(57)【要約】      （修正有）【課題】型を再加工することなく安定して継続的にプレス成形を続行して高性能レンズを製造する方法を提供する。【解決手段】所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型により加熱軟化した成形素材を押圧することを含む成形体の製造方法。成形した成形体の測定した光学性能にもとづいて、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって成形体を更に成形する。所定数の成形体を成形するごとに、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、更に成形体を成形することにより、成形体の光学性能を所定範囲に維持する。成形した成形体の測定した形状に基づいて、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、成形体を更に成形する。上記製造方法に使用できる成形装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型により、加熱軟化した成形素材を押圧することを含む成形体の製造方法であって、
成形体を成形し、成形した成形体の光学性能を測定し、測定した光学性能にもとづいて、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、成形体を更に成形することを含む、前記製造方法。
【請求項２】
前記押圧速度の補正を、予め求めた押圧速度と光学性能との相関に基づいて行う、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型により、加熱軟化した成形素材を押圧する事を含む成形体の製造方法であって、
所定数の成形体を成形するごとに、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、更に成形体を成形することにより、成形体の光学性能を所定範囲に維持することを特徴とする、前記製造方法。
【請求項４】
前記押圧速度の補正を、予め求めた、連続的に成形する成形体の数と、成形した成形体の光学性能との相関に基づいて行う、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
光学性能が球面収差である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型により、加熱軟化した成形素材を押圧する事を含む成形体の製造方法であって、
成形体を成形し、成形した成形体の形状を測定し、測定した形状に基づいて、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、成形体を更に成形することを含む、前記製造方法。
【請求項７】
前記押圧速度の補正を、予め求めた、押圧速度と形状の相関に基づいて行い、かつ前記形状が成形体の第１面及び第２面のいずれかの面における、近軸曲率半径である、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型と、成形型に供給された成形素材を押圧成形するために、一対のうちいずれかの成形型を所定の速度で駆動する手段とを有する成形装置であって、
成形された成形体の光学性能、形状、又は数量を検知する手段、及び検知した情報に基づいて、成形型の押圧速度を補正して前記駆動手段を駆動させる制御部とをさらに有する、前記成形装置。
【請求項９】
開口数０．６以上、近軸曲率半径３ｍｍ以下、レンズ有効径が５ｍｍ以下、最大面傾きが４５度以上であって、４３０ｎｍ以下の所定波長（λ）における３次球面収差±０．０２λ  ｒｍｓ以内である、光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項１０】
開口数０．６以上、近軸曲率半径３ｍｍ以下、レンズ有効径が５ｍｍ以下、最大面傾きが４５度以上であって、４３０ｎｍ以下の所定波長（λ）における波面収差が０．０４λ  ｒｍｓ以内である、光ピックアップ用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光学ガラスなどのガラス素材を加熱軟化し、成形型により高精度にプレス成形する、ガラスレンズ等の光学素子からなる成形体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ、ピックアップ等の光学機器に用いられる光学ガラスレンズ等の光学素子を製造するにあたり、加熱軟化した光学ガラス素材を、金属やセラミック等からなる型によりプレス成形して、研磨等の加工なしにガラス光学素子を製造する方法が多く提唱され、かつ実用されている。
【０００３】
ところが、上記技術では、プレス後の冷却工程においてプレス成形されたレンズが収縮するので、型の成形面形状がそのまま転写されたレンズが得られない。そこで、成形面とレンズの形状の誤差をキャンセルする形状に加工した型を用意し、この型を用いてプレスする方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１（特開平６−７２７２６号公報）及び特許文献２（特開平８−３３７４２６号公報）には、プレス成形後の冷却による収縮によってレンズに一定のクセが生じる場合に、それをキャンセルする形状に予め加工された型を用いてガラス素材をプレスする方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−７２７２６号公報
【特許文献２】特開平８−３３７４２６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、レンズの形状の誤差をキャンセルする形状に加工した型を用いる方法では以下のような問題点があった。
型形状を修正加工する方法では、プレス条件が安定していても、プレス数を重ねることによる成形面が経時変化し、それにより型形状が少しずつ変動していく場合がある。そこで、レンズの形状に誤差が生じ、許容範囲を超える毎に、逐次、型加工工程が必要であり、型加工工程の間、プレスを一時停止することになる。その結果、製品オーダーから製品完成までのリードタイムが延長され、生産性が低下し、高コスト化に繋がるという問題があった。
【０００７】
また、従来は、レンズの形状に多少の誤差が生じても、レンズに要求される光学特性がそれほど厳しいものでなければ、プレス数を重ねることによる成形面の経時変化には、注意は払われず、実質的に無視されて、生産活動は行われていた。また、型形状を修正加工する方法では、このような場合には対応もできなかった。
【０００８】
ところが、近年、光ピックアップ用レンズ、あるいは撮像系レンズでは、レンズに要求される光学特性が非常に厳しくなっている。
例えば、光ピックアップ用の高ＮＡの対物レンズでは、記録が高密度化し、その結果として、光ディスク上に集光されるビームスポット径が小径化している。それに伴い、レンズ実装時やレンズ駆動時の傾きや位置誤差による収差発生量の低減が大きな技術課題となり、実装前のレンズ自体の性能を高くする（波面収差を小さくする）ことが求められている。
【０００９】
レンズ自体の性能を高くするには、波面収差を小さく設計し、かつレンズの設計値に対するレンズの製造誤差を小さくすることが必要である。しかしながら、レンズの高ＮＡ化および使用波長の短波長化に伴って、その製造誤差に対する収差発生の許容量は、ＮＡの２〜３乗に反比例、また、波長に反比例し、小さく（厳しく）なる。そのため、実際、高性能なレンズを安定に製造することは、甚だ困難になっている。
【００１０】
光ピックアップ用の集光光学系は、多群多数枚の構成でも性能を得ることが可能であり、このようにすると各々のレンズの製造許容誤差を緩くできる反面、レンズ枚数が多い分、小型化やレンズ間の位置調整に新たな課題が生じる。そこで光ピックアップ用の集光光学系は、１枚のレンズ（単レンズ）で高ＮＡを達成することが要求されている。ところが、単レンズの製造許容誤差は、多群多枚レンズに比べて、小さくなる。例えば、ＮＡ０．８５の単レンズの許容誤差は、２群２枚レンズに比べ、３〜１０倍以上の厳しいものになる。
【００１１】
また、レンズ材料に用いる屈折率に上限がある中、高性能の高ＮＡレンズを設計するには、少なくとも一方のレンズ面の最大面傾き角（レンズ上の任意の点における法線と光軸のなす角度のうち、最大のもの）を大きくせざるを得ない。また、小型化を目的として、レンズの有効径およびレンズ外径を小さくする必要がある。これらもまた、製造許容誤差を厳しくしている要因となっている。
【００１２】
レンズの波面収差は、主に、球面収差、コマ収差、非点収差からなる。レンズ設計上は、軸上の波面収差および球面収差は極力ゼロとなるように最適設計する（コマ収差や非点収差はレンズ面の傾きや偏心、対称性等の製造誤差に起因するので、設計時は当然、ゼロである）。
製造上の波面収差が０．０４λｒｍｓ以下のレンズをプレス成形で得るには、まず、第１に、球面収差、なかでも、３次球面収差を、できるだけ小さく、±０．０２λｒｍｓ以下、より望ましくは、±０．０１λｒｍｓ以内にすることが必要である。
【００１３】
球面収差は、レンズ面の曲率半径誤差（非球面形状の場合は近軸曲率半径）、レンズ面形状誤差、レンズ肉厚誤差、レンズ材料の屈折率誤差等の製造誤差に起因する。従来の金型加工技術やプレス技術でもって、このようなレンズの球面収差の要因となる、面形状精度や肉厚精度を、精密に制御すること、および、その精度を安定して維持することは、甚だ困難であった。特に、連続プレス中の型転写精度を左右する金型の表面状態（離型膜とガラスとのトライボロジー特性）の変動に伴う球面収差の変動が生じること、及びそれを抑制する方法については全く知られていなかった。
【００１４】
また、球面収差を小さくかつバラツキを所望の値に納めるにように制御するためには、金型形状精度や肉厚制御精度を、金型加工機やプレス成形機の機械精度の限界値以下にしなけれればならない。従って、金型形状精度や肉厚制御精度を制御することで、このような成形難度の高いレンズを量産することは、実質、不可能であると考えられる。
【００１５】
特に、青紫色レーザを用いた光ピックアップでは、光学系全体の球面収差を小さくする必要がある。そのため、球面収差を補正する光学素子を用いて、対物レンズおよびその他の光学素子の実装誤差や駆動時の角度ずれや位置ずれにより発生する球面収差全体を補正する。
【００１６】
しかし、補正量が大きいと、３次球面収差を低減したとき、５次の球面収差の増加が顕著になり、結果として、波面収差は大きくなり、集光ビームスポットの品質が低下してしまう。よって、補正光学素子により補正する収差量はできるだけ小さくすることが望ましい。
したがって、第１には、対物レンズに起因する球面収差をできるだけ小さくし、光ピックアップ光学系全体の収差マージンを大きくすることが強く望まれており、そのような要望に応え得る光ピックアップ用対物レンズに対する要望が大きい。
【００１７】
一方、小型高性能の撮像系レンズでも、要求性能を達成しようとすると、光ピックアップレンズと同様に、製造許容誤差が厳しくなる。小型高性能の撮像系レンズでは、上下面間の傾きや偏芯に対する誤差感度が大きくなり、コマ収差がある程度大きくなる分、球面収差を小さくする必要があり、球面収差の小さい撮像系レンズに対する要望も大きい。
【００１８】
そこで、本発明は、このような技術背景に鑑みてなされたものであり、高性能のレンズであっても、かつ成形されるレンズの精度や性能を変化させる要因がプレス中に生じる条件下にあっても、型を再加工することなく、安定して継続的にプレス成形を続行して、そのような高性能のレンズを製造できる方法を提供することを目的とする。
【００１９】
特に本発明は、高ＮＡ単レンズの球面収差（３次球面収差）の所望の値との差が±０．０２λｒｍｓ以内、好ましくは、±０．０１λｒｍｓ以内、さらには、実質的にゼロである高性能のレンズを、成形されるレンズの精度や性能を変化させる要因がプレス中に生じる条件下にあっても、型を再加工することなく、安定して継続的にプレス成形を続行して、製造できる方法を提供すること、及び球面収差（３次球面収差）の所望の値との差が±０．０２λｒｍｓ以内のレンズを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、安定した条件で連続的にガラス素材をプレス成形しても、成形条件は実際には一定でなく、例えば成形面に設けられた離型膜の状態変化などに起因して、成形される成形体（例えばレンズ）の性能は必ずしも一定でないことに着目した。
さらに、レンズの３次球面収差を、高ＮＡ単レンズの製造誤差量に対する収差発生量が大きい（誤差感度が大きい。製造許容誤差が厳しい）ことを逆に利用し、プレス成形時に精密制御することを可能にして、高性能なレンズを安定に量産する本発明を完成させた。
【００２１】
本発明は以下の通りである。
（１）所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型により、加熱軟化した成形素材を押圧することを含む成形体の製造方法であって、
成形体を成形し、成形した成形体の光学性能を測定し、測定した光学性能にもとづいて、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、成形体を更に成形することを含む、前記製造方法。
（２）前記押圧速度の補正を、予め求めた押圧速度と光学性能との相関に基づいて行う、（１）に記載の製造方法。
（３）所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型により、加熱軟化した成形素材を押圧する事を含む成形体の製造方法であって、
所定数の成形体を成形するごとに、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、更に成形体を成形することにより、成形体の光学性能を所定範囲に維持することを特徴とする、前記製造方法。
（４）前記押圧速度の補正を、予め求めた、連続的に成形する成形体の数と、成形した成形体の光学性能との相関に基づいて行う、（３）に記載の製造方法。
（５）光学性能が球面収差である、（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型により加熱軟化した成形素材を押圧する事を含む成形体の製造方法であって、
成形体を成形し、成形した成形体の形状を測定し、測定した形状に基づいて、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、成形体を更に成形することを含む、前記製造方法。
（７）前記押圧速度の補正を、予め求めた、押圧速度と形状の相関に基づいて行い、かつ前記形状が成形体の第１面及び第２面のいずれかの面における、近軸曲率半径である、（６）に記載の製造方法。
（８）所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型と、成形型に供給された成形素材を押圧成形するために、一対のうちいずれかの成形型を所定の速度で駆動する手段とを有する成形装置であって、
成形された成形体の光学性能、形状、又は数量を検知する手段、及び検知した情報に基づいて、成形型の押圧速度を補正して前記駆動手段を駆動させる制御部とをさらに有する、前記成形装置。
（９）開口数０．６以上、近軸曲率半径３ｍｍ以下、レンズ有効径が５ｍｍ以下、最大面傾きが４５度以上であって、４３０ｎｍ以下の所定波長（λ）における３次球面収差±０．０２λ  ｒｍｓ以内である、光ピックアップ用対物レンズ。
（１０）開口数０．６以上、近軸曲率半径３ｍｍ以下、レンズ有効径が５ｍｍ以下、最大面傾きが４５度以上であって、４３０ｎｍ以下の所定波長（λ）における波面収差が０．０４λ  ｒｍｓ以内である、光ピックアップ用対物レンズ。
【００２２】
【発明の実施の形態】
［成形体の製造方法］
本発明の成形体の製造方法は、所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型により、加熱軟化した成形素材を押圧することを含む方法である。
本発明で用いられる成形素材は、ガラス、樹脂などが含まれるが、以下ガラス素材によって説明する。また、本発明の成形体は、ガラスや樹脂によって成形された、レンズ等の光学素子であることができる。以下、ガラスレンズを例として説明する。
【００２３】
通常、連続的にプレス成形を行うことにより、個々の成形条件はわずかずつ変化する。例えば、成形型の成形面に施された離型膜は、プレスを重ねるごとに表面状態が変化する。更に多量のプレス回数を経れば、離型膜は消耗、劣化するため、劣化した離型膜を除去、再生することが必要となる。しかし、プレス開始後数ショット〜数十ショットのごく初期の段階であっても、わずかずつの変化が生じ、このために、成形されるレンズ等の光学素子の性能に影響していることを、発明者は見出した。
【００２４】
離型膜は、成形回数を重ねるごとに、摩擦係数がわずかに変化する。これは、成形型によって押圧され、その形状を転写するときのガラス素材にかかる応力を変化させる。この結果、それぞれ異なった残留応力を有する成形体は、冷却の過程でわずかずつ異なった収縮挙動をとる。収縮挙動の変動は、レンズ形状、結果として光学性能、特に球面収差に変動を与える。
【００２５】
本発明者は、プレス時の押圧速度を変化させることにより、プレスを重ねることによって変化していく残留応力による光学性能変化を、相殺させることができることを見出した。尚、押圧速度とは、成形型が成形素材を押圧する速度を意味する。下型が駆動することによって押圧成形する場合は、下型の上昇速度を意味する。
【００２６】
本発明において、光学性能とは、例えば収差、または最小スポット径であることができ、収差としては、球面収差、非点収差、コマ収差を挙げることができる。特に、光学性能は球面収差（３次球面収差  ＳＡ３）であることが好ましい。但し、例示した以外の光学性能であっても良い。
【００２７】
成形型によるブレス成形を重ねていくと、成形されるレンズの３次球面収差の絶対値が微小ながら増大していく。この状態を図４に示す。３次球面収差は、特に光ピックアップの対物レンズなど、単独で高度の光学性能を要求されるレンズにおいて、再生／記録性能などに重要な意義をもつ。図４に示す例では、本発明者らの調査の結果、プレス開始時には３次球面収差が略ゼロであったにもかかわらず、プレス数が増すに従って３次球面収差の値は、その絶対値が増大することが判明した。そこで、この結果に基づいて、本発明では、プレス成形の過程で、このような光学性能の変化を相殺して３次球面収差がゼロに近づく、あるいはゼロになるようにプレス条件を変更する。
【００２８】
プレス成形に適用される条件には多くの条件があるが、その中で、本発明者は押圧速度（押圧速度）が、３次の球面収差に対して一定の相関を持つことも見出した。後述するように、押圧速度と球面収差の関係を予め調べたところ、例えば、図２のような相関があることが判明した。したがって、押圧速度を適切に操作することにより、成形数を重ねるごとに増大（悪化）していく球面収差を相殺するような補正を行うことができることが見出された。
【００２９】
そこで、所定の押圧速度の増大によって（または減少によって）生じさせうる球面収差の変化量を把握しておけば、連続的にプレス成形を行ないながら、成形されたレンズの球面収差を測定し、その測定値に応じて、押圧速度を増大、又は減少させる補正を行い、補正した押圧速度を適用することによって、常に球面収差における公差を充足するレンズを継続的に成形することができる。例えばプレス回数を重ねることによって、成形されるレンズの球面収差が負の側に大きくなっていく場合には、押圧速度を漸次大きくしていくことが有効である。
【００３０】
更に、予め所定のプレス回数によって生じる球面収差の変化量と、所定の押圧速度の増大によって（または減少によって）生じさせうる球面収差の変化量を予め把握しておけば、所定プレス回数ごとに、段階的に、又は連続的に押圧速度を変更していくことにより、球面収差が常に公差を満足するレンズを、継続して生産することができる。
【００３１】
即ち、本発明の製造方法の第１の態様では、成形体を成形し、成形した成形体の光学性能を測定し、測定した光学性能に基づいて、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、成形体を更に成形することを含む。押圧速度の補正は、予め求めた押圧速度と光学性能との相関に基づいて行うことができる。
【００３２】
本発明の製造方法の第２の態様では、所定数の成形体を成形するごとに、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、更に成形体を成形することにより、成形体の光学性能を所定範囲に維持する。押圧速度の補正は、連続的に成形する成形体の数と、成形した成形体の光学性能との相関を予め求めておき、この相関に基づいて行うことができる。
【００３３】
本発明の製造方法の第３の態様では、成形体を成形し、成形した成形体の形状を測定し、測定した形状に基づいて、少なくともいずれか一方の成形型の押圧速度を補正し、補正した押圧速度によって、成形体を更に成形することを含む。押圧速度の補正は、予め求めた、押圧速度と形状の相関に基づいて行うことができる。また、成形体の形状は、成形体の第１面及び第２面のいずれかの面における、近軸曲率半径であることができる。
【００３４】
成形数を重ねるごとに変化していく、ガラス素材の成形条件の変化により、成形されるレンズの光学性能が変化するのは、レンズの形状が変化していくことによる。上記のように成形されていくレンズの光学性能を測定することによって、押圧速度を補正する方法は、光学性能を測定する装置を用いることにより簡便に行うことができるため極めて有効である。しかしながら、レンズによっては単独レンズの光学性能（例えば球面収差）の測定が困難な場合である。複数枚のレンズによって１つの光学系（光ピックアップなど）を形成するときに用いるレンズは、単レンズとしては、収差の測定が可能な波面を呈さないからである。このようなときには、プレス回数を重ねることによって変化しているレンズの形状を直接測定すればよい。
【００３５】
ここで、球面収差に相関をもって変化する（すなわち適用される押圧速度に相関をもって変化する）プレス条件が、球面の場合は、曲率半径、非球面の場合は、近軸曲率半径であることが見出された。曲率半径、又は近軸曲率半径をＲとすると、Ｒと押圧速度は１次の相関をもつ。
【００３６】
そこで、所定の押圧速度の増大によって（または減少によって）生じさせうるＲの変化量を把握しておけば、連続的にプレス成形を行いながら、成形されたレンズのＲを測定し、その測定値に応じて、押圧速度を増大、又は減少させる補正を行い、補正した押圧速度を適用することによって、常に設計形状の公差を充足する、すなわち光学性能を充足するレンズを継続的に成形することができる。例えばプレス回数を重ねることによって、成形されるレンズのＲと設計値のＲの差が負の側に小さくなっていく場合には、押圧速度を漸次大きくしていくことが有効である。
【００３７】
更に、予め所定のプレス回数によって生じるＲの変化量と、所定の押圧速度の増大によって（または減少によって）生じさせうるＲの変化量を把握しておけば、所定プレス回数ごとに、段階的に、又は連続的に押圧速度を変更していくことにより、形状が（即ち光学性能が）常に公差を満足するレンズを、継続して生産することができる。
【００３８】
［成形装置］
次に、本発明に適用できる成形装置について説明する。
上記本発明の製造方法は、例えば、以下に説明する成形装置を用いて実施することができる。
本発明の成形装置は、（１）所定形状に加工した成形面を有する一対の成形型と、（２）成形型に供給された成形素材を押圧成形するために、一対のうちいずれかの成形型を所定の速度で駆動する手段とを有し、さらに、（３）成形された成形体の光学性能、形状、又は数量を検知する手段、及び（４）検知した情報に基づいて、成形型の押圧速度を補正して前記駆動手段を駆動させる制御部を有する。
本発明の成形装置の実施の一形態を、図１を用いて説明する。
【００３９】
図１は本発明に適用できるプレス装置の型付近の略断面図である。
プレス軸は図１に示すとおり、上側主軸７に固定された型押圧部材５と下側主軸８に固定された型保持部材６に上下型１、２とスリーブ３が組み立てられた状態で載置されている。上下型１、２が、一対の成形型であり、上側主軸７及び下側主軸８を介して不図示の駆動手段によって、一対の成形型のいずれか一方が所定の速度で駆動する。図１の装置では、下側主軸８が上方に上昇し、上側主軸７に固定された型押圧部材５に押し付けられてガラス素材（プリフォーム４）がプレスされる構造になっている。上型１と、上押圧部材５の間には、キャップ１１が配置されている。これは、上押圧部材５との点接触によって、上下型の軸の傾き（ティルト）を防止する。
【００４０】
上下型１、２は、ＳｉＣ、Ｓｉ２Ｎ３等のセラミック、又は超硬などを基材として用いることができる。また、成形面には、離型膜を設けることが好ましい。離型膜は、ＤＬＣ膜など、炭素を主成分とするものが有用である。この離型膜は、プレス数を重ねるごとに消耗し、劣化するため、ある数のプレスを行なうごとにプレスを一旦終了し、膜の再生を行うことが好ましい。たとえばＳｉＣの型基材にＤＬＣ膜を形成した成形装置では、再生にあたっては、まず消耗、劣化した膜を酸素プラズマにより除去する。このときに生成するＳｉＣの酸化膜を酸により除去した後、再度ＤＬＣ膜を成膜することにより、離型膜が再生する。
【００４１】
成形装置の配置されたプレス室内の雰囲気は、非酸化性雰囲気とすることが好ましい。これは、離型膜の酸化を防止するためである。好ましくは、窒素ガス雰囲気、又は窒素に少量の水素を含有する雰囲気などが適用できる。
【００４２】
本態様の成形装置による成形工程について説明する。ガラス素材４を下型２上に載置し、スリーブ３と上型１をセットした後、不図示の加熱手段により装置を加熱する。加熱手段には制限はないが、例えば、高周波誘導コイル、抵抗加熱、赤外線ヒータなどを挙げることができる。但し、加熱効率やオン、オフの反応性の高さから高周波誘導加熱が好ましい。
【００４３】
成形型が所定温度に達したら、下側主軸を駆動手段（不図示）により所定のストローク、所定の速度で上昇させることにより、ガラス素材を押圧する。このときの押圧速度は、例えば、１０ｍｍ／ｓｅｃ以下であることができる。下型位置は、位置検出センサー１２によって検出することが可能であるため、下型が所定位置に達した時に押圧速度を変化させることができる。押圧速度も、位置検出センサーの出力によって算出することができる。
【００４４】
押圧時のガラスの温度は、ガラス粘度で、１０６．５〜１０８．５ポアズ相当であることができる。好ましくは、１０７〜１０８ポアズ相当である。成形型の温度も同様の温度であることが適当である。
【００４５】
ガラス素材を押圧し、キャップ下面がスリーブ上端面に当接したら、冷却を開始する。冷却は、加熱装置の断電によって行い、又は、気体のブローなどの強制冷却手段を併用してもよい。冷却速度は、３０〜１００℃／ｍｉｎであることができる。Ｔｇ以下の温度となったのちに、プレス圧力を開放し、更に取りだし可能な温度まで冷却して、型を分解し、成形体（レンズ）を取出す。連続的成形においては、上記工程を繰り返すことにより、レンズを量産することができる。
【００４６】
尚、本発明は、ガラス素材と成形型の形状に起因し、図１の下型側に示すように、ガラス素材と成形型の間に閉じた空間が生じる場合にも適用できる。これは、例えば、成形するレンズが、ガラス素材の曲率半径よりも小さな曲率半径部分を有する場合である。この場合、成形型とガラス素材の間に閉じ込められた雰囲気ガスを排出せずそのままにして押圧成形すると、成形された光学素子の表面にくぼみが生じるなどして、形状精度を損なう懸念がある。そこで、例えば、このようなガラス素材を成形する際には、プレス室を減圧とすることができる。また、プレス室を減圧にしなくても、プレス時の温度条件や押圧速度を選択することにより、閉じ込められた雰囲気ガスを押圧とともに排出することで、優れた形状の光学素子を成形することも可能である。
【００４７】
例えば、閉じた空間が生じる場合のプレス成形において、適用する押圧速度は０．５ｍｍ／ｓｅｃ以下とすることが有効である。より好ましくは０．１ｍｍ／ｓｅｃ以下とすることができる。このような押圧速度は、閉じた空間に閉じ込められた雰囲気ガスが排出されるまでの間に適用されればよい。すなわち、閉じた空間の高さ分の押圧が行われ、ガラス素材が成形型の成形面中心付近に密着した時点で、押圧速度を増大することができる。これは、成形タクトを短縮する上で、好ましい。この場合、本発明で補正の対象となる押圧速度は、増大前の押圧速度でもよく、増大後の押圧速度でもよく、光学性能、又はレンズ形状との相関を考慮して適宜決定される。
【００４８】
図５に示す成形装置では、図１とは異なり上下型１、２が上下主軸によって分離されており、下側主軸が上昇したとき、位置決め穴１３及び位置決めピン１４によって上下型保持部材１５、１６が組合わさり、上下保持部材１５、１６によって精度良く位置決めされている上下型１、２及びスリーブ３がスムーズに組み合わさるようになっている。また、下側主軸には図１と同様位置センサー１２が取り付けられておりこれにより下型の位置及び上昇速度（押圧速度）が制御される。
【００４９】
本態様では、予めプレス温度付近まで加熱する加熱装置により加熱されたプリフォームを下型２上に供給するためのプリフォーム供給機構（不図示）とプレス終了し離型後にレンズを取り出す、自動取出し機構（不図示）を設けることが好適である。これは、図１の装置と相違し、成形装置を分解することなく、プリフォームの供給や成形されたレンズの取りだしができるためである。このような機構を設けることにより、プリフォームの供給・レンズの取出しの時、上下成形型を常温付近まで冷却する必要が無く、従って、連続成形する際の成形装置の熱サイクルは短くてよいため、短いタクトでプレスすることが可能となる。
【００５０】
図５の成形装置でプレス成形を行なう場合には、成形型を所定温度に加熱し、一方プリフォームを成形型の外で所定温度に加熱し、加熱したプリフォームを下型に供給する。供給後、ただちにプレスを開始してもよく、更に成形型を加熱してからプレスしてもよい。供給時のガラス素材温度は、１０７〜１０８ポアズ相当であることができ、また成形型温度は１０７〜１０８ポアズ相当の温度であることができる。押圧時のガラスの温度も、ガラス粘度で、１０７〜１０８ポアズ相当であることが好ましい。
冷却後、レンズの取出しはガラスの温度がＴｇ付近の温度であることができる。
【００５１】
図５の成形装置において、用いる型材、離型膜等は図１の装置と同様とすることができる。また、成形室内の雰囲気、加熱装置、押圧速度などについても、図１の装置の場合と同様のことが適用できる。
【００５２】
本発明に用いる成形装置は、更に、（３）成形された成形体の光学性能、形状、又は数量を検知する手段、及び（４）検知した情報に基づいて、成形型の押圧速度を補正して前記駆動手段を駆動させる制御部を有する。ここで、光学性能、形状とは、製造方法において説明したものと同じである。まず、検知する手段において光学性能、形状、又は数量を検知し、次いで、制御部で、予め定めた所定値との比較を行い、所定値と一定の関係になったとき（たとえば所定値を超えたとき）、型の駆動手段に対して、押圧速度を補正する信号を送ることができる。この手順を図７に示すフローに示す。
成形された成形体の光学性能、形状、又は数量を検知する手段としては、具体的には、例えば、光学性能は透過型干渉計、形状は接触式形状粗さ測定機、数量はプリフォームを投入し、プレスした回数をカウントするカウンタを挙げることができる。
また、制御部としては、具体的には、例えば、プリフォームの供給、加熱、搬送、型の昇温、降温の温度制御、下型位置、上昇下降速度の制御、レンズ取り出しを制御する制御回路であることができる。
【００５３】
本発明の製造方法を製造装置によって成形する光学素子の形状には特に制限はない。例えば、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどが成形できる。本発明によると、特に球面収差が精度高く維持できるため、特に光ピックアップに使用される、凸メニスカス形状などの対物レンズに好適に適用できる。
【００５４】
本発明に使用する成形素材としては、ガラス素材が好適だが、樹脂素材でも良い。ガラス素材としては、予め所定形状、重量に予備成形した、球形などのガラスプリフォームが好適に使用できる。
本発明によって、成形されるレンズは、球面収差（数値の絶対値）が、常に、小さく補正されることが好ましい。特に、３次球面収差が、±０．０３λｒｍｓ以下となるように、押圧速度を補正して、成形体を製造することが好ましい。
また、本発明の製造方法においては、常に近軸曲率半径が、設計曲率半径に対して、±０．００４ｍｍ以内となるように押圧速度を補正して、レンズ等の成形体を成形することが好ましい。
【００５５】
また、球面収差値の補正は、レンズ肉厚を変化させることによって行うこともできるが、これを本発明の方法にあわせて用いても良い。例えば、所定の球面収差設計値にもとづいて用意した成形型によってプレス成形した場合の球面収差の補正を、レンズ肉厚で補正し、更に微補正を本発明の方法で行うことができる。
【００５６】
本発明では、成形体の製造方法において、押圧速度とレンズ等のガラス成形体の表面形状や透過波面の収差との間に一次の相関関係があること、及びレンズの場合では曲率と押圧速度に大きな相関関係があることを見出した。そこで、予めこの関係を得ておき、プレスされたレンズ等の曲率や収差などの性能を測定し、その結果と予め調べた関係から押圧速度を変更する工程を繰り返すことにより、安定したプレスを継続することが可能となる。
【００５７】
尚、押圧速度を補正する際に用いる光学性能の測定値として３次球面収差を用いたが、成形回数ごとに変化するレンズの性能として、レンズの用途に応じ、又は測定方法の利便性に応じ、他の光学性能を用いて補正を行っても良い。
【００５８】
また、本発明の製造方法及び製造装置を適用する成形体としては、レンズの有する２つの面（第１面、第２面）のいずれかの面に、非球面を有するレンズが特に好適である。
特に、波面収差やレンズ曲面形状などの公差が非常に狭い、光ピックアップ用の対物レンズの製造方法に適用するとき、又は本発明によるレンズを光ピックアップ装置に用いるとき、顕著な効果が得られる。更に、こうした装置に用いる単レンズのみでなく、群レンズを構成するレンズの製造にも適用可能である。
【００５９】
本発明の製造方法は、記録密度の高い光ディスク用ピックアップ対物レンズの製造方法として好適に用いられ、本発明の製造方法により、例えば、以下のような非球面レンズを提供することができる。
【００６０】
▲１▼４３０ｎｍ以下の所定波長（λ）における３次球面収差が所望値に対して±０．０２λ    ｒｍｓ以内、好ましくは、±０．０１λｒｍｓ以内、さらには、実質的にゼロとした、高  ＮＡ単レンズ。
【００６１】
▲２▼４３０ｎｍ以下の所定波長（λ）における波面収差が０．０４λｒｍｓ以内、好ましくは、  ０．０３λｒｍｓ以内、さらには、０．０２λｒｍｓ以内とした、高ＮＡ単レンズ。
【００６２】
▲３▼▲１▼又は▲２▼のレンズであって、更に、開口数（ＮＡ）０．６以上の、凸メニスカスレンズまたは両凸レンズであって、レンズの第１面と第２面のうち、少なくとも一方の面の、近軸曲率半径が３ｍｍ以下、および、有効径が５ｍｍ以下、最大面傾き角が４５°以上である光ピックアップ用対物レンズ。
【００６３】
▲４▼▲１▼又は▲２▼のレンズであって、更に、開口数（ＮＡ）が０．６５以上の、凸メニスカスレンズまたは両凸レンズであって、レンズの第１面と第２面のうち、少なくとも一方の面の、近軸曲率半径が３ｍｍ以下、および、有効径が５ｍｍ以下、最大面傾き角が５０°以上である光ピックアップ用対物レンズ。
【００６４】
▲５▼凸メニスカスレンズまたは両凸レンズであって、レンズの第１面と第２面のうち、少なくとも一方の面の、近軸曲率半径が３ｍｍ以下、および、有効径が５ｍｍ以下、最大面傾きが４５°以上である、小型撮像系用レンズ。ここで、最大面傾き角とは、レンズ上の任意の点における法線と光軸のなす角度のうち、最大のものをいう。
【００６５】
中でも、開口数０．６以上、近軸曲率半径３ｍｍ以下、レンズ有効径が５ｍｍ以下、最大面傾きが４５度以上であって、４３０ｎｍ以下の所定波長（λ）における３次球面収差±０．０２λ  ｒｍｓ以内である、光ピックアップ用対物レンズ、及び開口数０．６以上、近軸曲率半径３ｍｍ以下、レンズ有効径が５ｍｍ以下、最大面傾きが４５度以上であって、４３０ｎｍ以下の所定波長（λ）における波面収差が０．０４λ  ｒｍｓ以内である、光ピックアップ用対物レンズは、従来製造することができなかったレンズであり、本発明はこれらのレンズ自体も包含する。
【００６６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
第１実施例
図１に示す成形装置を用いて、中心肉厚１．０ｍｍ、外径φ２．１ｍｍの凸メニスカスレンズを成形した。上下型１、２はＳｉＣを基材として成形面にＤＬＣ膜が被覆されており、５００ショット毎にＤＬＣ膜を再生した。また、プレス室内の雰囲気は窒素ガス雰囲気とした。
ガラス素材としては、ｎｄ＝１．８０６１０  νｄ＝４０．７３  屈伏点温度６００℃  転移点温度  ５６０℃  のφ１．６ｍｍの球形の光学ガラス素材を球形のプリフォームとし、これを下型に載置してスリーブと上型をセットした後加熱装置により加熱を開始した。本実施例では高周波誘導コイル（不図示）により加熱した。
【００６７】
プレス温度６４５℃となってから、０．０２ｍｍ／ｓｅｃの押圧速度で下側の主軸を上昇させプレスを開始した。このように小さな押圧速度にしたのは、下型２とプリフォーム４との間に閉じた空隙１７があり、プレスしたときに空隙内に閉じこめられたガスを排出するために有効な条件であるからである。キャップ下面とスリーブ上端面との隙間が０．５ｍｍになったところで押圧速度を０．０６ｍｍ／ｓｅｃに切り替え、キャップ下面がスリーブ上端面に当接するまで押し切った。ここで、押圧速度の切り替え位置及び押圧速度は図１に示す位置検出センサーにより制御した。
押し切った後６０℃／ｍｉｎの冷却速度で５３０℃まで徐冷しプレス圧力を開放した。さらに取り出し可能な温度６５℃まで冷却し、型を分解してレンズを取り出した。
【００６８】
レンズの光学性能を測定するため、透過波面による干渉計によりレンズの収差を測定したところ、球面収差が０．００３λｒｍｓであった。ほぼ規格の中心値であるので、前記プレスと同様のスケジュールでプレスを継続し、１０ショットごとに性能を測定した。尚、押圧速度と球面収差の関係を予め調べたところ、図２のような相関がわかった。プレス成形を継続している過程で、負の側に大きくなってきた球面収差を０に戻すため、図２の相関を用いて、押圧速度を補正しつつ、更にプレスを継続した。成形されたレンズの球面収差を図３に示す。図３に示すように球面収差が、ショット数の増加と共に負の側に増加するが、押圧速度の補正により、常に許容範囲（±０．０３λｒｍｓ）に入っており、常に０付近に修正されていることがわかる。
【００６９】
比較のため押圧速度を修正せずにプレスを継続した場合の球面収差の推移を図４に示す。図のようにプレス数が増加するに連れて３次球面収差がマイナス側に大きく推移していることがわかる。
本実施例では型の離型膜としてＤＬＣ膜を用いているため、プレス数により少しずつ摩擦係数が変化することによりレンズの形状が変化し、このような現象が生じたものと考えられる。
【００７０】
離型膜としてＤＬＣ膜以外の膜を用いた場合、及び離型膜を用いない場合にも、絶対値の大小はともかくとして、摩擦係数の変化は、同様に見られ、押圧速度の補正により同様に３次球面収差の修正は可能である。
【００７１】
以上のように本実施例では、押圧速度と球面収差との関係を予め調べておき、あるプレス数ごとに測定した球面収差からそれを修正しつつプレスを継続することにより、球面収差のバラツキを小さくすることができた。これにより高歩留まりなレンズの生産を継続することができる。
本実施例ではプレスを５００ショットまで継続した後離型膜を再生しているが、再生後はまた押圧速度を初期値に戻してプレスし上記押圧速度の補正を繰り返して成形することができた。
【００７２】
第２実施例
本発明の第２実施例も図１と同様のプレス装置を用い、同じガラス素材を用いて、同じ形状のレンズを成形した。ここではレンズの球面収差を０に近づけるため、所望肉厚より６μｍ厚めになるようにスリーブの高さを加工し、プレスされたレンズの３次球面収差の値が−０．０７１λｒｍｓであった。その時の測定波面データから球面収差が０となる最適肉厚を計算すると肉厚を６μｍ薄くする必要があることがわかった。そこで最初のスリーブの高さから計算された肉厚の差６μｍだけ高さが低くなるように加工した。
【００７３】
このスリーブを用いて第１実施例と同じプレス条件（但し押圧速度は０．０７ｍｍ／ｓｅｃとした）でプレスを行ったところ３次球面収差の値が０．０３０λｒｍｓであった。許容範囲は−０．０２５〜０．０２５λｒｍｓであり、範囲外となっている。３次球面収差を０にするためには肉厚を２．５μｍだけ大きくするため、同じだけスリーブ高さを高くする必要があるが不可能である。上型、又は上型の高さを低くする加工を行うと、上下型の光軸の一致性が損なわれ、成形されるレンズのティルトを悪化させる可能性が生じる。そこで、本実施例ではここで押圧速度の変更を利用することとした。
【００７４】
図２の押圧速度と３次球面収差の関係から、３次球面収差を０にするためには押圧速度を０．０５ｍｍ／ｓｅｃ遅くすればよいことがわかる。従って押圧速度を０．０２ｍｍ／ｓｅｃとしてプレスしレンズを得た。３次球面収差を測定したところー０．００２λｒｍｓとなり所望の性能（許容範囲内）を得ることができた。このプレス条件からプレスを開始し、第１実施例の押圧速度の補正により安定した品質を得ることができた。
【００７５】
以上のように、本実施例ではスリーブの高さを加工することにより、レンズ肉厚を変更し、それによって３次球面収差を補正する方法と、本発明によるプレス条件の補正を、適宜、又は併用して適用することができることを示す。一方、本発明の方法は、スリーブや型の加工を必要としないため、最初のレンズ性能を出すためのリードタイムを大幅に短縮することができる点で、生産上有利である。
【００７６】
第３実施例
図５に示すプレス装置を用いて、中心肉厚１．７ｍｍ、外径φ３．４ｍｍの凸メニスカスレンズを成形した。ここでは、下型側でプリフォームと型の間に形成される、閉じた空隙が、実施例１より大きく、成形されるレンズ表面にくぼみなどの形状不良が起きやすいものであった。そこで、成形室を減圧してプレス成形を行なった。
【００７７】
本実施例では、装置を外気とは隔離されるように成形室に配置し、成形室を減圧する真空ポンプ（不図示）を用いた。
ガラス素材（プリフォーム）を予め加熱する加熱装置、及びプリフォームを下型上に供給する機構を用いた。
【００７８】
ガラス素材としては、ｎｄ＝１．７７３７７  νｄ＝４７．１７  屈伏点温度６１５℃  転移点温度  ５７０℃  のφ２．５ｍｍの球形の光学ガラス素材をプリフォームとし、これを図示しない加熱装置により６４５℃まで加熱したのち、６５０℃に加熱された下型２に供給した。この時上型１も６５０℃に加熱されている。その後、成形型が入っているチャンバー内をロータリーポンプにて８Ｐａ程度まで減圧しプレスを開始した。押圧速度を０．０６ｍｍ／ｓｅｃで上下型保持部材１５、１６が当接するまで押し切った。その後７０℃／ｍｉｎの冷却速度で５６０℃まで徐冷し、プレス圧力を開放し、下型２を下降させる。その後下型２上にあるレンズをレンズ取り出し装置により取り出してプレスは完了し、次のプレスのため上下型１、２およびプリフォーム４を加熱し連続してプレスを継続した。
【００７９】
尚、予め押圧速度と凹面側のレンズの近軸曲率半径との関係を調べておいた。
本実施例では押圧速度とレンズ曲率（凹面側）との関係式を１次式にしたところ、以下のようになった。
Ｒ  ＝−０．２５・υ＋６．９１２９
ここで、Ｒ：凹面側非球面の近軸曲率半径（Ｒ）（ｍｍ）
υ：押圧速度（ｍｍ／ｓｅｃ）
【００８０】
プレス開始後２０ヶ毎にレンズ形状を測定しその測定結果をもとに押圧速度を補正した。図６に押圧速度により補正しつつプレスしたときの凹面側非球面近軸Ｒの推移を示す。許容範囲から外れずに推移していることがわかる。
【００８１】
本実施例ではプレス直前に減圧する機構をもうけているが、これはプリフォームと下型との間に形成されている空隙内の気体が残らないようにプレスする上で有効である。空隙内の気体を排出するためには、プレス温度を下げることも可能である。但し、本実施例の場合には、プレス温度を６２０℃まで下げる必要が生じ、このとき押圧速度を変化させにくい、又は変化させても近軸曲率半径の変化を相殺するには及ばない。
【００８２】
以上より本実施例ではプレス直前に成形雰囲気を減圧することにより押圧速度とレンズ性能の相関が得られるプレス温度を確保することができ、第１実施例と同様高歩留まりな安定したプレスが可能となった。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明のガラス成形体の製造方法によれば、押圧速度とレンズ性能（球面収差やレンズ曲率）との関係から、プレスしたレンズの性能を測定しその結果からプレス条件の１つである押圧速度を変更して補正するだけでレンズ性能のバラツキを小さくすることができるので安易な手段で高歩留まりなレンズ製造を実現できる。また、型や部材の加工後にプレスしたレンズの性能が所望の性能から外れていた場合でも押圧速度の変更で所望の性能にすることができるので、型や型部材の補正加工を必要とせずリードタイムの短縮が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用できるプレス装置の型付近の略断面図である。
【図２】押圧速度と球面収差の関係を示す。
【図３】成形されたレンズの球面収差を示す。
【図４】プレス数が増すに従って３次球面収差の値が増大することを示す。
【図５】本発明に適用できるプレス装置の型付近の略断面図である。
【図６】押圧速度により補正しつつプレスしたときの凹面側非球面近軸Ｒの推移を示す。
【図７】本発明に用いる成形装置における、光学性能、形状、又は数量の検出手段、制御部及び下型駆動手段の間での信号のフローを示す。
【符号の説明】
１    上型
２    下型
３    スリーブ
４    プリフォーム
５    型押圧部材
６    型保持部材
７    上側主軸
８    下側主軸
９    上型測温用熱電対
１０  下型測温用熱電対
１１  キャップ
１２  位置検出センサー
１３  位置決め穴
１４  位置決めピン
１５  上型保持部材
１６  下型保持部材
１７  空隙
【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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