JPWO2011105186A1 - 光学素子の製造方法及び光学素子成形金型 - Google Patents

Abstract

光学素子を高精度に成形することができる光学素子の製造方法を提供するために、対向する光学面を備えた光学素子を成形する成形面を有する一対の成形金型を用い、光学素子を成形する光学素子の製造方法において、成形金型は、成形金型を用いて製造する第１の光学素子を成形する成形面と、第１の光学素子を成形する成形面とは別の、一対の成形金型の相対位置を調整するために使用する第２の光学素子を成形する成形面と、を備え、成形金型を用いて、第２の光学素子を成形する成形工程と、成形工程で成形された第２の光学素子の透過波面収差に基づいて対向する光学面の相対位置ずれ量を求める測定工程と、測定工程により求めた相対位置ずれ量に基づいて、一対の成形金型の相対位置を調整する相対位置調整工程と、相対位置調整工程により相対位置を調整された成形金型を用いて前記第１の光学素子を成形する第２の成形工程と、を有する光学素子の製造方法とする。

Description

本発明は、光学素子の製造方法及び光学素子成形金型に関する。

今日、光学素子は、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズなどとして広範にわたって利用されている。これらの光学素子により構成される光学系は、より高い性能が要求され、このため光学素子単体においてもより高い精度で形成できることが望まれている。

係る光学素子は、加熱、軟化したガラス素材を成形型で加圧成形するプレス成形法により製造される場合がある。

このプレス成形法においては、光学素子の対向する光学面を成形する金型が有する成形面を高精度に形成するのは勿論のこと、該対向する金型の成形面の相対位置関係を高精度に合わせておくことが必要である。

金型の相対位置を高精度に合わせるには、例えば該金型を用いて成形した光学素子を評価し、その評価に基づいて該金型の相対位置を調整する場合がある。例えば、光学レンズの両レンズ面それぞれの光軸上に中心を持つ小突起からなる凸部を有するようにし、各凸部の位置ずれから両レンズ面の偏芯量を求め、この偏芯量に基づき、光学レンズを成形する金型の相対位置を調整するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−５８８５０号公報

特許文献１に記載されている金型の相対位置調整は、光学レンズの光軸上に中心を持つ凸部を形成して調整に利用している。このため、成形される光学レンズにおいては、特に直径が小さい場合、少なからず光学性能に影響し十分な性能を得られない場合が考えられる。また、金型においては、光学レンズの光学面を成形する成形面に影響を与えることなく、凸部に対応する窪みを形成する必要があり、金型製造の負担が大きくなる。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光学性能に影響を与える凸部等を設けることなく、高精度な光学素子を成形できる光学素子の製造方法及び光学素子成形金型を提供することである。

上記の課題は、以下の構成により解決される。

１．対向する光学面を備えた光学素子を成形する成形面を有する一対の成形金型を用い、前記光学素子を成形する光学素子の製造方法において、
前記成形金型は、該成形金型を用いて製造する第１の光学素子を成形する成形面と、該第１の光学素子を成形する成形面とは別の、一対の前記成形金型の相対位置を調整するために使用する第２の光学素子を成形する成形面と、を備え、
前記成形金型を用いて、前記第２の光学素子を成形する第１の成形工程と、
前記第１の成形工程で成形された前記第２の光学素子の透過波面収差に基づいて、前記第２の光学素子の対向する光学面の相対位置ずれ量を求める測定工程と、
前記測定工程により求めた前記相対位置ずれ量に基づいて、一対の前記成形金型の相対位置を調整する相対位置調整工程と、
前記相対位置調整工程により相対位置を調整された前記成形金型を用いて前記第１の光学素子を成形する第２の成形工程と、
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。

２．前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子のそれぞれに平面波又は球面波が入射した際のそれぞれの透過波面が、前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子それぞれの設計上の透過波面に最も近い球面からのずれ量において、前記第２の光学素子が前記第１の光学素子より小さいことを特徴とする前記１に記載の光学素子の製造方法。

３．前記第２の光学素子は、対向する光学面の相対位置ずれ量に対する透過波面収差の発生量の比率が、前記第１の光学素子と比較して大きいことを特徴とする前記１に記載の光学素子の製造方法。

４．前記第２の光学素子の透過波面収差は、対向する光学面の平行偏芯、傾き偏芯の少なくとも何れかにより生じる収差を含むことを特徴とする前記１から３の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。

５．前記第２の光学素子の透過波面収差は、前記第２の光学素子の光軸を軸とし、対向する光学面の相対的な回転により生じる収差を含むことを特徴とする前記１又は３に記載の光学素子の製造方法。

６．前記１から５の何れか一項に記載の光学素子の製造方法で使用される前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子の成形面を有することを特徴とする光学素子成形金型。

本発明によれば、第２の光学素子を、第１の光学素子の仕様に関係無く、調整を目的とした仕様のものとすることができる。このため、第１の光学素子を製造する成形金型の相対位置調整を、成形金型の相対位置を調整する目的に適した仕様の第２の光学素子の透過波面収差に基づいて行うことができ、高精度に相対位置を調整できるようになる。これにより、光学性能に影響を与える凸部等を設けることなく、第１の光学素子を高精度に成形できる光学素子の製造方法及び光学素子成形金型を提供することが可能となる。

光学素子を成形する成形金型を示す図である。 （ａ）は図１に示す下型のＧ−Ｇ′の位置、及び、上型のＦ−Ｆ′の位置における断面図で、下型にガラス素材が載置されている状態である。（ｂ）は下型と上型とでガラス素材を加圧している状態を示す断面図である。 （ａ）は下型と上型とが平行に相対位置ずれしている状態を示す図である。（ｂ）は下型と上型とが傾いて相対位置ずれしている状態を示す部分断面図である。 透過波面収差を測定する透過波面収差測定装置を示す模式図である。 光学素子成形金型を用いてレンズを製造する工程を示すフローチャートである。 図５に示すフローチャートにおける光学素子成形金型の調整工程を示すフローチャートである。

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。

光学レンズを成形する金型の相対位置調整において、従来の凸部を設けないで、本来の光学素子の状態で光学性能を評価し、これに基づく金型の相対位置を調整する方法としては、該金型で成形された光学素子の透過波面収差を利用する方法がある。

透過波面収差を利用する場合、光学素子の対向する光学面の相対位置ずれを高い精度で測定することが可能であり、測定に要する時間が短いという利点がある。その一方で、透過波面収差の測定が困難な形状、若しくは、相対位置ずれ量に対し得られる測定値が小さい、すなわち測定感度の低い形状である光学素子においては、透過波面収差の測定値に基づいて金型の相対位置調整をすることが困難であり、上記の利点が活用できない。

以下に説明する本発明の実施の形態においては、このような参考例における課題も解決できるものとなっている。

（光学素子成形金型）
本発明は、光学素子を成形により製造する光学素子の製造方法及び成形金型に関するものであって、予め所定の質量及び形状を有するガラス素材を作製し、該ガラス素材を金型と共に加熱した後、金型にて加圧成形して光学素子であるレンズを得る方法（再加熱法）を例に説明する。

図１は、本発明に係る光学素子の製造方法で使用する成形金型である金型１を示す図である。金型１は、下型１Ａと上型１Ｂを有し、複数個（図１では５個）のガラス素材を加圧して同時に２種類の光学素子であるレンズを成形することができる。２種類のレンズの何れも、対向する第１光学面と第２光学面とを有している。

下型１Ａは、レンズの第１光学面を形成するように対応した形状に精密加工された第１成形面１０ａ、１１ａを有し、上型１Ｂは、第１光学面に対向する、第２光学面を形成するように対応した形状に精密加工された第２成形面１０ｂ、１１ｂを有している。

上型１Ｂは、図示しない駆動手段によって加圧方向（図１のＺ方向）に移動できるように構成された移動金型であり、下型１Ａは、加圧成形の際に移動しない固定金型である。

図２（ａ）は、図１に示す下型１ＡのＧ−Ｇ′の位置、及び、上型１ＢのＦ−Ｆ′の位置における断面図であり、下型１Ａの第１成形面１０ａ、１１ａそれぞれに成形する材料であるガラス素材２０が載置され、加圧方向Ｐを示している。

図２（ｂ）は、上型１Ｂを加圧方向Ｐに移動させ、軟化状態にあるガラス素材２０を、下型１Ａの第１成形面１０ａ、１１ａと上型１Ｂの第２成形面１０ｂ、１１ｂとで、それぞれ加圧し成形する様子を示している。これにより、金型１は、第１成形面１０ａと第２成形面１０ｂとで第２の光学素子であるレンズ２１を、第１成形面１１ａと第２成形面１１ｂとで第１の光学素子であるレンズ２２を、同時に成形することができる。

図３は、金型１において、下型１Ａと上型１Ｂとの相対位置のずれている様子を模式的に示す図である。図３（ａ）は、下型１Ａと上型１Ｂとが図１で示すＸ軸及びＹ軸（Ｘ−Ｙ面内）方向でずれている様子を図１の上型１Ｂの上から下型１Ａに向かって見た場合を示している。図３（ｂ）は、下型１Ａを基準とするＺ軸に対して、上型１Ｂが傾いている様子を図２（ａ）の第１成形面１０ａ、第２成形面１０ｂの周辺で示している。

図３（ａ）で示すような、下型１Ａに対し上型１ＢがＸ軸及びＹ軸（Ｘ−Ｙ面内）方向で相対位置ずれがある場合、成形されるレンズ２１、２２の第１光学面と第２光学面の中心軸が平行にずれた相対位置ずれ（平行偏芯）が生じる。

同様に、図３（ｂ）で示すような、下型１Ａに対し上型１ＢがＺ軸に垂直な線の周りに回転して、上型１Ｂの第２成形面１０ｂの中心軸がＺ軸から傾いた相対位置ずれがある場合、成形されるレンズ２１、２２それぞれの第１光学面と第２光学面とは、互いの光軸が傾いた相対位置ずれ（傾き偏芯）が生じる。

従って、レンズ２１又はレンズ２２何れかの第１光学面と第２光学面との相対位置ずれ量を求めることができれば、この値に基づいて下型１Ａと上型１Ｂとの相対位置を調整することができる。

本実施の形態では、レンズ２２は、金型１を用いて本来製造（量産）する光学素子（第１の光学素子に相当）であり、レンズ２１は、第１光学面と第２光学面との相対位置ずれ量を求め、このずれ量に基づいて金型１の相対位置を調整するための光学素子（第２の光学素子に相当）である。

レンズ２１を例にして第１光学面と第２光学面との相対位置ずれ量を透過波面収差に基づいて求めることに関して説明する。

まず、透過波面収差の測定について図４を用いて説明する。図４は、公知のフィゾー干渉計１１０を用いて、調整のための光学素子であるレンズ２１の透過波面収差を測定する透過波面収差測定装置１００を示す模式図である。

本実施の形態においては、レンズ２１は、例として図４に示すように、発散する球面波を収束する球面波に変換するものとする。

フィゾー干渉計１１０において、レンズ２１単体では、平面板１２０の参照平面１２０ａの反射波面と干渉させることができないので、平行光をレンズ２１に合わせた収束光とするコリメータレンズ１３０を設けてある。レンズ２１が、平面波を収束する球面波に変換する場合は、コリメータレンズ１３０は不要である。

図４において、フィゾー干渉計１１０から射出された平行光は、コリメータレンズ１３０を通過して、一旦収束した後、発散光となりレンズ２１に入射し、その後収束光として射出される。この収束光は、レンズ２１の設計上の透過波面に最も近いほぼ理想的球面形状の参照反射面１４０ａを備えた球面原器１４０により反射され、これまで進んできた光路に概ね沿ってフィゾー干渉計１１０に戻る。尚、コリメータレンズ１３０は、その透過波面がほぼ設計通りとなっていることが望まれる。

フィゾー干渉計１１０においては、レンズ２１を透過して戻る光（透過波面）と、参照平面１２０ａにおける反射光（基準波面）とが干渉し干渉縞が生じる。この干渉縞をフィゾー干渉計１１０が備えるＣＣＤ等の撮像素子を用いて画像データとして取り込み、所定の画像処理による干渉縞の解析を行うことで、レンズ２１の透過波面収差が測定できる。

一般に干渉縞の解析を行うには、干渉縞の空間周波数帯城が広過ぎて干渉縞自体の検出不能となる領域がなく、フィゾー干渉計１１０に組み込まれているＣＣＤ等の撮像デバイス（不図示）の解像度が干渉縞を分解できることが必要である。このためには、透過波面収差がより小さいほうが干渉縞の解析をより高精度に容易に行うことができる。

レンズ２２は、量産する光学素子であるため、その仕様は用途により決められている。一方、レンズ２１は、金型１の相対位置を調整するための光学素子であり、金型１の相対位置を調整することがより容易に、より高精度にできるように、レンズ２２の仕様に関係なく、その仕様を自由に決めることができる利点がある。

上記で説明した干渉縞の解析の観点から、レンズ２１は、設計上の透過波面に最も近い球面からのずれ量が、レンズ２２の設計上の透過波面に最も近い球面からのずれ量より小さいことが好ましい。

上記のずれ量がより小さいものになるように、レンズ２１の仕様を決めると共に、コリメータレンズ１３０のような、設計上、レンズ２１を透過した波面が、参照反射面１４０ａの形状に近くなるように平面波を変換する補正レンズや球面原器１４０の参照反射面１４０ａを適宜決めればよい。また、レンズ２１を、入射する平面波又は球面波を球面原器１４０の参照反射面１４０ａに近い形状の球面波に変換するものとする場合、補正レンズは不要又は容易に準備できる構成とすることができ、また参照反射面１４０ａは容易に準備できる球形状とすることができる。このような補正レンズ、参照反射面を用いることができることは、レンズ２１の透過波面収差を求める上で大きな利点である。

上記の干渉縞の解析の観点に加え、補正レンズや球面原器の準備の容易さの観点からも、レンズ２１は、設計上の透過波面に最も近い球面からのずれ量が、レンズ２２の設計上の透過波面に最も近い球面からのずれ量より小さいことが好ましい。

次に、干渉縞の解析により得られた透過波面収差に基づいて、レンズ２１の対向する第１光学面と第２光学面との相対位置ずれ量を求めることに関して説明する。

レンズ２１の対向する第１光学面と第２光学面との相対位置ずれ量を、透過波面収差の測定により求める方法としては、例えば、透過波面収差により求めた３次コマ収差、５次コマ収差を用い、平行偏芯量（面間シフト量）及び傾き偏芯量（面間チルト量）を得る方法がある。

ゼルニケ係数（Ｚ_０からＺ_３５）のうちＺ_６は３次のｘ軸方向のコマ収差、Ｚ_７は３次のｙ軸方向のコマ収差、Ｚ_１３は５次のｘ軸方向のコマ収差、Ｚ_１４は５次のｙ軸方向のコマ収差を示す。

レンズ２１の設計に基づいて、上記のゼルニケ係数Ｚ_６、Ｚ_７の値を決める面間チルト量１分当たり係数ａ、面間シフト量１μｍ当たりの係数ｂと、上記のゼルニケ係数Ｚ_１３、Ｚ_１４の値を決める面間チルト量１分当たりの係数ｃ、面間シフト量１μｍ当たりの係数ｄとを求める。

実際には、透過波面収差測定装置１００で得られる透過波面収差は、レンズ２１のみではなく、補正レンズであるコリメータレンズ１３０や球面原器１４０の参照反射面１４０ａを含めたものである。コリメータレンズ１３０、レンズ２１及び球面原器１４０からなる光学系の設計に基づいて、レンズ２１における上記と同様の面間チルト量１分、面間シフト量１μｍ当たりの係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを求める。

透過波面収差から求めたゼルニケ係数Ｚ_６、Ｚ_７、Ｚ_１３、Ｚ_１４を、上記の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを用いた以下の式（１）から（４）の４連立方程式を解いてｔｉｌｔ_α、ｔｉｌｔ_β、ｓｈｉｆｔ_ｘ、ｓｈｉｆｔ_ｙを求める。

Ｚ_６＝ａ×ｔｉｌｔ_α＋ｂ×ｓｈｉｆｔ_ｘ （１）
Ｚ_７＝ａ×ｔｉｌｔ_β＋ｂ×ｓｈｉｆｔ_ｙ （２）
Ｚ_１３＝ｃ×ｔｉｌｔ_α＋ｄ×ｓｈｉｆｔ_ｘ （３）
Ｚ_１４＝ｃ×ｔｉｌｔ_β＋ｄ×ｓｈｉｆｔ_ｙ （４）
尚、ｘ軸、ｙ軸は、互いに直交し、且つ、レンズ２１の光学面若しくは外径を基準に定める基準軸ｚに垂直であり、ｔｉｌｔ_αはｙ軸周り、ｔｉｌｔ_βはｘ軸周りの面間チルト量（分）を示し、ｓｈｉｆｔ_ｘはｘ軸方向、ｓｈｉｆｔ_ｙはｙ軸方向への面間シフト量（μｍ）を示す。

上記の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄは、光学面の相対位置ずれ量に対する透過波面収差の発生量の比率を示し、この比率が大きい程、より小さい面間チルト量、面間シフト量で、より大きな透過波面収差を生じる。この比率が大きいことは、面間チルト量、面間シフト量の測定感度が高いことを意味し、干渉縞の解析により得られる透過波面収差に基づいて、より小さい面間チルト量、面間シフト量が得られ、より高精度に金型１の相対位置を調整することができる。

従って、レンズ２１は、レンズ２２と比較して、対向する光学面の相対位置ずれ量に対する透過波面収差の発生量の比率が大きいものが好ましい。これにより、レンズ２２と比較して小さい面間チルト量、面間シフト量が容易に得られ、これに基づいて、レンズ２２では容易に達成できないより高精度に金型１の相対位置を容易に調整することができる。このような、測定感度の異なるレンズ２１、レンズ２２の例を以下に示す。

レンズ２１は、両面非球面レンズであって、上記の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄが、それぞれａ＝−１３３ｍλ／分、ｃ＝−１７ｍλ／分、ｂ＝８５ｍλ／μｍ、ｄ＝−１７ｍλ／μｍである。レンズ２２は、両面非球面レンズであって、上記の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄが、それぞれａ＝５ｍλ／分、ｃ＝０、ｂ＝１４ｍλ／μｍ、ｄ＝０である。レンズ２１の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄは、レンズ２２のそれぞれの係数より絶対値が大きい。調整のための光学素子として、レンズ２１を採用することにより、金型１の相対位置をレンズ２２では容易に達成できない、より高精度に容易に調整することができ、その結果、レンズ２２をより高精度に製造することができる。

上記の平行偏芯量及び傾き偏芯量を求める例は、平行偏芯量及び傾き偏芯量の両方を求めるものであるが、これに限定される必要はなく、必要に応じて適宜求める偏芯量を定め、それにより、レンズ２１を適宜決めれば良い。例えば、求める偏芯量は、平行偏芯量又は傾き偏芯量の何れか、また、平行偏芯量であってもｘ軸方向の平行偏芯量のみ、傾き偏芯量であればｙ軸周りの傾き偏芯のみ等としても良い。

尚、調整のための光学素子であるレンズ２１は、金型１との相対位置関係が分かるような目印を設けることが好ましい。例えば、レンズ２１の光学有効面以外の外周部（例えば、フランジ部）の一箇所に切り欠き部又は突起部を設ける等である。これによりレンズ２１の透過波面収差から求めた面間シフト量（平行偏芯量）や面間チルト量（傾き偏芯量）から、金型１の調整すべき方向が容易に分かる。

レンズ２１は、金型１の相対位置調整を目的とするものであるから、透過波面収差の測定に問題となるような影響を及ぼさない範囲内であれば良く、目印を設ける位置、形状等の自由度は高く、容易に設けることができる。

一般的にレンズは、光軸に対して回転対称であるものが多く、光軸に対して回転対称である場合、光軸に対して第１光学面と第２光学面とが互いに回転することにより生じる透過波面収差は、理論的にはゼロである。このため、調整のための光学素子であるレンズ２１を光軸に対して回転対称なものを用いた場合、図１における金型１において、Ｚ軸周りの相対位置ずれは調整できない。

上記に対応するため、レンズ２１は、対向する第１光学面及び第２光学面が光軸に対し回転対称でない形状、例えば、対向する第１光学面、第２光学面が何れもアナモルフィック面の一つであるトロイダル面とすればよい。これにより、レンズ２１は、対向する第１光学面と第２光学面との平行偏芯に加えて、光軸に対して相対的に回転する傾き偏芯により透過波面収差を生じるものであり、この透過波面収差に基づいて、金型１のＺ軸周りの相対位置のずれを精度良く調整することができるようになる。

下型１Ａ及び上型１Ｂの材質は、高温でガラスと反応しにくいこと、酸化しにくいこと、良好な鏡面が得られること等、種々の性質が求められる。これらの性質を有する材質として、例えば、炭化タングステンを主成分とする超硬合金、炭化物や窒化物等の各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等）、カーボン、あるいはこれらの複合材料等が挙げられる。また、これらの材質の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの薄膜を形成したものを用いることも好ましい。上型１Ｂと下型１Ａとは、同じ材質を用いてもよいし、異なる材質を用いてもよい。

また、下型１Ａにおける第１成形面１０ａ、１１ａ、及び、上型１Ｂにおける第２成形面１０ｂ、１１ｂは、それぞれ１つの部材に形成されたものが相対位置精度の点からより好ましいが、例えば、成形面毎の複数の部材から構成するものであっても良い。

（光学素子の製造方法）
図５は、本発明に係る光学素子の製造方法を用いてレンズ２２を製造する例を示すフローチャートであり、図６は、図５中、金型１を調整する工程（図５に示すステップＳ１）の内容を示すフローチャートである。以下、図１から図６を適宜用いて、金型１を用い、再加熱法よるレンズ２２の製造について説明する。

レンズ２２を製造する当初、レンズ２２を成形する金型１の下型１Ａと上型１Ｂとの相対位置を、レンズ２２と同時に成形することができるレンズ２１を用いて調整する（図５、ステップＳ１）。

以下、図６のフローを用いて、図５に示すステップＳ１をより詳しく説明する。

図６において、先ず、図２（ａ）に示すように、上型１Ｂを下型１Ａの上方に退避させた状態で、下型１Ａの第１成形面１０ａ、１１ａの上にガラス素材２０を配置する（ステップＳ１０）。ガラス素材２０の形状は、製造するレンズ２１、レンズ２２の形状等に応じて適宜選択すれば良い。例えば、球状、半球状、平面などを用いることができる。

使用するガラス素材２０の材質は特に制限はなく、公知のガラスを用途に応じて選択して用いることができる。例えば、ホウケイ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸ガラス、ランタン系ガラス等の光学ガラスが挙げられる。第１成形面１０ａ、１１ａの上にそれぞれ配置するガラス素材２０は形状、材質とも成形条件から同じあることが好ましいが、必ずしも同じである必要はない。

この時、金型１の温度（Ｔ）は、加圧成形時の温度（Ｔ２）よりも低い所定温度（Ｔ１）に保たれている。金型１の温度が低すぎると加熱と冷却のために長い時間が必要となり生産効率が悪くなる場合がある。通常は、室温（２５℃）程度〜ガラス素材２０のガラス転移点温度（Ｔｇ）程度以下の温度を適宜設定すればよい。

次に、図示していない加熱装置によって、金型１及びガラス素材２０を加圧成形時の温度（Ｔ２）まで加熱する（ステップＳ１１）。

加圧成形時の温度（Ｔ２）は、加圧成形によってガラス素材２０に良好な転写面を形成できる温度を適宜選択すればよい。一般的には、下型１Ａや上型１Ｂの温度が低すぎるとガラス素材２０に良好な転写面を形成することが困難になってくる。逆に、必要以上に温度を高くしすぎると、ガラス素材２０と金型１との融着が発生したり、金型１の寿命が短くなったりするおそれがある。

実際には、ガラスの種類や、形状、大きさ、金型１の材質、保護膜の種類、ガラス素材２０の形状、大きさ、ヒーターや温度センサーの位置等種々の条件によって適正な温度が異なるため、実験的に適正な温度を求めておくことが好ましい。

尚、加熱装置に特に制限はなく公知の加熱装置を用いることができる。例えば、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置、カートリッジヒーター等が挙げられる。また、加熱による酸化等によって金型１の各部材が劣化することを防止するため、金型１の全体を密閉した上で窒素ガスやアルゴンガスを導入し、非酸化性の雰囲気中で加熱することも好ましい。真空雰囲気中で加熱してもよい。

次に、図示しない駆動手段によって上型１Ｂを下降させて、図２（ｂ）に示すように、ガラス素材２０を加圧する（ステップＳ１２）。これによってガラス素材２０に上型１Ｂの第２成形面１０ｂ、１１ｂと下型１Ａの第１成形面１０ａ、１１ａが転写され、対向する２つの光学面を有する２種類のレンズ２１、２２が同時に形成される。加圧力は、ガラス素材２０のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、加圧力を時間的に変化させてもよい。

駆動手段にも制限はなく、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等の公知の加圧手段を適宜選択して用いることができる。

その後、金型１及びガラス素材２０を初期温度（Ｔ１）まで冷却する（ステップＳ１３）。冷却の途中、ガラス素材２０への加圧を解除しても転写面の形状が崩れない温度になった時点で上型１Ｂをガラス素材２０から離間させて加圧を解除する。加圧を解除する時の温度は、ガラスの種類、ガラス素材２０の大きさや形状、必要な精度等によるが、通常はガラスのＴｇ近傍の温度まで冷却されていればよい。

金型１が初期温度（Ｔ１）まで冷却されたら、上型１Ｂを上方に退避させて作製されたレンズ２１、２２を回収する（ステップＳ１４）。レンズ２１、２２の回収は、例えば、真空吸着を利用した公知の離型装置等を用いて行うことができる。

回収したレンズ２１、２２のうち調整するための光学素子であるレンズ２１の透過波面収差を図４に示す透過波面収差測定装置１００を用いて測定する。得られた測定値に基づいて、レンズ２１の第１光学面と第２光学面との相対位置ずれ量、すなわち、第１成形面１０ａが形成されている下型１Ａと第２成形面１０ｂが形成されている上型１Ｂとの相対位置ずれ量を求め（測定工程：ステップＳ１５）、その相対位置ずれ量が許容誤差範囲であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。

判定の結果、許容誤差範囲内でない場合、レンズ２１の透過波面収差の測定値から得られる相対位置ずれ量に基づいて、その相対位置ずれ量が所望の誤差範囲内に収まるように下型１Ａと上型１Ｂとの相対位置を調整する（相対位置調整工程：ステップＳ１７）。

下型１Ａと上型１Ｂとの相対位置を調整することにより、第１成形面１０ａ、第２成形面１０ｂの周囲に配置されている第１成形面１１ａ、第２成形面１１ｂの相対位置も同時に調整される。

上記のステップＳ１０からステップＳ１４の成形工程（第１の成形工程）、ステップＳ１５の測定工程及びステップＳ１７の相対位置調整工程を、金型１の相対位置ずれ量が所望の許容誤差範囲内と判定されるまで繰り返す。

上型１Ｂと下型１Ａとの相対位置が調整され、金型１の相対位置ずれ量が許容誤差範囲内となった後は、図５に示すステップＳ２からステップＳ６の成形工程（第２の成形工程）を適宜繰り返すことによりレンズ２２を良好に量産することができる。ステップＳ２からステップＳ６の成形工程は、上記で説明したステップＳ１０からステップＳ１４の成形工程と同様であるため説明を省略する。尚、図６では、レンズ２１と共にレンズ２２も成形しているが、必ずしもレンズ２２を成形する必要はない。

レンズ２２の製造工程は、説明したステップＳ１からステップＳ６の工程以外の工程を含んでいてもよい。例えば、レンズ２１、２２を回収した後に金型１をクリーニングする工程等を設けてもよく、また、ステップＳ７；ＹｅｓからステップＳ２に戻る間に、時折、金型１の相対位置を確認するため、金型１の調整工程（ステップＳ１）を設けてもよい。図５に示した製造工程では、レンズ２１をレンズ２２と共に製造しているが、金型１の相対位置調整の後は、レンズ２１は成形しなくてもよい。

本発明に係る光学素子の製造方法は、上記で説明した再加熱法による光学素子の製造方法のみに使用が限定されるものではない。本発明に係る光学素子の製造方法は、予め上下の成形型を所定温度に加熱しておき、下型の表面に溶融したガラス素材を滴下し、滴下されたガラス素材が未だ変形可能な温度にある間に上下の成形型にて加圧成形する液滴法や、プラスチック素材を用いた射出成形法等にも利用できる。

１ 金型
１Ａ 下型
１Ｂ 上型
１０ａ、１１ａ 第１成形面
１０ｂ、１１ｂ 第２成形面
２０ ガラス素材
２１ レンズ（第２の光学素子）
２２ レンズ（第１の光学素子）
１００ 透過波面収差測定装置
１１０ フィゾー干渉計
１２０ 平面板
１２０ａ 参照平面
１３０ コリメータレンズ
１４０ 球面原器
１４０ａ 参照反射面

Claims (6)

1. 対向する光学面を備えた光学素子を成形する成形面を有する一対の成形金型を用い、前記光学素子を成形する光学素子の製造方法において、
   前記成形金型は、該成形金型を用いて製造する第１の光学素子を成形する成形面と、該第１の光学素子を成形する成形面とは別の、一対の前記成形金型の相対位置を調整するために使用する第２の光学素子を成形する成形面と、を備え、
   前記成形金型を用いて、前記第２の光学素子を成形する第１の成形工程と、
   前記第１の成形工程で成形された前記第２の光学素子の透過波面収差に基づいて、前記第２の光学素子の対向する光学面の相対位置ずれ量を求める測定工程と、
   前記測定工程により求めた前記相対位置ずれ量に基づいて、一対の前記成形金型の相対位置を調整する相対位置調整工程と、
   前記相対位置調整工程により相対位置を調整された前記成形金型を用いて前記第１の光学素子を成形する第２の成形工程と、
   を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子のそれぞれに平面波又は球面波が入射した際のそれぞれの透過波面が、前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子それぞれの設計上の透過波面に最も近い球面からのずれ量において、前記第２の光学素子が前記第１の光学素子より小さい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. 前記第２の光学素子は、対向する光学面の相対位置ずれ量に対する透過波面収差の発生量の比率が、前記第１の光学素子と比較して大きい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。
4. 前記第２の光学素子の透過波面収差は、対向する光学面の平行偏芯、傾き偏芯の少なくとも何れかにより生じる収差を含むことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記第２の光学素子の透過波面収差は、前記第２の光学素子の光軸を軸とし、対向する光学面の相対的な回転により生じる収差を含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の光学素子の製造方法。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の光学素子の製造方法で使用される前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子の成形面を有することを特徴とする光学素子成形金型。