(57)【要約】【課題】技術困難度の高い光学素子の成形をトータル的に歩留まり良く製造する。【解決手段】成形後に焼鈍を施すことにより、収差値を調整して所望の収差値とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形後に施された焼鈍により、収差値を調整して所望の収差値としたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、
前記焼鈍は、成形後に測定された収差値と前記所望の収差値との差に基づいて決定された条件に従って行われる光学素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学素子において、
前記焼鈍により、屈折率が変化して前記収差値のうち球面収差値が調整される光学素子。
【請求項４】
光学素子を成形する成形工程と、
前記成形工程において成形された光学素子を焼鈍して、収差値を所望の収差値とする焼鈍工程と
を備えていることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子の製造方法において、
前記成形工程の後に、前記光学素子の収差値を測定する測定工程と、
前記測定工程において測定された収差値と前記所望の収差値との差に基づいて、焼鈍処理の条件を決定する工程と
を備えている光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の光学素子の製造方法において、
前記焼鈍工程では、前記光学素子を、該光学素子を構成する光学素子材料のガラス転移点以下の温度にまで昇温させる光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法において、
前記焼鈍処理の条件は、
前記光学素子を昇温させる前記温度と、
該温度から室温までの冷却速度と
であ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、光学素子及び光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レンズなどの光学素子を製造する方式の多くは、従来の研磨方式による形態から精密成形による形態に大きく替わりつつある。その理由は、光の有効利用や収差低減の観点から球面レンズよりも非球面レンズの方が優れており、光ディスク装置やデジタルビデオカメラなど、機器の性能向上や小型化にその効果を確認することができる。
【０００３】
しかし、非球面レンズは、従来行ってきた研磨方式では精度と生産性に乏しく、精密成形による方式が多数提案され定着しつつある。また、種々の光学定数を有し、材料の選択範囲が広いガラス材料を用いた非球面レンズでは、ガラス材料の熱特性に応じた温度と圧力とを加えてレンズが成形される。また、成形されたレンズは、必要に応じて、レンズ成形により加えられた熱応力を開放（除歪み）することを目的とした焼鈍処理が行われる。例えば、特許文献１には、粘度が光学的用途に用いられるのに適するよりも過剰な熱応力を有しており、従って成形後に精密な焼き鈍し工程が必要であると記載されている。即ち、焼鈍工程に関しては、光学特性云々よりも、熱応力によるレンズの割れや、信頼性の確保に重点が置かれたものと想到できる技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭５８−８４１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、焼鈍処理（アニーリングとも云う）は、熱応力の開放や屈折率を一定にするのに用いられる手法である。ところで、光ディスク装置に用いられる対物レンズ（非球面単レンズ）は、高密度記録を実現するために、半導体レーザーの短波長化やレンズの高ＮＡ化が考えられており、そのためにレンズに課せられる各々の収差規格は益々厳しくなっているのが現状である。例えば、装置側から求められる収差規格は、球面収差で±１５ｍλであり、レンズ厚みの規格に換算すると±１μｍとなる。精密成形とは云え、他の収差である非点収差やコマ収差およびその他の高次収差を十分満足する形状転写性を確保した上で、且つレンズ厚みを規格内に安定して製造することは非常に困難な技術課題となる。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、技術困難度の高い光学素子の成形をトータル的に歩留まり良く製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者らは、球面収差、非点収差及びCOMA収差などが、光学素子材料の屈折率、光学素子の厚み及び光学素子の曲率で表されることに着目して、本願を完成させた。そして、本願は、成形された光学素子の球面収差などが若干規格外であっても、焼鈍処理によって屈折率などを変化させることにより球面収差などが補正された光学素子である。
【０００７】
すなわち、本発明の光学素子は、成形後に施された焼鈍により、収差値を調整して所望の収差値とした光学素子である。そして、前記焼鈍は、成形後に測定された収差値と前記所望の収差値との差に基づいて決定された条件に従って行われることが好ましい。なお、後述の好ましい実施形態では、透過波面測定方法により、収差値の測定を行っている。
【０００８】
また、本発明の光学素子の製造方法は、光学素子を成形する成形工程と、前記成形工程において成形された光学素子を焼鈍して、収差値を所望の収差値とする焼鈍工程とを備えている。さらに、前記成形工程の後に、前記光学素子の収差値を測定する測定工程と、前記測定工程において測定された収差値と前記所望の収差値との差に基づいて、焼鈍処理の条件を決定する工程とを備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、技術困難度の高い光学素子をトータル的に歩留まりよく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。
【００１１】
（実施形態１）
実施形態１では、図１を用いて、光学素子１を製造する方法、特に、成形された光学素子１に対して焼鈍処理を行う方法を示す。なお、図１は、光学素子を製造する方法を示すチャート図である。図２は、透過波面測定装置２０の模式図である。図３は、焼鈍装置３０の模式図である。
【００１２】
光学素子１の製造方法を示す前に、図２及び図３を用いて、各々、透過波面測定装置２０の構造及び焼鈍装置３０の構造を示す。
【００１３】
透過波面測定装置２０は、図２に示すように、光源２１と、ビームエキスパンダー２２と、透過反射面２３と、イメージレンズ２４と、絞り２５と、測定装置２６と、透過参照平面２７とを備えている。光源２１から出射された光は、ビームエキスパンダー２２を通過して透過反射面２３及び透過参照平面２７を透過し、参照光学素子２（参照球面ともいう）または被検光学素子（光学素子）１に照射される。そして、参照光学素子２の表面反射光及び透過参照平面２７の表面反射光は、各々、透過反射面２３で反射され、イメージレンズ２４を透過して、絞り２５で迷光が除去されて測定装置２６へ入射される。このとき、参照光学素子２の表面反射光と透過参照平面２７の表面反射光とは互いに干渉し合うため、測定装置２６では干渉縞が観測される。また、この測定装置２６には、観測された干渉縞から収差を計算するプログラムが搭載されている。そして、参照光学素子２として収差の極めて小さい光学素子を用いることにより、観測された干渉縞から被検光学素子１の収差のみを求めることができる。
【００１４】
焼鈍装置３０は、成形後の光学装置に対して焼鈍を施す装置であり、図３に示すように、金属製のトレイ３１と、ヒータ３２，３２とを備えている。トレイ３１には、成形された光学素子が戴置される。ヒータ３２は、トレイ３１の上側及び下側に配置されており、焼鈍処理を行うための熱源である。なお、トレイ３１は、不図示の手段により、ヒータ３２上に戴置されている。
【００１５】
次に、図１を用いて、光学素子１の製造方法を示す。
【００１６】
まず、公知の方法を用いて、光学素子１を成形する。
【００１７】
次に、成形した光学素子の収差を測定する。具体的には、透過波面測定装置２０の被検光学素子１の戴置場所（不図示）に、成形された光学素子を戴置し、同装置２０の参照光学素子２の戴置場所（不図示）に、収差の極めて小さい光学素子を戴置する。そして、光源２１から光を照射させる。これにより、透過参照平面２７の表面反射光と参照光学素子２の表面反射光との重ね合わせにより干渉縞が生じ、測定装置２６において干渉縞が観察される。そして、測定装置２６に内蔵されたコンピュータープログラムにより、干渉縞から収差を求めることができる。
【００１８】
続いて、測定された収差値（以下、「測定値」という）と所望の収差値（以下、「所望値」という）とを比較する。そして、測定値が所望値の範囲内にあれば、その光学素子は、所望の用途の光学素子として使用可能である。一方、測定値が所望値の範囲外にあれば、以下に示す焼鈍工程を行い、収差値を所望値とする。
【００１９】
焼鈍工程では、焼鈍装置３０のトレイ３１に成形された光学素子を戴置して、光学素子１を焼鈍す。具体的には、ヒータ３２，３２を導電させて、一定速度で、光学素子材料の軟化点温度よりも若干低温側の温度にまで昇温後、一定時間、その温度で保持させる。その後、ヒータ３２，３２への通電を維持したまま、一定速度で、常温付近にまで冷却させる。これにより、光学素子における分子構造が最適な分子構造へと調整される。具体的には、光学素子材料の分子構造は、軟化状態と固体状態とで異なる。そして、光学素子材料は、冷却速度が速いと、その構造変化が充分に行われることなく固化される一方、冷却速度が遅いと、その構造変化が充分に行われて固化される。そのため、冷却速度が速い場合よりも遅い場合の方が、焼鈍処理後の光学素子の屈折率は焼鈍処理前のその屈折率よりも大きくなる、と考えられる。そして、屈折率が大きくなると、収差の絶対値が０に近い値を示すようになる。以上より、測定値と所望値との差が大きい場合には、その差が小さい場合に比べて、焼鈍工程における冷却速度を遅くすることにより、収差値が所望値となる。逆に、測定値と所望値との差が小さい場合には、その差が大きい場合に比べて冷却速度を速くしても、収差値が所望値となりうる。すなわち、その差を基に、最適な冷却速度を選択すればよい。
【００２０】
なお、焼鈍工程において、補正可能な収差の範囲には制限がある。具体的には、収差の測定値と収差の所望値との偏差が、所望値に対して１５％以下であれば、上記の焼鈍工程において収差を所望の値に近づけるように補正できる。
【００２１】
また、焼鈍時の冷却速度が光学素子を成形する際の冷却速度よりも速ければ、焼鈍後の屈折率は成形時の屈折率よりも小さくなる。
【００２２】
そして、これにより、光学素子１を製造することができる。
【００２３】
以上の光学素子１の製造方法では、成形後の収差値が所望値でなくても、焼鈍を行うことにより収差値を所望値とすることができる。そのため、レンズ厚みに対し敏感度の高い球面収差の改善や規格限度付近のレンズの量産化実現が可能となり、結果的に良品率を向上させ安価な光学素子の製造を実現させることができる。なお、「レンズ厚みに対して敏感度が高い」とは、レンズ厚みが少しでも変化すると、球面収差値が大幅に変化することを意味する。
【００２４】
また、測定値と所望値との差から、焼鈍工程における冷却速度を決定することができる。そのため、焼鈍処理後の収差値を、確実に、所望値とすることができる。従って、本実施形態における製造方法では、従来の光学素子の製造方法に比べて、光学素子の歩留まりを向上させることができる。
【００２５】
さらに、成形後に焼鈍をすることにより、所望値を有する光学素子を成形できる。そのため、比較的簡便な方法により、収差値を所望値とすることができる。
【００２６】
また、本実施形態における焼鈍は、非球面単レンズのみでなく、例えば、組レンズを構成するレンズのうちの一部のレンズに応用することができ、組レンズとしての収差調整用に使用することができる。
【００２７】
また、本実施形態における光学素子は、上記手法に基づいて製造された光学素子である。そのため、その収差値は、所望値である。
【００２８】
なお、本実施形態における光学素子の形状は、図３に記載の光学素子の形状に限定されることはない。しかし、このような形状の光学素子であれば、光学素子の位置決めなどを行うことなく、装置に搭載させることができるため好ましい。
【００２９】
（実施形態２）
実施形態２では、図４を用いて、光学素子１を製造する方法、特に、光学素子１の成形方法の一例を示す。
【００３０】
光学素子１の製造方法を示す前に、まず、光学素子１を成形する成形装置４０の構造を示す。
【００３１】
成形装置４０は、図４に示すように、下側には、ヒータ４２が埋設された下側加熱部材４３が基台４１に固定されており、上側には、ヒータ４２が埋設された上側加熱部材４８が駆動軸４６の下端フランジ４７の下方に固定されている。下側加熱部材４３には、成形面４４ａを上方に向けて下側金型４４が配置されており、上側加熱部材４８には、成形面４９ａを下方に向けて上側金型４９が配置されており、成形面４４ａ，４９ａが互いに対向している。また、下側加熱部材４３には、略垂直に胴型４５が配置されており、下側金型４４が長手方向を揃えて胴型４５内部に嵌合されているとともに、上側金型４９が長手方向を揃えて上下に摺動可能なクリアランスを有した状態で収容されている。
【００３２】
なお、上側及び下側加熱部材４８，４３は、各々、温度検知用の熱電対と温度制御用の熱電対（いずれも不図示）とを備えている。また、駆動軸４６以外の構成部材は、チャンバー（不図示）内に配置されており、チャンバー内では、不活性雰囲気が維持される。駆動軸４６は、チャンバー外部に設けられた圧力発生の駆動源（油圧シリンダーやエアーシリンダーなど、不図示）に連接されており、上下自在の摺動と定寸停止手段（いずれも不図示）とを備えている。
【００３３】
そして、光学素子１を成形するためには、まず、下側金型４４を胴型４５の内部から外部へ取り外して、胴型４５と成形面４４ａ，４９ａとで構成される領域Ａ内に、ガラスなどの光学素子材料からなる球状の部材３を戴置する。すなわち、領域Ａの外形が光学素子１の外形となる。その後、ヒータ４２，４２を導電させて、球状の部材３を加熱する。そして、球状の部材３が軟化温度付近にまで加熱されたら、球状の部材３が所定の厚みとなるまで駆動軸４６で押圧する。押圧により球状の部材３が所定の厚みとなれば、その押圧状態を維持したまま球状の部材３の温度をガラス転移点温度付近にまで冷却させる。その後、駆動軸４６を上方へ持ち上げて押圧状態を解除し、室温まで冷却させる。これにより、図５に示す光学素子１を形成することができる。
【００３４】
その後は、上記実施形態１に記載した工程を行うことにより、光学素子１を製造することができる。
【００３５】
以上より、本実施形態における焼鈍工程は、上記実施形態１における焼鈍工程と略同一であるため、製造された光学素子１の収差値は、所望値となる。
【００３６】
（実施形態３）
実施形態３では、光学素子１の具体例として、青色レーザを使用した光ディスク装置のピックアップ系に装着される非球面単レンズからなる対物レンズ（集光レンズ）を挙げて、その製造方法を示す。
【００３７】
対物レンズの製造方法を示す前に、図７を用いて、この対物レンズの収差とレンズの厚みまたは屈折率との関係を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すグラフは、各々、本実施形態における対物レンズの厚み及び対物レンズの屈折率に対するトータル収差（Ｔｏｔａｌ、表面収差と非点収差とコマ収差などとの和）と球面収差（ＳＡ３）との変化（敏感度）を示すシミュレーション結果のグラフ図である。図７（ａ）に示すように、トータル収差は、厚み変化がゼロ（設計値）の点で収差が極小値を示し、球面収差は、直線的に右下がり、すなわちレンズ厚みが大きいとマイナス側の球面収差との関係を示す。また、図７（ｂ）に示すように、両収差ともに屈折率変化に対して右上がりのほぼ直線を示している。すなわち、本実施形態における対物レンズは、レンズ厚みに対する敏感度及び屈折率変化に対する敏感度に非常に優れたレンズである。
【００３８】
では、この対物レンズの製造方法を示す。
【００３９】
まず、光学素子材料として、硼珪酸バリューム系（ガラス転移点;502℃、屈伏点;540℃）を用いた。そして、図４における領域Ａに、光学素子材料の球状の部材を戴置した。そして、ヒータ４２，４２を通電状態として、球状の部材を軟化点近傍の温度（580℃）にまで加熱した。その後、図１に示す駆動軸４６を800Nの圧力で押圧し、所定のレンズ厚みが確保されるように位置決めし、押圧状態のまま、ヒータの通電を停止して、35℃/分の速度でガラス転移点近傍にまで冷却した。このようにして、合計20個の光学素子を成形した。
【００４０】
次に、図２に示す透過波面測定装置２０を用いて、対物レンズの収差を測定した。表１にその結果を示す。ここで、表１において、「処理前」は焼鈍処理前の球面収差の値であり、「処理後」は焼鈍処理後の球面収差の値であり、「偏差」は、「処理前」から「処理後」を差し引いた値である。なお、「処理後」及び「偏差」については、後述する。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１に示すように、いずれの対物レンズの収差値の絶対値も20mλ以上であり、所望値の絶対値（15mλ）よりも大きいことが分かった。そのため、上記実施形態１に記載の焼鈍処理を行った。
【００４３】
焼鈍処理は、図６に示す温度プロファイルで、不活性雰囲気のN2ガス中で行った。具体的には、成形された２０個の光学素子を４つのグループに分け、条件１から条件４とした。そして、条件１から条件３のグループの光学素子については、各々、室温から500℃まで30分で昇温させ、その後、500℃で30分間保持し、11.7（℃/分）、6.3（℃/分）、3.3（℃/分）の速度で冷却させた。また、条件４のグループの光学素子については、室温から520℃まで30分で昇温させ、その後、520℃で30分間保持し、3.3（℃/分）の速度で冷却させた。そして、冷却後、再度、透過波面測定装置２０を用いて、光学素子１の収差を測定した。その結果を表１に示す。
【００４４】
表１に示すように、球面収差は、条件１乃至条件４のいずれの場合であっても、絶対値が小さくなっていることがわかった。また、条件１から条件３の結果より、偏差は、焼鈍工程における冷却速度が遅い方が、大きいことがわかった。
【００４５】
また、焼鈍処理前と焼鈍処理後とにおけるレンズの厚みを測定したが、条件１乃至条件４のいずれの冷却条件で焼鈍を行った場合であっても、それほど変化していなかった。さらに、焼鈍処理によってレンズ体積が収縮し、その収縮によりレンズ両面の曲率が変化したことが考えられるが、焼鈍温度がガラス転移点近傍であることや焼鈍時間が短いことなどを勘案すると、球面収差の変化は屈折率の変化が大きく寄与したものと想到できる。
【００４６】
さらに、図７（ｂ）に示すように、この焼鈍処理により、屈折率は、25×10-5程度変化したと考えられる。
（その他の実施形態）
上記実施形態１において、以下のように変更してもよい。
【００４７】
焼鈍工程は、収差の測定値に基づき、球面収差をランク別に分別しバッチ処理されるのが望ましい。
【００４８】
上記実施形態２において、以下のように変更してもよい。
【００４９】
透過波面測定装置２０は、フィゾー型干渉計を備えた装置であるとしたが、フィゾー型干渉計以外の干渉計（マイケルソン型干渉計など）を備えた装置であってもよい。
【００５０】
また上記実施形態２及び３では非球面単レンズについて述べたが、例えば、撮像系に用いられる組レンズにおいてもレンズ一枚一枚の焦点距離の調整手段として本発明は有効である。さらに、本発明では、光学素子材料としてガラス材料を用いたが、レンズ効果がえられるものであればガラス材料に限定されることはない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、光学素子及び光学素子の製造方法に有用である。特に、各種光学機器に使用されるレンズ及びそのレンズの製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】光学素子１の製造方法を示すチャート図。
【図２】実施形態１における透過波面測定装置２０の構造を示す模式図。
【図３】実施形態１における焼鈍装置３０の要部を示す概念図。
【図４】実施形態２における成形装置４０の構造を示す模式図。
【図５】光学素子１を模式的に示す断面図。
【図６】実施形態３における焼鈍工程における温度プロファイルを示す図。
【図７】実施形態３における対物レンズの収差特性を示す図。
【符号の説明】
【００５３】
１    光学素子
【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】
2007041291.tif 000009
【図７】
2007041291.tif 000010