專利名稱：光學器件模壓設備和方法及光學器件的制作方法
技術領域：
本發明關于一種用壓力模壓被加熱至可變形的玻璃材料以獲得模壓制品的模壓設備和模壓方法。
作為一個通過壓縮玻璃材料獲得光學器件的常規玻璃模壓法，一般途徑是，采用一套壓模來完成模壓，這套壓模由上壓模、下壓模以及以可滑動方式夾持這些上、下壓模的構架組成。采用這種方法模壓透鏡時，防止一個光學面的光軸與另一個光學面光軸之間的偏差和傾斜是必須的。最后，不僅必須精確地加工壓模架和上、下壓模，而且還必須提高這些壓模和壓模架的裝配精度。
然而，由于提高透鏡模壓精度和降低成本的要求越來越迫切，常規方法已不滿足這些要求，其中之一就是不滿足透鏡兩個光軸的偏差和光軸傾斜的要求。
例如，在上述常規方法里，上壓模和下壓模被可滑動地裝入壓模架(導向件)的空腔里，該壓模架引導壓模以把壓模的光學面轉換給玻璃材料。為了提高透鏡光軸的精度，必須要提高上壓模和下壓模以及壓模架的裝配精度。然而，考慮到每個壓模的工藝精度以及加壓過程的可滑動性，光軸精度的提高是有限的。
用來把光學性能面轉換給玻璃材料的上壓模和下壓模被導向件可滑動地支撐，玻璃材料則被插入上、下壓模間進行模壓。如果上、下壓模的光軸，它們彼此初始時就傾斜，在導向件里產生了平行度的偏移，模壓成型出來的透鏡勢必有平行偏心。
此外，如果上壓模和下壓模在導向件內的裝配間隙里發生傾斜，兩個光性能面的光軸也必定傾斜。
在日本專利公開號No.4-21610里，下壓模和一個滑動核心件的相對位置由于這兩個部件彼此相連而被固定住。然而上壓模則要求留有間隙以便滑動于核心件內，結果，要使上壓模和下壓模的光軸精確地匹配是困難的。
因此，本發明的第一個目的就是，提供一個能夠獲得高光軸精度的玻璃模壓制品的光學器件模壓設備和模壓方法。
本發明的第二個目的是，提供一個用簡單的模壓構造、能更有效地達到本發明第一個目的的光學器件模壓設備和模壓方法。
本發明的第三個目的是，提供一個能獲得不僅光學器件兩個面間有高的光軸精度，而且該光軸與圓周面間的相對位置也是高精度的模壓玻璃制品的模壓設備和模壓方法。
本發明的第四個目的是，提供一個能順利取出模壓制品而又不使壓模結構復雜化的光學器件模壓設備和模壓方法。
本發明的第五個目的是，提供一個能夠制造有任意外形的光學器件的光學器件模壓設備和模壓方法。
本發明的第六個目的是，提供一個能夠校準非球光學性能面的光軸間的偏差和光軸傾斜的光學器件模壓設備和模壓方法。
為了解決上述問題和達到上述目的，根據本發明的光學器件模壓設備是一種用以模壓有多個光學面的光學器件的設備，該設備包括，一對有壓型面以把其光學型面轉換給光學器件的壓模，用以引導這對壓模在基本方向上滑動的導向件，用以控制這對壓模在基本方向運動的控制裝置，以及在模壓制品的光學面已壓制出后調整其光學面光軸的調整裝置。
根據本發明的光學器件模壓方法是一種模壓有多光學面的光學制品的方法，該壓模方法包括幾個步驟把光學器件材料插入一對壓模，該壓模上具有用以轉換光學器件的光學面的轉換面；在可以進行壓縮變形的溫度下，將這對壓模和光學器件的材料夾持；用這對壓模對光學器件的材料加壓使光學型面轉換給這材料；在垂直于光學面光軸的方向、給這對壓模的外周面施壓以校準光學面的光軸。
根據本發明，一個光學器件通過兩個步驟模壓出來用一對有光學面轉換壓型面的壓模對加熱到可變形溫度的光學器件材料進行模壓階段和對模壓出的光學面的光軸進行校準階段。
本發明的其他特點和優點，通過以下結合附圖進行的描述將會清楚，在所有這些附圖里，相同的符號表示相同或相似的部件。


圖1是根據本發明的第一實施例的光學器件模壓設備的主要部分的圖2沿X2-X2線的剖視圖，它表示出當一個加壓操作幾乎完成時的壓模和它們鄰近部件；圖2是表示出根據本發明的第一實施的光學器件模壓設備主要部分的圖1沿X1-X1線的剖視圖，該視圖顯示出當一個加壓操作幾乎完成時的壓模和它鄰近部件；圖3是圖1和圖2所示的光學器件模壓設備的控制框圖；圖4是根據本發明的第二實施例的光學器件模壓設備的主要部分的圖6沿Y2-Y2線的剖視圖，該視圖顯示出加壓前和加壓期間的狀態；圖5是根據本發明第二實施例的該模壓設備主要部分的圖6沿Y2-Y2的剖視圖，該視圖顯示出加壓過程幾乎完成時的狀態；圖6是根據本發明第二實施例的模壓設備主要部分的圖5沿Y1-Y1的剖視圖，該視圖顯出當加壓過程幾乎完成時壓模和它鄰近部件；圖7是根據本發明第三實施例的模壓設備主要部分的圖9沿Z2-Z2線的剖視圖，該視圖顯示出加壓前和加壓期間的狀態；圖8是根據本發明第三實施例的模壓設備主要部分的圖9沿Z2-Z2線的剖視圖，該視圖顯示出加壓過程幾乎完成時的狀態；圖9是根據本發明第三實施例的模壓設備主要部分的圖8沿Z1-Z2線的剖視圖，該視圖顯示出加壓過程幾乎完成時的壓模和它們的鄰近部件；圖10是根據本發明第三實施例的光學器件模壓設備生產出的一種模壓制品的剖面圖。
下面將參照附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述。
第一實施例如圖1到圖3所示，一個導向件4放置在支撐底座平臺6上，構成上壓模1和下壓模2的上、下外殼。導向件4通過上、下滑動對上壓模1和下壓模2進行導向并保持它們間的相對位置。從頂視方向看，導向件4的截面基本上是正方形，并且沿導向件4的中心軸開有孔4A穿過導向件4。上壓模1外形為圓柱形，套裝在通孔4A的上部，以使它可相對于導向件4垂直滑動。在上壓模1和導向件4之間形成一個微小間隙4B。上壓模1的上端面做成一個盤狀法蘭邊1A。法蘭邊1A的下表面緊貼在導向件4的上表面從上面控制上壓模的向下運動，用以限定上壓模1的向下沖壓行程。在上壓模1的下表面中心位置，用比加工上壓模外徑更高的精度加工出轉換模壓型面1B，型面1B使玻璃材料16受壓，使玻璃材料16的表面轉換成所要求的形狀，從而成形出一個具有光學性能的表面。
在上壓模1的上方，有一個上壓模驅動機構8用來產生對玻璃材料16的壓力。上壓模驅動機構8包括一個液壓筒和一個活塞，在控制器100的控制下向下施壓。因此，上壓模1向下運動對玻璃材料加壓。上壓模1還包括一個上壓模溫度傳感器10A，用以測量壓模型面附近的溫度。上壓模1還包括一根冷卻管，通過一根從氮氣供應機構12(圖中未顯示)出來的注射管來冷卻上壓模1。上壓模溫度傳感器10A探測得的信號輸出給控制器100，控制器100根據該探測信號控制氮氣供應機構的工作。
另一方面，下壓模與上壓模同樣為圓柱形，安裝在導向件4下部的通孔4A里，以便它也能相對于導向件4作垂直滑動。在下壓模2和導向件4之間也存在一個微小間隙4B。下壓模2的下端處成型出一個盤狀的法蘭邊2A。法蘭邊2A的下表面緊貼在導向件4放置其上的支座平臺6的上表面。支座平臺6承受上壓模通過玻璃材料作用于下壓模2的壓力。在下壓模2上表面的中心位置，用相對于加工下壓模2外徑更高的精度，加工出一個傳遞模壓型面2B，該型面可將玻璃材料的下表面成型到所要求的形狀，形成具光學性能的表面。
因此，通過上壓模1和下壓模2的型面1B和2B的分別轉換，光學面就轉換給了玻璃材料。
模壓制品的厚度由上壓模的法蘭邊1A的下表面與導向件4的上表面的接觸來確定。這樣就防止了在模壓過程中模壓制品厚度的變化。
此外，在下壓模2的下表面下方，有一個下壓模驅動機構14，它包括一個液壓筒和一個活塞，驅動機構14通過支撐底座平臺上的通孔6A與下壓模相連。在模壓制品16壓制完成后的冷卻過程中，下壓模驅動機構14在控制器100的控制下給下壓模2向上加壓使模壓制品16受壓以保持模壓制品16的表面形狀。
下壓模2也包含一個下壓模溫度傳感器10B用來測量轉換壓模型面附近的溫度。進一步講，與上壓模1相似，下壓模也有一個冷卻管，通過從氮氣供應機構12(圖中未顯示)出來的氮氣注射管(圖中未顯示)來冷卻下壓模2。從下壓模溫度傳感器10B出來的探測信號輸出給控制器100。根據該探測信號，控制器100控制氮氣供應機構12的工作。
在導向件的側面加工出一個孔4C。通過該孔4C玻璃材料被供入上壓模1和下壓模2。當模壓過程完成時，模壓制品16通過該孔4C從上壓模1和下壓模2中取出。
此外，在導向件4的側面，垂直于孔4C又開一個通孔4D。圓周面加壓件20A和22A安裝在通孔4D里，以便用這兩部件夾持兩者之間的上壓模1和下壓模2。加壓過程完成后，圓周面加壓件20A和22A給上壓模1和下壓模2的圓周面向其中心軸加壓，以此來校正光軸間的錯位。導向件4上的通孔4D與圓周面加壓件20A和22A之間的間隙取得比導向件4與上壓模1或下壓模2之間的間隙4B要大。
如圖1所示，圓周面加壓件20A和22A緊貼著上壓模1和下壓模2的部位為一個張角差不多為90°的V形，所以這些部位線性地貼緊上壓模1和下壓模2的圓周面。更進一步地說，上壓模1和下壓模2加工后具有非常精確的相同尺寸，所以圓周面加壓件20A和22A能夠保持與上壓模1和下壓模2兩者同時接觸。
在每個圓周面加壓件20A和22A側面上，與這兩加壓件貼緊上壓模1和下壓模2的壓緊面相對的另一面，都裝有包括一個液壓筒和一個活塞的圓周面加壓件驅動機構20和22。這些圓周面加壓件驅動機構20和22，在控制器100的控制下基本上是彼此同步地運行，驅動圓周面加壓件20A和22A對著上壓模和下壓模的中心軸向前或向后移動。
圓周面加壓件20A和22A各自都裝有加熱器20B和22B和接觸面溫度傳感器20C和22C，用來分別測量接觸面的附近的溫度。所以圓周面加壓件20A和22A可以被調節到任何溫度。加熱器20B和22B的溫度由控制器100來控制，而接觸面溫度傳感器20C和22C的探測信號則輸出給控制器100。
導向件4裝有加熱器5A和5B，用以加熱導向件4和上壓模1和下壓模2，并通過導向件4和上壓模1和下壓模2加熱玻璃材料。
這些加熱器5A和5B與安裝在上壓模1和下壓模2里的單獨的溫度控制元件(圖中未顯示)連接。控制器100根據上壓模1里的溫度傳感器10A和下壓模2里的溫度傳感器10B所測得的溫度來控制加熱器5A和5B的溫度。
根據上述描述，控制器100完全控制該實施例的光學器件模壓設備的各個機構和加熱器的運行。
透鏡模壓工藝流程下面將描述使用上述的光學器件模壓裝置制得的一種諸如透鏡之類的玻璃模壓制品的工藝流程。
參閱圖1和圖2，上壓模驅動機構8驅動上壓模1，使之相對于導向件4向上滑動，從而將上壓模1從下壓模2上退回。同時，圓周面加壓件驅動機構20和22也進行退模操作，將圓周面加壓件20A和22A由兩側方向從上壓模1和下壓模2上退出。
在上壓模1和下壓模2和圓周面加壓件20A和22A都退出后，一個加熱到預定溫度的玻璃材料通過在導向件4上的孔4C，用例如自動機械手的方式送到下壓模2的模壓型面上。導向件4和上、下壓模1和2都被加熱到滿足模壓狀態的預定溫度。圓周面加壓件20A和22A也被調節到預定溫度。
當玻璃材料送入下壓模2的模壓型面上后，上壓模驅動機構8便要進行伸展操作，通過上壓模1的模壓型面對玻璃材料的上表面加壓。
當上壓模1逐漸向下移動并對玻璃材料施加壓力的時候，玻璃材料便在垂直方向逐漸受壓。最后，當上壓模1的法蘭邊1A與導向件4的上表面緊貼時，玻璃材料則完全受壓并變形。
當上壓模驅動機構8作用在上壓模1上的壓力基本上釋放至零后，圓周面加壓件驅動機構20和22則要進行伸展操作，用圓周面加壓件20A和22A對上壓模1和下壓模2的圓周面施壓。上、下壓模1和2得壓一段時間后開始降溫。通過圓周面加壓件20A和22A的加壓，可以校正由于導向件4與上壓模1和下壓模2之間的間隙而造成的上、下壓模1和2中心軸間的位置錯位，以及由此而產生的上壓模1和下壓模2模壓型面(光學性能面)光軸的傾斜。
注意圖1和圖2表示著上、下壓模的位置偏差由圓周面加壓件20A和22A對上壓模1和下壓模2的施壓而得以校正的狀態。在該狀態下、模壓制品16具有所要求的厚度。同時，通過氮氣噴射管(圖中未顯示)由氮氣供應機構12向冷卻管供氮，加速上壓模1和下壓模2的冷卻。
在上壓模1和下壓模2以及圓周面加壓件20A和22A都保持冷卻數秒鐘后使圓周面加壓件驅動機構20和22進行退模操作，將圓周面加壓件20A和22A都退回到初始的退模位置。上壓模驅動裝置8再一次進行伸展操作，施壓于上壓模1。為了保持模壓制品16的表面形狀，也要讓下壓模驅動機構14進行伸展操作，對下壓模2向上施壓，以對模壓制品16施加壓力。當溫度降低到預定值時，則讓下壓模驅動機構14進行退模操作釋放施于模壓制品16的壓力。
此后，重新使上壓模驅動機構8進行退模操作將上壓模1向上移動。通過導向件4上的孔4C，用諸如自動機械手之類的方式將模壓成的制品退出。
當模壓透鏡的壓力變形完成時，在上述的一系列操作過程中，上、下壓模的外圓周位置一直被夾持著受壓著以校正這兩個壓模的光軸。因此，偏心率很小高精度的模壓制品便可制成。
第一模壓狀態下面將要描述圖1和圖2所示的光學器件模壓設備模壓的玻璃透鏡各種模壓狀態的第一個實例。
采用重冕牌玻璃(折射率＝1.58，色散系數＝59.4，玻璃的相變溫度＝506℃)為原料來制造下凸面半徑R為9mm，上凸面半徑約為9mm的消球差凸透鏡。該消球差凸透鏡的直徑為7mm，中心厚度為3mm，周邊厚度為1.6mm。
當上壓模和下壓模的溫度達470℃(1015.2泊，1泊＝1達因·秒/厘米2)時，玻璃材料被送入上壓模和下壓模。當上、下壓模溫度升高至580℃(109.0泊)并玻璃材料的溫度也達到壓模的溫度時，玻璃材料就被上壓模壓入模壓型面而變形，以進行壓模上模壓型面的轉換，從而形成透鏡的光學性能面并確定透鏡的厚度。
當模壓溫度被維持的同時，上、下壓模的外圓周面部分被圓周面加壓件夾持并施以壓力。
這時，作用于上壓模和作用于圓周面加壓件的壓力載荷均為1900N，圓周面受壓的時間定為10秒。
此后，使玻璃材料冷卻到490℃(1013.5泊)，在冷卻的同時，由下壓模作用一個1500N的壓力載荷以保持玻璃材料光學面的形狀，最后，模壓制品被取出。
在上述模壓條件下模壓成型的玻璃透鏡的平行偏心值為5微米或更小，光軸的傾斜角為50秒或更小。因此，這種玻璃透鏡作為諸如攝象機之類的鏡頭是極其優越的。
第二模壓狀態下面將描述用圖1和圖2所示的光學器件模壓設備模壓玻璃透鏡的各種模壓狀態的第二個實例。
采用鑭冕牌玻璃(折射率＝1.67，色散系數＝55.4，玻璃相變溫度＝530℃)來在下面狀態下模壓兩表面均為凸球面(半徑R約為30mm)，外徑為15mm，中心厚度為1.5mm的凸透鏡。
當上壓模和下壓模的溫度達到485℃(1014.0泊)時，玻璃材料被送入。當上壓模和下壓模的溫度升至590℃(109.0泊)玻璃材料也基本上達到與上、下壓模同樣溫度時，由上壓模施加2900N的壓載荷、作用時間30秒，用以進行作為光學面的壓模型面的轉換。此后，開始冷卻，并同時開始給圓周面加壓件一個2900N的壓力載荷以校正光軸。當壓模溫度降到575℃(109.8泊)時，再次釋放施于圓周面加壓件的壓載，并立即由下壓模施加一個約2000N的載荷，此載荷用以保持制品光學性能面的形狀。當壓模溫度降到555℃(1010.6泊)時，再次釋放由下壓模施加的載荷，同時，由圓周面加壓件再次施加2900N載荷10秒鐘以校正光軸。此后釋放圓周面的壓載，同時下壓模再次施壓，直到壓模溫度降到485℃(1014.9泊)。用這種方法，模壓操作過程也就完成。
在上述模壓狀態下模壓出來的玻璃透鏡，平行偏心值為2微米或更小，光軸的偏斜角為20秒或更小。
第二實施例第二實施例的構造除了不用導向件4以外，與第一實施例的光學器件模壓設備的構造基本相同。因此，將省略相同部件的詳細描述。
如圖4到圖6所示，上壓模30和下壓模32可垂直滑動地安裝在兩個圓周面加壓件26A和28A間形成的空間里。上壓模30的上端成型出一個盤狀法蘭邊30A。法蘭邊30A的下端面緊貼于圓周面加壓件26A和28A的上表面，從上方限制上壓模30的向下移動，從而確定了上壓模30的下壓行程。
在上壓模30的上方，裝有一個上壓模驅動機構34用以產生對玻璃材料的壓力。從上壓模驅動機構34里伸出的一根棒，其末端通過一個連接件(例如，一個浮動接頭(圖上未顯示))與上壓模30的上表面相連，該連接件允許在有微小的偏離軸線條件下傳遞壓力。當上壓模驅動機構34完成了向下伸展的操作后，上壓模30向下施壓于玻璃材料。當上壓模驅動機構34完成向上的退模操作后，上壓模30則被向上拉起。
在上壓模30內裝有一個上壓模加熱器30B直接加熱上壓模30。
下壓模32的下表面安放在支撐底座平臺38的上表面上。該平臺38承受上壓模30通過玻璃材料傳遞給下壓模32的向下的壓力。
在下壓模32的下方裝有一個下壓模驅動機構40，通過支撐底座平臺38上的孔38A與下壓模32相連。與上壓模30相同，下壓模32和下壓模驅動機構40通過一個連接件(例如一個浮動接節頭(圖中未顯示))彼此相連，該連接件允許同時存在微小軸線偏離時傳遞壓力。在冷卻過程中，使下壓模驅動機構40進行向上伸展操作并給下壓模32施以向上壓力，從而對受壓變形的模壓制品16施加壓力。
在下壓模32里安裝一個下壓模加熱器32B直接加熱下壓模。
同第一實施例一樣，圓周面加壓件26A和28A安裝得可夾持上壓模30和下壓模32的外圓周面，并且與圓周面加壓件驅動機構26和28相連。采用高精度定位機構(例如伺服電機)作圓周面加壓件的驅動機構26和28。圓周面加壓件到上壓模30和下壓模32的距離，以及施加的壓力大小都由圓周面加壓件驅動機構26和28精確地控制著。
當玻璃材料被送入壓模，或模壓制品從壓模中退出時，圓周面加壓件驅動機構26和28則進行退模操作以增加圓周面加壓件26A和28A間的距離。這就允許讓諸如自動機械手之類構件伸入。
圓周面加壓件26A和28A的下表面與支撐底座平臺38呈滑動接觸。同時，圓周面加壓件26A和28A還分別裝有加熱器26B和28B以及用以測量壓模接觸面附近溫度的接觸表面溫度傳感器26C和28C。因此，圓周面加壓件26A和28A能調節到任何溫度。
同第一實施例相同，一臺控制器100完全控制這第二實施例的光學器件模壓設備的各個機構和加熱器的工作。
透鏡模壓工藝流程下面將描述用上述光學器件模壓設備獲得一個諸如透鏡這類模壓制品的工藝流程。
參閱圖4到圖6，讓上壓模驅動機構34進行退模操作將上壓模向上滑動，于是上壓模從下壓模上退離。圓周面加壓驅動機構26和28也進行退模操作，將圓周面加壓件26A和28A從壓模的外圓周面上退離。在這狀態下，一個被加熱到預定溫度的玻璃材料，被自動機械手之類構件送到下壓模32的模壓型面上。接著圓周面加壓件26A和28A受壓并移到與這兩個加壓件與上壓模30和下壓模32緊貼位置稍微有一點距離的地方，以便上壓模30和下壓模32能垂直移動(見圖4)。注意，在這種狀態下，圓周面加壓件26A和28A與上壓模30和下壓模32之間的間隙能與粗糙面間的間隙相當，該間隙要考慮上壓模30和下壓模32的可滑動性來確定。同時也應該注意，上壓模30和下壓模32要加熱到滿足預定的模壓狀態的溫度，圓周面加壓件26A和28A也被調節到預定溫度。
接著，讓上壓模驅動機構34進行伸展操作，使上壓模30的模壓型面壓向玻璃材料的上表面，從而給玻璃材料加壓。當上壓模30逐漸向下移動時，玻璃材料便逐漸在水平方向受壓。最后，當上壓模30的法蘭邊30A與圓周面加壓件26A和28A的上表面緊貼時，玻璃材料被完全變形。
在上壓模驅動機構34施于上壓模30的壓力釋放到基本上為零時，讓圓周面加壓件驅動機構26和28進行伸展操作，使圓周面加壓件26A和28A對上壓模30和下壓模32的外圓周面加壓。上壓模30和下壓模32保持受壓狀態一會兒后并開始冷卻。通過這種加壓(圖5和圖6顯示狀態)，可以校正上壓模30和下壓模32中心軸間的錯位，以及由于這種錯位而造成的上壓模30和下壓模32光學性能面光軸的傾斜。
在上壓模30和下壓模32以及圓周面加壓件26A和28A開始冷卻，并夾持數秒鐘后，就操作圓周面加壓件驅動機構26和28后退，在圓周面加壓件和上、下壓模30和32間形成一個最小的間隙，以允許上、下壓模垂直滑動。
注意該間隙的位置要精確地加以控制。在這個狀態下，上壓模驅動機構34再次進行伸展操作，對上壓模30施壓。下壓模驅動機構40也進行伸展操作把下壓模32向上壓使模壓制品受壓以保持模壓制品的表面形狀。
當溫度降低到預定值時，下壓模驅動機構40進行退模操作釋放壓力。
此后，上壓模驅動機構34再次進行退模操作把上壓模30向上移動。在此同時，圓周面加壓件驅動機構26和28也進行退模操作，把圓周面加壓件從上、下壓模處退出。最終模壓完的模壓制品用例如自動機械手取出。
在以上描述的一系列操作過程里，不僅可以降低成本而且也更有效地利用上、下壓模周圍的空間，因為圓周面加壓件也起到上、下壓模的壓模架的作用。結果是，可以安排校正光軸錯位更有效的方法。也就是說，當壓模架被一物多用時，上壓模和下壓模沿壓模架垂直滑動的部位也同時被用作圓周面加壓件與壓模的接觸面。因此，就可能增加圓周面加壓件與壓模間的配合長度，制成偏心小精度高的模壓制品。
第三實施例第三實施例與第二實施例中的光學器件模壓設備不同處在于，它的圓周面加壓件還起著成型模壓制品圓周面外形的壓模的作用，同時還布置在壓模的外圓周面的三個方向上。其余的構造基本上與第一和第二實施例相同，所以將省略相同部件的詳細描述。
如圖7到圖10所示，上壓模48和下壓模50被安裝在三個圓周面加壓件42A，44A和46A所環繞的空間里，并可垂直滑動。為了校正上壓模48和下壓模50的光軸間的錯位、并在模壓制品的圓周面上成型，圓周面加壓件42A、44A和46A與上壓模48和下壓模50接觸部位的形狀做成拱形以與上壓模48和下壓模50的外圓周面部位相匹配。這些圓周面加壓件42A、44A和46A被推到與上壓模48和下壓模50的外圓周面接觸且兩者不留間隙的部位。注意，在第三實施例里，如圖8和圖9所示，上壓模48和下壓模50的整個圓周面并非完全閉合；也就是說，三個圓周面加壓件42A、44A和46A安裝得彼此間留有預定大小的間隙，結果是玻璃材料只被壓模部分地延伸。但是，取決于這些壓模的工藝精度，圓周面加壓件也可以具有與整個外圓周面緊貼的形狀。
在圓周面加壓件42A，44A和46A的側面，離開這些加壓件與壓模貼合面一段距離處，裝有圓周面加壓件驅動機構42、44和46。這些圓周面加壓件驅動機構42、44和46布置在上壓模48和下壓模50外圓周面的徑向，彼此間隔相等。
當玻璃材料被送入壓模，或者一個模壓制品要從壓模里被取出的時候，圓周面加壓件驅動機構42、44和46要進行退模操作以增大圓周面加壓件42A、44A和46A之間的距離。這就允許例如一個自動機械手插入。
圓周面加壓件42A、44A和46A裝有加熱器42B、44B和46B，以及接觸面溫度傳感器42C、44C和46C，分別用以測量壓模接觸面附近的溫度。因此，圓周面加壓件42A、44A和46A可被調節到某預定溫度。
與第一和第二實施例相同，一個控制器100完全控制第三實施例的光學器件模壓設備各機構和加熱器的工作。
透鏡模壓工藝流程下面將描述用以上光學器件模壓設備生產一個諸如透鏡之類玻璃模壓制品的工藝流程。
參閱圖7至圖10，如上面在第二實施例里描述的一樣，一個被加熱到預定溫度的玻璃材料被例如自動機械手送入下壓模50的轉換模壓型面上。然后，使圓周面加壓件驅動機構42、44和46進行伸展操作，將圓周面加壓件42A、44A和46A移動到離這些部件與上壓模48和下壓模50緊貼處稍有一點距離的位置，從而形成一個很小的間隙以便上壓模48和下壓模50在其間滑動(見圖7)。注意，該間隙的位置要予以精確地控制。同時也要注意，上壓模48和下壓模50，以及圓周面加壓件42A，44A和46A均要加熱到滿足模壓狀態的預定溫度。
此后，讓上壓模驅動機構52進行伸展操作，把上壓模48的轉換模壓型面壓到玻璃材料上，從而使玻璃材料受壓。當上壓模48逐漸向下運動時，玻璃材料便逐漸在水平方向受壓。最后，當上壓模48的法蘭邊48A與圓周面加壓件42A、44A和46A的上表面緊貼時，玻璃材料完全變形。在這種狀態下，從上壓模48和下壓模50的圓周面上伸展出來的玻璃材料便會與圓周面加壓件42A，44A和46A接觸形成模壓制品的圓周面規則形狀54B，同樣，從壓模中伸展出的部分也形成規則的圓周面54A。
當上壓模驅動機構52作用于上壓模48的壓力基本上釋放為零后，圓周面加壓件驅動機構42、44和46進行伸展操作，把圓周面加壓件42A，44A和46A壓向上壓模48和下壓模50的外圓周面。上壓模48和下壓模50保壓一會并開始降溫(見圖8和圖9)。
在上壓模48和下壓模50以及圓周面加壓件42A、44A和46A開始冷卻并夾持數秒鐘后，圓周面加壓件驅動機構42、44和46要進行微小的退模操作，再次在圓周面加壓件42A、44A和46A與上壓模48和下壓模50間退出一個最小間隙以便上、下壓模滑動。在這種狀態下，上壓模驅動機構52則再一次進行伸展操作，對上壓模48加壓。為了維持模壓制品54的表面形狀并完成模壓制品的圓周面的規則外形54B，下壓模驅動機構56也要進行伸展操作，把下壓模50上壓使模壓制品54受壓。當上壓模48和下壓模50，以及圓周面加壓件42A，44A和46A的溫度降至一預定溫度時，下壓模驅動機構56進行退模操作以釋放壓力。
此后，上壓模驅動機構52再次進行退模操作，使上壓模48向上運動。與此同時，圓周面加壓件驅動機構42、44和46也進行退模操作，把圓周面加壓件42A，44A和46A從壓模上移開。最終的模壓制品則被例如自動機械手從壓模上取出。
在上述一系列操作過程中，可以既校正壓模中心軸之間的偏差，又因為圓周面加壓件兼有壓模一部分的功能，所以也可以將模壓制品的圓周面模壓出型面來。因此，模壓制品便具有一個相對于光學性能面的光軸的位置精度很高的圓周面。此外，該模壓制品的圓周面的位置由三個方向限定，所以與圓周面由兩個位置限定的情況相比，模壓件的圓周面的圓度可以增大，因此，當一個偏心精度要求很高的透鏡被裝入鏡頭筒時，該透鏡的圓周面可以很好地作為基準參考面使用。
注意，當上壓模48提升時，模壓制品54有時會由于上壓模48和下壓模50的模壓型面間精細的光接觸平衡而以微小的偏置狀態粘連在上壓模48上。發生這種情況時，圓周面加壓件驅動機構42、44和46則會多次運行以使圓周面加壓件42A、44A和46A與上壓模和下壓模50多次貼緊。結果，圓周面加壓件42A、44A和46A就會與模壓制品54的一部分接觸，使模壓制品54落在下壓模50的模壓型面上。
有些時候，模壓制品54可能落在偏離下壓模50中心的位置使自動機械手無法將它取出。因此，加壓件42A、44A和46A要重新多次貼緊上壓模48和下壓模50，以便把模壓制品54推回到下壓模50的正常位置上。這就使自動機械手便于取出(制品)。
雖然每次模壓制品被取時都可進行上述模壓制品取出操作，但是也可以用例如傳感器探測模壓制品粘于上壓模或模壓制品的落位發生偏差時才進行上述制品取出操作。
如上所述，上、下壓模間的光軸錯位可被有成型模壓制品圓周面的型面的圓周面加壓件所校正，同時，在模壓制品被取出時，還可對位置偏置進行校正。因此，獲得了一個非常簡便的設備。
在本發明的上述各實施例中，在上壓模和下壓模的加壓操作使玻璃變形完全完成或幾乎完全完成時，上壓模和下壓模的外圓周面同時被另一個獨立于上、下壓模操作的另一個加壓件向著壓模中心加壓。因而，無論壓模的夾持位置的軸向精度或加壓軸的精度是否很高，都可以模壓出光軸精度要求很高的光學器件來。也就是說，不需要用昂貴的模壓機，具有可靠光軸精度的光學器件便可制成。所以，這種設備在成本和精度兩方面都是優越的。
此外，用來使上壓模和下壓模的外圓周面同時向這些壓模中心受壓的圓周面加壓件也具有使上壓模和下壓模垂直滑動的導向件的功能。這不僅因不需要壓模架而簡化了設備的構造，而且也更有效地利用了壓模周圍的空間。于是，圓周面加壓件與上壓模和下壓模之間的接觸部分可沿壓模的軸線延長。結果，就可以獲得高光軸精度的光學制品。
此外，圓周面加壓件還構成成型光學制品圓周面上至少一個部位型面的一部分。于是，在上壓模和下壓模模壓的同時就可以成型出制品的圓周面。這就簡化了壓模的構造，也不需要在下一步再進行光學器件圓周面的成型工序。更進一步講，就上壓模和下壓模的光軸精度和該光軸與圓周面的相對位置精度而言，有可能獲得高精度的光學器件。這就可以在接著的下道工序中利用這個圓周面作高精度的裝配。
圓周面加壓件還有一個作輔助裝置的功能，可以將一個模壓后仍放置在偏心位置的光學器件移向壓模中心。于是，可以將一個壓模打開后、處在偏心狀態而粘連在上壓模上的模壓制品推回并使該模壓制品落在下壓模的正常位置上，或者，在壓模打開期間將一個與下壓模的中心偏離的模壓制品向下壓模的中心推移。因此，既可以獲得高精度光軸的光學器件，又可以用簡便的結構避免自動機械手取出制品時的故障。這樣，可使模壓制品順利地取出、提高該設備運行的效率。
更進一步說，至少三個圓周面加壓件具有相對于壓模中心軸相同的行程，因此，能夠模壓出有不同圓周面形狀的光學器件。此外，由于光學器件圓周面形狀精度可以提高，所以，有可能獲得圓周面與光軸的相對位置精度高的光學器件。
在第三實施例中，采用了三個圓周面加壓件來成型透鏡的圓周部分。但是，在成型矩形透鏡時，可采用四個圓周面加壓件。也就是說，圓周面加壓件的數量可以根據光學器件的形狀而改變。
更進一步說，雖然在上述每個實施例中都采用了單腔壓模，但也可以使用四個空腔的壓模，也就是說，壓模的空腔數可以自由地改變。
用第一實施例制造的玻璃透鏡曾安裝在相機和袖珍相機里，并受到過技術評估。結論是，用第一實施例方法制造的透鏡，其平行偏心值和光軸傾斜度分別為2微米和10秒，因而透鏡在中心和周邊的透視分辨率為100條線/mm或更高。這就證明，用這個實施例的玻璃制品模壓方法可以模壓出出色的玻璃制品。
正如用本發明能做出許多表面上十分不同而又不背離其精髓和范圍的實施例那樣，可以理解，在所附權利要求限定的范圍內，本發明并不局限于這些特定的實施例。
權利要求
1.一種模壓有多個光學面的光學器件的設備包括一對有轉換模壓型面用以轉換出上述光學器件光學面的壓模；一個用以引導上述這對壓模在一個主方向滑動的導向件；用以控制上述壓模在該主方向運動的控制裝置；用以在光學面被轉換出來后對此光學面光軸校準的校準裝置。
2.根據權利要求1的設備，其中上述校準裝置是在上述的導向件里制成的空孔里、該校準裝置在垂直于上述主方向上、沿上述的空孔相對于上述的一對壓模的外圓周面部分的前、后運動。
3.根據權利要求1的設備，其上述校準裝置通過夾持和緊貼上述一對壓模的方式調整光學面光軸間的錯位和光軸傾斜。
4.根據權利要求1的設備，其上述校準裝置也用作上述的導向件。
5.根據權利要求4的設備，其中上述校準裝置構成一個用以確定上述光學器件圓周面的壓模的一部分。
6.根據權利要求5的設備，其中當上述光學器件被裝配到透鏡筒里去的時候，其上述光學器件的圓周面作為定位部分使用。
7.根據權利要求1的設備，其中上述光學器件是玻璃透鏡，上述校準裝置包括在上述玻璃透鏡光軸周圍提供的多重校準裝置。
8.根據權利要求7的設備，上述多重校準裝置均與中心軸等距。
9.根據權利要求8的設備，更進一步包括往返交替運動控制裝置，用以控制所言的導向件在上述壓模被滑動地導向的位置和光學面的光軸被校準的位置之間往返交替運動。
10.模壓一個有多個光學面的光學器件的模壓方法包括以下步驟將上述光學器件的材料插入一對壓模，該壓模有轉換模壓型面，用以把該型面轉換為光學器件的光學面；在可發生壓縮變形的溫度下，夾持上述壓模和上述光學器件的材料并用上述這對壓模對上述光學器件的玻璃材料加壓以把光學面轉換給玻璃材料；在光學面光軸的垂直方向對上述這對壓模的圓周面加壓以校準光學面的光軸。
11.根據權利要求10的方法，其中當完成了上述光學器件材料的壓縮變形，或當材料正被冷卻時，通過一個對壓模在光學面光軸方向的滑動進行導向的導向件，校準其光學面的光軸。
12.根據權利要求11的方法，其中上述導向件由多個安裝在光學面光軸周圍的導向部件組成，通過這些導向件對上述這對壓模的夾持和加壓，校準光學面的光軸。
13.根據權利要求12的方法，其中，在其光學面被轉換給上述光學器件材料后，在材料冷卻前和冷卻中以及上述壓模按材料取出而需進行的移動前和移動中，校準光學面的光軸。
14.根據權利要求13的方法，其中光學面在上述光學器件的材料在設定的第一粘度106.5至1010達因·秒/厘米2時被轉換，而光學器件材料在設定的第二粘度范圍108.5至1012.5達因·秒/厘米2時光學面被轉換到材料上，材料被設定在第二粘度范圍內進行光學面光軸的校準。
15.根據權利要求14的方法，其中光學面的光軸間的錯位和光軸間的傾斜通過光學面光軸的校準得以調整。
16.一種光學器件，通過下列步驟模壓而成用一對有轉換模壓型面以轉換光學面的壓模模壓加熱到變形溫度的上述光學器件的材料轉換光學面和校準光學面光軸。
17.根據權利要求16的器件，其中上述光學器件是玻璃透鏡，當該玻璃透鏡被裝配到透鏡筒內時，上述玻璃透鏡的圓周面構成可用的定位部分。
18.根據權利要求17的器件，其中上述壓模的轉換模壓型面光軸間的錯位和光軸的傾角，當光學面的光軸被校準時也被調整。
全文摘要
用上壓模(1)和下壓模(2)對一種玻璃材料(16)進行模壓;透鏡面就被轉換出來。在透鏡面被轉換出來后,上、下壓模(1,2)的圓周從側面被夾持并被加壓,用以校準上、下壓模(1,2)的轉換模壓型面光軸之間的錯位和傾斜。
文檔編號C03B11/08GK1188043SQ9712567
公開日1998年7月22日 申請日期1997年12月25日 優先權日1996年12月26日
發明者野村剛, 山本潔, 真重雅志 申請人:佳能株式會社