JP2008150248A - 光学素子の製造方法及び外観不良発生予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の製造方法及び外観不良発生予測方法において、外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にする。
【解決手段】プレス成形用素材を加熱軟化させ、この加熱軟化したプレス成形用素材をプレス成形することにより光学素子を製造する光学素子の製造方法において、上記プレス成形による上記プレス成形用素材の変形流動を予測する変形流動予測工程（Ｓ２）と、この変形流動の予測結果及び上記プレス成形用素材の表面の欠陥を基に、上記プレス成形用素材の上記プレス成形への使用可否を選別する素材選別工程とを含むようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子の製造方法及び外観不良発生予測方法に関する。

近年、光学機器の小型化及び軽量化に伴い、非球面レンズ、レンズ機能を有するプリズム、ミラー等の複雑な表面形状を有する光学素子が多く用いられている。これらの複雑な表面形状を有する光学素子は、研磨加工で製造することが容易ではなく、加熱軟化したプレス成形用素材を成形型によってプレス成形する製造方法が広く用いられている。なお、このプレス成形による光学素子の製造方法は、製造の容易さ等の理由から、複雑な表面形状を有さない光学素子にも用いられている。

上記のプレス成形用素材としては、予め研磨加工等により表面を鏡面状に加工した素材が使用される。プレス成形用素材を鏡面状に加工するのは、プレス成形前のプレス成形用素材の表面に粗さの大きなキズ、ボツ（凹み）等の凹凸、即ち欠陥が存在すると、プレス成形後の光学素子にもその欠陥の影響が外観不良として残り、光学素子としての機能に支障を来すためである。

以上の理由から、プレス成形用素材としては、表面に凹凸の一切ない状態が望まれるが、鏡面状に加工したプレス成形用素材においても、表面に上記の凹凸が存在することもある。例えば、鏡面への加工の一つとして研磨加工が挙げられるが、研磨前の材料に元々大きなボツがあり、研磨による除去加工後もそのボツが残ったり、加工後の加工治具からのプレス成形用素材（光学素子）の取り外し時或いは検査、搬送、洗浄等の後工程時にキズがつくこともある。

また、プレス成形用素材に凹凸をなくすために、プレス成形用素材自体をプレス成形で製造することもあるが、この場合にも、プレス成形前のボツの影響で凹凸が残ったり、プレス成形時に成形型に付着した異物等が原因で、プレス成形した成形品表面にクレータ状の凹み、異物の転写等の凹凸が発生することがある。

以上説明したように、プレス成形用素材に凹凸（欠陥）があると、プレス成形後にもその影響が残り、光学素子としての外観不良に繋がることがある。このため、通常はプレス成形用素材を鏡面加工した後に外観の検査工程を入れ、表面に欠陥のある素材を成形に使用しないように選別している。

一方で、プレス成形用素材の表面の欠陥は、その場所や大きさによっては、プレス成形後に素材の表面の欠陥が光学素子の光学機能面より外側に転写されたり、ガラスの変形流動時に凹みが消滅したりして、外観不良とならないこともある。このため、プレス成形前のプレス成形用素材選別を必須とせず、成形後において選別或いは修正加工を施す技術が知られている。

例えば特許文献１には、成形後にキズ、ボツ等の外観不良を判定しやすくするように、予め光学素子の形状として、光学機能面とそれ以外の面が容易に判別できる形状としておき、光学機能面にキズ、ボツ等が残る成形品を不良として選別する手法が開示されている。

また、例えば特許文献２には、成形後の光学素子表面を物理的或いは化学的に処理して、キズ、ボツ等の外観不良を除去する手法が開示されている。
特開２００３−３２２７０７号公報 特開平６−８０４４３号公報

ところで、光学素子のプレス成形に使用するプレス成形用素材としては、上述のとおり、表面に凹凸等の表面の欠陥を一切有さない状態が望まれるため、通常はプレス成形前にプレス成形用素材の外観検査を行い、表面に欠陥のある素材を選別するが、表面の欠陥の場所や大きさによっては成形後、外観不良とならない場合もあり得るのに、表面に欠陥のある全てのプレス成形用素材を選別することは、無駄なコスト上昇に繋がることになる。

また、上記特許文献１記載のように、成形後に外観不良を選別する方法は、生産能率の低下、コスト上昇に繋がり、望ましくない。
また、特許文献２記載のように、成形した光学素子の表面の欠陥を物理的或いは化学的に除去する方法も、後工程の加工によりコスト上昇に繋がり望ましくない。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にする光学素子の製造方法及び外観不良発生予測方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、プレス成形用素材を加熱軟化させ、この加熱軟化したプレス成形用素材をプレス成形することにより光学素子を製造する光学素子の製造方法において、上記プレス成形による上記プレス成形用素材の変形流動を予測する変形流動予測工程と、この変形流動の予測結果及び上記プレス成形用素材の表面の欠陥を基に、上記プレス成形用素材の上記プレス成形への使用可否を選別する素材選別工程とを含むようにする。

また、上記光学素子の表面の欠陥に対する光学素子外観規格を作成する光学素子外観規格作成工程と、上記光学素子外観規格、及び、上記変形流動の予測結果、から、上記プレス成形用素材の表面の欠陥に対する素材外観規格を作成する素材外観規格作成工程と、上記プレス成形用素材の表面の欠陥を検査する素材外観検査工程とを更に含み、上記素材選別工程は、上記素材外観規格、及び、上記素材外観検査工程による検査結果、から、上記プレス成形用素材の上記プレス成形への使用可否を選別するようにするとよい。

また、上記光学素子外観規格は、上記光学素子の表面を欠陥の存在が許容できる領域と許容できない領域とに分割した規格であり、上記素材外観規格は、上記光学素子外観規格及び上記変形流動の予測結果を基に、上記プレス成形用素材の表面を上記欠陥の存在が許容できる領域と許容できない領域とに分割した規格であり、上記素材外観検査工程は、上記プレス成形用素材の表面の欠陥の有無及びこの欠陥の位置を検査し、上記素材選別工程は、上記素材外観検査工程で確認された全ての上記欠陥の位置が、上記素材外観規格に照らして、上記許容できる領域に位置する場合に上記プレス成形用素材を上記プレス成形に使用可能と判定し、少なくとも１つの上記欠陥が上記許容できない領域に位置する場合に上記プレス成形用素材を上記プレス成形に使用不可能と判定するようにするとよい。

また、上記光学素子外観規格は、上記光学素子の表面を上記欠陥の大きさの許容水準の異なる複数の領域に分割した規格であり、上記素材外観規格は、上記光学素子外観規格及び上記変形流動の予測結果から、上記プレス成形用素材の表面を上記欠陥の大きさの許容水準の異なる複数の領域に分割した規格であり、上記素材外観検査工程は、上記プレス成形用素材の表面の欠陥の有無、位置及び大きさを検査する工程であり、上記素材選別工程は、上記プレス成形用素材の表面に欠陥がある場合には、上記外観検査工程で検査した欠陥の位置及び大きさを上記素材外観規格に照らして、全ての上記欠陥が許容可能である場合に上記プレス成形用素材を上記プレス成形に使用可能と判定し、少なくとも１つの上記欠陥が許容不可能である場合に上記プレス成形用素材を上記プレス成形に使用不可能と判定するようにしてもよい。

また、上記素材選別工程により上記プレス成形への使用不可能と判定された上記プレス成形用素材を、全ての上記欠陥が、許容される領域に位置するように、姿勢変更させる素材姿勢変更工程を更に含むようにするとよい。

また、上記素材選別工程により上記プレス成形への使用不可能と判定された上記プレス成形用素材を、全ての上記欠陥が、許容される領域に位置するように、成形条件を変更する成形条件変更工程を更に含むようにするとよい。

また、上記変形流動予測工程は、プレス成形シミュレーションにより上記変形流動を予測するようにするとよい。
上記課題を解決するために、本発明の光学素子の外観不良発生予測方法は、プレス成形用素材を加熱軟化させ、この加熱軟化したプレス成形用素材をプレス成形することにより製造される光学素子の外観不良発生予測方法であって、上記プレス成形による上記プレス成形用素材の変形流動を予測する変形流動予測工程を含むようにする。

また、上記変形流動予測工程は、上記プレス成形用素材の表面の欠陥を反映させずに離散値化した解析モデルを作成し、プレス成形シミュレーションを行うシミュレーション工程と、上記離散値化した解析モデルのプレス成形後の要素の歪み量を計算する歪み量計算工程と、上記計算された歪み量の値から、上記プレス成形用素材の表面の欠陥が残存するか消滅するかを判定する判定工程とを有するようにするとよい。

また、上記判定工程は、上記欠陥の幅をＷ、深さをＨとしたときに、（２Ｈ−Ｗ）／Ｗの値が上記歪み量と同一又はこの歪み量よりも小さいときに上記欠陥がプレス成形により消滅すると判定し、上記値が上記歪み量よりも大きいときに上記欠陥が残存すると判定するようにするとよい。

本発明では、プレス成形によるプレス成形用素材の変形流動を予測しているため、プレス成形後に外観不良となる光学素子の無駄な製造を、物理的或いは化学的な処理を施さずに回避することができる。よって、本発明によれば、外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る光学素子の製造方法及び外観不良発生予測方法について、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法を示すフローチャートである。

また、図２Ａは上記光学素子を示す斜視図であり、図２Ｂは上記光学素子の３つの面を示す説明図である。
まず、光学素子外観規格作成工程として、図２Ａ及び図２Ｂに示す光学素子としての三角柱状のプリズム１の表面を、キズ、ボツ等の欠陥の許容できる領域と許容できない領域とに分割した外観規格を作成する（Ｓ１）。

プリズム１の表面は、第１の面２、第２の面３、第３の面４、端面５及びこの端面５の裏側に位置する図示しない端面からなり、本実施形態の光学素子外観規格は、第１の面２、第２の面３及び第３の面４のそれぞれの光学機能面２ａ，３ａ，４ａを欠陥の許容できない領域（点描部）とし、その他の表面（点描部の周囲の空白部）を欠陥の許容できる領域として設定する。なお、第２の面３の光学機能面３ａは、第２の面３に形成された凹部３ｂ中に位置している。上記光学素子外観規格の設定は、例えば後述するコンピュータ２０の入力部２３から行うことが可能である。

図３Ａ及び図３Ｂは、上記光学素子へと成形されるプレス成形用素材の成形状態を示す断面図であり、図３Ａは成形後にプリズム１の端面５となる側から、図３Ｂは成形後にプリズム１の第２の面３となる側から見た断面図である。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、プレス成形用素材としてのガラス素材６は、例えば研磨加工により鏡面状に加工された円柱形状を呈し、下型７と、図示しない駆動手段により昇降可能な上型８との間で成形される。下型７及び上型８の外周には、それぞれ筒形状の下側面型９、上側面型１０が配置されている。

下型７には、プリズム１の第２の面３を形成するための成形面７ａと、この成形面７ａに直交し第３の面４を形成するための成形面７ｃとが形成されている。また、第２の面３を形成するための成形面７ａには、第２の面３の凹部３ｂを形成する凸部７ｂが形成されている。これら下型７の成形面７ａ，７ｃに加え、上型８の成形面８ａにより、ガラス素材６に面形状を転写している。なお、下側面型９は、図３Ｂに示すように、ガラス素材６の両端面に当接している。

下型７と上型８との間に供給されたガラス素材６は、図示しない駆動手段により下降する上型８に当接した状態で、図示しない成形室に配置されたヒータにより加熱されると共に、同様に上記ヒータにより加熱された下型７及び上型８からの熱伝導によって加熱される。なお、下型７及び上型８のそれぞれが同一の温度で且つガラス素材６を成形可能な温度に加熱される位置に上記ヒータを配置することにより、ガラス素材６が均等に加熱される。

ガラス素材６の加熱が終了した後、上記駆動手段により上型８を下降させ、ガラス素材６を、図４（図３Ａと同方向から見た図）に示すガラス素材６´のように三角柱状にプレス成形する。そして、ガラス素材６´を所望の形状にプレス成形した後、上記ヒータをオフにし、図示しない成形型冷却手段により下型７及び上型８を冷却する。成形されたガラス素材６´が取出し可能な温度となったところで、図示しない駆動手段により上型８を上昇させて、成形されたガラス素材６´を取出す。このガラス素材６´の各稜線部への研削等の仕上げ加工を施してプリズム１が完成する。なお、加熱・加圧・冷却の工程毎に型７，８ごとガラス素材６を移動させてガラス素材６´を成形する循環型の製造装置を用いてもよい。

そして、変形流動予測工程として、以上のように三角柱状のプリズム１へと成形される円柱状のガラス素材６の各部が、プレス成形によりプリズム１のどの領域に変形流動するか、変形流動の挙動を予測する（Ｓ２）。

変形流動予測方法の１つとして、プレス成形シミュレーションが挙げられる。このプレス成形シミュレーションは、後述するコンピュータ２０等により、下型７及び上型８の成形面７ａ，７ｃ，８ａ並びにガラス素材６の形状、を離散値化した解析用のモデル形状を作成する。そして、材料物性としてのヤング率や境界条件を設定すると共に、プレス成形終了までの過程をシミュレーション上で表現するための温度条件及び荷重条件を設定する。なお、材料物性としては、例えば粘度、粘弾性、線膨張率、ポアソン比、比熱、熱伝導率等の他の物性を採用することも可能である。また、温度条件としては、加熱からプレス成形終了に至るまで下型７、上型８及びガラス素材６の温度が一様であると設定すると容易である。

そして、上記荷重条件の設定に沿って上型８が下降してガラス素材６を変形させる際の変形流動の挙動を有限要素法により解析する。この解析によりガラス素材６の荷重に起因する変位、歪み、応力等が求まり、三角柱状のプリズム１へと変形する際のガラス素材６の各部の変形流動の挙動が求まる。

ここで、他の変形流動予測方法として、予めガラス素材６の表面に目印となる凹みやペイントを設け、ガラス素材６を成形して成形前後の目印の位置から実験的に変形流動を予測する方法を用いることも可能である。この場合、ガラス素材６の表面には、成形後のプリズム１の光学機能面２ａ，３ａ，４ａの内側に転写する領域と外側に転写する領域とを区別できるように、多数の目印を設けるか或いは目印の位置を変えた複数の素材で実験する必要がある。

次に、素材外観規格作成工程として、上述の変形流動予測工程（Ｓ２）により予測された変形流動予測結果と上記光学素子外観規格とから、ガラス素材６の表面の欠陥に対する規格、即ちガラス素材６の表面を欠陥の存在が許容できる領域と許容できない領域とに分割した規格を作成する（Ｓ３）。

この素材外観規格による領域の分割は、図５（光学素子外観規格及び素材外観規格を説明するための説明図）に示すように、モニタ等に３次元画像として表示してもよい。本実施形態では、同図に示すように、上記欠陥の許容できない領域は、成形後のプリズム１の光学機能面２ａ，３ａに対応する領域６ａ，６ｂ及び光学機能面４ａに対応する図示しない領域であり、上記欠陥の許容できる領域は、プリズム１の光学機能面２ａ，３ａ，４ａを除くその他の表面に対応する領域６ｃである。

そして、素材外観検査工程として、ガラス素材６の外観を検査する（Ｓ４）。この外観検査は、ガラス素材６の表面の欠陥の有無を検査し、欠陥が存在する場合にはその位置を検査するようにするとよい。検査のタイミングとしては、例えば、図示しない成形室内に搬入される前のガラス素材６を、下型７に載置される際の向き及び姿勢を考慮して検査する。この際、欠陥の有無及び位置は、人が目視で行ってもよく、撮像装置にて素材表面の画像を取り込み、後述するコンピュータ２０等による画像処理にて行ってもよい。

ここで、目視により検査する場合も画像処理にて検査する場合にも、例えば、ガラス素材６の表面に光を照射し、その光の輝点の有無或いは光量（光量に応じた色合い等）により欠陥を見つけると検査が容易になる。なお、ガラス素材６の外観を検査するタイミングとしては、ガラス素材６を下型７に載置した後に、即ちガラス素材６を実際の向き及び姿勢に配置した後でもよい。

次に、素材選別工程として、ガラス素材６がプレス成形可能か否かを選別する（Ｓ５）。この選別では、上記検査の結果、ガラス素材６の表面に欠陥が存在しない場合には、そのままプレス成形（Ｓ１０）をすることができると判断する。また、欠陥が存在する場合には、全ての欠陥の位置を図５に示す素材外観規格に照らして、欠陥の許容できる領域６ｃに全てが位置する場合にはプレス成形可能と判定し、許容できない領域６ａ，６ｂに１つの欠陥でも位置する場合には使用不可能と判定する。

プレス成形に使用可能と判定されたガラス素材６は、そのままプレス成形（Ｓ１０）に使用する。一方、使用不可能と判定されたガラス素材６に関しては、ガラス素材６の欠陥の位置によっては、下型７上でのガラス素材６の姿勢を変更することでプレス成形（Ｓ１０）への使用が可能となる場合がある。

そこで、ガラス素材６の姿勢変更によって、許容できる領域６ｃに欠陥が移動するか否かを判定する（Ｓ６）。全ての欠陥が、姿勢変更により許容できる領域６ｃに移動する場合には、ガラス素材６の長手方向軸を基準に回転させてガラス素材６の姿勢を変更する（Ｓ７）。この姿勢変更は、ガラス素材６が既に下型７上に載置されている場合には図示しない姿勢変更手段により姿勢を変更すればよく、成形室投入前の場合には搬入前のガラス素材６の姿勢を変更するか或いは成形室投入時に姿勢変更しながら下型７に載置すればよい。そして、姿勢を変更した状態でプレス成形（Ｓ１０）に使用する。

また、全ての欠陥を欠陥の許容できる領域６ｃに移動させることができないと判定した場合には、ガラス素材６の成形条件の変更によって、欠陥がプリズム１の光学機能面２ａ，３ａ，４ａ（プリズム１の欠陥が許容できない領域）を除く表面（プリズム１の欠陥が許容できる領域）６ｃに移動するか否か判定する（Ｓ８）。具体的には、プレス成形時の上下型７，８の加熱温度、駆動速度、駆動荷重等の成形条件を変更させて、ガラス素材６がプレス成形時の変形流動する際の挙動を変化させる。これにより、ガラス素材６の欠陥の許容できない領域６ａ，６ｂが変化するため、上記の変形流動予測（Ｓ２）を再度行って条件に応じたガラス素材６の欠陥を許容できる領域及び欠陥を許容できない領域を導き出す。

成形条件の変更により、ガラス素材６の全ての欠陥が、許容できる領域に位置するようになると判定された場合には、成形条件を変更し（Ｓ９）、ガラス素材６をプレス成形（Ｓ１０）に使用する。なお、成形条件の変更によってプレス成形に使用できるか否かの判定（Ｓ８）は、極端に成形条件を変更するとプリズム１の光学性能に支障を来すおそれがあるため、光学性能を維持できる範囲内で成形条件を変更するとよい。また、この判定（Ｓ８）は、ガラス素材６の姿勢変更によってプレス成形に使用できるか否かの判定（Ｓ６）より先に行っても、或いは、一方の判定のみを用いても、ガラス素材６の有効利用という観点では効果的である。

なお、上述の処理の一部又は全部（例えば変形流動予測Ｓ２、素材外観検査Ｓ４の撮像処理等）は、ごく標準的な構成を有するコンピュータ２０に行わせることが可能である。このコンピュータ２０は、図６に示すように、例えば、制御プログラムを実行することで各構成要素を制御するＣＰＵ２１と、ＲＯＭやＲＡＭ及び磁気記憶装置などからなり、ＣＰＵ２１に各構成要素を制御させる制御プログラムの記憶やＣＰＵ２１が制御プログラムを実行する際のワークエリアあるいは各種データの記憶領域として使用される記憶部２２と、ユーザによる操作に対応する各種のデータが取得される入力部２３と、ディスプレイなどに各種のデータを提示してユーザに通知する出力部２４と、他の機器とのデータ授受のためのインタフェース機能を提供するＩ／Ｆ部２５とを備えている。

ここで、上述の処理をコンピュータ２０に行わせるには、例えば、図１に示した手順の処理の一部又は全部をコンピュータ２０に行わせる制御プログラムを作成してコンピュータ２０で読み取り可能な記録媒体に記録させておき、その制御プログラムを記録媒体からコンピュータ２０に読み出させて実行させればよい。

なお、記録させた制御プログラムをコンピュータ２０で読み取ることの可能な記録媒体としては、例えば、コンピュータに内蔵若しくは外付けの付属装置として備えられるＲＡＭ若しくはＲＯＭ又はハードディスク装置などのメモリ、あるいはＦＤ（フレキシブルディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなどといった可搬型記録媒体等が利用できる。

また、記録媒体は回線を介してコンピュータ２０と接続される、プログラムサーバとして機能するコンピュータが備えている記憶装置であってもよい。この場合には、制御プログラムを表現するデータ信号で搬送波を変調して得られる伝送信号を、プログラムサーバから伝送媒体である回線を通じて伝送するようにし、コンピュータ２０では受信した伝送信号を復調して制御プログラムを再生することで上述の処理を実行できるようになる。

以上説明した本実施形態では、プレス成形によるガラス素材６の変形流動を予測する変形流動予測工程を含んでいるため（Ｓ２）、プレス成形後に外観不良となるプリズム１（光学素子）の無駄な製造を、物理的或いは化学的な処理を施さずに回避することができる。よって、本実施形態によれば、外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

また、本実施形態では、光学素子外観規格作成工程（Ｓ１）と、素材外観規格作成工程（Ｓ３）と、素材外観検査工程（Ｓ４）とを含み、素材選別工程（Ｓ５）において、素材外観規格、及び、素材外観検査工程による検査結果、から、ガラス素材６のプレス成形（Ｓ１０）への使用可否を選別している。そのため、外観不良となる光学素子の無駄な製造を有効に回避することができ、したがって、外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

また、本実施形態では、素材選別工程（Ｓ５）において、素材外観検査工程（Ｓ４）で確認された全ての欠陥の位置が、素材外観規格に照らして、許容できる領域６ｃに位置する場合にガラス素材６をプレス成形（Ｓ１０）に使用可能と判定し、少なくとも１つの欠陥が許容できない領域６ａ，６ｂに位置する場合にガラス素材６をプレス成形（Ｓ１０）に使用不可能と判定している。そのため、外観不良となる光学素子の無駄な製造を有効に回避することができ、したがって、外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

また、本実施形態では、素材選別工程（Ｓ５）によってプレス成形（Ｓ１０）への使用不可能と判定されたガラス素材６を、全ての欠陥が許容される領域に位置するように、姿勢変更させる素材姿勢変更工程（Ｓ７）を含めている。そのため、一度は外観不良と判定されたガラス素材６をも有効に利用することができ、光学素子の製造をより有効に安価にすることができる。

また、本実施形態では、素材選別工程（Ｓ５）によってプレス成形（Ｓ１０）への使用不可能と判定されたガラス素材６を、全ての欠陥が許容される領域に位置するように、成形条件を変更する成形条件変更工程を含めている。そのため、外観不良と判定されたガラス素材６をも有効に利用することができ、光学素子の製造をより有効に安価にすることができる。

また、本実施形態では、変形流動予測工程（Ｓ２）において、プレス成形シミュレーションにより変形流動を予測している。そのため、実際にガラス素材６を成形することなく、様々な要素（材料物性等）から変形流動を予測することができ、高精度且つ短時間で外観不良の発生を予測することができ、光学素子の無駄な製造をより有効に回避することができる。したがって、より外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

なお、光学素子外観規格作成工程（Ｓ１）から素材外観規格作成工程（Ｓ３）までの各工程は、必ずしもガラス素材６の外観検査ごとに必要ではなく、生産開始前に素材外観規格が設けられていればよい。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る光学素子を示す正面図及び２方向から見た側面図である。

同図において、本実施形態における光学素子は、側面に互いに対向する２つの平面を設けた円盤状（いわゆる小判型）の両凹レンズ３１である。この両凹レンズ３１の上面３２（及び図示しない裏面）は光学機能面３２ａ（点描部）を有している。両凹レンズ３１の側面は、同図に示す一方の平面３３と、曲面３４と、これらに対向する図示しない面とからなる。

本実施形態の光学素子の製造方法及び外観不良発生方法の処理の流れは、上記第１実施形態と同様であるため、以下、図１に示すフローを参照しながら説明する。
まず、光学素子外観規格作成工程として、両凹レンズ３１の表面を、キズ、ボツ等の欠陥の許容できない領域と、欠陥の大きさの許容水準の異なる複数の領域とに分割した外観規格を作成する（Ｓ１）。

具体的には、欠陥の許容できない領域として光学機能面３２ａの光軸近傍３２ｂ（点描の濃い部分）を、微細な欠陥であれば許容できる領域として光学機能面３２ａのうち光軸近傍３２ｂを除く面３２ｃを、大きな欠陥でも許容できる領域として上面３２のうち光学機能面３２ａを除く面（点描部の周囲の空白部）３２ｄを設定する。なお、上記光学素子外観規格の設定は、例えば上述したコンピュータ２０の入力部２３から行うことが可能である。また、本実施形態では上面３２を例にとり説明する。

図８は、上記光学素子へと成形されるプレス成形用素材の成形状態を示す断面図である。
同図に示すように、プレス成形用素材としてのガラス素材３６は、例えば研磨加工により鏡面状に加工された円板形状を呈し、下型３７と、図示しない駆動手段により昇降可能な上型３８との間で成形される。下型３７及び上型３８の外周には、それぞれ円筒形状の下側面型３９、上側面型４０が配置されている。

下型３７及び上型３８には、ガラス素材３６に面形状を転写するための凸状の成形面３７ａ，３８ａが形成されている。なお、下側面型３９の内周面上部には保持具３９ａが嵌入されており、この保持具３９ａ上にガラス素材３６が載置されている。

保持具３９ａ上に載置されたガラス素材３６は、図示しない駆動手段により下降する上型３８に当接した状態で、図示しない成形室に配置されたヒータにより加熱される。なお、下型３７及び上型３８のそれぞれが同一の温度で且つガラス素材３６を成形可能な温度に加熱される位置に、上記ヒータを配置することにより、ガラス素材３６が均等に加熱される。

ガラス素材３６の加熱が終了した後、上記駆動手段により上型３８を下降させ、ガラス素材３６を、図９に示すガラス素材３６´のように両凹形状にプレス成形する。そして、ガラス素材３６´を所望の形状にプレス成形した後、上記ヒータをオフにし、図示しない成形型冷却手段により下型３７及び上型３８を冷却する。成形されたガラス素材３６´が取出し可能な温度となったところで、図示しない駆動手段により上型３８を上昇させて、成形されたガラス素材３６´を取出す。このガラス素材３６´に平面３３を形成する研削等の仕上げ加工を施して両凹レンズ３１が完成する。

ここで、変形流動予測工程として、以上のように両凹レンズ３１へと成形される円板形状のガラス素材３６の各部が、プレス成形により両凹レンズ３１のどの領域に変形流動するか、変形流動の挙動を予測する（Ｓ２）。この工程は、上記第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

次に、素材外観規格作成工程として、上述の変形流動予測工程（Ｓ２）により予測された変形流動予測結果と上記光学素子外観規格とから、ガラス素材３６の表面を欠陥の大きさの許容水準の異なる複数の領域及び欠陥の許容できない領域に分割した規格を作成する（Ｓ３）。

この素材外観規格による領域の分割は、図１０（光学素子外観規格及び素材外観規格を説明するための説明図）に示すように、画像として表示してもよい。本実施形態では、同図に示すように、光学機能面３２ａの光軸近傍３２ｂに対応する欠陥の許容できない領域として領域３６ｂを、光学機能面３２ａのうち光軸近傍３２ｂを除く面３２ｃに対応する微細な欠陥（例えば、欠陥に外接する円を想定し、この円の直径が０．２ｍｍ以下）であれば許容できる領域として領域３６ａを、比較的大きな欠陥でも許容できる領域として上面３２のうち光学機能面３２ａを除く面３２ｄに対応する領域３６ｃを設定する。

そして、素材外観検査工程として、ガラス素材３６の外観を検査する（Ｓ４）。この外観検査は、欠陥の有無を検査し、欠陥が存在する場合にはその位置及び大きさを検査する。検査のタイミングとしては、例えば、図示しない成形室内に搬入される前のガラス素材３６を、保持具３９ａに載置される際の向き及び姿勢を考慮して検査する。この際、欠陥の有無、位置及び大きさは、人が目視で行ってもよく、撮像装置にて素材表面の画像を取り込み、上述したコンピュータ２０等による画像処理にて行ってもよい。

ここで、目視により検査する場合も画像処理にて検査する場合にも、例えば、ガラス素材３６の表面に光を照射し、その光の輝点の有無或いは光量（光量に応じた色合い等）によって欠陥の位置及び大きさを検査することができる。なお、ガラス素材３６の外観を検査するタイミングとしては、ガラス素材３６を下型３７に載置した後に、即ちガラス素材３６を実際の向き及び姿勢に配置した後でもよい。

次に、素材選別工程として、ガラス素材３６がプレス成形可能か否かを選別する（Ｓ５）。この選別では、上記検査の結果、ガラス素材３６の表面に欠陥が存在しない場合には、そのままプレス成形をすることができると判断する。また、欠陥が存在する場合には、欠陥の位置及び大きさを図１０に示す素材外観規格に照らして、全ての欠陥が許容可能な領域に位置する場合にはプレス成形可能と判定し、少なくとも１つの欠陥が許容不可能な領域に位置する場合には使用不可能と判定する。

プレス成形に使用可能と判定されたガラス素材３６は、プレス成形（Ｓ１０）に使用される。一方、使用不可能と判定されたガラス素材３６に関しては、ガラス素材３６の欠陥の位置及び大きさによっては、保持具３９ａ上でのガラス素材３６の姿勢を変更することでプレス成形への使用が可能となる場合がある。

そこで、ガラス素材３６の姿勢変更によって、許容できる領域３６ｃ（３６ａ）に欠陥が移動するか否か判定する（Ｓ６）。姿勢変更によって欠陥が許容できる領域３６ｃ（３６ａ）に移動する場合には、ガラス素材３６の円板の中心軸（鉛直方向）を基準に回転させて姿勢を変更する（Ｓ７）。この姿勢変更は、ガラス素材３６が既に保持具３９ａ上に載置されている場合には図示しない姿勢変更手段により姿勢を変更すればよく、成形室投入前の場合には搬入前のガラス素材３６の姿勢を変更するか或いは成形室投入時に姿勢変更しながら保持具３９ａに載置すればよい。そして、姿勢を変更した状態でプレス成形（Ｓ１０）に使用する。

また、欠陥を許容できる領域３６ｃ（３６ａ）に欠陥が移動しないと判定した場合には、ガラス素材３６の成形条件の変更によって、欠陥が両凹レンズ３１の欠陥を許容できる領域３２ｃ（３２ｄ）に移動するか否か判定する（Ｓ８）。具体的には、プレス成形時の上下型３７，３８の加熱温度、駆動速度、駆動荷重等の成形条件の変更により、ガラス素材３６がプレス成形時の変形流動する際の挙動を変化させ、ガラス素材３６の欠陥の許容できる領域３６ｃ（３６ａ）を変化させる。これに加え、上記の変形流動予測（Ｓ２）を再度行って条件に応じたガラス素材３６の欠陥を許容できる領域及び欠陥を許容できない領域を導き出す。

成形条件の変更により、ガラス素材３６の全ての欠陥が許容できる領域３６ｃ（３６ａ）に位置するようになると判定された場合には、成形条件を変更し（Ｓ９）、ガラス素材３６をプレス成形（Ｓ１０）に使用する。なお、成形条件の変更によってプレス成形に使用できるか否かの判定（Ｓ８）は、極端に成形条件を変更すると両凹レンズ３１の光学性能に支障を来すおそれがあるため、光学性能を維持できる範囲内で成形条件を変更するとよい。また、この判定（Ｓ８）は、ガラス素材３６の姿勢変更によってプレス成形に使用できるか否かの判定（Ｓ６）より先に行っても、或いは、一方の判定を用いても、ガラス素材３６の有効利用という観点では効果的である。

以上説明した本実施形態では、上記第１実施形態と同様の処理（Ｓ１〜Ｓ１０）を行っているため、同様に、外観不良となる光学素子の無駄な製造を回避することができ、したがって、外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

また、本実施形態では、光学素子外観規格を両凹レンズ３１の表面を欠陥の大きさの許容水準の異なる複数の領域３２ａ，３２ｂに分割した規格として作成し、素材選別工程（Ｓ５）において、ガラス素材３６の表面に欠陥がある場合には、素材外観検査工程（Ｓ４）で検査した欠陥の位置及び大きさを素材外観規格に照らして、全ての欠陥が許容可能である場合にプレス成形（Ｓ１０）に使用可能と判定し、少なくとも１つの欠陥が許容不可能である場合にプレス成形（Ｓ１０）に使用不可能と判定している。そのため、光学素子の製造を有効に安価にすることができる。

なお、上記第１実施形態及び本実施形態では、それぞれ異なる光学素子（プリズム１，両凹レンズ３１）を用いた例を説明したが、これらの光学素子はあくまで一例であり、本発明の光学素子は上述のプリズム１或いは両凹レンズ３１には限定されない。

＜第３実施形態＞
図１１は、本発明の第３実施形態に係る光学素子の外観不良発生予測方法を示すフローチャートである。

同図において、プレス成形シミュレーション（Ｓ２−１）、歪み量計算（Ｓ２−２）及び判定（Ｓ２−３）は、図１に示す光学素子の製造方法のフローにおける変形流動予測（Ｓ２）に対応する。これらの工程を変形流動予測工程（Ｓ２）として光学素子の製造方法に組み込むことで、本実施形態に係る光学素子の外観不良発生予測方法を、光学素子の製造方法に用いることもできる。そのため、本実施形態では、光学素子の外観不良発生予測方法に加え、光学素子の製造方法についても簡単に説明する。

図１２は、上記光学素子へと成形されるプレス成形用素材の成形状態を示す断面図であり、図１３は、プレス成形後の上記プレス成形用素材を示す断面図である。
図１２に示すプレス成形用素材としてのガラス素材４６は、例えば研磨加工により鏡面状に加工された球状を呈し、下型４７と、図示しない駆動手段により昇降可能な上型４８との間で成形される。下型４７及び上型４８の外周には、それぞれ円筒形状の下側面型４９、上側面型５０が配置されている。また、下型４７及び上型４８には、ガラス素材４６に面形状を転写する成形面４７ａ，４８ａが形成されている。なお、ガラス素材４６の成形については上記第１及び第２実施形態と同様であるため説明を省略する。

このようにガラス素材４６を成形する前段階として、まず、光学素子外観規格作成工程として、上記第１実施形態のように光学素子の表面を、キズ、ボツ等の欠陥の許容できない領域と許容できる領域とに分割した外観規格を、或いは、上記第２実施形態のように欠陥の許容できない領域と欠陥の大きさの許容水準の異なる複数の領域とに分割した外観規格を作成する（Ｓ１）。

ここで、図１２に示すガラス素材４６は、図１３に示すプレス成形後のガラス素材４６´になる過程で、上記第１及び第２実施形態においても述べたように変形流動する。本実施形態では、ガラス素材４６の欠陥がプレス成形後のガラス素材４６´において変形或いは消滅するか否かも含めた外観不良発生予測を行う（Ｓ２）。

まず、図１１に示すように、ガラス素材４６の表面の欠陥を反映させずに離散値化した解析モデルを作成し、プレス成形シミュレーションを行う（Ｓ２−１）。そして、上記離散値化した解析モデルのプレス成形後の要素の歪み量を計算する（Ｓ２−２）。この要素の歪み量は、下記の式（i）によって計算することができる。

（要素の歪み）＝（プレス成形による要素表面の変形量）／（プレス成形前の要素表面の寸法） ・・・式（i）

また、図１４に示すように、ガラス素材４６上の欠陥５１の深さを「Ｈ」、幅を「Ｗ」としたとき、この欠陥５１は、変形流動の過程で５１´となり、更に消滅することもあり得る。このように欠陥５１が消滅した場合の欠陥端部５１ａ，５１ｂ間の間隔は、おおよそＬ≒２Ｈとなり、距離の変化は２Ｈ−Ｗで表すことができる。これを歪みの概念に準じて下記の式（ii）で示すと、下記の式（iii）を導くことができる。

（歪み）＝（変化量）／（変形前の長さ） ・・・式（ii）
ε＝（２Ｈ−Ｗ）／Ｗ ・・・式（iii）

上記式（i）により得られるプレス成形シミュレーションにおける要素の歪みと、上記
式（iii）により算出される欠陥５１の消滅時の歪みとを比較することで、ガラス素材４６を成形したときに表面の欠陥５１が消滅するか否かを予測することができる。具体的には、プレス成形シミュレーションにより得られる要素の歪みが、上記式（iii）で算出される歪みεよりも小さいときに欠陥５１が残存し、歪みεと同一又は歪みεよりも大きいときに欠陥５１が消滅すると判定できる（Ｓ２−３）。

また、以上の欠陥５１が消滅するか否かの判定の際に、プレス成形シミュレーションの結果から成形後のガラス素材４６´（光学素子）の表面の歪み分布を求め、要素の歪みの大きさで光学素子の表面を区分けし、各領域において、成形前のガラス素材４６の表面にどの程度の大きさの表面の欠陥５１が許容されるかを設定することができる。

例えば、成形時の変形量が小さく、歪みが小さい領域では、ガラス素材４６の欠陥５１はほとんど消えないが、歪みが大きい領域では、比較的小さい欠陥５１であれば成形により消えることが期待できるというように、その領域での歪みの大きさに応じて許容できる欠陥５１の大きさを設定し、素材外観規格を設定する（Ｓ３）。

ここで、素材外観規格にて、ある領域での歪みの大きさに応じて許容される欠陥の大きさは、プレス成形シミュレーションにより算出される歪み量分布のうち、その領域での最低の大きさの歪み量εｍiｎを抽出し、ガラス素材の欠陥の深さＨ及び幅Ｗが式（v）を
満たすように設定される。

εｍiｎ＞（２Ｈ−Ｗ）／Ｗ ・・・式（v）

なお、欠陥５１の深さＨ及び幅Ｗは、例えば上述のコンピュータ２０に、撮像装置により取得した画像を取り込み、画像処理又は目視にて表面の欠陥の大きさを判定するとよい。この判定の際には、被写界深度、欠陥５１の輝度等により評価可能である。なお、素材外観検査工程（Ｓ４）以下の処理（Ｓ５〜Ｓ１０）については、上記第１及び第２実施形態と同様であるため説明は省略する。

以上説明した本実施形態では、プレス成形によるガラス素材４６の変形流動を予測する変形流動予測工程を含んでいるため（Ｓ２）、プレス成形後に外観不良となる光学素子の無駄な製造を、物理的或いは化学的な処理を施さずに回避することができる。よって、本実施形態によれば、外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

また、本実施形態では、ガラス素材４６の表面の欠陥を反映させずに離散値化した解析モデルを作成し、プレス成形シミュレーションを行うシミュレーション工程（Ｓ２−１）と、離散値化した解析モデルのプレス成形後の要素の歪み量を計算する歪み量計算工程（Ｓ２−２）と、上記計算された歪み量の値から、ガラス素材４６の表面の欠陥５１が残存するか消滅するかを判定する判定工程（Ｓ２−３）とを含めている。そのため、実際にガラス素材４６を成形することなく、様々な要素（材料物性等）から変形流動を予測することができ、高精度且つ短時間で外観不良の発生を予測することができ、光学素子の無駄な製造をより有効に回避することができる。したがって、より外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

また、ガラス素材４６の表面の欠陥５１を厳密に解析モデルに反映してプレス成形シミュレーションを行った場合には、極めて小さい要素に離散値化する必要があって膨大な計算時間が必要となるが、本実施形態では、ガラス素材の表面の欠陥を反映させずにプレス成形シミュレーションを行っているので、短時間でのシミュレーションで光学素子の外観不良の発生の予測ができる。

更に、本実施形態では、判定工程（Ｓ２−３）において、欠陥の幅を「Ｗ」、深さを「Ｈ」としたときに、（２Ｈ−Ｗ）／Ｗの値が、プレス成形シミュレーションにより算出した歪み量と同一又はこの歪み量よりも小さいときに欠陥５１がプレス成形により消滅すると判定し、上記値が歪み量よりも大きいときに欠陥５１が残存すると判定している。そのため、より高精度且つ短時間で外観不良の発生を予測することができ、光学素子の無駄な製造をより有効に回避することができる。したがって、より外観不良の発生を抑え、光学素子の製造コストを安価にすることができる。

本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法を示すフローチャートである。 上記光学素子を示す斜視図である。 上記光学素子の３つの面を示す説明図である。 上記光学素子へと成形されるプレス成形用素材の成形状態を示す断面図（その１）である。 上記光学素子へと成形されるプレス成形用素材の成形状態を示す断面図（その２）である。 プレス成形後の上記プレス成形用素材を示す断面図である。 上記第１実施形態に係る光学素子外観規格及び素材外観規格を説明するための説明図である。 上記光学素子の製造方法及び外観不良発生方法に用いることのできるコンピュータの例を示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る光学素子を示す正面図及び２方向から見た側面図である。 上記光学素子へと成形されるプレス成形用素材の成形状態を示す断面図である。 プレス成形後の上記プレス成形用素材を示す断面図である。 上記第２実施形態に係る光学素子外観規格及び素材外観規格を説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態に係る光学素子の外観不良発生予測方法を示すフローチャートである。 上記光学素子へと成形されるプレス成形用素材の成形状態を示す断面図である。 プレス成形後の上記プレス成形用素材を示す断面図である。 上記プレス成形用素材の欠陥の変化を示す説明図である。

符号の説明

１ プリズム
２ 第１の面
２ａ 光学機能面
３ 第２の面
３ａ 光学機能面
３ｂ 凹部
４ 第３の面
４ａ 光学機能面
５ 端面５
６ ガラス素材
６ａ，６ｂ 欠陥の許容できない領域
６ｃ 欠陥の許容できる領域
７ 下型
７ａ 成形面
７ｂ 凸部
７ｃ 成形面
８ 上型
８ａ 成形面
９ 下側面型
１０ 上側面型
２０ コンピュータ
２１ ＣＰＵ
２２ 記憶部
２３ 入力部
２４ 出力部
２５ Ｉ／Ｆ部
３１ 両凹レンズ
３２ 上面
３２ａ 光学機能面
３２ｂ 光軸近傍
３３，３４ 側面
３６ ガラス素材
３６ａ 微細な欠陥であれば許容できる領域
３６ｂ 欠陥の許容できない領域
３６ｃ 欠陥の許容できる領域
３７ 下型
３７ａ 成形面
３８ 上型
３８ａ 成形面
３９ 下側面型
３９ａ 保持具
４０ 上側面型
４６ ガラス素材
４７ 下型
４７ａ 成形面
４８ 上型
４８ａ 成形面
４９ 下側面型
５０ 上側面型
５１ 欠陥
５１ａ，５１ｂ 端部

Claims (10)

1. プレス成形用素材を加熱軟化させ、該加熱軟化したプレス成形用素材をプレス成形することにより光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
   前記プレス成形による前記プレス成形用素材の変形流動を予測する変形流動予測工程と、
   該変形流動の予測結果及び前記プレス成形用素材の表面の欠陥を基に、前記プレス成形用素材の前記プレス成形への使用可否を選別する素材選別工程と
   を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記光学素子の表面の欠陥に対する光学素子外観規格を作成する光学素子外観規格作成工程と、
   前記光学素子外観規格、及び、前記変形流動の予測結果、から、前記プレス成形用素材の表面の欠陥に対する素材外観規格を作成する素材外観規格作成工程と、
   前記プレス成形用素材の表面の欠陥を検査する素材外観検査工程とを更に含み、
   前記素材選別工程は、前記素材外観規格、及び、前記素材外観検査工程による検査結果、から、前記プレス成形用素材の前記プレス成形への使用可否を選別することを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
3. 前記光学素子外観規格は、前記光学素子の表面を欠陥の存在が許容できる領域と許容できない領域とに分割した規格であり、
   前記素材外観規格は、前記光学素子外観規格及び前記変形流動の予測結果を基に、前記プレス成形用素材の表面を前記欠陥の存在が許容できる領域と許容できない領域とに分割した規格であり、
   前記素材外観検査工程は、前記プレス成形用素材の表面の欠陥の有無及び該欠陥の位置を検査し、
   前記素材選別工程は、前記素材外観検査工程で確認された全ての前記欠陥の位置が、前記素材外観規格に照らして、前記許容できる領域に位置する場合に前記プレス成形用素材を前記プレス成形に使用可能と判定し、少なくとも１つの前記欠陥が前記許容できない領域に位置する場合に前記プレス成形用素材を前記プレス成形に使用不可能と判定することを特徴とする請求項２記載の光学素子の製造方法。
4. 前記光学素子外観規格は、前記光学素子の表面を前記欠陥の大きさの許容水準の異なる複数の領域に分割した規格であり、
   前記素材外観規格は、前記光学素子外観規格及び前記変形流動の予測結果から、前記プレス成形用素材の表面を前記欠陥の大きさの許容水準の異なる複数の領域に分割した規格であり、
   前記素材外観検査工程は、前記プレス成形用素材の表面の欠陥の有無、位置及び大きさを検査する工程であり、
   前記素材選別工程は、前記プレス成形用素材の表面に欠陥がある場合には、前記外観検査工程で検査した欠陥の位置及び大きさを前記素材外観規格に照らして、全ての前記欠陥が許容可能である場合に前記プレス成形用素材を前記プレス成形に使用可能と判定し、少なくとも１つの前記欠陥が許容不可能である場合に前記プレス成形用素材を前記プレス成形に使用不可能と判定することを特徴とする請求項２記載の光学素子の製造方法。
5. 前記素材選別工程により前記プレス成形への使用不可能と判定された前記プレス成形用素材を、全ての前記欠陥が、許容される領域に位置するように、姿勢変更させる素材姿勢変更工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
6. 前記素材選別工程により前記プレス成形への使用不可能と判定された前記プレス成形用素材を、全ての前記欠陥が、許容される領域に位置するように、成形条件を変更する成形条件変更工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
7. 前記変形流動予測工程は、プレス成形シミュレーションにより前記変形流動を予測することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
8. プレス成形用素材を加熱軟化させ、該加熱軟化したプレス成形用素材をプレス成形することにより製造される光学素子の外観不良発生予測方法であって、
   前記プレス成形による前記プレス成形用素材の変形流動を予測する変形流動予測工程を含むことを特徴とする光学素子の外観不良発生予測方法。
9. 前記変形流動予測工程は、前記プレス成形用素材の表面の欠陥を反映させずに離散値化した解析モデルを作成し、プレス成形シミュレーションを行うシミュレーション工程と、前記離散値化した解析モデルのプレス成形後の要素の歪み量を計算する歪み量計算工程と、前記計算された歪み量の値から、前記プレス成形用素材の表面の欠陥が残存するか消滅するかを判定する判定工程とを有することを特徴とする請求項８記載の外観不良発生予測方法。
10. 前記判定工程は、前記欠陥の幅をＷ、深さをＨとしたときに、（２Ｈ−Ｗ）／Ｗの値が前記歪み量と同一又は該歪み量よりも小さいときに前記欠陥がプレス成形により消滅すると判定し、前記値が前記歪み量よりも大きいときに前記欠陥が残存すると判定することを特徴とする請求項９記載の光学素子外観不良発生予測方法。

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