JP2007031265A

JP2007031265A - 光学素子、光学素子の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP2007031265A
Application number: JP2006146426A
Authority: JP
Inventors: Keiko Kitamura; 恵子北村; Hiroshi Kojima; 博志小島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】両面に略同一の成形面を形成するにあたり一対の型から形状転写を確実に行える
光学素子、光学素子の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】固定軸１３３で移動が規制される第１の型１１１と移動軸１３４に連結固定
され第１の型１１１に対して進退する第２の型１１２との間に硝材２０を配置しこれらの
第１の型１１１と第２の型１１２とを加熱制御装置１２０で加熱し第１の型１１１に対し
て第２の型１１２を近接させて両成形面が略同一となる成形品をプレス成形するにあたり
、硝材２０の第１の型１１１と接触する部位の粘度を第２の型１１２と接触する部位の粘
度に比べて高くした。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ、プリズム、その他の光学素子、この光学素子を製造する方法及び装
置に関する。

従来、デジタルカメラ、ビデオ等の光学機器に搭載される光学レンズ等の光学素子を製
造する際には、いわゆるプレス製造方法が採用されている。
この光学素子のプレス成形の代表的な方法としてダイレクトプレス法とリヒートプレス
法がある。リヒートプレス法は、硝材を一対の型を備えた金型に供給し、この金型内の硝
材を加熱軟化させた後に金型でプレス成形し、金型内の硝材が酸化しない温度まで冷却さ
れてから、成形品としてのガラス光学素子を取り出す方法である。一方、ダイレクトプレ
ス法は、溶解炉で溶解された硝材を、高温で熔けた状態のまま金型に入れ、プレス成形し
任意の形状にする方法である。
このダイレクトプレス法は、再加熱の必要が無くプレスも人手を介さず、熔解炉に接続
した自動プレス機で連続して加工されるため、大量生産に適した加工方法であるが、冷却
時のガラスの収縮を制御することが難しいため、精密な光学素子を製造するためにはリヒ
ートプレス法が用いられている。

従来、精密な光学素子であるレンズアレイは角型棒状の凸レンズを一個一個製造し、個
々のレンズを接着剤で貼り合わせることにより、凸面の集合体を構成する方法で製造され
ていたが、貼り合わせ精度や接着剤の劣化などの課題があり、現在ではリヒートプレス法
による従来例が示されている（特許文献１）。
この特許文献１では、光学ガラス材料を下型と上型との間に配置し、これらの金型全体
を所定温度まで加熱した後、一方の型を他方の型に向けて押し付け両型の複数の凹凸形状
を両面に転写してレンズアレイを製造する。
また、従来、あらゆる硝材の種類、形状に対して適用可能な成形方法を提供するものと
して、変形の程度が大きい面に対応する側の型温度を高くする従来例が示されている（特
許文献２）。
この特許文献２では、メニスカスレンズを製造するために、凹面を形成する側の型を他
方の型に比べて加熱温度を高く設定する。

特許第３１９８６７３号公報（段落番号「００１６」及び図４参照）特開平９−２２７１３６号公報（段落番号「００２２」「００２３」及び図３参照）

特許文献１では、光学ガラス材料の全体を加熱した後、一方の型を他方に向けて移動さ
せることでプレス成形を行うが、この際、光学ガラス材料は、加熱されたことで膨張して
おり、型に対向する成形面がそれぞれ型に向けて変形する。ここで、光学ガラス材料の変
形の向きとプレスの方向とが同じである成形面は型の凹凸成形溝に軟化されたガラス材料
が円滑に入り込むので簡単に凹凸面が転写成形できるが、他方の成形面では、ガラス材料
の変形の向きとプレスの方向が互いに反対であるため、型の凹凸成形溝に軟化されたガラ
ス材料が入り込みにくく、凹凸面の転写成形が十分に行われないという課題がある。
特許文献２は、メニスカスレンズ等、両面が非対称のレンズを製造するためには優れて
いるかもしれないが、複数の成形面に対してどの面の変形の程度も同程度であって両型に
接する成形面が略同一のレンズを十分に成形することができない。

本発明の目的は、両面に略同一の成形面を形成するにあたり一対の型から形状転写を確
実に行える光学素子、光学素子の製造方法及び製造装置を提供することである。

本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、両面に略同一の成形面を形成するためのプレス装
置において、一対の型に配置された硝材の全体が同じ条件で加熱されており、これが形状
転写を十分に行えない原因となっていることがわかった。
本発明はこのような知見に基づいて案出されたものである。

本発明の光学素子の製造方法は、固定軸で移動が規制される第１の型と移動軸に固定さ
れ前記第１の型に対して進退する第２の型との間に硝材を配置しこれらの第１の型と第２
の型とを加熱し前記第１の型に対して前記第２の型を近接させて前記第１の型側の面と前
記第２の型側の面とが略同一の成形品をプレス成形する光学素子の製造方法であって、前
記硝材の粘度を、前記硝材の前記第１の型と接触する部位を前記第２の型と接触する部位
に比べて高くすることを特徴とする。
また、本発明の異なる光学素子の製造方法は、第１の型と第２の型との間に硝材を配置
しこれらの第１の型と第２の型とを加熱し前記第１の型と前記第２の型とを相対的に移動
させて前記第１の型側の面と前記第２の型側の面とが略同一の成形品をプレス成形する光
学素子の製造方法であって、前記硝材の粘度を、前記第１の型及び前記第２の型のうち前
記硝材に始めに接触する第１の型側の部位を後で接触する第２の型側の部位に比べて高く
することを特徴とする。

このような本発明によれば、第１の型と第２の型との間に硝材を配置しこれらの第１の
型と第２の型とを加熱する。この加熱が開始されて所定時間経過した後、前記第１の型と
前記第２の型とを相対的に移動させ、例えば、固定軸に移動が規制された第１の型に対し
て、第２の型を近接させて、光学素子をプレス成形する。ここで、硝材は加熱に伴って膨
張されており、その成形面が対向する型に向けて変形する。そして、第１の型と第２の型
との相対移動により、始めに第１の型と接触したところでプレス圧が硝材に加わる。この
際、第１の型近傍における硝材は、その変形方向とプレスの方向とが同じ方向であるため
、加熱により軟化された硝材は第１の型に形成された複数の小レンズ形状に入り込み、硝
材の成形面に転写成形される。これに対して、第２の型近傍における硝材は、その変形方
向とプレスの方向とが逆であるため初期段階での転写は困難である。しかし、硝材の第１
の型側の部位は第２の型側の部位に比べて形状転写ができているため、第１の型と硝材の
接触面積は第２の型と硝材の接触面積と比べて格段に大きい。しかも硝材の第１の型と接
触する部位の粘度が第２の型と接触する部位の粘度に比べて高いため、第１の型側の部位
における反発力が第２の型側の部位における反発力に比べて大きくなり、第１の型側から
伝達されるその反発力により第２の型に形成された形状が硝材の成形面に転写成形される
。
従って、本発明は、硝材の第２の型側に対して第１の型側の粘度を高くすることで、従
来では形状転写を十分に行えなかった第２の型側での形状転写を、反発力を用いて確実に
行うことができる。

本発明では、前記硝材に粘度差を付与するために前記第２の型の加熱温度を前記第１の
型の加熱温度より高くする構成が好ましい。
この発明では、硝材の加熱温度を高くすると硝材の粘度が低くなり、硝材の加熱温度を
低くすると硝材の粘度が高くなるため、第１の型と第２の型へ加熱温度を相違させること
で硝材の粘度調整を容易に行うことができる。

前記硝材は軟化点温度に対応した粘度より前記第１の型側部位の粘度と前記第２の型側
部位の粘度とがそれぞれ低い構成が好ましい。
この発明では、前記第１の型側部位の粘度と前記第２の型側部位の粘度とが硝材が軟化
点温度より高いと、硝材の粘度が下がり過ぎてしまい、必要な反発力を得ることができな
い。

前記第２の型の温度がガラス粘度に変換して１０^yｄＰａ・Ｓ、前記第１の型の温度が
ガラス粘度に換算して１０^zｄＰａ・Ｓである場合、０．１≦（ｚ−ｙ）≦３．０である
構成が好ましい。
（ｚ−ｙ）が０．１未満であると、硝材の所定の反発力を得ることができず、（ｚ−ｙ
）が３．０を超えると、硝材の両面におけるガラスの挙動が大きく異なるので、リヒート
プレス成形に適さない。

前記第１の型と前記第２の型との実温度差が１℃以上５０℃以下である構成が好ましい
。
実温度差が１℃未満であると、硝材の所定の反発力を得ることができず、実温度差が５
０℃を超えると、硝材の両面におけるガラスの挙動が大きく異なるのでリヒートプレス成
形に適さない。

本発明の光学素子は、以上の構成の製造方法で製造された光学素子である。
ここで、光学素子は、前記プレス成形により型から形状転写される面が少なくとも２面
ある構成が好ましい。
この発明では、一対の型からそれぞれ光学素子の互いに対向する面に形状転写されるこ
とで、光軸と直交する平面を中心として対称的な形状の光学素子を容易に製造することが
できる。

前記成形品はレンズアレイである構成が好ましい。
この発明では、互いに対向する成形面に複数の凸部が形成されるという複雑な形状のレ
ンズアレイを容易に製造することができる。

前記第１の型と前記第２の型との間で形成される成形面に球面形状又は非球面形状を有
することが好ましい。
この発明では、成形面に球面形状や非球面形状を有する光学素子を容易に製造すること
ができる。

本発明の光学素子の製造装置は、固定軸で移動が規制される第１の型と移動軸に固定さ
れ前記第１の型に対して進退する第２の型との間に硝材を配置し前記第１の型に対して前
記第２の型を近接させて前記第１の型側の面と前記第２の型側の面とが略同一の成形品を
プレス成形するプレス装置と、前記第１の型と前記第２の型とを加熱するとともに前記第
２の型の加熱温度を前記第１の型の加熱温度より高くする加熱制御装置とを備えたことを
特徴とする。
このような本発明によれば、型開きした第１の型と第２の型との間に硝材を配置し、こ
の状態で加熱制御装置を作動して第１の型と第２の型との加熱温度の差を設ける。その後
、プレス装置で型締めし、第１の型と第２の型との間で軟化された硝材をプレス成形する
。この際、前述の通り、第１の型と第２の型との間での加熱温度差に伴って硝材の第２の
型側に対する第１の型側の粘度が高くなって大きな反発力を得ることができ、この反発力
により第２の型に形成された形状が硝材の成形面に転写成形される。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の製造装置１００が示されている。この製造装置１００は、プロ
ジェクタ、デジタルカメラ、ビデオ等の光学機器に搭載される光学素子としてのレンズア
レイ１０（後述する図４参照）を製造する装置である。なお、レンズアレイは、インテグ
レーターレンズあるいはフライアレンズとも呼ばれている。
製造装置１００は、プレス装置１１０と、このプレス装置１１０の所定部位に赤外線を
照射する加熱制御装置１２０とを備える。
プレス装置１１０は、互いに対向する第１の型１１１及び第２の型１１２を有する成形
型１１３と、これらの第１の型及び第２の型１１１，１１２を近接離隔して第１の型及び
第２の型１１１，１１２の内部に配置された硝材２０をプレスするプレス機構１３０とを
備える。

このプレス機構１３０は、ケーシング１３１を備え、このケーシング１３１の中心部に
チャンバ１３２が設けられている。
このチャンバ１３２は、図示しない真空ポンプに接続されており、その上部には第１の
型１１１の上方への移動を規制する固定軸１３３が設けられ、その下部には第２の型１１
２と連結固定される移動軸１３４が設けられている。
チャンバ１３２は加熱制御装置１２０からの赤外線を通すような材料、例えば、石英等
で成形される。
固定軸１３３は、その下端部に第１の型１１１と当接するプレート１３５が設けられて
いる。
移動軸１３４は、その上端部に第２の型１１２を載置するテーブル１３６が設けられて
いる。移動軸１３４は加圧機構１３７と連結されている。この加圧機構１３７は移動軸１
３４と連結されるねじ軸１３８と、このねじ軸１３８を回転駆動するモータ１３９とを備
え、このモータ１３９を正逆回転することでテーブル１３６に載置される第２の型１１２
が第１の型１１１に対して近接離隔される。

成形型１１３の具体的な構造が図２に示されている。
図２において、成形型１１３は、硝材２０が間に配置され対とされた第１の型１１１及
び第２の型１１２と、これらの第１の型１１１及び第２の型１１２を包囲する胴型１１４
とを有するものであり、これらの型はそれぞれ所定の材料、例えば、超硬、窒化炭素、炭
化珪素等の高強度高耐熱性材料により成形されている。
第１の型１１１及び第２の型１１２は、それぞれ硝材２０と対向する面にレンズアレイ
１０の複数の小レンズを形成するための凹部１１１Ａ，１１２Ａが複数形成されている。
なお、小レンズを形成するための凹部１１１Ａ，１１２Ａは、球面形状または非球面形状
で構成されている。

硝材２０の構造が図３に示されている。
図３の（Ａ）は硝材２０の平面図、（Ｂ）は硝材２０の正面図である。
図３において、硝材２０は縦寸法がａ、横寸法がｂ及び厚み寸法がｃの直方体形状であ
り、上面２０Ａ及び下面２０Ａが光学研磨面であって、残り４面が梨地面である。
ここで、硝材２０の素材としては、白板ガラス、ほうけい酸ガラス、石英ガラス、その
他の光学ガラス素材が使用される。
この硝材２０から本実施形態を用いてレンズアレイ１０が製造される。
図４には本実施形態で製造されたレンズアレイ１０が示されている。
図４の（Ａ）はレンズアレイ１０の平面図、（Ｂ）はレンズアレイ１０の縦断面図であ
る。
図４において、レンズアレイ１０は縦寸法がｄ、横寸法がｅ及び厚み寸法がｆで示され
る形状であり、第１の型１１１に対向する成形面１０Ａと第２の型１１２に対向する成形
面１０Ａには、それぞれ球面形状または非球面形状で構成された小レンズとしての複数の
凸部１０Ｂが並んで形成されている。
本実施形態で製造に適するレンズアレイ１０は（ｄ／ｆ）＜５又は（ｅ／ｆ）＜５であ
り、好ましくは、（ｄ／ｆ）＜２又は（ｅ／ｆ）＜２の条件を満たす成形面に対して厚み
が大きいものである。小レンズを形成するための凹部１１１Ａ，１１２Ａは、球面形状ま
たは非球面形状で構成されている。

図１に戻り、加熱制御装置１２０は、ケーシング１３１とチャンバ１３２との間に配置
され成形型１１３を加熱するヒータ１２１と、ヒータ１２１の加熱温度を制御する図示し
ない制御部とを備えている。加熱制御装置１２０には、例えばＰＩＤ制御などのフィード
バックシステムが組み込まれていることが望ましい。
ヒータ１２１はチャンバ１３２の周面を囲むように複数本配置された赤外線ランプから
構成されており、これらの赤外線ランプは成形型１１３の軸方向に沿って配置されている
。これらの赤外線ランプから赤外線がチャンバ１３２を透過して成形型１１３に照射され
、この赤外線によって成形型１１３が加熱される。
制御部はヒータ１２１から照射される赤外線の照射量を成形型１１３の軸方向に沿って
変更するものであり、具体的には、第２の型１１２の加熱温度を第１の型１１１の加熱温
度より高くするように制御する。なお、本実施形態では、予め下方に配置する赤外線ラン
プの電力を上方に位置する赤外線ランプの電力より大きく設定することで制御部を省略し
てもよい。

次に、レンズアレイ１０の製造方法について説明する。
まず、第１の型１１１と第２の型１１２とを型開きし、これらの間に硝材２０を投入す
る。この状態でチャンバ１３２の内部に窒素を導入しながら移動軸１３４により第１の型
１１１と第２の型１１２とを近づけた状態で加熱制御装置１２０を作動させて成形型１１
３の全体を加熱する。加熱開始から所定時間経過した後にプレス機構１３０を作動させて
第１の型１１１と第２の型１１２とを近接させる。
図５（Ａ）は第１の型１１１と第２の型１１２との加熱温度と時間との関係を示すグラ
フであり、図５（Ｂ）は第１の型１１１と第２の型１１２との間で硝材２０に加える圧力
と時間との関係を示すグラフである。

図５（Ａ）に示される通り、加熱開始直後は第１の型１１１と第２の型１１２とがほぼ
同一温度になるように加熱し、ある程度目標温度に近づいたところで、緩やかな加熱に切
り替えて第１の型と第２の型を所望温度とする。これにより、硝材２０の粘度は第１の型
１１１と接触する部位が第２の型１１２と接触する部位に比べて高くなる。
ここで、本実施形態では、第２の型１１２の温度がガラス粘度に変換して１０^yｄＰａ
・Ｓであり、第１の型１１１の温度がガラス粘度に換算して１０^zｄＰａ・Ｓである場合
、０．１≦（ｚ−ｙ）≦３．０であり、好ましくは、０．２≦（ｚ−ｙ）≦１．２であり
、最も好ましいのは、（ｚ−ｙ）＝０．６である。
表１は０．２≦（ｚ−ｙ）≦１．２の範囲内において第１の型１１１側におけるガラス
粘度１０ｚｄＰａ・Ｓと第２の型１１２側部位におけるガラス粘度１０ｙｄＰａ・Ｓとの
条件を種々変更して行った実験結果を示す。

表１において、「−」は範囲外であり、「○」は本実施形態により成形が可能となった
場合であり、「◎」は本実施形態により好ましい成形が行えた場合であり、「×」は硝材
２０の軟化点温度より高く成形できない場合である。なお、表１では表されていないが、
０．２≦（ｚ−ｙ）≦１．２の範囲外であっても、０．１≦（ｚ−ｙ）≦３の範囲内では
不都合なく成形が行えた。

以上の０．１≦（ｚ−ｙ）≦３．０に対応して、第１の型１１１の温度Ｔ１と第２の型
１１２の温度Ｔ２との実温度差は１℃以上５０℃以下である。実温度差が１℃未満である
と、硝材２０の一方の成形面側に所定の反発力を得ることができず、実温度差が５０℃を
超えると、硝材２０の両成形面におけるガラスの挙動が大きく異なるのでリヒートプレス
成形に適さない。

そして、この状態で所定時間ｔ１が経過した後、プレス機構１３０を作動させて第１の
型１１１を第２の型１１２に向けて近接させる。これにより、硝材２０は所定の圧力Ｐで
加圧される。
ここで、図２に示される通り、硝材２０は加熱に伴って膨張しており、その成形面２０
Ａが対向する第１の型１１１及び第２の型１１２に向けて変形する（矢印Ａ参照）。
そして、第１の型１１１に対して第２の型１１２が近接するとともに第１の型１１１が
固定軸１３３に当接することで、まず、第１の型１１１が硝材２０に接触し、その後、引
き続き第２の型１１２が第１の型１１１に対して近接することで第２の型１１２が硝材２
０に接触するが、この際、第１の型１１１近傍における硝材２０は、その変形方向Ａとプ
レスの方向Ｂとが同じ方向であるため、加熱により軟化された硝材２０は、第１の型１１
１に形成された複数の凹部１１１Ａに入り込み、凹部１１１Ａの形状が硝材２０の成形面
２０Ａに転写成形される。これに対して、第２の型１１２近傍における硝材２０は、その
変形方向Ａとプレスの方向Ｂとが逆方向であるため初期段階での転写は困難である。しか
し、硝材２０の第１の型１１１側の部位は第２の型１１２側の部位に比べて形状転写がで
きているため、第１の型１１１と硝材２０の接触面積は第２の型１１２と硝材２０の接触
面積と比べて格段に大きい。しかも硝材２０の第１の型１１１と接触する部位の粘度が第
２の型と接触する部位の粘度に比べて高いため、第１の型１１１側の部位における反発力
が第２の型１１２側の部位における反発力に比べて大きくなり、第１の型１１１側から伝
達されるその反発力により、第２の型１１２に形成された複数の凹部１１２Ａの形状が、
硝材２０の成形面２０Ａに転写成形される。

この加圧状態を所定時間ｔ２だけ維持したら加熱制御装置１２０での加熱を停止する。
これにより、第１の型１１１と第２の型１１２との温度が低下することになる。
硝材２０の加圧はｔ２より長い時間ｔｐの間行われ、時間ｔｐが経過したらプレス機構
１３０を作動させて第１の型１１１と第２の型１１２とを離隔させる。
加熱制御装置１２０での加熱が終了したら、チャンバ１３２の内部に導入する窒素の量
を多くし、冷却を加速させる。チャンバ１３２の内部が室温近傍まで冷却されたら、第１
の型１１１と第２の型１１２との間に配置され硝材２０から成形されたレンズアレイ１０
を取り出す。

従って、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）固定軸１３３で移動が規制される第１の型１１１と移動軸１３４に連結固定され第
１の型１１１に対して進退する第２の型１１２との間に硝材２０を配置しこれらの第１の
型１１１と第２の型１１２とを加熱制御装置１２０で加熱し第１の型１１１に対して第２
の型１１２を近接させて両成形面２０Ａが略同一となる成形品をプレス成形するにあたり
、硝材２０の第１の型１１１と接触する部位の粘度を第２の型１１２と接触する部位の粘
度に比べて高くした。そのため、第１の型１１１近傍における硝材２０は、その変形方向
Ａとプレスの方向Ｂとが逆方向であるため、従来では形状転写を十分に行えなかったが、
本実施形態では、硝材２０の第１の型１１１側の部位が第２の型１１２側の部位に比べて
粘度が高く、所定の反発力が生じるので、この反発力を用いて、第１の型１１１側での形
状転写を確実に行うことができる。

（２）硝材２０に粘度差を付与するために第２の型１１２の加熱温度を第１の型１１１の
加熱温度より高くした。硝材２０の加熱温度と粘度とは反比例するので、硝材２０の温度
差を第１の型１１１側と第２の型１１２側とで設けることで、硝材２０の粘度調整を容易
に行うことができる。そのため、前述の効果を簡易な手段で達成することができる。

（３）硝材２０は軟化点温度に対応した粘度より第１の型１１１側部位の粘度と第２の型
１１２側部位の粘度とがそれぞれ低い構成である。そのため、硝材２０の粘度が下がり過
ぎてしまい、十分な反発力を得ることができないという不都合を回避することができる。

（４）第２の型１１２の温度がガラス粘度に変換して１０ｙｄＰａ・Ｓ、第１の型１１１
の温度がガラス粘度に換算して１０ｚｄＰａ・Ｓである場合、（ｚ−ｙ）を０．１以上３
．０以下としたから、硝材２０の必要な反発力を得ることができるとともに、硝材２０の
両面におけるガラスの挙動が大きくならないので、適正なプレス成形を行うことができる
。

（５）第１の型１１１と第２の型１１２との実温度差が１℃以上５０℃以下であるから、
前述と同様に、硝材２０の所定の反発力を得ることができるとともに、硝材２０の両面に
おけるガラスの挙動を小さくすることで適正なプレス成形を行うことができる。

（６）成形品であるレンズアレイ１０はプレス成形により型から形状転写される面が２面
ある。第１の型１１１と第２の型１１２からそれぞれ互いに対向する成形面に形状転写さ
れることで、光軸と直交する平面を中心として対称的な形状のレンズアレイ１０を容易に
製造することができる。

（７）製造装置１００を、固定軸１３３で移動が規制される第１の型１１１に対して移動
軸１３４で第２の型１１２を近接してレンズアレイ１０をプレス成形するプレス装置１１
０と、第１の型１１１と第２の型１１２とを加熱するとともに第２の型１１２の加熱温度
を第１の型１１１の加熱温度より高くする加熱制御装置１２０とを備えて構成した。その
ため、前述の効果を達成できる製造装置を提供することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
硝材２０として、寸法ａ及び寸法ｂをそれぞれ２５ｍｍ、寸法ｃを３２ｍｍとする白板
ガラスを用いた。
この硝材２０を前記実施形態と同様の第１の型１１１と第２の型１１２との間に配置し
、その後、図５で示される手順で硝材２０のプレス成形を行った。
実施例１では、温度Ｔ１は第１の型１１１がガラス粘度に変換して１０^zｄＰａ・Ｓ（
ｚ＝１０．９）となった温度であり、温度Ｔ２は第２の型１１２がガラス粘度に変換して
１０^yｄＰａ・Ｓ（ｙ＝１０．３）となった温度である。ここで、（ｚ−ｙ）は０．６で
ある。
図６はガラスの温度と粘度特性との関係を示したグラフであり、図７は図６の温度５８
０℃〜６２０℃の範囲を拡大して示したグラフの一例である。これらの図からガラスの温
度と粘度特性とが対応していることが明らかである。

時間ｔ１は２５０秒、時間ｔ２は４００秒、プレス圧Ｐは８ｋＮ（＝８１５ｋｇｆ）、
プレス時間ｔｐは５００秒である。なお、加圧開始後時間ｔ２が経過したら加熱制御装置
１２０による保温を終了し、成形型１１３の温度を降下させる。加圧終了時点での硝材２
０の温度はガラス粘度に換算して１０^13.0ｄＰａ・Ｓであり、その後、チャンバ１３２の
内部に導入する窒素の量を多くして冷却を加速する。チャンバ１３２の内部が室温近傍ま
で冷却されたら、第１の型１１１と第２の型１１２との間から成形されたレンズアレイ１
０を取り出す。
このレンズアレイ１０は上下の成形面１０Ａにレンズ形状が転写されており、第１の型
１１１及び第２の型１１２からの転写精度はＰ−Ｖで０．１μｍ以下であり、プレス後の
寸法精度も所定の公差以内であって、所望の特性が得られた。

（実施例２）
硝材２０として、寸法ａ及び寸法ｂをそれぞれ２５ｍｍ、寸法ｃを２２ｍｍとする白板
ガラスを用いた。
この硝材２０を前記実施形態と同様の第１の型１１１と第２の型１１２との間に配置し
、その後、図５で示される手順で硝材２０のプレス成形を行った。
実施例２では、温度Ｔ１は第１の型１１１がガラス粘度に変換して１０^zｄＰａ・Ｓ（
ｚ＝１１．１）となった温度であり、温度Ｔ２は第２の型１１２がガラス粘度に変換して
１０^yｄＰａ・Ｓ（ｙ＝１０．５）となった温度である。ここで、（ｚ−ｙ）は０．６で
ある。

時間ｔ１は２５０秒、時間ｔ２は３００秒、プレス圧Ｐは６ｋＮ（＝６１１ｋｇｆ）、
プレス時間ｔｐは４００秒である。実施例２では実施例１と同様に加圧開始後時間ｔ２が
経過したら加熱制御装置１２０による保温を終了し、成形型１１３の温度を降下させる。
加圧終了の後、チャンバ１３２の内部に導入する窒素の量を多くして冷却を加速する。チ
ャンバ１３２の内部が室温近傍まで冷却されたら、第１の型１１１と第２の型１１２との
間から成形されたレンズアレイ１０を取り出す。
このレンズアレイ１０は上下の成形面１０Ａにレンズ形状が転写されており、第１の型
１１１及び第２の型１１２からの転写精度はＰ−Ｖで０．１μｍ以下であり、プレス後の
寸法精度も所定の公差以内であって、所望の特性が得られた。

（結果及び考察）
以上より、第１の型１１１と第２の型１１２とで所定の温度差を設けることで、レンズ
アレイ１０の両成形面１０Ａに複数の小レンズ形状が転写され、その転写精度が高いもの
であることがわかった。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる
範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、光学素子をレンズアレイとして説明したが、本発明はレン
ズアレイ以外のレンズにも適用することができ、レンズ以外にもプリズムでも適用するこ
とができる。そして、これらの光学素子の両側の成形面に球面形状又は非球面形状を有す
るものとすることができる。

また、前記実施形態において、成形型１１３は、第１の型１１１及び第２の型１１２と
、これらの第１の型１１１および第２の型１１２を包囲する胴型１１４とを有する場合で
説明したが、成形型１１３に代えて、以下に示す成形型２００を用いてもよい。
図８は、成形型２００の概略構造を示す断面図である。

図８において、成形型２００は、互いに対向する上フレーム２１０及び下フレーム２２
０を有する。
上フレーム２１０は、レンズアレイ１０（図４参照）の複数の小レンズを成形するため
の複数の凹部２１１Ａが形成された第１の型としての上型２１１と、上型２１１を包囲し
プレスによって変形させられる硝材２０の周囲を規定する上胴型２１２を備え、上型２１
１と上胴型２１２は、何れも固定側取付板２１３に取り付けられている。

下フレーム２２０は、上フレーム２１０と同様に、レンズアレイ１０の複数の小レンズ
を成形するための複数の凹部２２１Ａが形成された第２の型としての下型２２１と、下型
２２１を包囲する下胴型２２２を備え、下型２２１と下胴型２２２は、何れも可動側取付
板２２３に取り付けられている。これらの型および取付板は、それぞれ所定の材料、例え
ば、超硬、窒化炭素、炭化珪素等の高強度高耐熱性材料からなる。
このように構成された成形型２００は、製造装置１００のチャンバ１３２内のプレート
１３５とテーブル１３６間に配設される。
なお、図８に示す成形型２００は、下フレーム２２０が移動されて、硝材２０が上フレ
ーム２１０の上型２１１に接触した状態を示す。

成形型２００が製造装置１００に配設された態様の概略図を図９に示す。
なお、図９に示す製造装置１００は、上記の実施形態における成形型１１３に代えて成
形型２００を配設したことを除いては同様の基本構成を有し、図１との対応部分には同一
の符号を付し、その詳細説明は省略する。また、各構成要素の動作についても同様であり
、その説明も省略する。

図９において、上フレーム２１０は、固定軸１３３の下部に連結固定されたプレート１
３５に、固定側取付板２１３をプレート１３５側にして取り付けられる。一方、下フレー
ム２２０は、移動軸１３４の上端部に連結固定されたテーブル１３６に、可動側取付板２
２３をテーブル１３６側にして取り付けられる。

そして、互いに離間した上フレーム２１０と下フレーム２２０との間に、硝材２０を投
入し、下型２２１上に載置される。そして、製造装置１００を稼動して硝材２０がプレス
成形され、レンズアレイ１０が得られる。なお、成形型２００を用いた場合の製造方法（
手順及び各種設定条件）は、前記の実施例１と同様であり、その説明は省略する。

そして、成形型２００が配設された製造装置１００を用いて、硝材２０として、寸法ａ
を２０．８ｍｍ、寸法ｂを２７．８ｍｍ、寸法ｃを１９．９ｍｍとする白板ガラスのプレ
ス成形を行った。
成形されたレンズアレイ１０は、上下の成形面１０Ａにレンズ形状が転写されており、
上型２１１及び下型２２１からの転写精度は、Ｐ−Ｖで０．１μｍ以下であり、プレス後
の寸法精度も所定の公差以内であって、所望の特性が得られた。

さらに、本発明では、上側に配置された第１の型１１１を固定型とし、下側に配置され
た第２の型１１２を移動型としたが、本発明では、固定型と移動型とを上下逆にするもの
でもよく、さらに、第１の型１１１と第２の型１１２との双方を移動可能にするものでも
よい。さらに、第１の型１１１と第２の型１１２とを水平方向に並べて配置する構成であ
ってもよい。これらの型配置については、成形型２００においても同様に適用することが
できる。

また、本発明を実施するための最良の方法などは、以上の記載で開示されているが、本
発明は、これに限定されるものではない。つまり、本発明は、主に特定の実施形態に関し
て説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述
べた実施形態に対し、使用する材料、温度、処理時間、その他の詳細な事項において、当
業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した材料、温度、処理時間などを限定した記載は、本発明の理解を
容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、そ
れらの材料、温度、処理時間などの限定の一部もしくは全部の限定を外した記載は、本発
明に含まれるものである。

本発明は、成形品、例えば、レンズアレイ、その他の光学素子の製造に利用することが
できる。

本発明の一実施形態にかかる製造装置の全体を示す概略図。成形型の具体的な構造を示す断面図。硝材を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図。レンズアレイを示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図。（Ａ）は第１の型と第２の型との加熱温度と時間との関係を示すグラフ、（Ｂ）は第１の型と第２の型との間で硝材に加える圧力と時間との関係を示すグラフ。ガラスの温度と粘度特性との関係を示したグラフ。図６の一部の範囲を拡大して示したグラフ。別の成形型の概略構造を示す断面図。別の成形型が製造装置に配設された態様を示す概略図。

符号の説明

１０…レンズアレイ（光学素子）、１０Ａ…成形面、２０…硝材、１００…製造装置、
１１０…プレス装置、１１１…第１の型、１１２…第２の型、１１３，２００…成形型、
１２０…加熱制御装置、１２１…ヒータ（遠赤外線ランプ）、１３０…プレス機構、１３
３…固定軸、１３４…移動軸、２１０…上フレーム、２１１…第１の型としての上型、２
２０…下フレーム、２２１…第２の型としての下型。

Claims

固定軸で移動が規制される第１の型と移動軸に固定され前記第１の型に対して進退する
第２の型との間に硝材を配置しこれらの第１の型と第２の型とを加熱し前記第１の型に対
して前記第２の型を近接させて前記第１の型側の面と前記第２の型側の面とが略同一の成
形品をプレス成形する光学素子の製造方法であって、
前記硝材の粘度を、前記硝材の前記第１の型と接触する部位を前記第２の型と接触する
部位に比べて高くすることを特徴とする光学素子の製造方法。
第１の型と第２の型との間に硝材を配置しこれらの第１の型と第２の型とを加熱し前記
第１の型と前記第２の型とを相対的に移動させて前記第１の型側の面と前記第２の型側の
面とが略同一の成形品をプレス成形する光学素子の製造方法であって、
前記硝材の粘度を、前記第１の型及び前記第２の型のうち前記硝材に始めに接触する第
１の型側の部位を後で接触する第２の型側の部位に比べて高くすることを特徴とする光学
素子の製造方法。
請求項１又は請求項２に記載された光学素子の製造方法において、
前記硝材に粘度差を付与するために前記第２の型の加熱温度を前記第１の型の加熱温度
より高くすることを特徴とする光学素子の製造方法。
請求項３に記載された光学素子の製造方法において、
前記硝材は軟化点温度に対応した粘度より前記第１の型側部位の粘度と前記第２の型側
部位の粘度とがそれぞれ低いことを特徴とする光学素子の製造方法。
請求項１から請求項４のいずれかに記載された光学素子の製造方法において、
前記第２の型の温度がガラス粘度に変換して１０^yｄＰａ・Ｓ、前記第１の型の温度が
ガラス粘度に換算して１０^zｄＰａ・Ｓである場合、
０．１≦（ｚ−ｙ）≦３．０である
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
請求項３から請求項５のいずれかに記載された光学素子の製造方法において、
前記第１の型と前記第２の型との実温度差が１℃以上５０℃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１から請求項６のいずれかに記載された光学素子の製造方法で製造されたことを
特徴とする光学素子。
請求項７に記載された光学素子において、
前記プレス成形により型から形状転写される面が少なくとも２面あることを特徴とする
光学素子。
請求項７又は請求項８に記載された光学素子において、
前記成形品はレンズアレイであることを特徴とする光学素子。
請求項７から請求項９のいずれかに記載された光学素子において、
前記第１の型と前記第２の型との間で形成される成形面に球面形状又は非球面形状を有
することを特徴とする光学素子。
固定軸で移動が規制される第１の型と移動軸に固定され前記第１の型に対して進退する
第２の型との間に硝材を配置し前記第１の型に対して前記第２の型を近接させて前記第１
の型側の面と前記第２の型側の面とが略同一の成形品をプレス成形するプレス装置と、前
記第１の型と前記第２の型とを加熱するとともに前記第２の型の加熱温度を前記第１の型
の加熱温度より高くする加熱制御装置とを備えたことを特徴とする光学素子の製造装置。