JPH0776095B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

光学素子の製造方法

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JPH0776095B2 JP62143048A JP14304887A JPH0776095B2 JP H0776095 B2 JPH0776095 B2 JP H0776095B2 JP 62143048 A JP62143048 A JP 62143048A JP 14304887 A JP14304887 A JP 14304887A JP H0776095 B2 JPH0776095 B2 JP H0776095B2
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12—Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
    • C03B11/125—Cooling

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はレンズ、プリズム、ミラー及びフィルタ等の光
学素子を製造する方法に関し、特に研削及び研摩等の工
程を経ることなしに溶融ガラス材料からのプレス成形を
用いて表面精度及び耐久性の良好な光学的機能面を有す
る光学素子を低コストにて効率良く製造する方法に関す
る。
[従来の技術] 一般に、レンズ、プリズム、ミラー及びフィルタ等の光
学素子は、ガラス素材を研削して外形を所望の形状とし
た後に、機能面即ち光が透過及び/または反射する面を
研摩して光学面とすることにより製造されている。
しかして、以上の様な光学素子の製造においては研削及
び研摩により所望の表面精度(即ち表面形状及び表面粗
さ等の精度)を得るためには、熟練した作業者が相当の
時間加工を行なうことが必要であった。また、機能面が
非球面である光学素子を製造する場合には、一層高度な
研削及び研摩の技術が要求され且つ加工時間も長くなら
ざるを得なかった。
そこで、最近では、上記の様な伝統的な光学素子製造方
法に代って、所定の表面精度を有する成形用金属装置内
に光学素子材料を収容して加熱及び加圧することにより
プレス成形にて直ちに機能面を含む全体的形状を形成す
ることが行なわれる様になってきている。これによれ
ば、機能面が非球面である場合でさえも比較的簡単且つ
短時間で光学素子を製造することができる。
プレス成形により光学的機能面を形成して光学素子を製
造する方法には、一旦光学ガラス素材を目的形状の近似
形状として予備成形品(プレフォーム)を得た上で該プ
レフォームを成形用型装置内に収容してプレスにより最
終的目的形状とする方式と、溶融光学ガラスを直ちに成
形用型装置内に収容してプレスし成形を行なう方式とが
ある。
プレフォームを用いる方式では、特公昭61−32263号公
報に記載されている様に、適宜の方法たとえば研削及び
研摩によりプレフォームを得、該プレフォーム及び最終
成形用型装置の型部材を別々にあるいは該プレフォーム
を型装置内に収容した状態で所定の温度まで加熱し、か
くして軟化したプレフォームを型装置により適宜の圧力
でプレスし、そして冷却させることが必要である。
しかし、この方法ではプレフォームを得る際に従来の伝
統的方法と同様な工程を必要とするので、製造コストの
面では未だ十分に満足できるとはいえない。
これに対し、溶融ガラスを直接型装置内に収容してプレ
ス成形する方式は、工程所要時間が短縮され、特に連続
的成形に好適である。
ところで、以上の様にしてプレス成形された光学素子に
は、一般に、光学的機能面の機能性の向上や耐久性向上
等の目的で該機能面に対し真空蒸着法等により反射防止
膜や反射増加膜をコートする表面処理を行なう場合が多
い。
従来は、この様な薄膜形成表面処理は、上記プレス成形
により得られた成形品を一旦室温近くまで冷却した後
に、該成形品を表面処理装置内へと搬入して、適宜の温
度まで加熱した上で行なわれている。
しかして、以上の様な従来のコート処理済光学素子の製
造方法では、成形済光学素子を型装置から取出してから
実際に蒸着が行なわれるまでにかなり長い時間を要し、
このため空気中の炭酸ガスや水分が成形面に作用してヤ
ケを発生させることがあり、更に成形済光学素子の成形
面にゴミ等の異物が付着することが多いので蒸着工程の
前に洗浄工程が行なわれているが該洗浄工程でも洗浄液
にさらされるのでヤケ発生の頻度が高くなる。
この様に、従来の方法では蒸着以前の工程中で光学的機
能面にヤケが発生しやすいので、ガラス材料の種類によ
っては不良品発生率が高くなるという難点がある。更に
は、特徴的な光学的特性を有するにもかかわらず、上記
ヤケ発生が著るしいために実質上使用できないガラス種
もある。
また、上記従来法ではプレス成形品を一旦室温近くまで
冷却した後に再加熱して表面処理を行なうので、熱エネ
ルギーのロスが大きいという問題点もある。
本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであり、表面
処理された高精度の光学素子を良好な効率及び低消費エ
ネルギーにて安定して製造することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとし
て、 溶融ガラス材料を成形用型装置を用いてプレス成形する
ことにより光学機能面を有する成形品を得、該成形品の
光学機能面に対し加熱下で成膜処理を行うことにより、
表面に薄膜の形成された光学機能面を有する光学素子を
製造する方法において、 プレス成形後に除歪下限点より高い温度にある前記成形
品を前記成膜処理のための前記除歪下限点より低い加熱
成膜処理温度まで冷却した後、直ちに該加熱成膜処理温
度にて前記加熱成膜処理を行うことにより、前記表面に
薄膜の形成された光学機能面を有する光学素子を得るこ
とを特徴とする、光学素子の製造方法、が提供される。
本発明において用いられる加熱成膜処理としては、加熱
下でのCVDもしくは真空蒸着やスパッタ等のPVDが例示さ
れる。
[実施例] 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。
第1図は本発明による光学素子製造方法の第1の実施例
を説明するためのガラス温度の時間変化を示すグラフで
ある。尚、第1図には従来方法の場合も比較のために示
されている。
第2図は本実施例において製造される光学素子2を示す
図であり、該光学素子は第1面が曲率半径52mmで第2面
が曲率半径40mmの両凸レンズである。
尚、本実施例は低融点ガラスとして知られるPbO−B2O3
−ZnOを主成分とするガラスを用いた場合に関するもの
である。
第3図及び第4図は本実施例における成形用型装置によ
るプレス成形の説明図である。
これらの図において、成形用型装置は、上型部材12及び
下型部材14を有しており、該上型部材の下面には上記光
学素子2の第1面に対応した形状の成形作用面12aが形
成されており、上記下型部材14の上面には上記光学素子
2の第2面に対応した形状の成形作用面14aが形成され
ている。これら成形作用面12a,14aの表面粗さは目的と
する光学素子の光学的機能面の表面粗さと同程度または
それ以下とされ(鏡面仕上げ)、たとえばRmax0.01μm
以下とされている。
上記上型部材12及び下型部材14はそれぞれれ不図示の駆
動源により上下方向に移動せしめられ、これにより型の
開閉が行なわれる。
尚、図示はしないが、型装置には適宜の加熱手段が付設
されており、該加熱手段により型部材及びガラス材料を
所望の温度にコントロールすることができる。
以上の型装置においては、上型部材12と下型部材14とを
閉じた時に、両型部材の成形作用面12a,14a間に形成さ
れるキャビティの形状が第2図で示される最終的レンズ
形状となる様な形状とされている。
上記第3図は溶融ガラスを型装置へ供給する工程を示す
ものである。
第3図において、33はガラス溶融槽(ルツボ)であり、
該ツルボの周囲にはヒータ34が付設されている。ルツボ
32の下部には流出部36が接続されており、該流出部の周
囲にはヒータ38が付設されている。そして、上記流出部
36の下方には連続的に流出する溶融ガラスを適宜の長さ
に切断するためのカッター40が配置されている。
ルツボ33内に所望の光学ガラスの原料を入れ、ヒータ34
を作用させて適宜の温度に加熱する。これにより、ルツ
ボ33内に溶融光学ガラスGが形成される。尚、この際に
必要に応じて適宜撹拌し且つ脱泡処理を行なうことによ
り、より均質性の高い光学ガラスが得られる。
溶融ガラスは重力の作用により流出部36内を次第に流下
し、該流出部下端の流出口から押し出される。この際
に、該流出口の下方に上記型装置の下型部材14を配置し
ておく。
上記溶融軟化したガラスが流出部36の流出口から押し出
され、その先端部が上記カッター40よりも下方の適宜の
高さに到達した時点で、該カッターを作用させ溶融ガラ
スの切断を行なう。かくして切断されたガラスブロック
4は時刻t1において上記下型部材14の成形作用面14a上
に落下する。
上記第4図はプレス時の状態を示す図である。
第4図に示される様に、上記ガラスブロック4を載せた
下型部材14は上型部材12に対応する位置へと運ばれ、時
刻t2からt3まで温度370℃で下型部材14に対し上型部材1
2を押圧して型を閉じて成形を行ない、所望の最終形状
を有する成形品6を得る。
以上の様な成形の後に、冷却を行なう。該冷却は型装置
の加熱手段による熱量コントロールにより達成される。
冷却は成形品6が除歪下限点温度(ガラスが粘度1014.5
ポアズを示す温度)300℃となるまで該成形品を型装置
内に収容した状態で時刻t3からt4まで比較的ゆっくりと
行ない、該温度より下の温度となった後に時刻t4からt5
まで比較的高い速度で冷却する。なぜなら、除歪下限点
温度以上であまり急激な冷却を行なうと内部歪が発生
し、該歪が除歪下限点温度以下では有効に除去されない
からである。除歪下限点温度以下では内部歪が発生する
ことは実質上ないので急激に冷却しても何等問題はな
い。
温度が200℃になる前に、上記型装置を開いて成形品6
を取出し、真空蒸着装置内へと搬入し、真空蒸着を開始
する。たとえば、第1図に示される様に、時刻t4から温
度250℃となるt5までの間に成形品を型装置から真空蒸
着装置内へと搬入し、時刻t5からt6までの間に双方の光
学的機能面にMgF2を真空蒸着する。
しかる後に、上記真空蒸着装置からコート済光学素子を
取出し、室温まで冷却する。
この様な一連のプレス成形、冷却及び真空蒸着の工程を
連続的に効率良く行なうために上記プレス成形及び冷却
を真空中で行ない、同一の真空系中に真空蒸着装置を配
置するのが好ましい。但し、これら装置間にはゲートバ
ルブを設けておき、光学素子搬送時にのみ該バルブを開
く様にするのが好ましい。
一方、第1図において、点線はプレフォームを用いてプ
レス成形を行なう従来法によりプレス成形、室温までの
冷却、洗浄、真空蒸着装置内への搬入、加熱、真空蒸着
及び冷却の工程を行なって上記本発明実施例と同様の光
学素子を製造した例を示す。
第1図から分る様に、従来例では時刻t5からの冷却工
程、洗浄工程及び蒸着前の再加熱工程の分(即ちP1から
P2までの分)だけ本発明実施例よりも余分に時間がかか
っており、またこの時間の消費熱エネルギー分だけ本発
明実施例の場合よりエネルギーロスが多い。従って、上
記本発明実施例によればかなりのコストダウンが可能で
ある。
更に、本発明実施例によれば、成形後の冷却に引続きそ
れ程の時間をおかずに直ちに真空蒸着を行なうので、真
空蒸着の前に光学的機能面にゴミ等の異物が付着する様
なことが極めて少なく、従って本発明実施例では従来例
の様に洗浄工程を必要とせず、またこのため及び真空蒸
着までの時間が短かいことにより、洗浄液及び空気等に
接触してヤケが発生したりする様なことがない。
上記本発明実施例で得られた光学素子を気温30℃、湿度
100%の雰囲気中に1月間保存しておいたところ、光学
的機能面にはクモリ等の光学的欠陥の発生は認められな
かった。
これに対し、上記従来例の場合は洗浄工程後にヤケ発生
が認められ、真空蒸着後の光学的機能面には部分的欠陥
が認められた。
この様に、本発明実施例によれば、光学的耐久性が十分
でないために従来法では良好な光学素子を得ることので
きなかったガラスを用いて良好な光学素子を得ることが
できる。
第5図は本発明による光学素子製造方法の第2の実施例
を説明するためのガラス温度の時間変化を示すグラフで
ある。尚、第5図には従来方法の場合も比較のために示
されている。
本実施例は、真空蒸着の後に屈折率微調整のためのファ
インアニールを行なう点のみが上記第1実施例と異な
る。
本実施例では蒸着工程の後に、直ちにファインアニール
を行なう。該アニールは蒸着温度よりも高い温度で所望
の時間行なわれる(最高温度320℃) 一方、第5図において、点線は上記第1図の従来例に続
いて更に洗浄、加熱及びファインアニールの工程を行な
って上記本発明実施例と同様の光学素子を製造した例を
示す。
第5図から分る様に、従来例では時刻t5からの冷却工
程、洗浄工程及び蒸着前の再加熱工程の分(即ちP1から
P2までの分)及び蒸着後の冷却工程、洗浄工程及び再加
熱工程の分(即ちP3からP4までの分)だけ本発明実施例
よりも余分に時間がかかっており、またこの時間の消費
熱エネルギー分だけ本発明実施例の場合よりエネルギー
ロスが多い。従って、上記本発明実施例によればかなり
のコストダウンが可能である。
尚、第5図の本発明実施例ではファインアニールの前に
真空蒸着を行なったが、冷却過程で先ずファインアニー
ルを行ない次いで真空蒸着を行なうこともできる。これ
によれば、更に熱エネルギーロスが少なく一層のコスト
ダウンが可能である。
[発明の効果] 以上の様な本発明によれば、プレス成形後に除歪下限点
より高い温度にある成形品を成膜処理のための除歪下限
点より低い加熱成膜処理温度まで冷却した後、直ちに該
加熱成膜処理温度にて加熱成膜処理を行うので、製造工
程中でのヤケ発生や異物付着等の表面欠陥発生を十分に
防止することができ、これにより低化学的耐久性の故に
従来光学素子製造に適しなかったガラスを用いても光学
素子を製造することが可能であるとともに、良好な効率
及び低消費エネルギーにて安定して表面に薄膜の形成さ
れた光学機能面を有する光学素子を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第5図は本発明による光学素子製造方法を説
明するためのガラス温度の時間変化を示すグラフであ
る。 第2図は光学素子を示す図である。 第3図及び第4図は本発明における成形用型装置による
プレス成形の説明図である。 4:ガラスブロック、6:成形品、 12:上型部材、14:下型部材、 33:ルツボ、36:流出部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶融ガラス材料を成形用型装置を用いてプ
    レス成形することにより光学機能面を有する成形品を
    得、該成形品の光学機能面に対し加熱下で成膜処理を行
    うことにより、表面に薄膜の形成された光学機能面を有
    する光学素子を製造する方法において、 プレス成形後に除歪下限点より高い温度にある前記成形
    品を前記成膜処理のための前記除歪下限点より低い加熱
    成膜処理温度まで冷却した後、直ちに該加熱成膜処理温
    度にて前記加熱成膜処理を行うことにより、前記表面に
    薄膜の形成された光学機能面を有する光学素子を得るこ
    とを特徴とする、光学素子の製造方法。
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