(57)【要約】散乱が低い凝集性のモノリシックな質量に形成されることが可能な機械的特性を有する、細かな粉末に研削される材料から、レンズ、レンズブランクおよびレンズ部品を製造する、ソリッドステートの圧縮方法。細かな粉末は、ホストマトリックスと、組み合わされたときに屈折率および分散などの好ましい光学特性を提供する他の材料との混合物であり得る。紫外線から赤外線の範囲の内からの透過を有する部品が、可能である。方法は、特に、ＩＲの近辺および遠くにおいて透過性のある非球面レンズの、低温における形成に適している。
2008541167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ、レンズブランク、およびレンズ部品を形成するソリッドステートの方法であって、該方法は、
細かい粉末として、少なくとも１つのレンズ材料を形成するステップであって、該細かい粉末は、圧縮の下および融解温度よりも低い温度において、所定の波長および動作条件に渡って低い散乱および高い透過性を有する凝集性のモノリシックの質量に形成されることが可能であるステップと、
計量された量の該細かな粉末を、所定の形状の対向する圧力適用面を有する、端部が開いたモールディングの空洞に配置するステップと、
該粉末が最終的に好ましい形状に凝集するまで、高められた圧力を該細かな粉末に加えるステップと、
該機械的な圧力を解放するステップと、
該モールディングの空洞を開くステップと、
該モールディングの空洞から完成した部品を取り外すステップと
を包含する、ソリッドステートの方法。
【請求項２】
前記細かな粉末は、研削と、すりつぶしと、磨耗と、摩滅と、融解および噴霧と、溶解および噴霧とから成る群から選択されたステップによって形成される、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項３】
前記細かな粉末が、華氏約４０度〜華氏５２０度の範囲内の温度である間に、力が該細かな粉末に加えられる、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項４】
前記細かな粉末が、室温＋／−華氏２０度である間に、圧力が該細かな粉末に加えられる、請求項３に記載のソリッドステートの方法。
【請求項５】
前記研削のステップに続き、前記細かな粉末を乾燥させるステップと、該細かな粉末を必要に応じて乾燥器に格納するステップとをさらに包含する、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項６】
前記細かな粉末を乾燥させる前記ステップは、１２時間に渡り摂氏１１０度のオーブンに該細かな粉末を入れることを含む、請求項５に記載のソリッドステートの方法。
【請求項７】
計量された量の前記細かな粉末を、前記端部が開いたモールディングの空洞に配置する前記ステップに続き、該モールディングの空洞に僅かな機械的圧力を加え、一方で該空洞を真空にして該細かな粉末から残留する空気を除去し、その後に続くステップにおいて、高められた圧力を加えながら該真空にすることを継続する、追加のステップを包含する、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項８】
計量された量の細かな粉末を前記モールディングの空洞に配置する前記ステップの前に、該モールディングの空洞を暖めることによって、該モールディングの空洞が乾燥していることを確実にするステップをさらに含む、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項９】
前記細かな粉末は、ナノ粒子を含み、該ナノ粒子の寸法は、前記最終的な部品の意図される動作波長の１％〜１０％の間の範囲内である、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１０】
前記材料は、ホストマトリックス材料と、該ホストマトリックス材料と混合されたときに所定の光学特性および物理的特性を提供する光学特性を有する、少なくとも１つの他の材料との混合物を含む、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１１】
前記ホストマトリックス材料は、高表面エネルギー密度、流動性、および変形性の特性を有する、請求項１０に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１２】
前記ホストマトリックス材料は、臭化カリウムと、塩化カリウムと、沃化セシウムと、高密度ポリエチレンとを含む群から選択される、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１３】
前記ホストマトリックス材料は、十分な濃度で存在することによって、前記最終的な部品に前記モノリシックな特性を提供し、前記他の材料は、２％を超える濃度で存在する、請求項１０に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１４】
前記混合物は、ＩＲ透過材料を含む材料の群から選択される、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１５】
前記ＩＲ材料は、ハロゲン化アルカリと、金属ハロゲン化物と、非晶質ガラスから成る群から選択される、請求項１４に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１６】
前記機械的圧力は、２５，０００〜６０，０００ｐｓｉを含む範囲内である、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１７】
前記対向する圧力適用面の形状は、平面と、プリズム状の面と、円柱の面と、球面と、非球面とを含む群から選択される、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１８】
前記最終的な部品の周りに保護バリアを提供することによって、該部品を湿気および他の環境的な影響から保護するステップをさらに包含する、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項１９】
前記保護バリアは、ポリ塩化ビニリデンの薄いフィルムである、請求項１８に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２０】
前記薄いフィルムは、ポリ塩化ビニリデンとポリエチレンとから成る群から選択される、請求項１９に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２１】
前記保護バリアは、ポリマーコーティングである、請求項１８に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２２】
前記ポリマーコーティングは、蒸着、スピンコーティングまたはディッピングのさらなるステップを介して適用される、請求項２１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２３】
前記保護バリアは、機械的な配列を用いて配置された、薄い弾性フィルムから形成されている、請求項１８に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２４】
前記細かな粉末は、紫外線と赤外線との間のスペクトラムの範囲内で透過性のある、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２５】
前記対向する圧力適用面は平面であり、前記方法は、該平面から作られたブランクから好ましい形状を機械加工するステップをさらに包含する、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２６】
前記部品は、比較的薄く、請求項１の前記複数のステップに従ってさらに形成された別の部品の上に押し付けられる、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２７】
前記比較的薄い部品は、形状において非球面である、請求項２６に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２８】
計量された量の前記細かな粉末を、所定の形状の対向する圧力供給面を有する、端部が開いたモールディングの空洞に配置する前記ステップは、異なる光学特性の１つ以上の細かな粉末を、層をなしたパターンに配列することによって、屈折率分布型レンズおよびレンズ部品を形成することを含む、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項２９】
計量された量の前記細かな粉末を、所定の形状の対向する圧力供給面を有する、端部が開いたモールディングの空洞に配置する前記ステップは、異なる光学特性の１つ以上の細かな粉末を、放射状に変化するパターンに配列することによって、屈折率分布型レンズおよびレンズ部品を形成することを含む、請求項１に記載のソリッドステートの方法。
【請求項３０】
請求項１に従って形成された、レンズ、レンズブランク、およびレンズ部品。
【請求項３１】
圧縮の下および融解温度よりも低い温度において、所定の波長および動作状況を通じて低い散乱および高い透過性を有する凝集性のモノリシックの質量に形成されることが可能な、少なくとも１つの細かく挽かれた粉末を含む、光学部品形成材料。
【請求項３２】
前記材料は、スペクトラムの紫外線領域と、可視光領域と、赤外線領域とのうちの少なくとも１つにおいて透過性を有する、請求項３１に記載の光学部品形成材料。
【請求項３３】
ホストマトリックス材料と、該ホストマトリックス材料と混合されたときに所定の光学特性および物理的特性を提供する光学特性を有する、少なくとも１つの他の材料との混合物を含む、請求項３１に記載の光学部品形成材料。
【請求項３４】
前記ホストマトリックス材料は、高表面エネルギー密度、流動性、および変形性の特性を有する、請求項３２に記載の光学部品形成材料。
【請求項３５】
前記ホストマトリックス材料は、臭化カリウムと、塩化カリウムと、沃化セシウムと、高密度ポリエチレンとを含む群から選択される、請求項３３に記載の光学部品形成材料。
【請求項３６】
前記ホストマトリックス材料は、十分な濃度で存在することによって、前記最終的な部品に前記モノリシックな特性を提供し、前記他の材料は、２％を超える濃度で存在する、請求項３３に記載の光学部品形成材料。
【請求項３７】
前記混合物は、ＩＲ透過材料を含む材料の群から選択される、請求項３３に記載の光学部品形成材料。
【請求項３８】
前記ＩＲ材料は、ハロゲン化アルカリと、金属ハロゲン化物と、非晶質ガラスから成る群から選択される、請求項３７に記載の光学部品形成材料。
【請求項３９】
前記他の材料は、ゲルマニウムを含む、請求項３７に記載の光学部品形成材料。
【請求項４０】
所定の波長および動作条件に渡って低い散乱および高い透過性を有する凝集性のモノリシックの質量に、融解温度よりも低い温度において圧縮された、細かく挽かれた少なくとも１つの粉末から形成された光学部品。
【請求項４１】
プリズム状の素子と、球面レンズと、非球面レンズと、円柱レンズと、屈折率分布型レンズと、レンズブランクと、波面成形素子と、非球面アドオンと、球面および非球面レンズアレイと、並列に置かれた円筒レンズのアレイと、回折構造と、回折格子と、ホログラムと、フレネルレンズと、アキシコンと、プリズムの結合クラスターと、それらの組み合わせとを含む群から選択される、請求項４０に記載の光学部品。
【請求項４２】
圧縮されている間に前記光学部品を囲み、該光学部品がモノリシックの質量に形成された後に、ユニットとして該光学部品に沿って取り外すことが可能な、プラスチックまたは金属のライナをさらに含む、請求項４０に記載の光学部品。
【請求項４３】
前記プラスチックまたは金属のライナは、前記光学部品のためのレンズ取付台として機能するようにさらに構成されている、請求項４２に記載の光学部品。
【請求項４４】
前記レンズ取付台は、前記モノリシックな質量に関連した、他の少なくとも１つの光学部品を取り付けるようにさらに構成されている、請求項４３に記載の光学部品。
【請求項４５】
それぞれが７０．８６対２９．１４の割合の体積によって混合された臭化カリウムとゲルマニウムとを含む、圧縮された細かく挽かれた粉末を含む、請求項４０に記載の光学部品。
【請求項４６】
前記細かく挽かれた粉末は、ホストマトリックス材料と、該ホストマトリックス材料と混合されたときに所定の光学特性および物理的特性を提供する光学特性を有する、少なくとも１つの他の材料との混合物を含む、請求項４０に記載の光学部品。
【請求項４７】
前記ホストマトリックス材料は、高表面エネルギー密度、流動性、および変形性の特性を有する、請求項４６に記載の光学部品。
【請求項４８】
前記ホストマトリックス部品は、臭化カリウムと、塩化カリウムと、沃化セシウムと、高密度ポリエチレンとを含む群から選択される、請求項４７に記載の光学部品。
【請求項４９】
前記ホストマトリックス材料は、十分な濃度で存在することによって、前記最終的な部品に前記モノリシックな特性を提供し、前記他の材料は、２％を超える濃度で存在する、請求項４７に記載の光学部品。
【請求項５０】
前記混合物は、ＩＲ透過材料から成る材料の群から選択される、請求項４６に記載の光学部品。
【請求項５１】
前記ＩＲ材料は、ハロゲン化アルカリと、金属ハロゲン化物と、非晶質ガラスから成る群から選択される、請求項５０に記載の光学部品。
【請求項５２】
前記他の材料は、ゲルマニウムを含む、請求項４０に記載の光学部品。
【請求項５３】
２つ以上の光学物質の混合粉末を圧縮することによって形成され、その結果として、混合比は、場所によって前記光学部品の体積の内で任意に変化することによって、局所の屈折率において工学的に有用な変化を生成する、光学部品。
【請求項５４】
２つ以上の光学物質の混合粉末を圧縮することによって形成され、混合比は、場所によって前記光学部品の体積の内で任意に変えられており、それによって、局所の屈折率において工学的に有用な変化を生成する、光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してレンズ、レンズブランク、およびレンズの部品を製作するためのソリッドステートの方法および装置に関連し、より具体的には、紫外線、可視光および／または赤外線の透過のために設計された非球面レンズの低温製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレンズ研削およびレンズ研磨の技術は、球または単純な平面の部分である光学面を、最も容易に作成し得る（非特許文献１）。未加工の球面が、嵌合する未加工の球面と互いに、繰り返しかつランダムに擦られると、それらの界面が小さな研磨用の粒子のスラリーで満たされ、凸凹が徐々に無くなり、両方の面が、より正確な球面となる。球面の光学面が作られる自然な容易さが、非特許文献２および比特許文献３に表される。
【０００３】
光学システムの性能が１つ以上の非球面の屈折面の使用を介して向上する、多くの実施例が、列挙され得る。「非球面は、残差の削減または主だった収差（特に、歪曲、非点収差、および球面収差）の除去のための強力な設計ツールであり得、他のいかなる設計技術にも劣らない（非特許文献４）。しかし、スミス氏が述べるように、「非球面、円柱およびトロイドは、球状の面の普遍性を共有せず、それらの製造は、困難である。球面が、（中心を通るあらゆる線は軸であるので）ランダムの研削および研磨によって容易に生成されるが、光学非球面は、［せいぜい］１つだけの対称の軸を有する。従って、球面を生成するランダムな磨き上げの単純な原則は、他の手段によって置換されなくてはならない。
【０００４】
通常の球状の光学面は、数百万分の１インチ内の真の球である。非球面にとって、この精度は、正確な計測および熟練工の補正の組み合わせによってのみ、取得され得る。」（Ｏｐ．ｃｉｔ．、ｐ．４１３）「ほとんど全ての場合において、設計者は、球面屈折または反射面の使用を制限されており、平面を無限の半径の球として見なしている。標準的なレンズ製造の工程は、高い精度で球面を生成するが、球状ではない、すなわち「非球面」の使用を許可することによって設計者の自由度を幅広くする試みは、非常に困難な製造の問題を引き起こし、結果的に、そのような面は、他に解決策が見つからないときにだけ、用いられる。」（非特許文献５）。
【０００５】
正確な非球面を生成および研磨するために要求される特別の作業は、その面が、モールドの一部として、所望の非球状の形状を有する多数のレンズを製造するために用いられ得る場合には、労力をかける価値があり得る。非球面レンズ、フレネルレンズ、および回折光学素子は、通例、特別なシステムの必要条件のために製造され、それは、ＰＭＭＡ、ポリエステル、またはポリカーボネートなどの熱可塑性の光学重合体の注入または圧縮のモールディングによって、あるいはそのような非球面のモールドにおいて、透明なエポキシまたは熱硬化性樹脂材料を鋳造することによって製造される。しかし、光学部品が相当に薄くない限り、そのような重合体は、分子の共振帯によって、通常は１．７ミクロンの波長未満にまで、その赤外線透過において非常に制限される。また、紫外線の中では、０．３００ミクロンまたはそれ以上の波長に制限され得る。
【０００６】
重合体スペクトラムの透過計測の実施例は、非特許文献６に見られる。（また、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｓｏｐｔｉｃｓ．ｃｏｍ／ｃｕｓｔｏｍ＿ｏｐｔｉｃｓ／ｃｈａｒｔｓ．ｈｔｍｌ（ここに図解が写されている）、およびｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｉｒｃｏｎ．ｃｏｍ／ｐｄｆ／ｗｔｎ１００．ｐｄｆ（普及しているプラスチックに対する透過データおよび図面２）を参照されたい）
非球面レンズを製造するために用いられ得るモールディング可能なガラス、例えば、Ｏｒｌａｎｄｏ、ＦＬのＬｉｇｈｔＰａｔｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｉｎｃ．（Ｇｅｌｔｅｃｈ）から入手可能なガラスも存在するが、これらの材料は、その赤外線および紫外線のスペクトラムの透過範囲において、非常に制限される。
【０００７】
加えて、レンズとして用いるために研削および研磨され得る、多くの新種の水晶、合金、および他の材料が、入手可能である。それらの多くが、赤外線および紫外線のスペクトラムの大部分において透明であるが、これらの材料は、通常の方法のいずれにおいても、モールディングによる大量生産には適していないと考えられており、それらの一部は、原材料として取得するには、非常に高価である（非特許文献７）。非球面の光学部品は、これらの結晶質および非晶質の合金材料の一部から、コンピュータ−数値的−制御のダイヤモンド面カッティングまたは研削によって、あるいはＳｔｒｏｎｇ氏（ｏｐ．ｃｉｔ．）およびＳｍｉｔｈ氏（ｏｐ．ｃｉｔ．）によって提案された、より古く、手動による研削または研磨工程の熟練の使用によって作られ得るが、これら全ての工程は、経済的な大量生産にとっては低速すぎ、高価すぎ得る。
【０００８】
Ｔｏｓｉ氏（ｏｐ．ｃｉｔ．）は、有用な赤外線光学材料の物理的特性の幅広い範囲を特色づけたが、それらのおよそ半分が、化学的にハロゲン化アルカリまたは他の金属ハロゲン化物である。それらのほとんどが、ガラスのように随意的に研削または研磨され得るが、ガラスとは大いに異なる。一部は非常に割れやすく、一部は温度が変化するときに容易に破砕し、一部は、それらと接触している材料を侵食し、一部は、非常に高い温度で融解し、一部は、加熱された場合には、融解する前に分解する。これらは、熱可塑性樹脂の方法ではモールディングされ得ず、容易には所望の形状に鋳造され得ない。
【０００９】
非球面部品の形状に「モールディングが可能」だと通例考えられる唯一の赤外線光学材料は、２つの比較的に重く高価な専売のカルコゲニドガラス、Ｇｅ２２Ａｓ２０Ｓｅ６８およびＧｅ２０Ｓｂ１５Ｓｅ６５であり、フランスの企業であるＵｍｉｃｏｒｅから市販されている。これらの材料は、Ｔｏｓｉ氏のリストにおけるＡＭＴＩＲ−１に、化学的に類似している。
【非特許文献１】Ｓｔｒｏｎｇ，Ｊｏｈｎ著、「Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」、１１章、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９３８年
【非特許文献２】Ｆ．Ｔｗｙｍａｎ著、「Ｐｒｉｓｍ  ａｎｄ  Ｌｅｎｓ  Ｍａｋｉｎｇ」、Ｈｉｌｇｅｒ  ａｎｄ  Ｗａｔｔｓ、Ｌｏｎｄｏｎ、１９５２年
【非特許文献３】Ｄ．Ｆ．Ｈｏｒｎｅ著、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ｃｒａｎｅ  Ｒｕｓｓａｋ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９７２年
【非特許文献４】Ｗａｒｒｅｎ  Ｊ．  Ｓｍｉｔｈ著、「Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９６６年、ｐ．３５１
【非特許文献５】Ｋｉｎｇｓｌａｋｅ、Ｒ．著、「Ｌｅｎｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ」、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９７８年
【非特許文献６】ＵＳＰＬ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃｓ（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓ、Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ、第２版、１９８３年、ｐ．２０
【非特許文献７】Ｔｏｓｉ、Ｊ．Ｌ．著、Ｔｈｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ内の「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｍａｋｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｒｉｇｈｔ  Ｃｈｏｉｃｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ＩＲ」、Ｌａｕｒｉｎ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ、ＭＡ、２００３年、ｐ．３９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、レンズ、レンズブランクおよびレンズ部品が、紫外線光、可視光および／または赤外線光を透過する際に有用である、ソリッドステートの方法、材料および装置を提供することが、本発明の主だった目的である。
【００１１】
レンズ、レンズブランク、およびレンズ部品が、おおよそ室温から材料の融解温度未満までの範囲内の温度で形成され得る、方法、材料および装置を提供することが、本発明の別の目的である。
【００１２】
ソリッドステートおよび低温の工程を用いて、特別に準備された粉末から製造された、非球面レンズおよびレンズ部品を提供することが、本発明のさらに別の目的である。
【００１３】
保護バリア、ならびに、湿気および他の環境的な影響に対するソリッドステートにおいて形成されたレンズを保護する方法を提供することが、本発明の別の目的である。
【００１４】
材料を提供することであって、該材料の融解温度未満の温度において、圧縮して凝集性のモノリシックな固体にすることによって、レンズ、レンズブランクおよびレンズ部品を形成するために適切な粉末に研削され得る材料を提供することが、本発明の別の目的である。
【００１５】
本発明の他の目的は、部分的に下文に現われ、図面と関連した以下の詳細な記述が読まれたときには、部分的に明確となる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、好ましくは低温において、ソリッドステートにおけるレンズを製造する方法、材料および装置に向けられる。本質的に、該方法は、室温に近いソリッドステートの工程を含み、該工程において、変形可能な粉末の粒子が、共に圧縮の下において良好に押し込まれることによって、該粒子が用いることができる体積をほとんど満たし、固体の形状で互いにくっつき合い、妥当な量の放射を散乱させずに通過させる。該粉末は、適切な光学材料から研削されるが、該光学材料は、紫外線光、可視光および／または赤外線光の透過を提供し、かつ最終的なレンズまたは部品の所望の動作波長領域に渡って、低吸収および低散乱を有する固体の凝集性の質量に形成されることが可能である。
【００１７】
発明方法は、光学材料を粉末形状に研削することと、所定のレンズ、ブランクまたは部品の輪郭に従った形状の圧縮型に該材料を配置することとを含む。該型を閉じた後に、十分な機械的圧力が適用されることによって、レンズを形成し、一方で、好ましくは真空圧力が適用されることによって、圧縮された粉末から残留する空気を除去する。圧縮の工程において発生するイベントは、以下のものと考えられる。すなわち、（１）過渡的な詰め直し、（２）接触点における粉末部品の変形、（３）分解および／または変形、（４）結合、（５）固体の変形、（６）減圧、および（７）取り出し、である。
【００１８】
適切なホストマトリックス材料と好ましい光学特性を有する他の材料との混合物が、例えば所望の屈折率および分散を達成するために用いられ得る。粉末のナノ粒子は、好ましくは、最終的なレンズの動作波長範囲の内の最小の波長の約１０分の１より小さい。赤外線における使用のために、粒子は、結晶質の粉末の場合においては、可視光の光沢を鏡のように反射させるファセットを何も有さないときには、十分に小さいと推定され得る。
【００１９】
ホストマトリックス材料およびＩＲ材料は、ハロゲン化アルカリと、金属ハロゲン化物とから選択され得、臭化カリウムが、特に適切である。
【００２０】
従来の機械加工技術によってレンズが作られ得る、適切な硬さのブランクを製造するために、方法は用いられ得る。
【００２１】
薄いフィルムなどの保護バリア、例えばサラン（登録商標）が、後に適用されることによって、湿気および他の環境的な影響を抑制し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の構造、作業および方法は、本発明の他の目標および利点とともに、図面と関連した以下の詳細な記述を読むことによって、最良に理解され得、該図面において、各部は、様々な図面のいずれの部分において記載されていても該部を識別する、指定された数字またはラベルを有する。
【００２３】
本発明に関する主要部分は、レンズが、球面または非球面のいずれの形状であれ、固体の状態で有用および経済的に形成され得ることを実現することであり、好適には室温またはそれに近い温度で、多くの有用な材料から、周知技術、つまりは分光学実験のために平面の固体のマトリックスに粉末状の化学的サンプルを埋め込むのに、赤外線分光学者によって一般に用いられている方法であり、しかし、レンズ、レンズブランク、またはレンズの部品を作る際に用いられることは明らかに公知ではない方法における、新たな使用に関するものである。
【００２４】
この従来の技術において、金属のダイセットが、乾燥した粉末状のマトリックスホスト材料、例えば、臭化カリウムまたは他の金属ハロゲン材料を保持し、横への延びを防止するために該材料を抑えるように組み立てられる。マトリックスホスト材料には、少量の分光学的に分析される材料が、それ自体に加えられた。空気の大半は、簡単な真空ポンプを用いて粉末から除去される。平面の金属ダイは、堅く圧縮されることによって全ての粉末を固体の質量に固め、該質量は、小窓のように適度に透き通る。
【００２５】
Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯからの図１は、赤外線分光学のための臭化カリウムおよび他のハロゲン化アルカリの透明なサンプリングペレットを形成するために用いられる、１つの市販ダイセットの簡潔な素子を示す。発明者は、これに類似するダイセットを用い、１０および１２として示されるプランジャおよび基部向きの面を、それぞれ球面または非球面を有し、レンズまたはレンズの部品の形成を促進するように修正すること提案する。
【００２６】
これらは、市販で入手可能な装置を用いて標準的な方法において臭化カリウムの光学サンプリングペレットを形成するために通常示唆される特定のステップであり、これらは、修正された形態で用いられることによって、発明者の発明をも実行し得る。これらは、
１．ホストマトリックスとして機能するか、あるいは、所望の光学部品またはレンズの最終的な材料の部品（例えば、臭気カリウム）として役立つような材料を選択し、必要に応じて、ホスト材料の光学特性を変更することによって、最終的な生産物の設計条件を満たすような別の材料を選択する。
２．瑪瑙またはアルミナの臼および乳棒を用いて、粉末の中に結晶の（可視の）形跡がなくなるまで、ステップ１の材料を個別に粉砕する。好適には、粉状のナノ粒子は、生産物の動作波長範囲内のうちで最も小さな波長の約１０分の１の波長（λ／１０）よりも小さい。認識されるように、細かい粒子の粉末は、すりつぶしと、磨耗と、摩滅と、融解および噴霧と、溶解および噴霧とによっても形成され得る。
３．１００℃で１２時間に渡り、オーブンの中の材料を乾燥させ、該材料が必要になるときまで、乾燥器に格納する。
４．圧縮プランジャのダイおよびアンビルを温め、乾燥していることを確認する。
５．計量された量の材料を、徐々に、かつ完全に混合し、適量を開いたダイセットに配置することによって、適当な厚さのペレットを形成する。
６．僅かな機械的圧力とともに圧縮ダイセットを配置し、１〜２分間に渡り真空状態にすることによって残留する空気を除去する。
７．真空状態でのポンピングを継続する一方で、２分間に渡り１平方インチにつき４０，０００〜６０，０００ポンドの圧力を加える。
８．真空状態を解き、機械的圧力を解く。
９．ダイセットを分解する。
１０．ダイセット本体から、完了し、圧縮して固められた対象を押し出す。
【００２７】
従来の分光学サンプリングにとって、調査される材料は、ステップ（３）の後に、完全に、しかしながら徐々に臭化カリウムと混合され、臭化カリウムの相対濃度は、０．１〜２％となる。臭化カリウムがこの方法において用いられる最も一般的な材料であるが、塩化カリウム、沃化セシウム、および高密度ポリエチレンもまた、Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ  ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙのＫｅｃｋ  Ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｃｅｎｔｅｒによって、サンプルペレットの形成における生徒の使用のために示唆される。
【００２８】
Ｂｕｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅａｓｔ  Ｎｏｒｗａｌｋ、ＣＴおよびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  ｏｆ  Ｇａｒｆｉｅｌｄ、ＮＪの両方が、直径７ｍｍまでのペレットを作るための市販でハンドヘルドのクイックプレス（Ｑｕｉｃｋ  Ｐｒｅｓｓ）、付属品、および説明書を提供する。Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｔ．  Ｌｏｕｉｓ、ＭＯは、直径１３ｍｍまでのペレットの作成に適した、市販の「Ａｌｄｒｉｃｈ  ｋＢｒ  Ｄｉｅ」を提供し、１平方インチにつき２５，０００〜４０，０００ポンドの圧力が、臭化カリウム、臭化第１タリウムまたは沃化セシウムの透き通ったペレットを作るために適切であることを示唆する。この技術を用いる市販の装置は、４０年間以上に渡り、これらおよび他の供給業者から入手可能である。粉状のサンプルと粉状の臭化カリウムとの混合物の機械的な圧縮によってソリッドディスクを形成するこの工程は、分析的な赤外線分析学に対する標準的な工程として受け入れられてきた（Ｒｅａｇｅｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ：Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ、２０００年１月１日公認、第９版、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ａｎｄ  Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（２０００）、ｐ７８）。例えば、以下および、それに続くページを参照されたい。
【００２９】
【表１】
2008541167.tif 000003
特定のホスト材料が、従来の工程における使用に対して識別されてきたが、他の材料が、本発明の目的のために役立ち得る。要求されるものは、低吸収であり、最終的なレンズまたは部品の所望の動作波長領域に渡って分散している、固体で凝集性の質量に形成されることが可能なホスト材料である。ホスト材料はまた、十分な結着性を有することによって、十分な濃度における他の光学材料を加えることが可能となり、所望の設計光学特性を提供し、同時に、意図される使用のために、最終的な生産物が本質的に固体に留まることを可能にする。すなわち、圧縮された最終的な生産物は、使用において自立することが可能であるべきであり、従ってモノリシックな形状であることが可能であるべきである。凝集面エネルギー密度も高い、必要な光学特性を有する材料は、適切な候補であり得るが、これは、該材料の小さな粒子が、圧力の下の近接に移動されるときに、互いと凝集する傾向を有するからである。
【００３０】
圧縮ダイの従来的に平らな面（プランジャおよびアンビル）が、任意の所望の光学形状に製作および研磨された光学ツールと取り替えられるときには、レンズは、平らで固体のサンプリングペレットマトリックスを形成するために一般に用いられるものと殆んど同一の方法で、申し分なく、有利に形成される。それらの光学形成ツールは、ステンレス鋼のブランク上で、任意に選択された形状および光学的な完成形に研削され、かつ研磨され得るか、または鋼材の基板上に張られた適切なニッケル合金においてダイヤモンドカットされ得る。両方の方法は、重合体に対する球面および非球面の両方の注入式塑造法のツールを作る際に一般的に用いられることから公知であり、３０年を超えて市販されている（Ｐｌｕｍｍｅｒ、Ｗ．Ｔ．、「Ｕｎｕｓｕａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｏｌａｒｏｉｄ  ＳＸ−７０  Ｌａｎｄ  Ｃａｍｅｒａ」、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ  ２１（２）、１９６〜２０２（１９８２年）、および、Ｐｌｕｍｍｅｒ、Ｗ．Ｔ．、Ｊ．Ｊ．  Ｍａｄｅｒ、Ｊ．Ｗ．  Ｒｏｂｌｅｅ、およびＪ．  Ｖａｎ  Ｔａｓｓｅｌｌら、「Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｔ  Ｐｏｌａｒｏｉｄ」、Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｒｅ−Ｃｏｎｆ．Ｄａｙ、ｐｐ．２４〜２９、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｒｔ、Ｅｉｇｈｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｅｎｇ．  Ｓｅｍｉｎａｒ、  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅ  ｄｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ  ｄｅ  Ｃｏｍｐｉｅｇｎｅ、Ｆｒａｎｃｅ；  Ｍ．  Ｂｏｎｉｓら、Ｅｄ．（１９９５年５月１５日））。堅固かつ丈夫な表面に対して必要な数学的複雑性および精度を用いて球面および非球面のレンズモールドの形状を生成可能な機械は、Ｂｒｉｄｇｅｐｏｒｔ、ＣＴのＭｏｏｒｅ  Ｔｏｏｌ  ＣｏｍｐａｎｙおよびＫｅｅｎｅ、ＮＨのＰｒｅｃｉｔｅｃｈ、Ｉｎｃ．から入手可能であり、より長い赤外線の波長での使用に対しては、機械的に研削、または旋削された光学的な完成品は、さらに研磨することなく、本目的に適切であり得る。勿論、一般的な重合体モールディングの実践の際に、マスターの形状が、プラスチックまたは容易に機械加工される金属などの柔軟な材料で最初に生成され得、次いで、ニッケル電気鋳造の複製によって堅固なモールド部品に変えられ得る。
【００３１】
本発明によって有用に製造され得る、特定の一「レンズ部品」は、多くの小さなレンズのアレイ、例えば正方形または六角形のアレイに配列された球面または非球面のレンズ、または面上で互いに平行に並んでいる多くの円柱レンズのアレイである。ニッケルのツールは、この目的のために良好に役立ち、任意の従来の材料において形成された正しい形状のマスターから電気鋳造によって作られ得る。一実施例は、Ｐｌｕｍｍｅｒによる米国特許第３，８４８，９８０号の図３および図４に図示された円柱レンズの規定されたパターンであり、該明細書の全体は、本明細書中に参照によって援用される。断熱化、色消し、またはビームスプリッティングのために用いられ得る、Ｌｏｎｄｏｎｏらによる米国特許第５，２６０，８０８号に図示された回折性の構造はまた、この方法において有用に製造され得る。’８２８公開公報はまた、その全体が、本明細書中に参照によって援用される。この方法において製造され得る別の回折性の構造は、回折格子であり得、またはコンピュータ生成による表面浮き上がりの透過ホログラムであり、該ホログラムは、機械的、マイクロリトグラフ的、またはレーザースキャンされた光重合の製作工程の使用によって形成され、好適には、耐久性のあるモールディングツールを作るための電気鋳造ステップが続く。そのようなホログラムは、所望の光学的または赤外線のイメージを投影または表示するために用いられ得る。当該の粉末を固める技術を用いて製造され得るレンズはまた、フレネルレンズであり得、それどころか、従来の加熱方法を用いて熱可塑性重合体にモールドされ得るほとんどの任意の光学部品であり得る。「レンズ部品」は、さらに、放射のベッセル（非拡散）ビームを生成するために設計され得るアキシコン、または他の屈折性または回折性の部品であり得、またはプリズムまたはプリズムの接合されたクラスターであり得る。
【００３２】
この新たなレンズ製作分野を実践するために必要な、２５，０００〜６０，０００ｐｓｉの成形圧力は、テーブル面プレス、例えば３トンのアーバープレスまたはさらに大きな金属成形プレス、さらには従来の注入式塑造法の機械の速効性モールド閉じ込めクランプを用いて、小型レンズに対して容易に達成され得る。粉末を固めることによってより大きな直径の球面または非球面のレンズを作るために必要な圧力を提供するために、要求された圧力の力は、圧力ダイの投影されたエリアとおおよそ比例し、従って、３００トンのクランピングの力は、３”〜４”の直径のレンズを形成するために要求される。２０００トン以上の力の容量を有する適切なプレスは、Ｓｔ．  Ｌｏｕｉｓ、ＭＯの、Ｂｅｃｋｗｏｏｄ  Ｐｒｅｓｓ  Ｃｏ．などから容易に入手可能である。粉末が、室温よりも適度に高めに加熱されている場合には、若干少なめの力または時間が、必要となり得るが、溶解は必要ではなく、これらの材料の一部は、高温で分解し得る。粉末は、液体ほど容易には、横方向に流れないので、レンズのエリアに渡って大きな厚さの違いがある場合には、より多くの力が、必要となる。
【００３３】
該工程の圧力および時間は、光学的な散乱のために影響しない大きさまで、粉末の粒の間の空間が潰れるように十分でなくてはならなく、好適には、意図される波長の１％〜１０％以下の寸法であり、それによって、圧縮された質量が、均一および本質的に透き通った光学レンズになるように低減されなくてはならない。光学形成ツールは、必要に応じて任意の丈夫で十分に不活性な材料を用いて表面をめっき加工されることによって、金属ハロゲン化物との接触による腐食が防止され得、または、ツール自体が、重合体モールディングにより一般的に用いられるステンレス鋼の代わりに、ガラス、融解石英、またはハードセラミックを研削および研磨することによって、より腐食に耐性のある材料から作られ得る。射出成形された重合体形状でさえも、プランジャまたはアンビルと粉末との間に配置される場合には、形成工具としてシリンダの中で有用であり得る。該重合体は、金属またはセラミックよりも機械的な磨耗の影響をより多く受け得るが、１度の使用の後に破棄するには十分に安価であり得る。
【００３４】
成形された粉末のエリアに渡ってほぼ均一な厚さを維持する１つの方法は、予め作られた透明レンズをプレスの中に挿入することであり、該透明レンズの球面は、従来の方法で仕上げられ、粉末とプランジャまたはアンビルのいずれかとの間に挿入し、その結果として、挿入されたレンズは、ほとんどの厚さの変化を提供する。予め作られたレンズの背面を保持する圧縮面は、高圧力を均一に分配し、破損を防止するために該レンズに適合される。圧縮で粉末が凝固された後に、予め作られたレンズおよび凝固された粉末は、次いでシリンダから取り除かれて、光学システムに取り付けられたときには、単一の対象として扱われる。
【００３５】
臭化カリウム自体は、分光学のマトリックスとして最も一般的に用いられている物質であり、紫外線における約０．２２ミクロンの波長から赤外線におけるおおよそ３０ミクロンまでで透過であり、完成した光学部品として有用である。沃化セシウムなどの他の金属ハロゲン化物は、０．２ミクロン〜５０ミクロンの使用に対して選択され得る（「Ｔｈｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、Ｌａｕｒｉｎ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ、ＭＡ．  （２００３年）  ｐ．２０）。
【００３６】
加えて、塩化銀のような一部の金属ハロゲン化物は、最初に柔軟かつ延性のシートとして形成され得、シート状の鉛のように取り扱われ、その後に、硬貨が模様のあるダイの間で刻印されるように、生成および研磨された光学モールディングのツールの間で単に圧縮形成することによって、レンズ、またはほとんどの任意に望まれる表面の形状の他の光学的な素子に形成され得る。原材料として十分に滑らかなシートの金属ハロゲン化物が用いられる場合には、レンズは、圧力のみによって、室温またはそれに近い温度で、素早く容易に形成され得る。材料に依存して、室温から材料の溶解温度までの温度の範囲が、本発明を実践するために用いられ得る。本質的には、材料が固体状状態である任意の温度が、可能である。使用のための便宜を図り容易にするために、本発明を華氏４０度〜華氏５２０度の温度範囲で実践することが好ましく、最も好ましくは、室温の華氏＋／−２０度の範囲内である。
【００３７】
さらに留意されたいことは、この同じレンズの製作技術は、レンズが作られ得る光学材料における新たに有用なオプションを達成するために用いられ得ることである。金属ハロゲン化物は、圧縮されたときに優良なマトリックス形成の特性を有するので、該金属ハロゲン化物は、１つ以上の金属ハロゲン化物と、異なる光学特性を有する１つ以上の他の物質との混合物である、様々な新たな材料を作るために用いられ得る。そのような他の物質が、小さな粒子になるまで研削または粉砕される場合には、望ましくは、通過される光学的または赤外線の放射の波長の１％〜１０％の直径を有し、レイリー散乱およみミー散乱は、小さくなり得る（Ｖａｎ  ｄｅ  Ｈｕｌｓｔ、Ｈ．Ｃ．、「Ｌｉｇｈｔ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（１９５７年））。光の波長よりも遥かに小さな粒子に対しては、散乱の量は、粒子の大きさの４乗で低減され、それによって、望まれない散乱が、このようにして効果的に制御され得る。受容可能な粒子の直径は、幅が、１００〜１０００またはそれ以上の原子の間隔であり得、従って、それぞれの粒子は、１００万〜１０億の間の原子を含み得る。しかし、粒子は、それでも大変小さく、かつ多数であり、粒子のそれぞれの種類の大きいほうの数は、複合材料のあらゆる局所的な波長の大きさの立方体の体積の素子内に発見され得る。
【００３８】
そのようなハイブリッド材料は、部品が分子の大きさのレベルに相互に融解、溶解、および混合している真の光学ガラスにはならず、最も光学的な観点において、真のガラスのような光学材料の様に機能する。特に、その集合的な屈折率は、公知のローレンツ−ローレンスの式の使用によって、その部品の屈折率から計算され得る「平均」を表す（Ｊｅｎｋｉｎｓ、Ｆ．Ａ．およびＨ．Ｅ．  Ｗｈｉｔｅ、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ」、第２版、ｐ．２５１、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（１９５０）を参照されたい）。ローレンツ−ローレンスの式は、誘電体の顕微鏡的な理論において出会った、クラウジウス−モソッティの式に等しい（Ｒｅｉｔｚ、Ｊ．ＲおよびＦ．Ｊ．Ｍｉｌｆｏｒｄ著、「Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｈｅｏｒｙ」、Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ、Ｒｅａｄｉｎｇ、ＭＡ、１９６０年、を参照されたい）。発明のハイブリッド加圧成形材料（ｈｙｂｒｉｄ  ｃｏｍｐａｃｔｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の組み合わさった屈折率ｎは、該組み合わせに対するローレンツ−ローレンスの比Ｐ＝（ｎ２−１）（ｎ２＋２）が平均であり、全ての個別的な部品に対して別々に計算された全てのＰｉ値の、体積比率Ｖｉ／Ｖによって重みづけされているということに留意することによってかなり良好に表され得る。すなわち、Ｐ＝ΣＶｉＰｉであり、ここでは、ΣＶｉ／Ｖ＝１であり、組み合わされる２つ以上の物質についての合計が、行われる。この量Ｐは、およびそれから計算され組み合わされた屈折率ｎは、発明者の広範なスペクトル域における任意の有用な波長に対して計算され得る。部品が、安定した生成物に対して高い程度の化学的な適合性を示さなくてはならないような真のガラスとは異なり、これらの「偽ガラス」は、１つの部品と別の部品との間において、約千分の一から百万分の一の相互作用面しか有さず、従って不適合性に対する問題は、より少なく現れ得る。従って、「他の物質」は、魅力的な光学特性を有する、ほとんどの任意の材料であり得、ガラス（例えば、カルコゲナイド）、水晶、セラミックス、金属または半導体などの非晶質材料を含む。
【００３９】
この計算の実施例のために、光学的な設計が、赤外線において４．０ミクロンの波長で作用するレンズに対して１．９０の屈折率を有する透明材料の使用を要求すると仮定する。一般的な赤外線光学材料の収集されたリストには、１．７５の屈折率の沃化セシウムと２．００の屈折率を有する塩化銀との間には、何も候補になるものは含まれていない（Ｔｏｓｉ、ｏｐ．ｃｉｔ．）。しかし、２つの容易に利用可能な材料は、１．５４の屈折率および０．３１３８のローレンツ−ローレンスの比を有する臭化カリウムと、４．００の屈折率および０．８３３３のローレンツ−ローレンスの比を有するゲルマニウムである。
【００４０】
１．９０の合成屈折率に対して必要なローレンツ−ローレンスの比は、０．４６５２である。上述の周知の混合の式を用いて、体積は、臭化カリウムの割合ｆおよびゲルマニウムの体積の割合（１−ｆ）として計算され得、これは、
Ｐ＝ΣＶｉＰｉ＝０．３１３８ｆ＋０．８３３３（１−ｆ）＝０．４６５２
の式によって関連付けられる。ｆを解くことによって、臭化カリウムの体積がｆ＝７０．８６％で、ゲルマニウムの体積が（１−ｆ）＝２９．１４％の細かく分割された均一の混合物は、加圧形成されることによって、１．９０の所望の屈折率を提供すると計算される。加圧成形された材料が、固体の物体として凝集することが望まれるので、非常に優れたマトリックス形成材料である臭化カリウムが、最終的な体積の大部分（７０．８６％）を表すことが有利である。混合される量を計測する際の便宜上、これらの体積の割合は、２つの材料のそれぞれの密度を使用することによって、重量の割合に容易に変換され得る。この実施例における２つの部品の屈折率は、互いに大いに異なるので、光学的な散乱を低減させるために、粒子の大きさを小さく保つことが、特に重要である。
【００４１】
同一の混合の計算が、時に必要であり得る３つ以上の材料の組み合わせに適用され、２つ以上の異なる波長の所望の屈折率を取得し得る。光学材料のそのような混合を用いる際には、臭化カリウムに対して上に表にされた、同一の典型的な特定のステップに従うが、最初の２つのステップは、混合物の２つ以上の部品のそれぞれに対して別々に実行され、ステップ（３）およびステップ（５）は、細かく分割された部品の均一な混合に対して適用されると理解される。
【００４２】
可視光との使用のために、レンズブランク内の位置でゆっくりと変化する屈折率を有する、有用なガラス材料が、様々に存在する。３つの基本的な種類が用いられ、球状、放射状または軸方向の傾斜を有し、屈折率の勾配は、基本的屈折率の１％から２５％、または３０％の範囲であり得る（Ｓｈａｎｎｏｎ、Ｒ．Ｒ．著、「Ｔｈｅ  Ａｒｔ  ａｎｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ」、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、１９９７年、ｐｐ．５９５〜６）。これらの材料は、レンズの設計者に追加の機能を提供し、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ、Ｐａｓａｄｅｎａ、ＣＡ、Ｚｅｍａｘ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｂｅｌｌｅｖｕｅ、ＷＡ、および他の企業によって提供されるソフトウェアは、設計者が、この特徴を上手く利用することを可能にする。一部の場合において、屈折率分布（ｇｒａｄｅｄ  ｉｎｄｅｘ）型の光学材料は、レンズにおける非球面と取って代わり得る（Ｋｉｎｇｓｌａｋｅ、Ｒ．著、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｅｓｉｇｎ」、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、１９８３年、ｐ．３）。屈折率分布型の製品は、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＹのＧｒａｄｉｅｎｔ  Ｌｅｎｓ  Ｃｏｒｐ．から市販されている。
【００４３】
赤外線において、様々な割合の酸化ゲルマニウムおよび酸化ケイ素の蒸着によって形成される屈折率分布型の材料は、光ファイバーを形成するために一般的に用いられているが、赤外線レンズにおける使用のために利用可能な材料は、ほとんどなかった。細かく分割された固体材料の低温圧縮による、この発明の、レンズまたはレンズブランク製造の新たな手段は、屈折率分布型の材料を作るという、魅力的な新たなオプションをここに提供する。圧縮による固体材料を形成する３つの最も普及した材料は、臭化カリウム、塩化カリウム、および沃化セシウムであり、８〜１３ミクロンの有用な波長領域において、それぞれの屈折率は、約１．５３、１．４５および１．７４である。これらの材料は、圧縮後の機械的な強度を妥協せずに、任意の割合で互いに組み合され得るが、他の材料も、用いられ得る。この大きな範囲内における任意の所望の屈折率のために、ローレンツ−ローレンスの式は、２つ以上のこれらの原料を用いて該屈折率を達成するために必要な混合比を提供する。
【００４４】
実施例のために、レンズ（または後の光学仕上げのためのレンズブランク）は、片面における１．４８から他面における１．５０に変化する軸方向の屈折率勾配を必要とすると仮定する。そのような対象は、１．４８から１．５０の任意の数のステップにおける屈折率を有する、予め混合されたこれらの粉末状の材料のバッチから、各ステップにおける率の変化が許容するのに十分に小さなものとなるように、十分なステップを用いて作られ得る。円柱は、次いでこれらの混合された粉末を用いて、１度に１層ずつ充填されるが、それぞれの層は、該円柱の区域に渡って均一に分配されるように、ふるいを介して徐々に振りかけられ、それぞれの層は、その中にある粉末の量を制御するために検量または計測される。圧縮プランジャが、円柱の中に挿入され、空気が除去される。次いで、粉末は、固体の物体を形成するために、以前のように圧縮される。加えられるそれぞれの混合物の量に対して、別個の制御があるために、屈折率グラディエントは、任意の要求される数学的形状を有し得る。必要な場合は、連続した小さなステップの代わりに、混合された粉末を本質的に連続した方法で分配する装置が、容易に組み立てられ、望まれ得る程度に屈折率勾配を滑らかにし得る。球状および放射状の勾配率の分布は、組み立てるにはより複雑であるが、計測された量の連続した混合粉末を圧縮円柱内の適切な位置に堆積させることによって、ほとんど同一の方法で生成され得る。
【００４５】
ほとんどの金属ハロゲン化物材料、および赤外線の光学部品に有用な、他の一部の材料は、ある程度吸湿性であるが、公知の技術によれば、フッ化マグネシウムまたは適当な重合体の薄い蒸着コーティングによって、大気から保護され得る。フッ化マグネシウムは、歴史的には、ハロゲン化アルカリのプリズムの表面を保護するために、ジョン・ストロングによって適用された（失効した米国特許）。ストロング氏はまた、そのようなプリズムの面を保護するために、ラッカーの使用を提案した（Ｏｐ．ｃｉｔ．、ｐ．８８，図面４０）。
【００４６】
保護ポリマーコーティングが、パラキシレンによって例示されるように、蒸着コーティング、または反応性蒸気コーティングによって適用され得る。パラレン（ｐａｒａｌｅｎｅ）またはパリレンは、Ｋａｔｙ、ＴＸのＰａｒｙｌｅｎｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓによって一般市場に提供され、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐａｒｙｌｅｎｅｉｎｃ．ｃｏｍ／ｐｒｏｃｅｓｓ．ｈｔｍｌに例示される二量体−単量体−重合体工程（ｄｉｍｅｒ−ｍｏｎｏｍｅｒ−ｐｏｌｙｍｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を介して光学部品の全ての側面に、数ミクロンの厚さで共形的に適用され得、そのような薄い層において、湿気保護と、幅広い光学的および赤外線のスペクトラムに渡る適切なスペクトル透過とを結合し得る。
【００４７】
湿気保護バリアが、代替的にポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ、またはサラン「クラシック」）の樹脂およびフィルムによって提供され得る。サラン「クラシック」は、光学部品をディッピングすることによって、またはベルギー、ブリュッセルのＳｏｌＶｉｎ  Ｓ．Ａ．によって供給されるＩＸＡＮ  ＰＮＥ  ６１３と識別される調合剤を用い、６０％／４０％のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）とトルエン（ＴＯＬ）との混合などの溶剤から該部品をスピンコーティングすることによって適用され得る。または、光学部品は、部品の周囲全体において２つの層を一緒にしっかりと永久的に保持するように設計された機械的セルにおいて、ＰＶＣＤ材料の薄いフィルムの２つの層の間に配置することによって、保護され得る。
【００４８】
湿気保護バリアは、例えばポリエチレン（ＰＥ）でできた、ヒートシールされた薄いフィルムの保護膜として構成され得る。市販の真空形成される「ブリスター（ｂｌｉｓｔｅｒ）」パッケージのような封入容器も、上手く機能し得る。有用な８〜１４ミクロンの赤外線の範囲に渡って、１５０ミクロンの厚さのフィルムのポリエチレンでさえ、６０％より多くを透過させ得るが、より薄い層が、湿気から守る。赤外線における、大きく実用的な波長の範囲を示す「クラシック」のサラン（ＰＶＤＣ）の透過スペクトラムは、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍａｄｚｕ．ｃｏｍ．ｂｒ／ａｎａｌｉｔｉｃａ／ａｐｌｉｃａｃｏｅｓ／ＦＴＩＲ／Ａ３２３．ｐｄｆにおいて与えられ、東京のＳｈｉｍａｄｚｕ  Ｃｏｐｒｏｒａｔｉｏｎからの図３において、本明細書中に再現されており、「クラシック」サラン（ＰＶＤＣ）の有用な赤外線スペクトルの透過範囲を例示する。Ｘ軸上の逆の目盛は、左側の２．５ミクロン（２５００ナノメートル）の波長から右側の２０ミクロン（２０，０００ナノメートル）の波長まで及ぶ。この材料も、可視光の中において、および紫外線への有用な範囲に対してクリアーである。図４は、約１２ミクロンの厚さのフィルム形状における、「プレミアム」サラン（ＰＥ）の、計測された透過スペクトラムを表示し、該サランは、概してＰＶＤＣよりも良好なスペクトラムの透過を提供する。該サランも、保護膜として用いられ得るが、ディップコーティングまたはスピンコーティングに対しては、ＰＶＤＣほどは適していない。図４における、近似的に正弦曲線の透過の変化は、フィルム材料における吸収によって起こるのではなく、フィルム表面から反射されたビームの間の光学的な干渉を表し、これは、石鹸の泡に見られる色の原因となる現象でもあり、時には「溝のある（ｃｈａｎｎｅｌｅｄ）スペクトラム」と呼ばれる。望まれる場合には、包んでいる保護フィルムを、それが適用される際にレンズの表面に対してしっかりと真空密封することによって、この現象は避けられ得る。
【００４９】
どのように包まれようとも、光学部品は、湿気バリアの厚さを介する十分な機械的精度を伴って保持されることによって、光学システムにおける十分な傾斜およびセンタリング制御を提供する。光学部品を包むために、湿気バリアが、フィルムとして組み入れられる場合には、正確な機械的サポートが、接触面において複数の溝とともに設計されることによって、光学部品に近接するフィルム材料の折り重なりおよびしわに対するクリアランスを可能にするが、該フィルムは、光学部品からの適当な距離において、連続的な機械接触からの圧力によって、該フィルム自体に対して密閉式に密封され得ることを、当業者は理解されたい。
【００５０】
適切なスペクトラムの透過を有する有用な湿気保護バリアはまた、「ウェット」工程、例えばディップコーティング、スピンコーティング、ブラッシング、スプレーイング、または溶剤で希釈された、十分に薄い重合体（ＰＶＤＣなど）の層での光学部品の静電塗装、または２つ部品を重合させる低粘度の液体を用いて形成され得る。
【００５１】
場合によっては異なるスペクトラムおよび熱の特性を有する材料から作られた２つ以上の光学部品が、非球面であろうとなかろうと、従来のレンズ設計においてよく見られるように一緒に配置され、任意に望まれる、収差の消去または向上、あるいは光学システム内のスペクトラムまたは熱の特徴の消去または向上を達成し、そのような部品は、単一の湿気バリア内に、最も都合よく組み合わされ得ることが、理解されるべきである。
【００５２】
随意的に、設計が可能な場合には、吸湿性の光学部品、または複数の該部品が、非吸湿性レンズの間または密封されたセルにおけるウィンドウの間に取り付けられ得る。
【００５３】
ハロゲン化銀は、可視光または紫外線に露出されると、次第に薄黒くなるので、適時においては、１つ以上の染料または顔料を直接に湿気バリア材料に組み入れることによって提供され得る、適切なスペクトラムのフィルターで保護されるべきである。
【００５４】
通常の撮影分野への適用とは別に、本発明のレンズに対する他の適用は、波面形状を制御するために回転対称を有さない立方体の位相マスク、および新開発された非冷却ボロメーター画像化アレイにおして使用する高ＮＡカメラの対物レンズを含み、それらに限定されない。
【００５５】
固体のマトリックスのサンプリング分光学のために、平らなペレットが、従来の方法で圧縮されるときには、透過計測は、それを介してなされ得、一方で、該ペレットは、金属リングに取り付けられ、外型の一部を形成し、または、該ペレットは、縁の周りの圧縮された固体材料の破損を考慮することなく、型の外に押し出され得る。レンズの製造のために、優れた実施が、レンズが形成される、固定している型の表面に抜き勾配を提供することによって、該型から圧縮された対象物を除去することを容易にする。圧縮工程に伴う問題を避けるために、有用な実施形態（図５を参照）は、薄く挿入された、モールドされたプラスチックまたは形成された金属ライナ１４を用い、該ライナは、図５のアンビル２２に向いたプランジャ２０の動きによって、外型の中で成形されたレンズ１８に沿って、外型１６から除去され得る。留意されるべきは、取り外しが可能なプラスチックまたは金属のライナ１４は、その外面において好適には抜き勾配を有し、外型１６から、組み立て品としてのライナ１４およびレンズ１８の除去を容易にすることである。レンズおよびライナは、共に適切にコーティングまたはラップされることによって、湿気からレンズを保護する。空気の除去が必要な場合には、真空ポートが、外型１６に容易に加えられ得る。
【００５６】
成形されたレンズに対する損傷を避け、外型として製造使用を単純にする本発明の別の実施形態は、取り外し可能なモールドまたは機械加工された機械部２４であり、該機械部は、外型として、それ自体が成形されたレンズのための永久的な取付台であり、該成形されたレンズは、次いでカメラまたは他の機器に直接的に取り付けられ得るか、または追加のレンズ素子２６（典型）が、図６ａおよび図６ｂにおいて示されるように、複合光学システムを完成させるために挿入され得る。以前のように、レンズ１８は、プランジャ２０とアンビル２２との間の圧縮によって形成される。真空ポートが、必要な場合には加えられ得る。再び、レンズおよび取付台が、湿気に対する保護のために共にコーティングされ得、または例示されるアセンブリにおいて、該取付台は、乾燥した空気中で保持され得、外側のレンズ素子が、構造内に密閉式に密封される。また、該取付台は、可視光の中で透明な材料（例えば、アクリルまたはポリカーボネート）から作られることによって、検査を促進させ得る。
【００５７】
２つ以上の部分に分離するように外型を作成することによって、レンズの大きさを最小に保ちながら、損傷は避けられ得る。それらの部分は、互いに固定されるようにクランプされることによって、完全な型を形成し、粉末は圧縮されるが、該部分は、クランプを外し、かつ成形されたレンズから横に向かって分離され得、該成形されたレンズは、単純に持ち上げられて取り外される。
【００５８】
特定の実施形態を参照して本発明が記述されたが、他の変化形も、教示に基づいて当業者に見出される。例えば、製造方法の真空ステップおよび時には乾燥ステップは、結果が散乱特性に対してそれでも感知されるものであるときには、適切な場合において、除外され得る。これは、任意の残留する気泡を押しつぶすために、どの程度の圧力が利用可能であるかに依存し、また、関心のある波長の範囲において、水が、何か厄介な吸収特性を有するかどうかに依存する。従って、そのような全ての変形は、添付の特許請求の範囲によって定義された、本発明の範囲の内にあると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明を実施するために容易に修正が可能な市販の型のセットの概略的な正面図である。
【図２】図２は、様々な重合体の透過特性を示すグラフである。
【図３】図３は、ＰＶＤＣ（「クラシック」）サランフィルムの透過特性を示すグラフである。
【図４】図４は、ＰＥ（「プレミアム」）サランフィルムの透過特性を示すグラフである。
【図５】図５は、型のセットとレンズとの間の取り外し可能なライナの使用を示す図である。
【図６ａ】図６ａは、複合レンズシステムに対する取付台としての外型自体の使用を示す図である。
【図６ｂ】図６ｂは、複合レンズシステムに対する取付台としての外型自体の使用を示す図である。
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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