专利名称：自由曲面光学元件成形用金属模、用该模成形的自由曲面光学元件及自由曲面反射镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及自由曲面光学元件成形用金属模、使用该模成形的自由曲面光学元件及自由曲面反射镜，用于具有DMD(数字微反射镜装置)等反射型成像元件或透过型液晶元件等透过型成像元件的背面投映方式或正面投映方式的电视视频投映设备等的投射式图像显示装置等的光学系统上。
背景技术：
近年来，对画面大、厚度薄的投射型图像显示装置的需求日趋增多。在同时实现画面大、厚度薄上，自由曲面反射镜是必不可少的部件。由于自由曲面反射镜不具有光学上的轴，所以安装时的调整非常困难。因此稳定地保持自由曲面反射镜的镜面和安装基准面间的关系相当重要。
作为一种保持这样的自由曲面反射镜的结构，如专利文献1～5所示，以往曾采用过各种各样的方案。但都是与镜面成直角的安装方向上的基准面设置在与镜面相反一侧的面(背面)。由于用镜面和安装基准面不同的金属模形成，因此因金属模的偏移、倾斜等原因镜面和安装基准面间的相对关系就变得不稳定，安装时的调整极其困难，所以生产成本增加，对投映图像的质量也带来很大的影响。
又，为了高精度地形成自由曲面反射镜，在专利文献6中记载一种成形后成品的厚度差减小的反射镜。又如同一文献6的图8中所记载的，该反射镜相对实质上梯形的有效区域，有四边形的外形，反射面的中央上部及左右下部附近的外形形状相对有效区域有多余。另外有多余的上部中央附近有浇口。
但是，因为这种曲面反射镜其反射镜体积过大而超出需要，所以成形花费时间，成本高。另外，反射镜外形变大的同时，还容易妨碍其它零件，投射单元难以做小。特别是在用于超薄型(例如60时画面、厚度小于等于30cm)的背投电视机的情况下，投射单元的大小对厚度有相当大的影响。
专利文献1特開平5-183847号公报专利文献2特開2003-215713号公报专利文献3特開2004-309529号公报专利文献4特開2005-10568号公报专利文献5特開2005-99744号公报专利文献6特開平11-125864号公报本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种自由曲面和安装基准面间的关系稳定，安装时调整容易，并能以高精度、低成本制造的自由曲面光学元件成形用金属模及用该模成形的自由曲面光学元件。
另外，本发明的目的为提供一种成形性好、重量轻、结构紧凑的自由曲面反射镜。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的第1方面的自由曲面光学元件成形用金属模，是在自由曲面光学元件的成形用金属模中，由利用沿自由曲面光学元件端面的分型线形成自由曲面及其相反一侧的背面的固定模和活动模构成，将形成自由曲面的模具工作面和形成使自由曲面光学元件沿与自由曲面成直角的方向安装的轴向安装基准面的模具工作面，相对所述分型线配置在同一侧的模具中。
利用所述金属模能在同一模具内设定自由曲面和安装基准面的位置精度，并能使自由曲面和安装基准面间的位置关系稳定。
最好在形成所述自由曲面光学元件端面的面上，设置成形树脂的浇口，通过这样，能抑制成形树脂在自由曲面上发生微小的弯曲起伏，并能高精度地使自由曲面成形。
最好所述自由曲面光学元件是反射镜。
另外，本发明的第2方面的自由曲面光学元件，具有沿自由曲面光学元件端面的分型线，将自由曲面光学元件的自由曲面、和使自由曲面光学元件安装在与自由曲面成直角的方向的轴向安装基准面，相对所述分型线配置在同一侧。
所述构成的自由曲面光学元件由于能用同一模具形成自由曲面和安装基准面，所以能使自由曲面和安装基准面间的位置关系稳定。
最好所述轴向安装基准面形成于从所述自由曲面光学元件端面凸出的第1、第2、以及及第3耳部。
最好在所述第1、第2耳部端面上，设置沿所述自由曲面的第1方向的第1、第2安装基准面，在所述笫3耳部端面上，设置沿所述自由曲面而且在与所述第1方向成直角的第2方向的第3安装基准面。
在这种情况下，最好连接所述第1、第2安装基准面的连线与从所述第3安装基准面开始延长的延长线之交点，位于所述自由曲面光学元件的自由曲面的实质上中心处。通过这样，在成形时能好好的收缩，分模时不会挂住第1～第3安装基准面，不会损伤安装基准面的精度。
本发明的第3方面的自由曲面反射镜，具有沿自由曲面反射镜端面的分型线，将自由曲面反射镜的自由曲面反射镜面、和使自由曲面反射镜沿与自由曲面反射镜面成直角的方向安装的轴向安装基准面，相对所述分型线配置在同一侧。
最好所述自由曲面反射镜面的有效区域面积大于等于1800mm2，沿所述有效区域的外周形成外形。另外，最好所述外形的角部的曲率半径比所述角部厚度厚。
根据这一构成，因沿有效区域的外周，形成外形，所以外形不会大于所需要的外形，没有浪费。由于用比厚度大的曲率半径，形成外形的角部，所以成形树脂的流动性好、成形性亦好。
设所述角部厚度为t、所述角部的曲率半径为R时，最好具有1.5t≤R≤6t的关系。
最好按照自由曲面形成所述有效区域的外侧的周围边缘区域。这样，从有效区域到周围边缘部成形树脂的流动性好、成形性亦好。
最好将平面部设置在所述周围边缘区域的一部分，还将耳部设置在该平面部的一部分，所述平面部和所述耳部的所述反射镜面一侧的面光滑地连接。在这种情况下，最好所述周围边缘区域和所述平面部之间设置过渡区，将该过渡区做成平面。
最好耳部设置在所述周围边缘区域的一部分上，按照与所述周围边缘区域连接的自由曲面，形成该耳部的所述反射镜面一侧的面。
最好耳部设置在所述周围边缘区域的一部分上，该耳部的所述反射镜面一侧的面做成平面。
最好按照和所述有效区域的曲面实质上互补的自由曲面形成所述自由曲面反射镜面的背面。
本发明之其它特点如以下所述。
(1)1对耳部配置在所述有效区域外侧的周围边缘区域左右对称位置，将该1对耳部的下端面作为自由曲面反射镜上下方向的安装基准，该安装基准位于所述有效区域的图心和从该图心到有效区域上端间的1/2位置之间。
通过这样，能抑制安装基准上方的热膨胀，制止投射图像的失真。
(2)耳部配置在所述有效区域外侧的周围边缘区域下端位置，将该耳部的侧端面作为自由曲面反射镜左右方向的安装基准，该安装基准位于靠近反射镜面中心线处。
通过这样，能使以左右安装基准为中心的自由曲面反射镜的左右方向上的热膨胀实质上相同，从而能制止因自由曲面反射镜的左右受热变形之差造成投射图像失真。
(3)耳部配置在所述有效区域外侧的周围边缘区域下端位置，将该耳部作为自由曲面反射镜成形时的浇口。
通过这样，不必保持自由曲面反射镜的上端，能预先作为自由端，在将自由曲面反射镜向后倾斜装入投射型图像显示装置中时，不会使装置的厚度增大。
另外，通过将自由曲面反射镜下端的耳部作为浇口，与将和反射镜面相反一侧的面作为浇口的情况相比，树脂的弯曲等对反射镜面的影响小，能高精度成形。
根据本发明，则因为自由曲面和安装基准面相对分型线配置在同一侧的模具中，所以自由曲面和安装基准面的位置精度可在同一模具内进行设定，与金属模的偏移、倾斜等无关，能形成自由曲面和安装基准面的位置关系稳定的自由曲面光学元件。因此，安装时容易调整、能以高精度、低成本进行制造。
根据本发明，则因为沿有效区域的外周形成外形，所以外形不会大于所需的外形，没有浪费。另外，用比厚度大的曲率半径形成外形的角部，所以具有成形树脂的流动性好、成形性亦好的效果。
图1为具有本发明的自由曲面反射镜的投射型图像显示装置的实施方式、即背投电视机的剖视图。
图2为图1的背投电视机的投射光学系统装置的分解立体图。
图3(a)自由曲面反射镜主视图、(b)右侧视图。(c)底视图。
图4为图3(a)的IV-IV线剖视图。
图5为成形模具的局部剖视图。
图6为表示成形模具的浇口位置的剖视图。
图7为表示自由曲面反射镜的基准面和收缩方向间关系的主视图。
图8为具有凸起的销子作为安装基准的现有反射镜的主视图及底视图。
图9(a)为自由曲面反射镜其它实施方式的局部主视图、(b)为自由曲面反射镜又一其它实施方式的局部主视图。
图10(a)为自由曲面反射镜又其它实施方式的主视图、(b)底视图。
图11(a)为形成过渡区前图10(a)的XI-XI线剖视图、(b)形成过渡区后图10(a)的XI-XI线剖视图。
图12为自由曲面反射镜的保持构件的分解立体图。
图13为自由曲面反射镜的保持构件的侧视图。
图14为保持自由曲面反射镜的保持构件的后视图。
图15为保持自由曲面反射镜的保持构件的主视图。
图16(a)为图14的XVI-XVI线剖视图、(b)为图16(a)的放大图。
图17为表示作用于耳部的力的耳部概要放大剖视图。
图18(a)为表示作用于耳部的力的其它形式的耳部概要放大剖视图、(b)为表示作用于耳部的力的又一其它形式的耳部概要放大剖视图。
标号说明14自由曲面反射镜18保持构件21有效区域(反射镜面)23周围边缘区域24a～24d角部25自由曲面部26平面部27a～27c耳部28a～28c轴向安装基准面29a、29b上下方向安装基准面30图心
32左右方向安装基准面33过渡区101固定模102活动模103模具镶块PL分型线具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示具有本发明的自由曲面反射镜的投射型图像显示装置的实施方式、即背投电视机(背投TV)1。在背投TV1的机壳2内安装着作为反射型图像成像元件的一个例子的数字微反射镜装置(DMD)3；对该DMD照射照明光的照明光学系统4；以及放大投射DMD3上反射的投射光即图像光的投射光学系统5。另外，机壳2正面上方设置借助两片平面反射镜6A、6B投射经投射光学系统5放大的图像用的屏幕7。
投射光学系统5从DMD3一侧开始依次配置凹面反射镜8、可变光圈机构9、第1像差校正板10、凸面反射镜11、第2像差校正板12、第1自由曲面反射镜面13、以及第2自由曲面反射镜面14，来自DMD3的图像光按该次序被引导到屏幕7一侧。
所述DMD3和投射光学系统5保持在图2示出的投射光学系统装置15上。投射光学系统装置15具有下侧台座构件16和上侧台座构件17。下侧台座构件16上保持着凹面反射镜8、可变光圈机构9、第1像差校正板10、凸面反射镜11、第2像差校正板12，而在上侧台座构件17上保持着第1及第2自由曲面反射镜13、14。第2自由曲面反射镜14保持在安装在上侧台座构件17的保持构件18上。
以下，详细说明本发明的自由曲面反射镜一实施方式的所述第2自由曲面反射镜(以后简称为自由曲面反射镜)14。
图3表示自由曲面反射镜14。自由曲面反射镜14由流动性(MFR；MeltFlow Rate熔融流动率)为大于等于20、耐热性(玻璃转移点温度Tg)大于等于130℃、热变形温度(Td)大于等于115℃、吸潮率(WAC)小于等于0.01％的环烯烃聚合物(例如ZEONEX、ZEONOR(日本ZEON的注册商标))等热可塑树脂构成，利用注射模塑成形形成在1mm～5mm范围内、厚度均匀的曲面形板。通过使用吸潮率小于等于0.01％的成形材料，能制止吸潮引起的面形状变化。另外成形后通过对自由曲面反射镜14作退火处理能除去其内应力。自由曲面反射镜14其有效区域面积大于等于1800mm2，也可以大于等于3500mm2、或大于等于5000mm2。
如表1所示，由于流动性大于等于20，成形后成品内应力变小，自由曲面复制性好，根据环境可靠性试验结果翘曲或变形的发生几率均减小，尽管很薄但外形尺寸精度、成品率都提高。由于耐热性(玻璃转移点温度Tg)大于等于130℃、热变形温度大于等于115℃，从而涂布在反射面上的反射涂层的粘附性能极佳，膜上没有细小的凹缝，能获得高反射率之同时，还能减小翘曲或变形的发生。通过使用吸潮率(WAC)小于等于0.01％的成形材料，在提高反射涂层的粘附性能之同时，还能制止吸潮引起的面形状变化。通过用热可塑树脂，从而能以较高的生产率制造精度极高的自由曲面反射镜14。热可塑树脂用的金属模制作也容易，能高精度地形成大而薄的自由曲面反射镜。由于厚度均匀，故自由曲面的复制性好，成形稳定，由于自由曲面容易校正所以其光学性能稳定。厚度小于等于1mm，产生翘曲的可能增大，自由曲面不稳定，无法得到所要的自由曲面。因生产周期由厚度的两次方决定，所以厚度大于等于5mm生产成形性恶化，因而最好厚度在1mm～5mm的范围内。
表1
自由曲面反射镜的材料特性由凸的自由曲面，形成自由曲面反射镜14的有效区域21，如点划线所示，成为一个实质上五边形的形状，该五边形具有上边21a；从上边21a的两端向下方延伸使它们互相接近的左右边21b、21c；从该左边21b下端向右斜下方一直延伸至中心线的左下边21d；及从右边21c下端向左斜下方一直延伸至中心线并与左下边21d连接的右下边21e。
在所述有效区域21的外侧，形成宽度实质上一定的周边区域22，该周边区域22的外侧以外形成周围边缘区域23，周围边缘区域23由自由曲面或接近于自由曲面的面构成。周围边缘区域23的外形为沿有效区域21的外周形成，呈和有效区域21实质上相同的五边形。周围边缘区域23的角部24a～24d具有比厚度t大的曲率半径R，最好为具有1.5t≤R≤6t的曲率半径，更理想为具有2t≤R≤4t的曲率半径。本实施方式中，厚度为5mm，角部24a、24b为R＝15、角部24cR＝20。因此，角部24a～24d上的成形树脂流动性好、成形性亦好。另外在周围边缘区域23的边缘与反射镜面垂直的方向上全部没有形成凸缘。因为这种凸缘会使树脂的流动性恶化在起模时咬入模具内使成形面精度下降。本发明实施方式的自由曲面反射镜14没有这样的凸缘存在。所以与有凸缘的相比，成形树脂的流动性好、起模容易、反射镜面的面精度提高。
所述周围边缘区域23中左右边的周围边缘区域23做成比上边及左右下边的周围边缘区域23宽度宽，具有内侧的自由曲面部25和外侧的平面部26。自由曲面部25的上端和上边的周围边缘区域23的自由曲面连接，自由曲面部25的下端与左右下边的周围边缘区域23连接。如图4所示，自由曲面部25和平面部26以光滑的面连接。
在所述左右边的周围边缘区域23的平面部26的边缘上分别向左右方向凸出设置矩形的第1耳部27a和第2耳部27b。第1耳部27a和第2耳部27b的正面由和所述平面部26同一面的平面构成，成为自由曲面反射镜14的第1、第2轴向安装基准面28a、28b。第1耳部27a和第2耳部27b的下端面成为自由曲面反射镜14的第1、第2上下方向安装基准面29a、29b。第1、第2上下方向安装基准面29a、29b在所述有效区域21的图心30和从该图心30开始至有效区域21的上端间1/2的位置31之间的范围内，最好位于图心30。如此地使第1、第2上下方向安装基准面29a、29b靠近有效区域21的上方的理由如以下所述。自由曲面反射镜14如图1所示，由于上边部的入反射角比下边部大，灵敏度亦大，所以因工作中的热膨胀自由曲面的微小位移都会使屏幕上的投射图像产生失真。本实施方式中通过将第1、第2上下方向安装基准面29a、29b设置在有效区域21的图心30上方，以由第1、第2上下方向安装基准面29a、29b抑制上方的热膨胀，能制止屏幕7上的投射图像的失真。
另外，在所述左右下边的周围边缘区域23的下端设置向下凸出的矩形的第3耳部27c。第3耳部27c的正面由平面构成，成为自由曲面反射镜14的第3轴向安装基准面28c。第3耳部27c的左侧端面成为自由曲面反射镜14的左右方向安装基准面32。通过将第3耳部27c的宽度做窄，让左右方向安装基准面32尽量靠近中心线使左右的热膨胀实质上相同，能制止屏幕7上的投射图像的失真。第3耳部27c最好位于中心线上，最好以宽度大于等于5mm、小于等于15mm的尺寸形成。还有，该第3耳部27c的右侧端面或下端面在自由曲面反射镜14成形时作为成形树脂的浇口。左右下角部24c、24d的平面部26上设置调整面28d、28e。
按照与正面的有效区域21的曲面实质上互补的凹的自由曲面形成自由曲面反射镜14的背面。通过这样，能使厚度均匀。
以上构成组成的自由曲面反射镜14，利用注射模型成形方法成形。也就是说，如图5所示，该自由曲面反射镜14的成形模具具有相对沿自由曲面反射镜14的端面的分型线PL反射镜面(有效区域21)一侧的固定模101；和背面一侧的活动模102。因此，反射镜面(有效区域21)和安装在与该反射镜面实质上呈直角的方向上的轴向安装基准面28b、28c一起配置在固定模101上。当然也可将反射镜面(有效区域21)一侧作为活动模，而将背面一侧作为固定模。因此在同一金属模101内可以高精度地设定反射镜面(有效区域21)和轴向安装基准面28a、28b、28c的位置，容易调整反射镜面(有效区域21)相对轴向安装基准面28a、28b、28c的偏心精度。
另外，如图5所示，在与轴向安装基准面28a对应的部分形成模具镶块103，通过调整模具镶块103的相对固定模101成形面的位置，从而能对轴向安装基推面28a的高度进行调整。
考虑到成形树脂的均匀流动，成形模具的浇口也可以设置在和反射镜面相反一侧的背面中央。另外，若利用点状孔隙浇口等作多点浇口浇铸，则能用低压充填树脂，提高复制精度(能使形状误差的PV值减小)。但当这些浇口应用于自由曲面反射镜面时，则流动树脂会发生微小的弯曲起伏，用校正方法来消除变得非常困难，在光学上产生非常大的问题。而本实施方式中，如图6所示，在第3耳部27c的下端面上设浇口。
如图7所示，连接第1、第2上下方向安装基准面29a、29b的直线和从左右方向安装基准面32开始延长的直线的交点S位于成形后的自由曲面反射镜14的实质上中心附近(本实施方式中为图心30)。以往的结构中，如图8所示，因有成为安装基准的凸销，在打开模具起模时在成形的成品急剧冷却收缩之际凸销会挂住金属模，造成起模困难，反射镜面上产生变形，有损作为安装基准的精度，但本实施方式中，第1～第3耳部27a～27c在成形后成形的成品沿图7中箭头所示的收缩方向收缩不会挂住，能顺利地收缩。因而，用本实施方式，起模方便、不损各安装基准面29a、29b、32的精度。另外，各安装基准面29a、29b、32利用和反射镜面同一的金属模成形，所以能高精度地设定相对反射镜面的位置。
如上所述，自由曲面反射镜14因沿有效区域21的外周形成外形，所以，虽然有效区域21的面积是大于等于1800mm2的大型区域，但外形不会大于所需要的大小，没有浪费。尤其是在反射镜的有效区域为实质上三角形或实质上梯形(本实施方式的实质上五边形也包括在实质上梯形中)的情况下，若沿有效区域形成外形，则能获得更好的效果。另外，因按比厚度大的曲率半径形成外形的角部24a～24c，所以成形树脂的流动性好，成形性也好。
图9表示自由曲面反射镜14的其它形态。图9(a)表示在左右边的周围边缘区域23不设如图3示出的实施方式那样平面部26，在整个宽度上按自由曲面或与其相近的曲面形成左右边的周围边缘区域23。图9(b)表示再使图9(a)的左右边的周围边缘区域23一直连接到耳部27a，将该耳部27a的部分正面做成平面作为轴向安装基准面28a。这样，通过在左右边的周围边缘区域23上取消平面部，更加提高成形树脂的流动性，成形性更佳。
图10表示自由曲面反射镜14又一其它方式。该自由曲面反射镜14在图3示出的自由曲面反射镜14左右边周围边缘区域23的自由曲面部25的下端区域和平面部26的下端区域之间设置用斜阴影线表示的实质上三角形的过渡区33。该过渡区33以平面形式形成。图3所示的自由曲面反射镜14中其自由曲面部25的下端区域和平面部26的下端区域之间如图11(a)所示，为自由曲面部25和平面部26以陡峭的角度相交的部分。该部分如图11(b)所示，通过设置由平面构成的过渡区33能避免应力集中，防止翘曲的发生。
以下，说明所述构成的自由曲面反射镜14安装在其保持构件18上的安装结构。
在图12中，用合成树脂形成自由曲面反射镜14的保持构件18，具有基部41；从该基部41两端向斜后方延伸的左右臂部42a、42b；以及连接该左右臂部42a、42b的背面实质上中间部的加强部43。
在基部41的底面上如图13所示，在中央设置凸出的凸起44，同时金属制的安装框架45安装在后部。安装框架45和基部41的两端部上合计形成3个安装孔46。基部41的上表面形成自由曲面反射镜14第3耳部27c所处的第3凹部47c，该第3凹部47c前面一侧的壁成为与该第3耳部27c的第3轴向安装基准面28c抵接的第3接触面48c。该第3接触面48c以凸面(例如球面)形式形成。另外，在第3凹部47c上凸出地设置第3定位凸起49c，与该第3定位凸起49c对向固定第3压紧弹簧50c。另外，第3压紧弹簧50c的附近还将固定件51c安装在螺孔52c上，该第3固定件51c用于将第3耳部27c按压在第3接触面48c上而固定。
左右臂部42a、42b的上部形成自由曲面反射镜14的第1、第2耳部27a、27b所处的第1、第2凹部47a、47b，该第1、第2凹部47a、47b前面一侧的壁成为与该第1、第2耳部27a、27b的第1、第2轴向安装基准面28a、28b抵接的第1、第2接触面48a、48b。该第1、第2接触面48a、48b也能以凸面(例如球面)形式形成。另外，在第1、第2凹部47a、47b上凸出地设置第1、第2定位凸起49a、49b，与该第1、第2定位凸起49a、49b对向固定第1、第2压紧弹簧50a、50b。另外，第1、第2压紧弹簧50a、50b的附近将第1、第2固定件51a、51b安装于螺孔52a、52b(分别两处)，该第1、第2固定件51a、51b用于将第1、第2耳部27a、27b按压在第1、第2接触面48a、48b上进行固定。
在左右臂42a、42b的下部，自由曲面反射镜14左右下角部24c、24d所处的位置形成第4、第5凹部47d、47e，该第4、第5凹部47d、47e的前侧的壁成为与该左右下的角部24c、24d的第1、第2调整面28d、28e抵接的第1、第2座面48d、48e。另外，第4、第5固定件51d、51e安装于螺孔52d、52e上，该第4、第5固定件51d、51e用于将第1、第2调整面28d、28e按压在第1、第2座面48d、48e上进行固定。
所述自由曲面反射镜14安装于保持构件18上时，首先，自由曲面反射镜L4以向后倾斜的状态从上方插入保持构件18，并将第3耳部27c插入第3凹部47c的第3压紧弹簧50c和第3定位凸起49c之间。接着，将自由曲面反射镜14向前推，将第1、第2耳部27a、27b插入第1、第2凹部47a、47b的第1、第2压紧弹簧50a、50b和第1、第2定位凸起49a、49b之间。通过这样，如图13、14所示，自由曲面反射镜14靠第1、第2压紧弹簧50a、50b将第1、第2耳部27a、27b的两处的第1、第2上下方向安装基准面29a、29b压紧在第1、第2定位凸起49a、49b上，以此在上下方向上定位。另外，通过靠第3压紧弹簧50c将第3耳部27c一处的左右方向安装基准面32压紧在第3定位凸起49c上，以此在上下方向上定位。
这样，本实施方式中，靠第1～第3压紧弹簧50a～50c使第1～第3耳部27a～27c的三个部位紧靠第1～第3定位凸起49a～49c，自由曲面反射镜14就被定位。也就是，用第1、第2耳部27a、27b的第1、第2上下方向安装基准面29a、29b规定限制上下方向，用第3耳部27c的左右方向安装基准面32规定限制左右方向。由此，与过去利用凸销和孔的配合进行定位的结构相比，本实施方式中，基准面做成平面，成形时起模方便，能制止基准面的变形。
然后，第1～第5固定件51a～51e安装于规定位置，第1～第3耳部27a～27c的轴向安装基准面28a～28c压在第1～第3接触面48a～48c上，同时，将左右下方的角部24c、24d的第4、第5轴向安装基准面28d、28e压在第4、第5接触面48d、48e上。通过这样，轴向安装基准面28a～28c与凸面构成第1～第3接触面48a～48c点接触，如图2所示，自由曲面反射镜14能在轴向上以高精度定位于保持构件L8，并能简易地安装。
还有，如上所述，自由曲面反射镜14安装于保持构件18上后，如图16(a)所示，择需调整保持构件18的座面48d、48e或自由曲面反射镜14的调整面28d、28e的高度。具体为边观察自由曲面反射镜14的光学性能，边如图16(b)所示，在要调低高度的情况下，适当削去保持构件18的第1、第2座面48d、48e进行微调，矫正反射镜面的翘曲、变形、偏心等。也可以削去自由曲面反射镜14的第1、第2调整面28d、28e，取代削去保持构件18的第1、第2座面48d、48e。反之，在调高高度的情况下，可以在它们之间插入垫片后固定。
通过这样、保持在保持构件18的自由曲面反射镜14，如图2所示，基部41的凸起44插入上方一侧台座构件17的长孔，使3个安装孔46与上方一侧台座构件17的对应的安装孔54合拢，通过拧入图中未示出的螺钉，便能固定在上方一侧台座构件17上。
如图17所示，最好第1～第3耳部27a～27c(图中只示出27c)的安装基准面29a、29b、32(图中只示出32)；和其相反一侧的第1～第3压紧弹簧50a～50c(图中只示出50c)被压紧的面平行。通过这样，在自由曲面反射镜14安装到保持构件18上时不会因压紧弹簧50a～50c的弹簧力而产生移动，防止自由曲面反射镜14上浮，减小变形。
又，可以如图18(a)、18(b)所示，第1～第3耳部27a～27c(图中只示出27c)的安装基准面29a、29b、32(图中只示出32)；和其相反一侧的第1～第3压紧弹簧50a～50c(图中只示出50c)被压紧的面都不平行，使任何一方的面(图18(a)中为右侧端面、图18(b)中为左侧端面)倾斜，使得在安装时在相对保持构件18的接触面48a～48c沿压紧第1～第3耳部27a～27c的方向产生移动。通过这样，能防止自由曲面反射镜14上浮、稳定地安装，同时能减小变形。
如图13所示，固定在上方一侧台座构件的保持构件18的自由曲面反射镜14，因呈向后倾倒的状态，所以当保持构件18的上边如以双点划线所示自自由曲面反射镜14上端向上凸出时，背投TV1厚度方向尺寸只增加保持构件18凸出的部分。另外，本实施方式中，将具有第3轴向安装基准面28c和左右方向安装基准面32的第3耳部27c设置于自由曲面反射镜14的下边而不是其上边，而且在该下边的第3耳部27c设浇口位置，另一方面通过将上边全部作为自由端，以使保持构件18上端位于比自由曲面反射镜14的上边靠近下方的位置，由自由曲面反射镜14的上端决定背投TV1的厚度方向尺寸，力求使背投TV1的厚度减薄。
还有，本发明不限于有自由曲面的反射镜，例如也适用于即使反射面形状为旋转对称形，反射面的中心上无旋转对称轴的反射镜、旋转对称轴不在反射镜外形内的反射镜。另外，本发明不限于反射镜，也适用于透镜。
权利要求
1.一种自由曲面光学元件成形用金属模，其特征在于，在这种自由曲面光学元件的成形用金属模中，由利用沿自由曲面光学元件端面的分型线形成自由曲面及其相反一侧的背面的固定模和活动模构成，将形成自由曲面的模具工作面和形成使自由曲面光学元件沿与自由曲面成直角的方向安装的轴向安装基准面的模具工作面，相对所述分型线配置在同一侧的模具中。
2.如权利要求1所述的自由曲面光学元件成形用金属模，其特征在于，在形成所述自由曲面光学元件的端面的面上，设置成形树脂的浇口。
3.如权利要求1所述的自由曲面光学元件成形用金属模，其特征在于，所述自由曲面光学元件是反射镜。
4.一种自由曲面光学元件，其特征在于，具有沿自由曲面光学元件的端面的分型线，将自由曲面光学元件的自由曲面、和使自由曲面光学元件沿与自由曲面成直角的方向安装的轴向安装基准面，相对所述分型线配置在同一侧。
5.如权利要求4所述的自由曲面光学元件，其特征在于，所述轴向安装基准面形成从所述自由曲面光学元件端面凸出的第1、第2、以及第3耳部。
6.如权利要求5所述的自由曲面光学元件，其特征在于，在所述第1、第2耳部端面上，设置沿所述自由曲面的第1方向的第1、第2安装基准面，在所述第3耳部端面上，设置沿所述自由曲面而且在与所述第1方向成直角的第2方向的第3安装基准面。
7.如权利要求6所述的自由曲面光学元件，其特征在于，连接所述第1、第2安装基准面的连线与从所述第3安装基准面开始延长的线之交点，位于所述自由曲面光学元件的自由曲面的实质上中心处。
8.一种自由曲面反射镜，其特征在于，具有沿自由曲面反射镜端面的分型线，将自由曲面反射镜的自由曲面反射镜面、和使自由曲面反射镜沿与自由曲面反射镜面成直角的方向安装的轴向安装基准面，相对所述分型线配置在同一侧。
9.如权利要求8所述的自由曲面反射镜，其特征在于，所述轴向安装基准面形成于从所述自由曲面反射镜端面凸出的第1、第2、第3耳部。
10.如权利要求9所述的自由曲面反射镜，其特征在于，在所述第1、第2耳部的端面上，设置沿所述自由曲面的第1方向的第1、第2安装基准面，在所述第3耳部的端面上，设置沿所述自由曲面而且与所述第1方向成直角的第2方向的第3安装基准面。
11.如权利要求10所述的自由曲面反射镜，其特征在于，连接所述第1、第2安装基准面的连线和从所述第3安装基准面开始延长的延长线之交点，位于自由曲面反射镜的自由曲面的实质上中心处。
12.如权利要求8所述的自由曲面反射镜，其特征在于，所述自由曲面反射镜面的有效区域面积大于等于1800mm2，沿所述有效区域的外周形成外形。
13.如权利要求12所述的自由曲面反射镜，其特征在于，所述外形的角部的曲率半径比所述角部的厚度厚。
14.如权利要求13所述的自由曲面反射镜，其特征在于，设所述角部的厚度为t、所述角部的曲率半径为R时，具有1.5t≤R≤6t的关系。
15.如权利要求8所述的自由曲面反射镜，其特征在于，按照自由曲面形成所述有效区域外侧的周围边缘区域。
16.如权利要求15所述的自由曲面反射镜，其特征在于，平面部设置在所述周围边缘区域的一部分，还将耳部设置在该平面部的一部分，所述平面部和所述耳部的所述反射镜面一侧的面光滑地连接。
17.如权利要求16所述的自由曲面反射镜，其特征在于，所述周围边缘区域和所述平面部之间设置过渡区，将该过渡区做成平面。
18.如权利要求15所述的自由曲面反射镜，其特征在于，耳部设置在所述周围边缘区域的一部分上，按照与所述周围边缘区域连接的自由曲面，形成该耳部的所述反射镜面一侧的面。
19.如权利要求15所述的自由曲面反射镜，其特征在于，耳部设置在所述周围边缘区域的一部分上，将该耳部的所述反射镜面一侧的面做成平面。
20.如权利要求8所述的自由曲面反射镜，其特征在于，按照和所述有效区域的曲面实质上互补的自由曲面，形成所述自由曲面反射镜面的背面。
全文摘要
本发明揭示一种自由曲面和安装基准面间的关系稳定，安装时调整容易，并能以高精度、低成本制造的自由曲面光学元件成形用金属模及自由曲面光学元件。由利用沿自由曲面光学元件(14)端面的分型线PL形成自由曲面(有效区域21)及其相反一侧的背面的固定模和活动模构成，将形成自由曲面(有效区域21)的模具工作面和形成使自由曲面光学元件(14)沿与自由曲面(有效区域21)成直角的方向安装的轴向安装基准面(28a～28c)的模具工作面相对分型线PL配置在同一侧的模具中。自由曲面光学元件(14)具有沿自由曲面光学元件(14)端面的分型线PL，将自由曲面光学元件(14)的自由曲面和使自由曲面光学元件(14)沿与自由曲面成直角的方向安装的轴向安装基准面(28a～28c)相对所述分型线PL配置在同一侧。
文档编号G03B21/28GK1891425SQ200610103038
公开日2007年1月10日 申请日期2006年7月6日 优先权日2005年7月7日
发明者奥村佳弘, 亘孝平, 今冈雅之, 石原淳, 松浦农 申请人:柯尼卡美能达精密光学株式会社