JP7258714B2

JP7258714B2 - 光学ブランク部材

Info

Publication number: JP7258714B2
Application number: JP2019185757A
Authority: JP
Inventors: 伸也亀卦川; 元生高田
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2023-04-17
Anticipated expiration: 2039-10-09
Also published as: CN112624622A; TW202115434A; JP2021060545A

Description

本発明は、電子光学機器等に使用される水晶又は光学ガラス等からなる光学フィルタ等の光学ブランクに関し、特に面取りされた光学ブランクに関するものである。

光学フィルタ等の光学部品は一般に、角部が破損しないように面取り作業が行われる。一般に、面取り作業は角部を直線状にカットするＣ面取り作業と、角部を円弧状にカットするＲ面取り作業とがある。光学ブランクのすべての角部（４つの角部）に、Ｒ面取り作業を施すことはコストと作業工程の観点から行われていない。光学ブランクの主面が研磨される際には、予めＣ面取りされて角部が破損する可能性を低減している。

しかし、光学ブランクの主面が研磨された後、より光学ブランクの品質を高めるため熱衝撃（ヒートショック）テストを施すと、光学ブランクにクラックが生じることがある。このようなクラックを有する光学ブランクは不良品となり、コスト高になるため、研磨された光学ブランクに熱衝撃テスト等の信頼性試験を施しても、クラックが生じ難くする工夫が求められている。

特開２０１１－２７９２３号公報

本実施形態の解決しようとする問題点は、信頼性試験に対してもクラック等が生じにくい光学ブランクを提供することである。

本実施形態は、平面形状が四角形状で第１主面と該第１主面とは反対側の第２主面とを有する光学ブランクである。光学ブランクは、４つの角部に形成されたＣ面加工部と、Ｃ面加工部と第１主面と第２主面とをつなぐ側面とが交差する箇所に形成されたＲ面加工部と、を備える。

また、Ｃ面加工部の長さＬに対するＲ面加工部の曲率半径Ｒである、Ｌ：Ｒが１：０．０５から１：０．１５の範囲であることが好ましい。
また光学ブランクの側面の表面粗さが、２．７μｍ以下であることが好ましい。
さらに側面の全部又は一部がＣ面加工又はＲ面加工されていることが好ましい。

本実施形態の光学ブランクは、信頼性試験を経てもクラックが生じにくいという利点がある。

（ａ）は光学ブランク１０の側面図であり、（ｂ）は光学ブランク１０の正面図である。（ａ）は光学ブランク１０の側面の一部拡大図であり、（ｂ）は光学ブランク１０の正面の一部拡大図である。光学ブランクの製造から信頼性試験までを示したフローチャートである。（ａ）はＣ面取りとＲ面取りとの比率に関する破損率を示したグラフである。（ｂ）は側面の表面粗さに関する破損率を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明の形態に限られるものではない。また各図は、配線又は搭載パッド等は、理解を助けるため実際よりも厚く描かれている。

＜光学ブランクの構造＞
本実施形態では、矩形形状の光学ブランク１０の長辺方向をＸ軸方向、短辺方向をＹ軸方向、Ｘ及びＹ軸方向に垂直な厚さ方向をＺ軸方向として説明する。なお本実施形態で説明される光学ブランク１０は長方形状であるが、正方形であってもよい。

図１に示される光学ブランク１０は、例えばＡＴカット等の水晶板、光学ガラス板、ＬＴ（タンタル酸リチウム）板、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）板である。光学ブランク１０は、製品または部品として、一般に波長を選択する光学フィルタ、光を偏光する偏光板、熱を放つ放熱板などの用途に使用される。

光学ブランク１０は、大きさや厚さには特に制限はないが、図１に示される光学ブランクは、例えばＸ軸方向に３０ｍｍＹ軸方向に２０ｍｍの長さを有しており、厚さ（Ｚ軸方向）は０．４ｍｍである。図１（ａ）に示されるように、光学ブランク１０は、第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂを有する。また、図１（ｂ）に示されるように、長辺１５ａ，１５ｄ及び短辺１５ｂ，１５ｃを有する。第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂは、用途等により必要な研磨処理が施され、所定の面粗さに加工される。なお、長辺１５ａ，１５ｄ及び短辺１５ｂ，１５ｃは、それぞれ厚みがあるため、以下の説明で、第１主面１１ａから第２主面１１ｂをつなぐ側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと呼ぶこともある。

光学ブランク１０は、長辺１５ａと短辺１５ｂとが交差する角部にＣ面取り加工部１３ａを、長辺１５ａと短辺１５ｃとが交差する角部にＣ面取り加工部１３ｂを、長辺１５ｄと短辺１５ｂとが交差する角部にＣ面取り加工部１３ｃを、長辺１５ｄと短辺１５ｃとが交差する角部にＣ面取り加工部１３ｄを有している。Ｃ面取り加工部１３ａは、他のＣ面取り加工部１３ｂ～１３ｄよりも小さい面取りであり例えば１ｍｍを削るＣ１である。Ｃ面取り加工部１３ｂ～１３ｄは２ｍｍ削るＣ２面取りである。Ｃ面取り加工部１３ａは、ＡＴカット等の水晶板のように、カット方向に特性を有する光学ブランク１０の向きを視認させるために設けられている。

図２（ａ１）及び（ａ２）は、図１（ａ）の丸点線で囲まれた領域の拡大図である。図２（ａ１）に示されるように、光学ブランク１０の側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂとの間でＲ面取りＲＡされてもよい。また図２（ａ２）に示されるように、光学ブランク１０の側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂとの間でＣ面取りＣＡされてもよい。このＲ面取りＲＡもしくはＣ面取りＣＡは、側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄ全体に亘って仕上げられても良いし、側面１５ａ及び１５ｄのみ仕上げられても良い。なお、後述するように、側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄ、又はその一部は、研磨仕上げされて表面粗さＲａ値が２．７μｍ以下に仕上げられていることが好ましい。

図２（ｂ）は、図１（ｂ）の丸点線で囲まれた領域の拡大図である。図２（ｂ）に示されるように、光学ブランク１０のＣ面取り加工部１３ｄは、Ｃ面取り加工部１３ｄと短辺１５ｃとが交差する部位にＲ面取り加工部１３ｒ及びＣ面取り加工部１３ｄと長辺１５ｄとが交差する部位にＲ面取り加工部１３ｒとが設けられている。このＣ面取り加工部１３ｄの長さＬとＲ面取り加工部１３ｒの曲率半径Ｒとの関係は、図４を使って説明する。

＜光学ブランクの製造及び試験＞
図３は、光学ブランクの製造から信頼性試験までを示したフローチャートである。光学ブランク１０が数百枚以上製造できる大きさの光学板（不図示）が用意される。その光学板がダイシングされて、矩形の光学ブランクが準備される（ステップＳ３１）。この光学ブランク１０は厚みｔ１、例えば０．５ｍｍである。

この矩形の光学ブランクに対して、図１（ｂ）に示されるように、Ｃ面取り加工部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄが処理される。また、図２（ｂ）に示されるように、Ｃ面取り加工部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄに対してＲ面取り加工部１３ｒが処理される（ステップＳ３２）。さらに、図２（ａ１）及び（ａ２）に示されるように、Ｒ面取りＲＡもしくはＣ面取りＣＡが施されてもよい。なお、これらＣ面取り加工部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄ、並びに、Ｒ面取り加工部１３ｒを形成するために、上記の矩形の光学ブランクを、多数枚、互いの主面同士を貼り合わせてブロックにする。次いで、このブロックの側面を、所定の粒度の研磨剤によって研磨する。この研磨によって、Ｃ面取り加工部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄ、並びに、Ｒ面取り加工部１３ｒを形成すると共に、Ｃ面取り加工部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄ、並びに、Ｒ面取り加工部１３ｒの表面粗さＲａを所望の表面粗さにする。

Ｃ面取り及びＲ面取りされた光学ブランクは、第１主面１１ａ及び１１ｂが所定の表面粗さ及び厚さｔ２、例えば０．４ｍｍになるように、研磨される（ステップＳ３３）。

光学ブランクは、第１主面１１ａ又は第２主面１１ｂの少なくとも一方に、コーティング処理される（ステップＳ３４）。コーティング処理は、例えば反射膜のコーティングもしくは赤外線カットのコーティング等であり、特にコーティングの種類に制限はない。このようにして光学ブランク１０が完成する。なお光学ブランク１０の用途によってはコーティングされないものもある。

その後、光学ブランク１０に対して信頼性試験が行われる（ステップＳ３５）。信頼性試験は本実施形態では熱衝撃（ヒートショック）テストである。熱衝撃テストは、光学ブランク１０に破壊応力及び破壊を起こす程度の温度差を与えるテストである。この熱衝撃テストで破損が生じなかった光学ブランク１０は、長期間の経時変化にも耐えうる製品であると推定される。この熱衝撃テストで、クラック等の破損が生じない光学ブランク１０が製品として出荷される。
なお、熱衝撃テストの今回の条件は、光学ブランクをヒーター（ホットプレート）上に置き、室温から１分以内で光学ブランクを１７８～１８０℃に加熱し２分間保持し、その後、この光学ブランクを瞬時に水温２０℃の純水中に投入するという条件である。この試験条件は、実製品では遭遇しない相当に厳しいものであるが、厳しい評価を行うために採用した条件である。

＜熱衝撃テストによる破損率＞
図３のステップＳ３５で説明したように、熱衝撃テストにより、一部の光学ブランク１０にクラック等の破損が生じる。このクラック等の破損は、側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃもしくは１５ｄ又はＣ面取り加工部１３ａ、１３ｂ、１３ｃもしくは１３ｄで生じている。発明者は、Ｃ面取り加工部１３（１３ａ～１３ｄ）とＲ面取り加工部１３ｒとの比率を変更して、その変更による熱衝撃テスト後の破損率を調査した。また、発明者は、側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄの面粗さを変更して、その変更による熱衝撃テスト後の破損率を調査した。以下、図４に示すグラフは、光学ブランク１０がガラス材料での実験例である。

図４（ａ）は、Ｃ面取り加工部１３とＲ面取り加工部１３ｒとの比率を変更した際のグラフである。このグラフの縦軸は破損率であり、グラフの横軸はＣ面取り加工部１３の長さＬとＲ面取り加工部１３ｒの曲率半径Ｒとの比率である。各比率の光学ブランク（サンプル）の個数は、２０個である。例えば、図２（ｂ）に示されたＣ面取り加工部１３ｄがＣ２、つまり長さＬ＝２ｍｍであり、Ｒ面取り加工部１３ｒの曲率半径Ｒが０．２ｍｍであると、Ｒ／Ｃの比率は０．１０（Ｌ：Ｒ＝１：０．１０）である。

図４（ａ）のグラフに示されるように、Ｃ面取り加工のみであると破損率が３７％であり、Ｒ面取り加工部１３ｒが施されると、破損率が減少していった。Ｒ／Ｃの比率０．００超過０．０５以下（Ｌ：Ｒ＝１：０．００超過０．０５未満）では、破損率が３２％であり、Ｒ／Ｃの比率０．０５超過０．１０以下（Ｌ：Ｒ＝１：０．０５超過０．１０未満）では、破損率が２６％であった。また、Ｒ／Ｃの比率０．１０超過０．１５以下（Ｌ：Ｒ＝１：０．１０超過０．１５未満）では、破損率が１９％であり、Ｒ／Ｃの比率０．１５超過０．２０以下（Ｌ：Ｒ＝１：０．１５超過０．２０未満）では、破損率が１１％であった。ここで、Ｒ面加工部１３ｒを大きくすればするほど、破損率は小さくなるが、反面、事前の面取り加工のコストがかかる。一方、図４（ａ）から、Ｒ／Ｃの比率が０．ｌ０～０．１５であると、Ｃ加工のみに比べて破損率は半減する。今回の熱衝撃テスト条件は実製品では生じ難い過酷なものであり、この過酷な試験条件において破損率が半減する水準であれば、実製品では破損問題は生じないと考えることができ、製品として好ましい。従って、本実施形態において、Ｒ／Ｃの比率の好ましい範囲は、０．ｌ０～０．１５である。なお、図４（ａ）から、Ｒ／Ｃの比率のさらに好ましい範囲は、０．ｌ５～０．２０といえるが、そこまでせずとも、本実施形態の効果は得られると考える。

図４（ｂ）は、側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄの表面粗さＲａ（以下、面粗さと略称することもある）を変更した際のグラフである。このグラフの縦軸は破損率であり、グラフの横軸は面粗さである。なお、面粗さは、左から１．２～３．０μｍ、０．９～２．７μｍ、０．６～１．８μｍ、０．５～１．０μｍ、０．３～０．５μｍ、０．２～０．４μｍ、及び０．１～０．３μｍと幅がある。これらはそれぞれ、２．０μｍ、１．５μｍ、１．０μｍ、０．７μｍ、０．４μｍ、０．３μｍ、０．３μｍ及び０．２μｍの面粗さを目指して製造したが、実際に製造できた光学ブランクの側面の面粗さにバラツキが出たためである。各比率の光学ブランク（サンプル）の個数は、２０個である。

図４（ｂ）のグラフに示されるように、側面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄの面粗さが小さくなるに従い、破損率が減少していった。面粗さ２．０μｍを目指して製造された１．２～３．０μｍでは、破損率が２３％であり、面粗さ１．５μｍを目指して製造された０．９～２．７μｍでは、破損率が７％であった。以下、面粗さ１．０μｍ以下を目指して製造された光学ブランクは、破損率が１０％未満であった。このため面粗さ１．５μｍを目指して製造された面粗さ２．７μｍ以下の光学ブランクは、破損率が急激に下がることが確認できた。

ここで、表面粗さＲａを小さくすればするほど、破損率は小さくなるが、反面、事前の面取り研磨時の加工コストがかかる。一方、図４（ｂ）から、表面粗さＲａが０．９～２．７μｍであると、表面粗さＲａが１．２～３．０μｍの場合に比べて、破損率は約３分の１にまで低減する。今回の熱衝撃テスト条件は実製品では生じ難い過酷なものであり、この過酷な試験条件において破損率が３分の１に低減する水準であれば、実製品では破損問題は生じないと考えることができ、製品として好ましい。従って、本実施形態において、Ｃ面取り加工部とＲ面取り加工部の表面粗さＲａは、２．７μｍ以下が好ましい。より具体的には、図４（ｂ）から表面粗さＲａが０．３～０．５μｍの水準までは破損率が６程度であるから、Ｃ面取り加工部とＲ面取り加工部の表面粗さＲａは、２．７μｍ～０．３μ以下であっても良い。なお、図４（ｂ）から、表面粗さＲａが０．４μｍ以下であると、表面粗さＲａが１．２～３．０μｍの場合に比べて、破損率は約１０分の１に低減するから、Ｃ面取り加工部とＲ面取り加工部の表面粗さＲａのさらに好ましい範囲は、０．４μｍ以下といえるが、そこまでせずとも、本実施形態の効果は得られると考える。

１０ … 光学ブランク
１１ａ，１１ｂ … 第１主面、第２主面
１３（１３ａ～１３ｄ） … Ｃ面取り（Ｃ面加工部）
１３ｒ … Ｒ面取り（Ｒ面加工部）
１５（１５ａ～１５ｄ） … 辺もしくは側面（長辺、短辺）

Claims

平面形状が四角形状で第１主面と該第１主面とは反対側の第２主面とを有する光学ブランクにおいて、
前記光学ブランクの４つの角部に形成されたＣ面加工部と、
前記Ｃ面加工部と前記第１主面と前記第２主面とをつなぐ側面とが交差する箇所に形成されたＲ面加工部と、
を備える光学ブランク。
前記Ｃ面加工部の長さＬに対する前記Ｒ面加工部の曲率半径Ｒである、Ｌ：Ｒが１：０．０５から１：０．１５の範囲である請求項１に記載の光学ブランク。
前記光学ブランクの前記側面の面粗さが、２．７μｍ以下である請求項１に記載の光学ブランク。
前記側面の全部又は一部がＣ面加工又はＲ面加工されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学ブランク。