JP5860678B2 - 光学素子の製造方法、及び、光学素子の製造装置 - Google Patents

光学素子の製造方法、及び、光学素子の製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子を製造する光学素子の製造方法及び製造装置に関する。
従来、加熱軟化させた光学素子材料を加圧し、加圧した光学素子材料を冷却して硬化させることにより光学素子を製造する製造方法が知られている。
このような光学素子の製造方法において、光学素子材料を加熱ガスで浮遊させて加熱し、下型の上面に落下させて供給する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１の光学素子の製造方法における工程の順番は、浮遊加熱、下型上への加熱部からの落下（供給）、加熱部退避、上型下降である。
特開平８−１３３７５８号公報
しかしながら、上記特許文献１の光学素子の製造方法では、下型と光学素子材料との接触から、上型と光学素子材料との接触まで或いは光学素子材料の変形開始までに時間差が生じる。
よって、上記の時間差の間に光学素子材料の温度が低下しすぎないようにする必要があるなど、成形型の温度、即ち成形条件に制約が生じる。
例えば、成形型の温度が低すぎると、光学素子材料は所望の肉厚まで変形できない。よって、光学素子材料が変形可能な温度を保てる成形型の温度が必要となるが、このように成形型を高温にすると、光学素子材料の変形完了後に成形型及び光学素子材料の冷却が余分に必要となる。
本発明の目的は、光学素子材料を気体中で浮遊させて加熱し、加熱された光学素子材料を成形型へ供給する場合における成形条件の制約を低減することが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である。
本発明の光学素子の製造方法は、光学素子材料を気体中で浮遊させて加熱する加熱工程と、加熱された上記光学素子材料を、第１の成形型と第２の成形型との中心同士を結ぶ中心軸と交差する方向から、上記第１の成形型と上記第２の成形型との間の空間である型間空間に非接触状態で供給する供給工程と、上記型間空間に供給された上記光学素子材料を上記第１の成形型及び上記第２の成形型により加圧する加圧工程と、加圧された上記光学素子材料を冷却する冷却工程と、を含む。
また、上記光学素子の製造方法において、上記加圧工程は、上記第１の成形型を上記光学素子材料に接触させる第１の接触工程と、この第１の接触工程以降に上記第２の成形型を上記光学素子材料に接触させる第２の接触工程と、を含み、上記第１の接触工程及び上記第２の接触工程では、上記第１の成形型及び上記第２の成形型を、それらの光学有効径の範囲内で上記光学素子材料に接触させるようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記加圧工程では、上記第１の成形型及び上記第２の成形型が上記光学有効径の全体で、変形後の上記光学素子材料に接触するように、少なくとも、上記第１の接触工程直前の上記光学素子材料の速度に基づき、上記第１の接触工程及び上記第２の接触工程の両方が終了したときから上記光学素子材料の変形が開始するまでの時間および変形速度を決定するようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記供給工程では、上記光学素子材料を下方から上記型間空間に供給し、上記第１の接触工程では、頂点位置又は上昇途中の上記光学素子材料に上記第１の成形型を接触させるようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記供給工程では、上記光学素子材料を鉛直上方又は鉛直下方から上記型間空間に供給するようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記中心軸は、鉛直方向に直交するようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記加熱工程では、加熱部の内部で上記光学素子材料を加熱し、上記供給工程では、上記光学素子材料を、上記加熱部の内部に位置するまま上記型間空間に供給した後、この光学素子材料を上記加熱部から放出するようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記供給工程では、上記加熱部を、上記中心軸まで到達しないように上記型間空間に進入させるようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記加熱工程では、加熱部の内部で上記光学素子材料を加熱し、上記供給工程では、上記光学素子材料を、上記型間空間の外側に位置する上記加熱部から放出して上記型間空間に供給するようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記供給工程では、上記加熱部の移動を停止又は減速させ、上記光学素子材料を慣性により上記加熱部から放出するようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記第２の成形型の周囲には、上記加圧工程における上記光学素子材料の外径を規制する外径規制リングが設けられているようにしてもよい。
本発明の光学素子の製造装置は、光学素子材料を気体中で浮遊させて加熱する加熱部と、上記光学素子材料を加圧する第１の成形型及び第２の成形型と、上記光学素子材料を、上記第１の成形型と上記第２の成形型との中心同士を結ぶ中心軸と交差する方向から、上記第１の成形型と上記第２の成形型との間の空間である型間空間に非接触状態で供給する供給部と、を備える。
本発明によれば、光学素子材料を気体中で浮遊させて加熱し、加熱された光学素子材料を成形型へ供給する場合における成形条件の制約を低減することができる。
本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造装置を示す正面図である。 本発明の第２実施形態に係る光学素子の製造装置を示す正面図である。 本発明の第３実施形態に係る光学素子の製造装置を示す正面図である。 本発明の第３実施形態における光学素子材料の供給工程及び加圧工程を説明するための説明図（その１）である。 本発明の第３実施形態における光学素子材料の供給工程及び加圧工程を説明するための説明図（その２）である。 本発明の第３実施形態における光学素子材料の供給工程及び加圧工程を説明するための説明図（その３）である。 本発明の第３実施形態における光学素子材料の供給工程及び加圧工程を説明するための説明図（その４）である。 本発明の第４実施形態に係る光学素子の製造装置を示す正面図（その１）である。 本発明の第４実施形態に係る光学素子の製造装置を示す正面図（その２）である。 本発明の第４実施形態に係る光学素子の製造装置を示す正面図（その３）である。 本発明の第４実施形態における光学素子材料の供給工程及び加圧工程を説明するための説明図（その１）である。 本発明の第４実施形態における光学素子材料の供給工程及び加圧工程を説明するための説明図（その２）である。
以下、本発明の実施の形態に係る光学素子の製造方法及び製造装置について、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造装置１を示す正面図である。
図１に示すように、光学素子の製造装置１は、加熱部１０と、第１の成形型の一例である可動型２１を有する可動型ユニット２０と、第２の成形型の一例である固定型３１を有する固定型ユニット３０と、加熱部移動機構４０と、ベース部５０と、加圧部の一例であるシリンダ６０と、を備える。なお、加熱部１０は、光学素子材料２００を加熱部１０から露出させることにより、後述する型間空間Ｓに非接触状態で供給する供給部としても機能する。光学素子材料２００が非接触な状態とは、光学素子材料２００の周囲のあらゆる固体部材が、光学素子材料２００に対して接触していない状態をいう。
加熱部１０は、略円筒形状を呈する本体１１と、この本体１１に気体を供給する気体供給管１２とを有し、本体１１の内部において光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する。
本体１１は、例えば内径７ｍｍの石英ガラスからなり、斜め上方に先端部分が開口するように、鉛直方向に対して例えば４５°傾いて配置されている。本体１１は、光学素子材料２００の加熱温度に対する耐熱性を有するものであれば、他の材料からなるようにしてもよい。
なお、光学素子材料２００は、本実施形態では、例えば直径６ｍｍの球状のガラス材料であるが、プラスチック等のその他の材料を用いてもよく、また、その他の形状としてもよい。
気体供給管１２は、図示しない気体供給部から供給される気体を本体１１に供給する。本体１１に供給された気体は、例えば図示しない電気コイルによって加熱される。
光学素子材料２００への気体の吹きつけ量は、光学素子材料２００や本体１１の大きさなどによって適宜決定されればよく、本実施形態では１０Ｌ／ｍｉｎである。なお、加熱部１０の構造は、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱しうるものであれば、本実施形態のものに限定されない。
可動型ユニット２０及び固定型ユニット３０は、可動型２１又は固定型３１と、加熱ブロック２２，３２と、断熱ブロック２３，３３と、ベースブロック２４，３４と、を有する。
可動型２１及び固定型３１は、略円柱形状を呈し、対向して配置されて光学素子材料２００を加圧する。可動型２１及び固定型３１には、例えば凸型の成形面２１ａ，３１ａが中央に形成されている。また、可動型２１及び固定型３１には、加熱ブロック２２，３２側である固定端にフランジ部２１ｂ，３１ｂが形成されている。
可動型２１は、鉛直下向きに配置され、固定型３１は、鉛直上向きに配置されている。そのため、可動型２１と固定型３１との中心同士を結ぶ中心軸Ａは、鉛直方向に延びる。なお、中心軸Ａは、可動型２１及び固定型３１の加圧方向に一致する。
加熱ブロック２２，３２には、例えば３本の円柱形状のヒータ２２ａ，３２ａが挿入されている。
断熱ブロック２３，３３は、加熱ブロック２２，３２の熱を断熱する。
可動型ユニット２０のベースブロック２４は、可動型ユニット２０のうち可動型２１とは反対側の端部に設けられ、固定型ユニット３０のベースブロック３４は、固定型ユニット３０のうち固定型３１とは反対側の端部に設けられている。
加熱部移動機構４０は、ガイドプレート４１と、スライダ４２とを有する。
ガイドプレート４１には、例えば加熱部１０の本体１１と同じ傾き角度を有する図示しないガイドレールが設けられている。
スライダ４２は、保持部４２ａ，４２ｂにおいて加熱部１０を保持する。また、スライダ４２は、加熱部１０と一体にガイドプレート４１に対し移動する。
ベース部５０は、台座５１と、加熱部固定部５２と、型固定部５３と、を有する。
台座５１には、加熱部固定部５２と型固定部５３とが互いに間隔をおいて設置されている。
加熱部固定部５２には、加熱部移動機構４０のガイドプレート４１が固定されている。
型固定部５３は、可動型ユニット２０を上下動させるシリンダ６０が固定されるシリンダ固定部５３ａと、固定型ユニット３０のベースブロック３４が固定される固定型固定部５３ｂとを有する。
以下に光学素子材料２００から光学素子を製造する流れについて説明するが、上述の説明と重複する点については適宜説明を省略する。
まず、図示しない搬送装置は、光学素子材料２００を、加熱部１０の本体１１内に斜め上方から挿入する。
加熱部１０では、気体供給管１２を介して本体１１内に供給される気体が加熱され、加熱された気体が光学素子材料２００に吹きつけられる。このように、加熱部１０は、本体１１の内部において、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する（加熱工程）。なお、「加熱」とは、室温状態に対して熱を加えていることをいう。従って、例えば、加熱部１０内よりも低い温度状態（例えば室温状態）の光学素子材料２００を加熱部１０内に挿入して、加熱工程において加熱部１０内で光学素子材料２００の温度を室温よりも高い温度まで上昇させることができる。また、例えば、加熱部１０内よりも高い温度状態の光学素子材料２００を加熱部１０内に挿入して、加熱工程において加熱部１０内で光学素子材料２００の温度を室温よりも高い温度まで低下させることもできる。また、例えば、加熱部１０内と等温状態の光学素子材料２００を加熱部１０内に挿入して、加熱工程において加熱部１０内で光学素子材料２００の温度を室温よりも高い温度で保つこともできる。
加熱された光学素子材料２００は、可動型２１と固定型３１との中心軸Ａと交差する方向として、本実施形態では斜め下方の加熱部１０から投げ上げられて放出され、可動型２１と固定型３１との間の空間である型間空間Ｓに非接触状態で供給される（供給工程）。
この供給工程では、光学素子材料２００は、例えば、気体供給管１２から供給される気体の吹き付け量（流量）を供給工程より増やすことにより、加熱部１０から放出されて型間空間Ｓに供給される。或いは、光学素子材料２００は、例えば、加熱部移動機構４０のスライダ４２の移動を停止又は減速させ、慣性により加熱部１０から放出されて型間空間Ｓに供給される。
なお、光学素子材料２００を加熱部１０の内部で加熱しない場合、即ち、本体１１から外部に露出した状態の光学素子材料２００を加熱工程で加熱する場合は、気体を吹きつけることにより光学素子材料２００を型間空間Ｓに供給するとよい。
型間空間Ｓに供給された光学素子材料２００は、シリンダ６０が可動型ユニット２０を下降させることで、可動型２１及び固定型３１により加圧される（加圧工程）。これにより、光学素子材料２００は、凸型の成形面２１ａ，３１ａから両凹形状を転写される。
加圧工程は、可動型２１（第１の成形型）を光学素子材料２００に接触させる第１の接触工程と、この第１の接触工程以降に固定型３１（第２の成形型）を光学素子材料２００に接触させる第２の接触工程とを含む。なお、「以降」には、同時も含まれている。
第１の接触工程では、光学素子材料２００は、加熱部１０から斜め上方へ放出されその後斜め下方へ落下する軌跡Ｔの頂点において、可動型２１に接触する。
詳しくは第３実施形態において後述するが、第１の接触工程及び第２の接触工程では、可動型２１及び固定型３１が、その光学有効径の範囲内で光学素子材料２００に接触するとよい。また、第１の接触工程と第２の接触工程とは、同時（例えば０．５秒以内）或いは略同時（例えば２秒以内）に行われることが望ましい。なお、光学有効径は、成形面２１ａ，３１ａの内側に位置し、光学的特性を発揮する部分（光学機能面）であり、例えば、凸型の成形面２１ａ，３１ａの凸部分の全体又は一部である。
加圧工程において加圧された光学素子材料２００は、ヒータ２２ａ，３２ａの温度を降下させることにより、或いはヒータ２２ａ，３２ａを停止させること（自然冷却）により、例えばガラス転移点以下になるまで加圧保持された状態のまま冷却される（冷却工程）。なお、冷却工程は、加圧工程の際のヒータ２２ａ，３２ａの設定温度がガラス転移点以下（例えば４９０℃）の場合には、当該設定温度を変えないまま行われても良い。このことは、以下の実施形態でも同様である。冷却工程の後、光学素子材料２００（製造された光学素子）は、図示しない搬出機構により光学素子の製造装置１から搬出される。以上のようにして、光学素子が製造される。
以上説明した第１実施形態では、光学素子の製造方法は、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する加熱工程を含む。また、光学素子の製造方法は、加熱された光学素子材料２００を、可動型２１（第１の成形型）と固定型３１（第２の成形型）との中心同士を結ぶ中心軸Ａと交差する方向から、型間空間Ｓに非接触状態で供給する供給工程を含む。
そのため、加熱部１０が可動型２１及び固定型３１に干渉しないように光学素子材料２００を型間空間Ｓに供給することができる。これにより、加熱部１０との干渉を低減するために可動型２１と固定型３１との間隔を広くとって可動型２１及び固定型３１の移動量が増えてしまうのを防ぐことができる。したがって、可動型２１及び固定型３１が光学素子材料２００に接触する時間差を限りなくゼロ（同時）に近づけることが可能になる。そのため、上記の時間差の間に光学素子材料２００の温度が低下するのを抑えて、可動型２１や固定型３１の温度を必要以上に高温にするなどの成形条件の制約が生じない。
よって、本実施形態によれば、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱し、加熱された光学素子材料２００を型間空間Ｓへ供給する場合における成形条件の制約を低減することができる。
また、本実施形態の供給工程では、光学素子材料２００は、型間空間Ｓの外側に位置する加熱部１０から放出されて型間空間Ｓに供給される。そのため、可動型２１及び固定型３１に干渉しない位置の加熱部１０から光学素子材料２００を供給することができ、光学素子材料２００に対する可動型２１と固定型３１との接触の時間差をより短くすることができる。
また、本実施形態の供給工程において、加熱部１０が移動中に停止又は減速し、光学素子材料２００が慣性により加熱部１０から放出される場合、可動型２１と固定型３１との中心軸Ａとは離れた位置から光学素子材料２００を簡単に供給することができる。したがって、光学素子材料２００に対する可動型２１と固定型３１との接触の時間差をより短くすることができる。
なお、気体供給管１２から供給される気体の吹き付け量（流量）を供給工程より増やすことにより加熱部１０から放出される場合においても、可動型２１と固定型３１との中心軸Ａとは離れた位置から光学素子材料２００を供給することは可能である。
なお、本実施形態では、第１の成形型の一例として可動型２１が配置され、第２の成形型の一例として固定型３１が配置されているが、両方が可動型であってもよい。
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係る光学素子の製造装置２を示す正面図である。
本実施形態では、第１実施形態と相違する事項を中心に説明し、共通する事項については説明を適宜省略する。
図２に示すように、光学素子の製造装置２は、第１実施形態と同様に、可動型ユニット２０と、固定型ユニット３０と、シリンダ６０とを備える。また、光学素子の製造装置２は、第１実施形態とは異なる加熱部８０及びベース部９０を備える。なお、本実施形態の加熱部８０も、光学素子材料２００を加熱部１０から露出させることにより、型間空間Ｓに非接触で光学素子材料２００を供給する供給部として機能する。
可動型２１は、斜め下向きに配置され、固定型３１は、斜め上向きに配置されている。そのため、可動型２１と固定型３１との中心同士を結ぶ中心軸Ａは、鉛直方向に交差する。可動型２１及び固定型３１の鉛直方向に対する傾き角度は例えば４５°である。
加熱部８０は、略円筒形状を呈する本体８１と、この本体８１に気体を供給する気体供給管８２と、シャッタ８３と、シャッタ駆動部８４と、を有し、本体１１の内部において光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する。なお、本実施形態では、図１に示す加熱部移動機構４０は配置されていない。
本体８１は、両端が鉛直上方及び鉛直下方に開口するように配置されている。
シャッタ８３は、本体８１の下部に設けられ、例えばシリンダであるシャッタ駆動部８４によって、本体８１の下端を塞ぐ位置（図２参照）と、光学素子材料２００の供給工程において本体８１の下端を開放する位置とに移動する。
ベース部９０は、台座９１と、可動型側固定部９２と、固定型側固定部９３と、を有する。
台座９１には、可動型側固定部９２と固定型側固定部９３とが互いに間隔をおいて設置されている。
可動型側固定部９２は、可動型ユニット２０を移動させるシリンダ６０が固定されるシリンダ固定部９２ａを有する。
固定型側固定部９３は、固定型ユニット３０のベースブロック３４が固定される固定型固定部９３ａを有する。
次に、光学素子材料２００から光学素子を製造する流れについて説明する。
加熱部８０では、気体供給管８２を介して本体８１内に供給される気体が加熱され、加熱された気体が光学素子材料２００に吹きつけられる。このように、加熱部８０は、本体８１の内部において、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する（加熱工程）。
加熱された光学素子材料２００は、シャッタ駆動部８４がシャッタ８３を移動させて本体８１の下端が開放すること、及び気体の吹きつけが停止することによって、可動型２１と固定型３１との中心軸Ａと交差する鉛直下方（軌跡Ｔ）に落下し、型間空間Ｓに非接触状態で供給される（供給工程）。
型間空間Ｓに供給された光学素子材料２００は、シリンダ６０が可動型ユニット２０を斜め下方に移動させることで、可動型２１及び固定型３１により加圧される（加圧工程）。
加圧工程は、固定型３１（第１の成形型）を光学素子材料２００に接触させる第１の接触工程と、この第１の接触工程以降に可動型２１（第２の成形型）を光学素子材料２００に接触させる第２の接触工程とを含む。
加圧工程において加圧された光学素子材料２００は、ヒータ２２ａ，３２ａの温度を降下させることにより、或いは自然冷却により、例えばガラス転移点以下になるまで加圧保持された状態のまま冷却される（冷却工程）。冷却工程の後、光学素子材料２００（製造された光学素子）は、図示しない搬出機構により光学素子の製造装置１から搬出される。以上のようにして、光学素子が製造される。
以上説明した第２実施形態においても、光学素子の製造方法は、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する加熱工程を含む。また、光学素子の製造方法は、加熱された光学素子材料２００を、固定型３１（第１の成形型）と可動型２１（第２の成形型）との中心同士を結ぶ中心軸Ａと交差する方向から、型間空間Ｓに非接触状態で供給する供給工程を含む。
そのため、本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱し、加熱された光学素子材料２００を型間空間Ｓへ供給する場合における成形条件の制約を低減することができる。
また、本実施形態の供給工程では、光学素子材料２００は、鉛直上方から型間空間Ｓに供給される。そのため、光学素子材料２００が水平方向へ移動せず、光学素子材料２００を型間空間Ｓに簡単に供給することができる。
＜第３実施形態＞
図３は、本発明の第３実施形態に係る光学素子の製造装置３を示す正面図である。
本実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と相違する事項を中心に説明し、共通する事項については説明を適宜省略する。
図３に示すように、光学素子の製造装置３は、第１実施形態と同様に、可動型ユニット２０と、固定型ユニット３０と、シリンダ６０とを備える。また、光学素子の製造装置２は、第２実施形態と同様に加熱部８０を備える。また、光学素子の製造装置２は、第１実施形態及び第２実施形態とは異なる型固定部１０１を備える。
可動型２１及び固定型３１は、水平方向に対向するように配置されている。そのため、可動型２１と固定型３１との中心同士を結ぶ中心軸Ａは、鉛直方向に直交する。
型固定部１０１は、可動型ユニット２０を水平移動させるシリンダ６０が固定されるシリンダ固定部１０１ａと、固定型ユニット３０のベースブロック３４が固定される固定型固定部１０１ｂとを有する。
次に、光学素子材料２００から光学素子を製造する流れについて説明する。
加熱部８０では、気体供給管８２を介して本体８１内に供給される気体が加熱され、加熱された気体が光学素子材料２００に吹きつけられる。このように、加熱部８０は、本体８１の内部において、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する（加熱工程）。
加熱された光学素子材料２００は、シャッタ駆動部８４がシャッタ８３を移動させて本体８１の下端が開放することによって、可動型２１と固定型３１との中心軸Ａと交差する鉛直下方（軌跡Ｔ）に落下し、型間空間Ｓに非接触状態で供給される（供給工程）。
型間空間Ｓに供給された光学素子材料２００は、シリンダ６０が可動型ユニット２０を水平方向に移動させることで、可動型２１及び固定型３１により加圧される（加圧工程）。
加圧工程は、可動型２１（第１の成形型）を光学素子材料２００に接触させる第１の接触工程と、この第１の接触工程以降に固定型３１（第２の成形型）を光学素子材料２００に接触させる第２の接触工程とを含む。
加圧工程において加圧された光学素子材料２００は、ヒータ２２ａ，３２ａの温度を降下させることにより、或いは自然冷却により、例えばガラス転移点以下になるまで加圧保持された状態のまま冷却される（冷却工程）。冷却工程の後、光学素子材料２００（製造された光学素子）は、図示しない搬出機構により光学素子の製造装置１から搬出される。以上のようにして、光学素子が製造される。
ここで、供給工程及び加圧工程について、より詳細に説明する。
図４（ａ）に示すように加熱部８０内において落下を開始する光学素子材料２００（時間ｔ０）は、図４（ｂ）に示すように、第１の接触工程において可動型２１に接触する（光学素子材料２００（時間ｔ１））。
また、図４（ｃ）に示すように、光学素子材料２００（時間ｔ２）は、第２の接触工程において固定型３１に接触する。そして、図４（ｄ）に示すように、加圧工程において光学素子材料２００（時間ｔ３）の変形が開始する。
図５に示すように、光学素子材料２００（時間ｔ０）が落下を開始した後、第１の接触工程において可動型２１に接触するまでの高さｈ１及び時間ｔ１は、「ｈ１＝０．５×ｇ（重力加速度）×ｔ１２」の関係を満たす。
同様に、光学素子材料２００（ｔ０）が落下を開始した後、第２の接触工程において固定型３１に接触するまでの高さｈ２及び時間ｔ２は、「ｈ２＝０．５×ｇ（重力加速度）×ｔ２２」の関係を満たす。
また、光学素子材料２００が可動型２１の成形面２１ａの中心に接触した場合、光学素子材料２００が固定型３１の成形面３１ａの図４（ｄ）に示す光学有効径ｄの範囲内に接触するためには、高さｈ２と高さｈ１との差であるΔｈは、「Δｈ＜０．５×ｄ」を満足する必要があり、時間ｔ２と時間ｔ１との時間差もこれを考慮して設定されることが望ましい。
なお、上述の関係は、空気抵抗、初速、第１の接触工程による落下軌跡の変化等も考慮して計算したり、第１実施形態のような放物線状の軌跡Ｔによる供給等を考慮して計算したりすることが望ましい。また、上述の関係は、光学素子材料２００の移動を実測することで得るようにしてもよい。
図４（ｄ）に示すように、可動型２１及び固定型３１の両方が光学有効径ｄの全体で変形後の光学素子材料２００に接触するためには、第１の接触工程及び第２の接触工程の両方が終了したときから光学素子材料２００の変形が開始するまでの時間も一定時間以内であることが求められる。このことについては、図６を参照しながら説明する。
図６に示す第１の成形型及び第２の成形型は、両方とも可動型２１であり、これらが同時に光学素子材料２００に接触する場合を例に説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、光学素子材料２００（時間ｔ１０）は、同時に２つの可動型２１に接触し（時間ｔ１１）、図６（ｃ−１）に示すように、その後も２つの可動型２１を相対的に接近させることにより、変形後の光学素子材料２００（時間ｔ１２）に対しても、図４（ｄ）に示すのと同様に、可動型２１及び固定型３１の両方が光学有効径ｄの全体で接触する。この場合も、「Δｈ＜０．５×ｄ」の関係を満たす。
一方、図６（ｃ−２）に示すように、２つの可動型２１を光学素子材料２００（時間ｔ１１）との接触後に停止させる場合、光学素子材料２００の落下速度及び粘度によって光学素子材料２００がだれる。或いは、光学素子材料２００と２つの可動型２１との摩擦が小さいと、光学素子材料２００がすべって位置ずれが生じる。このように、光学素子材料２００がだれたり、位置ずれしたりする場合、可動型２１との接触位置がずれたのと同じく、光学素子の外径フレが大きくなり、光学有効径ｄの全体で光学素子材料２００に形状を転写できなくなる。そのため、光学素子が不良品となる。以上のことは、第１の成形型が可動型２１で、第２の成形型が固定型３１である場合も同様である。
したがって、少なくとも、第１の接触工程直前の光学素子材料２００の速度（更には、例えば、光学素子材料２００の粘度、第１及び第２の成形型との摩擦等）に基づき、第１の接触工程及び第２の接触工程の両方が終了したときから光学素子材料２００の変形が開始するまでの時間、および可動型２１の移動速度（光学素子材料２００の変形速度。すなわち、加圧工程における可動型２１及び固定型３１の相対的な移動量が一定であれば、光学素子材料２００の変形完了までの時間。）等を決定するとよい。
この時間の決定についても、空気抵抗等も考慮して計算したり、第１実施形態のような放物線状の軌跡Ｔによる供給等を考慮して計算したりすることが望ましい。また、時間の決定についても、光学素子材料２００のだれやすべりを実測することで得るようにしてもよい。
なお、光学素子の外径フレを抑えるためには、図７に示す可動型１１１（第１の成形型）及び固定型１２１（第２の成形型）のうち、固定型１２１の周囲に、加圧工程における光学素子材料２００の外径を規制する外径規制リング１２２を設けてもよい。外径規制リング１２２は、光学素子材料２００の加圧工程における流動を規制することができる。
図７に示すように、可動型１１１及び固定型１２１の成形面１１１ａ，１２１ａは、小径部１１１ｂ，１２１ｂに形成されている。可動型１１１及び固定型１２１は、小径部１１１ｂ，１２１ｂ、中径部１１１ｃ，１２１ｃ、及び大径部１１１ｄ，１２１ｄが順に形成されている。
外径規制リング１２２は、固定型１２１の小径部１２１ｂの周囲に配置され、円筒形状を呈する。外径規制リング１２１の先端側の一部分１２２ａの内径は、先端に近づくほど徐々に大きくなっている。
光学素子材料２００（時間ｔ２０）は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように可動型１１１に接触した後（時間ｔ２１）、図７（ｃ）に示すように固定型１２１に接触し（時間ｔ２２）、図７（ｄ）に示すように可動型１１１及び固定型１２１で加圧される（時間ｔ２３）。
このとき、光学素子材料２００は、外径規制部材１２２によって、図７における下方向への流動が制約され、上方向の流動が促進される。よって、位置ズレ量がそのまま外径フレ量とはならない。
以上説明した第３実施形態においても、光学素子の製造方法は、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する加熱工程を含む。また、光学素子の製造方法は、加熱された光学素子材料２００を、可動型２１（第１の成形型）と固定型３１（第２の成形型）との中心同士を結ぶ中心軸Ａと交差する方向から、型間空間Ｓに非接触状態で供給する供給工程を含む。
そのため、本実施形態によっても、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱し、加熱された光学素子材料２００を型間空間Ｓへ供給する場合における成形条件の制約を低減することができる。
また、本実施形態の第１の接触工程及び前記第２の接触工程では、可動型２１及び固定型３１が、その光学有効径ｄの範囲内で光学素子材料２００に接触する。そのため、光学素子の外径フレを抑え、光学素子を高精度に製造することができる。
また、本実施形態の加圧工程では、可動型２１及び固定型３１が光学有効径ｄの全体で変形後の光学素子材料２００に接触するように、少なくとも、第１の接触工程直前の光学素子材料２００の速度に基づき、第１の接触工程及び第２の接触工程の両方が終了したときから光学素子材料２００の変形が開始するまでの時間、および可動型２１の移動速度（光学素子材料２００の変形速度。すなわち、加圧工程における第１及び第２の成形型の相対的な移動量が一定であれば、光学素子材料２００の変形完了までの時間。）が決定される。そのため、光学素子の外径フレを抑え、光学素子を高精度に製造することができる。
また、本実施形態では、第２の成形型（図７に示す固定型１２１）の周囲には、光学素子材料２００の流動を規制する外径規制リング１２２が設けられている。そのため、光学素子の外径フレを抑え、光学素子を高精度に製造することができる。
また、本実施形態では、可動型２１と固定型３１との中心軸Ａは、鉛直方向に直交する。そのため、光学素子材料２００を鉛直上方（又は鉛直下方）から、型間空間Ｓに供給する際の可動型２１及び固定型３１と光学素子材料２００との干渉を防ぐことができる。
＜第４実施形態＞
図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の第４実施形態に係る光学素子の製造装置４を示す正面図である。
本実施形態では、第１実施形態〜第３実施形態と相違する事項を中心に説明し、共通する事項については説明を適宜省略する。
図８Ａに示すように、光学素子の製造装置４は、第３実施形態と同様に配置された、可動型ユニット２０、固定型ユニット３０、シリンダ６０、及び型固定部１０１を備える。また、光学素子の製造装置４は、第１実施形態と同様に、加熱部１０と、加熱部移動機構４０とを備える。
加熱部１０の本体１１は、鉛直上方に先端部分が開口するように配置されている。
加熱部移動機構４０は、鉛直上方及び鉛直下方に加熱部１０を移動可能に設けられている。
次に、光学素子材料２００から光学素子を製造する流れについて説明する。
加熱部１０では、気体供給管１２を介して本体１１内に供給される気体が加熱され、加熱された気体が光学素子材料２００に吹きつけられる。このように、加熱部１０は、本体１１の内部において、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する（加熱工程）。
加熱された光学素子材料２００は、可動型２１と固定型３１との中心軸Ａ（水平方向）と交差する方向として、本実施形態では鉛直下方から型間空間Ｓに非接触状態で供給される（供給工程）。
本実施形態の供給工程では、光学素子材料２００は、図８Ｂに示すように加熱部１０の内部に位置するまま型間空間Ｓに供給され、その後に加熱部１０から放出される。但し、加熱部１０は、可動型２１及び固定型３１との干渉を回避するため、可動型２１と固定型３１との中心軸Ａまで到達しないように型間空間Ｓに進入するとよい。
また、供給工程では、加熱部１０は、鉛直上方への移動中に停止又は減速し、光学素子材料２００を慣性により放出するか、或いは、気体の吹き付け量（流量）を供給工程より増やすことにより放出するとよい。その後、図８Ｃに示すように、加熱部１０は、可動型２１及び固定型３１との干渉を回避するため、鉛直下方に急降下するとよい。
型間空間Ｓに供給された光学素子材料２００は、シリンダ６０が可動型ユニット２０を水平方向に移動させることで、可動型２１及び固定型３１により加圧される（加圧工程）。
加圧工程は、可動型２１（第１の成形型）を光学素子材料２００に接触させる第１の接触工程と、この第１の接触工程以降に固定型３１（第２の成形型）を光学素子材料２００に接触させる第２の接触工程とを含む。
加圧工程において加圧された光学素子材料２００は、ヒータ２２ａ，３２ａの温度を降下させることにより、或いは自然冷却により、例えばガラス転移点以下になるまで加圧保持された状態のまま冷却される（冷却工程）。冷却工程の後、光学素子材料２００（製造された光学素子）は、図示しない搬出機構により光学素子の製造装置１から搬出される。以上のようにして、光学素子が製造される。
ここで、供給工程及び加圧工程について、より詳細に説明する。
図９（ａ）に示すように加熱部１０内において鉛直上方への移動を開始する光学素子材料２００（時間ｔ３０）は、図９（ｂ）に示すように、第１の接触工程において可動型２１に接触する（光学素子材料２００（時間ｔ３１））。このとき、可動型２１は、頂点位置の光学素子材料２００に接触する。
そのため、図９（ｃ）に示すように光学素子材料２００（時間ｔ３２）が第２の接触工程において固定型３１に接触するとき、図１０に示すように、第１の接触工程の光学素子材料２００（時間ｔ３１）からの落下量が少なく、位置ずれが生じにくい。
なお、第１の接触工程において可動型２１が上昇途中の光学素子材料２００に接触した場合は、光学素子材料２００に上向きのエネルギーが残っているため、可動型２１と接触した後も落下しない。そのため、落下が開始するまでに光学素子材料２００と固定型３１とが接触することで、位置ずれが生じにくくなる。
以上説明した第４実施形態においても、光学素子の製造方法は、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱する加熱工程を含む。また、光学素子の製造方法は、加熱された光学素子材料２００を、可動型２１（第１の成形型）と固定型３１（第２の成形型）との中心同士を結ぶ中心軸Ａと交差する方向から、型間空間Ｓに非接触状態で供給する供給工程を含む。
そのため、本実施形態によっても、第１実施形態〜第３実施形態と同様に、光学素子材料２００を気体中で浮遊させて加熱し、加熱された光学素子材料２００を型間空間Ｓへ供給する場合における成形条件の制約を低減することができる。
また、本実施形態の供給工程では、光学素子材料２００は、加熱部１０の内部に位置するまま型間空間Ｓに供給され、その後に加熱部１０から放出される。そのため、光学素子材料２００を所定の位置に確実に供給しやすくなり、光学素子材料２００の位置ずれを防ぐことができる。
１，２，３，４ 光学素子の製造装置
１０ 加熱部
１１ 本体
１２ 気体供給管
２０ 可動型ユニット
２１ 可動型
２１ａ 成形面
２１ｂ フランジ部
２２ 加熱ブロック
２２ａ ヒータ
２３ 断熱ブロック
２４ ベースブロック
３０ 固定型ユニット
３１ 固定型
３１ａ 成形面
３１ｂ フランジ部
３２ 加熱ブロック
３２ａ ヒータ
３３ 断熱ブロック
３４ ベースブロック
４０ 加熱部移動機構
４１ ガイドプレート
４２ スライダ
４２ａ，４２ｂ 保持部
５０ ベース部
５１ 台座
５２ 加熱部固定部
５３ 型固定部
５３ａ シリンダ固定部
５３ｂ 固定型固定部
６０ シリンダ
８０ 加熱部
８１ 本体
８２ 気体供給管
８３ シャッタ
８４ シャッタ駆動部
９０ ベース部
９１ 台座
９２ 可動型側固定部
９２ａ シリンダ固定部
９３ 固定型側固定部
９３ａ 固定型固定部
１０１ 型固定部
１０１ａ シリンダ固定部
１０１ｂ 固定型固定部
１１１ 可動型
１１１ａ 成形面
１１１ｂ 小径部
１１１ｃ 中径部
１１１ｄ 大径部
１２１ 固定型
１２１ａ 成形面
１２１ｂ 小径部
１２１ｃ 中径部
１２１ｄ 大径部
１２２ 外径規制リング
１２２ａ 先端部分
２００ 光学素子材料

Claims (9)

  1. 光学素子材料を気体中で浮遊させて加熱する加熱工程と、
    加熱された前記光学素子材料を、第１の成形型と第２の成形型との中心同士を結ぶ中心軸と交差する方向から、前記第１の成形型と前記第２の成形型との間の空間である型間空間に非接触状態で供給する供給工程と、
    前記型間空間に供給された前記光学素子材料を前記第１の成形型及び前記第２の成形型により加圧する加圧工程と、
    加圧された前記光学素子材料を冷却する冷却工程と、を含み、
    前記加熱工程では、加熱部の内部で前記光学素子材料を加熱し、
    前記供給工程では、前記光学素子材料を、前記型間空間の外側に位置する前記加熱部から放出して前記型間空間に供給する、光学素子の製造方法。
  2. 前記加圧工程は、前記第１の成形型を前記光学素子材料に接触させる第１の接触工程と、該第１の接触工程以降に前記第２の成形型を前記光学素子材料に接触させる第２の接触工程と、を含み、
    前記第１の接触工程及び前記第２の接触工程では、前記第１の成形型及び前記第２の成形型を、それらの光学有効径の範囲内で前記光学素子材料に接触させる、請求項１記載の光学素子の製造方法。
  3. 前記加圧工程では、前記第１の成形型及び前記第２の成形型が前記光学有効径の全体で、変形後の前記光学素子材料に接触するように、少なくとも、前記第１の接触工程直前の前記光学素子材料の速度に基づき、前記第１の接触工程及び前記第２の接触工程の両方が終了したときから前記光学素子材料の変形が開始するまでの時間および変形速度を決定する、請求項２記載の光学素子の製造方法。
  4. 前記供給工程では、前記光学素子材料を下方から前記型間空間に供給し、
    前記第１の接触工程では、頂点位置又は上昇途中の前記光学素子材料に前記第１の成形型を接触させる、請求項２又は請求項３記載の光学素子の製造方法。
  5. 前記供給工程では、前記光学素子材料を鉛直上方又は鉛直下方から前記型間空間に供給する、請求項１から請求項３のいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
  6. 前記中心軸は、鉛直方向に直交する、請求項５記載の光学素子の製造方法。
  7. 前記供給工程では、前記加熱部の移動を停止又は減速させ、前記光学素子材料を慣性により前記加熱部から放出する、請求項１から請求項６のいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
  8. 前記第２の成形型の周囲には、前記加圧工程における前記光学素子材料の外径を規制する外径規制リングが設けられている、請求項１から請求項７のいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
  9. 光学素子材料を気体中で浮遊させて加熱する加熱部と、
    前記光学素子材料を加圧する第１の成形型及び第２の成形型と、
    前記光学素子材料を、前記第１の成形型と前記第２の成形型との中心同士を結ぶ中心軸と交差する方向から、前記第１の成形型と前記第２の成形型との間の空間である型間空間に非接触状態で供給する供給部と、を備え、
    前記加熱部は、内部で前記光学素子材料を加熱し、
    前記供給部は、前記光学素子材料を、前記型間空間の外側に位置する前記加熱部から放出して前記型間空間に供給する、光学素子の製造装置。
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