JP2011168422A - 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

Abstract

【課題】光透過率が高く、フレアやゴーストの発生を抑制する、光学ガラス部材に適したマークの形成方法を提供する。
【解決手段】光学ガラス部材１のマーク形成方法であって、光学ガラス部材１を用意することと、可燃物質２２を含む燃焼層２を前記光学ガラス部材１の表面に形成することと、前記燃焼層２の所定の領域にレーザ光１１を照射することにより、前記光学ガラス部材１の表面を変形させて凸部とし、前記凸部を含むマーク３を形成することを含む。形成されたマーク３は、光学ガラス部材１の光学特性に影響を与えにくい。
【選択図】図１

Description

本発明は、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に関する。

製品管理や意匠の目的で、ガラス部材上へマークを施すことがある。マークを形成する方法としては、スキャニングレーザによるダイレクトマーキングなどが広く用いられる。ここで、ダイレクトマーキングとは、マーク対象の部材の表面にレーザビームを走査して、レーザアブレーションさせることで当該部材にマークを施すことである。

例えば、特許文献１には、光吸収層を介して特定条件のレーザ光を石英ガラス等の透光材の被加工面に照射することにより、被加工面に穴または溝を形成するレーザ光による透光材の加工方法が開示されている。

国際公開第２００２／０８１１４２号

ところで、光学ガラス部材にマークを形成する場合、形成されたマークによる光の散乱や反射を小さく抑える必要がある。光の散乱や反射が大きいと、たとえマークが光学有効径外に形成されていたとしても、フレアやゴーストなどが発生することがあるからである。フレアやゴーストの発生を抑制するために、マークの光透過率は高い方が好ましい。また、マークは光学ガラス部材の光学有効径内にも形成されることがある。この場合は特に、光学ガラス部材の光学特性にマークが悪影響を与えないように、マークの光透過率は高い方が好ましい。

そこで、本発明の態様は、光透過率が高く、フレアやゴーストの発生を抑制する、光学ガラス部材に適したマークを形成することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、光学ガラス部材を用意することと、可燃物質を含む燃焼層を前記光学ガラス部材の表面に形成することと、前記燃焼層の所定の領域にレーザ光を照射することにより、前記光学ガラス部材の表面を変形させて凸部とし、前記凸部を含む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が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、第１の態様の光学ガラス部材のマーク形成方法を含むマーク付き光学ガラス部材の製造方法が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、第１の態様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マーク付き光学ガラス部材、又は、第２の態様のマーク付き光学ガラス部材の製造方法により製造されたマーク付き光学ガラス部材が提供される。

本発明の態様によれば、透光性の高いマークが形成できるので、マークに起因するフレアやゴーストの発生を抑制できる。本発明の態様のマーク付き光学ガラス部材においては、マークは光学ガラス部材の光学特性に影響を与えにくい。

本発明の第１の実施形態における光学ガラス部材のマーク形成方法を説明する模式図である。 本発明の第１の実施形態における光学ガラス部材のマーク形成方法を示すフローチャートである。 実施例１で作製した試料１および試料４のマークの光学顕微鏡写真である。 実施例１のマーク形成におけるレーザ光の走査速度とマークの光透過率の関係を示す図である。 実施例２のマーク形成におけるレーザ光の走査速度とマークの光透過率の関係を示す図である。 実施例１で作製したマークの段差測定結果を示す図である。 実施例２で作製したマークの段差測定結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるマーク付き光学ガラス部材の製造方法を示すフローチャートである。

本発明の第１の実施形態として、光学ガラス部材にマークを形成する方法について、図１および図２を参照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示すように、光学ガラス部材１を用意する（ステップＳ１）。

本実施形態に用いる光学ガラス部材１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素子にも適応できる。このような光学素子としては、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、レーザミラー等が挙げられる。光学ガラス部材１を形成する光学ガラス材料としては、線熱膨張係数が６〜１６×１０^−６／Ｋ、ガラス転移点温度が４５０〜７００℃、屈伏点が４９０〜７００℃のいずれかの条件を満たすものを用いることができる。具体的な光学ガラス部材１に用いられる材料としては、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。

次に、可燃物質２２をバインダおよび溶媒からなる媒体に分散させた分散物（燃焼層材料）を調製する。この分散物を光学ガラス部材１上に塗布し、乾燥させることにより揮発成分を除去して、図１（ｂ）に示すような燃焼層２を形成する（ステップＳ２）。

次いで、図１（ｃ）に示すように、燃焼層２にレーザ光源１０によりレーザ光１１を所定パターンで照射して、光学ガラス部材１に凸部を含むマーク３を形成する（ステップＳ３）。本願明細書において、凸部とは、マーク３形成前の光学ガラス部材１の表面を基準として突出している部分を意味する。凸部は、光学ガラス部材１の表面がレーザ光１１によって熱変形（熱膨張）したことにより形成されると考えられる。

本実施形態において、光学ガラス部材１は透光性であるため、レーザ光を直接照射しても、ほとんど吸収しない。したがって、レーザ光により光学ガラス部材１の表面を熱変形（熱膨張）させるために、光ガラス部材１の表面に燃焼層２を形成し、燃焼層２を介してレーザ光１１を照射する。燃焼層２は、照射されたレーザ光を吸収することで加熱されて燃焼する。燃焼するときに発する熱が光学ガラス部材１に伝達し、光学ガラス部材１の表面が加熱される。この加熱により、光学ガラス部材１の表面の形状は変形して凸部を形成し、そのようなマーク３を画成する。

燃焼層２は、上述のように、可燃物質２２をバインダおよび溶媒からなる媒体に分散させた分散物（燃焼層材料）を調製し、これを光学ガラス部材１上に塗布、乾燥させて形成する。可燃物質２２を含有することで、レーザ光のエネルギーを効率的に熱エネルギーに変換でき、光ガラス部材１の表面の温度を上昇させることができる。

可燃物質２２として、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック等が挙げられる。これらの物質は、黒色であるため、可視光域および赤外光域を含む広い波長域に渡って光吸収率が高く、レーザ光を効率良く吸収する。

可燃物質２２は、レーザ光の波長付近に吸収を有する必要があるので、可視光域において透明ではない場合がある。しかし、可燃物質２２は、レーザ光の照射により、燃焼して消失する。よって、可燃物質２２は、マーク３に残留しないので、光学ガラス部材１の光学特性に影響を与えない。例えば、カーボンブラックは黒色であるが、５００℃程度から酸化（燃焼）して二酸化炭素となるため、レーザ光照射により消失する。

バインダおよび溶媒は、水で洗浄できるものが好ましい。後述する光学ガラス部材１の表面に残留する燃焼層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、消失す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、可燃物質２２の分散性の向上および消泡の効果が得られるので好ましい。

分散物（燃焼層材料）の合計重量に対する、可燃物質２２の含有量は、５〜１５重量％であることが好ましく、８〜１０重量％であることが更に好ましい。バインダポリマーの含有量は、３０〜５０重量％であることが好ましく、３５〜４５重量％であることが更に好ましい。

分散物（燃焼層材料）の光学ガラス部材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、すなわち燃焼層２の厚みが、３〜３０μｍが好ましく、５〜１５μｍであることが更に好ましい。燃焼層２の厚みがこの範囲であると、光学ガラス部材１の表面温度を適度に上昇させることができる。

燃焼層２に照射するレーザ光１１のレーザ光源１０としては、例えばＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＣＯ_２レーザが挙げられる。レーザ光１１の波長は、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザの基本波長（１０６４ｎｍ）、第二高調波（５３２ｎｍ）、第三高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。またレーザパワーとしては、０．２５〜０．７Ｗが好ましい。この範囲のレーザパワーのレーザ光を用いると、本実施形態の凸部を含むマーク３を容易に形成しできるからである。

レーザ光１１を燃焼層２上に照射した領域（軌跡）が最終的なマーク３の形状となる。レーザ光１１の走査をバーコード形状、文字形状とすることにより、マーク３の形状をバーコード形状、文字形状とすることもできる。また、ドット状の文字を形成することもできる。

マーク３の凸部は、レーザ光による加熱により光学ガラス部材１の表面が熱膨張して形成されるので、光学ガラス部材１と同一の光学ガラス材料から形成されている。また、凸部の表面は滑らかで、光の散乱が少なく光透過率が高い。

本実施形態のマーク３は、凸部を含んでいればよくマーク３内に凹部を含んでいてもよい。凹部とは、マーク３形成前の光学ガラス部材１の表面を基準として陥没している部分を意味する。凹部は、レーザ光の熱により光学ガラス部材１の表面でアブレーションが起きた結果生じると考えられる。アブレーションが生じた凹部の表面は粗く、光の散乱が大きい。よって、凹部の表面の光透過率は低くなる。本実施形態では、マーク３内に凸部を含んでいるので、凹部のみから形成されるマークと比較して光透過率の高いマークを形成でき、マークによって生じるフレアやゴーストの発生を抑制できる。

マーク３の凸部の表面は起伏を有していてもよい。凸部の起伏が、マーク３形成前の光学ガラス部材１の表面から上で生じているのであれば、その部分は全て凸部である。起伏を有する凸部も、レーザ光による加熱により光学ガラス表面が熱膨張したことにより形成されたと考えられ、その表面は滑らかで光の散乱は小さく、高い光透過率を有する。

本実施形態のマーク３の光透過率は、光学ガラス部材１のマーク３が形成されていない部分の光透過率に対して８０％以上であることが好ましい。光透過率が高いとフレアやゴーストの発生を効率的に抑制することができるので、光学ガラス部材１のマークとして適している。また、マーク３は光学ガラス部材１の光学有効径内にも形成されることがあり、この場合は特に、マーク３が光学ガラス部材１の光学特性に影響を与えないように高い光透過率を有することが好ましい。

「マークの光透過率」とは、光学ガラス部材１のマーク３が形成された部分の光透過率であり、また、マーク付き光学ガラス部材１００が実際に使用される光の波長における光透過率をいう。例えば、マーク付き光学ガラス部材１００が可視光で用いられる場合、代表値としてｄ線（５８９ｎｍ）の光透過率が８０％以上であることが好ましい。

マーク３に形成される凸部の高さは、基準となるマーク３形成前の光学ガラス部材１の表面から０．１μｍ〜１μｍが好ましい。この範囲であれば、マークとしての視認性があり、なおかつ光学ガラス部材１の光学性能に影響を与えにくい。

レーザ光１１は、０．５ｍｍ／ｓ以下または、２００ｍｍ／ｓ以上の走査速度で、燃焼層２表面の所定の領域に照射することが好ましい。レーザ光１１の走査速度を制御することで、マーク３の形状を制御し、その結果、マーク３の光透過率を制御することができる。上述の範囲でレーザ光１１を走査することにより、高い光透過率を有するマーク３を形成することができる。

燃焼層２に照射するレーザ光１１は、走査速度が遅いほどより大きな熱エネルギーを燃焼層２を介して光学ガラス部材１に与える。光学ガラス部材１の表面において、アブレーションは熱膨張よりも大きな熱エネルギーを必要とする。よって、レーザ光の走査速度が遅いとき、光学ガラス部材１の表面では、熱膨張による凸部とともに、アブレーションによる凹部が形成される。アブレーションが生じた凹部の表面は粗く光の散乱が多くなるため、マーク３の光透過率は低下する。レーザ光の走査速度を速めると、アブレーションは生じにくくなるため、次第にマーク３の光透過率は向上する。レーザ光の走査速度が２００ｍｍ／ｓ以上では、マーク３は高い光透過率を示し、マークに起因するフレアやゴーストの発生を効果的に抑制できる。

一方、レーザ光１１の走査速度が０．５ｍｍ／ｓ以下では、レーザ照射時間が長いためアブレーションが生じた表面が熱により溶解し表面が滑らかになる。したがって、レーザ光１１の走査速度が０．５ｍｍ／ｓ以下においても、マーク３は高い光透過率を示し、マークに起因するフレアやゴーストの発生を効果的に抑制できる。

本実施形態において、量産性の観点からレーザ光１１の走査速度は０．１ｍｍ／ｓ以上が好ましい。また、レーザ光１１の走査速度が速すぎると、光学ガラス部材１へ与えられる熱エネルギーが減少し、マーク３の凸部も小さくなる。マーク３の視認性の観点から、レーザ光の走査速度は５００ｍｍ／ｓ以下が好ましい。したがって、本実施形態において、レーザ光１１の走査速度は、０．１ｍｍ／ｓ〜０．５ｍｍ／ｓ、または、２００ｍｍ／ｓ〜５００ｍｍ／ｓがより好ましい。

本実施形態では更に、マーク３を形成した後、水洗等により光学ガラス表面に残っている燃焼層２を除去する（ステップＳ４）。レーザ光を照射した領域（マーク３の部分）の燃焼層２は燃焼して消失するので、除去される対象の燃焼層２はレーザ光が照射されなかった領域の燃焼層である。また、仮にレーザ光を照射した領域（マーク３の部分）に燃焼層２が残っていても、本工程により除去される。

以上のようなステップＳ１〜Ｓ４を経て、図１（ｄ）に示すように、光学ガラス部材１に凸部を含むマーク３が形成されたマーク付き光学ガラス部材１００が得られる。

本発明の第２の実施形態として、マーク付き光学ガラス部材の製造方法について、図８を参照しながら説明する。本実施形態の製造方法は、第１の実施形態の光学ガラス部材にマークを形成する方法を含む。まず、原料となる光学ガラス材料（硝材）を用意し（ステップＳ１１）、研削（ステップＳ１２）および研磨（ステップ１３）を経て、光学ガラス部材に加工する。本実施形態においては、光学ガラス材料（硝材）を研削および研磨して、光学ガラス部材へ加工したが、例えば、光学ガラス材料（硝材）をプレス成形する等、他の方法によって所望の形状の光学ガラス部材に加工してもよい。

次に、得られた光学ガラス部材に、本発明の第１の実施形態と同様の方法でマークを形成する（ステップＳ２〜Ｓ４）。その後、マークか形成された光学ガラス部材の表面に反射防止膜等の光学薄膜を真空蒸着により形成する（ステップＳ１４）。以上のようなステップＳ１１〜Ｓ１３、Ｓ２〜Ｓ４およびＳ１４を経てマーク付き光学ガラス部材が得られる。

本発明の第３の実施形態として、マーク付き光学ガラス部材について説明する。本実施形態のマーク付き光学ガラス部材は、凸部を含むマークを有し、そのマークは、例えば、第１の実施形態のマークを形成する方法により形成される。また、本実施形態のマーク付き光学ガラス部材は、例えば、第２の実施形態の製造方法により製造される。

また、本実施形態マーク付き光学ガラス部材は、前記マークが、カルデラ型の断面形状を有する凸部からなるマークであってもよい。「カルデラ」とは、本来、火山噴火等により火山山頂付近が陥没した地形を意味するが、本願明細書において「カルデラ型の断面形状」とは、図７の試料８および９に示す、マーク断面において、凸部の中央付近が周囲よりも陥没している断面形状を意味する。

可燃物質としてカーボンブラック＃８５００(東海カーボン株式会社)０．２ｇ、バインダとしてカオーセラ３０００（花王株式会社）１．０ｇ、溶媒として水０．８ｇおよびメタノール（和光純薬）０．４ｇを遊星ボールミルにより回転数２０００ｒｐｍで２分間混合し、分散物（燃焼層材料）を調製した。

光学ガラス部材として、可視光域で使用する、ＢＫ７（ショット社）からなる光学レンズを用意した。スピンコーターにより、回転数１５００ｒｐｍで分散物（燃焼層材料）を光学レンズの表面に塗布した後、自然乾燥し、厚み１０μｍの燃焼層を形成した。なお、ＢＫ７の線熱膨張係数は８．３×１０^−６／Ｋ、ガラス転移点は５５７℃、屈服点は６１４℃である。

次に、燃焼層に対してレーザ光源を相対移動（走査）させて、レーザ光を所定マークパターンで燃焼層に照射した。レーザ光を照射した部分の燃焼層は発熱し、これに対応する部分の光学レンズの表面が熱変形して、光学レンズにマークが形成された。レーザ光の照射には、ＹＶＯ_４レーザの第二高調波を光源とするレーザマーカー（ミヤチテクノス社製、ＭＬ−９００１Ａ、波長５３０ｎｍ）を用いた。レーザ条件は、ＣＷ発振、電流１７Ａ、出力０．５Ｗ、スポットサイズ約５０μｍであった。マークパターンは、光学レンズの外周から１ｍｍの位置に縦１ｍｍ×横０．５ｍｍのＴ字の文字として描いた。

燃焼層に対するレーザ光の走査速度を０．２ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓの間で変化させ、レーザ光の走査速度の異なる７種類の試料１〜７を作製した。試料１〜７のそれぞれのレーザ光の走査速度は、０．２ｍｍ／ｓ、０．５ｍｍ／ｓ、２ｍｍ／ｓ、５ｍｍ／ｓ、２０ｍｍ／ｓ、５０ｍｍ／ｓおよび２００ｍｍ／ｓである。

レーザ光の照射後、光学レンズ表面に残っている燃焼層を除去するため、光学レンズを水槽に入れ超音波洗浄し、乾燥させた。こうして、レーザ走査部分にのみにマークが形成されたマーク付き光学レンズを得た。

光学ガラス部材として、ランタンホウ酸系ガラスからなる光学レンズを用いた以外は、実施例１と同様の方法で、光学レンズにマークを形成した。燃焼層に対するレーザ光の走査速度は、実施例１と同様に、０．２ｍｍ／ｓ、０．５ｍｍ／ｓ、２ｍｍ／ｓ、５ｍｍ／ｓ、２０ｍｍ／ｓ、５０ｍｍ／ｓおよび２００ｍｍ／ｓとし、それぞれのレーザ光の走査速度でマークを形成したレンズを試料８〜１４とした。本実施例で用いたランタンホウ酸系ガラスの線熱膨張係数は７．２×１０^−６／Ｋ、ガラス転移点は５５８℃、屈服点は５８９℃であった。

[マークの観察]
実施例１および２で作製した試料１〜１４のマークに集光灯による光を照射してマークを観察した。この観察で明瞭にＴ字のマークを視認できた。

次に、試料１〜１４のマークを光学顕微鏡により観察した。試料１、２、８および９のレーザ光の走査速度が０．５ｍｍ/ｓ以下の試料では、明るいマーク、つまり光透過率が高いマークが観察された。図３（ａ）にレーザ光の走査速度が０．２ｍｍ/ｓである試料１の光学顕微鏡写真を示す。これから、レーザ光の走査速度が０．５ｍｍ/ｓ以下の試料のマーク表面は光の散乱が少なく、表面粗さは小さいと考えられる。

レーザ光の走査速度が速くなると、マークの光透過率は低下し、暗いマークが観察された。図３（ｂ）にレーザ光の走査速度が、５ｍｍ/ｓである試料４の光学顕微鏡写真を示す。これから、レーザ光の走査速度が速くなるに従いマーク表面では光の散乱が増え、表面粗さは大きくなると考えられる。

更にレーザ光の走査速度が速くなり、試料７および１４のレーザ光の走査速度が２００ｍｍ/ｓ以上の試料では、再び明るいマークが観察された。これから、レーザ光の走査速度が２００ｍｍ/ｓ以上になると、再びマーク表面の表面粗さは小さくなり、光の散乱が少なくなると考えられる。

[マークの光透過率]
試料１〜１４と同じ条件で作成したマークの光透過率を測定した。マークの光透過率は、各光学レンズのマークが形成されていない部分の光透過率を１００％とし、それに対する相対的な値とした。試料１〜１４は、可視光域で用いる光学レンズであることから、可視光であるｄ線（５８９ｎｍ）を用いて光透過率を測定した。

マークの形成におけるレーザ光の走査速度とマークの光透過率の関係を図４および図５に示す。図４は、ＢＫ７を用いたレンズ（試料１〜７）における関係であり、図５は、ランタンホウ酸系ガラスを用いたレンズ（試料８〜１４）における関係である。

ＢＫ７およびランタンホウ酸系ガラスの両光学レンズにおいて、マークの光透過率はレーザ光の走査速度に対して、ほぼ同様の挙動を示した。レーザ光の走査速度が遅い０．５ｍｍ／ｓ以下では光透過率は８０％以上であった。レーザ光の走査速度が速くなると光透過率は低下し、更に走査速度を早くすると光透過率は増加に転じた。レーザ光の走査速度が２００ｍｍ／ｓ以上で再び光透過率は８０％以上となった。この結果は、上述の光学顕微鏡によるマークの観察結果と一致する。

[マークの段差測定]
次に、段差計により、試料１〜１４のマークの段差測定を行った。測定方向は、レーザ光走査方向と直交する方向である。ＢＫ７を用いた光学レンズである試料１〜７の測定結果を図６に、ランタンホウ酸系ガラスを用いた光学レンズである試料８〜１４の測定結果を図７に示す。段差測定の結果は、それぞれの試料のレーザ光走査方向と直交する方向における、マークの断面形状を現している。

全ての試料１〜１４において、マークには凸部が形成されていた。また、レーザ光の走査速度が０．２ｍｍ／ｓおよび０．５ｍｍ／ｓの試料１、２、８および９では、凸部のみかならなるマークが形成された。つまり、マーク全体がマーク形成前の光学レンズの表面から突出しており、凹部は含まれていなかった。更にレーザ光の走査速度が速い２ｍｍ／ｓおよび５ｍｍ／ｓの試料３、４、１０および１１では、マークの中央部に凹部を、その周囲に凸部を含むマークが形成された。つまり、マーク中央部がマーク形成前の光学ガラス部材の表面から下方へ凹み、その周囲は表面から突出していた。

レーザ光の走査速度が速い２０ｍｍ／ｓ、５０ｍｍ／ｓおよび２００ｍｍ／ｓでは、ＢＫ７を用いた光学レンズである試料５〜７では、凸部形状のみからなるマークが形成された。ランタンホウ酸系ガラスを用いた光学レンズである試料１２〜１４では、凹部と凸部が混在したマークであったが、レーザ光の走査速度が２ｍｍ／ｓおよび５ｍｍ／ｓのマークと比較して凹部の深さは浅くなっていた。

以上のマークの光透過率と段差測定の結果から、以下のことが考えられる。レーザ光の走査速度が遅い０．５ｍｍ／ｓ以下では、レーザからの熱エネルギーにより、光学カラス部材の熱膨張と共にアブレーションが生じる。更に、レーザ照射時間が長いためアブレーションされた表面が熱により溶解し、表面が滑らかになったと考えられる。その結果、レーザ光の走査速度が０．５ｍｍ／ｓ以下では、マークからの光の散乱が少なくマークの光透過率が８０％以上と高い。

レーザ光の走査速度が速くなると、アブレーションされた光学ガラス部材の表面を溶解するほどの熱エネルギーは得られないため、アブレーションにより生じた凹部はそのままマークに残る。アブレーションが生じた凹部の表面は粗れているため光の散乱を生じ、マークの光透過率は低下する。

更にレーザ光の走査速度が速くなると、レーザ光から光学ガラス部材に与えられる熱エネルギーは小さくなり、アブレーションが生じにくくなる。これにより、マーク全体の表面粗さは小さくなり光の散乱が減少するので、マークの光透過率は増加に転じる。そして、レーザ光の走査速度が２００ｍｍ／ｓを越えると、マークの光透過率は再び８０％を越える。

以上の結果から、レーザ光の照射速度は０．５ｍｍ／ｓ以下または、２００ｍｍ／ｓ以上が好ましい。また、量産性の観点から、レーザ光の走査速度は０．１ｍｍ／ｓ以上であることが好ましく、また、レーザ光の走査速度が速すぎると、マークの凸部が小さくなり、マークの視認性が低下するため、レーザ光の走査速度は、５００ｍｍ／ｓ以下であることが好ましい。よって、マークの形成方法においては、レーザ光の走査速度は、０．１〜０．５ｍｍ／ｓまたは、２００〜５００ｍｍ／ｓの範囲がより好ましい。

尚、本実施例において、ＢＫ７からなる光学レンズである試料１〜７とランタンホウ酸系ガラスからなる光学レンズである試料８〜１４では、マークの断面形状に相違が見られる。試料８〜１４の方が、試料１〜７と比較して、マーク内の凹凸や起伏の差が激しい。これは、ランタンホウ酸系ガラスの屈伏点が、ＢＫ７の屈伏点より約３０℃低いため、ランタンホウ酸系ガラスの方が熱に対して柔らかくなりやすいためと考えられる。しかしながら、ＢＫ７からなる光学レンズである試料１〜７とランタンホウ酸系ガラスからなる光学レンズである試料８〜１４は、マークの断面形状に若干の相違はあるものの、レーザ光の走査速度の変化に対して、同傾向のマークの形状変化および光透過率変化を示すことがわかった。

また、実施例１および２のマークの凸部の表面は、起伏を有しているものもあった。例えば、図７に示す試料８および９のマークの凸部はカルデラ型の断面形状を有している。試料８および９のカルデラ型の断面形状の陥没部の底は、マーク形成前の光学ガラス部材の表面からは突出した位置にあるので、陥没部を含め、試料８および９のマークは、凸部のみから構成されるマークである。つまり、マーク形成前の光学ガラス部材の表面より、カルデラ型の断面形状の陥没部の底は高い位置に位置し、陥没部を挟む両脇部は更に高い。このような陥没部の表面は滑らかであり光の散乱を生じにくい。よって、試料８および９のマークは、アブレーションによる凹部を有する試料１０〜１３のマークと比較して高い光透過率を有する。

[マークの元素分析]
エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）によりマークの元素分析を行った。その結果、マークが形成された部分は、マークが形成されていない部分の光学ガラス材料と同様の化学組成であり、燃焼層の残余物は残留していないことが確認できた。

本実施例では、実施例１と同様の方法でマークを形成したマーク付き光学ガラス部材として、マーク付き光学レンズを製造した。本実施例のマーク付き光学レンズの製造方法について、図８を参照しながら説明する。尚、本実施例で製造した光学レンズは、可視光域で使用する光学レンズである。

まず、原料となる光学ガラス材料（硝材）としてＢＫ７（ショット社）を用意した（ステップＳ１１）。硝材は光学ガラスをプレス加工し、目的のレンズ形状に近似させたものを用いた。硝材を研削して更に所望のレンズ形状に近づけ（ステップＳ１２）、研磨してレンズとしての精度を出した（ステップ１３）。このように、ステップＳ１１〜Ｓ１３を経て、硝材を光学レンズ（光学ガラス部材）に加工した。

次に、光学レンズに、実施例１の試料１と同様の方法でマークを形成した（ステップＳ２〜Ｓ４）。その後、マークか形成された光学レンズの表面に従来から知られている反射防止膜（光学薄膜）を真空蒸着により形成し、マーク付き光学レンズ（マーク付き光学ガラス部材）を得た（ステップＳ１４）。

本実施例で製造されたマーク付き光学レンズのマークに、集光灯による光を照射してマークを観察した。この観察で明瞭にＴ字のマークを視認できた。次に、マークの光透過率を測定した。本実施例の光学レンズは、可視光域で用いる光学レンズであることから、可視光であるｄ線（５８９ｎｍ）を用いて光透過率の測定を行い、光学レンズのマークが形成されていない部分の光透過率を１００％とし、それに対する相対的なマークの光透過率を求めた。その結果、マークの光透過率は８０％以上であった。本実施例で製造したマーク付き光学レンズは、フレアやゴーストの発生を抑制する、光学ガラス部材に適切な高光透光性のマークを有することがわかった。

尚、本実施例１〜３においては、燃焼層にレーザを照射した後、光学レンズを洗浄し、光学レンズ表面に残留する燃焼層を除去しているが、条件によっては、この洗浄工程は不要である。例えば、燃焼層をマークパターンとして光学ガラス部材上に形成し、形成した燃焼層全てをレーザにより燃焼させる場合である。

１ 光学ガラス部材
２ 燃焼層
３ マーク
１０ レーザ光源
１１ レーザ光
２２ 可燃物質
１００ マーク付き光学ガラス部材

Claims (12)

1. 光学ガラス部材を用意することと、
   可燃物質を含む燃焼層を前記光学ガラス部材の表面に形成することと、
   前記燃焼層の所定の領域にレーザ光を照射することにより、前記光学ガラス部材の表面を変形させて凸部とし、前記凸部を含む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。
2. 前記マークの光透過率が、前記光学ガラス部材におけるマークが形成されていない部分の光透過率に対して８０％以上である請求項１記載の光学ガラス部材のマーク形成方法。
3. 前記レーザ光を０．５ｍｍ／ｓ以下または、２００ｍｍ／ｓ以上の走査速度で、前記所定の領域に照射する請求項１または２に記載の光学ガラス部材のマーク形成方法。
4. 前記マークが、前記凸部のみから形成される請求項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。
5. 前記レーザ光を照射することにより、前記光学ガラス部材が熱膨張して前記凸部を形成する請求項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。
6. 前記可燃物質が、カーボンブラックである請求項１〜５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。
7. 前記レーザ光の照射の後に、更に、
   前記燃焼層を前記光学ガラス部材の表面から除去することを含む請求項１〜６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。
8. 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マーク付き光学ガラス部材の製造方法。
9. 光学ガラス材料を用意することと、
   前記光学ガラス材料を光学ガラス部材に加工することと、
   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、前記光学ガラス部材にマークを形成することと、
   前記光学ガラス部材の表面に光学薄膜を形成することを含むマーク付き光学ガラス部材の製造方法。
10. 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マーク付き光学ガラス部材。
11. 請求項８および９に記載の製造方法により製造されたマーク付き光学ガラス部材。
12. 表面にマークが形成されたマーク付き光学ガラス部材であって、
    前記マークが、カルデラ型の断面形状を有する凸部からなるマークであるマーク付き光学ガラス部材。

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