JP3196952B2 - 光学ガラス素子およびその製造方法 - Google Patents
光学ガラス素子およびその製造方法Info
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Description
など、高精度かつ所望の屈折率の光学ガラス素子をプレ
ス成形により製造する方法に関する。
度の成形面を有する成形用型内に光学用ガラス素材を供
給して、プレス成形することにより、光学機器などに使
用される、例えば、ガラスレンズなどの光学ガラス素子
を製造する方法が提唱されている。ここで注意すべき点
は、一般に、ガラス素材を高温の軟化状態でプレス成形
した場合、成形された光学ガラス素子は、プレス成形前
のガラス素材の光学特性、特に、その屈折率が、プレス
成形後の冷却条件により、大きく変化してしまう。従っ
て、元の屈折率に戻すために、精密プレス後に、屈折率
調整のためのアニール処理(焼きなまし)を行ってい
る。
のようなアニール工程は、数時間の熱サイクルを必要と
し、光学ガラス素子の製造において、コストアップをも
たらす。
ラス素子について、設計値通りの屈折率を得ることがで
き、また、その結果、アニール工程を省略でき、より経
済的に高精度な光学ガラス素子を製造できる方法を提供
することにある。
め選択した組成のガラス素材を溶融・加熱し、これをプ
レス成形することによって、光学ガラス素子を製造する
方法において、プレス成形工程において生ずるガラス素
材の屈折率変化分を、成形された光学ガラス素子に要求
される屈折率の値から差引いた値の屈折率のガラス素材
を用いて、前記プレス成形工程により光学ガラス素子を
成形することで、達成される。
め、プレス成形工程により生じるガラスの屈折率変化分
を求め、その屈折率変化の減少分または増加分だけ最終
製品の屈折率の値から増加または減少させて、所要の屈
折率を選択あるいは調整したガラスを素材として用いる
ので、最終製品としては、所望の設計値通りのものが得
られ、屈折率調整のためのアニール工程が省略できる。
ラス素子は、通常、精密プレスによる成形の際の残留歪
が、複屈折で30nm以下であり、対象となる光学ガラ
ス素子が、特に、複屈折率が問題となるものを除いて、
カメラレンズやビデオレンズなどの分野において、性能
上に何等悪影響を及ばない。
える。プレス成形前のガラスの屈折率を調整する方法と
しては、特に、限定されるべき事項は無いが、ガラスの
組成を変えることにより調整する方法が望ましい。この
ガラス組成の変化による屈折率の調整は公知の手法を採
用すればよい。また、本発明におけるガラスの屈折率変
化分は、600×10-5以下、10×10-5以上(これ
は、成型時のアッベ数νd の変化量=0.61〜0.0
1に対応)である場合に有効であり、更には、350×
10-5以上である場合に非常に有効である。なお、本発
明の光学ガラス素子は、比較的単独で、色収差の出ない
光学ガラスとして、屈折率が1.54〜1.75の硝材
を用いる。
は、特に限定されず、例えば、型内において軟化状態に
あるガラス素材を、型部材でプレス成形し、その型部材
の成形面に対応した光学機能面を形成する公知の各種方
法を採用し得る。なお、本発明において、プレス成形工
程とは、ガラスを型内で加圧する工程のみならず、ガラ
スの屈折率を変化させる要因となるプレス前またはプレ
ス後の工程も含む意味とする。
する。 (実施例1)所望設計値の屈折率nd が1.58313
の光学ガラス素子、例えば、図2に示す形状を有するガ
ラス凸レンズを製造するために、本発明では、以下の工
程を実施した。まず、屈折率nd 1.58313である
市販のガラスを用意した。このガラスは、表1に示す組
成からなるものである。
に、まず、上記SK12の屈折率を具体的に測定したと
ころ、屈折率=1.58297(市販の設定屈折率値の
許容誤差範囲内)アッベ数νd =59.38であった。
このガラスのブロック材から切り出した球形状のガラス
素材を加熱し、成型用型を用いてプレス成形を行なっ
た。このプレス成形時の型の温度履歴およびガラスの温
度履歴を図1に示す。ここでは、図1に示すように、ガ
ラス素材を約100℃で、下型の成形面上に載せ、そこ
で、プレス温度の620℃まで昇温させ、その温度に保
ったまま、上型を降下し、50秒間、プレス成形し、そ
の後、85秒をかけて460℃まで冷却し、成形された
光学ガラス素子(成形レンズ)を型内から取り出し、室
温まで急冷した。この結果、この温度履歴を経た光学ガ
ラス素子(成形レンズ)の屈折率は1.58032、ア
ッベ数νd =59.11となり、成形前の屈折率に較べ
0.00265だけ(アッベ数νd はー0.27だ
け)、その値が小さくなることが解る。
Oの含有量を26.40重量%から27.74重量%に
増やし、SiO2 の含有量を47.40重量%から4
6.06重量%に減らすことによって、屈折率1.58
578(所望の屈折率より0.00265だけ大きい
値)のガラスを調整した。この場合のアッベ数νd =5
9.65である。
ラスを用いて、図1に示す温度履歴のプレス成形を行な
い、その結果、図2に示す形状の光学ガラス素子(成形
レンズ)を得たが、この素子の屈折率nd は1.583
13(=所望値)、アッベ数νd =59.38であり、
その後に通常必要とする、アニールによる屈折率調整が
不要なものであった。また、この素子の複屈折を測定し
たところ、10nm以下であり、150℃で大気中に2
40時間、また、70℃で湿度85%、1000時間
の、耐久テストにおいても形状、屈折率変化はなく、性
能上に問題はなかった。 (実施例2)前記実施例とは異なり、ブロック材から切
り出した球形状のガラスの代わりに、溶融ガラスから直
接、成形品に近似の形状に作成された同形状、同硝種の
ガラス素材(以下、ブランクと称する)を用いてプレス
成形した場合(このブランクをプレス成形した以外は、
実施例1と同様のプロセス、条件で光学ガラス素子を作
成)、対象とした光学ガラス素子(成形レンズ)は、実
施例1と同様に、成形前の屈折率=1.57865に対
して、屈折率=1.57981(アッベ数νd=59.
92に対して、アッベ数νd =60.04)となった。
すなわち、プレス成形により屈折率が0.00116だ
け(アッベ数νd は+0.12だけ)大きくなることが
分かった。
ち、BaOの含有量を26.40重量%から25.81
重量%に減らし、SiO2 の含有量を47.40重量%
から47.99重量%に増やすことによって、屈折率
1.58197(所望の屈折率より0.00226だけ
小さい値)のガラスを調整した。この場合のアッベ数ν
d=59.26である。
用いて、図1に示す温度履歴のプレス成形を行ない、図
2に示す形状の光学ガラス素子(成形レンズ)を得た
が、このガラスレンズの屈折率nd は1.58313
(=所望値)、アッベ数νd =59.38であった。ま
た、その複屈折を測定したところ、10nm以下であ
り、150℃で大気中に240時間、また、70℃で湿
度85%、1000時間の、耐久テストにおいても、そ
の形状、屈折率の変化がなく、性能上に問題はなかっ
た。 (実施例3)この実施例は、上述の実施例2において、
そのガラス(SK12)の組成のうち、SiO2 の含有
量のみを47.40重量%から49.33重量%に増や
すことによって、屈折率1.58197(所望の屈折率
より0.00226だけ小さい値)のガラスを調整し
た。この場合のアッベ数νd =59.26である。
用いて、図1に示す温度履歴のプレス成形を行ない、図
2に示す形状の光学ガラス素子(成形レンズ)を得た
が、このガラスレンズの屈折率nd は1.58313
(=所望値)、アッベ数νd =59.38であった。ま
た、その複屈折を測定したところ、10nm以下であ
り、150℃で大気中に240時間、また、70℃で湿
度85%、1000時間の、耐久テストにおいても、そ
の形状、屈折率の変化がなく、性能上に問題はなかっ
た。 (実施例4)この実施例では、図4に示すような、所望
設計値の屈折率nd が1.69910の光学ガラス素
子、例えばφ=14mm、t=1.3mm、R1=3
7.377mm、R2=17.2mmのガラス凹レンズ
を製造するために、以下の工程を実施した。ここでは、
硝材として、屈折率ndが1.69910である市販の
ガラスを用いた。その組成は以下の表2に示す通りであ
る。
を知るために、まず、上記硝材の屈折率を具体的に測定
したところ、屈折率=1.69910(市販の設定屈折
率値の許容誤差範囲内)アッベ数νd =55.40であ
った。このガラスのブロック材から切り出した球形状の
ガラス素材を加熱し、成型用型を用いてプレス成形を行
なった。このプレス成形時の型の温度履歴およびガラス
の温度履歴を図3に示す。ここでは、図3に示すよう
に、ガラス素材を約100℃で、下型の成形面上に載
せ、そこで、プレス温度の590℃まで昇温させ、その
温度に保ったまま、上型を降下し、50秒間、プレス成
形し、その後、85秒をかけて460℃まで冷却し、成
形された光学ガラス素子(成形レンズ)を型内から取り
出し、室温まで急冷した。この結果、この温度履歴を経
た光学ガラス素子(成形レンズ)の屈折率は1.665
32、アッベ数νd =54.98となり、成形前の屈折
率に較べ0.00378だけ(アッベ数νd はー0.4
2だけ)、その値が小さくなることが解る。
3.00重量%から4.91重量%に増やし、SiO2
の含有量を20.00重量%から18.09重量%に減
らすことによって、屈折率1.70288(所望の屈折
率より0.00378だけ大きい値)のガラスを調整し
た。この場合のアッベ数νd =55.82である。
ラスを用いて、図1に示す温度履歴のプレス成形を行な
い、その結果、図4に示すような所期の形状の光学ガラ
ス素子(成形凹レンズ)を得たが、この素子の屈折率n
d は1.69910(=所望値)、アッベ数νd =5
5.40であり、その後に通常必要とする、アニールに
よる屈折率調整が不要なものであった。また、この素子
の複屈折を測定したところ、10nm以下であり、15
0℃で大気中に240時間、また、70℃で湿度85
%、1000時間の、耐久テストにおいても形状、屈折
率変化はなく、性能上に問題はなかった。
ガラスのプレス成形、およびブランクを用いたプレス成
形の実施例について説明したが、本発明は、これらに限
定されるものではない。例えば、溶融ガラスから所望量
のガラス塊(ガラスゴブ)を得て、直接、プレス成形型
に供給し、プレス成形を行なうことによって、所望の形
状精度の表面状態を有する光学ガラス素子を得る方法
(以下、ダイレクトプレスと称する)を採用するのが、
本発明において、特に有効である。
融状態にあるガラスから、ガラス粘度で10-2〜104
dPa・sとなる温度において、所望量のガラス素材を
取り出す工程(A)と、取り出したガラス素材を、ガラ
ス粘度でが104 〜1010dPa・sとなる温度に調整
する工程(B)と、調温したガラスを、ガラス粘度で1
011〜1014dPa・sとなる温度に調整したプレス成
形型に供給する工程(C)と、前記プレス成形型に荷重
を加えることによって、ガラス素材をプレス成形する工
程とを含んでいる。
ガラスプレフォームの作成が不要となり、溶融ガラスか
ら直接、取り出し、所定温度に制御しただけのガラスゴ
ブをガラスプレフォームとして使用でき、更には、プレ
フォームのための型が不要であり、その方を用いる予備
成形などの多数の工程も不要となるので、成形タクトが
短く、製造工程全体として、簡易な光学ガラス素子の製
造方法になる。ただし、この方法においては、プレス成
形工程により生じるガラスの屈折率変化分が比較的大き
い。そこで、これに、本発明の方法を適用し、その屈折
率変化分を調整すれば、本発明の製造方法は、非常に有
用な方法となり、また、成形タクトを更に短くすること
が可能となる。
更に、成形ガラスを、そのガラス粘度で1010〜1013
dPa・sとなる温度にある時、成形ガラスを成形用型
から取り出す工程と、前記成形ガラスを、10℃/分以
上の冷却速度で、ガラス粘度で1014dPa・sとなる
温度以下に冷却する工程とを含んでいるがこと望まし
い。
の通りである。その第1の特徴は、予め選択した組成の
ガラス素材を溶融・加熱し、これをプレス成形すること
によって、光学ガラス素子を製造する方法において、プ
レス成形工程において生ずるガラス素材の屈折率変化分
を、成形された光学ガラス素子に要求される屈折率の値
から差引いた値の屈折率のガラス素材を用いて、前記プ
レス成形工程により光学ガラス素子を成形することであ
り、この場合、予め選択した組成のガラス素材に対し
て、そのガラスの組成を変化させることによって、前記
屈折率変化分を、成形された光学ガラス素子が要求され
る屈折率の値から差引いた値の屈折率のガラス素材に調
整する工程を含むと良い。
は、溶融状態にあるガラスから、ガラス粘度で10-2〜
104 dPa・sとなる温度において、所望量のガラス
素材を取り出す工程と、取り出したガラス素材を、ガラ
ス粘度で104 〜1010dPa・sとなる温度に調整す
る工程と、調温したガラス素材を、ガラス粘度で10 11
〜1014dPa・sとなる温度に調整したプレス成形型
に供給する工程と、前記プレス成形型に荷重を加えるこ
とによって、前記ガラス素材をプレス成形する工程とを
含むことにある。
が、ガラス組成に、少なくとも、SiO2 ,BaO,B
2 O3 のいずれか一つの成分を含み、前記組成中のBa
Oが40重量%以下、あるいは/およびSiO2 が60
重量%以下のガラス素材から、プレス成形工程において
生ずるガラス素材の屈折率変化分を、成形された光学ガ
ラス素子に要求される屈折率の値から差引いた値の屈折
率のガラス素材を選択し、あるいは、組成の調整をし
て、プレス成形によって成形されることで、その屈折率
nd =1.54〜1.75、アッベ数νd =50〜65
の範囲内にあることであり、あるいは、前記組成中にS
iO2 が1.5重量%以下、あるいは/および、BaO
が3.5重量%以下を添加して、プレス成形工程におい
て生ずるガラス素材の屈折率変化分を、成形された光学
ガラス素子に要求される屈折率の値から差引いた値の屈
折率のガラス素材を得て、これをプレス成形すること
で、その屈折率nd =1.58313(許容範囲±0.
00030)、アッベ数νd =59.4(許容範囲±
0.20)としたことである。
プレス成形工程による屈折率変化分を予めガラス素材の
屈折率に関して調整して置くことにより、プレス成形
後、設計値通りの屈折率を得ることができ、アニール工
程の廃止により、より経済的に、高精度な光学ガラス素
子のプレス成形が可能になる等の優れた効果が得られ
る。
および成形型の熱サイクルを示す図である。
ある。
び成形型の熱サイクルを示す図である。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 予め選択した組成のガラス素材を溶融・
加熱し、これをプレス成形することによって、光学ガラ
ス素子を製造する方法において、プレス成形工程におい
て生ずるガラス素材の屈折率変化分を、成形された光学
ガラス素子に要求される屈折率の値から差引いた値の屈
折率のガラス素材を用いて、前記プレス成形工程により
光学ガラス素子を成形することを特徴とする光学ガラス
素子の製造方法。 - 【請求項2】 予め選択した組成のガラス素材に対し
て、そのガラスの組成を変化させることによって、前記
屈折率変化分を、成形された光学ガラス素子が要求され
る屈折率の値から差引いた値の屈折率のガラス素材に調
整する工程を有する請求項1に記載の光学ガラス素子の
製造方法。 - 【請求項3】 ガラス素材の屈折率変化分が600×1
0-5以下であり、かつ、10×10-5以上であることを
特徴とする請求項1または2に記載の光学ガラス素子の
製造方法。 - 【請求項4】 前記プレス成形は、溶融状態にあるガラ
スから、ガラス粘度で10-2〜104 dPa・sとなる
温度において、所望量のガラス素材を取り出す工程と、
取り出したガラス素材を、ガラス粘度で104 〜1010
dPa・sとなる温度に調整する工程と、調温したガラ
ス素材を、ガラス粘度で1011〜10 14dPa・sとな
る温度に調整したプレス成形型に供給する工程と、前記
プレス成形型に荷重を加えることによって、前記ガラス
素材をプレス成形する工程とを含むことを特徴とする請
求項1ないし3に記載の光学ガラス素子の製造方法。 - 【請求項5】 ガラス組成に、少なくとも、SiO2 ,
BaO,B2 O3 のいずれか一つの成分を含み、前記組
成中のBaOが40重量%以下、あるいは/およびSi
O2 が60重量%以下のガラス素材から、プレス成形工
程において生ずるガラス素材の屈折率変化分を、成形さ
れた光学ガラス素子に要求される屈折率の値から差引い
た値の屈折率のガラス素材を選択し、あるいは、組成の
調整をして、プレス成形によって成形されることで、そ
の屈折率nd =1.54〜1.75、アッベ数νd =5
0〜65の範囲内にあることを特徴とする光学ガラス素
子。 - 【請求項6】 ガラス組成に、少なくとも、SiO2 ,
BaO,B2 O3 のいずれか一つの成分を含むガラス素
材に対して、前記組成中にSiO2 が1.5重量%以
下、あるいは/および、BaOが3.5重量%以下を添
加して、プレス成形工程において生ずるガラス素材の屈
折率変化分を、成形された光学ガラス素子に要求される
屈折率の値から差引いた値の屈折率のガラス素材を得
て、これをプレス成形することで、その屈折率nd =
1.58313(許容範囲±0.00030)、アッベ
数νd =59.4(許容範囲±0.20)となることを
特徴とする光学ガラス素子。
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