JP6540684B2

JP6540684B2 - 光学素子の製造方法

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Inventors: 修平芦田; 周平早川
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Description

本発明は、カルコゲナイドガラスレンズ等のカルコゲナイドガラス製の光学素子の製造方法に関する。

暗視カメラや、サーモグラフィーとして使用される遠赤外線カメラ用のレンズとしてカルコゲナイドガラスからなるレンズが知られている。カルコゲナイドガラスの組成は、例えばＧｅ−Ｓｅ−Ｓｂ、Ａｓ−Ｓｅ等である。かかるカルコゲナイドガラス製のレンズについては、赤外センサーの感度を高めることが容易でないこともあって高い透過率が要求される。

赤外光学系用のカルコゲナイドガラスは、通常のガラス材料とは性質が大きく異なっており、カルコゲナイドガラスレンズの作製については、以下のような課題がある。

まず、カルコゲナイドガラスは、高温に加熱されると、Ｓｅ等の成分が揮発し組成が変化してしまうため、透過率が下がる傾向があるという問題がある。従って、カルコゲナイドガラスを成形する際に溶融温度まで加熱した状態を長く保つことは望ましくない。
また、カルコゲナイドガラスは、大気中で加熱されると酸化して透過率が下がるという問題がある。このため、大気中でカルコゲナイドガラスを加熱することは望ましくなく、不活性ガス（例えば窒素）雰囲気下でカルコゲナイドガラスを加熱し成形することが望ましい。
また、カルコゲナイドガラスは、結晶化温度が低くプレス環境下で結晶化しやすく、結晶化の進行速度も速いという問題がある。つまり、カルコゲナイドガラスは、成形できる温度範囲が狭いものとなっている。
また、カルコゲナイドガラスは、熱伝導率が低く熱膨張係数が大きいため、熱衝撃に弱く割れやすいという問題がある。このため、予めカルコゲナイドガラスのプリフォームを準備しておき、このプリフォームを再加熱して成形を行う再加熱成形を利用する場合、昇温速度や降温速度を遅くする必要がある。また、熱膨張係数が大きいことに起因して、カルコゲナイドガラスは、成形に際してヒケが生じやすく、面精度を出せる加熱温度の範囲が狭い。
このように、カルコゲナイドガラス製の光学素子を作製するためには、様々な条件を満たす必要があり、製造工程が特殊なものとなってしまうため、より簡素な製造方法が求められている。また、カルコゲナイドガラスを構成するための原材料は高価であり、製造工程で廃棄されてしまう材料を減らすことも求められている。

下記特許文献１には、カルコゲナイドガラスの再加熱成形によってレンズを製造する方法が提案されている。具体的には、金型の温度をカルコゲナイドガラスの屈伏点以上、軟化点以下の温度に保持して熱プレス成形する。しかし、このような再加熱成形では、主に成形型からの熱伝導でガラス材料を成形温度まで加熱するが、カルコゲナイドガラスでは熱伝導率が低いこと、熱膨張係数が大きいことから、熱衝撃に弱く、急激に加熱すると割れの原因となる。そのため、昇温・降温に時間がかかり、成形サイクルタイムが長くコストがかかるという問題がある。また、再加熱成形では融着を防ぐため、屈伏点以上軟化点以下の温度で成形するが、この温度域ではプリフォームの表面のキズ及び粗さが残存してしまうという問題もある。プリフォーム表面のキズ等をなくすには、研磨等の前工程によって鏡面のプリフォームを作製しなければならず、光学素子の製造に手間がかかるという問題もある。また、材料自体が高価であることに加えて、プリフォームの加工によって廃棄される材料が生じるため、製造コストが増大してしまう。また、カルコゲナイドガラスは柔らかくキズが入りやすいため、プリフォーム加工の歩留まりも悪い。このように、特許文献１に示される製造方法では、ガラスに割れが生じたり、製造時間が長くなったり、製造コストが増大するといった様々な問題がある。

なお、下記特許文献２には、成形型を加熱するために赤外線を照射することが提案されている。特許文献２においてカルコゲナイドガラスの使用については記載がないが、仮にカルコゲナイドガラスを用いた場合、ガラスを透過させた赤外線によって成形型を加熱していることから、成形型が高温となってモールドレンズと成形型との間に融着の問題や透過率低下の問題が生じやすい。

特開平５−４８２４号公報特開平５−１８６２３０号公報

本発明は、上述した課題に鑑みてさなされたものであり、高い性能を有するカルコゲナイド製の光学素子を安価に効率よく製造できる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る光学素子の製造方法は、カルコゲナイドガラスに赤外線を含む光を照射して加熱することにより、カルコゲナイドガラスを軟化させ、軟化したカルコゲナイドガラスを当該カルコゲナイドガラスよりも低温の成形型でプレス成形する。

上記光学素子の製造方法によれば、カルコゲナイドガラスを赤外線で加熱することにより、カルコゲナイドガラス内部も均一に加熱できるため、成形後の光学素子に割れ等の問題が生じにくく、カルコゲナイドガラスのブロックを短時間で軟化させることができ、成形に要する時間を短くできる。また、赤外線で直接的に加熱することで、加熱及び冷却を短時間で行うことができるため、揮発、酸化、結晶化等の影響をより小さくでき、透過率の高い光学素子を成形できる。ガラス温度よりも成形型の温度を低くしてプレス成形するため、融着が発生しにくく、外観の良好な光学素子を少ないメンテナンス頻度で成形することができる。ガラス温度が成形型の温度とは別に制御されるため、より面精度又は形状精度の高い光学素子を作製することができる。

第１実施形態に係る光学素子の製造方法を実施するための製造装置を説明する概念図である。図２Ａ〜２Ｃは、光学素子の製造方法を説明する図である。成形時のガラスの温度変化を説明する図である。図４Ａ〜４Ｃは、光学素子の製造方法を説明する図である。図５Ａ〜５Ｃは、第２実施形態に係る光学素子の製造方法を説明する図である。図６Ａ及び６Ｂは、第２実施形態に係る光学素子の製造方法を説明する図である。

〔第１実施形態〕
図１に示すように、第１実施形態の製造方法を実施するための製造装置１００は、上下一対の成形型１１，１２と、上側の成形型１１用の成形型駆動部２１と、下側の成形型１２上に載置されるカルコゲナイドガラスのワークピースＷＰを加熱するための第１加熱装置３１と、成形型１１，１２を加熱するための第２加熱装置４１と、成形型１２上のワークピースＷＰ等の温度を監視するための温度監視装置５１と、成形型１１，１２等を収納するチャンバー６１と、チャンバー６１内の雰囲気を調整する雰囲気調整装置７１と、装置各部を制御する主制御装置１０１とを備える。

上側の第１成形型１１は、転写面１５ａを設けた転写部材１５を有する。ワークピースＷＰは後述するように加熱された軟化ガラス体ＳＧとなり、転写部材１５は、転写面１５ａによって軟化ガラス体ＳＧの上側に第１光学面を転写する。図示の転写面１５ａは、凹の鏡面となっているが、転写面１５ａは、凹面に限らず凸面又は平面とすることができる。また、転写面１５ａは、球面、非球面、及び自由曲面に限らず、粗面、階段面等の非平滑面とすることができる。転写部材１５は、金属、セラミックス、複合部材等で形成され、具体的には、例えば金属ジルコニア、グラッシーカーボンといった熱伝導率の小さい材料で形成される。

下側の第２成形型１２は、転写面１６ａを設けた転写部材１６を有する。転写部材１６は、転写面１６ａによって軟化ガラス体ＳＧの下側に第２光学面を転写する。図示の転写面１６ａは、凹状の鏡面となっているが、転写面１６ａは、凹面に限らず凸面又は平面とすることができる。また、転写面１６ａは、球面、非球面、及び自由曲面に限らず、粗面、階段面等の非平滑面とすることができる。転写部材１６は、金属、セラミックス、複合部材等で形成され、具体的には、熱伝導率の小さい材料、好ましくは熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以下、より好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以下の材料、例えば金属ジルコニア、グラッシーカーボンといった熱伝導率の小さい材料で形成することが好ましい。熱伝導率の小さい材料からなる部材又は層状体の上で、カルコゲナイドガラスに光照射して加熱すると、加熱中のカルコゲナイドガラスから熱が奪われるのを防ぎ、短時間で均一に加熱することができる。転写部材１６の本体１６ｃは、表層１６ｄで被覆されており、この表層１６ｄによって転写面１６ａが形成されている。表層１６ｄは、本体１６ｃよりも放射率が低い材料（例えば、放射率が０．３以下の材料）、具体的には金属光沢を有する材料で形成されている。これより、第１加熱装置３１からの赤外線によって第２成形型１２が加熱されるのを防ぎ、第２成形型１２を温度制御しやすくすることができる。なお、表層１６ｄにおいて、放射率の低い層の上に、融着を防ぐための膜、例えばタイヤモンドライクカーボン膜を設けることもできる。ダイヤモンドライクカーボンは実質的に赤外線を透過するので、赤外線の照射によって加熱されることはない。

成形型駆動部２１は、第１成形型１１を上下のＡＢ方向（鉛直方向）に所望のタイミングで昇降させることができ、第１成形型１１を降下させることにより第２成形型１２に対して所望の圧力で押圧する型締めが可能になる。なお、成形型駆動部２１は、第１成形型１１をＡＢ方向に垂直な横方向に微動させることで、第１成形型１１を第２成形型１２に対して位置調整することができる。

第１加熱装置３１は、赤外線照射部３２と加熱駆動部３３とを有する。赤外線照射部３２は、赤外ランプ３２ａとミラー３２ｂとを有する。赤外ランプ３２ａは、予備加熱されたワークピースＷＰを熱線で加熱して軟化させるものである。赤外ランプ３２ａから放射される加熱用の光ＬＩ（以下、赤外線と称する場合もある）は、カルコゲナイドガラスに適度に吸収される赤外線、より好ましくは、波長０．５〜２μｍにエネルギーの分布を持つ光を含むことが望ましい。赤外ランプ３２ａとして、より好ましくは、加熱・成形したいカルコゲナイドガラスの光吸収端±０．５μｍの波長範囲にエネルギーを有するランプを使用する。カルコゲナイドガラスの組成によって光吸収端の波長は異なるため、組成に応じたランプを選択することが好ましい。このように、カルコゲナイドガラスに適度に吸収される波長の赤外線を使用することで、対象を均一に加熱することができる。赤外ランプ３２ａは、例えばハロゲンランプからなる。ミラー３２ｂは、赤外ランプ３２ａから射出された赤外線を含む加熱用の光ＬＩをワークピースＷＰに向けて反射する。赤外線照射部３２は、１つに限らず、下側の第２成形型１２の上方の周囲に複数配置することができる。赤外線照射部３２は、赤外線を含む加熱用の光ＬＩをワークピースＷＰ外の第２成形型１２等に強く入射させないように配置することが望ましいため、本実施形態では、ワークピースＷＰの側方から光が照射されるように赤外線照射部３２を配置している。加熱駆動部３３は、赤外線照射部３２を所望のタイミングで動作させ、第２成形型１２上に配置されたワークピースＷＰの内部に所望の強度の赤外線を連続的又は周期的に入射させることができる。

第２加熱装置４１は、第１及び第２成形型１１，１２にそれぞれ埋め込まれたヒーター４２と不図示の駆動回路とを備える。ヒーター４２は、両成形型１１，１２を加熱することにより、プレス成形時に転写面１５ａ，１６ａ間に挟まれた軟化ガラス体ＳＧを徐々に冷却する。

温度監視装置５１は、第２成形型１２上のワークピースＷＰの温度を直接検出する第１センサー５２と、第１及び第２成形型１１，１２の温度を検出する第２センサー５３と、両センサー５２，５３を動作させる温度監視駆動部５４とを備える。第１センサー５２は、例えば放射温度計で構成され、ワークピースＷＰの温度を非接触で計測する。第２センサー５３は、例えば熱伝対で構成され、第１及び第２成形型１１，１２の内部温度を計測する。第１センサー５２を利用することで、第２成形型１２上のカルコゲナイドガラス製のワークピースＷＰをこのカルコゲナイドガラスの軟化点以上であって例えば結晶化温度程度又はそれ以下の温度まで正確に加熱することができる。第２センサー５３を利用することで、成形型１１，１２の転写面１５ａ，１６ａの温度を、第２成形型１２上のカルコゲナイドガラスの温度よりも１０℃低い温度以下であって当該カルコゲナイドガラスのガラス転移温度Ｔｇよりも５０℃低い温度以上の範囲で正確に加熱することができる。

チャンバー６１は、第１及び第２成形型１１，１２を収納することによって、加熱時及びプレス成形時における雰囲気管理を可能にする。

雰囲気調整装置７１は、チャンバー６１内を減圧して所望の不活性ガスを供給することができ、第２成形型１２上のワークピースＷＰ周囲の雰囲気を調整することができる。これにより、ワークピースＷＰの加熱時及びプレス成形時における雰囲気を例えば窒素ガスとすることができ、大気圧よりも高い加圧状態とすることができる。成形型１１，１２の雰囲気を制御することで、ワークピースＷＰ又は軟化ガラス体ＳＧからの成分揮発を抑制できる。

主制御装置１０１は、製造装置１００の動作状態を適切に設定する。主制御装置１０１は、成形型駆動部２１を動作させて第１及び第２成形型１１，１２の開閉を可能にし、第１成形型１１を降下させて第２成形型１２上で軟化したワークピースＷＰ（つまり軟化ガラス体ＳＧ）を第１及び第２成形型１１，１２間に挟んで型締めすることができ、ワークピースＷＰ又は軟化ガラス体ＳＧに上下の転写面１５ａ，１６ａを反転した形状を形成することができる。主制御装置１０１は、温度監視装置５１を利用して第２成形型１２上のワークピースＷＰの温度や第１及び第２成形型１１，１２の温度を計測又は監視しつつ、第２加熱装置４１の駆動回路や第１加熱装置３１の加熱駆動部３３の動作を制御する。主制御装置１０１は、雰囲気調整装置７１によってチャンバー６１内の雰囲気を不活性かつ加圧状態に制御する。

以下、図２Ａ〜２Ｃ等を参照して図１の製造装置１００を利用した光学素子の製造方法について説明する。

図２Ａに示すように、予め軟化点以下の温度に加熱された第２成形型１２上に、ワークピースＷＰを載置する。ワークピースＷＰは、Ｇｅ−Ｓｅ−Ｓｂ、Ａｓ−Ｓｅ等の硝材からなり、予め形成されている大きなガラスブロック（インゴット）から必要量だけ切り出した小ブロックである。つまり、製造される光学素子であるレンズの重量に略対応する必要重量だけを小分けしたものをワークピースＷＰとして予め準備する。ガラスブロックの破片又は小片を必要な量だけ集めてワークピースＷＰとして用いてもよい。ワークピースＷＰは、第２成形型１２上に載置する前に例えばチャンバー６１外で予熱することができる。ワークピースＷＰの予熱温度は、カルコゲナイドガラスのガラス転移温度未満とする。予熱を行うことで、本加熱において短時間でワークピースＷＰを軟化させることができる。また、予熱温度をカルコゲナイドガラスのガラス転移温度未満とすることで、カルコゲナイドガラスの透過率が低下することを防止できる。チャンバー６１内は、予めＮ_２等の不活性ガス雰囲気とされ、大気圧以上の内圧となるように設定されている。不活性ガス雰囲気下で、後述するような少なくとも赤外線を含む光ＬＩの照射によるカルコゲナイドガラスの加熱、及び、プレス成形を行うことで、成形対象物であるカルコゲナイドガラスの酸化が抑えられ、透過率の低下を防ぐことができる。また、大気圧より高い雰囲気圧に設定することにより、揮発の影響をさらに減らすことができる。

次に、図２Ｂに示すように、第１加熱装置３１を動作させて、第２成形型１２上のワークピースＷＰに対して赤外線を含む所定強度の光ＬＩを所定時間照射し、ワークピースＷＰを構成するカルコゲナイドガラスの軟化点の温度以上の温度で本加熱を行う。この本加熱により、固体のワークピースＷＰが軟化し、軟化ガラス体ＳＧとなる。カルコゲナイドガラスを軟化点以上に加熱することで、成形前のカルコゲナイドガラスの表面状態を、元の表面状態（例えば粗面）に関わらず、鏡面にすることができる。そのため、小片を切りだすだけで特別な加工をすることなくワークピースＷＰとして使用でき、材料の無駄の低減、加工時間の短縮化ができる。また、成形型１２上で加熱を行うことにより、ワークピースＷＰの下面の転写性がよくなるため、複雑な形状を作りやすい。また、プレス条件の幅を広くすることができる。

ワークピースＷＰの本加熱の温度は、カルコゲナイドガラスの軟化点Ｔｓ以上であれば特に制限はない。図３に、予熱完了から本加熱を経て成形を行うまでの温度の変化を模式的に示す。図示のように、予熱状態（図３の記号Ａ参照）から光照射により短時間で加熱を行う（図３の記号Ｂ１〜Ｂ３参照）。この際、高温にするほど短時間でガラスを鏡面にすることができるものの、成分の揮発が生じやすくなるため、速やかに温度を下げて結晶化温度領域（Ｔ１〜Ｔ２）を速く通過させられるように（図３の記号Ｃ参照）、図３の実線で示すように、結晶化温度領域の上限温度を大きく上回らないようにすることが好ましく、例えば、本加熱の温度（図３の記号Ｂ１参照）を結晶化温度領域の上限温度Ｔ２＋５０℃までとする。本加熱の温度を、結晶化温度領域Ｔ１〜Ｔ２内の温度としてもよい（図３の破線及び記号Ｂ２参照）。この場合は、ワークピースＷＰを鏡面にするまでの時間がやや長くなるが、成分揮発の問題を防止しやすくなる。本加熱の温度を、カルコゲナイドガラスの軟化点Ｔｓ以上の温度で結晶化温度領域の下限温度Ｔ１よりも低い温度としてもよい（図３の一点鎖線及び記号Ｂ３参照）。この場合、鏡面化させるための時間がさらに長くなるが、揮発や結晶化を確実に防止することができる。いずれにしても、本実施形態においては、赤外ランプ３２ａを備えた第１加熱装置３１によって、所定時間だけ赤外線を含む光ＬＩを照射して加熱を行うので、短時間で昇温及び降温することができる。従って、揮発、結晶化、酸化といった加熱により生じる不具合を抑えることができる。

なお、本加熱の開始時点で、第２成形型１２の転写部材１６の温度は、ワークピースＷＰを軟化させる温度よりも低く設定されており、カルコゲナイドガラスの軟化ガラス体ＳＧが転写面１６ａに融着することを防止できる。第２成形型１２の温度は、第２成形型１２上の軟化ガラス体ＳＧの温度Ｔａ−１０℃以下（好ましくは温度Ｔａ−３０℃以下）となるようにし、軟化ガラス体ＳＧを構成するカルコゲナイドガラスのガラス転移温度Ｔｇ−５０℃以上となるように設定する。

このように、固体状のガラスのワークピースＷＰを短時間で軟化点Ｔｓ以上の温度まで加熱し軟化させ、鏡面の軟化ガラス体ＳＧとなったところで加熱を完了し、第１成形型１１によるプレス成形へと移行する。まず、図２Ｃに示すように、第１加熱装置３１による加熱動作を停止させるか、型温度を徐々に低下させる設定に切り替えるとともに、第１成形型１１を降下させて型閉じを開始する。なお、第１成形型１１を降下させることで軟化ガラス体ＳＧへ照射される光の少なくとも一部を付随する遮蔽体で遮るようにしたり、型温度を徐々に低下させるようにしたりすることで、第１加熱装置３１による加熱動作を継続したままで、ガラスの温度を低下させるようにしてもよい。

次に、成形に適した温度、すなわち、カルコゲナイドガラスが軟化点Ｔｓ以下の温度まで下がったところでプレス成形を行い、プレスを行いつつ成形型と同じ温度まで冷却する（図３の二点鎖線で囲まれた領域Ｄを参照）。具体的には、図４Ａに示すように、第１成形型１１を第２成形型１２に所定圧で押圧する型締めを行い、第１及び第２成形型１１，１２間で軟化ガラス体ＳＧをプレス成形する。なお、軟化ガラス体ＳＧのプレス成形を開始する際の第１及び第２成形型１１，１２の温度は、軟化時と同様に融着しづらく転写性を落とさない温度範囲である、軟化ガラス体ＳＧの温度Ｔａ−１０℃以下（好ましくは温度Ｔａ−３０℃以下）、かつ、軟化ガラス体ＳＧのガラス転移温度Ｔｇ−５０℃以上となるようにする。そして、軟化ガラス体ＳＧをプレス成形しながら成形型の温度まで冷却し固化したところでプレスを完了する（図３の記号Ｅ参照）。軟化ガラス体ＳＧのプレス成形を終了するまでに、第１及び第２成形型１１，１２の温度を維持することもできるが、温度を徐々に下げることもできる。

次に、図４Ｂに示すように、第１成形型１１を上昇させて第２成形型１２から離間させる。これにより、図４Ｃに示すように、固化したカルコゲナイドガラスからなる光学素子であるレンズＬＥが離型され外部に取り出される。レンズＬＥは、両成形型１１，１２の転写面１５ａ，１６ａを転写した光学面Ｌａ，Ｌｂを有するものとなっている。なお、上述したように、製造される光学素子であるレンズＬＥの重量に略対応する必要重量のワークピースＷＰを使用して成形を行うことで、不必要にガラスを消費することがなく、後加工も不要にすることができる。

本実施形態の製造方法によれば、カルコゲナイドガラスを赤外線（光ＬＩ）で加熱することにより、カルコゲナイドガラス内部も均一に加熱できるため、成形後のレンズＬＥに割れ等の問題が生じにくく、カルコゲナイドガラスのブロックであるワークピースＷＰを短時間で軟化させることができ、成形に要する時間を短くできる。また、赤外線（光ＬＩ）で直接的に加熱することで、加熱及び冷却を短時間で行うことができるため、揮発、酸化、結晶化等の影響をより小さくでき、透過率の高いレンズＬＥを成形できる。ガラス温度よりも第２成形型１２の温度を低くしてプレス成形できるため、融着が発生しにくく、外観の良好なレンズＬＥを少ないメンテナンス頻度で成形することができる。ガラス温度を第２成形型１２の温度とは別に制御できるため、より面精度又は形状精度の高いレンズＬＥを作製することができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の製造方法について説明する。第２実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の製造方法と同様である。

図５Ａに示す製造装置１００は、ワークピースＷＰを支持するステージ８１と、ステージ８１を移動させる駆動装置８２とを備える。駆動装置８２は、ステージ８１を、ワークピースＷＰの受渡し位置と、赤外線照射部３２の直下の加熱・軟化位置と、第２成形型１２に移載する移載位置とに配置することができる。なお、１つの製造装置１００にステージ８１を複数設けることができ、受渡し位置や加熱・軟化位置等も複数設けることができる。

ステージ８１は、平坦な板状の支持板８１ａを有し、可動部８１ｃによって適宜傾斜させることができる。支持板８１ａは、熱伝導率が低い材料、好ましくは、熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ、より好ましくは１０Ｗ／ｍＫよりも低い材料（例えばジルコニア、グラッシーカーボン等）で形成されている。これにより、後述する加熱中のワークピースＷＰから熱が奪われるのを防ぎ、より短時間で均一に加熱することができる。また、加熱のための支持台としての機能を分離することで、成形型に使用できる型材料の選択範囲を拡げることができる。さらに、加熱と成形とを並行して行うことで、成形タクトを短くでき、成形や成形型の数を減らせる。なお、支持板８１ａの表面を放射率の低い材料でコートすることによって、支持板８１ａの加熱を抑制することができる。

以下、図５Ａ〜５Ｃ等を参照して、第２実施形態に係る光学素子の製造方法について説明する。
まず、ステージ８１をチャンバー６１の搬入口に近い受渡し位置に移動させて、支持板８１ａ上にワークピースＷＰを受け取る（図５Ａ参照）。次に、ステージ８１を成形型外の加熱・軟化位置に移動させて、支持板８１ａ上のワークピースＷＰを赤外線照射部３２からの赤外線（光ＬＩ）の直接的な照射を利用した本加熱により軟化させて軟化ガラス体ＳＧとする（図５Ｂ参照）。次に、ステージ８１を移載位置に移動させて傾斜させることにより（図５Ｃ参照）、支持板８１ａ上の軟化ガラス体ＳＧを第２成形型１２上に載置する型への供給を行う（図６Ａ参照）。次に、第１成形型１１を降下させて第２成形型１２に押圧する型締めを行い、両成形型１１，１２の転写部材１５，１６間に挟むようにして軟化ガラス体ＳＧをプレス成形する（図６Ｂ参照）。その後は、図示を省略するが、第１及び第２成形型１１，１２間の軟化ガラス体ＳＧが固化するまで待ち、第１成形型１１を第２成形型１２から離間させることにより、固化及び硬化したカルコゲナイドガラスからなるレンズＬＥを型外に取り出すことができる。このレンズＬＥは、チャンバー６１の搬出口から外部に搬送される。なお、ワークピースＷＰの軟化やプレス成形に際しての温度は、第１実施形態の場合と同様である。

以下、実施形態の効果を確認するための比較実験を行った結果を説明する。カルコゲナイドガラスとしては、Ｇｅ_{１５〜２０}Ｓｂ_{１５〜２０}Ｓｅ_{６０〜７０}の組成を有し、ガラス転移温度が３２０℃、軟化点が３６０℃のものを使用した。この組成のカルコゲナイドガラスのインゴッドから、ダイヤモンドカッターを用いて、直径２０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状のワークピースを切り出した。このワークピースをグラッシーカーボン板上に置き３００℃まで予備加熱した後、ワークピースとしてのカルコゲナイドガラスを出力１０００Ｗのハロゲンランプヒーターで３６０〜５００℃の範囲の所定温度まで加熱した。加熱後、３００〜３６０℃の範囲の所定温度にされた成形型の上にカルコゲナイドガラスを移し、０．２９ｋＮの荷重をかけ６０秒間プレスを行った。そして、光学面有効径が１７．９ｍｍ、第１面のｓａｇ量が０．５３５ｍｍ、第２面のｓａｇ量が０．８４２ｍｍの、両凸非球面レンズを成形した。

予備加熱、赤外線を含む光による加熱、及び成形は、１又は２気圧のＮ_２雰囲気下で行った。プレス後、荷重を開放し、成形品を離型し、３００℃の徐冷台に移し、約１０分かけて室温まで冷却した。離型して得られた成形品について、面精度、面粗さ、及び、透過率を測定した。面精度は三次元測定機で測定し、面粗さは白色干渉計を用いて測定し、透過率はＦＴ−ＩＲを用いて白色光をレンズに透過させた場合とレンズを透過させない場合について８〜１４μｍの範囲の光の強度を測定し、後者に対する前者の比として算出した。なお、面精度は、設計値からのズレ量が０．２μｍ以下の場合は記号○、０．２μｍを超える場合は記号×とした。面粗さは、融着がなくＲａが１５ｎｍ以下の場合は記号○、融着が発生したものやＲａが１５ｎｍを超える場合は記号×とした。表１に各条件での成形結果を示す。

成形型温度をガラス加熱温度より低くした第１〜第６実験例においては、面精度、面粗さ、及び、透過率が良好な光学素子が得られた。これに対して、ガラス加熱温度が成形型温度と同じである第７実験例では融着が発生し、面精度は評価できなかった。

以上では、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限るものではなく、様々な変形が可能である。例えば、カルコゲナイドガラスの組成は、上記に例示されるものに限らず、様々な組成のカルコゲナイドガラスに対して上記同様の製法を適用できる。

また、上記実施形態において、転写面１５ａ，１６ａの形状を目的に適合させることで、レンズＬＥ以外の光学素子を得ることもできる。

また、上記実施形態において、赤外線照射部３２は、赤外ランプ３２ａとミラー３２ｂとを組み合わせるものに限らず、赤外線等の加熱用光を局所的に照射することのできる様々な光源を利用することができる。

Claims

カルコゲナイドガラスに赤外線を含む光を照射して加熱することにより、カルコゲナイドガラスを軟化させ、
軟化したカルコゲナイドガラスを当該カルコゲナイドガラスよりも低温の成形型でプレス成形する光学素子の製造方法。
前記赤外線を含む光を照射してカルコゲナイドガラスの軟化点以上の温度まで加熱することにより、カルコゲナイドガラスを軟化させる、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以下の材料で形成された部材の上に載置したカルコゲナイドガラスに、前記赤外線を含む光を照射して加熱する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
波長０．５μｍ〜２μｍにエネルギーの分布を持つ赤外線ランプを使用して、前記赤外線を含む光をカルコゲナイドガラスに照射する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
カルコゲナイドガラスをガラス転移温度未満の温度まで予熱した後、カルコゲナイドガラスに前記赤外線を含む光を照射して加熱する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
不活性ガス雰囲気下で、少なくとも前記赤外線を含む光の照射によるカルコゲナイドガラスの加熱及びプレス成形を行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
製造される光学素子の重量に略対応する必要重量だけのカルコゲナイドガラスを軟化させる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
カルコゲナイドガラスのプレス成形を開始する際の前記成形型の温度は、当該成形型上のカルコゲナイドガラスの温度よりも１０℃低い温度以下であり、当該カルコゲナイドガラスのガラス転移温度よりも５０℃低い温度以上である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記成形型上に載置したカルコゲナイドガラスに、前記赤外線を含む光を照射して加熱する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記成形型の表面は、放射率が０．３以下の材料で形成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記成形型外でカルコゲナイドガラスに前記赤外線を含む光を照射して加熱することにより、カルコゲナイドガラスを軟化させた後、前記成形型に軟化したカルコゲナイドガラスを供給する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
大気圧より大きい加圧雰囲気下で、前記赤外線を含む光を照射して加熱することにより、カルコゲナイドガラスを軟化させる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。