JP2008239406A - 光学素子成形方法および光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】外観不良を抑制しつつ成形工程の省力化が可能な光学素子成形方法を提供する。
【解決手段】複数の構成部分１１０、１２０に分割されて構成され、構成部分の各々が光学素子１５０を構成する要素１６４、１６６の各々の成形形状に対応した形状を有する成形素材を、転写面を備えた第１の成形型１０に載置する載置工程と、成形素材を加熱軟化した状態で、転写面を備えた第２の成形型２０により加圧し、成形素材に第１および第２の成形型の転写面を転写する転写工程と、を含む光学素子成形方法が提供される。かかる方法によれば、成形素材が光学素子を構成する各々の要素の成形形状に対応した形状を有する構成部分に分割されて構成されるので、光学素子の各々の要素に対応する成形素材の構成部分を光学素子の該当する部分の成形形状に近似するように別個に製造することが容易となり、成形素材と成形型の転写面との間の形状差を極力抑えることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子成形方法および光学素子に係り、より詳しくは一対の成形型により光学素子を成形するための光学素子成形方法および同方法により成形される光学素子に関する。

近年の光学機器の小型軽量化および多機能化に伴い、光学系に用いられる様々な光学レンズが開発されている。特に、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）など、光学機器に用いられるピックアップレンズを始めとする光ディスク用レンズを使用する製品では、光学レンズの高ＮＡ化が要求されている。さらに、「次世代ＤＶＤ」規格とされるブルーレイディスク（大容量相変化光ディスク）では、高密度なデータ記録を実現するために短波長の青紫色レーザとともに高ＮＡレンズが用いられており、光学レンズに対する高ＮＡ化の要求は今後とも一層高まるものと予想されている。

光学レンズ（以下では、「光学素子」とも称する。）の成形方法としては、光学機能転写面を含む転写面を備えた一対の成形型と、成形型が内挿される胴型とにより、成形素材から光学素子を成形するプレス成形法が多用されている。プレス成形法では、第１の成形型に成形素材を載置し、成形素材を加熱軟化した状態で第１および第２の成形型で加圧して転写面を転写し、転写を維持した状態で成形素材を冷却することにより所望の光学素子が成形される。

ここで、光学素子の光学機能面は、光学素子の有効径（その光学系で有効な光線を通す範囲）の範囲を含む外側までの範囲を示しており、有効径の範囲のみを対象とする成形では、光学素子としての機能を実現するための設計形状に従って加工することが困難であるため、有効径の範囲とともに光学素子としての機能を実現するための所定の設計形状に従って成形される範囲を意味する。

一般的に、単一レンズで高ＮＡ化の要求を満たすためには、光学機能面の曲率半径を小さくし、レンズ構成面の傾斜を大きくすることが必要となるので、光学素子の成形厚が大きくなる。このため、成形素材の曲率半径が転写面の曲率半径を上回る場合には、第１の成形型に成形素材を載置した状態で成形素材と転写面との間に密閉された空間が形成されることになり、成形後の光学素子の光学機能面にエア溜りが形成され易くなる。

この種の問題の解消策として、下記特許文献１は、複数に分割された成形素材から光学素子を成形するプレス成形法を開示している。本プレス成形法では、まず、第１の成形型に第１の成形素材を載置し、第１の成形素材を加熱軟化した状態で第１および第２の成形型で加圧することにより、第１の成形型に備えられた転写面を転写し、第１の成形素材を所定の温度まで冷却する。次に、第１の成形素材の上に第２の成形素材を載置し、第１および第２の成形素材を加熱軟化した状態で再び加圧することにより、第１および第２の成形型に備えられた転写面を転写し、第１および第２の成形素材を所定の温度まで冷却する。ここで、成形素材を複数に分割することにより、始めの載置工程に際して、第１の成形素材が第１の成形型に備えられた転写面との間に密閉された空間を形成しないように載置されるので、エア溜りの問題が解消される。

特開２００４−１０４５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているプレス成形法では、成形素材に対して載置−転写−冷却工程を２サイクルで施して光学素子を成形するので、成形工程が複雑となり、生産性の向上を阻害する要因となる場合がある。

また、高ＮＡ化の要求を満たす上では、曲率半径が小さい上に非球面構成の光学機能面が要求されることが多く、さらに、フランジなどと光学機能面とが接する角度が小さくなるので、一般的に成形素材と成形型の転写面との間では形状差の発生が避けられない。このため、転写工程時には成形素材の形状と成形型との間の形状差の吸収のために生じる成形素材の変形量が大きくなり、変形量が成形素材の許容変形量を上回る場合には、カン（クラックやひびの総称）やカケ（微小部分の欠落）などが生じ易くなる。

さらに、高ＮＡ化の要求を満たす上では、相対的に屈折率が高く比重が大きい材料を採用することが必要となるので、一般的に光学素子自体の重量化が避けられず、光学機器の軽量化に対する要求を満たすことが難しくなる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、外観不良を抑制しつつ成形工程の省力化が可能な、新規かつ改良された光学素子成形方法および光学素子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、一対の成形型により光学素子を成形するための光学素子成形方法が提供される。本光学素子成形方法は、複数の構成部分に分割されて構成され、構成部分の各々が光学素子を構成する要素の各々の成形形状に対応した形状を有する成形素材を、転写面を備えた第１の成形型に載置する載置工程と、成形素材を加熱軟化した状態で、転写面を備えた第２の成形型により加圧し、成形素材に第１および第２の成形型の転写面を転写する転写工程と、を含む。

かかる方法によれば、成形素材が光学素子を構成する各々の要素の成形形状に対応した形状を有する構成部分に分割されて構成されるので、光学素子の各々の要素に対応する成形素材の構成部分を光学素子の該当する部分の成形形状に近似するように別個に製造することが容易となり、成形素材の面と成形型の転写面との間の形状差を極力抑えることが可能となる。これにより、エア溜りを形成する要因となる密閉空間の形成やカンやカケなどを発生する要因となる成形素材の過剰な変形が抑えられ、光学素子の外観不良を抑制することができる。また、形状差を極力抑えながら、成形素材に対して載置−転写−冷却工程を１サイクルのみ施すことにより所定の成形形状を有する光学素子が成形されるので、成形工程の省力化が図られる。なお、転写工程が１サイクルのみであるので、再転写に伴う、外観のクモリや気泡などの有害な影響の発生も避けられる。

また、上記成形素材は、光学特性の異なる材料からなる構成部分を含むようにしてもよい。かかる方法によれば、成形素材が光学特性の異なる材料からなる構成部分を含むので、光学素子の要素毎で所定の光学特性や材料特性を有する光学素子を成形することができる。

また、上記光学素子の入射側および出射側の有効径の範囲と、入射側の有効径の範囲の輪郭と出射側の有効径の範囲の輪郭とを最短距離で結ぶ面とで区分される領域が有効光路部として規定され、成形素材は、有効光路部を含む部分の成型形状に対応した形状を有する第１の構成部分と、有効光路部以外の部分の成形形状に対応した形状を有する第２の構成部分とからなるようにしてもよい。かかる方法によれば、成形素材が光学素子の有効光路部を含む第１の構成部分と、有効光路部以外の部分に対応する第２の構成部分とに分割されるので、第１および第２の構成部分を光学素子の有効光路部を含む部分および有効光路部以外の部分の成形形状に各々に近似するように別個に製造することが容易となり、成形素材の面と成形型の転写面との間の形状差を極力抑えることが可能となる。

また、上記第１の構成部分は、光学素子の有効光路部よりも大きな体積を有し、第２の構成部分は、光学素子の有効光路部以外の部分よりも小さな体積を有するようにしてもよい。かかる方法によれば、第１の構成部分が光学素子の有効光路部よりも大きな体積を有し、第２の構成部分が有効光路部以外の部分よりも小さな体積を有するので、転写工程時には、有効光路部よりも大きな体積を有する第１の構成部分の材料が有効光路部以外の部分に流動し、第２の構成部分の材料が有効光路部の部分に流動し難くなる。これにより、光学素子の有効光路部で材料の均一化が保たれるので、所定の光学特性を有する光学素子を成形することができる。

また、上記第１の成形型には凹面からなる転写面が形成され、第１の構成部分は、第１の成形型に載置された状態で転写面に対向し、凹面の曲率半径以下の曲率半径で形成された凸面を有するようにしてもよい。かかる方法によれば、第１の構成部分が第１の成形型に載置された状態で第１の成形型の凹面からなる転写面に対向する凸面が、第１の成形型の転写面の曲率半径以下の曲率半径で形成されるので、転写工程時に第１の構成部分と第１の成形型との間には、エア溜りを形成する要因となる密閉空間が形成され難くなる。

また、上記第２の構成部分は、光学素子に設けられたフランジ部の成形形状に対応した形状を有するようにしてもよい。かかる方法によれば、第２の構成部分が光学素子のフランジ部の成形形状に対応した形状を有するので、転写工程時の変形により部材厚が薄くなり易いフランジ部において、カケの発生要因となる成形素材の過剰な変形が抑えられ易くなる。

また、上記第１の構成部分は、光学素子の所定の光学特性を満たす材料からなるようにしてもよい。かかる方法によれば、第１の構成部分が光学素子の所定の光学特性を満たす材料からなるので、所定の光学特性を発揮しうる光学素子を成形することができる。また、有効光路部以外の部分に対応する第２の構成部分の材料を適宜に変更し、相対的に屈折率が低く比重が軽い材料を用いることも可能となるので、所定の光学特性を満たした上で光学素子自体を軽量化し易くなる。

また、上記第１の構成部分は、第２の構成部分の材料よりも小さな線膨張係数を伴う材料からなるようにしてもよい。かかる方法によれば、第１の構成部分が第２の構成部分の材料よりも小さな線膨張係数を伴う材料からなるので、加圧・転写工程後の冷却工程に際して、第２の構成部分の方が第１の構成部分よりも大きく収縮しようとする。このため、冷却工程に際して、第１の構成部分と第２の構成部分との収縮量の差に伴い生じる応力により、構成部分同士が分裂することを回避できる。なお、第１の構成部分は、経験的に第２の構成部分の材料の線膨張係数の１．２倍よりも小さな線膨張係数を伴う材料からなるようにしてもよい。

また、上記第１の構成部分の材料は、第２の構成部分の材料よりも高い屈伏点を有する材料であり、成形素材に転写面を転写する時の温度は、第１の構成部分の材料の屈伏点および粘度の少なくともいずれかに基づいて制御されるようにしてもよい。かかる方法によれば、転写工程時の温度が第１の構成部分の材料の屈伏点や粘度に基づいて制御されるので、過度の温度上昇に伴う光学機能面での気泡の発生を防止できるなど、光学素子の光学特性の決定に寄与しうる有効光路部を含む第１の構成部分において高い精度で転写面の転写が行われる。

また、上記光学素子は、光学素子の体積と同一体積を有する球と比較した場合に、光学素子の光学機能面の最小曲率半径が球の半径よりも小さくなるように成形されるようにしてもよい。かかる方法によれば、光学素子の体積と同一体積を有する球の半径が光学素子の光学機能面の最小曲率半径よりも大きい、すなわち、光学機能面の曲率半径が小さい光学素子において、外観不良を抑制しつつ成形工程の省力化を図ることができる。

上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、上記一対の成形型により成形素材から成形される光学素子が提供される。本光学素子は、複数の構成部分に分割されて構成され、構成部分の各々が光学素子を構成する要素の各々の成形形状に対応した形状を有する成形素材を、転写面を備えた第１の成形型に載置し、成形素材を加熱軟化した状態で、転写面を備えた第２の成形型により加圧し、成形素材に第１および第２の成形型の転写面を転写して成形される。

かかる構成によれば、成形素材が光学素子を構成する各々の要素の成形形状に対応した形状を有する構成部分に分割されて構成されるので、光学素子の各々の要素に対応する成形素材の構成部分を光学素子の該当する部分の成形形状に近似するように別個に製造することが容易となり、成形素材の面と成形型の転写面との間の形状差を極力抑えることが可能となる。

また、上記成形素材の境界部分に光学特性の変化する光学的境界を有しないようにしてもよい。かかる構成によれば、同一の光学特性を有する材料からなる光学素子が成形されるので、光学素子を構成する成形素材の境界部分では、光学的境界が形成されない。ここで、光学的境界とは、該境界により区分される一方の側と他方の側とで光学特性が互いに異なる場合における当該境界のことを称する。

また、上記成形素材の境界部分に光学特性の変化する光学的境界を有するようにしてもよい。かかる構成によれば、異なる光学特性を有する材料からなる光学素子が成形されるので、光学素子を構成する成形素材の境界部分では、境界により区分される一方の側と他方の側とで光学特性が変化して光学的境界が形成される。

また、上記光学素子の入射側および出射側の有効径の範囲と、入射側の有効径の範囲の輪郭と出射側の有効径の範囲の輪郭とを最短距離で結ぶ面とで区分される領域が有効光路部として規定され、光学的境界は、有効光路部を含む部分と、有効光路部以外の部分との境界部分に形成されるようにしてもよい。かかる構成によれば、有効光路部を含む部分と有効光路部以外の部分との境界部分に光学的境界が形成されるので、第１および第２の構成部分を有効光路部を含む部分および有効光路部以外の部分の成形形状に各々に近似するように別個に形成することが容易となり、成形素材の面と成形型の転写面との間の形状差を極力抑えることが可能となる。

また、上記有効光路部を含む部分は、所定の光学特性を満たす材料からなるようにしてもよい。かかる構成によれば、有効光路部を含む部分が所定の光学特性を満たす材料からなるので、所定の光学特性を発揮しうる光学素子を成形することができる。また、有効光路部以外の部分に対応する第２の構成部分の材料を適宜に変更し、相対的に屈折率が低く比重が軽い材料を用いることも可能となるので、所定の光学特性を満たした上で光学素子自体を軽量化し易くなる。

また、上記光学素子は、同一体積を有する球と比較した場合に、光学機能面の最小曲率半径が球の半径よりも小さくなるように成形されるようにしてもよい。かかる構成によれば、光学素子の体積と同じ体積を有する球の半径が光学素子の光学機能面の最小曲率半径よりも大きい、すなわち、光学機能面の曲率半径が小さい光学素子において、外観不良を抑制しつつ成形工程の省力化を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、外観不良を抑制しつつ成形工程の省力化が可能な光学素子成形方法および光学素子を提供することができる。

以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

（成形装置）
図１は、第１の実施形態に係る光学素子成形方法で用いられる成形装置を示す説明図である。

本実施形態に係る光学素子成形方法では、図１に示すように、一対の成形型を構成する第１および第２の成形型１０、２０と胴型３０とが用いられる。第１の成形型１０は、光学機能面を含む凸状の成形面を成形素材に転写するための第１の転写面１２と、凸状の成形面の外縁にコバやフランジなどの形状を転写するための第２の転写面１４とを備える。第２の成形型２０は、光学機能面を含む凸状の成形面を成形素材に転写するための第３の転写面２２と、凸状の成形面の外縁にコバやフランジなどの形状を転写するための第４の転写面２４とを備える。胴型３０には、内面沿いに摺動可能なように、一対の成形型１０、２０が内挿される。

ここで、図１に示す成形型１０、２０では、第１および第３の転写面１２、２２に凸状の成形面が設けられ、第２および第４の転写面１４、２４にコバやフランジなどの形状の成形面が設けられているが、転写面は成形される光学素子の形状に応じて所望の形状で設けられるようにしてもよい。

（第１の実施形態で用いられる成形素材）
本実施形態に係る光学素子成形方法で用いられる成形素材について説明する。図２は、第１の実施形態に係る光学素子成形方法で用いられる成形素材の一例を示す説明図である。図２（ａ）には、成形素材１１０、１２０から成形される光学素子１５０が示され、図２（ｂ）および図２（ｃ）には、成形素材１１０、１２０の構成が各々に示されている。図２（ａ）〜（ｃ）では、光学素子１５０および成形素材１１０、１２０の光軸断面図、上面図および側面図が各々に示されている。また、成形素材１１０、１２０の断面図には、光学素子１５０の断面図との対応関係が示されている。なお、図２は、あくまでも本実施形態に適用される成形素材を例示的に示すものであり、異なる形状および／または構成を有する成形素材が適用されるようにしてもよい。

本実施形態に係る光学素子成形方法は、特に、光学素子１５０の体積と同じ体積を有する球の半径が光学素子１５０の光学機能面の最小曲率半径よりも大きい、すなわち、光学機能面の曲率半径が小さい光学素子１５０の成形に対して好適に適用される。このため、以下では、光学機能面の曲率半径が小さい光学素子１５０を成形する場合について説明するが、例えば、光学機能面の曲率半径が大きい光学素子を成形する場合に適用されるようにしてもよい。

本例の光学素子１５０は、光学機能面１５２、１５４を備え、光学機能面１５２、１５４の外縁にはフランジ部１５６が形成されている。また、光学素子１５０は、境界１６２により有効光路部１６４と有効光路部以外の部分１６６とに区分されている。

本例の成形素材１１０、１２０は、光学素子１５０の有効光路部１６４を含む部分の成形形状に近似するように形成された第１の成形素材１１０と、有効光路部以外の部分１６６の成形形状に近似するように形成された第２の成形素材とに分割されて構成されている。これにより、光学素子１５０の各々の要素１６４、１６６に対応する成形素材の構成部分１１０、１２０を光学素子１５０の該当する部分の成形形状に近似するように別個に製造することが容易となるので、成形素材１１０、１２０の加工精度を向上させることができる。

ここで、本例の場合、第１および第２の成形素材１１０、１２０は、各々に楕円状および環状を呈し、第２の成形素材１２０には、光学素子１５０に設けられるフランジ部１５６の成形形状に近似するように形成された部分が含まれている。なお、本実施形態では、第１および第２の成形素材１１０、１２０は、同一の光学特性を有するガラス材からなる。よって、第１および第２の成形素材１１０、１２０は、いずれも光学素子１５０の所定の光学特性を満たす材料からなる。

なお、以下では、第１および第２の成形素材１１０、１２０が各々に楕円状および環状の形状を呈する場合について説明するが、第１および第２の成形素材１１０、１２０の形状は、例えば球状、円盤状や柱状などでもよい。すなわち、成形素材は、光学素子を構成する各々の要素の成形形状に対応した形状を有する構成部分に分割されて構成されていれば、いかなる形状を呈するようにしてもよい。また、以下では、成形素材が２つの構成部分により構成される場合について説明するが、３つ以上の構成部分により構成されるようにしてもよい。

（第１の実施形態に係る光学素子成形方法）
本実施形態に係る光学素子成形方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係る光学素子成形方法を示す説明図である。なお、以下の説明では、成形型１０、２０の詳細な構成については、前述した図１が参照される。

光学素子１５０の成形に際して、まず、図３（ａ）に示すように、第１および第２の成型用素材１１０、１２０が準備される。

そして、図３（ｂ）に示すように、第１の成形型１０が胴型３０に内挿された状態で、第１の成形型１０に第１および第２の成形素材１１０、１２０が載置または配置される。なお、以下では、第１の成形型１０に第１および第２の成形素材１１０、１２０が載置される場合について説明するが、第２の成形型２０に載置される場合や、第１および第２の成形型１０、２０が横向きに配置されて成形素材１１０、１２０がその間に配置される場合についても同様である。

第１の成形素材１１０は、第１の成形型１０に載置された状態で第１の転写面１２に対向する凸部側に、第１の転写面１２の曲率半径以下の曲率半径で形成された面を有するように形成される。これにより、第１の成形素材１１０は、第１の成形型１１０の転写面との間に密閉された空間を形成しないように第１の転写面１２上に載置される。また、第２の成形素材１２０は、第２の転写面１４上に載置される。

ここで、成形素材１１０、１２０が光学素子１５０を構成する各々の要素１６４、１６６の成形形状に近似する形状を有する構成部分１１０、１２０毎に分割されて構成されているので、成形素材１１０、１２０が第１の成形型１０に載置された状態で、成形素材１１０、１２０と第１の成形型１０の第１および第２の転写面１２、１４との間には、成形素材１１０、１２０と第１の成形型１０との近似度に応じて最小限の空間が形成されることになる。

また、本例のような成形素材１１０、１２０を用いれば、第１の成形素材１１０は、第２の成形素材１２０に支持された状態で、第１の転写面１２上に載置される。これにより、第１の成形型１０に載置した成形素材１１０、１２０の位置決め精度の確保が容易となるので、光学素子１５０の光学機能面に過充填や転写不良が形成されるといった弊害も抑制される。

次に、第２の成形型２０が胴型３０に内挿され、成形素材１１０、１２０が材料の屈伏点以上の温度で加熱軟化された状態で、図３（ｃ）に示すように、第１および第２の成形型１０、２０により転写面が転写されるように成形素材１１０、１２０が加圧され、第１および第２の成形型１０、２０に備えられた第１〜第４の転写面１２、１４、２２、２４に対応する成形面が転写される。

なお、先の載置工程に際して、転写面との間に密閉された空間を形成しないように、第１の成形素材１１０が第１の成形型１０の第１の転写面１２上に載置されている。これにより、この状態で加圧されると、第１の成形素材１１０および第１の転写面１２が、中央部で互いに密着し、周辺部で所定の適度な間隙を維持するので、加熱時に成形素材１１０、１２０から溶出する揮発成分が間隙を介して成形型１０、２０の外部に排出され易くなり、エア溜りの形成が抑制される。

また、転写工程に際して、光学素子１５０の例えばフランジ部１５６などの突出部では、転写工程時の変形により部材厚が薄くなり、カケの発生要因となる成形素材１１０、１２０の過剰な変形が発生し易くなる。しかし、第２の成形素材１２０が光学素子１５０に設けられたフランジ部１５６の成形形状に対応するような形状で形成されているので、成形素材１１０、１２０の過剰な変形が抑えられ、カケの発生要因が生じ難くなる。

最後に、成形素材１１０、１２０が転写を維持された状態で成形素材１１０、１２０の材料の転移点以下となる所定の温度まで冷却され、第２の成形型２０が胴型３０から取外されて、図３（ｄ）に示すように、光学素子１５０が取出される。

（第１の実施形態の効果）
以上、本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形方法について説明した。かかる光学素子成形方法によれば、成形素材１１０、１２０が光学素子１５０を構成する各々の要素１６４、１６６の成形形状に対応した形状を有する複数の構成部分毎（第１および第２の成形素材１１０、１２０）に分割されて構成されるので、光学素子１５０の各々の要素１６４、１６６に対応する成形素材の構成部分１１０、１２０を光学素子１５０の該当する部分１６４、１６６の成形形状に近似するように別個に製造することが容易となり、成形素材１１０、１２０の面と成形型１０、２０の転写面１２、１４、２２、２４との間の形状差を極力抑えることが可能となる。

これにより、エア溜りを形成する要因となる密閉空間の形成やカンやカケなどを発生する要因となる成形素材１１０、１２０の過剰な変形が抑えられ、光学素子１５０の外観不良を抑制することができる。また、形状差を極力抑えながら、成形素材１１０、１２０に対して載置−転写−冷却工程を１サイクルのみ施すことにより所定の成形形状を有する光学素子１５０が成形されるので、成形工程の省力化が図られる。なお、転写工程が１サイクルのみであるので、再転写に伴う、外観のクモリや気泡などの有害な影響の発生も避けられる。

なお、本実施形態に係る光学素子成形方法では、第１および第２の成形素材１１０、１２０が同一の光学特性を有するガラス材からなるので、成形素材１１０、１２０の境界部分に光学的境界を有さない光学素子が成形される。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下では、本実施形態に係る光学素子成形法について説明するが、第１の実施形態との重複部分についての説明は省略する。

（第２の実施形態で用いられる成形素材）
本実施形態に係る光学素子成形方法で用いられる成形素材について説明する。図４は、第２の実施形態に係る光学素子成形方法で用いられる成形素材の一例を示す説明図である。図４（ａ）には、成形素材２１０、２２０から成形される光学素子２５０が示され、図４（ｂ）および図４（ｃ）には、成形素材２１０、２２０の構成が各々に示されている。図４（ａ）〜（ｃ）では、光学素子２５０および成形素材２１０、２２０の光軸断面図、上面図および側面図が各々に示されている。

本例の場合も、第１の実施形態と同様に、第１および第２の成形素材２１０、２２０は、各々に楕円状および環状を呈し、第２の成形素材２２０には、光学素子２５０に設けられるフランジ部２５６の成形形状に近似するように形成された部分が含まれている。

なお、本実施形態では、第１および第２の成形素材２１０、２２０は、異なる光学特性を有するガラス材からなる。特に、光学素子２５０の有効光路部２６４を含む部分に対応する第１の成形素材２１０は、光学素子２５０の所定の光学特性を満たす材料からなる。第１の成形素材２１０が光学素子２５０の所定の光学特性を満たす材料からなるので、所定の光学特性を発揮しうる光学素子２５０を成形することができる。また、有効光路部以外の部分２６６に対応する第２の成形素材２２０の材料を適宜に変更し、相対的に屈折率が低く比重が軽い材料を用いることも可能となるので、所定の光学特性を満たした上で光学素子２５０を軽量化し易くなる。また、屈折率が低い材料を用いることで、光学素子２５０自体の軽量化と併せて、生産コストの低減も見込まれる。

（第２の実施形態に係る光学素子成形方法）
本実施形態に係る光学素子成形方法について説明する。図５は、第２の実施形態に係る光学素子成形方法を示す説明図である。

光学素子２５０の成形に際して、まず、図５（ａ）に示すように、第１および第２の成型用素材２１０、２２０が準備される。

そして、図５（ｂ）に示すように、第１の成形型１０が胴型３０に内挿された状態で、第１の成形型１０に第１および第２の成形素材２１０、２２０が載置される。

次に、第２の成形型２０が胴型３０に内挿され、成形素材２１０、２２０が第１の成形素材２１０の屈伏点に基づいて設定される温度まで、および／または第１の成形素材２１０が所定の粘度になるまで加熱された状態で、図５（ｃ）に示すように、第１および第２の成形型１０、２０により転写面が転写されるように、成形素材２１０、２２０が加圧され、第１および第２の成形型１０、２０に備えられた第１〜第４の転写面１２、１４、２２、２４に対応する成形面が成形素材２１０、２２０に転写される。

最後に、成形素材２１０、２２０が転写を維持された状態で成形素材２１０、２２０の材料の転移点以下となる所定の温度まで冷却され、第２の成形型２０が胴型３０から取外されて、図５（ｄ）に示すように、光学素子２５０が取出される。

ここで、本実施系形態に係る光学素子成形方法では、第１および第２の成形素材２１０、２２０が異なる光学特性を有する材料からなるので、特に以下のような配慮がなされる。

第１に、成形素材２１０、２２０の体積については、第１の成形素材２１０が光学素子２５０の有効光路部２６４よりも大きな体積を有し、第２の成形素材２２０が有効光路部以外の部分２６６よりも小さな体積を有するように形成されている。これにより、成形素材２１０、２２０の転写工程時には、有効光路部２６４よりも大きな体積を有する第１の成形素材２１０の材料（所定の光学特性を有する材料）が有効光路部以外の部分２６６に流動し、第２の成形素材２２０の材料（所定の光学特性を有しなくても良い材料）が有効光路部２６４の部分に流動し難くなる。これにより、光学素子２５０の有効光路部２６４で材料の均一化が保たれるので、所定の光学特性を有する光学素子２５０を成形することができる。

第２に、成形素材２１０、２２０の材料の線膨張係数については、第１の成形素材２１０が第２の成形素材２２０の材料の線膨張係数の１．２倍よりも小さな線膨張係数を伴う材料からなるように構成されている。これにより、加圧・転写工程後の冷却工程に際して、第２の成形素材２２０の方が第１の成形素材２１０よりも大きく収縮しようとする。このため、冷却工程に際して、第１の成形素材２１０と第２の成形素材２２０との収縮量の差に伴い生じる応力により、成形素材同士が分裂することを回避できる。

第３に、第１の成形素材２１０の材料は、第２の成形素材２２０の材料よりも高い屈伏点を有する材料であり、成形素材２１０、２２０に転写面を転写する時の温度は、第１の成形素材２１０の材料の屈伏点および粘度の少なくともいずれかに基づいて制御される。これにより、成形素材２１０、２２０が第１の成形素材２１０の屈伏点に基づいて設定される温度まで、および／または第１の成形素材２１０が所定の粘度になるまで加熱される。このため、過度の温度上昇に伴う光学機能面での気泡の発生を防止できるなど、光学素子２５０の光学特性の決定に寄与しうる有効光路部２６４を含む第１の成形素材２１０において高い精度で転写面１２および２２（光学機能面）の転写が行われる。

（第２の実施形態の効果）
以上、本発明の第２の実施形態に係る光学素子成形方法について説明した。かかる光学素子成形方法によれば、成形素材２１０、２２０が光学特性の異なる材料からなる成形素材を含むので、光学素子２５０の要素２６４、２６６毎で所定の光学特性や材料特性を有する光学素子２５０を成形することができる。

なお、本実施形態に係る光学素子成形方法では、第１および第２の成形素材２１０、２２０が異なる光学特性を有するガラス材からなるので、成形素材２１０、２２０の境界部分に光学的境界２６８を有する光学素子２５０が成形される。また、光学的境界２６８は、有効光路部２６４を含む部分と、有効光路部以外の部分２６６との境界部分に形成される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態の説明では、第１の成形型１０に載置された成形素材１１０、１２０、２１０、２２０を第２の成形型２０により加圧し、成形素材１１０、１２０、２１０、２２０に転写面を転写する場合について説明したが、第２の成形型２０により加圧する代わりに、第１および第２の成形型１０、２０により加圧する場合についても同様である。

第１の実施形態に係る光学素子成形方法で用いられる成形装置を示す説明図である。 第１の実施形態に係る光学素子成形方法で用いられる成形素材の一例を示す説明図である。 第１の実施形態に係る光学素子成形方法を示す説明図である。 第２の実施形態に係る光学素子成形方法で用いられる成形素材の一例を示す説明図である。 第２の実施形態に係る光学素子成形方法を示す説明図である。

符号の説明

１１０、２１０ 第１の成形素材
１２０、２２０ 第２の成形素材
１５０、２５０ 光学素子
１５２、１５４、２５２、２５４ 光学機能面
１６２、２６２ 有効光路部と有効光路部以外との境界
１６４、２６４ 有効光路部
１６６、２６６ 有効光路部以外の部分
２６８ 光学的境界

Claims (16)

1. 一対の成形型により光学素子を成形するための光学素子成形方法であって、
   複数の構成部分に分割されて構成され、前記構成部分の各々が前記光学素子を構成する要素の各々の成形形状に対応した形状を有する成形素材を、転写面を備えた第１の成形型に載置する載置工程と、
   前記成形素材を加熱軟化した状態で、転写面を備えた第２の成形型により加圧し、前記成形素材に前記第１および第２の成形型の転写面を転写する転写工程と、
   を含むことを特徴とする、光学素子成形方法。
2. 前記成形素材は、光学特性の異なる材料からなる構成部分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光学素子成形方法。
3. 前記光学素子の入射側および出射側の有効径の範囲と、前記入射側の有効径の範囲の輪郭と前記出射側の有効径の範囲の輪郭とを最短距離で結ぶ面とで区分される領域が有効光路部として規定され、前記成形素材は、前記有効光路部を含む部分の成形形状に対応した形状を有する第１の構成部分と、前記有効光路部以外の部分の成形形状に対応した形状を有する第２の構成部分とからなることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学素子成形方法。
4. 前記第１の構成部分は、前記光学素子の有効光路部よりも大きな体積を有し、前記第２の構成部分は、前記光学素子の有効光路部以外の部分よりも小さな体積を有することを特徴とする、請求項３に記載の光学素子成形方法。
5. 前記第１の成形型には凹面からなる転写面が形成され、前記第１の構成部分は、前記第１の成形型に載置された状態で前記転写面に対向し、前記凹面の曲率半径以下の曲率半径で形成された凸面を有することを特徴とする、請求項３または４に記載の光学素子成形方法。
6. 前記第２の構成部分は、前記光学素子に設けられたフランジ部の成形形状に対応した形状を有することを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の光学素子成形方法。
7. 前記第１の構成部分は、前記光学素子の所定の光学特性を満たす材料からなることを特徴とする、請求項３〜６のいずれかに記載の光学素子成形方法。
8. 前記第１の構成部分は、前記第２の構成部分の材料よりも小さな線膨張係数を伴う材料からなることを特徴とする、請求項７に記載の光学素子成形方法。
9. 前記第１の構成部分の材料は、前記第２の構成部分の材料よりも高い屈伏点を有する材料であり、前記成形素材に転写面を転写する時の温度は、前記第１の構成部分の材料の屈伏点および粘度の少なくともいずれかに基づいて制御されることを特徴とする、請求項８に記載の光学素子成形方法。
10. 前記光学素子は、前記光学素子の体積と同一体積を有する球と比較した場合に、前記光学素子の光学機能面の最小曲率半径が前記球の半径よりも小さくなるように成形されることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子成形方法。
11. 一対の成形型により成形素材から成形される光学素子であって、
    複数の構成部分に分割されて構成され、前記構成部分の各々が前記光学素子を構成する要素の各々の成形形状に対応した形状を有する成形素材を、転写面を備えた第１の成形型に載置し、前記成形素材を加熱軟化した状態で、転写面を備えた第２の成形型により加圧し、前記成形素材に前記第１および第２の成形型の転写面を転写して成形されることを特徴とする、光学素子。
12. 前記成形素材の境界部分に光学特性の変化する光学的境界を有しないことを特徴とする、請求項１１に記載の光学素子。
13. 前記成形素材の境界部分に光学特性の変化する光学的境界を有することを特徴とする、請求項１１に記載の光学素子。
14. 前記光学素子の入射側および出射側の有効径の範囲と、前記入射側の有効径の範囲の輪郭と前記出射側の有効径の範囲の輪郭とを最短距離で結ぶ面とで区分される領域が有効光路部として規定され、前記光学的境界は、前記有効光路部を含む部分と、前記有効光路部以外の部分との境界部分に形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の光学素子。
15. 前記有効光路部を含む部分は、所定の光学特性を満たす材料からなることを特徴とする、請求項１４に記載の光学素子。
16. 同一体積を有する球と比較した場合に、光学機能面の最小曲率半径が前記球の半径よりも小さくなるように成形されることを特徴とする、請求項１１に記載の光学素子。

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