JPH01282132A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラス成形体の形状による光の屈折、反射、回
折を利用した光学素子の製造方法に間する。

〔従来の技術〕

成形体の形状成形体表面のパターンによる光の屈折、反
射、回折等を利用した光学素子としては球面、非球面レ
ンズ、プリズム、フレネルレンズ、回折格子、ホログラ
ムレンズ等積々のものがある。

またこれら光学素子を形成する材料としては、ガラス、
プラスチックが考えられる。しかしながら、プラスチッ
クは材料固有の温度、湿度変化による屈折率変化、膨張
収縮などによりガラスに比べて信頼性に欠けるという欠
点を有している。従って信頼性から見た時にガラスを使
用するのが好ましい、ガラス成形体の製造方法としては
、硝材の研削、研磨、モールド成形などが考えられる。

〔発明が解決しよとする課題〕

しかし硝材の研削、研摩による成形体の製造は芯収り、
研摩など複雑な１１の工程からなっており、１産性に欠
ける。これらの１１の工程を１工程に短縮するモールド
成形法が開発されている。

しかしこの方法は金型材料、硝材への制約があり汎用性
のある技術とはいい難い、またガラス材料を使用した場
きには、例えばフレネルレンズ、ホログラム素子、エシ
ュレット回折格子など表面に微細、複雑な形状を有する
光学素子を作製するには、ＥＢ描画装置、イオンビーム
エツチング装置など大型装置を必要とし、かつ量産性が
低いという欠点も有している。

本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、その目的
は、所望の形状を有するガラス光学素子を特別な装置を
必要とすることなく、容易に量産性良く製遺し得る方法
を提供することにある。

〔課組を解決するための手段〕

本発明の光学素子の製造方法は５１種もしくは２種以上
の金属アルコキシドを加水分解しゾルを得、前記ゾルを
所望の形状を有する鋳型に流し込みゲル化させゲルを得
、前記ゲルを前記鋳型から収りはずし乾燥、焼結透明化
することを特徴とする。

〔作　用〕

本発明の光学素子の製造方法の基本的な作用を第１図に
沿って説明する。まず１種もしくは２種以上の金属アル
コキシドを加水分解しゾル１を得る（ａ）、金属アルコ
キシドとしてはシリコンアルコキシドＳｉ（ＯＲ）４が
主に用いられるが、所望のガラス物性に応じて種々のア
ルコキシ１（、たとえばＮａ　（ＯＲ）、Ｔｉ　　（Ｏ
Ｒ）　４、Ｂ　（ＯＲ）　ｓ　、Ｇ　ｅ　（ＯＲ）　４
　、Ｐ　ｂ　（ＯＲ）　４などを同時に加水分解するこ
とも考えられる。またゾル１に、該ゾルの分散酸化物微
粒子よりも粒径の大きな（数１０ｎｍ〜数１０１００ｎ
同組成の微粒子を添加することは、後の乾燥、焼結工程
において、クラック、発砲の発生を防止するために極め
て有用であることを付は加えておく０次に所望の形状を
有する鋳型４内に、例えば吸引ポンプ５などを用いてゾ
ル１を注入する（ｂ）、ゾル１を鋳型４内に導入する際
には、ガラス成形体における気泡の影響を除去するため
にもあらかじめ充分に脱気しておくことが重要である。

ゾルからの成形体は、乾燥、焼結工程にて収縮するため
に鋳型４はあらかじめ収縮を見込んで作製しておかなけ
ればならない、また鋳型４の内部表面は撓水性であるこ
とが好ましく、樹脂のコーティングを施すことが考えら
れる０次に鋳型４内のゾル１をゲル化するのであるが、
これには次の２方法が考えられる。

（１）鋳型４内に注入する前に、あらかじめゾル１のＰ
ＨをＰＨ５〜６程度に調整しておく。

（２）ゾル１を鋳型４に注入後、鋳型４もしくは周囲の
雰囲気を加熱する。

（１）、（２）いずれの方法も採用できるが、（１）の
方法はゲル化時間の短縮化、乾燥工程のクラックの防止
に効果的である。

ゾル１がゲル化した後、ゲル６を鋳型４がら取りはずす
（Ｃ）、ゲル６は乾燥することにより形状を保ったまま
多孔質シリカゲルとなり、それを１０００〜１２００℃
程度で焼結することにより、透明ガラス成形体７を得る
（ｄ）、ガラス成形体７の不要部を削除することにより
、所望の形状を有する光学素子８を得ることができる。

〔実　施　例〕

（実施例１） ３１　（ＯＣ２Ｈ５）４４２．４ｇ、Ｈ２０３０ｇ、平
均粒径０，１５μｍの微粉末シリカ１０ｇを混合、加水
分解をし、均質なゾルを得な、このゾルを第２図（ａ）
に示すテフロンコーティングを施こした直角プリズム形
状を有する鋳型９に注入し、ゲル化させた。ゲル化後、
ゲルを鋳型から取り出し、６０℃、１′ｆ４間で乾燥さ
せ、多孔質シリカゲルを得、これを１２５０℃まで焼結
することにより直角プリズム１０を得た。プリズムの平
面精度はλ／１０（λ＝７８０ｎｍ）＋角精度は３″で
あった。

（実施例２） Ｓｔ　（ＯＣ２８Ｓ　）−４２，４ｇ、Ｔｉ　（ＱＣｔ
）４４．６ｇ、Ｈ２０３０ｇ、平均粒径２００人の微粉
末シリカ１０ｇを混合、加水分解をして均質なゾルを得
た。このゾルを第３図（ａ）に示すブレーズドマイクロ
フレネルレンズ形状を有する鋳型１１に注入しゲル化さ
せた。この鋳型１１は、乾燥工程、焼結工程に供なうゲ
ル体の収縮を考慮して作製しである。ゲル化後、鋳型１
１からゲルを取り出し、′６０℃、１週間乾燥させ、多
孔質シリカゲルを得、これを１２００℃まで焼結するこ
とによりλ／　７８０　ｎ　ｍにてＮＡ＝０．４５、口
径４．０開、回折効率５１％のマイクロフレネルレンズ
１２を得ることができた。

（実施例３） Ｓｔ（ＯＣ２Ｈｓ）４２１．２ｇ、８２０１５ｇ、平均
粒径０．１５μｍの微粉末シリカ５ｇを混合、加水分解
をし、均質なゾルを得た。このゾルを第４図（ａ）にそ
の断面形状を示す、内面にテフロンコーティングを施し
た凸レンズ形状を有する鋳型１３に注入し、ゲル化させ
た。ゲル化後、ゲルを鋳型から収り出し、６０℃にて一
週間乾燥させ、多孔質シリカゲルを得た。この多孔質シ
リカゲルを、１２５０℃の焼結工程にて焼結することに
より石英凸レンズ１４を得た。（第４図（ｂ））このレ
ンズは焦点距離３．８ｎｎ、波面収差０゜０３λであっ
た６石英は融点が１７００℃と高く、かつ通常の光学ガ
ラスに比して硬度も大きいため、その加工は難かしい、
しかし本発明によれば本実施例に示すように、容易に石
英の成形光学部品を作製することができる。

〔発明の効果〕

以上説明し７たように本発明によれば、金属アルコキシ
ドを加水分解し、ゾルを得、それを所望の光学素子形状
を有する鋳型に流し込みゲル化し、ゲルを鋳型から取り
出し乾燥、焼結することにより切削、研鷹、微細加工等
をすることなしに、湿度、温度変化の影響を受けにくい
ガラス成形光学素子を容易に得ることができる。この方
法により作製できるガラス光学素子は本実施例に示した
プリズム、マイクロフレネルレンズ成形レンズのみでは
なく、マイクロレンズアレイ、結像レンズ、シリンドリ
カルレンズ、ホログラフィック素子等極めて多岐にわた
っており、作製難度、量産性、価格の面でガラスでは実
現が蛇かしかった光学素子も容易に作製できる。従って
本発明は光通信、光情報処理、光計測、光記録等の分野
において、極めて有効な発明であるといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の製造工程の一例を説明
する図、第２図＜ａ）、（ｂ）、第３図＜ａ）、（ｂ）
、第４図（ａ）、（ｂ）は本発明の池の実施例の説明図
であり、（ａ）は型、（ｂ）は製品を夫々示す斜視図又
は断面図である。 １・・・ゾル ２・・・容器 ３・・・撹拌棒 ４・・・所望の形状を有する鋳型 ５・・・吸引ポンプ ６・・・ゲル ７・・・透明ガラス成形体 ８・・・光学素子 ９・・・直角プリズム形状を有する鋳型１０・・・直角
プリズム １１・・・ブレーズドマイクロフレネルレンズ形状を有
する鋳型 １２・・・マイクロフレネルレンズ １３・・・凸レンズ形状を有する鋳型 １４・・・石英凸レンズ ａｂ 第１図 第２図　（２） 第２図　（ｂ） 第３図（ユン ／２− 第３図０）ン （υ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １種もしくは２種以上の金属アルコキシドを加水分解し
   ゾルを得、前記ゾルを所望の形状を有する鋳型に流し込
   みゲル化させ、ゲルを得、前記ゲルを前記鋳型から取り
   はずし乾燥、焼結透明化することを特徴とする光学素子
   の製造方法。