赤外用レンズ製造方法

【課題】材料であるカルコゲナイドガラスに無駄が生じないようにするとともに、プリフォームを簡単な型で形成しても成形時にガス残りすることのないようにする。
【解決手段】本発明による赤外用レンズの製造方法は、円形断面の棒状に形成されたカルコゲナイドガラス棒を作製する工程と、前記カルコゲナイドガラス棒を円盤状に切断して光学チップを切り出す工程と、プリフォーム成形用金型を用いて前記光学チップからプリフォームを作製する工程と、前記プリフォームをプレスして赤外用レンズを形成する工程と、からなることを特徴とする。前記円盤状に切り出される光学チップは、その光学チップから形成される前記赤外用レンズの体積と略等しいようにする。前記赤外用レンズは凸の光学面を有し、前記プリフォームは前記赤外用レンズの前記凸の光学面より曲率半径の小さい凸の曲面を有するようにする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルコゲナイドガラスを用いた赤外用レンズの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガラスレンズ等を成形する方法として、変形可能な温度にまで加熱したプリフォームを一対の転写面を有する金型で加圧して転写面に形成された光学面形状をプリフォームに転写してガラスレンズを成形し、その後、取り出し可能な温度にまで冷却してから金型を開いて成形されたガラスレンズを取り出す方法が用いられている。この製造方法は、プリフォームや成形されたレンズの運搬をロボットで行う自動搬送装置を用いることによって無人でレンズの生産が可能であり、また、成形後に研削・研磨工程を必要としないなどの利点がある。
【０００３】
一方、カルコゲナイドガラスは、光透過周波数が一般的な酸化物系ガラスに比べて長波長側にあるため、赤外線を利用するエネルギ伝送やサーマルイメージセンサなど、赤外線透過用レンズとして用いられている。
【０００４】
下記特許文献１には、溶融したカルコゲナイドガラスを球状にして、石英ガラス製の型で成形することで、レンズ面の平滑度が高く、傷などのない良質なカルコゲナイドガラスレンズの作製方法が示されている。形成されるレンズが凸面の場合、プレスする型の転写面は凹面となるので、プリフォーム側の面は前記凹面より曲率半径の小さい凸面にしなければならないので、プリフォームを球状にする。これは、型の転写面とプリフォームとの間に空気やガスが封じ込まれ、プリフォームに転写される光学面形状に歪みが生じてしまうことを防ぐためである。
【０００５】
下記特許文献２には、加熱し軟化した光学ガラスを予備成形コア型で上下からプレスして両面が凸のプリフォームを成形した後、プリフォームのフランジ部を胴型で保持したまま、本成形コア型で上下からプレスしてレンズを成形するレンズの成形方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０２−１６０６３１号公報
【特許文献２】特開平０３−２６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に記載されているように、凸面を有するレンズをプレス成形する場合、プリフォームは前記凸面より曲率半径の小さい凸面にしなければならず、プリフォームの作製に時間がかかる他、ある程度の精度を有するプリフォーム用の型も必要となるなど、コストが嵩む。また、フランジ部を余分なガラス材料の溜まり場として兼用し、余ったガラス材料をフランジ部で吸収するようにしている。
【０００８】
ここで、レンズの材料として高価なカルコゲナイドガラスを用いる場合、できるだけプリフォーム（ガラス素材）の量（体積）は無駄にしないようにすることが望まれる。しかし、特許文献１のような溶解する方法では量を正しく管理することは難しく、プリフォームを適正な量にするには、プリフォームを切削しなければならないので、やはり無駄が生じる。
【０００９】
本発明は、赤外用レンズを成形する材料であるカルコゲナイドガラスに無駄が生じないようにするとともに、プリフォームを簡単な型で形成しても成形時にガス残りすることのない安価な赤外用レンズの製造方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による赤外用レンズの製造方法は、円形断面の棒状に形成されたカルコゲナイドガラス棒を作製する工程と、前記カルコゲナイドガラス棒を円盤状に切断して光学チップを切り出す工程と、プリフォーム成形用金型を用いて前記光学チップからプリフォームを作製する工程と、前記プリフォームをプレスして赤外用レンズを形成する工程と、からなることを特徴とする赤外用レンズ製造方法。
【００１１】
前記円盤状に切り出される光学チップは、その光学チップから形成される前記赤外用レンズの体積と略等しいようにすると良い。前記赤外用レンズは凸の光学面を有し、前記プリフォームは前記赤外用レンズの前記凸の光学面より曲率半径の小さい凸の曲面を有するようにすると良い。
【００１２】
前記プリフォーム成形用金型は、円形の貫通孔を中央に有する下型と、前記下型に装填された前記プリフォームの一部が前記貫通孔に押し出されるように前記プリフォームを下方に押圧する上型と、前記上型と下型とに跨って外嵌される胴型と、から構成されるようにすると良い。前記貫通孔は下方に行くに従って小径となる円錐面形状に形成しても良い。あるいは、前記貫通孔に代わって、下方に行くに従って小径となる円錐面とその円錐面に連なる球面からなる押出穴を形成するようにしても良い。前記押出穴の中央にガス抜き用の小さい開口を設けても良い。前記上型は、凹の曲面からなる押圧面を有するとともに前記下型に形成された前記貫通孔より小径のガス抜き孔が設けられるようにすると良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プリフォームを成形する型は円形の貫通孔が形成されただけの簡単なものであり、成形のために使用するカルコゲナイドガラスの重量は成形される赤外用レンズの重量と略等しく、カルコゲナイドガラスを無駄に使用することがないので、その分、材料が少なく、これによって安価に赤外用レンズを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるレンズ製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明による製造工程の中で作られるカルコゲナイドガラス棒の斜視外観図である。
【図３】カルコゲナイドガラス棒からチップを切り出す説明図である。
【図４】プリフォームを形成する予備成形金型の模式的断面図である。
【図５】プリフォームを形成する説明図である。
【図６】レンズを形成する本成形金型の模式的断面図である。
【図７】レンズを形成する説明図である。
【図８】別の予備成形金型の模式的断面図である。
【図９】図８によってプリフォームを形成する説明図である。
【図１０】別の予備成形金型の模式的断面図である。
【図１１】図１０によってプリフォームを形成する説明図である。
【図１２】両凸レンズ用プリフォームの予備成形金型の模式的断面図である。
【図１３】図１２によってプリフォームを形成する説明図である。
【図１４】両凸レンズを形成する本成形金型の模式的断面図である。
【図１５】両凸レンズを形成する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示されるように、本発明による赤外レンズ製造方法は、レンズ材料としてカルコゲナイドガラスを用いてプリフォームを作製し、その後、プレス成形により赤外用レンズを形成する４つの工程からなる。
【００１６】
（第１工程）円形断面の棒状に形成されたカルコゲナイドガラス棒を作製する。
【００１７】
（第２工程）前記カルコゲナイドガラス棒を円盤状に切断して光学チップを切り出す。
【００１８】
（第３工程）プリフォーム成形用金型を用いて前記光学チップからプリフォームを作製する。
【００１９】
（第４工程）前記プリフォームをプレスして赤外用レンズを形成する。
【００２０】
次に、前記４つの工程について、図２〜１２による具体例で説明する。図２に示されるように、カルコゲナイドガラスを円形断面の棒状に形成してカルコゲナイドガラス棒１１を作製する。その後、図３に示されるように、これを円盤状に切断して、成形する赤外用レンズ（以下、単にレンズという）１６（図７参照）と同じ量のカルコゲナイドガラスチップ（以下、単にガラスチップという）１２を作製する。
【００２１】
図４に示されるように、プリフォーム１４（図５参照）の形成には、一対の押圧面２１，２２が同一軸上で対向するように配置された上型２３及び下型２４と、上型２３及び下型２４に外嵌される胴型２５とからなる予備成形金型２０が用いられる。下型２４には中央にガラスチップ１２の直径より少し小さい径の貫通孔２６が形成され、貫通孔２６の開口縁には位置決め用凹部（以下、単に凹部という）２７が形成される。ガラスチップ１２は予め加熱された後に凹部２７に載置される。このように、予備成形金型２０は一般的なレンズ成形金型のように光学面形状を転写する転写面は有しておらず、寸法精度も粗く、下型２４は貫通孔２６が、上型は平坦な押圧面２１があるのみで、非常に安価である。
【００２２】
図５に示されるように、予備成形金型２０に装填されたガラスチップ１２は予備成形金型２０とともに加熱され、ガラス転移温度以上になった状態で加圧される。ガラスチップ１２は下面側が貫通孔２６に押し出され、押し出された先端が重力で半球形状に形成される。このようにして形成されたプリフォーム１４はガラス転移温度より低い温度まで冷却され減圧された後に予備成形金型２０が開かれて取り出される。プリフォーム１４に形成された半球形状面１５の曲率半径は、レンズ１６の光学面形状（図６の転写面３２と同じ）の曲率半径より小さい。
【００２３】
図６に示されるように、レンズ１６の形成には、一対の転写面３１，３２が同一軸上で対向するように配置された上型３３及び下型３４と、上型３３及び下型３４に外嵌される胴型３５とからなる本成形金型３０が用いられる。上型３３の転写面３１は凸面に、下型３４の転写面３２は凹面に形成されている。プリフォーム１４は転写面３２に載置されて加熱される。
【００２４】
図７に示されるように、本成形金型３０に装填されたプリフォーム１４は本成形金型３０とともに加熱され、ガラス転移温度以上になった状態で加圧されてレンズ１６に形成される。レンズ１６はガラス転移温度より低い温度まで冷却され減圧された後に本成形金型３０が開かれて取り出される。
【００２５】
次に、予備成形金型用下型についての別の実施形態を説明する。図８に示されるように、予備成形金型４０は下型４１に形成される貫通孔４２が、下方に行くに従って小径となる円錐面４３を有している。図９に示されるように、この予備成形金型４０によって形成されるプリフォーム４５は、押し出されて重力で半球状に形成される先端の曲率半径が、予備成形金型２０の時のプリフォーム１４に比べて小さく形成される。
【００２６】
あるいは、図１０，１１に示されるようにしても良い。予備成形金型５０の下型５１には、下方に行くに従って小径となる円錐面５３と、それに連なる球面５４とからなる押出穴５２が形成されており、押出穴５２の中央にはガス抜き用の小さい開口５５が形成されている。球面５４の曲率半径はレンズ１６を形成する本成形金型３０の下型３４の転写面３２より小さく形成される。この予備成形金型５０によって形成されるプリフォーム５７は、押出穴５２と同じ形状に形成された凸部５８の先端中央に開口５５による小さい突起ができるが、レンズの成形に問題となるものではない。また、開口５５にガラスが進入するまで押圧しなくても良く、その場合、凸部５８の表面に多少の歪みが生じることがあるが、これも問題となるものではない。
【００２７】
次に、別の実施形態について説明する。図１２に示されるように、予備成形金型６０は、押圧面６１，６２を有する上型６３及び下型６４と、胴型６５とからなり、押圧面６１は凹の曲面になっている。下型６４の中央には貫通孔６６が形成され、上型６３の押圧面６１の中央には貫通孔６６より小径のガス抜き孔６８が形成されている。
【００２８】
図１３に示されるように、予備成形金型６０に装填されたガラスチップ１２は予備成形金型６０とともに加熱され、ガラス転移温度以上になった状態で加圧される。加圧されたガラスチップ１２は下面側が貫通孔６６に押し出されると同時に上面側が押圧面６１に倣って曲面形状に形成される。この時、ガラスチップ１２と押圧面６１の間の空気（あるいはガス）はガス抜き孔６８から排出される。このようにして形成されたプリフォーム７８はガラス転移温度より低い温度まで冷却されてから取り出される。
【００２９】
図１４，１５に示されるように、一対の転写面７１，７２が同一軸上で対向するように配置された上型７３及び下型７４と、胴型７５とからなる本成形金型７０によってレンズ７９が形成される。転写面７１は、押圧面６１の曲率半径より大きい曲率半径の凹面に形成されており、プレス時にプリフォーム７８との間に空気（あるいはガス）が残ることはなく、プリフォーム７８が加熱・加圧されて両面が凸のレンズ７９が形成される。
【００３０】
なお、前記実施形態において、予備成形金型の下型に形成された位置決め用凹部はなくても良いし、位置決め用マークであっても良い。位置決め用マークとしては、ガラスチップ１２と同径の円であることが望ましく、あるいは、その円上の数ヶ所に設けられた点や三角印であっても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１１カルコゲナイドガラス棒
１２ガラスチップ（カルコゲナイドガラスチップ）
１４，４５，５７，７８プリフォーム
１６，７９レンズ（赤外用レンズ）
２０，４０，５０，６０予備成形金型
２１，２２，６１，６２押圧面
２３，３３，６３，７３上型
２４，３４，４１，５１，６４，７４下型
２５，３５，６５，７５胴型
２６，４２，６６貫通孔
２７凹部（位置決め用凹部）
３０，７０本成形金型
３１，３２，７１，７２転写面
４３，５３円錐面
５２押出穴
５４球面
５５開口
６８ガス抜き孔

【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形断面の棒状に形成されたカルコゲナイドガラス棒を作製する工程と、
前記カルコゲナイドガラス棒を円盤状に切断して光学チップを切り出す工程と、
プリフォーム成形用金型を用いて前記光学チップからプリフォームを作製する工程と、
前記プリフォームをプレスして赤外用レンズを形成する工程と、
からなることを特徴とする赤外用レンズ製造方法。
【請求項２】
前記円盤状に切り出された光学チップは、その光学チップから形成される前記赤外用レンズの体積と略等しいことを特徴とする請求項１記載の赤外用レンズ製造方法。
【請求項３】
前記赤外用レンズは凸の光学面を有し、前記プリフォームは前記赤外用レンズの前記凸の光学面より曲率半径の小さい凸の曲面を有することを特徴とする請求項１又は２記載の赤外用レンズ製造方法。
【請求項４】
前記プリフォーム成形用金型は、円形の貫通孔を中央に有する下型と、前記下型に装填された前記プリフォームの一部が前記貫通孔に押し出されるように前記プリフォームを下方に押圧する上型と、前記上型と下型とに跨って外嵌される胴型と、からなることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の赤外用レンズ製造方法。
【請求項５】
前記貫通孔は、下方に行くに従って小径となる円錐面を有することを特徴とする請求項４記載の赤外用レンズ製造方法。
【請求項６】
前記プリフォーム成形用金型は、下方に行くに従って小径となる円錐面とその円錐面に連なる球面からなる押出穴を有する下型と、前記下型に装填された前記プリフォームの一部が前記貫通孔に押し出されるように前記プリフォームを下方に押圧する上型と、前記上型と下型とに跨って外嵌される胴型と、からなることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の赤外用レンズ製造方法。
【請求項７】
前記押出穴の中央にガス抜き用の小さい開口が設けられたことを特徴とする請求項６記載の赤外用レンズ製造方法。
【請求項８】
前記上型は、凹の曲面からなる押圧面を有するとともに前記押圧面の中央にガス抜き孔が設けられたことを特徴とする請求項４〜７いずれか記載の赤外用レンズ製造方法。

【図１】