(57)【要約】【課題】キャビティ内の残留エアによる凹み等のない良好な光学機能面を備えた光学素子の成形方法を提供する。【解決手段】略球形の塊状光学素材１０´を素材用上型１２と素材用下型１３とで挟み込んで押圧成形し、平面状の上型面１２ａまたは下型面１３ａを転写して形成した２つの平面１０ａと、中央部分が膨らんだ側面１０ｂとを備えた略樽型の光学素材１０を作製する工程と、前記略樽型の光学素材１０を、胴型１と上型２と下型３とを備えた光学素子成形用型のキャビティ内にセットし、前記光学素材の側面１０ｂを上型転写面２ａおよび下型転写面３ａに対峙させるように配置した後、前記光学素材１０を上型２と下型３とで挟み込み、加熱状態で加圧してプレス成形する工程と、キャビティ内の温度を下げて光学素材１０を冷却し、光学機能面２０ａを備えた光学素子２０を取得する工程とからなる。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取得すべき光学素子の体積と同一の体積を有する略球形の塊状光学素材（１０´）を作製した後、前記塊状光学素材（１０´）を素材用上型（１２）と素材用下型（１３）とで挟み込んで押圧成形し、
平面状の上型面（１２ａ）または下型面（１３ａ）を転写して形成した２つの平面（１０ａ）と、中央部分が膨らんだ側面（１０ｂ）とを備えた略樽型の光学素材（１０）を作製する工程と、
前記略樽型の光学素材（１０）を、胴型（１）と上型（２）と下型（３）とを備えた光学素子成形用型のキャビティ内にセットし、前記光学素材の側面（１０ｂ）を上型転写面（２ａ）および下型転写面（３ａ）に対峙させるように配置した後、前記光学素材（１０）を上型（２）と下型（３）とで挟み込み、加熱状態で加圧してプレス成形する工程と、
キャビティ内の温度を下げて光学素材（１０）を冷却し、光学機能面（２０ａ）を備えた光学素子（２０）を取得する工程とからなることを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
略樽型の光学素材の側面（１０ｂ）における中央部分の曲率が、光学素子成形用型の上型転写面（２ａ）または下型転写面（３ａ）の曲率より大きい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】
押圧力を調整しながら素材用上型（１２）と素材用下型（１３）とで、略球形の塊状光学素材（１０´）を挟み込んで押圧成形し、素材厚を調整した略樽型の光学素材（１０）を作製するとともに、
光学素子成形用型のキャビティ内に前記光学素材（１０）をセットし、下型（３）の上に配置したときに、前記光学素材（１０）が１０°以上傾斜しないようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の成形方法。
【請求項４】
加熱して溶融状態にした溶融光学素材をノズル（１１）から滴下し、略球形の塊状光学素材（１０´）を作製することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学素材（ないしはガラス素材）を上型と下型で挟み込んで加熱加圧することにより、光学素子（ないしはガラス成形品）を成形するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、胴型と上型と下型とを備えた光学素子成形用型のキャビティ内に光学素材（ないしはガラス素材）を配置し、前記上型と下型で光学素材（ないしはガラス素材）を挟み込んで加熱しながら加圧することにより、光学素子（ないしはガラス成形品）を成形するといった、「プレス成形法」が行われるようになった。
【０００３】
そして、例えば図５に示すような光学機能面２０Ａを備えたスリット型光学素子２０を成形する場合、従来技術によれば、図６に示すような円柱状の光学素材（ないしはガラス素材）１００を、胴型１と上型２と下型３とを備えた光学素子成形用型のキャビティ内にセットした後、前記上型２と下型３とで円柱状の光学素材（ないしはガラス素材）１００を挟み込み、加熱しながら加圧してプレス成形し、前記光学素材（ないしはガラス素材）の側面１００ｂに上型２および下型３の転写面を転写し、光学機能面２０Ａを備えたスリット型光学素子２０（ないしはガラス成形品）を成形していた（図７参照）。
【０００４】
なお従来技術によれば、ガラス板などの板状素材を切削加工によって円盤状に切り出し、図６に示すような、円形に切り抜かれたガラス板表面１００ａと、その側面１００ｂとからなる円柱状の光学素材１００を作製し、この光学素材１００を光学素子成形用型のキャビティ内にセットし、プレス成形することによって、前記側面１００ｂに上型２および下型３の転写面を転写して、光学機能面２０Ａを備えたスリット型レンズ２０を成形していた。
【０００５】
図７は、図５に示すスリット型光学素子２０を成形するための光学素子成形用型の例を示すものであり、図７（ａ）は、円柱状の光学素材（ないしはガラス素材）１００を光学素子成形用型のキャビティ内にセットしたときに、前記光学素材（ないしはガラス素材）を板状ガラス板表面１００ａ側からみたときの断面図であり、図７（ｂ）は、円柱状の光学素材（ないしはガラス素材）を側面１００ｂ側からみたときの断面図である。
なお図中の符号１Ａは、上型２や下型３をガイドするための胴型１に形成されたエア通路で、キャビティ内のエアを排出するための通路を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のごとく、板状のガラス素材を切り抜いて作製した円柱状の光学素材を使用した場合、光学素子成形用型のキャビティ内に前記光学素材１００をセットし、上型２または下型３の転写面と光学素材の側面１００ｂとを対峙させたときに、図７（ａ）に示すように、側面１００ｂの円周方向においては、上型２または下型３の転写面中央部分と前記光学素材１００とがフィットし、転写面と光学素材との間に密閉空間が発生していないが、図７（ｂ）に示すように、側面１００ｂの長手方向（ガラス板の厚み方向）においては、転写面中央部分と光学素材１００との間に密閉空間が発生し、その密閉空間内のエアを除去するのが困難であった。
【０００７】
図８は、従来技術による光学素子の成形方法を説明する図である。
図８（ａ）は図７（ｂ）の部分拡大図であり、光学素子成形用型にセットされた光学素材（ないしはガラス素材）１００を側面１００ｂ側からみた断面図である。
図８（ａ）に示すように、ガラス板などを切り抜いて作製した円柱状の光学素材（ないしはガラス素材）１００を光学素子成形用型のキャビティ内にセットし、この光学素材の側面１００ｂを、上型転写面２Ａまたは下型転写面３Ａと対峙するように配置した場合、転写面の曲率が大きいと（凹面のＲがきついと）、転写面中央部分と光学素材１００との間に密閉空間が発生し、この光学素材（ないしはガラス素材）１００を加熱しながら加圧しプレス成形すると、図８（ｂ）に示すように、光学素材（ないしはガラス素材）１００と上型転写面Ａ（または下型転写面３Ａ）との間に残留したエアによって、光学素材（ないしはガラス素材）１００に凹み１０１が形成され、成形されたスリット型光学素子２０の光学機能面の表面精度を低下させていた。
【０００８】
つまり、例えばスリット型光学素子のような光学機能面の曲率の大きな光学素材を成形するにあたって、従来技術のようにガラス板を切り抜いて成形した円柱状の光学素材（ないしはガラス素材）１００を使用した場合、側面１００ｂの長手方向が平坦であるため、曲率の大きな転写面（凹面のＲがきつい転写面）を使用して光学素子（ないしはガラス成形品）を成形するときに、転写面と光学素材との間に密閉空間が発生していた。
そして、プレス成形のときにエア通路１Ａからキャビティ内のエアを除去するにあたって、前記密閉空間内のエアが残留しやすく、このエアによって凹み１０１が形成されるなどの形状転写性能に問題が発生し、成形された光学素子（ないしはガラス成形品）２０の光学機能面２０Ａの表面精度が低下するなど、光学素子（ないしはガラス成形品）の質を悪化させていた。
また光学素材（ないしはガラス素材）と転写面の間のエア残留を防止するための方法も知られているが（特許文献１、特許文献２を参照）、特許文献１の場合、光学素材に溝等の加工処理を施す必要があり、加工コストが高くなってしまい、特許文献２の場合は、特殊な加圧制御が必要となり、操作が複雑になってしまっていた。
またガラス板などを切り抜いて作製した前記円柱状の光学素材（ないしはガラス素材）の側面１００ｂを曲面研磨加工し、側面１００ｂに丸みを施す事も考えられるが、この場合も加工コストが高くなってしまう。
【０００９】
そこで、この発明は、光学素材（ないしはガラス素材）と転写面との間に密閉空間が発生するのを防止し、キャビティ内の残留エアによる凹み等のない良好な光学機能面を備えるとともに、安価に製造できる光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−１６３０２６号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平７−３１５８５５号公報（第３−６頁）
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、この発明による光学素子の成形方法は、取得すべき光学素子の体積と同一の体積を有する略球形の塊状光学素材を作製した後、前記塊状光学素材を素材用上型と素材用下型とで挟み込んで押圧成形し、平面状の上型面または下型面を転写して形成した２つの平面と、中央部分が膨らんだ側面とを備えた略樽型の光学素材を作製する工程と、前記略樽型の光学素材を、胴型と上型と下型とを備えた光学素子成形用型のキャビティ内にセットし、前記光学素材の側面を上型転写面および下型転写面に対峙させるように配置した後、前記光学素材を上型と下型とで挟み込み、加熱状態で加圧してプレス成形する工程と、キャビティ内の温度を下げて光学素材を冷却し、光学機能面を備えた光学素子を取得する工程とからなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の好適な実施例を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、この発明の実施例による光学素材（ないしはガラス素材）１０の作製工程を説明するものである。
この実施例では、光学素材（ないしはガラス素材）１０を作製するにあたって、まず加熱して溶融状態にした溶融光学素材（ないしは溶融ガラス素材）を、所定の形状、径を有するノズル１１から滴下し、略球形の塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）１０´を作製する（図１（ａ）参照）。滴下した溶融光学素材（ないしは溶融ガラス素材）は、空中を落下する間に冷却され、略球形となる。
【００１４】
このとき、溶融光学素材（ないしは溶融ガラス素材）の温度、粘性、ノズル１１の形状、径、ノズル１１からの押出し方法等を適宜設定して、滴下量を調整することによって、作製される塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）１０´の体積を所望の体積に調整することができるとともに、滴下量を高精度で同一化することができ、塊状光学素子（ないしは塊状ガラス素材）１０´を複数作製するときに、高い体積精度を維持することができる。
【００１５】
そして、取得すべき光学素子（ないしはガラス成形品）２０の体積と同一の体積を有する略球形の塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）１０´を作製した後、図１（ｂ）に示すように、前記略球形の塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）１０´を素材用上型１２と素材用下型１３とで挟み込んで押圧成形し、平面状の上型面１２ａと下型面１３ａとを転写することによって、２つの平面１０ａと、中央部分が膨らんだ側面１０ｂとを備えた光学素材（ないしはガラス素材）１０を作製する。
つまり、略球形の塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）１０´を、上下から平面で押しつぶすことによって、円柱の胴体中央部分が膨らんだような、略樽型の光学素材（ないしはガラス素材）１０を作製する（図１（ｃ）参照）。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、略球形の塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）１０´を、素材用上型１２と素材用下型１３との間に複数個配置した後、前記塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）を加熱して軟化させ、その後、素材用上型１２を降下し、前記塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）１０´を圧縮することによって、略樽型の光学素材（ないしはガラス素材）１０を一度に複数個作製することができる。
【００１７】
また、従来技術の如く切削加工によって作製した光学素材１００に比べて、高い体積精度を維持することができ、さらに切削加工後に円柱状の光学素材の側面１００ｂを曲面加工して側面に丸みを施すよりも、安価で、かつ容易に光学素材（ないしはガラス素材）１０を作製することができる。
【００１８】
この実施例では、加熱軟化した塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）１０´を素材用上型１２と素材用下型１３を使用して押圧成形した後、徐々に冷却し、その後前記素材用上型１２を上昇させ、略樽型の光学素材（ないしはガラス素材）１０を取得する。
【００１９】
続いて、上述のようにして作製した略樽型の光学素材（ないしはガラス素材）１０を、光学素子成形用型のキャビティ内にセットし、光学素子（ないしはガラス成形品）を成形する。
【００２０】
図２および図３は、この発明の実施例による光学素子（ないしはガラス成形品）２０の成形工程を説明するものである。
図２および図３に示す光学素子成形用型は、図５に示すスリット型光学素子２０を成形するための光学素子成形用型であり、図２は、光学素子成形用型のキャビティ内にセットした光学素材（ないしはガラス素材）１０を平面１０ａ側からみたときの断面図であり、図２は、光学素子成形用型のキャビティ内にセットした光学素材（ないしはガラス素材）１０を側面１０ｂ側からみたときの断面図である。
なお図中の符号１Ａは、上型２や下型３をガイドするための胴型１に形成されたエア通路で、キャビティ内のエアを排出するための通路を示す。
【００２１】
この実施例では、胴型１と上型２と下型３とを備えた光学素子成形用型のキャビティ内に前記略樽型の光学素材１０（ないしはガラス素材）をセットし、この前記光学素材（ないしはガラス素材）１０を前記上型２と下型３とで挟み込み、加熱しながら加圧してプレス成形することによって、図５に示すようなスリット型光学素子２０を成形する。
【００２２】
光学素子成形用型のキャビティ内に光学素材１０をセットするにあたって、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、略樽型の光学素材１０の側面１０ｂを上型転写面２ａおよび下型転写面３ａに対峙させるように配置した後、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、前記光学素材を上型２と下型３とで挟み込み、加熱して光学素材１０を軟化させるとともに、上型２を降下して加圧し、プレス成形する。
【００２３】
図４は、図３の部分拡大図であり、光学素子成形用型にセットされた光学素材（ないしはガラス素材）１０を側面１０ｂ側からみた断面図である。
図３（ａ）の部分拡大図である図４（ａ）に示すように、略樽型の光学素材（ないしはガラス素材）１０を光学素子成形用型のキャビティ内にセットし、この光学素材１０の中央部分が膨らんだ側面１０ｂを、上型転写面２Ａおよび下型転写面３Ａと対峙させた場合、側面１０ｂの中央部分と転写面がフィットし、側面１０ｂの両端が開放された状態となったいるため、転写面と光学素材１０との間に密閉空間の発生を防止することができる。
【００２４】
そして図３（ｂ）の部分拡大図である図４（ｂ）に示すように、キャビティ内にセットした光学素材１０を加熱しながら、上型２を降下して加圧するにあたって、転写面と光学素材１０との間に密閉空間がないため、転写面と光学素材１０との間のエアの除去が容易であり、エア通路１Ａからキャビティ内のエアを容易に排出することができる。つまり従来技術による光学素子の成形方法のように、エア残留によって光学素子に凹み１０１が発生する心配がなく、転写面による転写性能が向上し、表面精度が高い光学機能面２０Ａを備えた光学素子２０を成形することができる。
【００２５】
なお、例えば、光学素子成形用型をチャンバ内（図示せず）に配設するとともに、前記チャンバ内の真空特性を高くしておくことによって、プレス成形時、キャビティ内のエアが、胴型１に形成されたエア通路１Ａから吸引されるようにしてキャビティ外に排出され、キャビティ内のエア除去が容易となる。
【００２６】
また、転写面と光学素材との間に密閉空間を形成させないように、略樽型の光学素材の側面１０ｂにおける中央部分の曲率が、光学素子成形用型の上型転写面２ａまたは下型転写面３ａの曲率より大きくなるように、前記光学素材１０を作製することが好ましい（図４（ａ）参照）。
【００２７】
さらに、光学素子成形用型のキャビティ内に略樽型の光学素材１０をセットし、中央部分が膨らんだ側面１０ｂを下型３の上に配置したときに、前記光学素材１０が１０°以上傾斜しないように、光学素材１０の素材厚を調整することが好ましい（図４（ａ）参照）。
この発明による光学素材１０では側面１０ｂの中央部分が膨らんでいるため、側面１０ｂの中央部分が下型転写面３ａに接地されることとなり、配置が不安定となる。そのため、例えば光学素材１０の素材厚の薄い光学素材１０を光学素子成形用型のキャビティ内にセットした場合、前記光学素材１０がキャビティ内で大きく傾き、光学素子の成形に悪影響が発生するが、光学素材１０の素材厚を調整しておくことによって、胴型１の内周面に囲まれたキャビティー内での光学素材１０の大幅な傾きを抑制することができ、例えば、光学素材１０が１０°以上傾斜しないように調整することができる。
【００２８】
なお、光学素材の側面１０ｂの曲率や、光学素材１０の素材厚の調整は、略球状の塊状光学素材１０´を素材用上型１２と素材用下型１３とで挟み込んで押圧成形するときに、前記塊状光学素材１０´を上下から押圧する力（例えば素材用上型を降下する度合）を調整することによって、容易に調整できる。
【００２９】
すなわち、この実施例のように、略球形の塊状光学押圧成形により略樽型の光学素材を押圧成形することによって作製した略樽型の光学素材（ないしはガラス素材）１０を、光学素子成形用型のキャビティ内に前記光学素材１０をセットし、光学素材の側面１０ｂを上型転写面２ａおよび下型転写面３ａに対峙させるように配置した場合、図１（ａ）に示すように、側面１０ｂの円周方向においても、上型２または下型３の転写面中央部分と前記光学素材１０とがフィットし、また図２（ａ）に示すように、光学素材側面１０ｂの長手方向（光学素材の厚み方向）においても、上型２または下型３の転写面中央部分と前記光学素材１０とがフィットし、転写面と光学素材１０との間に密閉空間が発生することを防止することができる。
【００３０】
なお、この実施例では、加熱によって軟化させた略樽型の光学素材（ないしはガラス素材）１０を、上型２と下型３で加圧してプレス成形した後、徐々に冷却し、その後、前記上型１２を上昇させ、高い表面精度をもつ光学機能面２０Ａを備えた光学素子（ないしはガラス成形品）２０を取得した。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、取得すべき光学素子の体積と同一の体積を有する略球形の塊状光学素材を作製した後、前記塊状光学素材を素材用上型と素材用下型とで挟み込んで押圧成形し、平面状の上型面または下型面を転写して形成した２つの平面と、中央部分が膨らんだ側面とを備えた略樽型の光学素材を作製する工程と、前記略樽型の光学素材を、胴型と上型と下型とを備えた光学素子成形用型のキャビティ内にセットし、前記光学素材の側面を上型転写面および下型転写面に対峙させるように配置した後、前記光学素材を上型と下型とで挟み込み、加熱状態で加圧してプレス成形する工程と、キャビティ内の温度を下げて光学素材を冷却し、光学機能面を備えた光学素子を取得する工程とから光学素子を成形する。
これによって、例えば光学機能面の曲率の大きなスリット型光学素子を成形する場合（曲率の大きな転写面を備えた上型や下型を使用する場合）においても、転写面と光学素材（ないしはガラス素材）との間に密閉空間が形成されることがなく、キャビティ内のエア除去を容易に行うことができる。そして、残留エアによる悪影響を受ける虞がないため、転写面を光学素材（ないしはガラス素材）に転写するにあたっての形状転写性能が高く、高い表面精度をもつ光学機能面を備えた光学素子を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による光学素材の作製方法を説明する図。
【図２】光学素子成形用型のキャビティ内にセットした光学素材を平面側からみたときの断面図。
【図３】光学素子成形用型のキャビティ内にセットした光学素材を側面側からみたときの断面図。
【図４】図３の部分拡大図。
【図５】光学素子の斜視図。
【図６】従来技術による光学素材の斜視図。
【図７】光学素子成形用型のキャビティ内にセットした光学素材の断面図。
【図８】従来技術による光学素材の成形方法を説明する図。
【符号の説明】
１　　胴型
２　　上型
２ａ　上型転写面
３　　下型
３ａ　下型転写面
１０´　塊状光学素材（ないしは塊状ガラス素材）
１０　　光学素材（ないしはガラス素材）
１０ａ　平面
１０ｂ　側面
２０　光学素材（ないしはガラス素材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004107172.tif 000006
【図５】
2004107172.tif 000007
【図６】
2004107172.tif 000008
【図７】
2004107172.tif 000009
【図８】
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