(57)【要約】【課題】光学素子の成形品質および生産性を向上させる。【解決手段】成形型ブロックのガラスプリフォームを加熱／プレスして光学素子に成形する光学素子の製造方法において、プレス後の冷却を、プレス温度からガラス転移点Ｔｇ近傍までの冷却工程Ａと、ガラス転移点Ｔｇ近傍から歪点Ｓｔ近傍までの冷却工程Ｂと、歪点Ｓｔ近傍より下側の温度範囲の冷却工程Ｃの各々に区分し、冷却工程Ａでは、光学素子の歪みが小さくなるように平均冷却速度ＶＡおよび荷重を設定し、冷却工程Ｂでは、光学素子の形状精度とＣｏｍａのばらつきが小さくなるように平均冷却速度ＶＢを設定し、冷却工程Ｃでは、屈折率分布Ｋが既定値以下となる範囲で最大の平均冷却速度ＶＣを設定することで、光学素子の品質向上と生産性の向上を両立させる。【選択図】図２
2011256078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型に装填された成形素材を加熱および加圧によって光学素子に成形する工程と、
前記成形素材の成形温度から第１温度までを第１冷却速度で冷却する第１冷却工程と、
前記第１温度から第２温度までを第２冷却速度で冷却する第２冷却工程と、
前記第２温度から第３温度までを第３冷却速度で冷却する第３冷却工程と、を備え、
前記第１冷却工程では、当該第１冷却工程における前記光学素子の歪みを緩和させるための変形量を算出し、前記変形量に基づいて、前記第１冷却速度および加圧値を設定し、
前記第２冷却工程では、前記光学素子の形状精度およびコマ（Ｃｏｍａ）の値のばらつきに基づいて前記第２冷却速度を設定し、
前記第３冷却工程では、前記光学素子における屈折率分布が既定値以下となるように前記第３冷却速度を設定する、光学素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子の製造方法において、
前記第１温度は、前記成形素材のガラス転移点（Ｔｇ）近傍の温度であり、
前記第２温度は、前記成形素材の歪点（Ｓｔ）近傍の温度であり、
前記第１冷却速度、前記第２冷却速度および前記第３冷却速度は、
前記第１冷却速度  ≦  前記第２冷却速度  ＜  前記第３冷却速度、
の関係となるように設定される、光学素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学素子の製造方法において、
前記第１冷却工程では、
前記成形素材および前記成形型の線膨張計数と、
前記光学素子における光学機能面の最大傾斜角度と、
前記光学素子に対して前記光学機能面を転写する前記成形型の転写面の凹部の深さと、
前記成形素材の前記成形温度と前記ガラス転移点との差と、
に基づいて前記変形量を算出する、光学素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の光学素子の製造方法において、
前記第１冷却工程では、前記加圧値を段階的に漸増させる、光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光学素子の量産工程では、熱可塑性の成形素材を用いた型成形によって光学素子を製造することが知られている。
すなわち、特許文献１では、筒状の胴型に軸方向に対向して挿入された上パンチ型と下パンチ型の間に光学素子材料を挟んで加熱および加圧するプレス成形により、光学素子を製造する技術が開示されている。
【０００３】
そして、この特許文献１の場合には、成形温度からガラス転移点までの冷却速度よりも、ガラス転移点以下の冷却速度を大きくすることで、成形製品の型分離の容易化と、冷却時間の短縮による生産性の向上とを両立させようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５１５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１のように、ガラス転移点の前後で冷却速度を変化させるだけの単純な冷却速度の制御では、例えば光学素子形状や、光学素子材料である硝材の硝種等の違いにより、ガラス光学素子等の成形では品質が悪くなる場合がある、という技術的課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、型成形によって製造される光学素子の成形品質および生産性を向上させることが可能な光学素子の製造技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、成形型に装填された成形素材を加熱および加圧によって光学素子に成形する工程と、
前記成形素材の成形温度から第１温度までを第１冷却速度で冷却する第１冷却工程と、
前記第１温度から第２温度までを第２冷却速度で冷却する第２冷却工程と、
前記第２温度から第３温度までを第３冷却速度で冷却する第３冷却工程と、を備え、
前記第１冷却工程では、当該第１冷却工程における前記光学素子の歪みを緩和させるための変形量を算出し、前記変形量に基づいて、前記第１冷却速度および加圧値を設定し、
前記第２冷却工程では、前記光学素子の形状精度およびコマ（Ｃｏｍａ）の値のばらつきに基づいて前記第２冷却速度を設定し、
前記第３冷却工程では、前記光学素子における屈折率分布が既定値以下となるように前記第３冷却速度を設定する、光学素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、型成形によって製造される光学素子の成形品質および生産性を向上させることが可能な光学素子の製造技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の参考技術としての一般的な成形における温度と時間の関係を表す線図である。
【図２】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法における成形工程の温度制御プロファイルの一例を示す線図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法によって製造される光学素子の形状の一例を示す略側面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法の加熱／プレス工程および冷却工程Ａにおける荷重および温度の制御例を示す線図である。
【図６】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法の冷却工程Ｂにおける平均冷却速度ＶＢの決定方法の一例を示す線図である。
【図７】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法の冷却工程Ｃにおける平均冷却速度ＶＣの決定方法の一例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施の形態の以下の説明において、「離型」とは冷却工程中に成形型内でガラス素材（ガラスプリフォーム）が成形型より離れることで、一般的にはガラス素材の歪点近傍で発生する現象を意味している。従って、冷却終了後に分解された成形型から光学素子を取り出す離型のことではない。なお、本発明において、ある点の近傍とは、その点を含む概念である。
【００１１】
本実施の形態では、一態様として、光学素子の型成形における成形温度からの冷却工程において、冷却開始時の成形温度から、ガラス素材の成形型上での流動停止までの冷却工程Ａ（第１冷却工程）、流動停止後からガラス素材が成形型より離型が完了する冷却工程Ｂ（第２冷却工程）、ガラス素材の離型から光学素子の取り出しまでの冷却工程Ｃ（第３冷却工程）に区分して制御する。
【００１２】
すなわち、冷却工程Ａでは冷却開始から流動停止までに必要な光学素子の変形量を算出して冷却速度、圧力を設定する。
冷却工程Ｂでは光学素子の光学機能面の曲率半径Ｒ等の形状精度およびコマ（Ｃｏｍａ）の値のばらつきより冷却速度を設定する。
冷却工程Ｃでは光学素子内の屈折率分布量および生産性より、冷却速度を設定する。
【００１３】
これにより、加熱／プレス後の冷却過程で、例えば、成形温度からガラス転移点Ｔｇ（第１温度）の範囲の冷却工程Ａ、ガラス転移点Ｔｇから歪点Ｓｔ（第２温度）の範囲の冷却工程Ｂ、歪点Ｓｔより下側の温度範囲の冷却工程Ｃの各々において最適な冷却速度等の冷却条件を制御でき、表面欠陥の無い安定した光学素子が得られ光学素子の品質が向上すると共に、冷却工程Ｃでのアニール時間の短縮により、光学素子の製造工程における生産性の向上が可能となる。
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下の本実施の形態の説明では、各図において、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図示の通りとし、上下方向をＺ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向として説明する。また、一例として、Ｚ方向は鉛直方向、Ｘ−Ｙ平面は水平面とする。
【００１５】
図１は、本発明の参考技術としての一般的な成形における温度と時間の関係を表す線図である。
図２は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法における成形工程の温度制御プロファイルの一例を示す線図である。
【００１６】
図１の冷却工程で示されるように、一般に、冷却工程の高温域では冷却速度が大きく、低温域では冷却速度が小さくなる。生産効率のみを考えると冷却速度は大きいことが望ましいが、後述のように、各温度帯での冷却速度によって光学素子の品質に様々な影響が生じる。
【００１７】
そこで、本実施の形態の光学素子の製造方法では、図２に例示されるように、以下のように、加熱およびプレス後の冷却工程における冷却速度を冷却工程Ａ、冷却工程Ｂ、冷却工程Ｃの３段階に制御することで、ガラスプリフォームから成形される光学素子の品質を高く維持しつつ、冷却所要時間を短縮して、生産効率を向上させる技術を例示する。
【００１８】
以下、最初に、本実施の形態における冷却工程Ａ、冷却工程Ｂ、冷却工程Ｃの各々の技術的な意義の概略を説明し、その後、より具体的な説明を行う。
【００１９】
［冷却工程Ａ］
（目的）
冷却工程Ａにおけるガラス素材、成形型の収縮差による、光学素子内部の応力分布を少しでも減らすことで、離型のばらつきを減らす。
【００２０】
（解決手段）
ガラス素材、成形型の各々の線膨張係数の差および光学素子の形状より、冷却工程Ａの区間内で内部応力の緩和に最低必要な光学素子の厚み方向の変形量を算出して、冷却工程Ａの冷却終了まで変形を継続させる。
【００２１】
（制御内容）
冷却工程Ａを温度帯で表すとプレス（成形）温度からガラス転移点Ｔｇ近傍の温度までの区間である。
【００２２】
冷却工程Ａの区間でガラス素材の変形量がガラス素材の線膨張係数αｇと成形型の線膨張係数αｍの差で発生する変位量よりも小さいと、上記差分の応力がガラス素材（光学素子）内に発生する。この発生する応力は光学素子の形状によって各部で大きさが異なる。
【００２３】
また、上記の応力分布により、ガラス素材と成形型の接触面で発生する密着力のばらつきが発生する。
【００２４】
変形量はガラス素材の線膨張係数αｇ、成形型の線膨張係数αｍ、成形型の球欠面等の成形面の凹部の深さ量（後述の球欠面の深さｄＬ、球欠面の深さｄＲ）、光学素子の光学機能面の最大傾斜角（後述の傾斜角θＬ、傾斜角θＲ）、プレス温度とガラス転移点Ｔｇの温度差等のデータより、算出する。
【００２５】
冷却工程Ａでの圧力を上げ過ぎると、ガラス素材と成形型の接触面で発生する密着力が増大して、ガラス素材が成形型に融着する不具合が発生する。
この時の圧力はガラス素材の組成、強度、成形型の成形面の組成によって限界値が異なる。
冷却工程Ａではガラス素材と成形型が融着しない圧力以下で必要な変形量を稼ぐ必要がある。
【００２６】
ガラス素材の粘度変化および光学素子の内部の圧力増加により、冷却工程Ａの初期は低圧で変形量を稼ぎ、後半は高圧で変形量を稼ぐ。冷却速度は初期には早く、後半は遅くすることが望ましい。
【００２７】
［冷却工程Ｂ］
（目的）
冷却工程Ｂで発生するガラス素材と成形型の離型の温度ばらつきを少なくすることおよび成形面内での離型の時間差を減らすこと。
【００２８】
（解決手段）
離型の温度ばらつきを成形した光学素子の曲率半径Ｒの値（以下、必要に応じてＲ値と略記する）のばらつきより判断し、成形面内での離型の時間差を光学素子のコマ（Ｃｏｍａ）のばらつきより判断して、各々の値のばらつきが少なくなるように冷却速度を設定する。
【００２９】
（制御内容）
この冷却工程Ｂは、温度帯で表すとガラス転移点Ｔｇ近傍の温度からガラス素材の歪点Ｓｔ近傍の温度までの区間である。
この冷却工程Ｂの区間で冷却勾配が小さいと成形面内の離型で時間差が発生し易い。
時間差が発生すると内部応力が開放される部分とされない部分が生じるために、コマ（Ｃｏｍａ）が悪くなる。
【００３０】
この冷却工程Ｂの区間の冷却勾配が大きすぎると、高い温度で離型する傾向が高い。高い温度で離型すると密着力が高いので光学素子の表面に欠陥が発生する。また、光学素子が均温になっていないために光学素子の形状精度がばらつく。また、離型温度がばらつくために光学素子のＲ値がばらつく。
【００３１】
この冷却工程Ｂでの温度勾配の設定方法は温度勾配を変化させて光学素子精度ばらつきが小さく、冷却工程Ｃの勾配に大きな影響を与えない範囲を特定し、当該範囲に設定するか、または離型温度のばらつきをみて設定する。
【００３２】
光学素子のＲ値がばらつく場合は離型温度のばらつきの影響が大きく冷却速度が大きいことを示していると考えられる。また、Ｃｏｍａがばらつく場合は成形面内での離型時間の差が大きく冷却速度が小さいことを示していると考えられる。
【００３３】
［冷却工程Ｃ］
（目的）
冷却工程Ｃの冷却速度により発生する、光学素子の屈折率分布Ｋを既定値Ｋ０（例えば、Ｋ０＝１５０／１０００００）以下にすることでアニール時間が長くならないようにする。
【００３４】
（解決手段）
この冷却工程Ｃの区間の冷却速度を光学素子の屈折率分布Ｋの測定値より判断して設定する。具体的には、冷却速度を光学素子の屈折率分布Ｋが既定値Ｋ０以下となる最大の値に設定する。
【００３５】
（制御内容）
この冷却工程Ｃは、ガラス素材と成形型の離型開始から光学素子取り出し温度までの区間であり、温度帯で表すと歪点Ｓｔの近傍から光学素子の取り出し温度（０〜１５０℃）までの範囲である。
【００３６】
冷却工程Ｃの区間で冷却勾配が大きいと光学素子内に大きな歪が発生して、屈折率分布Ｋが大きくなる。通常、アニールを行うことで、この屈折率分布は所望の値まで除去可能ではあるが、大きな屈折率分布Ｋが発生しているとアニール温度、アニール時間の検討が必要となるために、アニール時間の増大等によって生産効率が悪くなる。
【００３７】
また、冷却工程Ｃでの温度勾配が大きすぎると光学素子が割れたり、欠ける等の不具合が出る。
【００３８】
冷却工程Ｃでの温度勾配の設定方法は、屈折率分布ＫがＫ０＝１５０／１０００００以下になるように設定を行う。屈折率分布ＫがＫ０＝１５０／１０００００以上になるとアニール条件の保持時間が長くなり、リードタイム（個々の光学素子の成形工程全体の所要時間）が延びて生産性は低下する。
【００３９】
ここで既定値Ｋ０として使用した屈折率分布Ｋの値（Ｋ０＝１５０／１０００００）は実際にアニールを実施して設定した値である。
なお、本実施の形態の場合、上述の冷却工程Ａ、冷却工程Ｂ、冷却工程Ｃの各々での冷却速度は、当該各工程での平均値（平均冷却速度ＶＡ（第１冷却速度）、平均冷却速度ＶＢ（第２冷却速度）、平均冷却速度ＶＣ（第３冷却速度））で制御する。
【００４０】
実質的には、本実施の形態の後述の成形装置では、工程が切り替わった初期と後半では冷却の温度勾配は大きく異なる。冷却工程Ｂはこの初期の勾配の影響が大きい。
【００４１】
図３は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略断面図である。
本実施の形態の成形装置２２は、一例として、図３に例示されるように、成形型ブロック１（成形型）が成形装置２２の内部を循環する循環式成形装置を使用する。
【００４２】
本実施の形態の成形装置２２で使用される成形型ブロック１は、筒状のスリーブ４の上下の両端に、上型３および下型２が対向するように挿入された構成となっており、スリーブ４の内部で対向する下型２の成形面２ａと、上型３の成形面３ａとの間にガラスプリフォーム５（成形素材）が配置される構成となっている。
【００４３】
なお、下型２および上型３の各々の成形面２ａおよび成形面３ａは、例えば凹形の球欠面である。
【００４４】
そして、上型３と下型２の間で、所定の成形温度に加熱されて軟化したガラスプリフォーム５を挟圧するようにプレスすることで、成形面２ａおよび成形面３ａが光学機能面５ｃおよび光学機能面５ｂとして転写された光学素子５ａを成形する。
【００４５】
成形型ブロック１において、スリーブ４、上型３、下型２は、同一の素材で構成されている。
一方、本実施の形態の成形装置２２は、筐体１５の内部に密閉された成形室２０が設けられ、筐体１５の両端部には、成形型ブロック１の投入および回収を行うための、搬入用シャッター１４および搬出用シャッター１３が開閉自在に設けられている。
【００４６】
成形室２０は酸素濃度が３０ｐｐｍ以下になるよう不活性ガスで置換されている。
そして、成形室２０において、搬入用シャッター１４と搬出用シャッター１３の間を結ぶ方向に、加熱／プレスステージ１６、冷却工程Ａステージ１７、冷却工程Ｂステージ１８、冷却工程Ｃステージ１９が直列に配列されている。
【００４７】
加熱／プレスステージ１６では、ガラスプリフォーム５が実装された成形型ブロック１の加熱および加圧によるプレス成形が実施される。
冷却工程Ａステージ１７、冷却工程Ｂステージ１８、冷却工程Ｃステージ１９の各々では、本実施の形態の冷却工程Ａ、冷却工程Ｂ、冷却工程Ｃがそれぞれ実施される。
【００４８】
各ステージには、下ヒーターブロック１０に支持された下プレス板１１と、上ヒーターブロック８に支持された上プレス板９が上下方向に対向して配置されている。
上プレス板９および上ヒーターブロック８は、エアーシリンダ６によって上下方向に駆動されるプレス軸７の下端に固定され、上下方向に昇降駆動される。
【００４９】
加熱／プレスステージ１６、冷却工程Ａステージ１７、冷却工程Ｂステージ１８、冷却工程Ｃステージ１９の各々のプレス軸７には、エアーシリンダ６に基端部が支持された変位測定用スケール２１が設けられ、当該プレス軸７の昇降変位を精密に測定することが可能となっている。
【００５０】
プレス軸７は図示しない直進ガイドに固定され、成形型ブロック１を上下（Ｚ）方向に挟んで加圧する場合のＺ方向における直進精度が確保されている。
【００５１】
下ヒーターブロック１０は内蔵したヒータによって下プレス板１１を所望の温度に制御する。同様に、上ヒーターブロック８は、内蔵したヒータによって上プレス板９を所望の温度に個別に制御する。
【００５２】
上プレス板９および下プレス板１１の各々には、図示しない温度センサーが設置されており、当該温度センサーの測定値のフィードバック制御によって下ヒーターブロック１０および上ヒーターブロック８のヒータの温度を制御することで、下プレス板１１および上プレス板９の精密な温度制御が可能である。
【００５３】
すなわち、本実施の形態の成形装置２２の場合、加熱／プレスステージ１６、冷却工程Ａステージ１７、冷却工程Ｂステージ１８、冷却工程Ｃステージ１９の各工程の上下プレート板は図示しない制御回路により、独立して温度制御されている。
【００５４】
同様に、この図示しない制御回路は、変位測定用スケール２１による個々のステージのプレス軸７の昇降変位を制御する。
成形装置２２において、搬入用シャッター１４の外部には、筐体１５に固定された準備台１２が設けられ、搬出用シャッター１３の内側には準備台１２ａが設けられている。
【００５５】
この準備台１２、準備台１２ａは、成形室２０に対する成形型ブロック１の搬入、搬出時の受け台である。
そして、成形型ブロック１は、図示しない挿入アームにより、搬入用シャッター１４を通じて準備台１２から成形室２０へ搬入される。
成形室２０での成形型ブロック１の移動は図示しない搬送アームで行われる。図示されていない搬送アームは、加熱／プレスステージ１６用とその他のステージ用とで２分割されている。
【００５６】
搬出用シャッター１３の側に設置された搬出側の準備台１２ａには、当該準備台１２ａの内部に冷却水循環させる構成の図示しない冷却構造が設けられている。
【００５７】
そして、成形型ブロック１は、図示しない挿入アームにより、冷却工程Ｃステージ１９から準備台１２ａに移動され、冷却された後、搬出用シャッター１３を通じて成形室２０の外部に搬出される。
【００５８】
以下、本実施の形態の光学素子の製造方法についてより具体的に説明する。
図４は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法によって製造される光学素子の形状の一例を示す略側面図である。
【００５９】
本実施の形態の場合、一例として、使用硝材はフッ素系でガラス転移点Ｔｇ＝４６０℃、歪点Ｓｔ＝４４０℃のガラスプリフォーム５を使用する。この場合、ガラスプリフォーム５の形状は直径が１５ｍｍ、中心部の厚みが７．８ｍｍであり、成形面３ａおよび成形面２ａに面する両面が曲面を有する形状である。
【００６０】
そして、このような形状のガラスプリフォーム５から、最終的に、図４に例示される光学素子５ａを製造する。
すなわち、光学素子５ａの諸元、および成形型ブロック１の諸元は、一例として、以下の通りである。
【００６１】
光学素子５ａは、両凸レンズを構成する光学機能面５ｂ、光学機能面５ｃ、外周面５ｄを備えている。そして、この光学素子５ａの各部の寸法は、一例として、
外径Ｄ０＝１７ｍｍ、中心厚ｄｃ＝６ｍｍ、
Ｌ面の最外周部の傾斜角θＬ＝２０°、
Ｒ面の最外周部の傾斜角θＲ＝２５°、
硝材の線膨張係数αｇ＝１５×１０−６ｍｍ／℃、
成形温度Ｔｓ＝５００℃、
硝材のガラス転移点Ｔｇ＝４６０℃、
である。
【００６２】
また、成形型ブロック１における下型２および上型３の諸元は、
Ｌ面を転写する成形面３ａ（球欠面）の深さｄＬ＝２ｍｍ、
Ｒ面を転写する成形面２ａ（球欠面）の深さｄＲ＝３ｍｍ、
下型２、上型３の線膨張係数αｍ＝４．７×１０−６ｍｍ／℃、
である。
【００６３】
以下、上述のような諸元を前提として、本実施の形態の作用の一例を説明する。
図５は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法の加熱／プレス工程および冷却工程Ａにおける荷重および温度の制御例を示す線図である。
【００６４】
図６は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法の冷却工程Ｂにおける平均冷却速度ＶＢの決定方法の一例を示す線図である。
図７は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法の冷却工程Ｃにおける平均冷却速度ＶＣの決定方法の一例を示す線図である。
【００６５】
まず、成形装置２２に投入する成形型ブロック１を組み立てた後、成形装置２２に投入する。
具体的には、ガラスプリフォーム５を下型２の成形面２ａ上に載置し、上型３をスリーブ４へ挿入して成形型ブロック１を組み立てた後、この成形型ブロック１を、搬入用シャッター１４を通じて、成形室２０の加熱／プレスステージ１６に投入する。
【００６６】
なお、本実施の形態の成形装置２２では、後述のように、加熱／プレスステージ１６は独立しており、冷却工程Ａステージ１７、冷却工程Ｂステージ１８、冷却工程Ｃステージ１９、準備台１２ａの各々における成形型ブロック１の滞在時間は、冷却工程Ａステージ１７以降では、例えば６０秒で互いに等しく設定される。
【００６７】
加熱／プレスステージ１６では、加熱／プレス工程の温度Ｔｐ（成形温度）は、成形温度Ｔｓにほぼ等しい４９５℃に設定されている。
そして、加熱／プレスステージ１６では、成形型ブロック１が搬送されると、プレス軸７を下降させて上プレス板９と上型３を接触させる。この時の接触荷重は１０ｋｇｆ以下に設定されている。
【００６８】
そして、下プレス板１１と上プレス板９の間での加熱を１５０秒実施後、プレス圧Ｗｐ＝７０ｋｇｆでプレス軸７（上プレス板９）を下降させ、５０秒間で任意の下降位置まで上型３を押圧するプレスを行う。
【００６９】
このプレス軸７の下降位置は変位測定用スケール２１で設定しておき、当該下降位置に到達した時に自動的にプレス軸７（上プレス板９）が上昇するように制御されている。
この加熱／プレスステージ１６におけるプレス成形の終了後、成形型ブロック１を、図示しない搬送アームで、次の冷却工程Ａステージ１７に搬送する。
【００７０】
このとき、成形型ブロック１の内部では、ガラスプリフォーム５が図４に例示される光学素子５ａの形状にほぼ成形されている。
【００７１】
冷却工程Ａステージ１７では、上プレス板９と下プレス板１１の温度は、ガラス転移点Ｔｇ近傍の温度に設定されている。そして、成形型ブロック１が到来すると、プレス軸７を下降させ、上プレス板９と上型３を接触させ、冷却を開始する。
【００７２】
ここで、冷却工程Ａにおけるプレス終了（温度Ｔｐ）〜冷却終了（この場合、Ｔｇ点）までの収縮差の計算例を以下に示す。
成形型収縮量Ｓｍ＝０．００５ｍｍ
ガラス収縮量Ｓｇ＝０．０１５ｍｍ
Ｌ面側厚み方向の収縮量ＳＬは、
ＳＬ＝（Ｓｇ−Ｓｍ）×ｔａｎ（θＬ）
＝（０．０１５−０．００５）×ｔａｎ（２０°）＝０．００４ｍｍ
Ｒ面側厚み方向の収縮量ＳＲは、
ＳＲ＝（Ｓｇ−Ｓｍ）×ｔａｎ（θＲ）
＝（０．０１５−０．００５）×ｔａｎ（２５°）＝０．００５ｍｍ
冷却工程Ａで最低必要な光学素子５ａの厚み方向の変形量Ｍは、
Ｍ＝ＳＬ＋ＳＲ＝０．００４＋０．００５＝０．００９ｍｍ
である。
本実施の形態の場合、図５に例示されるように、この時の荷重Ｗａは２０ｋｇｆ〜６０ｋｇｆで段階的に漸増するように変動させる。
【００７３】
冷却工程Ａステージ１７の所要時間は６０秒で、搬送終了から１５秒の間はＷａ＝２０ｋｇｆで加圧、１５秒から４５秒の間はＷａ＝４５ｋｇｆで加圧、４５秒から６０秒の間はＷａ＝６０ｋｇｆの荷重をかける。
【００７４】
上述の荷重Ｗａの設定は冷却工程Ａステージ１７でのガラスプリフォーム５内部の応力を減らすために、上述の厚み方向の最低潰し量（変形量Ｍ）をかせぐ必要があるためであるが、ガラスプリフォーム５内部の応力を減らすには冷却工程Ａステージ１７でのガラス到達温度（この場合、冷却工程Ａステージ１７の設定温度≒ガラス転移点Ｔｇ＝４６０℃）までガラスプリフォーム５を変形させ続ける必要がある。
【００７５】
そして、このガラス到達温度（≒ガラス転移点Ｔｇ＝４６０℃）により、平均冷却速度ＶＡ＝（４９５−４６０）／６０≒０．５８℃／秒、と決まる。
ガラスプリフォーム５の変形が高い温度で停止すればするほど、ガラスプリフォーム５内部の応力は高くなる。
【００７６】
上述の時間と圧力（荷重Ｗａ）の設定は、事前に試し成形（ショートショット）を実施して、各時間区間でガラスプリフォーム５の変形量Ｍが発生していることを確認して設定している。
【００７７】
時間、温度、ガラス粘度の関係より、上記荷重Ｗａの設定での変形量は上述の最低必要な厚み方向の潰し量（変形量Ｍ）＝０．００９ｍｍに対して、余裕をみて０．０１５ｍｍの変形量Ｍが得られる設定とした。
この冷却工程Ａでの冷却速度（平均冷却速度ＶＡ）は、前段のプレス時のガラスプリフォーム５の内圧の高さの影響を大きく受ける。
【００７８】
プレス時のガラスプリフォーム５（光学素子５ａ）の内圧が高い場合は冷却速度を小さくする。光学素子５ａの内圧が非常に高く変形量Ｍが稼げない場合は、冷却速度を数段階に切り替えたり、プレス温度を高くすることが考えられる。
【００７９】
このように、本実施の形態では、冷却工程Ａにおける平均冷却速度ＶＡおよび荷重Ｗａの制御により、ガラスプリフォーム５から成形された光学素子５ａと、下型２および上型３等の成形型の収縮差による、光学素子５ａの内部応力の分布を可能な限り減らして、光学素子５ａと下型２および上型３との間における離型のばらつきを減らすことができる。
【００８０】
冷却工程Ａステージ１７終了後、成形型ブロック１を図示しない搬送アームで冷却工程Ｂステージ１８に搬送する。
冷却工程Ｂステージ１８では、成形型ブロック１が到来すると、上軸のプレス軸７を下降させ、上プレス板９と上型３を接触させて冷却を開始する。
この時の荷重Ｗｂは、例えば１５ｋｇｆに設定することができる。
【００８１】
前段の冷却工程Ａステージ１７の冷却速度条件（冷却の開始および終了温度等）を基準として冷却工程Ｂステージ１８の冷却速度の設定を行う。
事前の試し成形において、冷却工程Ｂステージ１８の上プレス板９および下プレス板１１の設定温度（以下、プレート温度と記す）で定まる平均冷却速度ＶＢに対して以下の傾向が見られた。
【００８２】
プレート温度＝４４０℃（平均冷却速度ＶＢ＝０．３３℃／秒）、の場合には、光学素子精度（Ｒ値）のばらつき大。
プレート温度＝４２０℃（平均冷却速度ＶＢ＝０．６７℃／秒）、の場合には、光学素子精度（Ｒ値）、Ｃｏｍａばらつき小。
プレート温度＝４００℃（平均冷却速度ＶＢ＝１℃／秒）、の場合には、光学素子精度、Ｃｏｍａのばらつき大、表層ワレ発生。
すなわち、これらの結果を線図で可視化すると、図６に例示されるように、この冷却工程Ｂでは、ＣｏｍａとＲ値のばらつきは、平均冷却速度ＶＢに対して互いに逆の傾向にある。
【００８３】
上記より、Ｒ値とＣｏｍａのばらつきの双方が小さくなる平均冷却速度ＶＢとして、冷却工程Ｂステージ１８のプレート温度を４２０℃に設定する。
これにより、冷却工程Ｂステージ１８における冷却工程Ｂの時間は６０秒であることを考慮すると、平均冷却速度ＶＢ＝（４６０−４２０）／６０≒０．６７℃／秒、となる。
【００８４】
このように、本実施の形態の場合、冷却工程Ｂでは、平均冷却速度ＶＢを制御することで、光学素子５ａと下型２および上型３との離型の温度ばらつきを少なくすること、および成形面２ａおよび成形面３ａ内での離型の時間差を減らすことができ、Ｒ値やＣｏｍａのばらつきを小さくして、光学素子５ａの形状精度を向上させることができる。
【００８５】
冷却工程Ｂステージ１８での冷却工程Ｂの終了後、成形型ブロック１を図示しない搬送アームで冷却工程Ｃステージ１９に搬送する。
【００８６】
冷却工程Ｃステージ１９では、成形型ブロック１が到来すると、エアーシリンダ６を下降させ、上プレス板９と上型３を接触させて冷却を開始する。この時の荷重Ｗｃは１０ｋｇｆ以下に設定される。また、冷却工程Ｃステージ１９の時間は６０秒である。
【００８７】
本実施の形態の場合、冷却工程Ｃステージ１９での温度勾配、すなわち平均冷却速度ＶＣの設定方法は、各温度勾配の設定下で試し成形された光学素子５ａの屈折率分布Ｋを測定して設定を行う。
本実施の形態の場合、事前の試し成形で、種々の平均冷却速度ＶＣ（プレート温度）に対する屈折率分布Ｋとして以下のような測定結果が得られた。
【００８８】
プレート温度＝３７０℃（ＶＣ＝（４２０−３７０）／６０≒０．８３℃／秒）、の場合には、Ｋ＝１２１／１０００００
プレート温度＝３４０℃（ＶＣ＝（４２０−３４０）／６０≒１．３３℃／秒）、の場合には、Ｋ＝１４２／１０００００
プレート温度＝３１０℃（ＶＣ＝（４２０−３１０）／６０≒１．８３℃／秒）、の場合には、Ｋ＝１６８／１０００００
すなわち、図７に例示されるように、平均冷却速度ＶＣが大きくなるに従って、屈折率分布Ｋも増大する傾向にある。
【００８９】
従って、本実施の形態では、平均冷却速度ＶＣを以下のように設定する。すなわち、冷却工程Ｃステージ１９のプレート温度を３７０℃（平均冷却速度ＶＣ＝０．８３℃／秒）に設定し、Ｋ＝１２１／１０００００  ＜  Ｋ０＝１５０／１０００００を実現する。
【００９０】
なお、平均冷却速度ＶＣ＝０．８３℃／秒（Ｋ＝１２１／１０００００）を選択したのは、Ｋのばらつきを加味した結果である。
【００９１】
このように、本実施の形態の冷却工程Ｃでは、屈折率分布Ｋが、所定の許容値である既定値Ｋ０を超えない範囲で、平均冷却速度ＶＣを大きく設定することで、屈折率分布Ｋの増大に起因する光学素子５ａの光学性能の劣化を招くことなく、アニール時間の短縮等による生産性の向上を実現できる。
【００９２】
冷却工程Ｃステージ１９における冷却工程Ｃの終了後、成形型ブロック１を図示しない搬送アームで、準備台１２ａに移動させる。
【００９３】
準備台１２ａでは、５０℃以下で６０秒の冷却が行われる。そして、準備台１２ａで冷却された成形型ブロック１は、図示しない搬送アームで成形室２０より搬出され、この成形型ブロック１を分解して光学素子５ａを取り出す。
【００９４】
このように、本実施の形態によれば、加熱／プレス後の冷却過程で、例えば、成形温度からガラス転移点Ｔｇ近傍の温度範囲の冷却工程Ａと、ガラス転移点Ｔｇから歪点Ｓｔ近傍の温度範囲の冷却工程Ｂと、歪点Ｓｔ近傍より下側の温度範囲の冷却工程Ｃの各々において、最適な冷却速度等の冷却条件を制御できる。
具体的には、一例として、本実施の形態では、平均冷却速度ＶＡ＜平均冷却速度ＶＢ＜冷却工程Ｃの関係となるように制御する。
【００９５】
これにより、冷却工程Ａおよび冷却工程Ｂの制御により、成形型ブロック１の内部における光学素子５ａと成形面３ａおよび成形面２ａとの間における離型のばらつきや、離型温度のばらつきを低減でき、光学素子５ａのＲ値等の形状精度や、Ｃｏｍａ等の光学性能が向上する。
【００９６】
また、冷却工程Ｃにおいて、屈折率分布Ｋが既定値Ｋ０以下となる範囲で平均冷却速度ＶＣを大きくすることで、アニールの冷却所要時間を短縮して、リードタイムの短縮による生産性の向上を実現する。
換言すれば、光学素子５ａの成形品質および生産性を向上させることが可能な光学素子の製造技術を提供することができる。
【００９７】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、ガラスプリフォーム５や光学素子５ａ、成形型ブロック１の諸元は一例であり、任意の仕様のものを用いることができる。
【００９８】
成形素材としてはガラス素材に限らず、熱可塑性の成形素材を広く用いることができる。
【００９９】
（付記１）
光学素子の成形における冷却工程で、冷却開始からガラスの成形型上での流動停止温度をガラス転移温度に設定し、この時に必要な光学素子の変形量を算出し、この変形量より、冷却開始からガラス転移温度までの間の冷却速度、圧力を設定し、ガラス転移温度からガラスが成形型より、離型するまでの冷却速度を、光学素子の形状精度（Ｒ値）およびコマ（Ｃｏｍａ）の値のばらつきより設定し、ガラスの成形型離型から光学素子の取り出しまでの冷却速度を光学素子内の屈折率分布量より設定することを特徴とする光学素子の製造方法。
【０１００】
（付記２）
付記１の光学素子の製造方法において、
冷却開始からガラスの成形型上での流動停止までの工程における光学素子の変形量を、ガラスの線膨張係数、成形型の線膨張係数、成形型の成形面の凹部の深さ、光学素子の最大傾斜角、プレス温度とガラス転移温度差より算出することを特徴とする光学素子の製造方法。
【符号の説明】
【０１０１】
１  成形型ブロック
２  下型
２ａ  成形面
３  上型
３ａ  成形面
４  スリーブ
５  ガラスプリフォーム
５ａ  光学素子
５ｂ  光学機能面
５ｃ  光学機能面
５ｄ  外周面
６  エアーシリンダ
７  プレス軸
８  上ヒーターブロック
９  上プレス板
１０  下ヒーターブロック
１１  下プレス板
１２  準備台
１２ａ  準備台
１３  搬出用シャッター
１４  搬入用シャッター
１５  筐体
１６  加熱／プレスステージ
１７  冷却工程Ａステージ
１８  冷却工程Ｂステージ
１９  冷却工程Ｃステージ
２０  成形室
２１  変位測定用スケール
２２  成形装置
Ａ  冷却工程
Ｂ  冷却工程
Ｃ  冷却工程
ＶＡ  冷却工程Ａの平均冷却速度
ＶＢ  冷却工程Ｂの平均冷却速度
ＶＣ  冷却工程Ｃ平均冷却速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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