WO2011093235A1 - 光学部品の製造方法 - Google Patents

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WO2011093235A1
WO2011093235A1 PCT/JP2011/051187 JP2011051187W WO2011093235A1 WO 2011093235 A1 WO2011093235 A1 WO 2011093235A1 JP 2011051187 W JP2011051187 W JP 2011051187W WO 2011093235 A1 WO2011093235 A1 WO 2011093235A1
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WO
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optical
heating
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glass
optical component
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祐子 森田
宏貴 鈴木
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オリンパス株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/007—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by thermal treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/001—General methods for coating; Devices therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00—Methods for coating glass
    • C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
    • C03C2218/31—Pre-treatment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/113—Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
    • G02B1/115—Multilayers

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an optical component.
  • optical components such as a filter, a prism, and a lens, which are used as elements of various optical devices such as a microscope, a camera, and an endoscope, an oxide, a fluoride, a metal, etc.
  • a method of manufacturing an optical component having a thin film formed thereon is claimed on Japanese Patent Application No. 2010-017363, filed Jan. 28, 2010, the content of which is incorporated herein by reference.
  • glass optical components such as filters, prisms, and lenses are manufactured by a method of grinding and polishing glass having an approximate shape of an optical component, or a method of forming the glass using a heated mold.
  • an optical thin film for controlling the reflection characteristic and transmission characteristic of the mirror surface is often formed on the mirror-finished optical mirror surface.
  • Such an optical thin film is formed by forming a metal oxide, a fluoride thin film, a metal film or the like of several nm to several hundreds nm on an optical mirror surface in a single layer or multiple layers.
  • the film configuration of the optical thin film is determined by optical thin film simulation in order to obtain desired optical characteristics such as spectral reflectance characteristics and spectral transmittance characteristics.
  • the film design by the optical thin film simulation is performed with the film refractive index, the film thickness, and the number of layers as parameters after setting the refractive index of the glass used as the base material of the optical component.
  • the film stress is adjusted by adjusting the film forming conditions so as to prevent film peeling.
  • peeling of a film or a film defect in which the spectral reflectance characteristic or the spectral transmittance characteristic is not as designed may occur depending on the optical component. As a cause of these defects, it is considered that a processing-deteriorated layer is formed on the surface of the optical component after mirror processing due to any cause.
  • Patent Document 1 discloses a first step of processing a substrate made of a CaF 2 single crystal, and the substrate after the first step processing
  • a method of manufacturing an optical element is described which comprises the steps of: removing a contaminant from the surface of the substrate; and removing the altered layer of the surface of the substrate after the second processing.
  • the damaged layer on the surface of the CaF 2 substrate after processing is removed by etching with water or a water-based cleaning solution.
  • the process-deteriorated layer in Patent Document 1 may have “a process-deteriorated layer may be formed in a minute region near the surface by processing in polishing processing. And so on. ”It is a layer that can be removed by etching with water or a surfactant-containing aqueous cleaning solution.
  • Patent Document 1 is an effective technology for a single crystal substrate of CaF 2 (calcium fluoride), but the optical glass used as a workpiece of an optical component has various optical characteristics (for example, refraction) In order to realize the ratio (Abbe number), it is composed of various elements such as metal oxides and fluorides, and even if the manufacturing method of Patent Document 1 is applied to such an optical glass, the altered layer is removed. It is not possible.
  • the inventors conducted various investigations, and it was found that the film defects of the optical glass, etc.
  • glass network-forming components such as silica are less likely to elute in water and aqueous cleaning solutions when compared to calcium fluoride etc., while Na-O, K-O-, -O- called glass modifying components Ingredients such as Ba-O- are easily eluted in water and water-based cleaning solutions. For this reason, there is a bias in the dissolution for each of the elements constituting the glass.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and suppresses the occurrence of peeling of the optical thin film of an optical component formed by forming an optical thin film on a glass surface and optical property failure of the optical thin film. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an optical component that can improve the productivity of the optical component.
  • the present invention adopts the following method. That is, The present invention comprises a mirror surface processing step of mirror-finishing the surface of a glass-made workpiece, a heating step of heating the workpiece after mirror-finishing, and the workpiece after heating in the heating step. Forming a film of an optical thin film on the surface of the body, and in the heating step, the temperature of the workpiece is 0.75 times the glass transition temperature T g (K) of the workpiece It is a manufacturing method of the optical component which is above and 1 times or less.
  • the heating step may include heating so that the temperature of the workpiece is higher than the temperature of the workpiece in the film forming step.
  • a washing step of washing the subject with a water-based washing solution may be provided between the mirror surface processing step and the heating step.
  • the aqueous cleaning solution means, for example, a cleaning solution in which a surfactant or the like is dissolved in water, a cleaning solution containing water, or a cleaning solution consisting only of water.
  • the heating of the workpiece in the heating step may be performed in a vacuum.
  • the vacuum of the present invention is, for example, 10 ⁇ 6 Pa or more and 5 ⁇ 10 2 Pa or less.
  • the heating of the workpiece in the heating step may be performed in an inert gas.
  • the inert gas may be helium.
  • the heating step may be performed in a heating chamber provided separately from the film forming chamber for performing the film forming step.
  • the workpiece may be an optical glass containing at least fluorine.
  • the workpiece may be an optical glass containing at least phosphorus.
  • the object to be processed may be an optical glass containing at least bismuth.
  • the degraded layer can be repaired by the heating step. It is possible to suppress the peeling of the optical thin film of the optical component formed by forming the optical thin film on the glass surface and the occurrence of the optical characteristic failure of the optical thin film, and the productivity of the optical component can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view along an optical axis direction showing an example of an optical component manufactured by the method of manufacturing an optical component according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a process flow of the method of manufacturing an optical component according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 (a), (b), (c) and (d) respectively show a process for producing a workpiece, a mirror processing process, a cleaning process, and a manufacturing method of an optical component according to the first embodiment of the present invention. It is typical process explanatory drawing of and a heating process.
  • the method of manufacturing an optical component according to the present embodiment is a method of manufacturing an optical component in which an optical thin film is formed on a glass surface.
  • the type of optical component is not particularly limited as long as it is an optical component made of glass and having an optical thin film formed on the surface.
  • a glass flat substrate, a lens, an optical filter, a reflecting mirror, a prism and the like can be mentioned.
  • an optical surface that transmits or reflects light is formed with high precision by mirror surface processing, and a single layer or multilayer optical thin film is formed on the surface of the optical surface. .
  • a surface shape of an optical surface desired shapes, such as a plane, a spherical surface, an aspheric surface, and a free-form surface, can be adopted, for example.
  • a method of forming the optical surface of the lens grinding and polishing can be employed.
  • the optical thin film which has various functions, such as a surface protective film, an anti-reflective film, a reflecting film, a wavelength filter film, a polarization separation film, is mentioned.
  • the lens 1 is a biconvex lens having lens surfaces 1a and 1b each having a convex spherical surface shape as an optical surface on the surface of a lens body 1c.
  • Optical thin films 2a and 2b are formed on the lens surfaces 1a and 1b to effectively transmit light of the design wavelength and to suppress surface reflection.
  • the lens is manufactured in this order by performing the workpiece preparation step S1, the mirror finish step S2, the cleaning step S3, the heating step S4, and the film forming step S5.
  • the workpiece manufacturing step S1 is a step of manufacturing the workpiece 10 having a shape in which the lens body 1c of the lens 1 is slightly thickened in the optical axis direction, as shown in FIG. 3 (a). That is, the workpiece 10 includes convex spherical surfaces 10a and 10b having substantially the same radius of curvature as the lens surfaces 1a and 1b, and the distance between the convex spherical surfaces 10a and 10b on the central axis with the lens 1 is The distance between the lens surfaces 1a and 1b on the optical axis is slightly larger.
  • a disc slightly thicker than the lens 1 is cut out from the glass base material, and the circumferential surface of the disc is ground to first form the lens side surface.
  • convex spherical surfaces 10a and 10b having a spherical center position on their central axes are formed on the basis of the side surface of the lens. For example, cutting, rough grinding, fine grinding, etc. are sequentially performed on the convex spherical surfaces 10a, 10b, and the surface accuracy is gradually increased to a surface accuracy that enables good polishing processing, and finally an appropriate polishing allowance is left. Processing is performed to obtain the distance between When these processes are completed, the obtained workpiece 10 is appropriately cleaned. Above, work-piece preparation process S1 is completed.
  • the glass material of an appropriate optical glass is selected according to the optical characteristic (refractive index, Abbe number) required for the lens 1.
  • various glass materials developed to have properties such as low dispersion, anomalous dispersion, high refractive index, low melting point, etc. It may be necessary to use it.
  • the method of manufacturing an optical component according to the present embodiment is a material having poor chemical durability against such water or a water-based cleaning solution containing water, for example, a glass material such as phosphate glass, fluorophosphate glass, and bismuth-containing glass. This method is also suitable for use.
  • Phosphate glass, fluorophosphate glass, and bismuth-containing glass have a small Knoop hardness that indicates the strength of the glass, and have poor water resistance, acid resistance, and detergent resistance that indicate the chemical durability of the glass. This is due to the properties of phosphoric acid, fluoride, bismuth and the like contained in the glass.
  • glass materials include, for example, FCD1, FCD10 (above, made by Hoya), S-FPL 51, 53 (above, made by OHARA), K-CaFK95, K-PFK80, K-PFK85 (above, Sumita optical glass ), Fluoroplastic glass such as K-PSFn1, K-PSFn2, K-PSFn3, K-PSFn4, K-PSFn5 (above, Sumita Optical Glass), L-BBH1 (Ohara made), etc. Can be mentioned.
  • This step is a step of mirror-finishing the surface of the workpiece 10 to form an optical mirror surface of the lens surfaces 1a and 1b, as shown in FIG. 3 (b).
  • polishing is employed as mirror surface processing.
  • the workpiece 10 is held by a polishing apparatus (not shown), and the convex spherical surface 10a is polished while supplying an appropriate abrasive using, for example, a polishing plate corresponding to the lens surface 1a.
  • the workpiece 10 is inverted and held on the polishing apparatus, and the convex spherical surface 10b is polished using a polishing dish corresponding to the lens surface 1b while supplying an appropriate abrasive to form the lens surface 1b.
  • the polishing agent it is possible to employ an aqueous polishing slurry, in which an abrasive comprising fine particle abrasive grains, such as zirconium oxide or cerium oxide, is dispersed.
  • the lens body 1c including the lens surfaces 1a and 1b from the workpiece 10 is formed.
  • mirror-finishing process S2 is complete
  • the lens main body 1c which has been polished is removed from the polishing apparatus before the cleaning step S3 is next performed, and the surface is cleaned. Therefore, the mirror surface formed by the polishing process is in contact with the water contained in the polishing liquid from the moment when the polishing tool such as the polishing plate is separated to the completion of the surface removing process. Further, in order to perform the cleaning step S3, the lens main body 1c comes in contact with the moisture in the atmosphere while it is stored outside the polishing apparatus or moved to the cleaning tank.
  • the cleaning step S3 is performed.
  • the lens main body 1c is washed through an oil removing tank, an emulsifying cleaning tank, etc. as necessary, as shown in FIG. 3 (c).
  • the lens body 1c is washed with the aqueous washing solution 6 in which a surfactant or the like is added to water.
  • the cleaning step S3 of the present embodiment at the time of cleaning using the water-based cleaning liquid 6, the water-based cleaning liquid 6 is filled in the cleaning tank 5 provided with the ultrasonic transducer 7 and the lens body 1c is immersed in the water-based cleaning liquid 6. Ultrasonic cleaning for a certain period of time.
  • the lens main body 1c is immersed in the one or more cleaning tanks 5 filled with a neutral or weakly alkaline aqueous cleaning liquid containing a surfactant as the aqueous cleaning liquid 6, the lens main body 1c is subjected to ultrasonic cleaning. It is preferable to carry out ultrasonic cleaning by immersing the lens body 1c in the cleaning tank 5 of one or more tanks, which is a pure water rinse tank filled with pure water as the aqueous cleaning liquid 6.
  • the neutral aqueous washing solution 6 containing a surfactant for example, one containing 0.5% of a nonionic surfactant containing a polyoxyethylene chain (pH 7.5) can be employed.
  • a nonionic surfactant containing a polyoxyethylene chain pH 7.5
  • the lens main body 1c taken out of the last cleaning tank 5 is quickly drained, dried and the like to remove moisture on the surface. Above, cleaning process S3 is completed.
  • this step is a step of heating the lens main body 1c (object to be processed after mirror processing) on which the lens surfaces 1a and 1b are formed in the mirror processing step S2.
  • the heating step S4 of the present embodiment is formed in the mirror surface processing step S2 by performing the polishing processing with the polishing liquid containing water in the mirror surface processing step S2 and by performing the cleaning step S3 after the mirror surface processing step S2.
  • This is a step of heating the lens body 1c after the optical mirror surface comes in contact with water or moisture.
  • the lens main body 1c is held by the heat-resistant lens holder 8 and installed on the heating stage 9a that supports the lens holder 8 in the heating device 9 composed of, for example, an electric furnace.
  • the heating device 9 may use a heating mechanism in a film forming chamber where film forming is performed in a film forming device described later, or may be another device. This embodiment will be described using an example of another apparatus.
  • the heating device 9 used in the present embodiment includes a heating stage 9a and a heating tank 9c (heating chamber) that houses the lens holder 8 on the heating stage 9a in a sealed state, and a heating unit 9b that heats the inside of the heating tank 9c. Have.
  • an inert gas G for introducing an inert gas G into the heating tank 9c and an intake port 9d for sucking in the atmosphere in the heating tank 9c.
  • a supply port 9e and an air introduction port 9f for introducing the air into the heating tank 9c are provided.
  • An open / close valve is provided in each of the intake port 9 d, the inert gas supply port 9 e, and the air inlet port 9 f.
  • a vacuum pump 11 for taking in air from the intake port 9d is connected to the intake port 9d, and an inert gas supply unit 12 for supplying an inert gas G is connected to the inert gas supply port 9e.
  • the inert gas G for example, an inert gas such as nitrogen, helium or argon can be employed.
  • any one of the intake port 9d, the inert gas supply port 9e, and the atmosphere introduction port 9f is opened, and the vacuum pump 11 and the inert gas supply unit 12 are operated as needed, and the inside of the heating tank 9c is The atmosphere of is adjusted to any one of vacuum, inert gas G atmosphere and air atmosphere.
  • the heating unit 9b by heating the inside of the heating tank 9c by the heating unit 9b, the lens body 1c is heated from the normal temperature to the processing temperature T (K).
  • the temperature of the lens body 1c is lowered to the cooling temperature T C (T C ⁇ T).
  • the processing temperature T (K) is not less than 0.75 times and not more than 1 times the glass transition temperature T g (K) of the glass material, and is higher than the temperature of the lens body 1c in the film forming step S5 described later.
  • the cooling temperature T C is equal to or less than the film forming temperature T S in the film forming step S 5 described later, and is a temperature that withstands the use of moving means or moving jig for moving the lens body 1 c to the film forming apparatus.
  • heating process S4 is complete
  • the lens main body 1c after the heating step S4 is transported to the film forming apparatus by an appropriate transport path.
  • the film forming apparatus protects and transports the lens body 1c so as not to contaminate the surface of the lens body 1c, and transports the lens body 1c so that the lens body 1c does not come into contact with the humid atmosphere.
  • the inside of the transport path is set to a clean and dehumidified atmosphere, or is transported by being accommodated in a transport case or the like having excellent sealing performance.
  • the heating atmosphere, the heating temperature, the heating time, and the like can be set without being restricted by the configuration of the film forming apparatus.
  • a movable part for rotating the film forming dome is provided in the film forming apparatus.
  • Such a movable part is designed to withstand, for example, a temperature range at the time of film formation, such as 200 ° C.
  • the heating step S4 is performed on the lens main body 1c by the heating device 9 provided separately from the film forming device, the lens main body 1c is moved into the film forming device The method of film formation is effective. Moreover, in order to reduce the moving amount
  • the heating device 9 is provided integrally with the film forming apparatus, an atmosphere different from the film forming chamber, a heating temperature different from the film forming chamber, and a film forming chamber adjacent to the film forming chamber. It is preferable to provide as a heating chamber which can freely set the heating time, and to provide a transport mechanism for transporting the lens main body 1c whose heating step S4 is completed from the heating chamber to the film forming chamber by an operation from the outside.
  • the atmosphere, the heating temperature and the heating time of the heating chamber can be freely set, and the film is moved from the heating chamber to the film forming chamber It becomes easier to prevent the contamination of the optical mirror surface before film formation and the adhesion of moisture in the transport stage.
  • a film forming step S5 is performed.
  • This step is a step of forming the optical thin films 2a and 2b on the lens surfaces 1a and 1b which are the surfaces of the lens body 1c after being heated in the heating step S4.
  • a film forming apparatus although not shown, a known film forming apparatus such as a vacuum evaporation apparatus can be adopted according to the film configuration of the optical thin films 2a and 2b.
  • the lens main body 1c transported into the film forming apparatus is placed in the film forming chamber of the film forming apparatus with one of the lens surfaces 1a and 1b to be formed into a film, for example, with the lens surface 1a facing downward.
  • oxides and fluorides to be film materials are placed in a heating dish and separated by about several tens of centimeters.
  • the film forming chamber is evacuated.
  • the membrane material is heated and melted.
  • a method of melting a method of heating a heating dish, a method of directly heating a film material by electron beam or ion sputtering, or the like can be appropriately adopted.
  • the molecules of the film material are vaporized and scattered to the surface of the lens surface 1a. The molecules are deposited on the surface of the lens surface 1a to form a layer, whereby the optical thin film 2a is formed.
  • the lens body 1c such that the lens surface 1a is a film temperature T S, previously heated in advance film forming apparatus.
  • T S Film temperature
  • Deposition temperature T S is determined as appropriate according to the heating temperature of the film material.
  • the lens body 1c is inverted, and the optical thin film 2b is formed on the lens surface 1b in the same manner as described above.
  • the film formation apparatus is opened and the completed lens 1 is carried out of the film formation apparatus.
  • the lens 1 as shown in FIG. 1 can be manufactured by the method of manufacturing an optical component of the present embodiment.
  • the adhesion strength of the optical thin film, the spectral reflectance characteristic and the spectral transmittance characteristic do not follow the design plan, and peeling of the optical thin film Film defects such as defects in the optical properties of the optical thin film may occur.
  • the inventors investigated various causes of these film defects, and it was found that the film defects are determined by the optical properties (refractive index, scattering characteristics) and the breaking strength of the surface portion after the processing step and the cleaning step after processing. It turned out that it is the cause that it has changed compared with the original property of the material glass.
  • glass network forming components such as silica are less likely to elute in water and aqueous washing solutions, while Na-O, KO-, and -O-Ba-O-, which are called glass modifying components.
  • the components are easily eluted in water and water-based cleaning solutions. For this reason, there is a bias in the dissolution for each of the elements constituting the glass. Therefore, segregation such as a composition gradient is likely to occur on the glass surface in contact with water or a water-based cleaning liquid, and this segregation changes the composition of the surface of the optical glass, so that the optical and physical properties of the optical glass originally have It will change.
  • the polishing process is performed with a polishing solution containing water as in the mirror surface processing step S2 of the present embodiment, even after the optical mirror surface is formed, the optical mirror surface and the water continue to be in contact until the water is wiped off. Further, it is necessary to carry out the cleaning step S3 in order to remove the abrasives and the like attached to the optical mirror surface. Therefore, contact of the formed optical mirror surface with water is inevitable. In these processes, the contact form and contact time are different, and the degree of deterioration of the optical mirror surface is different depending on the pH of the solution containing water, coexistent components in the solution such as surfactant, presence or absence of ultrasonic waves during liquid immersion, etc.
  • any of these water contacts are also responsible for the deterioration of the optical component surface. Then, when the present inventor investigated whether it was possible to repair the affected layer formed by the contact with water, after the contact between the water and the affected layer, the affected layer was subjected to the heating step S4 as described above. The present invention has been found to be repaired.
  • the present inventors speculate that the nature of the altered layer formed by contact with water and the action by which the altered layer can be repaired by the heating step S4 are as follows as a result of examining various analysis results.
  • hydronium ions H 3 O +
  • ions of alkali metals such as Na (sodium), K (potassium), Ca (calcium), Mg
  • An ion exchange reaction occurs with ions of an alkaline earth metal such as (magnesium) and Ba (barium).
  • metal ions dissolved in water are segregated on the glass surface.
  • the refractive index is significantly reduced and the strength is significantly reduced, and film defects such as optical characteristics of the optical thin film and peeling of the optical thin film are particularly likely to occur.
  • the change in the surface fine structure in this way has a refractive index different from the original refractive index of the glass.
  • heating step S4 in the present embodiment heating of such altered layer to a temperature close to the glass transition point T g of the glass preform. For this reason, it is possible that the degraded layer can be improved by recombining of the glass skeleton by thermal energy applied to the altered layer, or densifying a portion where the glass component is removed and becomes a sparse structure. It is guessed. In this way, the fine pores of the altered layer are shrunk and restored to the state close to the microstructure before the formation of the altered layer on the surface, so both the refractive index and the strength are improved close to the state before the formation of the altered layer. be able to.
  • the heating step S4 of the present embodiment includes the cleaning step S3 in which the contact time between the lens body 1c and the water is particularly long, because the cleaning step S3 (for using water or an aqueous cleaning solution containing water) is used. This is particularly effective because it can repair the deeply formed degraded layer.
  • the heat treatment may be performed to such a state that the peeling of the optical thin film and the optical characteristics of the thin film are not adversely affected even if the heat treatment is not necessarily performed until all the fine pores of the deteriorated layer disappear.
  • the present invention is particularly effective when an optical glass containing at least one of fluorine, phosphorus and Bi (bismuth) is used.
  • the particularly preferable range of the processing temperature T (K) in the heating step S4 is not less than 0.75 times and not more than 1 times the glass transition temperature T g (K). If the processing temperature T (K) is lower than 0.75 times the glass transition temperature T g (K), the thermal energy supplied to the altered layer is insufficient, and the pores of the porous layer of the altered layer are sufficiently small. It can not contract. For this reason, the surface strength and refractive index of the lens surfaces 1a and 1b are not sufficiently improved, and film peeling after formation of a film, spectral reflectance failure and the like easily occur, and the yield of the lens 1 is deteriorated. . In addition, when the processing temperature T (K) exceeds 1 times the glass transition temperature T g (K), the shape of the surface of the optical component may change, which causes the surface accuracy to decrease.
  • the processing temperature T in the heating step S4 is set to a temperature higher than the deposition temperature T S in the film forming step S5.
  • the processing temperature alteration layer left in the unrepaired T heating step S4 is, the film forming process S5, film temperature T S is processed Since the temperature is higher than the temperature T, the heat energy larger than the processing temperature T is received.
  • the deteriorated layer which is a porous layer is densified at the time of film formation, and the pores of the porous layer are shrunk. For this reason, since the deformation of the fine structure of the optical mirror surface progresses in parallel with the film formation, the strength of the films of the optical thin films 2a and 2b becomes weak, and defects such as cracks and peeling easily occur in the optical thin film.
  • the atmosphere in the heating device 9 in the heating step S4 can be appropriately selected according to the necessity of the degree of restoration of the deteriorated layer and the like.
  • the heating step S4 is performed with the atmosphere in the heating device 9 as the air atmosphere
  • the pores of the porous layer of the altered layer contract, the contraction proceeds from the portion narrowed in a bottleneck shape.
  • the hole may be closed at an intermediate portion in the thickness direction of the altered layer, and a hole in which the air is trapped may remain. For this reason, there are cases where the restoration of the fine structure does not proceed from the state of the structure.
  • the heating step S4 is performed by evacuating the inside of the heating device 9, since the air in the pores is removed in advance, the entrapment of the gas in the fine structure of the altered layer does not occur and the altered layer Contraction is performed sufficiently. As a result, the degree of restoration of the degraded layer can be improved. That is, since the pores are shrunk smaller than when heated in the atmosphere, the fine structure of the altered layer having the refractive index and the strength closer to the glass of the base material can be obtained. Further, performing the heating step S4 in a vacuum atmosphere can also prevent the oxidation and deterioration of the metal member in the heating device 9 and the metal member used for the lens holder 8 and the like.
  • the heating step S4 is performed with the atmosphere in the heating device 9 as the inert gas G atmosphere, oxidation of the metal member in the heating device 9, the metal member used for the lens holder 8 and the like, as in the heating in vacuum. Deterioration can be prevented. Furthermore, when helium is used as the inert gas G, atmospheric molecules (oxygen and nitrogen) present in the pores are replaced with helium having a smaller molecular size. For this reason, even when the pore neck is contracted, the molecular size is small, so atmospheric molecules can slip through, and gas confinement becomes difficult to occur. For this reason, the microstructure of the altered layer having a refractive index and a strength closer to that of the glass of the substrate is obtained.
  • the workpiece is polished to form an optical mirror surface using an aqueous polishing solution containing zirconium oxide ZOX-N (registered trademark) as an abrasive. Moisture was removed.
  • the cleaning step S3 the workpiece after polishing was cleaned using a multi-tank type ultrasonic cleaner.
  • the multi-tank type washing tank comprises six oil removing tanks, an emulsifying cleaning liquid tank and a washing tank 5, and the washing tank 5 further comprises three water-based washing tanks and a rinsing tank.
  • the cleaning step S3 after the processed body was passed through the oil removal tank, it was passed through the emulsifying cleaning liquid tank, and then through the water-based washing tank and the rinsing tank, which are the washing tank 5.
  • an aqueous cleaning solution pH 7.5
  • pure water was used for the rinse tank.
  • ultrasonic cleaning was performed for 60 seconds per tank at an ultrasonic frequency of 40 kHz by the ultrasonic transducer 7.
  • the treatment temperatures T (K) were set to 349 K, 419 K, 489 K, 524 K, 559 K, 629 K, 699 K, 769 K, 839 K, and the retention time t was set to 1 hour in all cases. did.
  • the experiment which does not heat was also conducted for comparison.
  • the object to be processed after the heat treatment was taken out of the electric furnace, set in the lens holder 8 for film formation, and placed in a vacuum evaporation type film forming apparatus.
  • the antireflective film of seven layers was formed in the film forming step S5 was completed.
  • the marks in the table indicate the percentage of the yield in reflection characteristics, adhesion, and surface accuracy, ⁇ : 98% or more, ⁇ : 95% or more and less than 98%, ⁇ : 70% or more to 95% Less than%, x represents less than 70%. Further, in the comprehensive evaluation, ⁇ indicates that the yield of all the three evaluation items is 95% or more, and x indicates that the yield of any of the three evaluation items is less than 95%. Moreover, the numerical value described under each symbol shows "the number of pass / total number". These notations are the same as in Tables 3 to 7 below.
  • the yield of each evaluation item was as good as 95% or more.
  • the yield is degraded due to reflection characteristics and adhesion, and under high temperature conditions where T / T g is greater than 1, surface The yield is deteriorating due to the accuracy.
  • the reason for the decrease in yield in reflection characteristics and adhesion under low temperature conditions (including no heating) with T / T g less than 0.75 is that the thermal energy at the time of heat treatment is insufficient and the altered layer is sufficient The cause is that it did not contract.
  • the yield is deteriorated in surface accuracy because the surface of the optical component is mirror-polished due to the deformation caused by the processing temperature T exceeding the glass transition point T g The shape of the is broken.
  • the temperature range in which T / T g is 0.75 or more and 1 or less is a temperature range higher than the film forming temperature T s .
  • Example 2 In Experimental Example 2, as shown in Table 1, it differs in that the shape of the biconvex lens of Experimental Example 1 is changed to a biconcave lens, and the atmosphere in the heating step S4 is changed from the air atmosphere to a vacuum.
  • a shape of the biconcave lens a shape with a curvature radius of 150 mm, an outer diameter of 40 mm, an inner diameter of 30 mm, and a center thickness of 15 mm was adopted.
  • the evaluation results of this experimental example are shown in Table 3.
  • Example 3 In Experimental Example 3, as shown in Table 1, the point of replacing the shape of the biconvex lens of Experimental Example 1 with a parallel flat plate and replacing the atmosphere of the heating step S4 with the nitrogen atmosphere from the atmosphere is different. As the shape of the parallel flat plate, a disc having a diameter of 30 mm and a thickness of 5 mm was adopted. The evaluation results of this experimental example are shown in Table 4.
  • an optical component of the present embodiment even if moisture adheres to the surface of a mirror-finished glass workpiece to form a denatured layer, deterioration is caused by the heating step. Layers can be repaired. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of peeling of the optical thin film of the optical component formed by forming the optical thin film on the glass surface and the occurrence of the optical characteristic failure of the optical thin film. For this reason, the yield of optical components can be improved, and the productivity of optical components can be improved.
  • FIG. 4 is a flowchart showing steps of a method of manufacturing an optical component according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • the fixed abrasive is used
  • the mirror surface processing step of the first embodiment is a method of polishing using an abrasive in which an abrasive is dispersed.
  • Mirror surface processing is performed by the used polishing processing. That is, in the present modification, as shown in FIG. 4, the lens 1 is manufactured by performing the workpiece preparation step S10, the mirror surface processing step S11, the heating step S12, and the film forming step S13 in this order.
  • points different from the first embodiment will be mainly described.
  • the workpiece preparation step S10 is the same as the workpiece formation step S1 of the first embodiment.
  • a workpiece 10 (see FIG. 3A) similar to that of the first embodiment is held by a polishing apparatus (not shown), for example, in a shape corresponding to the lens surface 1a.
  • the convex spherical surface 10a is polished while supplying pure water as a working fluid using a fixed abrasive whetstone having fixed abrasive grains provided on the surface, to form a lens surface 1a.
  • fixed abrasive for example, diamond abrasive can be adopted.
  • the workpiece 10 is inverted and held on the polishing apparatus, and the convex spherical surface 10b is similarly polished using the same fixed abrasive whetstone corresponding to the lens surface 1b to form the lens surface 1b.
  • the lens body 1c including the lens surfaces 1a and 1b is formed from the workpiece 10.
  • the mirror surface processing step S11 is completed.
  • the mirror processing step S11 is performed using fixed abrasives, and the polished glass particles are washed away by pure water supplied to the surface during polishing. After the polishing process is completed, the lens is cleaned after wiping the surface moisture and the like with a towel or the like.
  • the cleaning step S3 performed by immersing in the cleaning tank 5 after the mirror surface processing step S11 is omitted.
  • the contact time between the lens body 1c and water can be shortened and the depth of the altered layer can be reduced, as compared with the first embodiment.
  • the altered layer is not necessarily not generated.
  • the heating step S12 and the film forming step S13 to be performed next are the same steps as the first heating step S4 and the film forming step S5, respectively. By performing these steps, the lens 1 similar to the first embodiment can be manufactured.
  • the workpiece is manufactured as a workpiece of a meniscus lens having a shape of 150 mm, concave radius of curvature 100 mm, diameter 30 mm, and center thickness 8 mm (workpiece formation step S10).
  • the object to be processed is polished by a solid abrasive grinding stone containing pure water as a processing liquid and containing diamond as abrasive grains, to form an optical mirror surface, and then moisture on the surface I wiped the Thereafter, the heating step S12 was performed without the cleaning step.
  • the to-be-processed body in which the optical mirror surface was formed was put in the electric furnace which is the heating apparatus 9, and the heat processing was performed in vacuum.
  • the treatment temperatures T (K) were set to 468 K, 562 K, 655 K, 702 K, 749 K, 842 K, 936 K, 1030 K, 1123 K, and the retention time t was set to 1 hour.
  • the experiment which does not heat was also conducted for comparison. That is, the present experiment example is different from the above-mentioned Experiment example 1 in the glass material, shape, and mirror surface processing step of the workpiece. Also, the difference is that the cleaning step is not performed.
  • the formation of a deteriorated layer due to the elution of the components in pure water which is the processing liquid corresponds to the mirror surface processing step S2 of the first embodiment.
  • the use of pure water in the mirror surface processing step S11 also causes the expansion of fine cracks on the surface of the optical component produced by grinding with the grindstone, which also deteriorates the reflection characteristics and adhesion. It is mentioned as a cause.
  • fine cracks are generated due to a large amount of stress at the time of removal processing of the object formation step S10 and the mirror surface processing step S11.
  • FIG. 4 shows a flowchart showing steps of a method of manufacturing an optical component according to a modification of the first embodiment of the present invention, the steps of the method of manufacturing an optical component according to the second embodiment of the present invention are also shown. It demonstrates using FIG.
  • the mirror surface processing step of the first embodiment is a method of polishing using an abrasive in which an abrasive is dispersed, while press molding (glass This is a method in which mirror surface processing is performed by transferring the mold surface shape to a workpiece by molding). Along with this, the cleaning process is omitted. Therefore, the present embodiment is similar to the modification of the first embodiment in the order of steps, and as shown in FIG. 4, the workpiece forming step S20, the mirror surface processing step S21, the heating step S22, and the film forming The lens 1 is manufactured by performing the process S23 in this order. In the following, points different from the first embodiment will be mainly described.
  • the workpiece forming step S20 is a step of fabricating a workpiece 13 having an approximate shape of the lens body 1c of the lens 1, as shown in FIG. 3A.
  • the shape of the workpiece 13 is not limited as long as the shape of the lens main body 1 c can be formed by press molding.
  • the shape may be ball-like or flat-like.
  • a method of producing the workpiece 13 a method of producing the workpiece 13 as a so-called glass preform by processing a glass base material in advance into a ball shape, a flat shape, a lens approximate shape of the lens main body 1c, etc.
  • a method of producing the workpiece 13 can be mentioned as a glass gob obtained by hot forming.
  • the mirror surface processing step S21 to be performed next is a step of forming the shape of the lens surfaces 1a and 1b and the optical mirror surface by press-molding the workpiece 13. That is, although not particularly shown, the workpiece 13, and placed in a mold, using a suitable molding apparatus, pressurized while heating the mold above the glass transition point T g of the glass preform, the mold The workpiece 13 inside is pressure-deformed to transfer the surface shape of the mold surface to the workpiece 13. When the shape of the mold surface is transferred to the surface of the workpiece 13, the mold is gradually cooled and the press-formed lens body 1c is taken out from the molding apparatus. Thus, the mirror surface processing step S21 is completed. In this step, since the object 13 to be processed is heated and pressurized to the glass transition temperature T g or more, the deteriorated layer is formed even if the object 13 to be processed is in contact with water before mirror processing. Is removed.
  • the heating step S22 and the film forming step S23 to be performed next are the same steps as the first heating step S4 and the film forming step S5, respectively. By performing these steps, the lens 1 similar to the first embodiment can be manufactured.
  • the degenerated layer is formed before mirror processing, it is removed, and no water or moisture is used at the time of mirror processing, so that a newly degenerated layer is not formed.
  • the film forming step S23 is performed after the heating step S22, even if the deteriorated layer is generated on the optical mirror surface between the mirror surface processing step S21 and the heating step S22, the deteriorated layer is restored. be able to. Therefore, as in the first embodiment, the yield of optical components can be improved, and the productivity of optical components can be improved.
  • the heating process is performed outside the film forming chamber of the film forming apparatus, and then the example in which the heat-treated workpiece is carried into the film forming chamber is described.
  • the heat treatment may be performed in the film forming chamber of the film forming apparatus.
  • the film forming step can be performed without moving the object to be processed after heating, it is possible to more reliably prevent the contamination of the optical mirror surface and the generation of the deteriorated layer.
  • the cleaning process may be performed each time one optical mirror surface is formed.
  • the heating step may be performed after the cleaning step.
  • an optical component of the present invention it is possible to suppress the occurrence of peeling of the optical thin film of the optical component formed by forming an optical thin film on a glass surface and the occurrence of the optical characteristic failure of the optical thin film.
  • Productivity can be improved.
  • Cleaning tank 6 Water-based cleaning liquid 7
  • Ultrasonic transducer 8 Lens holder 9
  • Heating device 9c Heating tank (heating chamber) 9e inert gas supply port 9f air introduction port 10, 13 workpiece G inert gas S1, S10, S20 workpiece manufacturing process S2, S11, S21 mirror surface processing process S3 cleaning process S4, S12, S22 heating process S5, S13, S23 forming step T treatment temperature t retention time T S casting temperature T g glass transition temperature

Abstract

　本発明は、光学部品の製造方法であって、ガラス製の被加工体の表面を鏡面加工する鏡面加工工程（Ｓ２）と、鏡面加工された後の前記被加工体を加熱する加熱工程（Ｓ４）と、この加熱工程（Ｓ４）で加熱された後の被加工体の表面に光学薄膜の製膜を行う製膜工程（Ｓ５）と、を備え、加熱工程（Ｓ４）では、被加工体の温度が、被加工体のガラス転移点Ｔｇ（Ｋ）の０．７５倍以上および１倍以下である。

Description

光学部品の製造方法
　本発明は、光学部品の製造方法に関する。例えば、顕微鏡、カメラ、内視鏡をはじめとする種々の光学機器の素子として用いられる、フィルターやプリズム、レンズなどの光学部品のうち、ガラス材料の表面に、例えば、酸化物、フッ化物、金属等の薄膜が製膜された光学部品の製造方法に関する。
　本発明は、２０１０年１月２８日に、日本に出願された特願２０１０－０１７３６３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、例えば、フィルターやプリズム、レンズなどのガラス製光学部品は、光学部品の近似形状のガラスを研削・研磨による方法や、加熱した金型を用いて成形する方法などにより製造されている。
　また、これらの光学部品では、鏡面加工された光学鏡面上に、鏡面の反射特性や透過特性を制御するための光学薄膜を製膜されることが多い。このような光学薄膜は、光学鏡面上に数ｎｍから数百ｎｍの金属酸化物、フッ化物薄膜、金属膜などを、単層、もしくは多層に製膜して構成される。光学薄膜の膜構成は、分光反射率特性や分光透過率特性など、所望の光学特性を得るために光学薄膜シミュレーションにより決定される。光学薄膜シミュレーションによる膜設計は、光学部品の基材として使用するガラスの屈折率を設定した上で、膜屈折率、膜厚、層数をパラメータとして行われる。また、製膜工程においては製膜条件を調整することで膜応力を調製し膜剥離を防ぐ工夫がされている。
　しかしながら、実際の製造工程において、光学部品によっては膜の剥離や、分光反射率特性や分光透過率特性が設計どおりにならない膜不良が発生することがある。
　これらの不良の原因としては、鏡面加工後の光学部品の表面に何らかの原因により加工変質層が形成されていることが考えられる。
　このような光学鏡面上に形成された加工変質層を除去する従来技術として、特許文献１には、ＣａＦ２単結晶よりなる基板を加工する第１段階と、その第１段階加工後の前記基板の表面から汚染物質を除去する第２段階と、第２段階加工後の前記基板の前記表面の変質層を除去する第３段階とを含む光学素子の製造方法が記載されている。
　特許文献１に記載の方法では、加工後のＣａＦ２基板表面の加工変質層を、水や水系洗浄液によりエッチングすることで除去している。
　ここで、特許文献１での加工変質層は、特許文献１に記載されたように、「研磨加工での加工により表面付近の微小領域に加工変質層ができることもある。この加工変質層が紫外線などの短波長の光に対する吸収層になる。」というもので、水あるいは界面活性剤含有水系洗浄液によりエッチングされることで除去可能な層である。
特開２００２－８２２１１号公報
　しかしながら、上記のような従来の光学部品の製造方法には、以下のような問題があった。
　特許文献１に記載の技術は、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）の単結晶基板には有効な技術であるが、光学部品の被加工体として用いられる光学ガラスは、多様な光学特性（例えば、屈折率、アッベ数）を実現するために金属酸化物、フッ化物等の多種の元素から構成されており、このような光学ガラスに特許文献１の製造方法を応用しても、変質層を除去することはできない。
　発明者が種々調査をしたところ、光学ガラスの膜不良等は、加工工程や加工後の洗浄工程を経て表面部の光学的性質（屈折率、散乱特性）や破壊強度が、基材ガラス本来の性質と比べて変化していることが原因であることがわかった。
　すなわち、表面部の光学的性質が変化することにより、光学薄膜シミュレーションの際に設定した屈折率を持つ基材ガラスの上に、基材ガラスと異なる屈折率を持つ層が生成し、そのために膜設計からズレが生じた。その為、分光反射率特性や分光透過率特性が規格外となり不良品が発生していたと考えられる。また、表面部に破壊強度が低下した変質層が生成したことで、光学薄膜を製膜した後のクリーニング工程中や組立工程中で加わった外力により変質層が破壊され、膜が剥離する不良のきっかけとなっていた。
　光学ガラスでは、シリカ等のガラス網目形成成分はフッ化カルシウム等とくらべると水や水系洗浄液には溶出しにくいのに対して、ガラス修飾成分と呼ばれるＮａ－Ｏ、Ｋ－Ｏ－、－Ｏ－Ｂａ－Ｏ－のような成分は水や水系洗浄液に溶出しやすい。このため、ガラスを構成する元素毎に溶出性に偏りがある。したがって、水や水系洗浄液と接触したガラス表面では組成傾斜等の偏析が生じやすく、この偏析によって、光学ガラスの表面の組成が変化して、本来、光学ガラスが有する光学的、物理的な特性が変化する。
　とりわけ、レンズの小型化や高性能化のために開発された近年の光学ガラスの中には、例えば低分散性や異常分散性、高屈折率、低融点等の性質を備えるようにするために、化学的耐久性が悪い光学ガラスが増えている。このような光学ガラスでは、特に上述のように水や水系洗浄液と接触した際に、接触したガラス表面で組成の偏析が生じやすく、表面の光学特性が変化したり、光学薄膜が剥離しやすくなるという問題がある。
　本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、ガラス表面に光学薄膜が製膜されて形成される光学部品の光学薄膜の剥離や光学薄膜の光学特性不良の発生を抑制することができ、光学部品の生産性を向上することができる光学部品の製造方法を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明では、以下の手法を採用する。即ち、
本発明は、ガラス製の被加工体の表面を鏡面加工する鏡面加工工程と、鏡面加工された後の前記被加工体を加熱する加熱工程と、その加熱工程で加熱された後の前記被加工体の表面に光学薄膜の製膜を行う製膜工程と、を備え、前記加熱工程では、前記被加工体の温度が、前記被加工体のガラス転移点Ｔｇ（Ｋ）の０．７５倍以上および１倍以下である光学部品の製造方法である。
　また、本発明の光学部品の製造方法では、前記加熱工程では、前記被加工体の温度が、前記製膜工程での前記被加工体の温度より高くなるように加熱を行っても良い。
　また、本発明の光学部品の製造方法では、前記鏡面加工工程と前記加熱工程との間に、前記被検体を水系洗浄液により洗浄する洗浄工程を備えても良い。
　ここで、水系洗浄液とは、例えば界面活性剤などが水に溶解された洗浄液など、水を含む洗浄液、または水のみからなる洗浄液を意味する。
　また、本発明の光学部品の製造方法では、前記加熱工程における前記被加工体の加熱を真空中で行っても良い。
　なお、本発明の真空とは、例えば、１０－６Ｐａ以上、５×１０２Ｐａ以下である。
　また、本発明の光学部品の製造方法では、前記加熱工程における前記被加工体の加熱を不活性ガス中で行っても良い。
　また、本発明の光学部品の製造方法に含まれる不活性ガス中で行なわれる加熱工程では、前記不活性ガスがヘリウムであっても良い。
　また、本発明の光学部品の製造方法では、前記加熱工程は、前記製膜工程を行う製膜室とは別に設けられた加熱室で行われても良い。
　また、本発明の光学部品の製造方法では、前記被加工体は、少なくともフッ素を含有する光学ガラスでも良い。
　また、本発明の光学部品の製造方法では、前記被加工体は、少なくともリンを含有する光学ガラスでも良い。
　また、本発明の光学部品の製造方法では、前記被加工体は、少なくともビスマスを含有する光学ガラスでも良い。
　本発明の光学部品の製造方法によれば、鏡面加工されたガラス製の被加工体の表面に水分が付着して変質層が形成されても、加熱工程により変質層を修復することができるため、ガラス表面に光学薄膜が製膜されて形成される光学部品の光学薄膜の剥離や光学薄膜の光学特性不良の発生を抑制することができ、光学部品の生産性を向上することができる。
本発明の第１の実施形態に係る光学部品の製造方法によって製造された光学部品の一例を示す光軸方向に沿う断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学部品の製造方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る光学部品の製造方法の被加工体作製工程、鏡面加工工程、洗浄工程、および加熱工程の模式的な工程説明図である。 本発明の第１の実施形態の変形例および本発明の第２の実施形態に係る光学部品の製造方法の工程を示すフローチャートである。
　以下では、本発明の実施形態に係る光学部品の製造方法について添付図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
　本発明の第１の実施形態に係る光学部品の製造方法について説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学部品の製造方法によって製造された光学部品の一例を示す光軸方向に沿う断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る光学部品の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る光学部品の製造方法の被加工体作製工程、鏡面加工工程、洗浄工程、および加熱工程の模式的な工程説明図である。
　本実施形態の光学部品の製造方法は、ガラス表面に光学薄膜が製膜されてなる光学部品の製造方法である。
　光学部品の種類は、ガラス製であり表面に光学薄膜が製膜されている光学部品であれば特に限定されない。たとえば、ガラス平面基板、レンズ、光学フィルター、反射ミラー、プリズム等が挙げられる。これらの光学素子は、いずれも光を透過させたり、反射させたりする光学面が鏡面加工により高精度に形成され、光学面の表面には、単層もしくは多層の光学薄膜が製膜されている。
　光学面の面形状としては、例えば平面、球面、非球面、自由曲面など所望の形状を採用できる。またレンズの光学面を形成する方法としては、研削・研磨加工を採用できる。
　また、光学薄膜の種類としては、表面保護膜、反射防止膜、反射膜、波長フィルター膜、偏光分離膜など種々の機能を有する光学薄膜が挙げられる。
　以下では、光学部品の一例として図１に示すようなレンズ１を製造する場合の例で説明する。
　レンズ１は、レンズ本体１ｃの表面に、光学面として、それぞれ凸球面の面形状を有するレンズ面１ａ、１ｂを有する両凸レンズである。レンズ面１ａ、１ｂ上のレンズ有効面にはそれぞれ設計波長の光を良好に透過させ、表面反射を抑制するための光学薄膜２ａ、２ｂが製膜されている。
　本実施形態の光学部品の製造方法では、図２に示すように、被加工体作製工程Ｓ１、鏡面加工工程Ｓ２、洗浄工程Ｓ３、加熱工程Ｓ４、製膜工程Ｓ５をこの順番で行うことによりレンズ１を製造する。
　被加工体作製工程Ｓ１は、図３（ａ）に示すように、レンズ１のレンズ本体１ｃを光軸方向にわずかに厚くした形状を有する被加工体１０を作製する工程である。
　すなわち、被加工体１０は、レンズ面１ａ、１ｂと略同じ曲率半径を有する凸球面１０ａ、１０ｂとを備え、凸球面１０ａ、１０ｂとの間の中心軸上の面間距離が、レンズ１のレンズ面１ａ、１ｂの光軸上の面間距離よりわずかに大きい。
　被加工体１０を作製するには、まず、ガラス母材からレンズ１よりもわずかに厚い円板を切り出し、この円板の円周面を研削するなどして、まずレンズ側面を形成する。
　次に、このレンズ側面を基準として、その中心軸上に球心位置を有する凸球面１０ａ、１０ｂをそれぞれ形成する。凸球面１０ａ、１０ｂは、例えば、切削、粗研削、精研削などを順次行って、良好な研磨加工が可能となる面精度まで段階的に面精度を高め、最終的に適宜の研磨代を残した面間距離となるように加工を行う。
　これらの加工が終了したら、得られた被加工体１０を適宜洗浄する。
　以上で、被加工体作製工程Ｓ１が終了する。
　被加工体１０のガラス母材の材質としては、レンズ１に必要な光学特性（屈折率、アッベ数）に応じて適宜の光学ガラスの硝材を選択する。
　近年では、レンズの小型化や高性能化などの性能向上を図るため、例えば、低分散性、異常分散性、高屈折率、低融点等の性質を持たせるために開発された種々の硝材を用いることが必要な場合がある。しかしながら、このような硝材では、元素構成によって、水や水を含む水系洗浄液に対する化学的耐久性が悪い硝材がある。
　本実施形態の光学部品の製造方法は、このような水や水を含む水系洗浄液に対する化学的耐久性が悪い材質、例えば、リン酸塩ガラス、フツリン酸塩ガラス、およびビスマス含有ガラスなどの硝材を用いる場合にも好適となる方法である。
　リン酸塩ガラス、フツリン酸塩ガラス、およびビスマス含有ガラスは、ガラスの強度を示すヌープ硬さが小さく、また、ガラスの化学的耐久性を示す耐水性や耐酸性、耐洗剤性が悪い。これはガラス中に含まれるリン酸やフッ化物、ビスマス等の性質に起因する。
　このような硝材の例としては、例えば、ＦＣＤ１、ＦＣＤ１０（以上、ＨＯＹＡ製）、Ｓ－ＦＰＬ５１、５３（以上、オハラ製）、Ｋ－ＣａＦＫ９５、Ｋ－ＰＦＫ８０、Ｋ－ＰＦＫ８５（以上、住田光学ガラス製）などのフツリン酸塩ガラス、Ｋ－ＰＳＦｎ１、Ｋ－ＰＳＦｎ２、Ｋ－ＰＳＦｎ３、Ｋ－ＰＳＦｎ４、Ｋ－ＰＳＦｎ５（以上、住田光学ガラス製）、Ｌ－ＢＢＨ１（オハラ製）などのＢｉ含有ガラスなどが挙げられる。
　次に、鏡面加工工程Ｓ２を行う。
　本工程は、図３（ｂ）に示すように、被加工体１０の表面を鏡面加工してレンズ面１ａ、１ｂの光学鏡面を形成する工程である。本実施形態では、鏡面加工として研磨加工を採用している。
　本工程では、被加工体１０を不図示の研磨装置に保持させ、例えば、レンズ面１ａに対応する研磨皿を用いて、適宜の研磨剤を供給しながら凸球面１０ａを研磨し、レンズ面１ａを形成する。次に、被加工体１０を研磨装置上で反転して保持させ、レンズ面１ｂに対応する研磨皿を用いて、適宜の研磨剤を供給しながら凸球面１０ｂを研磨し、レンズ面１ｂを形成する。
　研磨剤は、水系の研磨液中に微粒子砥粒からなる研磨材、例えば酸化ジルコニウム、酸化セリウムなどを分散させたものを採用することができる。
　この鏡面加工工程Ｓ２によって、被加工体１０からレンズ面１ａ、１ｂを備えるレンズ本体１ｃが形成される。
　以上で、鏡面加工工程Ｓ２が終了する。
　研磨が終わったレンズ本体１ｃは、次に洗浄工程Ｓ３を行う前に、研磨装置から取り外し、表面のふき取り処理を行う。このため、研磨加工により形成された鏡面は、研磨皿等の研磨工具が離間された瞬間から表面のふき取り処理が完了するまでの間、研磨液に含まれる水と接触している。
　また、洗浄工程Ｓ３を行うために、レンズ本体１ｃは、研磨装置の外部で保管したり、洗浄槽に移動したりする間、大気雰囲気中の水分と接触することになる。
　次に、洗浄工程Ｓ３を行う。
　本工程は、鏡面加工工程Ｓ２を行った後に、必要に応じて、レンズ本体１ｃを油除去槽、乳化性洗浄液槽などを通して洗浄を行った後、図３（ｃ）に示すように、水または水に界面活性剤などが添加された水系洗浄液６によってレンズ本体１ｃを洗浄する工程である。
　本実施形態の洗浄工程Ｓ３では、水系洗浄液６を用いた洗浄時には、超音波振動子７が設けられた洗浄槽５の内部に水系洗浄液６を満たし、水系洗浄液６にレンズ本体１ｃを浸漬して、一定時間の間、超音波洗浄する。
　この工程は、水系洗浄液６の種類を変えて、多段階に洗浄することが好ましく、最終の洗浄の水系洗浄液６は純水を用いることが好ましい。各洗浄段階における洗浄時間は、同一でもよいし、異なってもよい。
　例えば、水系洗浄液６として、界面活性剤を含む中性または弱アルカリ性の水系洗浄液が満たされた１槽以上の洗浄槽５にレンズ本体１ｃを浸漬して超音波洗浄を行った後、レンズ本体１ｃを取り出し、水系洗浄液６として純水が満たされた純水リンス槽である１槽以上の洗浄槽５にレンズ本体１ｃを浸漬して超音波洗浄を行うことが好ましい。
　界面活性剤を含む中性の水系洗浄液６としては、例えば、ポリオキシエチレン鎖を含む非イオン性活性剤を０．５％含有したもの（ｐＨ７．５）などを採用することができる。
　最後の洗浄槽５から取り出したレンズ本体１ｃは、速やかに、水切り処理、乾燥処理などを行って表面の水分を除去する。
　以上で、洗浄工程Ｓ３が終了する。
　次に、加熱工程Ｓ４を行う。
　本工程は、図３（ｄ）に示すように、鏡面加工工程Ｓ２によってレンズ面１ａ、１ｂが形成されたレンズ本体１ｃ（鏡面加工された後の被加工体）を加熱する工程である。
　また本実施形態の加熱工程Ｓ４は、鏡面加工工程Ｓ２で水を含む研磨液による研磨加工が行われること、および鏡面加工工程Ｓ２の後に洗浄工程Ｓ３が行われることによって、鏡面加工工程Ｓ２で形成された光学鏡面が水あるいは水分に接触した後に、レンズ本体１ｃを加熱する工程である。
　まず、レンズ本体１ｃを耐熱性のレンズホルダー８に保持させ、例えば、電気炉などからなる加熱装置９内で、レンズホルダー８を支持する加熱ステージ９ａ上に設置する。
　加熱装置９は、後述する製膜装置において製膜が行われる製膜室内の加熱機構を用いてもよいし、別装置でもよい。本実施形態では別装置の場合の例で説明する。
　本実施形態に用いる加熱装置９は、加熱ステージ９ａおよび加熱ステージ９ａ上のレンズホルダー８を密閉状態に収容する加熱槽９ｃ（加熱室）と、加熱槽９ｃの内部を加熱する加熱部９ｂとを備えている。
　また、加熱槽９ｃには、加熱槽９ｃ内の雰囲気を調整するため、加熱槽９ｃ内の雰囲気を吸気するための吸気口９ｄと、加熱槽９ｃ内に不活性ガスＧを導入する不活性ガス供給口９ｅと、加熱槽９ｃ内に大気を導入する大気導入口９ｆとが設けられている。吸気口９ｄ、不活性ガス供給口９ｅ、および大気導入口９ｆにはそれぞれ開閉弁が設けられている。
　また、吸気口９ｄには吸気口９ｄから吸気する真空ポンプ１１が接続され、不活性ガス供給口９ｅには不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給部１２が接続されている。
　不活性ガスＧとしては、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを採用することができる。
　次に、吸気口９ｄ、不活性ガス供給口９ｅ、および大気導入口９ｆのいずれかを開放して、必要に応じて真空ポンプ１１、不活性ガス供給部１２を作動させて、加熱槽９ｃ内の雰囲気を、真空、不活性ガスＧ雰囲気、大気雰囲気のいずれかに調整する。
　そして、加熱部９ｂによって加熱槽９ｃの内部を加熱することにより、レンズ本体１ｃを常温から処理温度Ｔ（Ｋ）まで加熱する。そして、一定の保持時間ｔの間、処理温度Ｔ（Ｋ）を保持してから、冷却温度ＴＣ（ＴＣ＜Ｔ）までレンズ本体１ｃの温度を降温させる。
　ここで、処理温度Ｔ（Ｋ）は、硝材のガラス転移点Ｔｇ（Ｋ）の０．７５倍以上および１倍以下であって、後述する製膜工程Ｓ５でのレンズ本体１ｃの温度よりも高い温度になるように設定する。
　また、冷却温度ＴＣは、後述する製膜工程Ｓ５での製膜温度ＴＳ以下であって、かつレンズ本体１ｃを製膜装置に移動させる移動手段や移動治具などの使用に耐える温度となるように設定する。
　以上で、加熱工程Ｓ４が終了する。
　加熱工程Ｓ４が終了したレンズ本体１ｃは、適宜の搬送経路により、製膜装置に搬送される。その際、製膜装置は、レンズ本体１ｃの表面が汚染しないように、レンズ本体１ｃを保護して搬送するとともに、レンズ本体１ｃが湿度の高い大気と接触しないようにしてレンズ本体１ｃを搬送する。上述した条件を達成する為には、例えば、搬送経路内を清浄で除湿された雰囲気に設定したり、密閉性に優れた搬送ケースなどに収容して搬送したりする。
　本実施形態のように、加熱装置９を製膜装置と別装置とすると、加熱雰囲気や加熱温度、加熱時間などを、製膜装置の構成に制約されることなく設定でき、工程設定の自由度が増すという利点がある。
　例えば、一般的な製膜装置では、製膜中は複数のレンズを製膜ドームにセットして回転させながら製膜を行う。このとき製膜ドーム内の膜厚分布を少なくするために、製膜装置内には製膜ドームを回転させる可動部が設けられている。このような可動部は、例えば、２００℃～３００℃といった製膜時の温度領域には耐えられるような装置設計となっているが、より高温となるガラス母材のガラス転移点Ｔｇ近傍の温度領域での耐久性までは有していない場合がある。
　このような場合には、本実施形態のように、レンズ本体１ｃに対して製膜装置とは別に設けた加熱装置９で加熱工程Ｓ４を行なった後に、製膜装置内にレンズ本体１ｃを移動して製膜を行う方法が有効である。
　また、加熱装置９から製膜装置への移動量を低減するには、加熱装置９を製膜装置に隣接して配置することが好ましい。
　さらに、加熱装置９を製膜装置と一体に設ける場合でも、製膜装置内で製膜を行う製膜室に隣接して、製膜室内とは異なる雰囲気、製膜室とは異なる加熱温度および加熱時間を自由に設定できる加熱室として設けるとともに、加熱室から製膜室へ加熱工程Ｓ４が終了したレンズ本体１ｃを外部からの操作により搬送する搬送機構を設けることが好ましい。このようにすれば、加熱工程Ｓ４を行う際に製膜室を占有する必要がなく、加熱室の雰囲気や加熱温度、加熱時間を自由に設定でき、なおかつ、加熱室から製膜室に移動する搬送段階での製膜前の光学鏡面の汚染や水分の付着の防止がより容易になる。
　次に、製膜工程Ｓ５を行う。本工程は、加熱工程Ｓ４で加熱された後のレンズ本体１ｃの表面であるレンズ面１ａ、１ｂに光学薄膜２ａ、２ｂの製膜を行う工程である。
　製膜装置としては、特に図示しないが、光学薄膜２ａ、２ｂの膜構成などに応じて、周知の製膜装置、例えば、真空蒸着装置などを採用することができる。
　まず、製膜装置内に搬送したレンズ本体１ｃを、製膜したいレンズ面１ａ、１ｂのいずれか、例えば、レンズ面１ａの面を下に向け、製膜装置の製膜室内に設置する。レンズ本体１ｃの下方には、膜材料となる酸化物やフッ化物を加熱用の皿の中に入れ、数十センチ程度離して置いておく。
　次に、製膜室内を真空引きする。真空引きが終わった後は、膜材料を加熱して融解させる。融解させる方法としては、加熱用の皿を加熱する方法や、電子線やイオンスパッタリングにより膜材料を直接加熱する方法などを適宜採用することができる。
　加熱されて融解した膜材料は、膜材料の分子が気化し、レンズ面１ａの表面まで飛散してゆく。この分子がレンズ面１ａの表面に堆積して層を形成することで、光学薄膜２ａが形成される。このとき、製膜装置に内蔵された加熱機構によって、レンズ面１ａが製膜温度ＴＳとなるようにレンズ本体１ｃを、予め製膜装置中で加熱しておく。これにより、レンズ面１ａの表面において、飛散してきた分子のエネルギー損失を低減することができるため、光学薄膜２ａとレンズ面１ａの表面との密着性を良くすることができる。
　製膜温度ＴＳは、膜材料の加熱温度に応じて適宜設定する。
　光学薄膜２ａが形成されたら、レンズ本体１ｃを反転し、上記と同様にしてレンズ面１ｂ上に光学薄膜２ｂを形成する。
　製膜が終了したら、製膜装置を開放して完成したレンズ１を製膜装置の外部に搬出する。
　このようにして、本実施形態の光学部品の製造方法によって、図１に示すようなレンズ１を製造することができる。
　次に、本実施形態の光学部品の製造方法における作用について説明する。
　ガラス表面に光学薄膜を製膜した光学部品の製造工程では、光学部品によっては光学薄膜の密着強度や、分光反射率特性や分光透過率特性が設計の計画どおりにならず、光学薄膜の剥離や光学薄膜の光学特性の不良などの膜不良が発生することがある。
　これらの膜不良の原因について、発明者が種々調査をしたところ、膜不良は、加工工程や加工後の洗浄工程を経て表面部の光学的性質（屈折率、散乱特性）や破壊強度が、基材ガラス本来の性質と比べて変化していることが原因とわかった。
　光学ガラスでは、シリカ等のガラス網目形成成分は水や水系洗浄液には溶出しにくいのに対して、ガラス修飾成分と呼ばれるＮａ－Ｏ、Ｋ－Ｏ－、－Ｏ－Ｂａ－Ｏ－のような成分は水や水系洗浄液に溶出しやすい。このため、ガラスを構成する元素毎に溶出性に偏りがある。したがって、水や水系洗浄液と接触したガラス表面では組成傾斜等の偏析が生じやすく、この偏析によって、光学ガラスの表面の組成が変化して、本来、光学ガラスが有する光学的、物理的な特性が変化してしまう。
　本実施形態の鏡面加工工程Ｓ２のように、水を含む研磨液で研磨加工を行うと、光学鏡面が形成された後でも水をふき取るまでは光学鏡面と水とが接触する状態が続く。また光学鏡面に付着された研磨材等を除去するために洗浄工程Ｓ３を行うことが必要となる。したがって、形成された光学鏡面が水と接触することは避けられない。これらの工程では、接触形態や接触時間は異なり、また水を含む溶液のｐH、界面活性剤など溶液中の共存成分、液浸漬中の超音波の有無等により、光学鏡面の変質の程度は異なるが、これらいずれの水接触も、光学部品表面の変質の原因である。
　そこで本発明者は、水との接触により形成された変質層を修復することはできないか研究したところ、水と変質層が接触した後に、上記のような加熱工程Ｓ４を行うことで、変質層が修復されることを見出し本発明に到った。
　水との接触により形成される変質層の性質、および加熱工程Ｓ４により変質層が修復できる作用については、本発明者は、種々の分析結果を考察した結果、以下のように推測している。
　水と接触したガラス表面部では、ガラスの成分に応じ、水中のヒドロニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）と、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）等のアルカリ金属のイオンやＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂａ（バリウム）等のアルカリ土類金属のイオンとの間にイオン交換反応が起こる。
　これにより水中に溶け出した金属イオンはガラス表面に偏析する。また、ガラス表面の水はアルカリ性となり、さらにガラス骨格の切断、ガラス成分の偏析が進行することとなる。
　このように水との接触によりガラス骨格が切断されたり、ガラス成分が抜け出したりして、本来のガラス表面よりも疎な構造に変質した変質層が構成される。
　このような変質層は、水との接触時間が長くなるほど、ガラス成分の溶出が進行するため、変質層の厚さがより深くなる。すなわち、変質層は、さらにガラス骨格の切断やガラス成分の抜け出しが進行して、オングストローム～ナノレベルの微細な孔（細孔）が生じてポーラス層となる。このようなポーラス層は、屈折率の低下や、強度の低下が著しく、光学薄膜の光学特性や、光学薄膜の剥れといった膜不良が特に生じやすくなる。
　また変質層では、このように表面の微細構造が変化することで、ガラス本来の屈折率と異なる屈折率を有する。
　本実施形態の加熱工程Ｓ４では、このような変質層をガラス母材のガラス転移点Ｔｇに近い温度に加熱する。このため、変質層に印加される熱エネルギーによってガラス骨格の再結合が起こったり、ガラス成分が抜け出して疎な構造となった部位が緻密化されたりして、変質層を改善することができると推測される。
　このようにして、変質層の微細な孔が収縮して、表面の変質層形成前の微細構造に近い状態に修復されるため、屈折率および強度とも、変質層形成前の状態に近く改善させることができる。
　本実施形態の加熱工程Ｓ４は、レンズ本体１ｃと水との接触時間が特に長くなる洗浄工程Ｓ３（水や、水を含む水系洗浄液を用いるため）を有する場合に、加熱工程Ｓ４を洗浄工程Ｓ３の後に行うと、深く形成された変質層を修復することができるため、特に効果がある。
　なお、加熱処理は、必ずしも変質層の微細な孔がすべて消失するまで行わなくても、光学薄膜の膜剥がれや薄膜の光学特性に悪影響のない状態まで行えばよい。
　また、このような変質層は、水や酸、アルカリに対する耐性の低いガラスほど生じやすく、変質層の厚みも深くなる。このため、フッ素、リン、Ｂｉ（ビスマス）のうち、少なくとも一つを含む光学ガラスを用いた場合には、本発明は特に有効である。
　加熱工程Ｓ４における処理温度Ｔ（Ｋ）の特に好適な範囲は、ガラス転移点Ｔｇ（Ｋ）の０．７５倍以上および１倍以下である。
　処理温度Ｔ（Ｋ）がガラス転移点Ｔｇ（Ｋ）の０．７５倍よりも低いと、変質層に供給される熱エネルギーが不十分であり、変質層のポーラス層の細孔を十分小さく収縮させることができない。このため、レンズ面１ａ、１ｂの表面の強度と屈折率の改善が十分にされず、製膜後の膜剥がれや分光反射率不良等が発生しやすくなり、レンズ１の歩留りが悪化してしまう。
　また、処理温度Ｔ（Ｋ）がガラス転移点Ｔｇ（Ｋ）の１倍を超えた温度では、光学部品表面部の形状が変化することがあるため、面精度が低下する原因となる。
　また、本実施形態では、加熱工程Ｓ４における処理温度Ｔは、製膜工程Ｓ５における製膜温度ＴＳよりも高温に設定されている。
　これにより、加熱工程Ｓ４において変質層の緻密化が不完全であって変質層が残っていても、残された変質層は、高温状態で緻密化されなかった層なので、製膜工程Ｓ５においての低温での製膜温度ＴＳの加熱により緻密化される可能性は少ない。
　逆に、製膜温度ＴＳが処理温度Ｔよりも高温であると、加熱工程Ｓ４の処理温度Ｔでは修復されないで残された変質層が、製膜工程Ｓ５では、製膜温度ＴＳが処理温度Ｔよりも高温であるため、処理温度Ｔよりも大きな熱エネルギーを受ける。その結果、ポーラス層である変質層は、製膜時に緻密化され、ポーラス層の細孔が収縮される。このため、製膜と並行して光学鏡面の微細構造の変形が進行するため、光学薄膜２ａ、２ｂの膜の強度が弱くなり、光学薄膜にクラックや剥れといった不具合が生じやすくなる。
　また、加熱工程Ｓ４における加熱装置９内の雰囲気は、変質層の修復度合い等の必要に応じて、適宜選択できる。
　例えば、加熱装置９内の雰囲気を大気雰囲気として、加熱工程Ｓ４を行うと、変質層のポーラス層の細孔が収縮する際に、ボトルネック状に細くなった部位から収縮が進む。その結果、変質層の厚さ方向の中間部で孔が閉じてしまい、大気が閉じ込められた孔が残ることがある。このため、微細構造の修復がその構造の状態から進まなくなる場合がある。
　このような場合に、加熱装置９内を真空にして加熱工程Ｓ４を行えば、予め細孔中の大気が除去されているため、変質層の微細構造内の気体の閉じ込めが起こらずに変質層の収縮が十分に行なわれる。その結果、変質層の修復度合いを向上することができる。すなわち、大気雰囲気中で加熱を行った場合よりも、細孔が小さく収縮するため、基材のガラスにより近い屈折率および強度を持つ変質層の微細構造が得られる。
　また、真空雰囲気で加熱工程Ｓ４を行なうことは、加熱装置９内の金属部材や、レンズホルダー８等に用いる金属部材の酸化変質も防止することができる。
　また、加熱装置９内の雰囲気を不活性ガスＧ雰囲気として、加熱工程Ｓ４を行うと、真空中の加熱と同様に、加熱装置９内の金属部材や、レンズホルダー８等に用いる金属部材の酸化変質を防止することができる。
　さらに、不活性ガスＧとして、ヘリウムを用いた場合、細孔中に存在していた大気分子（酸素や窒素）が、分子サイズがより小さいヘリウムに置換される。この為、細孔のネックが収縮した状態でも分子のサイズが小さいために、大気分子がすり抜けることが可能となり、気体の閉じ込めが生じにくくなる。このため、基材のガラスにより近い屈折率および強度を持つ変質層の微細構造が得られる。
　次に、本実施形態の光学部品の製造方法の具体的な作用について、実験例１～４に基づいて説明する。
　各実験例における製造条件は、下記の表１にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［実験例1］
　実験例１では、硝材として、フッ素およびリンを含有し、屈折率が１．４３８７５、アッベ数が９４．９であるフツリン酸塩ガラス（Ｔｇ＝６９９（Ｋ）（＝４２６（℃）））から、曲率半径３０ｍｍ、直径４５ｍｍ、中心肉厚３５ｍｍの両凸レンズの被加工体を作製した（被加工体作成工程Ｓ１）。
　次に、鏡面加工工程Ｓ２では、研磨材として酸化ジルコニウム系のＺＯＸ－Ｎ（登録商標）を含む水系の研磨液を使用して、この被加工体を研磨して光学鏡面を形成した後、表面の水分をふき取った。
　次に、洗浄工程Ｓ３では、研磨後の被加工体を、多槽式の超音波洗浄機を用いて洗浄を行なった。多槽式洗浄槽は６槽の油除去槽、乳化性洗浄液槽および洗浄槽５を備え、洗浄槽５は更に３槽の水系洗浄槽とリンス槽を備える。洗浄工程Ｓ３は、被加工体を油除去槽に通した後、乳化性洗浄液槽を通し、その後に洗浄槽５である、３槽の水系洗浄槽とリンス槽とを通した。
　水系洗浄槽には、水系洗浄液６として、ポリオキシエチレン鎖を含む非イオン性活性剤を０．５％含有した水系洗浄液（ｐＨ７．５）を用いた。また、リンス槽には純水を用いた。
　また各洗浄槽５では、超音波振動子７により、超音波周波数４０ｋＨｚで１槽あたり６０秒の超音波洗浄を行った。
　次に、加熱工程Ｓ４では、洗浄処理後の被加工体を乾燥した後に、被加工体を加熱装置９である電気炉に入れ、大気雰囲気中で加熱処理を行った。
　本実験例では、処理温度の差を調べるため、処理温度Ｔ（Ｋ）を、３４９Ｋ、４１９Ｋ、４８９Ｋ、５２４Ｋ、５５９Ｋ、６２９Ｋ、６９９Ｋ、７６９Ｋ、８３９Ｋとし、保持時間ｔはいずれも１時間に設定した。各処理温度は、硝材のガラス転移点Ｔｇ＝６９９（Ｋ）の０．５倍、０．６倍、０．７倍、０．７５倍、０．８倍、０．９倍、１倍、１．１倍、１．２倍である。
　また、比較のため、加熱を行わない実験も行った。
　次に、製膜工程Ｓ５では、加熱処理後の被加工体を、電気炉から取り出し、製膜するためレンズホルダー８にセットし、真空蒸着式の製膜装置内に配置した。そして製膜装置内の真空引きを開始した後に被加工体の加熱を行い、３０分後に所定の真空度および製膜温度ＴＳである５１３Ｋ（２４０℃）に到達したところで、製膜を開始した。製膜工程Ｓ５での７層の反射防止膜を製膜後、製膜された被加工体を大気開放し、製膜工程Ｓ５を終了した。
　本実験例では、上記のようにして、処理温度ごと（加熱なしも含む）に、１６０個の両凸レンズを製造した。
　次に、製造された各レンズについて、反射特性と光学薄膜の密着性、および面精度を評価した。
　反射率は、レンズ反射率測定機ＵＳＰＭ－ＲＵ（商品名；オリンパス（株）製）を用いて測定し、反射特性が規格数値に収まっているかで合否を判定した。
　光学薄膜の密着性は、テープテストにより行ない、剥離の基準の中に収まっているか否かによって合否を判定した。
　面精度は、レーザー干渉計により測定し、規格内に収まっているか否かによって合否を判定した。
　これらの評価項目ごとに、製造数に対する合格品の個数の比率を求めて、各評価項目における歩留まりとした。本実験例の評価結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ここで、表中の印は、反射特性、密着性、および面精度では、歩留まりの割合を示しており、◎は９８％以上、○は９５％以上９８％未満、△は７０％以上～９５％未満、×は７０％未満を表す。また、総合評価は、３つの評価項目の歩留まりがすべて９５％以上になるものを○で、３つの評価項目のいずれかの歩留まりが９５％未満となるものを×で表している。また、各記号の下に記載された数値は、「合格数／全個数」を示す。
　これらの表記は後掲の表３～７も同様である。
　表２に示すように、Ｔ／Ｔｇが０．７５以上および１以下では、各評価項目の歩留まりが９５％以上と良好であった。一方、Ｔ／Ｔｇが０．７５未満の低温の条件（加熱なしも含む）では、反射特性および密着性が原因で歩留まりが悪化し、Ｔ／Ｔｇが１より大きい高温の条件では、面精度が原因で歩留まりが悪化している。
　Ｔ／Ｔｇが０．７５未満の低温の条件（加熱なしも含む）下で、反射特性および密着性において歩留まりが悪化した理由としては、加熱処理時の熱エネルギーが足りず、変質層が十分に収縮しなかったことが原因として挙げられる。
　またＴ／Ｔｇが１より大きい高温の条件下で、面精度において歩留まりが悪化したのは、処理温度Ｔがガラス転移点Ｔｇを越えたために起こった変形により、鏡面加工された光学部品表面の形状が崩れてしまったためである。
　また、本実験例では、Ｔ／Ｔｇが０．７５以上および１以下の温度領域は、いずれも製膜温度Ｔｓよりも高温の温度領域になっている。
［実験例２］
　実験例２では、表１に示すように、実験例１の両凸レンズの形状を両凹レンズに代え、加熱工程Ｓ４の雰囲気を大気雰囲気から真空に代えた点が異なる。
　両凹レンズの形状としては、曲率半径１５０ｍｍ、外径４０ｍｍ、内径３０ｍｍ、中心肉厚１５ｍｍの形状を採用した。
　本実験例の評価結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、総合評価では、実験例１と同様の結果になったが、Ｔ／Ｔｇが０．８～１．２の範囲で反射特性による歩留まりが、また、Ｔ／Ｔｇが０．９～１．２の範囲で密着性による歩留まりが、それぞれ実験例１よりも向上され、それぞれ９８％以上の良好な歩留まりになった。
　これは、加熱工程Ｓ４の雰囲気を真空にすることにより、ポーラス層の細孔が大気雰囲気の場合よりも更に小さく収縮し、変質層の強度と屈折率が、さらに良質な状態まで改善したためと考えられる。
［実験例３］
　実験例３では、表１に示すように、実験例１の両凸レンズの形状を平行平板に代え、加熱工程Ｓ４の雰囲気を大気雰囲気から窒素雰囲気に代えた点が異なる。
　平行平板の形状としては、直径３０ｍｍ、板厚５ｍｍの円板形状を採用した。
　本実験例の評価結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示すように、総合評価では、実験例１と同様の結果になったが、実験例２と同様にＴ／Ｔｇが０．９～１．２の範囲で反射特性による歩留まりが実験例１よりも向上され、それぞれ９８％以上の良好な歩留まりになった。ただし、密着性による歩留まりは実験例１と同様で、実験例２に対しては、やや劣る結果になった。
　すなわち、加熱工程の雰囲気の相違により、実験例１（大気雰囲気）と実験例２（真空）との中間的な結果になっている。
［実験例４］
　実験例４では、表１に示すように、実験例２の窒素雰囲気を、ヘリウム雰囲気に代えた点が異なる。
　本実験例の評価結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５に示すように、総合評価では、実験例１と同様の結果になったが、Ｔ／Ｔｇが０．９～１．２の範囲で反射特性および密着性による歩留まりが、それぞれ実験例１よりも向上され、それぞれ９８％以上の良好な歩留まりになった。これは、実験例２の結果とほぼ同等な結果である。
　これは、加熱工程Ｓ４の雰囲気がヘリウム雰囲気下では、ヘリウムの分子量が小さいため、ヘリウム原子がポーラス層の細孔の収縮の邪魔をせず、真空中と略同程度の割合で、細孔が小さく収縮するためと考えられる。
［実験例５］
　実験例５では、表１に示すように、実験例１のフツリン酸塩ガラスを、屈折率が２．１０２０５およびアッベ数が１６．６であるビスマス系ガラス（Ｔｇ＝６２３（Ｋ）（＝３５０（℃）））に代え、更に、洗浄槽５を、２槽の水系洗浄槽（ｐＨ８．３）と純水による２層のリンス槽とを通す構成とした点が異なる。また、製膜温度ＴＳは、４７３Ｋ（２００℃）として、反射防止膜は６層の膜を製膜した。
　本実験例の評価結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６に示すように、実験例５の総合評価では、実験例１と同等以上の結果になり、被加工体のガラス母材が少なくともビスマスを含有するガラスに対して有効であることがわかった。
　以上に説明したように、本実施形態の光学部品の製造方法によれば、鏡面加工されたガラス製の被加工体の表面に水分が付着して変質層が形成されても、加熱工程により変質層を修復することができる。そのため、ガラス表面に光学薄膜が製膜されて形成される光学部品の光学薄膜の剥離や光学薄膜の光学特性不良の発生を抑制することができる。このため、光学部品の歩留まりが向上し、光学部品の生産性を向上することができる。
［変形例］
　次に、本実施形態の変形例について説明する。
　図４は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る光学部品の製造方法の工程を示すフローチャートである。
　本変形例の光学部品の製造方法は、上記第１の実施形態の鏡面加工工程が、研磨材を分散させた研磨剤を用いて研磨を行う方法であったのに対して、固定砥粒を用いた研磨加工によって鏡面加工を行う。
　すなわち、本変形例では、図４に示すように、被加工体作製工程Ｓ１０、鏡面加工工程Ｓ１１、加熱工程Ｓ１２、製膜工程Ｓ１３をこの順に行うことによりレンズ１を製造する。以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
　被加工体作製工程Ｓ１０は、上記第１の実施形態の被加工体作成工程Ｓ１と同様の工程である。
　次に行う鏡面加工工程Ｓ１１は、上記第１の実施形態と同様の被加工体１０（図３（ａ）参照）を不図示の研磨装置に保持させ、例えば、レンズ面１ａに対応する形状で、表面に固定砥粒が設けられた固定砥粒砥石を用いて、加工液として純水を供給しながら凸球面１０ａを研磨し、レンズ面１ａを形成する。固定砥粒としては、例えば、ダイヤモンド砥粒を採用することができる。
　次に、被加工体１０を研磨装置上で反転して保持させ、レンズ面１ｂに対応する同様の固定砥粒砥石を用いて、同様に凸球面１０ｂを研磨し、レンズ面１ｂを形成する。
　このようにして、被加工体１０からレンズ面１ａ、１ｂを備えるレンズ本体１ｃが形成される。以上で、鏡面加工工程Ｓ１１が終了する。
　鏡面加工工程Ｓ１１は、固定砥粒を用いて行われ、研磨されたガラス粒子は研磨中に表面に供給される純水によって洗い流される。研磨加工が終了したら、タオルなどによって、表面の水分等をふき取った後にレンズクリーニングを行う。
　本変形例では、鏡面加工工程Ｓ１１後に、洗浄槽５に浸漬して行う洗浄工程Ｓ３を省略している。これにより、上記第１の実施形態に比べて、レンズ本体１ｃと水との接触時間が短縮され、変質層の深さを低減することができる。しかしながら、鏡面加工工程Ｓ１１では水と接触しているため、変質層が発生しなくなるとは限らない。
　次に行う加熱工程Ｓ１２および製膜工程Ｓ１３は、それぞれ上記第１の加熱工程Ｓ４および製膜工程Ｓ５と同様の工程である。
　これらの工程を行うことで、上記第１の実施形態と同様なレンズ１を製造することができる。
　次に、本変形例の光学部品の製造方法の具体的な作用について、実験例６に基づいて説明する。実験例６における製造条件は、上記の表１に示す。
［実験例６］
　実験例６では、硝材として、屈折率が１．６０３１１およびアッベ数が６０．７であるＳｉ－Ｂａ系ガラス（Ｔｇ＝９３６（Ｋ）（＝６６３（℃）））から、凸面の曲率半径が１５０ｍｍ、凹面の曲率半径が１００ｍｍ、直径３０ｍｍ、中心肉厚８ｍｍの形状を有するメニスカスレンズの被加工体として作製した（被加工体作成工程Ｓ１０）。
　次に、鏡面加工工程Ｓ１１では、加工液として純水を用いてダイヤモンドを砥粒として含有した固形砥粒砥石によって、この被加工体を研磨加工して、光学鏡面を形成した後、表面の水分をふき取った。
　その後、洗浄工程は行わずに、加熱工程Ｓ１２を行った。
　加熱工程Ｓ１２では、光学鏡面が形成された被加工体を加熱装置９である電気炉に入れ、真空中で加熱処理を行った。
　本実験例では、処理温度による差を調べるため、処理温度Ｔ（Ｋ）を４６８Ｋ、５６２Ｋ、６５５Ｋ、７０２Ｋ、７４９Ｋ、８４２Ｋ、９３６Ｋ、１０３０Ｋ、１１２３Ｋとし、保持時間ｔはいずれも１時間に設定した。各処理温度は、硝材のガラス転移点Ｔｇ＝９３６（Ｋ）の０．５倍、０．６倍、０．７倍、０．７５倍、０．８倍、０．９倍、１倍、１．１倍、１．２倍である。
　また、比較のため、加熱を行わない実験も行った。
　すなわち、本実験例は、上記実験例１に対して、被加工体のガラス材質、形状、鏡面加工工程が異なる。また洗浄工程を行わない点が異なる。
　次に、加熱処理後の被加工体を電気炉から取り出し、上記実験例１と同様にして、製膜を行い（製膜工程Ｓ１３）、製膜後に各レンズの評価を行った。
　本実験例の評価結果を表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表７に示すように、総合評価では、実験例１と同様の結果になったが、Ｔ／Ｔｇが０．９～１．２の範囲において反射特性および密着性による歩留まりが実験例１よりも向上され、それぞれ９８％以上の良好な歩留まりになった。また、反射特性による歩留まりは、加熱なしとＴ／Ｔｇ＝０．５において、実験例１よりは良好な結果になった。
　本実験例によれば、洗浄工程を行っていないので、変質層は鏡面加工工程Ｓ１１のみで生じていると考えられる。
　本実験例によれば、加熱工程による加熱処理を行うことで、洗浄工程を行わない場合でも光学部品の歩留まりを向上できることが明らかになった。
　本実験例の加熱処理が不十分な状態の歩留まりを見れば、鏡面加工工程における水との接触でも反射特性や密着性に影響する変質層が発生していることは明らかである。
　したがって、実験例１～４では、鏡面加工工程における水との接触により変質層が形成され、洗浄工程における水との接触とその変質層の変質度合いが増していることが推測される。
　すなわち、実験例１～６によれば、本発明の加熱工程を行うことにより、鏡面加工工程で発生した変質層も洗浄工程で発生した変質層も改善され、光学部品の歩留まりを向上できることが明らかになった。
　本変形例の鏡面加工工程Ｓ１１について考察すると、加工液である純水中に成分が溶出してしまうことにより、変質層が形成されることは、上記第１の実施形態の鏡面加工工程Ｓ２と同様であるが、本実験例ではさらに鏡面加工工程Ｓ１１で純水を用いたことにより、砥石による加工で生じた光学部品表面における微細なクラックが伸張したことも、反射特性や密着性を悪化させる原因として挙げられる。
　被加工体の表面は、被加工体作成工程Ｓ１０や鏡面加工工程Ｓ１１の除去加工時の多大な応力により、微細なクラックが生じている。このクラックは、水との接触により、エッチングされて伸張してしまうと、研磨後の表面に微細なクラックが残り、このクラック付近における光学薄膜の密着性が悪くなる。このため、膜剥がれが生じやすくなる。
　本発明の加熱処理は、この伸張したクラックも修復あるいは除去する効果もあるため、反射特性とともに密着性も改善させることが出来たと考えられる。
［第２の実施形態］
　次に、本発明の第２の実施形態に係る光学部品の製造方法について説明する。
　図４では、本発明の第１の実施形態の変形例に係る光学部品の製造方法の工程を示すフローチャートを示したが、本発明の第２の実施形態に係る光学部品の製造方法の工程も、図４を用いて説明する。
　本実施形態の光学部品の製造方法は、上記第１の実施形態の鏡面加工工程が、研磨材を分散させた研磨剤を用いて研磨を行う方法であったのに対して、プレス成形（ガラスモールド加工）により金型面形状を被加工体に転写することで鏡面加工を行うようにした方法である。これに伴って、洗浄工程を省略している。
　このため、本実施形態は、工程順序としては上記第１の実施形態の変形例と同様となり、図４に示すように、被加工体作成工程Ｓ２０、鏡面加工工程Ｓ２１、加熱工程Ｓ２２、製膜工程Ｓ２３をこの順に行うことによりレンズ１を製造する。以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
　被加工体作成工程Ｓ２０は、図３（ａ）に示すように、レンズ１のレンズ本体１ｃの近似形状を有する被加工体１３を作製する工程である。
　なお、本実施形態では、プレス成形により鏡面加工を行うため、被加工体１３の形状はプレス成形によりレンズ本体１ｃの形状が形成できる形状であれば、限定されない。例えば、ボール状や平板状などの形状でもよい。
　被加工体１３の作製方法としては、ガラス母材を予め研磨加工等によりボール状、平板状、レンズ本体１ｃのレンズ近似形状等に加工し、いわゆるガラスプリフォームとして被加工体１３を作製する方法や、熱間成形により得られるガラスゴブとして被加工体１３を作製する方法を挙げることができる。
　次に行う鏡面加工工程Ｓ２１は、被加工体１３をプレス成形することにより、レンズ面１ａ、１ｂの形状と光学鏡面を形成する工程である。
　すなわち、特に図示しないが、被加工体１３を、金型内に配置し、適宜の成形装置を用いて、金型をガラス母材のガラス転移点Ｔｇ以上に加熱しながら加圧し、金型内の被加工体１３を加圧変形させて、金型面の面形状を被加工体１３に転写する。被加工体１３の表面に金型面の形状が転写されたら、金型を徐冷してプレス成形されたレンズ本体１ｃを成形装置から取り出す。これにより、鏡面加工工程Ｓ２１が終了する。
　本工程では、被加工体１３をガラス転移点Ｔｇ以上に加熱して加圧するため、鏡面加工前に被加工体１３が水と接触することによって変質層が形成されていたとしても、変質層は除去される。
　次に行う加熱工程Ｓ２２、製膜工程Ｓ２３は、それぞれ上記第１の加熱工程Ｓ４、製膜工程Ｓ５と同様の工程である。
　これらの工程を行うことで、上記第１の実施形態と同様なレンズ１を製造することができる。
　本実施形態によれば、鏡面加工時にはそれ以前に変質層が形成されていたとしても除去され、鏡面加工時に水あるいは水分を用いることがないので、新たに変質層が形成されることはない。ただし、成形装置から取り出して、製膜装置に搬送する間、あるいは製膜工程Ｓ２３を行うまでの保管中に、周囲雰囲気中の水分と接触するなどして、光学鏡面に変質層が発生する可能性はある。
　本実施形態によれば、加熱工程Ｓ２２を行ってから製膜工程Ｓ２３を行うので、鏡面加工工程Ｓ２１と加熱工程Ｓ２２との間に光学鏡面に変質層が発生したとしても、変質層を修復することができる。このため、上記第１の実施形態と同様に、光学部品の歩留まりが向上し、光学部品の生産性を向上することができる。
　なお、上記の第１の実施形態の説明では、加熱工程を製膜装置の製膜室の外部で行ってから、加熱処理された被加工体を製膜室内に搬入する場合の例で説明したが、製膜装置の構成部材に悪影響がない場合には、製膜装置の製膜室内において加熱処理を行ってもよい。この場合、加熱後の被加工体を移動させることなく製膜工程を行うことができるので、より確実に光学鏡面の汚染や変質層の発生を防止することができる。
　また、上記の説明では、被加工体のすべての光学鏡面を形成してから、加熱工程を行う場合の例で説明したが、１つの光学鏡面を形成するごとに洗浄工程を行うような場合は、洗浄工程後にそれぞれ加熱工程を行うようにしてもよい。この場合、先に形成した光学鏡面の変質層をいったん修復することができるので、２回の洗浄工程を経ることにより先に形成した光学鏡面の変質層の悪化を軽減することができる。
　また、上記の各実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
本発明の光学部品の製造方法によれば、ガラス表面に光学薄膜が製膜されて形成される光学部品の光学薄膜の剥離や光学薄膜の光学特性不良の発生を抑制することができ、光学部品の生産性を向上することができる。
１　レンズ（光学部品）
１ａ、１ｂ　レンズ面（光学鏡面）
１ｃ　レンズ本体（鏡面加工された後の被加工体）
２ａ、２ｂ　光学薄膜
５　洗浄槽
６　水系洗浄液
７　超音波振動子
８　レンズホルダー
９　加熱装置
９ｃ　加熱槽（加熱室）
９ｅ　不活性ガス供給口
９ｆ　大気導入口
１０、１３　被加工体
Ｇ　不活性ガス
Ｓ１、Ｓ１０、Ｓ２０　被加工体作製工程
Ｓ２、Ｓ１１、Ｓ２１　鏡面加工工程
Ｓ３　洗浄工程
Ｓ４、Ｓ１２、Ｓ２２　加熱工程
Ｓ５、Ｓ１３、Ｓ２３　製膜工程
Ｔ　処理温度
ｔ　保持時間
ＴＳ　製膜温度
Ｔｇ　ガラス転移点

Claims (10)

  1. 　ガラス製の被加工体の表面を鏡面加工する鏡面加工工程と、
    　鏡面加工された後の前記被加工体を加熱する加熱工程と、
    　前記加熱工程で加熱された後の前記被加工体の表面に光学薄膜の製膜を行う製膜工程と、を備え、
    　前記加熱工程では、前記被加工体の温度が、前記被加工体のガラス転移点Ｔｇ（Ｋ）の０．７５倍以上および１倍以下である、光学部品の製造方法。
  2. 　前記加熱工程では、前記被加工体の温度が、前記製膜工程での前記被加工体の温度より高くなるように加熱を行う、請求項１に記載の光学部品の製造方法。
  3. 　前記鏡面加工工程と前記加熱工程との間に、前記被検体を水系洗浄液により洗浄する洗浄工程を備える、請求項１または２に記載の光学部品の製造方法。
  4. 　前記加熱工程における前記被加工体の加熱を真空中で行う、請求項１～３のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
  5. 　前記加熱工程における前記被加工体の加熱を不活性ガス中で行う、請求項１～３のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
  6. 　前記不活性ガスがヘリウムである、請求項５に記載の光学部品の製造方法。
  7. 　前記加熱工程は、前記製膜工程を行う製膜室とは別に設けられた加熱室で行われる、請求項１～６のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
  8. 　前記被加工体は、少なくともフッ素を含有する光学ガラスからなる、請求項１～７のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
  9. 　前記被加工体は、少なくともリンを含有する光学ガラスからなる、請求項１～７のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
  10. 　前記被加工体は、少なくともビスマスを含有する光学ガラスからなる、請求項１～７のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
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