JP4362381B2 - 光学素子アレイの成形方法及びその成形型 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス成形された小型の光学素子を同時にプレス成形したシート状の光学素子アレイの成形方法及びそれに用いる成形型に関する。

従来のガラス成形される光学素子は、加熱軟化されたガラス材料を成形型内に入れて加熱・加圧してプレス成形していた（特許文献１および２を参照）。
また複数の光学素子を同時にプレス成形し、複数の光学素子が連結したシート状の光学素子アレイを一体成形する方法が知られている（特許文献３を参照）
このようなプレス成形光学素子を、コンパクトディスク（ＣＤ）を読み取る際の光学系に用いた場合（特許文献２を参照）、レーザビームを小さなビームスポットとするために光学素子のＮＡ（開口数）を０．４５としていた。ＮＡ（Numerical Aperture）は、光学系に収差がない場合の集光限界を表す。従来のＣＤには赤い光のレーザ光が用いられ、このレーザ波長は７８０ｎｍであり、このレーザ光を光学素子で絞り込んでいた。
特開平５−７０１５５号公報（図１） 特開２００３−１１９０３８号公報（図４、図９、図１１） 特開２００１−４８５５４号公報（図５、図７）

従来の成形技術で成形された光学素子は、ＣＤを読み取るためのレーザ光の波長が７８０ｎｍ、ＮＡが０．４５程度までには対応できたが、より小さなビームスポットを実現するため光学素子によるさらなる光の絞り込みが必要となる場合には対応が困難であった。ＮＡは、焦点距離一定のときの開口瞳の大きさを示す値であり、ＮＡが大きいほどレーザ光が絞れ、高密度記録が可能となり、最近は、赤い光のレーザ光よりも短い波長の青紫色レーザ光（ブルーレーザ）を用い、ＮＡが０．６以上の光学素子を用いてディスクの記録を読み取るようになったが、ここで用いられる光学素子を従来のプレス成形技術で成形しようとすると、光学機能面となる凸部の曲面形状の曲率半径が小さくなり（表面の曲率が大きい）、きついカーブの曲面となるため、成形するのが困難であった。このような光学素子成形用の型の加工も難しく、きついカーブの曲面を有する凸部とフランジ部との境界部分の転写性も悪いものであった。また曲率の大きい光学機能面を成形する場合、プレス成形時にガラス材料の余肉が多く発生し、複数の光学素子を同時にプレス成形する光学素子アレイでは、前記余肉の影響によって、各光学機能面の転写性が低下していた。

そこで、本発明では、レーザ光をより一層絞り込むことのできる高開口数のガラス成形の光学素子を複数連結した光学素子アレイを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、光学機能面の頂点よりも若干高くなる位置に、光学機能面に隣接するフランジ部よりも外側の外縁フランジ部の頂面が形成された光学素子を連結したシート状の光学素子アレイを一体成形する方法において、上型に対向して下型を配置し、両脇には側型を配し、これらで囲まれたキャビティに載置したガラス材料を、前記上型と下型とを締結することによりガラス材料を加熱プレスして成形するにあたって、上型に設けた中子の転写面を転写することによって、光学機能面及びフランジ部を成形するとともに、上型に設けた余肉規制部材によって、プレス成形時に発生するガラス材料の余肉の影響を抑制し、表面精度の高い光学機能面を成形する。

本発明によれば、ガラス材料の余肉の影響を抑制することによって光学機能面の表面精度を高くすることができ、さらに研磨加工によってフランジ部の厚みを０．３ｍｍとすることができる。曲率半径の小さな（曲率の大きな）光学機能面を有し、この光学機能面に隣接するフランジ部の厚みを０．３ｍｍ未満とすることで、短い波長のレーザ光（ブルーレーザ）を絞り込んで小さなビームスポットを実現することのできる光学素子を提供できる。また、ＮＡを０．６以上とした光学素子はブルーレーザ光を絞り込むのに適する。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照にして説明する。

図１に示すプレス成形装置は、複数の光学素子１０が同時にプレス成形され、連結されたシート状になった光学素子アレイのプレス成形装置を示す断面図であり、上下一対の成形型（上型２１と下型２２）を使用するものである。
このプレス成形装置は、上型２１に対向して下型２２を配置し、両脇には側型２６を配し、これらで囲まれた空間すなわちキャビティ２５にガラス材料を載置し、上型２１と下型２２とを締結することによりガラス材料を加熱プレスして成形するものである。
上型２１と下型２２の締結によるプレス成形時、ガラス材料の最外周の余肉は側型２６によって規制される。

上型２１には、中子２３と余肉規制部材２４とが設けられ、前記中子２３は、上型２１に形成された中子用の嵌合孔に着脱自在に嵌合されるとともに、前記余肉規制部材２４は、上型２１に形成された余肉規制部材用の嵌合孔に着脱自在に嵌合されている。なお、前記中子２３の転写面には曲率の大きな凸状の光学機能面１を形成するための凹部２３Ａを形成してある。

図１にプレス成形装置では、中子２３を２つ間隔で区切るようにして、余肉規制部材２４を配置し、プレス成形時に発生するガラス材料の余肉の影響を、前記中子２３の転写面（凹部２３Ａ）によって形成される光学機能面１に及ぼさないようにしてある。
つまり、光学素子１０が連結してシート状になった光学素子アレイを製造するにあたって、曲率の大きな凸状の光学機能面１を形成したことによって発生するガラス材料の余肉が、その周辺に配置される他の光学機能面１の形成に影響を及ぼすのを防止するため、上型２１に設けた余肉規制部材２４によって、ガラス材料の余肉の移動を遮断する。

余肉規制部材２４の配置は、図１に示す配置例に限定されるものではなく、プレス成形時に発生するガラス材料の余肉に応じて配置する。
例えば、余肉による影響が非常に大きい場合は、中子２３を１つ間隔で区切るようにして余肉規制部材２４を配置し、余肉の影響が小さい場合は、中子２３を区切る間隔を大きくするようにして余肉規制部材２４を配置する。
なお、同一形状・同一径の嵌合孔に、それぞれ中子２３と余肉規制部材２４を嵌合するように構成した上型２１では、それぞれの嵌合孔に嵌合する部材（中子２３または余肉規制部材２４）を変更できるため、余肉規制部材の配置変更が容易である。

そして、キャビティ２５内に載置したガラス材料をプレス成形することによって、ガラス材料の余肉による影響を前記余肉規制部材２４で抑制しながら、複数の光学素子１０が連結したシート状の光学素子アレイを成形した。

図２は、図１のプレス成形装置で成形された光学素子アレイを示すものであり、複数の光学素子１０が同時にプレス成形され、連結されたシート状になったものである。
図２（ａ）は光学素子アレイの平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す光学素子アレイのＡ−Ａ線断面図である。
図２に示す実施形態は、６個一列に配された光学素子１０が連結した光学素子アレイであって、プレス成形時、中子によって成形される光学素子１０を２個間隔で規制したものである。つまり左から２番目と３番目の光学素子１０の間と、右から２番目と３番目の光学素子１０の間に、それぞれ余肉規制部材２４によって形成された凹部４が形成されている（図２（ａ）を参照）。

図１のプレス成形装置で成形された直後は、フランジ部２の厚みｔは０．３ｍｍ以上であるため、この光学機能面１の反対側の平坦な面を研磨して０．３ｍｍ未満とする（図２（ｂ）を参照）。この実施形態では、厚みが０．３ｍｍ未満のフランジ部２に隣接して凸状の光学機能面１よりも高さが高い外縁フランジ部３が形成される。複数の光学素子１０が連結した光学素子アレイにおいて、この外縁フランジ部３は、光学素子１０とその周辺に配置される他の光学素子１０との連結部でもある。この外縁フランジ部３は、光学機能面１の高さよりも高い位置にあることにより、反対側の平坦面をラインＸまで研磨する時に、この外縁フランジ部３の頂面が研磨台などに載置されることにより、光学機能面１を保護することとなる。このようにプレス成形され、研磨加工された光学素子アレイはその外縁フランジ部３の個所で切断することによって、１つ１つの光学素子１０として切り出すことができる。

この光学素子アレイから切り出した光学素子１０は、他の光学素子と接合して用いることができる。この一例としては、図３に示すように光学素子１０と他の光学素子２０とを組み合わせ、２つの光学素子（光学素子１０，２０）の外縁フランジ部の頂面同士を接合した組み合わせ光学素子を形成することにより、高開口数の（ＮＡの数値が高い）光学素子を簡単に製造することができる。

光学素子をプレス成形するための成形型の断面図。 図１の成形型で成形された直後の製品を示す断面図。 光学素子アレイから切取られた１単位の光学素子と他の光学素子とを接合したＮＡの数値の大きな光学素子の１例を示す断面図。

符号の説明

１０，２０ 光学素子
１ 凸状の光学機能面
２ 光学機能面に隣接したフランジ部
３ 外縁フランジ部
４ 凹部
２１ 上型
２２ 下型
２３ 中子
２４ 余肉規制部材
２５ キャビティ
２６ 側型

Claims (5)

1. 光学機能面の頂点よりも若干高くなる位置に、光学機能面に隣接するフランジ部よりも外側の外縁フランジ部の頂面が形成された光学素子を連結したシート状の光学素子アレイを一体成形する方法において、
   上型（２１）に対向して下型（２２）を配置し、両脇には側型（２６）を配し、これらで囲まれたキャビティ（２５）に載置したガラス材料を、前記上型（２１）と下型（２２）とを締結することによりガラス材料を加熱プレスして成形するにあたって、
   上型（２１）に設けた中子（２３）の転写面を転写することによって、光学機能面及びフランジ部を成形するとともに、
   上型（２１）に設けた余肉規制部材（２４）によって、プレス成形時に発生するガラス材料の余肉の影響を抑制し、
   表面精度の高い光学機能面を成形することを特徴とする光学素子アレイの成形方法。
2. ガラス材料のプレス成形後に凸状の光学機能面とは反対側の面を研磨することによって、フランジ部の厚さを０．３ｍｍ未満としたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子アレイの成形方法。
3. 上型（２１）に対向して下型（２２）を配置し、両脇には側型（２６）を配し、これらで囲まれたキャビティ（２５）に載置したガラス材料を、前記上型２１と下型２２とを締結することによりガラス材料を加熱プレスし、複数の光学素子が連結したシート状の光学素子アレイを成形する成形型であって、
   光学機能面及びフランジ部を成形する中子と、プレス時に発生するガラス材料の余肉を規制する余肉規制部材（２４）とを、前記上型（２１）に設けたことを特徴とする光学素子アレイの成形型。
4. 上型に形成した嵌合孔に着脱自在に嵌合される中子と余肉規制部材とを設けたことを特徴とする請求項３に記載の光学素子アレイの成形型。
5. 同一形状・同一径の嵌合孔に、それぞれ中子または余肉規制部材を嵌合することを特徴とする請求項４に記載の光学素子アレイの成形型。

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