(57)【要約】      （修正有）【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。【解決手段】溶融ガラスを滴下によって下型転写面１１ａに衝突させることによって第１のレンズ面等の良好な転写を確保できる。この際、溶融ガラスの滴下断面ＣＳの最大面積Ｓ２が、微細構造である凹凸パターンＣＰの配置面積Ｓｐの０．６４倍以上４．０倍以下であるので、溶融ガラスを十分大きなサイズを有するガラス滴ＧＤとして下型１上に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に衝突する際に凹凸パターン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を比較的簡易に得ることができる。【選択図】図４
2012001400.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を備え、
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光学素子の製造装置。
【請求項２】
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に記載の光学素子の製造装置。
【請求項３】
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及び請求項２のいずれか一項に記載の光学素子の製造装置。
【請求項４】
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を備え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５に記載の光学素子の製造装置。
【請求項７】
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光学素子の製造方法。
【請求項８】
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することを特徴とする請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
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、
前記第２面転写工程の際に、前記ガラス塊の余剰部分を周囲に逃がすことを特徴とする請求項７及び請求項８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１面転写工程後に、前記第１面が形成された光学素子の反対側の不要部分を除去する加工によって光学素子の第２面を形成する第２面加工工程をさらに備えることを特徴とする請求項７及び請求項８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を備え、溶融ガラスの滴下断面の最大面積が、微細構造の配置面積の０．６４倍以上４．０倍以下である。なお、溶融ガラスの滴下断面が吐出用ノズルの直下と下型の型面近傍とで異なる場合、下型の型面近傍における滴下断面の最大面積が優先的に基準とされる。
【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。この際、溶融ガラスの滴下断面の最大面積が、微細構造の配置面積の０．６４倍以上４．０倍以下とすると、溶融ガラスを十分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る。下限より下回ると、ガラス滴が下型に衝突又は接触する際に、ガラス滴が微細構造全体に行き渡らず転写性が悪くなる可能性があり、上限より上回っても、上回った分の溶融ガラスは転写に使用されず、無駄なものとなりコスト高となってしまう。従って、溶融ガラスの滴下断面の最大面積を、微細構造の配置面積に対して適切な値とすることにより、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。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。
【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、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。
【００１０】
本発明の別の観点では、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、溶融ガラスが型面で跳ね上がることを抑制できる。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。
【００１１】
また、本発明のさらに別の観点では、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を備える。この場合、調整部材により、ガラス滴が下型に衝突又は接触する際の滴下断面のサイズ、延いてはガラスの衝突時の被覆状態を調整することができ、微細構造をより精密に転写した第１面を有する光学素子を得ることができる。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、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。
【００１５】
上記製造方法では、加圧しなくても、下型の型面によって第１面の良好な転写を確保できる。この際、溶融ガラスの滴下断面の最大面積が微細構造の配置面積の０．６４倍以上４．０倍以下であるので、ガラス塊が下型に衝突又は接触する際に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。
【００１６】
本発明の具体的な態様又は観点では、上記製造方法において、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する。この場合、調整部材により、ガラス滴が下型に衝突又は接触する際に滴下断面のサイズ、延いてはガラスの衝突時の被覆状態を調整することができ、微細構造をより精密に転写した第１面を有する光学素子を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の別の観点では、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、第２面転写工程の際に、ガラス塊の余剰部分を周囲に逃がす。この場合、下型上に滴下させるガラス滴の質量を光学素子の質量と略等しいものにする必要がなく、微細構造の精密な転写がより容易になる。
【００１８】
本発明のさらに別の観点では、第１面転写工程後に、第１面が形成された光学素子の反対側の不要部分を除去する加工によって光学素子の第２面を形成する第２面加工工程をさらに備える。この場合、プレスによる加工が不要となるので、下型上に滴下された後のガラス塊の温度管理が不要となり、光学素子を比較的簡易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１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】第１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）〜（Ｃ）は、第１変形例の製造装置及び方法について説明する側方断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、第２変形例の製造装置及び方法について説明する側方断面図である。
【図９】（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１０】（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１１】（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１２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施形態に係る光学素子の製造装置等を説明する図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施形態に係る光学素子の製造装置等を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１実施形態〕
以下、図１から図６までを参照して、本発明の第１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を通過してサイズ又は量が調整され、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から外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ー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〜２ｍ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寄りに配置される。つまり、調整部材３０は、下型１の上方に原材料供給部５０を配置した滴下時に、下型１の上方であって下型１に比較的近い位置に配置される。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の量やサイズを調整する。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。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を完全に通過したガラス滴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。ここで、調整部材３０の開口ＯＰを完全に通過し下型１上に落下するガラス滴ＧＤの最大直径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】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。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）。
【００３５】
以上説明した第１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。この際、溶融ガラスＧの滴下断面ＣＳの最大面積Ｓ２が、微細構造である凹凸パターンＣＰの配置面積Ｓｐの０．６４倍以上４．０倍以下であるので、溶融ガラスＧを十分大きなサイズを有するガラス滴ＧＤとして下型１上に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に衝突する際に凹凸パターン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。
【００３６】
図７（Ａ）〜７（Ｃ）を参照して、第１変形例の製造装置及び方法について説明する。この場合、図７（Ａ）及び７（Ｂ）に示すように、調整部材１３０の開口ＯＰのサイズを大きくすること等によって、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が相対的に大きくなっている。つまり、ガラス滴ＧＤの体積は、図４等に示す場合に比較して増加しており、図７（Ｃ）に示すプレスによる第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。この際、下型１の型本体１ａには、下型転写面１１の外周において後方に後退する環状の窪みを設けてあるので、この環状の窪みに余剰部分が入り込む。以上のプレス後、型外へ取り出されるガラスレンズ１００は、フランジ部１００ｂの外縁部１００ｃが厚肉で塊状の部分になるが、最終的な機械加工で不要部分として除去される。または、落下するガラス滴の量を適切に管理して、フランジ部の外縁部１００ｃを形成するような横方向の金型を設け、第２面転写工程と外縁部形成の工程とをほぼ同時期に行うことにより、上述のような機械加工を省略することも可能である。
【００３７】
図８（Ａ）〜８（Ｃ）を参照して、第２変形例の製造装置及び方法について説明する。この場合も、図８（Ａ）及び８（Ｂ）に示すように、調整部材１３０の開口ＯＰのサイズを大きくすること等によって、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が相対的に大きくなっている。これにより、図８（Ｃ）に示すプレスによる第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。以上のプレス後、型外へ取り出されるガラスレンズ１００は、フランジ部１００ｂの外縁部１００ｃが幅広の部分になるが、最終的な機械加工で不要部分として除去される。この場合、下型１の型本体１ａは、下型転写面１１の外周が平坦になっており、フランジ部１００ｂの外縁部１００ｃも平坦になる。なお、型本体１ａの下型転写面１１等に断熱層７１を形成するならば、ガラス塊ＧＧの温度低下を防止することができ、ガラス塊ＧＧのプレスを容易にすることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
図９（Ａ）及び９（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。
【００４０】
図１０（Ａ）及び１０（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。
【００４１】
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３ｍｍとした。また、凹凸パターンＣＰの領域直径すなわち微細構造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に設定した。
【００４２】
図９（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】
2012001400.tif 000003
図１０（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】
2012001400.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１１（Ａ）及び１１（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】
2012001400.tif 000005
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１．６ｍｍ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＝１．６ｍｍは、凹凸パターンＣＰの領域直径Ｄｐの０．８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０．６４Ｓｐ以上である場合に、良好な転写結果が得られている。
【００４３】
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２ｍｍ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＝２ｍｍ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以上である場合に、良好な転写結果が得られている。
【００４４】
〔第２実施形態〕
以下、本発明に係る第２実施形態の光学素子の製造装置等について説明する。第２実施形態の製造装置は、第１実施形態の製造装置を変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
図１２（Ａ）及び１２（Ｂ）に示すように、第２実施形態に係る光学素子の製造装置では、成形金型４１０の下型４０１として、凹凸パターンＣＰを有し全体として平坦な光学面転写面４１１ａを備えるものを用い、上型４０２として、平坦な光学面転写面４１２ａを備えるものを用いる。
【００４６】
図１２（Ｃ）に示すように、成形金型４１０によって得られる光学素子３００は、平板状であり、一方の第１面である表面３０１ａが微細構造ＦＰを有し、他方の第２面である表面３０２ａが凹凸を有しない平面となっている。微細構造ＦＰは、例えば回折構造とすることができ、或いは反射防止構造等とすることもできる。なお、微細構造ＦＰの形成領域は、表面３０１ａよりも十分狭いものとなっている。具体的には、例えば表面３０１ａの直径が１０ｍｍとした場合、微細構造ＦＰの形成領域の直径は５ｍｍ程度とする。
【００４７】
製造方法について説明すると、図１２（Ａ）に示すように、不図示の吐出用ノズル５２から落下させたガラス滴ＧＤを下方に配置した下型４０１上に滴下させる滴下工程が行われる。滴下されたガラス滴ＧＤは、図１２（Ｂ）に示すように、下型４０１の光学面転写面４１１ａで受け止められる。この場合、ガラス滴ＧＤは、粘性１０４Ｐ以下と比較的低粘度の状態で、かつ、光学面転写面４１１ａの凹凸パターンＣＰを略覆うサイズで光学面転写面４１１ａに衝突する。つまり、下型４０１上に落下する液滴状のガラス滴ＧＤの滴下断面の最大直径ｄ２から導かれる最大面積Ｓ２は、光学面転写面４１１ａ上における凹凸パターンＣＰの領域直径Ｄｐから導かれる配置面積Ｓｐを基準として、０．６４Ｓｐ以上で４．０Ｓｐ以下となっている。このため、ガラス滴ＧＤに対しては、光学面転写面４１１ａによって高精度に転写がなされる。結果的に、光学素子３００のうち微細構造ＦＰを有する表面３０１ａが形成される（第１面転写工程）。その後の一定時間経過後に、図１２（Ｂ）に示すように、上型４０２を下降させ、下型４０１上のガラス塊ＧＧをプレスすることで、光学面転写面４１２ａによる転写がなされる。結果的に、光学素子３００のうち表面３０２ａが形成され（第２面転写工程）、図１２（Ｃ）に示す光学素子３００を得る。上述の工程では、金型の転写により、ほぼ最終形状の光学素子３００を形成することができ、機械加工などの後加工処理を少なくすることができる。
【００４８】
〔第３実施形態〕
以下、本発明に係る第３実施形態の光学素子の製造装置等について説明する。第３実施形態の製造装置は、第１及び第２実施形態の製造装置を変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態等と同様である。
【００４９】
図１３（Ａ）及び１３（Ｂ）に示すように、第３実施形態に係る光学素子の製造装置では、成形金型６１０の下型４０１として、凹凸パターンＣＰを有し全体として平坦な光学面転写面４１１ａを備えるものを用いる。なお、成形金型６１０は、第２実施形態で説明したような上型４０２を有しない。
【００５０】
図１３（Ｃ）に示すように、結果的に得られる光学素子３００は、第２実施形態の場合と同様に平板状のものであり、一方の第１面である表面３０１ａが微細構造ＦＰを有し、他方の第２面である表面３０２ａが凹凸を有しない平面となっている。なお、微細構造ＦＰの形成領域は、表面３０１ａと略等しくなっている。
【００５１】
製造方法について説明すると、図１３（Ａ）に示すように、不図示の吐出用ノズル５２から落下させたガラス滴ＧＤを下方に配置した下型４０１上に滴下させる滴下工程が行われる。この際、ガラス滴ＧＤの容積を最終的な光学素子３００の容積よりもかなり多くする。滴下されたガラス滴ＧＤは、図１３（Ｂ）に示すように、下型４０１の光学面転写面４１１ａで受け止められる。この場合、ガラス滴ＧＤは、粘性１０４Ｐ以下と比較的低粘度の状態で、かつ、光学面転写面４１１ａの凹凸パターンＣＰを略覆うサイズで光学面転写面４１１ａに衝突する。このため、ガラス滴ＧＤに対しては、光学面転写面４１１ａによって高精度に転写がなされる。結果的に、光学素子３００のうち微細構造ＦＰを有する表面３０１ａが形成される（第１面転写工程）。この場合、ガラス滴ＧＤの容積が多いので、下型４０１上の被加工体５００は、下型４０１の表面からかなり盛り上がった状態となっている。その後、表面３０１ａを有する被加工体５００が硬化し十分冷却されるのを待って、被加工体５００を下型４０１から分離する。さらに、被加工体５００に対し研削や研磨等を含む機械加工を行うことにより、光学素子３００のうち表面３０２ａが形成され（第２面加工工程）、図１３（Ｃ）に示す光学素子３００を得る。上述の工程では、研削や研磨等の機械加工を行う場合が多いが、光学素子３００の面積に対して微細構造ＦＰの面積が占める割合が高い場合にも、微細構造ＦＰ全域に亘って高精度に転写がなされる。
【００５２】
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。
【００５３】
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、様々な微細構造とすることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
上記実施形態では、ガラス滴ＧＤの形状調整用の調整部材３０を設けているが、調整部材３０は、必須のものではなく省略することもできる。
【００５６】
上記第１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。
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【００５９】
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、  ３００…光学素子、  ４０１…下型、  ４０２…上型、  ４１０…成形金型、  ４１１ａ，４１２ａ…光学面転写面、  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
【図１】
2012001400.tif 000006
【図２】
2012001400.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012001400.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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