JP5396154B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
ところが、前述した特許文献1では、芯取り加工や反射防止膜の形成を行うことによる影響については何ら考慮されていない。
暫定型を用いて光学素子素材を成形する1次工程と、
前記1次工程で成形された光学素子に対し、外径加工及び反射防止膜の形成の少なくとも一方を行う2次工程と、
前記2次工程後の光学素子の光学性能を測定する工程と、
測定された前記光学素子の光学性能と設計値との乖離を算出する算出工程と、
算出された乖離が許容される場合に、前記暫定型を正式型として決定する工程と、
前記正式型を用いて光学素子素材を予備成形する工程と、
予備成形された前記光学素子の光学性能を測定する第2の測定工程と、
前記第2の測定工程後、前記光学素子に対し、外径加工及び反射防止膜の形成の少なくとも一方を行う予備2次工程と、
前記予備2次工程後、前記光学素子の光学性能を測定する第3の測定工程と、
決定された正式型を用いて光学素子素材を成形する成形工程と、を有し、
前記算出工程により算出された乖離が許容されない場合には、前記暫定型を補正して前記1次工程まで戻ることを前記乖離が許容されるまで繰り返し、
前記第2の測定工程の測定結果と前記第3の測定工程の測定結果とから、前記予備2次工程による光学性能の変化を算出することを特徴とする。
さらに、前記2次工程の前に、前記1次工程で成形された前記光学素子の光学性能を測定する第1の測定工程を有し、
前記第1の測定工程の測定結果と前記第2の測定工程の測定結果とから、前記2次工程による光学性能の変化を算出することが可能である。
前記光学性能の変化は、前記光学素子の屈折率分布及び表面形状の少なくとも一方の変化によるものであり、
前記光学性能の測定は、透過波面測定法を用いて行うことが可能である。
[発明の概要]
図1は、光学素子の製造装置10の断面図、図2は、型セット17にガラス素材23を組み込んだ状態の断面図、図3は、成形されたレンズ35の断面図である。
型セット17は、不図示の搬送装置により、矢印A方向に成形室14内に搬入される。そして、搬入された型セット17は、加熱ステージ20の上プレート241と下プレート251との間に移載される。次いで、エアシリンダ261による上プレート241の下降動作により、型セット17の挟持、挟圧等の動作が行われる。
なお、加熱ステージ20、プレスステージ21、及び冷却ステージ22において、同一又は相当する部材には、夫々の符号に1、2、3の下付き符号を付してその説明を省略する。
また、プレスステージ21で成形完了した型セット17は、次に冷却ステージ22に移載され、ここで所望の形状に成形された中間レンズ31を所定の温度に冷却して形状安定化する。冷却された後の型セット17は、搬出シャッタ16を開いて矢印A方向に成形室14から外部に搬出される。
なお、以上説明した加熱ステージ20、プレスステージ21、及び冷却ステージ22での加熱温度やプレス量は、制御装置30によって制御されるようになっている。
下型32は、円柱形状をなしている。下型32の中央の成形面32aは、例えば凹球面状または凹非球面状に形成されている。この成形面32a上に、球状のガラス素材23が載置される。また、成形面32aの外周部は平坦な成形面32bに形成されている。
スリーブ34は円筒形状をなしている。このスリーブ34の中心軸は、型中心線O−Oと一致している。また、上型33は、スリーブ34の軸方向(型中心線O−O方向)、すなわち上下方向に摺動自在に嵌挿されている。
図3において、成形室14から搬出された型セット17を分解することにより、成形されたレンズ35が得られる。このレンズ35は、光学機能面35a,35bが両凸状の光学レンズで外周に薄肉の鍔部35cを有している。
この透過波面測定装置40により、成形されたレンズ35の光学性能を測定することができる。
すなわち、この透過波面測定装置40は、光の干渉を利用し、被検レンズの入射光と出射光の位相差から生じた干渉縞を捉え、被検レンズの透過波面収差を測定する装置である。この透過波面測定装置40を用いることで、被検レンズから得られる透過波面が、所望の光学素子から得られる透過波面に対し、どの程度ずれているかを測定することができる。
干渉計41は、装置本体内に収容されたコリメータレンズ45と、昇降自在な載置台49に載置されたミラー46とを有し、光源としてレーザ光を使用している。被検レンズ47は、コリメータレンズ45とミラー46との間に配置されている。
こうして、被検レンズ47が理想状態の場合の干渉縞(図示せず)と、実測された干渉縞48との差が、被検レンズ47が持っている波面収差となる。この波面収差を、画像処理用PC43で解析することにより、被検レンズ47の光学性能が、設計値とどの程度ずれているかを高精度に測定することができる。
[参考例1]
本参考例では、2次加工の一例として、芯取り加工(外径加工)を行う場合について説明する。
なお、図5に示したレンズ35の形状は、図3に示したものと相違するが、ここでは、説明の便宜上、同じ形状のレンズとして説明する。
次に、図7は、暫定型を補正して正式型を決定しその正式型で光学素子の生産を行うフローチャートを示す図である。
先ず、S(ステップ)1において、暫定型(構成は、前述した型セット17と同じである)を用いて光学素子としてのレンズ35の成形を行う(1次加工工程)。ここでの、暫定型とは、設計図に基づいて切削加工され作製された金型のことである。なお、この暫定型を用いて成形されたレンズ35の光学性能の良否は現時点ではわからない。
すなわち、ガラス素材23を組み込んだ型セット17を成形室14内に搬送し、加熱ステージ20、プレスステージ21、冷却ステージ22を経てレンズ35が成形される。なお、これらの工程については既に説明したので、ここではその説明を省略する。
次に、S3では、2次加工後のレンズ36の光学性能の測定及び設計値との乖離を算出する(測定工程、算出工程)。これは、レンズ36の光学性能が、設計者の意図した光学性能に合致しているか否か(OKか否か)を判断するためである。なお、本発明において、設計値は、許容範囲を有することができる。
なお、オイルオンプレート法や研磨法は、一般の干渉計を用いて行うことができる。例えば、被測定物として平面度のよい試料を作成し、それを透過した光束の波面をもとに、試料の材質の屈折率分布を測定するものである。
ここでの型補正とは、S3でのレンズ36の光学性能の測定項目を基に、設計値からの乖離を算出し、2次加工後に光学性能が設計値に合致するよう(2次加工後の変化もふまえて)、暫定型の形状を研削加工等して補正することをいう。
正式型が決定されると、次に、S6で、正式型による成形を行い(成形工程)、正式レンズを得る。さらに、S7で、この正式レンズに対し2次加工(芯取り加工)を行う。
[参考例2]
なお、参考例1と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。また、参考例1で定義した内容は、本参考例でも同様の意味で用いるものとする。
本参考例では、2次加工の一例として、薄膜(反射防止膜)の形成を行う場合について説明する。
この薄膜の形成装置60により、レンズ35に2次加工として薄膜を形成することができる。
図8において、薄膜の形成装置60は、真空室61と、真空室61内で加熱プレート62上に載置された原料(蒸着材料)63と、その上方のホルダー64に支持されたレンズ35と、レンズ35の上方に配置された加熱ヒータ65と、を有している。
本参考例では、真空蒸着によりレンズ35に反射防止用の薄膜を形成する。この真空蒸着は、真空中で金属や化合物などを加熱蒸発させ、その蒸気を物体表面に薄膜状に形成することにより行われる。
図9は、参考例2の暫定型から正式型を決定しその正式型で光学素子の生産を行うフローチャートを示す図である。
本参考例では、光学性能の測定方法と、暫定型の補正フローにおいて2次加工の前後(S12,S14)で光学性能の測定を行っている点が、参考例1と相違している。
先ず、S11において、暫定型を用いて光学素子としてのレンズ35の成形を行う(1次加工工程)。このレンズ35の成形では、前述した光学素子の製造装置10を用いて行う。その製造工程については、既に説明したので、ここではその説明を省略する。
ここでの光学性能の測定では、前述した透過波面測定装置40を用いてレンズの光学性能を総合的に測定する。例えば、屈折率分布の測定において、オイルオンプレート法や研磨法によっては、検査すべきレンズ35を測定試料の形状に加工する必要がある。
このため、ここでも屈折率分布の変化が起こる可能性があり、正確に測定することが難しい。これに対し、透過波面測定装置40を用いれば、レンズ35を加工することなく測定することができるため、正確に測定することができる。
なお、透過波面測定装置40による測定原理も既に説明したので、ここではその説明を省略する。
次いで、S40では、レンズ35に薄膜を形成した後のレンズ36の第2の光学性能の測定を行う(測定工程)。この光学性能の測定は、透過波面測定装置40を用いて行う。
次に、S14では、第2の光学性能の測定S40の結果を基に、設計値との乖離の算出を行う(算出工程)。その結果、設計値に合致しなかった場合(No)は、S15に移行して、暫定型の補正(型補正)を行い、S11に戻る。
こうして、S15における型補正では、S12での光学性能の測定項目を基に、設計値からの乖離を算出し、2次加工後に光学性能が設計値に合致するよう(2次加工後の変化もふまえて)、暫定型の形状を研削加工等により補正することができる。従って、上記比較データを得た後は、第1の光学性能の測定(S12)後、2次加工(S13)及び第2の光学性能の測定(S40)を行わずに(図9の破線矢印A参照)、レンズ35の光学性能と設計値との乖離が許容されるか否かを判断することができる(S14)。
なお、S14で、2次加工を経た後のレンズ36の光学性能の測定の結果、設計値に合致した場合(Yes)は、S16に移行して、正式型が決定される。
次に、S17では、この正式型によるレンズ35の成形を行う(成形工程)。
さらに、S13’で、前述のS13と同様の2次加工(反射防止膜の形成)を行う(2次加工工程)。
こうして、S19において、光学性能を測定した後の良品のレンズ35を得ることができる。
しかし、薄膜(反射防止膜)の形成(2次加工)では、光学性能の変化は薄膜の形成時にレンズが加熱されることで起きると考えられる。従って、アニール処理を施したレンズ(内部応力がない)においても、2次加工による光学性能の変化は起こり得るが、本参考例によれば、2次加工後の光学性能を基に、あるいは2次加工による光学性能の変化を考慮して、型補正を行っているため、その不具合も解決することができる。
[実施の形態]
なお、参考例1と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。また、参考例1で定義した内容は、本実施の形態でも同様の意味で使用する。
先ず、S21において、暫定型を用いて光学素子としてのレンズ35の成形を行う(1次加工工程)。この成形では、前述した光学素子の製造装置10を用いて行う。その製造工程については説明を省略する。
この薄膜(反射防止膜)の形成方法は、図9で説明した通りである。
S23では、2次加工後のレンズ36の光学性能の測定及び設計値との乖離の算出を行い、設計値に合致するか否か(OKか否か)を判断する(測定工程、算出工程)。ここでの光学性能の測定では、透過波面測定装置40により光学性能を総合的に測定することができる。
また、S23で、光学性能の測定の結果、設計値に合致した場合(Yes)は、S25に移行して、正式型が決定される。
続いて、S27で、予備成形されたレンズ35の第3の光学性能の測定を行った後、S29で2次加工による薄膜(反射防止膜)の形成を行う(予備2次加工工程)。さらに、S30で、2次加工後のレンズ36の第4の光学性能の測定を行う。S27とS30での光学性能の測定結果の差により、2次加工によるレンズ36の光学性能の変化量を把握することができ、比較データを取得することができる。なお、比較データの取得・利用については、参考例2で述べた内容と同様であるので、詳細な説明を省略する。
本実施の形態によれば、2次加工(S29)の前後でレンズ36の光学性能の測定を行うことで、2次加工を行ったことによる光学性能の変化量を把握することができる。これにより、量産段階の2次加工を行う前に、製品の良否判定を行うことができる(2次加工後の良否判定を省略することができる)。
量産段階では、まず、S26’で、正式型を用いてレンズ35の成形を行う(成形工程)。
次に、S30’では、成形されたレンズ35の光学性能の測定を行う。ここでの光学性能の測定では、透過波面測定装置40により光学性能を総合的に測定する。次に、光学性能の測定結果と上述した比較データを基に2次加工後の光学性能を予測し、予測された光学性能が設計値に対し許容できる乖離か否かを判断する(S27’)。その結果、Yesなら、S28’に移行して良品のレンズ35が得られる。さらに、この後、成形されたレンズ35に対し、2次加工による薄膜(反射防止膜)の形成を行うことになる。また、S27’において、Noなら、そのレンズを廃棄処分とする。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、参考例2と実施の形態を組み合わせることも可能である。
11 断熱プレート
12 筐体
131 保持部材
132 保持部材
133 保持部材
14 成形室
15 搬入シャッタ
16 搬出シャッタ
17 型セット
18 ベースブロック
19 ベースブロック
20 加熱ステージ
21 プレスステージ
22 冷却ステージ
23 ガラス素材
241 上プレート
242 上プレート
243 上プレート
251 下プレート
252 下プレート
253 下プレート
261 エアシリンダ
262 エアシリンダ
263 エアシリンダ
271 作動ロッド
272 作動ロッド
273 作動ロッド
281 上カートリッジヒータ
282 上カートリッジヒータ
283 上カートリッジヒータ
291 下カートリッジヒータ
292 下カートリッジヒータ
293 下カートリッジヒータ
30 制御装置
31 中間レンズ
32 下型
32a 成形面
32b 成形面
33 上型
33a 成形面
33b 成形面
34 スリーブ
35 レンズ
35a 光学機能面
35b 光学機能面
35c 鍔部
36 レンズ
40 透過波面測定装置
41 干渉計
42 縞解析装置
43 画像処理用PC
44 表示装置
46 ミラー
47 被検レンズ
48 干渉縞
49 載置台
50 芯取り加工装置
51 ホルダー
52 ダイヤモンドホイール
53 供給管
60 薄膜の形成装置
61 真空室
62 加熱プレート
63 原料
64 ホルダー
65 加熱ヒータ
Claims (3)
- 暫定型を用いて光学素子素材を成形する1次工程と、
前記1次工程で成形された光学素子に対し、外径加工及び反射防止膜の形成の少なくとも一方を行う2次工程と、
前記2次工程後の光学素子の光学性能を測定する第2の測定工程と、
測定された前記光学素子の光学性能と設計値との乖離を算出する算出工程と、
算出された乖離が許容される場合に、前記暫定型を正式型として決定する工程と、
前記正式型を用いて光学素子素材を予備成形する工程と、
予備成形された前記光学素子の光学性能を測定する第3の測定工程と、
前記第3の測定工程後、前記光学素子に対し、外径加工及び反射防止膜の形成の少なくとも一方を行う予備2次工程と、
前記予備2次工程後、前記光学素子の光学性能を測定する第4の測定工程と、
決定された正式型を用いて光学素子素材を成形する成形工程と、を有し、
前記算出工程により算出された乖離が許容されない場合には、前記暫定型を補正して前記1次工程まで戻ることを前記乖離が許容されるまで繰り返し、
前記第3の測定工程の測定結果と前記第4の測定工程の測定結果とから、前記予備2次工程による光学性能の変化を算出することを特徴とする、光学素子の製造方法。 - 請求項1に記載の光学素子の製造方法において、
さらに、前記2次工程の前に、前記1次工程で成形された前記光学素子の光学性能を測定する第1の測定工程を有し、
前記第1の測定工程の測定結果と前記第2の測定工程の測定結果とから、前記2次工程による光学性能の変化を算出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2に記載の光学素子の製造方法において、
前記光学性能の変化は、前記光学素子の屈折率分布及び表面形状の少なくとも一方の変化によるものであり、
前記光学性能の測定は、透過波面測定法を用いて行われることを特徴とする、光学素子の製造方法。
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