JP5726016B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形工程において生じた光学ガラス成形品の屈折率分布を取り除いて所望の光学性能を得るための光学素子の製造方法に関するものである。

従来、レンズ等の光学素子の製造においてプレス成形によって製造された光学ガラス成形品は急冷（冷却速度：毎分６０℃程度）されているため、熱応力に起因する屈折率分布が研削研磨で製造された光学素子より大きい。その為この光学ガラス成形品を熱処理により所望の屈折率分布になるように調整して製品化する必要があった。

熱処理方法に関しては、非特許文献１では、光学ガラス成形品を転移領域の比較的高温度のところで短時間一定温度保持した後、徐冷温度域はゆっくりした一定の冷却速度で冷却し、その後は速く冷却することが記載されている。更に、屈折率の均質性は一般に冷却速度を小さくすればするほどよくなり、一般には数日から１か月程度の徐冷時間を設けているが、高い均質性を要求される光学素子においてはそれ以上の時間をかけていると記載されている。これは、光学ガラス成形品を急激に冷却すると、冷却中の光学ガラスに温度分布が発生してしまい、光学ガラス成形品の各部分の冷却プロファイルが大きく異なってしまう。この冷却プロファイルが異なると、軟化した光学ガラス成形品の流動状態が異なってしまい屈折率の均質性が損なわれることとなる。

熱処理工程後の冷却工程のサイクルタイムの短縮方法として、特許文献１では、冷却速度を毎時２０℃から１００℃とすることが提案されている。

特開２００３−０４０６３４号公報

ガラス工学ハンドブック（朝倉書店）

しかしながら、従来は、成形工程後の冷却に要するサイクルタイム（冷却速度：毎分６０℃程度）に比べて熱処理工程後の冷却に要するサイクルタイム（冷却速度：毎時２０℃から１００℃、つまり毎分０．３３℃から１．６７℃）が極めて長い。そのため、熱処理工程前に大量の仕掛品が生じ、成形工程後に大量の光学ガラス成形品を一度に熱処理する必要があり、熱処理炉を大型化せざるを得なかった。

また成形工程と熱処理工程と間の光学ガラス成形品の搬送、載置をロボットで行うことによって人員削減を行う場合、搬送、載置ロボットが大型化、複雑化する事でコストが増大するという問題点があった。

そこで、本発明では、光学ガラス成形品の熱処理工程後の冷却に要するサイクルタイムを大幅に削減する光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、ガラスブランクを加熱軟化させて上型及び下型によりプレス成形し、冷却して光軸を中心軸とする軸対称形状の光学ガラス成形品を形成する成形工程と、前記上型及び前記下型から取り出した前記光学ガラス成形品を保持具に保持させ、前記光学ガラス成形品を加熱装置に搬入し、前記加熱装置により前記光学ガラス成形品の粘度が１０^１３ｄＰａ・ｓ以上１０^１４．５ｄＰａ・ｓ以下となる温度まで昇温する熱処理工程と、前記熱処理工程の後、５０℃／分以上４００℃／分以下の冷却速度で、前記光学ガラス成形品のガラス粘度が１０^２０ｄＰａ・ｓ以上となる温度まで冷却し、ガラス製の光学素子を得る冷却工程と、を備え、前記保持具は、前記冷却工程において前記光学ガラス成形品から出ていく熱流のコンダクタンスが前記光学ガラス成形品の中心軸に対して軸対称となるように前記光学ガラス成形品を保持することを特徴とする。

本発明によれば、冷却工程の大幅なサイクルタイム短縮が可能となる。その結果、熱処理工程前の仕掛品が少なくなり、成形工程後の光学ガラス成形品の熱処理個数が少なくなり、熱処理炉が小型化できる。また成形工程と熱処理工程と間の光学ガラス成形品の搬送、載置をロボットで行うことによって人員削減を行う場合、搬送、載置を行うロボットの小型化、単純化することができ、コストダウンが見込める。

本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法における成型工程にて用いる成形装置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法における熱処理工程にて用いる加熱装置を示す模式図である。（ａ）は光学ガラス成形品の熱処理前の状態の加熱装置を上方から見た模式図、（ｂ）は光学ガラス成形品の熱処理前の状態の加熱装置を側方から見た模式図である。 本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法における熱処理工程にて用いる加熱装置を示す模式図である。（ａ）は光学ガラス成形品を搬入した状態の加熱装置を側方から見た模式図である。（ｂ）は光学ガラス成形品を熱処理している状態の加熱装置を側方から見た模式図である。（ｃ）は光学ガラス成形品を搬出した状態の加熱装置を側方から見た模式図である。 熱処理工程及び冷却工程における時間に対する温度変化を示すプロセス線図である。 本発明の第２実施形態に係る光学素子の製造方法における熱処理工程にて用いる加熱装置及び搬送装置を示す模式図である。（ａ）は熱処理工程前の光学ガラス成形品の載置状態を説明するための模式図である。（ｂ）は熱処理中の状態の光学ガラス成形品を説明するための模式図である。（ｃ）は次の光学ガラス成形品の載置状態を説明するための模式図である。（ｄ）は光学ガラス成形品を自然冷却している状態を説明するための模式図である。 比較例２の冷却工程におけるガラス保持具に対する光学ガラス成形品の位置を説明するための加熱装置の模式図である。（ａ）は光学ガラス成形品を搬出した状態の加熱装置を上方から見た模式図、（ｂ）は光学ガラス成形品を搬出した状態の加熱装置を側方から見た模式図である。 本発明の第１及び第２実施形態にかかる光学素子の製造方法における変形例を説明するための図である。

一般に光学設計において、光学レンズ等の光学素子に一定値以上の屈折率分布が生じてしまうと、所望の光学特性を得ることができないため、収差補正を実現することができない。そのため、従来は長時間かけて熱処理を行い、屈折率分布が極力小さい光学素子を製造していた。光軸に対して非軸対称の屈折率分布が生ずると、屈折率分布に応じて形状補正することは、実質的に不可能であり、収差補正を実現することができない。しかしながら、屈折率分布のなかでも光軸に対して軸対称の屈折率分布であれば、光学素子の表面形状の補正により収差補正を実現することが可能となる。また複数の光学レンズを使用した光学系の場合、あらかじめ光学系全体の設計を、光軸に対して軸対称の屈折率分布を考慮して行うことも可能である。

前述したように屈折率分布が発生する主たる要因は、熱処理中の光学レンズ成形品の各部分における温度プロファイルの差である。従って、光学レンズを冷却する際、光軸に対して軸対称の温度分布が小さければ、光軸に対して非軸対称の温度分布は発生しても構わない。

光軸に対して軸対称の屈折率分布の許容できる範囲は、光学素子の外径や肉厚によって異なる。たとえば、外径がφ１５ｍｍ、中心肉厚が１．０ｍｍである場合、光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値が１０×１０^−５以下であれば光学素子の形状による補正が可能となる。一般に使用される光学素子の場合、光軸に対して軸対称の温度分布の最大値が５℃以内であれば、収差の補正が可能である。また、光軸に対して軸対称および非軸対称の屈折率分布の最大値が１００×１０^−５以下であれば、光学素子として問題とならない。

なお、ここで言う光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値とは、熱処理が完了した光学素子の中心から同一半径の円上における最大屈折率と最小屈折率との差の最大値である。また光学素子の非軸対称の屈折率分布の最大値は、光学素子の中心における屈折率と、光学素子の最外周における屈折率との差の最大値である。また光軸に対して軸対称の温度分布の最大値とは、熱処理中における光学レンズ成形品の中心から同一半径の円上における最大温度と最小温度との差の最大値である。また光学レンズ成形品の非軸対称の温度分布の最大値は、光学レンズの中心における温度と、光学レンズ成形品の最外周における温度との差の最大値である。

［第１実施形態］
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光学素子の製造方法における成型工程にて用いる成形装置を示す模式図である。まずガラスモールドレンズのプレス成形による成形工程について説明する。

成形装置５０は、光学機能面を成形する為の成形面を有する上型５１及び下型５２、並びに側面を形成する側面型５３を備えている。また、成形装置５０は、上型５１，下型５２と側面型５３を挟持するように構成された胴型５４を備えている。これら上型５１、下型５２、側面型５３、胴型５４はそれぞれ不図示の加熱用ヒーターにより独立して温度制御している。そして上型５１及び下型５２を摺動、押圧させるための不図示の駆動手段、例えば油圧や気圧によるピストン・シリンダ機構あるいは電動モータ駆動機構が、プレス軸を介して上型５１及び下型５２に連結されている。つまり、上型５１及び下型５２によりプレス成形が行われる。上型５１、下型５２、側面型５３、胴型５４には、不図示の冷却手段としてＮ_２が、導入管を通して冷却時に吹き付けられている。

この成形装置５０を用いて以下のように成形工程を行う。まず成形素材であるガラス素材（ガラスブランク）をハンドリング装置により下型５２上に載置する。その後上型５１、下型５２、側面型５３、胴型５４をそれぞれ加熱手段によりガラス素材が転移点以上の粘度１０^８〜１２ｄＰａ・ｓ（ＣＧＳ単位では「ｐｏｉｓｅ」）となる温度に加熱する。そして下型５２に載置されたガラス素材が転移点以上の粘度１０^８〜１２ｄＰａ・ｓとなる温度に加熱された後（つまりガラス素材が加熱軟化した後）、上型５１及び下型５２を駆動手段により互いに接近させる方向に移動し押圧成形（プレス成形）する。その後冷却手段により上型５１、下型５２、側面型５３、胴型５４及び光学ガラス成形品Ｗをガラス転移点温度以下に冷却し、上型５１及び下型５２を型開きした後、下型５２上から光学ガラス成形品Ｗを取り出す。本実施形態では、光学ガラス成形品Ｗは、光軸を中心軸とする軸対称形状に形成されたものであり、例えばガラスモールドレンズとしての凹メニスカスレンズである。

次に本実施の形態の熱処理工程について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る光学素子の製造方法における熱処理工程にて用いる加熱装置を示す模式図である。図２（ａ）は、加熱装置を上面から見た模式図であり、図２（ｂ）は、加熱装置を側面から見た模式図である。

本実施形態では、加熱装置１００は、温度調整器付きの電気炉である。この加熱装置１００は、マッフル１０１と、マッフル１０１の内部（炉内）に配置された炉内支持部材１０２と、炉内を開放又は閉塞する扉１０３とを備えている。マッフル１０１の外部（炉外）には、炉外支持部材１０４が配置されている。

光学ガラス成形品Ｗであるガラスモールドレンズは、レンズ保持具（保持具）１０５に載置される。レンズ保持具１０５は、炉内支持部材１０２及び炉外支持部材１０４のそれぞれに載置可能に構成されている。レンズ保持具１０５は、中心軸を中心に軸対称形状に形成されており、本実施形態では、円盤形状に形成されている。

図１に示した成形装置５０によりプレス成形された光学ガラス成形品Ｗを、加熱装置１００に搬入して熱処理を行うが、この熱処理時を、図２，図３の加熱装置の模式図及び図４の熱処理工程及び冷却工程を示すプロセス線図を参照しながら説明する。

まず、熱処理工程において、図２に示すように、光学ガラス成形品Ｗを１個、大気解放位置にある軸対称な円盤形状のレンズ保持具１０５上の中央に、不図示のレンズ搬送手段で載置する。具体的には、レンズ保持具１０５の中心軸と光学ガラス成形品Ｗの中心軸とが一致するように、光学ガラス成形品Ｗがレンズ保持具１０５上に載置される。このように、上型５１及び下型５２から取り出した光学ガラス成形品Ｗはレンズ保持具１０５に保持される。

その後、図３（ａ）に示すように、加熱装置１００の扉１０３を開け、光学ガラス成形品Ｗをレンズ保持具１０５と一緒に炉内支持部材１０２上に、不図示のレンズ保持具搬送手段で移送する。この時、加熱装置１００のマッフル１０１内の雰囲気は、大気である。

このように加熱装置１００に光学ガラス成形品Ｗを搬入した後、図３（ｂ）に示すように、加熱装置１００の扉１０３を閉める。レンズ保持具１０５と共に光学ガラス成形品Ｗを図４の昇温時間、本実施形態では５分間保持し、光学ガラス成形品Ｗの温度を、熱処理温度であるガラス粘度が１０^１３ｄＰａ・ｓ以上、１０^１４．５ｄＰａ・ｓ以下となる温度まで光学ガラス成形品Ｗを昇温する。つまり、図４に示す歪点温度以上、徐冷点温度以下の温度に光学ガラス成形品Ｗを加熱（昇温）する。そして光学ガラス成形品Ｗのガラス粘度を１０^１３ｄＰａ・ｓ以上１０^１４．５ｄＰａ・ｓ以下となる温度の状態で引き続き光学ガラス成形品Ｗとレンズ保持具１０５を図４の保持時間、本実施形態では１０分程度、加熱装置１００のマッフル１０１内に保持する。

その熱処理工程後、光学ガラス成形品Ｗを、レンズ保持具１０５に載置させたまま、図３（ｃ）に示すように、加熱装置１００のマッフル１０１外の大気解放位置に設置された炉外支持部材１０４上に、不図示のレンズ保持具搬送手段で移送する。

そして図４の冷却速度（５０℃／分以上４００℃／分以下）で、光学ガラス成形品Ｗのガラス粘度が１０^２０ｄＰａ・ｓ以上となる温度まで冷却する（冷却工程）。ガラス粘度が１０^２０ｄＰａ・ｓになる温度まで冷却後、不図示の急冷手段、例えば室温に保持された冷却ブロック上に、光学ガラス成形品Ｗを、レンズ保持具１０５に載置させたまま移送する。これにより、光学ガラス成形品を不図示の搬送手段で搬送する際にワレ等が起こらない温度、本実施の形態では１００℃以下までに４００℃／分以上の冷却速度で冷却する。その後不図示の搬送手段にてレンズ保持具より光学ガラス成形品を取り出す。これにより、ガラス製の光学素子が得られる。ただしこの急冷工程は必須では無く、炉外支持部材１０４上に、光学ガラス成形品Ｗをレンズ保持具１０５に載置させたまま引き続き５０℃／分以上４００℃／分以下の冷却速度で冷却してもよい。そして、光学ガラス成形品を不図示の搬送手段で搬送する際にワレ等が起こらない温度、本実施の形態では１００℃以下までに４００℃／分以上の冷却速度で冷却しても良い。

本実施形態における冷却工程では、光学ガラス成形品Ｗを加熱装置１００の外部に搬出して空冷している。これにより、５０℃／分以上４００℃／分以下の冷却速度で光学ガラス成形品Ｗを冷却している。なお、冷却方法としては、外気とは別の冷却ガス等で冷却してもよいし、送風機で送風するようにしてもよいが、空冷による自然冷却が最も簡単で効果的である。つまり、本実施形態では、熱処理工程後、光学ガラス成形品Ｗを、直ちに加熱装置１００の外部に搬出して、急速に空冷させるものである。

この時、炉外支持部材１０４は、レンズ保持具１０５と軸対称部分で線接触しており、炉外支持部材１０４からの熱流のコンダクタンスは軸対称且つ最少となっている。そのため、光学ガラス成形品Ｗから出ていく熱流のコンダクタンスは、レンズ保持具１０５の形状や、光学ガラス成形品Ｗの置き位置でほぼ決まる。つまり、レンズ保持具１０５は、冷却工程において光学ガラス成形品Ｗから出ていく熱流のコンダクタンスが光学ガラス成形品Ｗの中心軸に対して軸対称となるように光学ガラス成形品Ｗを保持しているものである。

本実施形態では、レンズ保持具１０５は、軸対称形状である円盤形状に形成されており、冷却工程においてレンズ保持具１０５の中心軸と光学ガラス成形品Ｗの中心軸とが一致するように光学ガラス成形品Ｗを保持している。これにより、光学ガラス成形品Ｗからの熱流のコンダクタンスは、光学ガラス成形品Ｗ１個に対して軸対称となる。こうすることにより、光学ガラス成形品Ｗは、光軸に対して軸対称の温度分布の最大値が０℃以上５℃以内の温度分布となる。

したがって、光学ガラス成形品Ｗを急冷しても、軸対称の温度分布の最大値を０℃以上５℃以内の範囲に抑えることができるので、屈折率分布の軸対称成分が均一となり、収差が要求値を満たすレンズ（光学素子）を得ることができる。

以上、本実施形態では、冷却工程の大幅なサイクルタイム短縮が可能となる。その結果、熱処理工程前の仕掛品が少なくなり、成形工程後の光学ガラス成形品Ｗの熱処理個数が少なくなり、熱処理炉が小型化できる。また成形工程と熱処理工程と間の光学ガラス成形品Ｗの搬送、載置をロボットで行うことによって人員削減を行う場合、搬送、載置を行うロボットの小型化、単純化することができ、コストダウンが見込める。

［第２実施形態］
次に、上記第１実施形態とは別の熱処理方法について説明する。本第２実施形態では、光学ガラス成形品を、プレス成形された凹メニスカスレンズとして説明する。以下、光学ガラス成形品Ｗの熱処理方法について以下に示す。

まず、硝材をプレス成形して得られた図１に示すような凹メニスカスレンズとしての光学ガラス成形品Ｗ_１を、図５（ａ）に示すレンズ保持具１０５_１に１個、不図示の大気解放位置において不図示のレンズ搬送手段で中央に載置する。その後、レンズ保持具１０５_１を不図示の保持具搬送手段で、搬送装置であるベルトコンベア２００のベルト２０１に形成された加熱装置１００Ａ外にある円形メッシュ穴２０２に移送する。加熱装置１００Ａには、入口と出口が形成されており、ベルト２０１は、入口及び出口を貫通するように配置されており、ベルト２０１を移動させることで、光学ガラス成形品Ｗ_１を加熱装置１００Ａに搬入でき、加熱装置１００Ａから搬出することができる。

その後、ベルト２０１を、レンズ保持具１０５_１が加熱装置１００Ａ内に入る搬送方向に移動させ、図５（ｂ）に示すように、加熱装置１００Ａ内に光学ガラス成形品Ｗ_１を載置したレンズ保持具１０５_１を移送する。この時、加熱装置１００Ａ内の雰囲気は大気であり、温度は６００℃±２℃以内に保持されている。そしてベルト２０１を停止させ、光学ガラス成形品Ｗ_１をレンズ保持具１０５_１と共に５分間保持し、光学ガラス成形品Ｗ_１の温度を熱処理温度６００℃まで加熱する。そしてそのままの状態で引き続き光学ガラス成形品Ｗ_１とレンズ保持具１０５_１を１０分間、加熱装置１００Ａ内に保持する。

この間に次の熱処理工程を行う光学ガラス成形品Ｗ_２を不図示のレンズ搬送手段でレンズ保持具１０５_２に載置しておく。そして、レンズ保持具１０５_２を、不図示の保持具搬送手段で、図５（ｃ）のように加熱装置１００Ａ内に搬出入可能に設置されたベルト２０１上の加熱装置１００Ａ外にある円形メッシュ穴２０２上に移送する。

その後、図５（ｄ）に示すように、光学ガラス成形品Ｗ_１をレンズ保持具１０５_１に載置したまま、ベルト２０１を搬送方向に移動させ、光学ガラス成形品Ｗ_１とレンズ保持具１０５_１を炉外の大気解放位置に移送し自然放冷する。

この時、円形メッシュ穴２０２はレンズ保持具１０５_１と軸対称部分で線接触であり、支持部材からの熱流のコンダクタンスは軸対称且つ最少となっている。そのため光学ガラス成形品Ｗ_１から出ていく熱流のコンダクタンスは、レンズ保持具１０５_１の形状や、光学ガラス成形品Ｗ_１の置き位置でほぼ決まる。よってこのレンズ保持具１０５_１の設計を最適化する事により光学ガラス成形品Ｗ_１からの熱流のコンダクタンスは、レンズ１個に対して軸対称となる。

本実施形態では、光学ガラス成形品Ｗ_１を軸対称な円形のレンズ保持具１０５_１上の中央に載置しておく。この状態で屈折率分布が温度履歴に影響を受けない温度４７０℃まで冷却速度２００℃／分で、０．６５分（約４０秒）かけて冷却する。その結果、光学素子最外周の軸対称の温度分布の最大値が４℃以内に保たれている。その間、次の熱処理工程を行う別の光学ガラス成形品Ｗ_２を載置したレンズ保持具１０５_２は、加熱装置１００Ａ内に移送されており、次の熱処理サイクルを行っている。

そしてその後、光学ガラス成形品Ｗ_１を載置したままレンズ保持具１０５_１を不図示のレンズ保持具搬送手段により不図示の大気解放位置へ移送し、引き続き大気解放状態で冷却を続ける。そして光学ガラス成形品Ｗ_１を不図示のレンズ搬送手段で搬送できる温度である１００℃以下まで冷却したのち、光学ガラス成形品Ｗ_１を搬出する。

この光学素子の非軸対称の屈折率分布の最大値は、測定の結果、５０×１０^−５であった。これは従来例（２０×１０^−５）に比べ、値は大きくはなっているが、熱処理前のレンズに比べれば大幅に値を下げることができた。さらに軸対称の屈折率分布の最大値は、測定の結果、２０×１０^−５となった為、設計段階でレンズ設計値に反映させることが容易である。その結果、このレンズをカメラ等のレンズユニットに組み込んだ場合、屈折率分布起因の収差は製品の要求値を満たすことが可能である。

このように本実施形態による熱処理方法を従来の熱処理方法と比較すると、屈折率分布の性能はほぼ同等を保ちつつ、熱処理工程後の冷却工程のサイクルタイムを１／２０以下まで短縮させることが可能である。よって従来は大量にあった成形工程後の仕掛品を大幅に削減することが可能となり、結果として大幅なコストダウンを達成することが可能になる。

［実施例１］
以下に本発明の実施例１に係る光学素子の製造方法を以下に示す。本実施例１では、上述した成形装置５０を用い、まず成形素材であるガラス素材（硝材ＨＯＹＡ製Ｍ−ＴＡＦＤ３０５、歪点温度５８８℃、徐冷点温度６０６℃、転移点６１２℃）をハンドリング装置により下型５２上に載置する。その後上型５１、下型５２、側面型５３、胴型５４をそれぞれ加熱手段によりガラス素材が転移点以上の粘度１０^８〜１２ｄＰａ・ｓとなる温度、実施例１では６８０℃に加熱する。そして下型５２に載置されたガラス素材が６８０℃に加熱された後、上型５１及び下型５２を駆動手段により互いに接近させる方向に移動し、圧力１０ＭＰａで押圧成形する。その後冷却手段により上型５１、下型５２、側面型５３、胴型５４及び光学ガラス成形品Ｗをガラス転移点温度以下、実施例１では５８０℃に冷却し、上型５１及び下型５２を型開きした後、下型５２上から光学ガラス成形品Ｗであるレンズを取り出す。このようにして、光学ガラス成形品Ｗとして、図１の凹メニスカスレンズ（外径φ１４．５、中心肉厚ｔ１．０）を得た。このときの成形サイクルタイムは５分であった。

この光学ガラス成形品Ｗを、図２に示すように、大気解放位置にある軸対称で、外径φ４０、厚さｔ１．０の円形のレンズ保持具１０５に１個、不図示のレンズ搬送手段で軸対称な円形のレンズ保持具１０５上の中央に載置する。

その後マッフル１０１を備えた加熱装置１００の扉１０３を開け、光学ガラス成形品Ｗをレンズ保持具１０５と一緒に炉内支持部材１０２上に、不図示のレンズ保持具搬送手段で移送する（図３（ａ））。この時マッフル１０１内の雰囲気は大気であり、光学ガラス成形品Ｗが１０^１３ｄＰａ・ｓ以上、１０^１４．５ｄＰａ・ｓ以下となる温度、実施例１では６００℃±２℃以内に保持されている。

そしてこの加熱装置１００の扉１０３を閉め、光学ガラス成形品Ｗをレンズ保持具１０５と共に５分間保持し、光学ガラス成形品Ｗを粘度１０^１３ｄＰａ・ｓ以上、１０^１４．５ｄＰａ・ｓ以下となる熱処理温度６００℃まで加熱する（図３（ｂ））。そしてそのままの状態で引き続き光学ガラス成形品Ｗとレンズ保持具１０５を１０分間加熱装置１００内に保持する。

その後光学ガラス成形品Ｗをレンズ保持具１０５に載置したまま、加熱装置１００外の大気解放位置に設置された炉外支持部材１０４上に、不図示のレンズ保持具搬送手段で移送する（図３（ｃ））。そして冷却速度２００℃／分で０．６５分かけて、ガラス粘度が１０^２０ｄＰａ・ｓ以上となる温度、実施例１では４７０℃まで光学ガラス成形品Ｗを冷却する。

この時、炉外支持部材１０４はレンズ保持具１０５と軸対称部分で線接触であり、炉外支持部材１０４からの熱流のコンダクタンスは軸対称且つ最少となっている。そのため光学ガラス成形品Ｗから出ていく熱流のコンダクタンスは、レンズ保持具１０５の形状や、光学ガラス成形品Ｗの置き位置でほぼ決まる。よってこのレンズ保持具１０５の設計を最適化し、光学ガラス成形品Ｗの置き位置を最適化する事により光学ガラス成形品Ｗからの熱流のコンダクタンスは、レンズ１個に対して軸対称となる。

このようにして冷却している光学ガラス成形品Ｗの温度を、光学ガラス成形品Ｗの上部より放射温度計にて測定した。測定結果から、光学ガラス成形品Ｗの光軸に対する軸対称の温度分布の最大値は４℃となった。またこの時の非軸対称の温度分布の最大値は２０℃となった。

４７０℃まで冷却した光学ガラス成形品Ｗを更に２００℃／分で常温まで冷却し光学素子を製造した。このようにして製造された光学素子の最外周における屈折率の最大値が １．８５０４０で最小値が１．８５０３５であり、その差分が最大であった。従って光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は５×１０^−５となった。

また、この時の光学素子の軸中心における屈折率が１．８５０８５で最外周の屈折率は１．８５０３５であった。従って光軸に対して非軸対称の屈折率分布はその差分である５０×１０^−５となった。

これらの結果を表１に示す。なお、屈折率分布の測定は、光学素子の光路長差を干渉計にて計測し、屈折率差を検出する干渉計法にて行った。

実施例１における、光軸に対して非軸対称の屈折率分布の最大値は５０×１０^−５であり、許容される１００×１０^−５以下を十分満足するものであった。また、光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は５×１０^−５であり、許容される１０×１０^−５以下を十分満足するものであった。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係る光学素子の熱処理方法について述べる。本実施例２では、光学ガラス成形品として、前記実施例１と同様にプレス成形された凹メニスカスレンズとする。以下、光学ガラス成形品Ｗの熱処理方法について示す。

まず実施例１と同様の硝材をプレス成形して、図１に示すような凹メニスカスレンズとしての光学ガラス成形品Ｗ（外径φ４０、中心肉厚ｔ２．０、成形サイクルタイム１５分）を得た。この光学ガラス成形品Ｗを、図２に示すように、大気解放位置にある軸対称で、外径φ６０、厚さｔ１．０の円形のレンズ保持具１０５に１個、不図示のレンズ搬送手段で軸対称な円形のレンズ保持具１０５上の中央に載置する。

その後、実施例１と同様の条件の加熱装置１００に光学ガラス成形品Ｗを移送し、実施例１と同様の方法で加熱装置１００内で２０分間保持し６００℃まで加熱する。そしてそのままの状態で引き続き光学ガラス成形品Ｗとレンズ保持具１０５を１０分間加熱装置１００内に保持する。

その後、大気解放し４７０℃まで光学ガラス成形品Ｗを冷却した。この時の冷却速度は５０℃／分で２．６分かけて冷却した。このようにして冷却している光学ガラス成形品Ｗの温度を、光学ガラス成形品Ｗの上部より放射温度計にて測定した。測定結果から、光学ガラス成形品Ｗの光軸に対する軸対称の温度分布の最大値は４℃となった。またこの時の非軸対称の温度分布の最大値は２０℃となった。

４７０℃まで冷却した光学ガラス成形品Ｗを更に５０℃／分で常温まで冷却し光学素子を製造した。このようにして製造された光学素子の最外周における屈折率の最大値が１．８５０４０で最小値が１．８５０３５であり、その差分が最大であった。従って光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は５×１０^−５となった。

また、この時の光学素子の軸中心における屈折率が１．８５０８５で最外周の屈折率は１．８５０３５であった。従って光軸に対して非軸対称の屈折率分布はその差分である５０×１０^−５となった。

これらの結果を表１に示す。なお、屈折率分布の測定は、光学素子の光路長差を干渉計にて計測し、屈折率差を検出する干渉計法にて行った。実施例２における、光軸に対して非軸対称の屈折率分布の最大値は５０×１０^−５であり、許容される１００×１０^−５以下を十分満足するものであった。また、光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は５×１０^−５であり、許容される１０×１０^−５以下を十分満足するものであった。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係る光学素子の熱処理方法について述べる。本実施例３では、光学ガラス成形品として、前記実施例１と同様にプレス成形された凹メニスカスレンズとする。以下、光学ガラス成形品Ｗの熱処理方法について示す。

まず実施例１と同様の硝材をプレス成形して、図１に示すような凹メニスカスレンズとしての光学ガラス成形品Ｗ（外径φ８、中心肉厚ｔ０．７、成形サイクルタイム３分）を得た。この光学ガラス成形品Ｗを、図２に示すように、大気解放位置にある軸対称で、外径φ２０、厚さｔ１．０の円形のレンズ保持具１０５に１個、不図示のレンズ搬送手段で軸対称な円形のレンズ保持具１０５上の中央に載置する。

その後、実施例１と同様の条件の加熱装置１００に光学ガラス成形品Ｗを移送し、実施例１と同様の方法で加熱装置１００内で３分間保持し６００℃まで加熱する。そしてそのままの状態で引き続き光学ガラス成形品Ｗとレンズ保持具１０５を１０分間加熱装置１００内に保持する。その後、大気解放し４７０℃まで光学ガラス成形品Ｗを冷却した。この時の冷却速度は４００℃／分で、０．３２５分かけて冷却した。

このようにして冷却している光学ガラス成形品Ｗの温度を、光学ガラス成形品Ｗの上部より放射温度計にて測定した。測定結果から、光学ガラス成形品Ｗの光軸に対する軸対称の温度分布の最大値は２０℃となった。またこの時の非軸対称の温度分布の最大値は４℃となった。

４７０℃まで冷却した光学ガラス成形品Ｗを更に４００℃／分で常温まで冷却し光学素子を製造した。このようにして製造された光学素子の最外周における屈折率の最大値が１．８５０４０で最小値が１．８５０３５であり、その差分が最大であった。従って光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は５×１０^−５となった。

また、この時の光学素子の軸中心における屈折率が１．８５０８５で最外周の屈折率は１．８５０３５であった。従って光軸に対して非軸対称の屈折率分布はその差分である５０×１０^−５となった。

これらの結果を表１に示す。なお、屈折率分布の測定は、光学素子の光路長差を干渉計にて計測し、屈折率差を検出する干渉計法にて行った。実施例３における、光軸に対して非軸対称の屈折率分布の最大値は５０×１０^−５であり、許容される１００×１０^−５以下を十分満足するものであった。また、光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は５×１０^−５であり、許容される１０×１０^−５以下を十分満足するものであった。

［比較例１］
従来の長時間かけて冷却する熱処理方法の比較例１を以下に示す。実施例１と同様の成形工程にて成形された図１に示す光学ガラス成形品Ｗである凹メニスカスレンズを、マッフル１０１を備えた温度調節器付き電気炉である加熱装置１００に入れて熱処理を行う。この熱処理時の温度変化を、図４のプロセス線図を参考に説明する。

まず光学ガラス成形品Ｗを加熱装置１００内に設置し、加熱装置１００を室温から、ガラス粘度が歪点（１０^１４．５ｄＰａ・ｓ）以上徐冷点（１０^１３ｄＰａ・ｓ）以下の熱処理温度６００℃まで２１０分かけて加熱した。この時光学ガラス成形品Ｗはほぼ加熱装置１００内の温度と同様の温度で加熱されていた。そして、この温度に光学ガラス成形品Ｗを３０分間保持した。その後屈折率分布が温度履歴に影響を受けない温度であるガラス粘度が１０^２０ｄＰａ・ｓ以上となる温度、４７０℃まで冷却速度約０．４３℃／分、（２６℃／時）で３００分かけて加熱装置１００内の温度を降温させた。これにより加熱装置１００の温度変化と同様の温度変化で光学ガラス成形品Ｗを冷却した。

このようにして冷却している光学ガラス成形品Ｗの温度を測定すると、光学ガラス成形品Ｗの光軸に対する軸対称の温度分布の最大値は５℃となった。またこの時の非軸対称の温度分布の最大値は４℃となった。

このようにして製造された光学素子の最外周における屈折率の最大値が１．８５０７０で最小値が１．８５０６５であり、その差分が最大であった。従って光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は５×１０^−５となった。

また、この時の光学素子の軸中心における屈折率が１．８５０８５で最外周の屈折率は１．８５０６５であった。従って光軸に対して非軸対称の屈折率分布はその差分である２０×１０^−５となった（表１参照）。

このレンズをカメラ等のレンズユニットに組み込んだ場合、屈折率分布起因の収差は製品の要求値を満たしていた。しかしこの従来熱処理プロセスでは、成形のサイクルタイムに比べて熱処理工程のサイクルタイムが長く、熱処理工程前に大量の仕掛品が生じてしまっていた。その為結果的にレンズのコストアップとなっていた。

［比較例２］
本発明に対する比較例２について説明する。熱処理工程の冷却工程で光学ガラス成形品Ｗ内から出ていく熱流のコンダクタンスが光学ガラス成形品Ｗの光軸方向に対して軸対称ではなく、光学ガラス成形品Ｗの光軸に対して軸対称の温度分布の最大値が５℃を超える温度分布となった例を以下に述べる。

実施例１と同様、成形工程にて図１に示すような凹メニスカスレンズである光学ガラス成形品Ｗを形成する。次に、図６に示すように、大気解放位置にある軸対称で、外径φ４０、厚さｔ１．０の円形のレンズ保持具１０５に１個、不図示のレンズ搬送手段で軸対称な円形のレンズ保持具１０５の中央から１５ｍｍ偏心した位置に光学ガラス成形品Ｗを載置しておく。

その後、実施例１と同様の条件の加熱装置１００に光学ガラス成形品Ｗを移送し、実施例１と同様の方法で加熱装置１００内で５分間保持し６００℃まで加熱する。そしてそのままの状態で引き続き光学ガラス成形品Ｗとレンズ保持具１０５を１０分間加熱装置１００内に保持する。

その後、大気解放し４７０℃まで光学ガラス成形品Ｗを冷却した。この時の冷却速度は２００℃／分で０．６５分かけて冷却した。

この時、レンズ保持具１０５の中央から偏心した位置に光学ガラス成形品Ｗが置かれており、炉外支持部材１０４の位置に対し偏心した状態となっている。その為光学ガラス成形品Ｗと炉外支持部材１０４との距離が近い方向にコンダクタンス大となり、熱流のコンダクタンスが光学ガラス成形品Ｗの中心軸に対して非軸対称となっていた。その為、光学ガラス成形品Ｗと炉外支持部材１０４との距離が近い方向の温度が低くなっていた。

このようにして冷却している光学ガラス成形品Ｗの温度を測定すると、光学ガラス成形品Ｗの光軸に対する軸対称の温度分布の最大値は２０℃となった。またこの時の非軸対称の温度分布の最大値は２０℃となった。

このようにして製造された光学素子の最外周における屈折率の最大値が１．８５０５５で最小値が１．８５０３５であり、その差分が最大であった。従って光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は２０×１０^−５となった。

また、この時の光学素子の軸中心における屈折率が１．８５０８５で最外周の屈折率は１．８５０３５であった。従って光軸に対して非軸対称の屈折率分布はその差分である５０×１０^−５となった（表１参照）。これは実施例１に比べ屈折率分布の軸対称性が低下しており、屈折率分布起因の収差が要求値を満たさなくなっていた。

［比較例３］
本発明に対する比較例３について説明する。実施例１と同様の成形工程にて成形された図１に示す光学ガラス成形品Ｗである凹メニスカスレンズを、マッフル１０１を備えて温度調節器付き電気炉である加熱装置１００に入れて熱処理を行う。この熱処理時の温度変化を、図４のプロセス線図を参考に説明する。

まず光学ガラス成形品Ｗを加熱装置１００内に設置し、加熱装置１００を室温から、ガラス粘度が歪点（１０^１４．５ｄＰａ・ｓ）以上徐冷点（１０^１３ｄＰａ・ｓ）以下の熱処理温度６００℃まで２１０分かけて加熱した。この時光学ガラス成形品Ｗはほぼ加熱装置１００内の温度と同様の温度で加熱されていた。そして、この温度に光学ガラス成形品Ｗを３０分間保持した。その後屈折率分布が温度履歴に影響を受けない温度であるガラス粘度が１０^２０ｄＰａ・ｓ以上となる温度、４７０℃まで冷却速度５０℃／分未満、本比較例では４０℃／分で、３．２５分かけて冷却した。この冷却速度を実現するためには、光学ガラス成形品Ｗを大気解放位置に移送して冷却する事は困難である。その為光学ガラス成形品Ｗを加熱装置内に設置させたまま、加熱装置１００内の温度を扉１０３を開放する事により冷却速度４０℃／分で降温させた。これにより加熱装置１００の温度変化と同様の温度変化で光学ガラス成形品Ｗを冷却した。

このようにして冷却している光学ガラス成形品Ｗの温度を測定すると、光学ガラス成形品Ｗの光軸に対する軸対称の温度分布の最大値は２０℃となった。またこの時の非軸対称の温度分布の最大値は１５℃となった。

このようにして製造された光学素子の最外周における屈折率の最大値が１．８５０６５で最小値が１．８５０４５であり、その差分が最大であった。従って光軸に対して軸対称の屈折率分布の最大値は２０×１０^−５となった。

また、この時の光学素子の軸中心における屈折率が１．８５０８５で最外周の屈折率は１．８５０４５であった。従って光軸に対して非軸対称の屈折率分布はその差分である４０×１０^−５となった。（表１参照）。

これは実施例１に比べ屈折率分布の軸対称性が低下しており、屈折率分布起因の収差が要求値を満たさなくなっていた。

［比較例４］
本発明に対する比較例４について説明する。実施例１と同様の成形工程にて成形された図１に示す光学ガラス成形品Ｗである凹メニスカスレンズを、マッフル１０１を備えて温度調節器付き電気炉である加熱装置１００に入れて熱処理を行う。この熱処理時の温度変化を、図４のプロセス線図を参考に説明する。

まず光学ガラス成形品Ｗを加熱装置１００内に設置し、加熱装置１００を室温から、ガラス粘度が歪点（１０^１４．５ｄＰａ・ｓ）以上徐冷点（１０^１３ｄＰａ・ｓ）以下の熱処理温度６００℃まで２１０分かけて加熱した。この時光学ガラス成形品Ｗはほぼ加熱装置１００内の温度と同様の温度で加熱されていた。そして、この温度に光学ガラス成形品Ｗを３０分間保持した。その後屈折率分布が温度履歴に影響を受けない温度であるガラス粘度が１０^２０ｄＰａ・ｓ以上となる温度、４７０℃まで冷却速度４００℃／分よりも早く、本実施例では４５０℃／分、０．２８分より早く冷却した。この冷却速度を実現するためには、光学ガラス成形品Ｗを大気解放位置に移送して冷却するだけでは困難である。その為光学ガラス成形品Ｗを大気解放位置に移送した後、強制的に冷却媒体、本比較例では冷却されたエアを光学ガラス成形品Ｗに吹き付けて冷却させた。この熱処理時の光学素子の軸対称温度分布の最大値は、実施例より更に急速に冷却させたため、光学ガラス成形品Ｗの中心軸に対して軸対称に保つことが難しく、２０℃付いていた。またこの時の非軸対称の温度分布の最大値は２５℃であった。

このようにして製造された光学素子の最外周における屈折率分布の最大値が１．８５０４５で最小値が１．８５０２５であり、この差分が最大値であった。従って光軸に対して
軸対称の屈折率分布の最大値は２０×１０^−５となった。

またこの時の光学素子の軸中心における屈折率が１．８５０８５で最外周の屈折率は１．８５０２５であった。従って光軸に対して非軸対称な屈折率分布はその差分である６０×１０^−５であった（表１参照）。

これは実施例１に比べ屈折率分布の軸対称性が低下しており、屈折率分布起因の収差が要求値を満たさなくなっていた。

なお、上記実施形態及び上記実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

ガラスブランクの材料及び光学ガラス成形品の形状は、上記実施形態及び上記実施例に記載のものに限定するものではなく、成形工程後に屈折率分布が大きく発生し、熱処理を必要とする全てのものに適応させることが可能である。ただしガラス材、光学ガラス成形品の形状が変わった場合は、その光学ガラス成形品の形状に最適な昇温時間、熱処理温度、保持時間とする必要がある。冷却速度に関しては光学ガラス成形品の形状によって自然に変化する。

また、加熱装置に関しては、電気炉では抵抗加熱、誘導加熱、輻射加熱等、手段を選ばない。また電気以外に例えばガス炉等の電気以外に燃料を使用した加熱装置でも良い。

また、図７に示すように、光学ガラス成形品Ｗを、レンズ保持具１０５上に複数個裁置する際は、軸対称形状である柱状保持部材１０５Ｂを板状保持部材１０５Ａ上に複数配置したレンズ保持部材を使用する事が望ましい。光学ガラス成形品Ｗの裁置は、柱状保持部材１０５Ｂ１個に対し１個、柱状保持部材１０５Ｂの中央に裁置する。また、保持部材１０５を大気中で冷却する際、天板部材１０６を光学ガラス成形品Ｗと保持部材１０５上に近接させて設置させる事が望ましい。

５０…成形装置、５１…上型、５２…下型、１００…加熱装置、１０５…レンズ保持具（保持具）、Ｗ…光学ガラス成形品

Claims (3)

1. ガラスブランクを加熱軟化させて上型及び下型によりプレス成形し、冷却して光軸を中心軸とする軸対称形状の光学ガラス成形品を形成する成形工程と、
   前記上型及び前記下型から取り出した前記光学ガラス成形品を保持具に保持させ、前記光学ガラス成形品を加熱装置に搬入し、前記加熱装置により前記光学ガラス成形品の粘度が１０^１３ｄＰａ・ｓ以上１０^１４．５ｄＰａ・ｓ以下となる温度まで昇温する熱処理工程と、
   前記熱処理工程の後、５０℃／分以上４００℃／分以下の冷却速度で、前記光学ガラス成形品のガラス粘度が１０^２０ｄＰａ・ｓ以上となる温度まで冷却し、ガラス製の光学素子を得る冷却工程と、を備え、
   前記保持具は、前記冷却工程において前記光学ガラス成形品から出ていく熱流のコンダクタンスが前記光学ガラス成形品の中心軸に対して軸対称となるように前記光学ガラス成形品を保持することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記保持具は、軸対称形状に形成され、前記保持具の中心軸と前記光学ガラス成形品の中心軸とが一致するように前記光学ガラス成形品を保持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. 前記冷却工程では、前記光学ガラス成形品を前記加熱装置の外部に搬出して空冷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。

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