JP5601318B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の製造方法に関する。

ＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）などの光学ディスクを記録媒体とする光学ディスク装置にあっては、その光学ピックアップ装置にガラスやプラスチックなどを成形して作製したピックアップレンズが使用されている。近年の光学ディスクでは青色の波長が用いられるため、ピックアップレンズには０．１μｍオーダーの厳しいレンズ形状精度が要求される。そのため、レンズ設計値を元に作製した金型で成形を行っても所望のレンズ形状や光学性能が得られないことがある。これはレンズ材料、金型の熱収縮が発生するためで、予めそれらを考慮して型作製を行う方法が提案されている。

例えば、設計値で作製した仮の金型で成形した暫定レンズの球面収差の設計値からのズレ量を検出し、該ズレ量を、金型の設計値のうち、高次の非球面定数と、それにより発生する球面収差量の関係を予め求めたテーブルを参照し、対応する非球面定数のうち高次項の微小な変化量を調整値として非球面定数に加算して最終的な成形金型を設計する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている方法では、予め非球面式の非球面定数の高次項の微少な変化量と球面収差値の変動量との関係を求めたテーブルを用意する必要がある。しかしながら、このテーブルの確度を高めるためには、多くの型を加工し、それによって多数、かつ多種のレンズをプレスして光学性能を測定する必要がある。

このような課題に対応するため、設計値で作製した仮の金型で成形した第１の仮の光学素子の波面収差を測定し、その波面収差を相殺するような補正波面収差を計算し、該補正波面収差を有するように形状を最適化する第２の仮の光学素子の設計を行い、該第２の仮の光学素子の形状に基づき、正規の光学素子を成形する正規の金型の設計を行う方法が提案されている（特許文献２参照）。

また、特許文献１に開示されている方法では、テーブルに用意されていない予期し得ない収差に対しては対応することができない。

そのため、設計値で作製した暫定型でレンズを成形し、成形したレンズの球面収差が所定量よりずれた場合、そのズレ量をレンズ厚み（軸上厚）で調整する方法が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００２−９６３４４号公報 特開２００４−２９９９３４号公報 特開２００４−８２３５２号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている方法では、仮の金型で成形した第１の仮の光学素子の波面収差を相殺するような第２の仮の光学素子の形状に基づき正規の金型を設計しているので、１つの金型を作製する毎に第２の仮の光学素子の設計が必要であり、正規の金型もそれぞれ異なった形状になってしまう。そのため、正規の金型を作製する手間が煩雑で時間がかかり、大量生産のために正規の金型を多数作製する場合には適さない。

一方、特許文献３に開示されているように軸上厚のみで球面収差を補正しようとすると、その補正量が大きい場合、軸上厚が設計値より著しく離れる場合がある。また、軸上厚と球面収差の関係は各次数により異なるため、低次の球面収差と共に高次の球面収差も調整しようとすると、両者の性能を満足できる最適な軸上厚が存在しない場合があり、軸上厚のみで調整できる球面収差量には限界がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、収差を適正に補正した高性能なレンズを簡単な方法で製造することができる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。

１．第１の成形面を有する第１型および第２の成形面を有する第２型を含む成形型を用いて成形素材をプレス成形してレンズを製造する光学素子の製造方法において、
レンズ設計値を決定し、該レンズ設計値に基づいて、前記第１の成形面の形状、前記第２の成形面の形状、前記第１の成形面および前記第２の成形面の間の距離（以下、型間距離という）を含む、型設計値を決定し、該型設計値に従って基準成形型を作製する工程と、
前記基準成形型で作製したレンズの低次球面収差または低次非点収差のいずれか一つの特定の収差の値を求め、該特定の収差の値が所定範囲を超える場合、予め作製した複数の金型の近似収差量の値の中から、前記基準成形型で作製したレンズの前記特定の収差の値と前記レンズ設計値との差に最も近い値を近似収差量として求める工程と、
前記近似収差量を相殺する補正収差量を求め、前記特定の収差が前記補正収差量になるように前記レンズ設計値を変更し、変更した値に基づいて前記第１型または前記第２型の何れか一方の成形面の形状を変更した補正成形型でレンズを作製する工程と、
前記補正成形型で作製したレンズの前記特定の収差の値を求め、前記特定の収差の求めた値が所定範囲以内か否かを判定する工程と、
を行って、前記求めた値が所定範囲以内の場合、型設計値を決定し該設計値に基づきレンズを製造することを特徴とする光学素子の製造方法。

２．前記予め作製した複数の金型の近似収差量の値は、
予め定めた定数の０を除く整数倍の値であることを特徴とする１に記載の光学素子の製造方法。

３．前記特定の収差は、３次球面収差または５次球面収差であり、
前記特定の収差の求めた値が所定範囲以内か否かを判定する工程で所定範囲以内と判定された後、
前記補正成形型で作製したレンズの軸上厚と収差を測定する工程と、
前記軸上厚と収差を測定する工程で測定した結果に基づいて、前記型間距離を補正する工程と、
を行って、型設計値を決定し該設計値に基づきレンズを製造することを特徴とする１または２に記載の光学素子の製造方法。

４．前記特定の収差は、
３次球面収差、５次球面収差、３次非点収差のうちの何れか一つであることを特徴とする１または２に記載の光学素子の製造方法。

５．前記基準成形型で作製したレンズの前記特定の収差の値、および前記補正成形型で作製したレンズの前記特定の収差の値は、
レンズを作製した後に行う後工程で発生する収差量を含むことを特徴とする１から４の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。

６．前記補正成形型でレンズを作製する工程では、
前記第１型または前記第２型のうち曲率の小さい方の成形面を有する型の形状を変更することを特徴とする１から５の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。

本発明によれば、作製したレンズの特定の収差の値が所定範囲を超える場合、予め定めた定数の整数倍の値の中から、特定の収差の値とレンズ設計値との差に最も近い値を近似収差量として算出する。次に、近似収差量が相殺されるように第１の成形面の形状または第２の成形面の形状の何れか一方を変更した型を用いた補正成形型でレンズを作製する。近似収差量は、限られた値であり補正成形型の設計、製造を容易に行うことができる。

作製したレンズの波面収差の値が所定範囲以内になった場合、補正成形型で作製したレンズの軸上厚と収差を測定した結果に基づいて、型間距離を補正して微調整し、所望の範囲の収差に補正する。

このようにすると、収差を適正に補正した高性能なレンズを簡単な方法で製造することができる光学素子の製造方法を提供することができる。

第１の実施形態の光学素子の製造方法の手順の一例を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態の光学素子の製造方法の手順の一例を説明するためのフローチャートである。 第３の実施形態の光学素子の製造方法の手順の一例を説明するためのフローチャートである。 後処理後の波面収差を求める手順の一例を説明するためのフローチャートである。 ガラスレンズの製造装置の一例を示す図である。 実施例で作製したレンズの軸上厚と収差との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は、第１の実施形態の光学素子の製造方法の手順の一例を説明するためのフローチャートである。以下、図１のフローチャートの順に説明する。

Ｓ１０：レンズを設計する工程である。

市販のレンズ設計ソフト（例えばサイバネットシステム株式会社製“ｃｏｄｅＶ”など）を使用し、波面収差量が０となるように形状を最適化することで基準レンズについての光学設計を行う。

レンズ設計値は、例えば、レンズ材料の屈折率、第１面の形状、第２面の形状、及び軸上厚を含む。レンズ設計値は、レンズが所望の光学性能を有するように設定される。

なお、本発明においては、レンズの第１面を第１の成形面により成形される面とし、レンズの第２面を、第２の成形面により成形される面とする。

Ｓ１１：基準の成形型を設計する工程である。

Ｓ１０で設計した基準レンズのレンズ設計値を基に、第１の成形面の形状、第２の成形面の形状、第１の成形面及び第２の成形面の間の距離（即ち、型間距離）を含む、型設計値を決定し、この型設計値に従って基準の成形型を作製する。

基準の成形型の型設計値は、レンズ設計値に基づいて決定されるが、その際、素材として用いるレンズ材料と成形型素材の熱収縮（熱膨張率）も、勘案される。

型設計値に従った基準の成形型の作製には、従来の形状加工方法をそのまま使用できる。

Ｓ１２：レンズを成形する工程である。

作製した基準の成形型を用いて基準レンズを作製する。成形方法は、２つの金型の間に配置したガラス素材（プリフォーム）を加熱軟化してプレスする再加熱法、所定の質量の溶融ガラス滴を金型で直接受け、もう１方の金型でプレスする液滴法、の何れを用いても良い。液滴法は、レンズ製造における誤差の発生量が再加熱法に比べて大きいが、本発明を適用することにより収差を適正に補正した高性能なレンズが得られる。またレンズ材料はガラスに限らずプラスチックの場合にも適用できる。その場合は射出成形などの成形方法がある。

Ｓ１３：収差量Ｂｍを求める工程である。

成形直後の基準レンズの透過波面収差を、干渉計を用いて測定し、市販の解析ソフトを用いて、測定した透過波面収差をゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）多項式に展開してＺｅｒｎｉｋｅ係数を得る。この結果から、予め選択した３次球面収差（ＳＡ３）、５次球面収差（ＳＡ５）、３次非点収差（ＡＳ３Ｘ）、３次非点収差（ＡＳ３Ｙ）などのうち何れか一つの特定の収差の測定波長での収差量Ｂｍを求める。特に金型の個体差や、成形条件により収差がバラツキ易く、調整代が大きいＳＡ３を特定の収差に選択することが望ましい。

なお、ｍは波面収差を測定した回数を表し、以降の説明で回数の区別が必要な場合は１回目に測定した収差量をＢ_１、２回目に測定した収差量をＢ_２と記す。

Ｓ１４：収差量Ｂｍと設計値との差Ｘは所定値以内か否かを判定する工程である。

Ｓ１５：収差量Ｂｍと設計値との差Ｘが所定値を越える場合は、予め定めた複数の値の中から差Ｘに最も近い値を近似収差量Ｚとして算出する。

近似収差量Ｚとして予め定める複数の値は、差Ｘの値の想定される範囲から、レンズの形状、金型材料などを考慮して決定する。

予め定める複数の値が所定間隔になるようにするためには、定数Ｐを定め、定数Ｐの０を除く整数倍の値にすれば良い。

例えば、収差量Ｂｍが−０．０３５λ、設計値は０とすると差Ｘは−０．０３５λである。また、例えば、定数Ｐを０．０２λ、０を除く整数ｎの値を−３、−２、−１、１、２、３にすると、ｎＰの値は−０．０６λ、−０．０４λ、−０．０２λ、０．０２λ、０．０４λ、０．０６λになる。この場合、差Ｘに最も近い近似収差量Ｚは−０．０４λである。

定数Ｐの絶対値は、０．０２〜０．１０λの範囲でレンズの形状、金型材料などを考慮して予め決定しておく。例えば、体積の大きなレンズの場合は、小さなレンズに比べてＰを大きくすることが好ましい。また近似収差量Ｚの範囲も、レンズ形状、金型材料、レンズ材料などにより適宜変更すればよい。例えば、光ディスクなどに用いられるピックアップレンズの場合、−０．５〜０．５λ程度である。

このようにすることにより、補正成形型の設計や製造を簡略にすることができる。

Ｓ１６：補正成形型に変更する工程である。

Ｓ１５で算出した近似収差量Ｚを相殺する補正収差量−Ｚを発生するよう再設計したレンズ設計値を基に、第１の成形面の形状、または第２の成形面の形状を変更した補正成形型を作製する。

例えば、近似収差量Ｚが−０．０４λのとき、これを相殺する補正収差量は０．０４λである。レンズ設計ソフトを用いて、レンズの第１面またはレンズの第２面のうち何れか一方の面の形状を変更し、特定の収差が所定の補正収差量になるレンズ形状を再設計する。第１面と第２面のうち近似曲率半径が大きい方の面は製造誤差が大きく、特定の収差を補正しようとしても製造のバラツキのため正しく補正されない可能性がある。このため、製造誤差を小さくすることができる近似曲率半径が小さい方の面の形状を変更して収差を補正することが好ましい。

次に、補正収差量０．０４λになるよう再設計した値に基づいて、第１の成形面または第２の成形面を成形する型の何れか一方の成形面の形状を変更した型を作製し、成形面の形状を変更した型と他方の基準の成形型とから成る補正成形型に変更する。

なお、本発明では補正収差量の値は予め限定されているので、本工程より前に予め想定される補正収差量の値に対応した補正成形型を設計して作製しておき、Ｓ１５で算出した近似収差量Ｚに応じて選択しても良い。

次に、Ｓ１２に戻り、補正成形型を用いてレンズを成形する。補正成形型を用いて成形したレンズの収差量Ｂ_２をＳ１３の手順で求める。Ｓ１４で収差量Ｂ_２と設計値の差Ｘは所定値以内か否かを判定し、収差量Ｂ_２と設計値との差Ｘが所定値以内の場合は、最終の成形型に決定する。

このように簡単な手順で型設計値を決定し、最終の成形型で所定の収差範囲内のレンズを作製することができる。

次に第２の実施形態について説明する。図２は、第２の実施形態の光学素子の製造方法の手順の一例を説明するためのフローチャートである。第２の実施形態では、Ｓ１３で特定の収差として予め選択するのは低次球面収差である点と、最終の成形型を決定した後、最終の成形型で成形したレンズの軸上厚と収差を測定した結果に基づいて軸上厚の狙い値を変更して微調整を行う点が第１の実施形態と異なる。

以下、図２のフローチャートの順に説明する。なお、第１の実施形態と同じ工程では詳しい説明を省略する。

Ｓ１０：レンズを設計する工程である。

市販のレンズ設計ソフトを使用し、波面収差量が０となるように形状を最適化することで基準レンズについての光学設計を行う。

Ｓ１１：基準の成形型を設計する工程である。

Ｓ１０で設計した基準レンズのレンズ設計値を基に、第１の成形面の形状、第２の成形面の形状、第１の成形面及び第２の成形面の間の距離（即ち、型間距離）を含む、型設計値を決定し、この型設計値に従って基準の成形型を作製する。

Ｓ１２：レンズを成形する工程である。

作製した基準の成形型を用いて基準レンズを作製する。成形方法は、２つの金型の間に配置したガラス素材（プリフォーム）を加熱軟化してプレスする再加熱法、所定の質量の溶融ガラス滴を金型で直接受け、もう１方の金型でプレスする液滴法、の何れを用いても良い。またレンズ材料はガラスに限らずプラスチックの場合にも適用できる。その場合は射出成形などの成形方法がある。

Ｓ１３：収差量Ｂｍを求める工程である。

成形直後の基準レンズの透過波面収差を、干渉計を用いて測定し、市販の解析ソフトを用いて、測定した透過波面収差をゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）多項式に展開してＺｅｒｎｉｋｅ係数を得る。この結果から、予め選択した３次球面収差（ＳＡ３）、５次球面収差（ＳＡ５）のうち何れか一つの特定の収差の測定波長での収差量Ｂｍを求める。特に金型の個体差や、成形条件により収差がバラツキ易く、調整代が大きいＳＡ３を特定の収差に選択することが望ましい。

なお、ｍは波面収差を測定した回数を表し、以降の説明で回数の区別が必要な場合は１回目に測定した収差量をＢ_１、２回目に測定した収差量をＢ_２と記す。

Ｓ１４：収差量Ｂｍと設計値との差Ｘは所定値以内か否かを判定する工程である。

Ｓ１５：収差量Ｂｍと設計値との差Ｘが所定値を越える場合は、予め定めた複数の値の中から差Ｘに最も近い値を近似収差量Ｚとして算出する。

近似収差量Ｚとして予め定める複数の値は、差Ｘの値の想定される範囲から、レンズの形状、金型材料などを考慮して決定する。

予め定める複数の値が所定間隔になるようにするためには、定数Ｐを定め、定数Ｐの０を除く整数倍の値にすれば良い。

定数Ｐの値は、０．０２〜０．１０λの範囲でレンズの形状、金型材料などを考慮して予め決定しておく。例えば、体積の大きなレンズの場合は、小さなレンズに比べてＰを大きくすることが好ましい。また近似収差量Ｚの範囲も、レンズ形状、金型材料、レンズ材料などにより適宜変更すればよい。例えば、光ディスクなどに用いられるピックアップレンズの場合、−０．５〜０．５λ程度である。

このようにすることにより、補正成形型の設計や製造を簡略にすることができる。

Ｓ１６：補正成形型に変更する工程である。

Ｓ１５で算出した近似収差量Ｚを相殺する補正収差量−Ｚを発生するよう再設計したレンズ設計値を基に、第１の成形面の形状、または第２の成形面の形状を変更した補正成形型を作製する。

例えば、近似収差量Ｚが−０．０４λのとき、これを相殺する補正収差量は０．０４λである。レンズ設計ソフトを用いて、レンズの第１面またはレンズの第２面のうち何れか一方の面の形状を変更し、特定の収差が所定の補正収差量になるレンズ形状を再設計する。第１面と第２面のうち近似曲率半径が大きい方の面は製造誤差が大きく、特定の収差を補正しようとしても、製造バラツキのため正しく補正されない可能性がある。このため製造誤差を小さくすることができる近似曲率半径が小さい方の面の形状を変更して収差を補正することが好ましい。

次に、補正収差量０．０４λになるよう再設計した値に基づいて、第１の成形面または第２の成形面を成形する型の何れか一方の成形面の形状を変更した型を作製し、成形面の形状を変更した型と他方の基準の成形型とから成る補正成形型に変更する。

なお、本発明では補正収差量の値は予め限定されているので、本工程より前に予め想定される補正収差量の値に対応した補正成形型を設計して作製しておき、Ｓ１５で算出した近似収差量Ｚに応じて選択しても良い。

次に、Ｓ１２に戻り、補正成形型を用いてレンズを成形する。補正成形型を用いて成形したレンズの収差量Ｂ_２をＳ１３の手順で求める。Ｓ１４で収差量Ｂ_２と設計値の差Ｘは所定値以内か否かを判定し、収差量Ｂ_２と設計値との差Ｘが所定値以内の場合は、最終の成形型に決定しＳ１７に進む。

Ｓ１７：軸上厚と収差とを測定する工程である。

最終の成形型で作製したレンズの軸上厚と収差とを測定し、ばらつきを確認する。測定する収差は、たとえば、３次球面収差（ＳＡ３）、５次球面収差（ＳＡ５）、７次球面収差（ＳＡ７）、９次球面収差（ＳＡ９）など補正のために用いた収差も含めて複数である。

ばらつきを確認するためには測定するレンズの数は多いほど良いが、設計上各収差と軸上厚の関係を予測できる場合は１つでも良い。

Ｓ１８：収差は規格内か否か判定する工程である。

設計値の軸上厚から所定の範囲で、各収差が所定値以内か否かを判定する工程である。

Ｓ１９：設計値の軸上厚から所定のばらつきの範囲で、収差の何れかが所定値を越える場合は、軸上厚の狙い値を変更する。

Ｓ２０：レンズを成形する工程である。

Ｓ１２と同じ成形法を用い、最終の成形型で軸上厚の狙い値に対応する型間距離に変更してレンズを作製する。

Ｓ１７に戻って軸上厚と収差とを測定し、Ｓ１８で軸上厚と各収差のばらつきが所定の範囲内になるまで繰り返す。

設計値の軸上厚から所定の範囲で、評価対象の全ての収差が所定値以内になると、型間距離が決定する。このように最終の成形型で作製したレンズの軸上厚と収差を測定した結果に基づいて型間距離を補正して微調整を行うので、簡単な手順で高次の球面収差まで補正されたレンズを製造することができる。

次に、第３の実施形態の光学素子の製造方法について説明する。

図３は、第３の実施形態の光学素子の製造方法の手順の一例を説明するためのフローチャート、図４は、後処理後の波面収差を求める手順を説明するためのフローチャートである。

図２の第２の実施形態のフローチャートと図３との違いは、Ｓ１３の収差量Ｂｍを求める工程がＳ３０の後処理後の収差量ＢＦｍを求める工程に変更されている点である。その他の工程では、収差量Ｂｍに代えて後処理後の収差量ＢＦｍを用いる以外は同じ手順であり、同番号を付して説明を省略する。

Ｓ３０：後処理後の収差量ＢＦｍを求める工程である。

第３の実施形態では、成形後に行う芯取りや、洗浄、アニール、コーティングなどの後工程で行う後処理によって発生する設計値からの収差の変動を補正するため、後処理後のレンズの透過波面収差を、干渉計を用いて測定する。次に、第２の実施形態と同様に市販の解析ソフトを用いて、測定した透過波面収差をゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）多項式に展開してＺｅｒｎｉｋｅ係数を得る。この結果から、３次球面収差（ＳＡ３）、５次球面収差（ＳＡ５）などのうち何れか一つの収差の測定波長での後処理後の収差量ＢＦｍを求める。

後の工程では後処理後の収差量ＢＦｍを補正する型設計値を決定し、最終の成形型を得ている。

後処理後の収差量ＢＦｍを求める工程の手順の一例を、図４のフローチャートで説明する。

Ｓ１００：後処理前の収差量Ｂｍを求める工程である。

Ｓ１３と同じ手順で、Ｓ１２で作製したレンズの後処理前の収差量Ｂｍを求める。

Ｓ１０１：収差量Ｂｍを求めるのが初回か、否かを判定する工程である。

Ｓ１０２：初回であれば、Ｓ１２で作製したレンズに量産時に行う手順で芯取りや、洗浄、アニール、コーティングなどの後処理を行う。

Ｓ１０３：Ｓ１３と同じ手順で、後処理後のレンズの収差量ＢＦｍを求める。

Ｓ１０４：変化量Ｙを算出する。後処理後の収差量ＢＦｍと後処理前の収差量Ｂｍとの差を算出し、変化量Ｙとする。

Ｓ１０５：２回目以降であれば、Ｓ１００で測定した後処理前の収差量Ｂｍに変化量Ｙを加算し、後処理後の収差量ＢＦｍとする。

変化量Ｙは成形型が変わっても大きく変化しない。そのため、このフローチャートのように２回目以降成形型の交換を行い、変化量Ｙを算出したときの成形型と別の型を使って成形したレンズに再度後工程を施さなくとも、後処理前の収差量Ｂｍに変化量Ｙを加算して後処理後の収差量ＢＦｍを求めることができる。

本実施形態では、このようにして求めた後処理後の収差量ＢＦｍを補正する型設計値を第１の実施形態と同じ手順で決定し、最終の成形型を得るので、レンズに後工程を行った後も所望の光学性能を得ることができる。

なお、図３では第２の実施形態の工程で収差量Ｂｍに代えて後処理後の収差量ＢＦｍを用いた例を説明したが、第１の実施形態の工程でも同様に後処理後の収差量ＢＦｍを用い同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

先ず、実施例で用いるガラスレンズの製造装置１０の構成について、図５を用いて説明する。図５に示すように、ガラスレンズの製造装置１０は、溶融ガラス２２を貯留する溶融槽２１、溶融槽２１の下部に接続された滴下ノズル２３、溶融ガラス滴２０を受けるための下型１１、下型１１と共に溶融ガラス滴２０を加圧する上型１２を有している。

下型１１は、駆動手段（図示しない）により、滴下ノズル２３の下方で溶融ガラス滴２０を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型１２と対向して溶融ガラス滴２０を加圧成形するための位置（加圧位置Ｐ２）との間で移動可能に構成されている。

下型１１と上型１２とが所定の間隔、又は、所定の加圧力で加圧成形するように、上型１２は、駆動手段（図示しない）により、上下方向に移動可能に構成されている。

下型１１と上型１２の材料は、タングステンカーバイドを主成分とする超硬材料（熱膨張係数＝５．０×１０^−６／℃）を用いた。

製造するガラスレンズは、外径がφ３．５ｍｍ、光学有効径がφ２．５ｍｍ、レンズ中心の厚み（軸上厚）の設計値が１．８９ｍｍの両凸非球面レンズとした。ガラス材料はＴｇが４８０℃、屈折率ｎｄが約１．６、熱膨張係数＝１２×１０^−６／℃のシリカ系ガラスを用いた。

実施例では第３の実施形態の手順に準じてガラスレンズを作製した。以下、図３のフローチャートの順に説明する。

Ｓ１０：外径がφ３．５ｍｍ、光学有効径がφ２．５ｍｍ、レンズ中心の厚み（軸上厚）の設計値が１．８９ｍｍの両凸非球面レンズを設計した。ガラス材料はＴｇが４８０℃、屈折率ｎｄが約１．６、熱膨張係数＝１２×１０^−６／℃のシリカ系ガラスを用いた。

また、Ｐ＝０．０２λ、ｎは−３、−２、−１、１、２、３とし、特定の収差として３次球面収差量ＳＡ３を選択し、ＳＡ３（Ｚｅｒｎｉｋｅ係数 Ｚ０９）が−０．０６λから０．０６λの範囲で６つの近似収差量Ｚになるレンズ形状を予めそれぞれ再設計した。

Ｓ１１：製造するレンズの設計形状（非球面係数、曲率半径）に、成形温度を４５０℃に設定した上で、金型とガラス材料の熱膨張係数考慮した変形量を加算し、基準の上型１２及び下型１１を作製した。

また、本実施例ではＳ１０で再設計したレンズ形状に基づき、成形温度を４５０℃に設定した上で、金型とガラス材料の熱膨張係数考慮した変形量を加算し、下型１１より近似曲率半径が小さい上型１２の形状を補正した上型１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆを表１に示すように予め作製した。

Ｓ１２：最初に、ガラスレンズの製造装置１０を用いて上型１２と下型１１を成形型としてガラスレンズ（基準レンズ）を成形した。

成形の工程はまず、下型１１が溶融ガラス滴２０を滴下するための白金製の滴下ノズル２３の直下である滴下位置Ｐ１に移動し、溶融ガラス滴２０を下型１１で受ける。溶融ガラス滴２０を下型１１で受けた後、下型１１は上型１２の下方である加圧位置Ｐ２まで移動する。下型１１が加圧位置Ｐ２に到達してから１０秒経過後、上型１２が垂直方向に移動し、下型１１内の溶融ガラス滴２０をプレスする。上型１２の移動速度は１０ｍｍ／ｓｅｃ、上型１２のプレス圧力は０．４９ｋＮ、プレス圧力を維持している時間は１０秒間とした。

Ｓ３０：成形直後のガラスレンズの透過波面収差を干渉計（ザイゴ株式会社製、型式ＤＶＤ４００Ｐｒｏ）を用いて測定した。次に、解析ソフト（ザイゴ株式会社製、ＭｅｔｒｏＰｒｏ）を用いて、測定された透過波面収差をゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）多項式に展開してＺｅｒｎｉｋｅ係数を得た。この結果、測定波長４０５ｎｍでの３次球面収差量（ＳＡ３、Ｚ０９）は−０．０６５λであった。

このガラスレンズにアニール、ＡＲコート（後工程）を施した後、再度上記の干渉計で光学性能を評価したところ、ＳＡ３は、−０．０３５λとなった。したがって、ＢＦ_１＝−０．０３５λ、変化量Ｙ＝０．０３λである。

Ｓ１４：ＢＦ_１＝−０．０３５λ、設計値は０なので差Ｘは−０．０３５λである。本実施例の所定の規格値は、±０．０１５λであり、測定結果は規格値を超えている。

Ｓ１５：近似収差量Ｚ＝−０．０６λ、−０．０４λ、−０．０２λ、０．０２λ、０．０４λ、０．０６λのうち、差Ｘの−０．０３５λに最も近い値は−０．０４λであり、近似収差量Ｚ＝−０．０４λである。

Ｓ１６：表１からわかるように近似収差量−０．０４λを補正する補正成形型は０．０４λの収差を有する上型１３ｅである。ガラスレンズの製造装置１０の上型１２を上型１３ｅに変更する。

Ｓ１２：ガラスレンズの製造装置１０を用いて、レンズ軸上厚が１．８９００ｍｍとなるように型間距離を調整した上で、上型１３ｅと下型１１でガラスレンズ（補正後のレンズ）を１００個成形した。上型を変更した以外は基準レンズと同じ条件で成形した。

Ｓ３０：成形直後のガラスレンズの透過波面収差を干渉計（ザイゴ株式会社製、型式ＤＶＤ４００Ｐｒｏ）を用いて測定した。次に、基準レンズと同様の手順で３次球面収差量（ＳＡ３）を求め、変化量Ｙ＝０．０３λを加えたところ収差量ＢＦ_２は、−０．０１０〜＋０．００５λとなった。

Ｓ１４：収差量ＢＦ_２と設計値との差Ｘは所定の規格内（±０．０１５λ）になった。

Ｓ１７：Ｓ１２で作製したレンズの軸上厚と３次球面収差（ＳＡ３）、５次球面収差（ＳＡ５）、７次球面収差（ＳＡ７）、９次球面収差（ＳＡ９）を測定した。測定結果を図６に示す。

Ｓ１８：ここで軸上厚が１．８８９ｍｍのレンズの場合、ＳＡ３、７、９は所定の規格内（±０．０１５λ）に入っているが、ＳＡ５のみが＋０．０２λとなり規格をオーバーしている。また軸上厚１．８９４ｍｍのレンズではＳＡ３、５、９は規格内であるが、ＳＡ７が−０．０１７λとなり規格をオーバーしている。

Ｓ１９：図６の結果から、軸上厚が１．８９０ｍｍ以上、１．８９３ｍｍ以下の範囲になるように軸上厚の狙い値を１．８９００ｍｍから１．８９１５ｍｍに変更した。

Ｓ２０、Ｓ１７、Ｓ１８：軸上厚の狙い値を１．８９１５ｍｍに変更して１００個のレンズを作製し、同様の手順でレンズの軸上厚と３次球面収差（ＳＡ３）、５次球面収差（ＳＡ５）、７次球面収差（ＳＡ７）、９次球面収差（ＳＡ９）を測定したところ、全て所定の規格内（±０．０１５λ）であった。

なお、本実施例ではガラスレンズを作製する例を説明したが、本発明はガラスレンズに限らずプラスチックレンズにも適用可能である。

以上このように本発明によれば、収差を適正に補正した高性能なレンズを簡単な方法で製造することができる光学素子の製造方法を提供することができる。

１０ 製造装置
１１ 下型
１２ 上型
２０ 溶融ガラス滴
２１ 溶融槽
２２ 溶融ガラス
２３ 滴下ノズル
Ｐ１ 滴下位置
Ｐ２ 加圧位置

Claims (6)

1. 第１の成形面を有する第１型および第２の成形面を有する第２型を含む成形型を用いて成形素材をプレス成形してレンズを製造する光学素子の製造方法において、
   レンズ設計値を決定し、該レンズ設計値に基づいて、前記第１の成形面の形状、前記第２の成形面の形状、前記第１の成形面および前記第２の成形面の間の距離（以下、型間距離という）を含む、型設計値を決定し、該型設計値に従って基準成形型を作製する工程と、
   前記基準成形型で作製したレンズの低次球面収差または低次非点収差のいずれか一つの特定の収差の値を求め、該特定の収差の値が所定範囲を超える場合、予め作製した複数の金型の近似収差量の値の中から、前記基準成形型で作製したレンズの前記特定の収差の値と前記レンズ設計値との差に最も近い値を近似収差量として求める工程と、
   前記近似収差量を相殺する補正収差量を求め、前記特定の収差が前記補正収差量になるように前記レンズ設計値を変更し、変更した値に基づいて前記第１型または前記第２型の何れか一方の成形面の形状を変更した補正成形型でレンズを作製する工程と、
   前記補正成形型で作製したレンズの前記特定の収差の値を求め、前記特定の収差の求めた値が所定範囲以内か否かを判定する工程と、
   を行って、前記求めた値が所定範囲以内の場合、型設計値を決定し該設計値に基づきレンズを製造することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記予め作製した複数の金型の近似収差量の値は、
   予め定めた定数の０を除く整数倍の値であ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. 前記特定の収差は、３次球面収差または５次球面収差であり、
   前記特定の収差の求めた値が所定範囲以内か否かを判定する工程で所定範囲以内と判定された後、
   前記補正成形型で作製したレンズの軸上厚と収差を測定する工程と、
   前記軸上厚と収差を測定する工程で測定した結果に基づいて、前記型間距離を補正する工程と、
   を行って、型設計値を決定し該設計値に基づきレンズを製造することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記特定の収差は、
   ３次球面収差、５次球面収差、３次非点収差のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記基準成形型で作製したレンズの前記特定の収差の値、および前記補正成形型で作製したレンズの前記特定の収差の値は、
   レンズを作製した後に行う後工程で発生する収差量を含むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記補正成形型でレンズを作製する工程では、
   前記第１型または前記第２型のうち曲率の小さい方の成形面を有する型の形状を変更することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。