WO2015186502A1 - 鏡筒付き光学素子及びその製造方法 - Google Patents

鏡筒付き光学素子及びその製造方法 Download PDF

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WO2015186502A1
WO2015186502A1 PCT/JP2015/064269 JP2015064269W WO2015186502A1 WO 2015186502 A1 WO2015186502 A1 WO 2015186502A1 JP 2015064269 W JP2015064269 W JP 2015064269W WO 2015186502 A1 WO2015186502 A1 WO 2015186502A1
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WO
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optical element
lens barrel
glass material
manufacturing
optical
Prior art date
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PCT/JP2015/064269
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English (en)
French (fr)
Inventor
博史 亀田
裕徳 難波
Original Assignee
アルプス電気株式会社
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    • 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
    • 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
    • C03B11/06—Construction of plunger or mould
    • C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses

Definitions

  • the present invention relates to an optical element with a lens barrel and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an optical element with a lens barrel having a concave optical function surface of the optical element and a method of manufacturing the same.
  • Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a meniscus lens which is an optical element having a concave optical functional surface.
  • FIG. 14 shows a method of manufacturing the conventional optical element described in Patent Document 1. As shown in FIG.
  • the lens is molded using the mold 105.
  • the forming die 105 has a cylindrical barrel 140 and an upper die 141 and a lower die 142 inserted into the barrel 140.
  • a convex surface 141 a is formed on the upper mold 141
  • a concave surface 142 a is formed on the lower mold 142.
  • an auxiliary tool 146 having an inclined surface is provided on the lower mold 142.
  • the glass material 143 is placed on the concave surface 142a of the lower mold 142, and is heated to a predetermined temperature by a heater (not shown) to be softened.
  • the upper die 141 is lowered to press the glass material 143, thereby transferring the convex surface 141a to the glass material 143 to form the optically functional surface 125.
  • the center portion of the glass material 143 is deformed so as to be pushed out to the outer peripheral side, and the edge portion 127 is formed.
  • FIG. 14B by providing the assisting tool 146 around the glass material 143, pressure can be more reliably transmitted from the inclined surface of the assisting tool 146 to the convex surface 41a. As a result, the transferability at the edge portion 127 of the optical function surface 125 is further improved.
  • the glass material 143 is cooled, and a meniscus lens 110 having a concave first optical function surface 125 and a convex second optical function surface 126 as shown in FIG. 14C is obtained.
  • the peripheral portion 127 is formed by extruding the central portion of the glass material 143 as schematically shown by the arrow in FIG. Therefore, when the optically functional surface 125 is greatly recessed, the peripheral portion 127 must be formed by deforming the central portion of the glass material 143 so as to push up above the height of the original glass material 143, It is necessary to apply a larger load to the glass material 143.
  • the stress distribution of the glass material 143 is increased during molding, and a variation occurs between a portion where stress is large and a portion where stress is small. There is a problem that it is difficult to accurately form.
  • the time required for molding in the manufacturing process becomes long, and the residual stress after molding becomes large, and a process and time are required to remove the residual stress. There is a problem of increasing.
  • the optical function surface 125 has a deep concave shape
  • the thickness of the peripheral portion 127 surrounding the optical function surface 125 is reduced, and the strength is easily reduced. Therefore, there is a possibility that a crack or a chipping of the peripheral edge portion 127 may occur, which causes a problem that handling is difficult when the optical element is incorporated into an apparatus.
  • the present invention solves the above-mentioned problems and secures the strength of the optical element and at the same time suppresses the load applied to the glass material at the time of molding of the optical element small, and precisely forms the concave optical function surface and the peripheral portion. It is an object of the present invention to provide an optical element with a lens barrel that can be used and a method of manufacturing the same.
  • the present invention is a method of manufacturing an optical element with a lens barrel having an optical element having a concave optical functional surface, and a lens barrel that holds the optical element, (A) placing a glass material on a projecting portion provided on the inner peripheral surface of the lens barrel; (B) While providing a space on the lower surface side of the glass material, a load is applied to the upper surface of the glass material by an upper mold having a forming convex portion to form the concave optical functional surface, and the optical function And a step of bringing a peripheral edge surrounding the surface into close contact with the inner peripheral surface of the lens barrel and the projecting portion.
  • the present invention is an optical element with a lens barrel having an optical element and a lens barrel that holds the optical element, wherein the optical element has a concave optical functional surface, and a peripheral portion surrounding the optical functional surface. And a protruding portion is provided on the inner peripheral surface of the lens barrel, and the peripheral portion of the optical element is in close contact with the inner peripheral surface of the lens barrel and the protruding portion.
  • a load is applied with the space provided on the lower surface side of the glass material, and the glass material is deformed while flowing into the space, so the glass material is deformed with a smaller load to form a concave optical function surface Can be formed.
  • the peripheral portion surrounding the concave optical function surface is formed by bringing the glass material located on the projecting portion into close contact with the inner peripheral surface of the lens barrel. Therefore, the deformation amount of the glass material is small as compared with the method of forming the peripheral portion by pushing the central portion of the glass material upward by applying a large load as shown in the manufacturing method of the optical element of the conventional example. And the peripheral portion can be formed. Therefore, the load applied to the glass material at the time of molding can be suppressed small.
  • the lens barrel for holding the optical element is provided and the peripheral portion is in close contact with the inner peripheral surface of the lens barrel, the concave optical function surface is largely recessed to form an optical element with a short focal length. Even in this case, the strength of the peripheral portion can be secured.
  • the optical element with a lens barrel of the present invention and the method of manufacturing the same, the strength of the optical element is secured, and the load applied to the glass material at the time of molding of the optical element is suppressed small. And the peripheral portion can be formed with high accuracy.
  • a forming / introducing portion for facilitating the deformation of the glass material is formed in the projecting portion. According to this, when a load is applied to the glass material in the step (b), the glass material is easily deformed along the forming introduction portion, and the optical function surface and the peripheral portion are formed with a smaller load. Is possible.
  • the projection has a mounting surface on which the glass material is mounted, and an inclined surface continuously formed with the mounting surface. It is preferable that the said shaping
  • the projection may be provided with a mounting surface on which the glass material is mounted when the optical element is molded, and an inclined surface continuous with the mounting surface. preferable. According to this, since the glass material flows into the space along the inclined surface and is easily deformed to the lower surface side of the glass material, the optically functional surface and the peripheral portion can be formed with a smaller load.
  • the peripheral portion is preferably formed to have a height substantially equal to the upper surface of the lens barrel. Further, in the optical element with a lens barrel of the present invention, it is preferable that the peripheral edge portion is formed to have a height substantially equal to the upper surface of the lens barrel. According to this, since the entire peripheral portion is in close contact with the lens barrel, the strength of the peripheral portion can be improved.
  • the glass material is flat, and the upper surface of the glass material is positioned at substantially the same height as the upper surface of the lens barrel when the glass material is placed on the protrusion in the step (a). Is preferred. According to this, when molding the peripheral portion, it is not necessary to deform so as to push up the glass material, and the amount of deformation of the glass material can be reliably reduced, so the load applied to the glass material can be suppressed small. .
  • the lens barrel has a through hole penetrating from the upper surface to the lower surface, and in the step (b), the lens barrel is placed on the lower mold, and the space is the glass material and the lower mold Preferably, it is formed between According to this, it is possible to transcribe and mold the shape of the lower forming mold on the surface opposite to the optical functional surface of the optical element.
  • a fitting convex portion is formed in the lower mold, and the protrusion of the lens barrel and the fitting convex portion are fitted and the lens barrel is placed on the lower mold . According to this, it is easy to adjust the volume of the space provided on the lower surface side of the glass material by the fitting convex portion, and the optical function surface and the peripheral portion can be formed with high accuracy.
  • the optical function surface is preferably a lens. According to this, it is possible to manufacture a lens element having an optical functional surface with good accuracy.
  • the lens barrel has a bottom, and in the step (b), the space is formed between the glass material and the bottom. According to this, since the lens barrel has the bottom portion, the optical element is reliably protected by the lens barrel, and cracking and breakage of the optical element can be prevented during handling.
  • the optical function surface is preferably a mirror. According to this, it is possible to manufacture a mirror element having a mirror surface with good accuracy.
  • the strength of the optical element is secured, and the load applied to the glass material at the time of molding of the optical element is suppressed small, and the concave optical function surface and peripheral edge It is possible to form the part precisely.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical element with a lens barrel of the first embodiment.
  • the optical element 10 with a lens barrel holds the optical element 21 and the optical element 21 and is configured to have, for example, a lens barrel 31 having a cylindrical shape.
  • the lens barrel 31 is formed with a through hole 36 penetrating from the upper surface to the lower surface, and the optical element 21 is held inside the through hole 36.
  • a protrusion 32 is provided on the inner peripheral surface 31 a of the lens barrel 31.
  • the projecting portion 32 has a mounting surface 32 a for mounting a glass material (not shown in FIG. 1) when the optical element 21 is press-formed, and an inclined surface 32 b continuously formed from the mounting surface 32 a. And are formed.
  • the optical element 21 is configured to have a concave optical function surface 25 and a peripheral portion 27 surrounding the optical function surface 25.
  • the optical function surface 25 is formed on the upper surface side of the optical element 21, and the lower surface of the optical element 21 is formed flat so as to be flush with the lower surface of the lens barrel 31.
  • the peripheral edge portion 27 is in close contact with the inner peripheral surface 31 a of the barrel 31 and the projecting portion 32, whereby the optical element 21 and the barrel 31 are integrally formed.
  • the upper surface of the peripheral portion 27 is formed at a height substantially equal to the upper surface of the barrel 31 or at a position slightly lower than the upper surface of the barrel 31.
  • the optical element 21 is press-formed inside the barrel 31 using a glass material (not shown in FIG. 1), and is integrally formed with the barrel 31.
  • the lens barrel 31 is formed using metal, and, for example, SUS430 or the like of a ferritic stainless steel is used. It is preferable to select a material having a thermal expansion coefficient slightly larger than that of the optical element 21 as a material used for the lens barrel 31, and the optical element 21 is a lens barrel 31 due to the thermal expansion coefficient difference between the lens barrel 31 and the optical element 21. It is held in.
  • the optical element 21 according to the present embodiment can be used, for example, as a lens element 22 capable of making convergent light incident from the lower surface side into parallel light by the optical function surface 25.
  • a lens element 22 capable of making convergent light incident from the lower surface side into parallel light by the optical function surface 25.
  • the lens barrel 31 for holding the optical element 21 is provided, and the peripheral edge portion 27 is in close contact with the inner peripheral surface 31 a of the lens barrel 31. Even when the surface 25 is largely recessed to form the optical element 21 with a short focal length, the strength of the peripheral portion 27 can be secured.
  • the protrusion 32 is provided on the inner peripheral surface 31 a of the lens barrel 31, the variation in the thickness between the central portion of the optical element 21 and the peripheral edge 27 can be reduced. It is possible to form the optically functional surface 25 with high accuracy by suppressing variation in stress distribution at the time.
  • the load applied to the glass material can be suppressed to a small amount by the method of manufacturing the optical element 10 with lens barrel described below. It is possible to form the functional surface 25 and the peripheral portion 27 with high accuracy.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical element with a lens barrel, showing a modified example of the first embodiment.
  • the lower surface of the optical element 21 is formed flat, but is not limited thereto.
  • a convex optical function surface 26 is formed on the lower surface side of the optical element 21 in the modified example. According to this modification, when the optical element 21 is used as the lens element 22, the focal length can be adjusted by changing the curvature of the convex optical function surface 26.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the optical element with a lens barrel of the present embodiment.
  • 4 is a cross-sectional view showing the process following FIG. 3
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the process following FIG. 4
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the process following FIG. is there.
  • a molding apparatus having an upper mold 41 and a lower mold 42 is prepared.
  • the upper molding die 41 has a base portion 41 b and a molding convex portion 41 a provided on the base portion 41 b for forming the optical functional surface 25, and the lower molding die 42 has a lens barrel 31.
  • Have a flat surface on which to place the The upper molding die 41 and the lower molding die 42 are provided so as to be movable up and down in the inside of a barrel (not shown).
  • the lens barrel 31 is placed on the lower mold 42. At that time, the lens barrel 31 is positioned and fixed by a barrel type or a nest (shown in a simplified manner).
  • the lens barrel 31 is formed with a through hole 36 penetrating from the upper surface to the lower surface, and a protrusion 32 is formed on the inner peripheral surface 31 a of the lens barrel 31.
  • the protrusion 32 has a mounting surface 32 a for mounting the glass material 43 and an inclined surface 32 b formed continuously with the mounting surface 32 a.
  • the mounting surface 32 a corresponding to the upper surface of the projection 32 is located between the upper surface 31 b of the lens barrel 31 and the lower surface of the projection 32, and the lower surface of the projection 32 is flush with the lower surface of the lens barrel 31.
  • the projection 32 abuts on the lower mold 42.
  • the glass material 43 is supplied to the inside of the lens barrel 31 and placed on the protrusion 32.
  • the glass material 43 has a flat plate shape having an upper surface 43a and a lower surface 43b facing each other, and the cylindrical shape of the glass material 43 is preferably used if the barrel 31 has a cylindrical shape.
  • the upper surface 43 a and the lower surface 43 b of the glass material 43 are formed substantially flat, and the periphery of the lower surface 43 b is in contact with the mounting surface 32 a of the protrusion 32.
  • the lens barrel 31 and the glass material 43 are heated by a heater (not shown) disposed outside the lens barrel 31, and the glass material 43 has a softening point or higher, and in the present embodiment, glass. It is heated to a temperature above the transition point.
  • the upper molding die 41 is lowered, and a load is applied to the upper surface 43a of the glass material 43 by the molding convex portion 41a.
  • the lower surface 43 b of the glass material 43 flows along the inclined surface 32 b of the protrusion 32 and is deformed so as to be convex downward in the space 45.
  • the glass material A load is applied to the top surface 43 a of 43.
  • the lower surface 43 b of the glass material 43 is easily deformed so as to bend downward in the space 45. Therefore, as compared with the case where a load is applied to the glass material 143 in a state where the glass material 143 is in contact with the lower mold 142 as in the method of manufacturing the optical element 110 of the conventional example shown in FIG. It is possible to deform the material 43.
  • the inclined surface 32b is formed in the projecting portion 32 as a molding introduction portion for facilitating the deformation of the glass material 43, as shown in FIG. 4, the glass material 43 is deformed along the inclined surface 32b. It becomes easy to make the optical element 21 by deforming the glass material 43 with a smaller load.
  • the upper mold 41 is further lowered to apply a load to the glass material 43.
  • the shape of the forming convex portion 41 a is transferred to the glass material 43 to form the concave optical function surface 25, and the peripheral portion 27 surrounding the optical function surface 25 is in close contact with the inner peripheral surface 31 a of the barrel 31. be able to.
  • the upper surface 43 a of the glass material 43 is formed flat by the base 41 b of the outer periphery of the forming convex portion 41 a, and the peripheral edge 27 is formed at substantially the same height as the upper surface 31 b of the lens barrel 31.
  • the glass material 43 is deformed so as to fill the space 45 shown in FIG. 4 and is formed in close contact with the lower mold 42 and the protrusion 32.
  • the lens barrel 31 and the optical element 21 are cooled, and the upper mold 41 is moved upward to release the lens barrel 31 and the optical element 21. Thereby, the optical element 10 with a lens barrel is obtained.
  • the space between the glass material 43 and the lower mold 42 is on the opposite side of the surface to which the load is applied.
  • a load is applied to the glass material 43.
  • the glass material 43 is deformed while flowing into the space 45. Therefore, as compared with the case where a load is applied to the glass material 143 in a state where the glass material 143 is in contact with the lower mold 142 as in the manufacturing method of the optical element 110 of the conventional example shown in FIG.
  • the glass material 43 can be deformed to form the optically functional surface 25. Therefore, according to the method of manufacturing the optical element 10 with a lens barrel of the present embodiment, it is easy to form the optical function surface 25 with high accuracy.
  • the glass raw material 43 is shape
  • the peripheral edge portion 27 surrounding the concave optical function surface 25 is formed by deforming the glass material 43 located on the projecting portion 32 to the outside slightly and in close contact with the inner peripheral surface 31 a of the lens barrel 31. Ru. Therefore, as shown in the manufacturing method of the optical element 110 according to the conventional example, a load is applied to the central portion of the glass material 143 and the glass material 143 is deformed to push upward on the peripheral side, and is higher than the height of the glass material 143 before forming.
  • the deformation amount of the glass material 43 when forming the peripheral edge portion 27 can be reduced. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the load applied to the glass material 43 at the time of molding can be suppressed small to form the peripheral portion 27, and the peripheral portion 27 can be formed with high accuracy.
  • the lens barrel 31 for holding the optical element 21 is provided, and the peripheral edge portion 27 is in close contact with the inner peripheral surface 31 a of the lens barrel 31. Even if the optical element 21 has a short focal length, the strength of the peripheral portion 27 can be secured.
  • the strength of the optical element 21 can be secured, and the load applied to the glass material 43 can be suppressed small. It is possible to form the functional surface 25 and the peripheral portion 27 with high accuracy.
  • molding requires can be shortened.
  • molding can also be reduced, the process for removing residual stress, such as annealing, etc. can also be performed in a short time. Therefore, according to the method of manufacturing the optical element 10 with a lens barrel of the present embodiment, it is possible to shorten the time required for manufacturing and to reduce the manufacturing cost.
  • the upper surface 43 a of the glass material 43 is positioned at substantially the same height as the upper surface 31 b of the lens barrel 31.
  • the peripheral edge portion 27 is formed to have a height substantially equal to the upper surface 31 b of the lens barrel 31.
  • the entire peripheral edge portion 27 can be brought into close contact with the inner peripheral surface 31 a of the lens barrel 31, and the strength of the peripheral edge portion 27 can be secured.
  • the deformation amount of the glass material 43 at the time of molding the peripheral portion 27 can be reduced, the load applied to the glass material 43 can be reliably suppressed, and the peripheral portion 27 can be formed with high accuracy.
  • the upper surface 43 a of the glass material 43 is positioned at the same height as the upper surface 31 b of the lens barrel 31, but is not limited thereto.
  • the glass material 43 may be placed so that the upper surface 43a of the glass material 43 is lower than the upper surface 31b of the barrel 31 by about 0.1 mm to 1 mm. Even in this case, the amount of deformation of the glass material 43 at the time of forming the peripheral portion 27 can be sufficiently reduced, so that the load applied to the glass material 43 can be suppressed.
  • the protruding portion 32 be formed continuously around the inner peripheral surface 31 a of the lens barrel 31. In this way, the variation in stress distribution generated in the glass material 43 during molding can be suppressed to a low level.
  • the present invention is not limited to this.
  • the projecting portion 32 may be formed on a part of the inner circumferential surface 31 a.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modification of the method of manufacturing the optical element with a lens barrel.
  • FIG. 7 shows the same step as the step shown in FIG.
  • the manufacturing method of the optical element 11 with a lens barrel shown in FIG. 7 is different in that a fitting convex portion 42 a is formed in the lower molding die 42.
  • the protrusion 32 of the lens barrel 31 and the fitting projection 42 a are fitted, and the lens barrel 31 is positioned and fixed.
  • the height of the fitting projection 42a is lower than the height of the projection 32, and when the glass material 43 is placed on the projection 32, as shown in FIG. A space 45 is formed between it and 42a.
  • the fitting convex portion 42a is formed flat, but as shown in FIG. 2, for example, as shown in FIG. 2, the fitting convex portion 42 a is provided with a convex or concave surface and is transferred to the lower surface 43 b of the glass material 43.
  • An optical element 21 having two optically functional surfaces 25 and 26 can be formed.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a lens-barrel mounted optical element according to the second embodiment.
  • the optical element 12 with a lens barrel of this embodiment has a metal layer 28 formed on the optical function surface 25 and has a function as a mirror element 23 that reflects light incident from above.
  • the metal layer 28 is formed into a thin film using a metal material such as silver or aluminum or a dielectric material.
  • the lens barrel 31 has a bottom 34, and a recess 37 is formed in the lens barrel 31.
  • the protrusion 32 and the bottom 34 are continuously and integrally formed.
  • the optical element 21 is in close contact with the inner circumferential surface 31 a of the barrel 31, the protrusion 32, and the bottom 34 and is integrally formed.
  • the optical element 12 with a lens barrel of this embodiment can also be manufactured by the same process as the process shown in FIGS. 3 to 6. Similar to the process shown in FIG. 3, when the glass material 43 is placed on the mounting surface 32 a of the protrusion 32, a space 45 is formed between the glass material 43 and the bottom 34 of the barrel 31. Then, as in the steps of FIGS. 4 and 5, a load is applied to the glass material 43 by the upper molding die 41 having the molding convex portion 41a, and the optical function surface 25 and the peripheral portion 27 are molded. At this time, the glass material 43 is deformed so as to fill the step between the bottom portion 34 and the protruding portion 32, and the optical element 21 is formed in the concave portion 37 of the barrel 31.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an optical element with a lens barrel, showing a modification of the second embodiment.
  • the inclined surface 32 b of the projecting portion 32 is formed in a gently curved shape connecting the mounting surface 32 a and the bottom portion 34.
  • the glass material 43 can be easily deformed along the inclined surface 32b, and the load can be suppressed to a small amount.
  • no sharp step is formed between the bottom portion 34 and the protruding portion 32, it is easy to closely mold the glass material 43 from the protruding portion 32 to the bottom portion 34.
  • FIG. 10 is a simulation result showing stress distribution in the manufacturing process of the optical element with a lens barrel of the example.
  • 11 to 13 are simulation results showing stress distribution in the manufacturing process of the optical element with a lens barrel of the first to third comparative examples.
  • the optical element with a lens barrel of this example shown in FIG. 10 has the same configuration as the optical element 10 with a lens barrel shown in FIG. 1, and FIG. 10 (a) shows the glass material 43 and the lens barrel in the process of FIG. The simulation result of the stress distribution which generate
  • the optical element with a lens barrel of the first comparative example shown in FIGS. 11A and 11B differs in that a protrusion is not provided on the inner peripheral surface of the lens barrel 231.
  • FIG. The optical element with a lens barrel of the second comparative example shown in each of FIGS. 12A and 12B is not provided with a protrusion, and is compared with the optical element with a lens barrel of the embodiment and the optical element with a lens barrel of the first comparative example. And a thin glass material 343 is used.
  • the optical element with a lens barrel of the third comparative example shown in each of FIGS. 13A and 13B differs in that the lens barrel 431 has a bottom portion 434, and the thin glass material 443 is similar to the second comparative example. Is used.
  • FIGS. 11 (a) through 11 (c) respectively show stress distributions in the same steps as in FIGS. 10 (a) through 10 (c). The same applies to FIGS. 12 and 13.
  • the glass material 43 is placed on the protrusion 32, and the space 45 is provided between the glass material 43 and the lower mold 42, on the upper surface 43a of the glass material 43.
  • a load is applied from the upper mold 41.
  • the stress generated in the glass material 43 is suppressed to a low level, and the concentration of stress is also slightly generated in the portion shown by the arrow A. Variation is also small.
  • the residual stress in the glass material 43 after the completion of the molding is also suppressed to a small value, and the distribution of the residual stress hardly occurs.
  • the glass material 243 is placed directly on the lower molding die 242.
  • the upper surface 243 a of the glass material 243 is positioned lower than the upper surface of the barrel 231 by the height of the protrusion 32.
  • FIG. 11B when a load is applied from the upper molding die 241 to the upper surface of the glass material 243, a portion (arrow B) sandwiched between the tip of the molding convex portion 241a and the lower molding die 242. Large stress concentration occurs. Then, at the periphery of the glass material 243, the stress is smaller than that at the location indicated by the arrow B, and the stress distribution is large.
  • a load is applied to the glass material 243 to deform the central part of the glass material 243 to the peripheral side, and the peripheral part 227 is formed to be pushed up to a position higher than the height of the original glass material 243.
  • the formability of the peripheral portion 227 is deteriorated, and it is necessary to apply a large load to the glass material 243 to deform it.
  • FIG. 11C also in the optical element 221 after molding, a large residual stress is generated in the central portion.
  • the optical element with a lens barrel of the embodiment can suppress the load applied to the glass material 43 at the time of molding of the optical element 21 to a small value, and can suppress the stress generated in the glass material 43 and the stress distribution. Indicated. Therefore, the concave optical function surface 25 and the peripheral portion 27 can be formed with high accuracy, and the time required for each manufacturing process can be shortened to reduce the manufacturing cost.

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Abstract

【課題】本発明は、光学素子の強度を確保するとともに、光学素子の成形時においてガラス素材に加えられる荷重を小さく抑制して、凹状の光学機能面及び周縁部を精度良く形成することが可能な鏡筒付き光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明は、光学素子２１と、光学素子２１を保持する鏡筒３１とを有する鏡筒付き光学素子１０であって、光学素子２１は、凹状の光学機能面２５と、光学機能面２５を囲む周縁部２７とを有し、鏡筒３１の内周面３１ａには突出部３２が設けられており、光学素子２１の周縁部２７は、鏡筒３１の内周面３１ａ及び突出部３２に密着していることを特徴とする。

Description

鏡筒付き光学素子及びその製造方法
　本発明は、鏡筒付き光学素子及びその製造方法に関し、特に、光学素子の光学機能面が凹状に形成された鏡筒付き光学素子及びその製造方法に関する。
　光通信機器、光測定機器、プロジェクタ、光ピックアップ等の各種光学機器において、凹状の光学機能面を有する光学素子が用いられている。下記特許文献１には、凹状の光学機能面を有する光学素子であるメニスカスレンズの製造方法について開示されている。図１４は、特許文献１に記載されている従来例の光学素子の製造方法を示す。
　従来例の光学素子１１０の製造方法において、図１４（ａ）に示すように成形型１０５を用いてレンズの成形を行う。成形型１０５は、筒状の胴部１４０と、胴部１４０内に挿入される上型１４１及び下型１４２を有する。上型１４１には凸面１４１ａが形成されており、下型１４２には凹面１４２ａが形成されている。また、傾斜面を備えた補助具１４６が下型１４２の上に設けられている。図１４（ａ）の工程では、ガラス素材１４３を下型１４２の凹面１４２ａに載置し、図示しないヒータにより所定の温度に加熱して軟化させる。
　そして、図１４（ｂ）の工程では、上型１４１を下降させて、ガラス素材１４３を加圧することにより、ガラス素材１４３に凸面１４１ａを転写して光学機能面１２５を形成する。この際、ガラス素材１４３の中央部が外周側に押し出されるように変形して縁部１２７が形成される。図１４（ｂ）に示すように、ガラス素材１４３の周囲に補助具１４６を設けることにより、補助具１４６の傾斜面から凸面４１ａに対する圧力の伝達をより確実に行うことができる。その結果、光学機能面１２５の縁部１２７での転写性がより向上する。
　その後、ガラス素材１４３を冷却し、図１４（ｃ）に示すような、凹状の第１の光学機能面１２５と凸状の第２の光学機能面１２６とを有するメニスカスレンズ１１０が得られる。
特開２００８－３１００５３号公報
　光学素子を搭載する光学機器の小型化に伴い、光学素子の光学機能面からの焦点距離をより小さくすることが要求されている。そのため、凹状の光学機能面１２５の曲率を大きくし、光学機能面１２５をより深く凹んだ形状にする必要がある。
　しかしながら、従来例の光学素子１１０の製造方法では、図１４（ｂ）に矢印で模式的に示すように、ガラス素材１４３の中央部を押し出して周縁部１２７を形成している。そのため、光学機能面１２５が大きく凹んだ場合においては、ガラス素材１４３の中央部を、元のガラス素材１４３の高さよりも上方に押し上げるように変形させて周縁部１２７を形成しなければならず、ガラス素材１４３により大きい荷重を加える必要がある。
　したがって、従来例の光学素子１１０の製造方法においては、成形時にガラス素材１４３の応力分布が増大し応力が大きい箇所と応力が小さい箇所とのばらつきが発生するため、光学機能面１２５や周縁部１２７を精度良く形成することが困難であるという課題が発生する。また、成形時に大きな荷重を加えた場合には製造工程において成形に要する時間が長くなり、さらに、成形後の残留応力が大きくなりこれを取り除くための工程、時間が必要となるため、製造コストが増大するという課題が生じる。
　また、光学機能面１２５を深く凹んだ形状とした場合、光学機能面１２５を囲む周縁部１２７の厚さが薄くなり強度が低下し易くなる。よって、周縁部１２７のクラックや欠けが発生するおそれがあり、光学素子を機器に組み込む際等において取り扱いが困難であるという課題が生じる。
　本発明は、上記課題を解決して、光学素子の強度を確保するとともに、光学素子の成形時においてガラス素材に加えられる荷重を小さく抑制して、凹状の光学機能面及び周縁部を精度良く形成することが可能な鏡筒付き光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は、凹状の光学機能面を備える光学素子と、前記光学素子を保持する鏡筒とを有する鏡筒付き光学素子の製造方法であって、
　（ａ）前記鏡筒の内周面に設けられた突出部にガラス素材を載せる工程と、
　（ｂ）前記ガラス素材の下面側に空間を設けた状態で、成形凸部を有する上部成形型により前記ガラス素材の上面に荷重を加えて凹状の前記光学機能面を形成するとともに、前記光学機能面を囲む周縁部を前記鏡筒の前記内周面及び前記突出部に密着させる工程を有することを特徴とする。
　また、本発明は、光学素子と、前記光学素子を保持する鏡筒とを有する鏡筒付き光学素子であって、前記光学素子は、凹状の光学機能面と、前記光学機能面を囲む周縁部とを有し、前記鏡筒の内周面には突出部が設けられており、前記光学素子の前記周縁部は、前記鏡筒の前記内周面及び前記突出部に密着していることを特徴とする。
　これによれば、ガラス素材の下面側に空間を設けた状態で荷重が加えられ、ガラス素材は空間内に流動しながら変形するため、より小さい荷重でガラス素材を変形させて凹状の光学機能面を形成することができる。また、凹状の光学機能面を囲む周縁部は、突出部の上に位置するガラス素材を鏡筒の内周面に密着させることで形成される。よって、従来例の光学素子の製造方法に示すような、大きな荷重を加えてガラス素材の中央部を周縁側の上方に押し上げて周縁部を成形する方法に比べて、ガラス素材の変形量を少なくして周縁部を形成することができる。したがって、成形時にガラス素材に加えられる荷重を小さく
抑制することできる。
　また、光学素子を保持する鏡筒を設けて、周縁部を鏡筒の内周面に密着させているため、凹状の光学機能面を大きく凹ませて短焦点距離の光学素子とした場合であっても、周縁部の強度を確保できる。
　したがって、本発明の鏡筒付き光学素子及びその製造方法によれば、光学素子の強度を確保するとともに、光学素子の成形時においてガラス素材に加えられる荷重を小さく抑制して、凹状の光学機能面及び周縁部を精度良く形成することが可能である。
　本発明の鏡筒付き光学素子の製造方法によれば、前記ガラス素材の変形を容易にするための成形導入部が、前記突出部に形成されていることが好ましい。これによれば、（ｂ）の工程でガラス素材に荷重が加えられたときに、ガラス素材が成形導入部に沿って変形し易くなり、より小さい荷重で光学機能面及び周縁部を成形することが可能となる。
　本発明の鏡筒付き光学素子の製造方法によれば、前記突出部は、前記ガラス素材を載置する載置面と、前記載置面と連続して形成された傾斜面とを有し、前記成形導入部は前記傾斜面であることが好ましい。また、本発明の鏡筒付き光学素子は、前記突出部に、前記光学素子の成形時にガラス素材を載置する載置面と、前記載置面と連続する傾斜面が設けられていることが好ましい。これによれば、ガラス素材が傾斜面に沿って空間内に流入して、ガラス素材の下面側に変形し易くなるため、より小さい荷重で光学機能面及び周縁部を成形することができる。
　本発明の鏡筒付き光学素子の製造方法によれば、前記（ｂ）の工程において、前記周縁部は前記鏡筒の上面に対して略等しい高さに形成されることが好ましい。また、本発明の鏡筒付き光学素子において、前記周縁部は、前記鏡筒の上面に対して略等しい高さに形成されていることが好ましい。これによれば、周縁部全体が鏡筒に密着されるため、周縁部の強度を向上させることができる。
　前記ガラス素材は平板状であり、前記（ａ）の工程において、前記ガラス素材を前記突出部に載せたときに、前記ガラス素材の上面は前記鏡筒の上面と略等しい高さに位置することが好ましい。これによれば、周縁部を成形する際に、ガラス素材を押し上げるように変形させる必要がなく、ガラス素材の変形量を確実に小さくすることができるため、ガラス素材に加えられる荷重を小さく抑制できる。
　前記鏡筒は、上面から下面に貫通する貫通孔を有し、前記（ｂ）の工程において、前記鏡筒は下部成形型の上に載置され、前記空間は前記ガラス素材と前記下部成形型との間に形成されていることが好ましい。これによれば、光学素子の光学機能面の反対側の面に、前記下部形成型の形状を転写して成形することができる。
　前記下部成形型に嵌合凸部が形成されており、前記鏡筒の前記突出部と前記嵌合凸部とが嵌合して、前記鏡筒が下部成形型に載置されることが好ましい。これによれば、嵌合凸部によりガラス素材の下面側に設けられる空間の体積を調整することが容易であり、精度良く光学機能面及び周縁部を形成することができる。
　前記光学機能面はレンズであることが好ましい。これによれば、良好な精度の光学機能面を有するレンズ素子を製造することができる。
　前記鏡筒は底部を有し、前記（ｂ）の工程において、前記空間は前記ガラス素材と前記底部との間に形成されていることが好ましい。これによれば、鏡筒が底部を有しているため、光学素子が鏡筒により確実に保護され、取り扱いの際に光学素子のクラックや破損を防止できる。
　前記光学機能面はミラーであることが好ましい。これによれば、良好な精度のミラー面を有するミラー素子を製造することができる。
　本発明の鏡筒付き光学素子及びその製造方法によれば、光学素子の強度を確保するとともに、光学素子の成形時においてガラス素材に加えられる荷重を小さく抑制して、凹状の光学機能面及び周縁部を精度良く形成することが可能である。
本発明の第１の実施形態における鏡筒付き光学素子の断面図である。 第１の実施形態の変形例を示す鏡筒付き光学素子の断面図である。 第１の実施形態の鏡筒付き光学素子の製造方法を説明するための断面図である。 図３の続きの工程を示す断面図である。 図４の続きの工程を示す断面図である。 図５の続きの工程を示す断面図である。 鏡筒付き光学素子の製造方法の変形例を示す断面図である。 第２の実施形態の鏡筒付き光学素子の断面図である。 第２の実施形態の変形例を示す鏡筒付き光学素子の断面図である。 実施例の鏡筒付き光学素子の製造工程における応力分布を示すシミュレーション結果である。 第１の比較例の鏡筒付き光学素子の製造工程における応力分布を示すシミュレーション結果である。 第２の比較例の鏡筒付き光学素子の製造工程における応力分布を示すシミュレーション結果である。 第３の比較例の鏡筒付き光学素子の製造工程における応力分布を示すシミュレーション結果である。 従来例の鏡筒付き光学素子の製造方法を示す工程図である。
　以下、図面を参照して、本発明の鏡筒付き光学素子の具体的な実施形態について説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。
　＜第１の実施形態＞
　図１は、第１の実施形態の鏡筒付き光学素子の断面図である。図１に示すように、鏡筒付き光学素子１０は、光学素子２１と、光学素子２１を保持するものであり、例えば円筒形状を有する鏡筒３１とを有して構成される。鏡筒３１は、上面から下面まで貫通する貫通孔３６が形成されており、貫通孔３６の内部に光学素子２１が保持されている。また、鏡筒３１の内周面３１ａには突出部３２が設けられている。突出部３２は、光学素子２１をプレス成形する際にガラス素材（図１には図示しない）を載置するための載置面３２ａと、載置面３２ａから連続して形成された傾斜面３２ｂとが形成されている。
　図１に示すように、光学素子２１は、凹状の光学機能面２５と、光学機能面２５を囲む周縁部２７とを有して構成される。本実施形態において、光学機能面２５は光学素子２１の上面側に形成されており、光学素子２１の下面は、鏡筒３１の下面と同一面となるように平坦に形成されている。また、周縁部２７は、鏡筒３１の内周面３１ａ及び突出部３２に密着しており、これにより、光学素子２１と鏡筒３１とが一体に形成されている。周縁部２７の上面は、鏡筒３１の上面とほぼ等しい高さ、または、鏡筒３１の上面よりもわずかに低い位置に形成されている。
　本実施形態において、光学素子２１はガラス素材（図１には図示しない）を用いて、鏡筒３１の内部でプレス成形され、鏡筒３１と一体に形成されている。鏡筒３１は金属を用いて形成されており、例えば、フェライト系ステンレス鋼のＳＵＳ４３０等が使用される。鏡筒３１に用いる材料としては、光学素子２１よりもわずかに熱膨張係数が大きい材料を選択することが好ましく、鏡筒３１と光学素子２１との熱膨張係数差により光学素子２１が鏡筒３１内に保持される。
　本実施形態の光学素子２１は、例えば、下面側から入射する収束光を、光学機能面２５によって平行光とすることが可能なレンズ素子２２として用いることができる。若しくは、光学機能面２５の表面にアルミニウムや銀などの金属層を形成することにより、ミラー素子として用いることも可能である。
　本実施形態の鏡筒付き光学素子１０によれば、光学素子２１を保持する鏡筒３１を設けて、周縁部２７を鏡筒３１の内周面３１ａに密着させているため、凹状の光学機能面２５を大きく凹ませて短焦点距離の光学素子２１とした場合であっても、周縁部２７の強度を確保できる。また、鏡筒３１の内周面３１ａに突出部３２が設けられているため、光学素子２１の中央部の厚みと周縁部２７との厚みのばらつきを小さくすることができ、光学素子２１の成形時における応力分布のばらつきを抑制して、精度良く光学機能面２５を形成することができる。また、光学素子２１を鏡筒３１と一体にプレス成形する際に、以下に説明する鏡筒付き光学素子１０の製造方法によって、ガラス素材に加えられる荷重を小さく抑制することができ、凹状の光学機能面２５及び周縁部２７を精度良く形成することが可能である。
　図２は、第１の実施形態の変形例を示す鏡筒付き光学素子の断面図である。図１に示す鏡筒付き光学素子１０において、光学素子２１の下面は平坦に形成されているがこれに限定されない。図２に示すように、変形例の鏡筒付き光学素子１１は、凹状の光学機能面２５に加えて、光学素子２１の下面側に凸状の光学機能面２６が形成されている。本変形例によれば、光学素子２１をレンズ素子２２として用いる場合に、凸状の光学機能面２６の曲率を変更することにより、焦点距離を調整することが可能である。
　＜鏡筒付き光学素子の製造方法＞
　次に、図３から図６を参照して鏡筒付き光学素子の製造方法について説明する。図３は、本実施形態の鏡筒付き光学素子の製造方法を説明するための断面図である。また、図４は図３の続きの工程を示す断面図であり、図５は、図４の続きの工程を示す断面図であり、図６は、図５の続きの工程を示す断面図である。
　図３に示す工程では、まず、上部成形型４１と下部成形型４２とを有する成形装置を準備する。図３に示すように、上部成形型４１は、基部４１ｂと、基部４１ｂに設けられ光学機能面２５を形成するための成形凸部４１ａを有しており、下部成形型４２は、鏡筒３１を載置するための平坦な面を有している。上部成形型４１及び下部成形型４２は、胴型（省略して示す）の内部において上下に移動可能に設けられている。
　次に、図３に示すように、鏡筒３１を下部成形型４２の上に載置する。その際、鏡筒３１は胴型や入れ子（省略して示す）により位置決めして固定される。鏡筒３１は上面から下面まで貫通する貫通孔３６が形成されており、鏡筒３１の内周面３１ａに突出部３２が形成されている。突出部３２は、ガラス素材４３を載置するための載置面３２ａと、載置面３２ａと連続して形成された傾斜面３２ｂとを有する。また、突出部３２の上面に相当する載置面３２ａは、鏡筒３１の上面３１ｂと突出部３２の下面の間に位置し、突出部３２の下面は鏡筒３１の下面と同一面に位置しており、突出部３２が下部成形型４２に当接される。
　そして、図３に示すように、ガラス素材４３を鏡筒３１の内部に供給して、突出部３２の上に載置する。本実施形態において、ガラス素材４３として、対向する上面４３ａと下面４３ｂとを有する平板状であり、鏡筒３１が円筒形状であればガラス素材４３の平面形状は円形状のものが好ましく用いられる。図３に示すように、ガラス素材４３の上面４３ａと下面４３ｂとはほぼ平坦に形成されており、下面４３ｂの周縁が突出部３２の載置面３２ａと当接している。ガラス素材４３を突出部３２の上に載せることにより、ガラス素材４３の下面４３ｂ側には、ガラス素材４３と下部成形型４２との間に空間４５が形成される。
　次に、図４の工程では、鏡筒３１の外側に配置されるヒータ（図示しない）によって、鏡筒３１及びガラス素材４３が加熱され、ガラス素材４３が軟化点以上、本実施形態においてはガラス転移点以上の温度に加熱される。
　その後、上部成形型４１が下降され、成形凸部４１ａによりガラス素材４３の上面４３ａに荷重が加えられる。ガラス素材４３の下面４３ｂは、突出部３２の傾斜面３２ｂに沿って流動し、空間４５内において下方に向かって凸になるように変形する。
　本実施形態の鏡筒付き光学素子１０の製造方法によれば、図３及び図４に示すように、ガラス素材４３と下部成形型４２との間に空間４５が設けられた状態で、ガラス素材４３の上面４３ａに荷重が加えられる。これにより、図４に示すように、ガラス素材４３の下面４３ｂが空間４５内において下方に撓むように変形し易くなる。したがって、図１４に示す従来例の光学素子１１０の製造方法のように、ガラス素材１４３を下部成形型１４２に接触させた状態でガラス素材１４３に荷重を加える場合に比べて、より小さい荷重でガラス素材４３を変形させることが可能である。
　また、ガラス素材４３の変形を容易にするための成形導入部として突出部３２に傾斜面３２ｂが形成されていることから、図４に示すように、ガラス素材４３が傾斜面３２ｂに沿って変形し易くなり、より小さい荷重でガラス素材４３を変形させて光学素子２１を成形することが可能となる。
　次に図５に示す工程では、さらに上部成形型４１が下降し、ガラス素材４３に荷重が加えられる。これにより、成形凸部４１ａの形状をガラス素材４３に転写して、凹状の光学機能面２５を形成するとともに、光学機能面２５を囲む周縁部２７を鏡筒３１の内周面３１ａに密着させることができる。この際、成形凸部４１ａの外周の基部４１ｂによってガラス素材４３の上面４３ａが平坦に形成され、周縁部２７は鏡筒３１の上面３１ｂに対して略等しい高さに形成される。また、図４に示す空間４５を充填するようにガラス素材４３が変形され、下部成形型４２及び突出部３２に密着して形成される。
　その後、図６に示す工程において、鏡筒３１及び光学素子２１を冷却し、上部成形型４１を上方に移動して鏡筒３１及び光学素子２１を離型する。これにより、鏡筒付き光学素子１０が得られる。
　本実施形態の鏡筒付き光学素子１０の製造方法によれば、図３及び図４に示すように、荷重が加えられる面の反対側において、ガラス素材４３と下部成形型４２との間に空間４５を設けた状態で、ガラス素材４３に荷重が加えられる。そして、ガラス素材４３は空間４５内に流動しながら変形する。このため、図１４に示す従来例の光学素子１１０の製造方法のように、ガラス素材１４３を下部成形型１４２に接触させた状態でガラス素材１４３に荷重を加える場合に比べて、より小さい荷重でガラス素材４３を変形させて光学機能面２５を形成することができる。したがって、本実施形態の鏡筒付き光学素子１０の製造方法によれば、光学機能面２５を精度良く形成することが容易である。
　また、図４及び図５の工程において、ガラス素材４３は、突出部３２の上に載置された状態で成形される。このため、凹状の光学機能面２５を囲む周縁部２７は、突出部３２の上に位置するガラス素材４３をわずかに外側に変形させて鏡筒３１の内周面３１ａに密着させることで形成される。よって、従来例の光学素子１１０の製造方法に示すような、ガラス素材１４３の中央部に荷重を加えて周縁側の上方に押し上げるように変形させて、成形前のガラス素材１４３の高さよりも高い位置まで押し上げて周縁部１２７を形成する方法に比べて、周縁部２７を形成する際のガラス素材４３の変形量を少なくできる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、成形時にガラス素材４３に加えられる荷重を小さく抑制して周縁部２７を成形することができ、周縁部２７を精度良く形成することができる。
　さらに、図６に示すように、光学素子２１を保持する鏡筒３１を設けて、周縁部２７を鏡筒３１の内周面３１ａに密着させているため、凹状の光学機能面２５を大きく凹ませて短焦点距離の光学素子２１とした場合であっても、周縁部２７の強度を確保できる。
　以上のように、本実施形態の鏡筒付き光学素子１０の製造方法によれば、光学素子２１の強度を確保するとともに、ガラス素材４３に加えられる荷重を小さく抑制することができ、凹状の光学機能面２５及び周縁部２７を精度良く形成することが可能である。
　また、従来に比べて小さい荷重で成形可能であるため、成形に要する時間を短くすることができる。そして、成形後の光学素子２１に発生する残留応力も低減することができるため、アニール等残留応力を除去するための工程等も短時間で行うことができる。したがって、本実施形態の鏡筒付き光学素子１０の製造方法によれば、製造にかかる時間を短縮して製造コストを低減することができる。
　図３に示す工程で、ガラス素材４３を突出部３２に載せたときに、ガラス素材４３の上面４３ａが、鏡筒３１の上面３１ｂと略等しい高さに位置している。そして、図５及び図６に示すように、周縁部２７は鏡筒３１の上面３１ｂに対して略等しい高さに形成される。これにより、周縁部２７の全体を鏡筒３１の内周面３１ａに密着させて、周縁部２７の強度を確保することができる。また、周縁部２７を成形する際のガラス素材４３の変形量を少なくできるため、ガラス素材４３に加えられる荷重を確実に抑制して、周縁部２７を精度良く形成することができる。
　なお、図３に示すように、ガラス素材４３の上面４３ａは、鏡筒３１の上面３１ｂと等しい高さに位置しているが、これに限定されない。例えば、ガラス素材４３の上面４３ａが鏡筒３１の上面３１ｂよりも０．１ｍｍ～１ｍｍ程度低くなるようにガラス素材４３を載置してもよい。この場合であっても、周縁部２７を成形する際のガラス素材４３の変形量を十分に小さくすることができるため、ガラス素材４３に加えられる荷重を抑制できる。
　また、本実施形態において、突出部３２は、鏡筒３１の内周面３１ａを一周して連続して形成されていることが好ましい。こうすれば、成形時においてガラス素材４３に発生する応力分布のばらつきを低く抑えることができる。しかし、これに限定されず、例えば、周縁部２７が平面視において異形状である場合等、突出部３２を内周面３１ａの一部に形成してもよい。
　図７は、鏡筒付き光学素子の製造方法の変形例を示す断面図である。なお、図７は、図３に示す工程と同じ工程を示している。図７に示す鏡筒付き光学素子１１の製造方法は、下部成形型４２に嵌合凸部４２ａが形成されている点が異なる。図７に示すように、鏡筒３１の突出部３２と嵌合凸部４２ａとが嵌合して、鏡筒３１が位置決めして固定される。嵌合凸部４２ａの高さは突出部３２の高さよりも低く形成されており、図７に示すように、ガラス素材４３を突出部３２に載せたときに、ガラス素材４３と嵌合凸部４２ａとの間に空間４５が形成される。
　本変形例において、嵌合凸部４２ａを形成することにより空間４５の体積を調整することが可能である。これにより、ガラス素材４３に荷重を加えて光学素子２１を成形する際に、空間４５を充填するガラス素材４３の量を適切に調整できるため、光学機能面２５及び周縁部２７を精度良く形成することができる。なお、図７では、嵌合凸部４２ａは平坦に形成されているが、嵌合凸部４２ａに凸面または凹面を設けてガラス素材４３の下面４３ｂに転写することにより、例えば図２に示すような、２つの光学機能面２５、２６を有する光学素子２１を形成することができる。
　＜第２の実施形態＞
　図８は第２の実施形態の鏡筒付き光学素子の断面図である。本実施形態の鏡筒付き光学素子１２は、光学機能面２５に金属層２８が形成されており、上方から入射する光を反射するミラー素子２３としての機能を有する。金属層２８は、銀やアルミニウム等の金属材料や誘電体材料を用いて薄膜形成される。
　また、本実施形態において、鏡筒３１は底部３４を有しており、鏡筒３１内に凹部３７が形成されている。突出部３２と底部３４とは連続して一体に形成されている。図８に示すように、光学素子２１は、鏡筒３１の内周面３１ａ、突出部３２、及び底部３４に密着して一体に成形されている。このように、光学素子２１の側面及び下面が鏡筒３１により保護されるため、光学素子２１の強度や耐環境性を向上させることができる。
　本実施形態の鏡筒付き光学素子１２においても、図３から図６に示す工程と同様の工程で製造することができる。図３に示す工程と同様に、ガラス素材４３を突出部３２の載置面３２ａに載せたときに、ガラス素材４３と鏡筒３１の底部３４との間に空間４５が形成される。そして、図４及び図５の工程と同様に、成形凸部４１ａを有する上部成形型４１によりガラス素材４３に荷重を加え、光学機能面２５及び周縁部２７を成形する。この際、底部３４と突出部３２との段差を充填するようにガラス素材４３が変形され、鏡筒３１の凹部３７に光学素子２１が成形される。
　このような、底部３４を有する鏡筒３１であっても、ガラス素材４３と底部３４との間に空間４５が設けられた状態で、ガラス素材４３に荷重が加えられる。このため、より小さい荷重でガラス素材４３を変形させて光学機能面２５を形成することができる。また、ガラス素材４３を突出部３２の上に載せた状態で成形されるため、周縁部２７を形成する際のガラス素材４３の変形量を少なくでき、成形時にガラス素材４３に加えられる荷重を小さく抑制することできる。したがって、光学機能面２５及び周縁部２７を精度良く形成することができる。
　図９は、第２の実施形態の変形例を示す鏡筒付き光学素子の断面図である。本変形例の鏡筒付き光学素子１３は、突出部３２の傾斜面３２ｂが、載置面３２ａと底部３４とを繋ぐ緩やかな曲線状に形成されている。こうすれば、ガラス素材４３に荷重を加えて変形させる工程において、傾斜面３２ｂに沿ってガラス素材４３が変形し易くなり、荷重を小さく抑制して成形することができる。また、底部３４と突出部３２との間の急峻な段差が形成されないため、突出部３２から底部３４にかけてガラス素材４３を密着させて成形することが容易である。
　＜実施例＞
　図１０は、実施例の鏡筒付き光学素子の製造工程における応力分布を示すシミュレーション結果である。また、図１１から図１３はそれぞれ、第１から第３の比較例の鏡筒付き光学素子の製造工程における応力分布を示すシミュレーション結果である。
　図１０に示す本実施例の鏡筒付き光学素子は、図１に示す鏡筒付き光学素子１０と同様の構成であり、図１０（ａ）は、図３の工程においてガラス素材４３及び鏡筒３１に発生する応力分布のシミュレーション結果を示している。同様に、図１０（ｂ）は図４の工程、図１０（ｃ）は図５の工程における応力分布のシミュレーション結果をそれぞれ示している。
　図１１各図に示す第１の比較例の鏡筒付き光学素子は、鏡筒２３１の内周面に突出部が設けられていない点が異なる。図１２各図に示す第２の比較例の鏡筒付き光学素子は、突出部が設けられておらず、実施例の鏡筒付き光学素子及び第１の比較例の鏡筒付き光学素子と比較して薄いガラス素材３４３を用いている。また、図１３各図に示す第３の比較例の鏡筒付き光学素子は、鏡筒４３１が底部４３４を有している点で異なっており、第２の比較例と同様に薄いガラス素材４４３を用いている。
　なお、図１１（ａ）から図１１（ｃ）はそれぞれ、図１０（ａ）から図１０（ｃ）と同じ工程における応力分布を示している。図１２各図及び図１３各図においても同様である。
　図１０（ａ）に示すように、ガラス素材４３を突出部３２の上に載せて、ガラス素材４３と下部成形型４２との間に空間４５を設けた状態で、ガラス素材４３の上面４３ａに上部成形型４１から荷重が加えられる。図１０（ｂ）に示すように、ガラス素材４３に発生する応力は低く抑えられており、また、応力の集中も矢印Ａに示す箇所にわずかに発生するのみであり、ガラス素材４３全体の応力のばらつきも小さい。図１０（ｃ）に示すように、成形完了後のガラス素材４３における残留応力についても小さく抑制されており、また、残留応力の分布もほとんど発生しない。
　これに対し、図１１に示す第１の比較例の鏡筒付き光学素子は、図１１（ａ）に示すように、下部成形型２４２の上に直接ガラス素材２４３を載置している。ガラス素材２４３の上面２４３ａは、突出部３２の高さ分だけ鏡筒２３１の上面よりも低く位置している。図１１（ｂ）に示すように、ガラス素材２４３の上面に上部成形型２４１から荷重が加えられると、成形凸部２４１ａの先端部と下部成形型２４２との間に挟まれた箇所（矢印Ｂで示す）に大きな応力集中が発生する。そして、ガラス素材２４３の周縁では、矢印Ｂに示す箇所に比べて応力が小さくなっており、応力分布が大きくなっている。さらにガラス素材２４３に荷重を加えてガラス素材２４３の中央部を周縁側に変形させ、元のガラス素材２４３の高さよりも高い位置まで押し上げるようにして周縁部２２７を形成する。第１の実施例と比較すると、突出部３２の高さ分だけガラス素材２４３を押し上げる必要がある。このため、周縁部２２７の成形性が悪くなり、ガラス素材２４３に大きな荷重を加えて変形させる必要がある。また、図１１（ｃ）に示すように成形後の光学素子２２１においても、中央部に大きな残留応力が発生している。
　また、図１２に示す第２の比較例の鏡筒付き光学素子及び、図１３に示す第３の比較例の鏡筒付き光学素子においても、第１の比較例と同様に、ガラス素材３４３、４４３の下面側に空間を設けない状態で荷重が加えられる。よって、図１２（ｂ）の矢印Ｃで示す箇所及び図１３（ｂ）の矢印Ｄで示す箇所に、大きな応力集中が発生し、第１の比較例と比較しても、より大きな応力が発生している。また、それぞれ図１２（ｃ）、図１３（ｃ）に示すように、成形後の在留応力も大きく発生している。
　以上のように、実施例の鏡筒付き光学素子は、光学素子２１の成形時においてガラス素材４３に加えられる荷重を小さく抑制して、ガラス素材４３に発生する応力、及び応力分布を抑制できることが示された。よって、凹状の光学機能面２５及び周縁部２７を精度良く形成することができ、また、各製造工程にかかる時間を短縮して製造コストを低減することが可能である。
　１０～１２　鏡筒付き光学素子
　２１　光学素子
　２２　レンズ素子
　２３　ミラー素子
　２５、２６　光学機能面
　２７　周縁部
　２８　金属層
　３１　鏡筒
　３１ａ　内周面
　３２　突出部
　３２ａ　載置面
　３２ｂ　傾斜面
　３４　底部
　３６　貫通孔
　４１　上部成形型
　４１ａ　成形凸部
　４２　下部成形型
　４２ａ　嵌合凸部
　４３　ガラス素材
　４３ａ　上面
　４３ｂ　下面
　４５　空間

Claims (15)

  1. 　凹状の光学機能面を備える光学素子と、前記光学素子を保持する鏡筒とを有する鏡筒付き光学素子の製造方法であって、
    　（ａ）前記鏡筒の内周面に設けられた突出部にガラス素材を載せる工程と、
    　（ｂ）前記ガラス素材の下面側に空間を設けた状態で、成形凸部を有する上部成形型により前記ガラス素材の上面に荷重を加えて凹状の前記光学機能面を形成するとともに、前記光学機能面を囲む周縁部を前記鏡筒の前記内周面及び前記突出部に密着させる工程を有することを特徴とする鏡筒付き光学素子の製造方法。
  2. 　前記ガラス素材の変形を容易にするための成形導入部が、前記突出部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鏡筒付き光学素子の製造方法。
  3. 　前記突出部は、前記ガラス素材を載置する載置面と、前記載置面と連続して形成された傾斜面とを有し、前記成形導入部は前記傾斜面であることを特徴とする請求項２に記載の鏡筒付き光学素子の製造方法。
  4. 　前記（ｂ）の工程において、前記周縁部は前記鏡筒の上面に対して略等しい高さに形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鏡筒付き光学素子の製造方法。
  5. 　前記ガラス素材は平板状であり、前記（ａ）の工程において前記ガラス素材を前記突出部に載せたときに、前記ガラス素材の上面は前記鏡筒の上面と略等しい高さに位置することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鏡筒付き光学素子の製造方法。
  6. 　前記鏡筒は、上面から下面に貫通する貫通孔を有し、前記（ａ）の工程において、前記鏡筒は下部成形型の上に載置され、前記空間は前記ガラス素材と前記下部成形型との間に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鏡筒付き光学素子。
  7. 　前記下部成形型に嵌合凸部が形成されており、前記鏡筒の前記突出部と前記嵌合凸部とが嵌合して、前記鏡筒が下部成形型に載置されることを特徴とする請求項６に記載の鏡筒付き光学素子の製造方法。
  8. 　前記光学機能面はレンズであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の鏡筒付き光学素子の製造方法。
  9. 　前記鏡筒・BR>ヘ底部を有し、前記（ｂ）の工程において、前記空間は前記ガラス素材と前記底部との間に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鏡筒付き光学素子の製造方法。
  10. 　前記光学機能面はミラーであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の鏡筒付き光学素子の製造方法。
  11. 　光学素子と、前記光学素子を保持する鏡筒とを有する鏡筒付き光学素子であって、前記光学素子は、凹状の光学機能面と、前記光学機能面を囲む周縁部とを有し、前記鏡筒の内周面には突出部が設けられており、前記光学素子の前記周縁部は、前記鏡筒の前記内周面及び前記突出部に密着していることを特徴とする鏡筒付き光学素子。
  12. 　前記突出部に、前記光学素子の成形時にガラス素材を載置する載置面と、前記載置面と連続する傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の鏡筒付き光学素子。
  13. 　前記周縁部は、前記鏡筒の上面に対して略等しい高さを有することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の鏡筒付き光学素子。
  14. 　前記光学機能面は、レンズであることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の鏡筒付き光学素子。
  15. 　前記光学機能面は、ミラーであることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の鏡筒付き光学素子。
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