(57)【要約】【課題】高効率に高品質の光学セラミックレンズを製造する。【解決手段】光学セラミックレンズ３０の対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布と、粗プリフォーム１０と光学セラミックレンズ３０との密度の比とに基づいて、粗プリフォーム１０の対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する。粗プリフォーム１０を形成する工程は、粗プリフォーム１０の１対の主曲面のうち一方の第１主曲面１３ａの形状を、光学セラミックレンズ３０の１対の主曲面のうち一方の第１主曲面の形状と一致するように形成する工程を含むことが好ましい。【選択図】図３
2010271540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末原料からなる成形品である粗プリフォームを形成する工程と、
前記粗プリフォームを加熱および加圧することにより前記光学セラミックレンズを形成する工程とを備えており、
前記光学セラミックレンズの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布と、前記粗プリフォームと前記光学セラミックレンズとの密度の比とに基づいて、前記粗プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する、光学セラミックレンズの製造方法。
【請求項２】
前記粗プリフォームを形成する工程は、前記粗プリフォームの１対の前記主曲面のうち一方の第１主曲面の形状を、前記光学セラミックレンズの前記１対の主曲面のうち一方の第１主曲面の形状と一致するように形成する工程を含む、請求項１に記載の光学セラミックレンズの製造方法。
【請求項３】
粉末原料からなる成形品である粗プリフォームを形成する工程と、
前記粗プリフォームを仮焼成することによりプリフォームを形成する工程と、
前記プリフォームを加熱および加圧することにより前記光学セラミックレンズを形成する工程とを備えており、
前記光学セラミックレンズの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布と、前記プリフォームと前記光学セラミックレンズとの密度の比とに基づいて、前記プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する、光学セラミックレンズの製造方法。
【請求項４】
前記プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布と、前記粗プリフォームと前記プリフォームとの密度の比とに基づいて、前記粗プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する、請求項３に記載の光学セラミックレンズの製造方法。
【請求項５】
前記プリフォームを形成する工程は、前記プリフォームの１対の前記主曲面のうち一方の第１主曲面の形状を、前記光学セラミックレンズの前記１対の主曲面のうち一方の第１主曲面の形状と一致するように形成する工程を含む、請求項３または４に記載の光学セラミックレンズの製造方法。
【請求項６】
前記粗プリフォームを形成する工程において、成形用型を用いて粉末原料を加圧成形する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学セラミックレンズの製造方法。
【請求項７】
前記粉末原料は硫化亜鉛の粉末である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学セラミックレンズの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学セラミックレンズの製造方法に用いる成形用型。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学セラミックレンズの製造方法において形成される粗プリフォーム。
【請求項１０】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の光学セラミックレンズの製造方法において形成されるプリフォーム。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学セラミックレンズの製造方法において形成される光学セラミックレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率に高品質の光学セラミックレンズを製造する製造方法、および当該製造方法に用いる成形用型、粗プリフォーム、プリフォーム、さらに当該製造方法を用いて形成される光学セラミックレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえばエアコンなどの家電製品や、住宅などに設置するホームセキュリティ用設備において、人間の所在を検知するセンサや歩行者の検知など車載カメラ（ナイトビジョン）には、赤外線などを集光するための光学セラミックレンズが用いられる。このような光学セラミックレンズの製造方法としては、たとえば以下の特許文献１において、未焼結体の成形段階において、最終的に形成される光学セラミックレンズの形状に非常に近い形状を有する未焼結体を得ることができる成形型が開示されている。当該成形型を使用することにより、焼結後に形成される光学セラミックに対する後処理の工程数を削減することにより、工程の短縮化を図ったものである。
【０００３】
また、以下の特許文献２においては、ガラスやセラミックからなる、プラスチックレンズを形成する成形型の設計方法が開示されている。当該成形型を用いたプラスチックレンズの製造方法としては、まず成形型のうち上型と下型の、成形を行なう面が形成しようとするレンズの設計曲面にほぼ等しくなるよう設計された成形型を用いて成形した光学レンズの曲面形状を、非球面の多項式に近似させて特定する。そして上記多項式で近似された曲面形状と、レンズの設計曲面とを比較して誤差を求め、当該誤差を補正情報として上型と下型の成形を行なう面を補正して設計する。このようにして、より設計形状に近いプラスチックレンズを形成する成形型を提供することを図ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６８６３４号公報
【特許文献２】ＷＯ２００５／１１５７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、たとえば特許文献１に開示された成形型を用いて焼結を行なったとしても、得られるレンズは表面の形状精度が十分でなく、また表面粗さが大きくなる場合があった。この場合、焼結後に形成される光学セラミックに対して研磨やダイヤモンドツールによる超精密切削を要する。これは、特許文献１における光セラミックレンズの製造工程としては、成形段階と焼結段階と、ＨＩＰ（熱間等静圧圧縮成形）段階とを備えるが、粉末を成形する成形段階における成形精度、成形密度分布、残留ひずみが、最終レンズの形状精度に大きく影響するため、光学的に要求される形状精度を有するレンズを得ることは困難であるためである。このため、後処理による製造納期の長期化や製造コストの増大が考えられる。
【０００６】
また、たとえば特許文献２に開示された成形方法は、ガラス製の成形型を用いてプラスチック製のレンズを成形する方法である。このように通常ガラス製の成形型は緻密な材質の成形品であるプリフォームを成形することを想定して設計されている。このため、たとえばセラミックのような多孔質のプリフォームをガラス製等の成形型を用いて成形する場合には、緻密な材質のプリフォームを成形する場合に比べて成形時の変形量が大きくなる。これはたとえば多孔質材料中に多数含まれる気孔を排出する必要があることに起因する。
【０００７】
さらに、セラミックの成形時における変形速度は、緻密な材質の成形時における変形速度に比べて、特に成形工程の終盤において非常に遅くなる。このため成形工程を行なう処理時間が増大することがある。また、引用文献２においては成形品の各領域毎の変形量については特に考慮していないが、成形品の各領域について局所的に変形量が異なると、成形品の領域間の密度のばらつきが大きくなる。このように成形品の領域間の密度のばらつきが大きくなると、得られるレンズは領域間の光の透過率のばらつきが大きくなるなど、光学的均質性が劣るものとなる可能性がある。
【０００８】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、高効率に、光学的均質性に優れた光学セラミックレンズを製造する製造方法、および当該光学セラミックレンズの製造方法に用いる成形型やプリフォーム、さらに形成された光学セラミックレンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の局面に係る光学セラミックレンズの製造方法は、粉末原料からなる成形品である粗プリフォームを形成する工程と、粗プリフォームを加熱および加圧することにより光学セラミックレンズを形成する工程とを備えている。上記光学セラミックレンズの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布と、上記粗プリフォームと上記光学セラミックレンズとの密度の比とに基づいて、上記粗プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する。
【００１０】
本発明の一の局面に係る光学セラミックレンズの製造方法においては、光学セラミックレンズの互いに対向する１対の、もっとも面積の大きい主要な曲面である主曲面のうち一方の主曲面と他方の主曲面とに挟まれた領域の厚みの分布を考慮する。なお、ここで厚みの分布とは、光学セラミックレンズの主曲面に沿って延在する座標値ごとの、主曲面に沿った方向に直交する方向における、一方の主曲面と他方の主曲面との距離を表わす厚みの分布をいうものとする。上記のように、完成した光学セラミックレンズの１対の主曲面の形状から定まる、各領域（各座標値）における厚みの分布と、光学セラミックレンズを成形するための仮成形品である粗プリフォームと、粗プリフォームを加熱および加圧することにより形成される光学セラミックレンズの完成品とのそれぞれの密度の比とを考慮する。上記厚みの分布と上記密度の比とに基づいて粗プリフォームの厚みの分布を決定する。
【００１１】
このように厚みの分布や密度の比を参考に決定した厚み分布を有する粗プリフォームを加熱し、厚みの方向（主曲面の長手方向に直交する方向）に加圧することにより光学セラミックレンズを形成する。この場合、粗プリフォームの主曲面の長手方向の各領域（各座標値）における、加圧により厚みを小さくする割合がほぼ等しくなる。したがって、粗プリフォームの長手方向の一方の端部から他方の端部までの各領域（各座標値）において、ほぼ同じ加圧条件でほぼ同じ時間加圧を行なうことにより、所望の密度分布（比較的均一な密度分布）や所望の形状を有する光学セラミックレンズを高効率に形成することができる。つまり、局所的に粗プリフォームの長手方向において加圧条件が異なる（加圧により変形しなければならない変形量が異なる）場合のように、局所的に相対的に大きな加工量（変形量）が必要な場合に比べて短い加工時間で加工を終えることができる。また粗プリフォームの各領域について、ほぼ同程度の加工を施すことから、光学セラミックレンズを構成する各領域における密度のばらつきが小さくなり、光の透過率のばらつきを小さくすることができるとともに、加圧の処理時間の短縮を図ることができる。
【００１２】
上述した粗プリフォームを形成する工程は、上記粗プリフォームの１対の主曲面のうち一方の第１主曲面の形状を、光学セラミックレンズの上記１対の主曲面のうち一方の第１主曲面の形状と一致するように形成する工程を含む。
【００１３】
上記のように光学セラミックレンズの厚みの分布や密度の分布などから粗プリフォームの厚みの分布を求めることができるが、厚みの分布を求めた上で粗プリフォームの一方の主曲面および他方の主曲面の形状を決定するためには、粗プリフォームの１対の主曲面のうち一方の主曲面（第１主曲面）の形状を、完成した光学セラミックレンズの一方の主曲面（第１主曲面）の形状に一致するように形成しておくことが好ましい。このようにすれば、第１主曲面を基準として、第１主曲面に対する、他方の主曲面（第２主曲面）の形状を決定することができる。さらに、粗プリフォームを加熱および加圧することにより光学セラミックレンズを形成する工程において、第１主曲面の形状は変化しない。このため、得られる光学セラミックレンズの形状精度をより向上させることができる。
【００１４】
上述した粗プリフォームを形成する工程において、成形用型を用いて粉末原料を加圧成形することが好ましい。
【００１５】
上述した、厚みの分布や密度、主曲面の形状を精密に制御した成形品である粗プリフォームについては、粉末原料を材料として、成型用型を用いて加圧成形することにより、優れた寸法精度を比較的容易に実現することができる。
【００１６】
上述した光学セラミックレンズの製造方法において、粉末原料は硫化亜鉛の粉末であることが好ましい。
【００１７】
硫化亜鉛を用いて光学セラミックレンズを形成することにより、センサに用いる赤外線などを高い割合で透過する光学セラミックレンズを提供することができる。なお、硫化亜鉛の代わりに、たとえばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を用いて光学セラミックレンズを形成してもよい。これらの材質を用いた場合においても、硫化亜鉛を用いた場合と同様に、高い赤外透光性を示す光学セラミックレンズを提供することができる。
【００１８】
本発明の他の局面に係る光学セラミックレンズの製造方法は、粉末原料からなる成形品である粗プリフォームを形成する工程と、粗プリフォームを仮焼成することによりプリフォームを形成する工程と、プリフォームを加熱および加圧することにより光学セラミックレンズを形成する工程とを備えている。上記光学セラミックレンズの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布と、上記プリフォームと上記光学セラミックレンズとの密度の比とに基づいて、上記プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する。
【００１９】
本発明の他の局面に係る光学セラミックレンズの製造方法においては、仮成形品である粗プリフォームをいったん仮焼成してプリフォームとする。このプリフォームには仮焼成を施しているため、仮焼成を施さない粗プリフォームに比べて光学セラミックレンズの完成品に近い状態となっている。このため、光学セラミックレンズの厚みの分布と、プリフォームと光学セラミックレンズとのそれぞれの密度の比とに基づいてプリフォームの１対の主曲面の形状を決定し、当該プリフォームを加熱および加圧して光学セラミックレンズを製造すれば、得られる光学セラミックレンズの品質や形状精度などをより向上させることができる。
【００２０】
なお、この場合においても、光学セラミックレンズの厚みの分布や、プリフォームと光学セラミックレンズとの密度の比を参考に決定した厚み分布を有するプリフォームを加熱し、厚みの方向（主曲面の長手方向に直交する方向）に加圧することにより光学セラミックレンズを形成することが好ましい。この場合、プリフォームの主曲面に沿った方向である長手方向の各領域（各座標値）における、加圧により厚みを小さくする割合がほぼ等しくなる。したがって、プリフォームの長手方向の一方の端部から他方の端部までの各領域（各座標値）において、ほぼ同じ加圧条件でほぼ同じ時間加圧を行なうことにより、所望の密度や所望の形状を有する光学セラミックレンズを高効率に形成することができる。このため、光学セラミックレンズを構成する各領域における密度のばらつきが小さくなり、光の透過率のばらつきを小さくすることができるとともに、加圧の処理時間の短縮を図ることができる。
【００２１】
上記プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布と、上記粗プリフォームと上記プリフォームとの密度の比とに基づいて、上記粗プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する。
【００２２】
粗プリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する場合においても、上述したプリフォームの対向する１対の主曲面に挟まれた領域の厚みの分布を決定する場合と同様の理論を用いることにより、当該粗プリフォームから成形されるプリフォームの成形を高効率に行ない、当該プリフォームの密度の分布を精密に制御することができる。
【００２３】
上述したプリフォームを形成する工程は、上記プリフォームの１対の主曲面のうち一方の第１主曲面の形状を、光学セラミックレンズの上記１対の主曲面のうち一方の第１主曲面の形状と一致するように形成する工程を含む。
【００２４】
上記のように光学セラミックレンズの厚みの分布や密度の分布などからプリフォームの厚みの分布を求めることができるが、厚みの分布を求めた上でプリフォームの一方の主曲面および他方の主曲面の形状を決定するためには、粗プリフォームの１対の主曲面のうち一方の主曲面（第１主曲面）の形状を、完成した光学セラミックレンズの一方の主曲面（第１主曲面）の形状に一致するように形成しておくことが好ましい。このようにすれば、プリフォームを加熱および加圧することにより光学セラミックレンズを形成する工程において、第１主曲面の形状は変化しない。このため、プリフォームの形状精度をより向上させることができる。
【００２５】
本発明の他の局面に係る光学セラミックレンズの製造方法においても、上述した本発明の一の局面に係る光学セラミックレンズの製造方法と同様に、上述した粗プリフォームを形成する工程において、成形用型を用いて粉末原料を加圧成形することが好ましい。
【００２６】
本発明の他の局面に係る光学セラミックレンズの製造方法においても、上述した本発明の一の局面に係る光学セラミックレンズの製造方法と同様に、上述した光学セラミックレンズの製造方法において、粉末原料は硫化亜鉛の粉末であることが好ましい。ただし、硫化亜鉛の代わりに、たとえばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を用いて光学セラミックレンズを形成してもよい。
【００２７】
以上に示す光学セラミックレンズの製造方法に用いる成形用型は、たとえば粗プリフォームを形成する工程において粗プリフォームの１対の主曲面のうち一方の第１主曲面の形状を、光学セラミックレンズの完成品の第１主曲面の形状と一致するように形成するための成形面を有している。
【００２８】
粗プリフォームを形成した後、光学セラミックレンズを形成する工程において、加熱および加圧により成形を行なう。ここで、成形のための加熱や加圧を解除して、形成された成形体を冷却および降圧し、光学セラミックレンズが完成した状態における第１主曲面の形状が、成形用型の第１主曲面の形状と一致するように考慮している。上述した光学セラミックレンズを形成する工程における、成形のための加熱や加圧を行なった状態と、加熱や加圧を解除して最終製品が完成した状態との間には、両者の熱膨張係数差により、形状や寸法に若干の差異が生じる。具体的には、寸法精度に関して両者の間に約１０μｍ未満の誤差が存在する。このことを考慮した上、成形面を設計している。
【００２９】
以上のように上述した光学セラミックレンズの製造方法を用いる際に当該成形用型を用いれば、所望の形状や性能を有する光学セラミックレンズを高効率に形成することができる。
【００３０】
以上に示す光学セラミックレンズの製造方法において形成される上記の粗プリフォームやプリフォームは、その厚み分布が光学セラミックレンズの厚み分布や当該光学セラミックレンズと粗プリフォーム／プリフォームとの密度の比（つまり加工による変形量）を考慮して決定されているので、全体に渡ってほぼ均一な加工率（変形率）での加工により光学セラミックレンズを形成できる。このため、局所的に加工率が異なることに起因する加工時間の増大といった問題の発生を抑制できる。したがって、所望の形状や性能を有する光学セラミックレンズを高効率に形成することができる。また、当該光学セラミックレンズは、形成される領域間の密度のばらつきが少なく、透過率などのばらつきが少ない光学的均質性が保たれた高品質の光学セラミックレンズである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、高効率に、光学的均質性に優れた光学セラミックレンズを製造する製造方法、および当該光学セラミックレンズの製造方法に用いる成形型やプリフォーム、さらに形成された光学セラミックレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学セラミックレンズの形状を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学セラミックレンズの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】ｒ座標系内で表示した粗プリフォームの概略断面図である。
【図４】図２のフローチャートの工程（Ｓ１０）の詳細な工程を示すフローチャートである。
【図５】粗プリフォームを形成する粗プリフォーム成形型の態様を示す概略断面図である。
【図６】成形された粗プリフォームの形状を示す概略断面図である。
【図７】図２のフローチャートの工程（Ｓ３０）の詳細な工程を示すフローチャートである。
【図８】粗プリフォームから光学セラミックレンズを形成するレンズ成形型の態様を示す概略断面図である。
【図９】ｒ座標系内で表示した光学セラミックレンズの概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る光学セラミックレンズの製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】ｒ座標系内で表示したプリフォームの概略断面図である。
【図１２】成形されたプリフォームの形状を示す概略断面図である。
【図１３】プリフォームから光学セラミックレンズを形成するレンズ成形型の態様を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を用いて、本発明の各実施の形態について説明する。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす要素には同一の参照符号を付し、その説明は、特に必要がなければ繰り返さない。
【００３４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光学セラミックレンズ３０は、図１の概略断面図に示す形状を有する。具体的には、光学セラミックレンズ３０の平面形状はたとえば円形状であり、一方の主曲面であるＲ１面３１ａと、一方の主曲面に対向する他方の主曲面であるＲ２面３３ａとがいずれも同じ方向（図１に示す上方向）に凸形状を有したメニスカスレンズである。しかし光学セラミックレンズ３０は両側の主表面に凸形状の光学曲面部を有する両凸レンズであってもよい。あるいは光学セラミックレンズ３０は両側の主表面に凹形状部を有する両凹レンズであってもよい。さらに光学セラミックレンズ３０は、１対の主表面のうち一方のみ凸形状の光学曲面部を有し、他方は平面形状をなす平凸レンズであってもよいし、１対の主表面のうち一方のみ凹形状の光学曲面部を有し、他方は平面形状をなす平凹レンズであってもよい。なおここでは主表面とは、たとえば図１に示す光学セラミックレンズ３０を、図１の左右方向に切断した断面をいうこととする。
【００３５】
光学セラミックレンズ３０は、上述したたとえばエアコンなどの家電製品や、住宅などに設置するホームセキュリティ用設備において、人間の所在を検知するセンサや歩行者の検知など車載カメラ（ナイトビジョン）に用いる、赤外線などを集光するための光学セラミックレンズである。光学セラミックレンズ３０は赤外線などを高い割合で透過することができる、硫化亜鉛の粉末原料を成形・焼結することにより形成されたものであることが好ましい。
【００３６】
光学セラミックレンズ３０は、たとえばＲ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの全面、すなわち端部も含め全体が光学セラミックレンズ３０の光線通過範囲である有効径内となるように形成してもよい。あるいは、たとえばＲ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの端部（外縁部）が光学セラミックレンズ３０の光線通過範囲外でたとえば平面形状をなしており、Ｒ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの中央付近のみが非球面形状を有する光線通過範囲となるように形成してもよい。また、光学セラミックレンズ３０の平面形状は円形状以外の形状（たとえば四角形状）であってもよい。
【００３７】
図２のフローチャートに示すように、光学セラミックレンズ３０の製造方法としては、粗プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ００）と、粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）と、光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）とを備えている。
【００３８】
粗プリフォームとは、たとえば硫化亜鉛の粉末原料からなる、光学セラミックレンズ３０を形成するための前駆体として用いる、光学セラミックレンズ３０の完成品と類似した形状を有する成形品である。粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）を行なうに先立ち、粗プリフォームの厚みの分布や主曲面の形状を決定する必要がある。このために粗プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ００）を前もって行なう。
【００３９】
図３に示す粗プリフォーム１０の厚みの分布を決定するにあたっては、図１に示すＲ１面３１ａとＲ２面３３ａとに挟まれた、光学セラミックレンズ３０の本体をなす領域の厚みの分布をあらかじめ算定しておく。具体的には、図１に示す光学セラミックレンズ３０の本体をなす、Ｒ１面３１ａおよびＲ２面３３ａに沿って延在するｒ座標（図１の左右方向）の座標値ごとの、ｒ座標に直交する方向（図１の上下方向）におけるＲ１面３１ａとＲ２面３３ａとの距離を厚みと定義する。そしてｒ座標ごとの厚みの変化を厚みの分布という。厚みの分布について、たとえば光学セラミックレンズ３０の場合、光学セラミックレンズ３０の本体をなす領域におけるｒ座標の値が中央付近の領域において厚みが大きい。なお、光学セラミックレンズ３０の本体をなす領域の中央部をｒ座標の原点とすると、当該領域におけるｒ座標の値が最大付近の領域において、光学セラミックレンズ３０の厚みは相対的に小さくなっている。
【００４０】
ここで、光学セラミックレンズ３０の完成品としての形状を形成するために加熱および加圧を行なうためには、光学セラミックレンズ３０の密度と、光学セラミックレンズ３０の前駆体である粗プリフォーム１０の密度との比を考える。すなわち、たとえば図１の上下方向のみに加圧しながら焼成することにより粗プリフォーム１０から光学セラミックレンズ３０を形成し、粗プリフォーム１０から光学セラミックレンズが形成される過程で図１のｒ座標の方向の寸法が変化せず、図１の上下方向の寸法のみが変化する（小さくなる）場合を考えれば、厚みと密度とは逆比例の関係を有することになる。このため、粗プリフォーム１０を加圧・焼成して所望の形状を有する光学セラミックレンズ３０を形成する場合、形成したい光学セラミックレンズ３０の厚みの分布と、粗プリフォーム１０と光学セラミックレンズ３０との密度の比とに基づいて粗プリフォーム１０の厚みの分布を決定することができる。
【００４１】
図１に示すように光学セラミックレンズ３０のＲ１面３１ａの各ｒ座標における、厚み方向（図１の上下方向）の座標値をＺ１（ｒ）、Ｒ２面３３ａの各ｒ座標における、厚み方向の座標値をＺ２（ｒ）とする。ここでＺ１（ｒ）の原点はＲ１面３１ａの曲面のなすもっとも上に凸となった点（すなわち光学セラミックレンズ３０のＲ１面３１ａにおいて本体をなす領域の中央に位置する頂点）とし、Ｚ２（ｒ）の原点はＲ２面３３ａの曲面のなすもっとも上に凸となった点（すなわち光学セラミックレンズ３０のＲ２面３３ａにおいて本体をなす領域の中央に位置する頂点）とする。すなわちＺ１（ｒ）およびＺ２（ｒ）はそれぞれＲ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの形状を表わす数式である。なお、たとえば図３の縦軸に示すように、Ｚ１（ｒ）やＺ２（ｒ）の値は図３における下側（Ｒ２面３３ａが配置されている側）が正である。
【００４２】
すると光学セラミックレンズ３０の本体をなす各ｒ座標の値の領域における厚みの分布を示す数式ｔ（ｒ）は、光学セラミックレンズ３０の本体をなす領域のうちｒ座標の値が中央（ｒ＝０）となる点における当該厚みをｔ０とすれば、
【００４３】
【数１】
2010271540.tif 000003
【００４４】
となる。
したがって、たとえば粗プリフォーム１０と光学セラミックレンズ３０との密度の比をγとし、粗プリフォーム１０の本体をなす各ｒ座標の値の領域における厚みの分布を示す数式を図３に示すようにｔcom（ｒ）とすれば、
【００４５】
【数２】
2010271540.tif 000004
【００４６】
となる。なおここで、γに関しては、粗プリフォーム１０の密度をρcom、光学セラミックレンズ３０の密度をρmoldとすれば、
【００４７】
【数３】
2010271540.tif 000005
【００４８】
の関係が成り立つ。ここでρcomやρmoldは、それぞれ粗プリフォーム１０、光学セラミックレンズ３０の相対密度である。なお相対密度とは、その状態における密度を、当該光学セラミックレンズ３０を形成する材質（ここでは硫化亜鉛）の真密度で除したものである。またγの値としては、予備試験により求めたρcomやρmoldの値をもとに算出された値を適用することが好ましいが、実際の生産上はたとえばγの値に対してたとえば±３％以内の誤差があってもよい。
【００４９】
粗プリフォーム１０の厚みの分布が上述したように決まったところで、粗プリフォーム１０の表面、特に１対の対向する主曲面１１ａ、１３ａ（図３参照）のうち、一方の主曲面である第１主曲面の形状を決定することが好ましい。第１主曲面の形状が決まれば、上述したように厚みの分布が決まっているため、他方の主曲面の形状は一意的に決まる。このようにして主曲面１１ａおよび主曲面１３ａの形状を決定することができる。
【００５０】
したがって、粗プリフォーム１０の１対の主曲面１１ａ、１３ａのいずれかの形状を、完成した光学セラミックレンズ３０の１対の主曲面であるＲ１面３１ａまたはＲ２面３３ａのいずれかの形状と一致するように形成することが好ましい。
【００５１】
粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）においては、図４のフローチャートに示すように、粗プリフォーム成形型にセットする工程（Ｓ１１）と加圧を行なう工程（Ｓ１２）とを行なう。ここで、粗プリフォーム成形型にセットする工程（Ｓ１１）において、たとえば硫化亜鉛からなる粉末原料１をセットする粗プリフォーム成形型１００（図５参照）のうち特に下型１０３の、粗プリフォーム１０の主曲面１３ａを形成する成形面１３ｂについては、その形状を粗プリフォーム１０の主曲面１３ａの所望の形状、すなわち完成した光学セラミックレンズ３０の一方の主曲面であるＲ１面３１ａまたはＲ２面３３ａのいずれかの形状とほぼ一致するように形成することが好ましい。なお、図５では成形面１３ｂの形状は光学セラミックレンズ３０のＲ２面３３ａの形状とほぼ一致するように形成されている。このようにすれば、主曲面１３ａをＲ１面３１ａまたはＲ２面３３ａのいずれかの形状とほぼ一致するように形成することができる。なお、上記成形面１３ｂの代わりに、粗プリフォーム成形型１００のうち上型１０１の、粗プリフォーム１０の主曲面１１ａを形成する成形面１１ｂの形状をＲ１面３１ａまたはＲ２面３３ａのいずれかの形状とほぼ一致するように形成してもよい。
【００５２】
したがって、粗プリフォーム１０のうち一方の主曲面１３ａの形状を上記第１主曲面として、完成品の光学セラミックレンズ３０のＲ２面３３ａの形状に一致するようにする場合、主曲面１３ａの各ｒ座標における、厚み方向（図１の上下方向）の座標値をＺ２com（ｒ）とすれば、
【００５３】
【数４】
2010271540.tif 000006
【００５４】
が成立する。このとき、先の（数２）が成立するためには、主曲面１１ａの各ｒ座標における、厚み方向（図１の上下方向）の座標値をＺ１com（ｒ）とすれば、
【００５５】
【数５】
2010271540.tif 000007
【００５６】
が成立する。また、形成される粗プリフォーム１０の、図５や図６に示す左右端部の形状は、図５に示す円筒状の成形ダイス１０５により決定される。すなわち成形ダイス１０５の内周面を成形型として、図５や図６の左右端部における、上下方向に延在する形状が形成される。なお、成形ダイス１０５の内周面と、上型１０１および下型１０３の外周面との間には、僅かな隙間が存在する。このため、上型１０１および下型１０３は、成形ダイス１０５の内周面に沿った方向、すなわち図５の上下方向にスムーズにスライドされる。
【００５７】
このようにして、図６に示す粗プリフォーム１０の主曲面１１ａ、１３ａの形状が決定する。この手法で設計されたＺ１com（ｒ）はＺ１（ｒ）と異なるものとなっているが、これは粗プリフォーム１０と光学セラミックレンズ３０との幅が実質的に変化しないと仮定されるとともに、各ｒ座標における厚みの変化率がほぼ一定となるよう粗プリフォーム１０の厚み分布が決定されているため、各ｒ座標での厚みの絶対値に応じて光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）における加工量の絶対値が異なるためである。
【００５８】
上述した形状の主曲面１１ａ、１３ａを有する、密度がρcomの粗プリフォーム１０を、上述した図４のフローチャートの手順に則り形成する。この粗プリフォーム１０を図２のフローチャートにおける光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）において、加熱および加圧することにより所望の厚みの分布ｔ（ｒ）および所望の主曲面の形状Ｚ１（ｒ）、Ｚ２（ｒ）を有する、図１に示す光学セラミックレンズ３０を形成する。
【００５９】
光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）は具体的には、図７のフローチャートに示すように、レンズ成形型にセットする工程（Ｓ３１）と加熱を行なう工程（Ｓ３２）と圧力を付与する工程（Ｓ３３）とを行なう。なお、工程（Ｓ３３）は加熱した状態で行なわれるが、その圧力の付与を開始するタイミングは工程（Ｓ３２）を行なうタイミングに対して特に制約はない。レンズ成形型にセットする工程（Ｓ３１）において、図８に示すレンズ成形型３００に粗プリフォーム１０をセットし、これを密度ρmold、厚みの分布がｔ（ｒ）、それぞれの主曲面の形状がＺ１（ｒ）、Ｚ２（ｒ）である光学セラミックレンズ３０とするために必要な加熱（Ｓ３２）および加圧（Ｓ３３）を行なう。たとえば硫化亜鉛を材料とした光学セラミックレンズ３０を形成する場合には、セットした粗プリフォーム１０を含むレンズ成形型３００の加熱温度を８００℃以上１１００℃以下とすることが好ましい。なお、レンズ成形型３００（図８参照）のうち特に下型３０３の、光学セラミックレンズ３０の主曲面であるＲ２面３３ａを形成する成形面３３ｂについては、その形状を光学セラミックレンズ３０の所望の形状、すなわち完成した光学セラミックレンズ３０の一方の主曲面であるＲ２面３３ａの形状と一致するように形成する。そのため、たとえば先の工程（Ｓ１０）において粗プリフォーム１０の一方の主曲面１３ａを、完成した粗プリフォーム１０の一方の主曲面Ｒ２面３３ａの形状に等しくなるように形成した場合、レンズ成形型３００の下型３０３の成形面３３ｂに、粗プリフォーム１０の主曲面１３ａを容易に接触させることができる。なお、上記成形面３３ｂの代わりに、レンズ成形型３００のうち上型３０１の、光学セラミックレンズ３０の主曲面１１ａを形成する成形面３１ｂの形状をＲ２面３３ａの形状と一致するように形成してもよい。また、たとえば成形面３３ｂの形状をＲ２面３３ａの形状（Ｚ２（ｒ））に合わせた場合、成形面３１ｂの形状をＲ１面３１ａの形状（Ｚ１（ｒ））に合わせることが好ましい。
【００６０】
圧力を付与する工程（Ｓ３３）において、レンズ成形型３００を構成する上型３０１の対向面３１ｃと、下型３０３の対向面３３ｃとを互いにかなり接近した状態で対向させる。図８の上側から粗プリフォーム１０に圧力を加えることにより光学セラミックレンズ３０を形成する。このとき、光学セラミックレンズ３０は、粗プリフォーム１０の密度ρcomをもとに形成された粗プリフォーム１０の厚みの分布を、密度がρmoldである光学セラミックレンズ３０の厚みの分布となるよう縦方向において圧縮することにより（つまり厚み分布を変化させることにより）形成される。
【００６１】
より具体的に説明するために、たとえばここで図３のように粗プリフォーム１０の主曲面に沿った方向の中央部をｒ座標の値が０となる位置に合わせ、粗プリフォーム１０の本体をなす領域の、主曲面に沿った方向の一方の端部におけるｒ座標の値が−ｒ１、他方の端部におけるｒ座標の値がｒ１となるようにセットした場合を考える。すると、粗プリフォーム１０の本体をなすｒ座標の値が−ｒ１からｒ１までの全ての領域において、粗プリフォーム１０の厚みがγ倍となるように圧縮すれば、所望の形状、厚みを有する光学セラミックレンズ３０を形成することができる。なお、形成される光学セラミックレンズ３０の、図９に示す左右端部の形状は、図８に示すように下型３０３の上面に配置された拘束リング３０５の内周面により形成される。
【００６２】
粗プリフォーム１０の各ｒ座標の値にかかわらず、加圧により厚みを小さくする割合をほぼ等しくγ倍にすることにより光学セラミックレンズ３０が形成されるため、粗プリフォーム１０のｒ座標の値が−ｒ１からｒ１までのすべての領域において、ほぼ同じ加圧条件でほぼ同じ時間加圧を行なうことにより、所望の密度や所望の形状を有する光学セラミックレンズ３０を高効率に形成することができる。
【００６３】
ここで比較のために、たとえばｒ座標の値が−ｒ１からｒ１までのすべての領域において厚みがほぼ等しい平板形状の粗プリフォームを、加熱および加圧することにより図１に示す形状の光学セラミックレンズ３０となるよう加工する場合を考える。光学セラミックレンズ３０はｒ方向に関して両方の端部の厚みが中央部分の厚みに比べて小さい。したがってこの場合、両方の端部においては中央部分よりも大きな割合で圧縮する必要がある。このため中央部分に比べて両方の端部は圧縮加工に多くの時間を要することになる。すなわちこの場合は局所的に粗プリフォーム１０のｒ座標値において加圧条件が異なる（加圧により変形しなければならない変形量が異なる）。このため、局所的に相対的に大きな加工量（変形量）が必要となる。
【００６４】
しかし本実施の形態の製造方法では、完成品の厚みの分布を考慮して形成された粗プリフォーム１０を用いて光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）を行なうことにより、工程（Ｓ３０）において必要な圧縮の割合を光学セラミックレンズの全面に渡ってほぼ等しくすることができる。このため、図９に示すようにｒ座標の値が−ｒ１からｒ１と、工程（Ｓ３０）において圧縮された粗プリフォーム１０の端部がｒ方向に延伸されずに光学セラミックレンズ３０が形成される場合、局所的に大きな加工量（変形量）が必要な場合に比べて短い加工時間で加工を終えることができる。さらに上記製造方法においては工程（Ｓ３０）において形成される光学セラミックレンズ３０の寸法精度が高く、研磨などの後処理を簡略化、あるいは省略することができる。このことからも、完成品の納期短縮を図ることができる。
【００６５】
また、ほぼ密度が均一なρcomである粗プリフォーム１０の各領域について、ほぼ同程度の加工を施すことから、光学セラミックレンズ３０の密度を各領域においてほぼ均一にρmoldとすることができる。したがって、光学セラミックレンズ３０の領域間における光の透過率などの光学的特性のばらつきを小さくする、すなわち光学的均質性を向上することにより光学セラミックレンズ３０の品質を向上することができる。
【００６６】
ここで以上の工程を、上記の（数１）から（数５）を用いた具体例を用いて説明する。ここでは光学セラミックレンズ３０の光線通過範囲である有効径内におけるＲ１面３１ａ、Ｒ２面３３ａの面形状が非球面の場合を考える。
【００６７】
非球面の式は、一般的に
【００６８】
【数６】
2010271540.tif 000008
【００６９】
のように表わされる。ここでｃは曲率、ｒは光学セラミックレンズ３０のたとえば図３に示すｒ座標（主曲面に沿って延在する方向の座標）、Ｋは円錐係数、Ａ２ｋは非球面係数、ｋは１以上（１からｎまで）の整数である。ここで上記数６に示した数式の右辺の第１項は球面、楕円面等を表記する式であるが、プリフォーム形状を取り扱う上では多項式表記に変換した方が簡便なので
【００７０】
【数７】
2010271540.tif 000009
【００７１】
のように多項式近似を用いて取り扱う。ここでＢ２ｋは曲率半径ｒ、円錐係数Ｋ、曲率ｃで表わすＢ係数である。このような多項式近似を行なうに当たっては必要な精度に合わせて、有限データ列を作成し、最小二乗法で誤差が最小になるように係数を算出する。
【００７２】
ここで、多項式は、たとえば図３や図９に示す縦軸（ｒ座標が０である領域）に関しては偶関数で表わすことが好ましいことから、上記（数６）は
【００７３】
【数８】
2010271540.tif 000010
【００７４】
のように２ｎ次の多項式で表わされる。ここで、光学セラミックレンズ３０のＲ１面３１ａは
【００７５】
【数９】
2010271540.tif 000011
【００７６】
のように、Ｒ２面３３ａは
【００７７】
【数１０】
2010271540.tif 000012
【００７８】
のように表わされる。ここでＣ２ｋ、Ｃ２ｋ＊はＣ係数である。このため、上述した光学セラミックレンズ３０の厚み分布関数の（数１）に代入して、光学セラミックレンズ３０の厚みは
【００７９】
【数１１】
2010271540.tif 000013
【００８０】
のように表わされる。同様に（数９）、（数１０）を（数２）、（数５）に代入すればそれぞれ
【００８１】
【数１２】
2010271540.tif 000014
【００８２】
【数１３】
2010271540.tif 000015
【００８３】
のように表わすことができる。また、Ｚ２com（ｒ）については（数４）をそのまま用いることができる。
【００８４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２においても、実施の形態１と同様の光学セラミックレンズ３０を形成する。しかし実施の形態２における光学セラミックレンズ３０の製造方法としては、図１０のフローチャートに示すように、プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ０２）と粗プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ０１）と、粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）とプリフォームを形成する工程（Ｓ２０）と光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）とを備えている。以上の点において実施の形態２は実施の形態１と異なる。
【００８５】
ここでプリフォームとは、粗プリフォーム１０(図６参照）をいったん加熱することにより仮焼成したものをいうこととする。したがってプリフォームは粗プリフォーム１０に比べて光学セラミックレンズ３０（図１参照）の完成品に近い状態になっている。プリフォームを形成する工程（Ｓ２０）を行なうに先立ち、プリフォームの厚みの分布や主曲面の形状を決定する。このためにプリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ０２）を前もって行なう。ここでは、実施の形態２におけるプリフォーム２０を、実施の形態１における粗プリフォーム１０と同様に考える。すなわち、図１１に示すプリフォーム２０の本体をなす一方の主曲面２１ａおよびそれに対向する他方の主曲面２３ａに沿って延在するｒ方向（図１１の左右方向）の座標値ごとの、プリフォーム２０の厚みの分布を表わす数式ｔpre（ｒ）を決定する。このｔpre（ｒ）は光学セラミックレンズ３０の厚みの分布を表わす数式ｔ（ｒ）から、光学セラミックレンズ３０の密度と、光学セラミックレンズ３０の前駆体であるプリフォーム２０の密度との比に基づいて求められる。
【００８６】
形成しようとする光学セラミックレンズ３０は実施の形態１と同様であるため、光学セラミックレンズ３０の本体をなす各ｒ座標の値の領域における厚みの分布を示す数式ｔ（ｒ）は上述した（数１）となる。したがって、たとえばプリフォーム２０と光学セラミックレンズ３０との密度の比をαとすれば、上述したｔpre（ｒ）は
【００８７】
【数１４】
2010271540.tif 000016
【００８８】
となる。なおここで、αに関しては、プリフォーム２０の密度をρpre、光学セラミックレンズ３０の密度をρmoldとすれば、
【００８９】
【数１５】
2010271540.tif 000017
【００９０】
の関係が成り立つ。ここでρpreやρmoldは、それぞれプリフォーム２０、光学セラミックレンズ３０の相対密度である。
【００９１】
実施の形態１と同様に、プリフォーム２０の１対の主曲面２１ａ、２３ａのいずれかの主曲面である第１主曲面の形状を、完成した光学セラミックレンズ３０の１対の主曲面であるＲ１面３１ａまたはＲ２面３３ａのいずれかの形状と一致するように形成することが好ましい。第１主曲面の形状が決まれば、上述したように厚みの分布が決まっているため、他方の主曲面の形状は一意的に決まる。このようにして主曲面２１ａおよび主曲面２３ａの形状を決定することができる。
【００９２】
したがって、プリフォーム２０のうち一方の主曲面２３ａの形状を上記第１主曲面として、完成品の光学セラミックレンズ３０のＲ２面３３ａの形状に一致するようにする場合、主曲面２３ａの各ｒ座標における、厚み方向（図１１、１２の上下方向）の座標値をＺ２pre（ｒ）とすれば、
【００９３】
【数１６】
2010271540.tif 000018
【００９４】
が成立する。また、主曲面１１ａの各ｒ座標における、厚み方向（図１１、１２の上下方向）の座標値をＺ１com（ｒ）とすれば、
【００９５】
【数１７】
2010271540.tif 000019
【００９６】
が成立する。このようにして、図１２に示すプリフォーム２０の主曲面２１ａ、２３ａの形状が決定する。
【００９７】
また、プリフォーム２０は粗プリフォーム１０を焼成することにより形成されるため、粗プリフォーム１０の厚みの分布や主曲面の形状を制御することにより、プリフォーム２０の厚みの分布や主曲面の形状を制御する必要がある。このため、粗プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ０１）において、工程（Ｓ０２）にて求めたプリフォーム２０の厚みの分布を表わす数式ｔpre（ｒ）から、プリフォーム２０の密度と、プリフォーム２０の前駆体である粗プリフォーム１０の密度との比に基づいて、粗プリフォーム１０の厚みの分布ｔcom（ｒ）（図３参照）を求めることが好ましい。また、粗プリフォーム１０を加熱焼成することによりプリフォーム２０が形成されることを考慮して、粗プリフォーム１０の１対の主曲面１１ａ、１３ａの形状を決定することが好ましい。
【００９８】
プリフォーム２０の厚みの分布を示す数式ｔpre（ｒ）は上述した（数１４）となる。したがって、たとえばプリフォーム２０と粗プリフォーム１０との密度の比をβとすれば、粗プリフォーム１０の厚みの分布を示すｔcom（ｒ）は
【００９９】
【数１８】
2010271540.tif 000020
【０１００】
となる。なおここで、βに関しては、粗プリフォーム１０の密度をρcomとすれば、
【０１０１】
【数１９】
2010271540.tif 000021
【０１０２】
の関係が成り立つ。なお、上述した（数１９）に示す数式は、粗プリフォーム１０からプリフォーム２０が形成される熱処理において、後述するように粗プリフォーム１０の厚み方向だけではなく、幅方向においても寸法が変化（収縮）することを前提にしている。上述したαおよびβの値としては、予備試験により求めたρcomやρmoldの値をもとに算出された値を適用することが好ましいが、実際の生産上はたとえばγの値に対して±３％以内の誤差があってもよい。
【０１０３】
たとえば実施の形態１における粗プリフォーム１０から光学セラミックレンズ３０を形成するための加圧処理や、実施の形態２におけるプリフォーム２０から光学セラミックレンズ３０を形成するための加圧処理においては、加圧を行なう１軸方向における圧縮（変形）がなされている。しかしここでの粗プリフォーム１０からプリフォーム２０を形成する過程においては、加圧は行なわれず、加熱による焼成（収縮）が行なわれる。この変形（収縮）の方向は１軸方向に限定されず、３次元の全方向に関してなされることになる。したがってプリフォームを形成する工程（Ｓ２０）は、加熱炉など熱処理のみを行なう設備を用いて行なうことが好ましい。すなわち粗プリフォーム１０の寸法が３次元の全方向に対してβ倍になるように、粗プリフォーム１０とプリフォーム２０とが互いにほぼ相似形状をなすように変形（収縮）がなされる。このため（数１９）においては立方根が付されている。またこのため、粗プリフォーム１０をｒ座標系内で表示した図３における粗プリフォーム１０の一方の端部および他方の端部のｒ座標はそれぞれ実施の形態１における粗プリフォーム１０のｒ座標である−ｒ１、ｒ１とは異なる−ｒ２、ｒ２となっており、ｒ１＜ｒ２となる。
【０１０４】
このように、図１０のプリフォームを形成する工程（Ｓ２０）においては、３次元の全方向に関して変形がなされることから、粗プリフォーム１０の主曲面１１ａの各ｒ座標における、厚み方向（図６の上下方向）の座標値をＺ１com（ｒ）とすれば
【０１０５】
【数２０】
2010271540.tif 000022
【０１０６】
が成立し、主曲面１３ａの各ｒ座標における、厚み方向（図６の上下方向）の座標値をＺ２com（ｒ）とすれば
【０１０７】
【数２１】
2010271540.tif 000023
【０１０８】
が成立する。以上の手順により、図６に示す粗プリフォーム１０の厚みの分布や主曲面１１ａ、１３ａの形状が決定する。
【０１０９】
粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）においては、実施の形態２においても図４のフローチャートの手順に基づき、図５の粗プリフォーム成形型１００を用いて加工を実施することにより、上述した（数１８）から（数２１）に示す厚みの分布や主曲面の形状を有する粗プリフォーム１０を形成する。この粗プリフォーム１０をプリフォームを形成する工程（Ｓ２０）において加熱炉を用いて加熱することにより、上述した（数１４）から（数１７）に示す厚みの分布や主曲面の形状を有するプリフォーム２０を形成する。なお、このときの粗プリフォーム１０の加熱温度は６００℃以上９５０℃以下とすることが好ましい。
【０１１０】
光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）についても実施の形態１と同様に図７のフローチャートの手順に基づき、図１３に示すレンズ成形型３００を用いて加熱・加圧加工を行なう。ここで図１３は図８に対して、加圧を行なう成形品がプリフォーム２０となっている点においてのみ異なる。
【０１１１】
以上の手順を踏むことにより実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、たとえば光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）において、プリフォーム２０の各ｒ座標の値にかかわらず、加圧により厚みを小さくする割合をほぼ等しくα倍にすることにより光学セラミックレンズ３０が形成されるため、プリフォーム２０のｒ座標の値が−ｒ２からｒ２までのすべての領域において、ほぼ同じ加圧条件でほぼ同じ時間加圧を行なうことにより、所望の密度や所望の形状を有する光学セラミックレンズ３０を高効率に形成することができる。すなわち局所的に大きな加工量（変形量）が必要な場合に比べて短い加工時間で加工を終えることができる。また、研磨などの後処理を簡略化、あるいは省略することができることから、完成品の納期短縮を図ることができる。さらに、光学セラミックレンズ３０の領域間における光の透過率などの光学的特性のばらつきを小さくし、光学的均質性を向上することにより光学セラミックレンズ３０の品質を向上することができる。
【０１１２】
さらに実施の形態２の場合、既に仮焼成されたプリフォーム２０に対して光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）による加熱および加圧を行なう。プリフォーム２０は粗プリフォーム１０に比べて、たとえば組織の内部における気孔の割合が少なくなっているなど、より完成品である光学セラミックレンズ３０に近い状態となっている。このため、粗プリフォーム１０に対して工程（Ｓ３０）を行なう場合に比べてたとえば寸法の設計値と実測値との誤差が大きくなるなどの不具合が発生する可能性を低減させることができ、安定した状態で工程（Ｓ３０）を行なうことができる。
【０１１３】
ここで以上の工程を、上記の（数１４）から（数２１）を用いた具体例を用いて説明する。上述した（数８）から（数１０）を（数１４）に代入すれば、
【０１１４】
【数２２】
2010271540.tif 000024
【０１１５】
のようになる。また、このとき、（数１６）が成り立つことから、（数１７）は
【０１１６】
【数２３】
2010271540.tif 000025
【０１１７】
のようになる。さらに、上述した（数８）から（数１０）を（数１８）に代入することにより
【０１１８】
【数２４】
2010271540.tif 000026
【０１１９】
が成立する。（数８）から（数１０）を（数２０）に代入することにより
【０１２０】
【数２５】
2010271540.tif 000027
【０１２１】
が成立する。さらに（数８）から（数１０）を（数２１）に代入することにより
【０１２２】
【数２６】
2010271540.tif 000028
【０１２３】
が成立する。
本発明の実施の形態２は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【０１２４】
なお、生産効率を向上するため、たとえば図１０におけるプリフォームを形成する工程（Ｓ２０）における加熱と、光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）における加熱を行なう工程（Ｓ３２）（図７参照）とを一連の作業として、たとえばいずれも図１３のレンズ成形型３００にて行なうこともできる。この場合においても、プリフォームを形成する工程（Ｓ２０）により形成されるプリフォーム２０の厚みや密度、主曲面などの寸法や形状は、３次元の全方向に対してほぼ均一な割合で収縮することを想定して設計がなされることが好ましい。プリフォーム２０が形成された状態で、引き続き光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）における加圧（Ｓ３３）により１軸方向に変形（収縮）させる。このような方法による光学セラミックレンズ３０の形成も、実施の形態２に含まれる。
【実施例１】
【０１２５】
上述した実施の形態１の光学セラミックレンズ３０の製造方法に基づき、光学セラミックレンズ３０を形成した。以下の表１および表２において、粗プリフォーム１０および光学セラミックレンズ３０（表１、表２における「最終レンズ」）の各領域の寸法や相対密度の設計値、上述した各数式に代入するための係数をまとめている。
【０１２６】
【表１】
2010271540.tif 000029
【０１２７】
【表２】
2010271540.tif 000030
【０１２８】
まず表１と表２の記法について説明する。たとえば表１中の「有効半径」とは、光学セラミックレンズ３０のＲ１面３１ａの、光線通過範囲を示す円形の半径である。有効半径はＲ２面３３ａにも存在するが、図１の断面図に示すようにＲ１面３１ａの有効半径とＲ２面３３ａの有効半径とは値が異なる。このようにＲ１面３１ａとＲ２面３３ａとで値が異なるパラメータについては、表１においてＲ１面３１ａにおける値を、表２においてＲ２面３３ａにおける値を示している。なお、たとえば相対密度のように光学セラミックレンズ３０全体で１つの値をなすパラメータについては表１中にまとめて記載している。また、表１および表２中の、たとえば有効半径のように長さを表わすパラメータの単位はすべてｍｍである。
【０１２９】
また、たとえば表１中の「最終レンズ」の欄における「有効半径」とは、光学セラミックレンズ３０の完成品のＲ１面３１ａの有効半径であるが、同表１中の「粗プリフォーム」の欄における「有効半径」には、光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）においてＲ１面３１ａが形成される基となる面（たとえば主曲面１１ａ）の有効半径が記載されている。
【０１３０】
次に表１、表２に示す各値の算出方法について説明する。まず粗プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ００）において、光学セラミックレンズ３０の完成品の主曲面であるＲ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの形状、厚みの分布、真密度に対する相対密度の設計値を求めた。厚みの分布は、光学セラミックレンズ３０のＲ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの中央となる部分（ｒ座標の値が０）の厚みを「中心厚み」ｔ０、Ｒ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの端部（外縁部）における厚みを「コバ厚」とし、以下の表１、表２中の「最終レンズ」の各項目の値となるように設計値を求めた。相対密度は光学セラミックレンズ３０の密度（真密度）に対する値であってほぼ１００％（９９．９９％）となっている。
【０１３１】
ここで予備試験において、硫化亜鉛の粉末原料１から、粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）の要領で、図５に示すように粗プリフォーム成形型１００を用いて粗プリフォーム１０を成形した。形成された粗プリフォーム１０の試験片に対して相対密度ρcomを測定したところρcom＝５４．０％であった。この値を、最終レンズの相対密度で除した値がγとして表１中に記載されている。
【０１３２】
上述した各パラメータは実施の形態１の製造方法において重要なパラメータである。これらの値を基に、上述した各数式を用いて粗プリフォーム１０の厚みの分布を求めた。また、その他の各寸法値についても計算により求め、かつ上述した数式中における係数、たとえば曲率半径ｒ、円錐係数Ｋ、曲率ｃ、非球面係数Ａ２、Ａ４、Ａ６を求め、それらの値を表１、表２中に記載している。ここで非球面係数Ａ２、Ａ４、Ａ６は、数６の第２項に示す、曲率半径ｒ、円錐係数Ｋ、曲率ｃ以外で表わされる部分を一般表記するための係数である。さらに、上述した数７に示すように、数６の第１項、すなわち曲率半径ｒ、円錐係数Ｋ、曲率ｃで表わせる部分を当該光学セラミックレンズ３０の有効半径内の領域において最小二乗法を用いて多項式近似することにより、Ｂ係数Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６を算出した。さらにこれらの各係数（Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６）を１まとめにしたＣ係数Ｃ２ｋを用いて表記した数８や数９を参考に、Ｃ係数Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６を算出した。
【０１３３】
表１、表２においては、左列から順に、粗プリフォーム１０をＣ係数Ｃ２ｋを用いて表記した場合の値、完成した光学セラミックレンズ３０（最終レンズ）をＣ係数Ｃ２ｋを用いて表記した場合の値（多項式近似１）、同最終レンズを非球面係数Ａ２ｋ、Ｂ係数Ｂ２ｋを用いて表記した場合の値（多項式近似２）、同最終レンズをＡ２ｋを用いて表記した場合の値（一般表記）を記している。
【０１３４】
次に、表１、表２中のその他の項目について説明する。上述したように「有効半径」とはＲ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの、光線通過範囲の半径であるが、「外半径」とはＲ１面３１ａの端部（外縁部）に関する半径である。図１に示すような断面形状の光学セラミックレンズ３０を形成しているため、Ｒ２面３３ａの外半径は有効半径に等しい。
【０１３５】
なお、図１におけるＲ１面３１ａの端部（外縁部）とＲ２面３３ａの端部（外縁部）とを結ぶ（左右両側の）直線領域は、当該光学セラミックレンズ３０を傾かないよう安定に保持するためのツバ部である。ツバ部についても、上述したＲ１面３１ａとＲ２面３３ａとに挟まれた領域と同様に、厚み分布や密度分布をもとに形状を決定する。また、表１および表２における「サグ」とは各曲面の中心（頂点）と、Ｒ１面３１ａの外縁部との、図１における上下方向の距離のことである。
【０１３６】
以上のように粗プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ００）において粗プリフォーム１０の各領域の寸法などを決定したところで、粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）を実施した。具体的には、図５に示すように、耐摩用超硬合金からなる粗プリフォーム成形型１００を用いて粉末原料１として硫化亜鉛の粉末をセットし、表１および表２の「粗プリフォーム」の各欄に示す寸法を示すように成形加工を行なった。ここでは、下型１０３の成形面１３ｂの形状が、形成しようとする光学セラミックレンズ３０の完成品（最終レンズ）の一方の主曲面（Ｒ２面３３ａ）の形状にほぼ等しくなるよう設計された粗プリフォーム成形型１００を使用した。なお、当該成形面１３ｂの形状は、表面の凹凸の程度を測定するためのＰＶ値（Peak-to-Valley）が２０μｍであった。
【０１３７】
このようにして形成された粗プリフォーム１０に対して、光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）を実施した。具体的には、図８に示すように、プレス面（成形面３１ｂ、３３ｂ）が非晶質カーボンからなるレンズ成形型３００に粗プリフォーム１０をセットし、９８０℃まで昇温した状態で、図９に示す縦軸方向のみに対する加圧をした状態を約４分間保持する、１軸モールドプレス成形を行なった。ここでは、下型３０３の成形面３３ｂの形状が、形成しようとする光学セラミックレンズ３０の完成品（最終レンズ）の一方の主曲面（Ｒ２面３３ａ）の形状にほぼ等しくなるよう設計されたレンズ成形型３００を使用した。なお、当該成形面３３ｂの形状の寸法精度はＰＶ値が０．５μｍであった。
【０１３８】
以上の手順により形成された光学セラミックレンズ３０の完成品について、主曲面であるＲ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの表面のＰＶ値を測定したところ、設計値（ＰＶ値は０）との誤差が１．１μｍであった。このため主曲面の一部分を研磨したり粉砕したりするなどの後処理を必要とせず、主曲面の表面粗さの精度が良好な光学セラミックレンズ３０が形成できた。
【０１３９】
また、光学セラミックレンズ３０は領域間の密度のばらつきが小さくなるよう形成されている。このため、光学セラミックレンズ３０の各領域における相対密度はほぼ９９．９９％であった。このため、実際に赤外線などの光を透過させたときの透過率も安定したものである。具体的には、波長が１０μｍの赤外線を光学セラミックレンズ３０の光線通過範囲に照射することにより、透過率の測定を行なったところ、光線通過範囲の内部のいずれの領域においても当該透過率が約７４％となった。このことから、領域間の光学的均質性が良好な、高品質の光学セラミックレンズ３０が形成されたといえる。
【実施例２】
【０１４０】
上述した実施の形態２の光学セラミックレンズ３０の製造方法に基づき、光学セラミックレンズ３０を形成した。以下の表３および表４において、粗プリフォーム１０、プリフォーム２０および光学セラミックレンズ３０（表３、表４における「最終レンズ」）の各領域の寸法や相対密度の設計値、上述した各数式に代入するための係数をまとめている。
【０１４１】
【表３】
2010271540.tif 000031
【０１４２】
【表４】
2010271540.tif 000032
【０１４３】
表３および表４の各項目は、上述した表１および表２の項目と同様である。すなわち、表３が実施例１の表１に、表４が実施例１の表２に対応している。このため、たとえばＲ１面３１ａとＲ２面３３ａとで値が異なるパラメータについては、表３においてＲ１面３１ａにおける値を、表４においてＲ２面３３ａにおける値を示している。ただし、実施の形態２においては粗プリフォーム１０を仮焼成したプリフォーム２０を形成しているため、プリフォーム２０に関する寸法などを記載する欄を設けている。プリフォーム２０についても、粗プリフォーム１０と同様に、Ｃ係数Ｃ２ｋを用いて表記した場合の値を記している。
【０１４４】
表３および表４に示す各値の算出方法は、上述した実施例１と重複する項目については実施例１に順ずる。プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ０２）において、実施例１における粗プリフォーム１０の厚みの分布を求める要領で、プリフォーム２０の厚みの分布を求めた。
【０１４５】
具体的には、予備試験において、粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）の要領で、図５に示すように粗プリフォーム成形型１００を用いて硫化亜鉛の粉末原料１から粗プリフォーム１０を形成した。形成された粗プリフォーム１０の試験片に対して相対密度ρcomを測定したところρcom＝５４．０％であった。さらにこの試験片を、プリフォームを形成する工程（Ｓ２０）の要領で加熱炉を用いて加熱を行ない、形成されたプリフォーム２０の試験片に対して相対密度ρpreを測定したところρpre＝６０．０％であった。これらの相対密度の測定値をもとに、上述した（数１５）、（数１９）を用いて求めたα、βの値が表３中に記載されている。
【０１４６】
上述した各値をもとに、上述した各数式を用いて光学セラミックレンズ３０の厚み分布に基づきプリフォーム２０の厚みの分布を求めた。また、粗プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ０１）においても上述したα、βを用いて粗プリフォーム１０の厚みの分布を求めた。さらに、その他の各寸法値についても計算により求め、かつ上述した数式中における係数、たとえば曲率半径ｒ、円錐係数Ｋ、曲率ｃ、非球面係数Ａ２、Ａ４、Ａ６を求め、それらの値を表３、表４中に記載している。
【０１４７】
以上のように粗プリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ０１）およびプリフォームの厚みの分布や形状を決定する工程（Ｓ０２）において粗プリフォーム１０およびプリフォーム２０の各領域の寸法などを決定したところで、粗プリフォームを形成する工程（Ｓ１０）を実施例１と同様に行なった。ただし、ここで用いた非晶質カーボンからなる粗プリフォーム成形型１００の下型１０３の成形面１３ｂの形状は、ＰＶ値が９μｍであった。
【０１４８】
このようにして形成された粗プリフォーム１０に対して、プリフォームを形成する工程（Ｓ２０）および光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）を実施した。具体的には、粗プリフォーム１０を加熱炉に導入して８５０℃で６０分間熱処理することにより、表３に示す相対密度を有するプリフォーム２０を形成した。その後、当該プリフォーム２０に対して、光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）を実施例１と同様に行なった。その態様は図１３に示すとおりである。なお、ここで使用した下型３０３の成形面３３ｂの形状の寸法精度はＰＶ値が０．５μｍであった。
【０１４９】
以上の手順により形成された光学セラミックレンズ３０の完成品について、主曲面であるＲ１面３１ａおよびＲ２面３３ａの表面のＰＶ値を測定したところ、設計値（ＰＶ値は０）との誤差が１．２μｍであった。このため主曲面の一部分を研磨するなどの後処理を必要とせず、主曲面の表面粗さの精度が良好な光学セラミックレンズ３０が形成できた。
【０１５０】
また、本発明による光学セラミックレンズ３０に赤外線などの光を透過させたときの透過率も安定したものである。具体的には、波長が１０μｍの赤外線を光学セラミックレンズ３０の光線通過範囲に照射することにより、透過率の測定を行なったところ、光線通過範囲の内部のいずれの領域においても当該透過率が約６５％となった。このことから、実施例２においても、領域間の光学的均質性が良好な、高品質の光学セラミックレンズ３０が形成されたといえる。
【実施例３】
【０１５１】
本発明の実施の形態１および２のように、光学セラミックレンズ３０の厚みの分布と、光学セラミックレンズ３０および粗プリフォーム１０（プリフォーム２０）の密度の比に基づいて厚みの分布を決定した粗プリフォーム１０（プリフォーム２０）を用いて光学セラミックレンズ３０を形成した場合の、光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）に要する時間を調査する試験を行なった。
【０１５２】
表５には、本発明の実施の形態２に基づいて厚みの分布を決定したプリフォーム２０(実施例２におけるプリフォーム２０）に対して、図１３に示す態様に基づいて光学セラミックレンズを形成する工程（Ｓ３０）を行なった場合の工程（Ｓ３０）での成形時間および、当該工程により形成された光学セラミックレンズ３０の光の透過率を調査した結果を示している。（「本実施例」の欄参照）また、同じ表５には、「比較例１」として、本発明の実施の形態２とは別の方法により、光学セラミックレンズ３０の主曲面（Ｒ１面３１ａおよびＲ２面３３ａ）に近似した形状の曲面を有する近似球面の仮焼成体（プリフォーム）に対して、上述した「本実施例」と同様に工程（Ｓ３０）を行なった場合の成形時間および上記透過率を調査した結果を併記している。なお、近似球面の形状は凸面の示す曲面の半径Ｒが１２．８、凹面の示す曲面の半径Ｒが５４．２である。さらに、一定の厚みを有する平板形状のプリフォームに対して、上述した「本実施例」と同様の形状の光学セラミックレンズ３０を形成するために加熱および加圧の処理を行なった場合の成形時間および上記透過率を調査した結果についても、表５中に「比較例２」として併記している。なお、各条件のサンプルを５個ずつ用意した。
【０１５３】
上述した「本実施例」「比較例１」「比較例２」のいずれの条件の試験片についても、同一の設備を用いて、硫化亜鉛の粉末原料１から、厚みの分布や主曲面の大きさ、形状がほぼ等しい光学セラミックレンズ３０を形成した結果を示している。光学セラミックレンズ３０を形成するにあたり、使用したプリフォーム２０と、比較例１の近似球面、比較例２の平板の重量がいずれもほぼ等しくなるようにした。また、これらのサンプルは、いずれの条件のものについても有効半径が１０ｍｍであり、主表面（主曲面）に沿った方向に関する大きさはほぼ等しい。
【０１５４】
【表５】
2010271540.tif 000033
【０１５５】
その結果、表５の「光学セラミックレンズ３０の成形保持時間」に示すように、比較例１のプリフォームに対して光学セラミックレンズ３０を形成した場合は、平均７分、比較例２のプリフォームに対して光学セラミックレンズ３０を形成した場合は、平均２０分の成形保持時間を要した。これに対して、本実施例のプリフォーム２０に対して工程（Ｓ３０）を施した場合の工程（Ｓ３０）での成形保持時間の平均は約４分であった。なお、ここで成形保持時間とは、工程（Ｓ３０）における加熱（Ｓ３２）と加圧（Ｓ３３）との両方を行なった時間である。
【０１５６】
さらに、形成された光学セラミックレンズ３０が赤外線を透過する透過率のばらつきについても調査した。各条件にて形成されたそれぞれの光学セラミックレンズ３０の光線通過範囲に対して、波長が１０μｍの赤外線を照射したときの透過率を測定した。具体的には、まずたとえば図９に示す断面が露出するようにレンズを縦割りに切断し、当該切断した切片の断面の厚み（図９における上下方向の寸法）が３ｍｍになるように寸法調整した。この表面を鏡面研磨し、赤外分光光度計で透過率を測定した。この際、測定点として５点選んだ。この５点を結んでなる曲線は、切断した断面が示す上下それぞれの主曲面の湾曲に沿った形状となるように５点を選んでいる。具体的には、切片の中心部（主曲面の頂点付近）の１点、両端部の２点、および中心部と両端部とのほぼ中央に存在する中間点の２点の合計５点を選んだ。
【０１５７】
その結果、表５の「レンズの透過率」に示すように、比較例１の光学セラミックレンズ３０は７５．０％〜７４．０％と１．０％のばらつき、比較例２の光学セラミックレンズ３０は７５％〜５％と７０％もの大きなばらつきが存在するのに対して、本実施例の光学セラミックレンズ３０については７５．４％〜７４．８％と、０．６％のばらつきに抑えることができた。
【０１５８】
以上の結果より、本実施例の製造方法を用いることにより、高効率に光学的均質性の高い光学セラミックレンズ３０を形成できることがわかる。
【０１５９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明は、高効率に、光学的均質性に優れた光学セラミックレンズを製造する技術として特に優れている。
【符号の説明】
【０１６１】
１  粉末原料、１０  粗プリフォーム、１１ａ，１３ａ，２１ａ，２３ａ  主曲面、１１ｂ，１３ｂ，３１ｂ，３３ｂ  成形面、２０  プリフォーム、３０  光学セラミックレンズ、３１ａ  Ｒ１面、３１ｃ，３３ｃ  対向面、３３ａ  Ｒ２面、１００  粗プリフォーム成形型、１０１，３０１  上型、１０３，３０３  下型、１０５  成形ダイス、３００  レンズ成形型、３０５  拘束リング。
【図１】
2010271540.tif 000034
【図２】
2010271540.tif 000035
【図３】
2010271540.tif 000036
【図４】
2010271540.tif 000037
【図５】
2010271540.tif 000038
【図６】
2010271540.tif 000039
【図７】
2010271540.tif 000040
【図８】
2010271540.tif 000041
【図９】
2010271540.tif 000042
【図１０】
2010271540.tif 000043
【図１１】
2010271540.tif 000044
【図１２】
2010271540.tif 000045
【図１３】
2010271540.tif 000046