JP4987553B2 - 複合光学素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、成形レンズのガラスのガラス転移点は、基材レンズのガラスのガラス転移点よりも40℃以上低くする。また、成形レンズのガラスの平均熱線膨張係数は、基材レンズのガラスの平均熱線膨張係数よりも3×10-7〜8×10-7/℃小さくする。接合して一体化する材料はガラス同士である。
特許文献2には、硫化亜鉛(ZnS)又はシリコン(Si)からなる結晶性のレンズ基材に、赤外線透過ガラスのカルコゲナイドガラスを成形により一体化した赤外線用複合レンズ及びその製造方法が提案されている。
基材側光学素子と光学ガラスからなるガラス光学素子とで構成される複合光学素子において、
前記基材側光学素子と前記ガラス光学素子とは直接的に接合一体化されており、
前記基材側光学素子に用いられる基材側材料は、異方性を有する光学結晶材料で、かつ、可視光領域で透明であり、前記基材側材料は、融点をTcmp、結晶軸の各軸方向の中で熱線膨張係数の最小値をαcmin、熱線膨張係数の最大値をαcmaxとすると、
Tcmp≧750(℃)
αcmin≧2×10 −6 (/℃)
αcmax≦17×10 −6 (/℃)
を満足するものの中から選択し、前記ガラス光学素子を構成する成形素材は、熱線膨張係数をαgとすると、
αcmax−3×10 −6 ≦αg≦αcmin+3×10 −6 (/℃)
を満足するものの中から選択する、ことを特徴とする。
前記基材側材料は、融点をTcmp、結晶軸の各軸方向の中で熱線膨張係数の最小値をαcmin、熱線膨張係数の最大値をαcmaxとすると、
Tcmp≧750(℃)
αcmin≧2×10 −6 (/℃)
αcmax≦17×10 −6 (/℃)
を満足するものの中から選択されたものであって、
前記ガラス光学素子を構成する成形素材は、熱線膨張係数をαgとすると、
αcmax−3×10 −6 ≦αg≦αcmin+3×10 −6 (/℃)
を満足するものの中から選択されたものであって、
前記基材側光学素子の一方の光学機能面と金型の成形面との間に、前記ガラス光学素子
を形成する成形素材を載置した状態で、所定の成形温度に加熱して前記成形素材を加熱軟
化する工程と、前記成形素材を前記基材側光学素子と金型とで所定の圧力で挟持して前記ガラス光学素子を成形すると同時に、前記基材側光学素子と前記ガラス光学素子とを接合一体化する工程と、冷却した後に成形された複合光学素子を取り出す工程と、を有する、ことを特徴とする。
(材料等の諸条件)
最初に、基材側光学素子として使用可能な光学結晶材料及び透光性焼結体としての条件、及び、ガラス成形及び成形による接合一体化に関する諸条件を説明する。
また、光学結晶材料及び透光性焼結体も、可視光領域(波長400nm〜750nm)での透過特性が良好なことが求められる。
市販されている光学ガラスは、そのガラス転移点Tgが、Tg<740(℃)となっている。
Tcmp≧750(℃) (式1)
となる必要がある。
この式に、前述したヤング率Eと成形温度Tmの数値を代入すると、Δα≦2.5×10-6/℃が得られる。
ここで、基材側光学素子を構成する基材側材料の熱線膨張係数αcについて考える。
4.7×10-6 ≦ αg ≦ 14.5×10-6 (/℃)
の範囲で存在している。
2×10-6 ≦ αc ≦ 17×10-6 (/℃)
を満足するものの中から選択する必要がある。
ここで、基材側光学素子を構成する光学結晶材料あるいは透光性焼結体の熱線膨張係数をαcとし、成形素材としての光学ガラスの熱線膨張係数をαgとする。
αc−3×10-6 ≦ αg ≦ αc+3×10-6 (/℃) (式2)
を満足させるものから選択する。
(第1の実施の形態)
図1は、加熱成形状態にある成形装置の部分概念図を示している。
本実施形態では、基材側材料と成形素材の組み合わせ例のうち、図2における組み合わせ例(a)を用いている。
すなわち、図3(a)は、金型組立体20の組み立て工程を示し、図3(b)は、金型組立体20による成形工程を示し、図3(c)は、成形された複合光学素子32を示している。なお、図1に示した上側プレート12と下側プレート14は図示を省略している。
上型22は成形面22aを有し、下型24は成形面24aを有している。これら成形面22aと成形面24aは、所定距離だけ離間して、かつ対向して配置されている。上型22の成形面22aは、対向側に突出した凸形状を有し、下型24の成形面24aは、対向側にへこんだ凹形状を有している。このため、成形される複合光学素子はメニスカスレンズとなる。
成形に際しては、下型24の成形面24a上に、基材側光学素子としての基材レンズ28を載置する。また、この基材レンズ28の一方の光学機能面(成形面24aと非接触側の光学機能面)と上型22の成形面22aとの間に、ガラス光学素子を構成する成形素材30を配置する。
次いで、成形素材30を所定の成形温度まで加熱して軟化させる。
成形された複合光学素子32は、基材レンズ28と成形レンズ31とが直接的に(接着剤等なしで)接合面29を介して一体化されている。また、成形レンズ31と接合一体化される基材レンズ28の接合面29は、基材レンズ28の熱線線膨張係数が等方になる面で形成されている。
また、図示していないが、必要に応じて、複合光学素子32の屈折率差により接合界面で発生する反射光を抑制するため、接合面29に光学薄膜を介在させることが可能である。この場合は、成形前に基材レンズ28の接合面29側に蒸着処理で光学薄膜を付着させる。
さらに、基材レンズ28に使用する光学結晶a、及び成形レンズ31に使用する光学ガラスa’は、可視光領域で透過特性が良好であるため、複合光学素子32として可視光領域の透光性を確保することができる。
(第2の実施の形態)
本実施の形態では、その基本的な部分は第1の実施の形態と同一であるため、以下に主として相違点を記載する。なお、第1の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
この組み合わせ例(d)では、基材側材料としての透光性焼結体dは、成形素材としての光学ガラスd’よりも融点が高く、耐熱性に優れている。
すなわち、図4(a)は、金型組立体20の組み立て工程を示し、図4(b)は、金型組立体20による成形工程を示し、図4(c)は、成形された複合光学素子32を示している。なお、図1に示した上側プレート12と下側プレート14は図示を省略している。
上型22の成形面22aは、対向側に突出した凸形状を有し、下型24の成形面24aは、対向側にへこんだ凹形状を有している。
成形された複合光学素子32は、基材レンズ28と成形素材30とが直接的に接合面29を介して一体化されている。また、成形レンズ31と接合一体化される基材レンズ28の接合面29は、基材レンズ28の熱線線膨張係数が等方になる面で形成されている。
(第3の実施の形態)
本実施の形態では、その基本的な部分は第1の実施の形態と同一であるため、以下に主として相違点を記載する。なお、第1の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
この組み合わせ例(c)では、基材側材料としての光学結晶cと、成形素材としての光学ガラスc’を用い、これらを接合一体化したものである。この光学結晶cは異方性を有するものを使用する。
基材レンズ(光学結晶c)28は平行平板レンズの形状を有している。この基材レンズ28の光学機能面は、研削、研磨加工により、鏡面に仕上げられている。また、成形素材30は光学ガラスc’で、平行平板形状を有している。
本実施形態では、最初に、基材レンズ28の接合面の設定方法を工夫する例を説明する。
光学ガラスは、前述した(式2)の熱線膨張係数αcを使い、これを満足するものから選択して使用することが可能である。
光学結晶において、最小の熱線膨張係数をαcmin、最大の熱線膨張係数をαcmaxとする。
αcmin−3×10-6 ≦ αg ≦ αcmin+3×10-6 (/℃)
αcmax−3×10-6 ≦ αg ≦ αcmax+3×10-6 (/℃)
の両方の式を満足させる必要がある。
αcmax−3×10-6 ≦ αg ≦ αcmin+3×10-6 (/℃)
(式2’)
の条件が得られる。
図5(a)〜(c)は、金型組立体20による複合光学素子の製造工程を示している。
すなわち、図5(a)は、金型組立体20の組み立て工程を示し、図5(b)は、金型組立体20による成形工程を示し、図5(c)は、成形された複合光学素子32を示している。なお、図1に示した上側プレート12と下側プレート14は図示を省略している。
上型22の成形面22aは、対向側に突出した非球面が形成され、下型24の成形面24aは、対向側に平行な平面形状を有している。
成形された複合光学素子32は、基材レンズ28と成形素材30とが直接的に接合面29を介して一体化されている。
また、基材レンズ28に使用する光学結晶c及び成形レンズ31に使用する光学ガラスc’は、可視光領域で透過特性が良好であるため、複合光学素子32として可視光領域での透光性を確保することができる。
また、本実施形態によれば、成形手段による製造方法を用いたため、光学結晶aを使用しても形状加工の自由度を確保することができる。また、ガラス成形で接合一体化するため、接着剤による接着工程を省略することができ、工程が簡略化されてコストダウンを図ることができる。
12 上側プレート
14 下側プレート
16 上側カートリッジヒータ
18 下側カートリッジヒータ
20 金型組立体
21 加圧装置
22 上型
22a 成形面
24 下型
24a 成形面
26 スリーブ
28 基材レンズ(基材側光学素子)
29 接合面
30 成形素材
31 成形レンズ(ガラス光学素子)
32 複合光学素子
Claims (2)
- 基材側光学素子と光学ガラスからなるガラス光学素子とで構成される複合光学素子において、
前記基材側光学素子と前記ガラス光学素子とは直接的に接合一体化されており、
前記基材側光学素子に用いられる基材側材料は、異方性を有する光学結晶材料で、かつ、可視光領域で透明であり、
前記基材側材料は、融点をTcmp、結晶軸の各軸方向の中で熱線膨張係数の最小値をαcmin、熱線膨張係数の最大値をαcmaxとすると、
Tcmp≧750(℃)
αcmin≧2×10 −6 (/℃)
αcmax≦17×10 −6 (/℃)
を満足するものの中から選択し、
前記ガラス光学素子を構成する成形素材は、熱線膨張係数をαgとすると、
αcmax−3×10 −6 ≦αg≦αcmin+3×10 −6 (/℃)
を満足するものの中から選択する、
ことを特徴とする複合光学素子。 - 基材側光学素子と光学ガラスからなるガラス光学素子とで構成される複合光学素子の製造方法において、
前記基材側光学素子に用いられる基材側材料は、異方性を有する光学結晶材料で、かつ、可視光領域で透明であり、
前記基材側材料は、融点をTcmp、結晶軸の各軸方向の中で熱線膨張係数の最小値をαcmin、熱線膨張係数の最大値をαcmaxとすると、
Tcmp≧750(℃)
αcmin≧2×10 −6 (/℃)
αcmax≦17×10 −6 (/℃)
を満足するものの中から選択されたものであって、
前記ガラス光学素子を構成する成形素材は、熱線膨張係数をαgとすると、
αcmax−3×10 −6 ≦αg≦αcmin+3×10 −6 (/℃)
を満足するものの中から選択されたものであって、
前記基材側光学素子の一方の光学機能面と金型の成形面との間に、前記ガラス光学素子
を形成する成形素材を載置した状態で、所定の成形温度に加熱して前記成形素材を加熱軟
化する工程と、
前記成形素材を前記基材側光学素子と金型とで所定の圧力で挟持して前記ガラス光学素
子を成形すると同時に、前記基材側光学素子と前記ガラス光学素子とを接合一体化する工
程と、
冷却した後に成形された複合光学素子を取り出す工程と、を有する、
ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
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JP2007115985A JP4987553B2 (ja) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | 複合光学素子及びその製造方法 |
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JP2008275686A JP2008275686A (ja) | 2008-11-13 |
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JP2007115985A Active JP4987553B2 (ja) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | 複合光学素子及びその製造方法 |
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