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JP2002220241A - Optical element molding method - Google Patents

Optical element molding method

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Publication number
JP2002220241A
JP2002220241A JP2001009123A JP2001009123A JP2002220241A JP 2002220241 A JP2002220241 A JP 2002220241A JP 2001009123 A JP2001009123 A JP 2001009123A JP 2001009123 A JP2001009123 A JP 2001009123A JP 2002220241 A JP2002220241 A JP 2002220241A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass material
optical element
fine pattern
molding
mold member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001009123A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Mashige
雅志 真重
Nobuyuki Nakagawa
伸行 中川
Takeshi Nomura
剛 野村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2001009123A priority Critical patent/JP2002220241A/en
Publication of JP2002220241A publication Critical patent/JP2002220241A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C03B11/082Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses having profiled, patterned or microstructured surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/40Product characteristics
    • C03B2215/41Profiled surfaces
    • C03B2215/412Profiled surfaces fine structured, e.g. fresnel lenses, prismatic reflectors, other sharp-edged surface profiles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/67Pressing between dies rotating about the press axis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/80Simultaneous pressing of multiple products; Multiple parallel moulds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学素子の成形において、微細パターンの完全
な転写と、良好な離型性を実現する。 【解決手段】加熱軟化状態にあるガラス素材をプレスす
ることによって、表面に微細パターンを有する光学素子
を成形するための光学素子の成形方法であって、微細パ
ターンを成形するためのパターンが形成されていない第
1の型2Aによってガラス素材をプレスし、ガラス素材
を概略の光学素子形状に成形する第1の工程と、ガラス
素材よりも高温に加熱した状態の微細パターンを成形す
るためのパターンが形成されている第2の型2Bによっ
て略微細パターンのみを成形する第2の工程と、第2の
型をガラス素材から離間させ、第2の型とガラス素材と
が接触していない状態で、ガラス素材を冷却する第3の
工程とを具備する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To realize perfect transfer of a fine pattern and good releasability in molding an optical element. An optical element forming method for forming an optical element having a fine pattern on its surface by pressing a glass material in a heat-softened state, wherein a pattern for forming a fine pattern is formed. The first step of pressing the glass material with the first mold 2A which has not been performed, and forming the glass material into a rough optical element shape, and the pattern for forming the fine pattern heated to a higher temperature than the glass material are performed. A second step of forming only a substantially fine pattern using the formed second mold 2B, and separating the second mold from the glass material, in a state where the second mold and the glass material are not in contact with each other. A third step of cooling the glass material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学機能面に微細
なパターンを持つ光学素子を高精度にプレス成形するた
めの光学素子の成形方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for molding an optical element having a fine pattern on an optical functional surface with high precision by press molding.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光学素子の光学機能面に微細なパ
ターンが形成されたところの、光の回折を利用した回折
光学素子が注目されている。しかし、その肝心の微細パ
ターンを光学機能面に形成する方法としては、切削加工
等が考えられるが、光学素子材料がガラスである場合、
その硬度のために切削による微細パターンの形成は非常
に困難である。また工具消耗等の要因により連続加工に
よる大量生産は実質不可能と考えられる。そこで、従
来、非球面レンズ等のいわゆる研磨加工で得にくい光学
機能面形状を有する光学素子の大量生産技術として、所
定の表面精度を有する成形用型内に光学素子材料を挟み
込んでプレス成形することにより光学素子を製造するモ
ールド法が提唱されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a diffractive optical element utilizing diffraction of light, in which a fine pattern is formed on an optical functional surface of an optical element, has attracted attention. However, as a method of forming the essential fine pattern on the optical functional surface, cutting or the like can be considered, but when the optical element material is glass,
Due to its hardness, it is very difficult to form a fine pattern by cutting. In addition, mass production by continuous machining is considered to be substantially impossible due to factors such as tool consumption. Therefore, conventionally, as a technology for mass production of optical elements having an optical function surface shape which is difficult to obtain by so-called polishing such as an aspherical lens, press molding by sandwiching the optical element material in a molding die having a predetermined surface accuracy. Has proposed a molding method for producing an optical element.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回折光
学素子をモールド法により製造する場合では、型部材の
成形面に形成された微細パターンをガラス素材に転写す
るため、型部材の微細パターン部にガラスが入り込み、
冷却中のガラスの収縮により、ガラスが型部材に食い込
み、離型しないといった問題が多発している。また逆
に、離型性を考えるあまり、型部材の微細パターンがガ
ラスに完全に転写しない転写不良もまた1つの問題にな
っている。
However, when a diffractive optical element is manufactured by a molding method, a fine pattern formed on a molding surface of a mold member is transferred to a glass material. Enters,
Due to shrinkage of the glass during cooling, there are many problems that the glass bites into the mold member and does not release. Conversely, a transfer failure in which the fine pattern of the mold member is not completely transferred to the glass due to too much consideration of the releasability is another problem.

【0004】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、光学素子の成形におい
て、微細パターンの完全な転写と、良好な離型性を実現
することである。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to realize complete transfer of a fine pattern and excellent releasability in molding an optical element.

【0005】また、本発明の他の目的は、光学素子の成
形において、微細パターンの完全な転写と、良好な離型
性を1サイクルのプロセス中で実現することである。
Another object of the present invention is to realize complete transfer of a fine pattern and good releasability in a one-cycle process in molding an optical element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる光学素子の成形
方法は、加熱軟化状態にあるガラス素材をプレスするこ
とによって、表面に微細パターンを有する光学素子を成
形するための光学素子の成形方法であって、前記微細パ
ターンを成形するためのパターンが形成されていない第
1の型によって前記ガラス素材をプレスし、該ガラス素
材を概略の光学素子形状に成形する第1の工程と、前記
ガラス素材よりも高温に加熱した状態の前記微細パター
ンを成形するためのパターンが形成されている第2の型
によって略前記微細パターンのみを成形する第2の工程
と、前記第2の型を前記ガラス素材から離間させ、前記
第2の型と前記ガラス素材とが接触していない状態で、
前記ガラス素材を冷却する第3の工程とを具備すること
を特徴としている。
Means for Solving the Problems The above-mentioned problems are solved,
In order to achieve the object, a method for molding an optical element according to the present invention is a method for molding an optical element for molding an optical element having a fine pattern on its surface by pressing a glass material in a heat-softened state. A first step of pressing the glass material with a first mold on which a pattern for forming the fine pattern is not formed, and forming the glass material into a roughly optical element shape; and A second step of forming substantially only the fine pattern by a second mold on which a pattern for forming the fine pattern in a state heated to a temperature higher than that of the glass material is formed; In a state where the second mold and the glass material are not in contact with each other,
And a third step of cooling the glass material.

【0007】また、この発明に係わる光学素子の成形方
法において、前記第2の工程を、前記ガラス素材の冷却
工程中に行なうことを特徴としている。
In the method of molding an optical element according to the present invention, the second step is performed during the step of cooling the glass material.

【0008】また、この発明に係わる光学素子の成形方
法において、前記第1乃至第3の工程を、成形動作の1
サイクル内で行うことを特徴としている。
In the method of molding an optical element according to the present invention, the first to third steps are performed by one of the molding operations.
It is characterized in that it is performed in a cycle.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below.

【0010】まず、実施形態の概要について説明する。First, an outline of the embodiment will be described.

【0011】本実施形態は、微細パターンの形成されて
いない第1の型セットによって、概略回折光学素子形状
にプレスする第1工程と、その後ガラス素材よりも高温
に加熱した状態の微細パターンの形成されている第2の
型セットによって略微細パターンのみを成形する第2の
工程と、その後、微細パターンの形成されている型部材
とガラス素材を接触させずに冷却する第3の工程を含む
成形プロセスを特徴とする。
In the present embodiment, a first step of pressing into a substantially diffractive optical element shape using a first mold set on which a fine pattern is not formed, and then forming a fine pattern heated to a temperature higher than that of a glass material Including a second step of forming only a substantially fine pattern by using the second set of molds, and a third step of cooling the mold member on which the fine pattern is formed without contact with the glass material. Features the process.

【0012】また、本実施形態では、上記第2の工程が
冷却工程中に行われ、上記第1〜第3の工程が1サイク
ル内で行われることを特徴とする。
Further, the present embodiment is characterized in that the second step is performed during a cooling step, and the first to third steps are performed within one cycle.

【0013】上記のような本実施形態では、第1工程に
よって、ガラス塊から概略回折光学素子形状に成形して
しまうため、微細パターンを成形する第2工程時の加工
量は非常に微量である。よって、ガラス素材の温度を低
く、型部材の温度を高くすることで、ガラス素材表面の
温度だけを上昇させ、微細パターン分の加工のみを行う
ことが可能となる。さらにその後、ガラス素材自体の温
度は低いため自重変形の影響はなく、ガラス素材と型部
材を接触させずに冷却する第3工程によって微細パター
ンの完全な転写と、良好な離型性を実現することができ
る。
In the present embodiment as described above, since the first step forms a rough diffracting optical element from a glass block, the processing amount in the second step of forming a fine pattern is very small. . Therefore, by lowering the temperature of the glass material and increasing the temperature of the mold member, it is possible to raise only the temperature of the surface of the glass material and perform only processing for a fine pattern. Furthermore, since the temperature of the glass material itself is low, there is no influence of its own weight deformation, and the third step of cooling without bringing the glass material and the mold member into contact realizes complete transfer of the fine pattern and good releasability. be able to.

【0014】また、上記第1〜第3の工程が1サイクル
内で行われることによって、回折光学素子を得るまでの
工数が削減でき、より安価な回折光学素子が得られる。
By performing the first to third steps in one cycle, the number of steps required to obtain a diffractive optical element can be reduced, and a more inexpensive diffractive optical element can be obtained.

【0015】以下、本発明の一実施例に付いて、具体的
に説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described.

【0016】本実施例は、ガラス素材に重クラウンガラ
ス(SK12)を使用し、図1に示す凹形状の回折光学
素子を成形する例である。本実施例において成形した回
折光学素子は、図1中の参照R30で示される光学機能
面に、拡大図に示す向きで微細パターンを形成したもの
である。そしてすべての微細パターンが同一の形状をな
しているわけではなく、光学素子中心に近ずくにしたが
いピッチ幅は大きくなり、山の高さは高くなっている。
1ピッチの幅約100〜50μm、ピッチの高さ約20
〜10μmのパターンが、参照R30の面に240ヶ形
成されている。また参照Rとは微細パターンの山の頂点
を結ぶラインのR(曲率半径)を指している。本実施例
の光学素子では、参照Rは30mmの球面である。しか
し、形状によっては参照Rが非球面形状をなしているも
のもある。また反対のR17の光学機能面も、本実施例
では球面である。
This embodiment is an example of forming a concave diffractive optical element shown in FIG. 1 using heavy crown glass (SK12) as a glass material. The diffractive optical element molded in the present embodiment has a fine pattern formed on the optical function surface indicated by reference R30 in FIG. 1 in the direction shown in the enlarged view. And not all the fine patterns have the same shape, but the pitch width becomes larger and the height of the peak becomes higher as approaching the center of the optical element.
Approximately 100 to 50 μm in width of one pitch, approximately 20 in height of pitch
240 patterns of 10 to 10 μm are formed on the surface of the reference R30. The reference R indicates the R (radius of curvature) of a line connecting the peaks of the peaks of the fine pattern. In the optical element of the present embodiment, the reference R is a 30 mm spherical surface. However, depending on the shape, the reference R may have an aspherical shape. The optical function surface of the opposite R17 is also spherical in this embodiment.

【0017】図2は、凹レンズを成形加工するための成
形用胴型1の構成を示しており、ガラスレンズが概略回
折光学素子形状にプレスされる上述した第1工程が完了
した状態を示している。
FIG. 2 shows the configuration of a molding die 1 for molding a concave lens, showing a state in which the above-described first step of pressing a glass lens into a substantially diffractive optical element shape is completed. I have.

【0018】図2において、成形用胴型1を上下に貫通
した状態で、貫通穴が形成されており、上側の貫通穴に
は、円柱状に形成された上型部材2が、嵌合した状態で
上下方向に沿って摺動可能に挿入されている。上型部材
2の上端部には、円盤状のフランジ部が形成されてお
り、このフランジ部が、レンズの厚みを調整するスペー
サを介して、成形用胴型1の上面に上方から当接するこ
とにより、上型部材2のプレスストロークが規定されて
いる。また上型部材2の下面には、ガラス素材4を押圧
して、その表面に所望の形状を転写して光学機能面を形
成するための成形面が形成されている。
In FIG. 2, a through hole is formed in a state where the molding die 1 is vertically penetrated, and a cylindrical upper die member 2 is fitted in the upper through hole. In this state, it is slidably inserted along the vertical direction. A disk-shaped flange portion is formed at the upper end of the upper die member 2, and this flange portion comes into contact with the upper surface of the molding die 1 from above via a spacer for adjusting the thickness of the lens. Defines the press stroke of the upper die member 2. On the lower surface of the upper mold member 2, a molding surface for pressing the glass material 4 and transferring a desired shape to the surface to form an optical function surface is formed.

【0019】ここで上型部材2の成形部の概略を図3に
示す。図のように1つの上型部材2に対して、光学素子
の光学機能面を成形する成形面を4つ有している。また
上記4つの成形面は90度等分に配置されており、回折
光学素子の微細パターンが形成されておらず、且つ図1
に示す参照R30mmの普通の球面の光学機能面形状を
成形するための形状に鏡面研磨加工された成形面2A
と、回折光学素子の微細パターンも形成されている成形
面2Bが交互に2つずつ配置されている。
FIG. 3 schematically shows a molding portion of the upper mold member 2. As shown, one upper mold member 2 has four molding surfaces for molding the optical function surface of the optical element. In addition, the four molding surfaces are arranged equally at 90 degrees, the fine pattern of the diffractive optical element is not formed, and FIG.
Molded surface 2A mirror-polished to a shape for molding an ordinary spherical optical function surface having a reference R of 30 mm shown in FIG.
And two molding surfaces 2B on which a fine pattern of the diffractive optical element is also formed are alternately arranged.

【0020】一方下側の貫通穴には、上型部材2と同様
に円柱状に形成された下型部材3が、嵌合した状態で上
下方向に沿って摺動可能に挿入されている。
On the other hand, a lower mold member 3 formed in a columnar shape like the upper mold member 2 is inserted into the lower through hole so as to be slidable vertically along the fitted state.

【0021】下型部材3の上端面には、ガラス素材4の
下面に所望の形状を転写して光学機能面を形成するため
の成形面が形成されている。
On the upper end surface of the lower mold member 3, a molding surface for transferring a desired shape to the lower surface of the glass material 4 to form an optical function surface is formed.

【0022】さらに本実施形態のポイントとなるが、上
下型部材2,3は図示のように胴型に嵌合した状態のま
ま回転運動が可能なように、押し圧用のアクチュエータ
とは別に回転用のアクチュエータに接続されている。こ
れは後に説明するが、上下型部材2及び3の間でガラス
素材をプレスした後、一旦上型部材2を上昇させ90度
回転させ、さらにプレスを行う必要があるため、押し圧
用のアクチュエータと回転用のアクチュエータとを別に
設けたものである。
Further, as a point of this embodiment, the upper and lower mold members 2 and 3 are rotated separately from the pressing force actuator so that the upper and lower mold members 2 and 3 can rotate while being fitted to the body mold as shown in the figure. Connected to the actuator. As will be described later, after pressing the glass material between the upper and lower mold members 2 and 3, it is necessary to raise the upper mold member 2 once, rotate the upper mold member 90 by 90 degrees, and further perform pressing. A rotation actuator is provided separately.

【0023】また回転の際の回転精度は、胴型部材1の
嵌合部の精度に依存して決定されるように構成されてい
る。しかし回転の位置決めに関しては高い精度が必要で
あるため、ロータリエンコーダにより回転停止精度±1
μmを達成している。
Further, the rotation accuracy at the time of rotation is configured to be determined depending on the accuracy of the fitting portion of the body-shaped member 1. However, high accuracy is required for rotation positioning.
μm has been achieved.

【0024】次に、成形された凹レンズ(ガラス素材
4)の厚みは、上述したように、上型部材2のフランジ
部が、成形用胴型1の上面に当接することにより規定さ
れ、加工する毎に凹レンズ(4)の厚みが変化しないよ
うになされている。
Next, the thickness of the molded concave lens (glass material 4) is defined and processed by the flange portion of the upper die member 2 being in contact with the upper surface of the molding die 1, as described above. Each time, the thickness of the concave lens (4) does not change.

【0025】一方、成形用胴型1の側面には、開口穴が
形成されており、この開口穴を介して、成形用胴型1の
内部にガラス素材4が供給されると共に、成形の完了し
た凹レンズ(4)が成形用胴型1の内部から取り出され
る。本実施例では上型部材2と同様に下型部材3にも光
学機能面を成形する成形面を4つ備えてはいるが、実際
に1回の成形で使用する成形面は下型部材3の中心軸に
180度点対称な位置の2つだけである。よって、ガラ
ス素材4の供給も1成形に2ヶ行われ、当然1ショット
で2つの光学素子が得られる。
On the other hand, an opening is formed in the side surface of the molding die 1, through which the glass material 4 is supplied into the molding die 1 and the completion of the molding is completed. The formed concave lens (4) is taken out from the inside of the molding die 1. In this embodiment, like the upper mold member 2, the lower mold member 3 is provided with four molding surfaces for molding the optical function surface, but the molding surface actually used in one molding is the lower mold member 3. There are only two positions symmetrical with respect to the center axis by 180 degrees. Therefore, two glass materials 4 are supplied for one molding, and two optical elements are naturally obtained by one shot.

【0026】なお成形用胴型1内には、その四隅に位置
した状態で、この成形用胴型1、上型部材2、下型部材
3を加熱すると共に、これら成形用胴型1、上型部材
2、下型部材3を介してガラス素材4を加熱するための
ヒータ5が配置されている。
In the molding die 1, the molding die 1, the upper die member 2 and the lower die member 3 are heated while being positioned at the four corners, and the molding die 1, the upper die member 3 and the upper die member 3 are heated. A heater 5 for heating the glass material 4 via the mold member 2 and the lower mold member 3 is arranged.

【0027】上記の型構成を用いて本実施例による成形
プロセスで凹レンズを成形する。成形の温度と加重のプ
ロセス線図を図4に示す。
The concave lens is molded by the molding process according to the present embodiment using the above-described mold structure. FIG. 4 shows a process diagram of the molding temperature and the weight.

【0028】まず上型部材2を成形用胴型1に対して上
方にスライドさせておく。この状態で、オートハンド等
により、所定の温度に加熱されたガラス素材4を下型部
材3の成形面上に供給する。また成形用胴型1及び上型
部材2及び下型部材3は、所定の成形条件に対応した温
度に加熱されている。本実施例では、ガラス素材4の粘
度で109.5dPa・sに相当する温度(620℃)で
ある。
First, the upper mold member 2 is slid upward with respect to the molding die 1. In this state, the glass material 4 heated to a predetermined temperature is supplied onto the molding surface of the lower mold member 3 by an automatic hand or the like. Further, the molding die 1, upper mold member 2, and lower mold member 3 are heated to a temperature corresponding to predetermined molding conditions. In the present embodiment, the temperature (620 ° C.) corresponds to 10 9.5 dPa · s in the viscosity of the glass material 4.

【0029】次にガラス素材4に対して、本実施例では
4000Nの荷重を負荷しプレスを行い、ガラス素材4
は、次第に水平方向に押しつぶされて、最終的には、図
1に示したような状態となる。この状態においては、ガ
ラス素材4の上下には、上型部材2の微細パターンはな
く、R30の成形面と下型部材3の成形面の形状が転写
された光学機能面が形成されている。
Next, in this embodiment, a load of 4000 N is applied to the glass material 4 to perform pressing.
Is gradually crushed in the horizontal direction, and finally comes to a state as shown in FIG. In this state, there is no fine pattern on the upper mold member 2 above and below the glass material 4, and optical function surfaces to which the shapes of the molding surface of the R30 and the molding surface of the lower mold member 3 are transferred are formed.

【0030】この後成形された凹レンズ(ガラス素材
4)は冷却される。
Thereafter, the molded concave lens (glass material 4) is cooled.

【0031】この冷却過程において、本実施例ではガラ
ス素材4が上下型部材2および3との間で不均等に剥離
してしまうことを防ぐために、ガラス素材4の粘度で1
10 .5dPa・sに相当する温度(600℃)になった
時点から、3200Nの荷重を負荷した状態で、ガラス
素材4の粘度で1013.5dPa・sに相当する温度(5
55℃)まで冷却を行なう。
In this cooling process, in this embodiment, in order to prevent the glass material 4 from peeling unevenly between the upper and lower mold members 2 and 3, the viscosity of the glass material 4 is set to 1
From the time it becomes equivalent to a temperature (600 ° C.) in 0 10 .5 dPa · s, in a state where a load of 3200N, temperature corresponding to 10 13.5 dPa · s viscosity of the glass material 4 (5
Cool to 55 ° C).

【0032】上記の555℃に下型部材3の温度がなっ
た時点で、本実施例では微細パターンの成形を行う。冷
却を一旦停止し、555℃一定に保つと同時に上型部材
2を上昇させ型部材の回転用に設けたアクチュエータに
よって上型部材2を90度回転させる。これによって微
細パターンが形成されている成形面2Bが、成形面2A
の形状が転写された状態のガラス素材4の上部にセット
される。その工程と同時に胴型1の上方部にセットされ
ているヒータ5によって上型部材2の温度のみ620℃
に加熱する。
When the temperature of the lower mold member 3 reaches 555 ° C., a fine pattern is formed in this embodiment. Cooling is temporarily stopped, and the upper mold member 2 is raised at the same time as the temperature is kept constant at 555 ° C., and the upper mold member 2 is rotated 90 degrees by an actuator provided for rotating the mold member. As a result, the molding surface 2B on which the fine pattern is formed becomes the molding surface 2A.
Is set on the upper part of the glass material 4 in a state where the shape is transferred. Simultaneously with the process, only the temperature of the upper mold member 2 is 620 ° C. by the heater 5 set above the body mold 1.
Heat to

【0033】なお温度制御はプログラマブル温度コント
ローラによって制御されているため、冷却途中でその速
度を変化させることは容易である。また上下型部材独立
に温度を設定することも容易である。
Since the temperature control is controlled by the programmable temperature controller, it is easy to change the speed during the cooling. It is also easy to set the temperature independently for the upper and lower mold members.

【0034】また本実施例で微細パターンの成形を実行
する温度にガラス素材4の粘度で1013.5dPa・sに
相当する温度を選択した理由は、ガラス素材の粘度がそ
れ以下では、ガラス素材が軟らかすぎ、型部材2を上昇
させる際に型部材2にガラス素材4が密着してしまい、
ガラス素材4が型部材2と共に回転してしまう可能性が
高くなるからである。さらには、上下型部材2及び3の
両方との密着により、型部材が破損するといったトラブ
ルが発生しやすくなる。さらにこの後の微細パターンを
ガラス素材4へ転写後、上型部材2を上昇させた状態で
さらなる冷却を行うが、その際にガラス素材4の粘度が
低いと自重変形によって光学素子自体の形状が変形して
しまう。また逆にガラスの粘度がそれ以上になると、本
実施例の微細パターンの場合、ガラス素材4が硬くなり
すぎて、微細パターンが完全に転写できなくなってしま
う。よって、本実施例では、ガラス素材の粘度から判断
し、ガラス素材4の粘度で1013.5dPa・sに相当す
る温度(555℃)で微細パターンの成形を行った。
In this embodiment, the reason why the temperature corresponding to the viscosity of the glass material 4 of 10 13.5 dPa · s was selected as the temperature at which the formation of the fine pattern was performed is that if the viscosity of the glass material is less than 10 dPa · s, It is too soft, and the glass material 4 adheres to the mold member 2 when the mold member 2 is raised,
This is because the possibility that the glass material 4 rotates together with the mold member 2 increases. Further, the close contact with both the upper and lower mold members 2 and 3 easily causes troubles such as breakage of the mold members. Further, after transferring the fine pattern to the glass material 4, further cooling is performed in a state where the upper mold member 2 is raised. At this time, if the viscosity of the glass material 4 is low, the shape of the optical element itself is reduced due to its own weight deformation. It will be deformed. Conversely, if the viscosity of the glass is higher than that, in the case of the fine pattern of the present embodiment, the glass material 4 becomes too hard and the fine pattern cannot be completely transferred. Therefore, in the present embodiment, judging from the viscosity of the glass material, a fine pattern was formed at a temperature (555 ° C.) corresponding to the viscosity of the glass material 4 of 10 13.5 dPa · s.

【0035】微細パターンの成形には、下型部材3の温
度を555℃一定に保持した状態で、上型部材2を90
度回転し微細パターンの形成されている成形面2Bで再
度プレスを行う。本実施例では再度4000Nの荷重を
5秒間負荷した。プレスによる押し込み量は微細パター
ンの転写分のみで十分なことと、上型部材2の温度が6
20℃と高温に加熱されていることにより、ガラス素材
4の上型部材2との接触部のみ温度が上昇しガラス素材
4は表面的に軟化するため、ガラス全体の粘度が10
13.5dPa・sであっても5秒の負荷で十分パターンを
ガラス素材4へと転写可能である。それと同時に、あま
り長時間ガラス素材4と上型部材2とが接触しているこ
とは、ガラス素材4の温度上昇につながり好ましくな
い。よって微細パターンの転写工程は5秒とした。
For forming a fine pattern, the upper mold member 2 is kept at 90 ° C. while the temperature of the lower mold member 3 is kept constant at 555 ° C.
The press is performed again on the molding surface 2B on which the fine pattern has been formed by rotating the roller. In this example, a load of 4000 N was applied again for 5 seconds. The press-in amount by the press is sufficient only for the transfer of the fine pattern.
Since the glass material 4 is heated to a high temperature of 20 ° C., only the temperature of the portion of the glass material 4 in contact with the upper mold member 2 increases, and the glass material 4 is softened on the surface.
Even at 13.5 dPa · s, the pattern can be sufficiently transferred to the glass material 4 with a load of 5 seconds. At the same time, contact between the glass material 4 and the upper mold member 2 for an excessively long time leads to an increase in the temperature of the glass material 4, which is not preferable. Therefore, the transfer process of the fine pattern was set to 5 seconds.

【0036】そして5秒の負荷後、すぐに荷重を除去
し、それと同時に上型部材2を上昇させガラス素材4と
の接触状態を解除した。
After the load for 5 seconds, the load was immediately removed, and at the same time, the upper mold member 2 was lifted to release the state of contact with the glass material 4.

【0037】以上で微細パターンの転写工程を完了し、
その後上型部材2が上昇した状態のままさらなる冷却を
行った。
With the above, the transfer process of the fine pattern is completed,
Thereafter, further cooling was performed while the upper mold member 2 was raised.

【0038】以上の工程の後、所定の温度まで温度が低
下したときに、オートハンド等により凹レンズ(ガラス
素材4)を外部に取り出した。本実施例では、ガラス素
材4の粘度が1014dPa・sに相当する温度(500
℃)で凹レンズを取り出すことで微細パターンの転写さ
れた光学素子を型部材と融着することなく、また光学素
子自体が割れることなく得ることに成功した。
After the above steps, when the temperature dropped to a predetermined temperature, the concave lens (glass material 4) was taken out by an automatic hand or the like. In the present embodiment, the temperature of the glass material 4 at a temperature corresponding to 10 14 dPa · s (500
By removing the concave lens at (° C.), the optical element having the fine pattern transferred thereon was successfully obtained without fusing with the mold member and without cracking the optical element itself.

【0039】以上によって成形した凹形状の回折光学素
子の微細パターンは、型形状を±0.5μm以内で転写
しており、またR17の球面側もニュートンリング±
0.5本以内の高精度に成形されていた。
In the fine pattern of the concave diffractive optical element formed as described above, the mold shape is transferred within ± 0.5 μm.
It was molded with a high precision of 0.5 or less.

【0040】また本実施例の方法によって連続的に凹形
状の回折光学素子を成形した結果、すべてのレンズの成
形において問題のない離型と、微細パターンおよび球面
側の光学機能面精度が実現できていた。
Further, as a result of continuously forming the concave diffractive optical element by the method of this embodiment, it is possible to realize mold release without any problem in forming all lenses, and to achieve a fine pattern and an optical function surface accuracy on the spherical surface side. I was

【0041】(他の実施例)他の実施例として、ガラス
素材をフリントガラス(F8)にし、成形する回折光学
素子形状を図5に示す凸メニスカス形状として成形を行
った。本実施例において成形した回折光学素子は、図5
中で参照R23で示される光学機能面に拡大図に示す上
述の一実施例とは逆向きの微細パターンを形成した。そ
してやはりすべての微細パターンが同一の形状をなして
いるわけではなく、光学素子中心に近ずくにしたがいピ
ッチ幅は小さくなり、山の高さは低くなっている。これ
も上述の一実施例とは逆の傾向になる。1ピッチの幅約
100〜50μm、ピッチの高さ約20〜10μmのパ
ターンが、参照R23の面に240ヶ形成されている。
これに関しては上述の実施例と同様である。また参照R
はR=23mmの球面である。また反対のR14の光学
機能面も、本実施例では球面である。
(Other Embodiments) As another embodiment, a glass material was made of flint glass (F8), and the shape of the diffractive optical element to be formed was formed into a convex meniscus shape as shown in FIG. The diffractive optical element molded in this embodiment is shown in FIG.
A micropattern was formed on the optical function surface indicated by reference R23 in a direction opposite to that of the above-described embodiment shown in the enlarged view. Also, not all fine patterns have the same shape, and the pitch width becomes smaller and the height of the peak becomes smaller as approaching the center of the optical element. This also has a tendency opposite to that of the above-described embodiment. 240 patterns having a pitch of about 100 to 50 μm and a pitch of about 20 to 10 μm are formed on the surface of the reference R23.
This is the same as in the above-described embodiment. Also reference R
Is a spherical surface of R = 23 mm. The optical function surface of the opposite R14 is also spherical in this embodiment.

【0042】また、成形するレンズ形状が一実施例と異
なるため、使用した成形装置は図6に示す様に、上型部
材2’、下型部材3’の光学機能面の成形面形状が違っ
ている。
Since the shape of the lens to be molded is different from that of the embodiment, the molding apparatus used has different optical function surfaces of the upper mold member 2 'and the lower mold member 3' as shown in FIG. ing.

【0043】上型部材2’の成形面は上述の一実施例同
様1つの上型部材2’に対して、光学素子の光学機能面
を成形する成形面を4つ有している。また上記4つの成
形面は90度等分に配置されており、回折光学素子の微
細パターンが形成されておらず、且つ図5に示す参照R
23mmの普通の球面の光学機能面形状を成形するため
の形状に鏡面研磨加工された成形面と、回折光学素子の
微細パターンも形成されている成形面が交互に2つずつ
配置されている。
The molding surface of the upper mold member 2 'has four molding surfaces for molding the optical function surface of the optical element with respect to one upper mold member 2' as in the above-described embodiment. In addition, the four molding surfaces are equally spaced by 90 degrees, the fine pattern of the diffractive optical element is not formed, and the reference R shown in FIG.
Two molding surfaces, each of which is mirror-polished into a shape for molding a 23 mm normal spherical optical function surface shape, and two molding surfaces on which a fine pattern of a diffractive optical element is also formed, are alternately arranged.

【0044】さらに上述の一実施例同様、本実施例にお
いても、上型部材2’同様、下型部材3’にも光学機能
面を成形する成形面を4つ備えてはいるが、実際に1回
の成形で使用する成形面は下型部材3’の中心軸に18
0度点対称な位置の2つだけである。よって、ガラス素
材4’の供給も1成形に2ヶ行われ、当然1ショットで
2つの光学素子が得られる。
Further, as in the above-described embodiment, in this embodiment, the lower mold member 3 'is provided with four molding surfaces for molding the optically functional surface, similarly to the upper mold member 2'. The molding surface used in one molding is 18 mm on the center axis of the lower mold member 3 '.
There are only two of the 0 degree point symmetric positions. Therefore, two glass materials 4 'are supplied for one molding, and two optical elements are naturally obtained by one shot.

【0045】上記の型構造によって成形を行った。Molding was performed using the above mold structure.

【0046】一実施例に比較してガラス素材4’がフリ
ントガラス(F8)であるため、520℃、3000N
の荷重負荷で十分に概略光学素子形状に成形可能であ
る。
Since the glass material 4 'is flint glass (F8) as compared with the embodiment, the temperature is 520 ° C. and 3000N.
It is possible to sufficiently mold the optical element into a roughly optical element shape with a load of.

【0047】次に500℃になった時点から、1500
Nの荷重を負荷した状態で、430℃まで冷却を行っ
た。本実施例の温度と荷重のプロセス線図を図7に示
す。ガラス素材4’の温度を430℃で一定に保持して
微細パターンの形成をおこなった。
Next, when the temperature reaches 500 ° C., 1500
Cooling was performed to 430 ° C. under a load of N. FIG. 7 shows a process diagram of the temperature and the load in this embodiment. The temperature of the glass material 4 ′ was kept constant at 430 ° C. to form a fine pattern.

【0048】冷却を一旦停止し430℃一定に保つと同
時に上型部材2’を上昇させ90度回転させる。さらに
それと同時に上型部材2’の温度のみ520℃に加熱す
る。
At the same time, the cooling is stopped and the temperature is kept constant at 430 ° C., and at the same time, the upper mold member 2 ′ is raised and rotated by 90 °. At the same time, only the temperature of the upper mold member 2 ′ is heated to 520 ° C.

【0049】微細パターンの形成では、再度3000N
の荷重を5秒間負荷した。その後すぐに荷重を除去し、
それと同時に上型部材2’を上昇させ、ガラス素材4’
との接触状態を解除した状態でさらなる冷却を行った。
In forming a fine pattern, 3000N
Was applied for 5 seconds. Then immediately remove the load,
At the same time, the upper mold member 2 'is raised, and the glass material 4'
Further cooling was performed in a state where the contact state with was released.

【0050】以上の工程の後、所定の温度まで温度が低
下したときに、オートハンド等により凸メニスレンズ
(ガラス素材4’)を外部に取り出した。
After the above steps, when the temperature dropped to a predetermined temperature, the convex meniscus lens (glass material 4 ') was taken out by an automatic hand or the like.

【0051】以上によって成形した凸メニスカス形状の
回折光学素子の微細パターンは、型形状を±0.5μm
以内で転写しており、またR14の球面側もニュートン
リング±0.5本以内の高精度に成形されていた。
The fine pattern of the convex meniscus diffractive optical element formed as described above has a mold shape of ± 0.5 μm.
The spherical surface side of R14 was also formed with high accuracy within ± 0.5 Newton rings.

【0052】また本実施例の方法によって連続的に凸メ
ニスカス形状の回折光学素子を成形した結果、すべての
レンズの成形において問題のない離型と、微細パターン
および球面側の光学機能面精度が実現できていた。
Further, as a result of continuously forming the convex meniscus diffractive optical element by the method of the present embodiment, mold release with no problem in molding all lenses, and fine pattern and optical function surface accuracy on the spherical surface side are realized. It was done.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
微細パターンの完全な転写と、良好な離型性によって、
光学素子の安定的大量生産が可能となる。
As described above, according to the present invention,
By perfect transfer of fine pattern and good releasability,
Stable mass production of optical elements becomes possible.

【0054】また、微細パターンの完全な転写と、良好
な離型性を1サイクルのプロセス中で実現することによ
って、コスト的に有利な安定的大量生産が可能となる。
Further, by realizing complete transfer of a fine pattern and good releasability in a one-cycle process, stable mass production which is advantageous in terms of cost becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一実施例で成形する光学素子形状の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view of an optical element shape formed in one embodiment.

【図2】一実施例の成形用胴型の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a molding die of one embodiment.

【図3】一実施例の成形面の配置図である。FIG. 3 is a layout view of a molding surface according to one embodiment.

【図4】一実施例での温度と荷重のプロセス線図であ
る。
FIG. 4 is a process diagram of temperature and load in one embodiment.

【図5】他の実施例で成形する光学素子形状の概略図で
ある。
FIG. 5 is a schematic diagram of an optical element shape formed in another embodiment.

【図6】他の実施例の成形用胴型の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a molding die of another embodiment.

【図7】他の実施例での温度と荷重のプロセス線図であ
る。
FIG. 7 is a process diagram of temperature and load in another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成形用胴型 2 上型部材 3 下型部材 4 ガラス素材 5 昇温用ヒータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molding die 2 Upper mold member 3 Lower mold member 4 Glass material 5 Heating heater

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加熱軟化状態にあるガラス素材をプレス
することによって、表面に微細パターンを有する光学素
子を成形するための光学素子の成形方法であって、 前記微細パターンを成形するためのパターンが形成され
ていない第1の型によって前記ガラス素材をプレスし、
該ガラス素材を概略の光学素子形状に成形する第1の工
程と、 前記ガラス素材よりも高温に加熱した状態の前記微細パ
ターンを成形するためのパターンが形成されている第2
の型によって略前記微細パターンのみを成形する第2の
工程と、 前記第2の型を前記ガラス素材から離間させ、前記第2
の型と前記ガラス素材とが接触していない状態で、前記
ガラス素材を冷却する第3の工程とを具備することを特
徴とする光学素子の成形方法。
An optical element forming method for forming an optical element having a fine pattern on its surface by pressing a glass material in a heat-softened state, wherein the pattern for forming the fine pattern is Pressing the glass blank with a first mold that has not been formed,
A first step of forming the glass material into a rough optical element shape, and a second step of forming a pattern for forming the fine pattern in a state of being heated to a temperature higher than the glass material.
A second step of substantially only forming the fine pattern using the mold; and separating the second mold from the glass material.
A third step of cooling the glass material in a state where the mold is not in contact with the glass material.
【請求項2】 前記第2の工程を、前記ガラス素材の冷
却工程中に行なうことを特徴とする請求項1に記載の光
学素子の成形方法。
2. The method according to claim 1, wherein the second step is performed during a step of cooling the glass material.
【請求項3】 前記第1乃至第3の工程を、成形動作の
1サイクル内で行うことを特徴とする請求項1に記載の
光学素子の成形方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first to third steps are performed within one cycle of a molding operation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7212340B2 (en) 2003-07-14 2007-05-01 Konica Minolta Holdings, Inc. Forming methods, forming devices for articles having a micro-sized shape and optical elements
US7329378B2 (en) * 2004-03-29 2008-02-12 Konica Minolta Holdings, Inc. Molding method, cooling apparatus and optical element
US7466488B2 (en) 2004-07-09 2008-12-16 Konica Minolta Holdings, Inc. Optical element producing method and optical element

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