，也就是说，压模的空腔数可以自由地改变。
用第一实施例制造的玻璃透镜曾安装在相机和袖珍相机里，并受到过技术评估。结论是，用第一实施例方法制造的透镜，其平行偏心值和光轴倾斜度分别为2微米和10秒，因而透镜在中心和周边的透视分辨率为100条线/mm或更高。这就证明，用这个实施例的玻璃制品模压方法可以模压出出色的玻璃制品。
正如用本发明能做出许多表面上十分不同而又不背离其精髓和范围的实施例那样，可以理解，在所附权利要求限定的范围内，本发明并不局限于这些特定的实施例。
权利要求
1.一种模压有多个光学面的光学器件的设备包括一对有转换模压型面用以转换出上述光学器件光学面的压模；一个用以引导上述这对压模在一个主方向滑动的导向件；用以控制上述压模在该主方向运动的控制装置；用以在光学面被转换出来后对此光学面光轴校准的校准装置。
2.根据权利要求1的设备，其中上述校准装置是在上述的导向件里制成的空孔里、该校准装置在垂直于上述主方向上、沿上述的空孔相对于上述的一对压模的外圆周面部分的前、后运动。
3.根据权利要求1的设备，其上述校准装置通过夹持和紧贴上述一对压模的方式调整光学面光轴间的错位和光轴倾斜。
4.根据权利要求1的设备，其上述校准装置也用作上述的导向件。
5.根据权利要求4的设备，其中上述校准装置构成一个用以确定上述光学器件圆周面的压模的一部分。
6.根据权利要求5的设备，其中当上述光学器件被装配到透镜筒里去的时候，其上述光学器件的圆周面作为定位部分使用。
7.根据权利要求1的设备，其中上述光学器件是玻璃透镜，上述校准装置包括在上述玻璃透镜光轴周围提供的多重校准装置。
8.根据权利要求7的设备，上述多重校准装置均与中心轴等距。
9.根据权利要求8的设备，更进一步包括往返交替运动控制装置，用以控制所言的导向件在上述压模被滑动地导向的位置和光学面的光轴被校准的位置之间往返交替运动。
10.模压一个有多个光学面的光学器件的模压方法包括以下步骤将上述光学器件的材料插入一对压模，该压模有转换模压型面，用以把该型面转换为光学器件的光学面；在可发生压缩变形的温度下，夹持上述压模和上述光学器件的材料并用上述这对压模对上述光学器件的玻璃材料加压以把光学面转换给玻璃材料；在光学面光轴的垂直方向对上述这对压模的圆周面加压以校准光学面的光轴。
11.根据权利要求10的方法，其中当完成了上述光学器件材料的压缩变形，或当材料正被冷却时，通过一个对压模在光学面光轴方向的滑动进行导向的导向件，校准其光学面的光轴。
12.根据权利要求11的方法，其中上述导向件由多个安装在光学面光轴周围的导向部件组成，通过这些导向件对上述这对压模的夹持和加压，校准光学面的光轴。
13.根据权利要求12的方法，其中，在其光学面被转换给上述光学器件材料后，在材料冷却前和冷却中以及上述压模按材料取出而需进行的移动前和移动中，校准光学面的光轴。
14.根据权利要求13的方法，其中光学面在上述光学器件的材料在设定的第一粘度106.5至1010达因·秒/厘米2时被转换，而光学器件材料在设定的第二粘度范围108.5至1012.5达因·秒/厘米2时光学面被转换到材料上，材料被设定在第二粘度范围内进行光学面光轴的校准。
15.根据权利要求14的方法，其中光学面的光轴间的错位和光轴间的倾斜通过光学面光轴的校准得以调整。
16.一种光学器件，通过下列步骤模压而成用一对有转换模压型面以转换光学面的压模模压加热到变形温度的上述光学器件的材料转换光学面和校准光学面光轴。
17.根据权利要求16的器件，其中上述光学器件是玻璃透镜，当该玻璃透镜被装配到透镜筒内时，上述玻璃透镜的圆周面构成可用的定位部分。
18.根据权利要求17的器件，其中上述压模的转换模压型面光轴间的错位和光轴的倾角，当光学面的光轴被校准时也被调整。
全文摘要
用上压模(1)和下压模(2)对一种玻璃材料(16)进行模压;透镜面就被转换出来。在透镜面被转换出来后,上、下压模(1,2)的圆周从侧面被夹持并被加压,用以校准上、下压模(1,2)的转换模压型面光轴之间的错位和倾斜。
文档编号C03B11/08GK1188043SQ9712567
公开日1998年7月22日 申请日期1997年12月25日 优先权日1996年12月26日
发明者野村刚, 山本洁, 真重雅志 申请人:佳能株式会社