JP2009029654A - 光学素子の製造方法、製造装置、及び成型用型、並びに光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】軟化状態の光学ガラス材料に加圧型の型面を転写させて光学素子を製造する際、空気溜まりを生じ難くできる光学素子の製造方法を提供する。
【解決手段】対向配置される一対の加圧型３２、３３の型面３４に、凹状型面部３５を設けると共に凹状型面部３５に有効領域型面部位３５ａを設け、一対の加圧型３２、３３の型面３４間に光学ガラス材料５０を配置し、軟化状態の光学ガラス材料５０を型面３４間で加圧して凹状型面部３５の形状を光学ガラス材料５０に転写するにあたり、一対の加圧型３２、３３間の有効領域型面部位３５ａの外側となる位置に気体逃げ部３７を設け、有効領域型面部位３５ａと光学ガラス材料５０との間に存在する気体を気体逃げ部３７に逃がしつつ、凹状型面部３５により光学ガラス材料５０を加圧して有効領域型面部位３５ａの形状を転写する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、軟化状態の光学ガラス材料を加圧型で加圧することにより、加圧型の型面を転写して光学素子を製造する方法、その製造装置、及び、その成形用型、並びに、これにより製造される光学素子に関する。

従来、光学ガラス材料を用いて凸面を有する光学素子を製造する方法として、対向配置された一対の加圧型の型面の少なくとも一方に、凹状に凹んだ凹状型面部を設け、この一対の加圧型の型面間に光学ガラス材料を配置し、この光学ガラス材料を軟化状態で一対の加圧型の型面間で加圧することにより、凹状型面部の形状を光学ガラス材料に転写することが行われている。

例えば、下記特許文献１では、高精度研磨された複数の凹面パターンを有する一対の加圧型を用い、軟化状態の光学ガラス材料を加圧して複数の凹面パターンを光学ガラス材料に転写することで、棒状のレンズを多数用いることなく、フライアイレンズを製造していた。ここでは、軟化状態の光学ガラス材料の表面が酸化されることを防止するなどの目的で、加圧型の周囲の空気を排気した状態で加圧転写することが行われていた。
特開平６−１４４８４２号公報

しかしながら、軟化状態の光学ガラス材料を加圧型で加圧して型面を転写させる場合、光学素子の凸面の表面に微細な凹み状の空気溜まりが形成され易かった。この微細な空気溜まりは、上記特許文献１のように加圧型の周囲の空気を排気した状態で加圧転写を行う場合でも形成されることがあった。

光学素子には、所定の光が照射された際に所定の光学的機能を得るための光学的有効領域が設けられているが、この光学的有効領域に微細な空気溜まりが生じると、光学素子の光学特性が低下し易い。

そこで、この発明は、軟化状態の光学ガラス材料を加圧型の型面で加圧して光学素子を製造する際、空気溜まりを生じ難くできる光学素子の製造方法及び製造装置を提供することを課題とすると共に、光学特性が優れた光学素子を提供することを他の課題とする。

上記課題を解決するこの発明の光学素子の製造方法は、対向配置される一対の加圧型の型面の少なくとも一方に、凹状型面部を設けると共に該凹状型面部に光学素子の光学的有効領域を形成するための有効領域型面部位を設け、前記一対の加圧型の前記型面間に光学ガラス材料を配置し、軟化状態の前記光学ガラス材料を前記一対の加圧型の前記型面間で加圧して前記凹状型面部の形状を前記光学ガラス材料に転写する光学素子の製造方法において、前記一対の加圧型間の前記光学素子の光学的有効領域の外側となる位置に気体逃げ部を設け、前記有効領域型面部位と前記光学ガラス材料との間に存在する気体を前記気体逃げ部に逃がしつつ、前記凹状型面部により前記光学ガラス材料を加圧して前記有効領域型面部位の形状を転写することを特徴とする。

このような光学素子の製造方法によれば、有効領域型面部位と光学ガラス材料との間に存在する気体を気体逃げ部に逃がしつつ、有効領域型面部位の形状を転写するので、軟化状態の光学ガラス材料と有効領域型面部位との間で気体が圧縮されて、光学素子の光学的有効領域に空気溜まりが生じることを防止し易い。

また、この発明の光学素子の製造装置は、対向配置される一対の加圧型を有する成形用型を備え、前記一対の加圧型の型面の少なくとも一方には、凹状型面部を有すると共に該凹状型面部に光学素子の光学的有効領域を形成するための有効領域型面部位を有し、軟化状態の光学ガラス材料が前記一対の加圧型の前記型面間で加圧されることにより、前記凹状型面部の形状が前記光学ガラス材料に転写される光学素子の製造装置において、前記凹状型面部を有する前記加圧型には、前記有効領域型面部位の外側となる位置に、該凹状型面部から前記加圧型の周縁まで連続する溝部が設けられ、前記光学ガラス材料が前記一対の加圧型の前記型面間に配置されることにより、前記溝部と前記光学ガラス材料との間に気体逃げ部が形成され、前記有効領域型面部位と前記光学ガラス材料との間に存在する気体が前記気体逃げ部に逃がされつつ、前記凹状型面部により前記光学ガラス材料が加圧されて前記有効領域型面部位の形状が転写されるように構成されていることを特徴とする。

このような光学素子の製造装置によれば、凹状型面部を有する加圧型に、凹状型面部から加圧型の周縁まで連続する溝部が設けられ、この溝部と光学ガラス材料との間に形成される気体逃げ部に、有効領域型面部位と光学ガラス材料との間に存在する気体が逃がされつつ、有効領域型面部位の形状が転写されるので、軟化状態の光学ガラス材料と有効領域型面部位との間で気体が圧縮されて、光学素子の光学的有効領域に空気溜まりが生じることを防止し易い。

また、この発明の光学素子の成形用型は、対向配置される一対の加圧型を備え、該一対の加圧型の型面の少なくとも一方には、凹状型面部を有すると共に、前記凹状型面部には、光学素子の光学的有効領域を形成するための有効領域型面部位を有する成形用型であって、前記凹状型面部を有する前記加圧型には、前記有効領域型面部位の外側となる位置に、該凹状型面部から前記加圧型の周縁まで連続する溝部からなる気体逃げ部が設けられていることを特徴とする。

このような光学素子の成形用型によれば、凹状型面部を有する加圧型に、凹状型面部から加圧型の周縁まで連続する溝部からなる気体逃げ部が設けられているので、軟化状態の光学ガラス材料を一対の加圧型の型面間で加圧する際、光学ガラス材料と有効領域型面部位との間の気体を気体逃げ部に逃がすことができ、軟化状態の光学ガラス材料と有効領域型面部位との間で圧縮されることを防止して、光学素子の光学的有効領域に空気溜まりが生じることを防止し易い。

更に、この発明の光学素子は、上記光学素子の製造方法により製造されたことを特徴としている。

このような光学素子によれば、光学素子の光学的有効領域に空気溜まりが生じることを防止し易いため、優れた光学特性を有する。

この発明によれば、有効領域型面部位と光学ガラス材料との間に存在する気体を、光学素子の光学的有効領域の外側となる位置に設けられた気体逃げ部に逃がしつつ、有効領域型面部位の形状を転写するので、軟化状態の光学ガラス材料と有効領域型面部位との間で気体が圧縮され難く、光学素子の光学的有効領域に空気溜まりが生じることを防止し易い。

以下、この発明の実施の形態について説明する。
［実施の形態１］

図１乃至図５はこの実施の形態１を示す。

まず、製造対象の光学素子は、少なくとも一方の面に凸面を有し、その凸面の少なくとも一部に光学的有効領域が形成されたものであればよく、例えば、片面又は両面に、単数又は複数の凸面を有するレンズなどが挙げられる。ここで光学的有効領域とは、所定の光が照射された際に各種の光学的機能を得るために設定されている領域であり、形状や表面粗さなどが所定のものに形成されている。この実施の形態１では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、球面状の球状凸面１０ａ、１０ｂが縦横に多数配列して両面に設けられているフライアイレンズ１０を対象としている。

このフライアイレンズ１０は、外周囲に設けられた平坦部１０ｄと、この平坦部１０ｄの内側に隣接して配列された複数の球状凸面１０ａと、この球状凸面１０ａの内側に隣接して配列された複数の球状凸面１０ｂとを各面に備えている。このフライアイレンズ１０の光学的有効領域１０ｃは、図１（ａ）（ｂ）中の仮想線Ｌ１で囲まれる範囲であり、球状凸面１０ａの外周側を除く表面と、球状凸面１０ｂの全面とが含まれている。この光学的有効領域１０ｃは、外周側の平坦部１０ｄより突出した位置に設けられている。なお、光学的有効領域１０ｃ以外の領域は、フライアイレンズ１０を使用する段階では、除去されていても残留されていてもよい。

次に、このようなフライアイレンズ１０を製造するための製造装置について説明する。

この製造装置は、図２に示すように、下部ベース１１ａ及び上部ベース１１ｂの間に石英ガラス管１２が配置されることで内部に成形用空間１３を有するチャンバー部１５が構成され、このチャンバー部１５の下部側に配設された加圧部２１と上部側に配設された固定部２２とにより加圧手段２０が構成されており、成形用型３０が加圧部２１と固定部２２との間に配置されて成形用空間１３内に収容されるようになっている。

また、チャンバー部１５の周囲には赤外線ヒータ等からなる加熱ランプ４１が配設され、成形用空間１３に不活性ガスを供給可能な不活性ガス導入路４２と、成形用空間１３内の気体を図示しない真空ポンプ等により排気可能な気体排出路４３とが接続されている。

成形用型３０は、図３に示すように、筒状の胴型３１と、胴型３１内に配置されて互いに対向する一対の下型３２及び上型３３を備えている。胴型３１は、円柱状の外形を呈し、内部に横断面四角形の中空の筒状部３１ａが設けられている。筒状部３１ａに下型３２及び上型３３が収容されており、図４に示すように、筒状部３１ａの内周面に下型３２及び上型３３の側周面が摺接することで、下型３２と上型３３との横方向の相対位置が所定の精度で維持されている。

下型３２及び上型３３は、図４及び図５に示すように、それぞれ互いに対向する面の全面に、フライアイレンズ１０の形状に対応した型面３４が設けられている。各型面３４は、フライアイレンズ１０の外周縁側の平坦部１０ｄに対応する平面部３６と、平面部３６から凹状に凹んで形成された凹状型面部３５とを有している。凹状型面部３５には、フライアイレンズ１０の球状凸面１０ａ、１０ｂに対応する複数の凹状単面３５ｂが縦横に配列して設けられている。

この凹状型面部３５には、図４及び図５に仮想線Ｌ２で示されるように、フライアイレンズ１０の光学的有効領域１０ｃを形成するための有効領域型面部位３５ａが設けられている。この有効領域型面部位３５ａは、複数の凹状単面３５ｂに連続して凹状型面部３５の底部全体に形成されており、有効領域型面部位３５ａ内の各凹状単面３５ｂの表面の形状及び表面粗さが、それぞれ所定のものとなっている。

各平面部３６には、凹状型面部３５から下型３２又は上型３３の周縁まで連続する溝部３７が設けられている。この溝部３７の一端側は、有効領域型面部位３５ａより外側の凹状型面部３５の内表面に開口され、他端側は下型３２又は上型３３の側周面に開口されている。この実施の形態１では、溝部３７が凹状型面部３５の四隅に複数設けられているが、有効領域型面部位３５ａより外側に開口する限り、その数や位置は適宜選択することが可能である。

これらの溝部３７は、胴型３１と下型３２及び上型３３が組合わされた状態では、下型３２又は上型３３と胴型３１の筒状部３１ａの内周面との間の間隙を介して成形用型３０の周囲の成形用空間１３まで連通されている。ここでは、各型３２、３３の型面３４周縁に設けられた周縁面取り部３４ａと、周縁面取り部３４ａと連続して型面３４の四隅に厚さ方向に設けられた角部面取り部３４ｂとにより連通間隙３８が形成されており、この連通間隙３８を介して、各溝部３７と成形用型３０の周囲とが確実に連通されるようになっている。

このような成形用型３０は、成形対象の光学ガラス材料５０に応じて適宜選択された材料により構成することが可能であり、例えば、炭化タングステン、炭素鋼、快削鋼、セラミックス等を用いることができる。また、この成形用型３０として、上型３３及び下型３３の各型面３４を複雑な形状に加工可能にするため、例えば、特開2003-277078号公報に記載されたように、金属母材上の型面３４を形成する部位を無電解メッキ層により形成したような金型を用いることができる。

製造装置の加圧部２１及び固定部２２からなる加圧手段２０は、成形用型３０の下型３２及び上型３３を互いに近接させる方向に加圧可能に構成されている。

固定部２２は、上部ベース１１ｂに固定された支持架台２３と、この支持架台２３に固定されて上型３３を加圧可能な上部押し子２４とを備えている。支持架台２３は成形対象の光学ガラス材料５０の厚さや加圧面積等に応じて適宜選択可能である。

上部押し子２４には、上型３３の背面に当接して加圧可能な加圧当接部２４ａが設けられている。この加圧当接部２４ａは上型３３の背面側に向けて球面等の曲面形状に突出して形成されており、加圧当接部２４ａの頂部により上型３３の背面の中央部を加圧するようになっている。ここでは、曲面状の加圧当接部２４ａが平面状に形成された上型３３の背面に当接することで、上部押し子２４に対して上型３３が傾倒自在となっている。

また、この加圧当接部２４ａは、成形完了時まで加圧当接部２４ａの周囲２４ｂが胴型３１と当接しない程度に突出して形成されており、加圧当接部２４ａの周囲２４ｂからの突出量を成形完了時の胴型３１の端部から上型３３の背面までの間隔と一致させるのが好適である。このようにすれば、加圧当接部２４ａの周囲２４ｂが胴型３１の端部に当接することで上型３３による加圧を終了することができ、軟化状態の光学ガラス部材５０の過剰な加圧による成形用型３０の内圧の過剰な上昇を防止することができる。

一方、加圧部２１は、下部ベース１１ａに固定された油圧シリンダ等の加圧具２６と、加圧具２６の加圧ロッド２６ａに固定された可動架台２７と、可動架台２７に固定された下部押し子２８と、成形用型３０の胴型３１及び下型３２の背面を支持して、下部押し子２８に載置可能な搬送治具２９とを備えている。搬送治具２９は、チャンバー部１５の外部で成形用型３０に光学ガラス材料５０をセットする場合に使用されるものであり、胴型３１及び下型３２の背面を安定して支持可能な構成であればよい。下部押し子２８にそのような構造を設けることも可能である。

この加圧部２１では、成形用型３０を搬送治具２９と共に下部押し子２８上に載置し、加圧具２６の加圧ロッド２６ａを上昇させることで、上部押し子２４の加圧当接部２４ａに上型３３の背面を当接させて、下型３２と上型３３とにより内部の光学ガラス部材５０を加圧するようになっている。

次に、このような構成の製造装置を用いて、光学ガラス材料５０からフライアイレンズ１０を製造する方法について説明する。

この製造方法では、まず、光学ガラス材料５０のプリフォームを予め作製する。この製造方法を適用する光学ガラス材料としては、予め成形されたプリフォームを軟化状態で成形用型３０により加圧することで、成形可能な光学ガラス材料であればよい。特に、加熱して軟化状態とすることにより、内部に含有されている気体成分が気体として放出され易い材料に適している。具体的には、例えば、ほう珪酸クラウンガラス、リン酸等が挙げられる。

光学ガラス材料５０のプリフォームは、表面に下型３２及び上型３３の型面３４を当接させた際、下型３２及び上型３３の傾きを少なく抑えられる形状に形成されているのが好ましい。この実施の形態１では、側周面が胴部３１の筒状部３１ａに略等しく、下型３２及び上型３３の型面３４に対向する面が加圧方向に対して直交する平面となる概略直方体形状に成形されたものを使用している。

このような光学ガラス材料５０のプリフォームを、胴部３１の筒状部３１ａ内の下型３２と上型３３との型面３４間となる位置に配置して、成形用型３０を組立て、この成形用型３０を搬送治具２９に装着する。この組立及び装着はチャンバー部１５の外部で行ってチャンバー部１５内に搬入してもよく、チャンバー部１５内で行ってもよい。

この成形用型３０を搬送治具２９と共に、加圧部２１の下部押し子２８上に載置し、チャンバー部１５を閉鎖することで、成形用型３０及び光学ガラス材料５０を成形用空間１３内に収容する。

このようにして準備が完了した後、成形用型３０内の光学ガラス材料５０を軟化状態にする。

ここでは、まず、収容後に気体排出路４３から成形用空間１３内を減圧して不活性ガス導入路４２から窒素ガス等の不活性ガスを導入することを繰り返し、成形用空間１３内を不活性ガスにより十分に置換する。

この状態で、加熱ランプ４１により石英ガラス管１２の周囲から成形用型３０を加熱し、光学ガラス材料５０を加熱する。このとき、熱電対４５により上部押し子２４、下部押し子２８の温度を測定し、成形用型３０と共にこれらの温度が所定温度となるように加熱制御される。そして、所定温度に到達後、所定時間以上保持し、光学ガラス材料５０を所定の軟化温度に昇温して軟化状態とする。

このように成形用空間１３内を不活性ガスで置換してから加熱して光学ガラス材料５０を軟化状態とすると、光学ガラス材料５０の表面の酸化を防止することができ、また、成形用空間１３内の気体を排出した状態で成形用型３０を加熱して光学ガラス材料５０を加熱するような場合に比べ、成形用型３０から光学ガラス材料５０への熱伝達率を向上させることができ、より短時間で光学ガラス材料５０を軟化状態にすることができる。

光学ガラス材料５０を軟化状態とするための軟化温度は、使用される材料に応じて適宜設定することができる。例えば、ほう珪酸ガラスでは５５０℃〜６５０℃、リン酸ガラスでは４８０℃〜６００℃としてもよい。この軟化温度を高めに設定すると、加圧時に光学ガラス材料５０が変形し易くなり、炭素鋼や快削鋼等からなる成形用型３０を用いる場合には、成形用型３０等の設備を安価にできる。一方、この軟化温度を低めに設定すると、炭化タングステン等の超硬合金からなる成形用型３０を用いる場合には、転写により光学素子をより高精度に成形できる。

このようにして光学ガラス材料を軟化状態とした後、図示しない真空ポンプ等を用いて、気体排出路４３から成形用空間１３内を真空引きすることにより、内部の気体を十分に排気する。この排気状態では、成形用空間１３内の圧力を、例えば５．０×１０⁻¹Ｐａ以下とする。

このような排気状態とすると、下型３２及び上型３３の各型面３４に設けられた凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の間隙に存在する気体も排出される。この凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の間隙に存在する気体には、成形用空間１３内を置換した不活性ガスや、不活性ガスにより置換した際に残留した空気が含まれる。

更に、これらの気体の他に、光学ガラス材料５０を軟化させることにより、光学ガラス材料５０から放出されるガスが含まれている。この光学ガラス材料５０から放出されるガスは、例えば光学ガラス材料５０中に微細な気泡として残留している気体、溶存している微量の気体や揮発成分など、加熱軟化された光学ガラス材料５０の温度において気体となる各種の成分が含まれる。このガスの種類や量は、使用される光学ガラス材料の種類、光学ガラス材料５０の成分や組成等により異なる。例えば、ほう珪酸ガラスの場合には、ナトリウムガス、アルミガス、カリウムガス等が含まれる。

このような凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の間隙に存在する気体は、成形用空間１３内が減圧されることで、光学ガラス材料５０と下型３２及び上型３３の各型面３４との間の間隙や溝部３７、下型３２及び上型３３と胴型３１の筒状部３１ａとの間の間隙や連通間隙３８を通して、成形用空間１３内に引き抜かれて排気される。

そして、このように成形用空間１３内の気体を排気しつつ、又は、成形用空間１３内を十分に排気状態とした後で、加圧具２６の加圧ロッド２６ａを伸長させて、上部押し子２４及び下部押し子２８で、下型３２及び上型３３を加圧し、各型面３４間で光学ガラス材料５０の加圧を開始する。

この加圧開始時点では、凹状型面部３５の周縁と軟化状態の光学ガラス材料５０とが接触することで、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の間隙が成形用型３０の周囲の成形用空間１３と隔離され易い。特に、各型面３４に平面部３６が設けられていると共に光学ガラス材料５０の型面３４との対向面が平面状に形成されているため、これらが密着することで、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の間隙が成形用型３０の周囲の成形用空間１３と隔離され易い。しかも、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の間隙では、容積に対して接触する光学ガラス材料５０の表面積が大きいため、光学ガラス材料５０から放出されるガスが滞留し易く、例えばほう珪酸クラウンガラスでは、５９０℃以上の温度の軟化状態で加圧する場合、放出されるガスが多く、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の間隙にガスが滞留し易い。

ところが、この成形用型３０では、下型３２及び上型３３の間のフライアイレンズ１０の光学的有効領域１０ｃの外側となる位置に溝部３７が設けられているため、この溝部３７に各型面３４の有効領域型面部位３５ａと光学ガラス材料５０との間に存在する気体を溝部３７に逃がしつつ、凹状型面部により光学ガラス材料５０を加圧することができる。

このとき、溝部３７が下型３２及び上型３３と胴型３１との間の連通間隙３８を介して、成形用型３０の周囲の成形用空間１３と確実に連通された状態で維持されている。そのため、有効領域型面部位３５ａと光学ガラス材料５０との間の気体は、有効領域型面部位３５ａと光学ガラス材料５０との間の空間が収縮されると、成形用型３０の周囲の減圧状態の成形用空間１３に引き抜かれて除去される。

従って、この成形用型３０では、凹状型面部３５による光学ガラス材料５０の加圧開始時及びその後にも、有効領域型面部位３５ａと光学ガラス材料５０との間の気体を排気することができ、最終的にこの部位に残留する気体を十分に少なく抑えることが可能である。

そして、このようにして凹状型面部３５により光学ガラス材料５０の加圧を続けると、凹状型面部３５の形状が光学ガラス材料５０に転写される。

この加圧時の圧力は、光学ガラス材料５０の形状や大きさに応じて適宜設定できるが、例えば、２０ｋｇｆ／ｃｍ^２〜１００ｋｇｆ／ｃｍ^２とすることができる。この加圧時には、設定された圧力まで昇圧した後、その圧力を維持しつつ、光学ガラス材料５０を徐々に変形させて転写させることが好ましい。

そして、下型３２及び上型３３の移動が停止した時点で加圧を終了する。ここでは、下型３２及び上型３３が胴型３１の端部に当接することで、移動を停止するようにしていてもよい。これにより、凹状型面部３５の形状が十分に光学ガラス材料５０に転写され、有効領域型面部位３５ａの形状や表面粗さが精度良く光学ガラス材料５０に転写される。

このようにして加圧を完了した後、光学ガラス材料５０を取り出し可能な温度まで冷却する。冷却時には、加圧完了後の高温状態の成形用空間１３内に少量の不活性ガスを導入して徐冷し、例えば転移点温度より低い温度まで低下させた段階で、多量の不活性ガスを導入して十分に冷却することにより行ってもよい。

更に、このようにして成形を完了した後、そのまま、フライアイレンズ１０として使用に供してもよいが、外周研削や研磨等各種の加工を施してから、使用に供してもよい。

以上のようにして光学ガラス材料５０を用いてフライアイレンズ１０を製造すれば、下型３２及び上型３３間のフライアイレンズ１０の光学的有効領域１０ｃの外側となる位置に溝部３７を設け、有効領域型面部位３５ａと光学ガラス材料５０との間に存在する気体を溝部３７に逃がしつつ、凹状型面部３５により光学ガラス材料５０を加圧して有効領域型面部位３５ａの形状を転写するので、軟化状態の光学ガラス材料５０が有効領域型面部位３５ａで加圧される際に、光学ガラス材料５０と有効領域型面部位３５ａとの間で気体が圧縮されてフライアイレンズ１０の光学的有効領域１０ｃに空気溜まりが生じることを防止し易い。

そして、このようにして得られたフライアイレンズ１０は、光学的有効領域１０ｃに空気溜まりが存在しないので、優れた光学特性を実現することができ、例えば、投影型表示装置の光学系等に好適に使用することができる。より具体的には、例えば、特開２０００−４７１１５号公報などに記載されたように、投影型表示装置の照明装置の光源の後段に複数のフライアイレンズ１０を配列させてフライアイインテグレータを構成することができ、これにより、矩形照明領域をより均一に照明し易くできる。また、特開平０７−５４６９号公報などに記載されたように、色分解光学系或いは色合成光学系の中で、光源とマスクとの間にフライアイレンズ１０を配置することができ、これにより、より明るく高コントラストの表示画像を得易くできる。

また、このようなフライアイレンズ１０を上述のように製造すれば、成形用型３０及び光学ガラス材料５０を成形用空間１３に収容し、この成形用空間１３内の気体を排気して溝部３７内の気体を除去しつつ、光学ガラス材料５０を凹状型面部３５で加圧するので、光学ガラス材料５０と有効領域型面部位３５ａとの間に存在する気体をより少なくすることができ、光学ガラス材料５０と有効領域型面部位３５ａとの間で気体が圧縮されることをより確実に防止し易い。

更に、凹状型面部３５を有する下型３２及び上型３３に、凹状型面部３５から周縁まで連続する溝部３７を設けているので、加圧初期の段階で凹状型面部３５の周縁が軟化状態の光学ガラス材料５０に接触しても、溝部３７を開口状態に維持でき、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間に存在する気体を逃がしやすくすることができる。しかも、溝部３７の形状が光学ガラス材料５０に転写されても、フライアイレンズ１０の光学的有効領域１０ｃの外側となるため、フライアイレンズ１０の光学特性を低下させることがない。

また、加圧手段２０が上型３３の背面の中央部を加圧可能な加圧当接部２４ａを有し、この加圧当接部２４ａが上型３３に当接した状態で上型３３が傾倒自在に構成されているので、型面３４に対向する軟化状態の光学ガラス材料５０の表面が不均一に突出しているような場合であっても、上型３３が傾倒することで、型面３４が光学ガラス材料５０の表面にバランスよく当接することができる。そのため、凹状型面部３５の一部に光学ガラス材料５０が偏って当接した状態で加圧されることがなく、凹状型面部３５で光学ガラス材料５０の全体を無理なく加圧することができると共に、有効領域型面部位３５ａと光学ガラス材料５０との間の気体を溝部３７に逃がし易くすることができる。

更に、凹状型面部３５を有する下型３２及び上型３３が胴型３１の筒状部３１ａに摺動可能に収容され、下型３２及び上型３３の溝部３７が下型３２及び上型３３と胴型３１との間の連通間隙３８を介して外部と連通されているので、軟化状態の光学ガラス材料５０を凹状型面部３５で加圧する際、凹状型面部３５を有する下型３２及び上型３３が胴型３１の筒状部３１ａ内で摺動することで案内され、フライアイレンズ１０の両面の位置を精度良く合わせることができる上、加圧時に、溝部３７に逃がされた気体を連通間隙３８から外部に排気できるため、光学ガラス材料５０と有効領域型面部位３５ａとの間で気体が圧縮されることを防止し易い。

また、この成形用型３０では、凹状型面部３５を有する下型３２及び上型３３が凹状型面部３５を囲むように平面部３６を有するので、軟化状態の光学ガラス材料５０を凹状型面部３５で加圧する際、加圧されることにより移動した軟化状態の光学ガラス部材の一部が下型３２及び上型３３と胴型３１との間に入り込んで下型３２及び上型３３の周縁に損傷を与えることを防止し易い。

なお、上記実施の形態１では、一対の加圧型を有する成形用型として、胴型３１、下型３２、及び上型３３からなるものについて説明したが、その構成は適宜変更可能である

例えば、下型３２及び上型３３との両方に凹状型面部３５を設けた例について説明したが、下型３２又は上型３３の一方のみに凹状型面部３５が設られていてもよい。

凹状型面部３５として、複数の凹状単面３５ｂを設けたが、凹状型面部３５が一つの球面又は非球面からなる凹みであってもよい。

胴型３１、下型３２及び上型３３をそれぞれ一つ用いたが、何れか一部又は全てを複数用いることも可能である。胴型３１を用いることなく加圧することで、十分な型面３４の転写が可能であれば、胴型３１を用いなくてもよい。

胴型３１内に下型３２及び上型３３を収容したが、一方だけが光学ガラス材料５０と共に収容されていてもよい。

また、加圧型の気体逃げ部として、溝部３７を設けた例について説明したが、溝部３７の形状、大きさ、数、位置などは、任意に形成可能である。更に、溝部３７の代わりに、凹状型面部３５と連続する孔や凹部等を設けることも可能である。

更に、加圧手段として、チャンバー部１５の下部側に配設された加圧部２１と上部側に配設された固定部２２とにより構成した例について説明したが、下部側に固定部２２を設けて上部側に加圧部２１を設けたり、上下両側に加圧部２１を設ける等、他の構成であってもよい。また、加圧具２６も適宜選択可能である。

また、加熱手段として、チャンバー部１５の周囲に配置された加熱ランプ４１を用いた例について説明したが、チャンバー部１５内に配置したり、他の加熱方法により加熱する加熱器具を用いる等、他の構成とすることが可能である。

そして、上記製造方法では、光学ガラス材料５０を成形用空間１３内に収容した後で、加熱して軟化状態とした例について説明したが、成形用空間１３内に収容する前に光学ガラス材料５０を加熱して適宜昇温しておいてもよく、更に、酸化防止状態に維持できれば、収容前に加熱して軟化状態としておいてもよい。

また、不活性ガス雰囲気下で光学ガラス材料５０を軟化状態とした後、成形用空間１３内の気体を排気した例について説明したが、先に成形用空間１３内の気体を排気した後で光学ガラス材料５０を加熱して軟化状態とすることも可能である。
［実施の形態２］

図６及び７は、この実施の形態２に用いる下型３２及び上型３３を示している。

この実施の形態２の成形用型３０では、下型３２及び上型３３の型面３４に設けられた凹状型面部３５の形状が異なる他は、実施の形態１と同様の構成となっている。

この凹状型面部３５では、縦長形状の凹状単面３５ｂが一方向に複数配列して設けられており、両端部に設けられた凹状単面３５ｂに隣接する平面部３６に、凹状型面部３５と側周面との間を連通する溝部３７が形成されている。ここでは、有効領域型面部位３５ａは、図６に仮想線Ｌ３で示されるように、凹状型面部３５の底部に設けられており、溝部３７は凹状型面部３５の有効領域型面部位３５ａの外側に開口して設けられている。

このような成形用型３０を用いても、実施の形態１と同様の作用効果を得ることが可能である。

なお、この実施の形態２では、実施の形態１と同様に、隣接する凹状単面３５ｂ間の境界部分が平面部３６より凹んで形成されている例について説明したが、隣接する凹状単面３５ｂ間の境界を平面部３６と同一面上に形成されていてもよい。その場合、より多くの凹状単面３５ｂに、好ましくは、全ての凹状単面３５ｂに、溝部３７が開口して設けられているのが好適である。
［実施の形態３］

図８は、この実施の形態３の製造方法に用いる成形用型３０及び光学ガラス材料５０を示す。

この実施の形態３の成形用型３０では、実施の形態１、２のように下型３２及び上型３３の凹部型面部３５に開口した溝部３７は設けられておらず、凹部型面部３５が全周囲で平面部３６に囲まれている。

この実施の形態３の製造方法では、その代わりとして、光学ガラス材料５０の周縁に面取り部５１を設けている。この面取り部５１は、光学ガラス材料５０が下型３２及び上型３３の型面３４間に配置されたとき、凹状型面部３５の有効領域型面部位３５ａの外側となる位置から平面部３６の位置まで連続して型面３４に対向できる大きさに形成されている。

そのため、面取り部５１を型面３４に対向させて光学ガラス材料５０を下型３２及び上型３３の型面３４間に配置することで、成形用型３０を組立てた状態では、光学ガラス材料５０の面取り部５１と型面３４の平面部３６との間に気体逃げ用間隙５３を形成することができる。この気体逃げ用間隙５３は、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の空間と連通されていると共に、更に、下型３２又は上型３３に設けられた周縁面取り部３４ａや角部面取り部３４ｂ等の連通間隙３８を介して成形用型３０の周囲の成形用空間１３と連通されている。

この実施の形態３の製造方法により光学ガラス材料５０を型面３４間で加圧する際には、凹状型面部３５の周縁が軟化状態の光学ガラス材料５０に接触しても、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間の空間を気体逃げ用間隙５３と連通した状態で維持することができ、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間に存在する気体を気体逃げ用間隙５３に逃がすことが可能である。更に、この気体逃げ用間隙５３の気体を成形用型３０の周囲の成形用空間１３に除去することが可能である。従って、実施の形態１、２と同様の作用効果を得ることができ、光学ガラス材料５０と有効領域型面部位３５ａとの間で気体が圧縮されて、フライアイレンズ１０の光学的有効領域１０ｃに空気溜まりが生じることを防止し易い。そして、このようにして得られたフライアイレンズ１０であっても実施の形態１と同様に使用することができる。

なお、この実施の形態３では、実施の形態１、２のような溝部３７が設けられていない下型３２及び上型３３を用いた例について説明したが、面取り部５１を設けた光学ガラス材料５０であっても、実施の形態１、２と同様の溝部３７が設けられた下型３２及び上型３３を用いることは可能であり、これにより、凹状型面部３５と光学ガラス材料５０との間に存在する気体をより逃がしやすくすることが可能である。

また、上記では、面取り部５１が、光学ガラス材料５０の周縁部に傾斜面形状に形成された例について説明したが、面取り部５１の形状は、光学ガラス材料５０が型面３４間に配置された際、凹状型面部３５の有効領域型面部位３５ａの外側に対向する位置から平面部３６と対向する位置まで連通可能な形状であれば特に限定されるものではなく、段差状等、他の形状に形成することができる。

以下、実施例について説明する。

この実施例では、溝部３７や気体逃げ用間隙５３などの気体逃げが全く設けられていない場合には、空気溜まりの発生を防止するための作用効果が得られないことから、実施の形態１のように下型３２及び上型３３に溝部３７を設けた場合（実施例１）と、実施の形態３のように光学ガラス材料５０に面取り部５１を設けた場合（実施例２）とを確認した。
［実施例１］

実施の形態１に示すような成形用型３０及び製造装置を用いてフライアイレンズ１０を製造した。フライアイレンズ１０は、両面に球状凸面１０ａ、１０ｂが４面×４面で縦横に配列して設けられ、光学的有効領域１０ｃ内に配置された各球状凸面１０ａ、１０ｂの大きさが何れも４ｍｍ×４ｍｍで、曲率半径が５ｍｍのものとした。

また、用いた成形用型３０は、下型３２及び上型３３の各型面３４にフライアイレンズ１０に対応する表面形状が形成され、各型面３４の外形形状と胴型３１の筒状部３１ａの断面形状とが２０ｍｍ×２０ｍｍの略正方形のものとした。各型面３４の凹状型面部３５の最大深さを１．０ｍｍとし、４隅の凹状単面３５ｂには、深さ８．４ｍｍの半円形の溝部３７をそれぞれ２本づつ設けた。

この実施例１では、まず、光学ガラス材料５０として、ほう珪酸クラウンガラス（ＢＫ７）を予め胴型３１の筒状部３１内に収容可能で、下型３２及び上型３３の型面３４の略全面と対向可能な直方体形状に成形することにより、プリフォームを作製した。

この光学ガラス材料５０のプリフォームを下型３２及び上型３３の型面３４間に配置して成形用型３０を組立て、搬送治具２９に装着し、チャンバー部１５内の下部押し子２８上に載置し、チャンバー部１５を閉鎖して成形用空間１３を形成した。

次に、不活性ガス導入路４２及び気体排出路４３を用いて成形用空間１３内を窒素ガスで置換して、加熱ランプ４１により成形用型３０を加熱して光学ガラス材料５０を加熱した。加熱により、下部押し子２８の温度が５８０℃となった時点で、８分間その状態を維持し、光学ガラス材料５０を軟化状態とした。ここでは、下部押し子２８の制御温度は５８０℃であるが、加熱ランプ位置よりプリフォームはこれより高い温度になっており、この時点でのプリフォーム温度は約５９５℃〜６０５℃であった。

その後、気体排出路４３を用いて成形用空間１３内を真空引きし、真空度を１０×１０^−２Ｐａ以下とし、その状態で９０秒間維持した。

そして、加圧具２６を駆動して下型３２及び上型３３を加圧し、圧力を１．１ＫＮ／ｃｍ^２とし、その状態を維持した。加圧具２６の加圧ロッド２６ａが所定のストローク値に達した時点で、不活性ガス導入路４２を用いて成形用空間１３内に窒素ガスを導入し、徐冷を開始した。

下部押し子２８の温度が５３０℃まで低下した後、加圧ロッド２６ａを下降させて、加圧を終了し、大量の窒素ガスを成形用空間１３内に通気し、取り出し可能な温度まで低下させ、成形品を取り出した。

このようにして製造したフライアイレンズ１０では、光学的有効領域１０ｃに空気溜まりが発生せず、良好な光学特性が得られた。
［実施例２］

実施の形態３に示すような成形用型３０及び製造装置を用いて、実施例１と同様のフライアイレンズ１０を製造した。この製造では、各型面３４に溝部３７を設けない成形用型３０を用い、周縁に面取り部５１を設けた光学ガラス材料５０のプリフォームを用いた。ここでは、成形用空間１３内で光学ガラス材料５０を軟化状態とした後で、成形用空間１３内を真空引きした際、その状態で２４０秒間維持した他は、全て実施の形態１と同様にして、成形品を製造した。

このようにして製造したフライアイレンズ１０では、実施例１に比べ、光学的有効領域１０ｃに空気溜まりの発生を防止する効果がやや劣り、加圧条件によっては空気溜まりが発生する場合があった。

この発明の実施の形態１の光学素子のフライアイレンズの正面図である。 この発明の実施の形態１の光学素子のフライアイレンズの側面図である。 この発明の実施の形態１の光学素子の製造装置を示す断面図であり、中心線より左側が加圧前の状態を示し、左側が加圧後の状態を示す。 同実施の形態１の光学素子の成形用型の縦断面図であり、中心線より左側が加圧前の状態を示し、左側が加圧後の状態を示す。 光学ガラス材料を除去した状態の図３のＡ−Ａ断面図である。 同実施の形態１の光学素子の加圧型を示す図４のＢ−Ｂ断面相当図である。 この発明の実施の形態２の光学素子の加圧型を示す正面図である。 同実施の形態２の光学素子の加圧型を示す図６のＣ−Ｃ断面図である。 この発明の実施の形態３の光学素子の成形用型の縦断面図である。

符号の説明

１０ フライアイレンズ
１０ｃ 光学的有効領域
１３ 成形用空間
２０ 加圧手段
３０ 成形用型
３２ 下型
３３ 上型
３４ 型面
３５ 凹状型面部
３５ａ 有効領域型面部位
３５ｂ 凹状単面
３６ 平面部
３７ 溝部
３８ 連通間隙
５０ 光学ガラス材料
５１ 面取り部
５３ 気体逃げ用間隙

Claims (17)

1. 対向配置される一対の加圧型の型面の少なくとも一方に、凹状型面部を設けると共に該凹状型面部に光学素子の光学的有効領域を形成するための有効領域型面部位を設け、前記一対の加圧型の前記型面間に光学ガラス材料を配置し、軟化状態の前記光学ガラス材料を前記一対の加圧型の前記型面間で加圧して前記凹状型面部の形状を前記光学ガラス材料に転写する光学素子の製造方法において、
   前記一対の加圧型間の前記光学素子の光学的有効領域の外側となる位置に気体逃げ部を設け、
   前記有効領域型面部位と前記光学ガラス材料との間に存在する気体を前記気体逃げ部に逃がしつつ、前記凹状型面部により前記光学ガラス材料を加圧して前記有効領域型面部位の形状を転写することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記一対の加圧型及び前記光学ガラス材料を収容部内に収容し、該収容部内の気体を排気して前記気体逃げ部内の気体を除去しつつ、前記光学ガラス材料を前記凹状型面部により加圧することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記気体逃げ部は、前記凹状型面部を有する加圧型に該凹状型面部から前記加圧型の周縁まで連続する溝部を設け、前記光学ガラス材料を前記一対の加圧型の前記型面間に配置することにより、前記溝部と前記光学ガラス材料との間に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記気体逃げ部は、前記光学ガラス材料の周縁に面取り部を設け、該面取り部が前記凹状型面部の前記有効領域型面部位の外側に対向するように前記光学ガラス材料を前記一対の加圧型の前記型面間に配置することにより、前記面取り部と前記型面との間に形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の光学素子の製造方法。
5. 前記光学ガラス材料は、ほう珪酸クラウンガラスからなり、該光学ガラス材料を５９０℃以上の軟化状態で加圧することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の光学素子の製造方法。
6. 対向配置される一対の加圧型を有する成形用型を備え、前記一対の加圧型の型面の少なくとも一方には、凹状型面部を有すると共に該凹状型面部に光学素子の光学的有効領域を形成するための有効領域型面部位を有し、軟化状態の光学ガラス材料が前記一対の加圧型の前記型面間で加圧されることにより、前記凹状型面部の形状が前記光学ガラス材料に転写される光学素子の製造装置において、
   前記凹状型面部を有する前記加圧型には、前記有効領域型面部位の外側となる位置に、該凹状型面部から前記加圧型の周縁まで連続する溝部が設けられ、
   前記光学ガラス材料が前記一対の加圧型の前記型面間に配置されることにより、前記溝部と前記光学ガラス材料との間に気体逃げ部が形成され、前記有効領域型面部位と前記光学ガラス材料との間に存在する気体が前記気体逃げ部に逃がされつつ、前記凹状型面部により前記光学ガラス材料が加圧されて前記有効領域型面部位の形状が転写されるように構成されていることを特徴とする光学素子の製造装置。
7. 前記一対の加圧型を互いに近接方向に加圧する加圧手段を備え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。
8. 前記加圧手段は、前記加圧型の背面の中央部を加圧可能な加圧当接部を有し、該加圧当接部が前記加圧型に当接した状態で前記加圧型が傾倒自在に構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学素子の製造装置。
9. 前記成形型及び前記光学ガラス材料を収容可能な収容部と、前記収容部内の気体を排気可能な排気手段とを備え、該排気手段により前記収容部内の気体が排気されることで前記溝部の気体が除去されるように構成されていることを特徴とする請求項６乃至８の何れか一つに記載の光学素子の製造装置。
10. 前記凹状型面部を有する前記加圧型は、胴型の筒状部に摺動可能に収容され、前記加圧型の前記溝部は、前記加圧型と前記胴型との間の連通間隙を介して外部と連通されていることを特徴とする請求項６乃至９の何れか一つに記載の光学素子の製造装置。
11. 前記凹状型面部を有する前記加圧型は、前記凹状型面部を囲むように平面部を有し、該平面部に前記溝部が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の光学素子の製造装置。
12. 前記光学素子は、フライアイレンズであり、
    前記凹状型面部は、複数の凹状単面を有し、前記有効領域型面部位は、前記複数の凹状単面に連続するように前記凹状型面部の底部に設けられていることを特徴とする請求項６乃至１１の何れか一つに記載の光学素子の製造装置。
13. 対向配置される一対の加圧型を備え、該一対の加圧型の型面の少なくとも一方には、凹状型面部を有すると共に、前記凹状型面部には、光学素子の光学的有効領域を形成するための有効領域型面部位を有する成形用型であって、
    前記凹状型面部を有する前記加圧型には、前記有効領域型面部位の外側となる位置に、該凹状型面部から前記加圧型の周縁まで連続する溝部からなる気体逃げ部が設けられていることを特徴とする光学素子の成形用型。
14. 前記凹状型面部を有する前記加圧型は、胴型の筒状部に摺動可能に収容され、前記加圧型の前記溝部は、前記加圧型と前記胴型との間の連通間隙を介して外部と連通されていることを特徴とする請求項１３に記載の光学素子の成形用型。
15. 前記凹状型面部を有する前記加圧型は、前記凹状型面部を囲むように平面部を有し、該平面部に前記溝部が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子の成形用型。
16. 前記光学素子は、フライアイレンズであり、
    前記凹状型面部は、複数の凹状単面を有し、前記有効領域型面部位は、前記複数の凹状単面に連続するように前記凹状型面部の底部に設けられていることを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか一つに記載の光学素子の成形用型。
17. 請求項１乃至５の何れか一つに記載の光学素子の製造方法により製造されたことを特徴とする光学素子。

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