(57)【要約】【課題】微細構造を比較的簡易に高精度で転写可能な光学素子の製造装置及び方法を提供すること。【解決手段】加圧しなくても、溶融ガラスＧを滴下によって下型転写面１１に衝突又は接触させることによって第１のレンズ面１０１ａ等の良好な転写を確保できる。また、調整部材３０の開口ＯＰの配置によって、ガラス滴ＧＤを下型１上の適所に適当な量で着地すなわち衝突させることができる。この際、調整部材３０の開口ＯＰの開き角αが０°以上１０°以下であるので、微細構造である凹凸パターンＣＰを効果的にカバーできるようにガラス滴ＧＤを下型１上に着地すなわち衝突させることができる。これにより、ガラス滴ＧＤが下型１に衝突又は接触する際に、その運動量を適度に利用して凹凸パターンＣＰの微細構造を全体的に精密に転写することができ、高精度の光学面転写面１１ａ等を有するガラスレンズ１００を比較的簡易に得ることができる。【選択図】図１
2012001401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調整された溶融ガラスを滴下させる吐出用ノズルと、
微細構造を設けた型面を有するとともに、前記吐出用ノズルによって滴下された溶融ガラスを前記型面で受けることにより光学素子の第１面を形成する下型と、
前記吐出用ノズルと前記下型との間に配置され、滴下中の前記溶融ガラスを通過させる開口を有する調整部材とを備え、
前記調整部材の前記開口を通過するガラス滴の滴下断面の最大面積が前記開口の面積よりも大きい状態で、前記ガラス滴を前記下型に接触させることを特徴とする光学素子の製造装置。
【請求項２】
前記開口を通過中の前記ガラス滴の前記滴下断面の最大面積が最も大きくなった状態で、前記ガラス滴を前記下型に接触させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造装置。
【請求項３】
前記調整部材の前記開口の開き角は、０°以上１０°以下であることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に光学素子の製造装置。
【請求項４】
前記溶融ガラスの滴下断面の最大面積は、前記微細構造の配置面積の０．６４倍以上４．０倍以下であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光学素子の製造装置。
【請求項５】
前記吐出用ノズルから滴下させる前記溶融ガラスの粘度は、１０４ポアズ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光学素子の製造装置。
【請求項６】
前記下型に保持されたガラス塊を前記下型側に加圧することによって光学素子の第２面を形成する上型を備えることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学素子の製造装置。
【請求項７】
前記下型と前記上型との間で加圧される際の前記ガラス塊の粘度は、１０４ポアズ以上であることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造装置。
【請求項８】
前記吐出用ノズルの先端位置から前記下型までの滴下距離は、０．２ｍ以上５．０ｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光学素子の製造装置。
【請求項９】
温度調整された溶融ガラスを吐出用ノズルから滴下させる滴下工程と、
前記滴下工程で滴下された溶融ガラスを微細構造を設けた下型の型面で受けて光学素子の第１面を形成する第１面転写工程とを備え、
前記吐出用ノズルと前記下型との間に調整部材を配置することにより、滴下中の前記溶融ガラスが前記調整部材の開口を通過するようにし、
前記調整部材の前記開口を通過するガラス滴の滴下断面の最大面積が前記開口の面積よりも大きい状態で、前記ガラス滴を前記下型に接触させることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記開口を通過中の前記ガラス滴の前記滴下断面の最大面積が最も大きくなった状態で、前記ガラス滴を前記下型に接触させることを特徴とする請求項９に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記溶融ガラスの滴下断面の最大面積は、前記微細構造の配置面積の０．６４倍以上４．０倍以下であることを特徴とする請求項９及び請求項１０のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１面転写工程後に、前記下型上に保持された前記ガラス塊を上型を用いて前記下型側に加圧することによって光学素子の第２面を形成する第２面転写工程をさらに備えることを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか一項に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、ガラス製の光学素子の製造装置及び方法に関し、特に型を用いることによって微細構造の転写を行うタイプの光学素子の製造装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製の光学素子の製造方法として、プリフォームを再加熱後に上下型でプレスすることにより回折レンズを成形するものが知られている（特許文献１参照）。また、凹凸パターンを有するガラス製の光学素子を得るために、予め形成される光学素子の凹凸パターンに合わせた変形プリフォームを用いるものが知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７７０７８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の場合、凹凸パターンのうち深い溝の部分において転写が不完全になりやすい傾向があり、また、特許文献２のように、凹凸パターンに対応する形状を有する変形プリフォームを作製する場合、例えば製造される光学素子の凹凸パターンが複雑に又は深くなると、変形プリフォームの形状もこれに合わせて複雑な又は深いパターンにする必要がある。
【０００５】
なお、凹凸パターンを設けた下型上に溶融したガラス塊を滴下し、下型上のガラス塊を下型と上型との間で加圧することによって、回折レンズ等の光学素子を形成することも考えられるが、ガラス滴の衝突位置から外れた周辺の型面位置等で転写性が低下する。特に、凹凸パターンが微細である場合やステップ状で段差が深い場合のように、転写難度が高い場合、凹凸パターンを全体にわたって精密に転写させることが容易でなくなる。
【０００６】
そこで、本発明は、微細構造を比較的簡易に高精度で転写可能な光学素子の製造装置及び方法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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子の製造装置は、温度調整された溶融ガラスを滴下させる吐出用ノズルと、微細構造を設けた型面を有するとともに、吐出用ノズルによって滴下された溶融ガラスを型面で受けることにより光学素子の第１面を形成する下型と、吐出用ノズルと下型との間に配置され、滴下中の溶融ガラスを通過させる開口を有する調整部材とを備え、調整部材の開口を通過するガラス滴の滴下断面の最大面積が開口の面積よりも大きい状態で、ガラス滴を下型に接触させることを特徴とする。
【０００８】
上記製造装置では、加圧しなくても、溶融ガラスを滴下によって型面に衝突又は接触させることによって第１面の良好な転写を確保できる。また、調整部材の開口の配置によって、ガラス滴を下型上の適所に適当な量で着地すなわち衝突させることができる。この際、開口を通過するガラス滴の滴下断面の最大面積が開口の面積よりも大きい状態でガラス滴を下型に接触させるので、微細構造を効果的にカバーできるように、ガラス滴の滴下断面を広げた状態で下型上に着地すなわち衝突させることができる。これにより、ガラス滴が下型に衝突又は接触する際に、その運動量を適度に利用して微細構造を全体的に精密に転写することができ、高精度の第１面を有する光学素子を比較的簡易に得ることができる。
【０００９】
本発明の具体的な態様又は観点では、上記製造装置において、開口を通過中のガラス滴の滴下断面の最大面積が最も大きくなった状態で、ガラス滴を下型に接触させる。この場合、ガラス滴の滴下断面を最も広げた状態で下型上に着地させることができる。
【００１０】
また、本発明の別の観点では、調整部材の開口の開き角は、０°以上１０°以下である。この場合、ガラス滴の滴下断面の最大面積を開口の面積よりも大きくしやすい。
【００１１】
本発明のさらに別の観点では、溶融ガラスの滴下断面の最大面積は、微細構造の配置面積の０．６４倍以上４．０倍以下である。この場合、微細構造の配置面積を基準として、溶融ガラスを比較的大きなサイズを有するガラス滴として下型上に着地すなわち衝突させることができ、微細構造をより全体的に精密に転写することができる。なお、溶融ガラスの滴下断面の最大面積に一定の制限を設けることで、溶融ガラスの無駄を省くことができる。
【００１２】
また、本発明の別の観点では、吐出用ノズルから滴下させる溶融ガラスの粘度は、１０４ポアズ以下である。この場合、下型によって第１面を形成する転写工程において、第１面の細部まで精密な転写を行うことが容易になる。
【００１３】
本発明のさらに別の観点では、下型に保持されたガラス塊を下型側に加圧することによって光学素子の第２面を形成する上型を備える。この場合、下型上に保持されたガラス滴が所定粘度になるまで冷却した後、冷却されたガラス塊を下型と上型との間で加圧することで、第２面についても良好な転写を確保することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の観点では、下型と上型との間で加圧される際のガラス塊の粘度は、１０４ポアズ以上である。この場合、粘度を適切にコントロールすることで、上型の型面でヒケが起こることがなく、良好な状態の第２面を形成することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の観点では、吐出用ノズルの先端位置から下型までの滴下距離は、０．２ｍ以上５．０ｍ以下である。この場合、下型によって第１面を形成する転写工程において、型面に対する溶融ガラスの衝突圧を比較的高めて高精度な第１面を形成できるとともに、溶融ガラスが調整部材や型面で跳ね上がることを抑制できる。すなわち、滴下距離が下限値を下回ると溶融ガラスの衝突圧が低くなり、高精度な第１面を形成することが困難になる。また、上限値を上回ると溶融ガラスが型面で跳ね上がりやすくなるとともに、滴下時に空気に触れることより溶融ガラスが冷えてしまい温度管理が難しくなる。
【００１６】
本発明に係る光学素子の製造方法は、温度調整された溶融ガラスを吐出用ノズルから滴下させる滴下工程と、滴下工程で滴下された溶融ガラスを微細構造を設けた下型の型面で受けて光学素子の第１面を形成する第１面転写工程とを備え、吐出用ノズルと下型との間に調整部材を配置することにより、滴下中の溶融ガラスが調整部材の開口を通過するようにし、調整部材の開口を通過するガラス滴の滴下断面の最大面積が開口の面積よりも大きい状態で、ガラス滴を下型に接触させることを特徴とする。
【００１７】
上記製造方法では、加圧しなくても第１面の良好な転写を確保でき、ガラス滴を下型上の適所に適当な量で着地すなわち衝突させることができる。この際、開口を通過するガラス滴の滴下断面の最大面積が開口の面積よりも大きい状態でガラス滴を下型に接触させるので、微細構造を効果的にカバーできるように、ガラス滴の滴下断面を広げた状態で下型上に着地すなわち衝突させることができる。これにより、ガラス滴が下型に衝突又は接触する際に、その運動量を適度に利用して微細構造を全体的に精密に転写することができ、高精度の第１面を有する光学素子を比較的簡易に得ることができる。
【００１８】
また、本発明の具体的な観点では、第１面転写工程後に、下型上に保持されたガラス塊を上型を用いて下型側に加圧することによって光学素子の第２面を形成する第２面転写工程をさらに備える。この場合、下型と上型との間でガラス塊を加圧することで、第２面についても良好な転写を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラスレンズの製造装置を説明するための図である。
【図２】ガラスレンズの製造用の金型装置等について説明するための断面図である。
【図３】成形されたガラスレンズの形状を説明するための断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、ガラスレンズの製造の一部工程を説明する部分拡大断面図である。
【図５】金型装置を用いたガラスレンズの製造における加圧成形の工程について説明するための部分拡大断面図である。
【図６】実施形態におけるガラスレンズの製造方法について説明するためのフローチャートである。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施例で用いる下型の形状を説明する平面図及び拡大断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施例で用いる下型の形状を説明する平面図及び拡大断面図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は、溶融ガラスの滴下による溝の充填率の評価基準を説明する断面図である。
【図１０】調整部材を通過したガラス滴の滴下断面の最大直径の変化に関する実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１から図６までを参照して、本発明の一実施形態に係る光学素子の製造装置及び方法について説明する。
【００２１】
図１等に示す光学素子の製造装置２００は、原材料供給部５０と、成形金型１０と、調整部材３０と、制御駆動装置６０とを備える。なお、図１では省略しているが、成形金型１０は、図２に示すように下型１に対向して配置可能な上型２を有している。
【００２２】
この製造装置２００は、原材料供給部５０において原材料であるガラスを加熱し溶融することによって得た溶融ガラスＧを、成形金型１０の第１型である下型１上にガラス滴ＧＤとして滴下する。この際、ガラス滴ＧＤは、比較的粘性の低い（温度の高い）状態で原材料供給部５０から滴下されて下型１に向けて落下し、調整部材３０を通過してサイズや位置が調整され、下型１上に着地する際に比較的低粘度で衝突することで、下型１の表面形状に合わせて変形した状態で貼り付く。
【００２３】
図３に示すガラスレンズ１００は、図１等に示す製造装置２００によって製造される光学素子であり、例えばピックアップ装置に組み込まれる対物レンズとして用いることができる。ガラスレンズ１００は、光学的機能を有するレンズ本体としての中心部１００ａと、中心部１００ａから径方向外側に延在する環状のフランジ部１００ｂとを備える。特に、このガラスレンズ１００は、所望の光学的機能を実現するように、例えば光源側に配置される第１のレンズ面１０１ａに微細構造ＦＰを有している。この微細構造ＦＰにより、第１のレンズ面１０１ａは、例えば記録媒体側に配置される第２のレンズ面１０２ａよりも複雑な形状を有するものとなっている。第１のレンズ面１０１ａに形成される微細構造ＦＰは、例えば異なる波長の光に対して異なる焦点距離やＮＡを設定可能にする回折構造等とすることができる。このガラスレンズ１００は、例えば波長４０５ｎｍでＮＡ０．８５のＢＤ(Blu-ray Disc)と、波長６５５ｎｍでＮＡ０．６５のＤＶＤ(Digital Versatile Disc)とを含む２以上の規格に対応した光情報の読み取り又は書き込みを可能にする。なお、フランジ部１００ｂの外縁部１００ｃは、最終的に機械加工によって除去され、ガラスレンズ１００の最終的な完成品においては、フランジ部１００ｂの円筒状の側面１０３ｃが露出する。
【００２４】
図１に戻って、原材料供給部５０は、ガラス溶融用の溶融坩堝５１と、溶融ガラスＧを滴下させるための吐出用ノズル５２とを有する。なお、原材料供給部５０は、溶融坩堝５１や吐出用ノズル５２を加熱によって温度調節するためのヒータ５０ａ，５０ｂを有している。
【００２５】
溶融坩堝５１は、原料を加熱及び撹拌することによって得た溶融ガラスＧを溜めており、溶融坩堝５１の底部に接続された吐出用ノズル５２に対して溶融ガラスＧを連続的に供給する。吐出用ノズル５２は、溶融坩堝５１中の溶融ガラスＧを下端側の吐出部５２ａから吐出させるとともに、吐出された溶融ガラスＧをガラス滴ＧＤとして所望の周期的なタイミングで滴下させる。この際、ヒータ５０ａ，５０ｂは、溶融坩堝５１及び吐出用ノズル５２内の溶融ガラスＧを、それぞれ適度な粘度の溶融状態にしている。本実施形態において、吐出用ノズル５２から吐出される溶融ガラスＧは、比較的温度が高い状態に保たれている。つまり、滴下時の溶融ガラスＧの粘性は、比較的低い状態となっており、その値は１０４ポアズ（単位：Ｐ）以下の一定値（例えば３Ｐ）となっている。さらに、吐出部５２ａは、溶融ガラスＧの目標流量等に適合する内径を有し、ガラス滴ＧＤのサイズや滴下周期を調整するため下方に向けて適度に広がるテーパ状の内面形状を有する。吐出用ノズル５２は、吐出又は滴下時の溶融ガラスＧの粘性に応じて設計されており、吐出部５２ａに溜まった溶融ガラスＧが適量に達した場合、この溶融ガラスＧをその自重によってガラス滴ＧＤとして成形金型１０の下型１に向けて落下させる。ここで、吐出用ノズル５２の下端５２ｅから下型１までの滴下距離ｈすなわち吐出用ノズル５２の高さは、０．２〜５ｍ程度の範囲内、好ましくは０．５ｍ〜２．０ｍ程度の範囲内としており、具体的には例えば１．５ｍとしている。
【００２６】
図２に示すように、成形金型１０は、第１型である固定側の下型１と、第２型である可動側の上型２とを備える。ガラス滴ＧＤを下型１上に滴下させる成形の際、上型２は制御駆動装置６０の制御下で下型１の上方から退避するように移動させられる。一方、下型１上のガラス塊ＧＧをプレスする成形の際、上型２は制御駆動装置６０の制御下で下型１に対向するように移動させられ、両型１，２を適度の圧力で互いに所定間隔となるまで近接させるプレスが行われる。両型１，２に挟まれたガラス塊ＧＧは、上述のように下型１上で冷却されて適度な粘性を有する状態となっており、型締め時の加圧によって主に上型２の転写作用を受けてガラスレンズ１００に成形される。
【００２７】
成形金型１０のうち下型１は、転写のための型本体１ａを備える。型本体１ａは、図４（Ｃ）にも示すように、下型１の型面すなわち下型転写面１１として、図３に示すガラスレンズ１００のうち微細構造ＦＰを設けた第１のレンズ面１０１ａを形成するための光学面転写面１１ａと、輪帯状のフランジ面１０１ｂを形成するためのフランジ面転写面１１ｂとを有する。このうち、光学面転写面１１ａは、比較的曲率の大きな凹面となっており、微細構造ＦＰに対応する微細構造である凹凸パターンＣＰを有している。これらの光学面転写面１１ａとフランジ面転写面１１ｂとは、型本体１ａの上端面によって画成される。型本体１ａは、単一の部材とすることもできるが、例えば型枠及び入れ子型のように複数の部材で構成することもできる。なお、下型１には、型本体１ａの温度を適度に保つためのヒータ２０ａが内蔵されている。
【００２８】
上型２は、転写のための型本体２ａを備える。型本体２ａは、図５にも示すように、上型２の型面すなわち上型転写面１２として、図３に示すガラスレンズ１００のうち相対的に構造が単純な第２のレンズ面１０２ａを形成するための光学面転写面１２ａと、輪帯状のフランジ面１０２ｂを形成するためのフランジ面転写面１２ｂとを有する。このうち、光学面転写面１２ａは、比較的曲率の小さな凹面となっており、凹凸を有しない平滑面となっている。これらの光学面転写面１２ａとフランジ面転写面１２ｂとは、型本体２ａの下端面によって画成される。型本体２ａは、単一の部材とすることもできるが、例えば型枠及び入れ子型のように複数の部材で構成することもできる。なお、上型２には、型本体２ａの温度を適度に保つためのヒータ２０ｂが内蔵されている。
【００２９】
調整部材３０は、原材料供給部５０からガラス滴ＧＤを滴下させて下型１で受ける成形（第１面転写工程）の際に、吐出用ノズル５２と下型１との間であって下型１の上方に近接して配置される。ここで、下型１の上端のフランジ面１０１ｂから調整部材３０までの距離ｋは、数ｍｍ〜５０ｍｍ程度となっている。なお、下型１と上型２とを対向させてガラス塊ＧＧをプレスする成形（第２面転写工程）の際には、下型１上方から調整部材３０を退避させる。調整部材３０は、円形の開口ＯＰを有する部材であり、ガラス滴ＧＤを通過させることでガラス滴ＧＤのサイズや位置を調整する。より具体的に説明すると、開口ＯＰは、吐出用ノズル５２の直下にあって吐出用ノズル５２に対向する位置に配置されており、吐出用ノズル５２から滴下されたガラス滴ＧＤは、下型１に到達する直前に、開口ＯＰを介して調整部材３０を通過する。この場合、調整部材３０を通過することで、例えばガラス滴ＧＤの一部を除去又は変形させることができ、ガラス滴ＧＤが程度な大きさの滴下断面を有する状態にして下型１の光学面転写面１１ａ上に衝突又は接触させることができる。さらに、調整部材３０を通過することで、ガラス滴ＧＤがＣＤ方向に垂直な水平面内で位置ずれして、ガラス滴ＧＤの着地位置が調整される。これにより、下型転写面１１上に着地したガラス滴ＧＤ又はガラス塊ＧＧに対して光学面転写面１１ａ上の凹凸パターンＣＰを全体的に精密に転写することができ、高精度の微細構造ＦＰを有する第１のレンズ面１０１ａを比較的簡易に成形することができる。
【００３０】
ここで、下型１に衝突するガラス滴ＧＤの滴下断面の最大面積について考える。原材料供給部５０から滴下されたガラス滴ＧＤは、表面張力で一旦球状となるが、調整部材３０の開口ＯＰを通過する際に、一部を除去され或いは変形して細長く延ばされる（図４（Ａ）及び４（Ｂ）参照）。ここで、調整部材３０の開口ＯＰから少しはみ出した滴部分ＧＤａの滴下断面ＣＳは、開口ＯＰの直径ｄ０と略等しい最大直径ｄ１を有しているが、調整部材３０の開口ＯＰをまだ通過中であるが殆ど通過を完了しているガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳは、開口ＯＰの直径ｄ０よりもある程度大きな最大直径ｄ２を有している。つまり、開口ＯＰの直下において、ガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大面積Ｓ２は、開口ＯＰの面積Ｓ０よりも大きくなっている。ここで、調整部材３０の開口ＯＰから下型１の下型転写面１１までの距離ｋがあまり大きくなければ、調整部材３０の開口ＯＰを通過中の状態でガラス滴ＧＤを下型１の下型転写面１１に接触させることができる。さらに、ガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２は、ガラス滴ＧＤの鉛直方向の位置に応じて変化しており、開口ＯＰから下型転写面１１までの距離ｋを適宜調整するならば、ガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２が最も大きくなった状態で下型１に接触させることができる。本実施形態において、下型１に接触する際のガラス滴ＧＤの具体的な最大直径ｄ２は、光学面転写面１１ａ上における微細構造である凹凸パターンＣＰの形成領域の直径Ｄｐを基準として、０．８Ｄｐ以上で２．０Ｄｐ以下となっている。結果的に、下型１上に落下するガラス滴ＧＤの滴下断面の最大面積Ｓ２は、光学面転写面１１ａ上における凹凸パターンＣＰの水平面への投影面積である配置面積Ｓｐを基準とすると、面積が直径の２乗に比例することを考慮して、０．６４Ｓｐ以上で４．０Ｓｐ以下となっている。つまり、下型１上に落下するガラス滴ＧＤの滴下断面の最大面積Ｓ２は、光学面転写面１１ａ上における凹凸パターンＣＰの配置面積Ｓｐと同程度以上で、その数倍以下となっている。これにより、下型１上に着地すなわち衝突するガラス滴ＧＤを光学面転写面１１ａ上の凹凸パターンＣＰを略覆う程度に十分大きなサイズとでき、かつ、ガラス滴ＧＤの量が過剰に多くなって下型転写面１１を越えて周囲に無駄に広がり又は飛散することを防止できる。
【００３１】
さらに、本発明者は、調整部材３０の開口ＯＰの形状がガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２や最大面積Ｓ２に影響することを確認した。具体的には、調整部材３０の厚みｊが１ｍｍ〜３０ｍｍ程度であることを前提として、開口ＯＰの鉛直上方に向けての開き角αが０°以上１０°以下である場合、ガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２を、開口ＯＰの直下であっても開口ＯＰの直径ｄ０よりも十分大きくできることを実験的に確認した。つまり、開口ＯＰが円筒状又は円筒に近いテーパを有する場合、開口ＯＰを通過する際にガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの直径が増加し、ガラス滴ＧＤが下型１上に着地する際に、光学面転写面１１ａ上の凹凸パターンＣＰをより確実にカバーできることを確認した。なお、開口ＯＰの開き角αが０°よりも小さくなると、開口ＯＰが鉛直下方に向けて開く状態となって、開口部が比較的もろくなり壊れやすくなると考えられる。また、開口ＯＰの開き角αが１０°よりも大きくなると、開口ＯＰの傾斜が大きくなって、調整部材３０の開口ＯＰを通過中の状態でガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２を開口ＯＰの直径ｄ０よりも大きくすることが容易でなくなる。これは、調整部材３０の開口ＯＰを通過する際に、ガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳを減少させるような運動が与えられるため、調整部材３０の開口ＯＰを通過中のガラス滴ＧＤは、滴下断面ＣＳが開口ＯＰの直径ｄ０よりもかなり小さくなってしまうと考えられる。なお、調整部材３０の開口ＯＰは、全体が一様な開き角αを有するものである必要はなく、例えば主要部ＯＰａの開き角αが５°〜１０°程度であり、下端部ＯＰｂの開き角αが０°程度の筒状とすることができる。
【００３２】
図１に戻って、制御駆動装置６０は、原材料供給部５０の動作と成形金型１０の動作とを制御する。例えば、制御駆動装置６０は、原材料供給部５０のヒータ５０ａ，５０ｂを適宜動作させて、溶融坩堝５１内のガラス材料の溶融状態を調整するとともに、吐出用ノズル５２から吐出させる溶融ガラスＧの粘度を調整する。また、制御駆動装置６０は、図２に示すように、上型２を駆動して、水平なＡＢ方向に移動させることができるとともに、鉛直のＣＤ方向に移動させることができる。両型１，２を合わせて型閉じ及び型締めを行う際には、まず調整部材３０を下型１の上方位置から退避させるとともに下型１の上方位置に上型２を移動させて図２に示すように両型１，２の中心軸ＣＸ１，ＣＸ２を一致させ、上型２を降下させて下型１側に所定の力で所定の間隔となるまで近接させる（図５参照）。なお、下型１と上型２との間隔すなわちフランジ面１０１ｂとフランジ面転写面１２ｂとの近接によるプレス時における間隔ｇは、ガラスレンズ１００のフランジ部１００ｂの厚みに相当するものとなる。
【００３３】
以上のようにして、製造装置２００は、原材料供給部５０からのガラス滴ＧＤを成形金型１０の下型１上に調整部材３０を介して適当なサイズで衝突するように供給させるとともに、成形金型１０の下型１により、衝突するガラス滴ＧＤの下側に対して面の転写を行わせる。さらに、製造装置２００は、成形金型１０の下型１により、転写後下型１上に保持されたガラス滴ＧＤを適宜冷却させるとともに、成形金型１０の上型２により、適度に粘度の高まったガラス塊ＧＧを下型１と上型２の間に挟んで加圧成形させる。つまり、両型１，２を利用した加圧成形により、ガラス塊ＧＧの主に上側に対して面の転写が行われ、図３に示すようなガラス製の光学素子であるガラスレンズ１００を製造することができる。
【００３４】
以下、図６のフローチャート等を参照して、図１等に示す製造装置２００を用いたガラスレンズ１００の製造方法の具体例について説明する。
【００３５】
まず、図１に示すように、制御駆動装置６０は、吐出用ノズル５２の下方に下型１を配置するとともに吐出用ノズル５２と下型１との間に調整部材３０を配置し、吐出用ノズル５２からのガラス滴ＧＤを調整部材３０の開口ＯＰを介して下型１の光学面転写面１１ａ上に滴下させる滴下工程の処理が行われる（ステップＳ１）。具体的に説明すると、吐出用ノズル５２に導かれた溶融ガラスＧは、下端側の吐出部５２ａに溜まる。吐出部５２ａに溜まった溶融ガラスＧは、所定量に達したところで、１０４Ｐ（ポアズ）以下の滴下目標粘度を有するガラス滴ＧＤとして落下する。なお、溶融ガラスＧに用いる原材料のガラスとしては、例えば、リン酸塩系ガラス等が用いられる。この際、吐出用ノズル５２の下端５２ｅから下型１の光学面転写面１１ａまでの滴下距離ｈは、例えばｈ＝１．５ｍに設定されている。この設定で自然滴下させると、ガラス滴ＧＤの光学面転写面１１ａ上における速度は約５．４ｍ／ｓとなる。ただし、ガラス滴ＧＤは、調整部材３０によって粘度を維持したまま減速される。この際、ガラス滴ＧＤの量、位置、サイズも調整される。調整部材３０を通過したガラス滴ＧＤは、下型１の下型転写面１１で受け止められる（ステップＳ２）。この場合、ステップＳ２において、ガラス滴ＧＤは、粘性１０４Ｐ以下と比較的低粘度の状態で、かつ、下型転写面１１の凹凸パターンＣＰを略覆うサイズで下型転写面１１に衝突する。このため、図４（Ｃ）に示すように、ガラス滴ＧＤに対しては、光学面転写面１１ａにおいて高精度に転写がなされる（第１面転写工程）。なお、制御駆動装置６０は、ステップＳ２において、不図示のセンサー等により光学面転写面１１ａ上にガラス滴ＧＤが滴下したことを確認し時間計測を併せて開始する。次に、制御駆動装置６０は、調整部材３０等を退避位置に移動させて下型１上方に上型２を配置する型準備工程を行う（ステップＳ３）。つまり、制御駆動装置６０は、図１の状態から図２の状態になるように各部材の移動を適宜行う。ステップＳ３の型準備工程が終了すると、制御駆動装置６０は、一旦動作を停止させ（ステップＳ４）、ステップＳ２で開始した計測時間が一定時間に達したかを確認し（ステップＳ５）、一定時間に達していなければ（ステップＳ５：Ｎｏ）、ガラス滴ＧＤの粘度がまだ低いと判断し、ステップＳ４の動作停止処理を継続する。一方、制御駆動装置６０は、一定時間に達すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ガラス滴ＧＤがある程度の粘性をもったガラス塊ＧＧに変性したと判断する（冷却工程の終了）。ここで、ガラス塊ＧＧに変性したと判断する際のガラス滴ＧＤの粘度の基準値は例えば１０４Ｐ以上のプレス目標粘度とする。つまり、ステップＳ５では、ガラス滴ＧＤの粘度が例えば１０４Ｐ以上のプレス目標粘度に達したか否かを判断していることになる。ステップＳ５において、制御駆動装置６０は、一定時間経過したと判断すると、上型２を下降させ、ガラスレンズ１００を成形する第２面転写工程の処理を行う（ステップＳ６）。具体的には、予め下型１と同程度の温度に保っておいた上型２を下降させ、下型転写面１１と上型転写面１２とを互いに対向させた状態を維持して上型２を下型１に近接させて、所望のプレス目標粘性を持つガラス塊ＧＧを上下型１，２間で加圧成形する。この際、上型２によりガラス塊ＧＧは押しつぶされるように変形し（図５参照）、光学面転写面１２ａ及びフランジ面転写面１２ｂによって、ガラスレンズ１００のうちまだ成形されていない残りの表面形状を構成する第２のレンズ面１０２ａ、フランジ面１０２ｂ等がそれぞれ形成される。また、光学面転写面１１ａについても、この加圧成形により、より高精度な状態で転写がなされ、第１のレンズ面１０１ａについても面形状が定まる。上記第２面転写工程の後半においてガラス塊ＧＧの温度が漸次低下していくことにより、ガラス塊ＧＧが徐々に硬化しガラスレンズ１００が成形される。ガラスレンズ１００を十分に冷却した後、制御駆動装置６０が下型１及び上型２の加圧を解除して、上型２を上昇させることにより、ガラスレンズ１００を型外へ取り出す取出工程の処理が行われる（ステップＳ７）。
【００３６】
上記実施形態の製造装置及び方法によれば、加圧しなくても、溶融ガラスＧを滴下によって下型転写面１１に衝突又は接触させることによって第１のレンズ面１０１ａ等の良好な転写を確保できる。また、調整部材３０の開口ＯＰの配置によって、ガラス滴ＧＤを下型１上の適所に適当な量で着地すなわち衝突させることができる。この際、開口ＯＰを通過するガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大面積Ｓ２が開口ＯＰの面積Ｓ０よりも大きい状態で、かつ、開口ＯＰを通過中のガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大面積Ｓ２が最も大きくなった状態で、ガラス滴ＧＤを下型１に接触させるので、微細構造である凹凸パターンＣＰを効果的にカバーできるようにガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳを十分に広げた状態で下型１上に着地すなわち衝突させることができる。これにより、ガラス滴ＧＤが下型１に衝突又は接触する際に、その運動量を適度に利用して凹凸パターンＣＰの微細構造を全体的に精密に転写することができ、高精度の光学面転写面１１ａ等を有するガラスレンズ１００を比較的簡易に得ることができる。
【００３７】
以下、製造装置２００によるガラスレンズ１００の製造条件を決定するために行った実験について説明する。
【００３８】
図７（Ａ）及び７（Ｂ）は、第１実施例で用いる下型１の型本体１ａの形状を説明する平面図及び拡大断面図である。この場合、凹凸パターンＣＰとして、Ｖ字断面の溝ＡＡが周期的に形成されている。
【００３９】
図８（Ａ）及び８（Ｂ）は、第２実施例で用いる下型１の型本体１ａの形状を説明する平面図及び拡大断面図である。この場合、凹凸パターンＣＰとして、矩形断面の溝ＢＢが周期的に形成されている。
【００４０】
以上の第１及び第２実施例で得られるガラスレンズ１００は、波長４０５ｎｍのＢＤと、波長６５５ｎｍＤＶＤと、波長７８０ｎｍのＣＤとの３規格に対応した光情報の読み取り又は書き込みを可能にするものとした。ここで、フランジ面転写面１１ｂの外径すなわちフランジ部１００ｂの外径を約４ｍｍとし、光学面転写面１１ａの外径すなわち中心部１００ａの外径を約２．５ｍｍとした。また、凹凸パターンＣＰの領域直径Ｄｐすなわち微細構造ＦＰの領域直径を２ｍｍとした。なお、吐出用ノズル５２のノズル径を８ｍｍとし、吐出用ノズル５２から滴下させるガラス滴ＧＤの粘度を２Ｐに設定し、滴下重量を約１００ｇとした。さらに、調整部材３０の開口ＯＰの直径ｄ０を２．１ｍｍとし、下型１の上端から調整部材３０までの距離ｋを９．２ｍｍとした。
【００４１】
図７（Ａ）等に示す下型１を用いる第１実施例によって得られるガラスレンズ１００の状態は、以下の表１に示すようなものとなった。
【表１】
2012001401.tif 000003
【００４２】
図８（Ａ）等に示す下型１を用いる第２実施例によって得られるガラスレンズ１００の状態は、以下の表２に示すようなものとなった。
【表２】
2012001401.tif 000004
以上の表１及び表２において、溝タイプ１〜４は、凹凸パターンＣＰを構成するＶ溝の溝深さや溝ピッチを変化させたものであり、溝タイプ５〜８は、凹凸パターンＣＰを構成する矩形溝の溝深さや溝ピッチを変化させたものである。また、表１、２中の評価「×」、「△」、「○」、「◎」は、凹凸パターンＣＰによって形成される微細構造ＦＰの転写状態を評価したものである。転写状態の評価に際しては、以下の充填率に関する評価基準を用いた。充填率とは、凹凸パターンＣＰに形成された溝ＡＡ，ＢＢの容積に対するガラス滴ＧＤの占める比率を言い、ここでは、図９（Ａ）及び９（Ｂ）に示す下型１の断面において、溝断面積Ａ１，Ｂ１に対するガラス滴ＧＤの断面積ＡＧ，ＢＧによって定めている。評価基準としては、表３に示すように、充填率が９０パーセント以上あるものを実用レベルとし、より好ましくは充填率が９９パーセント以上であるものとする。また、評価基準としては、充填率のほかに転写率も考慮した。転写率は、型本体１ａの表面に接するガラス滴ＧＤの比率を言い、跳ね上がりや空気の巻き込みを防止しつつ周囲への広がりを確保する観点から一定以上であることを必要とするものとする。
【表３】
2012001401.tif 000005
【００４３】
以上をまとめると、第１実施例のように、Ｖ字断面の溝ＡＡを有する凹凸パターンＣＰを設けた型本体１ａを用いた場合、下型１上に落下するガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２が１．６２ｍｍ以上の場合に良好な充填率が得られており、この最大直径ｄ２＝１．６２ｍｍは、凹凸パターンＣＰの領域直径Ｄｐの０．８１倍に相当するものとなっている。つまり、下型１上に落下するガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２が凹凸パターンＣＰの領域直径Ｄｐを基準として約０．８Ｄｐ以上である場合に、良好な転写結果が得られている。換言すれば、下型１上に落下するガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大面積Ｓ２が凹凸パターンＣＰの配置面積Ｓｐを基準として約０．６４Ｓｐ以上である場合に、良好な転写結果が得られている。
【００４４】
また、第２実施例のように、矩形断面の溝ＢＢを有する凹凸パターンＣＰを設けた型本体１ａを用いた場合、下型１上に落下するガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２が１．７０ｍｍ以上の場合に良好な充填率が得られており、この最大直径ｄ２＝１．７０ｍｍは、凹凸パターンＣＰの領域直径に相当するものとなっている。つまり、下型１上に落下するガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２が凹凸パターンＣＰの領域直径Ｄｐを基準として約０．８５Ｄｐ以上である場合に、良好な転写結果が得られている。換言すれば、下型１上に落下するガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大面積Ｓ２が凹凸パターンＣＰの配置面積Ｓｐを基準として約０．７２Ｓｐ以上である場合に、良好な転写結果が得られている。
【００４５】
図１０は、調整部材３０の開口ＯＰを通過したガラス滴ＧＤについて、滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２が変化する状態を調べた実験結果を示している。グラフ中の横軸は、下型１の上端から調整部材３０までの距離ｋの設定を示し、縦軸は、ガラス滴ＧＤが下型１に接触する直前の滴下断面ＣＳの最大直径ｄ２を示している。実線は、開き角αが０°の開口ＯＰを備える調整部材３０の場合の計測結果を示し、点線線は、開き角αが３０°の開口ＯＰを備える調整部材３０の場合の計測結果を示す。グラフからも明らかなように、開き角αが０°の調整部材３０を通過したガラス滴ＧＤについては、開口ＯＰの通過直後に、最大直径ｄ２が開口ＯＰの直径ｄ０よりも一旦増加し、その後、最大直径ｄ２が開口ＯＰの直径ｄ０よりも減少するが、最終的に最大直径ｄ２が開口ＯＰの直径ｄ０よりも増加する。一方、開き角αが３０°の調整部材３０を通過したガラス滴ＧＤについては、開口ＯＰの通過直後に、最大直径ｄ２が開口ＯＰの直径ｄ０よりも減少し、その後、最大直径ｄ２が徐々に増加し、最終的に最大直径ｄ２が開口ＯＰの直径ｄ０程度となる。以上をまとめると、開き角αが０°の調整部材３０を通過したガラス滴ＧＤについては、下型１の上端から調整部材３０までの距離ｋを８〜１０ｍｍ程度とすることで、開口ＯＰを通過する際にガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの直径が増加して殆ど最大となり、ガラス滴ＧＤが下型１上に着地する際に、光学面転写面１１ａ上の凹凸パターンＣＰをより確実にカバーすることができる。
【００４６】
以上、各実施形態に係る製造装置等について説明したが、本発明に係る製造装置は上記のものには限られない。
【００４７】
例えば、調整部材３０は、図４（Ａ）に示すような開口ＯＰを有するものであれば、全体として板状とする必要はなく、様々な輪郭形状を有するものとできる。
【００４８】
上記実施形態では、ガラス滴ＧＤの体積を最終製品のガラスレンズ１００に近いものとしているが、ガラス滴ＧＤの体積をさらに増加させることができる。この場合、上型２によるプレスを行う第２面転写工程では、ガラス塊ＧＧの余剰部分が周囲に押し出すように逃がされるが、余剰部分を逃す空間を設けたり、余剰部分の温度低下を防止する断熱層等を設けることで、ガラス塊ＧＧのプレスを容易にすることができる。
【００４９】
上記実施形態において、凹凸パターンＣＰや微細構造ＦＰが円形領域として広がっていることを前提として説明したが、凹凸パターンＣＰや微細構造ＦＰが矩形その他の輪郭を有する領域に広がることもある。この場合も、ガラス滴ＧＤの滴下断面ＣＳの最大面積Ｓ２が凹凸パターンＣＰの配置面積Ｓｐを基準として０．６４Ｓｐ以上であれば、転写を比較的良好なものとすることができる。なお、凹凸パターンＣＰは、回折構造に限らず、反射防止その他の様々な機能を有する微細構造とすることができる。
【００５０】
上記実施形態では、ガラスレンズ１００を製造する場合について説明したが、ガラスレンズ１００以外の光学素子、例えば回折プレート等を製造する場合にも、上記と同様の手法を用いることができる。
【００５１】
上記実施形態において、調整部材３０が円形の開口ＯＰを有するものとしたが、開口ＯＰの形状は円形に限らず、様々な形状とすることができる。
【００５２】
上記実施形態において、ガラス滴ＧＤを１０４Ｐ以下とし、吐出用ノズル５２の下端５２ｅから下型１までの滴下距離ｈを０．５〜５ｍの範囲内としているが、これらは、溶融ガラスＧの組成等に応じて上記範囲内外で適宜設定することができる。
【００５３】
上記実施形態において、上型２のプレスによってガラスレンズ１００のレンズ面１０２ａやフランジ面１０２ｂを形成しているが、研削や研磨といった機械加工によって、レンズ面１０２ａやフランジ面１０２ｂを形成することもできる。
【００５４】
また、上記実施形態において、製造装置２００は、ガラスレンズ１００の製造の各工程を行うために、原材料供給部５０と上型２とを移動させるものとしているが、原材料供給部５０と上型２との入替えの方法は、これに限らない。例えば、下型１のみを移動させることができる。
【００５５】
また、上記実施形態では、冷却工程において、ガラス滴ＧＤ等が目標粘性を有するガラス塊ＧＧに変性したか否かを時間経過により判断しているが、この判断は、時間経過に限らず、例えば赤外線センサー等によりガラス滴ＧＤ等の温度を測定することでもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１…下型、  １ａ…型本体、  ２…上型、  ２ａ…型本体、  １０…成形金型、  １１…下型転写面、  １１ａ…光学面転写面、  １１ｂ…フランジ面転写面、  １２…上型転写面、  １２ａ…光学面転写面、  １２ｂ…フランジ面転写面、  ３０…調整部材、  ５０…原材料供給部、  ５０ａ，５０ｂ…ヒータ、  ５１…溶融坩堝、  ５２…吐出用ノズル、  ６０…制御駆動装置、  ７１…断熱層、  １００…ガラスレンズ、  １００ａ…中心部、  １００ｂ…フランジ部、  １０１ａ，１０２ａ…レンズ面、  ２００…製造装置、  ＣＰ…凹凸パターン、  ＣＳ…滴下断面、  ｄ２…最大直径、  Ｄｐ…領域直径、  ＦＰ…微細構造、  Ｓｐ…配置面積、  Ｇ…溶融ガラス、  ＧＤ…ガラス滴、  ＧＧ…ガラス塊、  ｈ…滴下距離、  ＯＰ…開口、α…開き角
【図１】
2012001401.tif 000006
【図２】
2012001401.tif 000007
【図３】
2012001401.tif 000008
【図４】
2012001401.tif 000009
【図５】
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【図６】
2012001401.tif 000011
【図７】
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【図８】
2012001401.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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