JP2015004744A - 光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工機や赤外線カメラ等の用途で使用される光学部品に関し、前記光学部品を構成する素材の合成時に局所的な歪が発生したとしても、レンズとして使用できる方策を提供する。
【解決手段】光軸に垂直な方向の断面が円形の光学部品において、前記光軸方向から見て、前記光軸から前記光学部品の最外周までの距離をＲとしたときに、前記光軸から０．５Ｒの距離に位置する任意の４カ所の残留応力の平均値σ_ａｖが１ＭＰａ以上であり、かつ前記４カ所の残留応力が、｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖ≦１．３（ここで、σ_ｍａｘは前記４カ所の残留応力の内、偏差の絶対値が最も大きい残留応力である。）の関係を満たすようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー加工機や赤外線カメラ等の用途で使用される光学部品に関する。

セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）は赤外線の透過特性に優れていることから、切断加工や板金に用いられる炭酸ガスレーザー用のレンズや透過窓などの光学部品として使用されている。本用途ではレーザー光の出力が非常に高いことから、透過窓やレンズでの吸収を極めて小さく抑える必要がある。炭酸ガスレーザーは９．４μｍと１０．６μｍを中心とする２つの波長帯の赤外線レーザーを発光するが、前記赤外線レーザー光の吸収を極めて小さく抑えるために、透過窓やレンズとして使用されるＺｎＳｅには高い純度と適切なＺｎ：Ｓｅの化学量論組成比が要求される。このため現在はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＺｎＳｅの多結晶体が合成されている（特許文献１）。

特公昭６１−２４４６５号公報

ＣＶＤ法を用いてＺｎＳｅ多結晶体の素材を合成する際、特許文献１に記載されている通り、黒鉛基板上にＺｎＳｅ多結晶体を成長させる。このとき黒鉛基板から脱離した黒鉛粒子等の微小な異物が、成長途中のＺｎＳｅ素材に取り込まれることがある。また、雰囲気ガスが成長途中のＺｎＳｅ素材に取り込まれると、気泡として残存する場合がある。ＺｎＳｅ素材中にこのような微少な異物や気泡が存在すると、異物や気泡の周囲に歪が発生する。かかる局所的な歪が存在するＺｎＳｅ素材を用いてレンズを作製すると、前記歪によって光軸が傾いたり、非対称性が生じることによって光学性能が悪化するため、異物や気泡が内在するレンズはこれまで不良品として廃棄されてきた。一方、ＣＶＤ法で合成したＺｎＳｅ多結晶体は高価であるため、素材合成時に局所的な歪が発生したとしても、レンズとして使用できる方策が求められていた。

本発明者らは上記の要請に鑑み、ＺｎＳｅ多結晶体をＣＶＤ法で合成する際に素材に局所的な歪が発生したとしても、レンズとして使用できる方策について鋭意検討を重ねた。その結果、局所的な歪を内在するレンズであっても、後からレンズ全体に回転対称な分布となるよう歪を導入することにより、局所的な歪の存在による非対称性に起因した光学特性の劣化を抑制することを可能にし、本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明の第１の態様は、光軸に垂直な方向の断面が円形の光学部品であって、前記光軸方向から見て、前記光軸から前記光学部品の最外周までの距離をＲとしたときに、前記光軸から０．５Ｒの距離に位置する任意の４カ所の残留応力の平均値σ_ａｖが１ＭＰａ以上であり、かつ前記４カ所の残留応力が、｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖ≦１．３（ここで、σ_ｍａｘは前記４カ所の残留応力の内、偏差の絶対値が最も大きい残留応力である。）の関係を満たす光学部品である。

前記光学部品において、光学部品を構成する材料はセレン化亜鉛、ゲルマニウム、硫化亜鉛のいずれかであることが好ましい。

前記光学部品は、好ましくはレンズである。

本発明の第２の態様は、上記の光学部品を用いたレーザー加工機である。

以上のような本発明によれば、光学部品の素材に内在する微少な異物や気泡に起因して発生する局所的な歪によって、光軸が傾いたり、非対称性が生じることによって光学性能が悪化することを抑制できる。

レーザー加工機のレンズに内在する歪と焦点位置の関係を示す模式図である。

以下、本発明の第１の態様である光学部品の実施形態について説明する。

本発明の光学部品は、光軸に垂直な方向の断面が円形であって、前記光軸方向から見て、前記光軸から前記光学部品の最外周までの距離をＲとしたときに、前記光軸から０．５Ｒの距離に位置する任意の４カ所の残留応力の平均値σ_ａｖが１ＭＰａ以上であり、かつ前記４カ所の残留応力が、｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖ≦１．３（ここで、σ_ｍａｘは前記４カ所の残留応力の内、偏差の絶対値が最も大きい残留応力である。また、任意の４カ所において測定した残留応力のそれぞれの値からσ_ａｖを引き算した値を偏差と定義する。）の関係を満たしている。合成時の微少な異物や気泡が素材に内在することにより、光学部品中に局所的な歪が発生している場合であっても、同程度の歪を前記光学部品全体に光軸に対して回転対称な分布となるように導入することにより、局所的な歪の影響を打ち消すことができる。

光学部品が凸レンズである場合を例に取ると、歪が内在しない凸レンズでは入射光の光軸の延長上に焦点が存在する。これに対して、微少な異物や気泡が偏在することにより凸レンズ中に局所的かつ光軸に対して非対称な歪が発生する場合には、入射光の光軸の延長上から焦点が外れてしまう。入射光の光軸の延長上から焦点が外れると、後述するようにレーザー加工機に用いた場合に、切断が困難になる等の不具合が発生する。一方、歪を凸レンズ全体に回転対称な分布となるように導入すると、歪が内在しない場合と比べて焦点距離は変化するが、焦点は入射光の光軸の延長上に存在する。その結果、レーザー加工機に用いた場合でも、歪が内在しない凸レンズと同様に、良好な切断が可能となる。

本発明においては、合成時の微少な異物や気泡に起因して素材に内在する局所的な歪の影響を打ち消すために、光軸方向から見て、前記光軸から前記光学部品の最外周までの距離をＲとしたときに、前記光軸から０．５Ｒの距離に位置する任意の４カ所の残留応力の平均値σ_ａｖを１ＭＰａ以上にする。σ_ａｖが１ＭＰａ未満では局所的な歪の影響を十分に打ち消すことができず、歪の非対称性が残ることがあるからである。歪を光学部品全体に導入する方法としては、プレス成形用の上下一対の押し型の間に光学部品をセットし、前記光学部品を構成する材料の融点（絶対温度）もしくは昇華点（絶対温度）の１／２以上の温度に保持しながら、５ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の圧力を加えることが挙げられる。

加えて、光軸方向から見て、前記光軸から前記光学部品の最外周までの距離をＲとしたときに、前記光軸から０．５Ｒの距離に位置する任意の４カ所の残留応力が、下記の（Ｉ）式の関係を満たすようにする。

｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖ≦１．３ ・・・（Ｉ）
ここで、σ_ｍａｘは前記４カ所の残留応力の内、偏差の絶対値が最も大きい残留応力である。（Ｉ）式の左辺は光学部品の内部に存在する歪の偏りの度合を示すパラメータである。（Ｉ）式は歪を前記光学部品全体に光軸に対して回転対称な分布となるように導入することを意味している。｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖの値が１．３を超える場合、導入した歪は光学部品全体に回転対称な分布とはならず、局所的な歪の影響を打ち消すことが困難になる。

このとき、光学部品内部に存在する歪の量を直接定量化することは困難であるため、前記歪によって生じる光の複屈折の量を測定し、その測定結果から光学部品内部の残留応力を算出した。前記残留応力の大小は前記歪の大小と対応している。前記残留応力の測定には、神港精機（株）製ポーラリメーターＳＦ−IIＣ型を用いた。前記ポーラリメーターは光源とカメラの間に直交させた２枚の偏光板を配置し、さらに前記偏光板の間に測定試料と単色化のための黄色フィルター、回転位相差板を配置する構造になっている。回転位相差板を挿入した状態で回転位相差板を挿入しないときと同一の画像が得られる角度を０度と定義し、回転位相差板の角度を変えながら画像を撮影して、０度のときに最大光量となる画像内の領域は残留応力が０である。ある領域において最大光量となる回転位相差板の角度が大きくなると共に、前記領域の残留応力は大きくなる。回転位相差板の角度θ（゜）と残留応力σ（ＭＰａ）の関係は下記の（ＩＩ）式で表される。

σ＝｜Ｒｓｉｎ２θ／（０．９８ｃｔ）×９．８×１０^−２｜ ・・・（ＩＩ）
ここで、Ｒは回転位相差板の位相差（ｎｍ）、ｃは光学材料に依存した光弾性定数、ｔは測定試料の厚み（ｃｍ）である。

光学部品の内部に存在する残留応力には圧縮応力と引張応力があり、測定試料の配置を工夫することにより、回転位相差板の角度が＋方向か−方向かによって、どちらの応力が残留しているかを知ることも可能である。しかしながら、光学部品にとっては圧縮応力と引張応力の違いは位相遅れを起こす偏光成分の違いでしかなく、一般に円偏光を扱うレーザー加工や、非偏光を扱うカメラ等の用途においては、残留応力の絶対値が同じであれば、圧縮か引張かによって光学的な差は生じない。したがって、本願においては（ＩＩ）式に示す通り、回転位相差板の角度θから算出される残留応力の絶対値を残留応力σと定義する。

本発明の光学部品に用いる材料はＺｎＳｅに限定されず、ゲルマニウム（Ｇｅ）や硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の赤外線を透過する材料も用いることができる。ＧｅやＺｎＳを用いた光学部品においても、プレス成形用の上下一対の押し型の間に前記光学部品をセットし、前記光学部品を構成する材料の融点（絶対温度）もしくは昇華点（絶対温度）の１／２以上の温度に保持しながら、５ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の圧力を加えて、歪を前記光学部品全体に導入することが可能だからである。

本発明の光学部品は、光の直進や屈折、干渉などの性質を利用した光学機器に用いられる、光を透過する部品の総称であって、例えば、レンズ、透過窓、プリズム、フィルター、ビームスプリッターなどが含まれるが、とりわけ、レンズとして用いた場合にその効果が大きい。微少な異物や気泡が偏在するとレンズ中に局所的かつ光軸に対して非対称な歪が発生し、入射光の光軸の延長上から焦点が外れてしまう。これに対して、本発明のレンズでは歪をレンズ全体に回転対称な分布となるように導入することにより、微少な異物や気泡の偏在に起因する局所的かつ光軸に対して非対称な歪を打ち消し、歪が内在しないレンズと同様に、焦点を入射光の光軸の延長上に存在させることができる。このため、ＣＯ_２レーザーに代表される赤外線レーザー、赤外線センサー、赤外線カメラなどの用途で使用されるレンズとして好適に用いることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様である光学部品を備えるレーザー加工機である。以下、本発明の光学部品が凸レンズである場合を例に取って、前記凸レンズをレーザー加工機に用いる場合の効果を説明する。

図１（ａ）に示すように、歪が内在しない凸レンズでは入射光の光軸の延長上に焦点が存在する。歪が内在しない凸レンズを用いてレーザー加工を行うと、アシストガスの噴流軸と光軸が一致していることにより、レーザー光で溶かされた溶融材がアシストガスで吹き飛ばされ、きれいな切断が実現できる。

一方、図１（ｃ）に示すように、微少な異物や気泡が内在することにより凸レンズ中に局所的かつ光軸に対して非対称な歪が発生している場合には、焦点の位置が入射光の光軸の延長上から外れてしまう。入射光の光軸の延長上から焦点がずれると、アシストガスの噴流軸と光軸が一致せず、溶融材がアシストガスによって吹き飛ばされなくなり、切断が困難になる。

これに対して、図１（ｂ）に示すように、歪をレンズ全体に回転対称な分布となるように導入した本発明の凸レンズにおいては、歪が内在しない図１（ａ）の場合と比べて焦点距離は少し変化するが、焦点は入射光の光軸の延長上に存在する。このため、被削材に吸収されるエネルギー量の変化が小さく、焦点距離の余裕幅は広い。また、アシストガスの噴流軸と光軸が一致していることにより、レーザー光で溶かされた溶融材がアシストガスで吹き飛ばされる。その結果、歪をレンズ全体に回転対称な分布となるように導入した本発明の凸レンズをレーザー加工機に用いると、歪が内在しない凸レンズと同様にきれいな切断が実現できる。

次に、本発明の光学部品の製造方法を、ＺｎＳｅを用いた光学部品を例として説明する。本発明の光学部品の製造工程は、ＺｎＳｅ多結晶体の合成工程、加圧熱処理工程、光学部品への成形工程を備える。

（合成工程）
本発明の光学部品に用いるＺｎＳｅ多結晶体は、高純度の材料が得られるという観点から、ＣＶＤ法を用いて作製することが好ましい。具体的には、搬送ガスとして純度９９．９９９％程度のアルゴンガスを用い、純度９９．９９９％程度のセレン化水素および純度９９．９９９％程度の溶融亜鉛からの亜鉛蒸気を、温度６００〜８００℃、雰囲気圧力１０ｋＰａ以下の反応炉内で反応させ、黒鉛基板上にＺｎＳｅ多結晶体のバルクを成長させることにより、合成することができる。このとき、わずかに入り込んだ微少な異物や気泡の影響によって、ＺｎＳｅ多結晶体の内部に局所的な歪が発生する。

（加圧熱処理工程）
上記のようにして合成したＺｎＳｅ多結晶体を、不純物濃度が０．００１ｖｏｌ％以下、かつ圧力が０．１気圧以上１０気圧以下の非酸化性ガス雰囲気中において、９２０℃以上１０５０℃以下の温度に保持して熱処理する。非酸化性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスを用いることができる。このとき、非酸化性ガスの不純物濃度を０．００１ｖｏｌ％以下、かつ雰囲気圧力を０．１気圧以上１０気圧以下とするのは、非酸化性ガス雰囲気中に不純物として含まれる酸素ガスの分圧を抑え、ＣＶＤ法により合成したＺｎＳｅ多結晶体中に数ｐｐｍのオーダーで含有されていた不純物酸素を、１ｐｐｍ以下に減少させ、熱処理後のＺｎＳｅ多結晶体の光の透過率の低下を抑制するためである。非酸化性ガスの不純物濃度が０．００１ｖｏｌ％を超えるか、あるいは雰囲気圧力が１０気圧を超えるような場合には、非酸化性ガス雰囲気中に不純物として含まれる酸素ガスの分圧が高くなり、ＺｎＳｅ多結晶体中からの不純物酸素の離脱が十分に進行せず、熱処理後のＺｎＳｅ多結晶体中の不純物酸素を１ｐｐｍ以下に減少させるのが困難になることがある。一方、雰囲気圧力が０．１気圧未満の場合、９２０℃以上１０５０℃以下の温度に保持する際に、ＺｎＳｅが分解・昇華する可能性があるため、雰囲気圧力は０．１気圧以上とすることが好ましい。また、９２０℃未満の温度で熱処理をしても、ＺｎＳｅ多結晶体中の不純物酸素を１ｐｐｍ以下に減少させることは難しく、１０５０℃を超える温度で熱処理をするとＺｎＳｅが分解・昇華する可能性があるため、熱処理温度は９２０℃以上１０５０℃以下とすることが好ましい。

このとき、９２０℃以上１０５０℃以下の温度に保持する際に、ＺｎＳｅ多結晶体に５ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の圧力を加えて歪を導入する。具体的には、円筒形状の胴型の内部にプレス成形用の上下一対の押し型を挿入し、その間にＺｎＳｅ多結晶体をセットして、上下方向に荷重を加えることにより、ＺｎＳｅ多結晶体を加圧することができる。前記型の材料としては、黒鉛やグラッシーカーボン等の熱処理温度においても耐熱性のある材料を用いる。熱処理温度において６０ＭＰａを超える圧力を加えると、ＺｎＳｅ多結晶体が破損することがある。一方、熱処理温度において加える圧力が５ＭＰａ未満では、微少な異物や気泡の内在に起因してＺｎＳｅ多結晶体に偏在する、局所的かつ光軸に対して非対称な歪を打ち消すのに十分な歪を導入することが困難になる。このため、熱処理温度において加える圧力は、５ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下であることが好ましい。

熱処理温度においてＺｎＳｅ多結晶体を加圧する際には、ＺｎＳｅ多結晶体全体を均一に加圧することが特に重要である。ＺｎＳｅ多結晶体全体を均一に加圧することによって、光学部品に光軸に対して回転対称な歪を導入することが可能になる。具体的には、上下押し型と胴型に用いる材料の熱膨張係数を考慮して、上下押し型のそれぞれの外径と胴型の内径とのクリアランスが、熱処理温度において０．０１０ｍｍ以下となるように設計する。加えて、７〜８ｍｍ厚さの押し型の上下両端面と、胴型内面に対向する側面の直角度を０．００５ｍｍ以下となるように作製することにより、加圧の際に上下の押し型が傾くことを抑制できる。その結果、ＺｎＳｅ多結晶体が偏って加圧されることがなくなり、加圧によって光学部品に導入される歪の分布を、光軸に対して回転対称とすることができる。

（光学部品への成形工程）
従来は、合成したＺｎＳｅ多結晶体のバルクを切削、研削もしくは研磨などの加工手段を用いて、所定の光学部品の形状に成形した後、ポーラリメーターを用いて前記光学部品を選別検査し、内部に局所的な歪が存在するものは不良品として廃却して、内部に歪がないものだけを使用していた。このため、高価なＺｎＳｅ多結晶体のバルクから得られる光学部品の個数が減少し、歩留まりの低下を招いていた。

一方、本発明の光学部品においては、前記加圧熱処理工程における加圧の際に光学部品の形状を転写した上下押し型を用いることにより、歪を導入するのと同時に、塑性変形によって光学部品を成形することが可能である。具体的には、合成したＺｎＳｅ多結晶体のバルクから光学部品と同じ重量のプリフォームを切り出し、光学部品の形状を転写した上下押し型を用いて前記プリフォームを加圧熱処理して光学部品を得る。光軸に対して回転対称な歪を導入して内部に局所的に存在する歪の影響を打ち消すことで、これまで不良品として廃却されていたものも使用可能となり、ＺｎＳｅ多結晶体のバルクから得られる光学部品の歩留まりが大幅に向上した。

また、本発明の光学部品は、合成したＺｎＳｅ多結晶体のバルクを前記加圧熱処理した後、切削、研削もしくは研磨などの加工手段を用いて、所定の光学部品の形状に成形することによっても得ることができる。

加圧熱処理工程において、前記クリアランスと前記直角度を制御して加圧の偏りを抑制し、光軸に対して回転対称な歪を光学部品に導入する方法は、上述のＺｎＳｅを用いた光学部品に限られず、ＧｅやＺｎＳ等の材料を用いた光学部品にも適用が可能である。

（実施例１）
搬送ガスとして純度９９．９９９％のアルゴンガスを用い、純度９９．９９９％のセレン化水素および純度９９．９９９％の溶融亜鉛からの亜鉛蒸気を、温度７００℃、雰囲気圧力７ｋＰａの反応炉内で反応させて、黒鉛基板上にＺｎＳｅ多結晶体のバルクをＣＶＤ成長させた。

合成したＺｎＳｅ多結晶体バルクから直径３６ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤形状の試料を切り出した。直径３６ｍｍ、最外周の厚さ８ｍｍ、端面と側面の直角度０．００３ｍｍで、前記試料と接する面を鏡面仕上げした、グラッシーカーボン製の上下一対の押し型を用いて前記試料を挟み、耐熱セラミックス製の円筒形状の胴型に挿入した。これらを圧力４００ｋＰａの不活性ガス雰囲気中で１０００℃に保持しながら、６．６ＭＰａで一軸加圧することによって、前記試料を片側に曲率半径１７８ｍｍの凸面を備える平凸レンズに変形させた。このとき、上下押し型のそれぞれの外径と胴型の内径とのクリアランスが、１０００℃において０．００３ｍｍとなるようにした。

神港精機（株）製ポーラリメーターＳＦ−IIＣ型を用いて、前記平凸レンズの光軸から半径の１／２の距離に位置する任意の４カ所における光の複屈折の量を測定し、その測定結果から平凸レンズ内部の残留応力を算出した。具体的には、４カ所の測定点のそれぞれにおいて画面上で前記測定点を中心とする２ｍｍ角の範囲の回転位相差板の角度を測定し、その平均値から残留応力を算出した。その結果、前記４カ所の測定点の残留応力は、それぞれ１．６４ＭＰａ、１．６４ＭＰａ、１．９６ＭＰａ、２．６２ＭＰａであった。したがって、σ_ａｖは１．９６５ＭＰａ、σ_ｍａｘは２．６２ＭＰａとなり、｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖの値は０．３３となる。

前記平凸レンズをレーザー加工機に取り付け、加工試験を行った。加工機は三菱電機製２５１２Ｈ２、レーザー発振器は三菱電機製２５ＳＲＰ（レーザー波長：１０．６μｍ、定格出力：１０００Ｗ、ピーク出力：２５００Ｗ、最大加工速度：１５０００ｍｍ／分）である。被削材は厚さ２．３ｍｍの軟鋼である。これを２０００ｍｍ／分で送りながら切断した。焦点位置を被削材の表面から深さ方向に少しずつずらして切断試験を繰り返し、溶融材の付着（以下、ドロスという。）が観察されないきれいな切断面が得られる範囲を決定し、焦点距離の余裕幅を求めた。実施例１の平凸レンズを用いた試験では被削材の表面から深さ方向に３．０ｍｍまで焦点距離をずらしてもドロスがないきれいな切断面が得られ、さらに３．５ｍｍまで焦点距離をずらすと切断が困難になった。この結果、実施例１の平凸レンズをレーザー加工に用いると、次に記載する従来から良品としてきた平凸レンズとほぼ同等のレーザー加工性能が達成できることが確認された。

（従来例１）
実施例１と同一の方法で合成したＺｎＳｅ多結晶体バルクから、直径３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤形状の試料を切り出した後、超精密研削法を用いて実施例１の平凸レンズと同一寸法に加工した。実施例１と同様にして加工後の平凸レンズ内部の残留応力を測定し、局所的に偏在する特異な残留応力を有しない、従来から良品としてきた平凸レンズを選別し、従来例１の平凸レンズとした。当該平凸レンズの光軸から半径の１／２の距離に位置する任意の４カ所の測定点における残留応力は、それぞれ０ＭＰａ、０．８２ＭＰａ、０．８２ＭＰａ、０．４１ＭＰａであった。したがって、σ_ａｖは０．５１２５ＭＰａ、σ_ｍａｘは０ＭＰａとなり、｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖの値は１．０となる。

従来例１の平凸レンズをレーザー加工機に取り付け、実施例１と同じ条件で加工試験を行った。その結果、従来例１の平凸レンズでは被削材の表面から深さ方向に３．０ｍｍまで焦点距離をずらしてもドロスが発生せず、きれいな切断面が得られた。さらに３．５ｍｍまで焦点距離をずらすと、ドロスが発生したが切断は可能であった。

（比較例１）
実施例１と同一の方法で合成したＺｎＳｅ多結晶体バルクから、直径３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤形状の試料を切り出した後、超精密研削法を用いて実施例１の平凸レンズと同一寸法に加工した。実施例１と同様にして加工後の平凸レンズ内部の残留応力を測定し、特異な残留応力が局所的に偏在する平凸レンズを選別して、比較例１の平凸レンズとした。当該平凸レンズの光軸から半径の１／２の距離に位置する任意の４カ所の測定点における残留応力は、それぞれ０ＭＰａ、０．８２ＭＰａ、０．８２ＭＰａ、２．４５ＭＰａであった。したがって、σ_ａｖは１．０２２５ＭＰａ、σ_ｍａｘは２．４５ＭＰａとなり、｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖの値は１．４となる。

比較例１の平凸レンズをレーザー加工機に取り付け、実施例１と同じ条件で加工試験を行った。その結果、ジャストフォーカスでも切断できなかった。これは、平凸レンズ中に局所的かつ光軸に対して非対称な歪が発生しているため、焦点の位置が入射光の光軸の延長上から外れてしまい、その結果光軸とアシストガスの噴流軸が一致しなくなり、焦点位置にアシストガスが当たらなくなって、溶融材がアシストガスによって吹き飛ばされなくなるからである。

（比較例２）
実施例１と同一の方法で合成したＺｎＳｅ多結晶体バルクから、直径３６ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤形状の試料を切り出した後、実施例１で用いた上下一対の押し型とは、端面と側面の直角度が０．０１ｍｍであることだけが異なるグラッシーカーボン製の上下一対の押し型を用いた他は、実施例１と同様の加圧熱処理を行い、実施例１と同一寸法の平凸レンズを作製した。当該平凸レンズの光軸から半径の１／２の距離に位置する任意の４カ所の測定点における残留応力は、それぞれ０ＭＰａ、１．６４ＭＰａ、１．３１ＭＰａ、４．５８ＭＰａであった。したがって、σ_ａｖは１．８８２５ＭＰａ、σ_ｍａｘは４．５８ＭＰａとなり、｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖの値は１．４となる。

比較例２の平凸レンズには、４．５８ＭＰａという特異な残留応力が局所的に偏在する測定点が存在している。この理由は、実施例１と比較して、最外周の厚さが８ｍｍの押し型において、上下両端面と胴型内面に対向する側面の直角度が０．０１ｍｍと大きかったために、加圧熱処理の際に上下の押し型が傾き、その結果、ＺｎＳｅ多結晶体が偏って加圧されたことにより、加圧によって平凸レンズに導入される歪の分布が、光軸に対して非対称になったものと推測される。

比較例２の平凸レンズをレーザー加工機に取り付け、実施例１と同じ条件で加工試験を行った。その結果、ジャストフォーカスで一応切断はできるが、ドロスが発生し、切断面が汚くなった。これは、平凸レンズ中に局所的かつ光軸に対して非対称な歪が発生しているため、焦点の位置が入射光の光軸の延長上からずれてしまい、その結果光軸とアシストガスの噴流軸が一致しなくなったために、溶融材の吹き飛ばしが不十分になったためである。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は上記の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲でのすべての変更が含まれる。

本発明は、レーザー加工機や赤外線カメラ等の用途で使用される光学部品を提供する。本発明によれば、光学部品を構成する素材中に微少な異物や気泡等が存在する場合でも、非対称な歪の内在に起因する光学性能の悪化を抑制することができる。その結果、従来不良品として廃棄されてきたものも使用することが可能になる。

１ 歪のないレンズ、２ アシストガス噴流、３ ノズル、４ 焦点、５ 被削材、６ 回転対称な歪が入ったレンズ、７ 非対称な歪が入ったレンズ

Claims (4)

1. 光軸に垂直な方向の断面が円形の光学部品であって、前記光軸方向から見て、前記光軸から前記光学部品の最外周までの距離をＲとしたときに、前記光軸から０．５Ｒの距離に位置する任意の４カ所の残留応力の平均値σ_ａｖが１ＭＰａ以上であり、かつ前記４カ所の残留応力が下記の（Ｉ）式の関係を満たす光学部品。
   ｜σ_ｍａｘ−σ_ａｖ｜／σ_ａｖ≦１．３ ・・・（Ｉ）
   ここで、σ_ｍａｘは前記４カ所の残留応力の内、偏差の絶対値が最も大きい残留応力である。
2. 前記光学部品を構成する材料がセレン化亜鉛、ゲルマニウム、硫化亜鉛のいずれかである請求項１に記載の光学部品。
3. 前記光学部品がレンズである請求項１または請求項２に記載の光学部品。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光学部品を備えるレーザー加工機。

Images