(57)【要約】【課題】  プレス成形されるガラス製の光学素子やその素材となる光学ガラスはもちろん、射出成形されるプラスチックス製の光学素子をアニーリングする場合、半日程度から数週間程のアニーリングが必要であり、極めて効率が悪い。【解決手段】  本発明においては、レンズやプリズムあるいはグレーティングなどのガラス製または樹脂製の光学素子Ｗをアニーリングしてその内部残留歪みなどを除いたり、所望の光学特性、例えば所望の屈折率に調整する場合、この光学素子Ｗのアニーリングを大気圧よりも高圧の加圧雰囲気にて行うことにより、光学素子Ｗに圧縮力を与えてアニーリング処理時間を短縮化させるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子のアニーリングを大気圧よりも高圧の加圧雰囲気にて行うことを特徴とするアニーリング方法。
【請求項２】
アニーリングは、主として光学素子の屈折率を調整するためのものであることを特徴とする請求項１に記載のアニーリング方法。
【請求項３】
前記光学素子が光学ガラスをプレス成形したものであるか、光学樹脂を成形したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアニーリング方法。
【請求項４】
光学ガラスのアニーリングを大気圧よりも高圧の加圧雰囲気にて行うことを特徴とするアニーリング方法。
【請求項５】
アニーリングは、主として光学ガラスの屈折率を調整するためのものであることを特徴とする請求項４に記載のアニーリング方法。
【請求項６】
雰囲気圧力が１メガパスカル以上かつ１００メガパスカル以下であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のアニーリング方法。
【請求項７】
アニーリング中における雰囲気圧力が一定であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のアニーリング方法。
【請求項８】
光学素子または光学ガラスを保持するワークベンチと、
このワークベンチを収容するチャンバが画成された熱処理炉と、
前記チャンバ内を加熱する加熱手段と、
前記チャンバ内を加圧する加圧手段と、
前記加熱手段および前記加圧手段の作動を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とするアニーリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ガラスや光学素子のアニーリング方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製のレンズやプリズムあるいはフィルタなどの光学素子の素材となる光学ガラスは、るつぼ内で均一に溶解された後、長時間、例えば数十時間から数週間のアニーリングを経てるつぼから取り出され、製品化されている。また、プレス成形によって製造されるガラス製の光学素子は、その製造過程における急冷処理によって成形前の屈折率よりも低くなっているため、通常、半日程度のアニーリングによって所定の屈折率に調整されて出荷される。同様に、射出成形されるプラスチックス製の光学素子においても、その製造過程における急冷処理によって屈折率が低下している上、内部残留歪みに伴う複屈折現象が発生している場合が多く、これも１日程のアニーリングによって所定の屈折率に調整されると共に内部残留歪みを除去して複屈折現象が発生しないように配慮している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プレス成形されるガラス製の光学素子やその素材となる光学ガラスはもちろん、射出成形されるプラスチックス製の光学素子は、アニーリングによってそれらの屈折率の調整や内部残留歪みの除去が行われているが、対象物の大きさによっても異なるが、従来では極めて長時間、具体的には半日程度から数週間程のアニーリングが必要であり、極めて効率が悪いものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の形態は、レンズやプリズムあるいはグレーティングなどの光学素子をアニーリングしてその内部残留歪みなどを除いたり、所望の光学特性、例えば所望の屈折率に調整する場合、この光学素子のアニーリングを大気圧よりも高圧の加圧雰囲気にて行うことを特徴とするものである。この場合、光学素子が光学ガラスをプレス成形したものや、光学樹脂を成形したものであってよい。
【０００５】
本発明においては、加圧雰囲気にて光学素子のアニーリングが行われるため、光学素子に作用する圧縮力によってアニーリングによる効果が促進される。特に、光学素子の密度と屈折率とは比例関係にあるため、この光学素子を加圧することによって、その屈折率が早く所望の値に達することとなる。
【０００６】
本発明の第２の形態は、光学素子の加工素材となる光学ガラスをアニーリングしてその内部残留歪みなどを除いたり、所望の光学特性、例えば所望の屈折率に調整する場合、この光学ガラスのアニーリングを大気圧よりも高圧の加圧雰囲気にて行うことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においても、加圧雰囲気にて光学ガラスのアニーリングが行われるため、光学ガラスに作用する圧縮力によってアニーリングによる効果が促進される。特に、光学ガラスの密度と屈折率とは比例関係にあるため、この光学ガラスを加圧することによって、その屈折率が早く所望の値に達することとなる。
【０００８】
本発明の第１および第２の形態によるアニーリング方法において、大気圧よりも高圧の加圧雰囲気は、１〜１００メガパスカルの範囲内にあることが好ましい。その理由は、圧力が１メガパスカル未満の場合には本発明による効果をそれほど期待することができず、逆に圧力が１００メガパスカルを越えると、アニーリングを行うための熱処理炉の耐圧性を保つためのコストが急激に嵩むためである。  
また、アニーリング中における雰囲気圧力は一定であってよい。
【０００９】
本発明の第３の形態は、光学素子または光学ガラスを保持するワークベンチと、このワークベンチを収容するチャンバが画成された熱処理炉と、前記チャンバ内を加熱する加熱手段と、前記チャンバ内を加圧する加圧手段と、前記加熱手段および前記加圧手段の作動を制御する制御手段とを具えたことを特徴とするアニーリング装置にある。
【００１０】
本発明においては、熱処理炉内のワークベンチ上に光学素子またはその加工素材となる光学ガラスを載せ、熱処理炉内を密閉して制御手段を介して加熱手段によりチャンバ内を所定の温度にまで加熱して冷却を行う。このアニーリング中に制御手段を介して加圧手段によりチャンバ内が所定の圧力に加圧保持される。これにより、アニーリング中の光学素子または光学ガラスに圧縮力が作用し、内部残留歪みなどの除去や光学特性、例えば屈折率の調整が迅速化される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の形態によるアニーリング方法によると、光学素子のアニーリングを大気圧よりも高圧の加圧雰囲気にて行うようにしたので、光学素子が圧縮された状態で熱処理がなされる結果、光学素子のアニーリングに要する時間を従来のものよりも大幅に短縮化させることができ、例えば１０分程度から数時間以内に終えることが可能である。  
特に光学素子が樹脂製の場合、屈折率の調整と相俟って複屈折の低減を迅速に行うことができる。
【００１２】
本発明の第２の形態によるアニーリング方法によると、光学ガラスのアニーリングを大気圧よりも高圧の加圧雰囲気にて行うようにしたので、光学ガラスが圧縮された状態で熱処理がなされる結果、光学ガラスのアニーリングに要する時間を従来のものよりも大幅に短縮化させることができ、例えば数時間以内に終えることが可能である。
【００１３】
雰囲気圧力を１〜１００メガパスカルの範囲に設定した場合、アニーリングの所要時間の短縮化とアニーリングを行うための熱処理炉の耐圧性とのバランスを良好に保つことができる。
【００１４】
アニーリング中における雰囲気圧力を一定に保つようにした場合、アニーリング中における雰囲気圧力の制御が極めて容易となる。
【００１５】
本発明の第３の形態によるアニーリング装置によると、光学素子または光学ガラスが収容されるチャンバを画成する炉本体と、チャンバ内を加熱する加熱手段と、チャンバ内を加圧する加圧手段と、これら加熱手段および加圧手段の作動を制御する制御手段とを具えているので、本発明の第１または第２の形態によるアニーリング方法を実現することができ、光学素子や光学ガラスにおける内部残留応力の除去やその屈折率の調整などを極めて短時間で処理することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明によるアニーリング方法を実現し得るアニーリング装置の一実施形態について、図１を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００１７】
本実施形態におけるアニーリング装置の概略を図１に示す。すなわち、このアニーリング装置は、市販のＨＩＰ（Hot Isostatic Press：熱間静水圧加圧装置）を転用したものであり、光学素子または光学ガラスなどのワークＷを保持するワークベンチ１１と、このワークベンチ１１を収容するチャンバ１２が画成された熱処理炉１３と、チャンバ１２内を加熱する本発明の加熱手段としての電気ヒータ１４と、チャンバ１２内を加圧する加圧手段１５と、電気ヒータ１４および加圧手段１５の作動を制御する制御手段１６とを具えている。
【００１８】
熱処理炉１３は、ワークベンチ１１に対してワークＷの出し入れを行うための開閉蓋１７をさらに有し、チャンバ１２内の温度および圧力を検出するための温度センサ１８および圧力センサ１９が組み込まれている。これら温度センサ１８および圧力センサ１９の検出信号は制御装置１６に出力される。
【００１９】
加圧手段１５は、アルゴンガスなどの不活性ガスを貯留する図示しないタンクと、このタンク内の不活性ガスをチャンバ１２内に圧送する図示しないポンプなどを具えている。
【００２０】
制御装置１６は、予め設定されたプログラムに従い、電気ヒータ１４および加圧手段１５のオン／オフ制御を行う他、上述した温度センサ１８および圧力センサ１９の検出信号に基づいて電気ヒータ１４および加圧手段１５のフィードバック制御を行い、ワークＷのアニーリングの間、チャンバ１２内を大気圧よりも高圧の加圧雰囲気に保持する。
【００２１】
このようなアニーリング装置を用い、ワークＷとして光学ガラスブロックや光学素子を実際に処理した実施例１〜６を以下に示す。比較として例示した従来のアニール条件下でのアニーリングは、大気圧雰囲気のマッフル炉にて行った。なお、実施例１，３で使用した硝材は、株式会社オハラのＬ−ＢＡＬ４２（屈折率：１.５８３１３，アッベ数：５９.４，ガラス転移温度：５０４℃）であり、実施例２，４，５で使用した硝材は、株式会社住田光学ガラスのＫ−ＶＣ８９(屈折率：１.８１０００，アッベ数：４１.０，ガラス転移温度：５２８℃)である。また、実施例５で使用した光学樹脂は、日本ゼオン株式会社のZeonex である。
【実施例１】
【００２２】
ワークは、縦，横，高さが２００×２００×５０mmで屈折率が１.５３１３０となった光学ガラスブロックであり、アニーリング後の屈折率が１.５８３１３となるようにアニール条件を調整した。このアニール条件は、従来の場合、４８５℃で６時間加熱した後、２４時間後に２８５℃となるように冷却する必要があった。従って、処理時間は３０時間となる。
【００２３】
これに対し、本実施例では４８５℃で１時間加熱した後、４時間後に３８５℃となるように冷却し、これらの間、チャンバ内を１０MＰa（メガパスカル）に保持することによって、従来のものと同じ結果を得ることができた。つまり、処理時間を従来の１／６の５時間に短縮できた。
【実施例２】
【００２４】
ワークは、縦，横，高さが４００×４００×１００mmで屈折率が１.８０５３０となった光学ガラスブロックであり、アニーリング後の屈折率が１.８１０００となるようにアニール条件を調整した。このアニール条件は、従来の場合、５１０℃で１５時間加熱した後、３１２時間後に１２０℃となるように徐冷する必要があった。従って、処理時間は３２７時間となる。
【００２５】
これに対し、本実施例では５１０℃で１時間加熱した後、４時間後に４１０℃となるように冷却し、これらの間、チャンバ内を４０MＰaに保持することによって、従来のものと同じ結果を得ることができた。つまり、処理時間を従来の約１／６５の５時間へと大幅に短縮できた。
【実施例３】
【００２６】
ワークは、直径が２５mm，中心部の厚みが３mmで屈折率が１.５８０３０となったプレス成形による光学ガラス製両凸レンズであり、アニーリング後の屈折率が１.５８３１３となるようにアニール条件を調整した。このアニール条件は、従来の場合、４６０℃で４時間加熱した後、４時間後に４２０℃となるように冷却する必要があった。従って、処理時間は８時間となる。
【００２７】
これに対し、本実施例では４６０℃で３０分間加熱した後、１時間後に４２０℃となるように冷却し、これらの間、チャンバ内を１MＰaに保持することによって、従来のものと同じ結果を得ることができた。つまり、処理時間を従来の約１／５の１時間３０分へと短縮できた。
【実施例４】
【００２８】
ワークは、直径が１５mm，中心部の厚みが２mmで屈折率が１.８０４３３となったプレス成形による光学ガラス製メニスカス凹レンズであり、アニーリング後の屈折率が１.８１０００となるようにアニール条件を調整した。このアニール条件は、従来の場合、５１０℃で４時間加熱した後、４時間後に４７０℃となるように冷却する必要があった。従って、処理時間は８時間となる。
【００２９】
これに対し、本実施例では５１０℃で３０分間加熱した後、３０分後に４７０℃となるように冷却し、これらの間、チャンバ内を２５MＰaに保持することによって、従来のものと同じ結果を得ることができた。つまり、処理時間を従来の１／８の１時間へと短縮できた。
【実施例５】
【００３０】
ワークは上述した実施例４と同じものであるが、本実施例ではアニール条件として５１０℃で６分間加熱した後、６分後に４７０℃となるように冷却し、これらの間、チャンバ内を１００MＰaに保持してアニーリング後の屈折率が１.８１０００となるように調整した。本実施例の場合、処理時間を従来の方法の１／４０へと大幅に短縮でき、チャンバ内を加圧するほど処理時間が短くなることを確認できた。
【実施例６】
【００３１】
ワークは、直径が２５mm，中心部の厚みが３mmの熱可塑性非晶質プラスチックから射出成形によって作られた両凸レンズであるが、複屈折のためにΔｎの屈折率のばらつきを持っているため、アニーリング後の屈折率のばらつきが０.１Δｎ程度まで小さくなるようにアニール条件を調整した。このアニール条件は、従来の場合、１５０℃で６時間加熱した後、２時間後に１４０℃となるように冷却し、さらにこの１４０℃の状態を１時間保持した後、１２時間後に８０℃となるように冷却する必要があった。従って、処理時間は２１時間となる。ただし、アニーリング後のワークの屈折率のばらつきは０.２Δｎであった。
【００３２】
これに対し、本実施例では１５０℃で１２分間加熱した後、６分後に１４０℃となるように冷却し、さらにこの１４０℃の状態を６分間保持した後、３０分後に８０℃となるように冷却し、これらのアニーリングの間、チャンバ内を５０MＰaに保持することによって、屈折率のばらつきを０.０５Δｎにまで低減させることができた。この場合の処理時間は従来の約１／２０の１時間へと短縮できた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるアニーリング方法を実施し得る本発明によるアニーリング装置の概略構造を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ｗ  ワーク
１１  ワークベンチ
１２  チャンバ
１３  熱処理炉
１４  電気ヒータ
１５  加圧手段
１６  制御手段
１７  開閉蓋
１８  温度センサ
１９  圧力センサ
【図１】
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