JP2015078077A - 光学素子の製造方法および光学素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の製造方法において、光学素材に含まれる還元されやすい酸化物成分の還元生成物に起因する着色やクモリを短時間で除去することができるようにする。【解決手段】加熱により還元されやすい酸化物成分を含有する光学素材を用いた光学素子の製造方法であって、光学素材をプレス成形して、光学素子の形状を有する成形体を形成する成形工程Ｓ１と、成形体を真空槽に配置してこの真空槽を減圧し、成形体を酸素イオンにさらすことにより、成形体における酸化物成分の還元生成物を除去する酸素イオン曝露工程Ｓ２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子の製造方法および光学素子の製造装置に関する。

従来、ガラス材料からなる光学素材を加熱により軟化させた後、得ようとする光学素子の形状をもとに精密加工された上型と下型の間でプレス成形して光学素子形状を付与し、これを冷却固化させる光学素子の製造方法が知られている。
このような光学素子の製造方法では、光学素材として、光学素子の用途に応じて、さまざまな元素を含むガラス材料が使用される。例えば、酸化ビスマスを含有するビスマス系ガラスは、主として高屈折率が求められる光学素子に使用されている。
ところが、ビスマス系ガラスをプレス成形して光学素子を製造する場合、光学素子に着色、クモリが生じやすく、これにより歩留まりが低くなるという問題があった。
例えば、特許文献１には、このようなクモリを抑制するために、ビスマス系光学素材を非酸化性ガス流により浮上させつつ加熱して、光学素材に含まれるビスマスを揮発除去する熱処理工程を行った後に、プレス成形する光学素子の製造方法が記載されている。
このような着色、クモリは、高温下でのプレス成形の際に、ビスマス系ガラス中の酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）が還元されて生ずるビスマス、水蒸気、酸素ガス等の揮発成分に起因すると考えられている。

特開２０１２−１５８４９１号公報

しかしながら、上記のような従来技術には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術によれば、光学素材を浮上させつつ、支持部材と非接触を保って加熱する熱処理工程を行う必要があるため、製造時間が増大するという問題がある。また、成形型に配置する前に光学素材を加熱するため、成形型内に移動可能な温度まで冷却した後でなければ、成形型に配置することができず、この点でも製造時間が増大してしまう。
また、特許文献１に記載の技術は、成形前の光学素材を加熱することによって還元されたビスマスを揮発させ、これにより、硝材表面の酸化ビスマスを低減する技術である。
しかし、表面の酸化ビスマスが低減された光学素材は、プレス成形される過程で、加熱され、変形されるため、内部にある一部の酸化ビスマスが表面に移動し、還元されることになる。特に、成形を非酸化性雰囲気で行う場合には、このような還元反応が起こりやすくなる。
このため、特許文献１に記載の技術を採用しても、成形時の還元反応による還元生成物に起因する着色やクモリが新たに発生するため、このような着色やクモリが残ってしまうという問題がある。
成形後に、光学素子を酸素雰囲気で加熱する工程を設けることで、着色やクモリを引き起こした金属ビスマスを揮発させることも考えられる。しかし、このような加熱工程は、例えば、３５０℃以上に加熱温度して、数時間加熱状態を保持しなければならず、例えば、搬送したり、蒸着等の後工程を行ったりするためには、冷却する時間も必要になる。この結果、製造に長時間を要するという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、光学素材に含まれる還元されやすい酸化物成分の還元生成物に起因する着色やクモリを短時間で除去することができる光学素子の製造方法および光学素子の製造装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の光学素子の製造方法は、加熱により還元されやすい酸化物成分を含有する光学素材を用いた光学素子の製造方法であって、前記光学素材をプレス成形して、光学素子の形状を有する成形体を形成する成形工程と、前記成形体を真空槽に配置して該真空槽を減圧し、前記成形体を酸素イオンにさらすことにより、前記成形体における前記酸化物成分の還元生成物を除去する酸素イオン曝露工程と、を備える方法とする。

上記光学素子の製造方法においては、前記酸素イオン曝露工程では、前記成形体を加熱した状態で、前記酸素イオンにさらすことが好ましい。

上記光学素子の製造方法においては、前記酸素イオン曝露工程では、前記還元生成物による着色の変化を測定しながら前記成形体を前記酸素イオンにさらすことが好ましい。

上記光学素子の製造方法においては、前記酸素イオン曝露工程が行われた後の前記真空槽内で、前記成形体の表面に薄膜を蒸着する蒸着工程を備えることが好ましい。

上記光学素子の製造方法においては、前記酸素イオン曝露工程では、イオンガンによって前記酸素イオンを前記成形体に照射することが好ましい。

上記光学素子の製造方法においては、前記光学素材は、酸化ビスマスを含むことが好ましい。

本発明の第２の態様の光学素子の製造装置は、加熱により還元されやすい酸化物成分を含有する光学素材を用いた光学素子の製造装置であって、前記光学素材をプレス成形して光学素子の形状が形成された成形体を配置する真空槽と、該真空槽に配置された前記成形体を酸素イオンにさらして前記成形体における前記酸化物成分の還元生成物を除去するため、前記成形体の周囲に酸素イオンを供給する酸素イオン供給部と、を備える構成とする。

上記光学素子の製造装置においては、前記真空槽内に配置された前記成形体を加熱する加熱部を備える。ことが好ましい。

上記光学素子の製造装置においては、前記酸素イオン曝露部によって前記酸素イオンにさらされる前記成形体の前記還元生成物による着色の変化を測定する着色測定部を備えることが好ましい。

上記光学素子の製造装置においては、前記真空槽内で、前記成形体の表面に薄膜を蒸着する蒸着部を備えることが好ましい。

上記光学素子の製造装置においては、前記酸素イオン供給部は、前記酸素イオンを前記成形体に照射するイオンガンを備えることが好ましい。

本発明の光学素子の製造方法および光学素子の製造装置によれば、成形体を酸素イオンにさらすことにより、光学素材に含まれる還元されやすい酸化物成分の還元生成物に起因する着色やクモリを短時間で除去することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法で製造される光学素子の一例を示す光軸を含む模式的な断面図、そのＡ部およびＢ部の部分拡大図である。 本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程に用いる成形装置の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程に用いる成形型の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の酸素イオン曝露工程に用いる光学素子の製造装置の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程の工程説明図である。 本発明の第２の実施形態の光学素子の製造方法の酸素イオン曝露工程に用いる光学素子の製造装置の構成を示す模式的な断面図である。 還元生成物による成形体の透過光量の変化の一例を示す模式的なグラフである。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法および光学素子の製造装置について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法で製造される光学素子の一例を示す光軸を含む模式的な断面図である。図１（ｂ）、（ｃ）は、図１（ａ）におけるＡ部の部分拡大図およびＢ部の部分拡大図である。図２は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。図３は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程に用いる成形装置の構成を示す模式的な断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程に用いる成形型の構成を示す断面図である。図５は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の酸素イオン曝露工程に用いる本実施形態に光学素子の製造装置の構成を示す模式的な断面図である。

本実施形態の光学素子の製造方法によって製造される光学素子は、加熱により還元されやすい酸化物成分を含有する光学素材を用いた光学素子である。
光学素子の種類としては、例えば、レンズ、ガラス平板、光学フィルター、反射ミラー、プリズム等の例を挙げることができる。
以下では、光学素子の一例として、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようなレンズ４０を製造する場合の例で説明する。

レンズ４０は、図１（ａ）に示すように、フランジ付きの平凸レンズの形状に成形されたレンズ本体４０ｄ（成形体）におけるレンズ面４０ａ、４０ｂ（図１（ｂ）、（ｃ）参照、成形体の表面）に、それぞれ光学薄膜４１ａ、４１ｂ（薄膜）が蒸着によって形成されたガラスモールドレンズである。

レンズ面４０ａは光軸Ｏを中心とする凸面からなり、レンズ面４０ｂは光軸Ｏを中心とする平面である。フランジ部の側面４０ｃは、光軸Ｏと同軸の円筒面からなる。
このようなレンズ４０の形状は一例であり、本実施形態で製造可能なレンズの形状は、レンズ４０の形状に限定されるものではない。
例えば、レンズ４０は、両凸、両凹、平凹、凸メニスカス、凹メニスカスのいずれの形状も可能である。
また、レンズ面４０ａ、４０ｂを曲面形状とする場合、曲面形状の種類は特に限定されず、例えば、球面、非球面、自由曲面などの曲面形状から適宜選択することが可能である。
また、レンズ４０は、フランジ部を有しない形状も可能である。

光学薄膜４１ａ（４１ｂ）は、レンズ面４０ａ（４０ｂ）に必要な光学特性に応じて、１層以上の薄膜層からなる適宜の層構成を採用することができる。
光学薄膜４１ａ（４１ｂ）の種類としては、例えば、反射防止膜、光学フィルター、ビームスプリッターなどの例を挙げることができる。
以下で、光学薄膜４１ａ（４１ｂ）の一例として、単層のフッ素化マグネシウム（ＭｇＦ_２）層を形成した反射防止膜の場合の例で説明する。

このようなレンズ４０のレンズ本体４０ｄは、プレス成形により形成される。すなわち、レンズ本体４０ｄの質量に応じて計量された塊状のガラス材料である光学素材４（図４参照）を成形型に配置して、加熱し、成形型を加圧することにより成形される。
図４では、光学素材４は球形として描かれているが、これは一例であって、例えば、円板状等の他の形状も可能である。
光学素材４は、例えば、モールド成形、母材からの切削、研磨などによって製造することができる。

光学素材４の材質は、成形前後および成形時の温度条件において、還元されやすい酸化物成分を含む光学素材からなる。このような還元されやすい酸化物成分としては、例えば、還元されることにより金属ビスマス（Ｂｉ）と酸素ガスや水蒸気などのガスとを発生する酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を挙げることができる。
還元されやすい成分とは、言い換えると電極電位が高い物質の酸化物成分である。電極電位が高い物質としては、例えば、周期表では、ビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などが挙げられる。
酸化ビスマスを含むガラス材料は、高屈折率が得られるとともに、軟化しやすくなるため、プレス成形によって、高屈折率を有する光学レンズを製造することが可能となる。
このような酸化ビスマスを含むビスマス系の光学素材としては、例えば、Ｌ−ＢＢＨ２（商品名：（株）オハラ製）、Ｌ−ＢＢＨ１（商品名：（株）オハラ製）、Ｋ−ＰＳＦｎ２（商品名：（株）住田光学ガラス製）などの例を挙げることができる。

本実施形態の光学素子の製造方法によって、レンズ４０を製造するには、図２に示すように、成形工程Ｓ１、酸素イオン曝露工程Ｓ２、および蒸着工程Ｓ３をこの順に行う。
各工程を説明する前に、各工程に用いる装置について説明する。

図３に示すのは、成形工程Ｓ１に用いる成形装置１である。
成形装置１は、光学素子用成形型２０（成形型）の内部に配置された図示略の光学素材４を加熱、加圧、冷却して、光学素子用成形型２０内の後述する成形面の形状を転写することにより、レンズ本体４０ｄを形成する装置である。

光学素子用成形型２０は、図４に示すように、下型２１、上型２２、およびスリーブ２３を備える。
下型２１は、レンズ本体４０ｄの外径よりも大きな外径を有する円筒面状の側面を備えた略円柱状部材からなり、その上端部に、レンズ本体４０ｄのレンズ面４０ａおよびレンズ面４０ａの外周に隣接するフランジ面の形状を転写する成形面２１ａが形成されている。
成形面２１ａの中心軸は、側面の中心軸と同軸に形成されている。
上型２２は、下型２１の側面と同じ外径を有する円筒面状の側面を備えた略円柱状部材からなり、その下端部に、レンズ本体４０ｄのレンズ面４０ｂおよびレンズ面４０ｂの外周に隣接するフランジ面の形状を転写する成形面２２ａが形成されている。
成形面２２ａの中心軸は、側面の中心軸と同軸に形成されている。
スリーブ２３は、下型２１および上型２２の側面を摺動可能に外嵌する内周面を有する円筒状部材である。

光学素子用成形型２０において、下型２１、上型２２、およびスリーブ２３は、スリーブ２３が下型２１および上型２２の各側面を外嵌する状態で、同軸に配置され、上型２２がスリーブ２３の内周面に沿って移動可能になっている。
成形面２１ａ、２２ａ、およびスリーブ２３の内周面に囲まれた空間は、光学素材４をレンズ本体４０ｄの形状に成形するための成形空間Ｓを構成している。
成形空間Ｓは、下型２１および上型２２とスリーブ２３との間に形成される嵌合隙間と、スリーブ２３の径方向に貫通する貫通孔２３ａとによって、外部と連通している。

下型２１、上型２２、およびスリーブ２３の材質は、成形時の加熱温度、加圧力に耐える超硬合金、セラミックスなどを採用することができる。
例えば、成形面２１ａ、２２ａのように、成形時に光学素材４に当接する部位は、離型性を向上するため、母材の表面に離型膜が成膜された構成を有する。
離型膜としては、光学素材４に対する離型性が良好となる材質であれば、特に限定されず、例えば、酸化膜や金属膜からなる離型膜を採用することができる。

成形装置１は、図３に示すように、光学素子用成形型２０を搬入する開口部１７ａと光学素子用成形型２０を搬出する開口部１７ｂとを側部に備える成形室チャンバー１７と、成形室チャンバー１７の内部に設けられた、加熱ステージ１０Ａ、プレスステージ１０Ｂ、および冷却ステージ１０Ｃとを備える。
開口部１７ａ、１７ｂには、それぞれ、シャッター１８ａ、１８ｂが設置され、これにより開閉可能とされている。シャッター１８ａ、１８ｂを閉止すると、成形室チャンバー１７は密閉状態になる。

成形室チャンバー１７には、成形室チャンバー１７内の真空引きを行う真空引き用管路１５と、成形室チャンバー１７内に不活性ガスＧを供給する不活性ガス流入路１６とが設けられている。
真空引き用管路１５の成形室チャンバー１７と反対側の端部（図示略）は、図示略の真空ポンプに接続されている。
また、不活性ガス流入路１６の成形室チャンバー１７と反対側の端部（図示略）は、図示略の不活性ガス供給源に接続されている。
不活性ガスＧとしては、成形時の最高温度以下の温度において、酸化されずかつ光学素子用成形型２０および光学素材４と化学反応を起こさないガス、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどのガスを採用することができる。本実施形態では、不活性ガスＧは、一例として、窒素ガスを採用している。

本実施形態では、成形室チャンバー１７は、シャッター１８ａ、１８ｂを閉じた状態では密閉状態となる。このため、この密閉状態で真空引き用管路１５を通して真空引き行った後に、不活性ガス流入路１６から不活性ガスＧを流入させることで成形室チャンバー１７の内部に、不活性ガスＧを充填し、非酸化性雰囲気に置換することができる。
ただし、成形室チャンバー１７は、半密閉構造とすることも可能である。この場合、不活性ガスＧを成形室チャンバー１７内に、常時供給して成形室チャンバー１７内を陽圧に保つことにより、外部の空気の流入を抑制し、内部の不活性ガス雰囲気を維持することができる。この場合には、真空引き用管路１５や図示略の真空ポンプは省略することも可能である。

成形室チャンバー１７の内部には、開口部１７ａから開口部１７ｂに向かう経路上に、加熱ステージ１０Ａ、プレスステージ１０Ｂ、および冷却ステージ１０Ｃがこの順に近接して配置されている。
加熱ステージ１０Ａは、光学素子用成形型２０および光学素子用成形型２０内の光学素材４を加熱する装置部分である。
プレスステージ１０Ｂは、加熱ステージ１０Ａによって加熱された光学素材４を成形可能な温度まで加熱してからプレス成形する装置部分である。
冷却ステージ１０Ｃは、プレス成形によりレンズ本体４０ｄの形状が付与された光学素材４を冷却する装置部分である。

本実施形態では、加熱ステージ１０Ａ、プレスステージ１０Ｂ、冷却ステージ１０Ｃの装置構成は共通であり、それぞれプレスプレート１１、１２、エアーシリンダー１３を備える。
プレスプレート１１は、光学素子用成形型２０の下型２１を下方から支持して、下型２１を加熱する円板状部材であり、ヒーターが内蔵されている。
プレスプレート１２は、プレスプレート１１の上方に対向して配置され、上型２２に上方から当接して上型２２を加熱する円板状部材であり、ヒーターが内蔵されている。
エアーシリンダー１３は、プレスプレート１２を昇降させて、降下時に光学素子用成形型２０を上方から加圧する装置部分であり、成形室チャンバー１７の内部において進退するように、成形室チャンバー１７の上部に取り付けられている。

以下、これらのプレスプレート１１、１２、エアーシリンダー１３が、加熱ステージ１０Ａ、プレスステージ１０Ｂ、冷却ステージ１０Ｃのいずれに属する部材か区別する必要がある場合には、各ステージの符号に添字Ａ、Ｂ、Ｃを付して区別する。例えば、加熱ステージ１０Ａのプレスプレート１１、１２、エアーシリンダー１３は、それぞれプレスプレート１１Ａ、１２Ａ、エアーシリンダー１３Ａと称する。

各プレスプレート１１、１２の温度は、独立に制御することが可能である。
各プレスプレート１１の上面は水平方向に整列されており、光学素子用成形型２０を水平方向に摺動移動させることが可能である。
各エアーシリンダー１３の昇降動作や、加圧力は、それぞれ独立に制御することが可能である。

また、成形室チャンバー１７の内部には、光学素子用成形型２０を、開口部１７ａから開口部１７ｂに向かって、加熱ステージ１０Ａ、プレスステージ１０Ｂ、冷却ステージ１０Ｃの各プレスプレート１１上を移動する図示略の搬送手段が設けられている。
搬送手段としては、例えば、ロボットアームなどを採用することができる。

図５に示すのは、酸素イオン曝露工程Ｓ２と、蒸着工程Ｓ３とに用いる表面処理装置３（光学素子の製造装置）である。
表面処理装置３は、真空槽３０、基板保持部材３１、ヒーター３２（加熱部）、イオンガン３３（酸素イオン供給部）、ニュートラライザー３４、および蒸着源３６（蒸着部）を備える。

真空槽３０は、レンズ本体４０ｄを収容して、レンズ本体４０ｄを酸素イオンにさらしたり、光学薄膜４１ａ、４１ｂを蒸着によって成膜したりするために必要な減圧雰囲気を形成する装置部分である。
真空槽３０は、複数のレンズ本体４０ｄを出し入れする図示略の搬入口と、真空引きを行う真空引き用管路３０ａとが設けられている。
真空引き用管路３０ａの真空槽３０と反対側の端部（図示略）は、図示略の真空ポンプに接続されている。

基板保持部材３１は、成膜が行われる間、複数のレンズ本体４０ｄを保持するドーム状部材であり、真空槽３０の上部において回転軸３１ａを介して支持されている。
回転軸３１ａは、図示略の回転モータに連結されている。このため、基板保持部材３１は、鉛直軸に沿う回転中心軸線Ｃ回りに回転可能に支持されている。
各レンズ本体４０ｄは、基板保持部材３１の下面側にレンズ面４０ａ、４０ｂの一方の被成膜面が向くように配置されている。なお、図５は模式図のため、レンズ本体４０ｄを簡略化して矩形状に描いている。
なお、図５では、レンズ本体４０ｄ上に回転軸３１ａが位置しているかのように描かれているが、これは図５が模式図のためである。
詳細の図示は省略するが、回転軸３１ａは、回転中心軸線Ｃ上に位置するレンズ本体４０ｄを避けた位置において、基板保持部材３１上に設けられた図示略の連結機構を介して、基板保持部材３１と着脱可能に連結されている。

基板保持部材３１は、保持されたレンズ本体４０ｄの被成膜面の向きを変更するために、上下の向きを反転できるようになっている。これにより、必要に応じて、レンズ面４０ａ、４０ｂのうちのいずれかの被成膜面を下方に向けることができる。
基板保持部材３１を反転する機構としては、適宜の周知技術を採用することができる。例えば、特開平５−２７１９３５に記載されているような、反転可能に支持された複数の基板ホルダと、これらの基板ホルダを反転させる回転付与手段とを備えた構成などを採用することができる。

ヒーター３２は、蒸着される膜の耐擦傷性や耐環境性を向上させると同時に、光学的な特性を安定させるために、各レンズ本体４０ｄを加熱するもので、本実施形態では、基板保持部材３１の上方に配置されている。

イオンガン３３は、レンズ本体４０ｄを酸素イオンにさらして、レンズ本体４０ｄにおける酸化物成分の還元生成物を除去するため、レンズ本体４０ｄの周囲に酸素イオンを供給する装置部分である。
イオンガン３３の構成としては、イオンガン３３の内部で酸素プラズマを発生させて、引き出し電極によって酸素イオンＯ_２ ^＋（図示矢印参照）を外部に引き出すことにより、レンズ本体４０ｄに向けて酸素イオンＯ_２ ^＋を照射する構成を採用することができる。
還元生成物の除去効果は、酸素イオンＯ_２ ^＋の運動エネルギーが高い方が高まるため、イオンガン３３における酸素イオンＯ_２ ^＋の加速電圧は高い方がより好ましい。また、処理時間を短くするためには、酸素イオンＯ_２ ^＋の照射イオン電流は高い方がより好ましい。
例えば、イオンガン３３としては、酸素、または酸素とアルゴンの混合ガスを用いて酸素プラズマを発生させ、酸素イオンＯ_２ ^＋の加速電圧が１００Ｖ〜１２００Vの範囲で、酸素イオンＯ_２ ^＋の照射イオン電流が１００ｍＡ〜１２００mAの範囲で調整可能な構成が好ましい。
イオンガン３３の照射口には、照射口を必要に応じて開閉するイオンガンシャッター３８が設けられている。

ニュートラライザー３４は、酸素イオンＯ_２ ^＋を照射する際に、イオンビームの拡散やレンズ本体４０ｄの帯電を防ぎ、レンズ本体４０ｄに酸素イオンＯ_２ ^＋を効率よく到達させるための装置部分である。
本実施形態のニュートラライザー３４は、電子ｅ⁻を発生して、基板保持部材３１の下面側に向けて照射できるようになっている。

蒸着源３６は、光学薄膜４１ａ、４１ｂを形成するための成膜材料Ｍの微粒子をレンズ本体４０ｄに向けて飛散させる装置部分である。
蒸着源３６が成膜材料Ｍを飛散させる装置構成としては、例えば、電子銃、抵抗加熱装置、スパッタ装置などの例を挙げることができる。
本実施形態では、一例として、蒸着源３６が図示略の電子銃を備え、電子銃から照射される電子ビームに磁場をかけて成膜材料Ｍに照射することで成膜材料Ｍを加熱して気化させる構成を採用している。
光学薄膜４１ａ、４１ｂが多層膜からなる場合には、成膜材料Ｍとして各層に応じた複数のものが設置され、それぞれ独立に気化させることができるようになっている。
蒸着源３６において、成膜材料Ｍを飛散させるための開口部には、この開口部を必要に応じて開閉するシャッター３７が設けられている。

このような構成の表面処理装置３は、本実施形態の光学素子の製造装置を構成している。

次に、成形装置１を用いた成形工程Ｓ１、表面処理装置３を用いた酸素イオン曝露工程Ｓ２および蒸着工程Ｓ３について、成形装置１、表面処理装置３の動作とともに説明する。

成形工程Ｓ１は、光学素材４をプレス成形して、レンズ４０の形状を有するレンズ本体４０ｄを形成する工程であり、酸化ビスマスを含まない光学素材をプレス成形する周知の工程と同様にして行われる。

まず、成形装置１の外部で、下型２１の円筒部に、スリーブ２３を外嵌させ、成形面２１ａ上に光学素材４を配置してから、スリーブ２３の上部に上型２２の円筒部を挿入する。これにより、図４に示すように、光学素材４が、上型２２の成形面２２ａと下型２１の成形面２１ａとの間に挟まれた状態で、成形空間Ｓ内に配置される。このとき、成形空間Ｓ内の雰囲気は、外部の大気雰囲気と同一である。

次に、この光学素子用成形型２０を成形装置１に搬入し、非酸化性雰囲気下で、光学素子用成形型２０を加熱ステージ１０Ａ、プレスステージ１０Ｂ、冷却ステージ１０Ｃに順次移動して、プレス成形を行う。
このため、光学素子用成形型２０の搬入に先立って、成形室チャンバー１７内の雰囲気を不活性ガスＧで置換しておく。すなわち、シャッター１８ａ、１８ｂによって、それぞれ開口部１７ａ、１７ｂを閉じた状態で、真空引き用管路１５から真空引きを行って、１００Ｐａ以下程度に減圧する。その後、不活性ガス流入路１６から不活性ガスＧを導入して、成形室チャンバー１７を大気圧に比べてわずかに陽圧となる不活性ガスＧ雰囲気を形成しておく。
この状態で、シャッター１８ａを開けて、開口部１７ａから光学素子用成形型２０を搬入し、加熱ステージ１０Ａ上に配置する。この搬入には、図示略のロボットアームなどの搬入手段を用いることが可能である。

成形装置１内に光学素子用成形型２０を搬入したら、図示略の搬送手段によって、光学素子用成形型２０を加熱ステージ１０Ａのプレスプレート１１Ａ上に水平移動し、シャッター１８ａを閉じる。
光学素子用成形型２０がプレスプレート１１Ａ上に移動したら、エアーシリンダー１３Ａを駆動して、図５（ａ）に示すように、プレスプレート１１Ａ、１２Ａによって光学素子用成形型２０を上下方向に挟持されるまで、プレスプレート１２Ａを降下する。

プレスプレート１１Ａ、１２Ａは、予め、光学素材４が軟化する温度に加熱しておく。このため、光学素子用成形型２０がプレスプレート１１Ａ、１２Ａによって挟持されると、プレスプレート１１Ａ、１２Ａからの熱伝導によって下型２１、上型２２が加熱される結果、下型２１および上型２２に挟まれた光学素材４も昇温される。加熱ステージ１０Ａでは、光学素材４を、成形温度の近傍まで昇温する。

光学素材４が、成形温度よりもわずかに低い温度まで昇温されたら、エアーシリンダー１３Ａを上昇して、光学素子用成形型２０の挟持を解除し、図示略の搬送手段によって、光学素子用成形型２０をプレスステージ１０Ｂに移動する。
プレスステージ１０Ｂでは、予め、プレスプレート１１Ｂ、１２Ｂが成形温度になるように加熱されている。
光学素材４の成形温度として、特に好ましい温度は、屈伏点と軟化点との間の中間付近の温度である。例えば、光学素材４がＬ−ＢＢＨ２（商品名：（株）オハラ製）の場合、好適な成形温度は、４２５℃〜４５５℃である。

光学素子用成形型２０がプレスプレート１１Ｂ上に移動したら、エアーシリンダー１３Ｂを駆動して、まず、図６（ａ）に示すように、プレスプレート１２Ｂが、上型２２の上端部に当接する位置まで降下させて、光学素子用成形型２０を挟持する。
この状態で、光学素材４の温度が成形温度になるまで、光学素子用成形型２０および光学素材４を加熱する。
光学素材４が成形温度になるまで加熱したら、エアーシリンダー１３Ｂを駆動して、図６（ｂ）に示すように、プレスプレート１２Ｂを降下し、プレスプレート１２Ｂによって光学素子用成形型２０を上方から加圧して、上型２２を押し下げる。
これにより、成形空間Ｓ内の光学素材４は、成形面２１ａ、２２ａに挟まれて加圧され、成形面２１ａ、２２ａの形状に沿って変形する。
プレスプレート１２Ｂを、成形面２１ａ、２２ａの間隔がレンズ本体４０ｄのレンズ面間隔になるまで、押し下げたら、エアーシリンダー１３Ｂを停止する。
これにより、変形した光学素材４が成形面２１ａ、２２ａと密着して、成形面２１ａ、２２ａの形状が、光学素材４の表面に転写される。すなわち、光学素材４は、レンズ本体４０ｄの形状に成形される。

光学素材４の形状が安定したら、エアーシリンダー１３Ｂを上昇して、光学素子用成形型２０の加圧および挟持を解除し、図示略の搬送手段によって、光学素子用成形型２０を、冷却ステージ１０Ｃに移動する。
冷却ステージ１０Ｃでは、プレスプレート１１Ｃ、１２Ｃが、予め、光学素材４の歪点以下の冷却用温度に加熱されている。

光学素子用成形型２０がプレスプレート１１Ｃ上に移動したら、エアーシリンダー１３Ｃを駆動して、図６（ｂ）に示すように、プレスプレート１２Ｃを降下させる。これにより、プレスプレート１１Ｃ、１２Ｃによって光学素子用成形型２０を上下方向に挟持する。
これにより、より高温の光学素子用成形型２０から、より低温のプレスプレート１１Ｃ、１２Ｃに熱伝導して、光学素子用成形型２０およびレンズ本体４０ｄの冷却が進む。
レンズ本体４０ｄが歪点以下に冷却され、固化したら、エアーシリンダー１３Ｃを駆動して、プレスプレート１２Ｃを上昇させて、光学素子用成形型２０の挟持を解除する。そして、シャッター１８ｂを開放して、図示略の搬送手段によって、光学素子用成形型２０を開口部１７ｂから成形室チャンバー１７の外部に搬出し、シャッター１８ｂを閉じる。
以上で、成形工程Ｓ１が終了する。

以上、１つの光学素子用成形型２０に注目して、成形装置１の動作について説明したが、成形装置１では、搬送タクトを設けて、順次、複数の光学素子用成形型２０を投入することが可能である。
この場合、成形室チャンバー１７内の加熱ステージ１０Ａ、プレスステージ１０Ｂ、冷却ステージ１０Ｃにおいて、上記の動作を搬送タクトごとに繰り返すことにより、複数の光学素子用成形型２０に対して上記の各工程を並行して行うことができる。これにより、複数の光学素子用成形型２０を用いて、レンズ本体４０ｄを連続的に製造することができる。

成形室チャンバー１７の外部に光学素子用成形型２０を搬出したら、光学素子用成形型２０からレンズ本体４０ｄを脱型する。
脱型したレンズ本体４０ｄは、必要に応じて、例えば、歪み等を除去するアニール工程等の後処理を施したり、レンズ外周部を切削する等の加工を施して外径を整えたり、芯出ししたりする後加工を行う。

次に、酸素イオン曝露工程Ｓ２を行う。本工程は、レンズ本体４０ｄを真空槽に配置してこの真空槽を減圧し、レンズ本体４０ｄを酸素イオンにさらすことにより、レンズ本体４０ｄにおける酸化物成分の還元生成物を除去する工程である。
成形工程Ｓ１を行うことで成形されたレンズ本体４０ｄは、非酸化性雰囲気で加熱されているため、光学素材４に含まれる酸化物成分である酸化ビスマスの一部が還元される。これにより、還元生成物である金属ビスマスがレンズ本体４０ｄの表面に現れ、金属ビスマスに起因するレンズ面４０ａ、４０ｂに着色やクモリが生じる。
なお、「着色やクモリ」における「着色」と「クモリ」とは、金属ビスマスの発生量、発生分布などによる見え方の相違であり官能的な区別である。そこで、以下では、特に断らない限りは、着色、クモリ、およびそれらの混合している外観状態を、総称して「着色」と称することにする。
また、このような広義の「着色」の一部または全部が除去されて、レンズ面４０ａ、４０ｂの透明性が増大することを「脱色」と称する場合がある。つまり、「クモリ」が低減されることも「脱色」されると言うことにする。

ただし、レンズ本体４０ｄの成形時に金属ビスマス以外のゴミや汚れが付着する可能性がある場合や、成形工程Ｓ１後に、上述のような後処理、後加工を行う場合には、本工程を行う前に、各レンズ本体４０ｄを湿式洗浄して乾燥させる洗浄工程を設けることが好ましい。
以下では、必要に応じて洗浄工程を行うことにより、レンズ本体４０ｄの表面には、金属ビスマスに起因する着色以外の外観不良は除去されているものとして説明する。

本工程では、まず、図５に示すように、成形された複数のレンズ本体４０ｄを、基板保持部材３１に保持し、表面処理装置３の真空槽３０に搬入して、回転軸３１ａに固定する。このとき、各レンズ本体４０ｄは、例えば、レンズ面４０ａが、基板保持部材３１の下面側になるように向きを揃えておく。
真空槽３０において、基板保持部材３１に対向する下方位置には、イオンガン３３および蒸着源３６が配置されている。

次に、表面処理装置３における図示略の真空ポンプを駆動し、真空引き用管路３０ａから真空引きを行って真空槽３０を減圧状態とする。
真空槽３０の圧力は、イオンガン３３によって、レンズ本体４０ｄに酸素イオンを効率よく照射できれば特に限定されないが、蒸着に好適な圧力（以下、蒸着圧力と称する）であれば、酸素イオンも良好に照射することが可能である。
本実施形態では、表面処理装置３内で本工程に続けて蒸着工程Ｓ３を行うため、真空槽３０の圧力は、本工程が終了するまでに、次工程に必要な蒸着圧力となるように減圧する。本実施形態では、蒸着源３６において電子銃を用いているため、蒸着圧力は、１０^−２Ｐａ以下としている。

次に、ヒーター３２を発熱させて、基板保持部材３１に保持されたレンズ本体４０ｄを加熱するとともに、回転軸３１ａを中心として、基板保持部材３１を回転させる。
ヒーター３２による加熱を行うのは、蒸着工程Ｓ３における蒸着を良好に行うためである。例えば、本実施形態のように、成膜材料Ｍとして、フッ素化マグネシウムを用いる場合、蒸着に好適な温度（以下、蒸着温度と称する）は、２００℃〜４００℃であるため、ヒーター３２の加熱温度は、少なくとも本工程の終了時に、レンズ本体４０ｄをこの蒸着温度にすることができる温度に設定する。

この状態で、イオンガンシャッター３８を開放し、レンズ本体４０ｄのレンズ面４０ａに向けて、イオンガン３３から酸素イオンビームを照射する。
また、酸素イオンビームの照射と並行して、酸素イオンビームの拡散や光学素子の帯電を防ぐため、レンズ本体４０ｄに向けて、ニュートラライザー３４から電子ｅ⁻を照射する。
これにより酸素イオンＯ_２ ^＋が、レンズ面４０ａに効率よく到達する。
酸素イオンＯ_２ ^＋は、レンズ面４０ａに到達すると、レンズ面４０ａの表面に存在する金属ビスマスが酸素イオンＯ_２ ^＋に反応して酸化ビスマスとなる。これにより、金属ビスマスに起因するレンズ面４０ａの着色が除去され、レンズ面４０ａが脱色されていく。
レンズ面４０ａが十分に脱色されたら、図示略の反転機構によって、基板保持部材３１を反転し、レンズ面４０ｂを下方に向ける。これにより同様にしてレンズ面４０ｂが脱色される。
ただし、基板保持部材３１を適宜反転させて、レンズ面４０ａ、４０ｂを交替に下方に向けることで、両面を徐々に脱色するようにすることも可能である。

このようにして、少なくともレンズ面４０ａ、４０ｂにおいて、金属ビスマスに起因する着色が許容範囲内となるまで、金属ビスマスの除去が進んだら、イオンガン３３を停止して、イオンガンシャッター３８を閉じる。また、ニュートラライザー３４を停止する。
以上で、酸素イオン曝露工程Ｓ２が終了する。

本実施形態では、レンズ本体４０ｄに発生する着色の程度を予め見積もり、実験などによって、着色を許容限度以下まで除去するために必要な酸素イオンＯ_２ ^＋の照射条件や曝露時間を求めておく。
そして、このように求められた一定の曝露時間だけ、酸素イオンビームを照射する。

イオンガン３３による酸素イオンビーム照射による脱色作用は、常温から４５０℃までの範囲で良好となり、温度が高いほど脱色効果が大きくなる。
したがって、本工程におけるレンズ本体４０ｄの温度は、常温から４５０℃までの適宜温度に設定することができる。

例えば、レンズ本体４０ｄを、蒸着温度を超える温度に昇温すると、本工程を終了して蒸着工程Ｓ３に移行する際に、レンズ本体４０ｄが蒸着温度程度の降温するまで冷却する時間が必要となる。
このため、短時間で本工程を終えて、迅速に蒸着工程Ｓ３に移行するには、本工程におけるレンズ本体４０ｄの温度は、開始時に蒸着温度より低温の１００℃程度とし、本工程の終了時に蒸着温度になるように昇温する設定を用いることが可能である。
一方、後述する蒸着工程Ｓ３におけるレンズ本体４０ｄの温度を安定させるために、レンズ本体４０ｄの温度を、蒸着温度を超える温度に一旦オーバーシートさせてから、ヒーター３２の制御を行って降温させ、降温時に蒸着温度となるタイミングで蒸着を行うことも可能である。
このような処理を行う場合には、本工程を、蒸着温度以上に昇温されている間に、脱色が完了するように酸素イオンビームの照射条件と曝露時間を設定することが可能である。

次に、蒸着工程Ｓ３を行う。本工程は、酸素イオン曝露工程Ｓ２が行われた後の真空槽３０内で、レンズ本体４０ｄの表面に光学薄膜４１ａ、４１ｂを蒸着する工程である。
すなわち、酸素イオン曝露工程Ｓ２が終了し、レンズ本体４０ｄが蒸着温度になった状態で、シャッター３７を開放して、下方に向けられた被成膜面に形成する薄膜層の材料に対応する成膜材料Ｍを図示略の電子銃で加熱し、成膜材料Ｍを気化させる。
気化された成膜材料Ｍは、上方に飛散して、順次被成膜面上に付着して、堆積し、成膜材料Ｍの薄膜層が形成されていく。
予め決められた層厚の薄膜層が形成されたら、シャッター３７を閉じる。
例えば、本工程の開始時にレンズ面４０ａが下方に向けられていた場合には、光学薄膜４１ａの層構成に応じた成膜材料Ｍを気化させて、必要な層数の蒸着を行い、レンズ面４０ａ上に光学薄膜４１ａの層構成を形成する。
次に、基板保持部材３１を反転して、レンズ面４０ｂを下方に向けて、同様にして光学薄膜４１ｂの層構成に対応する蒸着を行う。
このようにして、光学薄膜４１ａ、４１ｂが形成されたら、蒸着工程Ｓ３が終了する。

次に、真空槽３０を開放して、基板保持部材３１を外部に搬出し、光学薄膜４１ａ、４１ｂが成膜されたレンズ本体４０ｄを取り外す。
本実施形態では、酸素イオン曝露工程Ｓ２を行ってレンズ本体４０ｄを脱色した後に、酸素イオン曝露工程Ｓ２が行われた真空槽３０内で、続けて蒸着工程Ｓ３を行う。このため、還元反応が進行して金属ビスマスが析出する前に、被成膜面が薄膜層によって被覆されるため、レンズ本体４０ｄの表面が脱色された状態で光学薄膜４１ａ、４１ｂが形成される。
脱色されたレンズ面４０ａ、４０ｂには、光学薄膜４１ａ、４１ｂが密着するため、還元反応が抑制され、金属ビスマスに起因する着色が抑制された状態が保たれる。
このため、良好な光学性能を備えるレンズ４０を製造することができる。

本実施形態の光学素子の製造方法および製造装置によれば、レンズ本体４０ｄを酸素イオンＯ_２ ^＋にさらすことにより、光学素材４に含まれる還元されやすい酸化ビスマスの還元生成物である金属ビスマスに起因する着色を除去することができる。
その際、従来技術のように、成形体を高温に加熱して、表面の金属ビスマスを揮発させる必要がなく、レンズ本体４０ｄを高温状態に昇温したり、搬送や蒸着などを行うために降温させたりする工程が不要となるため、レンズ４０をより短時間で製造することができる。
また、本実施形態の酸素イオン曝露工程Ｓ２を、常温から４５０℃の幅広い温度範囲で行うことができるため、酸素イオン曝露工程Ｓ２の温度条件を、例えば、蒸着工程Ｓ３などの次工程で必要な温度範囲に合わせることができる。このため、次工程を行うために必須となる真空槽３０の減圧過程やレンズ本体４０ｄの温度調整期間において、これに並行して酸素イオン曝露工程Ｓ２を行うことができる点でも、製造時間を短縮して、迅速かつ効率的な生産を行うことができる。
特に、本実施形態の表面処理装置３では、真空槽３０内に、酸素イオン曝露工程Ｓ２を行うためのイオンガン３３、ニュートラライザー３４を備え、従来の蒸着工程Ｓ３におけるのと同じ保持形態で、酸素イオンＯ_２ ^＋を照射できる。このため、真空槽３０からレンズ本体４０ｄを搬出することなく、かつ真空槽３０内で配置換えをすることもなく、迅速に蒸着工程Ｓ３を開始することができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の光学素子の製造方法および光学素子の製造装置について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態の光学素子の製造方法の酸素イオン曝露工程に用いる光学素子の製造装置の構成を示す模式的な断面図である。図８は、還元生成物による成形体の透過光量の変化の一例を示す模式的なグラフである。横軸は経過時間、縦軸は光学素子を透過した光量を表す。

本実施形態の光学素子の製造方法は、図２に示すように、成形工程Ｓ１１、酸素イオン曝露工程Ｓ１２、および蒸着工程Ｓ１３を備え、これらの各工程をこの順に行う方法である。
成形工程Ｓ１１は、上記第１の実施形態の成形工程Ｓ１と同様の工程であり、成形装置１を用いて行うことができる。
酸素イオン曝露工程Ｓ１２は、還元生成物による着色の変化を測定しながらレンズ本体４０ｄを酸素イオンＯ_２ ^＋にさらす点が、上記第１の実施形態の酸素イオン曝露工程Ｓ２と異なる。
蒸着工程Ｓ１３は、上記第１の実施形態の蒸着工程Ｓ３と同様の工程である。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態における酸素イオン曝露工程Ｓ１２および蒸着工程Ｓ１３は、図７に示す本実施形態の表面処理装置５０（光学素子の製造装置）を用いて行うことができる。

表面処理装置５０は、上記第１の実施形態の表面処理装置３に、投光部５１、受光部５２、測定制御部５３、および表示部５４を備える着色測定部５５を追加したものである。

投光部５１は、還元生成物による着色の変化を測定するための基準となる測定光Ｌを発生し、レンズ本体４０ｄに照射する装置部分である。
投光部５１は、後述する測定制御部５３に通信可能に接続され、測定制御部５３からの制御信号によって動作が制御されるようになっている。

投光部５１によって測定光Ｌを照射するレンズ本体４０ｄは、連続的または断続的に一定の測定箇所に測定光Ｌを照射することができれば、特に限定されない。
本実施形態では、投光部５１の光軸が基板保持部材３１の回転中心軸線Ｃに整列されている。このため、測定光Ｌは、基板保持部材３１の回転中心軸線Ｃ上に配置されたレンズ本体４０ｄに照射されるようになっている。なお、図７は、模式図のため、回転軸３１ａの図示は省略している。
本実施形態では、基板保持部材３１は、回転中心軸線Ｃに光軸Ｏが整列する位置に、レンズ本体４０ｄを保持する保持部を有している。このため、投光部５１から測定光Ｌを照射すると、測定光Ｌは、投光部５１に対向する位置に配置されたレンズ本体４０ｄの光軸上に入射し、基板保持部材３１の回転中に、同一のレンズ本体４０ｄの同一箇所に測定光Ｌを連続して照射することができる。
以下では、測定光Ｌが照射されるレンズ本体４０ｄを被測定体Ｒと称する場合がある。

測定光Ｌとしては、金属ビスマスに起因する着色の変化を、レンズ本体４０ｄの透過光量の変化によって検出できれば、特に限定されない。
金属ビスマスによる着色が生じると、透過率が減少する。透過率の変化は、短波長側で大きく変化するため、波長が短い方が検出精度を優れている。
ただし、波長が短すぎると、レンズ本体４０ｄ自体の吸収により着色がない場合の透過率自体が低下するため、測定精度が悪化してしまう。
このため、測定光Ｌの波長は、光学素材４の吸収波長を考慮して、設定することが好ましい。

例えば、レンズ本体４０ｄの材質が、Ｌ−ＢＢＨ１（商品名：（株）オハラ製）からなる場合には、４２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長が好適である。また、レンズ本体４０ｄの材質が、Ｌ−ＢＢＨ２（商品名：（株）オハラ製）からなる場合には、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長が好適である。

図７は模式図のため、測定光Ｌが平行光のように描かれているが、測定光Ｌは平行光には限定されず、収束光や発散光も可能である。
投光部５１に集光位置を調整する集光レンズを設けておき、レンズ本体４０ｄの屈折力に応じて、透過光の集光位置を調整できる構成としてもよい。

受光部５２は、レンズ本体４０ｄを透過した測定光Ｌの光量を測定する装置部分であり、例えば、測定光Ｌの波長に感度を有するフォトセンサなどの受光素子を含んで構成される。
受光部５２の配置位置は、レンズ本体４０ｄの透過光をもれなく受光でき、かつ酸素イオンＯ_２ ^＋、電子ｅ⁻の照射、および成膜材料Ｍの飛散の妨げとならない位置であれば、特に限定されない。
本実施形態では、投光部５１の光軸が基板保持部材３１の回転中心軸線Ｃに整列されているため、受光部５２も基板保持部材３１の回転中心軸線Ｃ上に配置されている。
受光部５２は、レンズ本体４０ｄの透過光を集光する集光レンズを備える構成も可能である。
受光部５２は、後述する測定制御部５３に通信可能に接続されており、受光量に対応する検出信号は測定制御部５３に送信される。

測定制御部５３は、投光部５１から一定の発光量の測定光Ｌを出射させ、受光部５２から受信した検出信号に基づいて、レンズ本体４０ｄの着色の変化を測定する装置部分であり、投光部５１および受光部５２と通信可能に接続されている。
また、本実施形態では、測定制御部５３は、イオンガンシャッター３８、イオンガン３３、ニュートラライザー３４、シャッター３７、および蒸着源３６の動作制御を行うため、これらと通信可能に接続されている。

測定制御部５３は、受光部５２の受光量と検出信号との校正データを内蔵しており、検出信号を受光量に換算することができる。
また、測定制御部５３には、受光部５２の受光量の変化から、レンズ本体４０ｄの着色が許容限度以下になったかどうかの判定を行う。測定制御部５３には、表示部５４が接続されており、判定結果は、必要に応じて、表示部５４に表示することができる。
測定制御部５３がレンズ本体４０ｄの着色が許容限度以下になったと判定すると、測定制御部５３は、イオンガン３３による酸素イオンビームの照射を終了し、蒸着を開始する動作制御を行う。

測定制御部５３の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより適宜の制御プログラム、演算プログラムを実行することで、上記のような測定制御部５３による制御が実現される。

このような構成の表面処理装置５０を用いて行う酸素イオン曝露工程Ｓ１２について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
本工程では、図７に示すように、必要に応じて洗浄されたレンズ本体４０ｄを上記第１の実施形態と同様にして、基板保持部材３１に保持し、表面処理装置５０の真空槽３０に搬入して、回転軸３１ａに固定する。

次に、上記第１の実施形態と同様に、真空引き用管路３０ａから真空引きを行って真空槽３０を減圧状態とし、ヒーター３２を発熱させて基板保持部材３１に保持された各レンズ本体４０ｄを加熱しつつ、回転軸３１ａを中心として基板保持部材３１を回転させる。

測定制御部５３は、この状態で、イオンガンシャッター３８を開放し、各レンズ本体４０ｄのレンズ面４０ａに向けて、イオンガン３３から酸素イオンビームを照射する。
また、酸素イオンビームの照射と並行して、各レンズ本体４０ｄに向けて、ニュートラライザー３４から電子ｅ⁻を照射する。
これにより、上記第１の実施形態と同様に、酸素イオンＯ_２ ^＋が、各レンズ面４０ａに到達し、各レンズ面４０ａの表面の金属ビスマスが酸素イオンＯ_２ ^＋に反応して酸化ビスマスとなる。これにより、各レンズ面４０ａが徐々に脱色されていく。

また、測定制御部５３は、このような酸素イオンビームの照射と並行して、投光部５１から一定光量の測定光Ｌを出射させる。この測定光Ｌは、基板保持部材３１の回転中心軸線Ｃ上に位置する被測定体Ｒを透過して、受光部５２によって受光される。
受光部５２は、受光量に応じた検出信号を測定制御部５３に送出する。
測定光Ｌは、被測定体Ｒのレンズ面４０ａ、４０ｂにおける金属ビスマスによる着色の程度に応じて、吸収、反射、または散乱されて光量損失が発生するため、被測定体Ｒの透過後は、より低光量の測定光Ｌ’となっている。
レンズ面４０ａの脱色が進むと、光量損失が低減するため、受光部５２の受光量が増大し、レンズ面４０ａの脱色が完了すると略一定の受光量が得られることになる。

測定制御部５３では、受光部５２からの検出信号を、投光部５１の発光量に対応する検出信号の信号値で割って、透過光量の測定値とする。本実施形態では、測定制御部５３は、透過光量の測定値のグラフを表示部５４に逐次表示させる。
このような透過光量の測定値（図示では光量）の変化を示すグラフの一例を図８に曲線１００として示す。
透過光量の測定値は、例えば、酸素イオンビームの照射開始時に８０％であり、酸素イオンビームの照射が進むにつれて増大して、約９５％で平衡状態になる、といった変化を示す。

測定制御部５３は、透過光量の測定値の変化が予め設定された閾値の範囲内になったとき、被測定体Ｒのレンズ面４０ａの脱色が終了したと判断して、基板保持部材３１を反転させる制御を行う。
透過光量の測定値の変化の判定は、一定の判定時間幅を設け、この判定時間幅における測定値の最大値と最小値との差が、閾値以下になったかどうかを判定することができる。
ここで、判定に用いる閾値および判定時間幅は、基板保持部材３１上の配置位置による脱色時間の相違等を考慮して、基板保持部材３１上のすべてのレンズ本体４０ｄが脱色されるように余裕を設けた数値に設定する。

基板保持部材３１が反転されると、酸素イオンビームは、レンズ面４０ｂに照射され、レンズ面４０ｂにおける脱色が進む。
測定制御部５３は、上記と同様にして、透過光量の測定値の判定を続行し、透過光量の測定値の変化が予め設定された閾値の範囲内になったとき、被測定体Ｒのレンズ面４０ｂの脱色が終了したと判断し、酸素イオンビームの照射停止制御を行う。すなわち、測定制御部５３は、イオンガン３３を停止して、イオンガンシャッター３８を閉じ、さらにニュートラライザー３４を停止する。
以上で、酸素イオン曝露工程Ｓ１２が終了する。

次に、測定制御部５３は、レンズ本体４０ｄが蒸着温度になったら、上記第１の実施形態の蒸着工程Ｓ３と同様な蒸着工程Ｓ１３を開始する。
すなわち、シャッター３７を開放して、下方に向けられた被成膜面に形成する薄膜層の材料に対応する成膜材料Ｍを図示略の電子銃で加熱し、成膜材料Ｍを気化させ、予め決められた層厚の薄膜層が形成されたら、シャッター３７を閉じ、これをレンズ面４０ａ、４０ｂにおいて、光学薄膜４１ａ、４１ｂの層数分だけ繰り返す。
このようにして光学薄膜４１ａ、４１ｂが形成されたら、蒸着工程Ｓ１３が終了する。
なお、蒸着温度になったかどうかは、例えば、レンズ本体４０ｄの近傍に温度計を配置して、この温度計の測定値に基づいて判定できるようにしてもよいし、予め蒸着温度に達する必要加熱時間を調べておき、この必要加熱時間以上加熱しているかどうかで判定してもよい。

このようにして、蒸着工程Ｓ１３が終了したら、上記第１の実施形態と同様に、真空槽３０を開放して、基板保持部材３１を外部に搬出し、光学薄膜４１ａ、４１ｂが成膜されたレンズ本体４０ｄを取り外す。
このようにして、レンズ４０が製造される。

本実施形態の光学素子の製造方法および製造装置によれば、上記第１の実施形態と同様にして、レンズ本体４０ｄを酸素イオンＯ_２ ^＋にさらすことにより、光学素材４に含まれる還元されやすい酸化ビスマスの還元生成物である金属ビスマスに起因する着色を除去することができる。
特に本実施形態では、着色測定部５５を備える表面処理装置５０を用いて酸素イオン曝露工程Ｓ１２を行うため、着色測定部５５によってレンズ本体４０ｄが許容限度内に脱色されるまで、酸素イオン曝露工程Ｓ１２が行われる。このため、レンズ本体４０ｄが脱色されたことを確認してから、蒸着工程Ｓ１３を行うことができるため、良好な光学性能を備えるレンズ４０をより確実に製造することができる。

なお、上記の各実施形態の説明では、表面処理装置３（５０）が蒸着源３６を備え、酸素イオン曝露工程Ｓ２（Ｓ１２）と蒸着工程Ｓ３（Ｓ１３）とを同一の装置で行う場合の例で説明したが、酸素イオン供給部を備え蒸着部を有しない光学素子の製造装置を用いて、酸素イオン曝露工程のみを行うことも可能である。この場合には、酸素イオン曝露工程では加熱部が必須ではないため、ヒーター３２を削除した構成も可能である。
このような光学素子の製造装置を用いる場合、脱色した成形体をそのまま光学素子として用いることが可能である。
また、他の製造装置を用いて光学薄膜を成膜することも可能である。この場合、成膜を行う製造装置は、蒸着装置には限定されず、真空槽を用いることも必須ではない。例えば、成形体を酸素イオンにさらした後に、スピンコート装置などに湿式の成膜装置を用いて光学薄膜を成膜することが可能である。

上記の各実施形態の説明では、真空槽３０の圧力とレンズ本体４０ｄの温度とが、酸素イオン曝露工程が終了するまでに、蒸着工程で必要な蒸着圧力、蒸着温度になるように、真空槽３０の減圧およびレンズ本体４０ｄの加熱を行う場合の例で説明した。
ただし、蒸着工程で必要な蒸着圧力、蒸着温度は、蒸着工程の開始時に得られていればよい。
したがって、酸素イオン曝露工程は、真空槽３０の圧力とレンズ本体４０ｄの温度とがそれぞれ蒸着圧力、蒸着温度になったときに開始してもよい。
また、酸素イオン曝露工程の終了時には、蒸着工程で必要な蒸着圧力、蒸着温度に近い状態にとどめておき、蒸着工程を開始する前に、真空槽３０の圧力とレンズ本体４０ｄの温度とをそれぞれ蒸着圧力、蒸着温度に調整する工程を設けることも可能である。

上記の各実施形態の説明では、酸素イオン供給部がイオンガン３３の場合の例で説明したが、酸素イオン供給部は、イオンガンには限定されない。
例えば、プラズマガン、高周波励起を用いた酸素イオン発生装置などを採用することができる。
また、酸素イオン供給部は、イオンガンのように酸素イオンだけを照射するのではなく、酸素イオンを含むプラズマを、成形体の近傍に形成することにより、成形体を酸素イオンにさらす構成も可能である。

上記の各実施形態の説明では、レンズ本体４０ｄのレンズ面４０ａ、４０ｂをそれぞれを酸素イオンにさらして脱色した後、レンズ面４０ａ、４０ｂに光学薄膜４１ａ、４１ｂを成膜する場合の例で説明したが、レンズ面４０ａに対して、酸素イオン曝露工程、蒸着工程を順次行った後に、レンズ面４０ｂに対して、酸素イオン曝露工程、蒸着工程を順次行うことも可能である。
すなわち、成形工程を行った後、被成膜面ごとに、酸素イオン曝露工程、蒸着工程をこの順に行うことを繰り返して光学素子を製造してもよい。

上記の各実施形態の説明では、着色測定部が、成形体の透過光量の変化により着色の変化を測定する場合の例で説明したが、還元生成物による着色の変化が測定できれば、透過光量の測定とは異なる測定を採用してもよい。
例えば、成形体の反射率を測定したり、透過光や反射光の分光特性を測定したりすることも可能である。

上記の第２の実施形態の説明では、着色測定部の測定結果を酸素イオン曝露工程の終了タイミングの判定のみに用いる場合で説明したが、着色測定部により測定された光量の値や光量の変化量に応じて、酸素イオン供給部の酸素イオンのエネルギーを制御することも可能である。酸素イオンのエネルギーは、イオンガンの場合には加速電圧、高周波励起を用いた酸素イオン供給装置の場合には真空槽３０と基板保持部材３１との電位差により調整できる。
例えば、着色測定部による着色の変化が少ない場合には、酸素イオンのエネルギーを増加することにより、脱色を促進し、製造時間を低減することが可能である。

上記の第２の実施形態の説明では、透過光量の測定値の収束を透過光量の測定値の変化幅を閾値と比較することで判定する場合の例で説明したが、透過光量の測定値の変化率をから判定することも可能である。
脱色が進行すると、透過光量の測定値は、一定値に近づくが、図８に示すように、測定ノイズの影響によって短周期で変動する。そこで、測定値の変化がこのような変動になったら、着色の変化がなくなったものと判定する。
このような判定を行うには、例えば、測定制御部５３が測定値の変化率を測定し、変化率の正負が反転した時点で、着色の変化がなくなったと判定する。例えば、図８の点ａまでは変化率は正であるが、点ｂでは変化率が負に転じている。このため、点ｂのように、変化率が最初に負に転じた時点で着色の変化がなくなったと判定することが可能である。
また、より高精度に判定するために、変化率の正負の交替が２回以上の所定回数だけ検知された時点で、着色の変化がなくなったと判定することも可能である。

上記の各実施形態の説明では、光学素材に含まれる還元されやすい成分がビスマスの酸化物成分の場合の例で説明したが、還元されやすい酸化物成分としては、例えば、テルル（Ｔｅ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、およびフッ素（Ｆ）のうちいずれかの酸化物成分であってもよい。
また、このような還元されやすい酸化物成分は、光学素材に１種類以上含有することが可能である。

上記の各実施形態の説明では、成形装置１が、成形室チャンバー１７のシャッター１８ａ、１８ｂを開閉して、外部との間で、直接的に、光学素子用成形型２０を搬入、搬出する構成の場合の例で説明したが、成形室チャンバー１７の開口部１７ａ、１７ｂの少なくとも一方に隣接して、不活性ガス置換室を設けることも可能である。
不活性ガス置換室は、光学素子用成形型２０を搬入して不活性ガス置換する状態と、不活性ガス置換室に設けられたシャッターを開放して大気開放する状態とが切り替え可能としておく。これにより、光学素子用成形型２０を成形室チャンバー１７に搬入する際、あるいは、光学素子用成形型２０を成形室チャンバー１７から搬出する際に、成形室チャンバー１７の雰囲気に影響を与えることなく、光学素子用成形型２０の搬入や搬出を行うことが可能になる。

上記に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。

［実施例１］
次に、上記第１の実施形態の実施例１について、比較例とともに説明する。
本実施例では、光学素材４の材質として、ビスマス系硝材の一例であるＬ−ＢＢＨ２（商品名：（株）オハラ製）を用いて、成形装置１により成形工程Ｓ１を行って、レンズ本体４０ｄを製造した。
次に、表面処理装置３によって、レンズ本体４０ｄを酸素イオンにさらす酸素イオン曝露工程Ｓ２を行った後、レンズ面４０ａ、４０ｂに光学薄膜４１ａ、４１ｂを蒸着する蒸着工程Ｓ３を行った。これにより、レンズ４０を製造した。

ここで、酸素イオン曝露工程Ｓ２では、イオンガン３３に酸素６０ｓｃｃｍ、アルゴン１０ｓｃｃｍの混合ガスを導入して、酸素イオン加速電圧が１０００Ｖ、酸素イオンの照射イオン電流が１２００ｍＡの条件で酸素イオンビームを１５分間照射した。
イオンガン３３と基板保持部材３１上のレンズ本体４０ｄとの間の距離は１０００ｍｍとした。このため、基板保持部材３１上での酸素イオンのイオン電流密度は、約１００μＡ／ｃｍ^２であった。
本工程において、真空槽３０の圧力は、イオンガン３３の起動時から酸素イオンビーム照射終了時までの間に、１．２×１０^−３Ｐａから蒸着圧力である７．０×１０^−４Ｐａまで減圧した。
また、レンズ本体４０ｄの温度は、２８０℃から蒸着温度である３００℃まで昇温された。

蒸着工程Ｓ３では、真空槽３０の圧力を７．０×１０^−４Ｐａに保つとともに、レンズ本体４０ｄの温度を３００℃に保って、光学薄膜４１ａ、４１ｂの成膜を行った。
光学薄膜４１a、４１ｂは、物理膜厚が１００ｎｍのフッ素化マグネシウム単層で構成される反射防止膜である。

［比較例］
比較例では、上記実施例の酸素イオン曝露工程Ｓ２において、イオンガンシャッター３８を閉じた点以外は、上記実施例と同様にしてレンズ４０を製造した。
すなわち、本比較例は、レンズ本体４０ｄを酸素イオンにさらすことなく、光学薄膜４１ａ、４１ｂを成膜した場合の例になっている。

［評価］
評価は、波長４２０ｎｍの光に対する透過率測定、および研磨したガラス素材との目視による着色の比較によって行った。透過率は、（株）日立ハイテクノロジー社製の分光光度計Ｕ−４０００によって測定した。
実施例１のレンズ４０は、透過率が８０．９％となった。研磨したガラス素材に同じ反射防止膜を成膜した場合の透過率は約８４％になるため、酸素イオンによって、プレス成形による着色の影響が小さい光学特性のレンズが得られたといえる。また、目視観察では、研磨したガラス素材との差は見られず、外観品質にも問題がなかった。
比較例のレンズ４０は、透過率が６８．８％となり、プレス成形による着色の影響が明らかに見られた。また、目視観察によっても、強い着色が確認され、外観品質が許容限度を超えてしまった。
実施例１と比較例との相違は、酸素イオン曝露工程Ｓ２の有無のみであるため、実施例が良好な結果となったのは、酸素イオン曝露工程Ｓ２によって還元生成物である金属ビスマスが除去されたため、これに起因する着色が抑制されたためであると考えられる。

１ 成形装置
３、５０ 表面処理装置（光学素子の製造装置）
４ 光学素材
２０ 光学素子用成形型
３０ 真空槽
３０ａ 真空引き用管路
３１ 基板保持部材
３２ ヒーター（加熱部）
３３ イオンガン（酸素イオン供給部）
３４ ニュートラライザー
３６ 蒸着源（蒸着部）
３７ シャッター
３８ イオンガンシャッター
４０ レンズ（光学素子）
４０ａ、４０ｂ レンズ面（成形体の表面）
４０ｄ レンズ本体（成形体）
４１ａ、４１ｂ 光学薄膜（薄膜）
５１ 投光部
５２ 受光部
５３ 測定制御部
５４ 表示部
５５ 着色測定部
Ｃ 回転中心軸線
Ｌ、Ｌ’ 測定光
Ｍ 成膜材料
Ｏ 光軸
Ｒ 被測定体
Ｓ１、Ｓ１１ 成形工程
Ｓ２、Ｓ１２ 酸素イオン曝露工程
Ｓ３、Ｓ１３ 蒸着工程

Claims (11)

1. 加熱により還元されやすい酸化物成分を含有する光学素材を用いた光学素子の製造方法であって、
   前記光学素材をプレス成形して、光学素子の形状を有する成形体を形成する成形工程と、
   前記成形体を真空槽に配置して該真空槽を減圧し、前記成形体を酸素イオンにさらすことにより、前記成形体における前記酸化物成分の還元生成物を除去する酸素イオン曝露工程と、
   を備える、光学素子の製造方法。
2. 前記酸素イオン曝露工程では、
   前記成形体を加熱した状態で、前記酸素イオンにさらす
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記酸素イオン曝露工程では、
   前記還元生成物による着色の変化を測定しながら前記成形体を前記酸素イオンにさらす
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記酸素イオン曝露工程が行われた後の前記真空槽内で、前記成形体の表面に薄膜を蒸着する蒸着工程を備える
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記酸素イオン曝露工程では、
   イオンガンによって前記酸素イオンを前記成形体に照射する
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記光学素材は、
   酸化ビスマスを含む
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
7. 加熱により還元されやすい酸化物成分を含有する光学素材を用いた光学素子の製造装置であって、
   前記光学素材をプレス成形して光学素子の形状が形成された成形体を配置する真空槽と、
   該真空槽に配置された前記成形体を酸素イオンにさらして前記成形体における前記酸化物成分の還元生成物を除去するため、前記成形体の周囲に酸素イオンを供給する酸素イオン供給部と、
   を備える、光学素子の製造装置。
8. 前記真空槽内に配置された前記成形体を加熱する加熱部を備える。
   ことを特徴とする、請求項７に記載の光学素子の製造装置。
9. 前記酸素イオン供給部によって前記酸素イオンにさらされる前記成形体の前記還元生成物による着色の変化を測定する着色測定部を備える
   ことを特徴とする、請求項７または８に記載の光学素子の製造装置。
10. 前記真空槽内で、前記成形体の表面に薄膜を蒸着する蒸着部を備える
    ことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の光学素子の製造装置。
11. 前記酸素イオン供給部は、
    前記酸素イオンを前記成形体に照射するイオンガンを備える
    ことを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の光学素子の製造装置。

Images