JP7001999B2

JP7001999B2 - 光学素子の製造方法

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Publication number: JP7001999B2
Application number: JP2018000094A
Authority: JP
Inventors: 高宏俣野; 佳久高山
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2018-01-04
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2038-01-04
Also published as: JP2019119646A

Description

本発明はレンズアレイ等の光学素子の製造方法に関する。

近年、サーバ等の処理容量の増加、光回路の実装技術の向上、光素子および光部品の低コスト化等に伴い、インターコネクトの方式が電気から光へと移行しつつある。光インターコネクトにおいて、レンズアレイはレーザから出射された光を光ファイバに集光したり、光ファイバから出射される光をフォトダイオード等の光検出器へと集光する役割を持つ。レンズアレイは、基板上に単数または複数のレンズ部分が形成されてなるものである。具体的には、矩形基板上の略中央部に複数のレンズ部分が直線上に形成されてなるものが挙げられる。

前記用途に用いられるレンズアレイの製造方法として、従来は、光学ガラスに対してエッチング処理を施す製造方法が挙げられている。しかしながら、この製造方法では、複数の工程を必要とし、作製時間が長く、コストが非常に高いという問題がある。そこで、光学ガラスのインゴットを研削、研磨したプリフォームガラスを加熱プレスする製造方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１０－５３０２０号公報

特許文献１の製造方法においても、プレスするための母材を最終製品の寸法形状近くまで加工する必要がある。よって、依然として、作製時間が長く、コストが高いという問題がある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、作製時間を短縮し、低コストである光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光学素子の製造方法は、軟化点≦６００℃のＳｉ－Ｌａ系ガラス、Ｂｉ－Ｂ系ガラス、Ｐ－Ｎｂ系ガラスまたはＳｉ－Ｂ系ガラスからなるガラス母材を加熱プレスすることにより、ガラス母材を薄肉化して平板状ガラス中間母材を得る第一のプレス工程、及び、前記平板状ガラス中間母材を加熱プレスすることにより、平板状ガラス中間母材の表面に凹凸構造を形成する第二のプレス工程を含むことを特徴とする。なお、「Ｓｉ－Ｌａ系ガラス」とは、ＳｉＯ_２及びＬａ_２Ｏ_３を必須成分として含有するガラスを意味する。「Ｂｉ－Ｂ系ガラス」とは、Ｂｉ_２Ｏ_３及びＢ_２Ｏ_３を必須成分として含有するガラスを意味する。「Ｐ－Ｎｂ系ガラス」とは、Ｐ_２Ｏ_５及びＮｂ_２Ｏ_５を必須成分として含有するガラスを意味する。「Ｓｉ－Ｂ系ガラス」とは、ＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３を必須成分として含有するガラスを意味する。

本発明の光学素子の製造方法は、第一のプレス工程により、ガラス母材の厚みを最終製品の厚みに加工できることから、研削工程や研磨工程を省略できる。それゆえ、光学素子を短時間かつ容易に、しかも低コストで製造することができる。なお、軟化点≦６００℃のガラスは耐候性が低い傾向にあるため研磨工程にてヤケが発生しやすいが、本発明の光学素子の製造方法は研磨工程を省略できるためヤケが発生しにくい。

本発明により製造する光学素子は、レンズアレイ、波長フィルターまたは反射防止板であることが好ましい。

本発明の光学素子の製造方法は、研削工程や研磨工程を省略できる。しかも、プレス温度が低いため、表面精度の高い（例えば、研磨等による線状溝の少ない）レンズアレイを短時間かつ容易に、しかも低コストで製造することができる。

本発明の光学素子の製造工程を示す模式的断面図である。（ａ）レンズアレイの一例を示す平面図である。（ｂ）レンズアレイの一例を示す縦断面図である。

本発明の光学素子の製造方法について図１を用いて説明する。まず、軟化点≦６００℃のガラス母材１を用意する。ガラス母材１は、次のようにして作製すればよい。所望の組成を有し、軟化点≦６００℃のガラスとなるように調合したガラス原料を溶融し、溶融ガラスとする。次に、溶融ガラスをインゴットに成形して硝材を得る。さらに、得られた硝材を加工して所望のガラス母材１を作製する。なお、ガラス母材１を構成するガラスの組成については、後述する。また、ガラス母材１の軟化点は、低いほど好ましく、５５０℃以下、特に５００℃以下であることが好ましい。後述するように、プレス金型の耐熱温度を考慮すると、プレス時の加熱温度には制約がある。一方、例えば、第一のプレス工程では、ガラス母材１を所望の厚みまで薄板化できるように、ガラス母材１を十分に軟化させる必要がある。しかし、ガラス母材１の軟化点が高すぎると、プレス金型の耐熱温度を超えない範囲で、ガラス母材を十分に軟化させることが困難になる。それゆえ、ガラス母材１の軟化点は低いほど有利となる。

なお、ガラス転移点と軟化点の差が小さいほど、プレス成型後にガラス母材が早く固化するためガラス母材と金型が融着しにくくなる。具体的には、ガラス母材のガラス転移点と軟化点の差は、２４５℃以下、２２０℃以下、特に２００℃以下であることが好ましい。

次に、軟化点≦６００℃のガラス母材１を平板状の上下金型２を用い低温で加熱プレスすることにより、ガラス母材１を十分に軟化変形させ、ガラス母材１より厚みの薄い平板状ガラス中間母材３を得る。（第一のプレス工程）ここで、プレス温度が軟化点＋３０℃未満の場合、ガラス母材１が十分に軟化変形しない。また、金型の耐熱温度は、通常６３０℃以下であるため、ガラス母材１の軟化点を、６００℃以下にする必要がある。すなわち、軟化点＞６００℃のガラス母材１を使用すると、平板状ガラス中間母材３を得る工程において、十分に軟化変形しない、または、プレス温度が高くなり金型が破損する等の問題が発生する。なお、第一のプレス工程におけるプレス温度は、軟化点＋３０℃以上、特に、軟化点＋４０℃以上であることが好ましい。プレス温度の上限は特に限定されないが、軟化点＋１００℃以下であることが好ましい。

次に、平板状の下金型４ｂと凹凸構造形成用上金型４ａとを用いて、平板状ガラス中間母材３を低温で加熱プレスすることにより、ガラス板の表面に凹凸構造が形成されてなる光学素子５を得ることができる。（第二のプレス工程）凹凸構造とは、複数の突起部を含む構造であり、前記突起部の形状は特に限定されない。なお、第二のプレス工程におけるプレス温度は、軟化点＋３０℃以上、特に、軟化点＋４０℃以上であることが好ましい。プレス温度の上限は特に限定されないが、軟化点＋１００℃以下であることが好ましい。

ガラス母材は、Ｓｉ－Ｌａ系ガラス、Ｂｉ－Ｂ系ガラス、Ｐ－Ｎｂ系ガラスまたはＳｉ－Ｂ系ガラスである。Ｓｉ－Ｌａ系ガラス、Ｂｉ－Ｂ系ガラス、Ｐ－Ｎｂ系ガラス及びＳｉ－Ｂ系ガラスは、低軟化点を達成しやすいため、本発明におけるガラス母材として好適である。

Ｓｉ－Ｌａ系ガラスとしては、質量％で、ＳｉＯ_２１～３０％、Ｌａ_２Ｏ_３１～３０％、Ｂ_２Ｏ_３１～３０％、Ａｌ_２Ｏ_３０～１０％、ＺｎＯ１～２０％、ＣａＯ０～２０％、Ｌｉ_２Ｏ０．１～２０％、ＴｉＯ_２０～１５％、Ｎｂ_２Ｏ_５１～３０％、ＺｒＯ_２０～１０％、ＷＯ_３０～１５％を含有するものが好ましい。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を詳述する。なお、特に断りが無い場合、以下の「％」は「質量％」を意味する。

ＳｉＯ_２は、液相粘度を高め、また耐候性を向上させる効果がある。ＳｉＯ_２の含有量は１～３０％、１～２７％、２～２４％、特に３～２１％であることが好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。ＳｉＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスの溶解性が悪化したり、ＳｉＯ_２を含む失透物が析出しやすくなる。

Ｌａ_２Ｏ_３は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、１～３０％、２～２８％、特に５～２５％であることが好ましい。Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラスが着色し透過率が低下したり、また液相粘度が低下しやすくなる。

Ｂ_２Ｏ_３は、液相粘度を高め、また耐候性を向上させ、さらにガラスの高温粘性を低下させる効果がある。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は１～３０％、４～２８％、８～２６％、特に１２～２４％であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、耐候性が悪化したり、成形時に蒸発して脈理が発生しやすくなる。

Ａｌ_２Ｏ_３は、液相粘度を高め、また耐候性を向上させる効果がある。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０～１０％、０～７％、１～４％、特に１～３％であることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラスの溶解性が悪化したり、Ａｌ_２Ｏ_３を含む失透物が析出しやすくなる。

ＺｎＯは、耐候性を維持しながら、ガラスの高温粘性を低下させ、また軟化点を低下させる効果がある。ＺｎＯの含有量は１～２０％、３～１８％、５～１６％、特に７～１４％であることが好ましい。ＺｎＯの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、ＺｎＯの含有量が多すぎると、耐候性が悪化しやすくなり、またプレス成型する際にガラスが金型に融着しやすくなる。

ＣａＯは、耐候性を維持しながら、ガラスの高温粘性を低下させ、また軟化点を低下させる効果がある。ＣａＯの含有量は０～２０％、１～１８％、３～１６％、特に５～１４％であることが好ましい。ＣａＯの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。ＣａＯの含有量が多すぎると、耐候性が悪化しやすくなり、またＣａＯを含む失透物が析出しやすくなり、さらにプレス成型する際にガラスが金型に融着しやすくなる。

Ｌｉ_２Ｏは、ガラスの高温粘性を低下させ、また軟化点を著しく低下させる効果がある。Ｌｉ_２Ｏの含有量は、０．１～２０％、０．５～１８％、１～１６％、２～１４％、特に２．５～１２％であることが好ましい。Ｌｉ_２Ｏの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｌｉ_２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が悪化しやすくなり、また液相粘度が低下しやすくなる。

ＴｉＯ_２は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。ＴｉＯ_２の含有量は、０～１５％、１～１５％、２～１３％、３～１１％、４～９％、特に５～８％であることが好ましい。ＴｉＯ_２の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、ＴｉＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また液相粘度が低下しやすくなる。

Ｎｂ_２Ｏ_５は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は、１～３０％、２～２７％、３～２４％、４～２１％、特に５～１８％であることが好ましい。Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また液相粘度が低下しやすくなる。

ＺｒＯ_２は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。ＺｒＯ_２の含有量は、０～１０％、０～７％、特に０．１～４％であることが好ましい。ＺｒＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また液相粘度が低下しやすくなる。

ＷＯ_３は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。ＷＯ_３の含有量は、０～１５％、０～１０％、特に１～５％であることが好ましい。ＷＯ_３の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また液相粘度が低下しやすくなる。

Ｂｉ－Ｂ系ガラスとしては、質量％で、Ｂｉ_２Ｏ_３２０～９０％、Ｂ_２Ｏ_３１０～３０％、ＧｅＯ_２０～５．５％を含有するものが好ましい。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を説明する。なお、特に断りがない場合、以下の成分含有量に関する説明において、「％」は「質量％」を意味する。

Ｂｉ_２Ｏ_３は、屈折率を高め、また軟化点を著しく低下させる効果がある。Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量は２０～９０％、２０～８５％、２５～８０％、特に３０％～７５％であることが好ましい。Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなったり、耐失透性が低下する傾向がある。

Ｂ_２Ｏ_３は、光透過率を高める効果がある。特に、高屈折率のガラスの場合は、Ｂ_２Ｏ_３による光透過率向上の効果が得られやすい。また、失透を抑制する効果も有する。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、１０％以上、１２％以上、特に１４％以上であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量の上限は特に限定しないが、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が相対的に少なくなって、屈折率が低下しやすくなったり、化学耐久性が低下しやすくなる。よって、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、３０％以下、特に２８％以下であることが好ましい。

ＧｅＯ_２は、高屈折率かつ高分散の光学特性を得るための成分である。ただし、多量に添加すると透過率が低下しやすくなる。また、ＧｅＯ_２は高価な原料であるため、多量に使用するとガラスコストが高くなる。したがって、ＧｅＯ_２の含有量は０～５．５％、０～５％、０～４．５％、特に０．１～４．５％が好ましい。

上記成分以外にも、Ｂｉ－Ｂ系ガラスには、ＳｉＯ_２０～２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ０～４０％、Ａｌ_２Ｏ_３０～１０％、ＺｒＯ_２０～１０％、Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３＋ＴｉＯ_２０～４０％等を含有させることができる。

Ｐ－Ｎｂ系ガラスとしては、質量％で、Ｐ_２Ｏ_５２５～４０％、Ｎｂ_２Ｏ_５１０～３０％、ＳｉＯ_２０～４％、Ｂ_２Ｏ_３０～４％、Ａｌ_２Ｏ_３０～４％、ＺｎＯ０～１１％、Ｌｉ_２Ｏ１．５～６％、Ｎａ_２Ｏ１～２０％、Ｋ_２Ｏ０～７％、ＴｉＯ_２１～１１％、Ｂｉ_２Ｏ_３０～１５％、ＷＯ_３０～１０％を含有するものが好ましい。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を詳述する。なお、特に断りが無い場合、以下の「％」は「質量％」を意味する。

Ｐ_２Ｏ_５は、耐失透性を向上させ液相粘度を高め、またガラスの高温粘性を低下させ、さらに軟化点を低下させる効果がある。Ｐ_２Ｏ_５の含有量は２５～４０％、２６～３８％、２７～３６％、特に２８～３４％であることが好ましい。Ｐ_２Ｏ_５の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、耐候性が悪化しやすくなり、またプレス成型する際にガラスが金型に融着しやすくなる。

Ｎｂ_２Ｏ_５は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は、１０～３０％、１２～２８％、１４～２６％、１６～２４％、特に１８～２２％であることが好ましい。Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなる。

ＳｉＯ_２は、耐候性を向上させる効果がある。ＳｉＯ_２の含有量は０～４％、０～３％、特に０．１～２％であることが好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が多すぎると、耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなり、また屈折率が低下しやすくなり、さらにガラスの溶解性が悪化しやすくなる。

Ｂ_２Ｏ_３は、耐候性を向上させる効果がある。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は０～４％、０～３％、特に０．１～２％であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなり、また屈折率が低下しやすくなり、さらにガラスの溶解性が悪化しやすくなる。

Ａｌ_２Ｏ_３は、耐候性を向上させる効果がある。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０～４％、０～３％、特に０．１～２％であることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなり、また屈折率が低下しやすくなり、さらにガラスの溶解性が悪化しやすくなる。

ＺｎＯは、耐候性を維持しながら、ガラスの高温粘性を低下させ、また軟化点を低下させる効果がある。ＺｎＯの含有量は０～１１％、１～８％、特に２～５％であることが好ましい。ＺｎＯの含有量が多すぎると、耐候性が悪化しやすくなり、またプレス成型する際にガラスが金型に融着しやすくなる。

Ｌｉ_２Ｏは、ガラスの高温粘性を低下させ、また軟化点を著しく低下させる効果がある。Ｌｉ_２Ｏの含有量は、１．５～６％、２～５％、特に２～４％であることが好ましい。Ｌｉ_２Ｏの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｌｉ_２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が悪化しやすくなり、また耐失透性が悪化し液相粘度が低下しやすくなる。

Ｎａ_２Ｏは、ガラスの高温粘性を低下させ、また軟化点を著しく低下させる効果がある。Ｎａ_２Ｏの含有量は、１～２０％、３～１８％、５～１６％、特に７～１４％であることが好ましい。Ｎａ_２Ｏの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｎａ_２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が悪化しやすくなり、また耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなる。

Ｋ_２Ｏは、ガラスの高温粘性を低下させ、また軟化点を低下させる効果がある。Ｋ_２Ｏの含有量は、０～７％、０～６％、０～５％、特に０．１～４％であることが好ましい。Ｋ_２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が悪化しやすくなり、また耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなる。

ＴｉＯ_２は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。ＴｉＯ_２の含有量は、１～１１％、２～１０％、特に３～９％であることが好ましい。ＴｉＯ_２の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、ＴｉＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなる。

Ｂｉ_２Ｏ_３は、屈折率を高め、また軟化点を著しく低下させる効果がある。Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量は、０～１５％、０～１２％、特に１～９％であることが好ましい。Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、またガラスがプレス金型に融着しやすくなる。

ＷＯ_３は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。ＷＯ_３の含有量は、０～１０％、３～９％、特に６～９％であることが好ましい。ＷＯ_３の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなる。

上記成分以外にも、Ｐ－Ｎｂ系ガラスには以下に示す種々の成分を含有させることができる。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、耐候性を維持しながら、ガラスの高温粘性を低下させ、また軟化点を低下させる効果がある。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は０～２％、特に０．１～１％であることが好ましい。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が多すぎると、耐失透性が悪化し液相粘度が低下したり、また耐候性が悪化しやすくなり、さらにプレス成型する際にガラスが金型に融着しやすくなる。ここで、「ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ」は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量の合量を意味する。

なお、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量の好ましい範囲は以下の通りである。

ＭｇＯの含有量は０～２％、特に０～１％であることが好ましい。

ＣａＯの含有量は０～２％、特に０．１～１％であることが好ましい。

ＳｒＯの含有量は０～２％、特に０～１％であることが好ましい。

ＢａＯの含有量は０～２％、特に０～１％であることが好ましい。

ＺｒＯ_２は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。ＺｒＯ_２の含有量は、０～５％、０～３％、特に０～１％であることが好ましい。ＺｒＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなる。

Ｌａ_２Ｏ_３は、屈折率を高め、また耐候性を向上させる効果がある。Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、０～５％、０～３％、特に０．１～１％であることが好ましい。Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラスが着色して透過率が低下したり、また耐失透性が悪化して液相粘度が低下しやすくなる。

Ｓｉ－Ｂ系ガラスとしては、質量％で、ＳｉＯ_２１０～７０％、Ｂ_２Ｏ_３１～６０％、Ａｌ_２Ｏ_３０～３０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ０～５０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ０．１～３０％を含有するものが好ましい。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を説明する。なお、特に断りがない場合、以下の成分含有量に関する説明において、「％」は「質量％」を意味する。ここで、「ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ」は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＺｎＯの含有量の合量を意味する。「Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ」は、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量の合量を意味する。

ＳｉＯ_２は、耐候性を向上させる効果がある。ＳｉＯ_２の含有量は１０～７０％、２０～６２％、３０～６０％、特に４０～６０％であることが好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、ＳｉＯ_２の含有量が多すぎると、高温粘性が高くなる。また、屈折率が低く、軟化点が高くなる傾向にある。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスの高温粘性を下げる効果がある。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は１～６０％、５～４０％、１０～３０％、特に１５～２５％であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると耐候性が低下する傾向にある。

Ａｌ_２Ｏ_３は、耐候性を向上させる効果がある。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０～３０％、５～２５％、特に１０～２０％であることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラスの高温粘性が高くなる。また屈折率が低くなる傾向や、軟化点が高くなる傾向がある。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＺｎＯは、ガラスの高温粘性を下げるのに効果的である。また、耐候性を高める成分でもある。これらの合量は、０～５０％、５～４５％、１０～４０％、特に１５～３５％であることが好ましい。これらの合量が多すぎると、成形時に失透を生じやすくなる。

ＭｇＯは、耐候性を高めるとともに、屈折率を高めるために３０％まで添加することができる。ＭｇＯの含有量は３０％以下、２０％以下、特に１０％以下が好ましい。ＭｇＯの含有量が多すぎると、分相する傾向が強く、また液相温度を高める傾向がある。

ＣａＯは、軟化点を低下させる効果がある。また、屈折率を高める効果を有する。ＣａＯの含有量は０～４０％、特に１～３０％であることが好ましい。ＣａＯの含有量が多すぎると、耐候性が悪化する傾向にある。

ＳｒＯは、耐候性を高め、屈折率を高める効果がある。ＳｒＯの含有量は、０～４０％、特に１～３０％であることが好ましい。ＳｒＯの含有量が多すぎると、耐候性が悪化する傾向にある。

ＢａＯは、耐候性を高め、屈折率を高める成分であるとともに、ガラスの液相温度を低下させて、作業性を向上させる成分である。ＢａＯの含有量は、０～４０％、特に１～３０％であることが好ましい。ＢａＯの含有量が多すぎると、耐候性が悪化する傾向にある。

ＺｎＯは、屈折率を高めるとともに、耐候性を向上させるため添加する成分であり、３０％まで含有することができる。ただし、ＺｎＯの含有量が多すぎると、失透傾向が強くなり、均質なガラスが得られにくくなるため、その含有量は２０％以下であることが好ましい。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、溶融温度や軟化点を低下させる効果を有する。これらの合量は、０．１～３０％、１～１８％、特に８～１８％であることが好ましい。これらの合量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、これらの合量が多すぎると、耐候性が悪化する傾向にある。

Ｌｉ_２Ｏは、ガラスの高温粘性、軟化点を低下させる効果がある。Ｌｉ_２Ｏの含有量は０～１２％、特に０．１～１０％であることが好ましい。Ｌｉ_２Ｏの含有量が多すぎると、液相温度が高くなり、作業性が悪くなる。

Ｎａ_２Ｏは、ガラスの高温粘性、軟化点を低下させる効果がある。Ｎａ_２Ｏの含有量は、０～１２％、特に０．１～１０％であることが好ましい。Ｎａ_２Ｏの含有量が多すぎると、ガラス溶融時のＢ_２Ｏ_３－Ｎａ_２Ｏで形成される揮発物が多くなり、脈理の生成を助長する傾向にある。

Ｋ_２Ｏは、ガラスの高温粘性、軟化点を低下させる効果がある。Ｋ_２Ｏの含有量は１２％以下、特に１０％以下であることが好ましい。Ｋ_２Ｏの含有量が多すぎるとガラス溶融時のＢ_２Ｏ_３‐Ｋ_２Ｏで形成される揮発物が多くなり、脈理の生成を助長する傾向にある。

上記成分以外にも、以下に示す種々の成分を含有させることができる。

ＺｒＯ_２は、屈折率を高めるとともに、耐候性を向上させるために添加する成分である。ただし、ＺｒＯ_２の含有量が多すぎると、失透傾向が強くなり、均質なガラスが得られなくなるため、その含有量は３％以下、特に０．１％未満であることが好ましい。

Ｌａ_２Ｏ_３は、屈折率を高める効果がある。ただし、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、失透する傾向にあるため、その含有量は２．５％以下、特に１％未満であることが好ましい。

Ｂｉ_２Ｏ_３は、屈折率を高めるために添加する成分である。ただし、Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラスが着色する傾向があるため、その含有量は５％以下、特に０．１％であることが好ましい。

Ｐ_２Ｏ_５は、液相温度を低下させるために添加する成分である。ただし、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、ガラスが分相しやすくなる傾向にあるため、その含有量は５％以下、特に０．１％未満であることが好ましい。

本発明の方法により製造される光学素子としては、レンズアレイ、波長フィルター、反射防止板等が挙げられる。以下、レンズアレイについて説明する。図２に本発明の製造方法で作製されたレンズアレイの一実施形態を示す。図２に示すように、レンズアレイ６は、ガラス基板７上に複数のレンズ部分８が例えば直線上に形成されてなるものである。
レンズアレイにおけるレンズ部分の曲率半径（中心曲率半径）は、好ましくは０．１０ｍｍ以上、より好ましくは０．１５ｍｍ以上、さらに好ましくは０．１８ｍｍ以上、さらに好ましくは０．２０ｍｍ以上、さらに好ましくは０．２５ｍｍ以上である。レンズ部分の曲率半径が小さすぎると、加熱プレス時の金型凹部におけるガラス充填不足が発生しやすく、所望の寸法を有するレンズアレイが得られにくい。また、金型とガラスの熱膨張差により、レンズ部分に歪が生じて割れが発生しやすくなる。レンズ部分の曲率半径の上限については特に限定されるものではないが、大きすぎるとレンズとしての機能を果たさなくなる（集光機能を有さない）ため、１ｍｍ以下、さらには０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

また、レンズ部分の直径は、好ましくは０．０５～０．５ｍｍ、より好ましくは０．１～０．４ｍｍ、さらに好ましくは０．２～０．３ｍｍである。レンズ部分の直径が小さすぎると、レーザまたは光ファイバから出射された光が全てレンズ部に入射されず、光損失となったり、入射しなかった光がケラレとして周辺の光学系に影響する傾向がある。一方、レンズ部分の直径が大きすぎると、微小なガラス基板上に多数のレンズ部分を形成することが困難となる。

本発明により製造される光学素子は、波長３８０～１６００ｎｍにおける透過率（特に、レンズ部分）が好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、最も好ましくは９９％以上である。波長３８０～１６００ｎｍにおける透過率７０％未満であると、光の散乱や吸収によるロスが大きくなり集光効率に劣る傾向がある。

また、本発明により製造される光学素子をフォトダイオード等の光検出器に紫外線硬化樹脂を用いて接着する場合、光学素子を介して紫外光が紫外線硬化樹脂に照射される。したがって、光学素子の紫外域の透過率が高いほど、紫外線硬化樹脂への光照射量が多くなり硬化しやすくなるため好ましい。具体的には、本発明の光学素子は、波長３３０～３８０ｎｍにおける透過率は、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、最も好ましくは９９％以上である。

なお、ここでいう「透過率」とは、反射を含まない分光透過率を意味しており、光学素子に光線を入射した際の入射光に対する透過光の割合をいう。

本発明により製造される光学素子は、表面に線状突起部が形成されている場合がある。これは、金型表面に形成された研磨傷等が加熱プレス時にガラス表面に転写されてできたものであると考えられ、加熱プレスにより製造された光学素子の特徴とも言える。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
質量％で、ＳｉＯ_２１３．９％、Ｂ_２Ｏ_３１８％、ＺｎＯ１０％、ＣａＯ１９％、Ｌｉ_２Ｏ９％、ＴｉＯ_２５％、Ｎｂ_２Ｏ_５９％、ＺｒＯ_２５％、Ｌａ_２Ｏ_３１１％、Ｓｂ_２Ｏ_３０．１％になるように原料を調合し、１３００℃で１時間溶融した。予熱した金属板上に溶融ガラスを流し出し、アニール後、加工を施すことにより、３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍのガラス母材を作製した。

得られたガラス母材について各特性を測定したところ、屈折率（ｎｄ）が１．７２７、軟化点が４９０℃であった。なお、屈折率はヘリウムランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する測定値で示した。また、軟化点はマクロ型示差熱分析計を用いて１０００℃まで測定して得られたチャートにおいて第四の変曲点の値を軟化点とした。

上記で得られたガラス母材を平板状の上下金型を用いて、窒素雰囲気にて、５２０℃、１００ｋＰａでプレスすることにより、厚み２．５ｍｍの平板状の中間母材を得た。さらに、平板状の下金型と、レンズアレイ形成用上金型とを用いて、中間母材を５３０℃でプレスすることにより、矩形基板上の略中央部に１２個のレンズ部分が直線上に配列された光学素子を得た。

作製した光学素子の形状、寸法は次の通りであった。

基板寸法：２．５×３．３×０．５ｍｍ
レンズ部分（平均値）：曲率半径０．２０１ｍｍ、直径０．２２７ｍｍ
高さ０．０３５ｍｍ

（実施例２）
質量％で、Ｂｉ_２Ｏ_３８０．２％、Ｂ_２Ｏ_３１７．７％、ＷＯ_３２％、Ｓｂ_２Ｏ_３０．１％になるように原料を調合し、９５０℃で１時間溶融した。予熱した金属板上に溶融ガラスを流し出し、アニール後、加工を施すことにより、３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍのガラス母材を作製した。

得られたガラス母材について各特性を測定したところ、屈折率（ｎｄ）が２．０１１、軟化点が４５０℃であった。

上記で得られたガラス母材を平板状の上下金型を用いて、窒素雰囲気にて、４８０℃、１００ｋＰａでプレスすることにより、厚み２．５ｍｍの平板状の中間母材を得た。さらに、平板状の下金型と、レンズアレイ形成用上金型とを用いて、中間母材を５１０℃でプレスすることにより、矩形基板上の略中央部に１２個のレンズ部分が直線上に配列された光学素子を得た。

作製した光学素子の形状、寸法は次の通りであった。

基板寸法：２．５×３．３×０．５ｍｍ
レンズ部分（平均値）：曲率半径０．２０５ｍｍ、直径０．２２９ｍｍ
高さ０．０３４ｍｍ

（実施例３）
質量％で、Ｐ_２Ｏ_５２９．９％、Ｎｂ_２Ｏ_５２１％、Ｂ_２Ｏ_３１％、ＺｎＯ５％、Ｌｉ_２Ｏ３％、Ｎａ_２Ｏ１３％、Ｋ_２Ｏ３％、ＴｉＯ_２８％、ＷＯ_３９％、Ｂｉ_２Ｏ_３７％、Ｓｂ_２Ｏ_３０．１％になるように原料を調合し、１３００℃で１時間溶融した。予熱した金属板上に溶融ガラスを流し出し、アニール後、加工を施すことにより、３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍのガラス母材を作製した。

得られたガラス母材について各特性を測定したところ、屈折率（ｎｄ）が１．７１７、軟化点が４８０℃であった。

上記で得られたガラス母材を平板状の上下金型を用いて、５１０℃、１００ｋＰａでプレスすることにより、厚み２．５ｍｍの平板状の中間母材を得た。さらに、平板状の下金型と、レンズアレイ形成用上金型とを用いて、中間母材を５２０℃でプレスすることにより、矩形基板上の略中央部に１２個のレンズ部分が直線上に配列された光学素子を得た。

作製した光学素子の形状、寸法は次の通りであった。

基板寸法：２．５×３．３×０．５ｍｍ
レンズ部分（平均値）：曲率半径０．２００ｍｍ、直径０．２２３ｍｍ
高さ０．０３４ｍｍ

（実施例４）
質量％で、ＳｉＯ_２５２．９％、Ｂ_２Ｏ_３１９％、Ａｌ_２Ｏ_３１５％、Ｎａ_２Ｏ１３％、Ｓｂ_２Ｏ_３０．１％になるように原料を調合し、１２５０℃で１時間溶融した。予熱した金属板上に溶融ガラスを流し出し、アニール後、加工を施すことにより、３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍのガラス母材を作製した。

得られたガラス母材について各特性を測定したところ、屈折率（ｎｄ）が１．５０７、軟化点が４８０℃であった。

作製した光学素子の形状、寸法は次の通りであった。

基板寸法：２．５×３．３×０．５ｍｍ
レンズ部分（平均値）：曲率半径０．２０５ｍｍ、直径０．２２５ｍｍ
高さ０．０３５ｍｍ

（比較例）
質量％で、Ｂ_２Ｏ_３２１％、Ｌａ_２Ｏ_３２５％、ＺｎＯ２０％、Ｇｄ_２Ｏ_３１０％、ＳｉＯ_２５％、Ｔａ_２Ｏ_５７％、ＺｒＯ_２５％、ＷＯ_３２％、Ｎｂ_２Ｏ_５５％になるように原料を調合し、１３００℃で２時間溶融した。予熱した金属板上に溶融ガラスを流し出し、アニール後、加工を施すことにより、３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍのガラス母材を作製した。

得られたガラス母材について上記と同様に各特性を測定したところ、屈折率（ｎｄ）１．８０５、軟化点６２０℃であった。

上記で得られたガラス母材を平板状の上下金型を用いて、真空雰囲気にて、６３０℃、１００ｋＰａでプレスしたが、十分に軟化変形せず所望の厚みを有する中間母材が得られなかった。なお、プレス圧力を２００ｋＰａに上げたところ、ガラス母材が破損した。

本発明の方法は、レンズアレイ、波長フィルターまたは反射防止板の製造方法として好適であるが、これらに限られるものではない。

１ガラス母材
２金型
２ａ上金型
２ｂ下金型
３中間母材
４金型
４ａ上金型
４ｂ下金型
５光学素子
６レンズアレイ
７ガラス基板
８レンズ部分
Ｄレンズ部分の直径
Ｈレンズ部分の高さ

Claims

軟化点≦６００℃のＳｉ－Ｌａ系ガラス、Ｂｉ－Ｂ系ガラス、Ｐ－Ｎｂ系ガラスまたはＳｉ－Ｂ系ガラスからなるガラス母材を加熱プレスすることにより、ガラス母材を薄肉化して平板状ガラス中間母材を得る第一のプレス工程、及び、前記平板状ガラス中間母材を加熱プレスすることにより、平板状ガラス中間母材の表面に凹凸構造を形成する第二のプレス工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
光学素子が、レンズアレイ、波長フィルターまたは反射防止板であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。