JP2011093718A - 光学ガラス部材のマーク形成方法、マーク付き光学ガラス部材の製造方法及びマーク付き光学ガラス部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学ガラス部材のマーク形成方法であって、ガラスプリフォームを用意することと、ガラス粒子を含む被膜を前記ガラスプリフォームの表面に形成することと、被膜の所定の領域にレーザ光を照射することで、ガラス粒子をガラスプリフォームの表面に融着させて融着膜を形成することと、融着膜が形成されたガラスプリフォームをプレスすることを含む光学ガラス部材のマーク形成方法が提供される。
【選択図】 図1
Description
本実施形態では、ガラスプリフォーム1にガラス粒子4を融着させ融着膜3を形成した後、プレス工程を施す。したがって、プレス工程により、マーク103は光学ガラス部材101表面に埋没しており、光学ガラス部材101表面から突出していないので、マークのエッジからの光の反射、散乱等が少ない。その結果、マーク103は、視認しにくく、マークが目立たない用途に好適である。また、マークによるフレアやゴーストが抑制される。このような効果を奏する本実施形態のマーク103の断面形状として、図3に示す103a〜103cの3種類の形状が存在する。マーク103の断面形状の相違は、ガラスプリフォームおよびガラス粒子のガラス転移温度の関係、プレス成形の条件、研磨工程の有無によるものである。以下、それぞれのマークについて説明する。
本実施形態で用いるガラス粒子は、ガラスを粉砕して作製することができる。粒径は1μm程度であることが好ましい。また、ガラス粒子4は、その組成および熱膨張率において、ガラスプリフォーム1と同等又は類似していることが好ましい。組成および熱膨張率が同等であると、互いに固着しやすいからである。
分散物(被膜材料)は、上述のように、ガラス粒子4を、バインダおよび溶媒を含む媒体内に分散させたものである。バインダおよび溶媒は、水で洗浄できるものが好ましい。上述の未融着の被膜2を除去する工程(図2のステップS4)を水洗浄で実施できるからである。バインダとしては、水溶性高分子である、デンプン、ゼラチン、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、等)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。中でも、PVA、ヒドロキシエチルセルロースは、通常700℃以上で燃焼し、除去されるのでレーザ照射後に残渣として残らないため、好適である。溶媒としては、水又は、メタノール、エタノール等のアルコール類が挙げられる。溶媒に水を用いる場合、メタノール、エタノール等のアルコールを添加すると、ガラス粒子4の分散性の向上および消泡の効果が得られる。
分散物(被膜材料)のガラスプリフォーム1上への塗布方法に特に制限は無いが、例えば、エアブラシによる噴霧、筆およびスタンプなどを用いた塗布、ディップコーティング、スピンコーティングが挙げられる。また、塗布は、乾燥後の厚み、すなわち被膜の厚みが、5〜50μm、更には5〜20μmであることが好ましい。被膜の厚みが50μmより大きいと、レーザ光による融着が困難になる傾向があり、5μmより小さいと、マークが読みだしにくくなる傾向がある。
ガラスプリフォーム1を形成するガラス材料としては、例えば、ホウ珪酸系ガラス、ホウ酸ランタン系ガラスおよびフッ化物リン酸系ガラスなど、光学ガラスとして市販されている材料を使用することができる。具体的には、ショット社製BK7、HOYA社製LAC8、FCD1及びFC5などが挙げられる。ガラスプリフォームは、ガラスブロック等を研削研磨等することにより作製することができる。
被膜の溶融および固着に用いられるレーザ光としては、例えばYAGレーザ、YVO4レーザ、CO2レーザが挙げられる。レーザを照射する波長は、YAGレーザ、YVO4レーザの基本波長(1064nm)、第二高調波(532nm)、第三高調波(355nm)を用い得る。
プレス工程は、光学モールドガラスのプレス方法として知られた任意の技術を用いることができ、例えば特開平10−139453に記載されているような方法を用い得る。プレス工程は、非球面レンズ等の複雑な表面形状を有する光学ガラス部材の大量生産に適しており、同様に、本実施形態のマーク形成方法も複雑な表面形状を有する光学ガラス部材の大量生産に有効である。
本実施形態において、少なくともマーク103およびその周辺部を研磨してもよい。マーク103の周辺の凹凸を研磨することで、光の散乱、反射を減少させ、マークを目立たなくし、更に、マークによるフレアおよびゴーストを低減できる。
本実施形態で製造するマーク付き光学ガラス部材(光学部材)1000は、本実施形態の効果を発揮する限りにおいて如何なる光学ガラスを用いた光学部材にも適応できる。このような光学部材としては、回折格子、フレネルレンズなどの回折光学素子、フライアイレンズなどが挙げられる。
紫外線カットガラスの組成及び作製方法を下記に示す。
光学レンズ用のガラスプリフォームとして、前述のランタンフリント系光学ガラスからなるプリフォームを用意した。分散物をエアブラシを用いてガラスプリフォーム上に塗布した後、乾燥させ、厚みが約15μmの被膜が形成されたガラスプリフォームを得た。
図6に示すように、スリーブ14の内で移動可能な下金型12と上金型13の間に、上述のガラスプリフォーム1を配置してワーク20とする。ワーク20を図7のプレス装置500の中の載置台21の上に配置する。プレス装置500は、ワーク20内のガラスプリフォームを制御された圧力及び温度で加圧することができる。バルブ31を開き油回転ポンプ27によりチャンバー26を粗引きする。粗引き後、バルブ31を閉じ、バルブ30及びバルブ29を開き、油拡散ポンプ28にてチャンバー26を本引きする。チャンバー26内の圧力を示す真空計33の真空度が所定値以下になったら、ヒーター23によりチャンバー26内を加熱し、チャンバー26内の温度を成形温度まで上昇させ、10分間その温度で保持した。その後10分間、ピストン25を作動させて、ピストン25に連動した上型軸22によりワーク20内のガラスプリフォーム1を加圧する。加圧開始後5分間でヒーター23による加熱を終了し、温度を降下させる。その後放冷し、室温になったらバルブ30を閉じ、リークバルブ32を開き大気を導入する。大気導入後ワーク20を取り出し、下金型12および上金型13からガラスプリフォームを取り出す。こうして、マークが形成された光学レンズを得た。
作製した光学レンズのマークが形成された面を上面とし、上面と反対側の面を下面とする。光学レンズの下面から波長365nmのいわゆるブラックライトを照射し、マークをその透過光で観察した。マークの部分だけ光が透過せず、影文字のように明瞭に文字を視認できた。
光学レンズに形成したマークを光学顕微鏡により観察した。マークの形状は、図3(c)に示すように、光学レンズ表面に埋没して表面は平坦であり、可視光下ではほとんど目立たないものであった。さらに、光の反射、散乱ともに光学レンズの光学性能に悪影響を与えない水準のものであった。本実施例において、ガラス粒子のガラス転移温度は533℃、ガラスプリフォームのガラス転移温度は564℃であり、ガラス粒子のガラス転移温度の方が低い。図3(a)にあるような窪み104は形成されなかったため、形成されたマークはプレス工程において流動したものと考えられる。本実施例では研磨を行わなかった。
原料ガラスとして実施例1と同一のランタンフリント系光学ガラスを用意した。用意した原料ガラスを平均粒径1〜5μm程度に粉砕した。粉砕した原料ガラス粉末体に、TiO2粉末を添加し、充分に撹拌した。TiO2粉末の添加量は、原料ガラス粉末体とTiO2粉末の合計量に対して、3.6重量%とした。さらにTiO2粉末を添加した原料ガラス粉末体を白金坩堝に入れ、1400℃で30分間溶解し、撹拌、清澄を行った後、400℃に加熱した金属製型上にキャストし、固化させた。その後徐冷して、板状の紫外線カットガラスを得た。得られた紫外線カットガラスのガラス転移温度は554℃であり、紫外光の吸収端は330nmであった。
実施例1と同一のガラスプリフォームを用意し、分散物を、エアブラシを用いてガラスプリフォームに噴霧した後、自然乾燥し、厚みが約15μmの被膜が形成された光学プリフォームを得た。
作製した光学レンズのマークが形成された面を上面とし、上面と反対側の面を下面とする。作製した光学レンズの下面から波長365nmのいわゆるブラックライトを照射して、マークをその透過光で観察した。マークだけ光が透過せず、影文字のように明瞭に文字を視認できた。
光学レンズに形成したマークを光学顕微鏡により観察した。光学顕微鏡の観察は、研磨工程の前のマークと、研磨工程の後のマークの両方について行った。研磨工程の前のマークは、光学レンズ表面に埋没して表面は平坦であり、そのマークのエッジに図3(a)に示すような窪み104が形成されていた。研磨工程前のマークは多少の視認性を有するが、光の反射、散乱ともに光学レンズの光学性能に悪影響を与えない程度のものであった。研磨工程後のマークでは、窪み104は消失していた。研磨工程後のマークは、可視光下ではほとんど目立たないものであった。また、研磨工程後のマークからの光の反射、散乱は、光学レンズの光学性能に悪影響を与えない程度であり、研磨工程前のマークと比較してマークからの光の反射、散乱は更に低くなっていた。
実施例1と同一のランタンフリント系光学ガラスの粉砕物からなる原料粉末体に、CeO2粉末を添加し、充分に撹拌した。CeO2粉末の添加量は、原料粉末体とCeO2粉末の合計量に対して、1.6重量%とした。さらにCeO2粉末を添加した原料粉末体を白金坩堝に入れ、1350℃で30分間溶解し、撹拌、清澄を行った後、400℃に加熱した金属製型上にキャストし、固化させた。そしてその後徐冷して、板状の紫外線カットガラスを得た。得られた紫外線カットガラスのガラス転移温度は、568℃であり、紫外線の吸収端は372nmであった。
実施例1と同一のガラスプリフォームを用意した。分散物を、エアブラシを用いてガラスプリフォームに噴霧した後、乾燥し、厚みが約15μmの被膜が形成されたガラスプリフォームを得た。
作製した光学レンズのマークが形成された面を上面とし、上面と反対側の面を下面とする。作製した光学レンズの下面から波長365nmのいわゆるブラックライトを照射して、マークをその透過光で観察した。マークだけ光が透過せず、影文字のように明瞭に文字を視認できた。
光学レンズに形成したマークを光学顕微鏡により観察した。光学顕微鏡の観察は、研磨工程の前のマークと、研磨工程の後のマークの両方について行った。研磨工程の前のマークは、光学レンズ表面に埋没して表面は平坦であり、そのマークのエッジに図3(a)に示すような窪み104が形成されていた。研磨工程前のマークは多少の視認性を有するが、光の反射、散乱ともに光学レンズの光学性能に悪影響を与えない程度のものであった。研磨工程後のマークでは、窪み104は消失していた。研磨工程後のマークは、可視光下ではほとんど目立たないものであった。また、研磨工程後のマークからの光の反射、散乱は、光学レンズの光学性能に悪影響を与えない程度であり、研磨工程前のマークと比較してマークからの光の反射、散乱は更に低くなっていた。
2 被膜
3 融着膜
4 ガラス粒子
101 光学ガラス部材
103 マーク
104 窪み
1000 マーク付き光学ガラス部材(光学部材)
10 レーザ光源
11 レーザ光
12 下金型
13 上金型
14 スリーブ
20 ワーク
21 載置台
22 上型軸
23 ヒーター
25 ピストン
26 チャンバー
27 油回転ポンプ
28 油拡散ポンプ
29、30、31 バルブ
32 リークバルブ
33 真空計
500 プレス装置
Claims (11)
- 光学ガラス部材のマーク形成方法であって、
ガラスプリフォームを用意することと、
ガラス粒子を含む被膜を前記ガラスプリフォームの表面に形成することと、
前記被膜の所定の領域にレーザ光を照射することで、前記ガラス粒子を前記ガラスプリフォームの表面に融着させて融着膜を形成することと、
前記融着膜が形成されたガラスプリフォームをプレス成形すること
を含む光学ガラス部材のマーク形成方法。 - 前記ガラス粒子のガラス転移温度が、前記ガラスプリフォームのガラス転移温度よりも低い請求項1記載の光学ガラス部材のマーク形成方法。
- 前記プレスの後、
更に、前記光学ガラス部材のマークが形成された部分を研磨することを含む請求項1または2記載の光学ガラス部材のマーク形成方法。 - 前記融着膜の形成後、更に、融着しなかったガラス粒子を含む被膜を前記ガラスプリフォームの表面から除去することを含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学ガラス部材のマーク形成方法
- 前記ガラス粒子は、紫外線カットガラスであり、波長587.56nmにおける前記光学ガラス部材と前記紫外線カットガラスとの屈折率差の絶対値が0.1以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学ガラス部材のマーク形成方法。
- 前記ガラス粒子は、蛍光ガラスであり、波長587.56nmにおける前記光学ガラス部材と前記蛍光ガラスとの屈折率差の絶対値が0.1以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学ガラス部材のマーク形成方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のマーク形成方法により、第1の光学ガラス部材にテストパターンのマークを形成することと、
前記第1の光学ガラス部材において、プレス前のテストパターンの融着膜の形状に対するプレス後のテストパターンのマークの形状の変化率を求めることと、
前記求められた変化率に基づいて融着膜を形成することを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のマーク形成方法により、第2の光学ガラス部材にマークを形成すること
を含む光学ガラス部材のマーク形成方法。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学ガラス部材のマーク形成方法を含む光学ガラス部材の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学ガラス部材のマーク形成方法によりマークが形成された光学ガラス部材。
- 前記マークの表面と前記光学部材の表面とが、面一である請求項9に記載の光学ガラス部材。
- 請求項8に記載の製造方法により製造された光学ガラス部材。
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