(57)【要約】  【課題】    成形タクトを短縮でき、高精度なガラス光学素子を高い信頼性や収率で成形できる光学素子の成形方法及び光学素子を提供する。  【解決手段】  硝材温度をそのガラス転移点Ｔｇに対して、Ｔｇ×１．６０℃以上でかつＴｇ×１．８５℃以下に設定し、成形型の光学転写面温度を（Ｔｇ＋５０）〜（Ｔｇ−７０）℃に設定することによって、ガラスの型貼り付きを抑制して、極めて高速で高精度なガラス製の光学素子の成形が実現できる。【選択図】    図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型を用いてガラスの硝材をプレスすることにより光学素子を成形する成形方法であって、
成形型のキャビティ外で硝材を加熱軟化する工程と、
前記成形型を加熱する工程と、
前記硝材を前記成形型のキャビティに投入し、前記成形型でプレスする工程と、を有し、
前記成形型に投入する際の前記硝材の温度は、そのガラス転移点Ｔｇに対してＴｇ×１．６０〜Ｔｇ×１．８５℃の範囲にあり、かつ前記硝材が投入される際の前記成形型の光学転写面の温度は、前記ガラス転移点（Ｔｇ＋５０）〜（Ｔｇ−７０）℃の範囲にあることを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
加熱軟化した前記硝材を前記成形型のキャビティに投入し配置してから、３秒以内にプレスを開始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】
前記成形型は、前記硝材をプレスする一対の型部材を有し、プレス開始から、規定のストロークまでプレスを完了するまでの時間が１５秒以内であ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４】
プレス開始から少なくとも３秒後には、前記成形型の平均プレス圧力が８０Ｎ／ｍｍ２以下の範囲内になるように調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項５】
プレス工程終了時点における前記成形型の平均プレス圧力が１０Ｎ／ｍｍ２以上になるように調整することを特徴とする請求項４に記載の光学素子の成型方法。
【請求項６】
プレス開始から３秒までの間に、前記成形型の平均プレス圧力が一旦５０Ｎ／ｍｍ２〜２５０Ｎ／ｍｍ２の範囲内になるように調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項７】
プレス開始から３秒までの間に、前記成形型の平均プレス圧力を、一旦プレス工程における最高の値に調整し、その後、プレス進行と共にそれよりも低圧力に連続または不連続に切り換えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項８】
前記硝材及び前記成形型のキャビティが接する雰囲気をプレス工程の際に遮蔽可能な成形室を形成し、プレス工程においては、前記成形室内を大気圧未満となるよう減圧することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項９】
リザーバータンクと、前記リザーバータンク内を減圧する機構と、前記成形室と前記リザーバータンク内とを連通させる状態と、させない状態とを選択的にとりうるバルブとを用いて、プレス工程前に、前記成形室内を大気圧未満となるよう減圧することを特徴とする請求項８に記載の光学素子の成形方法。
【請求項１０】
前記成形型のキャビティにおいて、光学素子の光学面を転写する光学転写面の表面粗さＲａが、０．３ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項１１】
前記成形型のキャビティが接する雰囲気を、クラス１０００以下としたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項１２】
前記成形型のキャビティが接する雰囲気を遮蔽する成形室を少なくとも含む空間を囲むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項１３】
前記成形型のキャビティが接する雰囲気を遮蔽する成形室の周囲を除電したことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光学素子の成形法。
【請求項１４】
前記成形型は、光学素子の光学面を転写する光学転写面をそれぞれ備えた一対の型部材を有し、前記硝材が前記成形型に投入される際の前記型部材の一方が有する光学転写面の温度を、他方の型部材が有する光学転写面の温度より５℃以上高くすることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか記載の光学素子の成形方法。
【請求項１５】
前記一方の型部材の光学転写面は、その有効径に対するその深さの比が０．４以上の凹面を有することを特徴とする請求項１４に記載の光学素子の成形方法。
【請求項１６】
成形されるべき光学素子はフランジ部を有し、プレス工程において、前記フランジ部を形成する硝材の流動方向において、前記硝材の流動を妨げないように所定の空間を設けたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項１７】
成形されるべき光学素子はフランジ部を有し、プレス工程において、前記フランジ部を形成する前記硝材の流動を規制するリング状型部品の熱伝導率を２５Ｗ／ｍＫ以下とし、かつ線膨張係数が前記硝材よりも小さい材料としたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項１８】
成形されるべき光学素子はフランジ部を有し、プレス工程において、前記フランジ部を形成する前記硝材の流動を規制するリング状型部品を加熱することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか記載の光学素子の成形方法。
【請求項１９】
成形されるべき光学素子はフランジ部を有し、前記フランジ部の径寸法を、前記光学素子の光学面の最大有効径の１．２倍以下とし、その厚みを光学面の最大有効径の０．２倍以上とすることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の光学素子の成形方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の光学素子の成形方法により成形される光学素子であって、前記光学素子の光学面に、光軸を中心とした輪帯構造が形成されることを特徴とする光学素子。
【請求項２１】
前記輪帯構造は、光路差付与構造であることを特徴とする請求項２０に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記輪帯構造は、光軸方向断面が鋸歯状のブレーズ型回折構造であることを特徴とする請求項２１に記載の光学素子。
【請求項２３】
前記輪帯構造は、光軸方向断面が階段状の回折構造であることを特徴とする請求項２１に記載の光学素子。
【請求項２４】
前記輪帯構造は、前記光学素子に対して光を照射する光源の波長変化による前記光学素子の収差変化を補正する機能を有することを特徴とする請求項２１〜２３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２５】
前記輪帯構造は、前記光学素子の温度変化による収差変化を補正する機能を有することを特徴とする請求項２１〜２４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２６】
請求項１〜１９のいずれかに記載の光学素子の成形方法により成形される光学素子であって、前記光学素子の光学面に、複数の突起またはくぼみが転写成形されるように，前記光学素子用成形金型成形転写面には，対応したくぼみまたは突起が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２７】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、等価屈折率領域の微細構造を形成することを特徴とする請求項２６に記載の光学素子。
【請求項２８】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、反射防止効果を発生する微細構造を形成することを特徴とする請求項２６又は２７に記載の光学素子。
【請求項２９】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、構造複屈折を発生する微細構造を形成することを特徴とする請求項２６〜２８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３０】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、共鳴領域の微細構造を形成することを特徴とする請求項２６〜２９のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３１】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、該光学面の一部に存在しており、その光学面を転写形成されるように、前記成形転写面の一部には、対応したくぼみまたは突起が存在していることを特徴とする請求項２６〜３０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３２】
前記光学素子の光学面の一部に、少なくとも複数の形状または配置パターンを有する突起またはくぼみが存在しており、その光学面を転写形成されるように、前記光学面転写面の一部には、対応した少なくとも複数の形状または配置パターンのくぼみまたは突起が存在していることを特徴とする請求項２６〜３１のいずれかに記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスを素材として光学素子を成形する光学素子の成形方法及びそれにより成形される光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子の成形用に用いられるガラスは、一般的にガラス転移点Ｔｇの約２倍以上の温度にすると、溶融して重力で滴下できる程の粘度となる。例えば、ガラス転移点Ｔｇが５００℃の光学用ガラスは、大凡Ｔｇ×２．０である１０００℃以上で、溶融した状態でノズルなどからガラスを滴下できる。この溶融する温度領域では、ガラスは自由に形を変えられ、光学素子を成形する成形型に投入すれば、それだけで型形状を略転写することが可能であり、例えば特許文献１などに、そのような光学素子の液滴成形法が詳しく述べられている。
【特許文献１】特公平４−１６４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された液滴成形法では、成形型の特に光学面を転写する非常に高精度かつ滑らかに加工された光学転写面は、極めて高温の溶融ガラスに触れるため、容易に大気の酸素と結合して表面粗さが劣化するので、型寿命が極めて短くなるという問題があった。例えば、型材料に超硬を使用した場合では、数千ショットの成形で型の光学面が荒れて交換する必要があり、そのために成形機を停止したり、新規に取り付けた型の調整のために時間を取られるなどして、成形機の稼働率を著しく低下させ、光学素子の生産性を落としていた。さらに、超硬などの型材料は極めて硬度が高く、ここに高精度の光学転写面を加工するのは非常に効率が悪く時間と手間を要しているが、このようにして高いコストで作られた成形型を容易に消耗するこの液滴成形法は、低コストのガラス光学素子を生産するには最も適してるとはいえない。
【０００４】
また、再加熱成形法と称して、室温のガラスを成形型のキャビティに投入して、成形型とガラスを同時に加熱し、成形型内のガラスが軟化した時点でプレス成形し、プレス成形が完了した時点で成形型とガラスを同時に冷却し、ガラスが固化した時点で成形されたガラス光学素子を取り出すという成形方法が、従来提案され実用化されている。この方式は、ガラスを加熱する時も冷却固化する時も、成形型を占有し、しかもガラスと比べて格段に熱容量が大きい成形型をいちいち加熱して冷却する必要があり、熱伝導の悪いガラスを均一に加熱するには、一定の加熱温度で成形型を保持しなければならないという、熱効率的にも成形型の利用効率的にも不利な成形法であり、そのため成形タクトが非常に長くなって大量生産には不向きである。
【０００５】
そのため、従来の再加熱成形法では、一度の成形で複数の光学素子を成形（多数個取りともいう）したり、多くの成形型を用意して順番に加熱炉、プレス炉、冷却炉を移動させながら連続的に成形する方法などが採られていたが、いずれにせよ外部から成形型ごとガラスを加熱するため、原理的に成形型の温度がガラスの温度よりも高くなり、そのためガラスが成形型の光学転写面に容易に貼り付き、稼働率と信頼性とが低い不効率な成形プロセスといえる。さらに、成形型を移動する方式では、対向する光学転写面を有する一対の型部品を、偏心精度良く設置しながら、プレス動作を行うための摺動も円滑に出来るように部品嵌合の公差を実現するとなると、これらは相矛盾することとなり、結局、成形型の高い信頼性の確保と、高精度のガラス光学素子の成形との両立は極めて困難であったといえる。
【０００６】
従来、これらの成形方法に代わり、成形型の占有時間を短縮して高速的な成形ができ、しかも高精度なガラス光学素子を高い信頼性や収率で成形できる成形方法の出現に至っていないというのが実状である。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、成形タクトを短縮でき、高精度なガラス光学素子を高い信頼性や収率で成形できる光学素子の成形方法及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】
【０００８】
請求項１に記載の光学素子の成形方法は、成形型を用いてガラスの硝材をプレスすることにより光学素子を成形する成形方法であって、
成形型のキャビティ外で硝材を加熱軟化する工程と、
前記成形型を加熱する工程と、
前記硝材を前記成形型のキャビティに投入し、前記成形型でプレスする工程と、を有し、
前記成形型に投入する際の前記硝材の温度は、そのガラス転移点Ｔｇに対してＴｇ×１．６０〜Ｔｇ×１．８５℃の範囲にあり、かつ前記硝材が投入される際の前記成形型の温度は、前記ガラス転移点（Ｔｇ＋５０）〜（Ｔｇ−７０）℃の範囲にあることを特徴とする。
【０００９】
前述した光学素子用ガラスの溶融領域から少し温度が低く、ガラス転移点Ｔｇに対して、Ｔｇ×１．８５〜Ｔｇ×１．９５℃の温度範囲は、溶融ガラスの粘度が１０ｐｏｉｓ程度となり、結晶領域と呼ばれている。この結晶領域では、ガラスは極めて不安定であり組成物の一部が結晶化を始める温度である。この結晶化は、ガラスが白濁したり、微細なゴミ状の結晶粒が発生したり、組成物がガス化して溶融ガラス中に気泡を発生したり、あるいは組成が変わって屈折率が変化するので、光学素子としては根本的な品質不良を引き起こす恐れがある。従って、この温度領域に長時間ガラスを滞在させないことが、光学素子用ガラスの品位を保つ上で非常に重要である。
【００１０】
光学素子用ガラスを加熱軟化させて成形するには、硝材の温度がガラス転移点Ｔｇより高くなければならないが、上述したように、成形型の寿命を延ばすために溶融温度よりも低く、さらにガラス組成を安定させるために結晶領域よりも低いことが、高品質で安定した状態でガラスを成形し、高精度なガラス光学素子を高効率に得る上で重要な成形条件である。このような硝材温度の上限は、硝材の種類によらず、その硝材のガラス転移点Ｔｇに対してＴｇ×１．８５℃以下であることを、本発明者は導出した。
【００１１】
一方、ガラスを用いた光学素子の成形に際しては、加熱軟化したガラスを成形型により圧力をかけてプレス成形して光学素子を得るため、成形型の光学転写面にガラスが強く押しつけられるので、ガラスがそのまま成形型に貼り付いてしまったり、プレス後に成形型を開いた時に、成形ガラスの光学面の一部が成形型に付着して残り、光学素子の光学面を成形する光学転写面に点状の穴カケを生じたりする、いわゆる光学素子の離型性の問題がある。このガラス貼り付きを完全にしかも多数の成形回数においても、安定して発生しないようにすることは非常に難しく、従来からガラス製の光学素子のプレス成形における大きな課題であった。そのため、これまでは成形回数が一定回数に達する毎に成形型を成形機から外して、成形型の光学転写面に付着したガラスをフッ化水素や過酸化水素水などの取り扱いに注意を要する薬品を用いて溶かしたりして清掃し、再度成形機に取り付けて、成形型を繰り返し使うという方法が採られていた。このため、成形型の取り外し取り付け作業によって成形プロセスが中断し、成形機の稼働率が著しく低下した。また、成形型の清掃時間中にも成形を続けるために、清掃するべき成形型を取り外して代わりの成形型を成形機に取り付けることが行われ、必要以上に成形型を用意する必要があり、成形型に要する費用が高くなっていた。
【００１２】
ここで、加熱軟化したガラスが接触した相手（ここでは成形型）に貼り付くこと、つまり相手材料に濡れることを防ぐ対策として、２つの方法が考えられる。１つは、相手を濡れにくい材料とすること、もう一つは相手の温度をガラスの温度より低くすることである。これらの対策は、それぞれ単独で採用しても良いが、両方の対策を講じる方がより好ましい。前者の対策については、既に多数の出願によりガラスが濡れにくい材料が成形型の光学転写面のコートとして提案されているのでここではくわしく述べない。後者の対策では、成形型の温度が低いと高温のガラスが型表面に触れて急速に冷却され収縮固化するように作動し、ガラスの成形型との接触面が界面に平行な方向に移動するため成形型表面が濡れないのである。この身近な例として、溶融した半田が室温の銅箔の上に落ちると、濡れずにはじかれて玉状になり転がるが、加熱した銅箔の上では濡れて広がるのと同じことである。従って、成形型の温度を接触したガラス表面が冷却収縮して動くような、十分低い温度に設定することで、プレス成形における貼り付きを防止することができる。本発明者は、前述したＴｇ×１．８５℃以下の温度にした硝材では、成形型の光学転写面の温度をどの程度低くすれば貼り付かなくなるかを鋭意研究し、以下の結論を得た。
【００１３】
即ち、成形型の光学転写面が、硝材のガラス転移点Ｔｇよりも５０℃高い温度を超える高い温度である場合は、（１）硝材の貼り付きがほとんどといって良いほど生じこれを防ぐことは困難である、（２）その後すぐにそのままプレス成形した際には、プレスが完了した時点でも、硝材が完全に固化していないので硝材の表面が安定せず、光学面の転写性が劣るという問題がある。
【００１４】
これに対し、成形型の光学転写面がガラス転移点Ｔｇよりも７０℃低い温度を超える低い温度である場合は、（１）硝材の貼り付きは完全に無くすことができるが、（２）しかし、硝材がプレス成形中に急速に固化して粘度が高くなるため、規定のプレスストロークまでプレスできなくなり、プレスが不十分となるという問題があり、そのため、光学面の転写性が著しく劣化する。この時、プレス圧力を１００Ｎ／ｍｍ２まで高く設定して無理に高粘度のガラスを型に押し込み保持するようにしても、その場合は成形されたガラス光学面に放射状にクラックが入り、製品としての光学素子にならなかった。
【００１５】
また、本発明者は、これら上述した知見が、成形される光学素子の体積に、ほとんど依存しないで成立することを見出した。
【００１６】
その理由としては、加熱軟化されたガラスは大気よりもほとんど成形型との接触によってのみ冷却され、これが唯一のガラス熱量の放出箇所であることと、ガラスは熱伝導率が極めて低いので、プレスが進行しガラスと成形型との接触面積が増大すると共に、その界面のガラス温度は急速に低下して粘度が上昇するが、温度勾配が急なので少し内部に入るとガラスの粘度は急激に低下し、その結果、表面に硬いゴムの膜のような粘度の高いスキン層が形成されていることにより、ガラスが成形型に貼り付くとか、プレスしてもガラスが成形型に密着しないといった現象は、成形型とこのスキン層との界面の現象なので、スキン層より内部のガラスの体積の大小にはあまり関係がないと考えられる。また、成形転写性も、ガラスが成形型の光学転写面に接触してあまり時間をおかない段階、つまりスキン層が薄い状態で、この表面がどの程度成形型の光学転写面に密着しているかと、それがどれだけ保持されたまま固化が進むかによって、ほぼ決まってしまうと考えられる。
【００１７】
以上から、成形型に投入する際の硝材温度を、そのガラス転移点Ｔｇ×１．８５℃以下に設定した場合の成形型の光学転写面の温度は、ガラス転移点（Ｔｇ＋５０）〜（Ｔｇ−７０）℃の範囲にすることが、高精度高効率なガラス光学素子成形に必要であることが見いだされた。この成形型の温度範囲であれば、ガラス光学素子の大小に関わりなく、プレス成形が確実に実現でき、しかもガラスが成形型に貼り付くことを防止できる。
【００１８】
前述したように硝材の温度をＴｇ×１．８５℃以下とすることの効果が見出されたわけであるが、一方で低い領域においては、どの範囲まで適切な成形が可能なのかという課題が残る。本発明者らは、これを、成形型温度とプレス時間とから決定できることを見出した。つまり、成形型温度を高めに設定すればガラスと成形型との温度差を減らし、ガラスと成形型との接触による冷却固化の速度を遅くできるので、硝材温度は低く設定できる。さらに、プレス時間が短く高速でプレス成形すれば、ガラスが固化するまでにプレス成形工程を終了できるので、硝材温度は低く設定できる。逆に、ゆっくりとプレスするとプレス終了するまでの時間が長くなるので、硝材温度を高くしておかないと、プレス中にガラスが冷却固化してしまい、規定のプレスストロークまで達しないうちにプレスできなくなる。
【００１９】
従って、硝材温度が最低となるのは、成形型温度が前述温度範囲の最高であるＴｇ＋５０℃でかつプレス成形時間を可能な限り短くしたときであることがわかる。実際にガラスを用いて光学素子を成形して、硝材温度の最低条件を調べてみると、Ｔｇ×１．６０℃まではプレス成形が可能であり、この時のプレス開始から規定のストロークまでのプレス成形時間は５秒と極めて短時間であった。この成形された光学素子の光学面は両凹面であったが、光学面の形状精度はプレス成形時間がより長い他の成形条件の場合と比較して遜色ないものであった。
【００２０】
つまり、硝材温度をそのガラス転移点Ｔｇに対して、Ｔｇ×１．６０℃以上でかつＴｇ×１．８５℃以下に設定し、成形型の光学転写面温度を（Ｔｇ＋５０）〜（Ｔｇ−７０）℃に設定することによって、ガラスの型貼り付きを抑制して、極めて高速で高精度なガラス製の光学素子の成形が実現できることがわかった。尚、前記成形型に投入する際の硝材の温度が、そのガラス転移点Ｔｇに対してＴｇ×１．７０〜Ｔｇ×１．８５℃の範囲にあり、かつ前記硝材が投入される際の成形型の光学転写面の温度が、前記ガラス転移点Ｔｇ〜（Ｔｇ−３０）℃の範囲にあると、更に好ましい。
【００２１】
請求項２に記載の光学素子の成形方法は、請求項１に記載の発明において、加熱軟化した前記硝材を前記成形型のキャビティに投入し配置してから、３秒以内にプレスを開始することを特徴とする。
【００２２】
本発明の成形方法は、加熱軟化したガラスをそれより温度の低い成形型に投入後、プレス成形しながら冷却固化させて、高精度な光学素子を高速で高安定に成形する方法であるが、前述した通り、加熱軟化したガラスが成形型に投入されると同時に冷却固化が始まるので、ただちにプレスを開始することが重要である。従来の液滴成形法などでは、滴下し成形型に投入されたガラスを５秒程度時間をおいて冷却し、スキン層の厚みを十分成長させてからでないと、空気やゴミの混入に対処するために荒らした成形型の光学転写面をそのままプレス圧力により成形転写してしまうので、プレスを開始できなかった。従って、成形時間は２０秒近くかかり、１５秒以下の成形タクトを実現できなかった。
【００２３】
これに対し、本発明の成形方法によれば、光学転写面の光学面形状や表面粗さを忠実に成形転写するため、むしろガラスを成形型に投入後、粘度が低いうちに直ちにプレスを開始するのが望ましいといえる。また、本発明の成形方法の硝材温度条件は、溶融温度よりもかなり低いので、硝材の成形型に触れた部分は急速に冷却し約５秒で固化するので、プレス成形を確実に完了するためにも、加熱軟化したガラスを成形型に投入後、少なくとも３秒以内にプレスを開始するのが好ましい。尚、「プレス開始」とは、キャビティ内に投入された硝材が、成形型により押圧を開始された時点をいう。
【００２４】
請求項３に記載の光学素子の成形方法は、請求項１に記載の発明において、前記成形型は、前記硝材をプレスする一対の型部材を有し、プレス開始から、規定のストロークまでプレスを完了するまでの時間（プレス時間）が１５秒以内であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の成形方法によれば、プレス時間を１５秒以下とすることにより、高精度なガラス製の光学素子を安定して成形することができる。
【００２６】
請求項４に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、プレス開始から少なくとも３秒後には、前記成形型の平均プレス圧力が８０Ｎ／ｍｍ２以下になるように調整することを特徴とする。
【００２７】
プレス工程で成形される光学素子の光学面にクラックが入らないようにするには、ガラスが冷却固化されて粘度が急激に高くなるプレス工程の後半で、平均プレス圧力（プレス圧力をレンズ面積で除したもの）を８０Ｎ／ｍｍ２以下とすることが好ましい。平均プレス圧力を８０Ｎ／ｍｍ２以下とすることにより、ガラスが中に圧縮応力を残したまま固化することを抑制し、成形された光学素子を成形型から取り出したときに、ガラス内部の圧縮応力が膨張力となってガラス表面に引っ張り応力が働いて、前述したクラックが発生することを防止できる。この圧縮応力の程度が更に甚だしいときは、成形された光学素子が突然破損して粉々になるという現象も起きることがある。
【００２８】
請求項５に記載の光学素子の成形方法は、請求項４に記載の発明において、プレス工程終了時点における前記成形型の平均プレス圧力が１０Ｎ／ｍｍ２以上になるように調整することを特徴とする。
【００２９】
高精度な光学面の転写精度を実現するには、プレス工程終了時点で最低でも１０Ｎ／ｍｍ２の平均プレス圧力を保持して、成形型の光学転写面にガラスを密着させることが好ましい。これを下回る圧力で、プレス工程を終了すると、成形型とガラスが均一には密着しないため、プレス工程終了直前でまだわずかに流動できる粘度をガラスが有している段階であり、収縮変形が偏って発生し、光学面形状が正確に転写されない恐れがある。この現象をヒケと呼ぶが、本発明の成形方法において、平均プレス圧力を１０Ｎ／ｍｍ２以上に維持すると、このヒケ発生を防止することができる。
【００３０】
請求項６に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、プレス開始から３秒までの間に、前記成形型の平均プレス圧力が一旦５０Ｎ／ｍｍ２〜２５０Ｎ／ｍｍ２の範囲内になるように調整することを特徴とする。
【００３１】
ガラスの温度が高く粘度が低いプレス工程の初期段階で、高いプレス圧力をかけると、クラックを発生することなくガラスが瞬間的に成形型の転写面に密着して、成形転写性を向上できる。また、転写面全体が瞬間的に成形型に接触して冷却固化が進むので、同じ成形転写性であれば成形時間をより短縮できる。ただし、ガラスの冷却固化がかなり進むと、圧縮応力が残留してクラックなどの原因となるので、５０Ｎ／ｍｍ２〜２５０Ｎ／ｍｍ２の高圧プレス時期は、プレス開始から３秒以内に限定されていると好ましい。
【００３２】
請求項７に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、プレス開始から３秒までの間に、前記成形型の平均プレス圧力を、一旦プレス工程における最高の値に調整し、その後、プレス進行と共にそれよりも低圧力に連続または不連続に切り換えることを特徴とする。
【００３３】
プレス開始から３秒までの間における適切なタイミングで、最高の平均プレス圧力を用いてガラスをプレスすることで、ガラスの温度が高く粘度も小さい成形初期に大きなプレス変形量を与えることで、クラックや複屈折などを発生させることなく、ガラスを成形型の光学転写面に確実に密着させ転写性を向上でき、その後はより低い平均プレス圧力とすることで、ガラスが固化し粘度が上昇してクラックの発生や内部応力が大きくなることを防ぎ、安全でしかも成形転写性の良いプレス成形を実現できる。尚、最高圧力から、より低い圧力に変える仕方は、段階的な不連続であっても良いし、連続的であっても良い。
【００３４】
請求項８に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記硝材及び前記成形型のキャビティが接する雰囲気をプレス工程の際に遮蔽可能な成形室を形成し、プレス工程においては、前記成形室内を大気圧未満となるよう減圧することを特徴とする。
【００３５】
本発明は、極めて高精度かつ高速的にガラス光学素子を成形することができるので、例えば成形する光学素子の光学面形状が凸である場合は、高速的なプレスの際に硝材であるガラスと成形型のキャビティの間に、大気や窒素ガスなどの成形雰囲気が押し出されずに残り、ガス溜まりとなって隙間を作る恐れがあり、それにより光学面の成形転写性が著しく劣化する。従って、プレス開始直前にガラスや成形型のキャビティの雰囲気を減圧し、雰囲気ガスを低減することで、プレス時間の短い高速な成形においてもガス溜まりの発生を抑え、高精度な光学面形状の転写性を確保できる。
【００３６】
このような本発明によって、成形型の光学転写面と硝材がしっかりと密着するので、ガス溜まりが発生しない成形条件であっても成形転写性が良くなる。従って、成形した高精度光学素子の性能バラツキが少なくなり、成形収率を高く維持できる。
【００３７】
近年、光学面に輪帯状の回折溝（回折輪帯）を施して色収差を効率よく補正する光学素子が、光情報記録分野などで実用化され、大量に生産されている。その光学材料としては、プラスチックやガラスが使われているが、赤外光学系などではＺｎＳｅなどの結晶材料も用いられている。この様な光学素子は、成形により大量に且つ効率的に生産することができるが、その成形の際に、光学素子用の成形型で、光学素子の光学面における微細な回折溝をいかに高精度に効率よく製作するかが、極めて重要な課題となる。    
【００３８】
加えて、近年、使用する光源の波長の数倍からそれよりも小さな微細構造を光学面に施して、新たな光学的機能を光学素子に付加することが試みられている。例えば、成形レンズの屈折による通常の集光機能とその時に副作用として発生する正の分散を、その非球面光学面の表面に回折溝を施すことで得られる回折による大きな負の分散を利用してうち消し、本来、屈折だけでは不可能な色消し機能を単玉光学素子に付加することが、ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ディスク用ピックアップ対物レンズで実用化されている。これは、光学素子を透過する光の波長の数１０倍の大きさの回折溝による回折作用を利用したもので、このように波長より十分大きな構造による回折作用を扱う領域は、スカラー領域と呼ばれている。  
【００３９】
一方、光学素子を透過する光の波長の数分の一という微細な間隔で、円錐形状の突起を光学面の表面に密集させて形成させることで、光の反射抑制機能を発揮できることが判っている。即ち、光波が光学素子に入射する際の空気との境界面での屈折率変化を、従来の光学素子のように１から媒体屈折率まで瞬間的に変化させるのではなく、微細な間隔で並んだ突起の円錐形状によって緩やかに変化させ、それにより光の反射を抑制することができるのである。このような突起を形成した光学面は、いわゆる蛾の眼（ｍｏｔｈ  ｅｙｅ）と呼ばれる微細構造で、光の波長よりも微細な構造体が波長よりも短い周期で並ぶことにより、もはや個々の構造が回折せずに光波に対して平均的な屈折率として働くものである。このような領域を等価屈折率領域と一般に呼んでいる。このような等価屈折率領域に関しては、例えば電子情報通信学会論文誌Ｃ  Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｃ  Ｎｏ．３  ｐｐ．１７３−１８１  ２０００年３月に述べられている。
【００４０】
等価屈折率領域の微細構造によれば、従来の反射防止コートに比べて反射防止効果の角度依存性や波長依存性を少なくしながら大きな反射防止効果を得られるが、プラスチック成形等によれば、光学面と微細構造を同時に創成できることから、レンズ機能と反射防止機能が同時に得られて、従来のように成形後に反射防止コート処理をするといった後加工が不要となる等の生産上のメリットも大きいと考えられ注目されている。さらに、このような等価屈折率領域の微細構造を光学面に対して方向性を持つように配すると、強い光学異方性を光学面に持たせることもでき、従来、水晶などの結晶を削りだして製作していた複屈折光学素子を成形によって得ることができ、また、屈折や反射光学素子と組み合わせて新たな光学的機能を付加することができる。この場合の光学異方性は、構造複屈折と呼ばれている。
【００４１】
上述したスカラー領域と等価屈折率領域の間には、回折効率が入射条件のわずかな違いにより急激に変化する共鳴領域がある。例えば、回折輪帯の溝幅を狭くしていくと、波長の数倍程度で急激に回折効率が減少し、また増加するという現象（アノマリー）が発生する。この領域の性質を利用して、特定の波長のみを反射する導波モード共鳴格子フィルターを微細構造で実現して、通常の干渉フィルターと同等の効果をより角度依存性を少なくして実現できる。
【００４２】
ところで、スカラー領域や、等価屈折率領域や、共鳴領或を利用して光学素子を形成しようとする場合、その光学面に微細な突起（又はくぼみ、総称して微細構造という）を形成する必要がある。ところが、成形型の光学転写面に、このような微細構造に対応したくぼみ（又は突起）を形成したとしても、従来の成形方法では、ガラスを硝材として、そのような微細構造を転写形成することが困難であった。
【００４３】
その理由としては、光学面に回折溝などの微細構造を有する光学素子をガラスを用いて成形する際には、成形型の光学転写面に形成された微小凹みに、成形雰囲気における大気や窒素ガスなどが残ってガラスが入り込むのを妨げることがあげられ、それにより微細構造の転写性が著しく劣化する。
【００４４】
これに対し、本発明の成形方法によれば、かかる不具合を成形雰囲気を減圧することで解消できる。即ち、成形雰囲気を減圧すれば、成形型の光学転写面に形成された微小凹みから、成形雰囲気の大気や窒素ガスなどが除去されるため、
ガラス製の回折光学素子や、反射防止構造を有する光学面を有するガラス光学素子などが、ガラスが成形型に貼り付くことなく確実に転写成形でき、高精度且つ高速的に成形を行うことができる。
【００４５】
請求項９に記載の光学素子の成形方法は、請求項８に記載の発明において、リザーバータンクと、前記リザーバータンク内を減圧する機構と、前記成形室と前記リザーバータンク内とを連通させる状態と、させない状態とを選択的にとりうるバルブとを用いて、プレス工程前に、前記成形室内を大気圧未満となるよう減圧することを特徴とする。
【００４６】
本発明の成形方法によれば、成形タクトが極めて短いため、成形雰囲気を減圧する際に時間を要しては、その利点を最大限に生かせない。そこで、成形室内の減圧を真空ポンプで直接行わず、リザーバータンクをプレス開始直前までに減圧しておいて、プレス開始時には前記バルブを動作させてリザーバータンク内と成形室内とを接続することにより、成形室内を瞬間的に排気できるので、成形タクトに影響を与えずに減圧成形ができる。
【００４７】
請求項１０に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記成形型のキャビティにおいて、光学素子の光学面を転写する光学転写面の表面粗さＲａが、０．３ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００４８】
加熱軟化したガラスを成形下型に滴下投入して、ガラスを冷却しながらプレス成形を行う従来の液滴成形法によれば、滴下投入時に大気や窒素ガスなどの雰囲気ガスを巻き込んでガス溜まりを生じたりするので、下型の光学転写面を予め腐食性の溶液で表面粗さＲａ１００ｎｍ程度に荒らす処理を行っていた。そのため、プレス圧力で下型の光学転写面にガラスを押しつけて、光学面形状を高精度にガラスに転写することはできず、下型光学転写面の温度を非常に低く設定して、滴下ガラスに素速くスキン層を形成して、荒らした下型光学面形状の包絡表面をガラスに転写する成形プロセスであった。つまり、従来の液滴成形法は、下型光学転写面をその形状や表面粗さまで高精度にガラスに転写するのではなく、おおよその包絡形状を転写しむしろ表面粗さは転写しないように成形するものであった。ガラス表面の成形型に接触した粘度が高いスキン層が、荒らした下型光学転写面の凸凹に少しガラスが入りかけて緩やかにその凹凸が転写されかけた状態で固化するため、成形された光学素子の光学面には、微小で緩やかな凹凸が存在した。図５は、液滴成形法による成形時における成形型の光学転写面を拡大して示す断面図であり、硝材であるガラスＧの表面に形成されたスキン層Ｓが、荒れた成形金型の光学転写面Ｍの頂点を結ぶように延在する。
【００４９】
従って、従来のこのような液滴成形法では、もともと高精度に下型光学転写面形状を転写する成形条件ではなく、荒れた成形型の光学転写面を写し取らない成形条件を選択する必要から、成形された光学素子の転写性が必ずしも良いとはいえず、高精度な光学素子の場合には収率の低下を招いていた。また、成形された光学素子の波面性能を干渉縞で観察すると、光学面の表面の微小な凹凸によって干渉縞濃度がミクロ的にばらつくので、干渉縞のコントラストが低いという問題が生じた。図８は、液滴成形法により成形された光学素子の表面を観察することで得られた干渉縞であるが、後述する図６，７に示す本発明の成形方法により成形された光学素子の干渉縞に対して明らかに不明瞭であり、光学特性が劣ることがわかる。このような劣化した光学特性を有する光学素子は、例えば高密度な情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いるには不適切である。
【００５０】
これに対し、本発明の成形方法によれば、加熱軟化したガラスを冷却しながら成形することは同様であるが、成形型の光学転写面が滑らかであり、ガラスの成形型接触表面のスキン層ができるだけ薄い段階で、プレス成形により強制的にガラスを成形型の光学転写面に押しつけるので、そのまま滑らかな光学面として光学素子に転写され、微小で緩やかな凹凸もなく、光を透過させても光散乱が発生しない。また、光学素子の透過波面を干渉縞などで観察する際も、クリアでコントラストの高い干渉縞が得られ、光学性能も高くなる。
【００５１】
即ち、成形型の光学転写面を、ガス溜まりなどを防ぐために荒らす必要が無く、この荒し加工工程による光学面形状誤差が無いので、型加工工程が簡単で確実に高精度な光学転写面形状を得られる。又、成形に際しても、成形型の光学転写面を表面粗さまで確実に転写するように成形条件を整えるので、成形形状のばらつきが少なく、安定した高精度な光学素子の成形ができる。
【００５２】
請求項１１に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記成形型のキャビティが接する雰囲気を、クラス１０００以下としたことを特徴とする。
【００５３】
本発明の成形方法では、ガラスの成形型と接した表面には冷却され粘度が上昇したスキン層が、薄いとはいえ存在するので、ガラス表面や成形型の光学転写面に小さなゴミがあると、プレス圧力を高くしても、ガラス表面と成形型の間にはさまった状態でゴミのまわりのガラスが成形型の光学転写面から離れて円形状にくぼんで成形不良が発生する恐れがある。図３は、成形型の光学転写面にゴミが付着した状態で本発明の成形方法を実行した場合における成形型の光学転写面を拡大して示す断面図であり、成形型の光学転写面Ｍ上にゴミＤＴが付着したために、硝材であるガラスＧの表面に形成されたスキン層Ｓが、光学転写面Ｍに密着できず、ゴミＤＴの周辺に広範囲にくぼみＣが生じていることがわかる。
【００５４】
かかる現象は、ゴミの大きさに対して非常に広い範囲で発生し、わずか数μｍのゴミであっても、円形状のくぼみ範囲は数１０μｍ以上となることがあることが、本発明者らの研究によりわかった。前述した従来の液滴成形法で、成形型の光学転写面を荒らすのは、ゴミの影響も回避する効果を有しているが、高精度な光学面を成形するために本発明の成形方法においては、それを利用することができない。特に、ほこりの多い雰囲気で本発明の成形方法を実行すると、成形光学面に無数のくぼみがアバタ状に発生し、光学面として全く用をなさないことさえある（図６参照）。
【００５５】
一方、硝材温度を高くしかつ成形型の光学転写面の温度を高くして、ガラスがプレス圧力をかけられてゆっくり流動してくぼみを潰しながらゴミの周りに侵入し、最終的にはゴミをガラスの中に取り込んでしまうようにすると、この程度の小さなゴミは、光学的に全く実害の無い状態にできる。図４は、再加熱法による成形時における成形型の光学転写面を拡大して示す断面図であり、成形型の光学転写面Ｍ上に付着したゴミＤＴが、ガラスＧの内部に完全に取り込まれていることが示されている。
【００５６】
成形型とガラスを同時に高い温度に加熱する従来の再加熱成形法では、まさにこの現象によって、ゴミによる光学面の転写不良を回避しているのである。しかしながら、この成形条件では再加熱成形法の重大な課題であるガラスの成形型への貼り付きが同様に発生するので、これを本発明の成形方法で行うと、せっかくガラスの貼り付き無しに高効率・高信頼性を有するという利点が失われてしまう。
【００５７】
また、プレス圧力を高くすることで、ゴミによるくぼみの発生を低減できるが、前述したようにプレス工程の後半で光学面にクラックを生じないプレス圧力の最高値は、８０Ｎ／ｍｍ２以下であるため、この低減効果にも限界がある。
【００５８】
本発明者らは、本発明の製造方法における高精度・高効率・高信頼性という利点を生かすには、このような成形条件を変える方法ではなく、原因となるゴミの混入を防ぐのが最も効果的であり抜本的であることを見出した。即ち、成形型に投入さる加熱軟化したガラス表面や成形型の光学転写面にゴミが混入しないように、これらが接する成形雰囲気をクラス１０００以下に維持すると、前述のくぼみの発生を抑制できて外観品位、光学性能ともに優れた高精度な光学素子を、その生産効率を犠牲にすることなく実現できることがわかった。これは、本発明の成形方法を実現する上で、極めて有効な手段である。
【００５９】
請求項１２に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記成形型のキャビティが接する雰囲気を遮蔽する成形室を少なくとも含む空間を囲むことを特徴とする。
【００６０】
クラス１０００以下の成形雰囲気は、成形室周りの部品をよく洗浄してゴミを落としておき、成形室に覆いを設け、外気に対してフィルターを通して繋がるようにすれば、容易に実現できる。しかも、成形室が前述した成形時に減圧する機構（例えばリザーバータンク、ポンプ、バルブ等）を備えている場合は、成形室の気密性はそもそも極めて高いので、減圧状態を破壊するときに導入する大気や窒素ガスなどの雰囲気の流路にフィルターを設けてゴミが除去されるようにすれば良いので、非常に簡単にクラス１０００以下の成形雰囲気を実現できる。
【００６１】
請求項１３に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明において、前記成形型のキャビティが接する雰囲気を遮蔽する成形室の周囲を除電したことを特徴とする。
【００６２】
また、成形室の周囲に静電気などでゴミが吸い寄せられて付着しないように、除電ブロワーなどで除電するのが、ゴミによる成形光学面のくぼみ対策として好ましい。ここでいう成形室の周囲とは、成形機構や成形型、型部品などの成形室を構成する部品やそれが接する雰囲気、ガラスの加熱機構、ガラスの搬送機構などを指す。
【００６３】
請求項１４に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記成形型は、光学素子の光学面を転写する光学転写面をそれぞれ備えた一対の型部材を有し、前記硝材が前記成形型に投入される際の前記型部材の一方が有する光学転写面の温度を、他方の型部材が有する光学転写面の温度より５℃以上高くすることを特徴とする。これにより、一方の型部材が有する光学転写面に対して硝材を押し込むことができる。
【００６４】
請求項１５に記載の光学素子の成形方法は、請求項１４に記載の発明において、前記一方の型部材の光学転写面は、その有効径に対する深さの比が０．４以上の凹面を有することを特徴とする。
【００６５】
本発明の成形方法の特徴は、高速・高効率・高信頼性を実現しながらも、成形型の光学転写面形状や表面粗さを正確に転写して、高精度なガラス光学素子を成形できることにある。ガラスを用いた光学素子の成形において、高精度・高効率成形が非常に難しい光学素子形状として、凸光学面の有効径に対して光学面の中心と有効径での光軸上の深さが非常に大きい、言い換えると、成形型の光学転写面においては非常に深い凹面となる光学面形状があげられる。この場合、プレス成形時に、ガラスを成形型の深い光学転写面に押し込んで光学転写面全面に密着させなければならないので、プレス圧力をガラス成形面に確実に伝達する必要がある。特に、成形型の光学転写面形状や表面粗さを忠実にガラスに転写させる場合、この点は重要である。尚、ここで「光学転写面の有効径」とは、成形された光学素子の光学面の有効径に対応する径をいい、「光学転写面の深さ」とは、光学転写面の有効径の位置から、光学転写面の最深部までの光軸方向距離をいい、成形された光学素子の光学面の有効径の位置から、光学面の頂点までの光軸方向距離（図１３に示すΔ１，Δ２）と同義である。
【００６６】
実際に、本発明者らが、本発明の成形プロセスにより凹深面を成形した結果、球状のガラスをＴｇ×１．８０℃の温度で加熱軟化して、Ｔｇ℃の成形型に投入しすぐにプレスを開始したところ、凹深面光学面の深さがその光学有効径に対して０．４以上となる場合においては、これまで述べた硝材温度と型温度範囲による成形条件設定だけでは、凹深面の中心部（＝最深部）付近でヒケが発生した。具体的には、成形された光学面形状の中心部分の曲率だけが成形型の光学転写面形状よりも緩くなっていた。このヒケ部分で成形された光学面（凸深面）を観察すると、成形型の微細な加工痕や傷などは転写していたので、一旦はこのヒケ部分のガラスは成形型の光学転写面に接触したことがわかった。しかし、プレス工程中に他の部分のガラスが変形することで、この最深部まではプレス圧力が伝わらず、そのためガラスが成形型の光学転写面に強く押しつけられなかったため、ガラスが冷却収縮する過程で成形型の光学転写面からこの部分だけ離れて、ヒケとなったものと考えられる。一般に、プレス成形に際しては、ガラス転移点付近までは成形型の光学転写面にガラスを押しつけていることが、転写性を良くする上で重要と言われている。
【００６７】
本発明の成形方法では、前述した成形型上で深い凹光学面を高精度に効率よく成形転写するために、成形型の一方の型部材の光学転写面温度を、それと対向する型部材の光学転写面の温度よりも相対的に高く設定している。これにより、プレス開始時にガラスが両方の型部材に接触すると、凹深面に対向する側の光学転写面では、温度がより低いためガラスの冷却固化がより進行して粘度が上がるので、この部分のプレスによるガラスの変形量が少なく剛体に近い状態となり、ガラスを凹深面側に押し込む作用を発生し、プレス圧力が凹深面側にも伝わりやすくなるのである。この時、凹深面側の光学転写面の温度と対向する成形型の光学転写面との温度差は５℃以上とすることによりガラスを凹深面に押し込む作用が働く前に凹深面側のガラスが変形してしまうことを抑制し、プレス圧力が凹深面先端まで伝わって、ガラスの粘度が高い部分による押し込み効果が得られる。
【００６８】
本発明者らは、凹深面光学面の深さがその光学有効径に対して、０．７となる極めて深い非球面形状光学面を有するガラス光学素子を、本発明の成形方法により実際に成形した。硝材温度はＴｇ×１．７５℃で成形型に投入し、凹深面側の成形型温度をＴｇ＋５℃、対向する側の成形型の温度をＴｇ−５℃として、ガラス投入後直ちにプレスを開始した。その結果、深面先端までヒケのない光学面形状が成形でき、成形型の光学転写面の形状に対して比例収縮率補正を行い、成形形状誤差を測定したところ、５０ｎｍＰＶ以下であった。因みに、両成形型の光学転写面の温度をＴｇ℃として温度差を設けないで成形したときは、光学面の中心部分だけの曲率が緩くなり、光学面の成形型形状に対する誤差は３５０ｎｍＰＶであった。
【００６９】
請求項１６に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜１５のいずれかに記載の発明において、成形されるべき光学素子はフランジ部を有し、プレス工程において、前記フランジ部を形成する硝材の流動方向において、前記硝材の流動を妨げないように所定の空間を設けたことを特徴とする。
【００７０】
請求項１７に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜１５のいずれかに記載の発明において、成形されるべき光学素子はフランジ部を有し、プレス工程において、前記フランジ部を形成する前記硝材の流動を規制するリング状型部品の熱伝導率を２５Ｗ／ｍＫ以下とし、かつ線膨張係数が前記硝材よりも小さい材料としたことを特徴とする。
【００７１】
請求項１８に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜１５のいずれかに記載の発明において、成形されるべき光学素子はフランジ部を有し、プレス工程において、前記フランジ部を形成する前記硝材の流動を規制するリング状型部品を加熱することを特徴とする。
【００７２】
請求項１９に記載の光学素子の成形方法は、請求項１〜１８のいずれかに記載の発明において、成形されるべき光学素子はフランジ部を有し、前記フランジ部の径寸法を、前記光学素子の光学面の最大有効径の１．２倍以下とし、その厚みを光学面の最大有効径の０．２倍以上とすることを特徴とする。
【００７３】
本発明の成形方法によれば、加熱軟化したガラスを、それより温度の低い成形型に投入後、速やかにプレス成形しながら冷却固化させて、高精度なガラス光学素子を高速で高安定に成形できるが、その際には上述したように、ガラスの温度がＴｇ付近になるまで成形型の光学転写面に押しつけていることが、成形転写性を良くする上で重要である。これを満たすことにより、ヒケなどが発生して光学面形状が容易に劣化することを効果的に抑制する。
【００７４】
ガラス製の光学素子では、通常、フランジ部と呼ばれる光軸方向に対して光学素子を固定するための、光学有効径よりも外側に光軸と垂直な面を有する薄い出っ張り部分を有している。このフランジ部の成形時の取り扱いによって、２つの成形方法に分類することができ、１つは、プレス時にこのフランジ部の側面（光軸に並行な平面または曲面）を光学面と同時に成形する、いわゆる充填成形であり、もう１つは、フランジ部の側面をプレス時にガラスを自由流動させて規制せず、必要なフランジ径よりも大きく成形しておいて、後加工によって外周を削除し所望のフランジ径を得る、いわゆるはみ出し成形である。
【００７５】
本発明の成形方法では、原則として成形型の光学面形状や表面粗さを正確に精度良く転写する方法であるので、充填成形が基本となるが、フランジ径が光学面の有効径よりも非常に大きな光学素子形状においては、充填成形では以下のような不具合が生じる場合がある。
【００７６】
フランジ部がプレス成形されるときの成形型との関係をみると、光軸に垂直な取り付け基準面とその裏面は、通常、対向する光学転写面を有する成形型部品でプレス成形される。従って、薄くて体積はそれほど大きくないフランジ部の表裏面から、ガラスより低い温度の成形型で冷却されることになり、この部分ははみ出し成形でも急速に冷却固化が進む。さらに充填成形の場合では、フランジ部の側面もリング状型部品に接触して冷却されるので、フランジ部は成形型及びリング状型部品により３面から冷却されて、他の部分のガラスよりもずっと速いタイミングで冷却固化する。ここで、フランジ部の径が大きいと、成形型との接触面が表裏面で広くなるため、さらに急速に冷却固化しやすい。
【００７７】
フランジ部のガラス温度が低下して粘度が急速に上がると、プレス力はこのフランジ部で支えてしまい、プレスストロークがほとんど進行しないという状態が発生する。かかる状態になると、ガラスの光学転写面にプレス力が全く伝わらず、ヒケはおろか、成形型の光学転写面にガラスが触れることもないという現象が発生し、成形転写性は急激に劣化する。
【００７８】
ここで重要な点は、加熱軟化されたガラスのフランジ部の冷却固化が、他の部分よりも極端に速く進まないようにすることである。これによって、十分なプレス力が光学転写面のガラスにも伝わり、成形型に押さえつけられた状態でガラス転移点Ｔｇまで保持することができ、成形転写性を劣化することがなくなる。その方法として、以下のようなものがあり、それぞれ単独に行っても良いが、それらを組み合わせることでより大きな効果が得られる。
【００７９】
（１）フランジ部を形成する硝材の流動方向において、前記硝材の流動を妨げないように所定の空間を設け、はみ出し成形を行う。前述したように、はみ出し成形ではフランジ部の側面は自由流動なので成形型部品と接触せず、成形雰囲気ガスや減圧状態の断熱性の高い状態を保持されるので、充填成形よりもフランジ部の冷却速度を低減する効果がある。図１１に、フランジ部を形成する硝材の流動方向において、硝材の流動を妨げないように所定の空間を設け、はみ出し成形を行える成形型の概略構成を示す。図１１において、型部材である上型１は、光学転写面１ａと、その周囲に周囲面部１ｂとを有しており、型部材である下型３は、光学転写面３ａと、その周囲に周囲面部３ｂとを有している。成形時に、硝材であるガラスＧの周囲面部１ｂ、３ｂに挟持された部分は、半径方向外側で接触するものがなく、流動を妨げられないので冷却速度が低減される。
【００８０】
（２）充填成形において、フランジ部の側面を成形するリング状型部品を、熱伝導率が小さくかつ線膨張係数が硝材より小さい材料で製作する。これにより、プレス成形中に径方向へ広がるガラスがリング状型部品に接触しても、通常の部品材料よりも熱伝導が悪いので冷却が進行しにくくなり、この部分でのガラスの冷却固化を抑制する。通常の成形型材料は、超硬（熱伝導率７０Ｗ／ｍＫ）や炭化珪素（熱伝導率９０Ｗ／ｍＫ）なので、これらの材料に比較して大きな断熱効果を発揮するには、この数分の１から１０分の１程度の熱伝導率であることが好ましく、２５Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。図１０は、成形型と共に用いるリング状型部品の断面を示す図である。図１０（ａ）に示す例は、型部材である上型１と下型３の外周に嵌合するようにして、２５Ｗ／ｍＫ以下であるリング状型部品ＲＧを配置しており、図１０（ｂ）に示す例は、型部材である上型１と下型３の周囲面部１ｂ、３ｂに当接する位置に、リング状型部品ＲＧを配置した例である。
【００８１】
また、リング状型部品材料の線膨張係数は、硝材の線膨張係数よりも小さくないと、冷却による収縮でせっかく成形したガラス製の光学素子のフランジを締め付け過ぎて、光学素子を破損したり、リング状型部品が抜けなくなったりする。従って、リング状型部品の熱伝導率は２５Ｗ／ｍＫ以下であり、かつ線膨張係数が硝材より小さいことが好ましい。
【００８２】
（３）リング状型部品を加熱する。その加熱により、成形型のフランジ部の温度が高くなり、フランジ部のガラスの冷却速度を低減できる。これは、はみ出し成形の場合でも充填成形の場合でも良い。はみ出し成形では、フランジ部のガラスがプレス成形によって自由流動するが、リング状型部品を設けてもそれには達せず触れることはない。充填成形では、流動するガラスはリング状型部品に達して規制され、それによりフランジ部の側面が成形される。リング状型部品に直接ガラスが触れる充填成形において、リング状型部品を加熱することでフランジ部のガラスの冷却速度を低減することができる。これらリング状型部品を加熱する温度としては、その温度が高過ぎて、硝材の固化が進行しないような温度よりも低い温度であって、成形型の温度よりも５〜２０℃程度わずかに高い温度であることが好ましい。図１２に、成形型と共に用いるリング状型部品の断面を示す。リング状型部品ＲＧの外周には、加熱可能にヒータＨが配置されている。尚、図１０（ｂ）に示すように、上型１と下型３の周囲面部１ｂ、３ｂに当接する位置に、リング状型部品ＲＧを配置してもよい。
【００８３】
（４）成形される光学素子のフランジ部の径寸法を小さくして、より大きい側の光学面有効径からあまり大きくはみ出さないようにする。かかる寸法調整により、フランジ部の表裏面の面積を低減できるので、型接触面積を低減できる。また、フランジ部の厚みを厚くして熱容量を増やすことにより、熱容量の大きいレンズ本体と一体に近くなるのでこちらから熱が供給されやすくなる。これらの構成をとることによって、プレス中のフランジ部の冷却固化速度が低減できる。従って、成形転写性が向上する。図１３に光学素子の一例にかかる断面図を示す。光学素子ＯＥは、光学面Ｓ１、Ｓ２と、フランジ部ＦＬとを有している。フランジ部ＦＬの外周径はφｆであり、フランジ部の厚さはΔｆであり、光学面Ｓ１の有効径はφ１であり、光学面Ｓ２の有効径はφ２である。尚、ここで「光学面有効径」とは、光学面で実際に光を透過させたり反射や回折させる光学的な効果を有し、光学素子の本来の目的に寄与する領域をいうものとする。
【００８４】
フランジ部の径寸法と厚みをどの程度にすれば良いかであるが、本発明者らが、光学面の有効径が大きい方の光学面有効径（光学面の最大有効径）が２．４ｍｍの両凸光学素子をフランジ部の厚みを０．４ｍｍと一定にし、径寸法を変えて本発明の成形方法にて成形したところ、フランジ径３．６〜３．１ｍｍでプレスストロークが最終値に達せず、フランジ部の固化によってプレス力が支えられてしまう場合があった。フランジ径を３．０ｍｍ以下にしたところ、規定のプレスストロークに容易に達することができた。しかし、成形の安定性を考慮すれば、もう少し余裕を取って２．９ｍｍ程度にフランジ径を設定するのが良いと考えられる。成形するガラス製の光学素子の大きさや形態によっても、この数字は変わると思われるが、以上からフランジ部の径が光学面有効径に対して概ね１．２倍以下なら、フランジ部の冷却固化速度は速すぎないと推測される。また、フランジ厚みについても、この場合は０．４ｍｍであったが、ガラス製の光学素子の大きさや形態によっても変わることを考慮して、概ね光学面の有効径に対して０．２倍以上であれば良いと考えられる。
【００８５】
以上のように、ガラス光学素子のフランジ部の寸法を制約することで、プレス成形中のフランジ部の冷却速度を低減し、高精度にガラス光学素子の成形を容易に実現できる。尚、充填成形とすれば、後加工として、外周心取り加工が不要となり、より好ましい。
【００８６】
請求項２０に記載の光学素子は、請求項１〜１９のいずれかに記載の光学素子の成形方法により成形される光学素子であって、前記光学素子の光学面に、光軸を中心とした輪帯構造が形成されることを特徴とする。
【００８７】
請求項２１に記載の光学素子は、請求項２０に記載の発明において、前記輪帯構造は、光路差付与構造であることを特徴とする。
【００８８】
請求項２２に記載の光学素子は、請求項２１に記載の発明において、前記輪帯構造は、光軸方向断面が鋸歯状のブレーズ型回折構造であることを特徴とする。
【００８９】
請求項２３に記載の光学素子は、請求項２１に記載の発明において、前記輪帯構造は、光軸方向断面が階段状の回折構造であることを特徴とする。
【００９０】
請求項２４に記載の光学素子は、請求項２１〜２３のいずれかに記載の発明において、前記輪帯構造は、前記光学素子に対して光を照射する光源の波長変化による前記光学素子の収差変化を補正する機能を有することを特徴とする。
【００９１】
請求項２５に記載の光学素子は、請求項２１〜２４のいずれかに記載の発明において、前記輪帯構造は、前記光学素子の温度変化による収差変化を補正する機能を有することを特徴とする。
【００９２】
請求項２６に記載の光学素子は、請求項１〜１９のいずれかに記載の光学素子の成形方法により成形される光学素子であって、前記光学素子の光学面に、複数の突起またはくぼみが転写成形されるように，前記光学素子用成形金型成形転写面には，対応したくぼみまたは突起が形成されていることを特徴とする。
【００９３】
請求項２７に記載の光学素子は、請求項２６に記載の発明において、前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、等価屈折率領域の微細構造を形成することを特徴とする。
【００９４】
請求項２８に記載の光学素子は、請求項２６又は２７に記載の発明において、前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、反射防止効果を発生する微細構造を形成することを特徴とする。
【００９５】
請求項２９に記載の光学素子は、請求項２６〜２８に記載の発明において、前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、構造複屈折を発生する微細構造を形成することを特徴とする。
【００９６】
請求項３０に記載の光学素子は、請求項２６〜２９のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、共鳴領域の微細構造を形成することを特徴とする。
【００９７】
請求項３１に記載の光学素子は、請求項２６〜３０のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、該光学面の一部に存在しており、その光学面を転写形成されるように、前記成形転写面の一部には、対応したくぼみまたは突起が存在していることを特徴とする。
【００９８】
請求項３２に記載の光学素子は、請求項２６〜３１のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の光学面の一部に、少なくとも複数の形状または配置パターンを有する突起またはくぼみが存在しており、その光学面を転写形成されるように、前記光学面転写面の一部には、対応した少なくとも複数の形状または配置パターンのくぼみまたは突起が存在していることを特徴とする。
【００９９】
図１４は、光学素子の光学面の例を拡大して示す斜視図である。図１４（ａ）においては、レンズの光学面に、複数の突起の例として微細な円筒Ｃをマトリクス状に多数形成した構成（等価屈折率領域の微細構造の例）となっている。例えばかかる対物レンズをＤＶＤ記録／再生用光ピックアップ装置の対物レンズとして用いた場合、レンズを透過する光は６５０ｎｍ近傍である。そこで、微細な円筒Ｃの間隔Δを１６０ｎｍとすると、かかる対物レンズに入射する光は殆ど反射せず、極めて光透過率の高い対物レンズを提供することができる。
【０１００】
図１４（ｂ）においては、レンズの光学面に、複数の突起の例として間隔Δで離隔した多数の微細な三角錐Ｔを形成しており、図１４（ａ）と同様な効果を奏することができる。この間隔Δとしては、０．１〜０．２μｍ以下であると散乱を低下させるので好ましい。図１４（ｃ）においては、レンズの光学面に、複数の突起の例として間隔Δで離隔した多数のフィンＦ（構造複屈折の微細構造の例）を形成している。フィンＦの長さは、透過する光の波長より長く（上述の例では６５０ｎｍ以上）なっている。かかる構成を備えたレンズは、フィンＦに沿った方向に振動面を有する光を透過させるが、フィンＦに交差する方向の光は透過させないという、いわゆる偏光効果を奏する。図１４（ｄ）においては、レンズの光学面に、光軸を中心とした輪帯構造の例として、光軸方向断面が鋸歯状のブレーズ型回折輪帯Ｄを形成している。回折輪帯Ｄに関しては、例えば特開２００１−１９５７６９号公報に、その形状に応じた効果である色収差補正及び温度補正について詳細に述べられているので、以下の説明を省略する。これ以外の輪帯構造として、ＮＰＳ（位相差付与機能を有する構造）、ＤＯＥ（波長選択回折機能を有する構造）等も形成できる。また、図１４（ａ）〜（ｃ）においては、簡単のために平面上に、それら突起を設けた例を示したが、その底面を球面や非球面等の適宜の曲率を持った曲面とし、その曲面上に設けるようにしてもよい。
【０１０１】
本明細書中で用いる光学素子としては、例えばレンズ、プリズム、回折格子光学部品（回折レンズ、回折プリズム、回折板）、光学フィルター（空間ローパスフィルター、波長バンドパスフィルター、波長ローパスフィルター、波長ハイパスフィルター等々）、偏光フィルター（検光子、旋光子、偏光分離プリズム等々）、位相フィルター（位相板、ホログラム等々）などがあるが、以上に限られることはない。
【０１０２】
又、本明細書中で用いる回折構造（回折輪帯）とは、光学素子（例えばレンズ）の光学面表面に、光軸を中心とする略同心状の輪帯として形成されたレリーフを設けて、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせた回折面のことをいう。例えば、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。回折輪帯を回折溝ともいう。
【発明の効果】
【０１０３】
本発明によれば、成形タクトを短縮でき、高精度なガラス光学素子を高い信頼性や収率で成形できる光学素子の成形方法及び光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０４】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図９は、本実施の形態にかかる光学素子の成形方法を実施する成形装置の概略構成図である。ヒータＨを内蔵した上型１は、下面に光学転写面１ａと、その周囲の周囲面部１ｂとを有しており、筐体２の上部に取り付けられている。同様にヒータＨを内蔵した下型３は、上面に光学転写面３ａと、その周囲の周囲面部３ｂとを有しており、上型１に対向して配置されている。光学転写面１ａ、３ａの表面粗さは、Ｒａで０．３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０１０５】
下型３は、駆動部４に取り付けられ、上型１に近接する方向に移動可能に保持されている。駆動部４と、筐体２とは、蛇腹５で連結されている。尚、一対の型部材である上型１と下型３とで成形型を構成する。上型１及び下型３の表面温度は、不図示の温度計で計測できる。また、図１０，１２に示すように、上型１と下型３の周囲にリング状型部品を設けても良い。
【０１０６】
筐体２は、開閉自在な搬入扉２ａと搬出扉２ｂとを有しており、筐体２の内部が成形室となっている。又、筐体２は配管Ｃ及びバルブＶを介してリザーバータンクＴに接続されている。リザーバータンクＴは、真空ポンプＰにより減圧されるようになっている。バルブＶは３ウェイであり、第１の位置に移動したときに、筐体２内とリザーバータンクＴとを連通させ、第２の位置に移動したときには、筐体２内と大気とを、０．５ミクロンメッシュのフィルターＦを介して連通するようになっている。尚、成形装置全体は、ガラスを張ったフレームに覆われたクリーンルームＲ内に収容しても良いが、成形装置全体をクリーンルームＲで覆うと、ゴミの発生源が増えて除塵の効果が薄くなる。そこで、少なくとも筐体２（或いはそれに加えて不図示の搬送装置）を遮蔽体Ｒ’で囲うようにすれば、その内部をクラス１０００以下とすることが容易にできる。又、成形装置の周囲は除電されていると好ましい。
【０１０７】
次に、本実施の形態の成形装置を用いて行う光学素子の成形方法について説明する。まず、１００リットルのリザーバータンクＴを用意し、その内部を真空ポンプＰで常に０．０１気圧程度に減圧する。次に、成形室の外側で、硝材Ｇを加熱する。ここでは、ガラス転移点Ｔｇ＝３９０℃の燐酸系ガラスを硝材Ｇとして用いた例を説明する。尚、特開２００４−５１２９１号公報に記載された搬送装置を用いれば、加熱と搬送を並行して行うことができるので便利である。それと並行して、ヒータＨにより、上型１と下型３とを加熱する。
【０１０８】
硝材Ｇの温度が、そのガラス転移点Ｔｇに対してＴｇ×１．７９に相当する７００℃になるまで、不図示の搬送装置により加熱軟化させる（硝材を加熱する工程）。一方、上型１の表面温度が、ガラス転移点Ｔｇ＋２０℃（すなわち４１０℃）になるまでヒータＨを加熱し、かつ下型３の表面温度が、ガラス転移点Ｔｇ（すなわち３９０℃）になるまでヒータＨを加熱する（成形型を加熱する工程）。尚、硝材Ｇの温度と、上型１と下型３の温度については、請求項に記載された範囲で任意の値を選択できる。
【０１０９】
各部が上記温度になったとき、筐体２の搬入扉２ａを開放して、硝材Ｇを搬送装置（不図示）から、下型３の光学転写面（キャビティ）３ａ上に投入する。
【０１１０】
投入後、直ちに成形室より搬送装置を退避させ、搬入扉２ａを閉じて、バルブＶを第１の位置へと移動させる。それにより、筐体２における成形室内の雰囲気は、瞬時にリザーバータンクＴへと吸引され、真空に近い状態になる。本発明者らの実験では、約０．２秒で成形雰囲気を０．０５気圧程度まで減圧でき、そのまま維持することが出来ることがわかった。
【０１１１】
かかる状態から、駆動部４を駆動して、下型３を上型１に接近させ、プレスを行う（プレスする工程）。硝材Ｇを成形型のキャビティに投入してからプレス開始までの時間は０．５秒であった。プレス力のかけ方の一例としては、プレス開始後０．５秒以内に４００Ｎ（５７．５Ｎ／ｍｍ２）を一気にかけて軟化した硝材Ｇを光学転写面１ａ、３ａに一気に押しつけ、プレス開始から１秒後に２５０Ｎ（３２．５Ｎ／ｍｍ２）、２秒後に２００Ｎ（２６Ｎ／ｍｍ２）、３秒後に１５０Ｎ（２１Ｎ／ｍｍ２）としてプレスが完了する１０秒後まで、このプレス力を維持するようにできる。尚、プレス力とプレス時間とは、請求項に記載された範囲で任意の値を選択できる。
【０１１２】
その後、駆動部４を駆動して下型３を上型１から引き離す。この時点で、バルブＶを第２の位置へと移動させ、筐体２内にフィルターＦを介した大気を導入する。本発明者らの実験では、大気導入までにかかる所要時間は１秒程度であることがわかった。続いて搬出扉２ｂを開放し、不図示の搬出装置により成形された光学素子を取り出す。以上で、成形の１サイクルが完了する。
【０１１３】
本発明者らは、上述の例によるプレス力及びプレス時間で、光学素子の成形を実際に行い光学素子を得た。かかる光学素子は、ＮＡ０．８５の次世代光ディスク用対物レンズであり、その外周直径は３．０ｍｍでプレス軸方向ヘ投影した面積は７．０７ｍｍ２、上型の光学転写面の有効径よりも下型の光学転写面の有効径の方が大きく、成形型の上型側の光学転写面の最大法線角は１０°程度と浅いが、下型の光学転写面は６６°と非常に深く、この面の有効径（最大有効径）は２．５ｍｍで光学面中心から有効径までの深さとの比は、０．４４である。フランジ部の径寸法（＝外径）は３．０ｍｍであるから、光学面有効径に対する比は、１．２である。フランジ部の厚みは０．５７ｍｍで、光学面の有効径に対する比は、約０．２３である。この形状によって、フランジ部の体積を小さくし固化速度を遅くする光学素子形状にしてある。光学転写面は、形状精度５０ｍｍＰＶ以下で表面粗さＲａ２ｎｍに仕上げ、超硬の酸化を防ぐ保護コートを行った。また、充填成形で用いるフランジ部側面を形成するリング状型部品には、ガラスの線膨張係数１３０×１０−７より小さくかつ熱伝導率も型材料である超硬（７０Ｗ／ｍＫ）よりもずっと小さい窒化珪素（線膨張係数３５×１０−７、熱伝導率２２Ｗ／ｍＫを用いて、フランジ部の断熱により固化速度を落とした。
【０１１４】
成形された光学素子の波面収差を４０７．５ｎｍの光源波長で観察した。その干渉縞を図７に示す。波面収差としては、全体３８．４ｍλｒｍｓ、球面収差成分３２．５ｍλ、コマ収差成分１．７ｍλ、非点収差成分１０．５ｍλであった。外周部で干渉縞が曲がっているのは、成形型の加工誤差によるものであり、ゴミによるくぼみも全く見あたらず、本発明により型の形状や表面粗さに忠実で、しかも高速に転写成形できることがわかった。
【０１１５】
又、因みに、本発明者らは、成形型のキャビティが接する雰囲気を、クラス１００，０００の成形環境とし、上述と同じ成形方法を実施して光学素子を得た。その波面収差を４０７．５ｎｍの光源波長で干渉により観察した。その干渉縞を図６に示す。図７に示す干渉縞と比較すると、光学素子の表面に、ゴミの影響で多数のくぼみができていることがわかる。
【０１１６】
表１に、本発明者が、成形型に投入する際の硝材温度と、その際の成形型温度（成形型の光学転写面の表面温度）との組み合わせを変更してプレス成形を行った実験結果を示す。
【０１１７】
【表１】
2005330152.tif 000003
【０１１８】
尚、表１において、「光学素子の品質」は、成形された光学素子の外観品質を目視にて評価するものであり、硝材の白濁、ゴミ状の結晶粒、気泡の発生が確認されなければ○、確認されれば×の２段階評価である。
【０１１９】
又、「光学素子の離型性」は、成形された光学素子が成形型の光学転写面から容易に離れるかどうかを示すものである。プレス成形後において、光学素子と成形型とは、以下の４つの状態をとりうる。
（１）融着（光学素子が光学転写面に密着したまま剥がれない状態。）
（２）強貼り付き（光学素子は光学転写面に貼り付いているが、真空吸着治具などを用いることで強制的に光学転写面から引き剥がすことは可能な状態。但し、強制的に光学素子を引き剥がした後、その微少な一部が光学転写面に残ることがある。）
（３）弱貼り付き（型開き直後、光学素子は光学転写面に貼り付いているが、１０秒以内に光学転写面から自然に剥がれる状態。光学素子が剥がれた後、その微少な一部も光学転写面に残らない。）
（４）貼り付きなし（型開き直後、光学素子は光学転写面から自然に剥がれる状態。）
表１中、×で表す「融着」の場合は、成形型を取り外し光学転写面を洗浄して残った光学素子を除去する必要があるが、同表中、△で表す「強貼り付き」と、○で表す「弱貼り付き」と、◎で表す「貼り付きなし」の場合は、とりあえず洗浄などのメンテナンスを行うことなく、継続してプレス工程を行うことができるものである。
【０１２０】
更に、「光学面の転写性」は、転写された光学面の形状が正確か否かを示すものであり、成形された光学素子の光学面をテーラーホブソン社製のフォームタリサーフ（商品名）などの形状測定器を用いて形状精度を測定した。表１において、光学転写面との誤差が１００ｎｍＰＶ以下である場合を○、誤差が１００ｎｍＰＶを超えて３００ｎｍＰＶ以下である場合を△、３００ｎｍＰＶを超えている場合を×とした。高精度な光学素子を成形するためには、その光学面の光学転写面に対する誤差を１００ｎｍＰＶ以下に抑えることが必要となる。
【０１２１】
表１の実験結果を考察するに、成形型に投入する際の硝材の温度が、そのガラス転移点Ｔｇに対してＴｇ×１．６０〜Ｔｇ×１．８５℃の範囲にあり、かつ硝材が投入される際の成形型の光学転写面の温度が、前記ガラス転移点（Ｔｇ＋５０）〜（Ｔｇ−７０）℃の範囲にあるる場合には、「光学素子の品質」、「光学素子の離型性」、「光学面の転写性」について、いずれも○以上の高い評価が得られた。
【０１２２】
更に、成形型に投入する際の硝材の温度が、そのガラス転移点Ｔｇに対してＴｇ×１．７０〜Ｔｇ×１．８５℃の範囲にあり、かつ硝材が投入される際の成形型の光学転写面の温度が、前記ガラス転移点Ｔｇ〜（Ｔｇ−３０）℃の範囲にある場合には、「光学素子の離型性」について、◎の最高評価が得られた。図１において、「光学素子の離型性」の評価結果のみ、成形型温度を縦軸にとり且つ硝材温度を横軸にとって示すグラフにプロットしている。又、図２において、本発明による光学素子の成形方法の実時間を、他の成形方法の実時間と比較して示している。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の成形方法における成形温度と、従来の成形方法による成形温度との関係を表す図である。
【図２】縦軸に硝材温度をとり、横軸に成形タクトをとって、本発明の成形方法と、従来技術による成形法とを比較して示すグラフである。
【図３】成形型の光学転写面にゴミが付着した状態で本発明の成形方法を実行した場合における成形型の光学転写面を拡大して示す断面図である。
【図４】再加熱法による成形時における成形金型の成形転写面を拡大して示す断面図である。
【図５】液滴成形法による成形時における成形金型の成形転写面を拡大して示す断面図である。
【図６】光学素子の表面を観察することで得られた干渉縞を示す図である。
【図７】光学素子の表面を観察することで得られた干渉縞を示す図である。
【図８】光学素子の表面を観察することで得られた干渉縞を示す図である。
【図９】本実施の形態にかかる光学素子の成形方法を実施する成形装置の概略構成図である。
【図１０】成形型と共に用いるリング状型部品の断面を示す図である。
【図１１】フランジ部を形成する硝材の流動方向において、硝材の流動を妨げないように所定の空間を設け、はみ出し成形を行える成形型の概略構成を示す図である。
【図１２】成形型と共に用いるリング状型部品の断面図である。
【図１３】成形された光学素子の一例にかかる断面図である
【図１４】光学素子の光学面の例を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 上型
１ａ 光学転写面
１ｂ 周囲面部
２ 筐体
２ａ 搬入扉
２ｂ 搬出扉
３ 下型
３ａ 光学転写面
３ｂ 周囲面部
５ 蛇腹
Ｃ 配管
Ｆ フィルター
ＦＬ フランジ部
Ｇ 硝材
Ｈ ヒータ
ＯＥ 光学素子
Ｐ 真空ポンプ
Ｒ クリーンルーム
ＲＧ リング状型部品
Ｓ スキン層
Ｓ１ 光学面
Ｓ２ 光学面
ＤＴ ゴミ
Ｔ リザーバータンク
Ｖ バルブ
【図１】
2005330152.tif 000004
【図２】
2005330152.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
2005330152.tif 000010
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005330152.tif 000017