JP6410030B2 - 光学結像部材、及び光学結像部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、空中に被写体の像を結ぶ光学結像部材、及び光学結像部材を製造するための方法に関する。

空中に被写体の像を結ぶ光学結像部材の一例として、特許文献１に開示されるような構成のものが知られている。同文献に開示されたパネル状の光学結像部材は、相互に平行に延びる複数の第一反射面と、これら第一反射面と直交する方向において相互に平行に延びる複数の第二反射面とを有し、両反射面が光学結像部材の厚み方向において近接して配置されている。

これにより、光学結像部材の一方面側に配置された被写体からの光を光学結像部材の内部へと入射させ、第一反射面、及び第二反射面の双方で反射させた後、光学結像部材の外部へと出射させる。そして、出射した光が収束することによって、光学結像部材の他方面側に被写体の実像が結像される。

ところで、この種の光学結像部材は、以下のような工程を経ることによって製造されている。

まず、第一の工程として、蒸着等によって一方面に金属膜が形成されたガラス板を多数枚準備し、これらを接着剤等で貼り付けて重ね合わせることで積層体を作製する。この積層体では、複数の金属膜がガラス板の厚みに等しい間隔で相互に平行に並んでいる。なお、この金属膜の各々は、完成した光学結像部材の第一反射面、又は第二反射面を構成することになる。次に、第二の工程として、金属膜に垂直な切断面が形成されるように、積層体を厚み方向に沿って切断し、当該積層体から光学結像部材の元となる一対の小積層体を切り出す。最後に、第三の工程として、一対の小積層体を接着剤等で貼り付けて重ね合わせる。このとき、一対の小積層体の一方に備わった金属膜と、他方に備わった金属膜とが直交するように両小積層体が重ね合わされる。このようにして光学結像部材が製造される。

特開２０１１−９０１１７号公報

しかしながら、上記の光学結像部材の製造方法では、以下のような解決すべき問題が生じている。

すなわち、光学結像部材において高解像度の像を結像するためには第一反射面同士、及び第二反射面同士の間隔を狭くする必要がある。そして、上記の製造方法で製造される光学結像部材では、第一反射面同士、及び第二反射面同士の間隔が、光学結像部材を構成する各ガラス板の厚みによって決定される。従って、各ガラス板の厚みは可及的に薄くすることが要求される。このことに起因して、上記の製造方法における第一の工程では、数百枚〜数千枚もの薄いガラス板を接着剤等で反射面同士が平行となるように貼り付けて重ね合わせるという煩雑な作業が必要となり、製造効率が著しく悪い上、製造コストの高騰が不可避となる問題がある。

また、上記の製造方法では、第二の工程において積層体を厚み方向に沿って切断するが、このとき、積層体に形成される切断面の角度を、所望の角度に精密に形成することが必須となる。これは切断面の角度がずれると、完成品から光学結像部材としての機能が失われてしまうからである。このため、上記の製造方法では、精密な作業を要することに起因して、歩留まりが低下しやすいという難点もある。その結果、上述した製造効率の悪さ、及び製造コストの高騰にさらに拍車を掛ける事態を招いていた。

このような事情に鑑みなされた本発明は、低コストで且つ効率よく製造することが可能な光学結像部材を提供すること、及び、この目的を達成するための光学結像部材の製造方法を提供することを技術的課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明に係る方法は、ガラス板を備え、ガラス板の内部に入射した光を内部に形成された反射面で反射させたのち外部に出射することで、空中に被写体の像を結ぶ光学結像部材を製造するための方法であって、ガラス板の元となるガラス元板と、ガラス元板の内部に集光させたパルスレーザーとを相対移動させることで、ガラス板における反射面を形成することに特徴付けられる。

このような方法によれば、ガラス元板とパルスレーザーとを相対移動させるだけで、簡便にガラス板における反射面を形成することが可能である。このため、光学結像部材を製造するにあたって、煩雑な作業や精密な作業を行う必要性を好適に排除することができる。その結果、低コストで且つ効率よく光学結像部材を製造することが可能となる。

上記の方法において、パルスレーザーによってガラス元板の内部に形成したフィラメント領域で、ガラス板における反射面を形成してもよい。ここで、「フィラメント領域」とは、パルスレーザーの自己集束作用によって生成される領域を意味する（以下において同じ）。

このようにすれば、ガラス元板の内部において、パルスレーザーを集光させた部位にはフィラメント領域が形成される。そして、このフィラメント領域においては、ガラス元板がパルスレーザーを集光させる前とは異なる屈折率を有するようになる。この屈折率の変化を利用してガラス板における反射面を形成することができる。

上記の方法において、ガラス元板が金属イオンを含む場合には、パルスレーザーによってガラス元板の内部に析出させた金属粒子で、ガラス板における反射面を形成してもよい。ここで、ガラス元板に含有させる金属イオンとしては、Ａｇイオンが好ましい。その他、ガラス元板に含有させる金属イオンとしては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｆｅ等のイオンであってもよい。

このようにすれば、ガラス元板の内部において、パルスレーザーを集光させた部位では還元反応によって金属粒子が析出される。そして、この析出された金属粒子によってガラス板における反射面を形成することが可能となる。なお、反射面を的確に形成するためには、ガラス元板中に質量％で０．１％〜１０％の金属イオンを含有させることが好ましい。

また、上記の課題を解決するために創案された本発明に係る光学結像部材は、単一ガラス板を一又は複数備え、一又は複数の単一ガラス板の内部に入射した光を反射面で反射させたのち外部に出射することで、空中に被写体の像を結ぶ光学結像部材であって、反射面が単一ガラス板の内部に形成されていることに特徴付けられる。

このような構成の光学結像部材においては、例えば、上記の本発明に係る光学結像部材の製造方法により、簡便に反射面を形成することができる。そのため、この光学結像部材を低コストで且つ効率よく製造することが可能なものとすることができる。

上記の構成において、反射面がフィラメント領域で形成されていてもよいし、金属粒子で形成されていてもよい。

上記の構成において、反射面が複数形成され、複数の反射面には、相互に平行に延びた複数の第一反射面と、第一反射面と直交する方向において相互に平行に延びた複数の第二反射面とが含まれ、複数の第一反射面と複数の第二反射面との各々について、一又は複数の単一ガラス板における同じ深さ位置に形成された複数の反射面が等間隔で並んでいることが好ましい。

このようにすれば、複数の第一反射面と複数の第二反射面との各々について、同じ深さ位置に形成された複数の反射面が等間隔で並んでいることから、空中に結ばれる被写体の像を安定して結像させることが可能となる。

上記の構成において、複数の第一反射面と複数の第二反射面との各々について、一又は複数の単一ガラス板における深さ位置が相互にずれた第一深さ領域と第二深さ領域との各々に反射面を備え、第一深さ領域に形成された反射面と、第二深さ領域に形成された反射面とが交互に並んでいることが好ましい。

このようにすれば、第一深さ領域に形成された反射面と、第二深さ領域に形成された反射面とが交互に並ぶことから、一又は複数の単一ガラス板の厚み方向において、光を反射させることが可能な範囲を延長することができる。つまり、第一深さ領域に形成された反射面と、第二深さ領域に形成された反射面とのうち、一方で反射されなかった光の一部を他方で反射させることが可能となる。また、隣り合って並んだ第一深さ領域に形成された反射面と、第二深さ領域に形成された反射面との間隔を、実質的な反射面同士の間隔とすることができる。これにより、実質的な反射面同士の間隔を狭くすることも可能となる。その結果、空中に結ばれる被写体の像の解像度を向上させることができる。

上記の構成において、一又は複数の単一ガラス板は平面視で矩形の輪郭形状を有し、第一反射面が延びる方向、及び第二反射面が延びる方向が、一又は複数の単一ガラス板の矩形の輪郭形状を形作る辺部に対して平面視で傾斜していることが好ましい。

このようにすれば、第一反射面が延びる方向、及び第二反射面が延びる方向が、一又は複数の単一ガラス板の矩形の輪郭形状を形作る辺部と平面視で平行となっている場合と比較して、結像される被写体の像を大きく写し出すことが可能となる（詳細は実施形態を参照）。

上記の構成において、一又は複数の単一ガラス板について、平面視でその最小幅が２００ｍｍ以上であることが好ましい。

このようにすれば、光学結像部材を大型化し易くなる。結果として、結像される被写体の像を大きく写し出すことが可能となる。

以上のように、本発明によれば、低コストで且つ効率よく光学結像部材を製造することができる。

本発明の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法を示す立体図である。 本発明の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法を示す立体図である。 本発明の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法を示す立体図である。 本発明の第一実施形態に係る光学結像部材を示す立体図である。 本発明の第二実施形態に係る光学結像部材を示す立体図である。 本発明の第三実施形態に係る光学結像部材を示す立体図である。 本発明の第一実施形態に係る光学結像部材を示す平面図である。 本発明の第三実施形態に係る光学結像部材を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学結像部材を示す立体図である。

以下、本発明の実施形態に係る光学結像部材、及び光学結像部材の製造方法について、添付の図面を参照して説明する。

＜第一実施形態＞
はじめに、本発明の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法について、添付の図面を参照して説明する。

第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法は、一枚のガラス板（単一ガラス板）を備え、このガラス板の内部に入射した光を、当該ガラス板の内部に形成された反射面で反射させたのち外部に出射させ、空中に被写体の像を結ぶ光学結像部材を製造するための方法である。そして、この方法においては、ガラス板の元となるガラス元板と、ガラス元板の内部に集光させたパルスレーザーとを相対移動させることで、ガラス板における反射面を形成する。

まず、ガラス板の元となるガラス元板を準備する。ガラス元板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２：３５％〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３：０％〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３：０％〜１７％、ＭｇＯ：０％〜１０％、ＣａＯ：０％〜１５％、ＳｒＯ：０％〜１５％、ＢａＯ：０％〜３０％を含有することが好ましい。なお、本実施形態においては、ガラス元板として平面視で正方形の輪郭形状を有するものを使用している。

ここで、ガラス元板の幅寸法（正方形の一辺の長さ）は、２００ｍｍ以上であり、さらに４００ｍｍ以上、５００ｍｍ以上、１０００ｍｍ以上、１２００ｍｍ以上、１５００ｍｍ以上とより幅寸法を大きくすることが好ましく、最も好ましくは２０００ｍｍ〜４０００ｍｍである。このようにすれば、光学結像部材を大型化し易くなる。また、ガラス元板の厚み寸法は１００μｍ以上であることが好ましい。さらに、ガラス元板の表面粗さＲａは１０ｎｍ以下であることが好ましい。加えて、ガラス元板のうねりは１μｍ以下であることが好ましい。また、ガラス元板のヤング率は６５ＧＰａ以上であることが好ましい。さらに、ガラス元板におけるレーザー光の吸収係数は０．０１／ｃｍ以上であることが好ましい。

次に、図１に示すように、ガラス元板１を固定した状態において、レンズによってガラス元板１の内部に集光させたパルスレーザー２を直線的に移動させることで、ガラス元板１の内部にフィラメント領域３を形成していく。本実施形態においては、まず、図１に矢印で示すように、ガラス元板１の正方形の輪郭形状を形作る辺部１１のうち、縦に延びる辺部１１ａ（以下、縦辺部１１ａと表記する）と平行にパルスレーザー２を移動させる。なお、パルスレーザー２は、その光軸２１がガラス元板１の厚み方向と平行に延びるように、ガラス元板１の一方面１ａ側から照射する。また、パルスレーザー２は、当該パルスレーザー２の移動の開始から終了までの間、ガラス元板１における同じ深さ位置に集光させる。

ここで、レーザーの種類としては、例えば、ＣＯ_２レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、ＹＡＧレーザー等を使用することができる。また、パルスレーザー２のパルス幅としては、１ｆｓ〜８００ｆｓとすることが好ましく、より好ましくは１０ｆｓ〜５００ｆｓとし、最も好ましくは３０ｆｓ〜３００ｆｓとする。さらに、パルスレーザー２のエネルギーは０．０１μＪ〜８０μＪとすることが好ましく、より好ましくは０．１μＪ〜５０μＪとし、さらに好ましくは０．５μＪ〜３０μＪとし、最も好ましくは１μＪ〜１０μＪとする。加えて、パルスレーザー２のスポット径としては、０．０５μｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１μｍ〜０．１ｍｍ、より好ましくは０．５μｍ〜０．０５ｍｍ、さらに好ましくは０．５μｍ〜０．０１ｍｍとする。また、パルスレーザー２の照射時間（パルスレーザー２の移動の開始から終了までの照射時間）は０．２ｓ〜５ｍｉｎであることが好ましく、より好ましくは０．５ｓ〜３ｍｉｎとし、最も好ましくは１ｓ〜１ｍｉｎとする。

これにより、パルスレーザー２の自己集束作用が働くことで、当該パルスレーザー２の焦点の軌跡に沿って帯状のフィラメント領域３が形成される。このフィラメント領域３は、ガラス元板１の一方面１ａ及び他方面１ｂに対して直立した姿勢で形成される。また、フィラメント領域３においては、ガラス元板１がパルスレーザー２を集光させる前とは異なる屈折率を有するようになる。なお、屈折率の変化の度合は、パルスレーザー２の出力の大小と、パルスレーザー２の照射時間の長短とのうち、少なくとも一方を調節することによって制御することができる。そして、出力を大きくするほど、また、照射時間を長くするほど、単位時間あたりの屈折率の変化が大きくなる。

次に、上述の場合と同様の態様の下で、パルスレーザー２を繰り返し移動させることにより、図２に示すように、ガラス元板１の内部に複数（本実施形態では四つ）のフィラメント領域３を相互に平行に形成する。このとき、パルスレーザー２の出力や照射時間を変更することにより、各フィラメント領域３の屈折率を調節することができる。複数のフィラメント領域３の屈折率の値は、同一であっても異なっていてもよいが、フィラメント領域３間の屈折率の値は、フィラメント領域３の屈折率と異なっている必要がある。また、複数のフィラメント領域３はガラス元板１における同じ深さ位置に形成する。ここで、複数のフィラメント領域３における相互間の間隔Ｌは、好ましくは０μｍを超え２μｍ以下、より好ましくは０μｍを超え１．５μｍ以下、さらに好ましくは０μｍを超え１μｍ以下、最も好ましくは０μｍを超え０．８μｍ以下である。

これにより、複数のフィラメント領域３を相互に平行に並べると共に、これらのフィラメント領域３を一組としてなる第一反射面４をガラス元板１の内部に形成する。この第一反射面４は、ガラス元板１の内部に入射した光５を反射する機能を有している。

次に、上述の場合と同様の態様の下で、さらにパルスレーザー２を繰り返し移動させていく。これにより、図３に示すように、複数のフィラメント領域３を一組としてなる第一反射面４を等間隔で相互に平行に複数形成する。この複数の第一反射面４はガラス元板１における同じ深さ位置に形成する。なお、図３においては、複数のフィラメント領域３を一組としてなる第一反射面４のみを図示し、フィラメント領域３の各々の図示を省略している（以降に参照する図４〜図９において同じ）。

ここで、第一反射面４同士の間隔Ｓは、０ｍｍを超え２ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとする。なお、第一反射面４同士の間隔Ｓとは、隣り合った二つの第一反射面４の一方を構成する複数のフィラメント領域３と、他方を構成する複数のフィラメント領域３との間において、最も近接したフィラメント領域３同士の間隔を意味している。また、第一反射面４におけるガラス元板１の厚み方向に沿った幅Ｗは、その好ましい値が第一反射面４同士の間隔Ｓの値によって変化する。そして、幅Ｗは間隔Ｓに対して０．１倍〜５倍の値とすることが好ましく、２．５倍〜３．５倍とすることがより好ましく、最も好ましくは３倍程度の値とする。なお、幅Ｗの値の大小は、パルスレーザー２の焦点の形状を調節することによって制御することができる。

次に、複数の第一反射面４の形成が完了すると、ガラス元板１を裏返しにして、当該ガラス元板１の表裏を入れ替える。

最後に、上述の場合と同様の態様の下で、ガラス元板１の正方形の輪郭形状を形作る辺部１１のうち、今度は横に延びる辺部１１ｂ（以下、横辺部１１ｂと表記する）と平行にパルスレーザー２を移動させていく。この際、パルスレーザー２はガラス元板１の他方面１ｂ側から照射する。これにより、横辺部１１ｂと平行に複数のフィラメント領域３を形成していくと共に、複数のフィラメント領域３を一組としてなる第二反射面６を等間隔で相互に平行に複数形成していく。この複数の第二反射面６はガラス元板１における同じ深さ位置に形成すると共に、ガラス元板１の厚み方向において第一反射面４と近接させて形成する。このとき、第一反射面４と第二反射面６との厚み方向における間隔は、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下である。なお、複数の第二反射面６は、複数の第一反射面４と直交する方向に延びるように形成される。加えて、複数の第一反射面４、及び複数の第二反射面６は、いずれもガラス元板１の一方面１ａ及び他方面１ｂに対して直立した姿勢で形成される。ここで、複数のフィラメント領域３における相互間の間隔Ｌ、第二反射面６同士の間隔Ｓ、及び、第二反射面６におけるガラス元板１の厚み方向に沿った幅Ｗとして好ましい値については、第一反射面４の場合と同一である。

なお、上述のように、本実施形態においては、複数の第一反射面４の形成が完了した後、複数の第二反射面６を形成するにあたって、ガラス元板１を裏返しにして、当該ガラス元板１の表裏を入れ替えている。しかしながら、この限りではなく、複数の第一反射面４の形成が完了した後、ガラス元板１を裏返すことなく、パルスレーザー２の焦点の位置を変更することで複数の第二反射面６を形成してもよい。

以上のようにして、図４に示すように、内部に反射面（第一反射面４、及び第二反射面６）が形成されたガラス板７が完成し、光学結像部材８の製造が完了する。

以下、上記の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法による作用・効果について説明する。

この第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法によれば、ガラス元板１とパルスレーザー２とを相対移動させるだけで、簡便にガラス板７における第一反射面４、及び第二反射面６を形成することが可能である。このため、光学結像部材８を製造するにあたって、煩雑な作業や精密な作業を行う必要性を好適に排除することができる。その結果、低コストで且つ効率よく光学結像部材８を製造することが可能となる。

また、ガラス元板１の表面粗さＲａやうねりについて、上述の好ましい値の範囲内とすれば、ガラス元板１の内部にパルスレーザー２を集光させた際に、その焦点位置がずれたりすることを回避しやすくなる。このため、フィラメント領域３、ひいては、第一反射面４及び第二反射面６を高精度に形成することができる。

さらに、この光学結像部材の製造方法では、パルスレーザー２によってガラス元板１の内部に第一反射面４、及び第二反射面６を形成することができる。このことから、下記の（１），（２）のような効果をも得ることが可能である。（１）第一反射面４同士の間隔Ｓ、及び第二反射面６同士の間隔Ｓの大小を簡便に調節することが可能である。そして、これらの間隔Ｓを可及的に狭くすれば、完成した光学結像部材８によって高解像度の像を結像させやすくなる。（２）大型のガラス板を貼り合せたり、切断したりする必要がないため、光学結像部材８の大型化を容易に図ることができる。

以下、上記の第一実施形態に係る光学結像部材による作用・効果について説明する。

この光学結像部材８においては、上記の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法により、簡便に反射面を形成することが可能である。そのため、この光学結像部材８を低コストで且つ効率よく製造することが可能なものとすることができる。

また、この光学結像部材８では、複数の第一反射面４と複数の第二反射面６とが等しい間隔Ｓで並べられている。これにより、空中に結ばれる被写体の像を安定して結像させることが可能となる。なお、この効果は、上記の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法により、第一反射面４、及び第二反射面６が高精度に形成されていることに由来して、より高められる。

さらに、この光学結像部材８においては、ガラス板７の元となるガラス元板１のヤング率について、上述したように６５ＧＰａ以上とすれば、ガラス板７に反りが生じにくくなる。これにより、第一反射面４同士、及び第二反射面６同士の間隔にばらつきが発生することを回避しやすくなるため、さらに安定して像を結像させることが可能となる。

＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態に係る光学結像部材の製造方法について、添付の図面を参照して説明する。なお、この第二実施形態、及び、後述の第三実施形態の説明において、上記の第一実施形態で既に説明した要素については、第二実施形態、及び、後述の第三実施形態について説明するための図面に同一の符号を付すことによって重複する説明を省略している。また、第二実施形態、及び、後述の第三実施形態の説明においては、上記の第一実施形態との相違点についてのみ説明する。

この第二実施形態においては、上記の第一実施形態とは異なり、図５に示すような構成の光学結像部材８を製造する。そして、第二実施形態では、複数の第一反射面４、及び複数の第二反射面６の各々について、ガラス元板１における深さ位置が相互にずれた第一深さ領域と第二深さ領域との各々に反射面（第一反射面４、又は第二反射面６）を形成する。ここで、複数の第一反射面４を形成する態様と、複数の第二反射面６を形成する態様とは同じであるので、複数の第一反射面４を形成する態様についてのみ説明する。

まず、相対的にガラス元板１の一方面１ａ側に位置する第一深さ領域に集光させたパルスレーザー２により、複数の第一反射面４１を形成する。そして、これら第一反射面４１の形成が完了すると、相対的にガラス元板１の他方面１ｂ側に位置し、且つ第一深さ領域と隣接する第二深さ領域に集光させたパルスレーザー２により、複数の第一反射面４２を形成する。このとき、個々の第一反射面４２を、第一深さ領域に形成済の第一反射面４１の相互間における中央に位置するように形成していく。つまり、第一反射面４１と第一反射面４２とが交互に並べられることになる。

このようにして、内部に反射面（第一反射面４１，４２、及び第二反射面６１，６２）が形成されたガラス板７を作製し、光学結像部材８を製造する。

以下、上記の第二実施形態に係る光学結像部材の製造方法による作用・効果について説明する。

この第二実施形態に係る光学結像部材の製造方法においても、上記の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法と同一の作用・効果を得ることが可能である。

以下、上記の第二実施形態に係る光学結像部材による作用・効果について説明する。

この光学結像部材８においても、上記の第一実施形態に係る光学結像部材と同一の作用・効果を得ることができる。さらに、この光学結像部材８では、第一深さ領域に形成された第一反射面４１（第二反射面６１）と、第二深さ領域に形成された第一反射面４２（第二反射面６２）とが交互に並ぶことから、ガラス板７の厚み方向において、光を反射させることが可能な範囲を延長することができる。また、隣り合って並んだ第一深さ領域に形成された第一反射面４１（第二反射面６１）と、第二深さ領域に形成された第一反射面４２（第二反射面６２）との間隔を、実質的な第一反射面４同士（第二反射面６同士）の間隔とすることができる。これにより、実質的な第一反射面４同士（第二反射面６同士）の間隔を狭くすることも可能となる。その結果、空中に結ばれる被写体の像の解像度を向上させることが可能である。

＜第三実施形態＞
以下、本発明の第三実施形態に係る光学結像部材の製造方法について、添付の図面を参照して説明する。

この第三実施形態においては、上記の第一実施形態とは異なり、図６に示すような構成の光学結像部材８を製造する。そして、第三実施形態では、複数の第一反射面４が延びる方向、及び複数の第二反射面６が延びる方向が、ガラス元板１の正方形の輪郭形状を形作る辺部１１に対して平面視で傾斜するように、両反射面４，６を形成する。ここで、複数の第一反射面４を形成する態様と、複数の第二反射面６を形成する態様とは同じであるので、複数の第一反射面４を形成する態様についてのみ説明する。

この第三実施形態では、ガラス元板１の辺部１１に対して傾斜した方向に移動するパルスレーザー２により、複数の第一反射面４を形成する。ここで、辺部１１のうち、縦辺部１１ａに対してパルスレーザー２が移動する方向が傾斜した角度は、２０°〜７０°とすることが好ましく、本実施形態では４５°としている。

このようにして、内部に反射面（第一反射面４、及び第二反射面６）が形成されたガラス板７を作製し、光学結像部材８を製造する。

以下、上記の第三実施形態に係る光学結像部材の製造方法による作用・効果について説明する。

この第三実施形態に係る光学結像部材の製造方法においても、上記の第一実施形態に係る光学結像部材の製造方法と同一の作用・効果を得ることが可能である。

以下、上記の第三実施形態に係る光学結像部材による作用・効果について説明する。

この光学結像部材８においても、上記の第一実施形態に係る光学結像部材８と同一の作用・効果を得ることができる。また、これに加えて、以下のような効果をも得ることが可能である。図７に示すように、上記の第一実施形態に係る光学結像部材８では、ガラス板７の縦辺部１１ａと第二反射面６とがなす角、及び、横辺部１１ｂと第一反射面４とがなす角の角度が９０°となっている。これに対し、図８に示すように、第三実施形態に係る光学結像部材８では、辺部１１と両反射面４，６とがなす角の角度が４５°となっている。これにより、同じ面積を有する光学結像部材８を使用した場合でも、第三実施形態に係る光学結像部材８の方が、より大きな像９を写し出すことが可能となる。

ここで、本発明に係る光学結像部材、及び光学結像部材の製造方法は、上記の各実施形態で説明した構成や態様に限定されるものではない。

上記の各実施形態では、光学結像部材が一枚のガラス板を備え、このガラス板の内部に複数の第一反射面と複数の第二反射面とが形成される構成となっている。しかしながら、この限りではなく、光学結像部材が複数枚のガラス板（単一ガラス板）を備え、これらのガラス板の各々における内部に第一反射面、又は第二反射面が形成される構成としてもよい。例えば、図９に示すように、光学結像部材８が二枚のガラス板１０ａ，１０ｂを備え、ガラス板１０ａの内部に複数の第一反射面４が形成されると共に、ガラス板１０ｂの内部に複数の第二反射面６が形成される構成であってもよい。なお、この光学結像部材８を製造する場合には、例えば、ガラス板１０ａとガラス板１０ｂとの各々の元となる両ガラス元板について、内部に反射面（第一反射面４、又は第二反射面６）を形成した後、両反射面４，６が相互に直交する方向に延びるように、両ガラス板１０ａ，１０ｂを接着剤で貼り付けて重ね合わせることで製造することが可能である。

また、上記の第二実施形態においては、複数の第一反射面、及び複数の第二反射面の各々について、ガラス元板における深さ位置が相互にずれた第一深さ領域と第二深さ領域との各々に反射面が形成されている。しかしながら、例えば、ガラス元板における深さ位置が、第一深さ領域、及び第二深さ領域とのいずれともずれた第三深さ領域を新たに設けて、この第三深さ領域にも反射面が形成される構成としてもよい。

また、上記の各実施形態とは異なり、第一反射面と第二反射面とがガラス元板における同じ深さ位置に形成される構成としてもよい。この場合、複数の第一反射面と複数の第二反射面とが格子状に並べられる構成となる。このような光学結像部材は、例えば、ガラス元板の内部に複数の第一反射面を形成した後、これら第一反射面と同じ深さ位置に集光させたパルスレーザーにより、複数の第二反射面を形成することによって製造することができる。なお、第二反射面の形成時において、移動中のパルスレーザーの焦点が形成済の第一反射面と交差する際には、パルスレーザーの出力を弱めることが好ましい。

また、上記の各実施形態では、複数の第一反射面、及び複数の第二反射面を等間隔で相互に平行に形成しているが、第一反射面同士の間隔、及び第二反射面同士の間隔は、必ずしも等間隔でなくとも被写体の像を結像させることが可能である。さらに、上記の各実施形態では、複数の第一反射面、及び複数の第二反射面が、ガラス元板の一方面及び他方面に対して直立した姿勢で形成されている。しかしながら、この限りではなく、直立した姿勢から１０°以下、好ましくは５°以下、より好ましくは１°以下、さらに好ましくは０．５°以下、最も好ましくは０．１°以下の範囲で傾斜した姿勢であれば、被写体の像を結像させることができる。このような姿勢の反射面は、例えば、パルスレーザーの光軸をガラス元板の一方面及び他方面に対して傾斜させた状態の下で、パルスレーザーを移動させることによって形成することが可能である。

また、上記の各実施形態では、複数のフィラメント領域を相互に平行に並べることで、これらフィラメント領域を一組としてなる反射面をガラス元板の内部に形成する態様となっている。しかしながら、反射面を形成する態様はこの限りではなく、金属イオンを含んだガラス元板を準備し、このガラス元板の内部に集光させたパルスレーザーを移動させることによっても反射面を形成することができる。この場合、パルスレーザーの焦点の軌跡には、還元反応によって金属粒子が析出される。この析出された金属粒子で反射面を形成することが可能である。

また、上記の各実施形態では、ガラス元板を固定した状態において、このガラス元板の内部に集光させたパルスレーザーを移動させることで、反射面を形成する態様となっていが、パルスレーザーを固定し、ガラス元板を移動させることによって反射面を形成する態様としても勿論よい。パルスレーザーとガラス元板とは、これらが相対移動してさえいれば、ガラス元板の内部に反射面を形成することができる。

また、上記の各実施形態では、ガラス板（ガラス元板）が平面視で正方形の輪郭形状を有しているが、この限りではなく、ガラス板の輪郭形状は任意の形状であってよい。すなわち、ガラス板の輪郭形状が円形や楕円形、菱形、多角形等であっても構わない。

以下、本発明に係る光学結像部材に採用する上で好適なガラス板（上記の実施形態ではガラス元板に相当）について説明する。下記の表１はガラス板（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７）のガラス組成、及び特性を示すものである。

以下、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の製造方法について説明する。

まず、表１に示すようなガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、得られたガラス原料をガラス溶融炉に供給して１５００℃〜１６００℃で溶融した。次に、得られた溶融ガラスをオーバーフローダウンドロー法により、表１に掲載の厚み寸法、及び１５００ｍｍの幅寸法を有するように成形した。次に、成形直後のガラスを徐冷した。この際、粘度が１０^１２ｄＰａ・ｓ〜１０^１４ｄＰａ・ｓにおける温度での冷却速度が２０℃／分になるように、徐冷の温度とガラスの引き出し速度を調整した。

以下、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の特性について、その測定方法を説明する。

密度は、アルキメデス法により測定した値である。歪点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１の方法に基づいて測定した値である。ガラス転移温度は、熱膨張曲線からＪＩＳ Ｒ３１０３−３の方法に基づいて測定した値である。軟化点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３８−９３の方法に基づいて測定した値である。１０^４ｄＰａ・ｓ、１０^３ｄＰａ・ｓ、１０^２．５ｄＰａ・ｓの粘度における温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。この温度が低い程、溶融性に優れていることになる。ヤング率は、共振法により測定した値である。

熱膨張係数は、ディラトメーターを用いて、３０℃〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定したものである。熱膨張係数の測定用試料として端面にＲ加工を施した直径５ｍｍ×高さ２０ｍｍの円柱状の試料を用いた。

液相温度は、標準ふるい３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定したものである。液相粘度は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。

耐ＨＣｌ性と耐ＢＨＦ性については、以下のように評価した。まず、各試料の両表面を光学研磨した後、表面の一部をマスキングした。次に、所定の濃度に調合した薬液中で、所定の温度で所定の時間浸漬した。その後、マスクを外し、マスク部分と浸食部分の段差を表面粗さ計で測定し、その値を浸食量とした。また、各試料の両表面を光学研磨した後、所定の濃度に調合した薬液中で、所定の温度で所定の時間浸漬した。その後、試料の表面を目視で観察し、表面が白濁したり、荒れたり、クラックが入っているものを「×」、変化がないものを「○」として評価した。

ここで、耐ＢＨＦ性の浸食量は、１３０ＢＨＦ溶液（ＮＨ_４ＨＦ：４．６質量％、ＮＨ_４Ｆ：３６質量％）を用いて２０℃、３０分間の処理条件で測定した。外観評価は、６３ＢＨＦ溶液（ＨＦ：６質量％、ＮＨ_４Ｆ：３０質量％）を用いて、２０℃、３０分間の処理条件で行った。また、耐ＨＣｌ性の浸食量は、１０質量％塩酸水溶液を用いて８０℃、２４時間の処理条件で測定した。外観評価は、１０質量％塩酸水溶液を用いて８０℃、３時間の処理条件で行った。

クラック発生率は、湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重１０００ｇに設定したビッカース圧子を試料表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の四隅から発生するクラックの数を数える（一つの圧痕につき最大４とする）。２０回圧子を打ち込み、総クラック発生数／８０×１００として評価した。

表面の表面粗さＲａ、及び端面の表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠した方法で測定した値である。

うねりは、触針式の表面形状測定装置を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に記載のＷＣＡ（ろ波中心線うねり）を測定した値である。この測定は、ＳＥＭＩ ＳＴＤ Ｄ１５−１２９６「ＦＰＤガラス板の表面うねりの測定方法」に準拠した方法で測定した。測定時のカットオフは０．８ｍｍ〜８ｍｍ、ガラスの引き出し方向に対して垂直な方向に３００ｍｍの長さで測定した値である。

最大厚みと最小厚みの差は、レーザー式厚み測定装置を用いて、ガラス板の任意の一辺に厚み方向からレーザーを走査することにより、ガラス板の最大厚みと最小厚みを測定した上で、最大厚みの値から最小厚みの値を減じた値である。

屈折率ｎｄは、精密屈折率計（島津製作所社製ＫＰＲ−２０００）を用いて測定した値である。

上記の各試料を用いて、光学結像部材に採用する上で好適か否かの一つの指標として、透過率を測定した。以下、透過率の測定方法について説明する。

試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６のガラス材質について、表２に掲載の厚み、及び波長にて透過率を測定した。測定装置として、ＵＶ−３１００ＰＣを使用し、スリット幅：２．０ｎｍ、スキャン速度：中速、サンプリングピッチ：０．５ｎｍの条件で測定した。測定結果を下記の表２に示す。

表２から分かるように、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は、いずれの厚み、波長においても透過率が良好であった。このため、これらのガラス板は、光学結像部材に好適に採用することが可能である。

上記の試料Ｎｏ．２を用いて光学結像部材を作製した。

まず、上記の試料Ｎｏ．２のガラス材質のガラス板を用意した。ガラス板の厚みは０．５ｍｍであり、ガラス板のサイズ（横×縦）は、５５０ｍｍ×６５０ｍｍである。また、屈折率ｎｄは１．５２である。次に、波長８００ｎｍ、パルス幅１３０ｆｓのＨｅ−Ｎｅレーザー（エネルギー１．９μＪ）を用いて、ガラス板を１ｃｍ／ｓの速度で繰り返し走査することにより、ガラス板の内部に複数の第一反射面、及び複数の第二反射面を形成した。以上のようにして、光学結像部材を作製することが可能であった。

１ ガラス元板
２ パルスレーザー
３ フィラメント領域
４ 第一反射面
４１ 第一深さ領域に形成された第一反射面
４２ 第二深さ領域に形成された第一反射面
５ 光
６ 第二反射面
６１ 第一深さ領域に形成された第二反射面
６２ 第二深さ領域に形成された第二反射面
７ ガラス板
８ 光学結像部材
９ 像
１０ａ，１０ｂ ガラス板
１１ 辺部
１１ａ 縦辺部
１１ｂ 横辺部
Ｓ 第一（第二）反射面同士の間隔
Ｌ フィラメント領域同士の間隔

Claims (9)

1. 相互に平行に延びる複数の平面状の第一反射面と、該第一反射面と直交する方向に沿って相互に平行に延びる複数の平面状の第二反射面との双方が、内部に形成された単一ガラス板でなるガラス体、又は、
   前記複数の第一反射面が内部に形成された単一ガラス板と、前記複数の第二反射面が内部に形成された単一ガラス板とが、積層された積層体でなるガラス体を備え、
   該ガラス体の内部に入射した被写体からの光を、前記第一反射面および前記第二反射面の双方で反射させたのち外部に出射させ、出射した光を収束させることで、空中に前記被写体の像を結ぶ光学結像部材を製造するための方法であって、
   前記単一ガラス板の元となるガラス元板と、該ガラス元板の内部に集光させたパルスレーザーとを相対移動させることで、該パルスレーザーの焦点の軌跡に沿って前記ガラス元板の屈折率を該パルスレーザーの集光前とは異ならせた帯状の領域を形成すると共に、該帯状の領域の複数を平行に並べて形成することにより、前記単一ガラス板における前記第一反射面および前記第二反射面をそれぞれ形成することを特徴とする光学結像部材の製造方法。
2. 相互に平行に延びる複数の平面状の第一反射面と、該第一反射面と直交する方向に沿って相互に平行に延びる複数の平面状の第二反射面との双方が、内部に形成された単一ガラス板でなるガラス体、又は、
   前記複数の第一反射面が内部に形成された単一ガラス板と、前記複数の第二反射面が内部に形成された単一ガラス板とが、積層された積層体でなるガラス体を備え、
   該ガラス体の内部に入射した被写体からの光を、前記第一反射面および前記第二反射面の双方で反射させたのち外部に出射させ、出射した光を収束させることで、空中に前記被写体の像を結ぶ光学結像部材を製造するための方法であって、
   前記単一ガラス板の元となるガラス元板が金属イオンとして、Ａｇイオン、Ａｕイオン、Ｃｕイオン、又は、Ｆｅイオンを含み、
   前記ガラス元板と、該ガラス元板の内部に集光させたパルスレーザーとを相対移動させることで、該パルスレーザーの焦点の軌跡に沿って前記ガラス元板の内部に析出させた金属粒子で、前記単一ガラス板における前記第一反射面および前記第二反射面をそれぞれ形成することを特徴とする光学結像部材の製造方法。
3. 相互に平行に延びる複数の平面状の第一反射面と、該第一反射面と直交する方向に沿って相互に平行に延びる複数の平面状の第二反射面との双方が、内部に形成された単一ガラス板でなるガラス体、又は、
   前記複数の第一反射面が内部に形成された単一ガラス板と、前記複数の第二反射面が内部に形成された単一ガラス板とが、積層された積層体でなるガラス体を備え、
   前記ガラス体の内部に入射した被写体からの光を、前記第一反射面および前記第二反射面の双方で反射させたのち外部に出射させ、出射した光を収束させることで、空中に前記被写体の像を結ぶ光学結像部材。
4. 前記第一反射面および前記第二反射面のそれぞれが、前記単一ガラス板の内部にて他の領域とは屈折率の異なる帯状の領域が複数平行に並べられることで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学結像部材。
5. 前記第一反射面および前記第二反射面のそれぞれが、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、又は、Ｆｅでなる金属粒子で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学結像部材。
6. 前記複数の第一反射面と前記複数の第二反射面との各々について、前記単一ガラス板における同じ深さ位置に形成された複数の反射面が等間隔で並んでいることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の光学結像部材。
7. 前記複数の第一反射面と前記複数の第二反射面との各々について、前記単一ガラス板における深さ位置が相互にずれた第一深さ領域と第二深さ領域との各々に反射面を備え、
   前記第一深さ領域に形成された反射面と、前記第二深さ領域に形成された反射面とが交互に並んでいることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の光学結像部材。
8. 前記単一ガラス板は平面視で矩形の輪郭形状を有し、
   前記第一反射面が延びる方向、及び前記第二反射面が延びる方向が、前記単一ガラス板の矩形の輪郭形状を形作る辺部に対して平面視で傾斜していることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の光学結像部材。
9. 前記単一ガラス板について、平面視でその最小幅が２００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の光学結像部材。

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