JP2002293553A

JP2002293553A - 光学素子の製造方法、製造装置および光学素子の成形素材、予備成形金型ならびにレンズアレイ光学素子

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Publication number: JP2002293553A
Application number: JP2001095422A
Authority: JP
Inventors: Shoji Nakamura; 正二中村; Yoshiyuki Shimizu; 義之清水; Takahisa Kondo; 隆久近藤; Masaaki Haruhara; 正明春原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】平板状の成形素材と凹形状の成形金型との界
面には残余空間が存在することで未転写部が生じる傾向
があるが、未転写部の発生を低減し、特にレンズアレイ
状の光学素子の成形において未転写部を皆無にする。ま
た、平板状のガラス素材を用いて、レンズアレイ状の光
学素子を得るための製造装置と、同装置を用いて行う光
学素子の製造方法、成形素材、予備成形金型等を提供す
る。【解決手段】連続の製造工程中に予備加熱部Ｑ１、予
備成形部Ｑ２を設け、平板状のガラス素材に残余空間を
回避するための擬似鏡面または擬似シリンダー面をなす
凸形状を有する予備成形品を作成し、本成形部Ｑ３にお
いて、予備成形品を基に本成形を行って、レンズアレイ
状の光学素子を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲンランプや
メタルハロイドランプ等を光源とするプロジェクター装
置の照明光学系に用いることを主たる使用例とする光学
素子に関するものである。照明光学系では、光の利用効
率の向上や明るさの向上や色ムラの改善などを狙いとし
た光学素子としてレンズアレイが用いられているが、本
発明における光学素子は、そのようなレンズアレイを特
に好適な対象とする。もっとも、レンズアレイのみに限
定する必要性はなく、広く任意の形態の光学素子に適用
され得るものとする。

【０００２】本発明はまた、レンズアレイに代表される
光学素子の製造方法および製造装置に関するものであ
る。さらに、予備成形金型、光学素子の成形素材に関す
るものである。

【０００３】

【従来の技術】図１０は上記の光学素子であるレンズア
レイを用いた液晶プロジェクターでの照明光学系の原理
を説明するものである。ハロゲンやメタルハロイド等を
光源とするランプ７１の発光体Ｓから出た平行光線は、
第１レンズアレイ７２の第１レンズ７３を通過し、第２
レンズアレイ７４の第２レンズ７５の主平面上に集光し
て発光体Ｓの実像すなわち発光体像Ｓ’を形成する。そ
の後、第２レンズアレイ７４を通過した光は、液晶パネ
ル面Ｐ’に均一に照射される。従って、第１レンズアレ
イ７２は、第２レンズアレイの７４の主平面上に集光さ
れて発光体の実像を形成するものとして作用し、第２レ
ンズアレイ７４は、第１レンズアレイ７２の開口に入射
した光束を所定の倍率に応じて拡大し、被照明領域であ
る液晶パネルを照明するための光を形成するものとして
作用する。

【０００４】上述のようなレンズアレイの光学素子を製
作する従来の代表的な方法として下記の二つの方法があ
る。

【０００５】（１）光学機能面を備えた金型内に溶融軟
化したガラス塊を直接供給して光学素子を成形するダイ
レクトプレス法。

【０００６】（２）所定の光学機能面を有する金型とガ
ラスプリフォームを用いて、両者が等温かつ比較的低温
度の条件において成形素材を光学素子に成形するリヒー
ト成形法。

【０００７】上記においては、何れも光学機能面を有す
る成形金型を必要とし、ガラス材料に光学機能面の形状
を転写させるようにしている。

【０００８】しかしながら、上記（１）の方法では、成
形時に供給するガラス材料が高温で、成形金型が比較的
低温のために、両者の温度差から生じる収縮量があまり
にも大きく、成形品に大きな熱歪みとヒケが生じてしま
い、光学機能面の形状を精密に転写することが難しい。
生じた熱歪みはアニール処理が必要となり、ヒケを回避
するためは光学研磨などによる二次加工が必要になるな
どの煩雑性を有している。

【０００９】また、成形は高温でかつ通常大気中で行わ
れるため金型の酸化が進行し、そのため定期的に金型メ
ンテナンスを行う必要性があるが、メンテナンスの回数
を重ねるに従って、徐々に光学機能面の形状が損なわれ
る恐れを有している。

【００１０】なお、ガラス材料が冷やされない高温状態
で型開きするので離型性が良く、成形のサイクルタイム
は比較的に短い。

【００１１】一方、上記（２）の方法では、高価である
が離型性に優れる成形面が形成された成形金型を用いる
とともに、金型酸化の保護を行い、またガラス材料との
離型性を安定にするために、不活性ガスを充満したチャ
ンバー内で押圧成形を行うのが一般的である。通常、ガ
ラス材料の屈服点近傍（ガラス転移点＋１００℃以内）
の比較的低い温度であって成形金型と等温の状態におい
て、成形が可能となっている。低温であるが故にガラス
材料の収縮量が極めて少なく、また金型成形面とガラス
材料との離型性が良好なため、塑性変形領域の最低温度
まで押圧が可能となり、精密な転写性が得られ、熱歪み
も少ない。従って二次加工やアニールなどの必要性がな
い。

【００１２】その反面、等温成形であるが故に、ガラス
材料において常温と成形温度との間の昇降温に要するサ
イクルタイムについては、これを短縮することが難しい
ものとなっている。そのためには、精密に加工された光
学機能面を構成する高価な金型を数多く用いなければな
らず、供給するガラスの材料形状への制約やコスト的な
課題を有している。

【００１３】図９は上記の従来法（２）を参考として考
えられる成形方法を示す。

【００１４】下型６１、上型６２および胴型６３で構成
された成形金型の内部に成形素材６４を入れ、成形金型
全体を不活性ガス中で加熱し、ガラス材料からなる成形
素材６４の屈服点以上で、かつ変形可能な温度に達した
時点で圧力Ｐで押圧して成形する。上型６２および下型
６１においては、成形素材６４と接する面にそれぞれ光
学機能面の平面および複数個の凹面形状が所望個数だけ
精密に加工されている。この場合、光学機能面が平面と
なっている上型６２は安価に得られるが、下型６１はそ
の比ではなく非常に多くの加工工数を必要とし、そのた
めに高価なものとなっている。

【００１５】また、供給する成形素材６４の形状として
は平板状のものが最も加熱効率が良く、成形時における
押圧変形量も少ないために成形が短時間で良い。また安
価に得られやすい等、リヒート成形には適している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、下型６１の凹
面部と成形素材６４の平面部との間には成形素材の塑性
変形部分が入り込まないままの残余空間６５が形成され
る可能性があり、成形されるべき光学素子６４の凸面側
には未転写の部分が残ってしまい、光学素子としての機
能を果たせないことになる。こうした課題は（１）の方
法では発生しにくく、従って、現状技術としては（１）
の方法が主流ではある。しかし、（１）の方法もまた、
前述したような多くの課題を有している。

【００１７】本発明は上記した課題の解決を図るべく創
作したものであって、熱効率の高い平板状のガラス材料
を成形素材として用いても、残余空間に起因する未転写
部の発生をなくしてアレイ状の光学素子の光学機能面の
全てにおいて精密転写を可能にし、二次加工を不要とす
る製造方法および製造装置を提供することを目的として
いる。また、高価な成形金型の必要数をできるだけ少な
くするとともに、成形サイクルタイムの短縮を図り安価
なレンズアレイ光学素子を提供することも目的としてい
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明における光学素子
の製造方法での解決手段は、次のとおりである。嵌合し
た下型と胴型および平板状のガラス材料からなる成形素
材とを一体にした成形ブロックを準備し、この成形ブロ
ックの全体を予備的に加熱することにより前記成形素材
が押圧により変形可能な温度まで予熱する。その後、成
形ブロックを予備成形工程に搬送し、成形面に複数個の
凹部が形成された予備成形型を用いて前記ガラス材料の
成形素材を押圧して、成形素材の表面に複数個の凸部を
形成する。押圧を解除して後、成形ブロックを本成形工
程に搬送して、アレイ状に配置された所望する光学機能
面が形成された本成形型を用いて再び押圧して成形を完
了する。押圧を解除して後、成形ブロックを冷却工程に
搬送して成形ブロック全体を冷却して後、成形ブロック
を分解してレンズアレイ光学素子を取り出す。

【００１９】予備成形において平板状の成形素材であっ
ても、その表面に複数個の凸部を予備的に形成すること
で、従来課題の残余空間に起因する未転写部が形成され
ることなく、本成形工程において光学機能面の全てを精
密に転写させることが可能となる。

【００２０】本発明における光学素子の成形装置での解
決手段は、次のとおりである。互いにテーパーで嵌合す
る下型と胴型および前記下型上に載置した成形素材とで
構成されている成形ブロックを取り扱うこととする。そ
の成形ブロックの全体を加熱可能な予備加熱部と、予備
成形型を備え前記成形ブロックに対する加熱加圧が可能
な予備成形部と、凹形状の光学機能面がアレイ状に形成
された本成形型を備えて前記成形ブロックに対する加熱
加圧が可能な本成形部と、前記成形ブロック全体を冷却
する冷却部とを備える。そして、前記四つの各部をチャ
ンバーに内包させる。前記チャンバー内において、前記
成形ブロックを予備加熱部、予備成形部、本成形部、冷
却部の各部に順次搬送する搬送手段を設ける。前記チャ
ンバーには、前記成形ブロックをチャンバー内外に搬
入、搬出するための開閉自在なシャッターを有する投入
口および取り出し口と、前記チャンバー内に不活性ガス
を送り込むガス導入口とを設ける。このように構成する
ことで、高価な金型面数を削減することができる。ま
た、成形ブロックのみの搬送が可能となり、サイクルタ
イムを短縮することができる。そして、全体として、安
価な光学素子を提供することができる。

【００２１】上記の光学素子の製造装置の好ましい形態
として、前記予備成形部と本成形部には、上加熱板と、
前記上加熱板の側方に前記成形ブロックからの前記予備
成形型または本成形型の離型を助成するためのストリッ
パピンとが具備されているという構成がある。成形ブロ
ックにおける成形素材に対して予備成形型または本成形
型の一部が食い込むことが離型時に抵抗となるが、前記
ストリッパピンは、その抵抗に抗して予備成形型または
本成形型の離型を容易なものにする。

【００２２】また、上記の光学素子の製造装置の好まし
い形態として、前記予備成形部と本成形部には、下加熱
板と、前記下加熱板上での前記成形ブロックの搬送ガイ
ドを兼ねたＬ字状のフックとが具備されているという構
成がある。成形ブロックにおける成形素材に対して予備
成形型または本成形型の一部が食い込むことが離型時に
抵抗となり、予備成形型または本成形型を持ち上げると
きに成形素材が一緒に持ち上げられようとする傾向があ
るが、前記フックは、その持ち上げを防止しつつ予備成
形型または本成形型の離型を容易なものにする。

【００２３】本発明における光学素子の成形素材の解決
手段は、ガラス材料からなる平板の片面または両面に、
凸形状でかつアレイ状に配置されるべき光学素子の光学
機能面に対応する状態の略凸形状がアレイ状に配置され
て構成されているというものである。予備加熱および予
備成形を経て本成形が行われるが、本成形で最終的に作
るべき形状に近似の形状すなわち略凸形状がアレイ状に
配列されてなる成形素材を基にして予備加熱および予備
成形を行うことから、光学機能面の全てにおいて、残余
空間に起因する未転写部の発生を確実に抑制することが
できる。

【００２４】なお、成形素材の好ましい形態として、前
記アレイ状の略凸形状が、疑似球面または疑似シリンダ
ー面に形成されていることを挙げることができる。

【００２５】本発明における成形素材作成用の予備成形
金型の解決手段は、金属部材からなる平板の面に複数個
の凹部または貫通孔が形成され、前記凹部または貫通孔
の表面に光学ガラス材料との反応性が低い白金の離型膜
が成膜されているというものである。

【００２６】平板状からなる金属部材の表面に光学素子
の光学機能面と相対するように複数個の凹部もしくは貫
通孔を設け、その凹部に成形素材の一部を入り込ませて
複数個の凸部を形成し、その後、成形素材を金型から離
型させるが、前記凹部表面に光学ガラス材料との反応性
の低い離型膜が成膜されているので、その離型をきわめ
て良好なものにでき、本成形に支障のない成形素材を得
ることができる。

【００２７】本発明におけるレンズアレイ光学素子の解
決手段は、光学ガラス材料を用いて上記の製造方法ある
いは上記の製造装置で得られるものであって、片方が平
面、他方が複数の球面または疑似シリンダー面のアレイ
に成形されているというものである。平板状の成形素材
を用いて予備加熱および予備成形を行うことにより、転
写性に優れた、かつ安価なレンズアレイ光学素子を得る
ことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかわる光学素子
の製造方法および製造装置の実施の形態を図面に基づい
て説明する。

【００２９】(実施の形態１)図１（Ａ）は光学素子の製
造装置の構成を説明する垂直断面図である。チャンバー
１内に、横方向に沿って予備加熱部Ｑ１と予備成形部Ｑ
２と本成形部Ｑ３と冷却部Ｑ４とがこの順に配置されて
いる。予備加熱部Ｑ１は、下側の予備加熱部と上側の予
備加熱部とから構成されている。予備成形部Ｑ２は、同
じく、下側の予備成形部と上側の予備加熱部とから構成
されている。本成形部Ｑ３は、下側の本成形部と上側の
本成形部とから構成されている。冷却部Ｑ４は、下側の
冷却部と上側の冷却部とから構成されている。

【００３０】チャンバー１内に設けられた架台２上に下
冷却板３および下加熱板４が積層され、架台２上に固定
されて下側の予備加熱部が構成されている。前述したも
のと同様の構成が図中横方向に４カ所等配置されて、下
側の予備成形部、本成形部、冷却部が構成されている。

【００３１】一方、上側の予備加熱部、予備成形部、本
成形部および冷却部は、下側のそれに対向した上方に設
けられており、チャンバー１に吊り下げられた軸５の下
端面に設けたフランジ６に、上冷却板７および上加熱板
８が積層固定された状態で構成されている。但し、予備
成形部と本成形部の上加熱板８には、それぞれ予備成形
型９および本成形型１０とが固定された構成となってい
る。

【００３２】軸５は図示しない加圧機構、例えばエアー
シリンダーや油圧シリンダーに連結され、図中矢印方向
の上下自在に可動できる構成となっている。

【００３３】また、後述する成形ブロック１１を予備加
熱部Ｑ１、予備成形部Ｑ２、本成形部Ｑ３、冷却部Ｑ４
に順次的に搬送するための棹１２がチャンバー１に設け
られている。さらに、成形ブロック１１をチャンバー１
の内外に対して投入と取り出しを行うための投入口１３
および取り出し口１４が設けられている。そして、投入
口１３と取り出し口１４に開閉自在なシャッター１５が
設けられている。さらに、チャンバー１には成形に用い
る金型の酸化を抑制するためにチャンバー１内の雰囲気
を確保するための不活性ガスを導入するガス導入口１６
が設けられている。

【００３４】図１（Ｂ）は成形装置の搬送手段Ｈを説明
するための水平断面図である。この図は、後述する成形
ブロック１１の搬送方法についても説明している。

【００３５】準備された成形ブロック１１は、まず準備
台１７に載置される。棹１２は破線で示す箇所から図中
−Ｙ方向にシリンダー１９を前方に送り出し、続いてシ
リンダー２０で−Ｘ方向に等配置された下加熱板の距離
だけ移動させ、各下側加熱板４上の成形ブロック１１を
図中左方向に搬送する。搬送時には、取り出し口１４の
シャッター１５は、図１（Ａ）に示す矢印＋Ｚ方向に持
ち上げられ開いた状態となし、この状態で成形ブロック
１１がチャンバー１から排出された後、−Ｚ方向に移動
して閉状態にする。その後、棹１２は＋Ｙ方向、＋Ｘ方
向に移動して、図中破線で示す元の箇所に戻る。準備台
１７に載置された成形ブロック１１は、投入口１３側の
シャッター１５を＋Ｚ方向に移動させた状態で、押し棒
２１を介してシリンダー１８でチャンバー１内に投入し
た後に、シャッター１５を−Ｚ方向にして閉める。

【００３６】搬送手段Ｈは、上述した動作を定期的に繰
り返して行うものである。すなわち、成形ブロック１１
は、予備加熱部Ｑ１、予備成形部Ｑ２、本成形部Ｑ３お
よび冷却部Ｑ４のそれぞれにおいて一定時間置かれた後
に、上記搬送手段Ｈを用いて搬送をして、連続的な成形
が行われるものである。

【００３７】なお、搬送手段Ｈおよびシャッター開閉に
用いる各シリンダーは、通常のエアーシリンダー等を用
いるものであり、通常のシーケンス回路を用いて制御す
るものである。

【００３８】図２（Ａ）および（Ｂ）は成形ブロック１
１を説明するための斜視図および正面図である。図２
（Ａ）は成形ブロックの構成要素の一つである平板状の
成形素材３１を示し、その両面は鏡面状態に仕上げてい
る。

【００３９】図２（Ｂ）は成形ブロック１１を示し、下
型３２、胴型３３および前述した成形素材３１とで構成
されている。下型３２と胴型３３とはテーパー部３４で
嵌合している。

【００４０】次に、図３（Ａ），（Ｂ）は何れも予備加
熱部Ｑ１および本成形部Ｑ３の構成を詳細に説明するも
のである。

【００４１】図３（Ａ）は予備成形部Ｑ１における加圧
直前の状態を示すものである。軸５のフランジ６には上
冷却板７と上加熱板８とが積層され、ねじ３５で互いに
締結されている。上加熱板８の下端面には予備成形型９
がねじ３７で締結されている。上加熱板８の外方には、
上冷却板７を貫通するストリッパピン３８と圧縮バネ３
９とで構成された離型手段Ｍが備えられており、予備成
形型９と成形素材３１との離型を目的とするものであ
る。ストリッパピン３８の下端は胴型３３を介して下側
に押しつけられ、図３（Ｂ）に示すように成形素材３１
はある程度変形され胴型３３に設けたテーパー部３４に
食い込んで予備成形型９から離型させる作用が得られる
ものである。

【００４２】図３（Ｂ）の構成は、また本成形部Ｑ３の
加圧の初期段階の状態を示すものであり、本成形型１０
が取り付けられた状態を示す。図示しない駆動源を用い
て、成形素材３１に、図中Ｆの力を発生させ加圧できる
構成にしており、また上下自在に可動できるものであ
る。

【００４３】なお、上下それぞれの冷却板および加熱板
の温度制御は通常の技術を用いて行えるもので、そのた
めのセンサーや制御装置を備えている。また、シャッタ
ーの開閉や搬送のタイミングは、シーケンス制御技術を
用いて行えるように構成されている。

【００４４】上述したように本実施の形態における成形
装置は、成形ブロックを構成し、この成形ブロック全体
を上下から加熱できる予備加熱部を備え、前記成形ブロ
ックのみを予備成形部、本成形部、冷却部へと順次搬送
可能な搬送手段を備え、それらを内包するチャンバーお
よびそのチャンバー内に不活性ガスを導入するガス導入
口と、前記成形ブロックを前記チャンバー内外へ投入、
取り出しするための口および開閉自在なシャッターを備
え、前記予備成形部と本成形部には成形素材を押圧変形
可能な加圧機構が具備された構成となっている。

【００４５】（実施の形態２）本発明における光学素子
の製造方法について、前記実施の形態１の成形装置およ
び、図１〜図３および図４、図５を用いて説明する。

【００４６】図２（Ａ）はガラス材料からなる成形素材
３１の斜視図である。成形素材３１は、４０ｍｍ×４０
ｍｍ×３．５ｍｍの平板状のもので、その両面を光学研
磨したものを準備した。ガラス材料は、市販されるＢ２
７０−ＳＵＰＥＲＷＩＴＥ（転移温度：５２１℃、軟化
温度：７０８℃）を用いた。

【００４７】図２（Ｂ）は成形ブロック１１の正面図で
ある。この成形ブロック１１は、成形素材３１と下型３
２と胴型３３とから構成されている。下型３２と胴型３
３とはテーパー部３４で嵌合されている。平面に光学研
磨された下型３２上に成形素材３１を載置してある。下
型３２が成形素材３１と接する面は光学研磨されてお
り、さらに、ガラスとの反応性が少ない白金膜でメッキ
されている。下型３２および胴型３３の構成材料とし
て、成形素材３１よりも熱膨張係数の小さな材料である
タングステン・カーバイト（ＷＣ）を採用した。

【００４８】図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、成形ブ
ロック１１を準備台１７に載置する。チャンバー１内の
成形ブロック１１を搬送手段Ｈで搬送した後、準備台１
７上の成形ブロック１１を押し棒２１でチャンバー１内
の下加熱板４上に搬送し、予備加熱部Ｑ１において、成
形ブロック１１の予備加熱工程を行った。上下の加熱板
４，８は６５０℃の定常状態に設定して加熱されてい
る。成形ブロック１１の投入直後には、上下の加熱板の
温度は一旦低下するが、徐々に回復して元の温度に復帰
する。実施例では下加熱板４が温度復帰するまでの待機
時間として約２分間を設定した。なお、上加熱板８と成
形ブロック１１の上面である成形素材３１との間隔は極
力接近させる方が望ましく、本実施例では０．５ｍｍに
設定した。

【００４９】次に、前述した搬送手段Ｈを用いて、成形
ブロック１１を７２０℃に定常設定された予備加熱部Ｑ
１に搬送した後、図示しない駆動源と加圧機構とを用
い、軸５を下降させて予備成形型９を成形素材３１に当
接させ、その当接状態で加熱を１分間継続した後、成形
素材３１に１２０００Ｎ（ニュートン）の加圧力を加え
て１分間保持した。これが予備成形工程である。

【００５０】図４（Ａ），（Ｂ）は予備成形部Ｑ２の上
加熱板８に取り付けた予備成形型９および予備成形品４
５を詳細に説明するものである。

【００５１】図４（Ａ）に示す本実施例の予備成形型９
は、ステンレス系の部材からなる平板状の面に、得よう
とするレンズアレイと同数で配設ピッチを同じにした凹
部４１が彫り込まれており、上加熱板８への取り付け孔
４２が設けられている。凹部４１については、曲率半径
がＲ４のボールエンドミルとマシニングセンターを用い
て彫り込み深さ１．２ｍｍのものを８０箇所加工して、
その表面を鏡面に研磨した後、鏡面の表面に白金膜をメ
ッキした。

【００５２】図４（Ｂ）は予備成形部Ｑ２で押圧変形後
に得られた予備成形品４５を示す。この予備成形品４５
の平板状の表面には予備成形型９の凹部４１とは略反対
形状の凸部４３が忠実に形成されていた。予備成形品４
５は、実際の製造工程において、本成形部Ｑ３に搬送さ
れ、得ようとするレンズアレイ形状とは反対形状の本成
形型１０によってさらに成形されるものである。

【００５３】図５（Ａ）は予備成形型９の別の実施例を
示す。この予備成形型９は、直溝４６が複数本彫り込ま
れ、取り付け孔４７が形成されている。図４（Ａ）とは
凹部の形状が異なり、レンズアレイを等分割（８分割）
した複数個の溝加工を行った。加工表面の研磨や白金膜
の形成は図４（Ａ）と同様の手法を用いている。

【００５４】図５（Ｂ）は、予備成形型９を用いて、上
述したものと同様の温度設定、時間設定および加圧力設
定で得られた予備成形品４９を示す。この予備成形品４
９においては、予備成形型９の直溝４６とは略反対形状
の凸部（突条）４８が忠実に形成されていた。

【００５５】図４、図５での予備成形型９は、何れも底
付きの彫り込み加工を行ったが、予備成形品４５，４９
にアレイ状の凸部４３，４８の凸形状が形成できれば、
貫通孔や貫通長孔を加工してもよく、金型への食いつき
は若干大きいが、貫通孔の面取り加工や押圧変形量を制
御すれば、ほぼ同様の予備成形品を得ることを確認して
いる。

【００５６】図４（Ｂ）および図５（Ｂ）の説明で得ら
れた予備成形品４５および４９は、何れも本成形部Ｑ３
で行う本成形工程において、従来例で説明したような成
形型と成形素材との間に残余空間を形成することはな
く、したがって未転写部の発生がなく、精密な転写が行
えるように作用する。

【００５７】なお、予備成形品４５および４９は、従来
例で説明した成形での成形素材としても使用できること
はいうまでもない。

【００５８】図６は本成形工程を説明するために設けた
本成形型５１の斜視図である。この本成形型５１は、凹
形状のレンズ面５２が８０箇所に整列配置されたもの
で、レンズアレイ状をなしている。レンズ面５２は、曲
率半径Ｒが１３．５ｍｍで、０．２ｍｍだけ彫り込まれ
ている。５３は取り付け孔である。本成形型５１の構成
材料にタングステン・カーバイトを用いており、レンズ
面５２の表面は、光学鏡面に精密研磨した後に白金膜が
メッキによって施されている。成形ブロック１１は、上
下加熱板８，４が７２０℃に設定された本成形工程に搬
送された直後に、１００００Ｎの加圧力で押圧を行い、
２分間その加圧を継続して、加圧を解除した後、予備加
熱部Ｑ１と同様の構成をした冷却部Ｑ４に成形ブロック
１１を搬送させ、上下の加熱板８，４が５００℃に定常
設定された冷却工程を２分間行った。

【００５９】その後、成形ブロック１１はチャンバー１
の取り出し口１４から出されて、充分冷却させた後に、
成形ブロック１１を分解した。

【００６０】図７は、上記した予備加熱工程、予備成形
工程、本成形工程および冷却工程を２分間のサイクルタ
イムで行った結果得られたレンズアレイ状の光学素子５
４の斜視図を示す。この光学素子５４においては、凸形
状の光学面５５が整列配置され、本成形型５１のレンズ
面５２の反対形状全てにおいて忠実に、しかも精密に転
写させることができた。

【００６１】光学面の形状精度を３次元測定したとこ
ろ、成形素材の収縮量のみ所望の形状に対して偏差を有
していた。また光学面とは反対の平面精度について、フ
ィゾー型の光干渉計で測定したところ、１０λ（λ＝６
３３ｎｍ）以下の平面度が得られ、レンズアレイ光学素
子として実用に充分供し得るものを製造できることを確
認した。

【００６２】（実施の形態３）図８は予備成形型および
本成形型と成形素材との他の離型手段Ｍを示す。下加熱
板４の側面にＬ字状のフック５６がネジ５７で固定され
た構成である。フック５６は成形ブロック１１の搬送方
向に取り付けられ、成形ブロック１１の搬送時における
ガイドを兼ねている。上側の予備成形部および本成形部
を上方に持ち上げた場合、胴型３３はフック５６に規制
されて上方には持ち上がらない。また成形素材３１は変
形し胴型３３のテーパー部３４に入り込んでいるため、
成形型との離型に作用する。

【００６３】実施の形態２と同様の条件で光学素子を成
形したところ、図７に示す光学素子５４を得ることがで
きた。３次元測定器による形状精度および光干渉計によ
る平面度の評価を行ったところ、実施の形態２で得られ
た光学素子とほぼ同様の精度を有するものが得られるこ
とを確認した。

【００６４】

【発明の効果】下型と胴型および平板状の成形素材で構
成された成形ブロックのみを順次、予備加熱部、予備成
形部、本成形部、冷却部の工程を経ることで、平板状の
成形素材を用いても、残余空間に起因する未転写部が残
らないレンズアレイの光学素子を安価に製造することが
できる。また、光学レンズ面を形成した高価な金型の使
用数を削減し、製造コストを軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の光学素子の製造装置
を説明する垂直断面図および水平断面図

【図２】本発明の各実施の形態における成形ブロック
を説明する斜視図および正面図

【図３】本発明の実施の形態１の光学素子の製造装置
の詳細を示す正面図

【図４】本発明の実施の形態で用いる予備成形型およ
び予備成形品を示す斜視図

【図５】本発明の実施の形態で用いる別の形態の予備
成形型および予備成形品を示す斜視図

【図６】本発明の実施の形態２における本成形型の斜
視図

【図７】本発明の実施の形態で得られたレンズアレイ
状の光学素子の斜視図

【図８】本発明の実施の形態３における光学素子の製
造装置を示す正面図

【図９】従来の技術における成形法を説明するための
正面図

【図１０】レンズアレイ光学素子を用いた液晶プロジ
ェクターの原理説明図

【符号の説明】

Ｑ１予備加熱部Ｑ２予備成形部Ｑ３本成形部Ｑ４冷却部Ｈ搬送手段Ｍ離型手段１チャンバー２架台３下冷却板４下加熱板５軸６フランジ７上冷却板８上加熱板９予備成形型１０本成形型１１成形ブロック１２棹１３投入口１４取り出し口１５シャッター１６ガス導入口１７準備台１８，１９，２０シリンダー２１押し棒３１成形素材３２下型３３胴型３４テーパー部３５，３７固定ネジ３８ストリッパピン３９圧縮バネ４１凹部４２，４７，５３取り付け孔４３凸部４５，４９予備成形品４６直溝４８凸部５１本成形型５２レンズ面５４光学素子５５光学面５６フック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 3/00 Ｇ０２Ｂ 3/00 Ａ (72)発明者近藤隆久大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者春原正明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4G015 HA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下型、前記下型に嵌合する胴型、前記胴
型でガイドされかつ前記下型上に載置された成形素材と
で構成された成形ブロックの全体を予備加熱する予備加
熱工程と、前記予備加熱により軟化された成形素材を予備成形型で
押圧変形して予備成形品を得る予備成形工程と、光学機能面がアレイ状に構成された本成形型により前記
予備成形品に前記光学機能面を転写する本成形工程と、前記成形ブロックの全体を冷却する冷却工程とを含み、前記成形ブロックを少なくとも前記予備加熱、予備成
形、本成形および冷却の各工程に順次搬送することを特
徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】互いにテーパーで嵌合する下型と胴型お
よび前記下型上に載置した成形素材とで構成されている
成形ブロックの全体を予備加熱可能な予備加熱部と、予備成形型を備え前記成形ブロックの成形素材を加熱加
圧可能な予備成形部と、上方に凹形状の光学機能面がアレイ状に形成された本成
形型を備えて前記成形ブロックの成形素材を加熱加圧可
能な本成形部と、前記成形ブロックの全体を冷却する冷却部と、前記四つの各部を内包するチャンバーと、前記成形ブロックを前記予備加熱部、予備成形部、本成
形部および冷却部の各部に順次搬送する搬送手段と、前記成形ブロックを前記チャンバーの内外に搬入、搬出
するためのシャッターを有する投入口および取り出し口
と、前記チャンバー内に不活性ガスを送り込むガス導入口と
を備えていることを特徴とする光学素子の製造装置。
【請求項３】前記予備成形部と本成形部には、上加熱
板と、前記上加熱板の側方に前記成形ブロックからの前
記予備成形型または本成形型の離型を助成するためのス
トリッパピンとが具備されていることを特徴とする請求
項２記載の光学素子の製造装置。
【請求項４】前記予備成形部と本成形部には、下加熱
板と、前記下加熱板上での前記成形ブロックの搬送ガイ
ドを兼ねたＬ字状のフックとが具備されていることを特
徴とする請求項２または請求項３記載の光学素子の製造
装置。
【請求項５】ガラス材料からなる平板の片面または両
面に、凸形状でかつアレイ状に配置されるべき光学素子
の光学機能面に対応する状態の略凸形状がアレイ状に配
置されて構成されていることを特徴とする光学素子の成
形素材。
【請求項６】前記アレイ状の略凸形状が、疑似球面ま
たは疑似シリンダー面に形成されていることを特徴とす
る請求項５記載の光学素子の成形素材。
【請求項７】金属部材からなる平板の面に複数個の凹
部または貫通孔が形成され、前記凹部または貫通孔の表
面に光学ガラス材料との反応性が低い白金の離型膜が成
膜されていることを特徴とする成形素材作成用の予備成
形金型。
【請求項８】光学ガラス材料を用いて前記請求項１記
載の製造方法で得られるものであって、片方が平面、他
方が複数の球面または疑似シリンダー面のアレイに成形
されていることを特徴とするレンズアレイ光学素子。
【請求項９】光学ガラス材料を用いて前記請求項２記
載の製造装置で得られるものであって、片方が平面、他
方が複数の球面または疑似シリンダー面のアレイに成形
されていることを特徴とするレンズアレイ光学素子。