(57)【要約】【課題】成形型から光学素子をスムーズに離型することができ、クモリやムラのない光学素子を製造することができる光学素子製造方法等を提供する。【解決手段】プリフォーム１を加熱して軟化させた後、所望の形状の成形面を有する金型２，３をプリフォーム１に押し付けてプリフォーム１の表面に成形面を転写させる光学素子製造方法において、プリフォーム１として、表面に有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行った光学ガラスを用いる。【選択図】図２
2004123470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリフォームを加熱して軟化させた後、所望の形状の成形面を有する金型を前記プリフォームに押し付けて当該プリフォームの表面に前記成形面を転写させる光学素子製造方法において、
前記プリフォームとして、表面に有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行った光学ガラスを用いることを特徴とする光学素子製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子製造方法において、
前記光学ガラスは、ガラスレンズであることを特徴とする光学素子製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学素子製造方法において、
前記金型として、表面にニッケル及びリンを主成分としたメッキを施したメッキ金型を用いることを特徴とする光学素子製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光学素子製造方法において、
前記メッキ金型の成形面は、前記プリフォームの表面に回折格子面を転写する形状の成形面であることを特徴とする光学素子製造方法。
【請求項５】
プリフォームを加熱して軟化させた後、所望の形状の成形面を有する金型を前記プリフォームに押し付けて当該プリフォームの表面に前記成形面を転写させることによって製造された光学素子であって、
前記光学素子の内部に含有されるＳｉの量よりも、前記光学素子の表面部に含有されるＳｉの量が大きいことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子において、
前記光学素子の内部に含有されるＣの量よりも、前記光学素子の表面部に含有されるＣの量が大きいことを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の光学素子において、
前記プリフォームとして、表面に有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行った光学ガラスを用いたことを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項７に記載の光学素子において、
前記有機ケイ素化合物は、シランカップリング剤又はシリコンオイル又は変性シリコンオイルであることを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項７に記載の光学素子において、
前記有機ケイ素化合物は、蒸着されたシリコンオイルであることを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
請求項８に記載の光学素子において、
前記シランカップリング剤は、トリアルコキシシランタイプであることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記金型によって回折格子面が転写されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
プリフォームを加熱して軟化させた後、所望の形状の成形面を有する金型を前記プリフォームに押し付けて当該プリフォームの表面に前記成形面を転写させる光学素子製造方法において使用されるプリフォームであって、
表面に有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行った光学ガラスからなることを特徴とするプリフォーム。
【請求項１３】
加熱して軟化させたプリフォームに押し付けることによって、当該プリフォームの表面を所望の形状に成形するための光学素子成形用金型において、
当該金型の成形面に、有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行ったことを特徴とする光学素子成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子製造方法、光学素子、プリフォーム、及び光学素子成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラスプリフォームを加熱軟化させて成形型（金型）を押し付けることで光学素子を成形する光学素子製造方法において、金型から成形品（光学素子）を取り外す際のこれらの離れ易さ、いわゆる離型性の向上のために、金型表面に貴金属系の離型膜を設けること（例えば、特許文献１参照。）やプリフォーム表面あるいは金型表面にカーボン系の離型剤や有機系の離型剤を塗布すること（例えば、特許文献２参照。）が行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭６２−２８０９１号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平７−３１５８５３号公報（第２−５頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金型表面に貴金属系の離型膜を設けた場合には、オプティカルコンタクトが原因と思われる金型と成形品との密着が起こり容易に離型できないという問題がある。
また、プリフォーム表面にカーボン系の離型剤を塗布した場合には、前記密着を完全に解消できず、さらに濃いクモリとムラのある成形品となってしまうという問題がある。ここで、従来の有機系の離型剤（例えば、グリセリン）には、離型効果を得るため粘性を上げるとムラになり、ムラ解消のため粘性を下げる（例えば、アルコールに溶かして霧状に塗布する）と離型効果が下がるというトレードオフの関係がある。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、成形型から光学素子をスムーズに離型することができ、クモリやムラのない光学素子を製造することができる光学素子製造方法、プリフォーム、及び光学素子成形用金型を提供し、成形型からスムーズに離型することができ、クモリやムラのない光学素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、
プリフォームを加熱して軟化させた後、所望の形状の成形面を有する金型を前記プリフォームに押し付けて当該プリフォームの表面に前記成形面を転写させる光学素子製造方法において、
前記プリフォームとして、表面に有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行った光学ガラスを用いることを特徴とする光学素子製造方法を提供する。
【０００７】
また、請求項２に記載の光学素子製造方法は、
請求項１に記載の光学素子製造方法において、
前記光学ガラスは、ガラスレンズであることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の光学素子製造方法は、
請求項１又は請求項２に記載の光学素子製造方法において、
前記金型として、表面にニッケル及びリンを主成分としたメッキを施したメッキ金型を用いることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の光学素子製造方法は、
請求項３に記載の光学素子製造方法において、
前記メッキ金型の成形面は、前記プリフォームの表面に回折格子面を転写する形状の成形面であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、
プリフォームを加熱して軟化させた後、所望の形状の成形面を有する金型を前記プリフォームに押し付けて当該プリフォームの表面に前記成形面を転写させることによって製造された光学素子であって、
前記光学素子の内部に含有されるＳｉの量よりも、前記光学素子の表面部に含有されるＳｉの量が大きいことを特徴とする光学素子を提供する。
【００１１】
また、請求項６に記載の光学素子は、
請求項５に記載の光学素子において、
前記光学素子の内部に含有されるＣの量よりも、前記光学素子の表面部に含有されるＣの量が大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載の光学素子は、
請求項５又は請求項６に記載の光学素子において、
前記プリフォームとして、表面に有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行った光学ガラスを用いたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に記載の光学素子は、
請求項７に記載の光学素子において、
前記有機ケイ素化合物は、シランカップリング剤又はシリコンオイル又は変性シリコンオイルであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９に記載の光学素子は、
請求項７に記載の光学素子において、
前記有機ケイ素化合物は、蒸着されたシリコンオイルであることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０に記載の光学素子は、
請求項８に記載の光学素子において、
前記シランカップリング剤は、トリアルコキシシランタイプであることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１１に記載の光学素子は、
請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記金型によって回折格子面が転写されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１２に記載の発明は、
プリフォームを加熱して軟化させた後、所望の形状の成形面を有する金型を前記プリフォームに押し付けて当該プリフォームの表面に前記成形面を転写させる光学素子製造方法において使用されるプリフォームであって、
表面に有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行った光学ガラスからなることを特徴とするプリフォームを提供する。
【００１８】
また、請求項１３に記載の発明は、
加熱して軟化させたプリフォームに押し付けることによって、当該プリフォームの表面を所望の形状に成形するための光学素子成形用金型において、
当該金型の成形面に、有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行ったことを特徴とする光学素子成形用金型を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の光学素子製造方法では、始めに、予備成形された光学ガラスである後述のプリフォームを加熱して軟化させる。その後、軟化させたプリフォームに所望の形状の成形面を有する金型を押し付けて、プリフォームの表面に金型の成形面を転写させる。そして、金型の成形面を転写させたプリフォームを冷却し、金型から離型することによって光学素子を得る。
【００２０】
本発明の光学素子製造方法では、プリフォームとして、表面に炭素（Ｃ）とケイ素（Ｓｉ）を主成分とする有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行った光学ガラスを用いる。
この光学ガラスへの有機ケイ素化合物の層の形成は、以下に詳述するシランカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル、シランモノマー、シリコン界面活性剤、又はシリコンレジンのうちのいずれか１つを光学ガラス表面に塗布することによって行うことができる。
【００２１】
シランカップリング剤は、無機物と反応する加水分解基と有機物と反応する官能基を１分子中に有するものであり、具体的には以下に示すシランカップリング剤のうちの１つ、又は２つ以上の混合物を使用することができる。
・γ−（メタクリロキシプロピル）トリメトキシシラン
・γ−（メタクリロキシプロピル）トリエトキシシラン
・γ−（アクリロキシプロピル）トリメトキシシラン
・メルカプトメチルメチルジエトキシシラン
・メルカプトメチルトリメトキシシラン
・γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
・γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
・β−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン
・γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
・γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
・Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
・Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
・Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
・Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン
・ビニルトリエトキシシラン
・ビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン
・γ−クロロプロピルトリメトキシシラン
以上のシランカップリング剤のうちの１つ、又は２つ以上の混合物を、溶媒に溶解させ、スピンコート法やディップコート法等によって光学ガラスの表面に塗布する。溶媒には、水、アルコール、その他有機溶媒が用いられ、これらのうちの１種類でも混合物でもよい。
【００２２】
またシリコーンオイルは、具体的には以下に示すもののうちの１つ、又は２つ以上の混合物を使用することができる。
・ジメチルシリコーンオイル
・メチルフェニルシリコーンオイル（ＣＨ３がフェニル基で置換されたもの）
・メチルハイドロゲンシリコーンオイル（ＣＨ３がＨで置換されたもの）
【００２３】
また変性シリコーンオイルは、具体的には以下に示すもののうちの１つ、又は２つ以上の混合物を使用することができる。
・アミノ変性シリコーンオイル
・エポキシ変性シリコーンオイル
・カルボキシル変性シリコーンオイル
・カルビノール変性シリコーンオイル
・メタクリル変性シリコーンオイル
・メルカプト変性シリコーンオイル
・フェノール変性シリコーンオイル
・ポリエーテル変性シリコーンオイル
・メチルスチリル変性シリコーンオイル
・アルキル変性シリコーンオイル
・高級脂肪酸エステル変性シリコーンオイル
・親水性特殊変性シリコーンオイル
・フッ素変性シリコーンオイル
以上のシリコーンオイル及び変性シリコーンオイルは、蒸着によって光学ガラスの表面に塗布することが好ましい。具体的には、真空中にてボードにオイルを滴下し、該ボードを加熱することによってオイルを蒸発させて光学ガラスに付着させる真空蒸着を行う。
【００２４】
またシランモノマーは、無機物と反応する加水分解基と非反応性の有機基を１分子中に有するものであり、具体的には以下に示すシランモノマーのうちの１つ、又は２つ以上の混合物を使用することができる。
・アルキシシラン
ｎ−Ｃ８Ｈ１７Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３，ＣＨ３Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３，ＣＨ３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３，ｎ−Ｃ６Ｈ１３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３
・クロロシラン
（Ｃ６Ｈ５）ＳｉＣｌ３，ＣＨ３ＳｉＣＬ３等
・シラザン
Ｈ３ＳｉＮＨＳｉＨ３（ジシラザン），Ｈ３Ｓｉ（ＮＨＳｉＨ２）ＮＨＳｉＨ３（トリシラザン）
【００２５】
またシリコン界面活性剤は、疎水基がジメチルポリキシロサンで親水基がポリアルキレンオキサイドから構成されるものや、ジメチルポリシロキサンとポリアルキレンオキサイドが繰り返し結合した直鎖状のブロックコポリマー等のうちの１つ、又は２つ以上の混合物を使用することができる。
【００２６】
またシリコンレジンは、分岐度の高い３次元ポリマーである。さらにシリコンレジンは、トルエンやキシレン等の有機溶媒に溶解したシリコーンワニスとして使用すること、又は様々な有機樹脂と組み合わせて変性して変性シリコンレジンとして使用することもできる。
【００２７】
上述のように、ガラスモールド成形において、表面に炭素（Ｃ）とケイ素（Ｓｉ）を主成分とする有機ケイ素化合物の層が形成された光学ガラスをプリフォームとして用いる。この炭素とケイ素を主成分とする有機ケイ素化合物の層が、成形レンズと金型とを離型する際に離型層の働きをすることによって、成形レンズと金型の密着を回避して離型性が飛躍的に向上する。また、クモリが皆無となり、ムラが回避される。
【００２８】
さらに、従来のカーボン系の離型剤をプリフォーム又は金型に塗布する場合に比して、離型層、即ち炭素とケイ素を主成分とする有機ケイ素化合物の層を均一に形成することができる。従って、プリフォームの熱膨張係数との差が大きな熱膨張係数を有する金型を用いてガラスモールド成形を行う際により効果的である。また、金型の成形面が回折格子面等の細かく複雑な形状の面である場合にも効果的である。
【００２９】
尚、金型より離型した成形レンズは、上述の有機ケイ素化合物のため、成形レンズの表面部に含有される炭素及びケイ素の量が、成形レンズの内部に含有される炭素及びケイ素の量よりも多くなる。ここで、「成形レンズの表面部」とは成形レンズの表面から深さ１０ｎｍまでの成形レンズの表面部分をいい、「成形レンズの内部」とは成形レンズの表面部以外の部分（内側部分）をいう。
【００３０】
また、ガラスモールド成形において、上述のプリフォームを用いる代わりに、上述の炭素（Ｃ）とケイ素（Ｓｉ）を主成分とする有機ケイ素化合物の層を形成する処理を表面に行った金型を用いることもできる。この場合、金型表面において、炭素とケイ素を主成分とする有機ケイ素化合物の層が上記同様に作用し、上記効果と同様の効果を奏することができる。
さらに、ガラスモールド成形において、上述の有機ケイ素化合物の層を有する光学ガラス（プリフォーム）と、上述の有機ケイ素化合物の層を有する金型とを組み合わせて用いることもできる。
【００３１】
（実施形態）
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず始めに、本発明の実施形態を実現する光学素子製造装置（ガラスモールド成形装置）について説明する。図１（ａ）は、本発明のガラスモールド成形を行うためのガラスモールド成形装置の概略構成図である。また図１（ｂ）は、加圧成形時のガラスモールド成形装置の金型部分を示す図である。
図１において、上型２は後述の下型３と成形面同士が対向するように上スリーブ５に挿入されており、該上スリーブ５は上プレート６を介して上継ぎ手７に取り付けられている。また、上型２と上プレート６の間は、金型スペーサ８によって所定の間隔が維持されている。そして、上継ぎ手７は上ベース９に取り付けられている。
下型３は下スリーブ１０に挿入されており、該下スリーブ１０は下プレート１１を介して下継ぎ手１２に取り付けられている。また、下型３と下プレート１１の間は、金型スペーサ８によって所定の間隔が維持されている。そして、下継ぎ手１２は軸シール１３を介して下ベース１４に取り付けられている。
以上のように備えられた上型２と下型３との間には、プリフォーム１をセットすることができる。
【００３２】
また、上スリーブ５と下スリーブ１０にはそれぞれ熱電対１５が備えられており、金型部分の温度を測定することができる。さらに、上ベース９と下ベース１４との間には、石英管（チャンバ）１６が密閉可能に設置されている。これにより、ベース９，１４以外の上記各部材は外部と遮断されて、雰囲気制御を行うための成形室が形成されている。
【００３３】
下継ぎ手１２は、不図示の駆動機構によって上下方向（下継ぎ手１２の軸方向）へ駆動させることが可能である。これにより、上型２と下型３との間にセットしたプリフォーム１を、成形室の密閉状態を維持しつつ加圧することができる。また、石英管１６の外周には、金型部分を覆うように赤外線ランプ１７が配置されており、プリフォーム１及び金型部分を加熱することができる。
上継ぎ手７及び下継ぎ手１２には、それぞれ不活性ガスを成形室へ導入するための不活性ガス導入通路７ａ，１４ａが設けてある。これにより、上継ぎ手７と下継ぎ手１２のそれぞれを介して成形室内へ不活性ガスを供給することができ、プリフォーム１及び金型部分を冷却することができる。尚、不活性ガスは、サイクル中は常に成形室内へ注入され、成形室外部の気圧よりも高くなった分だけ圧力センサを備えた不活性ガス放出管を通って外部へ放出される（不図示）。
【００３４】
次に、上記ガラスモールド成形装置を用いた光学素子製造方法の製造工程を説明する。図２は、光学素子製造方法の概要を示す、ガラスモールド成形装置の金型及びプリフォームの拡大図である。
プリフォーム１に用いる光学ガラスは、硝材として住田光学製のガラス「ＰＳＫ６０」を使用する。また光学ガラスの外径は６０ｍｍで、図２（ａ）に示すように光学ガラスの上型２側の面は略平面形状、下型３側の面は該下型３側に凸の略球面形状に研磨加工されている。
【００３５】
また、ガラスモールド成形装置に使用する金型２，３は、ニッケル及びリンを主成分としたＮｉＰメッキをステンレス製金属に施した金型である。この金型２，３は図２（ａ）に示す形状のものであり詳細には、上型２の成形面２ａは、格子高２０μｍで、中心から外周へ向かって格子ピッチが小さくなる（中心付近で格子ピッチ２ｍｍ、外周付近で格子ピッチ０．１２ｍｍ）同心円状の回折格子面をプリフォーム１表面に転写する形状である。下型３の成形面３ａは、上型２に向かって凹の球面形状である。
以上の光学ガラス及び金型２，３を用いて以下の工程で光学素子（成形レンズ）を製造する。
【００３６】
第１工程：まず、光学ガラスに有機ケイ素化合物の層を形成する処理を行う。シランカップリング剤として信越化学製の「ＫＢＭ５０３」を使用し、まずシランカップリング剤：エタノール：酢酸酸性水（ｐＨ４）＝２：４８：５０（ｗｔ）の割合で混合し、１時間攪拌する。その後、光学ガラスに塗布する際にムラをなくすため、シリコン系の界面活性剤である日本ユニカー製の「Ｌ−７００１」をレベリング剤として混合液に添加する。この溶液を光学ガラスの表面に毎秒３０００回転のスピンコーターにて１０秒間塗布（スピンコート）し、１１０℃の雰囲気中で５分間乾燥させる。以上の手順で光学ガラスの表面に厚さ０．１μｍ以下の有機ケイ素化合物の層を形成し、これをプリフォーム１として以下の工程に使用する。
【００３７】
第２工程：金型２，３内にプリフォーム１をセットし、成形室内に不活性ガス（窒素）を供給して不活性雰囲気とする。尚、不活性ガスとして窒素の他にアルゴンガスを供給することも可能である。
第３工程：赤外線ランプ１７によってプリフォーム１及び金型２，３を加熱して４２０℃まで上昇させ、この温度を５分間保持する。
第４工程：不図示の駆動機構によって下型３を駆動し、５０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で５分間加圧成形する（図２（ｂ））。
【００３８】
第５工程：加圧したまま、５分間で３７０℃まで除冷する。
第６工程：不図示の駆動機構によって下型３を駆動し金型２，３を開く。このとき、成形面の転写されたプリフォーム、即ち成形レンズ４は下型３に残っている。そして、成形レンズ４及び金型２，３を窒素雰囲気内で冷却する（図２（ｃ））。
第７工程：常温（７０℃）まで冷却した後、成形レンズ４を下型３から取り出す。
【００３９】
以上の工程において、金型からスムーズに離型することができ、かつクモリ、ムラのない良好な成形レンズを製造することができる。また、この成形レンズの表面には金型の成形面形状を確実に転写することができ、欠け（ガラスの一部が金型に付着することによる成形レンズの損傷）のない回折格子面を有する成形レンズを実現することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、成形型から光学素子をスムーズに離型することができ、クモリやムラのない光学素子を製造することができる光学素子製造方法、プリフォーム、及び光学素子成形用金型を提供し、成形型からスムーズに離型することができ、クモリやムラのない光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光学素子製造方法を行うためのガラスモールド成形装置の概略構成図である。
【図２】光学素子製造方法の概要を示す、ガラスモールド成形装置の金型及びプリフォームの拡大図である。
【符号の説明】
１　　プリフォーム
２　　上型
３　　下型
４　　成形レンズ
【図１】
2004123470.tif 000003
【図２】
2004123470.tif 000004