(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の素材と第２の素材を加熱・加圧して接合し光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
前記第１の素材に前記第２の素材を載置する工程と、
前記第１の素材と前記第２の素材間の接合面の気体を抜く工程と、
前記第１の素材と前記第２の素材を加熱して加圧する工程と、を備え、
前記第１の素材と前記第２の素材はともに板状であり、
前記第１の素材は結晶体であり、
前記第２の素材は光学ガラスであり、
前記光学ガラスよりも前記結晶体の外径の方が小さく、
前記気体を抜く工程では、前記結晶体及び前記光学ガラスを挟んで対向配置された型のうち前記結晶体側の型と、前記結晶体及び前記光学ガラスの周囲に位置するリング部材又はスリーブと、前記結晶体と、前記光学ガラスとで形成される空間の気体を前記接合面よりも前記結晶体側から抜くことで、前記接合面の気体を抜く、
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
第１の素材と第２の素材を加熱・加圧して接合し光学素子を製造する光学素子の製造装置において、
前記第１の素材に前記第２の素材を載置した状態で、前記第１の素材と前記第２の素材間の接合面の気体を除去する吸引手段と、
前記第１の素材と前記第２の素材を加熱する加熱手段と、
前記第１の素材と前記第２の素材を上型と下型で加圧するための加圧手段と、を備え、
前記第１の素材と前記第２の素材はともに板状であり、
前記第１の素材は結晶体であり、
前記第２の素材は光学ガラスであり、
前記光学ガラスよりも前記結晶体の外径の方が小さく、
前記吸引手段は、前記結晶体及び前記光学ガラスを挟んで対向配置された型のうち前記結晶体側の型と、前記結晶体及び前記光学ガラスの周囲に位置するリング部材又はスリーブと、前記結晶体と、前記光学ガラスとで形成される空間の気体を前記接合面よりも前記結晶体側から抜くことで、前記接合面の気体を抜く、
ことを特徴とする光学素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の素材と第２の素材を加熱・押圧して接合し光学素子を製造する光学素子の製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる光学素材を加熱・加圧して光学素子を一体的に成形する技術として、従来、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。
図９Ａ〜図９Ｃは、この特許文献１に記載された光学素子の成形工程を示している。
【０００３】
図９Ａにおいて、下型１１０の成形面１１１ａに平凸レンズ１１２の凸面を載置し、この平凸レンズ１１２の平面（上面）側にフラットプリフォーム１１４を載置する。この状態で、下型１１０にスリーブ１１１を嵌め込み、次に上型１０８をスリーブ１１１に嵌め込む。こうして、上型１０８と下型１１０との間に平凸レンズ１１２及びフラットプリフォーム１１４を挟み込む。このセットされた金型を、不図示の加熱炉内で成形温度に達するまで加熱する。
【０００４】
次いで、図９Ｂに示すように、セットされた金型を成形温度に保持した状態で、この金型に成形圧力を加え、フラットプリフォーム１１４を変形させて所望の平凹レンズ１１６を形成すると同時に、平凸レンズ１１２と平凹レンズ１１６を界面１１７で接合させる。こうして、加圧が完了した後に金型を常温まで冷却し、残留歪の低減等のため所定圧で加圧する。
【０００５】
冷却完了後は、図９Ｃに示すように、金型を分解して、平凸レンズ１１２と平凹レンズ１１６とが一体化された複合レンズ１２０を取り出す。
【特許文献１】特開２００７−１４５６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来の成形技術では、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、例えば、表裏両面を高精度に研磨した結晶体１４０と光学ガラス１４２を２枚重ねて圧力Ｐを加えても密着することは稀である。このため、２枚の接合面間に空気層１４４が残ってしまう。
【０００７】
従って、この状態で成形しても空気層１４４を排除することはできず、接合面間に泡１４６となって残ってしまう。さらに、この泡１４６は、入射した光を乱反射する等、光学素子の光学性能を低下させる。
【０００８】
なお、光学ガラス１４２の変形によっては、空気層１４４は光学素子外に排気されることもあるが、その確率は低く、分断された空気層１４４は圧縮されて泡１４６となって残りやすい。
【０００９】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、第１の素材と第２の素材を加熱・加圧して接合する際、第１と第２の素材の界面に空気層が生じないようにした光学素子の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
第１の素材と第２の素材を加熱・加圧して接合し光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
前記第１の素材に前記第２の素材を載置する工程と、
前記第１の素材と前記第２の素材間の接合面の気体を抜く工程と、
前記第１の素材と前記第２の素材を加熱して加圧する工程と、を備え、
前記第１の素材と前記第２の素材はともに板状であり、
前記第１の素材は結晶体であり、
前記第２の素材は光学ガラスであり、
前記光学ガラスよりも前記結晶体の外径の方が小さく、
前記気体を抜く工程では、前記結晶体及び前記光学ガラスを挟んで対向配置された型のうち前記結晶体側の型と、前記結晶体及び前記光学ガラスの周囲に位置するリング部材又はスリーブと、前記結晶体と、前記光学ガラスとで形成される空間の気体を前記接合面よりも前記結晶体側から抜くことで、前記接合面の気体を抜くことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、
第１の素材と第２の素材を加熱・加圧して接合し光学素子を製造する光学素子の製造装置において、
前記第１の素材に前記第２の素材を載置した状態で、前記第１の素材と前記第２の素材間の接合面の気体を除去する吸引手段と、
前記第１の素材と前記第２の素材を加熱する加熱手段と、
前記第１の素材と前記第２の素材を上型と下型で加圧するための加圧手段と、を備え、
前記第１の素材と前記第２の素材はともに板状であり、
前記第１の素材は結晶体であり、
前記第２の素材は光学ガラスであり、
前記光学ガラスよりも前記結晶体の外径の方が小さく、
前記吸引手段は、前記結晶体及び前記光学ガラスを挟んで対向配置された型のうち前記結晶体側の型と、前記結晶体及び前記光学ガラスの周囲に位置するリング部材又はスリーブと、前記結晶体と、前記光学ガラスとで形成される空間の気体を前記接合面よりも前記結晶体側から抜くことで、前記接合面の気体を抜くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１の素材と第２の素材を加熱・加圧して接合する際、第１と第２の素材の界面に空気層が生じないようにすることができる。これにより、光学的に優れた光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、光学素子の製造装置の概念を示す図である。
【００１５】
同図において、この製造装置１０は、対向配置された上側プレート１２及び下側プレート１４と、これらの間に配置された型セット１６と、この型セット１６の側方に配置された加熱手段としてのヒータ１８と、後述する結晶体４０と光学ガラス４２との接合面（界面）の気体を除去する吸引手段としての吸引装置２０と、を有している。
【００１６】
上側プレート１２には、型セット１６の上型２６を加圧する加圧手段としての加圧装置２２が設けられている。内部空間を吸引装置２０により減圧された後、型セット１６はヒータ１８で加熱され、さらに加圧装置２２により下側プレート１４と上側プレート１２との間に挟まれた状態で加圧される。
【００１７】
図２は、型セット１６の断面図を示している。
型セット１６は、上型２６、下型２８、及びスリーブ３０を有している。上型２６及び下型２８は、スリーブ３０の内部で、それぞれの成形面２６ａ，２８ａが対向するようにスリーブ３０の両端側から嵌挿されている。スリーブ３０は円筒状に形成されている。上型２６は段付き円柱状をなし、その先端部に凸球面状の成形面２６ａが形成されている。
【００１８】
また、下型２８も段付き円柱状をなし、その先端部に平坦な成形面２８ａが形成されている。更に、この下型２８の成形面２８ａの周囲には、一段低い平坦な段差面２８ｂが形成されている。また、これら成形面２８ａと段差面２８ｂとは平行に形成されている。なお、上型２６の成形面２６ａは球面に限らず非球面等であってもよい。
【００１９】
下型２８の段差面２８ｂには、リング部材３２が載置されている。このリング部材３２は、中央に小径の孔３３と大径の孔３４が形成され、これら２つの孔３３，３４が段差面３５で連通されている。
【００２０】
リング部材３２は、大径の孔３４を介して下型２８の成形面２８ａの外周部に嵌合されている。また、リング部材３２の小径の孔３３は上型２６の成形面２６ａが挿通可能な大きさに形成されている。
【００２１】
さらに、リング部材３２が下型２８に嵌合した状態では、下型２８の段差面２８ｂから下型２８の成形面２８ａまでの高さ寸法Ａと、下型２８の段差面２８ｂからリング部材３２の段差面３５までの高さ寸法Ｂとの間に隙間が生じるように、
Ａ＜Ｂ
の関係になっている。
【００２２】
この隙間を介してキャビティ内の気体が除去されるようにしている。
下型２８には、細径のエア吸引孔３８が２つ形成されている。このエア吸引孔３８は吸引装置２０（図１参照）に接続されている。なお、このエア吸引孔３８の数は限定されるものではないが、例えば２個設けられていれば十分と考えられる。
【００２３】
このエア吸引孔３８は、後述する異なる材料（４０，４２）を加圧・押圧する際に、界面の気体を除去するためのものである。
上型２６は、スリーブ３０の軸方向に摺動可能となっている。また、下型２８の成形面２８ａ上には、第１の素材としての平板状の結晶体４０と第２の素材としての平板状の光学ガラス４２が載置される。
【００２４】
なお、上型２６及び下型２８は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研磨して仕上げられている。
図３及び図４に示すように、結晶体４０と光学ガラス４２とは、光学ガラス４２の外径Ｄ２よりも結晶体４０の外径Ｄ１の方が小さい。これにより、エア吸引孔３８は、結晶体４０と光学ガラス４２との界面と接続されるようになっている。
【００２５】
次に、この図３及び図４に基づき本実施の形態の作用を説明する。
吸引装置２０上に下型２８を載置する。ただし、必ずしも吸引装置２０上に下型２８を置かなくてもよく、例えば、エア吸引孔３８から空気が吸引されるようにホース等で吸引装置２０と接続してもよい。
【００２６】
次いで、下型２８上にリング部材３２を嵌合する。
一方で、結晶体４０と光学ガラス４２を準備する。結晶体４０としては、光学ガラス４２の成形温度では変形しないようなＹＡＧ等が用いられる。また、光学ガラス４２としては、例えばバリウム系の光学ガラスが用いられる。これら結晶体４０と光学ガラス４２は、いずれも板状をなし、表裏両面が平坦に研磨されている。
【００２７】
次に、下型２８の成形面２８ａ上に結晶体４０を載置し、さらにその上に光学ガラス４２を載置する。
このとき、リング部材３２の小孔３３の直径は光学ガラス４２の直径と略等しく、また、結晶体４０の直径は光学ガラス４２の直径よりも小さい。このため、結晶体４０と光学ガラス４２の界面とエア吸引孔３８とは連通するようになっている。
【００２８】
この状態で、吸引装置２０を駆動して、下型２８に設けたエア吸引孔３８から、結晶体４０と光学ガラス４２との間に介在する空気層を吸引除去する。
この後、下型２８にスリーブ３０を嵌め込み、次に上型２６をスリーブ３０に嵌め込んで型セット１６の組み込みを完了する。
【００２９】
次に、吸引装置２０による気体の吸引を止めて、型セット１６を成形機に投入する。次いで型セット１６を加熱して内部の結晶体４０と光学ガラス４２を加熱する。さらに、前述した加圧装置２２（図１参照）により上型２６をプレスすることにより、上型２６が下降し、上型２６と下型２８によって結晶体４０と光学ガラス４２とが押圧される。そして、結晶体４０と光学ガラス４２とが界面で一体的に接合された光学素子が得られる。
【００３０】
なお、本実施形態では、界面の気体を吸引除去してからスリーブ３０と上型２６を嵌め込んで型セット１６を組み立てる場合について説明したが、この組立順序は種々変更が可能である。
【００３１】
また、本実施形態では、結晶体４０と光学ガラス４２の界面が平面である場合について説明したが、これに限らない。例えば、界面が曲面であってもよい。さらに、減圧してから加熱する場合について説明したが、減圧しながら加熱してもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、下型２８の成形面２８ａとリング部材３２の内側面、及び光学ガラス４２の一面とで囲まれたキャビティ空間の気圧を減圧する場合について説明したが、これに限らない。例えば、型セット１６を組み立てた状態で型セット１６内の密閉空間の全体の気圧を減圧してもよい。
【００３３】
本実施形態によれば、結晶体４０と光学ガラス４２間の接合面の気体を抜く工程と、結晶体４０と光学ガラス４２を加熱して加圧する工程とを備えたことにより、結晶体４０と光学ガラス４２の界面の気体を吸引して界面に気体が残留しないようにしたため、成形された光学素子に泡が発生するのを防止することができる。これにより、光学機能的に優れた光学素子を得ることができる。
［第２の実施の形態］
図５及び図６は、第２の実施の形態の型セットの断面図を示している。
【００３４】
なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態において、上型２６及び下型２８は、スリーブ３０の内部で、それぞれの成形面２６ａ，２８ａが対向するようにスリーブ３０の両端側から嵌挿されている。スリーブ３０は円筒状に形成されている。上型２６は円柱状をなし、その先端部に凸球面状の成形面２６ａが形成されている。
【００３５】
また、下型２８も円柱状をなし、その先端部に平坦な成形面２８ａが形成されている。本実施形態において、下型２８は、気孔率５２％のステンレス鋼（ＳＵＳ）で構成され、耐熱性と通気性を兼ね備えている。
【００３６】
上型２６は、スリーブ３０の軸方向に摺動可能となっている。また、下型２８の成形面２８ａ上には、結晶体４０と光学ガラス４２とが載置される。これら結晶体４０と光学ガラス４２は、いずれも板状をなしている。
【００３７】
図６に示すように、スリーブ３０の内径は光学ガラス４２の直径と略等しく、また、結晶体４０の直径は光学ガラス４２の直径よりも小さい。これにより、スリーブ３０の内周面と結晶体４０の外周面、及び光学ガラス４２の一面と下型２８の成形面２８ａとの間に空間４４が形成される。この空間４４は、結晶体４０と光学ガラス４２との界面にも連通している。
【００３８】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
下型２８にスリーブ３０を嵌め込み、下型２８の成形面２８ａ上に結晶体４０を載置し、さらにその上に光学ガラス４２を載置する。次いで、上型２６をスリーブ３０に嵌め込んで型セット１６の組み込みを完了する。
【００３９】
次に、吸引装置２０上に下型２８を載置するか、または、下型２８の内部を介して空気が吸引されるようにホース等で吸引装置２０と接続する。
この状態で、吸引装置２０を駆動して、下型２８の下方から負圧により空間４４内の空気を吸引する。これにより、空間４４内の空気を吸引して気圧を減圧し、この空間４４と連通している結晶体４０と光学ガラス４２との間の界面の空気層が除去される。
【００４０】
次に、吸引装置２０による気体の吸引を止めて、型セット１６を成形機に投入する。次いで型セット１６を加熱して内部の結晶体４０と光学ガラス４２を加熱する。さらに、前述した加圧装置２２（図１参照）によりプレスすることにより、結晶体４０と光学ガラス４２とが界面で一体的に接合された光学素子が得られる。
【００４１】
なお、本実施形態でも、結晶体４０と光学ガラス４２の界面が平面である場合について説明したが、これに限らず、例えば界面が曲面であってもよい。
本実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、結晶体４０と光学ガラス４２の界面の気体を吸引して界面に気体が残留しないようにしたため、成形された光学素子に泡が発生するのを防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、下型２８の全体に気孔が形成されているので、下型２８にエア吸引孔３８を新たに形成する工程を削除することができる。さらに、下型２８の断面全体で略均一に気体を吸引することができ、結晶体４０と光学ガラス４２間の界面の気体を確実に抜くことができる。
［第３の実施の形態］
図７及び図８は、第３の実施の形態の型セットの断面図を示している。
【００４３】
なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、光学ガラス４２の側面をテーパ加工し、リング部材３２に形成したテーパ面４６との密着性ないし光学ガラス４２の中心位置決めの精度向上を図ったものである。
【００４４】
本実施形態において、上型２６は段付き円柱状をなし、その先端部に凸球面状の成形面２６ａが形成されている。また、下型２８も段付き円柱状をなし、その先端部に平坦な成形面２８ａが形成されている。更に、この下型２８の成形面２８ａの周囲には、一段低い平坦な段差面２８ｂが形成されている。また、これら成形面２８ａと段差面２８ｂとは平行に形成されている。
【００４５】
下型２８の段差面２８ｂに載置されたリング部材３２には、小径の孔３３と大径の孔３４が形成され、これら２つの孔３３，３４が段差面３５で連通されている（図８参照）。また、小径の孔３３の上部には、所定角度傾斜したテーパ面４６が形成されている。
【００４６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
吸引装置２０上に下型２８を載置するか、または、エア吸引孔３８から空気が吸引されるようにホース等で吸引装置２０と接続する。次いで、下型２８上にリング部材３２を嵌合する。
【００４７】
次に、平板状の結晶体４０と、側面をテーパ加工した光学ガラス４２を準備する。これら結晶体４０と光学ガラス４２は、いずれも板状をなしている。このときの光学ガラス４２のテーパ面の傾斜は、リング部材３２のテーパ面４６の傾斜と同一に形成する。
【００４８】
次に、下型２８の成形面２８ａ上に結晶体４０を載置し、さらにリング部材３２のテーパ面４６に光学ガラス４２を載置する。このとき、載置後の光学ガラス４２の対向側の平面が結晶体４０の平面と密接するようにする。これにより、光学ガラス４２は光軸がリング部材３２の中心と一致した状態で結晶体４０の上面に載置される。
【００４９】
ここで、図８に示すように、結晶体４０の外径（直径）は光学ガラス４２の下端面の直径よりも小さい。また、結晶体４０の外径はリング部材３２の小径の孔３３の直径よりも小さい。これにより、結晶体４０と光学ガラス４２の間の界面とエア吸引孔３８とは連通するようになっている。
【００５０】
なお、本実施の形態では、結晶体４０の外径を光学ガラス４２の下端面の直径よりも小さくしているが、結晶体４０と光学ガラス４２との界面とエア吸引孔３８とが連通していれば、これに限らず、結晶体４０の外径を光学ガラス４２の下端面の直径よりも大きくしても良い。
【００５１】
この状態で、吸引装置２０を駆動する。そして、下型２８に設けたエア吸引孔３８から、結晶体４０と光学ガラス４２との間に介在する空気層を吸引除去する。
この後、下型２８にスリーブ３０を嵌め込み、次に上型２６をスリーブ３０に嵌め込んで型セット１６の組み込みを完了する。
【００５２】
次に、吸引装置２０による気体の吸引を止めて、型セット１６を成形機に投入する。次いで型セット１６を加熱して内部の結晶体４０と光学ガラス４２を加熱する。さらに、前述した加圧装置２２（図１参照）によりプレスすることにより、結晶体４０と光学ガラス４２とが界面で一体的に接合された光学素子を得ることができる。
【００５３】
なお、本実施形態においても、結晶体４０と光学ガラス４２の界面が平面である場合について説明したが、これに限らず、例えば界面が曲面であってもよい。
本実施形態によれば、光学ガラス４２の側面をテーパ加工したので、リング部材３２に形成したテーパ面４６との密着性を向上することができるとともに、光学ガラス４２の中心位置決めの精度向上を図ることができる。これにより、内部に泡等の存在しないかつ高精度な光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】光学素子の製造装置の概念を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の型セットの断面図である。
【図３】第１と第２の素材を挟持した型セットの断面図である。
【図４】同上の拡大断面図である。
【図５】第２の実施の形態の型セットの断面図である。
【図６】同上の拡大断面図である。
【図７】第３の実施の形態の型セットの断面図である。
【図８】同上の拡大断面図である。
【図９Ａ】従来の光学素子の成形工程を示す図である。
【図９Ｂ】従来の光学素子の成形工程を示す図である。
【図９Ｃ】従来の光学素子の成形工程を示す図である。
【図１０Ａ】２枚の接合面間に空気層が残る状態を示す図である。
【図１０Ｂ】２枚の接合面間に泡が残る状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０      製造装置
１２      上側プレート
１４      下側プレート
１６      型セット
１８      ヒータ
２０      吸引装置
２２      加圧装置
２６      上型
２８      下型
３０      スリーブ
３２      リング部材
３３      小径の孔
３４      大径の孔
３５      段差面
３８      エア吸引孔
４０      結晶体（第１の素材）
４２      光学ガラス（第２の素材）
４４      空間
４６      テーパ面
１０８    上型
１１０    下型
１１１    スリーブ
１１２    平凸レンズ
１１４    フラットプリフォーム
１１６    平凹レンズ
１１７    界面
１２０    複合レンズ
１４０    結晶体
１４２    光学ガラス
１４４    空気層
１４６    泡
【図１】
0005108625.tif 000002
【図２】
0005108625.tif 000003
【図３】
0005108625.tif 000004
【図４】
0005108625.tif 000005
【図５】
0005108625.tif 000006
【図６】
0005108625.tif 000007
【図７】
0005108625.tif 000008
【図８】
0005108625.tif 000009
【図９Ａ】
0005108625.tif 000010
【図９Ｂ】
0005108625.tif 000011
【図９Ｃ】
0005108625.tif 000012
【図１０Ａ】
0005108625.tif 000013
【図１０Ｂ】
0005108625.tif 000014