(57)【要約】【課題】表面に特殊加工が施された光学素子を、高品質且つ高収率で製造する。【解決手段】本発明に係る光学素子製造装置１は、全体形状金型を用いてプリフォーム５をプレス加工することにより一次成型体６を形成する全体形状成型部２と、複数の表面形状金型を用いて一次成型体６をプレス加工することにより二次成型体７を形成する表面形状成型部３と、複数の表面形状金型のうち表面形状の転写に携わらない金型の温度を、転写に携わる金型の温度より低く設定する金型温度制御部４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光学素子の全体形状を象る全体形状金型を用いてプリフォームをプレス加工することにより一次成型体を形成する全体形状成型手段と、
所定の表面形状を象る複数の表面形状金型を用いて前記一次成型体をプレス加工することにより二次成型体を形成する表面形状成型手段と、
複数の前記表面形状金型のうち、前記表面形状の転写に携わらない非有効金型の温度を、転写に携わる有効金型の温度より低く設定する金型温度制御手段と、
を備える光学素子製造装置。
【請求項２】
前記有効金型の温度は、転移点以上軟化点以下である、
請求項１記載の光学素子製造装置。
【請求項３】
前記前記非有効金型の温度は、転移点以下である、
請求項２記載の光学素子製造装置。
【請求項４】
所定の光学素子の全体形状を象る全体形状金型を用いてプリフォームをプレス加工することにより、前記全体形状を有する一次成型体を形成する全体形状成型工程と、
所定の表面形状を象る少なくとも２つに分割された表面形状金型を用いて前記一次成型体をプレス加工することにより、前記表面形状を有する二次成型体を形成する表面形状成型工程と、
複数の前記表面形状金型のうち、前記表面形状の転写に携わらない非有効金型の温度を、転写に携わる有効金型の温度より低く設定する金型温度制御工程と、
を備える光学素子製造方法。
【請求項５】
前記有効金型の温度は、転移点以上軟化点以下である、
請求項３記載の光学素子製造方法。
【請求項６】
前記前記非有効金型の温度は、転移点以下である、
請求項４記載の光学素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を製造するための技術に関し、特にその表面に特殊加工を施すための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置等の様々な機器において、赤外線が利用されている。このような撮像装置は、例えば施設内への侵入者を監視する監視カメラ、夜間走行中に歩行者を発見する車両用事故防止装置等に利用されている。
【０００３】
従来、上記のような赤外線用の光学素子には、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の材料が用いられてきた。Ｇｅは、赤外線を透過する特性に優れるが、高価であること、供給が不安定であること等の問題を有する。また、Ｇｅの成型には、研磨、切削等の工程が必要であり、成型作業が困難であり、製造コストが高くなるという問題もある。
【０００４】
上記問題の解決を図るものとして、カルコゲナイドガラスを材料とする赤外用光学素子が提案されている（特許文献１参照）。カルコゲナイドガラスは、カルコゲン元素を主成分とするものであり、赤外用光学素子として好適なものとして、シリコン（Ｓｉ）−セレン（Ｓｅ）−テルル（Ｔｅ）系、ゲルマニウム（Ｇｅ）−セレン（Ｓｅ）−テルル（Ｔｅ）系、シリコン（Ｓｉ）−アンチモン（Ｓｂ）−テルル（Ｔｅ）系、ゲルマニウム（Ｇｅ）−アンチモン（Ｓｂ）−テルル（Ｔｅ）系合金等が挙げられる。カルコゲナイドガラスには、Ｇｅを含むものもあるが、その他にもＳ、Ｓｂ等を含んで構成されるため、材料単価をＧｅ単体の数分の一程度に抑えることが可能である。また、カルコゲナイドガラスは、金型を用いたプレス加工により成型することができるので、成型作業が容易であり、製造コストが低くなるという利点を有する。
【０００５】
また、赤外用光学素子の製造コストが高くなる要因として、反射防止対策等の特殊加工の必要性が挙げられる。通常の可視光用光学素子における反射防止対策としては、光学素子の表面に、波長の１／４の厚さの薄膜を複数層形成する手法が一般的である。この手法は、赤外用光学素子に適用されることができるが、赤外光は可視光より波長が大きいため、赤外用光学素子に適用した場合、膜の厚さを可視光の場合の１０倍程度にする必要があり、コストが高くなる。
【０００６】
そこで、新しい反射防止対策として、光学素子表面に、使用する光の波長よりも短い周期を持つ微細構造を形成することにより、光の反射を抑える方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法によれば、目的とする光学素子の全体構造を象ると共に、反射防止効果を有する微細構造を象る１種（組）の金型を用いてプリフォームをプレス加工することにより、光学素子の形状出しと微細構造の転写とを同時に行うことが可能となり、コストの削減が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２１１５４０号公報
【特許文献２】特開２００５−３３１８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような光学素子の形状出しと微細構造の転写とを同時に行う方法には、次のような問題がある。微細構造にプリフォームが入り込む前に、プリフォーム全体が大きく変形し、プリフォームの各部分で応力が発生する。そのため、微細構造へのプリフォームの入り込みにムラが生じ、微細構造の転写が不均一になり易い。また、上記応力の発生により割れ、亀裂等が生じ易い。更に、離型時に、型の微細構造にガラス片が残留し易い。
【０００９】
そこで、本発明は、表面に特殊加工が施された光学素子を、高品質且つ高収率で製造可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る光学素子製造装置は、所定の光学素子の全体形状を象る全体形状金型を用いてプリフォームをプレス加工することにより一次成型体を形成する全体形状成型部と、所定の表面形状を象る複数の表面形状金型を用いて前記一次成型体をプレス加工することにより二次成型体を形成する表面形状成型部と、複数の前記表面形状金型のうち、前記表面形状の転写に携わらない非有効金型の温度を、転写に携わる有効金型の温度より低く設定する金型温度制御部とを備える。
【００１１】
上記本発明においては、光学素子の製造工程が、全体形状を成型する工程と、表面形状を成型する工程とに分けられる。全体形状を成型する工程において、レンズ等の所定の全体形状を有する一次成型体が形成される。表面形状を成型する工程において、反射防止効果等を有する表面形状を備える二次成型体が形成される。そして、表面形状を成型する際に、複数の表面形状金型が、表面形状の転写に携わる有効金型と、転写に携わらない非有効金型とに設定され、有効金型と非有効金型との間で温度差が付けられる。即ち、有効金型の温度がプレス温度まで加熱され、非有効金型の温度がプレス温度より低く維持される。これにより、非有効金型側の部分が過度に軟化しないため、プレス圧力により一次成型体が大きく変形することが防止される。そして、微細構造へのプリフォーム（一次成型体）の入り込み・残留、また完成品の割れ・亀裂等を防止することができる。
【００１２】
また、前記有効金型の温度は、転移点以上軟化点以下であることが好ましい。更に、前記非有効金型の温度は、転移点以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、所定の光学素子の全体形状を象る全体形状金型を用いてプリフォームをプレス加工することにより、前記全体形状を有する一次成型体を形成する全体形状成型工程と、所定の表面形状を象る少なくとも２つに分割された表面形状金型を用いて前記一次成型体をプレス加工することにより、前記表面形状を有する二次成型体を形成する表面形状成型工程と、複数の前記表面形状金型のうち、前記表面形状の転写に携わらない非有効金型の温度を、転写に携わる有効金型の温度より低く設定する金型温度制御工程とを備える光学素子製造方法である。
【００１４】
上記方法に係る発明は、上記装置に係る発明と同様の技術思想に基づくものであり、その作用効果は同様である。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明によれば、表面に特殊加工が施された光学素子を、高品質且つ高収率で製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学素子製造装置の機能的な構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る光学素子製造装置の具体的構成を例示する図である。
【図３】実施の形態１に係る光学素子の製造工程の流れを示すフローチャートである。
【図４】全体形状成型工程を示す図であり、（ａ）は全体形状金型にプリフォームを設置した状態を示し、（ｂ）はプリフォームを全体形状金型によりプレスした状態を示し、（ｃ）はこの工程により一次成型体が生成される状態を示している。
【図５】表面形状成型工程を示す図であり、（ａ）は表面形状金型に一次成型体を設置した状態を示し、（ｂ）は下型により表面形状を転写する時の状態を示し、（ｃ）は上型により表面形状を転写する時の状態を示し、（ｄ）はこの工程により二次成型体が生成される状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態に係る光学素子製造装置１の機能的な構成を示している。光学素子製造装置１は、全体形状成型部２、表面形状成型部３、金型温度制御部４を備える。
【００１８】
全体形状成型部２は、レンズ、フィルタ等の光学素子の全体形状を象る全体形状金型を用いて、プリフォーム５をプレス加工することにより、一次成型体６を形成するセクションである。尚、図１において、プリフォーム５の形状が円形で示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
表面形状成型部３は、反射防止効果等を有する所定の表面形状を象る少なくとも２つに分割された表面形状金型を用いて、一次成型体６をプレス加工することにより、二次成型体７を形成するセクションである。
【００２０】
金型温度制御部４は、表面形状金型によるプレス加工時に、複数の表面形状金型のうち少なくとも１つを、一次成型体６の一部に表面形状を転写させる有効金型として設定し、この有効金型の温度をプレス温度に加熱すると共に、他の非有効金型の温度をプレス温度より低くする機構である。
【００２１】
尚、上記全体形状成型部２と表面形状成型部３とは、互いに独立した構成であってもよいし、一部の機構を共有する構成であってもよい。
【００２２】
図２は、光学素子製造装置１の具体的構成を例示している。本実施の形態に係る工学素子製造装置１は、上型（全体形状上型１１又は表面形状上型２１）、下型（全体形状下型１２又は表面形状下型２２）、スリーブ１３、上型ヒータ１５、上型均熱板１６、下型ヒータ１７、下型均熱板１８、加圧シリンダ１９、プレス室２０、制御ユニット２１を備える。
【００２３】
全体形状上型１１及び全体形状下型１２は、レンズ等の所望の全体形状を象る金型である。表面形状上型２１及び表面形状下型２２は、反射防止効果を有する微細構造等を象る金型である。本実施の形態においては、全体形状金型１１，１２と表面形状金型２１，２２とが、適宜入れ替えて使用される。尚、本発明はこの形態に限定されるものではない。
【００２４】
スリーブ１３は、上型１１，２１をスライド可能に保持するものである。上型１１，２１は、加圧シリンダ１９によりスリーブ１３の長手方向に沿って変位する。
【００２５】
上型ヒータ１５は、電熱線、熱伝導体等を含んで構成されるユニットであり、上型１１，２１を加熱する。上型均熱板１６は、セラミック等の熱伝導体からなり、上型ヒータ１５の発熱を均等に上型１１，２１に伝達させるものである。
【００２６】
下型ヒータ１７は、電熱線、熱伝導体等を含んで構成されるユニットであり、下型１２，２２を加熱する。下型均熱板１８は、セラミック等の熱伝導体からなり、下型ヒータ１７の発熱を均等に下型１２，２２に伝達させるものである。
【００２７】
プレス室２０は、上記金型１１，１２，２１，２２、ヒータ１５，１７、均熱板１６，１８等を収容する空間である。プレス室２０は、吸気口２５及び排気口２６を備える。吸気口２５及び排気口２６は、プレス室２０内を所定の雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気、真空状態等に調節するために利用される。
【００２８】
制御ユニット２１は、上型ヒータ１５及び下型ヒータ１６を制御する。即ち、プレス加工の段階に応じて、各金型１１，１２，２１，２２を適正な温度に調整する。この制御に関しては、後に詳述する。
【００２９】
図３は、上記構成の光学素子製造装置１における光学素子の製造工程を例示している。先ず、図４（ａ）に示すように、プリフォーム５を全体形状金型１１，１２に設置する（Ｓ１０１）。次いで、図４（ｂ）に示すように、全体形状金型１１，１２により、プリフォーム５をプレスする（Ｓ１０２）ことにより、図４（ｃ）に示すように、レンズ等の全体形状を有する一次成型体６が生成される（Ｓ１０３）。この時、全体形状金型１１，１２は、上型ヒータ１５及び下型ヒータ１７により、所定のプレス温度まで加熱されるが、本発明はこの段階における温度制御に特徴を有するものではないため、その説明を省略する。
【００３０】
次いで、図５（ａ）に示すように、一次成型体６を正面形状金型２１，２２に設置する（Ｓ１０４）。そして、図５（ｂ）に示すように、下型２２の温度をガラス転移点以上軟化点以下に設定する（Ｓ１０５）と共に、上型２１の温度をガラス転移点以下に設定し（Ｓ１０６）、両型２１，２２により一次成型体６をプレスする（Ｓ１０７）。これらステップＳ１０５〜Ｓ１０７により、一次成型体６の下型２２との接触面に反射防止効果を有する表面形状が転写される。
【００３１】
次いで、図５（ｃ）に示すように、上型２１の温度をガラス転移点以上軟化点以下に設定する（Ｓ１０８）と共に、下型２２の温度をガラス転移点以下に設定し（Ｓ１０９）、両型２１，２２により一次成型体６をプレスする（Ｓ１１０）。これらステップＳ１０８〜Ｓ１１０により、一次成型体６の上型２１との接触面に表面形状が転写され、二次成型体（完成品）７が生成される（Ｓ１１１）。
【００３２】
上記のように、本実施の形態によれば、光学素子の製造工程が、全体形状を成型する工程（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）と、表面形状を成型する工程（Ｓ１０４〜Ｓ１１１）とに分けられる。そして、表面形状の転写は、上下の金型２１，２２により交互に行われ、転写に携わらない金型の温度は、プレス温度（転移点以上軟化点以下）よりも低い温度（転移点以下、又はプレス温度−１０℃以下）に設定される。これにより、表面形状が転写されない側の部分が過度に軟化しないため、プレス圧力により一次成型体６が大きく変形することが防止される。そして、二次成型体７（完成品）の割れ・亀裂、また金型２１，２２の微細構造へのプリフォーム（一次成型体６）の入り込み・残留等を防止することができる。これにより、表面に特殊加工が施された光学素子を、高品質且つ高収率で製造することが可能となる。
【００３３】
尚、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能なものである。
【符号の説明】
【００３４】
１  光学素子製造装置
２  全体形状成型部
３  表面形状成型部
４  金型温度制御部
５  プリフォーム
６  一次成型体
７  二次成型体
１１  全体形状上型
１２  全体形状下型
１３  スリーブ
１５  上型ヒータ
１６  上型均熱板
１７  下型ヒータ
１８  下型均熱板
１９  加圧シリンダ
２０  プレス室
２１  制御ユニット
２５  吸気口
２６  排気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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