(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記押圧型の少なくとも一方は光学機能面光軸に対して非対称（軸非対称）な成形面を有し、前記軸非対称な成形面を有する押圧型の前記摺動方向を軸とする回転を阻止するように、前記軸非対称な成形面を有する押圧型と前記胴型とを嵌合させるとともに、前記押圧型及び前記胴型の接触部近傍において、前記軸非対称な成形面を有する押圧型及び前記胴型のそれぞれの外周部に切欠部を設け、前記切欠部に前記押圧型及び前記胴型よりも大きい熱膨張率を有する金属材料を用いた係合部材を係合させた光学素子成形型。
【請求項２】
前記押圧型のフランジ部の一部及び前記胴型の端面の一部に切欠溝を設け、前記係合部材は前記溝に嵌合する略直方体のキーブロックである請求項１記載の光学素子成形型。
【請求項３】
両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記押圧型の少なくとも一方は光学機能面光軸に対して非対称（軸非対称）な成形面を有し、前記軸非対称な成形面を有する押圧型の前記摺動方向を軸とする回転を阻止するように、前記軸非対称な成形面を有する押圧型と前記胴型とを嵌合させるとともに、前記押圧型及び前記胴型の接触部近傍において、前記軸非対称な成形面を有する押圧型及び前記胴型に前記摺動方向の穴を設け、前記穴に前記押圧型及び前記胴型よりも大きい熱膨張率を有する金属材料を用いた係合部材を係合させた光学素子成形型。
【請求項４】
両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記押圧型の少なくとも一方の成形面の光学機能部分以外の部分に、前記成形面と所定の角度をなす傾斜面を形成するように設けた深さが０．５ｍｍよりも大きい切欠部によって、前記一対の押圧型の間に供給された光学素材を押圧する際に前記切欠部に充填された前記光学素材が前記傾斜面を押圧し、前記切欠部が形成された押圧型の前記摺動方向を軸とする回転を阻止することを特徴とした光学素子成形型。
【請求項５】
前記傾斜面が形成された成形面は軸非対称である請求項４記載の光学素子成形型。
【請求項６】
前記傾斜面の稜線が前記軸非対称の成形面の主軸又は副軸のいずれかに平行である請求項５記載の光学素子成形型。
【請求項７】
胴型内で摺動する一対の押圧型の間に光学素材を供給し、前記光学素材を軟化点近傍の温度に加熱した状態で前記押圧型を前記摺動方向に押圧し、前記光学素材を所定形状に成形し、その状態で冷却する光学素子成形方法であって、前記押圧型の少なくとも一方の成形面は軸非対称であり、前記押圧型が前記摺動方向を軸として回転しないように、前記軸非対称の成形面を有する押圧型と前記胴型とを前記押圧型及び前記胴型よりも大きい熱膨張率を有する金属材料を用いた係合部材によって係合させる光学素子成形方法。
【請求項８】
胴型内で摺動する一対の押圧型の間に光学素材を供給し、前記光学素材を軟化点近傍の温度に加熱した状態で前記押圧型を前記摺動方向に押圧し、前記光学素材を所定形状に成形し、その状態で冷却する光学素子成形方法であって、前記押圧型の少なくとも一方の成形面は軸非対称であり、前記軸非対称の成形面を有する押圧型の前記成形面の光学機能範囲以外の部分に前記成形面と所定の角度をなす傾斜面を形成するように深さが０．５ｍｍよりも大きい切欠部を設け、前記光学素材を前記切欠部に充填し、前記充填された光学素材を介して前記傾斜面を押しつけ、前記切欠部が形成された押圧型の前記摺動方向を軸とする回転を阻止する光学素子成形方法。
【請求項９】
前記光学素材を軟化点近傍の温度に加熱する工程と、前記押圧型を押圧する工程と、前記冷却する工程とがそれぞれ異なったステージで実行され、前記胴型と前記一対の押圧型を含む光学素子成形型が前記ステージ間を移動する請求項７又は８に記載の光学素子成形方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の光学素子成形方法で製造した光学素子であって、前記切欠部に充填された部分が、光学機器取付け用の方向決定手段を兼ねることを特徴とした光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器に使用されるレンズ、プリズム等の高精度光学ガラス素子を超精密ガラス成形法により成形する光学素子成形型、光学素子成形方法及び光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高精度光学素子、特に非球面ガラスレンズ等の製造方法の１つとして、例えば、特開昭６１−２１９２７号公報に示されているように、研磨工程を経ることなく、ガラス素材を変形可能な温度、例えば、軟化点近傍の温度に加熱し、押圧成形する方法が提案されている。この方法は、高精度な成形型を必要とする。以下図面を参照しつつ、従来の光学素子成形型及び一般的に用いられている光学素子成形装置について説明する。図９は従来の光学素子成形型の構成を示す断面図であり、図１０は一般的な光学素子成形装置の構造を示す部分断面図である。
【０００３】
図９に示す従来の光学素子成形型は、略円筒形の胴型１００と、胴型１００の上下の開口部１０１及び１０２と嵌合し、軸１０３方向に摺動可能な上押圧型１２０及び下押圧型１３０で構成されている。ガラス素材１４０は、上押圧型１２０と下押圧型１３０の間に供給される。上押圧型１２０の下面には、例えば非球面レンズを形成するための凹面１２１が形成されており、下押圧型１３０の上面の成形面１３１には、例えばグレーティング１３２等の軸非対称面が形成されている。胴型１００と上押圧型１２０及び下押圧型１３０とは固定もしくは係合されておらず、矢印Ａで示すように、軸１０３の回りに回転可能である。
【０００４】
図１０に示す一般的な光学素子成形装置は、順に並列された金型投入口１３２、加熱ステージ１２７、押圧ステージ１２９、冷却ステージ１３１及び金型取り出し口１３３と、各ステージに対向するように配置された加熱ヘッド１２６、押圧ヘッド１２８及び冷却ヘッド１３０と、光学素子成形型（従来例及び後述する本発明の各実施例を含む）を各ステージへ矢印Ｃ方向に移送させるための移送アーム１３４等で構成されている。投入口１３２から投入された光学素子成形型は、加熱ステージ１２７においてガラス素材１４０が変形可能な温度、例えば、軟化点近傍の温度に加熱され、押圧ステージ１２９において、矢印Ｂで示す方向に押圧され、冷却ステージ１３１においてガラス素材１４０の軟化点以下の温度に冷却され、取り出し口１３３より取り出される。その結果、所定形状の光学素子が成形される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光学素子成形型では、胴型１００と上押圧型１２０及び下押圧型１３０とは固定もしくは係合されておらず、軸１０３の回りに回転可能であるため、移送アーム１３４により光学素子成形型を各ステージへ移送する際、上押圧型１２０及び下押圧型１３０が軸１０３の回りに回転する場合も生じる。もし、回転した押圧型が例えば下押圧型１３０のように軸非対称面を有する場合、軸非対称面の転写が行われる前後で光学素子転写面にズレを生じ、例えば図１１に示すように、必要とするグレーティング１３５と実際に形成されたグレーティング１３６との間に格子ずれが生じ、所望の光学素子性能を有した光学素子が得られないという問題点を有していた。
【０００６】
また、従来の光学素子成形型では、胴型１００の内周部も、上押圧型１２０及び下押圧型１３０の外周部の凹凸のない円であるため、成形された光学素子の外周も凹凸のない円形となる。そのため、軸非対称面を有する光学素子のように取り付け方向が決っている場合や、光学素子が両凸又は両凹の球面又は非球面レンズであって、両面の曲率半径が近い場合、これらの光学素子を光学機器に取り付ける際、顕微鏡やレーザスポット検査機等の評価機器を用いて光学素子の光学機器への取り付け方向をマークしなければならず、生産性が悪いという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであり、胴型と軸非対称面を有する押圧型とを光学素材の変形が可能な状態の時に固定し、金型を移動させる際に、光学素子転写面にずれを生じさせることなく成形する光学素子成形型及び光学素子成形方法を提供し、さらに、光学素子を光学機器に取り付ける際、評価機器等を用いて光学素子の取り付け方向をマークすることなく、容易に光学機器に取り付けることのできる光学素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子成形型は、両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記押圧型の少なくとも一方は光学機能面光軸に対して非対称（軸非対称）な成形面を有し、前記軸非対称な成形面を有する押圧型の前記摺動方向を軸とする回転を阻止するように、前記軸非対称な成形面を有する押圧型と前記胴型とを嵌合させるとともに、前記押圧型及び前記胴型の接触部近傍において、前記軸非対称な成形面を有する押圧型及び前記胴型のそれぞれの外周部に切欠部を設け、前記切欠部に前記押圧型及び前記胴型よりも大きい熱膨張率を有する金属材料を用いた係合部材を係合させたものである。
【０００９】
上記構成において、前記押圧型のフランジ部の一部及び前記胴型の端面の一部に切欠溝を設け、前記係合部材は前記溝に嵌合する略直方体のキーブロックであることが好ましい。
または、両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記押圧型の少なくとも一方は光学機能面光軸に対して非対称（軸非対称）な成形面を有し、前記軸非対称な成形面を有する押圧型の前記摺動方向を軸とする回転を阻止するように、前記軸非対称な成形面を有する押圧型と前記胴型とを嵌合させるとともに、前記押圧型及び前記胴型の接触部近傍において、前記軸非対称な成形面を有する押圧型及び前記胴型に前記摺動方向の穴を設け、前記穴に前記押圧型及び前記胴型よりも大きい熱膨張率を有する金属材料を用いた係合部材を係合させたものである。
【００１０】
また、本発明の別の光学素子成形型は、両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記押圧型の少なくとも一方の成形面の光学機能部分以外の部分に、前記成形面と所定の角度をなす傾斜面を形成するように設けた深さが０．５ｍｍよりも大きい切欠部によって、前記一対の押圧型の間に供給された光学素材を押圧する際に前記切欠部に充填された前記光学素材が前記傾斜面を押圧し、前記切欠部が形成された押圧型の前記摺動方向を軸とする回転を阻止するものである。
【００１１】
上記構成において、前記傾斜面が形成された成形面は軸非対称であることが好ましい。
また、前記傾斜面の稜線が前記軸非対称の成形面の主軸又は副軸のいずれかに平行であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のさらに別の光学素子成形型は、両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記押圧型の少なくとも一方の成形面の光学機能部分以外の部分に、高さ０．５ｍｍよりも大きい突起部を設けたものである。
【００１３】
上記構成において、前記突起部が設けられた成形面は軸非対称であることが好ましい。
また、前記突起部は前記軸非対称の成形面の主軸又は副軸のいずれかに平行であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のさらに別の光学素子成形型は、両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記胴型及び前記押圧型の前記胴型と嵌合する部分は、前記押圧型の摺動方向に直交する方向の断面が矩形である。
【００１５】
また、本発明のさらに別の光学素子成形型は、両端に開口部を有する胴型と、前記胴型の各開口部に嵌合し、前記胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、前記胴型及び前記押圧型の前記胴型と嵌合する部分は、前記押圧型の摺動方向に直交する方向の断面が１組の平行な辺及び対向する１組の円弧状の辺で構成されている。
【００１６】
一方、本発明の光学素子成形方法は、胴型内で摺動する一対の押圧型の間に光学素材を供給し、前記光学素材を軟化点近傍の温度に加熱した状態で前記押圧型を前記摺動方向に押圧し、前記光学素材を所定形状に成形し、その状態で冷却する光学素子成形方法であって、前記押圧型の少なくとも一方の成形面は軸非対称であり、前記押圧型が前記摺動方向を軸として回転しないように、前記軸非対称の成形面を有する押圧型と前記胴型とを前記押圧型及び前記胴型よりも大きい熱膨張率を有する金属材料を用いた係合部材によって係合させる。
【００１７】
また、本発明の別の光学素子成形方法は、胴型内で摺動する一対の押圧型の間に光学素材を供給し、前記光学素材を軟化点近傍の温度に加熱した状態で前記押圧型を前記摺動方向に押圧し、前記光学素材を所定形状に成形し、その状態で冷却する光学素子成形方法であって、前記押圧型の少なくとも一方の成形面は軸非対称であり、前記軸非対称の成形面を有する押圧型の前記成形面の光学機能範囲以外の部分に前記成形面と所定の角度をなす傾斜面を形成するように深さが０．５ｍｍよりも大きい切欠部を設け、前記光学素材を前記切欠部に充填し、前記充填された光学素材を介して前記傾斜面を押しつけ、前記切欠部が形成された押圧型の前記摺動方向を軸とする回転を阻止する。
【００１８】
上記各構成において、前記光学素材を軟化点近傍の温度に加熱する工程と、前記押圧型を押圧する工程と、前記冷却する工程とがそれぞれ異なったステージで実行され、前記胴型と前記一対の押圧型を含む光学素子成形型が前記ステージ間を移動することが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光学素子は、胴型内で摺動する一対の押圧型の間に供給された光学素材を軟化点近傍の温度に加熱した状態で前記押圧型を前記摺動方向に押圧して成形される光学素子であって、光軸方向に対向する２つの面のうち、少なくとも一方の面の光学機能範囲以外の部分に、光学機器取付け用の深さが０．５ｍｍよりも大きい溝形状、又は高さが０．５ｍｍよりも大きい突起形状の方向決定手段を有する。
【００２０】
上記構成において、前記光学機器取付け用の方向決定手段が施された面は軸非対称であることが好ましい。
また、前記光学機器取付け用の方向決定手段は、前記軸非対称な面の主軸又は副軸のいずれかに平行であることが好ましい。
または、上記構成において、前記光軸方向に対向する２つの面は、それぞれ曲率が近似した両凸又は両凹の球面又は非球面であることが好ましい。
【００２１】
上記各構成において、前記光軸に直交する断面形状が略矩形であることが好ましい。
または、前記光軸に直交する断面形状が１組の平行な辺及び対向する１組の円弧状の辺で構成されていることが好ましい。
また、本発明の別の光学素子は、前記各光学素子成形方法で製造した光学素子であって、前記切欠部に充填された部分が、光学機器取付け用の方向決定手段を兼ねることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の態様】
本発明の光学素子成形型及び光学素子成形方法の第１の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は第１の実施例の光学素子成形型の構成を示す断面図であり、図２は上押圧型を除いた状態における平面図である。図１及び図２に示すように、第１の実施例の光学素子成形型は、略円筒状の胴型１０と、胴型１０の上下の開口部１１及び１２にそれぞれ嵌合する上押圧型２０及び下押圧型３０と、胴型１０と下押圧型３０とを軸１３に対して回転できないように係合させる係合部材４０等で構成されている。
【００２３】
胴型１０は、例えば超硬合金製であり、その外周部で、且つ下部開口部１２の近傍には、係合部材４０と係合するための切欠又は溝１４が設けられている。上押圧型２０及び下押圧型３０もそれぞれ超硬合金製であり、上押圧型２０の下面には曲率半径５．０ｍｍの非球面形状の成形面２１が施されている。また、下押圧型３０の上面の成形面３３にはグレーティング３４が施されている。グレーティング３４の断面形状は、幅１ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍ、深さ２５０ｎｍの矩形状である。
【００２４】
上押圧型２０と下押圧型３０は、胴型１０内で軸１３の方向に摺動可能である。本実施例の場合、下押圧型３０に形成されたグレーティング３４が軸非対称面であるため、下押圧型３０のフランジ部３１にも、係合部材４０と係合するための切欠又は溝３２が設けられている。胴型１０の溝１４及び下押圧型３０の溝３２は、例えば幅１．５ｍｍ、深さ２．０ｍｍである。係合部材４０は、略直方体であり、その材料としては、胴型１０、上押圧型２０及び下押圧型３０の材料である超硬合金の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する金属部材、例えばＳＵＳ３０４等を用いる。なお、例えばＳＦ−８等のガラス素材５０は、従来例と同様に、上押圧型２０と下押圧型３０との間に供給される。
【００２５】
以上のように構成された第１の実施例の光学素子成形型を用いた光学素子成形方法について説明する。図１に示すように、上押圧型２０と下押圧型３０の間にガラス素材５０を供給し、下押圧型３０のフランジ部３１の溝３２と胴型１０の下端の溝１４に係合部材４０を係合させる。このようにして組立てられた光学素子成形型を、例えば図９に示す光学素子成形装置の投入ステージ１３２より供給し、移送アーム１３４により加熱ステージ１２７に移送し、ガラス素材５０の軟化点近傍（約５０５℃）まで昇温する。加熱ステージ１２７に移送された光学素子成形金型は、係合部材４０の材料であるＳＵＳ３０４と、胴型１０及び下押圧型３０の材料である超硬合金の熱膨張率の差により、軸１３に対して成形面３３にグレーティング３４を施した下押圧型３０と胴型１０とが相対的に回転移動をしないように固定される。
【００２６】
下押圧型３０と胴型１０とが固定された後、移送アーム１３４により次ステージである押圧ステージ１２９に移送され、上押圧型２０が図中矢印Ｂで示す方向に押圧され、ガラス素材５０が所定形状に成形される。成形後、光学素子成形型が冷却ステージ１３１に移動され、冷却ステージ１３１において、光学素子成形金型及びガラス素材５０が冷却され、完成した光学素子が取り出し口１３３から取り出される。光学素子成形型を冷却ステージ１３１に移動させる際、下押圧型３０と胴型１０とが係合部材４０により固定されているため、グレーティング３４が施された下押圧型３０が軸１３の回りに回転移動することはなく、図１１に示したようなグレーティングのずれは生じない。
【００２７】
従来の光学素子成形金型を用いて成形した光学素子（従来品）と、本実施例の光学素子成形金型を用いて成形した光学素子（本発明品）を比較したところ、従来品の透過波面収差が０．０５λ以上だったのに対して、本発明品の透過波面収差は０．０４λ以下であった。また、従来品はグレーティングがずれているため無数に分光し、グレーティング機能を得られなかったが、本発明品はグレーティングがずれていないため、グレーティングの機能が得ることができ、分光比（１次光：０次光：−１次光）＝１：５：１の設計どおりの光学素子が得られることが確認された。
【００２８】
なお、本実施例では、ガラス素材５０として軟化点約５０５℃のＳＦ−８を用いたが、他の硝材、例えばランタン系硝材や低融点ガラス等のガラス素材を用いても良い。また、胴型１０、上押圧型２０及び下押圧型３０の材料として超硬合金を用いたが、耐熱性や高温強度に優れた素材であれば、他の材料であっても良い。また、下押圧型３０と胴型１０とを係合させる手段として、下押圧型３０及び胴型１０に断面が略矩形の溝を設け、略直方体の係合部材４０を用いたが、下押圧型３０及び胴型１０に円形断面の穴を設け、略円柱状の係合部材を用いても同様の効果が得られる。また、軸非対称面を有する下押圧型３０と胴型１０とを係合させるように構成したが、上押圧型２０のフランジ部及び胴型１０の上端１１の近傍にも溝を設け、係合部材４０を用いて両者を係合させるように構成してもよい。
【００２９】
次に、本発明の光学素子成形型及び光学素子成形方法の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。図３は第２の実施例の光学素子金型の構成を示す断面図であり、図４は上押圧型を除いた状態における平面図である。図３及び図４に示すように、第２の実施例の光学素子成形型は、略円筒状の胴型６０と、胴型６０の上下の開口部６１及び６２にそれぞれ嵌合する上押圧型７０及び下押圧型８０で構成されている。胴型６０及び上押圧型７０は図９に示す従来例のものと実質的に同じである。下押圧型８０の上面の成形面８１にはグレーティング８２が施されている。グレーティング８２の断面形状は三角波形状であり、ピッチ０．２ｍｍ、深さ３７０ｎｍである。また、下押圧型８０の成形面８１のグレーティング８２の格子方向と平行な方向の両端部には、深さ約２ｍｍで、成形面とのなす角が３０°の傾斜面８３が形成されている。ガラス素材９０は、第１の実施例と同様に、上押圧型７０と下押圧型８０との間に供給される。ガラス素材９０としては、例えばＢＫ−７（転移点５５３℃、屈伏点６１４℃）を用いる。
【００３０】
以上のように構成された第２の実施例の光学素子成形型を用いた光学素子成形方法について説明する。図３に示すように、上押圧型７０と下押圧型８０の間にガラス素材９０を供給し、組立てられた光学素子成形型を、例えば図１０に示す光学素子成形装置の投入ステージ１３２より供給し、移送アーム１３４により加熱ステージ１２７に移送し、ガラス素材９０（ＢＫ−７）の軟化点近傍（約５２０℃）まで昇温する。
【００３１】
次に、移送アーム１３４により次ステージである押圧ステージ１２９に移送され、上押圧型７０が図中矢印Ｂで示す方向に押圧され、ガラス素材９０が所定形状に成形される。その際、下押圧型８０の成形面８１の両端部に施した傾斜面８３近傍の凹部へガラス素材９０が充填される。充填されたガラス素材９０は、下押圧形８０の成形面８１となす角３０゜の傾斜面８３を押さえつける。このとき、下押圧型８０には、傾斜面８３を押されたことによる垂直方向の力の他に、水平方向の分力が作用し、事実上軸６３の回りの回転が阻止される。さらに、押圧ステージ１２９から冷却ステージ１３１に移送される際、ガラス素材９０が冷却され、収縮するので、ガラス素材９０が傾斜面８３を押さえつける力が増す。そのため、ガラス素材９０と下押圧型８０の軸６３を中心とする回転移動が阻止される。
【００３２】
さらに、移送アーム１３４により、光学素子成形型が押圧ステージ１２９から冷却ステージ１３１に搬送する際にも、下押圧型８０のグレーティング８２とガラス素材９０とが回転移動することない。その後、冷却ステージ１３１において、光学素子成形型及びガラス素材９０は、所望の光学性能を得るために徐々に冷却温度（約４２０℃）まで冷却される。移送アーム１３４により、光学素子成形型は取り出し口１３３まで搬送され、完成した光学素子が取り出される。
【００３３】
従来の光学素子成形金型では、グレーティングを施した下押圧型が、上下押圧型と胴型の摺動方向を軸として回転するため、これを用いて成形した光学素子（従来品）はグレーティングのずれが生じていた。一方、本実施例の光学素子成形金型を用いることにより、上下押圧型と胴型との摺動方向を軸とした回転を防止することができ、光学素子（本発明品）をグレーティングずれを起こすことなく成形することができた。従来品はグレーティングがずれているため無数に分光し、グレーティング機能を得られなかったが、本発明品はグレーティングがずれていないため、グレーティングの機能が得ることができ、設計どおりの光学素子が得られることが確認された。
【００３４】
なお、第２の実施例の光学素子成形型及び光学素子成形方法により成形された光学素子（例えば、図３におけるガラス素材９０が固化したもの）は、傾斜面８３を形成する切欠部に充填された部分（突起）が、光学機器に取り付ける際の方向決定手段として機能することは言うまでもない。
【００３５】
次に、本発明の光学素子の実施例について図面を参照しつつ説明する。図５は本発明の光学素子及びそれに適する光学機器鏡筒の構成の一実施例を示す断面図であり、図６は本実施例の光学素子をグレーティング面側から見た斜視図である。図５において、光学素子２００の上面には、例えば曲率半径が１５０ｍｍの非球面形状のレンズ機能面２０１が設けられており、下面にはグレーティング２０２が設けられている。グレーティング２０２の断面形状は、例えば幅０．５ｍｍ、ピッチ０．８ｍｍ、深さ２００ｎｍの矩形状である。光学素子２００の下面のグレーティング２０２の方向と平行な端部には、それぞれ、例えば幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの切欠部２０３が設けられている。光学素子２００のガラス素材としては、ＳＦ−６（転移点４２６℃、屈伏点４６７℃）を用いた。光学素子２００の外径は約φ５、厚さ３ｍｍである。また、光学機器鏡筒２１０は、例えば真鍮等の金属製であり、中央部に矢印Ｄ方向からの光線の軌跡を遮断しないためのφ３の貫通穴２１２が設けられている。さらに、光学機器鏡筒２１０には、光学素子２００に設けられた切欠部２０３と係合するように、幅１ｍｍ、高さ０．５ｍｍの凸部２１１が設けられている。
【００３６】
上記本発明の光学素子は、前記本発明の光学素子成形型及び光学素子成形方法を応用して成形したものであり、例えば光学素子成形型の軸非対称面を有する下押圧型の成形面に切欠部２０３を成形するための突起等（図示せず）を設けることにより行う。この場合、胴型及び押圧型（図示せず）の胴型と嵌合する部分の光軸方向に断面は略矩形である。光学素子２００に設けられた切欠部２０３は、グレーティング２０２の格子方向に対して平行にＨカット加工されている。同様に、光学機器鏡筒２１０にも、光学素子２００切欠部２０３と係合する凸部２１１が設けられている。そのため、光学素子２００を光学機器に取り付ける際、光学素子２００を吸着ペン（図示せず）により保持し、光学素子２００を回転させることにより、光学素子２００の光学機能方向を容易に検知することができる。なお、一般的には光学素子２００に設けられた切欠部２０３の深さが０．５ｍｍ以下であると、光学素子２００を吸着ペンで保持しての光学機能方向検出は困難である。
【００３７】
従来の光学素子では、光学素子を光学機器に取付けすための方向を、顕微鏡、レンズスポット等の検出機器によりグレーティング方向を検出し、光学素子を光学機器に取り付けるための方向を検知し、光学素子に方向をマークした後、光学機器に取り付けを行っていたので、光学素子を１個光学機器に取り付けを行うのに１分〜５分の時間を要し、生産性が非常に悪かった。しかし、本発明の光学素子を用いることにより、光学素子を吸着ペンにより保持し、回転させるだけで光学機器に取り付けることができ、光学素子を光学機器に１個取り付けるのに約３０秒という短い時間で行うことができた。
【００３８】
なお、本実施例では、光学素子２００の取付け方向決定手段として、光学素子２００の下面に切欠部２０３を設け、光学機器鏡筒２１０に凸部２１１を設けるように構成したが、光学素子の光学的機能を阻害する事がなく、精度よく光学機器に取り付けすることができれば、他の構成を用いてもよい。例えば、図７において、（ａ）はグレーティング２０２が施された成形面に位置及び方向決定用の三角状断面を有する突起２０４を設けた一例であり、突起２０４は軸非対称な光学機能面であるグレーティング２０２の方向と平行に設けられている。この光学素子を成形する光学素子成形型の押圧型（図示せず）の成形面には、グレーティングと平行に断面が略三角の溝が形成され、溝の傾斜面が図３に示した第２の実施例における傾斜面８３と同様に機能を果たす。そのため、押圧型の光軸の回りの回転が阻止され、グレーティング２０２のずれは生じない。また、成形された光学素子２００の突起２０４が光学機器に取り付ける際の方向決定手段として機能する。
【００３９】
図７における（ｂ）は、略円筒状の光学素子２００の外周部をグレーティング２０２の方向と平行に取付け方向決定及び押圧型の回転阻止用の平面２０５及び傾斜面２０７を形成した一例である。この光学素子を成形する光学素子成形型の胴型及び押圧型（図示せず）の胴型と嵌合する部分の断面は略小判型であり、対向する１組の平行な辺と、対向する１組の円弧状辺を有する。この場合、胴型と押圧型とが平面を介して嵌合するので、押圧型は光軸の回りには回転しない。また、形成された光学素子２００の平面２０５が光学機器に取り付ける際の方向決定手段として機能する。
【００４０】
図７における（ｃ）は、略円筒状の光学素子２００の外周部近傍に取付方向決定及び押圧型回転阻止用の略円形断面を有する切欠部２０６を設けた一例である。この光学素子を成形する光学素子成形型の胴型（図示せず）は、例えば略円筒状であり、その円筒内周面に切欠部２０６と逆形状の半円筒状の突起が形成されている。胴型と嵌合する押圧型（図示せず）も光学素子と同様に円筒外周面に切欠が設けられており、この切欠と突起の係合により、押圧型の軸回りの回転が阻止される。また、成形された光学素子２００の切欠部２０６が光学機器に取り付ける際の方向決定手段として機能する。
【００４１】
図８における（ｄ）は、図７の（ａ）と同様に、グレーティング２０２が施された成形面に位置及び方向決定用の三角状断面を有する突起２０４を設けた一例であり、突起２０４は軸非対称な光学機能面であるグレーティング２０２の方向と平行に設けられている。図８における（ｅ）は、図７の（ｂ）とは逆に、略円筒状の光学素子２００の外周部をグレーティング２０２の方向と平行に取付け方向決定及び押圧型の回転阻止用の突起２０４及び傾斜面２０７を形成した一例である。図８における（ｆ）は、曲率半径の近い球面または非球面２０１及び２０１´を有する光学素子の取り付け方向判別に、突起２０４を用いた例を示す。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光学素子成形型によれば、両端に開口部を有する胴型と、胴型の各開口部に嵌合し、胴型内で摺動する一対の押圧型を有し、押圧型の少なくとも一方は光学機能面光軸に対して非対称（軸非対称）な成形面を有し、軸非対称な成形面を有する押圧型の摺動方向を軸とする回転を阻止するように、軸非対称な成形面を有する押圧型と胴型とを係合させたので、例えばガラス素材等の光学素材を軟化点近傍の温度に加熱し、押圧型を押圧して光学素材を所定の形状に成形する際、軸非対称な成形面を有する押圧型が胴型に対して固定され、軸回りには回転しない。そのため、押圧型が押圧される工程から冷却される工程に移行する際に、光学素子成形型が回転を含めて動いたとしても、胴型と押圧型とは相対的に固定されているため、形成された光学素子の軸非対称な光学機能面には、ずれが生じない。
【００４３】
胴型と押圧型とを固定する手段として、軸非対称な成形面を有する押圧型及び胴型の接触部近傍において、軸非対称な成形面を有する押圧型及び胴型のそれぞれの外周部に切欠部を設け、切欠部に係合部材を係合させることにより、容易に胴型及び押圧型を製作することができる。または、従来の光学素子成形型を容易に改造することができる。また、押圧型のフランジ部の一部及び胴型の端面の一部に切欠溝を設け、係合部材を溝に嵌合する略直方体のキーブロックとすることにより、周知のフライス加工や市販の部品等を用いることができる。
【００４４】
または、軸非対称な成形面を有する押圧型及び胴型の接触部近傍において、軸非対称な成形面を有する押圧型及び胴型に摺動方向の穴を設け、当該穴に係合部材を係合させることにより、同様に、容易に胴型及び押圧型を製作し、または、従来の光学素子成形型を容易に改造することができる。また、係合部材の材料として押圧型及び前記胴型の材料よりも大きい熱膨張率を有する金属材料を用いることにより、押圧型と胴型とが強固に固定される。
【００４５】
また、本発明の別の光学素子成形型によれば、両端に開口部を有する胴型と、胴型の各開口部に嵌合し、胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、押圧型の少なくとも一方の成形面の光学機能部分以外の部分に切欠部を設けることにより、成形された光学部品に凸部を形成することができる。この凸部を、光学素子を光学機器に取り付ける際の方向及び位置決定手段として用いることができる。
【００４６】
また、切欠部を成形面と所定の角度をなす傾斜面を形成するように設け、一対の押圧型の間に供給された光学素材を押圧する際、切欠部に充填された光学素材が傾斜面を押圧することにより、傾斜面を押圧する力が押圧型の摺動方向に直交する方向にも分力され、切欠部が形成された押圧型の摺動方向を軸とする回転を阻止することができる。また、傾斜面が形成された成形面は軸非対称である場合、形成された光学素子の軸非対称な光学機能面には、ずれが生じない。また、傾斜面の稜線を軸非対称の成形面の主軸又は副軸のいずれかに平行とすることにより、傾斜面の稜線の方向を基準として、光学素子を光学機器に取り付ける際の方向決定を行うことができる。
【００４７】
また、本発明のさらに別の光学素子成形型によれば、両端に開口部を有する胴型と、胴型の各開口部に嵌合し、胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、押圧型の少なくとも一方の成形面の光学機能部分以外の部分に突起部を設けたので、成形された光学素子には突起部とは逆の形状の凹部が形成される。当該凹部を基準として、光学素子を光学機器に取り付ける際の方向決定を行うことができる。この構成は、特に突起部が設けられた成形面は軸非対称である場合に有効である。また、突起部は軸非対称の成形面の主軸又は副軸のいずれかに平行とすることにより、光学素子を光学機器に取り付ける際の角度設定が容易になる。
【００４８】
また、本発明のさらに別の光学素子成形型によれば、両端に開口部を有する胴型と、胴型の各開口部に嵌合し、胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、胴型及び押圧型の胴型と嵌合する部分の押圧型の摺動方向に直交する方向の断面を略矩形としたので、押圧型は摺動方向を軸として胴型に対する相対的な回転は不可能である。そのため、形成された光学素子が軸非対称な光学機能面を有する場合にも、ずれが生じない。また、成形された光学素子の断面も矩形となるので、光学素子を光学機器に取り付ける際の方向決定が容易になる。
【００４９】
また、本発明のさらに別の光学素子成形型によれば、両端に開口部を有する胴型と、胴型の各開口部に嵌合し、胴型内で摺動する一対の押圧型を有する光学素子成形型であって、胴型及び押圧型の胴型と嵌合する部分は、押圧型の摺動方向に直交する方向の断面が１組の平行な辺及び対向する１組の円弧状の辺で構成されてた、いわゆる小判型としたので、押圧型は摺動方向を軸として胴型に対する相対的な回転は不可能である。そのため、形成された光学素子が軸非対称な光学機能面を有する場合にも、ずれが生じない。また、成形された光学素子の断面も小判型となるので、光学素子を光学機器に取り付ける際の方向決定が容易になる。
【００５０】
一方、本発明の光学素子成形方法によれば、胴型内で摺動する一対の押圧型の間に光学素材を供給し、光学素材を軟化点近傍の温度に加熱した状態で押圧型を摺動方向に押圧し、光学素材を所定形状に成形し、その状態で冷却する光学素子成形方法であって、押圧型の少なくとも一方の成形面は軸非対称であり、押圧型が摺動方向を軸として回転しないように、軸非対称の成形面を有する押圧型と胴型とを係合させたので、光学素材を軟化点近傍の温度に加熱し、押圧型を押圧して光学素材を所定の形状に成形する際、軸非対称な成形面を有する押圧型が胴型に対して固定され、軸回りには回転しない。そのため、押圧型が押圧される工程から冷却される工程に移行する際に、光学素子成形型が回転を含めて動いたとしても、胴型と押圧型とは相対的に固定されているため、形成された光学素子の軸非対称な光学機能面には、ずれが生じない。
【００５１】
また、本発明の別の光学素子成形方法によれば、胴型内で摺動する一対の押圧型の間に光学素材を供給し、光学素材を軟化点近傍の温度に加熱した状態で押圧型を摺動方向に押圧し、光学素材を所定形状に成形し、その状態で冷却する光学素子成形方法であって、押圧型の少なくとも一方の成形面は軸非対称であり、軸非対称の成形面を有する押圧型の成形面の光学機能範囲以外の部分に成形面と所定の角度をなす傾斜面を形成するように切欠部を設け、光学素材を前記切欠部に充填し、充填された光学素材を介して傾斜面を押しつけ、切欠部が形成された押圧型の摺動方向を軸とする回転を阻止するので、傾斜面を押圧する力が押圧型の摺動方向に直交する方向にも分力され、切欠部が形成された押圧型の摺動方向を軸とする回転を阻止することができる。また、傾斜面が形成された軸非対称な成形面には、ずれが生じない。
【００５２】
また、光学素材を軟化点近傍の温度に加熱する工程と、押圧型を押圧する工程と、冷却する工程とがそれぞれ異なったステージで実行され、胴型と前記一対の押圧型を含む光学素子成形型がステージ間を移動するように構成することにより、一般的な光学素子成形装置をそのまま改造することなく用いることができる。
【００５３】
また、本発明の光学素子によれば、胴型内で摺動する一対の押圧型の間に供給された光学素材を軟化点近傍の温度に加熱した状態で押圧型を摺動方向に押圧して成形し、光軸方向に対向する２つの面のうち、少なくとも一方の面の光学機能範囲以外に部分に、光学機器取付け用の方向決定手段を有するので、光学素子の少なくとも１面の光学機能面が軸非対称であっても、当該光学素子を光学機器の取り付ける際の方向決定を容易に行うことができる。
【００５４】
また、光学機器取付け用の方向決定手段を突起又は溝とすることにより、光学素子成形型の構成が簡単になる。これらの構成は、光学機器取付け用の方向決定手段が施された面が軸非対称である場合に特に有効である。また、光学機器取付け用の方向決定手段を軸非対称な面の主軸又は副軸のいずれかに平行とすることにより、光学素子を光学機器に取り付ける際の方向決定が容易になる。または、光軸方向に対向する２つの面が、それぞれ曲率が近似した両凸又は両凹の球面又は非球面である場合、一般に表裏の取り付け方向を間違えやすいが、光学機器取付け用の方向決定手段を施すことにより、このような間違いを防止することができる。また、光軸に直交する断面形状を略矩形とすることにより、矩形断面の各辺が方向決定手段として機能する。または、光軸に直交する断面形状が１組の平行な辺及び対向する１組の円弧状の辺で構成されている場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子成形型の第１の実施例の構成を示す断面図
【図２】本発明の光学素子成形型の第１の実施例における、上押圧型を取り除いた状態における平面図
【図３】本発明の光学素子成形型の第２の実施例の構成を示す断面図
【図４】本発明の光学素子成形型の第２の実施例における、上押圧型を取り除いた状態における平面図
【図５】本発明の光学素子の一実施例の構成を示す断面図
【図６】本発明の光学素子の一実施例におけるグレーティングが施された成形面を上にした斜視図
【図７】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ本発明の光学素子の他の実施例の構成を示す斜視図
【図８】（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ本発明の光学素子の他の実施例の構成を示す斜視図
【図９】従来の光学素子成形型の構成を示す断面図
【図１０】一般的な光学素子成形装置の構成を示す部分断面図
【図１１】従来の光学素子成形型を用いて成形したグレーティングずれを生じた光学素子を示す平面図
【符号の説明】
１０  ：胴型
１１  ：開口部
１２  ：開口部
１３  ：軸
１４  ：溝
２０  ：上押圧型
２１  ：成形面
３０  ：下押圧型
３１  ：フランジ部
３２  ：溝
３３  ：成形面
３４  ：グレーティング
４０  ：係合部材
５０  ：ガラス素材
６０  ：胴型
６１  ：開口部
６２  ：開口部
６３  ：軸
７０  ：上押圧型
８０  ：下押圧型
８１  ：成形面
８２  ：グレーティング
８３  ：傾斜面
９０  ：ガラス素材
２００  ：光学素子
２０１  ：レンズ機能面
２０２  ：グレーティング
２０３  ：切欠部
２０４  ：突起
２０５  ：平面
２０６  ：切欠部
２０７  ：傾斜面
２１０  ：光学機器鏡筒
２１１  ：凸部
２１２  ：貫通穴
【図１】
0003664522.tif 000002
【図２】
0003664522.tif 000003
【図３】
0003664522.tif 000004
【図４】
0003664522.tif 000005
【図５】
0003664522.tif 000006
【図６】
0003664522.tif 000007
【図７】
0003664522.tif 000008
【図８】
0003664522.tif 000009
【図９】
0003664522.tif 000010
【図１０】
0003664522.tif 000011
【図１１】
0003664522.tif 000012