JP2007186415A - 熱成形により光学部品を製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスから光学部品を製造するために、非常に小さな光学部品の取扱いを容易にし、プレス材料の高精度の位置決めを可能にする、方法および装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも２個の半金型と、少なくとも１個の光学素子用のプレス面領域とを有するプレス金型中にガラス繊維を導入し、金型を密閉する工程、
該繊維の外被領域および金型が少なくともプレス温度に達するまで、金型および繊維を加熱する工程、
光学素子を有するガラス部品が得られるように、繊維をブランク・プレスする工程、
ガラス部品をその転移温度Ｔ_ｇ未満に冷却する工程、
ブランク・プレスにより製造したガラス部品を取り出す工程
を含む、光学部品を製造する方法を想定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、全般的に、特にレンズなどの光学部品の製造に関する。とりわけ本発明は、プレス成形によるそのような部品の製造方法に関する。

光学系の小型化は益々進んでいる。携帯電話、ＤＶＤセット、ブルー・レイ・ディスク・システムまたは光センサーにおける最新式レンズ系は、絶えず小型化する上に、しばしば非球面レンズをも必要としている。ガラスは多くの特性で合成材料より相変わらず優れているので、このようなレンズは、従来どおり好ましくはガラスから製造される。特に、ガラスの硬度が相対的に大きく、屈折率が相対的に高いことが有利に利用される。また、ガラスは、耐熱性が合成材料に比べてきわめて大きく、環境の影響を受けにくいという利点がある。ここで、レンズは、益々高まる精度に対する要求を当然ながら満たさねばならない。大量取引に対してもこのような要求を実現するために、ブランク・プレス技術の有効性が確証されている。ブランク・プレス技術は、高精度のレンズを非球面状にも大量に作製できる方法である。

当然ながら、ガラス素材は、プレスに対して厳密に均等に配分されねばならないし、非常に高い表面品質を示さなければならない。

さらなる課題分野は、益々小型化するレンズの取扱いである。即ち、直径１ｍｍ未満のレンズでは、静電気力や表面力のために、製造した部品を取り上げたり、所定の位置に置いたりすることが既に困難となっている。洗浄や正確な位置決めも、益々増大する技術的難問となっている。

通常のブランク・プレス法は、厳密に配分し、予備成形した、円筒ディスク状、球状または塊状のガラス１バッチを加熱し、プレスすることに基づいている。この方法では、後の光学作用面の領域で相応する表面品質（後のレンズに対する要求に応じて、例えばＰ３またはＲａ＝５ｎｍ）を示す予備成形ブリケットが、一般に必要とされる。ガラス素材としての直径が０．８ｍｍの供給可能な微小な真球も、その精製および位置決めに関して取扱いが非常に困難である。

さらなる一方法は、レンズ配列のプレスである。レンズ配列は、減圧法または真空法でガラスウェハから作製できる。しかし、その場合、一定の幾何学的形態を有するものしか製造できない。その上、表面の変形を起こす空気の取り込みが起こり得るので、複数キャビティーの金型を有するプレス機または成形機では、平面レンズだけしかプレス成形できない。

これ以外に、例えば特許文献１によれば、棒形からのレンズのプレス成形が知られている。その場合、棒形が加熱され、予備加熱した金型と共にプレスされる。その先の加工工程では、プレス成形したガラス片を取り出し、研磨によって円形に作製される。この方法は、直径１０ｍｍ超のレンズに対して通常適用される。大抵の場合、光学面もその先の加工工程で平面に研磨される。しかし、この方法では、ガラスのプレスに必要な温度ではプレス金型にガラスが粘着するおそれがあるので、プレス金型を加工すべきガラスより低温にしなければならない。低温の器具で作製されるレンズは、外形および厚さに関して低品質を示す。
特開昭第６２−２９２６３１号

本発明は、非常に小さな部品の取扱いが容易となり、プレス材料の高精度の位置決めが可能となる、熱成形による光学部品の製造法を案出する、という課題に基づいている。さらに、現在作製可能な最大の球形予備成形体より、体積が大きい光学部品を作製すべきである。さらに、その予備成形体はできる限り有利なものとすべきである。この課題は、独立請求項の主題によって、この上なく意外なほど簡単に解決される。本発明の有利な実施形態およびその展開は、従属請求項に明示されている。

したがって、本発明は、以下の工程、即ち
少なくとも２個の半金型と、少なくとも１個の光学素子用のプレス面領域とを有するプレス金型中にガラス繊維を導入し、金型を密閉する工程、
該繊維の外被領域および金型が少なくともプレス温度に達するまで、金型および繊維を加熱する工程、
光学素子を有するガラス部品が得られるように、繊維をブランク・プレスする工程、
ガラス部品をその転移温度Ｔ_ｇ未満に冷却する工程、ならびに
ブランク・プレスにより製造したガラス部品を取り出す工程
を含む光学部品の製造法を想定している。

光学素子を製造するため、特に前記本発明方法を実施するための対応装置は、そのために、少なくとも２個の半金型と、少なくとも１個の光学素子用の、好ましくはキャビティー形態のプレス面領域とを有するプレス金型、金型を密閉するための密閉手段、該繊維の外被領域および金型が少なくともプレス温度に達するまで、金型および繊維を加熱するための加熱手段、ならびに光学素子を有するガラス部品が得られるように、半金型の相互プレスと繊維のブランク・プレスとを行うためのプレス手段を含んでいる。

１工程中で複数の光学素子を繊維中にブランク・プレスすることが、特に好ましい。そのために、前記方法は、
少なくとも２個の半金型と、繊維方向に相前後して配列した複数の光学素子用のプレス面領域、好ましくはキャビティーとを有するプレス金型中にガラス繊維を導入する工程、ならびに
相前後して配列した複数の光学素子を有するガラス部品が得られるように、プレス面領域を介して相前後して配列した複数の光学素子をブランク・プレスする工程
を含む。そのために、繊維のブランク・プレスで相前後して配列した複数の光学素子を有するガラス部品が得られるように、繊維方向に相前後して配列した複数の光学素子用プレス面領域、特にキャビティー形態のプレス面領域を有するプレス金型を想定している。

ガラスの粘着を避けるために、好ましくは粘着粘度の温度より低い温度にガラスを加熱する。特別の冷却プロセスも特に有利である。そのために、冷却時に、光学素子の型内圧力より低い型締め圧下で金型を押し合わせる。これは、特に型締め圧が低いか、またはそれを下げた条件下で、Ｔ_ｇ付近の温度まで先ず行われる。その際Ｔ_ｇ付近の温度は、転移温度Ｔ_ｇからのずれが好ましくは最高でも５０℃、特に好ましくは最高でも２０℃以内であるようにする。

この製法工程により、光学素子表面の微細な輪郭が実現される。低い型締め圧により、冷却時にプレス金型より概して強く収縮するガラスが、できる限り完全な平面でプレス金型のプレス面との接触を保ち、このようにしてプレス金型上で均一な冷却が実現することが保証される。これは、転移温度に達するまでにガラスを曲げるために好ましい。

ガラス部品の取出温度までの冷却に関しては、プレスされたガラス部品と共にプレス金型をガラスの転移温度未満の温度に冷却するための冷却手段を想定することも、一般に有効である。

製法の経過を制御するために、本発明の装置は、本発明方法の１工程、複数工程または全工程を制御および／または監視するための制御および／または監視手段を有することもできる。そのような制御手段は、例えば、転移温度を下回った後に金型を開放するか、および／または、許容温度に達したか否かを監視することができる。自動化されたさらなる加工工程が続く場合には、さらに、ブランク・プレスにより製造されたガラス部品、特に相前後して配列した光学素子を有するガラス部品を取り出すための取出手段も想定できる。いずれにせよ、その取出しおよびさらなる加工は、複数の光学素子が１個のガラス部品中にそのまま相互に連結しているために、確実に簡略化される。

このようにして、本発明により、相前後して配列し、同様に整列した複数のブランク・プレス光学素子と、それらの光学素子間をつなぐ連結片とを有する、ブランク・プレス・ガラス部品が得られる。

本発明は、とりわけ以下の利点を有する。
・ 予備成形ブリケットが太さの規定された繊維片であり、したがって非常に厳密に配分される。
・ 出発材料としての繊維はコスト的に非常に有利であり、非常に良い表面品質を示す。
・ 繊維片の長さは、厳密に規定する必要がない。
・ 直径の規定された繊維は非常に簡単に製造され、したがって通常の球形予備成形体より圧倒的に有利である。
・ 長い繊維は、個々の予備成形ブリケットまたはレンズより、取扱いが実際に簡単である。
・ さらに、平坦な予備成形ブリケットと比較して、繊維からは奥行きがあるか、または急角度の非球面も製造でき、その場合、ＰＶ＝３００ナノメーターまたはそれを下回る成形精度が得られる。
・ また、相前後して配列した複数のキャビティーを有するプレス金型中での同時加工により、光学素子に対して、光学素子間の厳密に規定された間隔が得られる。これは特に、自動化された加工プロセスでは位置決めおよび適正な整列が一般に必須であるので、光学素子のさらなる加工にとっても非常に有利である。

例えば特許文献１から公知の棒形プレス法と異なり、繊維がプレス金型の対向側までプレスされるので、本発明によれば厚さが規定された光学素子も得られる。それに対して、棒形プレス法では規定された圧力が掛けられる。しかし、これでは温度または粘度が変動すると、プレス器具がガラス中に異なる強さで沈み込み、そのためレンズの厚さが変動する。

本発明は特に、非常に小さい光学素子の製造およびさらなる加工にも適している。このように、プレス金型の適切で相応する小さなキャビティーによって、直径が最大５ｍｍ、好ましくは最大３ｍｍの光学素子を製造できる。

このような小さい光学素子のために、特に、直径が最大５ｍｍの繊維をプレスする。多くの場合、繊維直径は明らかにさらに小さく、概ね２．５ｍｍより小さくなろう。

本発明のさらなる利点は、繊維または繊維片のブランク・プレスにより、その直径に比例して非常に厚いレンズを製造できることである。この技術は、小さくて厚いレンズ（例えば、ＤＶＤピックアップ・レンズ）に好んで適用される。このような厚いレンズは、薄いレンズと比べて光学的利点を有しているが、ブランク・プレス用の予備成形体として最大限の球形のものを用いたとしても、厚いレンズを充填するのに十分な体積がないので、そのようなレンズは、球形の予備成形体からは製造できないことが多いのは確かである。それに対して、本発明により、特に直径が最大５ｍｍ、特に好ましくは最大３ｍｍのブランク・プレスしたレンズが製造できるが、そのレンズは、最大限の球形予備成形体より体積が大きく、対応するプレス面を有するプレス金型中でプレスできる。球形予備成形体では、所与のレンズ曲率または対応するキャビティーの深さに対して、球形予備成形体の直径を任意に拡大できないという問題が起こる。即ち、球の半径をキャビティー面の半径より大きくすれば、球形予備成形体を介してキャビティー中に空気を取り込むことになる。しかし、この作用は繊維片では存在せず、したがって、それから製造される光学素子の光軸方向の厚さは、キャビティー面の半径より大きくできる。

厚さおよび形が規定された連結片を得るためには、プレス金型の少なくとも一方の半金型が、ブランク・プレスしたガラス部品中の光学素子間に連結片を形成するために、繊維方向沿いに延びる窪みを有することが有利である。

次いで、さらなる加工においては、用途に応じて光学素子の個別化を続いて行うことができる。光学素子の個別化または分離を容易にするために、本発明のさらなる一構成に従って、ブランク・プレス時に、後の個別化のために、ガラス部品中の細めた箇所を光学素子間の連結片中に挿入することが想定される。この細めた箇所または破断見込み箇所を挿入するためには、ブランク・プレス時に、後の個別化のために、ガラス部品中の細めた箇所を光学素子間に挿入するために、キャビティー間に突出部を示すプレス金型を想定できる。

本発明により製造される好ましい小さな光学素子においては、ブランク・プレス工程でキャビティーが少なくとも５個または１０個相前後して配列した金型により、少なくとも５個、特に１０個の光学素子を製造することが好ましい。

本発明によって、１個または複数の相前後して配列したレンズ、特に非球面、両凸、両非球面のいずれかのレンズを有するガラス部品をブランク・プレスにより製造するのが特に好ましい。その場合、本発明は、小さなレンズに対して従来用いた減圧法または真空法とは異なり、奥行きがあり、しかも非球面のレンズ形態の製造も可能としている。本発明方法、またはキャビティーが相応するプレス金型を有する装置によって、光軸に垂直な平面に関して、縁部角度が１０°より大きい、さらには少なくとも２０°となるレンズを製造できることが、このようにして示される。この驚くべき効果は、１空間方向にそのために曲がった円筒形ガラス繊維をプレスする際に、２空間方向に曲率を有するレンズでは、ガラスとプレス面との間のキャビティーがガラスで完全に充填されるまで、空気が漏れ出すことのできる裂け目が残ることによって、実現される。そのため、このような「奥行きのある」、または弓なりの強いレンズでは、ガラスとキャビティーのプレス面との間への空気の侵入が回避される。

回折光学素子、フレネル・レンズなどの他の光学素子も、相応するように形成した１箇所または複数箇所のプレス面領域を用いたブランク・プレスによって製造できる。このような回折光学素子またはフレネル・レンズが、ブランク・プレスによって組み合わせたレンズと共に製造できることも自明である。

さらに、特にＳＡＣレンズ配列などの一次元レンズも、相応するプレス金型中でのブランク・プレスによって製造できる。一次元レンズとは、１空間方向に曲率を有するレンズと解される。このようなレンズは、円筒形レンズまたは非円筒形レンズの場合もある。

光学素子が相前後して配列したガラス部品の本発明による製造で得られる、さらなる加工に向けた光学素子の改良された取扱い特性は、本発明の一実施形態に従って、製造した光学素子の嵌め込みにも十分に利用できる。そのために、ガラス部品から光学素子を分離する前の該素子を光学部品の枠中に固定できる。

本発明のさらなる構成では、ガラス部品２個の光学素子を個別化前に相互に接合して複合素子とすることも有利にできる。相前後して配列した複数の光学素子の並行製造によって、これらの素子は厳密に規定された間隔も示す。光学素子相互の厳密な整列が、両ガラス部品相互の厳密な整列により既に成し遂げられ得るので、これは、このような複合素子の製造にとって特に有利である。該枠の設置はさらなる装置において行うことができる。しかし、同様にしてインライン製造も可能であり、その場合は、該装置が、光学素子をガラス部品から分離する前に、該素子を光学部品の枠中に固定するための嵌め込み手段をさらに提示する。

さらなる加工のために、さらなる加工用の少なくとも１個のガラス部品を台上に固定できる。この製法工程も、本発明装置の相応する手段によって遂行できる。台は、光学素子を例えば個別化するために両側から保持するための台枠の形態で使用するのが好ましい。次いで、このような台は、クリーンルーム機能を有するカセット中にも設置される。カセットは、レンズの汚染またはクリーンルームの湿度による光学組立部品の損傷を避けるために、気密に密閉されるのが好ましい。本発明により製造されるガラス部品を少なくとも１個内部に保持した、このような気密に密閉されたカセットは、本発明の光学素子で例えば光学部品を製作する生産者に発送するために、さらに使用できる。

本発明により高精度に製造され、取扱い容易な光学素子は、特に、半導体産業のウェハ段階の加工に応用するためにも適している。そのために、複数のこのようなガラス部品をウェハ上に並べて固定できる。このようなウェハは、その場合集光用光学素子としてレンズが配置される、例えば光センサーまたは発光部品でこれを提示することができる。この製法工程も、本発明の装置の相応する手段により実行できる。

プレス金型、もしくは半金型の少なくとも一方は、有利なさらなる一構成に従って、好ましくは半金型の外縁まで延在し、繊維を入れることができる、繊維の正確な位置決め用の切込みを有する。その場合、切込みによって、繊維はプレス面領域に関して正確に整列する。切込みは、光学面の縁部まで達するほどに深いのが好ましい。これにより変形が最小限となる。さらに熱伝達を改良するために、切込みの形態が繊維に適合できるのが有利である。

本発明のなおさらなる一構成に従えば、複数のガラス繊維の並行ブランク・プレス用に相応して形成したプレス金型中に、複数の繊維を並置して導入し、さらに、少なくとも１個の光学素子、好ましくは相前後して配列した複数の光学素子をブランク・プレスによりガラス繊維中に各々嵌め込む。そのために後者の場合、それに応じて、相互に配列した複数の列からなるキャビティーを示すプレス金型が想定される。本発明のこの実施形態に由来するさらなる一構成に従えば、ブランク・プレス時に繊維を相互に結合することもでき、その結果、ガラスの加熱・軟化の下で側面から少なくとも部分的に溶融および／または粘着した複数の紐状ガラス部品であって、相前後して配列した複数の光学素子を各々提示するガラス部品を有する、１個のガラス部品が得られる。そのために、相応するプレス金型では、ブランク・プレス時に繊維のガラス材料が流動する際に、隣接する繊維のガラス材料が少なくとも部分的に結合するように、プレス面およびキャビティー間隔を調整する。次いで、それによって得た１個のブランク・プレス・ガラス部品は、部分的に溶融した複数の紐状ガラス部品を提示し、後者は相前後して配列し、同様に整列した複数のブランク・プレス光学素子およびこれらの光学素子間の連結片を各々提示する。

高度に透明な光学ガラスの加工と並んで、フィルター・ガラス由来の繊維もブランク・プレスできる。それから製造したガラス部品は、例えば紫外、赤外またはバンドのフィルター・ガラスを含むことができる。このようにして、例えば写真機光学において偽色彩を回避する特殊フィルターを無用にするフィルター特性を有するレンズが、その上例えば同時に製造できる。

ガラス繊維のブランク・プレスは、最高９００℃、好ましくは最高７００℃、特に好ましくは最高６５０℃の温度で実行するのが特に好ましい。そのために、それ相応のいわゆる低Ｔ_ｇガラスがガラス繊維として使用されるが、該ガラスは、最高９００℃、好ましくは最高７００℃、特に好ましくは最高６５０℃までの低温でプレスされる。

以下に、実施例に基づき、添付の図面を参照して、本発明をより厳密に、より詳細に説明する。その際、同一または類似の箇所では同一の参照符号が指示される。

図１は、本発明方法を実施する装置用のプレス金型の参照符号３１と表示した半金型全体を示す。該装置の図２の横断面に描いたプレス金型３は、２個の半金型３１、３２を含む。半金型３１では、相前後して配列したキャビティー５の複数の列７、９が作り込まれており、該キャビティーが、ブランク・プレス時に列７、９に沿って入れた繊維中にレンズ形態の光学素子を成形する。キャビティー５は、直径が最大５ｍｍ、好ましくは最大３ｍｍのレンズをブランク・プレスするように調整されている。その際、プレス金型３のプレス面は、直径が最大５ｍｍの繊維を変形させるように形成されている。

これらのキャビティーは、減圧法または真空法でガラスウェハ中にレンズ配列を作製するための直径が同等のキャビティーで可能な深さより、明らかに深い。図１および２に示した半金型３１のキャビティー５、またはそれによりブランク・プレスされるレンズは、該半金型のキャビティー５を囲む表面または光軸に垂直な平面に対して、比較的大きな縁部角度を示す。その上この角度は、図１および２に示した例では２０°より明らかに大きい。

これらの図に示した実施例では、詳細にはキャビティー５が、下型として使用される半金型３１にも、プレス金型３の上型として設けられる半金型３１にも存在するが、対応する両凸レンズを製造するための半金型のキャビティーは、異なる曲率を示す。

繊維からブランク・プレスにより製造されたガラス部品中の光学素子が連結した状態を保つために、その他に、レンズ間の連結素子を繊維から形成する窪み１１が列７、９に沿って設けられ、その結果、繊維から製造された紐状ガラス部品中の光学素子は連結状態を保つ。その上、半金型３１は、図１および２から認められるように、さらに縁部まで繊維方向に各々延在する切込み、または繊維が入った窪み１３を示し、その結果、該繊維は側面が固定され、列７、９中に配列したキャビティー５に関して整列する。切込み１３は、加熱・冷却のためにできる限り良好な熱的接触を起こすために、その形態がプレスすべき繊維に適合している。

プレス金型は、図２に示した例において、その他に心出しピン３７および心出しスリーブ３５を示す。心出しピンおよび心出しスリーブは、両方の半金型３１、３２同士を中心に配置し、キャビティー同士を整列させるために、共同して心出し手段として機能する。半金型の中心配置および整列を実現するために、他の実施形態も可能である。例えば、特に角張ったスリーブ要素もしくは角張った心出しスリーブと、またはキーとでも組み合わされる、外形の角張った半金型がある。

その他に、心出しピン３７は、さらに、プレス時に半金型３１、３２の規定された間隔を厳守するための間隔維持具として機能する。間隔維持具として機能するこの心出しピン３７によって、プレス面同士の最小間隔が実現し、型締め時にプレス面が圧縮し合い、それにより損傷するのを回避している。

図１および２に例示されるようなプレス金型３は、キャビティー５を合計１０個示している。しかし、実用のためには、特に大量取引用の光学素子を製造するためには、もっと多数のキャビティーが求められる。例えば、ブランク・プレス工程で、少なくとも２０個の光学素子が、２列中に各々少なくとも１０個相前後して配列したキャビティーを有する金型を用いて製造できる。

図３から５までは、横断面概略図に基づいて、本発明方法の一実施形態による製法工程を示す。以下に説明する光学素子の製造法は、
少なくとも２個の半金型３１、３２と繊維方向に相前後して配列した複数の光学素子用キャビティー５とを有するプレス金型３中に、ガラス繊維１６を導入する工程、
金型３を密閉する工程、
繊維１６の外被領域および金型３が少なくともプレス温度に達するまで、金型３および繊維１６を加熱する工程、
相前後して配列した複数の光学素子を有するガラス部品２０が得られるように、相前後して配列した複数の光学素子をキャビティー中にブランク・プレスする工程、
ガラス部品をＴ_ｇ未満に冷却する工程、ならびに
ブランク・プレスにより製造したガラス部品２０を取り出す工程
に基づいている。

図３は、そのために半金型３１、３２を有する開いたプレス金型３を示す。半金型３１はここでも下型を形成し、そこにガラス繊維１６が導入されている。この実施例では、図１および２に示した実施例のように、さらなる半金型３１が、繊維１６から製造したブランク・プレス・ガラス部品２０の光学素子間に連結片を形成するための窪み１１を示す。図１および２に示したプレス金型３と異なり、ここでは半金型３２が一例として平坦なプレス面を示し、その結果、半金型３１のキャビティーと組み合わさって平凸レンズが製造される。

図１および２に示した実施例のさらなる構成においては、ブランク・プレス時に、後の個別化用にガラス部品中の細めた箇所を光学素子間に挿入するために、プレス金型３の半金型３２上で、キャビティー５の間にさらに突起部１５が存在する。

次いで、図４に示すようにプレス金型を密閉する。このとき、プレス金型３をその中に配列した繊維と共に、ガラス繊維１６のガラス中で必要なプレス温度に達するまで加熱する。その場合、このプレス温度は、一般に転移温度Ｔ_ｇより高く、ガラスの粘着粘度が得られる温度未満である。好ましくは低Ｔ_ｇガラス繊維が使用されるが、それは、最高９００℃、好ましくは最高７００℃、特に好ましくは最高６５０℃の温度でプレスできる。

プレス温度に達する途中または達した後で、プレス圧を半金型３１、３２に加えることにより、図５に示すように、プレス金型中のガラスは、ブランク・プレスによってキャビティー５の形態に従って成形され、相前後して配列した光学素子を有するガラス部品２０に変形される。その後、ガラス部品２０をプレス金型の冷却により今度は冷却し、さらに転移温度を下回った後、それを取り出すことができる。

この冷却過程は、光学素子の型内圧力より低い型締め圧を維持しながら、Ｔ_ｇ近傍の温度まで行われる。転移温度近くまでの冷却中のこの型締め圧により、光学素子表面の微細な輪郭またはその表面が得られる。特に、ガラス部品の表面は、この型締め圧により、冷却と共に収縮が進行しながらも、プレス面との接触を保っている。このため光学素子の均一な冷却がなされ、それにより、不均一な冷却による湾曲が極力回避される。取出しのための転移温度未満への冷却は、型締め圧が確定していない状態で、または確定した状態でも実施できる。この温度を下回った後、金型を次いで開放し、好ましくは手順自動化用取出手段を用いてガラス部品を取り出す。

このようにして製造したブランク・プレス・ガラス部品２０を図６に示す。ガラス部品２０は、キャビティーの個数に応じて相前後して配列し、同様に整列した複数のレンズ２２形態のブランク・プレス光学素子であって、連結片２４で相互に連結した光学素子を示す。プレス金型の突起部１５のために、この実施例では細まった箇所が連結片中に存在し、そのような箇所で光学素子を後に容易に個別化できる。ガラス部品２０は、その他に、元のガラス繊維１６の形態に相当する端部２０２をさらに示す。これらの端部２０２は、プレス金型から突き出ており、そのため変形されなかった繊維片である。

図７では、２個のガラス部品２０および２１が、光学素子の個別化前に相互に複合された本発明のさらなる一構成が示されている。その場合、光学素子、ここではガラス部品２０のレンズ２２およびガラス部品２１のレンズ２３が相互に整列するように、ガラス部品２０および２１を複合した。複数のレンズを繊維から同時にブランク・プレスするので、ガラス部品中のレンズは、相互に厳密に規定された間隔で相互に配列している。このことによりさらに、２個のレンズ２２、２３が相互に整列する際、他のレンズも、ガラス部品に沿った方向に同様に相互に厳密に整列するので、ガラス紐の接合におけるレンズ２２および２３の整列も容易になる。ガラス部品２個の複合は、例えば粘着、接着により、または加熱圧縮によっても遂行できる。例示した部品２１、２２のようなガラス部品を加熱圧縮によって複合する場合は、該ガラス部品が異なる転移温度を示すと有利である。

図８には、ガラス部品上の本発明で製造した光学素子を用いて、光学部品を製造する製法工程を示す。その場合、ガラス部品２０から分離する前の光学素子２２を非表示の嵌め込み手段を用いて枠３０に嵌め込むか、または取り付け、そこに固定する。枠３０は、特に、レンズ２２を用いた対物レンズのケースまたは枠であってもよい。

図９は、光学素子、ここでもレンズ２２の並置・配列された列を有する、本発明のガラス部品のさらなる一実施形態を示す。図９に示すガラス部品２００は、少なくとも部分的に相互に溶融した複数の紐状ガラス部品２０を含み、後者は各々、相前後して配列し、同様に整列した複数のブランク・プレス光学素子２２および連結片２４を示す。この種のガラス部品２００が得られるのは、複数のガラス繊維をプレス金型中に並置して導入し、ガラス繊維中またはそれから得られるガラス部品中に、ブランク・プレス時に相前後して配列した複数の光学素子をブランク・プレスによって各々嵌め込むからである。その場合、プレス金型のプレス面およびキャビティー間隔は、ブランク・プレス時に繊維のガラス材料が流動する際に、軟化したガラスの溶融または粘着によって隣接繊維のガラス材料が少なくとも部分的に結合するように、調整されている。

図１０は、本発明で製造したガラス部品２０または２００を輸送するためのカセット４０を示す。カセット４０は底４２および蓋４４を示し、それらは除塵性に、好ましくは気密性にも密閉ができる。カセットの内部空間は、そのためクリーンルームとして密閉可能なものであり、その結果、後続のクリーンルーム・プロセスで直接クリーンルーム中でカセットを開放し、そこでガラス部品２０をさらに加工（例えば、層形成、補償など）することができる。

カセットには、１個または複数のガラス部品２０用に、台枠３４の形態をした台が設けられている。台枠３４は、例えば環状に形成することができる。台枠３４は、その他に、１個または複数の該ガラス部品２０の端部２０２を入れる切込み３６を示す。蓋４４を閉めている間、ガラス部品２０の端部２０２は切込み３６中にさらに固定される。

図１１は、左から右へ、ガラス部品から分離した後の破断面５１、５２を有する本発明製造の両凸レンズ５０、成形した破断面が同様のレンズを製造するための最大の球形予備成形体６０、およびガラス繊維１６からの該レンズの体積と同じ繊維片を示す。通常用いる球形予備成形体６０の代わりに繊維１６から光学素子をブランク・プレスすると、光軸５３に沿った厚さが相応に大きく、体積も相応に大きい、非常に厚いレンズ５０を製造できるという利点が得られる。プレス金型中で同様の破断面５１、５２を有するレンズが製造可能と思われる最大限の球形予備成形体でも、レンズ５０、または右に示すそのレンズを成形するための繊維片より体積が小さい。表示した繊維片またはレンズ５０と体積が同じ球形予備成形体を用いたとすれば、キャビティーの縁部で、空気の取り込みが球形予備成形体を介して起こると思われ、その結果、所与の厚さを有するレンズ５０はその球形予備成形体からは決して製造できない。図１１に示すようなレンズ５０は、例えばＤＶＤピックアップ・レンズであってもよい。

図１２は、本発明で製造した遅軸コリメータ・レンズ（ＳＡＣレンズ）７０を示す。これは、相前後して配列した複数の一次元レンズ７１を有するガラス部品２０を示す。その場合、レンズ７１は円筒状、または非円筒状であってもよく、図１２に示したようなＳＡＣレンズでは、円筒軸がガラス部品２０の長軸に垂直に配列している。この種のＳＡＣレンズは、特にレーザー・バーの光を集光するために使用される。

図１３は、本発明で製造したガラス部品２０のさらなる実施例の図を示す。この実施例では、回折レンズ７５の形態の相前後して配列した回折光学素子を、相応に形成されたプレス金型を用いてブランク・プレスにより製造した。この種のレンズは、例えば光学における色ずれ補正に適用できる。そのために、ガラス部品２０は、例えば回折レンズ７５とそれに対向する屈折レンズとを有する両凸光学素子も示すことができ、または屈折、回折の両作用がある破断面を有するレンズに作製することができる。

本発明が前記実施形態に限られず、むしろ多様に改変できることは、当業者には明らかである。特に、個々の例示的実施形態の特徴を相互に組み合わせることもできる。

隣接する繊維片２片を加工するための、プレス金型の１個の半金型を示す図である。 図１に示した半金型を有するプレス金型の横断面を示す図である。 横断面概略図に基づく本発明方法の製法工程を示す図である。 横断面概略図に基づく本発明方法の製法工程を示す図である。 横断面概略図に基づく本発明方法の製法工程を示す図である。 図３〜図５に従う方法で得られる、相前後して配列した光学素子を有するガラス部品を示す図である。 本発明のブランク・プレス・ガラス部品により、光学複合素子を製造するための中間製品を示す図である。 本発明で製造したガラス部品により、光学部品を製造するための製法工程を示す図である。 相互に溶融した繊維から得られ、相前後して配列したレンズの複数列を有するガラス部品を示す図である。 本発明で製造したガラス部品用の台付き除塵カセットを示す図である。 本発明で製造されるレンズ、破断面が同じレンズを製造するための球形予備成形体、およびレンズ体積を有する繊維片を示す図である。 本発明で製造したＳＡＣレンズを示す図である。 回折光学素子を有する、本発明で製造したガラス部品の一例を示す図である。

Claims (54)

1. 少なくとも２個の半金型と、少なくとも１個の光学素子用のプレス面領域とを有するプレス金型中にガラス繊維を導入し、金型を密閉する工程、
   該繊維の外被領域および金型が少なくともプレス温度に達するまで、金型および繊維を加熱する工程、
   光学素子を有するガラス部品が得られるように、繊維をブランク・プレスする工程、
   ガラス部品をその転移温度Ｔ_ｇ未満に冷却する工程、
   ブランク・プレスにより製造したガラス部品を取り出す工程
   を含む、光学部品を製造する方法。
2. 少なくとも２個の半金型と、繊維方向に相前後して配列した複数の光学素子用のプレス面領域、好ましくはキャビティーとを有するプレス金型中にガラス繊維を導入し、金型を密閉する工程、ならびに
   相前後して配列した複数の光学素子を有するガラス部品が得られるように、プレス面領域を介して相前後して配列した複数の光学素子をブランク・プレスする工程
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 粘着粘度の温度より低いプレス温度にガラスの縁部領域を加熱することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 冷却時に、光学素子の型内圧力より低い型締め圧下で金型を押し合わせることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 直径が最大５ｍｍ、好ましくは最大３ｍｍの光学素子を製造することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 直径が最大５ｍｍの繊維をプレスすることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. ブランク・プレス時に、後の個別化のために、ガラス部品中の細めた箇所を光学素子間の連結片中に挿入することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. ブランク・プレス工程で、キャビティーが少なくとも１０個相前後して配列した金型により、少なくとも１０個の光学素子を製造することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. プレス金型中に複数のガラス繊維を並置して導入し、さらに、少なくとも１個の光学素子、好ましくは相前後して配列した複数の光学素子をガラス繊維中にブランク・プレスにより各々製造することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. ブランク・プレス時に前記繊維を相互に結合し、それによって、側面で相互に結合し、特に加熱下で粘着および／または溶融した複数の紐状ガラス部品であって、相前後して配列した複数の光学素子を各々有するガラス部品を有する、１個のガラス部品を得ることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 少なくとも１個、好ましくは複数の相前後して配列したレンズを有するガラス部品をブランク・プレスにより製造することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 少なくとも１個の非球面レンズを有するガラス部品を製造することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 少なくとも１個の両凸レンズを有するガラス部品を製造することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 複数の相前後して配列した光学素子を有するガラス部品をブランク・プレスにより製造することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 少なくとも１個の回折光学素子をブランク・プレスにより製造することを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
16. フィルター・ガラス由来の繊維をブランク・プレスすることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 複数の相前後して配列した光学素子を、ガラス繊維から最高９００℃、好ましくは最高６５０℃の温度でブランク・プレスにより製造することを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 複数の相前後して配列した光学素子を、フィルター・ガラスより生じた繊維からブランク・プレスにより製造することを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
19. レンズの縁部角度が、光軸に垂直な平面に関して１０°より大きい、好ましくは少なくとも２０°となる、複数の相前後して配列したレンズを有する、ガラス部品を製造することを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 光学素子をガラス部品から分離する前に、該素子を光学部品の枠中に固定することを特徴とする、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
21. ２個のガラス部品の光学素子を、個別化前に相互に接合して複合素子とすることを特徴とする、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 少なくとも１個のガラス部品をさらなる加工のために台上に固定することを特徴とする、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 少なくとも１個のガラス部品を台枠形態の台上に固定することを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
24. クリーンルーム機能を有するカセット中に前記台を設置することを特徴とする、請求項２２または２３に記載の方法。
25. 複数のガラス部品をウェハ上に並べて固定することを特徴とする、請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の方法。
26. 半金型の外縁まで延在する切込み中に繊維を入れ、切込みによって繊維をプレス面領域に関して整列させることを特徴とする、請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の方法。
27. 一次元レンズ、特にＳＡＣレンズ配列をブランク・プレスにより製造することを特徴とする、請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の方法。
28. 光学素子を製造するため、特に請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の方法を実施するための装置であって、
    少なくとも２個の半金型と、少なくとも１個の光学素子用の、好ましくはキャビティー形態のプレス面領域とを有するプレス金型、
    金型を密閉するための密閉手段、
    繊維の外被領域および金型が少なくともプレス温度に達するまで、金型および繊維を加熱するための加熱手段、ならびに
    少なくとも１個の光学素子を有するガラス部品が得られるように、半金型の相互プレスと繊維のブランク・プレスとを行うためのプレス手段
    を含む装置。
29. 繊維のブランク・プレスで相前後して配列した複数の光学素子を有するガラス部品が得られるように、繊維方向に相前後して配列した複数の光学素子用プレス面領域、好ましくはキャビティー形態のプレス面領域を有するプレス金型を特徴とする、請求項２８に記載の装置。
30. ブランク・プレスにより製造したガラス部品を取り出すための取出手段を特徴とする、請求項２８または２９に記載の装置。
31. プレスされたガラス部品と共に、プレス金型をガラスの転移温度未満の温度に冷却するための冷却手段を特徴とする、請求項２８乃至３０のいずれか１項に記載の装置。
32. プレス金型の少なくとも一方の半金型が、ブランク・プレスしたガラス部品中の光学素子間に連結片を形成するために、繊維方向沿いに延びる窪みを有することを特徴とする、請求項２８乃至３１のいずれか１項に記載の装置。
33. 直径が最大５ｍｍ、好ましくは最大３ｍｍの光学素子をブランク・プレスするためのプレス金型を備える、請求項２８乃至３２のいずれか１項に記載の装置。
34. 直径が最大５ｍｍの繊維から光学素子を成形するためのキャビティーを有するプレス金型を特徴とする、請求項２８乃至３３のいずれか１項に記載の装置。
35. ブランク・プレス時に、後の個別化用にガラス部品中の細めた箇所を光学素子間に挿入するために、キャビティー間に突起部を有するプレス金型を特徴とする、請求項２８乃至３４のいずれか１項に記載の装置。
36. 請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の方法の１工程または複数工程を制御および／または監視するための制御および／または監視手段を特徴とする、請求項２８乃至３５のいずれか１項に記載の装置。
37. 光学素子をブランク・プレスするために、相前後して配列した、好ましくはキャビティー形態のプレス面領域を少なくとも１０個有するプレス金型を特徴とする、請求項２８乃至３６のいずれか１項に記載の装置。
38. レンズ、特に非球面レンズをブランク・プレスするためのキャビティーを有するプレス金型を特徴とする、請求項２８乃至３７のいずれか１項に記載の装置。
39. 一次元レンズをブランク・プレスするため、特にＳＡＣレンズ配列をブランク・プレスするためのキャビティーを有するプレス金型を特徴とする、請求項２８乃至３８のいずれか１項に記載の装置。
40. レンズの縁部角度が、光軸に垂直な平面に関して１０°、さらに好ましくは少なくとも２０°大きくなるレンズのための、キャビティーを有するプレス金型を特徴とする、請求項２８乃至３９のいずれか１項に記載の装置。
41. 光学素子をガラス部品から分離する前に、該素子を光学部品の枠中に固定するための嵌め込み手段を特徴とする、請求項２８乃至４０のいずれか１項に記載の装置。
42. 少なくとも１個のガラス部品をさらなる加工のために台上に固定するための手段を特徴とする、請求項２８乃至４１のいずれか１項に記載の装置。
43. 複数のガラス部品をウェハ上に並べて固定するための手段を特徴とする、請求項２８乃至４２のいずれか１項に記載の装置。
44. 複数の繊維の並行ブランク・プレスのために形成され、特に、隣接して配列した複数の列からなるキャビティーを示すプレス金型を特徴とする、請求項２８乃至４３のいずれか１項に記載の装置。
45. プレス金型のプレス面およびキャビティー間隔が、ブランク・プレス時に繊維のガラス材料が流動する際に、隣接する繊維のガラス材料が少なくとも部分的に結合するように、調整されていることを特徴とする、請求項４４に記載の装置。
46. 少なくとも１個の半金型が、繊維を入れ、プレス面領域に関して繊維を整列させるための、半金型の外縁まで延在する切込みを示すことを特徴とする、請求項２８乃至４５のいずれか１項に記載の装置。
47. 特に請求項１乃至４６のいずれか１項に記載の方法または装置を用いて製造できる、ブランク・プレス・ガラス部品であって、相前後して配列し、同様に整列した複数のブランク・プレス光学素子と、それらの光学素子をつなぐ連結片とを有するブランク・プレス・ガラス部品。
48. 部分的に相互に溶融した複数の紐状ガラス部品であって、複数のガラス部品の各々が、相前後して配列し、同様に整列した複数のブランク・プレス光学素子と、それらの光学素子をつなぐ連結片とを有することを特徴とする、請求項４７に記載のブランク・プレス・ガラス部品。
49. ガラス部品がフィルター・ガラスを含むことを特徴とする、請求項４７または４８に記載のブランク・プレス・ガラス部品。
50. ガラス部品が相前後して配列した一次元レンズの配列を有することを特徴とする、請求項４７乃至４９のいずれか１項に記載のブランク・プレス・ガラス部品。
51. 少なくとも１個のフレネル・レンズを含むこと特徴とする、請求項４７乃至５０のいずれか１項に記載のブランク・プレス・ガラス部品。
52. 請求項４７乃至５１のいずれか１項に記載の少なくとも１個のガラス部品をその中に含む、気密に密閉したカセット。
53. ブランク・プレスするための光学素子用半製品として、最高９００℃、好ましくは最高６５０℃の温度でプレスされる、ガラス製繊維の用途。
54. 特に一装置または一方法を用いて製造でき、好ましくは直径が最大５ｍｍ、特に好ましくは最大３ｍｍのブランク・プレス・レンズであって、最大限の球形予備成形体より体積が大きく、該レンズに対応するプレス面を有するプレス金型中でプレスできるブランク・プレス・レンズ。

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