(57)【要約】【課題】本発明は、一方の面が球面で、他方の面が非球面の光学素子の製造にあたって、球面研磨の時間を短縮するとともに、偏芯精度の悪化を防止して、光学素子を歩留まり良く製造する光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子の製造方法であって、光学素材を上型及び下型からなる成形型で加熱してプレス成形により一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子母材を形成する工程と、光学素子母材の球面側を球面研磨する工程と、を有し、プレス成形で得られた光学素子母材の球面の曲率半径を、球面研磨後の球面の曲率半径に対して、球面が凸面の場合には大きい曲率半径とし、球面が凹面の場合には小さい曲率半径とする光学素子の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子の製造方法であって、
光学素材を上型及び下型からなる成形型で加熱してプレス成形により一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子母材を形成する工程と、前記光学素子母材の球面側を球面研磨する工程と、を有し、
前記プレス成形で得られる光学素子母材の球面の曲率半径を、前記球面研磨後の球面の曲率半径に対して、前記球面が凸面の場合には大きい曲率半径とし、前記球面が凹面の場合には小さい曲率半径とすることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記プレス成形後であって球面研磨加工前に、前記プレス成形で得られた光学素子母材を、球面研磨に用いるレンズ保持皿に合わせて仮芯取りする請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記プレス成形で得られる光学素子母材の中心肉厚を、前記球面研磨後の光学素子の中心肉厚よりも５〜５０μｍ大きくする請求項１又は２記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記プレス成形で得られる光学素子母材の球面側の表面粗さＲａが０．２〜２μｍである請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記球面研磨される研磨加工径において、前記光学素子母材の球面の球欠高さから球面研磨後の光学素子の球面の球欠高さを引いた値（Δｈ）が、凸面の場合はマイナス、凹面の場合はプラスである請求項１乃至４のいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記光学素子母材の球面の球欠高さから球面研磨後の光学素子の球面の球欠高さを引いた値（Δｈ）の絶対値が、０．３〜９μｍである請求項５記載の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、プレス成形により製造される一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子の製造方法に係り、特に、球面側の球面研磨の時間を短縮でき、かつ、形状精度を向上できる光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学素子用の成形型内に光学素材を収容し、加熱軟化させてプレス成形するという、光学素子を高精度に成形する方法が一般化してきた。プレス成形によるレンズはコンパクトカメラのみならず一眼レフカメラに使用するような直径３０ｍｍ以上の大きなレンズにも使用されるようになっている。
【０００３】
ところが、直径が３０ｍｍ以上のような大口径レンズでは、成形中のガラスの温度分布が悪いと成形品に不均一な残留歪が発生し、成形後の歪除去工程（アニール工程）で形状精度が悪化したり、ときには成形直後の段階で形状精度が出なかったりする場合があった。
【０００４】
そのような状況の中、製造コストを低減するために、一方の面が球面、他方の面が非球面のガラス製の光学素子において、非球面側をプレス成形で形成し、球面側はプレスした後、球面研磨で形成する光学素子の製造方法が提案されている。
【０００５】
このような光学素子において、外径や中肉厚の大きい光学素子を成形してもガラスの温度ムラが出やすく安定してレンズ両面共に良好な面精度が得られないことがあり、他方の面を光学機能面に研削・研磨加工したり（特許文献１参照）、非球面側を製造する条件を最適化し、球面側のみ球面研磨したり（特許文献２参照）、する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６１３５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６０７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の製造方法では非球面側をプレス成形で精度良く形成することは開示されているが、成形で形成された球面側の形状については一切触れられていない。一般に、球面側の形状はプレス後に研削・研磨加工が必要であり、あまりにも最終レンズの形状とかけ離れているとこの研削・研磨加工に時間がかかってしまうし、加工によって偏芯精度が悪化することがある。
【０００８】
特許文献２記載の発明では、成形品を直接レンズ保持皿に取り付けているが、成形品の外周部の余肉部分は不定型であり、レンズ保持皿に取り付ける基準がないまま取り付けている。そのため非球面の光軸と球面の光軸が一致しない状態で研磨加工され、偏芯精度が悪化するおそれが高い。
【０００９】
また、特許文献１記載の発明では、非球面側の上部に光軸と平行な面を形成し、その部分を基準面としてコレットチャックで保持した状態で球面側を研削するので、上述の偏芯精度の問題は発生しないが、非球面側に光軸と平行な面を形成する必要があるため、成形型の加工に時間を要し、コストが上昇する欠点がある。また研磨加工前に研削加工が必要なので、そのための手間がかかり操作も煩雑で、コスト的にも不利となる。
【００１０】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、一方の面が球面研磨による球面で、他方の面がプレス成形による非球面である光学素子の製造にあたって、球面研磨の時間を短縮するとともに、偏芯精度の悪化を防止して、光学素子を歩留まり良く製造する光学素子の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討した結果、プレス成形で得られる光学素子母材の球面側の曲率半径と、その後の球面研磨後の光学素子の球面側の曲率半径との関係を特定の関係とすることで、上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明の光学素子の製造方法は、一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子の製造方法であって、光学素材を上型及び下型からなる成形型で加熱してプレス成形により一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子母材を形成する工程と、前記光学素子母材の球面を球面研磨する工程と、を有し、前記プレス成形で得られた光学素子母材の球面の曲率半径を、前記球面研磨後の球面の曲率半径に対して、前記球面が凸面の場合には大きい曲率半径とし、前記球面が凹面の場合には小さい曲率半径とすることを特徴とする。
【００１３】
このとき、プレス成形で得られる光学素子母材をレンズ保持皿に合わせて仮芯取りしたり、光学素子母材の中心肉厚を球面研磨後の光学素子の中心肉厚よりも５〜５０μｍ大きくしたり、光学素子母材の球面側の表面粗さＲａを０．２〜２μｍとしたり、することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学素子の製造方法によれば、一方の面が球面、他方の面が非球面のガラス製の光学素子の製造にあたって、球面研磨に要する時間を短縮できる。また、仮芯取りすることで球面研磨での偏芯精度の悪化を小さくできるため、光学素子の形状精度を高め、光学素子を安定して歩留まり良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のプレス成形に用いる光学素子の成形装置の概略構成図である。
【図２】加熱ステージ及び冷却ステージをそれぞれ複数有する光学素子の成形装置の概略構成図である。
【図３】（ａ）光学素子母材と（ｂ）光学素子の断面形状（凹メニスカスレンズ）を示した図である。
【図４】光学素子母材の球面研磨を説明する図である。
【図５】光学素子母材の曲率半径とレンズ研磨皿の曲率半径（光学素子の曲率半径）との関係を示した図である。
【図６】光学素子母材の曲率半径とレンズ研磨皿の曲率半径（光学素子の曲率半径）との関係を示した図である。
【図７】（ａ）光学素子母材と（ｂ）光学素子の断面形状（両凸レンズ）を示した図である。
【図８】（ａ）光学素子母材と（ｂ）光学素子の断面形状（凸メニスカスレンズ）を示した図である。
【図９】（ａ）光学素子母材と（ｂ）光学素子の断面形状（両凹レンズ）を示した図である。
【図１０】実施例１−１の非球面側の形状を示した図である。
【図１１】実施例１−１の球面側の形状を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のプレス成形に用いる光学素子の成形装置の概略構成図である（チャンバー２のみ断面で示している）。
【００１８】
本発明で用いる光学素子の成形装置１は、光学素子を成形するための成形室となるチャンバー２と、該チャンバー２の内部に設けた光学素材を収容した成形型を加熱して光学素材を軟化させる加熱ステージ３と、加熱軟化した光学素材をプレス成形するプレスステージ４と、プレス成形により光学素子形状が付与された光学素材を冷却する冷却ステージ５と、を有する。
【００１９】
ここで、成形室であるチャンバー２は、その内部において、光学素子の成形操作を行う場を提供する。このチャンバー２には、光学素子の成形型１００を内部に取り入れる取入れ口と、光学素子の成形が終了した後、成形型１００を取り出す取出し口が設けられ、この取入れ口及び取出し口には、それぞれ取入れシャッター６及び取出しシャッター７が設けられる。必要に応じて、これらシャッターを開閉することで、成形型１００をチャンバー２から出し入れできるようになっており、チャンバー２内の雰囲気が維持される。また、この取入れ口及び取出し口には、そのチャンバー２外部にそれぞれ成形型１００を載置できる成形型載置台８及び９が設けられている。
【００２０】
このチャンバー２の内部には、光学素子を成形するための加熱ステージ３、プレスステージ４及び冷却ステージ５が設けられており、これらの各ステージにより成形操作を行う。実際には、光学素材を収容した成形型１００が、取入れ口からチャンバー２内に取り入れられ、上記の各ステージにおいて所定の処理を施されながら順番に移動し、所定の処理が終了したら成形型１００は、取出し口からチャンバー２の外部に取出される。
【００２１】
このチャンバー２の内部において、成形型１００は光学素材を軟化し、変形を容易にするもので高温に加熱されるため、成形型１００が酸化されないように、チャンバー内雰囲気を窒素等の不活性ガス雰囲気とできるようになっている。この不活性ガス雰囲気とするには、チャンバー２を密閉構造として内部雰囲気を置換して達成できるが、半密閉構造とし、不活性ガスを常時チャンバー２内に供給して、チャンバー内を陽圧にしながら外部の空気が流入しないようにして不活性ガス雰囲気を維持してもよい。上記した取入れシャッター６及び取出しシャッター７は、チャンバー２内部を簡便な構成で半密閉状態とするのに効果的である。なお、これらチャンバー２及びシャッター６，７は、ステンレス、合金鋼等の高温下においてガス、不純物が析出しない素材とするのが好ましい。
【００２２】
次に、本発明の成形操作を行う各ステージについて説明する。なお、各ステージの説明にあたって用いる成形型１００は、一般に、光学素子の上側の光学面を形成する上型と、下側の光学面を形成する下型とで構成される一組の成形型であり、さらに上型及び下型の位置合わせを行う胴型を有する。胴型は、プレス時に、上型及び下型の光軸を同軸上に規制する中空円筒形状の内胴と、内胴の外周に設けられ上型及び下型間の距離を規制する中空円筒形状の外胴と、で構成することが好ましい。
【００２３】
また、この成形型１００は、超硬合金やセラミックス等の素材からなり、上型及び下型は、成形する光学素子の面形状を転写するための成形面をそれぞれ有しているが、一方の面が球面、他方の面が非球面となる光学素子を成形できる。ここで形成される光学素子形状は、両凸、両凹、凸メニスカス、凹メニスカス形状のいずれのレンズ形状を成形する成形型であってもよい。なお、外胴を用いる場合には、高温での耐久性、耐食性、高い機械的強度を持つ材質が好ましく、さらには高い熱膨張係数を持つ材質が好ましく、具体的にはＳＵＳ等のステンレス製とすることが好ましい。
【００２４】
本発明の加熱ステージ３は、成形型１００に収容された光学素材を軟化させるものであり、その内部にカートリッジヒータ３ａが埋め込まれた上下一対の加熱プレート３ｂから構成される。この加熱プレート３ｂは、上下一対の加熱プレート３ｂを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させることにより、上型及び下型を加熱でき、さらに成形型内部に収容されている光学素材をも加熱できるようになっている。
【００２５】
より具体的には、加熱ステージ３において、下側の加熱プレート３ｂはチャンバー２の底板に、断熱板３ｃ、加熱プレート３ｂがこの順番に積層して固定されており、下側の加熱プレート３ｂの熱をチャンバー２に伝達しないようになっている。
【００２６】
上側の加熱プレート３ｂは上下移動が可能となっており、こちらも上側の加熱プレート３ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板３ｃを介してシャフト３ｄと接続され、このシャフト３ｄは図示しないシリンダーによって加熱プレート３ｂを上下移動可能としている。このように、加熱プレート３ｂを上下移動可能とすれば、上側の加熱プレート３ｂの成形型１００の上型への接触・非接触を制御でき、所望のタイミングで成形型１００と光学素材を加熱できる。
【００２７】
本発明のプレスステージ４は、上下のプレスプレート４ｂ間の距離を狭めて成形型１００の上型と下型との距離をも狭め、成形型１００内に収容された光学素材を軟化状態のまま押圧して変形させ、上型及び下型の成形面形状を光学素材に付与して光学素子を成形する。その内部にカートリッジヒータ４ａが埋め込まれた上下一対のプレスプレート４ｂから構成される。このプレスプレート４ｂを用いたプレスは前段階の加熱温度を維持しながら行われる。
【００２８】
より具体的には、このプレスステージ４において、下側のプレスプレート４ｂはチャンバー２の底板に、断熱板４ｃ、プレスプレート４ｂがこの順番に積層して固定されており、下側のプレスプレート４ｂの熱をチャンバー２に伝達しないようになっている。
【００２９】
上側のプレスプレート４ｂは上下移動が可能となっており、こちらも上側のプレスプレート４ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板４ｃを介してシャフト４ｄと接続され、このシャフト４ｄは図示しないシリンダーによってプレスプレート４ｂを上下移動可能としている。このように、プレスプレート４ｂを上下移動可能とすれば、この上側のプレスプレート４ｂを下降させ、下側のプレスプレート４ｂに載置された成形型１００を用いたプレス成形ができる。このときプレス成形を所定の圧力で行えるようになっており、光学素材に高精度に光学素子形状を付与できる。
【００３０】
本発明の冷却ステージ５は、成形型１００を冷却して光学素子形状が付与された光学素材をも冷却し、固化させるものであり、その内部に、カートリッジヒータ５ａが埋め込まれた上下一対の冷却プレート５ｂから構成される。この冷却プレート５ｂは、上下一対の冷却プレート５ｂを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させて、上型及び下型を冷却でき、さらに成形型内部に収容されている光学素材をも冷却できる。
【００３１】
より具体的には、この冷却ステージ５において、下側の冷却プレート５ｂはチャンバー２の底板に、断熱板５ｃ、冷却プレート５ｂがこの順番に積層されて固定されており、下側の冷却プレート５ｂの熱をチャンバー２に伝達しないように構成されている。
【００３２】
上側の冷却プレート５ｂは上下移動が可能となっており、こちらも上側の冷却プレート５ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板５ｃを介してシャフト５ｄと接続され、このシャフト５ｄは図示しないシリンダーによって冷却プレート５ｂを上下移動可能としている。このように、冷却プレート５ｂを上下移動可能とすれば、この上側の冷却プレート５ｂの成形型１００の上型への接触・非接触を制御でき、所望のタイミングで成形型１００と光学素材を冷却できる。
【００３３】
なお、ここでの光学素材の固化は、その素材のガラス転移点以下、より好ましくは歪点以下に冷却すればよく、十分に冷却されると光学素材の形状は安定し、変形が抑制される。ここでの冷却とは、光学素材のプレス形状を安定して付与できるように光学素材を固化する温度まで下げることをいい、その温度は、プレスプレートよりも５０〜１５０℃程度低いだけで、依然として高温であるため、この冷却プレート５ｂにもその内部にヒータ５ａが埋め込まれている。
【００３４】
また、これら各ステージの上側の加熱プレート３ｂ、プレスプレート４ｂ及び冷却プレート５ｂは、上記したように断熱板を介してシャフトに固定されており、このシャフトがシリンダーに接続されているが、ここでシリンダーは、各プレートを上下動させることができればよく、例えば、エアシリンダー、電動サーボシリンダー、油圧シリンダー、電動油圧シリンダー等のシリンダーを使用できる。
【００３５】
上記した、加熱プレート３ｂ、プレスプレート４ｂ、冷却プレート５ｂは、その成形型との接触面が水平面となっており、特に、プレスプレート４ｂ、冷却プレート５ｂにおいては、プレスプレート４ｂ、冷却プレート５ｂの成形型との接触面が傾いていた場合、成形型１００の上型及び下型の中心軸が一致しなくなり、このとき製造される光学素子の光軸が一致せず不良品となってしまうことがある。したがって、これら各ステージにおけるプレートの平行度や平面度の管理は厳密に行われる。
【００３６】
これらの各ステージにおける、プレートはステンレス、超硬合金、合金鋼等の素材の内部にカートリッジヒータを挿入し、固定したものであり、カートリッジヒータを加熱することによりプレートの温度を上昇させ、所望の温度に維持できるようになっている。
【００３７】
また、各ステージの断熱板３ｃ，４ｃ，５ｃは、セラミックス、ステンレス、ダイス鋼、ハイス鋼等の公知の断熱板を用いればよく、硬度が高くプレス成形時の圧力等によっても変形しにくく、ずれを生じることが少ないセラミックスであることが好ましい。
【００３８】
以上説明した加熱ステージ３、プレスステージ４、冷却ステージ５は、それぞれ所定の処理が行われる場（ステージ）を形成するものであり、各ステージによる処理を順次円滑に行えるように、成形型１００は、搬送手段（図示せず）により所定のタイミングで各ステージに移送し搭載されるように制御手段によって制御されている。
【００３９】
より具体的には、加熱プレート３ｂ、プレスプレート４ｂ、冷却プレート５ｂによる処理は、成形型１００を順次上記の順序で各プレート上へと搬送移動させながら所定の処理を行うものであり、成形型１００が次のステージに移動することで、処理の終わったステージは空くため、さらに、そこに別の光学素材を収容した成形型１００を搬送し、連続的に複数個の光学素子の成形操作ができるようになっている。
【００４０】
この処理を行うための上記搬送手段は、図示していないが、例えば、ロボットアーム等により、成形型載置台８から加熱プレート３ｂへ、加熱プレート３ｂからプレスプレート４ｂへ、プレスプレート４ｂから冷却プレート５ｂへ、冷却プレート５ｂから成形型載置台９へ、と移動させることができるようになっている。
【００４１】
なお、この制御手段は、成形型の移動、加熱・プレス・冷却の各ステージにおける上下一対のプレートの温度や、上下移動のタイミング等をも制御し、一連の成形操作を円滑に、かつ、連続的にできるように制御している。このとき、取入れシャッター及び取出しシャッターの開閉も制御する。さらに、チャンバー２内の雰囲気が不活性ガスで満たされるように窒素の供給量やタイミング等を制御するのが好ましい。
【００４２】
すなわち、この光学素子の成形装置１は、１以上のポジションで温度の上げ下げを行いながら所定の処理を行う、成形型の搬送による光学素子の成形装置である。
【００４３】
次に、本発明の光学素子の成形方法について説明する。本発明においては、上記した光学素子の成形装置１を用いた場合を例に説明するが、この成形装置１でプレス成形して得られるのは光学素子母材であり、その後、光学素子母材の球面側を球面研磨して製品形状とし、光学素子を得る。
【００４４】
まず、光学素子の成形装置１を用いたプレス成形について説明する。取入れ口側の成形型載置台８に成形型１００を載置し、この成形型１００の内部に光学素材を収容する。取入れシャッター６を開けて取入れ口を開口させ、この成形型１００を搬送手段により加熱プレート３ｂ上に搬送する。搬送されると、成形型１００の下型は下側の加熱プレート３ｂに接触するため加熱プレート３ｂと同じ温度まで昇温される。これと同時に、上型には上方向から上側の加熱プレート３ｂを接触させて同様に加熱する。
【００４５】
このように上型及び下型が加熱されると、その内部に収容されている光学素材も加熱され、この光学素材は屈伏点以上に加熱されると変形が容易となる。一般に、加熱温度は、軟化点まで温度を上げるとレンズ表面が白濁するので屈伏点（Ａｔ）から軟化点の間の温度に設定する。このとき、昇温速度は０．５〜２．５℃／ｓｅｃ程度が好ましい。
【００４６】
このようにして加熱ステージ３で十分に加熱された成形型１００及び光学素材は、搬送手段により、下側のプレスプレート４ｂ上に搬送され載置される。
【００４７】
プレスプレート４ｂも加熱プレート３ｂと同程度の温度に加熱されており、光学素材が軟化状態を維持するようにしている。さらに、上側のプレスプレート４ｂを下降させてプレスプレート４ｂ間の距離を狭めることにより、上型と下型との距離を狭めて、成形型１００の内部に収容された光学素材に圧力をかけて変形できるようになっている。
【００４８】
このプレス工程では、上記したように成形型１００の上下から圧力をかけることで光学素材のプレス成形を行い、これにより光学素材には上型及び下型の光学形成面が転写され、一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子形状が付与される。
【００４９】
また、このプレス工程におけるプレスは、加熱温度が前段の加熱ステージで加熱した温度と同程度の温度であり、プレス時の圧力はレンズ成形体の単位面積当たり２．５〜３７．５Ｎ／ｍｍ２とすることが好ましく、例えば１０〜２０Ｎ／ｍｍ２とすることが特に好ましい。
【００５０】
そして、このようなプレス工程を行うことで、押切りが完了した成形型１００は、搬送手段によりプレスプレート４ｂから冷却プレート５ｂへと搬送される。この搬送手段は、上記した搬送手段と同様のものである。
【００５１】
次に、冷却プレート５ｂにより成形型１００を冷却するが、これは、上記加熱工程と同様に、下型は下側の冷却プレート５ｂで、上型は上側の冷却プレート５ｂを下降させて接触させることで冷却する。これにより光学素材を冷却して、固化させる。この冷却は、光学素材のガラス転移点（Ｔｇ）以下に冷却させることが好ましく、光学素材の歪点以下の温度にまで冷却させることがより好ましい。このとき、降温速度は０．１〜２．５℃／ｓｅｃが好ましく、さらに好ましくは０．５〜１．０℃／ｓｅｃである。
【００５２】
加熱プレート３ｂ、プレスプレート４ｂ及び冷却プレート５ｂは、全てプレート内部に熱電対が埋め込まれており、熱電対からの出力をフィードバックしてカートリッジヒータの出力を制御して、所定のプレート温度を維持するようになっている。
【００５３】
なお、上記した加熱工程及び冷却工程は、それぞれ段階的に温度を変化させ緩やかに昇温又は降温させるのが好ましく、加熱工程を１以上の加熱ステージを設けることにより、段階的に光学素材の温度を上昇させて、プレスステージの直前の加熱ステージにおいて、成形温度にまでもっていくようにする。また、冷却工程においても１以上の冷却ステージを設けることにより、段階的に光学素材の温度を下降させて、２００℃以下の温度になるようにする。このように、段階的に加熱及び冷却をすると、光学素材の急激な温度変化を抑制し、歪が生じたり、面割れ等が生じたりする等の光学素子の特性を悪化させずに成形できる。
【００５４】
このような、加熱工程及び冷却工程を実施するために、それぞれ複数の加熱ステージ及び冷却ステージを用いた光学素子の成形装置の一例を図２に示した。この図２に示した光学素子の成形装置１１は、チャンバー１２、第１の加熱ステージ１３、第２の加熱ステージ１４、第３の加熱ステージ１５、プレスステージ１６、第１の冷却ステージ１７、第２の冷却ステージ１８、第３の冷却ステージ１９を有する装置構成となっており、チャンバー１２には光学素子の成形装置１と同様に、成形型１００の取入れ口とそれを開閉可能とする取入れシャッター２０、取出し口とそれを開閉可能とする取出しシャッター２１、それら取入れ口及び取出し口の外側には成形型載置台２２及び２３が設けられている。第３の冷却ステージ１９は水冷されており、ヒータは設けられていない。
【００５５】
この光学素子の成形装置１１は、加熱ステージを３つ、冷却ステージを３つ設けて、段階的に加熱及び冷却を行うようにしたこと以外は、図１の光学素子の成形装置１の構成と同様である。
【００５６】
第１の加熱ステージ１３では、光学素材をガラス転移点以下、２００〜４００℃程度低い温度に一旦加熱する予備加熱を行い、第２の加熱ステージ１４ではガラス転移点付近の温度にまで、第３の加熱ステージ１５では屈伏点+１０〜３０℃の温度にまで加熱する。また、プレスステージ１６では成形温度を維持しながら、成形型による成形操作により光学素子形状を付与し、第１の冷却ステージ１７では光学素材のガラス転移点＋２０℃程度まで冷却し、第２の冷却ステージ１８では、さらに歪点以下にまで冷却し、第３の冷却ステージ１９では、成形型が酸化されない２００℃以下の温度にまで冷却するようにする。
【００５７】
ここで、第３の冷却ステージは、用いるプレートを、他のステージにおけるヒータの代わりに冷却水が循環するように配管を設けた水冷プレートとして、効率的に冷却できるようになっている。
【００５８】
次いで、プレス成形で得られた光学素子母材をアニール工程に付して歪み等を除去した後、球面側を球面研磨することで、一方の面が球面、他方の面が非球面の光学素子とする。
【００５９】
図３には、凹メニスカス形状を例に、（ａ）プレス成形直後である光学素子母材の断面形状と（ｂ）球面研磨後である光学素子の断面形状とを例示した。ここで示した光学素子母材３１は、未研磨の光学素子であり、非球面３１ａと球面３１ｂを有する。また、図４は、図３の光学素子母材３１の球面３１ｂの球面研磨を説明する図である。ここで、光学素子形状を凹メニスカス形状としているが、本発明においては、上記したように、一方の面が球面、他方の面が非球面である光学素子を製造する場合に適用でき、凹メニスカス形状に限られない。
【００６０】
光学素子母材３１を球面研磨するにあたっては、まず、研磨装置４１のレンズ保持皿４２のくぼみに対応した直径となるように光学素子母材３１を仮芯取りし、レンズ保持皿４２に粘着部材４３を介して非球面３１ａを保持させる。保持された光学素子母材３１は、球面３１ｂを球面研磨皿４４に押し付けて研磨される。球面研磨皿４４は回転軸４５に固定され、一方向に定速度回転駆動される。レンズ保持皿４２には光学素子母材３１の中心とレンズ保持皿４２の中心が一致するようにくぼみが設けられており、光学素子母材が収まる。
【００６１】
また、光学素子母材３１の余肉部分が球面研磨皿４４と干渉することがあり、干渉部分がある場合には研磨加工はできないため、上記仮芯取りとともに干渉部分も取り除き研磨加工できるようにする。光学素子形状によっては、余肉部分が研磨に干渉しない場合も多く、そのときは余肉部分の除去は省略してもよい。
【００６２】
レンズ保持皿４２はかんざし４６の先端部にボールジョイントを介して支持され、一定の圧力で光学素子母材３１を球面研磨皿４４に押し付けて、直径方向（Ａ方向）に往復運動させる。球面研磨皿４４に研磨液４７を吹き付けながら、往復運動させて光学素子母材３１の球面３１ｂを研磨する。
【００６３】
このように球面研磨で得られた研磨済みの光学素子は、さらに、芯取りして外形を整え、図３（ｂ）に示したような、非球面３１ａと球面３２ｂを有する最終製品形状の光学素子３２となる。このとき、非球面３１ａは、プレスされた形状そのままで非球面の光学面として機能する。
【００６４】
球面研磨において、光学素子母材３１のように球面が凹面の場合、球面３１ｂの曲率半径の絶対値は球面研磨皿４４の曲率半径の絶対値、すなわち球面研磨後の光学素子３２の球面３２ｂの曲率半径の絶対値より小さくしておく必要がある。このような関係とすることで、光学素子母材３１と球面研磨皿４４との接触部分が線（円）となり、安定した球面研磨が可能となる（図５）。
図５では、球面研磨皿４４の上部に光学素子母材３１が載置されているが、光学素子母材３１の曲率や大きさによっては、球面研磨皿４４の下部に光学素子母材３１を載置する場合もある。
【００６５】
一方、光学素子母材３１の球面３１ｂの曲率半径の絶対値が球面研磨皿４４の曲率半径の絶対値よりも大きい場合には、光学素子母材３１の中心部と球面研磨皿４４の中心部が点接触し、球面側の外周部は研磨皿に接触しないことになり（図６（ａ））、レンズ保持皿４２と球面研磨皿４４の接触領域が中心部を起点として曲面に沿って動いてしまう。このように動くと、接触状態が研磨作業中に常に変動し、最悪の場合には、球面研磨皿４４の一方の側に加工面が傾いて研磨され（図６（ｂ））、研磨後の球面３２ｂの光軸が非球面３１ａの光軸に対して傾いてしまい、不良品となってしまう。
【００６６】
したがって、球面が凹面の場合は、光学素子母材の球面の曲率半径が球面研磨後の光学素子の球面の曲率半径に対して小さく（きつい曲面に）なるように設定する。
【００６７】
一方、球面が凸面の場合には、上記とは逆の関係となるため、光学素子母材の球面の曲率半径の絶対値を球面研磨皿の曲率半径の絶対値より大きくする必要がある。このようにすればガラスの外周部と研磨皿が線で接触しガタのない接触状態が実現し、安定した球面研磨が可能となる。すなわち、球面が凸面の場合は、光学素子母材の球面の曲率半径が球面研磨後の光学素子の球面の曲率半径に対して大きく（緩い曲面に）なるように設定する。
【００６８】
上記した曲率半径の関係を、別の表現で説明すると以下の通りである。
【００６９】
図３の光学素子母材３１の球面３１ｂの曲率半径の設定は、球面加工径で計算した仮芯取り後の光学素子母材の球面３１ｂの球欠高さ（ｈ１）から球面加工径で計算した球面研磨後の光学素子の球面３２ｂの球欠高さ（ｈ２）を引いた値Δｈ（ｈ１−ｈ２）を基準とする。光学素子母材３１は、凹メニスカス形状であり、余肉部を含め仮芯取りしないと球面研磨ができなくなるため球面加工径で計算した値を基準とする。ここで、球面加工径は、実際に球面研磨される部分の最大径のことを指す。
【００７０】
また、別の光学素子についても説明すると、図７に示した両凸レンズの場合には、球面加工径で計算した光学素子母材の球面５１ｂの球欠高さ（ｈ１）から球面加工径で計算した球面研磨後の光学素子の球面５２ｂの球欠高さ（ｈ２）を引いた値Δｈ（ｈ１−ｈ２）を基準とする。
【００７１】
図８に示した凸メニスカスレンズの場合には、球面加工径で計算した光学素子母材の球面６１ｂの球欠高さ（ｈ１）から球面加工径で計算した球面研磨後の光学素子の球面６２ｂの球欠高さ（ｈ２）を引いた値Δｈ（ｈ１−ｈ２）を基準とする。
【００７２】
図９に示した両凹レンズの場合には、球面加工径で計算した光学素子母材の球面７１ｂの球欠高さ（ｈ１）から球面加工径で計算した球面研磨後の光学素子の球面７２ｂの球欠高さ（ｈ２）を引いた値Δｈ（ｈ１−ｈ２）を基準とする。
【００７３】
なお、上記した両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズについては、研磨する光学素子の外径と球面加工径が等しいため、上記数値の算出において、球面加工径を球面研磨する光学素子の外径と読み替えればよい。
【００７４】
ここで、球欠高さは、図３、図７〜９に示したように、光軸方向における、球面の面頂から球面の外周縁部までの高さであるが、曲率半径と光学素子の半径（研磨加工径の半径）から次の式による算出することもできる。
【数１】
2012140288.tif 000002
なお実際に球欠高さを測定する時は、成形後のレンズと研磨後のレンズについてそれぞれの球面形状をＵＡ３Ｐ（パナソニック株式会社製、商品名）等の形状測定装置で測定して計算で求める。
【００７５】
まとめると、球面研磨する光学素子母材の球面の曲率半径を、球面研磨後の光学素子の球面の曲率半径に対して、球面が凹面の場合は小さな曲率半径となるように、球面が凸面の場合は大きな曲率半径となるように設定する。ただし、曲率半径の差が大きい場合には研磨に時間を要するので好ましくない。
【００７６】
曲率半径を上記の関係とするには、球面が凸面の場合はΔｈをマイナスに、凹面の場合はΔｈをプラスになるようにすればよい。このとき、成形型の成形面の曲率半径によりΔｈを調節でき、このとき、Δｈの絶対値が０．３〜９μｍが好ましく、１．５〜５μｍがより好ましい。
【００７７】
また、研磨加工時間を短くするには、光学素子母材の中心肉厚を球面研磨後の光学素子の中心肉厚よりも少しだけ大きくしておく。あまり大きくすると研磨する量が増えて時間がかかり、研磨代が少なすぎると研磨している内に球面研磨後の光学素子の肉厚が所望の厚さよりも薄くなってしまう。好ましい肉厚は、球面研磨後の光学素子の肉厚公差がほぼゼロとした場合に、＋５〜＋５０μｍが好ましく、＋５〜＋２０μｍがより好ましい。上記は球面研磨後の光学素子の肉厚公差が例えば±２０μｍであれば、公差内で変動可能であるが光学素子設計上、製品製造上から公差の中心を狙うのが通常である。
【００７８】
なお、上記は研磨の際に最終仕上げ研磨（ポリッシング）から始める場合である。粗い砂を用いて粗研磨（スムージング）を行うのであれば、光学素子母材の肉厚は、球面研磨後の光学素子の肉厚よりも、例えば１ｍｍ程度厚くてもよい。ただし、このように研磨量が大きいと偏芯が悪化するため、要求される偏芯精度が低い光学素子に限られる。
【００７９】
最終仕上げ研磨（ポリッシング）から始める場合には、光学素子母材の研磨する面の表面粗さが問題となる場合がある。形状にもよるが、光学素子母材の表面粗さが最初から最終製品並み（例えば、Ｒａで１ｎｍとか）に良いと研磨材のノリが悪くひっかかるように研磨され傷の原因になる。一方、表面粗さが悪すぎると研磨に時間を要する。好ましい光学素子母材の表面粗さはＲａで０．２〜２μｍ、より好ましくはＲａで０．５〜１μｍである。所望の表面粗さを得るには、あらかじめ成形型の表面粗さを上記の範囲にしておけばよい。
【００８０】
上記は研磨の際に最終仕上げ研磨（ポリッシング）から始める場合である。粗い砂を用いて粗研磨（スムージング）を行うのであれば、成形品の表面粗さは極端に悪くなければよい。ただし、研磨量が大きいと偏芯が悪化するため、要求される偏芯精度が低いレンズに限られる。
【００８１】
このように、プレス成形後に球面研磨を行って得られた光学素子は、さらに、芯取り、反射防止膜の成膜等を施して最終製品とする。
【実施例】
【００８２】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００８３】
（実施例１）
図２の光学素子の成形装置１１を用いて、光学素子の成形を以下の通り行った。
【００８４】
ここで用いた光学素子の成形装置１１は、加熱プレート、プレスプレート及び冷却プレートとしてステンレス製の１００×７８×１８ｍｍの直方体で内部に５００Ｗのカートリッジヒータを３本有するプレートを用い、断熱板として、ＳＵＳ３０４製の１００×７８×９ｍｍの板状体とジルコニア製の１００ｍｍ×７８ｍｍ×９ｍｍの板状体を重ね合わせたものを用いた。
【００８５】
また、上側のプレートを上下移動させるシリンダーは、エアシリンダーを用い、シャフト径４０ｍｍのシャフトが上側のプレートと接続、固定されている。チャンバーはＳＳ４００製の４４０ｍｍ×５９２ｍｍ×２４０ｍｍの箱状で、このチャンバーの下板としては４４０ｍｍ×５９２ｍｍ×２０ｍｍのものを用いた。
【００８６】
また、成形型１００は、上型、下型並びに内胴及び外胴を有する胴型で構成され、上型、下型及び内胴はタングステンカーバイドからなる超硬合金製で、外胴はＳＵＳからなるものであり、プレス成形により、表１に示した両凸レンズ、両凹レンズ、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズが得られるものを用いた。各レンズは片側非球面、片側球面のレンズである。
【００８７】
次に、上記した成形型１００の下型の成形面にホウケイ酸ガラスからなる研削研磨により作製した表１に示す光学素材を載置した。なお、この光学素材の歪点は４９５℃、ガラス転移点（Ｔｇ）は５３２℃、屈伏点（Ａｔ）は５７３℃である。
【００８８】
【表１】
2012140288.tif 000003
【００８９】
光学素材を収容した成形型１００を、搬送手段により第１の加熱プレート１３ｂ上に搬送し載置すると同時に上側の第１の加熱プレート１３ｂを下降させて上型に接触させ、成形型１００及び光学素材を３００秒間加熱し、次いで、第２の加熱プレート１４ｂ上に搬送し載置すると同時に上側の第２の加熱プレート１４ｂを下降させて上型に接触させ、成形型１００及び光学素材を３００秒間加熱し、さらに、第３の加熱プレート上に搬送し載置すると同時に上型の第３の加熱プレート１５ｂを下降させて上型に接触させ、成形型１００及び光学素材を３００秒間加熱して光学素材を軟化状態とした。なお、第１の加熱プレート１３ｂは２８０℃、第２の加熱プレート１４ｂは５００℃、第３の加熱プレート１５ｂは６００℃に設定した。
【００９０】
次に、成形型１００をプレスプレート１６ｂ上に搬送し載置して、上側のプレスプレート１６ｂを下降させ、この成形時のプレス圧力は５Ｎ／ｍｍ２、プレス時間は２５０秒とした。このとき、プレスプレート１６ｂの温度は６００℃であった。
【００９１】
プレス後、成形型を第１の冷却プレート１７ｂ上に搬送し載置すると同時に上側の冷却プレート１７ｂを下降させて上型に接触させ、３００秒間冷却し、次いで、成形型を第２の冷却プレート１８ｂ上に搬送し裁置すると同時に上側の第２の冷却プレート１８ｂを下降させて上型に接触させ、３００秒間冷却し、さらに、成形型を第３の冷却プレート１９ｂ上に搬送し載置すると同時に上側の第３の冷却プレート１９ｂを下降させて上型に接触させ、３００秒間冷却した。このとき、第１の冷却プレート１７ｂは５５０℃、第２の冷却プレート１８ｂは４５０℃、第３の冷却プレート１９ｂは２０℃（冷却水温度）に設定した。
【００９２】
光学素材を室温になるまで冷却し、十分に冷却したところで、成形型から取り出し、光学素子母材を得た。光学素子母材は所定のアニール処理を行い、歪を除去した。光学素子母材の形状寸法を表２に示した。
【００９３】
【表２】
2012140288.tif 000004
【００９４】
光学素子母材の形状について、設計値との誤差をＵＡ３Ｐ（パナソニック株式会社製、商品名）にて調べた。設計値との誤差について得られた結果を、図１０（非球面側）、図１１（球面側）にそれぞれ示した。図１０と図１１は実施例１−１の測定結果であるが、他の実施例の形状の光学素子母材も類似した傾向であったので代表例として記載した。ここで言う設計値との誤差とは、設計値から球面（曲率）成分を除いた誤差を示し、レンズ中心を基準に十字方向に測定したデータである。非球面側の形状精度は、一眼レフカメラの基準に合う精度（誤差０．１μｍ以下）になっているのに対して、球面側は誤差のＰＶが最大で１．５μｍ、アスが０．８μｍあり、一眼レフカメラには使えないレベルであった。
【００９５】
各成形品を表２に示す仮芯取り径に芯取りを行った後、レンズ保持皿に貼り付け、球面研磨皿に押し付け球面研磨を行った。球面研磨後の形状・寸法を表３に示した。また、研磨結果を表４に示した（研磨時間、中心肉厚、傷の有無、偏芯精度）。なお、研磨テストは研磨時間を６００秒を上限として行った。研磨時間に上限を設けたのは、長時間かければどのようなΔｈ、中心肉厚であっても研磨可能であるからである。もちろん研磨に長時間を要するのはコスト的に不利である。
【００９６】
【表３】
2012140288.tif 000005
【００９７】
【表４】
2012140288.tif 000006
【００９８】
表４において、最大の光軸傾き（計算値）の項目は以下のように計算したものであり、数値が大きいほど想定される球面研磨加工による偏芯精度が悪化することを示す。
【００９９】
図５及び６に示すように、Δｈの値が本件の発明の範囲と逆の場合、球面研磨加工面は、球面研磨皿に対して、最大でΔｈの量だけ傾いて加工される（図６（ｂ））。
【０１００】
上記の最大傾きの角度は、概算でΔｈ／（加工半径)の式で計算される（ラジアン表示）。度表示にするには（１８０／π）倍、分表示にするには６０倍、秒表示にするにはさらに６０倍する。表４では秒表示とした。レンズの偏芯精度は、成形時の偏芯、仮芯取り時の偏芯、球面研磨時の偏芯、芯取り時の偏芯の総和であるので、１つの工程で確実に偏芯が悪化するのは好ましくない。近年の高精度を要求されるレンズでは偏芯精度は重要であり、確実に偏芯が悪化する工程があると精度要求を満たすことができない。
【０１０１】
上記の結果より球面が凸面の場合には成形品の球面側の曲率半径の絶対値は球面研磨皿の曲率半径の絶対値、すなわち球面研磨後の光学素子の曲率半径の絶対値より大きくしておく必要があり、球面側の加工径で計算した成形品の球面側の球欠高さから、球面側の加工径で計算した球面研磨後の光学素子の球欠高さを引いた値（Δｈ）が−９μｍから−０．３μｍが好ましい範囲であり、Δｈが−５μｍから−１．５μｍがより好ましい範囲である。同様に球面が凹面の場合には、同様の理由から球面側の曲率半径の絶対値が球面研磨皿の曲率半径の絶対値より小さくする必要があり、Δｈが+０．３μｍから+９μｍが好ましい範囲であり、Δｈが＋１．５μｍから＋５μｍがより好ましい範囲である。
【０１０２】
さらに上記の表４の結果から研磨加工時間を短くするには、成形品の肉厚を球面研磨後の光学素子の肉厚よりも少しだけ大きくして、好ましい肉厚は球面研磨後の光学素子の肉厚公差がほぼゼロとした場合に、＋５μｍから＋５０μｍが好ましく、＋５μｍから＋２０μｍがより好ましい。
【０１０３】
（実施例２）
実施例１−６と全く同じ構成で球面側の金型の表面粗さのみをＲａで１ｎｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、３μｍと各種変更して試験した。Δｈと中心肉厚は、ともに上述のより好ましい範囲に設定した。なお、実施例１では球面側の金型の表面粗さＲａは１ｎｍであった。そのときの、球面研磨に要した時間、歩留まり、主な不良について表５に示した。
【０１０４】
【表５】
2012140288.tif 000007
【０１０５】
表５より好ましい成形品の表面粗さはＲａで０．２μｍから２μｍ、より好ましくはＲａで０．５μｍから１μｍであることがわかる。上記の範囲よりも表面粗さが良好な場合には、傷のため歩留りが数％低下し、上記の範囲よりも表面粗さが悪い場合には研磨時間を延ばしても研磨できず研磨残りが発生し歩留りが大きく低下した。
【０１０６】
以上に示したように、本発明の光学素子の製造方法により、光学素子の製造における球面研磨を不安定にする要因を排除することで、光学素子形状が安定化し、歩留まりの向上が図れた。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の光学素子の製造方法は、一方の面を球面、他方の面を非球面とする光学素子をプレス成形と球面研磨により連続的に製造する際に用いられる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…光学素子の成形装置、２…チャンバー、３…加熱ステージ、４…プレスステージ、５…冷却ステージ、６…取入れシャッター、７…取出しシャッター、８，９…成形型載置台、３１，５１，６１，７１…光学素子母材、３２，５２，６２，７２…光学素子、４１…
研磨装置、４２…レンズ保持皿、４３…粘着部材、４４…球面研磨皿、４５…回転軸、４６…かんざし、４７…研磨液、１００…成形型
【図１】
2012140288.tif 000008
【図２】
2012140288.tif 000009
【図３】
2012140288.tif 000010
【図４】
2012140288.tif 000011
【図５】
2012140288.tif 000012
【図６】
2012140288.tif 000013
【図７】
2012140288.tif 000014
【図８】
2012140288.tif 000015
【図９】
2012140288.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
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