(57)【要約】【課題】安価な成形素材を使用可能であり、かつ光学素子の縁部にバリやカケを発生させることなく光学素子を小型化することができる光学素子の成形方法および光学素子を提供すること。【解決手段】光学素子の成形方法は、加熱軟化した成形素材を第一の金型および第二の金型で押圧することにより光学素子を成形するものであり、成形素材は鏡面加工されており、第二の金型は、光学素子の光学機能面を成形する成形面と、光学素子の側面を成形する側面成形面とが一体的に形成されており、気体雰囲気下において、成形素材が成形面と側面成形面との稜線部の近傍に接触するまで押圧する第一の押圧工程と、第一の押圧工程の後に、稜線部の近傍において成形素材が成形面および側面成形面と接触していない部分を示す、未転写部の形状の一部が凹形状となるまで押圧する第二の押圧工程と、を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱軟化した成形素材を、対向配置された第一の金型および第二の金型で押圧することにより光学素子を成形する光学素子の成形方法において、
前記成形素材は鏡面加工されており、
前記第二の金型は、前記光学素子の光学機能面を成形する成形面と、前記光学素子の側面を成形する側面成形面とが一体的に形成されており、
気体雰囲気下において、前記成形素材が前記成形面と前記側面成形面との稜線部の近傍に接触するまで、前記成形素材を押圧する第一の押圧工程と、
前記第一の押圧工程の後に、前記稜線部の近傍において前記成形素材が前記成形面および前記側面成形面と接触していない部分を示す、未転写部の形状の一部が凹形状となるまで、前記成形素材を押圧する第二の押圧工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
前記第一の押圧工程は、前記未転写部の全体の形状が凸形状となるまで、前記成形素材を押圧することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
前記第二の押圧工程は、前記未転写部と前記第二の金型との間に形成される空間を示す非接触領域の体積が、前記第一の押圧工程において前記成形素材が前記成形面および前記側面成形面と最初に接触した際の前記非接触領域の体積の１／１０以下となるまで、前記成形素材を押圧することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子の成形方法。
【請求項４】
前記第二の押圧工程は、前記成形素材の粘度を１０＾９．５ｐｏｉｓｅ以下とし、前記成形素材にかかる圧力を３Ｍｐａ以上とし、前記成形素材を１０秒以上押圧することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
【請求項５】
前記第二の押圧工程の後に、前記未転写部の全体の形状が凹形状となるまで、前記成形素材を押圧する第三の押圧工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
【請求項６】
前記第二の押圧工程は、前記第一の押圧工程以上の圧力で前記成形素材を押圧し、
前記第三の押圧工程は、前記第二の押圧工程以上の圧力で前記成形素材を押圧することを特徴とする請求項５に記載の光学素子の成形方法。
【請求項７】
前記第二の押圧工程は、前記稜線部から前記未転写部の端部までの押圧方向に直交する方向の幅が、前記稜線部から前記未転写部の端部までの押圧方向の幅よりも小さくなるように、前記成形素材を押圧することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
【請求項８】
前記成形面によって前記光学機能面としての第一の光学機能面を成形し、前記側面成形面によって前記光学素子の側面に第二の光学機能面を成形する場合において、
前記第二の押圧工程は、
前記第一の光学機能面と前記第二の光学機能面のうち、前記稜線部からの距離が小さい方の、前記稜線部から前記未転写部の端部までの幅が、前記稜線部からの距離が大きい方の、前記稜線部から前記未転写部の端部までの幅よりも小さくなるように前記成形素材を押圧することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
【請求項９】
前記第一の押圧工程は、前記稜線部から前記稜線部の近傍における前記成形素材と前記成形面との最初の接触点までの押圧方向に直交する方向の幅が、前記稜線部から前記稜線部の近傍における前記成形素材と前記側面成形面との最初の接触点までの押圧方向の幅よりも小さくなるように、前記成形素材を押圧することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
【請求項１０】
前記成形面によって前記光学機能面としての第一の光学機能面を成形し、前記側面成形面によって前記光学素子の側面に第二の光学機能面を成形する場合において、
前記第一の押圧工程は、
前記第一の光学機能面と前記第二の光学機能面のうち、前記稜線部からの距離が小さい方の、前記稜線部から前記稜線部の近傍における前記成形素材と前記第二の金型との最初の接触点までの幅が、前記稜線部からの距離が大きい方の、前記稜線部から前記稜線部の近傍における前記成形素材と前記第二の金型との最初の接触点までの幅よりも小さくなるように前記成形素材を押圧することを特徴とする請求項１から請求項６、請求項８のいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
【請求項１１】
光学機能面および側面を備える光学素子において、
前記光学機能面と前記側面との間の縁部の形状の少なくとも一部が凹形状であり、かつ前記縁部が鏡面であることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
前記縁部は、前記光学素子の光軸に直交する方向における幅が、前記光軸の方向における幅よりも小さいことを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記光学機能面は、第一の光学機能面であり、
前記側面は、第二の光学機能面であり、
前記第一の光学機能面と前記第二の光学機能面のうち、前記第一の光学機能面と前記第二の光学機能面とが交わる交差部からの距離が小さい方の前記縁部の幅が、前記交差部からの距離が大きい方の前記縁部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の成形方法および光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスレンズ等の光学素子の成形方法の一つとして、ガラス素材を金型によって加熱・押圧し、金型の形状をガラス素材に転写する成形方法が知られている。このような光学素子の成形方法では、上下面に設けられる光学機能面の他に、側面（外周面）のような光学機能面に不連続に隣接する形状も一括して成形することにより、後工程も含めたコストを安価にすることが可能となる。
【０００３】
光学機能面および側面を一括して成形する場合、光学機能面を成形する金型と側面を成形する金型との稜線部までガラス素材が充填されると、成形後の光学素子の縁部（光学機能面と側面との間の縁部）が鋭角となり、当該縁部にカケが発生しやすいという問題がある。
【０００４】
このような縁部のカケを防止するために、例えば成形後の光学素子の縁部（稜線部）に面取り加工を施すことも行われているが、面取り加工を施すと、面取り加工部である縁部にバリやカケが発生する。そのため、この方法では、バリやカケが光学機能面に影響しないように、面取量と合わせて、バリやカケの発生を見込んだ分だけ光学機能面より外側の余裕量を大きくしなければならず、光学素子の形状を小さくすることができないという問題がある。
【０００５】
これらの問題に対して、例えば特許文献１では、押圧成形するガラス素材に対して、成形後に光学素子の縁部となる部分に予め凹形状を設け、ガラス素材の凹形状が金型の稜線部に向かって変形するように配置して成形する方法が提案されている。特許文献１では、このような加工済みのガラス素材を使用して金型の稜線部にガラスが充填されないように成形することにより、成形後の光学素子の縁部が鋭角となることを抑制し、バリやカケの発生を予防している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３４７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案された方法では、成形するガラス素材に予め凹形状を設ける必要があるため、ガラス素材を製作する工程が複雑になり、コストが高くなるという問題がある。
【０００８】
特許文献１以外の方法として、例えばガラス素材としては球形状のような安価に製作可能なものを使用し、押圧成形時に金型の稜線部にガラス素材が充填されないうちに押圧をやめて光学素子を成形する方法も考えられる。
【０００９】
しかしながら、このような金型の稜線部の全てにガラス素材が充填されないように成形すると、ガラス素材が充填されない領域である非接触領域が広くなり、かつ非接触領域の形状のばらつきが大きくなる。そのため、この方法では、非接触領域の形状が光学機能面に影響しないように、非接触領域の形状のばらつきを見込んだ分だけ光学機能面より外側の余裕量を大きくしなければならず、光学素子の形状を小さくすることができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安価な成形素材を使用可能であり、かつ光学素子の縁部にバリやカケを発生させることなく光学素子を小型化することができる光学素子の成形方法および光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子の成形方法は、加熱軟化した成形素材を、対向配置された第一の金型および第二の金型で押圧することにより光学素子を成形する光学素子の成形方法において、前記成形素材は鏡面加工されており、前記第二の金型は、前記光学素子の光学機能面を成形する成形面と、前記光学素子の側面を成形する側面成形面とが一体的に形成されており、気体雰囲気下において、前記成形素材が前記成形面と前記側面成形面との稜線部の近傍に接触するまで、前記成形素材を押圧する第一の押圧工程と、前記第一の押圧工程の後に、前記稜線部の近傍において前記成形素材が前記成形面および前記側面成形面と接触していない部分を示す、未転写部の形状の一部が凹形状となるまで、前記成形素材を押圧する第二の押圧工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記第一の押圧工程は、前記未転写部の全体の形状が凸形状となるまで、前記成形素材を押圧することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記第二の押圧工程は、前記未転写部と前記第二の金型との間に形成される空間を示す非接触領域の体積が、前記第一の押圧工程において前記成形素材が前記成形面および前記側面成形面と最初に接触した際の前記非接触領域の体積の１／１０以下となるまで、前記成形素材を押圧することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記第二の押圧工程は、前記成形素材の粘度を１０＾９．５ｐｏｉｓｅ以下とし、前記成形素材にかかる圧力を３Ｍｐａ以上とし、前記成形素材を１０秒以上押圧することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記第二の押圧工程の後に、前記未転写部の全体の形状が凹形状となるまで、前記成形素材を押圧する第三の押圧工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記第二の押圧工程は、前記第一の押圧工程以上の圧力で前記成形素材を押圧し、前記第三の押圧工程は、前記第二の押圧工程以上の圧力で前記成形素材を押圧することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記第二の押圧工程は、前記稜線部から前記未転写部の端部までの押圧方向に直交する方向の幅が、前記稜線部から前記未転写部の端部までの押圧方向の幅よりも小さくなるように、前記成形素材を押圧することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記成形面によって前記光学機能面としての第一の光学機能面を成形し、前記側面成形面によって前記光学素子の側面に第二の光学機能面を成形する場合において、前記第二の押圧工程は、前記第一の光学機能面と前記第二の光学機能面のうち、前記稜線部からの距離が小さい方の、前記稜線部から前記未転写部の端部までの幅が、前記稜線部からの距離が大きい方の、前記稜線部から前記未転写部の端部までの幅よりも小さくなるように前記成形素材を押圧することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記第一の押圧工程は、前記稜線部から前記稜線部の近傍における前記成形素材と前記成形面との最初の接触点までの押圧方向に直交する方向の幅が、前記稜線部から前記稜線部の近傍における前記成形素材と前記側面成形面との最初の接触点までの押圧方向の幅よりも小さくなるように、前記成形素材を押圧することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記成形面によって前記光学機能面としての第一の光学機能面を成形し、前記側面成形面によって前記光学素子の側面に第二の光学機能面を成形する場合において、前記第一の押圧工程は、前記第一の光学機能面と前記第二の光学機能面のうち、前記稜線部からの距離が小さい方の、前記稜線部から前記稜線部の近傍における前記成形素材と前記第二の金型との最初の接触点までの幅が、前記稜線部からの距離が大きい方の、前記稜線部から前記稜線部の近傍における前記成形素材と前記第二の金型との最初の接触点までの幅よりも小さくなるように前記成形素材を押圧することを特徴とする。
【００２１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子は、光学機能面および側面を備える光学素子において、前記光学機能面と前記側面との間の縁部の形状の少なくとも一部が凹形状であり、かつ前記縁部が鏡面であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る光学素子は、上記発明において、前記縁部の光軸直交方向における幅が、前記縁部の光軸方向における幅よりも小さいことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る光学素子は、上記発明において、前記光学機能面は、第一の光学機能面であり、前記側面は、第二の光学機能面であり、前記第一の光学機能面と前記第二の光学機能面のうち、前記第一の光学機能面と前記第二の光学機能面とが交わる交差部からの距離が小さい方の前記縁部の幅が、前記交差部からの距離が大きい方の前記縁部の幅よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光学素子の光学機能面および側面を成形する成形面が一体的に形成された下型を用いて、気体雰囲気下で、成形素材が稜線部の近傍に接触するまで押圧する第一の押圧工程と、未転写部の形状の一部が凹形状となるまで押圧する第二の押圧工程とを実施することにより、安価な成形素材を使用した場合であっても、光学素子の縁部にバリやカケを発生させず、かつ光学機能面より外側の余裕量を小さくすることができる。これにより、光学素子の形状を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１〜３に係る光学素子の成形方法で用いる成形装置の要部の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１〜３に係る光学素子の成形方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る光学素子の成形方法において、各押圧工程が終了した後の成形素材の未転写部の形状を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る光学素子の成形方法において、第一の押圧工程における初期の非接触領域に幅を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る光学素子の成形方法を説明するための断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係る光学素子の成形方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る光学素子の成形方法および光学素子の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。
【００２７】
本実施の形態に係る光学素子の成形方法は、加熱軟化した成形素材を、対向配置された一対の金型で押圧することにより光学素子を成形するものであり、図１に示すような成形装置１を用いて成形を行う。この成形装置１は、窒素等の不活性ガスで置換された成形室２０と、成形室２０内に配置された型セット１０と、成形室２０内において型セット１０を挟んで加熱・押圧する上プレート２１および下プレート２２と、を備えている。
【００２８】
型セット１０は、上型（第一の金型）１１と、下型（第二の金型）１２と、スリーブ１３と、を備えている。上型１１および下型１２は、それぞれ円柱形状に形成されており、それぞれの成形面１１ａ，１２ａが光軸Ｘの方向（以下、「光軸方向」という）で対向するように配置されている。なお、前記した光軸方向は、成形素材Ｍの押圧方向と一致した方向である。
【００２９】
上型１１は、光学素子に凹形状の光学機能面を成形するための成形面１１ａを備えている。すなわち、上型１１は、下型１２と対向する端面に半球面状の凸部が形成されており、その凸部が成形面１１ａを構成している。
【００３０】
下型１２は、光学素子に凸形状の光学機能面を成形するための成形面１２ａと、光学素子の側面（外周面）を成形するための側面成形面１２ｂと、を備えている。すなわち、下型１２は、上型１１と対向する端面に、円柱形状の凹部が形成されており、その凹部の底面が成形面１２ａを、凹部の内周面が側面成形面１２ｂを構成している。また、成形面１２ａと側面成形面１２ｂとは、一体的に形成されており、成形面１２ａと側面成形面１２ｂとの稜線部１２ｃには隙間が存在しない。
【００３１】
スリーブ１３は、上型１１および下型１２を支持し、かつ両者の位置決めを行うためのものである。スリーブ１３は、円筒状に形成されており、上型１１および下型１２の周囲に配置されている。また、スリーブ１３には、不活性ガスを型セット１０内に導入するための図示しない貫通孔が形成されている。また、上プレート２１および下プレート２２は、図示しない加熱機構、冷却機構および押圧機構を備えている。
【００３２】
［成形方法（実施の形態１）］
以下、成形装置１を利用した実施の形態１に係る光学素子の成形方法（以下、単に「成形方法」という）について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００３３】
本実施の形態に係る成形方法では、置換工程と、加熱工程と、第一の押圧工程と、第二の押圧工程と、冷却工程とを実施し、必要に応じて、第二の押圧工程と冷却工程との間に第三の押圧工程を実施する。なお、図３は、型セット１０を光軸Ｘ（図１参照）に沿って切断した断面図であるが、説明の便宜上、凹形状の成形面１２ａ（図１参照）を直線状に図示している。また、同図において、（ａ）は第一の押圧工程実施後（終了後）の成形素材Ｍの形状の一部を、（ｂ）は第二の押圧工程実施後の成形素材Ｍ（光学素子Ｏ）の一部を、（ｃ）は第三の押圧工程実施後の成形素材Ｍ（光学素子Ｏ）の一部を示している。
【００３４】
本実施の形態では、成形素材Ｍとして、体積を調整し、全面を鏡面に加工した球形状（図１参照）のガラス素材を用いて、光学素子Ｏの光学機能面および側面を一括して成形する。具体的には、上面に凹形状の光学機能面を、下面に凸形状の光学機能面を、側面に非光学機能面を備える光学素子Ｏを成形する。また、以下の説明では、球径φ３．８ｍｍのＢＫ７（転移点温度５７０℃、屈伏点温度６２０℃）を成形素材Ｍとして用いて、レンズ径φ５ｍｍ、球欠径φ３ｍｍ、側面厚さ１６ｍｍの凹メニスカスレンズを成形する例について説明する。
【００３５】
＜置換工程＞
置換工程では、まず成形素材Ｍを配置した上型１１および下型１２をスリーブ１３内に組み込み、図示しないアーム等によって型セット１０を成形室２０に搬送する。そして、スリーブ１３に設けた貫通孔から型セット１０内に窒素ガスを導入し、型セット１０内を窒素雰囲気に置換する（図２のステップＳ１）。
【００３６】
＜加熱工程＞
加熱工程では、上プレート２１および下プレート２２を、成形素材Ｍの屈伏点以上の温度（例えば６５０℃）で加熱する。そして、成形素材Ｍの粘度が１０＾８ｐｏｉｓｅ〜１０＾１０ｐｏｉｓｅ、例えば１０＾９．５ｐｏｉｓｅとなるように、当該成形素材Ｍを加熱軟化させる（図２のステップＳ２）。
【００３７】
＜第一の押圧工程＞
第一の押圧工程では、加熱工程において成形素材Ｍ全体が加熱される時間が経過した後に、上型１１および下型１２によって成形素材Ｍを押圧する。本工程では、具体的には窒素雰囲気（気体雰囲気）下において、図３の（ａ）に示すように、成形素材Ｍが下型１２の成形面１２ａと側面成形面１２ｂとの稜線部１２ｃの近傍に接触するまで、成形素材Ｍを押圧する。より具体的には、同図に示すように、成形素材Ｍの未転写部Ｍａの全体の形状が凸形状となるまで、成形素材Ｍを押圧する（図２のステップＳ３）。なお、本工程の押圧条件は、押圧時の圧力を３ＭＰａ〜５ＭＰａ（例えば４ＭＰａ）とし、押圧時間を１０秒〜２００秒（例えば８０秒）とする。
【００３８】
前記した「稜線部１２ｃの近傍」は、下型１２における特定の位置ではなく、成形条件によって異なる位置となるため、例えば成形条件に応じて予め実験的に求める。また、前記した「未転写部Ｍａ」とは、図３の（ａ）に示すように、稜線部１２ｃの近傍において、成形素材Ｍが下型１２の成形面１２ａおよび側面成形面１２ｂと接触していない部分のことを意味している。第一の押圧工程実施後は、この未転写部Ｍａと下型１２の成形面１２ａおよび側面成形面１２ｂとの間には、窒素ガスが含まれる密閉空間（以下、「非接触領域Ｎ」という）が形成される。また、本工程実施後において、同図に示した未転写部Ｍａ以外の成形素材Ｍの大部分は、成形面１２ａおよび側面成形面１２ｂと接触した状態となっている（図示省略）。
【００３９】
ここで、第一の押圧工程実施後において、上型１１と下型１２の隙間ｓ（図１参照）は、例えば１．３ｍｍまで近接した状態となる。また、非接触領域Ｎの幅ｗ１１、すなわち下型１２の稜線部１２ｃから未転写部Ｍａの端部までの光軸方向に直交する方向（以下、「光軸直交方向」という）の幅ｗ１１は、光軸Ｘ（図１参照）を中心とした全周で、例えば０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲（ばらつき０．２ｍｍ）となる。
【００４０】
前記した従来の「金型の稜線部にガラス素材が充填されないうちに押圧を終了する方法」は、本実施の形態に係る第一の押圧工程に相当するが、本工程で成形された成形素材Ｍを光学素子として使用する場合、非接触領域Ｎの幅ｗ１１が片側で最大０．４ｍｍであるため、光学素子の直径よりも０．８ｍｍ小さい領域しか光学機能面として利用できない。一方、本実施の形態では、本工程に続けて第二の押圧工程を実施することにより、利用可能な光学機能面の領域を従来よりも拡大することができる。
【００４１】
＜第二の押圧工程＞
第二の押圧工程では、第一の押圧工程に引き続き、上型１１および下型１２によって成形素材Ｍを押圧する。本工程では、具体的には窒素雰囲気下において、図３の（ｂ）に示すように、成形素材Ｍの未転写部Ｍａの形状の一部が凹形状となるまで、成形素材Ｍを押圧する（図２のステップＳ４）。なお、本工程の押圧条件は、第一の押圧工程と同様に、押圧時の圧力を３Ｍｐａ〜５Ｍｐａ（例えば４ＭＰａ）とし、押圧時間を１０秒〜１００秒（例えば２０秒）とする。
【００４２】
第二の押圧工程では、第一の押圧工程からさらに押圧が継続されることにより、密閉された非接触領域Ｎ内の窒素ガスが圧縮される。これにより、図３の（ｂ）の矢印で示すように、圧縮された窒素ガスの反発力で成形素材Ｍの未転写部Ｍａが押され、未転写部Ｍａの形状の一部が凹形状に変形する。なお、同図は、型セット１０を光軸Ｘ（図１参照）に沿って切断した断面において、成形素材Ｍの未転写部Ｍａに２つの凹形状が形成されている例を示しているが、凹形状の数は特に限定されず、例えば１つであっても、あるいは３つ以上であっても構わない。
【００４３】
ここで、第二の押圧工程実施後において、上型１１と下型１２の隙間ｓ（図１参照）は、例えば１．０ｍｍまで近接した状態となる。また、非接触領域Ｎの幅ｗ１２は、光軸Ｘ（図１参照）を中心とした全周で、例えば０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍの範囲（ばらつき０．０５ｍｍ）となる。
【００４４】
従って、第二の押圧工程を実施することにより、第一の押圧工程で成形を終了する場合と比較して、非接触領域Ｎの大きさおよび形状のばらつきが小さくなる。また、本工程を実施して得られた光学素子Ｏの縁部Ｏｃには非接触領域Ｎが残っているため、鋭角な形状とならない。従って、光学素子Ｏは、バリやカケが発生することがなく、面取り加工を追加する必要もない。
【００４５】
また、非接触領域Ｎの幅ｗ１２は、光軸Ｘ（図１参照）を中心とした全周で０．１５ｍｍ以下に留まるため、光学素子Ｏの直径よりも０．３ｍｍ小さい領域を光学機能面として利用することができる。言い換えると、第二の押圧工程を実施することにより、所定の光学機能面を確保する際に、光学機能面の外側の余裕量を直径で０．３ｍｍまで小さくすることができるため、光学素子Ｏを小型化することができる。
【００４６】
ここで、図４に示すように、前記した第一の押圧工程において、成形素材Ｍが成形面１２ａおよび側面成形面１２ｂと最初に接触した際の非接触領域Ｎの幅ｗ１０，ｗ２０は、いずれも０．５ｍｍ程度である。一方、図３の（ｂ）に示すように、第二の押圧工程実施後における非接触領域Ｎの幅ｗ１２，ｗ２２は、いずれも０．１５ｍｍ程度である。このように、第二の押圧工程では、非接触領域Ｎの体積が、第一の押圧工程において成形素材Ｍが成形面１２ａおよび側面成形面１２ｂと最初に接触した際の非接触領域Ｎの体積の１／１０以下、具体的には１／１０〜１／２０となるまで、成形素材Ｍを押圧することが好ましい。
【００４７】
＜第三の押圧工程＞
前記した第二の押圧工程の後に、必要に応じて第三の押圧工程を追加することにより、非接触領域Ｎの大きさおよびばらつきを更に小さくすることができる。第三の押圧工程では、具体的には窒素雰囲気下において、図３の（ｃ）に示すように、成形素材Ｍの未転写部Ｍａの全体の形状が凹形状となるまで、成形素材Ｍを押圧する（図２のステップＳ５）。なお、本工程の押圧条件は、第一および第二の押圧工程と同様に、押圧時の圧力を３Ｍｐａ〜５Ｍｐａ（例えば４ＭＰａ）とし、押圧時間を１０秒〜２００秒（例えば６０秒）とする。
【００４８】
第三の押圧工程では、第二の押圧工程からさらに押圧が継続されることにより、密閉された非接触領域Ｎ内の窒素ガスがさらに圧縮される。これにより、図３の（ｃ）の矢印で示すように、圧縮された窒素ガスの反発力で成形素材Ｍの未転写部Ｍａがさらに押され、未転写部Ｍａの全体の形状が凹形状となる。
【００４９】
ここで、第三の押圧工程実施後において、上型１１と下型１２の隙間ｓ（図１参照）は、例えば０．９５ｍｍまで近接した状態となる。また、非接触領域Ｎの幅ｗ１３は、光軸Ｘ（図１参照）を中心とした全周で、例えば０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲（ばらつき０．０２ｍｍ）となる。
【００５０】
従って、第三の押圧工程を実施することにより、第二の押圧工程で成形を終了する場合と比較して、非接触領域Ｎの大きさおよびばらつきが更に小さくなる。また、本工程を実施して得られた光学素子Ｏの縁部Ｏｃには非接触領域Ｎが残っているため、鋭角な形状とならない。従って、光学素子Ｏは、バリやカケが発生することがなく、面取り加工を追加する必要もない。
【００５１】
また、非接触領域Ｎの幅ｗ１３は、光軸Ｘ（図１参照）を中心とした全周で０．０８ｍｍ以下に留まるため、光学素子Ｏの直径よりも０．１６ｍｍ小さい領域を光学機能面として利用することができる。言い換えると、第三の押圧工程を実施することにより、所定の光学機能面を確保する際に、光学機能面の外側の余裕量を直径で０．１６ｍｍまで小さくすることができるため、光学素子Ｏを更に小型化することができる。
【００５２】
＜冷却工程＞
冷却工程では、押圧後の成形素材Ｍを、圧力を下げながら冷却して硬化させ、光学素子Ｏとして離型する（図２のステップＳ６）。
【００５３】
以上のように、本実施の形態に係る成形方法によれば、光学素子Ｏの光学機能面および側面を成形する成形面が一体的に形成された下型１２を用いて、窒素雰囲気下で、成形素材Ｍが稜線部１２ｃの近傍に接触するまで押圧する第一の押圧工程と、未転写部Ｍａの形状の一部が凹形状となるまで押圧する第二の押圧工程とを実施することにより、安価な成形素材Ｍを使用した場合であっても、光学素子Ｏの縁部にバリやカケを発生させず、かつ光学機能面より外側の余裕量を小さくすることができる。これにより、光学素子Ｏの形状を小型化することができる。
【００５４】
また、本実施の形態に係る成形方法によって成形された光学素子Ｏは、図３の（ｂ）および図３の（ｃ）に示すように、光学機能面と側面との間の縁部Ｏｃ（未転写部Ｍａ）の少なくとも一部が凹形状となり、かつ当該縁部Ｏｃが鏡面に形成される。なお、前記した特許文献１で提案された方法のように、成形素材において光学素子の縁部となる部分に予め凹形状を設けて成形した場合、成形後の光学素子の縁部は鏡面ではなく砂面になる。
【００５５】
［成形方法（実施の形態２）］
以下、成形装置１を利用した実施の形態２に係る成形方法について、図５および図６を参照しながら説明する。本実施の形態に係る成形方法では、実施の形態１と同様に、置換工程と、加熱工程と、第一の押圧工程と、第二の押圧工程と、冷却工程とを実施し、必要に応じて、第二の押圧工程と冷却工程との間に第三の押圧工程を追加的に実施する（図２参照）。なお、本実施の形態において、置換工程、加熱工程、第三の押圧工程および冷却工程の内容は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態に係る成形方法では、実施の形態１とは異なり、下面（および上面）に加えて、反射を利用して光線を取り入れるために、側面にも光学機能面を有する光学素子を成形する。このような光学素子を成形する場合、光学素子の下面および側面に形成する光学機能面の幅や、光学素子の下面と側面とが交わる部分（図５の（ｃ）の「交差部Ｐ１２ｃ」参照）からそれぞれの面の光学機能面の端部までの距離の大小関係は、光学素子の光学設計の内容によって異なる。
【００５７】
ここで、前記した実施の形態１では、図３の（ｂ）に示すように、第二の押圧工程実施後において、非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１２と光軸方向の幅ｗ２２とは、いずれも０．１５ｍｍ程度で同じである。一方、本実施の形態では、交差部Ｐ１２ｃからそれぞれの面の光学機能面の端部までの距離の大小関係に応じて、成形する成形素材の形状を変更することにより、各工程実施後における非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅と光軸方向の幅との大小関係を意図的に調整する。
【００５８】
（第一の光学機能面までの距離＞第二の光学機能面までの距離である場合）
以下では、まず図５の（ｃ）に示すように、成形後の光学素子Ｏ１の下面側の光学機能面（以下、「第一の光学機能面」という）Ｏ１ａと側面側の光学機能面（以下、「第二の光学機能面」という）Ｏ１ｂとが交わる交差部Ｐ１２ｃから第二の光学機能面Ｏ１ｂの端部までの光軸方向の距離ｗ２５が、交差部Ｐ１２ｃから第一の光学機能面Ｏ１ａの端部までの光軸直交方向の距離ｗ１５よりも小さい場合の成形方法について説明する。なお、前記した「交差部Ｐ１２ｃ」は、図５の（ｃ）に示すように、下型１２の離型前においては、当該下型１２の稜線部１２ｃと同じ位置のことを意味している。
【００５９】
この場合、成形素材Ｍ１として、図５の（ａ）に示すように、溶融ガラスを断面形状が楕円状となる形状に固化させた、全面が鏡面のガラス素材（ゴブ材、φ４．５ｍｍ）を用いる。また、使用する成形素材Ｍ１の体積は、実施の形態１の成形素材Ｍ（φ３．８ｍｍの球形状）の体積と同じになるように調整する。
【００６０】
＜第一の押圧工程＞
第一の押圧工程における押圧条件は、実施の形態１と同様である。一方、本実施の形態に係る第一の押圧工程では、図５の（ｂ）に示すように、初期接触時における非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２４が、初期接触時における非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１４よりも小さくなるように、成形素材Ｍ１を押圧する。すなわち、本実施の形態では、楕円形の成形素材Ｍ１を押圧することにより、球形状の成形素材Ｍ（図１参照）を押圧する場合よりも、水平に近い角度で側面成形面１２ｂに接触させ、幅ｗ２４と幅ｗ１４幅との関係を「幅ｗ２４＜幅ｗ１４」にする。
【００６１】
なお、図５の（ｂ）は、第一の押圧工程において、成形素材Ｍ１が成形面１２ａおよび側面成形面１２ｂに最初に接触した際の状態を示している。また、前記した「初期接触時における非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２４」とは、具体的には、稜線部１２ｃから稜線部１２ｃの近傍における成形素材Ｍ１と側面成形面１２ｂとの最初の接触点までの光軸方向の幅のことを示している。また、前記した「初期接触時における非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１４」とは、具体的には、稜線部１２ｃから、稜線部１２ｃの近傍における成形素材Ｍ１と成形面１２ａとの最初の接触点までの光軸直交方向の幅のことを示している。
【００６２】
＜第二の押圧工程＞
第二の押圧工程における押圧条件は、実施の形態１と同様である。一方、本実施の形態に係る第二の押圧工程では、図５の（ｃ）に示すように、非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２６が、非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１６よりも小さくなるように、成形素材Ｍ１を押圧し、光学素子Ｏ１を成形する。すなわち、本実施の形態では、楕円形の成形素材Ｍ１をさらに押圧することにより、球形状の成形素材Ｍ（図１参照）を押圧する場合よりも、水平に近い角度で側面成形面１２ｂに接触させ、初期接触時における幅ｗ２６と幅ｗ１６との関係を「幅ｗ２６＜幅ｗ１６」にする。
【００６３】
なお、図５の（ｃ）は、第二の押圧工程実施後の成形素材Ｍ１（光学素子Ｏ１）を示している。また、前記した「非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２６」とは、具体的には、下型１２の稜線部１２ｃ（交差部Ｐ１２ｃ）から成形素材Ｍ１の未転写部Ｍａ（光学素子Ｏ１の縁部Ｏ１ｃ）の端部までの光軸方向の幅のことを示している。また、前記した「非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１６」とは、具体的には、下型１２の稜線部１２ｃ（交差部Ｐ１２ｃ）から成形素材Ｍ１の未転写部Ｍａ（光学素子Ｏ１の縁部Ｏ１ｃ）の端部までの光軸直交方向の幅のことを示している。
【００６４】
ここで、第二の押圧工程実施後において、非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２６は、例えば０．０７ｍｍとなり、非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１６は、例えば０．１２ｍｍとなる。従って、第二の押圧工程を実施することにより、第二の光学機能面Ｏ１ｂの外側の余裕量を小さくすることが可能となる。
【００６５】
（第一の光学機能面までの距離＜第二の光学機能面までの距離である場合）
続いて、図６の（ｃ）に示すように、成形後の光学素子Ｏ２の交差部Ｐ１２ｃから第一の光学機能面Ｏ２ａの端部までの光軸直交方向の距離ｗ１８が、交差部Ｐ１２ｃから第二の光学機能面Ｏ２ｂの端部までの光軸方向の距離ｗ２８よりも小さい場合における光学素子の成形方法について説明する。
【００６６】
この場合、成形素材Ｍ２として、図６の（ａ）に示すように、半球形状に製作した全面が鏡面のガラス素材（φ４．８ｍｍ）を用いる。
【００６７】
＜第一の押圧工程＞
第一の押圧工程における押圧条件は、実施の形態１と同様である。一方、本実施の形態に係る第一の押圧工程では、図６の（ｂ）に示すように、初期接触時における非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１７が、初期接触時における非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２７よりも小さくなるように、成形素材Ｍ２を押圧する。すなわち、本実施の形態では、半球形の成形素材Ｍ２を押圧することにより、球形状の成形素材Ｍ（図１参照）を押圧する場合よりも、垂直に近い角度で側面成形面１２ｂに接触させ、初期接触時における幅ｗ１７と幅ｗ２７との関係を「幅ｗ１７＜幅ｗ２７」にする。
【００６８】
なお、図６の（ｂ）は、第一の押圧工程において、成形素材Ｍ２が成形面１２ａおよび側面成形面１２ｂに最初に接触した際の状態を示している。また、前記した「初期接触時における非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１７」とは、具体的には、稜線部１２ｃから、稜線部１２ｃの近傍における成形素材Ｍ２と成形面１２ａとの最初の接触点までの光軸直交方向の幅のことを示している。また、前記した「初期接触時における非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２７」とは、具体的には、稜線部１２ｃから、稜線部１２ｃの近傍における成形素材Ｍ２と側面成形面１２ｂとの最初の接触点までの光軸方向の幅のことを示している。
【００６９】
＜第二の押圧工程＞
第二の押圧工程における押圧条件は、実施の形態１と同様である。一方、本実施の形態に係る第二の押圧工程では、図６の（ｃ）に示すように、非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１９が、非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２９よりも小さくなるように成形素材Ｍ２を押圧し、光学素子Ｏ２を成形する。すなわち、本実施の形態では、半球形の成形素材Ｍ２をさらに押圧することにより、球形状の成形素材Ｍ（図１参照）を押圧する場合よりも、垂直に近い角度で側面成形面１２ｂに接触させ、幅ｗ１９と幅ｗ２９との関係を、「幅１９＜幅ｗ２９」にする。
【００７０】
なお、図６の（ｃ）は、第二の押圧工程実施後の成形素材Ｍ２（光学素子Ｏ２）を示している。また、前記した「非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１９」とは、具体的には、下型１２の稜線部１２ｃ（交差部Ｐ１２ｃ）から成形素材Ｍ２の未転写部Ｍａ（光学素子Ｏ２の縁部Ｏ２ｃ）の端部までの光軸直交方向の幅のことを示している。また、前記した「非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２９」とは、具体的には、下型１２の稜線部１２ｃ（交差部Ｐ１２ｃ）から成形素材Ｍ２の未転写部Ｍａ（光学素子Ｏ２の縁部Ｏ２ｃ）の端部までの光軸方向の幅のことを示している。
【００７１】
ここで、第二の押圧工程実施後において、非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１９は、例えば０．０７ｍｍとなり、非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２９は、例えば０．１２ｍｍとなる。従って、第二の押圧工程を実施することにより、第一の光学機能面Ｏ２ａの外側の余裕量を小さくすることが可能となる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態に係る成形方法によれば、図５の（ｃ）および図６の（ｃ）に示すように、稜線部１２ｃから各光学機能面までの距離が短い方の非接触領域Ｎの幅を、他方の側の非接触領域Ｎの幅よりも意図的に小さくすることにより、光学機能面Ｏ１ｂ，Ｏ２ａの外側の余裕量を小さくすることができるため、光学素子Ｏ１，Ｏ２を小型化することができる。
【００７３】
また、本実施の形態に係る成形方法によって成形された光学素子Ｏ１，Ｏ２は、図５の（ｃ）および図６の（ｃ）に示すように、第一の光学機能面Ｏ１ａ，Ｏ２ａと第二の光学機能面Ｏ１ｂ，Ｏ２ｂとの間の縁部Ｏ１ｃ，Ｏ２ｃの少なくとも一部が凹形状となり、かつ当該縁部Ｏ１ｃ，Ｏ２ｃが鏡面に形成される。
【００７４】
また、光学素子Ｏ１，Ｏ２は、前記したように、第一の光学機能面Ｏ１ａと第二の光学機能面Ｏ２ａのうち、交差部Ｐ１２ｃからの距離が小さい方の縁部Ｏ１ｃ，Ｏ２ｃの幅が、交差部Ｐ１２ｃからの距離が大きい方の縁部Ｏ１ｃ，Ｏ２ｃの幅よりも小さい。すなわち、光学素子Ｏ１では、非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２６が、非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１６よりも小さくなり、光学素子Ｏ２では、非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１９が、非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２９よりも小さくなる。
【００７５】
以上、本発明に係る光学素子の成形方法および光学素子について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【００７６】
例えば、前記した実施の形態１，２では、第一、第二、第三の押圧工程における押圧時の圧力を同じ値としているが、必要に応じて各工程における押圧時に圧力を変更してもよい。例えば、第二の押圧工程において、第一の押圧工程以上の圧力で成形素材Ｍを押圧し、第三の押圧工程において、第二の押圧工程以上の圧力で成形素材Ｍを押圧してもよい。これにより、各工程における成形素材Ｍの押圧時間を短縮することが可能となる。なお、各工程における圧力の具体的な値は、例えば成形素材Ｍの破損や、成形素材Ｍの型セット１０への焼き付き等が発生しない範囲で、全体の押圧時間がなるべく短くなるような値に設定すればよい。
【００７７】
また、前記した実施の形態１，２では、成形面１２ａと側面成形面１２ｂとが一体的に形成された下型１２を用いていたが、例えば成形面１２ａを有する金型と側面成形面１２ｂを有する金型を別体で加工し、これらの金型を組み合わせた後に、界面から気体が抜けないように溶接等で界面の隙間を塞ぐようにして一体化させたものを下型１２として用いてもよい。
【００７８】
また、前記した実施の形態１，２では、下型１２に側面成形面１２ｂが形成された型セット１０を用いて成形素材Ｍの成形を行っていたが、下型１２ではなく、上型１１に側面成形面１２ｂが形成された型セットを用いて成形素材Ｍの成形を行ってもよい。
【００７９】
また、前記した実施の形態１では、成形素材Ｍとして球形状のガラス素材を用いていたが、例えば楕円形状や円柱形状、両面を近似の曲面に加工した形状、あるいはこれらを組み合わせた形状のガラス素材を用いてもよい。
【００８０】
また、前記した実施の形態１では、成形素材Ｍとして用いるガラス素材の全面を鏡面に加工することは必須ではなく、成形後に光学機能面となる部分（具体的には上面および下面に相当する部分）が鏡面に加工されていればよい。なお、前記した実施の形態２では、光学素子Ｏ１，Ｏ２の側面にも光学機能面（第二の光学機能面Ｏ１ｂ，Ｏ２ｂ）を設けるため、成形素材Ｍ１，Ｍ２において、成形後に側面の光学機能面となる部分についても鏡面に加工する必要がある。
【００８１】
また、前記した実施の形態１の第一の押圧工程では、図４に示すように、初期接触時における非接触領域Ｎの光軸直交方向の幅ｗ１０と、初期接触時における非接触領域Ｎの光軸方向の幅ｗ２０とが、ほぼ同じ長さとなるように成形素材Ｍを押圧していたが、例えば成形素材Ｍの形状や押圧条件を変更することにより、初期接触時における非接触領域Ｎの光軸直交方向（押圧方向に直交する方向）の幅ｗ１０が、初期接触時における非接触領域Ｎの光軸方向（押圧方向）の幅ｗ２０よりも小さくなるように成形素材Ｍを押圧してもよい。これにより、成形後の光学素子Ｏの光学機能面の外側の余裕量を小さくすることができるため、光学素子Ｏを小型化することができる。
【００８２】
また、前記した実施の形態１の第二の押圧工程では、図３の（ｂ）に示すように、稜線部１２ｃから未転写部Ｍａの端部までの光軸直交方向（押圧方向に直交する方向）の幅ｗ１２と、稜線部１２ｃから未転写部Ｍａの端部までの光軸方向（押圧方向）の幅ｗ２２とが、ほぼ同じ長さとなるように成形素材Ｍを押圧していたが、例えば成形素材Ｍの形状や押圧条件を変更することにより、前記した幅ｗ１２が、前記した幅ｗ２２よりも小さくなるように成形素材Ｍを押圧してもよい。これにより、成形後の光学素子Ｏの光学機能面の外側の余裕量を小さくすることができるため、光学素子Ｏを小型化することができる。
【００８３】
また同様に、前記した実施の形態１に係る成形方法で成形した光学素子Ｏは、図３の（ｂ）に示すように、光学素子Ｏの縁部Ｏｃの光軸直交方向における幅ｗ１２と、光学素子Ｏの縁部Ｏｃの光軸方向における幅ｗ２２とが、ほぼ同じ長さであるが、前記した幅ｗ１２を、前記した幅ｗ２２よりも小さくしてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１  成形装置
１０  型セット
１１  上型（第一の金型）
１１ａ  成形面
１２  下型（第二の金型）
１２ａ  成形面
１２ｂ  側面成形面
１２ｃ  稜線部
１３  スリーブ
２０  成形室
２１  上プレート
２２  下プレート
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２  成形素材
Ｍａ  未転写部
Ｎ  非接触領域
Ｏ，Ｏ１，Ｏ２  光学素子
Ｏ１ａ，Ｏ２ａ  第一の光学機能面
Ｏ１ｂ，Ｏ２ｂ  第二の光学機能面
Ｏｃ，Ｏ１ｃ，Ｏ２ｃ  縁部
Ｐ１２ｃ  交差部
ｓ  隙間
Ｘ  光軸
【図１】
2018135234.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018135234.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018135234.tif 000007
【図６】
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