JPH09235123A - 光学素子の成形法 - Google Patents
光学素子の成形法Info
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- JPH09235123A JPH09235123A JP4311696A JP4311696A JPH09235123A JP H09235123 A JPH09235123 A JP H09235123A JP 4311696 A JP4311696 A JP 4311696A JP 4311696 A JP4311696 A JP 4311696A JP H09235123 A JPH09235123 A JP H09235123A
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- glass
- glass material
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- molding
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/12—Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
Abstract
(57)【要約】
【課題】 所望の形状精度を確保し、しかも、最短時間
で成形するための、最適な光学素子の成形条件を実現し
た光学素子の成形法を提供する。 【解決手段】 重量調整されたガラス素材を成形用型で
プレスして、光学素子を成形する方法において、室温以
上で、かつ、ガラス粘度が１０13ｄＰａＳに相当する温
度以下にあるガラス素材を、ガラス粘度が１０8 〜１０
13ｄＰａＳに相当する温度範囲の成形用型でプレスする
ことを特徴とする。
で成形するための、最適な光学素子の成形条件を実現し
た光学素子の成形法を提供する。 【解決手段】 重量調整されたガラス素材を成形用型で
プレスして、光学素子を成形する方法において、室温以
上で、かつ、ガラス粘度が１０13ｄＰａＳに相当する温
度以下にあるガラス素材を、ガラス粘度が１０8 〜１０
13ｄＰａＳに相当する温度範囲の成形用型でプレスする
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学用の成形ガラ
ス素材をプレス成形して、例えば、回折光学素子のよう
な、光学素子を得る成形法に関する。
ス素材をプレス成形して、例えば、回折光学素子のよう
な、光学素子を得る成形法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、所定の表面精度を有する成形用型
内に光学素子用の素材、例えば、ある程度の形状および
表面精度に予備成形されたガラスブランクを収容して、
加熱下でプレス成形することにより、研削及び研磨など
の後加工を必要としない高精度の光学機能面を有する光
学素子を製造する方法が開発されている。
内に光学素子用の素材、例えば、ある程度の形状および
表面精度に予備成形されたガラスブランクを収容して、
加熱下でプレス成形することにより、研削及び研磨など
の後加工を必要としない高精度の光学機能面を有する光
学素子を製造する方法が開発されている。
【０００３】このようなプレス成形法では、一般に成形
用上型部材と成形用下型部材とを、それぞれ、成形用胴
型部材内に摺動可能に対向配置し、これら上型部材、下
型部材及び胴型部材にて形成されるキャビティ内に成形
用ガラス素材を導入する。この場合、型部材の酸化防止
のために、雰囲気を非酸化性雰囲気、例えば窒素雰囲気
として、成形可能温度、即ち、成形用ガラス素材が、そ
のガラス粘度で１０8〜１０12ｄＰａＳとなる温度ま
で、型部材を加熱する。そして、成形用型を閉じ、適宜
な時間、プレスして、型部材の表面形状（成形面）を成
形用ガラス素材の表面に転写し、型部材を、成形用ガラ
ス転移温度より十分に低い温度まで冷却し、プレス圧力
を除去し、成形用型を開いて、成形済みの光学素子を取
り出すのである。
用上型部材と成形用下型部材とを、それぞれ、成形用胴
型部材内に摺動可能に対向配置し、これら上型部材、下
型部材及び胴型部材にて形成されるキャビティ内に成形
用ガラス素材を導入する。この場合、型部材の酸化防止
のために、雰囲気を非酸化性雰囲気、例えば窒素雰囲気
として、成形可能温度、即ち、成形用ガラス素材が、そ
のガラス粘度で１０8〜１０12ｄＰａＳとなる温度ま
で、型部材を加熱する。そして、成形用型を閉じ、適宜
な時間、プレスして、型部材の表面形状（成形面）を成
形用ガラス素材の表面に転写し、型部材を、成形用ガラ
ス転移温度より十分に低い温度まで冷却し、プレス圧力
を除去し、成形用型を開いて、成形済みの光学素子を取
り出すのである。
【０００４】なお、成形用ガラス素材を、型部材内に導
入する前に、適宜の温度まで予備加熱したり、あるい
は、成形可能温度まで加熱してから、型部材内に導入す
ることも既に行われている。さらに、型部材と共に成形
用ガラス素材を搬送しながら、それぞれの場所で加熱、
プレス、及び、冷却することで、連続成形を可能とし、
成形の高速化も果たすことも出来るようになっている。
入する前に、適宜の温度まで予備加熱したり、あるい
は、成形可能温度まで加熱してから、型部材内に導入す
ることも既に行われている。さらに、型部材と共に成形
用ガラス素材を搬送しながら、それぞれの場所で加熱、
プレス、及び、冷却することで、連続成形を可能とし、
成形の高速化も果たすことも出来るようになっている。
【０００５】以上のような光学素子プレス成形法とし
て、米国特許３，８３３，３４７号明細書、米国特許
３，８４４，７５５号明細書、特開昭５８−８４１３４
号公報などには、予め、ガラス素材を成形用型内に配置
して、型部材とガラス素材とを等温状態に加熱し、所定
温度でプレスする方法が示されている。また、特開昭５
９−２０３７３２号公報、特開昭６２−２７３３４号公
報などには、成形可能な温度に加熱したガラス素材を、
その温度より低温に保持した成形用型内に移送し、そこ
でプレスする方法が開示されている。
て、米国特許３，８３３，３４７号明細書、米国特許
３，８４４，７５５号明細書、特開昭５８−８４１３４
号公報などには、予め、ガラス素材を成形用型内に配置
して、型部材とガラス素材とを等温状態に加熱し、所定
温度でプレスする方法が示されている。また、特開昭５
９−２０３７３２号公報、特開昭６２−２７３３４号公
報などには、成形可能な温度に加熱したガラス素材を、
その温度より低温に保持した成形用型内に移送し、そこ
でプレスする方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この種の成形法におい
て、第１の課題となることは、成形された光学素子の形
状を、所望の精度に成形することであるが、ガラスは、
そのガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当する温度以上で
は、柔らかくなると同時に、熱膨張係数が急激に大きく
なるため、型部材との膨張係数の差も大きくなるから、
その１０13ｄＰａＳに相当する温度以上でプレスした場
合は、冷却中に、その１０13ｄＰａＳに相当する温度を
通過するまで、型部材とガラスとの熱膨張係数の差によ
る応力が大きく、該応力が原因で、光学素子の形状精度
が悪化する虞がある。逆に、１０13ｄＰａＳに相当する
温度未満では、ガラス素材は、まだ硬い状態であるた
め、変形が不可能であったり、変形に時間がかかり過ぎ
たりする。さらに、ガラス温度が１０8 ｄＰａＳに相当
する温度以上では、プレス後の冷却行程において、ヒケ
による形状の精度不良も発生し易く、また、型部材とガ
ラス素材とが融着する事態が多い。このような理由で、
光学素子の精密な形状精度を得ることが困難となってい
る。
て、第１の課題となることは、成形された光学素子の形
状を、所望の精度に成形することであるが、ガラスは、
そのガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当する温度以上で
は、柔らかくなると同時に、熱膨張係数が急激に大きく
なるため、型部材との膨張係数の差も大きくなるから、
その１０13ｄＰａＳに相当する温度以上でプレスした場
合は、冷却中に、その１０13ｄＰａＳに相当する温度を
通過するまで、型部材とガラスとの熱膨張係数の差によ
る応力が大きく、該応力が原因で、光学素子の形状精度
が悪化する虞がある。逆に、１０13ｄＰａＳに相当する
温度未満では、ガラス素材は、まだ硬い状態であるた
め、変形が不可能であったり、変形に時間がかかり過ぎ
たりする。さらに、ガラス温度が１０8 ｄＰａＳに相当
する温度以上では、プレス後の冷却行程において、ヒケ
による形状の精度不良も発生し易く、また、型部材とガ
ラス素材とが融着する事態が多い。このような理由で、
光学素子の精密な形状精度を得ることが困難となってい
る。
【０００７】また、第２の課題は、経済性の理由から加
熱、プレス、冷却の時間（成形サイクル）をできる限
り、短縮するのがよく、可能な限り低温で成形すること
が望ましい。然るに、従来例では、これらの点において
問題がある。即ち、特開昭５８−８４１３４号公報など
に示されている方法として、ガラス素材を予め成形用型
内に配置して、型部材とガラス素材とを等温状態に加熱
し、ガラス粘度で１０8〜１０12ｄＰａＳとなる温度
で、プレス成形するのであるが、この場合、ガラス温度
がその１０12ｄＰａＳに相当する温度以上であるため、
形状に関して、精度不良が発生し易い。また、ガラス全
体が十分変形できる温度域に到達してからプレス、冷却
を行うために、成形サイクルに長時間を要する。
熱、プレス、冷却の時間（成形サイクル）をできる限
り、短縮するのがよく、可能な限り低温で成形すること
が望ましい。然るに、従来例では、これらの点において
問題がある。即ち、特開昭５８−８４１３４号公報など
に示されている方法として、ガラス素材を予め成形用型
内に配置して、型部材とガラス素材とを等温状態に加熱
し、ガラス粘度で１０8〜１０12ｄＰａＳとなる温度
で、プレス成形するのであるが、この場合、ガラス温度
がその１０12ｄＰａＳに相当する温度以上であるため、
形状に関して、精度不良が発生し易い。また、ガラス全
体が十分変形できる温度域に到達してからプレス、冷却
を行うために、成形サイクルに長時間を要する。
【０００８】また、特開昭５９−２０３７３２号公報に
開示されている方法では、ガラス素材を保持部材に載せ
て、ガラス粘度で１０5.5 〜１０7 ｄＰａＳに相当する
温度に加熱し、そのガラス素材よりも１００℃程度、低
温に保った成形用型を用いてプレスするのであり、ま
た、特開昭６２−２７３３４号公報に開示された方法で
は、ガラス素材を、１０6 〜１０8 ｄＰａＳに相当する
温度に、また、成形用型を、Ｔｇ〜（Ｔｇ−２００）℃
にして、プレスする。これらの方法は、いずれもガラス
温度が１０8 ｄＰａＳに相当する温度以上であるため、
正確な形成精度を得ることが困難である。
開示されている方法では、ガラス素材を保持部材に載せ
て、ガラス粘度で１０5.5 〜１０7 ｄＰａＳに相当する
温度に加熱し、そのガラス素材よりも１００℃程度、低
温に保った成形用型を用いてプレスするのであり、ま
た、特開昭６２−２７３３４号公報に開示された方法で
は、ガラス素材を、１０6 〜１０8 ｄＰａＳに相当する
温度に、また、成形用型を、Ｔｇ〜（Ｔｇ−２００）℃
にして、プレスする。これらの方法は、いずれもガラス
温度が１０8 ｄＰａＳに相当する温度以上であるため、
正確な形成精度を得ることが困難である。
【０００９】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、所望の形状精度を確保し、しかも、最短時間で成
形するための、最適な光学素子の成形条件を実現した光
学素子の成形法を提供することを目的としている。
ので、所望の形状精度を確保し、しかも、最短時間で成
形するための、最適な光学素子の成形条件を実現した光
学素子の成形法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
重量調整されたガラス素材を成形用型でプレスして、光
学素子を成形する方法において、室温以上で、かつ、ガ
ラス粘度が１０13ｄＰａＳに相当する温度以下にあるガ
ラス素材を、ガラス粘度が１０8 〜１０13ｄＰａＳに相
当する温度範囲の成形用型でプレスすることを特徴とす
る。
重量調整されたガラス素材を成形用型でプレスして、光
学素子を成形する方法において、室温以上で、かつ、ガ
ラス粘度が１０13ｄＰａＳに相当する温度以下にあるガ
ラス素材を、ガラス粘度が１０8 〜１０13ｄＰａＳに相
当する温度範囲の成形用型でプレスすることを特徴とす
る。
【００１１】換言すれば、本発明では、ガラスの温度が
１０13ｄＰａＳに相当する温度以下でも、型部材と接触
することで、ガラスの表面温度が上昇するため、表面部
分での変形は可能となる。この場合、ガラス素材の内部
は低温の状態であるため、熱膨張係数が小さい状態であ
り、成形後の光学素子の形状精度を悪化させることはな
い。因みに、ガラス温度が１０13ｄＰａＳに相当する温
度を超える場合は、上述の形状精度が悪化する。また、
型温度が１０13ｄＰａＳに相当する温度未満では、ガラ
スが変形することができないし、１０8 ｄＰａＳに相当
する温度を越える場合は、型部材とガラス素材との融着
が発生し易いのである。従って、本発明のように、ガラ
ス素材からの変形量が小さい場合には、上述のような効
果が得られる。
１０13ｄＰａＳに相当する温度以下でも、型部材と接触
することで、ガラスの表面温度が上昇するため、表面部
分での変形は可能となる。この場合、ガラス素材の内部
は低温の状態であるため、熱膨張係数が小さい状態であ
り、成形後の光学素子の形状精度を悪化させることはな
い。因みに、ガラス温度が１０13ｄＰａＳに相当する温
度を超える場合は、上述の形状精度が悪化する。また、
型温度が１０13ｄＰａＳに相当する温度未満では、ガラ
スが変形することができないし、１０8 ｄＰａＳに相当
する温度を越える場合は、型部材とガラス素材との融着
が発生し易いのである。従って、本発明のように、ガラ
ス素材からの変形量が小さい場合には、上述のような効
果が得られる。
【００１２】また、上述のように、プレス開始から完了
に到る間に、プレス圧力を徐々に増して行くと、室温以
上で、しかも、１０13ｄＰａＳに相当する温度以下のガ
ラス素材をプレスするために、いきなり高い圧力をかけ
た場合にガラスが破砕するという危険性を回避できる。
即ち、本発明では、仮に、室温のガラスであっても、型
部材からの熱伝導により、ガラス温度が上昇するのに伴
って、プレス圧力を増加して行く訳で、上述の破砕を防
止しながら、最短の時間で成形を行うことが可能にな
る。
に到る間に、プレス圧力を徐々に増して行くと、室温以
上で、しかも、１０13ｄＰａＳに相当する温度以下のガ
ラス素材をプレスするために、いきなり高い圧力をかけ
た場合にガラスが破砕するという危険性を回避できる。
即ち、本発明では、仮に、室温のガラスであっても、型
部材からの熱伝導により、ガラス温度が上昇するのに伴
って、プレス圧力を増加して行く訳で、上述の破砕を防
止しながら、最短の時間で成形を行うことが可能にな
る。
【００１３】また、本発明における成形法で、回折光学
素子を成形する場合、回折光学素子は、色分解効果を持
つ回折格子や、色収差を補正するバイナリーレンズや、
微細フレネルレンズなどのように、表面に微細なパター
ンを形成するによって、特有の効果を発揮する光学素子
であって、パターンの深さが、数ミクロン以下であるた
め、特に、プレス完了後、成形用型を冷却し、型温度が
ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当する温度以上の時
に、少なくとも回折光学素子の形状を形成する側の型部
材に対して成形品を離型させるのがよい。これは、１０
13ｄＰａＳに相当する温度以下まで、成形品と型部材と
が接触していた場合、ガラスが成形用型のパターンに食
い込んだ状態で熱応力を受け、ガラスに亀裂が入る危険
性があるからである。
素子を成形する場合、回折光学素子は、色分解効果を持
つ回折格子や、色収差を補正するバイナリーレンズや、
微細フレネルレンズなどのように、表面に微細なパター
ンを形成するによって、特有の効果を発揮する光学素子
であって、パターンの深さが、数ミクロン以下であるた
め、特に、プレス完了後、成形用型を冷却し、型温度が
ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当する温度以上の時
に、少なくとも回折光学素子の形状を形成する側の型部
材に対して成形品を離型させるのがよい。これは、１０
13ｄＰａＳに相当する温度以下まで、成形品と型部材と
が接触していた場合、ガラスが成形用型のパターンに食
い込んだ状態で熱応力を受け、ガラスに亀裂が入る危険
性があるからである。
【００１４】
［第１の実施の形態］図１は本発明の好ましい実施の形
態を示すための装置の概略図である。符号１は上型（球
面）、符号２は下型（非球面）、３は開口部を持つ胴
型、４はヒーター、５は吸着ハンド、６はガラス素材で
ある。この装置は、成形チャンバー（図示せず）の中
で、Ｎ2 雰囲気下に置かれる。
態を示すための装置の概略図である。符号１は上型（球
面）、符号２は下型（非球面）、３は開口部を持つ胴
型、４はヒーター、５は吸着ハンド、６はガラス素材で
ある。この装置は、成形チャンバー（図示せず）の中
で、Ｎ2 雰囲気下に置かれる。
【００１５】そして、本発明の成形方法では、ガラス素
材６を加熱源（図示せず）にて、所定の温度まで加熱し
た後、吸着ハンド５で、ガラス素材を吸着し、所定の温
度に保たれた成形用型内に投入し、ハンド５が退避した
後、直ちに上型１を下降させて、プレスを行う。
材６を加熱源（図示せず）にて、所定の温度まで加熱し
た後、吸着ハンド５で、ガラス素材を吸着し、所定の温
度に保たれた成形用型内に投入し、ハンド５が退避した
後、直ちに上型１を下降させて、プレスを行う。
【００１６】なお、この実施の形態では、プレスをする
時、いきなり高い圧力をかけるとガラスが破砕するた
め、徐々に圧力を増加しながら、プレス成形を行うので
ある。ガラス素材を所定の肉厚まで変形した後は、成形
用型を冷却して、成形済みの非球面レンズ（光学素子）
を取り出す。 ［第２の実施の形態］図２は、本発明の第２の実施の形
態を実現するための装置の概略図である。ここで、符号
７は上型（四角柱、プレス面が平面）、８は下型（四角
柱、プレス面が回折格子パターン）、９は開口部を持つ
胴型、１０はヒーター、１１はガラス素材である。この
装置は成形チャンバー（図示せず）の中にあって、Ｎ2
雰囲気下に置かれる。
時、いきなり高い圧力をかけるとガラスが破砕するた
め、徐々に圧力を増加しながら、プレス成形を行うので
ある。ガラス素材を所定の肉厚まで変形した後は、成形
用型を冷却して、成形済みの非球面レンズ（光学素子）
を取り出す。 ［第２の実施の形態］図２は、本発明の第２の実施の形
態を実現するための装置の概略図である。ここで、符号
７は上型（四角柱、プレス面が平面）、８は下型（四角
柱、プレス面が回折格子パターン）、９は開口部を持つ
胴型、１０はヒーター、１１はガラス素材である。この
装置は成形チャンバー（図示せず）の中にあって、Ｎ2
雰囲気下に置かれる。
【００１７】特に、この実施の形態では、上記ガラス素
材から、３０×３０×５の平板に微細パターンを形成し
た回折格子を成形する。図３は、その回折格子の断面
を、また、図４は、その平面を示している。回折格子
は、光の回折と干渉を利用して光のスペクトルを得る素
子であり、色分解素子として使用される。その形状は、
図３のような、微細な段の繰り返しであり、一般的に
は、溝の深さも、高々、数ミクロン以下である。この段
の形状は、さらに複雑な階段形状にする場合もある。こ
れらのガラス素子は、光の回折効果を利用するため、
０．１ミクロン程度の精度を必要とので、加工コストが
高くなりがちであり、これを下げるために、本発明のよ
うに、時間短縮ができる製造プロセスが最適である。 ［第３の実施の形態］図５は、本発明の第３の実施の形
態を示す装置の概略図である。ここで、符号１３は上型
（四角柱、プレス面が回折格子パターン）、１４は下型
（四角柱、プレス面が平面）、１５は開口部を持つ胴型
であり、また、１６はガラスを固定するための位置決め
板であり、これは胴型１５の開口部部分にのみ取り付け
る。この位置決め板により、上型を離型した時、成形品
が下型上に必ず残すことができる。なお、図中、１７は
ヒーター、１８はガラス素材である。この装置は成形チ
ャンバー（図示せず）の中で、Ｎ2 雰囲気下に置かれ
る。 ［第４の実施の形態］図６は、本発明の第４の実施の形
態を示す装置の概略図である。ここで、符号１９は上
型、２０は下型、２１は胴型、２２はヒーター、２３は
ガラス素材である。この装置は成形チャンバー（図示せ
ず）の中で、Ｎ2 雰囲気下に置かれる。成形される光学
素子は、図７および図８に示す微細フレネルレンズであ
る。このレンズは、その曲面上に、光軸を中心として繰
り返される同心円の微細な溝が形成されており、光の回
折効果によって色収差を除去できる。成型用型に形成す
る微細なパターンは、フォトリソグラフィーとエッチン
グによっても形成できるが、この実施の形態では、切削
加工によって、微細パターンを型に形成する。溝の深さ
は１３２ミクロン、幅は約９００ミクロンから約４０ミ
クロンまで、中心から半径方向に向かって減少する構成
になっている。
材から、３０×３０×５の平板に微細パターンを形成し
た回折格子を成形する。図３は、その回折格子の断面
を、また、図４は、その平面を示している。回折格子
は、光の回折と干渉を利用して光のスペクトルを得る素
子であり、色分解素子として使用される。その形状は、
図３のような、微細な段の繰り返しであり、一般的に
は、溝の深さも、高々、数ミクロン以下である。この段
の形状は、さらに複雑な階段形状にする場合もある。こ
れらのガラス素子は、光の回折効果を利用するため、
０．１ミクロン程度の精度を必要とので、加工コストが
高くなりがちであり、これを下げるために、本発明のよ
うに、時間短縮ができる製造プロセスが最適である。 ［第３の実施の形態］図５は、本発明の第３の実施の形
態を示す装置の概略図である。ここで、符号１３は上型
（四角柱、プレス面が回折格子パターン）、１４は下型
（四角柱、プレス面が平面）、１５は開口部を持つ胴型
であり、また、１６はガラスを固定するための位置決め
板であり、これは胴型１５の開口部部分にのみ取り付け
る。この位置決め板により、上型を離型した時、成形品
が下型上に必ず残すことができる。なお、図中、１７は
ヒーター、１８はガラス素材である。この装置は成形チ
ャンバー（図示せず）の中で、Ｎ2 雰囲気下に置かれ
る。 ［第４の実施の形態］図６は、本発明の第４の実施の形
態を示す装置の概略図である。ここで、符号１９は上
型、２０は下型、２１は胴型、２２はヒーター、２３は
ガラス素材である。この装置は成形チャンバー（図示せ
ず）の中で、Ｎ2 雰囲気下に置かれる。成形される光学
素子は、図７および図８に示す微細フレネルレンズであ
る。このレンズは、その曲面上に、光軸を中心として繰
り返される同心円の微細な溝が形成されており、光の回
折効果によって色収差を除去できる。成型用型に形成す
る微細なパターンは、フォトリソグラフィーとエッチン
グによっても形成できるが、この実施の形態では、切削
加工によって、微細パターンを型に形成する。溝の深さ
は１３２ミクロン、幅は約９００ミクロンから約４０ミ
クロンまで、中心から半径方向に向かって減少する構成
になっている。
【００１８】
［実施例１］本発明の第１の実施の形態を具体的に実現
する実施例を以下に示す。ここでは、レンズ成形用ガラ
ス素材としては、ＬａＫ１２（ｎｄ＝１．６６９１０，
νｄ＝５５．４，Ｔｇ＝５３０℃，Ａｔ＝５６２℃）が
用いられる。先ず、予備成形で、これを、直径：１４．
５ｍｍ、肉厚：４．６ｍｍ、レンズ面の曲率半径：Ｒ１
＝１６．４ｍｍ、Ｒ２＝１６．８ｍｍの形状に加工し
て、ガラス素材とした。
する実施例を以下に示す。ここでは、レンズ成形用ガラ
ス素材としては、ＬａＫ１２（ｎｄ＝１．６６９１０，
νｄ＝５５．４，Ｔｇ＝５３０℃，Ａｔ＝５６２℃）が
用いられる。先ず、予備成形で、これを、直径：１４．
５ｍｍ、肉厚：４．６ｍｍ、レンズ面の曲率半径：Ｒ１
＝１６．４ｍｍ、Ｒ２＝１６．８ｍｍの形状に加工し
て、ガラス素材とした。
【００１９】そして、このガラス素材からＲ１＝１６．
４５ｍｍ、Ｒ２＝１６．８６ｍｍ（非球面）、肉厚＝
４．５ｍｍ、外形＝１５ｍｍの、両凸非球面レンズを最
終的に成形する。この際、非球面の、球面からのずれの
量は０．０５ｍｍであり、ガラス素材の変形量は０．１
ｍｍであるから、ガラスの変形が少なく、非球面の形状
を転写することが十分に可能である。なお、以下にＬａ
Ｋ１２の温度・粘度特性を示す。
４５ｍｍ、Ｒ２＝１６．８６ｍｍ（非球面）、肉厚＝
４．５ｍｍ、外形＝１５ｍｍの、両凸非球面レンズを最
終的に成形する。この際、非球面の、球面からのずれの
量は０．０５ｍｍであり、ガラス素材の変形量は０．１
ｍｍであるから、ガラスの変形が少なく、非球面の形状
を転写することが十分に可能である。なお、以下にＬａ
Ｋ１２の温度・粘度特性を示す。
【００２０】
【表１】 本発明の成形方法は、第１の実施の形態において示した
通りである。この時の成形用型とガラス素材との温度条
件と成形結果を表２に示す。
通りである。この時の成形用型とガラス素材との温度条
件と成形結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】 なお、圧力は、初期圧力１ｋｇ（全圧）から徐々に増圧
し、最終的に１００ｋｇまで増圧した。これに反して、
いきなり１０ｋｇ以上の圧力を加えると、ガラスが破砕
した。上記結果から、ガラス温度が２０℃（室温）〜５
１３℃（ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当）、型温度
が５１３℃（ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当）〜６
１２℃（１０8 ｄＰａＳに相当）の時に、良好な光学素
子が得られることが解る。 ［実施例２］次に、本発明の第２の実施の形態を具体的
に実現した実施例を説明する。ここでは、レンズ成形用
素材として、ＳＫ１２（ｎｄ＝１．５８３１３，νｄ＝
５９．４，Ｔｇ＝５０６℃，Ａｔ＝５３８℃）が用いら
れ、これを予備成形で、３０×３０、厚み＝５ｍｍの平
板状に加工してガラス素材とした。
し、最終的に１００ｋｇまで増圧した。これに反して、
いきなり１０ｋｇ以上の圧力を加えると、ガラスが破砕
した。上記結果から、ガラス温度が２０℃（室温）〜５
１３℃（ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当）、型温度
が５１３℃（ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当）〜６
１２℃（１０8 ｄＰａＳに相当）の時に、良好な光学素
子が得られることが解る。 ［実施例２］次に、本発明の第２の実施の形態を具体的
に実現した実施例を説明する。ここでは、レンズ成形用
素材として、ＳＫ１２（ｎｄ＝１．５８３１３，νｄ＝
５９．４，Ｔｇ＝５０６℃，Ａｔ＝５３８℃）が用いら
れ、これを予備成形で、３０×３０、厚み＝５ｍｍの平
板状に加工してガラス素材とした。
【００２２】第２の実施の形態で示したように、上記ガ
ラス素材から３０×３０×５の平板に微細パターンを形
成した回折格子を成形するが、ここでは、成形用型の成
形面に微細パターンを形成するため、フォトリソグラフ
ィー技術により、微細なパターニングを施した後、エッ
チングによって、表面を階段形状を形成した。階段形状
は深さ７００ｎｍ、ピッチ２μｍであり、この形状をガ
ラス素子に転写する。なお、ＳＫ１２の温度・粘度特性
は以下の通りである。
ラス素材から３０×３０×５の平板に微細パターンを形
成した回折格子を成形するが、ここでは、成形用型の成
形面に微細パターンを形成するため、フォトリソグラフ
ィー技術により、微細なパターニングを施した後、エッ
チングによって、表面を階段形状を形成した。階段形状
は深さ７００ｎｍ、ピッチ２μｍであり、この形状をガ
ラス素子に転写する。なお、ＳＫ１２の温度・粘度特性
は以下の通りである。
【００２３】
【表３】 本発明の成形方法は、上述の実施の形態で示す通りであ
り、ガラス素材１１を上型７と下型８でプレスして、回
折格子を成形し、型温度が５００℃（１０１３ｄＰａＳ
に相当）迄、冷却して、成形品を取り出した。この時の
成形用型とガラス素材の温度条件、及び、成形結果は、
表４に示す。成形結果の評価方法では、成形された回折
格子の形状精度が、回折格子側で、深さ方向が±０．０
２ミクロン、ピッチ方向で±０．２ミクロンであり、平
面側で、ニュートンリング３本以下のものを良品（Ｏ
Ｋ）とした。
り、ガラス素材１１を上型７と下型８でプレスして、回
折格子を成形し、型温度が５００℃（１０１３ｄＰａＳ
に相当）迄、冷却して、成形品を取り出した。この時の
成形用型とガラス素材の温度条件、及び、成形結果は、
表４に示す。成形結果の評価方法では、成形された回折
格子の形状精度が、回折格子側で、深さ方向が±０．０
２ミクロン、ピッチ方向で±０．２ミクロンであり、平
面側で、ニュートンリング３本以下のものを良品（Ｏ
Ｋ）とした。
【００２４】
【表４】 なお、圧力は、初期圧力１ｋｇ（全圧）から徐々に増圧
し、最終的に１００ｋｇまで増圧した。上記結果から、
ガラス温度が２０℃（温度）〜５００℃（ガラス粘度で
１０13ｄＰａＳに相当）、型温度が５００℃（ガラス粘
度で１０13ｄＰａＳに相当）〜６１２℃（１０8 ｄＰａ
Ｓに相当）の時に、良好な回折格子が得られることが解
る。 ［実施例３］この実施例は、実施例２と同様に、回折格
子（第３の実施の形態を参照）を成形する。プレス、冷
却後、上型を離型する時の温度条件と成形結果とは、表
５に示す。なお、プレスする時の成型用型の温度は、６
１２℃、ガラス温度は２０℃（室温）で行った。
し、最終的に１００ｋｇまで増圧した。上記結果から、
ガラス温度が２０℃（温度）〜５００℃（ガラス粘度で
１０13ｄＰａＳに相当）、型温度が５００℃（ガラス粘
度で１０13ｄＰａＳに相当）〜６１２℃（１０8 ｄＰａ
Ｓに相当）の時に、良好な回折格子が得られることが解
る。 ［実施例３］この実施例は、実施例２と同様に、回折格
子（第３の実施の形態を参照）を成形する。プレス、冷
却後、上型を離型する時の温度条件と成形結果とは、表
５に示す。なお、プレスする時の成型用型の温度は、６
１２℃、ガラス温度は２０℃（室温）で行った。
【００２５】
【表５】 その結果、５００℃未満で離型した場合、成形品（回折
格子）の転写部分に亀裂が発生した。これは、ガラスが
そのガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当する温度以下に
下がると、急激に流動性が無くなるためである。即ち、
成型用型とガラス素材との収縮率の差によって応力が発
生するために、ガラスに亀裂が発生するのである。
格子）の転写部分に亀裂が発生した。これは、ガラスが
そのガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当する温度以下に
下がると、急激に流動性が無くなるためである。即ち、
成型用型とガラス素材との収縮率の差によって応力が発
生するために、ガラスに亀裂が発生するのである。
【００２６】上記結果から、プレス完了後型を冷却し、
成型用型の温度が、そのガラス粘度で１０13ｄＰａＳに
相当する温度以上の時に、少なくとも回折光学素子の形
状を形成する側の型部材に対して成形品を離型させるこ
とによって、良好な回折光学素子が得られることが解
る。 ［実施例４］ここでは、第４の実施の形態において実現
した事例を具体的に示す。なお、光学素子成形用ガラス
素材としてＢＫ７（ｎｄ＝１．５１６３６，νｄ＝６
４．１，Ｔｇ＝５００℃，Ａｔ＝５３５℃）が用いられ
る。これを、直径：２４．５ｍｍ、肉厚：６．１ｍｍ、
曲率半径：Ｒ１＝５０ｍｍ，Ｒ２＝３２ｍｍの形状に加
工して、ガラス素材とした。
成型用型の温度が、そのガラス粘度で１０13ｄＰａＳに
相当する温度以上の時に、少なくとも回折光学素子の形
状を形成する側の型部材に対して成形品を離型させるこ
とによって、良好な回折光学素子が得られることが解
る。 ［実施例４］ここでは、第４の実施の形態において実現
した事例を具体的に示す。なお、光学素子成形用ガラス
素材としてＢＫ７（ｎｄ＝１．５１６３６，νｄ＝６
４．１，Ｔｇ＝５００℃，Ａｔ＝５３５℃）が用いられ
る。これを、直径：２４．５ｍｍ、肉厚：６．１ｍｍ、
曲率半径：Ｒ１＝５０ｍｍ，Ｒ２＝３２ｍｍの形状に加
工して、ガラス素材とした。
【００２７】上記ガラス素材から、Ｒ１＝５０ｍｍ，Ｒ
２＝３２ｍｍ（微細パターン有り）、肉厚＝６ｍｍ、外
径＝２５ｍｍの微細フレネルレンズを成形するのであ
る。なお、ＢＫ７の温度・粘度特性を表６に示す。
２＝３２ｍｍ（微細パターン有り）、肉厚＝６ｍｍ、外
径＝２５ｍｍの微細フレネルレンズを成形するのであ
る。なお、ＢＫ７の温度・粘度特性を表６に示す。
【００２８】
【表６】 本発明の成形方法では、実施例１と同様の工程で、ガラ
ス素材２３を上型１９と下型２０でプレスして（第４の
実施の形態を参照）、微細フレネルレンズを成形する。
ここでは、型温度が４８５℃（１０１３ｄＰａＳに相
当）まで冷却して、離型し、成形品を取り出した。温度
条件と成形結果を表７に示す。
ス素材２３を上型１９と下型２０でプレスして（第４の
実施の形態を参照）、微細フレネルレンズを成形する。
ここでは、型温度が４８５℃（１０１３ｄＰａＳに相
当）まで冷却して、離型し、成形品を取り出した。温度
条件と成形結果を表７に示す。
【００２９】
【表７】 上記結果から、ガラス温度が２０℃（室温）〜４８５℃
（ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当）、型温度が４８
５℃（ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当）〜６４６℃
（１０8 ｄＰａＳに相当）の時に、良好な微細フレネル
レンズが得られることが解る。
（ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当）、型温度が４８
５℃（ガラス粘度で１０13ｄＰａＳに相当）〜６４６℃
（１０8 ｄＰａＳに相当）の時に、良好な微細フレネル
レンズが得られることが解る。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したようになり、重
量調整されたガラス素材を成形用型でプレスして光学素
子を成形する方法において、室温以上で、しかも、ガラ
ス粘度で１０13ｄＰａＳに相当する温度以下のガラス素
材を、ガラス粘度で、１０8 〜１０13ｄＰａＳに相当す
る温度の成型用型で、プレスすることにより、良好な品
質を持つ光学素子を、最短の時間で成形することが可能
になる。
量調整されたガラス素材を成形用型でプレスして光学素
子を成形する方法において、室温以上で、しかも、ガラ
ス粘度で１０13ｄＰａＳに相当する温度以下のガラス素
材を、ガラス粘度で、１０8 〜１０13ｄＰａＳに相当す
る温度の成型用型で、プレスすることにより、良好な品
質を持つ光学素子を、最短の時間で成形することが可能
になる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す装置の概略図
である。
である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す装置の概略図
である。
である。
【図３】同じく、ここで実現される回折格子の断面図で
ある。
ある。
【図４】同じく、回折格子の平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す装置の概略図
である。
である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す装置の概略図
である。
である。
【図７】同じく、ここで実現される微細フレネルレンズ
の平面図である。
の平面図である。
【図８】同じく、微細フレネルレンズの断面図である。
１ 上型（球面） ２ 下型（非球面） ３ 胴型 ４ ヒーター ５ 吸着ハンド ６ ガラス素材 ７ 上型（平面） ８ 下型（回折格子パターン） ９ 胴型 １０ ヒーター １１ ガラス素材 １２ 回折格子 １３ 上型（回折格子パターン） １４ 下型（平面） １５ 胴型 １６ 位置決め板 １７ ヒーター １８ ガラス素材 １９ 上型（球面） ２０ 下型（微細パターン） ２１ 胴型 ２２ ヒーター ２３ ガラス素材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真重 雅志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 重量調整されたガラス素材を成形用型で
プレスして、光学素子を成形する方法において、室温以
上で、かつ、ガラス粘度が１０13ｄＰａＳに相当する温
度以下にあるガラス素材を、ガラス粘度が１０8 〜１０
13ｄＰａＳに相当する温度範囲の成形用型でプレスする
ことを特徴とする光学素子の成形法。 - 【請求項２】 プレス開始から完了に到る間に、プレス
に対する圧力を徐々に増して行くことを特徴とする請求
項１に記載の光学素子の成形法。 - 【請求項３】 ガラス素材を成形用型でプレスして成形
される光学素子が、回折光学素子であり、プレス完了
後、成形用型を冷却し、型温度がガラス粘度で１０13ｄ
ＰａＳに相当する温度以上の時に、少なくとも、回折光
学素子の回折部の形状を形成する側の型部材に対して成
形品を離型させることを特徴とする請求項１もしくは２
に記載の光学素子の成形法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4311696A JPH09235123A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 光学素子の成形法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4311696A JPH09235123A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 光学素子の成形法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09235123A true JPH09235123A (ja) | 1997-09-09 |
Family
ID=12654875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4311696A Pending JPH09235123A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 光学素子の成形法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09235123A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003104734A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Olympus Optical Co Ltd | 光学素子成形方法 |
| JP2016037446A (ja) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | Ｊａｐａｎ ３Ｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ株式会社 | 光学用曲げガラス板及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-02-29 JP JP4311696A patent/JPH09235123A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003104734A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Olympus Optical Co Ltd | 光学素子成形方法 |
| JP4564216B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2010-10-20 | オリンパス株式会社 | 光学素子成形方法 |
| JP2016037446A (ja) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | Ｊａｐａｎ ３Ｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ株式会社 | 光学用曲げガラス板及びその製造方法 |
| US10252930B2 (en) | 2014-08-08 | 2019-04-09 | Japan 3D Devices Co., Ltd. | Bent glass plate for optical use and fabrication method thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040106 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20040308 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040623 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040820 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20061017 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |