(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、プレス成形と同時に光学面に微細凹凸形状からなる反射防止構造体を形成し、離型する前に心取り、および内面反射防止塗料の塗布を行うことで、低コストで高性能な反射防止機能を有する光学素子ならびに製造方法を提供することである。【解決手段】  本発明は、軟化状態にあるガラス素材を２つ以上の成形用型部材を用いてプレス成形することによって、光学素子を得る製造方法において、プレス成形と同時に前記光学素子の光学面に使用波長以下の微細凹凸形状を形成し、プレス成形終了後に前記光学素子の外端部に内面反射防止塗料を塗布し、前記工程の後に離型することを特徴とする。【選択図】    図２
2014145872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟化状態にあるガラス素材を
２つ以上の成形用型部材を用いてプレス成形することによって、
光学素子を得る製造方法において、
プレス成形と同時に
前記光学素子の光学面に使用波長以下の微細凹凸形状を形成し、
プレス成形終了後に
前記光学素子の外端部に内面反射防止塗料を塗布し、
前記工程の後に離型することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
反射防止機能を有する
使用波長程度の微細凹凸形状からなる構造体を
光学面上に形成した光学素子であって、
前記光学素子の外端部に内面反射防止塗料が塗布され、
かつ、前記光学素子はガラスを材料とし、
前記光学素子の光学面の径をRL、
微細凹凸形状が形成されている領域の径をRaとしたとき、
０．８５  ≦  Ra ／RL  ≦  １
１５０  ≦  Ｔｇ  ≦  ６５０
を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１に記載の光学素子の製造方法において
前記光学素子の外端部に内面反射防止塗料を塗布する工程における
ガラス素子の温度 Ｔ（℃）が 
１００ ≦  Ｔ  ≦ ６００
を満たすことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記プレス成形と
前記内面反射防止塗料塗布工程の間に
心取り加工を行うことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の光学素子において
前記光学素子の光学面の片面、乃至は両面が非球面であることを
特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部材の表面（光入出射面）に反射防止機能を有する微細な凹凸形状からなる構造体を設け、反射防止を効果的に行った光学素子ならびにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学機器に組み込まれるレンズ等の光学素子は、光学ガラスや光学プラスチック等の透明部材を用いて製作されている。このような透明部材は、屈折率が大きいため、反射率が高くなる。反射率が高いと、像面に到達する有効光量が少なくなってしまうとともに、不要な反射によってゴーストやフレアが生じる。このため、透明部材からなる光学素子は、反射防止機能を付与することが必要である。
【０００３】
光学素子に反射防止機能を付与する手法として、一般的には、光学干渉の理論に従って、透明部材の表面に薄膜の誘電体膜を複数層重ねた多層の反射防止膜が知られている。このような反射防止膜は、蒸着法やスパッタリング法などのドライ法（真空成膜法）、ディッピング法やスピンコート法等のウエット法（湿式成膜法）により形成される。このような光学干渉の理論に従って作製される反射防止膜は、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の種類とそれぞれの膜厚を的確に選択することで仮想的に中間屈折率を得て、反射防止膜を形成する方法が提案されている（特許文献1）。
【０００４】
光学機器にレンズを組み込むためには、反射防止機能を付与する以外にもいくつかの工程が必要である。まず、光学機器の鏡筒に正しい位置に組み込むために、レンズの光軸と外形中心軸を一致させる心取り加工が挙げられる。心取り加工は、一般的に、「ベルクランプ方式」で行われ、この方式は心取り機のワーク軸をクランプ式にしておき、これにレンズを挟み込んで、自動的に心取りを行うものである。次に、レンズの光線有効部以外の箇所での反射や透過を防ぐために、レンズ外周部に対する内面反射防止塗料の塗布が挙げられる。レンズ外周部に内面反射防止塗料を塗布する方法としては、一般的に、レンズ表面を真空吸着により固定し、レンズを外形中心軸で回転させながら、塗布する手法が行われている。
【０００５】
また、近年、光学機器の小型化や軽量化に伴い、非球面形状のレンズが望まれている。一般的に、ガラス材料を研磨加工することで、球面形状のレンズは作製されるが、非球面形状のレンズにおいては、光学面が設計により算出された自由形状であることなどから、通常の研磨加工で作製することは困難である。よって、非球面形状レンズは、所定の表面精度を有する成形金型に軟化した光学ガラス材料を挟み込み、プレス成形することで、大量に、低コストで作製できるようになってきている。そして、さらなる低コスト化を目的として、レンズをプレス成形と同時に心取り工程を行う手法が提案されている（特許文献２、３）。プレス成形と心取り工程が終了したレンズは、この後、反射防止膜の形成と、内面反射防止塗料の塗布が行われ、光学機器に組み込まれる。
【０００６】
一方、光学干渉の理論に従って作製される反射防止膜よりもさらに反射防止効果が高い手法として、入射する光の波長（以下、使用波長という）程度の微細な凹凸形状を光学素子の表面上に複数形成した反射防止構造体が広く知られている。
【０００７】
使用波長程度の微細な凹凸形状では、入射光はその凹凸形状を認識できずに一様な媒質であるかのように振る舞う。つまり、微細な凹凸形状からなる構造体は、凹凸形状を構成する材料の体積比に準じた見かけの屈折率を有し、通常の材料では得られないような低い屈折率を示す。このため、このような凹凸構造体を用いれば、高屈折率材料と低屈折率材料から形成される反射防止膜と比べて、より高い反射防止性能が得られる。
【０００８】
これらの反射防止構造体の作成手法としては、金型に微細な孔を形成し、この孔を成形時に、透明部材の光学面に転写することで、微細な凹凸形状を形成する手法が提案されている（特許文献４、５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭61-51283号公報
【特許文献２】特開2002-338277号公報
【特許文献３】特開2006-315944号広報
【特許文献４】特開平2-254192号公報
【特許文献５】特開200-272505号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１で提案されたような、一般的な光学干渉の理論に従う反射防止膜は、ドライ法やウエット法のどちらの成膜手法においても、膜材料の制限や、膜層数増加の必要性などから、制約が多いといった問題がある。
【００１１】
特許文献２および３で提案されたレンズは、心取り後に、特許文献１で提案されたような一般的な干渉の理論に従う反射防止膜を形成するため、同様の問題が生じるといえる。また、プレス成形と心取りの工程を同時に行ったとしても、その後に、反射防止膜成膜工程や内面反射防止塗料の塗布といった工程が必要であり、これ以上の低コスト化が望めない。
【００１２】
一方、特許文献４および５で提案されたように、微細な孔が形成された金型を利用した、微細構造体形成手法は、透明部材の成形と同時に反射防止機能を有する微細凸形状の形成が可能であり、安価に光学素子を作製することが可能である。
【００１３】
しかしながら、微細凹凸形状を光学面に形成することで、反射防止性能を付与したレンズを光学機器に組み込む場合にも、心取り、および内面反射防止塗料の塗布といった工程は必要である。これらの工程を別に行ったとすると、コストの上昇に直結してしまい、大きなデメリットとなる。
【００１４】
また、「ベルクランプ方式」による心取りや、光学面を真空吸着により固定して行う内面反射防止塗料の塗布は、光学面に触れなければ、行うことができない。つまり、これらの工程を行うと、微細凹凸形状が付与された光学面に触ることになり、形状が破壊されてしまうといった問題が生じる。さらに、微細凹凸形状の付与しない領域が光学面にあれば、心取りや内面反射防止塗料の塗布を従来手法で行うことは可能である。しかしながら、微細凹凸形状の付与しない領域が余分に光学面に必要になることから、レンズを大きくしなければならず、光学機器の小型化や軽量化が望めなくなる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、プレス成形と同時に光学面に微細凹凸形状からなる反射防止構造体を形成し、離型する前に心取り、および内面反射防止塗料の塗布を行うことで、低コストで高性能な反射防止機能を有する光学素子ならびに製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、軟化状態にあるガラス素材を２つ以上の成形用型部材を用いてプレス成形することによって、光学素子を得る製造方法において、プレス成形と同時に前記光学素子の光学面に使用波長以下の微細凹凸形状を形成し、プレス成形終了後に前記光学素子の外端部に内面反射防止塗料を塗布し、前記工程の後に離型することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プレス成形と同時に光学面に微細凹凸形状からなる反射防止構造体を形成し、離型する前に心取り、および内面反射防止塗料の塗布を行うことで、低コストで高性能な反射防止機能を有する光学素子ならびに製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかわる光学素子の製造工程の模式図を示す。（ａ）本発明の実施形態にかかわる成形工程の模式図、（b）本発明の実施形態にかかわる心取り工程の模式図、（c）本発明の実施形態にかかわる内面反射防止塗料塗布工程の模式図、（d）完成レンズ形状の模式図
【図２】本発明の実施形態にかかわる光学素レンズの断面模式図を示す
【図３】比較例１に記載の光学素子製造工程の模式図を示す。（ａ）比較例１にかかわる成形工程の模式図、（b）比較例１にかかわる心取り工程の模式図、（c）比較例１にかかわる反射防止膜成膜工程の模式図（d）比較例１にかかわる内面反射防止塗料塗布工程の模式図、（e）完成レンズ形状の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態にかかわる光学素子の製造工程を模式的に表した図である。本実施例は、ガラス材料を使用し、凸メニスカスレンズを成形する場合を示すが、本発明においては、レンズ形状は、限定しない。
【００２１】
同図（ａ）はレンズを成形加工するための工程であり、ガラス材料14の光学面をレンズ形状に成形する工程が完了した状態を示している。同図（ａ）において、成形用胴型11は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12が上下方向に沿って移動可能な状態で挿入されている。上型部材12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11の上面に上方から接している。上型部材12の下面は、ガラス材料14の凸面が、転写により微細凹凸形状を有した所望の光学面形状になるように、使用波長以下の微細孔形状を有した面形状をしている。
【００２２】
一方、下側の貫通穴には、上型部材12と同様に円柱状に形成された下型部材13が、上下方向に沿って移動可能な状態で挿入されている。下型部材13の上面は、上型部材12の下面と同様に、ガラス材料14の凹面が、転写により微細凹凸形状を有した所望の光学面形状になるように、使用波長以下の微細孔形状を有した面形状をしている。
【００２３】
上下型部材12及び13は図示のように成形胴型11と接続した状態のまま回転運動が可能になるように、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を接続している。
【００２４】
また、回転は、胴型部材11の回転中心で回転する構成である。すなわち、回転用のアクチュエータと上下型部材12及び13は、回転トルクのみが的確に伝わるように接続している。
【００２５】
一方、成形用胴型11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11の内部にガラス材料14が供給される。
【００２６】
なお成形用胴型11内には、この成形用胴型11、上型部材12、下型部材13を介してガラス材料14を加熱するためのヒータ15が配置されている。
【００２７】
同図（b）はレンズの心取り工程であり、ガラス材料14の心取りが完了した状態を示している。同図（b）において、成形用胴型11の側面にある開口穴からは、心取り加工用の研削砥石を先端にもった心取り加工機具16が挿入される構成になっている。本実施例において、心取り加工機具16が開口穴に挿入されるのは、同図（ａ）の成形工程が完了し、離型が行われる前である。心取り加工機具16は、心取り加工終了後に、速やかに後退する。
【００２８】
また、上型部材12と下型部材13にはそれぞれ個別にアクチュエータを接続しているが、心取り工程中には、上下のアクチュエータは連動した状態で作動させている。本実施例では、心取り工程を記述したが、本発明においては、心取り工程の有無は限定しない。
【００２９】
同図（c）は、レンズの内面反射防止塗料塗布工程であり、ガラス材料14の内面反射防止塗料の塗布が完了した状態を示している。同図（c）において、成形用胴型11の側面にある開口穴からは、内面反射防止塗料を先端に含ませた耐熱性のあるヘラ状の塗布機具17が挿入される構成になっている。本実施例において、内面反射防止塗料塗布機具17が開口穴に挿入されるのは、同図（ａ）の成形工程が完了し、離型が行われる前であり、同図（b）の心取り工程が完了し、心取り加工機具16が後退してからである。つまり、二つの機具が干渉することはない。
【００３０】
同図（d）は、離型後のレンズを示す。ガラス材料14は同図（ａ）から（c）の工程を経て、凸メニスカスレンズ18に加工され、この後、鏡筒に組み込まれる。なお、成形の完了した凸メニスカスレンズ18は、成形用胴型11の側面にある開口穴を介して、成形用胴型11の内部から取り出される。
【００３１】
図２は、本発明の実施形態にかかわる光学レンズ断面を模式的に表した図であり、先に述べた図１の工程を経て作製された。本実施例は、凸メニスカスレンズ形状を示すが、本発明においては、レンズ形状は、限定しない。
【００３２】
実施例の凸メニスカスレンズ21は、光学面として凸および凹のレンズ面を有するガラスレンズである。光学機器内に組み込まれたときに、レンズ光学面以外の面での反射や散乱による不要なフレア、もしくはゴーストを防ぐため、内面反射防止塗料がレンズ外周面23に塗布されている。また、凸メニスカスレンズ21は両光学面に、反射防止機能を付与するため、使用波長以下の微細凹凸形状22が形成されている。同図において、RLは凸メニスカスレンズの凸部の光学面の径、Raは微細凹凸形状が形成されている領域の径を示す。
【００３３】
本実施例において、光線有効部には、反射防止機能を有する微細凹凸形状が必要であるため、光線有効径はRaである。光線有効径Raは、光学機器の光学系を設計する時点で決定される。さらに、レンズ素子内で光線有効部が占める割合は、大きいほど、光学面の径RLを小さくすることができる。よって、レンズ素子の小型化・軽量化を達成するには、光学面の径RLに対し、光線有効径Raが占める割合がある程度、大きいことが望ましい。
【００３４】
微細凹凸形状を有したレンズにて、従来手法である「ベルクランプ方式」による心取りや、光学面を真空吸着により固定して行う内面反射防止塗料の塗布を試みた場合、光学面に触れずに行うことができない。つまり、これらの工程を行うと、微細凹凸形状が付与された光学面に治具などが触ることになり、形状が破壊されてしまう。よって、従来手法で心取りや内面反射防止塗料の塗布を行う場合は、光学面に微細凹凸形状を有しない領域が必要である。しかしながら、微細凹凸形状を有しない領域は、反射が大きいため、光線有効部として使用できない。以上から、微細凹凸形状を有し、従来の心取りや内面反射防止塗料塗布が可能なレンズの場合は、光線有効径Raは一定であるが、微細凹凸形状を有しない領域が大きくなるため、その分、光学面の径RLが大きくなってしまう。
【００３５】
以上から、本発明では、光学面の径をRL、光線有効径（つまり、微細凹凸形状が形成されている領域の径）をRaとしたとき、
（数式１）  ０．８５  ≦  Ra ／RL  ≦  １
を満たすことが望ましい。
【００３６】
また、微細凹凸形状22は、金型に施した微細な孔の転写により形成される。成形用金型は微細な孔を形成できるような加工性のよいものを使用する必要があるが、加工性のよさを優先すると、耐熱性が低下することが問題となる。よって、なるべく低温で成形のできる低融点のガラス材料（ガラス転移温度Tgが６５０℃以下）を使用することが望ましい。しかしながら、低融点ガラスは、軟化温度を下げるため、アルカリ成分などを添加しており、光学的に均質化し難い、耐久性が低いなどの問題がある。よって、本発明においては、ある程度（１５０℃）以上のガラス転移温度Tg（℃）となるガラス材料を使用することが望ましい。以上から、本発明におけるレンズ素子の光学面で微細凹凸形状が形成された部分が占める割合をr(％)、前記ガラス材料の転移温度をＴｇ（℃）としたとき、
（数式２）  １５０  ≦  Ｔｇ  ≦  ６５０
を満たすことが望ましい。
【００３７】
レンズの離型温度は、高温すぎるとガラス材料が軟化した状態のままであるため、レンズ形状が変形するといった問題が生じる。また、低温すぎると離型の際に金型への張り付きからの割れといった問題が生じる。よって、離型温度は、使用したガラス材料のガラス転移温度Tg（℃）よりも５０〜１５０度程度低温であることが望ましい。本発明では、成形後、離型を行う前にレンズ外周部に内面反射防止塗料を塗布するため、塗布時の温度は離型温度程度であることが望ましい。以上から、レンズ素子の外端部に内面反射防止塗料を塗布する工程におけるガラス素子の温度をT（℃）としたとき、
（数式３）  １００  ≦  Ｔ  ≦  ６００
を満たすことが望ましい。
【００３８】
また、本発明におけるレンズ光学素子において前記光学素子の光学面の片面、乃至は両面が非球面であることが望ましい。
【００３９】
以下に、具体的な実施例を示す。ただし、これらは例に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
［実施例１］
実施例１は、上記の製造工程において、凸メニスカスレンズを作製した。ガラス材料として、屈折率ndが１．５４、ガラス転移温度Tgが３４５度の低融点ガラスを使用した。
【００４１】
まず、図1に示した上型部材12を成形用胴型11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材料14を下型部材13の成形面上に供給する。成形用胴型11及び上型部材12及び下型部材13は、４００℃に加熱されている。
【００４２】
ガラス材料14に対して、４０００Ｎの荷重を負荷しプレスを行い、ガラス材料14は、次第に水平方向に押しつぶされて、所望の光学面を有した形状となった。また、ガラス材料14の光学面には、上型部材12の成形面と下型部材13の成形面に形成された微細な孔形状が転写される。よって、高性能な反射防止性能を示す、使用波長以下の微細凹凸形状を有することとなる。
【００４３】
この後、成形された凸メニスカスレンズ（ガラス材料14）は冷却され、３５０℃になった時点で、図１（b）で示したように心取り加工、および図１（c）で示したように内面反射塗料の塗布を行った。なお、心取り加工、および内面反射防止塗料の塗布を行う際の型部材の温度は、３５０℃の一定に保ったまま行った。また、心取り加工、および内面反射防止塗料塗布時は、上下型部材12及び13でガラス材料14を保持した状態のまま、両型部材を連動させて回転させる。
【００４４】
心取り加工機具16を成形用胴型11の開口穴から挿入し、ガラス材料14の上下型部材12及び13からはみ出している部分に押し当て、加工した。また、心取り加工中に発生する研削スラッジは、加工中に安定ガス（Ｎ２）を加工部に吹き付けながら行うことによって、加工部及び成形部全体から吹き飛ばされている。安定ガス（Ｎ２）は、加工時のガラス材料14の温度（３５０℃）と同温に予め加熱されたものを用いた。
【００４５】
心取り加工終了後、心取り加工機具16を待避させた後、内面反射防止塗料塗布機具17を成形用胴型11の開口穴から挿入し、ガラス材料14の心取り加工面に押し当てる。内面反射防止塗料塗布の完了後に、塗布機具17を退避させた後、上下型部材12および13の回転を停止し、更なる冷却を行った。
【００４６】
以上の工程の後、３００℃までの温度が低下したときに、オートハンド等により凸メニスカスレンズ（ガラス材料14）を外部に取り出した。
【００４７】
本実施例では、これらの工程で光学レンズを作製することで、高性能な反射防止膜を有した光学レンズを得ることができた。
【００４８】
［比較例１］
比較例１は、従来の製造工程において、凸メニスカスレンズを作製した。ガラス材料として、屈折率ndが１．５４、ガラス転移温度Tgが３４５度の低融点ガラスを使用した。
【００４９】
図３は、従来の光学素子の製造工程を模式的に表した図である。同図（ａ）に示したプレス成形の工程は、図1（ａ）に示した本発明における成形工程とほぼ同等の装置を使用した。本発明と同様に、上型部材32を成形用胴型31に対して、上方にスライドさせた状態で、ガラス材料34を下型部材33の成形面上に供給する。成形用胴型31及び上型部材32及び下型部材33は、４００℃に加熱されている。
【００５０】
ガラス材料34に対して、４０００Ｎの荷重を負荷しプレスを行い、ガラス材料34は、次第に水平方向に押しつぶされて、所望の光学面を有した形状となった。
【００５１】
プレス成形工程の後、３００℃までの温度が低下したときに、オートハンド等によりガラス材料34を外部に取り出した。
【００５２】
次に、心取りを行った。図３（b）は、比較例１における心取り工程を模式的に示す。ガラス材料34を挟み込むベルと呼ばれる円筒39Lおよび39Rは、側面が鋭いエッジであり、レンズとの間に油液を介在させてある。ベル39Lおよび39Rが、レンズを低いクランプ力で挟み込むと、レンズの中心がベルの中心に移動する。この状態で固定し、ベル39Lおよび39Rとガラス材料34を連動して回転させた状態で、心取り加工機具36をガラス材料34に押し当て、加工した。
【００５３】
心取り後のガラス材料34は、油液が付着しているため、加工後に洗浄を行った。洗浄後、反射防止膜の成膜を行った。図３（c）は、比較例1における反射防止膜成膜工程を模式的に示す。ガラス材料34を蒸着釜に投入した。蒸着源41は、フッ化マグネシウムであり、比較例１のレンズ素子は、反射防止膜として、フッ化マグネシウムの単層膜を成膜した。反射防止膜は両光学面に成膜するため、片面終了後、蒸着釜から出し、裏返してから再び蒸着釜に投入し、もう一方の面の蒸着を行った。
【００５４】
反射防止膜成膜後に、内面反射防止塗料の塗布を行った。ガラス材料34の凹面を真空吸着により、レンズ回転固定治具42に固定し、回転させながら塗布機具37をガラス材料34の心取り加工面に押し当て、塗布を行った。
【００５５】
比較例１においては、以上の工程を経て、凸メニスカスレンズ38が完成した。比較例１による作製したレンズは、実施例１と比較し、非常に多くの工程を経ていることが確認できた。このため、更なる低コスト化は実現できないといえる。
【００５６】
本発明の課題により、プレス成形と同時に光学面に微細凹凸形状からなる反射防止構造体を形成し、離型する前に心取り、および内面反射防止塗料の塗布を行うことで、高性能な反射防止機能を有する光学素子ならびに製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１１，３１  成形用胴型
１２，３２  上型部材
１３，３３  下型部材
１４，３４  ガラス材料
１５，３５  ヒーター
１６，３６  心取り加工機具
１７，３７  内面反射防止塗料塗布機具
１８，３８  凸メニスカスレンズ
２１  凸メニスカスレンズ
２２  微細凹凸形状
２３  レンズ外周面
３９  クランプ
４１  蒸着源
４２  レンズ回転固定治具
RL  光学面の径
Ra  光線有効径
【図１】
2014145872.tif 000003
【図２】
2014145872.tif 000004
【図３】
2014145872.tif 000005