(57)【要約】【課題】光学素子の表面の損傷を生じることなく、光学素子の表面の変質層を除去して良好な光学特性を有する光学素子を製造する。【解決手段】成膜装置５０の中で、最初に、型成形時に表面変質層６が形成された光学素子５に対してエネルギビーム５６を照射して当該表面変質層６を除去した後、薄膜材料ターゲット５５にエネルギビーム５６を照射してスパッタ等により光学素子５の表面に所望の光学膜を形成して蒸着レンズ８を得る。機械的な研磨等のように、光学素子５の表面に機械的な力が作用せず、光学素子５の光学機能面５ａ、光学機能面５ｂ等の損傷を生じることなく光学膜の成膜が可能となり、良好な光学特性を有する光学素子を製造できる。【選択図】  図６
2008133142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱軟化したガラス素材を所望の形状に押圧成形して光学素子を得る工程と、
前記光学素子の押圧完了以後に、前記光学素子の表面に加圧力を加えずに、前記表面の変質層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子の製造方法において、
前記変質層を除去する工程と、前記光学素子への光学薄膜の成膜工程とを同一装置から取り出さずに行うことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の光学素子の製造方法において、
前記変質層の除去をウェットエッチングによって行うことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
加熱軟化したガラス素材を所望の形状に押圧成形して得られた光学素子であって、表面と内部の組成が均一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、光学素子の製造技術や光学素子等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許文献１に開示されているように、ガラス素材を成形型内で加熱軟化させて成形した後、表面を研磨してガラス光学素子を得る方法が知られている。すなわち、この特許文献１では、回転する光学素子の表面に研磨剤を染み込ませた綿棒を押し当てて表面を研磨するものである。
【０００３】
揮発性の高い物性のガラス素材を加熱すると表面からガラス成分が揮発し、表面の物性が変化し、表面と内部とが異なる光学特性のガラスとなっていた。以下、本明細書では、加熱により内部のガラス物性とは異なる状態に変化した表面層を変質層と記す。
【０００４】
上述の特許文献１のような従来技術を用いて、成形後の光学素子の表面を研磨すると、表面の物性が変化した部分を効果的に除去できるものの、機械的な接触を伴うためキズが入り易いという技術的課題がある。
【０００５】
また、外周部に成形時にガラスを流動させて設けられる鍔状の平坦部（いわゆるコバ）がある凸レンズ、あるいは、成形により金属等の枠部材に一体的に融着されたレンズでは、平坦部や枠部材と研磨加工の部材とが干渉することがあり、光学面の全体を所望の光学的精度まで均一に研磨できないという技術的課題があった。
【特許文献１】特開２０００−０５３４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、光学素子の表面の損傷を生じることなく、光学素子の表面の変質層を除去して良好な光学特性を有する光学素子を製造することが可能な技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、光学素子の多様な外形形状に影響されることなく、光学素子の表面の変質層を除去して良好な光学特性を有する光学素子を製造することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、加熱軟化したガラス素材を所望の形状に押圧成形して光学素子を得る工程と、
前記光学素子の押圧完了以後に、前記光学素子の表面に加圧力を加えずに、前記表面の変質層を除去する工程と、
を含む光学素子の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点は、加熱軟化したガラス素材を所望の形状に押圧成形して得られた光学素子であって、表面と内部の組成が均一である光学素子を提供する。
すなわち、本発明では、たとえば、流体研磨や、エネルギー照射やレーザー照射といった、ガラス表面の鉛直方向から別の部材による加圧力が加わることなく変質層を除去可能な手段により、変質層を除去する。
【００１０】
これにより、変質層の除去に際して、光学素子の表面に研磨工具等の別の部材からの加圧力が加わらないので、研削や研磨によるキズを発生させることなく、表面の変質層を除去して良好な光学特性を有する光学素子を製造することができる。
【００１１】
また、研磨工具等を用いることなく、非接触にて変質層の除去を行うことができるので、工具と光学素子の外形との干渉等に起因して変質層の除去ができない領域が生じることもない。すなわち、光学素子の多様な外形形状に影響されることなく、光学素子の表面の変質層を除去して良好な光学特性を有する光学素子を製造することができる。
【００１２】
また、本発明によって得られた光学素子は、表面に変質層が存在しないため、内部と表面の組成は均一になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光学素子の表面の損傷を生じることなく、光学素子の表面の変質層を除去して良好な光学特性を有する光学素子を製造することが可能な技術を提供することができる。
【００１４】
また、光学素子の多様な外形形状に影響されることなく、光学素子の表面の変質層を除去して良好な光学特性を有する光学素子を製造することが可能な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。図２は、本実施の形態の光学素子の製造方法に用いられる成形型の構成例を示す断面図である。
【００１６】
たとえば、図２に例示されるように、超硬合金やセラミクス等の素材により成形面１ａおよび成形面２ａを加工された上型１および下型２と、これらの上型１と下型２とのガイドとなる胴型３とを用意する。本実施の形態においては、上型１は、凸曲面の成形面１ａが形成されている。また、下型２には平面の成形面２ａが形成されている。胴型３は円筒形状をしている。
【００１７】
下型２に胴型３を装着し、次に円柱形状のガラス素材４を下型２の上に載置した。
次に上型１を胴型３に挿入し、図示を省略した加熱手段によりガラス素材の屈伏点温度以上で軟化点温度以下の範囲の温度に加熱した後、図示を省略した加圧手段により加圧し、冷却を行い、凹型の光学機能面５ａと、平坦な光学機能面５ｂを有する所望の平凹形状となった光学素子５を取り出した（ステップ１０１）。
【００１８】
本実施の形態では、ガラス素材４として、一例としてオハラ社のＳ−ＦＰＬ５１を使用した。取り出した光学素子５を、図３に例示されるように、日本電子製の分光分析装置７にて測定した。
【００１９】
この分光分析装置７による光学素子５の測定結果を図４に示す。比較の為にガラス素材４と同素材で熱をかけない研磨加工にて作成された同形状の光学素子を作成し、同じように日本電子製の分光分析装置７で測定した結果を図５に示す。
【００２０】
図４と図５において縦軸は組成比率（％）を示し、横軸は表面のエッチング時間（秒）を示す。成形した方の光学素子５は表面からフッ素成分（Ｆ）がなくなっており、酸素成分（Ｏ）の比率が高まっていることが分析された。更に光学素子５の表面をエッチングしていくと４８０秒ほどで、加熱を行わなかったガラス素材と同じ状態になっていることが分析された。
【００２１】
すなわち、成形直後の本実施の形態の光学素子５の光学機能面５ａ、光学機能面５ｂの表面には、内部とは組成の異なる所定の厚さｔの表面変質層６が存在することが判る。そして、本実施の形態の場合、この光学素子５における表面変質層６の厚さｔは、上述の（エッチングの速度）×（エッチング時間：この場合、４８０秒）の値として求められる（ステップ１０２）。
【００２２】
図６は、本実施の形態の光学素子５を成膜処理する成膜装置の一例を示す概念図である。
成膜装置５０は、真空チャンバ５１、真空排気装置５１ａ、ワーク姿勢制御装置５２、エネルギビーム源５３、ビーム偏向器５４、薄膜材料ターゲット５５、を備えている。
【００２３】
真空チャンバ５１の内部は、真空排気装置５１ａにて所望の真空度に排気される。
ワーク姿勢制御装置５２は、光学素子５を支持して、回転および揺動等を組み合わせることで任意の姿勢に光学素子５を制御することが可能になっている。
【００２４】
エネルギビーム源５３は、イオンビーム、電子ビーム、レーザビーム等の所望のエネルギビーム５６を発生する。
薄膜材料ターゲット５５は、光学素子５の光学機能面５ａ、光学機能面５ｂ等の表面に成膜すべき成膜材料からなる。
【００２５】
ビーム偏向器５４は、エネルギビーム５６を、薄膜材料ターゲット５５に照射するか、光学素子５に照射するかを切り替える制御を行う。
本実施の形態の場合には、後述のように、成膜前に、光学素子５の表面変質層６にエネルギビーム５６を照射して当該表面変質層６を除去し、その後、エネルギビーム５６を薄膜材料ターゲット５５に照射して、スパッタ等により、薄膜材料ターゲット５５を構成する薄膜材料を光学素子５の表面に被着させて蒸着レンズ８を得る。
【００２６】
すなわち、上記方法で成形した光学素子５を成膜装置５０の真空チャンバ５１中のワーク姿勢制御装置５２に配置し（ステップ１０３）、真空チャンバ５１を真空引きし、７×１０‐10（Ｐａ）以下の真空度になった後に、そのまま真空引きを継続しつつ０．９（ｅｖ）のエネルギビーム５６のエネルギー照射を、光学機能面５ａおよび光学機能面５ｂの各々に対して、４８０秒間行った（ステップ１０４、ステップ１０５）。
【００２７】
このエネルギー照射によるエッチング速度は、本実施の形態の場合、上述の分光分析装置７による測定時と同じである。このため、上述の４８０秒間のエネルギー照射のエッチング作用によって、光学素子５の光学機能面５ａおよび光学機能面５ｂの表面の厚さｔの表面変質層６は完全に除去される。
【００２８】
これにより、光学素子５は、図４に例示された４８０秒よりも右側の領域が光学機能面５ａおよび光学機能面５ｂとして表面に露出するため、光学機能面５ａおよび光学機能面５ｂと内部の組成が均一な状態となる。
【００２９】
光学素子５に対するエネルギビーム５６の照射によるエッチングの完了後、次に、ビーム偏向器５４を操作して、薄膜材料ターゲット５５にエネルギビーム５６を照射し、スパッタリングや蒸着等によって光学素子５に光学薄膜を成膜し、蒸着レンズ８を得た（ステップ１０６）。光学素子５の表面変質層６を除去する始めのエネルギー照射の際に、エネルギー照射により表面変質層６から除去されたガラス粒が、再度、光学素子５の表面に付着することがある。
【００３０】
このため、本実施の形態のように、真空引きを行いながら光学素子５に対するエネルギビーム５６の照射を行うことで、真空チャンバ５１の外部にガラス粒を排出させながら表面変質層６の除去を行った方が望ましい。
【００３１】
また、イオンビーム等のエネルギビーム５６の照射エネルギーが強すぎると、光学素子５の曲率のついた部分の入射角の差から形状が変わることがあるので、エネルギビーム５６の入射角が一定に保てるように、ワーク姿勢制御装置５２により姿勢制御を行う方がより望ましい。
【００３２】
こうして光学素子５に成膜して得られた蒸着レンズ８は、成膜装置５０の外部に取り出される（ステップ１０７）。
このように、本実施の形態の場合には、同一の成膜装置５０の内部おいて、エネルギビーム５６の照射による光学素子５からの表面変質層６の除去と、薄膜材料ターゲット５５を用いた成膜処理が連続して行われる。
【００３３】
本実施の形態によると、研磨工具等の別の部材による加圧力を加えないで光学素子５の表面変質層６を除去するので、光学素子５においてキズのない光学機能面５ａや光学機能面５ｂ等の表面を得ることができる。また、成膜装置５０の内部において、エネルギー照射による光学素子５からの表面変質層６の除去後、そのまま、光学素子５に所望の光学薄膜を成膜するので、製造のリードタイムを短くすることができるとともに、光学素子５を成膜装置５０の外部に出さない為、ゴミ等の異物が光学素子５の表面に付着することなく成膜でき、異物が成膜時に光学素子５の光学機能面５ａや光学機能面５ｂに付着することによる外観不良をなくすことができる。
【００３４】
すなわち、本実施の形態によれば、光学素子５の表面の損傷を生じることなく、光学素子５の表面の表面変質層６を除去して良好な光学特性を有する蒸着レンズ８等の光学素子を製造することができる。
【００３５】
次に、本実施の形態の変形例について説明する。
図７は、本発明の実施の形態の光学素子の製造方法の変形例に用いられる成形型の構成例を示す断面図である。
【００３６】
図７に例示されるように、本変形例では、超硬合金やセラミクス等の素材により成形面を加工された上型１０および下型１１と、この上型１０と下型１１とのガイドとなる胴型１２とを用意する。本変形例においては、上型１０および下型１１の各々には、それぞれ、凸曲面の成形面１０ａおよび成形面１１ａが形成されている。胴型１２は円筒形状をしている。
【００３７】
下型１１に胴型１２を装着し、次に円柱形状のガラス素材１３と円筒状の金属枠１５を下型１１の上に載置した。
次に上型１０を胴型１２に挿入し、図示を省略した加熱手段によりガラス素材１３の屈伏点温度以上で軟化点温度以下の範囲の温度に加熱した後、図示を省略した加圧手段により加圧し、成形面１０ａと成形面１１ａとの間でガラス素材１３を挟圧して成形した後に、冷却を行い、成形面１０ａおよび成形面１１ａが転写された所望の両凸形状の光学機能面１４ａおよび光学機能面１４ｂを有し、外周部に金属枠１５が一体に固定された光学素子１４を取り出す。
【００３８】
こうして得られた光学素子１４は、図８に例示されるように、外周部に金属枠１５が一体に固定された状態となっている。また、光学素子１４の光学機能面１４ａ、光学機能面１４ｂには、表面変質層６が存在している。
【００３９】
また、図９に例示されるように、必要に応じて、この金属枠１５を介して、たとえば、図８に例示されるように、鏡筒１６が固定される。
図８または図９のような光学素子１４は、金属枠１５に接続された円筒形状の鏡筒１６の中にあり、金属枠１５や鏡筒１６に阻害され、研磨部材を挿入することは困難であるとともに、エネルギビーム５６を照射するときもこれらの金属枠１５や鏡筒１６により阻害され、平面でないと均一にエネルギーを与えることができず形状が崩れてしまう。
【００４０】
そこで、本変形例においては、たとえば図９に例示されるように、オイルの中にダイヤモンドペーストを分散させた溶剤２１を、溶剤ノズル２０から、光学素子１４を取り囲む金属枠１５および鏡筒１６の内部に向けて噴射することで、光学素子１４の光学機能面１４ａ、光学機能面１４ｂの表面の表面変質層６を除去した。溶剤２１に含まれるダイヤモンドペーストにより、光学機能面１４ａ、光学機能面１４ｂの表面の表面変質層６が次第に除去され、最終的に表面変質層６を除去することができた。
【００４１】
本変形例では、溶剤ノズル２０からの溶剤２１の噴射により光学素子１４の表面変質層６を除去したが、磁性を帯びる金属粉を溶剤２１に混ぜる磁性流体法や超音波を溶剤２１に与えて加工しても同じように光学素子１４の光学機能面１４ａ、光学機能面１４ｂの表面変質層６を除去することができる。
【００４２】
本変形例によると、エネルギー照射に拠らないため、光学素子１４の周囲に金属枠１５や鏡筒１６があっても、余すことなく均一に、光学機能面１４ａ、光学機能面１４ｂの表面変質層６を除去することができる。
【００４３】
すなわち、光学素子１４の金属枠１５等の多様な外形形状に影響されることなく、光学素子１４の表面の表面変質層６を除去して良好な光学特性を有する光学素子を製造することができる。
【００４４】
本変形例では、ダイヤモンドペーストを溶かし込んだ溶剤２１を使用したが、酸化アルミニウムなどを溶剤２１に溶かし込んでもよく、望ましくは、いずれの場合も、ナノサイズの粒子の方が光学素子１４の光学機能面１４ａ、光学機能面１４ｂにキズを与えることがより少ない。
【００４５】
以上説明したように、本発明の各実施の形態によれば、表面変質層６の除去に光学素子の表面に鉛直方向にかかる加圧力を加えないために、キズによる品質低下が防止できる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４６】
本発明は、レンズに限らず、アレイ形状や自由曲面やプリズム形状などの光学素子でも何ら本質的に変わらなく表面変質層の除去加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に用いられる成形型の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法における分光分析装置による光学素子の表面変質層の測定例を示す概念図である。
【図４】型成形された光学素子の分光分析装置による表面変質層の測定例を示す線図である。
【図５】ガラス素材の分光分析装置による表面変質層の測定例を示す線図である。
【図６】本発明の一実施の形態である光学素子を成膜処理する成膜装置の一例を示す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態の光学素子の製造方法の変形例に用いられる成形型の構成例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の光学素子の製造方法の変形例にて得られる光学素子の構成例を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態の光学素子の製造方法の変形例にて得られる光学素子の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  上型
１ａ  成形面
２  下型
２ａ  成形面
３  胴型
４  ガラス素材
５  光学素子
５ａ，５ｂ  光学機能面
６  表面変質層
７  分光分析装置
８  蒸着レンズ
１０  上型
１０ａ  成形面
１１  下型
１１ａ  成形面
１２  胴型
１３  ガラス素材
１４  光学素子
１４ａ，１４ｂ  光学機能面
１５  金属枠
１６  鏡筒
２０  溶剤ノズル
２１  溶剤
５０  成膜装置
５１  真空チャンバ
５１ａ  真空排気装置
５２  ワーク姿勢制御装置
５３  エネルギビーム源
５４  ビーム偏向器
５５  薄膜材料ターゲット
５６  エネルギビーム
【図１】
2008133142.tif 000003
【図２】
2008133142.tif 000004
【図３】
2008133142.tif 000005
【図６】
2008133142.tif 000006
【図７】
2008133142.tif 000007
【図８】
2008133142.tif 000008
【図９】
2008133142.tif 000009
【図４】
2008133142.tif 000010
【図５】
2008133142.tif 000011