(57)【要約】【課題】  高品質な弗素含有ガラス製プリフォーム、特に弗燐酸塩ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームを製造するための方法、および前記プリフォームを使用して高品質なガラス製の光学素子を製造する方法を提供する。【解決手段】  溶融ガラスから精密プレス成形用プリフォームを製造する方法において、弗素含有ガラスからなる溶融ガラスをガラス塊に成形し、該ガラス塊をエッチング処理して、ガラス塊の表面層を除去することにより、精密プレス成形用プリフォームを作製する精密プレス成形用プリフォームの製造方法、並びに、前記製造方法により作製された精密プレス成形用プリフォームを、加熱、精密プレス成形する光学素子の製造方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスから精密プレス成形用プリフォームを製造する方法において、
弗素含有ガラスからなる溶融ガラスをガラス塊に成形し、該ガラス塊をエッチング処理して、ガラス塊の表面層を除去することにより、精密プレス成形用プリフォームを作製することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項２】
ガラスが弗燐酸塩ガラスである請求項１に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項３】
弗燐酸塩ガラスが、モル％表示で、Ａｌ（ＰＯ３）３  ０〜２０％、Ｂａ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｍｇ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｃａ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｓｒ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｚｎ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、ＮａＰＯ３  ０〜１５％、ＡｌＦ３  ２〜４５％、ＺｒＦ４  ０〜１０％、ＹＦ３  ０〜１５％、ＹｂＦ３  ０〜１５％、ＧｄＦ３  ０〜１５％、ＢｉＦ３  ０〜１５％、ＬａＦ３  ０〜１０％、ＭｇＦ２  ０〜２０％、ＣａＦ２  ２〜４５％、ＳｒＦ２  ２〜４５％、ＺｎＦ２  ０〜２０％、ＢａＦ２  ０〜３０％、ＬｉＦ  ０〜１０％、ＮａＦ  ０〜１５％、ＫＦ  ０〜１５％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜５％、Ｎａ２Ｏ  ０〜５％、Ｋ２Ｏ  ０〜５％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＣａＯ  ０〜５％、ＳｒＯ  ０〜５％、ＢａＯ  ０〜５％、ＺｎＯ  ０〜５％を含むものである請求項２に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項４】
ガラスの磨耗度ＦＡが１５０以上である請求項１、２または３に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項５】
エッチング処理により、表面から深さ０．５μｍ以上に至るまでの層を除去して、所定重量のプリフォームを作製する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項６】
曲率が異なる曲面によって表面が構成されるガラス塊または球状のガラス塊を成形する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項７】
ガラス塊をエッチング液に浸漬してエッチング処理する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項８】
溶融ガラスをガラス塊に成形する工程を繰り返して一定重量のガラス塊を複数作製し、前記複数のガラス塊を一定の条件でエッチング処理して、所定重量のプリフォームを複数作製する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項９】
ガラス塊をアニール処理したのち、エッチング処理する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の製造方法により作製された精密プレス成形用プリフォームを、加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】
プレス成形型にプリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを共に加熱して精密プレス成形する請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
予め加熱されたプリフォームをプレス成形型に導入し、精密プレス成形する請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密プレス成形用プリフォームの製造方法および光学素子の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、高品質な弗素含有ガラス製プリフォーム、特に弗燐酸塩ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームを製造するための方法、および前記プリフォームを使用して高品質なガラス製の光学素子を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学ガラス製レンズの需要はデジタルカメラ、携帯電話などの普及に伴ない急激な勢いで高まっている。この需要に応えるため、ガラス製光学素子を高い生産性のもとに製造可能な精密プレス成形技術に注目が集まっている。
精密プレス成形法は、プレス成形によって、高精度な加工が施されたプレス成形型の成形面をガラスに転写して光学機能面を形成する方法であって、例えば研磨加工では莫大な手間とコストがかかる非球面レンズなどを生産性よく量産することができる。このような精密プレス成形は、表面が滑らかで内部、表面ともに欠陥のないプリフォームを必要とする。
精密プレス成形ではプレス成形品の研削、研磨は例えばレンズの心取り加工など最小限に限られるか、あるいは研削、研磨加工を行わない。また、プリフォームの重量に大幅な過不足があると、プレス成形品の精度が低下したり、プレス成形時にはみ出したガラスがプレス成形型の間に進入するなどの問題が発生する。そのため、プリフォームの重量精度は製造しようとする光学素子毎に精密に決められている。
【０００３】
ところで、プリフォームの製法としては溶融ガラスを鋳型に鋳込み、冷却してガラスブロックやガラス板を作り、これを切断、研削した後、研磨して滑らかな表面に仕上げる方法（冷間加工という。）や、パイプから溶融ガラスを流出してプリフォーム１個分の重量の溶融ガラス塊を作り、このガラス塊が冷却する過程でプリフォームに成形する方法（熱間成形という。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方、冷間加工は多くの工程を経てプリフォームを作るため、手間、時間、コストがかかるという問題があるとともに、研磨の際に破損しやすいガラスへの適用にも問題がある。特にプリフォームの重量を目的の重量に正確に合わせるためには、より多くの手間、時間、コストがかかる。
【０００４】
そこで、生産性をより向上するための方法、ならびに重量精度の高いプリフォームを生産する方法として上記熱間成形法が注目されている。
熱間成形法は優れた製法ではあるが、溶融ガラスからプリフォーム１個分に相当する溶融ガラス塊を分離してガラス塊を直接成形してプリフォームにするため、内部品質は勿論、プリフォームの表面状態や重量精度の高いガラス塊を作らなければならない。
【０００５】
ところで、デジカメやデジタルビデオの小型化、高画素化、高性能化に伴い、各種光学ガラス製のレンズの需要は高まっているが、特に需要が高いものの一つに、低分散ガラスである弗素含有ガラス、特に弗燐酸塩ガラスを使用したレンズがある。
これまで、弗素含有ガラス製のレンズを精密プレス成形によって量産するという試みは幾つかあったが、以下の理由により実現していない。
【０００６】
精密プレス成形では、所望の重量、形状のプリフォームを用意しなければならないが、機械加工によってプリフォームを作ろうとすると莫大な手間とコストがかかるため実用的ではない。一方、プリフォームを熱間成形する場合、高品質なプリフォームを成形することが難しく、実現化が困難と考えられていた。そのため、弗素含有ガラス、特に弗燐酸塩ガラスを使用したレンズは研磨レンズに限られていた。
弗素含有ガラス製プリフォームの熱間成形が難しい理由は次のとおりである。弗素含有ガラスからなるプリフォームを熱間成形しようとすると、成形したプリフォームの表面に脈理が観察される。このプリフォームを詳細に調べると脈理は深層部分には認められず、表面から一定の深さには存在する表面脈理であることがわかる。表面脈理の原因の一つは、溶融状態のガラス塊が冷却してプリフォームに成形されるまでの間に、ガラス中の弗素が表面から揮発することにより生じるものと推測できる。つまり、弗素の揮発によって表面近傍にわずかながら弗素が少ない部分が生じ、それが表面脈理として観察されると考えられる。
【０００７】
さらに、弗素含有ガラス、特に弗燐酸塩ガラスには溶融ガラスをパイプから流出する際、パイプ外周に濡れ上がりやすい性質がある。パイプ外周に濡れ上がったガラスは長時間雰囲気に曝されるため、弗素などの易揮発成分が揮発して変質する。そして変質したガラスが流出するガラス表面に取り込まれることによっても表面脈理が発生する。
このように表面脈理が存在するプリフォームを精密プレス成形すると、得られたプレス成形品の表面に脈理が残留し、不良品となってしまう。
また、弗素含有ガラスを熱間成形する際、雰囲気中の水蒸気と弗素の反応によりガラス表面が失透し、プリフォームとしては使えないという問題も発生する。
【０００８】
【特許文献１】特許第２７４６５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情のもとで、高品質な弗素含有ガラス製プリフォーム、特に弗燐酸塩ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームを製造するための方法、および前記プリフォームを使用して高品質なガラス製の光学素子を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、弗素含有ガラスからなる溶融ガラスをガラス塊に成形し、該ガラス塊をエッチング処理し、ガラス塊の表面層を除去することによって、精密プレス成形用プリフォームを作製することにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、
（１）溶融ガラスから精密プレス成形用プリフォームを製造する方法において、
弗素含有ガラスからなる溶融ガラスをガラス塊に成形し、該ガラス塊をエッチング処理して、ガラス塊の表面層を除去することにより、精密プレス成形用プリフォームを作製することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（２）ガラスが弗燐酸塩ガラスである上記（１）項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（３）弗燐酸塩ガラスが、モル％表示で、Ａｌ（ＰＯ３）３  ０〜２０％、Ｂａ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｍｇ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｃａ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｓｒ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｚｎ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、ＮａＰＯ３  ０〜１５％、ＡｌＦ３  ２〜４５％、ＺｒＦ４  ０〜１０％、ＹＦ３  ０〜１５％、ＹｂＦ３  ０〜１５％、ＧｄＦ３  ０〜１５％、ＢｉＦ３  ０〜１５％、ＬａＦ３  ０〜１０％、ＭｇＦ２  ０〜２０％、ＣａＦ２  ２〜４５％、ＳｒＦ２  ２〜４５％、ＺｎＦ２  ０〜２０％、ＢａＦ２  ０〜３０％、ＬｉＦ  ０〜１０％、ＮａＦ  ０〜１５％、ＫＦ  ０〜１５％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜５％、Ｎａ２Ｏ  ０〜５％、Ｋ２Ｏ  ０〜５％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＣａＯ  ０〜５％、ＳｒＯ  ０〜５％、ＢａＯ  ０〜５％、ＺｎＯ  ０〜５％を含むものである上記（２）項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（４）ガラスの磨耗度ＦＡが１５０以上である上記（１）、（２）または（３）項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（５）エッチング処理により、表面から深さ０．５μｍ以上に至るまでの層を除去して、所定重量のプリフォームを作製する上記（１）ないし（４）項のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（６）曲率が異なる曲面によって表面が構成されるガラス塊または球状のガラス塊を成形する上記（１）ないし（５）項のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（７）ガラス塊をエッチング液に浸漬してエッチング処理する上記（１）ないし（６）項のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（８）溶融ガラスをガラス塊に成形する工程を繰り返して一定重量のガラス塊を複数作製し、前記複数のガラス塊を一定の条件でエッチング処理して、所定重量のプリフォームを複数作製する上記（１）ないし（７）項のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（９）ガラス塊をアニール処理したのち、エッチング処理する上記（１）ないし（８）項のいずれか１項に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（１０）上記（１）ないし（９）項のいずれか１項に記載の製造方法により作製された精密プレス成形用プリフォームを、加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、
（１１）プレス成形型にプリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを共に加熱して精密プレス成形する上記（１０）項に記載の光学素子の製造方法、および
（１２）予め加熱されたプリフォームをプレス成形型に導入し、精密プレス成形する上記（１０）項に記載の光学素子の製造方法、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法によれば、揮発性の高い弗素を含むガラスを使用して熱間成形を行っても、内部および表面品質の良好な精密プレス成形用プリフォームを高い生産性のもとに製造する方法を提供することができる。
また、低分散ガラスや銅含有により赤外線吸収特性が付与された半導体撮像素子の色補正フィルター機能をもつガラスなどとして利用価値の高い弗燐酸塩ガラスからなる高品質なプリフォームを高い生産性のものとに製造することもできる。
また、磨耗度ＦＡが１５０以上と大きく、研磨加工が難しいガラスでも、研磨加工することなく、高品質なプリフォームを高い生産性のものとに製造することもできる。
また、ガラス塊の表面層をエッチング処理により除去するので、エッチング条件を設定することにより、前記条件に対応する深さの表面層を再現性よく除去することもできる。ガラス表面の欠陥が、変質層のみであれば、変質層を洗浄などによって除去すればよいが、表面脈理は前記変質層よりも深層にまで及ぶ。そのため、ガラス塊の重量精度ならびにエッチング処理により除去されるガラスの重量が正確でないと、得られたプリフォームの重量精度が低下してしまう。本発明によれば、溶融ガラス塊を成形することにより所定重量のガラス塊を成形し、表面除去の深さを正確に設定しやすいエッチング処理によって表面脈理層を除去するため、所定重量かつ品質の高いプリフォームを高い生産性のもとに製造することもできる。
【００１３】
表面脈理層の除去は研磨などの機械加工で行うことも考えられるが、研磨加工は平面か球面の場合に限られる。そのため、球以外で精密プレス成形用プリフォームの形状として利用価値の高い曲率が異なる曲面によって表面が構成されるガラス塊の表面脈理層を除去することは難しい。これに対し、本発明によれば、上記形状のガラス塊を成形してもエッチング処理により均等に表面層を除去することができるので、上記形状のプリフォームも高い生産性のもとに製造することもできる。また、球状のガラス塊については、ガラス塊が球対称なのでエッチング処理により除去される深さが全表面においてより均一になる。したがって、エッチング処理により容易に球状プリフォームを作製することができる。
さらに、前記ガラス塊をエッチング液に浸漬してエッチング処理することにより、比較的容易な方法でガラス塊の全表面を均一に所定の深さまで除去することができる。
また、溶融ガラスからガラス塊を成形する工程を繰り返して、一定重量のガラス塊を複数作製し、前記複数のガラス塊を一定条件のもとにエッチング処理して所定重量のプリフォームを作製することにより、高品質かつ重量精度の高いプリフォームを生産性よく製造することもできる。
【００１４】
次に、本発明の光学素子の製造方法によれば、上記方法によって作られたプリフォームを精密プレス成形するので、弗素含有ガラスからなる高品質な光学素子を生産性よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
精密プレス成形用プリフォームの製造方法、光学素子の製造方法について、順に説明する。
［精密プレス成形用プリフォームの製造方法］
本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、溶融ガラスから精密プレス成形用プリフォームを製造する方法において、弗素含有ガラスからなる溶融ガラスをガラス塊に成形し、該ガラス塊をエッチング処理して、ガラス塊の表面層を除去することにより、精密プレス成形用プリフォームを作製することを特徴とするものである。
この方法では、十分清澄、均質化された溶融ガラスを用意し、その溶融ガラスを一定流量でパイプから流出する。そして、流出する溶融ガラスから所定重量の溶融ガラス塊を分離する。分離方法としては、パイプから溶融ガラスを滴下して、所定重量のガラス滴として分離する方法（滴下法という。）、パイプから流出する溶融ガラス流の先端部を支持体で支持し、前記ガラス流のパイプ側と先端部の間にくびれを作る。それから上記支持体を急速に降下し、くびれから先端側の溶融ガラス塊を分離する方法（降下切断法という。）、パイプから流出する溶融ガラス流を切断刃で切断し、所定重量の溶融ガラス塊を分離する方法（機械切断法という。）などがある。パイプより単位時間あたりのガラス流出量を一定に保つことにより、分離の間隔を一定にすれば等重量の溶融ガラス塊を得ることができる。
【００１６】
滴下法ならびに降下切断法は、機械切断法と異なり、シアマークと呼ばれる切断痕ができない。本発明は、熱間成形したガラス塊の表面をエッチング処理して除去するため、シアマークがエッチング処理により除去される深さよりも浅い部分に限定されるならば、機械切断法でもエッチング処理によってシアマークのないプリフォームを作ることはできる。しかし、シアマークが表面脈理層よりも深層に及ぶ場合もあるので、溶融ガラス塊の分離は滴下法または降下切断法により行うことが好ましい。
【００１７】
滴下法は５〜６００ｍｇの範囲のガラス塊を、目的重量を基準とした重量公差が±１％以内になるように成形する方法として適しており、降下切断法は２００ｍｇ〜１００ｇの範囲のガラス塊を、目的重量を基準とした重量公差が±２％以内（好ましくは±１％以内）になるように成形する方法として適している。そのため、ガラス塊の作成に際しては、上記重量と重量公差の範囲を目安に作製方法を選択することができる。
【００１８】
次に分離した溶融ガラス塊をガラス塊成形型で受ける、あるいは一時的に溶融ガラス塊支持体で支持した後にガラス塊成形型に移して所定形状のガラス塊に成形する。ガラス塊成形型上では、ガラスに風圧を加えて浮上させながら成形する方法（浮上成形法という。）が望ましい。
例えば、底部に上記風圧を加えためのガス（浮上ガスという。）を噴出する口を設けた凹部を備えたガラス塊成形型を用い、上記凹部に溶融ガラス塊を供給し、凹部内でガラスを上下動させて回転させることにより球状のガラス塊を成形することもできるし、ガスを噴出する口を多数設けた凹部あるいは凹部を多孔質体で構成し、凹部内面全体から浮上ガスを噴出してガラスを浮上し、凹部の形状に沿った形状にガラス塊を成形することもできる。
【００１９】
ガラス塊はガラス塊成形型上で成形された後、ガラス転移温度または前記温度よりも低い温度にまで冷却した後に型から取り出される。
このようにして得たガラス塊の表面を光学顕微鏡で拡大観察すると、ガラス塊全面にわたって脈理が認められる。このようなガラス塊の全表面をエッチング処理により所定の深さまで除去したガラス塊には上記脈理は認められない。したがって、この脈理は表面近傍に局在する表面脈理である。ガラス塊表面の変質層、例えばヤケなどは、表面から深さ０．１μｍ以下の部分に限られるが、表面脈理は光学顕微鏡を用いた目視により認識可能な深さにまで達しているため、ガラス塊表面から少なくとも０．５μｍ以上の深さまでエッチング処理することが望まれる。
【００２０】
本発明でエッチング処理により除去するのはガラス表面の脈理と呼ばれる屈折率の異なるガラス層である。脈理の中でもガラス表面付近に存在する表面脈理は、ガラスの溶融成形時にガラスの成分の中で蒸気圧の高いフッ素、ホウ素などが減少し元ガラスと屈折率に差ができたガラス融液が生じたことによる。表面脈理は通常、筋状のものが観察される。このことから脈理の原因となる変質ガラスは円柱状かつ筋状に元ガラスの表面積中に分布していることがわかる。このときこの変質ガラスにおける脈理の太さがφ０．５μｍ以下であれば可視光の回折限界から、このガラスをレンズにした場合に得られる像にはなんら影響を与えない。すなわちレンズとして問題になるのは脈理の太さがφ０．５μｍ以上の変質ガラスに限られる。そのためエッチング量も少なくとも深さ０．５μｍ以上でなければ脈理を完全に除くことはできない。エッチング処理におけるより好ましい深さは１μｍ以上、さらに好ましい深さは１０μｍ以上、より一層好ましい深さは２０μｍ以上、特に好ましい深さは５０μｍ以上である。エッチング処理はガラス全体に脈理が認められない光学的に均質な所定重量のガラス塊が得られる深さまで行う。エッチング処理の深さの上限に特に限定はないが、光学的に均質なガラスまでも除去する必要はないので、最大５ｍｍまでの深さを目安にすればよい。あるいは、プリフォーム重量／ガラス塊重量の比率によってエッチング処理の深さの上限を管理してもよい。その場合、プリフォーム重量／ガラス塊重量の比率は８０％以上とすることが望ましく、８５％以上とすることがより望ましい。このように、エッチング処理によってガラス塊の重量はわずかに減少するため、所定重量のプリフォームが得られるよう、上記重量減少分を目的重量に加えた重量のガラス塊を成形することが好ましい。
【００２１】
エッチング処理後のガラス塊は滑らかな表面を有し、光学的にも均質であるため、エッチング処理後のガラス塊を精密プレス成形用プリフォームとして使用することができる。なお、熱間成形したガラス塊をアニール処理しないでエッチング処理すると、残留応力によってガラスにひび割れが発生することがある。そのため、エッチング処理前にガラス塊をアニール処理し、ガラス内部の残留応力を低減または除去しておくことが望ましい。アニール処理はガラス塊を徐冷点付近の温度に保持して行えばよい。弗素含有ガラス、特に弗燐酸塩ガラスは熱膨張係数が大きく、ガラス塊成形の過程で応力が残留しやすい。そのため、上記アニール処理はエッチング処理時のひび割れ発生防止に効果的である。
【００２２】
表面脈理層などの表面欠陥層はエッチング処理により除去するが、ガラスの有効利用や生産性向上の面から、表面欠陥層が存在する深さを可能な限り浅くしたり、脈理を低減することが望まれる。表面欠陥層の深さを低減するためには、流出パイプの外周に沿いかつガラスの流出方向（鉛直下方）にガスを流して、流出パイプ外周へのガラスの濡れ上がりを低減したり、雰囲気中の水蒸気が高温のガラス表面と反応するのを低減するため、乾燥雰囲気中で溶融ガラスを流出することが好ましい。
【００２３】
パイプ外周に沿ってガスを流す方法は、滴下法で得られる溶融ガラス滴の重量をより小さくする上でも効果がある。滴下法ではガラスに働く重力とパイプ先端にガラスが留まろうとする表面張力のバランスが崩れて重力が大きくなったときに滴下がおきる。上記のようにパイプ外周に沿って一定流量のガスを定常的に流すことにより、ガラスに加わる下向きの力が大きくなるため、ガスを流さない場合よりもより重量の小さいガラス滴を滴下することができる。なお、ガスはパイプ全周にわたり、パイプ先端付近で層流になるように流すことが好ましい。
【００２４】
ガラス塊表面のエッチング処理は、ガラス塊全表面を一様に除去するため、プリフォームの形状はガラス塊の相似形状になる。したがって、ガラス塊をプリフォームの相似形状に成形することにより、所望形状のプリフォームを容易に得ることもできる。
精密プレス成形によって作製される光学素子としては、レンズなどの回転対称軸を一つ備える形状のものが圧倒的に多い。したがって、プリフォームの形状としても、球状、回転対称軸を一つ備える形状（例えば、回転楕円体や、球を一定の軸方向に延ばした形状やつぶした形状など）が望まれている。このような形状のプリフォームを作製するには、目的とするプリフォーム形状に相似する形状のガラス塊を成形しエッチング処理すればよい。
【００２５】
特に回転対称軸を一つ備える形状など、曲率が異なる曲面によって表面が構成されるガラス塊、これは全表面が曲面によって構成されるガラス塊の中から球状ガラス塊を除いたものであるが、このような形状のガラス塊の全表面を一様な深さにまで機械研磨することは難しい。しかし、本発明によれば、所望形状のガラス塊を熱間成形し、そのガラス塊をエッチング処理することにより容易に上記形状でしかも光学的に均一（一様）なガラスからなるプリフォームを作製することができる。
【００２６】
このような回転対称軸を一つ備える形状としては、前記回転対称軸を含む断面において角や窪みがない滑らかな輪郭線をもつもの、例えば上記断面において短軸が回転対称軸に一致する楕円を輪郭線とするものがある。また、前記断面におけるガラス塊の輪郭線上の任意の点（プリフォームの輪郭線上の任意の点でもよい。）と回転対称軸上にあるガラス塊の重心（プリフォームの重心でもよい。）を結ぶ線と、前記輪郭線上の点において郭線に接する接線とのなす角の一方の角の角度をθとしたとき、前記点が回転対称軸上から出発して輪郭線上を移動するときに、θが９０°から単調増加し、続いて単調減少した後、単調増加して輪郭線が回転対称軸と交わる他方の点において９０°になる形状が好ましい。
一方、球状ガラス塊の球対称性に注目すると、エッチング処理により除去される深さが対称性のために全表面において均一になり、球状ガラス塊をエッチング処理すれば容易に球状プリフォームを作製できるというメリットがある。
【００２７】
次に本発明において使用されるガラスについて説明する。
本発明において使用されるガラスは、熱間成形の際に揮発しやすい弗素を含むものである。このようなガラスとしては、弗燐酸塩ガラス、弗素含有ケイ酸塩ガラス、弗素含有ホウケイ酸塩ガラス、弗素含有ホウ酸塩ガラスなどを例示することができる。なかでも、弗燐酸塩ガラスはアッベ数（νｄ）が６５以上の低分散ガラス製プリフォーム用の材料として非常に重要なガラスである。また、銅イオンを含有させることにより、近赤外線吸収特性を付与し、半導体撮像素子の色補正用フィルター材料としても有用なガラスである。
【００２８】
このように重要なガラスでありながら、弗素の揮発や流出時のパイプ外周へのガラスの濡れ上がりにより、高品質なプリフォームを高い歩留まりで熱間成形できないという問題が、弗素含有ガラス製、特に弗燐酸塩ガラス製プリフォームの熱間成形実現を阻んできた。しかし、本発明により、表面脈理などをエッチング処理で除去することにより、弗素含有ガラス製、特に弗燐酸塩ガラス製プリフォームの熱間成形による量産の道が開かれることになった。
【００２９】
弗燐酸塩ガラスはガラス転移温度が比較的低く、精密プレス成形に適している。精密プレス成形性ならびに熱間成形性の面、ならびにアッベ数（νｄ）が６５以上の低分散特性の付与という観点から好ましい弗燐酸塩ガラスは、カチオン成分としてＡｌ、Ｃａ、Ｓｒを、アニオン成分としてＦ、Ｏを必須成分として含むものであり、特に好ましい弗燐酸塩ガラス（以下、ガラスＡという。）は、モル％表示で、Ａｌ（ＰＯ３）３  ０〜２０％、Ｂａ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｍｇ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｃａ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｓｒ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、Ｚｎ（ＰＯ３）２  ０〜３０％、ＮａＰＯ３  ０〜１５％、ＡｌＦ３  ２〜４５％、ＺｒＦ４  ０〜１０％、ＹＦ３  ０〜１５％、ＹｂＦ３  ０〜１５％、ＧｄＦ３  ０〜１５％、ＢｉＦ３  ０〜１５％、ＬａＦ３  ０〜１０％、ＭｇＦ２  ０〜２０％、ＣａＦ２  ２〜４５％、ＳｒＦ２  ２〜４５％、ＺｎＦ２  ０〜２０％、ＢａＦ２  ０〜３０％、ＬｉＦ  ０〜１０％、ＮａＦ  ０〜１５％、ＫＦ  ０〜１５％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜５％、Ｎａ２Ｏ  ０〜５％、Ｋ２Ｏ  ０〜５％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＣａＯ  ０〜５％、ＳｒＯ  ０〜５％、ＢａＯ  ０〜５％、ＺｎＯ  ０〜５％を含むものである。
【００３０】
上記組成範囲について詳細に説明する。各成分の含有量は特記しない限り、モル％表示とする。
Ａｌ（ＰＯ３）３はガラスの網目構造を構成する成分であり、ガラスの耐候性を高める最も重要な成分であるが、その含有量が２０％を超えると、ガラスの熱安定性が低下し、液相温度も光学特性（分散が高くなる）も大幅に悪化する恐れがあるので、その導入量を２０％以下に制限することが好ましい。より好ましくは０．５〜１５％の範囲である。
【００３１】
Ｂａ（ＰＯ３）２、Ｍｇ（ＰＯ３）２、Ｃａ（ＰＯ３）２、Ｓｒ（ＰＯ３）２はＡｌ（ＰＯ３）３と同様、ガラスの網目構造を構成する成分であると同時に、ガラスの耐候性を向上させる重要な成分である。その含有量が３０％を超えて導入すると、ガラスの分散が高くなるのに加え、Ｐ２Ｏ５の増加により耐候性も悪化する。従って、それぞれの導入量は３０％以下にすることが好ましい。Ｂａ（ＰＯ３）２、Ｍｇ（ＰＯ３）２、Ｃａ（ＰＯ３）２、Ｓｒ（ＰＯ３）２の各成分ともより好ましい含有量は０〜２５％の範囲である。なお、所望の光学恒数を得るためには、前記成分の合計量（Ｍｇ（ＰＯ３）２＋Ｃａ（ＰＯ３）２＋Ｓｒ（ＰＯ３）２＋Ｂａ（ＰＯ３）２）を３５％以下にすることが好ましく、３２％以下とすることがより好ましい。
【００３２】
Ｚｎ（ＰＯ３）２はガラスの安定性を向上させる成分として重要であるが、３０％を超えて導入すると、ガラスの分散が高くなり、耐久性が悪化する。そのため３０％以下の導入量が望ましい。ＮａＰＯ３はガラスの安定性を向上させ、光学特性を向上させる成分であるが、１５％を超えて導入すると耐久性が低下する。そのため導入量を１５％以下とすることが望ましい。
ＡｌＦ３はガラスの安定性を向上し、かつ低分散化にする成分であるが、その含有量が４５％よりも多いとガラスの安定性が著しく低下し、溶解性も悪くなる。一方、２％未満では目標とする光学特性が得られいので、その導入量を２〜４５％の範囲にするのが好ましく、４〜４０％の範囲にするのがより好ましい。
【００３３】
ＺｒＦ４はガラスの網目構造を構成する成分であり、安定性を向上させ、耐久性も向上させる成分であるが、１０％を超えて導入すると、必要な光学特性が得られないだけでなく、過剰な導入は安定性も低下させるため、導入量は１０％以下とすることが望ましい。
【００３４】
ＹＦ３、ＹｂＦ３、ＧｄＦ３、ＢｉＦ３、ＬａＦ３は少量の添加により耐失透性改善の効果が高いが、ＹＦ３、ＹｂＦ３、ＧｄＦ３、ＬａＦ３の量がそれぞれ１５％、１５％、１５％、１５％、１０％を超えると、ガラスが逆に不安定となり、失透しやすくなるので、その導入量をそれぞれ０〜１５％、０〜１５％、０〜１５％、０〜１５％、０〜１０％に抑えることが望ましい。より好ましくはＹＦ３の含有量は０〜１２％、ＹｂＦ３の含有量は０〜１２％、ＧｄＦ３の含有量は０〜１０％、ＢｉＦ３の含有量は０〜１０％、ＬａＦ３の含有量は０〜７％であり、さらに好ましいＧｄＦ３の含有量は０〜８％である。
【００３５】
ＭｇＦ２はガラスを低分散化させる成分であるが、２０％超えて導入すると、ガラスが不安定になるため、２０％以下とすることが望ましい。
ＣａＦ２、ＳｒＦ２は耐失透性を維持しつつ、低分散化するために必要な成分である。特にＣａＦ２がＡｌＦ３との組み合わせでガラス構造を強化する役割を果たし、ガラスの安定化には欠かせない成分である。ＣａＦ２、ＳｒＦ２それぞれの導入量が２％未満ではガラスの安定性向上の観点から十分な量とは言えず、また所望の光学恒数を得ることが困難になる。また、ＣａＦ２、ＳｒＦ２とも４５％を超えて多く導入すると、ガラスを不安定化にする恐れがあるので、ＣａＦ２、ＳｒＦ２の導入量はともに２〜４５％の範囲にとすることが好ましく、ＣａＦ２を５〜４０％、ＳｒＦ２を３〜３５％の範囲とすることがより好ましい。
【００３６】
ＺｎＦ２はガラスの安定化と耐久性の上昇に効果があるが２０％を超えて導入すると安定性が低下するために導入量は２０％以下とすることが望ましい。
ＢａＦ２は耐久性の向上と低分散化に効果あるが３０％を超えて導入すると安定性が低下するため導入量は３０％以下とすることが望ましい。
ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦは少量の添加によりガラスの耐失透性や分散性を良化する効果があるが、過剰導入により、ガラスの安定性が急速に悪化し、耐久性も悪くなるので、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦの導入量はそれぞれ０〜１０％、０〜１５％、０〜１５％にするのが好ましい。より好ましいＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦの導入量はそれぞれ０〜５％、０〜１０％、０〜１０％である。
【００３７】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、は本発明の必須成分ではないが、少量の導入によりガラスの安定性、耐候性、耐久性を改善する効果があるが、過剰導入によりガラスの溶融性を悪化させたり、分散性を悪くしたりする恐れがあるので、各導入量をＬｉ２Ｏ  ０〜５％、Ｎａ２Ｏ  ０〜５％、Ｋ２Ｏ  ０〜５％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＣａＯ  ０〜５％、ＳｒＯ  ０〜５％、ＢａＯ  ０〜５％、ＺｎＯ  ０〜５％とする。より好ましくはＬｉ２Ｏ  ０〜４％、Ｎａ２Ｏ  ０〜４％、Ｋ２Ｏ  ０〜４％、ＭｇＯ  ０〜４％、ＣａＯ  ０〜４％、ＳｒＯ  ０〜４％、ＢａＯ  ０〜４％、ＺｎＯ  ０〜４％である。
【００３８】
上記成分に加え、脱泡や光学恒数を調整するなどの目的で少量のＣｌ、Ｂｒなどの化合物を導入することも可能である。しかし、環境への影響を考慮すると、鉛化合物やヒ素化合物は導入しないことが望ましい。
【００３９】
また、銅含有の弗燐酸塩ガラスも本発明に使用するガラスとして好ましい。弗燐酸塩ガラスをベースに酸化銅を導入することにより、近赤外線吸収特性を付与することができる。上記銅含有弗燐酸塩ガラスからなるプリフォームを精密プレス成形して近赤外線吸収特性を有する光学素子を作ることもできる。ベースとなるガラスとしては上記ガラスＡを例示することができる。このような光学素子は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの半導体撮像素子の色補正用フィルターとして使用することもできる。例えば、薄板状に成形して上記フィルターにしたり、回折格子を成形することによりオプティカルローパスフィルターにしたり、レンズに成形することにより色補正フィルターとレンズ機能を兼備した光学素子にしたり、レンズ表面に回折格子機能を付与したオプティカルローパスフィルター機能とレンズ機能と色補正フィルター機能を兼ね備えた光学素子にすることもできる。
【００４０】
ガラスＡはガラスとして安定しており、そのガラス融液を４０×７０×１５ｍｍのカーボン製の金型に流し、ガラス転移温度まで放冷してから、ガラス転移温度で１時間アニール処理した後、室温までさらに放冷しても、顕微鏡で観察できる結晶は析出しない。
ガラスＡからなるガラス塊を成形する場合、８００〜１１００℃の温度で溶融、清澄した後、大気中、乾燥雰囲気中、あるいはアルゴンなどの希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスに酸素ガスを混合した雰囲気（この場合、酸素の割合は０．１〜５０体積％であることが好ましい。）で白金合金製の流出パイプを通じてガラスを流出して、上記浮上成形法によりガラス塊を作製する。
【００４１】
上記組成のガラスを使用することにより、屈折率（ｎｄ）が１．４２〜１．６、アッベ数（νｄ）が６５以上、好ましくは６５〜９７の範囲の光学恒数を有する光学ガラスからなるプリフォームを作製することができる。また、上記ガラスにおいて、精密プレス成形性をより向上させる上から、屈伏点（Ｔｓ）が５００℃以下のガラスを使用することがより好ましい。
【００４２】
さらに弗燐酸塩ガラスなど弗素含有ガラスには、磨耗度が大きいガラスが多い。磨耗度ＦＡは、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ１０−１９９４「光学ガラスの磨耗度の測定方法」において定義されている量である。磨耗度ＦＡが大きいガラスほど、機械研磨によって平滑な表面を得ることが困難であったり、研磨加工中に割れるなどして研磨に適していない。しかし、本発明によれば機械研磨することなく光学的に均質であり、全表面が滑らかなプリフォームを作ることができる。本発明の適用が好ましいガラスは磨耗度ＦＡが１５０以上のガラス、より好ましくは２００以上のガラス、さらに好ましいガラスは磨耗度ＦＡが３００以上のガラスである。好ましい磨耗度ＦＡの上限は特にないが、６００以下を目安にすればよい。
【００４３】
さらに、温度６０℃、相対湿度９０％の条件下に３５０時間放置した後のヘイズ値が８％以下の高い耐候性を有するガラスを使用することが好ましい。耐候性の高いガラスを使用することにより、上記製法にて作製したプリフォームの表面を長期にわたり良好に保つことができるほか、前記ガラスで作製した光学素子の耐候性も向上することができる。なお、ヘイズ値は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０７−１９７５「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（表面法）」において定義されている量である。
【００４４】
次にガラス塊のエッチング処理について説明する。ガラス塊のエッチング処理は、エッチングガスを用いたドライエッチング処理でもよいし、エッチング液を用いたウェットエッチング処理でもよいが、ガラス塊の全表面を均等に除去する上からエッチング液にガラス塊を浸漬、好ましくはガラス塊全体を浸漬して行うことが好ましい。
【００４５】
機械研磨に対するエッチング処理の優位性の一つは、エッチング処理条件を一定にすればエッチング処理の深さ（エッチングにより除去される深さ）を一定にできる点にある。この優性性と熱間成形の優位性を組合せることにより、溶融ガラスから高品質かつ重量精度の高いプリフォームを生産性よく作ることができる。例えば、流出する溶融ガラスから溶融ガラス塊を分離し、ガラス塊を成形する工程を繰り返して一定重量のガラス塊を複数作製する。そして、前記複数のガラス塊を一定条件のもとにエッチング処理して一定重量のプリフォームを作製する。一定のエッチング条件で一定量のガラスが除去されるから、容易に一定重量のプリフォームを多量に作製することができる。この方法は、ガラス塊をエッチング液に浸漬する時間を一定にする、あるいは複数個のガラス塊を一括してエッチング液に浸漬し、所定時間経過後、一括してエッチング液から取り出すことで容易に行うことができる。その際、エッチング速度に最も大きな影響を与えるのはエッチング液の温度であるから、ガラス塊の高い重量精度を損なうことなく高い重量精度のプリフォームを作るには、エッチング液の温度が一定に保たれるよう精密な温度管理を行うべきである。
なお、ガラス塊及びプリフォームの重量ならびに重量精度は、滴下法を使用した場合、５〜６００ｍｇ、目的重量を基準とした重量公差が±１％以内、降下切断法を使用した場合、２００ｍｇ〜１０ｇ、前記重量公差が±２％以内（好ましくは±１％以内）を目安にすればよい。
【００４６】
エッチング液としては、酸溶液またはアルカリ溶液を使用することができる。前記酸溶液としては、ＨＮＯ３、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６などの溶液、あるいはＨＮＯ３、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ、Ｈ２ＳｉＦ６の中から選ばれる２種以上の酸を混合した混合溶液を例示することができる。前記アルカリ溶液としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３などの溶液、あるいはＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３の中から選ばれる２種以上のアルカリを混合したアルカリ溶液を例示することができる。上記酸溶液あるいはアルカリ溶液にキレート剤、界面活性剤等の助剤を混合してもよい。エッチング液にキレート剤を添加することで、エッチング処理時にガラスの溶解により生成する金属イオンを取り込ませエッチング処理をより均一に行なうことができる。
【００４７】
アルカリ土類金属を含む弗燐酸塩ガラス、例えばガラスＡのようなガラスは、Ｈ２ＳＯ４溶液でエッチング処理すると、エッチング液とガラスの反応によりガラス塊表面に難溶性の塩（ＢａＳＯ４などの硫化塩）が生成する。このような塩がガラス塊表面に堆積するとエッチングの進行が妨げられるため、エッチング液を攪拌することが望ましい。
【００４８】
一方、アルカリ土類金属を含む弗燐酸塩ガラス、例えばガラスＡのようなガラスでもＨＣｌ溶液でエッチング処理するとアルカリ土類金属の塩化物は水溶性なのでエッチング液に溶解し、エッチングの進行を妨げにくい。このような観点からは、酸溶液としてＨＣｌ溶液がより好ましく、次いでＨＮＯ３溶液が好ましい。
一方、難溶性の塩が生成することを利用することもできる。難溶性の塩は液中で沈殿するためエッチング液が飽和してエッチング速度が低下しにくい。また沈殿物も除去すれば繰り返し繰り返しエッチング液として使用することもできる。
ＨＣｌ溶液やＨＮＯ３溶液でエッチング速度が増加することと、Ｈ２ＳＯ４溶液でエッチング速度が減少することを利用し、ＨＣｌとＨ２ＳＯ４の混合溶液、ＨＮＯ３とＨ２ＳＯ４の混合溶液、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４の混合溶液など、エッチング速度が異なる溶液を混合してエッチング速度を調整することもできる。
このようにして作製したプリフォームを洗浄した後に、必要に応じて離型膜などの薄膜を表面に形成してもよい。離型膜としては炭素含有膜、自己組織化膜などを例示することができる。
【００４９】
［光学素子の製造方法］
本発明の光学素子の製造方法は、上記製造方法により作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱、精密プレス成形することを特徴とするものである。
精密プレス成形はモールドオプティクス成形法とも呼ばれ、既に当該発明の属する技術分野においてはよく知られたものである。光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面と呼ぶ。例えばレンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する。精密プレス成形法はプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成する方法である。つまり光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。
【００５０】
本発明によれば、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどの各種光学素子、用途としてはデジタルカメラやフィルム内蔵カメラの撮像光学系を構成するレンズ、カメラ付携帯電話搭載の撮像レンズ、ＣＤやＤＶＤをはじめとする光記録式媒体のデータ読取および／またはデータ書込み用に使用する光線を導光するためのレンズなど各種光学素子を作製することができる。また、銅含有ガラス製のプリフォームを使用すれば半導体撮像素子の色補正機能を有する光学素子を作製することもできる。
なお、これら光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。
精密プレス成形法に使用するプレス成形型としては公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料などの型材の成形面に離型膜を設けたものを例示できるが、炭化珪素製のプレス成形型が好ましい。離型膜としては炭素含有膜、貴金属合金膜などを使用することができるが、耐久性、コストの面などから炭素含有膜が好ましい。
精密プレス成形法では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つため成形時の雰囲気を非酸化性ガスにすることが望ましい。非酸化性ガスとしては窒素、窒素と水素の混合ガスなどが好ましい。
【００５１】
次に本発明の光学素子の製造方法に特に好適な精密プレス成形法について説明する。
（精密プレス成形法１）
この方法は、プレス成形型に前記プリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを共に加熱し、精密プレス成形するというものである（精密プレス成形法１とういう）。
精密プレス成形法１において、プレス成形型と前記プリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが１０６〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。
また前記ガラスが１０１２ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０１４ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０１６ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。
上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
【００５２】
（精密プレス成形法２）
この方法は、前記プリフォームを加熱した後に、プレス成形型に導入し、精密プレス成形する、すなわち、プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形するというものである（精密プレス成形法２という）。
この方法によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、前記型の消耗を低減することができる。
また、プリフォーム加熱をプレス成形型内で行う必要がないので、使用するプレス成形型の数を少なくすることもできる。
【００５３】
精密プレス成形法２において、前記プリフォームを構成するガラスが１０９ｄＰａ・ｓ以下、より好ましくは１０５〜１０９ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。
また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが１０５．５〜１０９ｄＰａ・ｓ、より好ましくは１０５．５ｄＰａ・ｓ以上１０９ｄＰａ・ｓ未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
またプレス開始と同時又はプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温させるが、前記ガラスが１０９〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度を目安にすればよい。
この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が１０１２ｄＰａ・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
精密プレス成形された光学素子はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。また、レンズを成形した場合には、心取り加工を行ってもよい。また、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。
このようにして、弗素含有ガラスからなる高品質な光学素子を高い生産性のもとに作製することができる。
【実施例】
【００５４】
次に、本発明を、実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、この例によってなんら限定されるものではない。
（１）表１〜表４に使用したガラスの組成を光学恒数（屈折率ｎｄ、アッべ数νｄ）、転移温度（Ｔｇ）、屈伏点（Ｔｓ）とともに表１〜表４に示す。温度履歴によって光学恒数がごく僅かだけ変化するが、組成、光学恒数（屈折率ｎｄ、アッべ数νｄ）、転移温度（Ｔｇ）、屈伏点（Ｔｓ）は、プリフォーム、光学素子においても同じと考えてよい。
【００５５】
上記ガラスを作るには、各成分の原料として各々相当する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物など、例えば、Ａｌ（ＰＯ３）３、Ｂａ（ＰＯ３）２、ＡｌＦ３、ＹＦ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦなどを用いて表１〜表４に示した所定の割合に２５０〜３００ｇ秤量し、十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１２００〜１４５０°Ｃに保持した電気炉中において、攪拌しながら大気中、乾燥雰囲気、あるいはアルゴンなどの希ガスや窒素など不活性ガスと呼ばれるガスに０．１〜５０体積％の酸素ガスを混合した雰囲気中で２〜４時間、加熱、溶融を行った。溶融後、溶融ガラスを４０×７０×１５ｍｍのカーボン製の金型に流し込み、ガラス転移温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラス転移温度付近で約１時間アニールた後、炉内で室温まで放冷した。得られたガラス中には、顕微鏡で観察できる結晶は析出していなかった。
【００５６】
なお、表１〜表４に示されたガラスの屈折率（ｎｄ）、アッべ数（νｄ）、転移温度（Ｔｇ）、屈伏点（Ｔｓ）は以下のようにして測定した。
（ａ）屈折率（ｎｄ）及びアッべ数（νｄ）
ガラス転移温度と屈伏点の間の温度で保持したガラスを、降温速度−３０℃／時で降温して得られたガラスについて測定した。
（ｂ）転移温度（Ｔｇ）及び屈伏点（Ｔｓ）
理学電機株式会社の熱機械分析装置により昇温速度を４℃／分として測定した。
【００５７】
また表１中の実験Ｎｏ．１および２のガラスについては、以下のようにして測定した磨耗度を示した。
（ｃ）磨耗度（ＦＡ）
測定面積が９ｃｍ２の試料を、水平に毎分６０回転する鋳鉄製平面皿の中心より８０ｍｍの定位置に保持し、平均粒径２０μｍのアルミナ砥粒１０ｇに水２０ｍｌを添加したラップ液を５分間一様に供給し、９．８０Ｎの荷重をかけてラッピングする。ラッピング前後の試料質量を秤量して磨耗重量ｍを求める。同様にして日本工学硝子工業会で指定された標準試料（ＢＳＣ７）の磨耗質量ｍ０を測定し、次式により磨耗度（ＦＡ）を算出する。
【００５８】
ＦＡ＝［（ｍ／ｄ）／（ｍ０／ｄ０）］×１００
（なお、ｄは試料の比重、ｄ０は標準試料（ＢＳＣ７）の比重である）
【００５９】
【表１】
2005247658.tif 000002
【００６０】
【表２】
2005247658.tif 000003
【００６１】
【表３】
2005247658.tif 000004
【００６２】
【表４】
2005247658.tif 000005
【００６３】
（２）次に表１〜表４に示したガラスが得られる溶融ガラスを溶融温度８００〜１１００℃にて多量に溶融し、清澄、均質化して一定の流量で白金合金製の流出パイプから流出した。
溶融ガラスの流出は、大気中、乾燥雰囲気中、あるいは酸素ガスを０．１〜５０体積％含む不活性ガス（窒素またはアルゴン、または窒素とアルゴンの混合ガス）雰囲気中で行った。
流出する溶融ガラスから所定重量の溶融ガラス塊を滴下法により分離してガスを噴出するガラス塊成形型で受け、ガラスを浮上しながら上下動させて球状のガラス塊に成形した。一定の時間間隔で滴下する溶融ガラス滴を次々とガラス塊成形型で受けて浮上成形することにより、一定重量のガラス塊を次々と成形する。ガラス塊が変形しない温度にまで冷却した後に型から取り出す。このようにして表１〜表４に示す各ガラスからなる球状ガラス塊を複数個作製した。
【００６４】
また、溶融ガラス塊を降下切断法により分離し、多孔質により形成された凹部を有するガラス塊成形型で受け、多孔質の微細な孔からガスを噴出することにより、表１〜表４に示す各ガラスからなるガラス塊を成形した。この方法でも分離の時間間隔を一定にして、上記工程を繰り返し行うことにより、一定重量のガラス塊を複数個作製した。なお、この方法で成形したガラス塊の形状は、１つの回転対称軸を備え、長径と短径を有するとともに、表面が曲面からなる形状であり、本発明における表面が曲率の異なる曲面によって構成される形状であり、扁平球に近似した形状に相当する。
【００６５】
このようにして成形したいずれのガラス塊とも、室温までに冷却した後、アニ−ル炉に入れてガラス転移温度よりも１０℃程度低い温度で一時間アニール処理し、３０℃／時の速度で室温まで降温して歪みを低減した。なお、上記いずれの方法で成形したガラス塊も高い重量精度を有している。なお、得られたガラス塊の重量公差は、目的重量を基準にして±１％以内であった。
これらガラス塊の表面を光学顕微鏡で拡大観察すると微細な表面脈理が全表面にわたって観察された（図１参照）。
【００６６】
（３）次に、濃度３０重量％の硝酸水溶液、濃度３５重量％の塩酸、濃度２重量％のＨ２ＳｉＦ６水溶液の３種類のエッチング液を用意し、室温で各エッチング液にガラス塊全体を浸漬して、全表面を０．１ｍｍ（１００μｍ）程度の深さまでエッチング処理して表面層を除去するとともに、所定重量のガラス塊とした。エッチング処理後、ガラス塊を洗浄、乾燥し、表面を光学顕微鏡で拡大観察したところ、表面脈理は認められなかった。さらにガラス塊内部を観察したところ、内部にも脈理は認められなかった（図１参照）。このようにして光学的に均質な脈理のないガラス塊が得られたので、このガラス塊を精密プレス成形用プリフォームとした。なお、エッチング処理後のプリフォームの重量公差は、目的とするプリフォームの重量を基準にして±１％以内であった。このような作業を繰り返し、エッチング液の種類、濃度、温度、浸漬時間、ガラスの組成とエッチングの深さの関係を得る。
【００６７】
次に等重量の複数個のガラス塊を同時に上記各種エッチング液に没するように浸漬し、上記エッチング条件と同じ条件で全ガラス塊の全表面を深さ０．１ｍｍのところまで除去し、エッチング処理前のガラス塊の形状に近似したプリフォームを作製する。このようにして作製されたプリフォームすべては光学的に均質であり、表面脈理も内部の脈理も認められず、表面の失透もなかった。そして、各プリフォームとも所定の重量であり、重量精度の高い複数個のプリフォームを同時に生産することができた。なお、エッチング処理後の各プリフォームの重量公差は、目的とするプリフォームの重量を基準にして±１％以内であった。プリフォームの全表面には精密プレス成形時の離型性を高めるための離型膜を設けてもよい。このような離型膜としては炭素膜や自己組織化膜などを例示することができる。
【００６８】
（４）このようにして得られたプリフォームを加熱し、図２に示すプレス装置を用い、精密プレス成形（非球面精密プレス）することにより非球面レンズを得た。精密プレス成形の詳細は次にとおりである。上記プリフォーム４を、非球面形状を有するＳｉＣ製の下型２及び上型１の間に静置した後、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱した。成形金型内部の温度をガラスの屈伏点＋２０〜６０°Ｃとなる温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を押してプレス成形型内のプリフォーム４を精密プレス成形した。成形圧力８ＭＰａ、成形時間３０秒とし、プレス後、成形圧力を減少させて成形された弗燐酸塩ガラス製の非球面レンズを下型２及び上型１と接触させたままの状態でガラス転移温度−３０°Ｃの温度までに徐冷し、次いで室温まで急冷した。その後、非球面レンズをプレス成形型から取り出し、形状の測定および外観検査を行った。得られた非球面レンズは、きわめて精度の高いレンズであった。なお、符号３は案内型、９は支持棒、１０は支持台、１４は熱伝対である。
【００６９】
このレンズの表面を光学顕微鏡で拡大観察したところ、使用したプリフォーム同様、表面脈理も内部の脈理も認められず、高品質なレンズであることが確かめられた。
プレス成形型に予熱された上記プリフォームを導入し、精密プレス成形する方法でも高品質、高精度な弗燐酸塩ガラスからなる非球面レンズを成形することができた。
なお、プリフォームの形状、寸法は作製しようとする精密プレス成形品の形状等により適宜、決めればよい。
【００７０】
上記実施例では非球面レンズを成形したが、最終製品の形状に合わせたプレス成形型を用いつことにより、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、平凹レンズ、両凹レンズなどの各種非球面レンズあるいは各種球面レンズ、あるいはプリズム、ポリゴンミラー、回折格子などの光学素子を作製することもできる。
また、銅含有弗燐酸塩ガラスを用いてプリフォームを同様に作製し、上記方法と同様に精密プレス成形することにより、近赤外線吸収ガラスからなる各種光学素子を作製することもできる。このような光学素子は半導体撮像素子の色補正用フィルターとして使用することができる。
なお、得られた各光学素子の光学機能面には必要に応じて反射防止膜あるいは高反射膜などの光学多層膜を形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法によれば、揮発性の高い弗素を含むガラスを使用して熱間成形を行っても、内部および表面品質の良好な精密プレス成形用プリフォームを高い生産性のもとに製造することができる。
また、本発明の光学素子の製造方法によれば、上記方法によって作られたプリフォームを精密プレス成形するので、弗素含有ガラスからなる高品質な光学素子を生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】弗燐酸塩ガラスからなるガラス塊のエッチング処理前およびエッチング処理後の１例の光学顕微鏡写真図である。
【図２】実施例で使用した精密プレス成形装置の１例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  上型
２  下型
３  案内型（胴型）
４  プリフォーム
９  支持棒
１０  支持台
１１  石英管
１２  ヒーター
１３  押し棒
１４  熱伝対
【図１】
2005247658.tif 000006
【図２】
2005247658.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月23日(2005.2.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
ＹＦ3、ＹｂＦ3、ＧｄＦ3、ＢｉＦ3、ＬａＦ3は少量の添加により耐失透性改善の効果が高いが、ＹＦ3、ＹｂＦ3、ＧｄＦ3、ＢｉＦ3、ＬａＦ3の量がそれぞれ１５％、１５％、１５％、１５％、１０％を超えると、ガラスが逆に不安定となり、失透しやすくなるので、その導入量をそれぞれ０〜１５％、０〜１５％、０〜１５％、０〜１５％、０〜１０％に抑えることが望ましい。より好ましくはＹＦ3の含有量は０〜１２％、ＹｂＦ3の含有量は０〜１２％、ＧｄＦ3の含有量は０〜１０％、ＢｉＦ3の含有量は０〜１０％、ＬａＦ3の含有量は０〜７％であり、さらに好ましいＧｄＦ3の含有量は０〜８％である。