专利名称：光学元件模制方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学元件模制方法和光学元件模制设备。更具体地，本发明涉及利用模具对材料加压以便模制具有预定形状的光学元件的光学元件模制方法和光学元件模制设备。
背景技术：
传统地，已知的模制方法是在上模具和下模具之间添纳玻璃材料，然后在将玻璃材料加热到预定温度的同时通过下轴向上移动下模具以对玻璃材料加压，从而模制具有预定形状的玻璃元件。
图11展示了这种模制方法。在此方法中，下模具在模制方向上从下轴的机械原点Z0升高到预定位置Z1。然后加热模具。
在模具温度达到目标温度T1之后，下模具向上移动达到模制压力P1。当下模具到达模制端部位置Z2时完成模制。
此外，传统已知的玻璃元件模制设备通过模具对玻璃加压而模制具有预定形状的玻璃元件，例如日本待定专利申请公开JP8-208247中所公开的那样。
但在图11所示的上述模制方法中，通过把下轴的机械原点Z0认作基准来确定下模具的模制端部位置Z2。因而，如果模具轮廓的高度含有误差，则模制的光学元件的形状也将随着该误差而改变。
因此，当使用多个模具时，传统地必须以较高的精度使所有模具的高度相同或给控制装置用于吸收误差的参数。
但是，加工模具需要很多时间以便以较高的精度使所有模具的高度相同。而且当给控制装置用于吸收误差的参数时模具的管理很麻烦。
另一方面，近年来玻璃光学元件的模制精度在提高。为了实现改进，要求机器的刚度更高、改善使用环境(周围温度、模制压力和模制温度)、并减少模具中的误差。
下列公开物描述了与本发明有关的现有技术。
日本待定专利申请公开JP8-208247(专利文献1)。
发明内容
本发明的目的在于容易且确定地减少最终模制空间的形状误差。
根据本发明的光学元件模制方法的一个方面，把用于光学元件的材料添纳在第一模具和第二模具之间，并在将材料加热到预定温度的同时通过相对移动第一模具和第二模具来对材料加压，从而模制具有预定形状的光学元件。本方法包括如下步骤把第一模具和第二模具之间产生的施加给材料的模制压力达到预定压力时第一模具和第二模具之间的距离确定为模制基准距离；和将第一模具和第二模具中的任何一个模具从该模制基准距离移动预定距离，由此完成光学元件的模制。因此，可以很容易地且很确定地减少最终模制空间的形状误差。
根据本发明的光学元件模制方法的另一方面，第一模具是固定的而第二模具是可移动的，并且根据在施加给材料的模制压力达到所述预定压力时第二模具的位置确定所述模制基准距离。
根据本发明的光学元件模制方法的又一方面，第一模具和第二模具是可移动的，并且根据在施加给材料的模制压力达到所述预定压力时第一模具和第二模具之间的间隔确定所述模制基准距离。
根据本发明的光学元件模制方法的另一方面，包括如下步骤把第一模具和第二模具之间产生的施加给材料的模制压力达到预定压力时第二模具的位置确定为模制基准位置；和将第二模具从该模制基准位置移动预定距离，由此完成光学元件的模制。因此，可以很容易地且很确定地减少最终模制空间的形状误差。
根据本发明的光学元件模制设备的一个方面，控制单元把由压力探测单元探测到的压力达到预定压力时第一模具和第二模具之间的距离确定为模制基准距离，并控制模具移动单元，以将第一模具和第二模具中的任何一个模具从该模制基准距离移动预定距离。因此可以很容易地且很确定地减小由第一模具和第二模具形成的最终模制空间的形状误差。
根据本发明的光学元件模制设备的另一方面，模具移动单元移动第二模具，并且控制单元根据在施加给材料的模制压力达到所述预定压力时第二模具的间隔确定所述模制基准距离。
根据本发明的光学元件模制设备的又一方面，模具移动单元移动第一模具和第二模具，并且控制单元根据在施加给材料的模制压力达到所述预定压力时第一模具和第二模具的位置确定用于第一模具和第二模具中的每个模具的所述模制基准距离。
根据本发明的光学元件模制设备的又一方面，控制单元把由压力探测单元探测到的压力达到预定压力时第二模具的位置确定为模制基准位置，并控制模具移动单元，以将第二模具从该模制基准位置移动预定距离。因此可以很容易地且很确定地减小由第一模具和第二模具形成的最终模制空间的形状误差。
根据本发明的光学元件模制设备的又一方面，控制单元包括设置所述预定压力的压力设置单元。因此，通过根据要模制的光学元件的形状调节模制基准压力值，能够很容易地且很确定地以较高精度模制光学元件。
图1是表示根据本发明的光学元件模制设备的第一实施例的说明图；图2是表示图1所示光学元件模制设备中使用的模具组件的说明图；图3是表示通过图1所示光学元件模制设备的模制方法的说明图；图4是表示图2所示模具组件中如何添纳材料的说明图；图5是表示图3所示模制方法中上模具和下模具的移动的说明图；图6是表示根据本发明的另一个示例性光学元件模制设备的说明图；图7是表示根据本发明的光学元件模制设备的第二实施例的主要部分的说明图；图8是表示图7中传输机构的说明图；图9是表示图7所示光学元件模制设备中使用的模具组件的说明图；图10是表示图7中加热器及其周围的部分的说明图；和图11是表示传统光学元件模制方法的说明图。
实施本发明的最佳模式下面参考附图详细描述本发明的实施例。
(第一实施例)图1表示根据本发明的光学元件模制设备的第一实施例。
在本实施例中，模制腔15设置在设备主体11的上部。在模具组件17布置于模制腔15中的同时进行模制。
图2表示模具组件17的细节。模具组件17包括上模具19和下模具21。上模具19和下模具21配合在圆柱形套筒23中，从而可自由地上下滑动。在上模具19的下端面及下模具21的上端面中分别形成凹部19a和21a，每个凹部都具有对应于待模制的透镜的形状。由玻璃基材形成的材料25添纳在上模具19和下模具21之间。上模具19中形成热电耦插孔19b。热电耦插孔可以形成在下模具21中。
在此实施例中，上轴27布置在模制腔15之上。上轴27固定到设备主体11的上壁29的下表面。模具组件17的上模具19的上表面可以与上轴27的下表面接触。热电耦31布置成贯穿上壁29和上轴27。热电耦31的下部可以插入到形成于模具组件17的上模具19中的热电耦插孔19b(如图2所示)中。
在模制腔15外侧布置对模具组件17加热的加热单元33。加热单元33的下端设有用于在模制期间密封模制腔15的分划板35。在模制腔15中形成由氮形成的惰性气体气氛。当在模制腔15中形成惰性气体气氛时，能够防止模具组件17的氧化。或者，可以通过利用后面将描述的第二实施例的光学元件模制设备在模制腔15中确定地形成惰性气体气氛。
在本实施例中，下轴37布置在模制腔15之下。模具组件17的下模具21的下表面可以与下轴37的上表面接触。下轴37贯穿分划板35和支撑板39并下垂。在分划板35的下表面上布置冷却下轴37的冷却单元41。在支撑板39上布置引导下轴37的下轴导向器43。该下轴导向器43例如由线性轴承形成。
在下轴导向器43之下为下轴37设置加压探测器45。加压探测器45例如由测压元件形成。在下轴37的下端处布置下轴加压单元47。下轴加压单元47包括电机和驱动机构，虽然图中未示出。该电机操纵驱动机构，由此上下移动下轴37。可以采用例如伺服电机等电机作为该电机。
在下轴加压单元47之下布置探测下轴37位置的下轴位置探测单元49。下轴位置探测单元49探测来自布置于电机轴上的编码器(未示出)的脉冲，从而根据该电机轴的旋转数和旋转位置探测下轴37的位置。在本实施例中，通过监视下轴37的位置获得下模具21的位置。
在图1中，51表示控制前述光学元件模制设备的控制装置。
来自热电耦31的温度信号、来自加压探测器45的压力信号和来自下轴位置探测单元49的下轴位置信号被输入到控制装置51。
控制装置51控制下轴加压单元47，从而将下模具21从模制基准位置Zs移动预定距离。模制基准位置Zs是在加压探测器45探测到的压力达到预定压力(以下称作模制基准压力值Ps)时下模具21的位置。
在本实施例中，控制装置51设有拨号盘53，该拨号盘53用作设置上述模制基准压力值Ps的压力设置单元。可以通过操纵拨号盘53而改变模制基准压力值Ps。
图3表示本实施例的光学元件模制设备执行的模制方法。
首先，在本实施例中，由玻璃基材形成的材料25添纳在模具组件17的上模具19和下模具21之间。更具体地说，例如，通过从套筒23移去上模具19并把材料25放入套筒23中来添纳材料25，如图4(a)所示，再把上模具19插入到套筒23中，从而使上模具19与套筒23配合，如图4(b)所示。
然后，通过形成在加热单元33和模制腔15中的用于模具组件17的运入口(未示出)将其中添纳有材料25的模具组件17添纳到模制腔15中。通过利用后面将描述的第二实施例的光学元件模制设备，其中添纳有材料25的模具组件17可以很容易地且确定地运入/运出模制腔15。
在此状态下，下模具21的下端与下轴37的上端接触，并且在上轴27和模具组件17之间形成宽度足以允许容易的操作的间隙L，如图5(a)所示。在此状态下模具组件17的温度是正常温度T0，如图3所示。假设在此状态下下轴37的上端位置为Z0。而且，没有模制压力作用到下轴37上，假设加压探测器45探测到的压力为P0。
然后，将下轴37的上端升高到模制加热位置Z1，如图3所示。在此状态下，下模具21的下端与下轴37的上端接触，并且在上模具19的上端和上轴27之间形成小的间隙L1，如图5(b)所示。
经过预定时间之后，加热单元33开始加热模具组件17。模具组件17的温度经热电耦31输入到控制装置51。控制装置51控制加热单元33以加热模具组件17，直到来自热电耦31的温度达到模制温度T1并接着保持模制温度T1。
模具组件17保持在模制温度预定时间之后，下轴加压单元47以预定速率向上移动下轴37。下轴37的该移动向上移动了下模具21。因此，上模具19和下模具21之间的间隔变小，因而增大了从加压探测器45输入到控制装置51的压力值。
控制装置51把在这样输入的压力值达到预定模制基准压力值Ps时下模具21的位置确定为模制基准位置Zs。在此状态下，下模具21的下端与下轴37的上端接触，上模具19的上端与上轴27接触，如图5(c)所示。
然后，控制装置51控制下轴加压单元47，以将下模具21从模制基准位置Zs移动预定距离。
更具体地说，当下轴37的上端的模制端部位置假设为Z2时，该预定距离为Z2-Zs。控制装置51将下轴37移动该距离。请注意，可以把从模制基准位置Zs到模制端部位置Z2的距离提前设置在控制装置51中。
在本实施例中，对下轴加压单元47进行扭矩控制，并以预定速率向上移动下轴37，直到压力值达到预定模制压力值P1，如图3所示。压力值达到预定模制压力值P1之后，在维持模制压力值P1的同时将下轴37移动到模制端部位置Z2。
图5(d)表示下轴37的上端移动到模制端部位置Z2之后上下模具19和21的状态。在此状态下，由上下模具19和21的凹部19a和21a形成的最终模制空间的形状几乎不包含误差，从而以高精度模制由玻璃透镜形成的光学元件。
然后，下轴加压单元47将下轴37的上端的位置向下移动到位置Z0，如图3所示。同时，停止加热单元33的加热，并且通过供给到模制腔15的氮形成的惰性气体冷却模具组件17。模具组件17在冷却后被从模制腔15带出。
在上述实施例中，将在加压探测器45探测到的压力达到模制基准压力值Ps时下模具21的位置确定为模制基准位置Zs。控制下轴加压单元47以将下模具21从这样确定的模制基准位置Zs移动预定距离。因而可以很容易地且确定地减少由上下模具19和21的凹部19a和21a形成的最终模制空间的形状误差的产生。因此，可以很容易地且确定地以高精度模制由玻璃透镜形成的光学元件。
换言之，在上述实施例中，可以通过确定在加热和加压之后的模制基准位置Zs来吸收由加热导致的设备本身的热膨胀、由加压导致的设备本身的畸变、以及模具组件17在加压方向上的长度误差。而且，就使用环境中的周围温度和湿度以及冷却水的温度和流量而言，也可以放宽使用条件。此外，如果光学元件模制设备的重复精度很好，即使在装置的强度降低时也能够以高精度模制透镜。
在使用多个模具组件17时，不必以较高的精度使所有模具组件17的高度相同或给控制装置51用于吸收误差的参数。
在上述实施例中，控制装置51设有用作设置模制基准压力值Ps的压力设置单元的拨号盘53。因此，可以通过根据要模制的光学元件的形状在P0＜Ps＜P1的范围内调节模制基准压力值Ps而很容易地且确定地以较高精度模制该光学元件。
在上述实施例中，描述了这样的例子，在该例子中，上模具19被固定，把在加压探测器45探测到的压力达到模制基准压力值Ps时下模具21的位置确定为模制基准位置Zs，并且控制下轴加压单元47以将下模具21从模制基准位置Zs移动预定距离。但本发明不限于此。例如，如图6(a)所示，上模具19可以布置成能够确信地通过上轴加压单元55而向下移动，使得通过移动上下模具19和21进行模制。
在此情况下，如图6(b)所示，将在加压探测器45探测到的压力达到模制基准压力值Ps时上模具19和下模具21之间的距离L2确定为模制基准距离。通过将上模具19和下模具21从由此确定的模制基准距离L2移动预定距离来进行模制。获得的模制基准距离L2作为上模具19的上端面位置与下模具21的下端面位置之差，其中上端面位置和下端面位置分别从上轴位置探测单元和下轴位置探测单元(未示出)获得。
在上述实施例中，描述了本发明应用到模制玻璃透镜的实例。但本发明不限于此。本发明可以广泛地应用到例如模制由树脂等制成的透镜或模制各种光学元件的情形中。
(第二实施例)下面参考附图详细描述本发明的第二实施例。
图7表示本实施例的光学元件模制设备的主要部分的内部剖面图。图8表示传输机构108。图9表示模具组件123。图10表示加热机构。参考图7、8、9和10描述本发明第二实施例的光学元件模制设备。
在第二实施例中，主要描述用于将其中添纳有材料的模具组件123运入和运出模制腔的布置；以及用于在模制部分中形成惰性气体气氛的布置。用于移动下轴139的布置和控制方法等与第一实施例中相同，因此省去其详细描述。
在图7中，本实施例的光学元件模制设备包括供给腔101；中间腔102；模制腔103；带出腔104；传输机构105、107和108；和模制及传输机构106。附图标记I、II、III、IV、V、V′和VI表示模具组件123的位置。
本实施例的光学元件模制设备的供给腔101包括真空泵109如旋转泵、惰性气体引入单元110、压力计119、分流阀147、和用于从外侧在供给腔101中设置模具组件123的前门(未示出)。
图7中的位置I是从外侧放置模具组件123的位置。分流阀147通过绕开闭轴153逆时针转动其阀体而关闭。然后，将模具组件123放置在位置I，并关闭前门以密封供给腔101。当在此状态下操纵真空泵109时，可以在供给腔101中建立真空气氛。
当供给腔101的内侧变成真空时，停止抽气并通过气体引入单元110引入惰性气体。通过此方式可以在供给腔101中形成惰性气体气氛，并且可以从模具组件123中除去氧气。因为供给腔101中惰性气体的压力可以通过压力计119测量，所以可以通过调节惰性气体引入单元110的气体流量而将供给腔101中的惰性气体气氛调节到具有理想的压力。
当前门打开时，用空气代替供给腔101中的气氛。但是，供给腔101的体积相对于模制设备的总体积较小。因此，可以减少惰性气体的消耗量。当升高传输轴138以便将模具组件123从位置I移动到位置II时，通过绕开闭轴153顺时针转动阀体打开分流阀147。
本实施例的光学元件模制设备的中间腔102包括位置III、V′和V；冷却机构117和118；惰性气体引入单元111；惰性气体排放单元115；和用于测量在中间腔102内部的压力的压力计120。
图7中的位置II是传输机构108接收通过升高传输轴138从供给腔101中的位置I传输而来的模具组件123的位置。位置III是由传输机构108传输来的模具组件123传递给模制及传输机构106的位置。位置V′是模制后的模具组件123被冷却的位置。位置V是由传输机构108传输的模具组件123在冷却后传递给传输机构107的位置。
在压力计120测量中间腔102内部的压力的同时，可以通过调节经惰性气体引入单元111引入的气体量以及经惰性气体排放单元115排放的气体量来将该压力调节到理想的压力。
冷却机构117和118由水冷却的金属块形成。传输机构108将模具组件123放置在冷却机构117中。然后升高冷却机构117，如箭头157所示。在冷却机构117和118分别与模具组件123的上表面和下表面接触的同时进行由热传导带来的冷却。
本实施例的光学元件模制设备的模制腔103包括惰性气体引入单元112、轴封116、气流通道150、压力计121、加热器124、和热电耦125。
图7中的位置IV是用于执行惰性气体的更换、模具组件123的加热和模制的位置。在压力计121测量惰性气体的压力的同时，可以通过调节惰性气体引入单元112而将模制腔103内部的惰性气体调节到具有理想的压力。
气流通道150由多个围绕轴封116设置的小孔形成，从而使得模制腔103和中间腔102彼此连通。这些孔的数量和大小确定成防止模制腔103内部的压力变得过大，并且实现维持模制腔103和中间腔102之间适当压差的导通。
加热器124对放置在用于加热和模制的位置IV处的模具组件123加热，同时热电耦125测量模具组件123的温度。通过这种方式，玻璃材料被加热到具有适于模制的粘度。
本实施例的光学元件模制设备的带出腔104包括惰性气体引入单元113、惰性气体排放单元114、压力计122、分流阀148、和用于把模具组件123带出到光学元件模制设备的外部的前门(未示出)。
通过传输轴140的向下运动将从中间腔102传输而来的模具组件123保持在图7中的位置VI，以便将模具组件123带出到外部。
在带出腔104中，分流阀148通过绕开闭轴154顺时针转动其阀体而关闭，并且关闭前门。在此状态下，在压力计122测量带出腔104中的压力的同时调节连接到惰性气体引入单元113和惰性气体排放单元114的抽吸泵。通过这种方式，可以在带出腔104中形成具有理想压力的惰性气体气氛。
而且，可以通过控制连接到惰性气体排放单元114的抽吸泵一直产生经惰性气体引入单元113引入到带出腔104的惰性气体流。因而，即使带出腔104对空气敞开，氧气也很难到达模制腔103。
优选带出腔104的体积尽可能地小，以便减少惰性气体的消耗量。当通过向下移动传输轴140而将模具组件123从位置V向下移动到位置VI时，通过绕开闭轴154逆时针转动阀体而打开分流阀148。
在本实施例中，模具组件123如图9所示地布置。下面参考图9描述模具组件123。
模具组件123包括上模具126、下模具127、套筒128、玻璃基材129、和传输台130。
下模具127、玻璃基材129和上模具126依次配合到套筒128中，从而可沿套筒128的内壁上下移动。
套筒128、上模具126、玻璃基材129和下模具127放置在传输台130上。传输台130在其侧面中设有用于传输的凹部131。当传输机构108在中间腔102中传输模具组件123时使用这些用于传输的凹部131。
上模具126具有用于热电耦125的插孔132。可以通过在插孔132中插入热电耦125测量上模具126的温度。下模具127可以具有与在上模具126中形成的插孔类似的插孔，而传输台130可以具有能够与下模具127的插孔连接的孔，使得热电耦能够插入到这些孔中并且能够测量下模具127的温度。
接下来，描述本实施例的光学元件模制设备的传输机构105、106、107和108。
图8是传输机构108的顶视图。参考图8和7描述传输机构108。
传输机构108布置成从位置II向位置III、从位置III向位置V′、和从位置V′向位置V移动模具组件123。
传输机构108也布置成在位置II处接收由传输机构105从位置I传输而来的模具组件123。传输机构108布置成在位置III处将模具组件123传递给模制及传输机构106并从模制及传输机构106接收模制后的模具组件123。传输机构108布置成在位置V′处将模制后的模具组件123传递给冷却机构117，并从冷却机构117接收冷却后的模具组件123。传输机构108布置成在位置V处将模具组件123传递给传输机构107。
传输机构108的主体的主要部分设置在本实施例的光学元件模制设备中的中间腔102中。传输机构108包括滚珠丝杠141、与滚珠丝杠141拧在一起的移动机构143、和用于转动滚珠丝杠141的电机142。
移动机构143在其顶端处具有抓握单元144，并且可以通过开闭机构(未示出)在145所示的方向上开关抓握单元144。抓握单元144具有允许抓握单元144通过自身在箭头146所示的方向上移动的结构。
图8表示抓握单元144向A方向移动时的抓握位置。抓握单元144向A方向移动，然后抓握模具组件123。然后，进行模具组件123在位置II和V之间的传输。在该传输之后，抓握单元144向B方向移动离开。因而，移动机构143能够在位置II和V之间无干扰地移动。
现根据下面的具体例子描述由传输机构108接收模具组件123的方法。
传输机构108在位置II以下列方式工作，由此接收从供给腔101传输来的模具组件123。
在抓握单元144打开并向B方向移回的同时，移动机构143移动到位置II。作为传输轴138升高的结果，模具组件123在位置II等待。在此状态下，抓握单元144向A方向移动，然后闭合，从而在传输凹部131处夹住模具组件123。通过这种方式，抓握单元144抓握模具组件123。然后，传输轴138可以向下移动。此抓握状态如图9所示。在抓握模具组件123的同时通过转动电机142向左移动模具组件123而传输模具组件123。
现根据下面的具体例子描述由传输机构108传递模具组件123的方法。
传输机构108在位置III以下列方式工作，由此传递从供给腔101传输而来的模具组件123。
在抓握单元144闭合并抓握模具组件123的同时，移动机构143移动到位置III。在位置III，传输的模具组件123位于模制及传输机构106的顶部149之上。在此状态下，移动机构143的抓握单元144打开以释放对模具组件123的抓握，由此将模具组件123放置在顶部149上。
在以上述方式传递模具组件123之后，移动机构143向离开方向B移动抓握单元144。然后，移动机构143移动到下一个传输位置。可以通过在正方向转动电机142而向左移动移动机构143，或通过在反方向转动电机142而向右移动移动机构143。
在位置V和V′处传递和接收模具组件123的方法与上述方法大体相同，因此省去其描述。
本实施例的传输机构105包括传输轴138、导向及密封机构133、和未示出的气压缸机构。
将模具组件123放置在传输轴138的顶部137上，并通过绕开闭轴153顺时针转动阀体打开分流阀147。在该状态下，沿导向及密封机构133升高传输轴138，以便将模具组件123从供给腔101内的位置I传输到中间腔102内的位置II。在该传输之后，传输轴138的顶部137移动回到位置I。
本实施例的光学元件模制设备的模制及传输机构106包括下轴139；导向机构134；气压缸机构(未示出)；和轴封135和116。
为了使模制及传输机构106执行传输，下轴139沿导向机构134在模制腔103中从位置III升高到位置IV，在下轴139上，将中间腔102中的位置III处的由传输机构108传递来的模具组件123放置在顶部149处。作为该升高的结果，热电耦125插入到模具组件123的热电耦插孔132中，并且可以在模制期间测量模具组件123的温度。在此状态下，上模具126的上表面还不与接触面151接触。在此状态下进行模具组件123的惰性气体供给以及模具组件123的加热。在惰性气体的供给以及加热完成后进行模制。
为了进行模制，将下轴139从完成传输时的位置进一步向上移动，以便使上模具126与接触面151接触。而且进一步施加提升下轴139的驱动力，由此相对于玻璃基材129移动上模具126和下模具127。结果，上模具126和下模具127与玻璃基材129紧密接触，并因此模制玻璃基材129。模制之后，下轴139的顶部149向下移动，以便将模具组件123带回到位置III。
如上所述，模制腔103设置在中间腔102之上，并且模制及传输机构106能够执行模具组件123在中间腔102和模制腔103之间的传输，并能够通过同一个构件执行对模具组件123的上模具126和下模具127的加压。因此，可以获得不昂贵的占据空间尽可能少的光学元件模制设备。另外，在模制期间把惰性气体引入模制腔103中。当根据传统技术只进行惰性气体向模制腔103的引入时，因为氧气残存在模制腔内部，所以在模制期间模制腔103内部的部件被氧化。另一方面，在本发明的光学元件模制设备中，通过一次抽吸供给腔101来尽可能多地除去氧气。因此可以尽可能地防止模制期间氧化的发生。
本实施例的光学元件模制设备的传输机构107包括传输轴140、导向机构136、和气压缸机构(未示出)。
为了进行传输，通过绕开闭轴154逆时针转动阀体打开分流阀148。在此状态下，传输轴140在带出腔104中从位置V向下移动到位置VI，在传输轴140上，将中间腔102中的位置V处的由传输机构108传递来的模具组件123放置在顶部152处。当带出腔104的前门打开时可以从顶部152卸下模具组件123。
在本实施例的光学元件模制设备中，在中间腔102和供给腔101之间、模制腔103和中间腔102之间、以及中间腔和带出腔104之间设置压差，以便在尽可能减少活性气体如氧气的条件下进行模具组件123的加热和模制。
更具体地说，例如使得中间腔102内部的压力比供给腔101内部的压力高，以便在模具组件123从本实施例的光学元件模制设备中的供给腔101传输到中间腔102时减少从供给腔101流到中间腔102的活性气体如氧气的量。当中间腔102和供给腔101之间的压差变大时，防止活性气体流入的效果增强。但是，不优选过大的压差，因为当分流阀147打开时惰性气体开始吹动。而且，在压差太大的情况下，当供给腔101的前门打开并设置模具组件123时，逃逸的惰性气体量增加。就这一点而言，不优选过大的压差。
以上所述也可以应用到从带出腔104向外部带出模具组件123的情形。另一方面，过小的压差降低防止活性气体流入的效果。优选的压差是1hPa至10hPa。出于同样的原因，优选模制腔103内部的压力比中间腔102内部的压力高1hPa至10hPa的压差。类似地，优选中间腔102内部的压力比带出腔104内部的压力高1hPa至10hPa的压差。
在中间腔102和供给腔101之间以及中间腔102和带出腔104之间分别设置分流阀147和148，由此抑制中间腔102中惰性气体的无用消耗。尤其是对供给腔101抽气，以便从模具组件123中除去氧气。在抽气期间可以抑制惰性气体的无用排放。
在上述布置中，可以使中间腔102中的惰性气体的纯度高于供给腔101和带出腔104中的惰性气体的纯度。也可以使模制腔103中的惰性气体的纯度高于中间腔102中的惰性气体的纯度。
请注意，在设置和带出模具组件123时供给腔101和带出腔104中的每一个中的压力应该为大气压。为了实现以上目的，优选将供给腔101和带出腔104中的每一个中的惰性气体的压力设置为近似与大气压相同。
为了进行上述压力调节，为惰性气体引入单元110、111、112和113中的每个惰性气体引入单元设置压力控制器或气流控制器，并为本实施例的光学元件模制设备中的惰性气体排放单元114和115设置气流控制器。
从花费金额的角度说，优选本实施例的光学元件模制设备中使用的惰性气体为高纯度氮气。或者，如果需要，也可以使用高纯度稀有气体，如氩气或氖气。
本实施例的光学元件模制设备以下列程序进行模制。根据图7、8、9和10描述该模制程序。
(1)首先，用手工或自动供给机将模具组件123设置在供给腔101中的位置I。
(2)用真空泵109对供给腔101抽气。当供给腔101的内部变为真空时停止抽气。
(3)经惰性气体引入单元110引入惰性气体，并将供给腔101和中间腔102之间的压差设置为预定压力值。在此状态下，打开分流阀147，传输机构105将模具组件123从位置I传输到位置II，然后在位置II处将其传递给传输机构108。在传递模具组件123之后，将传输机构105的顶部137带回到供给腔101并关闭分流阀147。
(4)传输机构108将模具组件123传输到位置III，并在位置III处将其传递给模制及传输机构106。
(5)模制及传输机构106将模具组件123从位置III移动到位置IV。在位置IV处进行惰性气体的更换和模具组件123的加热。在惰性气体的更换和加热完成后进行模制。
(6)模制完成后，向下移动下轴139，以将模具组件123从位置IV移动到位置III。
(7)模制及传输机构106在位置III处将模具组件123传递给传输机构108。
(8)传输机构108将模制后的模具组件123从位置III传输到位置V′。
(9)传输机构108将模具组件123传递给位置V′处的冷却机构117。然后，冷却机构117和118冷却模具组件123。
(10)传输机构108从冷却机构117接收冷却后的模具组件123，并再将其从位置V′传输到位置V。
(11)传输机构108在位置V处将模具组件123传递给传输机构107。
(12)在分流阀148打开的同时，传输机构107从位置V向位置VI传输模具组件123。模具组件123的传输完成之后，关闭分流阀148。
(13)在模具组件123位于位置VI的同时，打开前门。然后，将已完成模制过程的模具组件123带出到外部。
以上四个过程，即(i)在位置I和II处的过程、(ii)在位置III和IV处的过程、(iii)在位置V′处的过程和(iV)在位置V和VI处的过程可以互不干扰地进行。换言之，这四个过程可以并行进行。因而，本实施例的光学元件模制设备可以同时并行处理四个模具组件。因此，本实施例的光学元件模制设备制造的产品数量很大(即产量很高)。
而且，将模制腔103和外部之间的压差设置为两级，以便防止模制腔103暴露于本实施例的光学元件模制设备中的空气。更具体地说，以如下方式设置压差，该方式使得模制腔103中的压力高于中间腔102中的压力，并且中间腔102中的压力高于供给腔101和带出腔104中的每一个中的压力。此外，在模具组件设置于供给腔101中之后，对供给腔101抽气一次，从而除去活性气体如氧气，之后形成惰性气体气氛。因而，在设置和带出模具组件时流入到模制腔103内的惰性气体气氛中的活性气体如氧气的量非常小。因此几乎不发生上下模具126和127的氧化。因此，在前述过程中通过利用本实施例的光学元件模制设备模制的光学元件的作为模制表面的光学表面的透明度没有损失。
本实施例的光学元件模制设备利用模具组件123进行模制。在模具组件123中，套筒128充当上下模具126和127的导向器，从图9中可显见。因此，上下模具126和127中的每个模具的倾斜很小，模制的光学元件与传统光学元件模制设备模制的光学元件相比偏心率较小。
本实施例的光学元件模制设备可以获得与第一实施例中所得到的效果相同的效果。而且，在本实施例中可以模制没有透明度损失且偏心率较小的高质量光学元件。
以上详细描述了本发明。但是，本发明不限于上述的实施例，在不偏离本发明的精神和范围的前提下可以进行各种改型。可以对部分的或所有的部件进行任何改进。
工业实用性根据本发明的光学元件模制方法把在第一模具和第二模具之间产生的施加给材料的模制压力达到预定压力时第一模具和第二模具之间的距离确定为模制基准距离，并将第一模具或第二模具从该模制基准距离移动预定距离，由此完成光学元件的模制。因此可以很容易地且确定地减少最终模制空间的形状误差。
根据本发明的光学元件模制方法把在第一模具和第二模具之间产生的施加给材料的模制压力达到预定压力时第二模具的位置确定为模制基准位置，并将第二模具从该模制基准位置移动预定距离，由此完成光学元件的模制。因此可以很容易地且确定地减少最终模制空间的形状误差。
根据本发明的光学元件模制设备包括控制单元，该控制单元把由压力探测单元探测到的压力达到预定压力时第一模具和第二模具之间的距离确定为模制基准距离，并控制模具移动单元，以将第一模具或第二模具从该模制基准距离移动预定距离。因此可以很容易地且确定地减少由第一模具和第二模具形成的最终模制空间的形状误差。
根据本发明的光学元件模制设备包括控制单元，该控制单元把由压力探测单元探测到的压力达到预定压力时第二模具的位置确定为模制基准位置，并控制模具移动单元，以将第二模具从该模制基准位置移动预定距离。因此可以很容易地且确定地减少由第一模具和第二模具形成的最终模制空间的形状误差。
权利要求
1.一种光学元件模制方法，该方法把用于光学元件的材料添纳在第一模具和第二模具之间，并在将所述材料加热到预定温度的同时通过相对移动所述第一模具和所述第二模具来对所述材料加压，从而模制具有预定形状的光学元件，该方法包括如下步骤把所述第一模具和所述第二模具之间产生的施加给所述材料的模制压力达到预定压力时所述第一模具和所述第二模具之间的距离确定为模制基准距离；和将所述第一模具和所述第二模具中的任何一个模具从该模制基准距离移动预定距离，由此完成所述光学元件的模制。
2.如权利要求1所述的光学元件模制方法，其中所述第一模具是固定的而所述第二模具是可移动的；并且根据在施加给所述材料的模制压力达到所述预定压力时所述第二模具的位置确定所述模制基准距离。
3.如权利要求1所述的光学元件模制方法，其中所述第一模具和所述第二模具是可移动的；并且根据在施加给所述材料的模制压力达到所述预定压力时所述第一模具和所述第二模具之间的间隔确定所述模制基准距离。
4.一种光学元件模制方法，该方法把用于光学元件的材料添纳在第一模具和第二模具之间，并在将所述材料加热到预定温度的同时通过移动所述第二模具来对所述材料加压，从而模制具有预定形状的光学元件，该方法包括如下步骤把所述第一模具和所述第二模具之间产生的施加给所述材料的模制压力达到预定压力时所述第二模具的位置确定为模制基准位置；和将所述第二模具从该模制基准位置移动预定距离，由此完成所述光学元件的模制。
5.一种光学元件模制设备，包括加热单元，该加热单元对添纳在第一模具和第二模具之间的用于光学元件的材料加热；模具移动单元，该模具移动单元通过相对移动所述第一模具和所述第二模具来对所述材料加压，所述加热单元将所述材料加热到预定温度；压力探测单元，该压力探测单元对所述第一模具和所述第二模具之间产生的施加给所述材料的模制压力进行探测；控制单元，该控制单元把由所述压力探测单元探测到的压力达到预定压力时所述第一模具和所述第二模具之间的距离确定为模制基准距离，并控制所述模具移动单元，以将所述第一模具和所述第二模具中的任何一个模具从该模制基准距离移动预定距离。
6.如权利要求5所述的光学元件模制设备，其中所述模具移动单元移动所述第二模具；并且所述控制单元根据在施加给所述材料的模制压力达到所述预定压力时所述第二模具的间隔确定所述模制基准距离。
7.如权利要求5所述的光学元件模制设备，其中所述模具移动单元移动所述第一模具和所述第二模具；并且所述控制单元根据在施加给所述材料的模制压力达到所述预定压力时所述第一模具和所述第二模具的位置确定用于所述第一模具和所述第二模具中的每个模具的所述模制基准距离。
8.一种光学元件模制设备，包括加热单元，该加热单元对添纳在第一模具和第二模具之间的用于光学元件的材料加热；模具移动单元，该模具移动单元通过移动所述第二模具来对所述材料加压，所述加热单元将所述材料加热到预定温度；压力探测单元，该压力探测单元对所述第一模具和所述第二模具之间产生的施加给所述材料的模制压力进行探测；和控制单元，该控制单元把由所述压力探测单元探测到的压力达到预定压力时所述第二模具的位置确定为模制基准位置，并控制所述模具移动单元，以将所述第二模具从该模制基准位置移动预定距离。
9.如权利要求5到8中任一权利要求所述的光学元件模制设备，其中所述控制单元包括设置所述预定压力的压力设置单元。
全文摘要
根据本发明，将用于光学元件的材料添纳在第一模具和第二模具之间，并在将材料加热到预定温度的同时通过相对移动第一模具和第二模具来对材料加压，由此模制具有预定形状的光学元件。本方法把第一模具和第二模具之间产生的施加给材料的模制压力达到预定压力时第一模具和第二模具之间的距离确定为模制基准距离，并将第一模具和第二模具中的任何一个模具从该模制基准距离移动预定距离，由此完成光学元件的模制。因此，可以容易地且确定地减少最终模制空间的形状误差。
文档编号G02B3/00GK1816499SQ200480018800
公开日2006年8月9日 申请日期2004年6月18日 优先权日2003年6月30日
发明者柴崎成良, 栗原聪, 堀川正 申请人:株式会社尼康