光學元件的制造方法及光學元件與流程

【技術領域】

本發明涉及制造光學元件的光學元件的制造方法及光學元件。

背景技術：

以往，進行通過基于磨削的外徑定心磨邊加工而使透鏡的外周面形成為粗糙面的方法。由此，在入射到透鏡中的一部分光成為雜散光而射到外周面時，通過粗糙面上的漫反射防止疊影或光斑。

圖6a是示出外周面為磨削面200a的透鏡200的截面圖。

圖6b是示出外周面為鏡面300a的透鏡300的截面圖。

如圖6a所示，在透鏡200的外周面為磨削面200a的情況下，雜散光l10在磨削面200a通過漫反射而發生散射(散射光l11、l12、l13)。因此，能夠防止疊影和光斑。

另一方面，如圖6b所示，在透鏡300的外周面為鏡面300a的情況下，雜散光l20在磨削面200a發生反射(反射光l21)。因此，該反射光l21產生疊影或光斑。

因此，從防止疊影和光斑的觀點出發，優選透鏡的外周面為圖6a所示的磨削面200a那樣的粗糙面。但是，近來，要求透鏡外徑的精度提高，在通過磨削形成高精度的外徑時，產生了成本變得非常高的問題。

關于這一點，通過使成形材料加熱軟化而成形光學元件來形成高精度的外徑可直接轉印外徑細調節部件的精度，因此能夠低成本地進行量產。另外，通過使該外徑細調節部件具有凹凸，還能夠成形具有凹凸外周面的光學元件(例如，參見專利文獻1)。

另外，已知有通過對光學元件的有效徑外照射紫外線而形成著色為灰色的雜散光抑制區域的方法(例如，參見專利文獻2)。

此外，作為對透光性材料實施標印的標印方法，已知有利用激光對透光性材料的內部實施標印的方法(例如，參見專利文獻3)。

【現有技術文獻】

【專利文獻】

專利文獻1：日本特開2000-203852號公報

專利文獻2：日本特開2007-163551號公報

專利文獻3：日本專利第3208730號公報

技術實現要素：

【發明所要解決的課題】

如上所述利用外徑細調節部件使光學元件形成凹凸外周面的方法中，通過成形而形成包含自由表面的凹凸外周面，因此無法使雜散光充分地散射，無法可靠地防止疊影、光斑等由雜散光所致的弊害。另外，會產生下述問題：由于外周面的凹凸而導致無法高精度地形成外徑；或者在形成光學元件與外徑細調節部件的線膨脹差以上的凹凸時，所成形的光學元件無法從外周細調節部件中脫出。

另外，如上所述形成著色為灰色的雜散光抑制區域的方法中，雜散光抑制區域的形成需要長時間，或者由于光學元件的材料而難以充分著色。此外，無法使雜散光散射，因此無法可靠地防止由雜散光所致的弊害。

需要說明的是，通過使外周面保持成形后的鏡面而不對光學元件的外周面進行磨削等處理，能夠高精度低成本地形成外徑。但是，為了防止由雜散光所致的弊害，需要實施在外周面涂布加入有添加劑的涂料等對策，由于例如涂料的膜厚的偏差，結果導致外徑的精度變差。

需要說明的是，上述現有技術的問題不僅在透鏡中發生，而且在棱鏡等其他光學元件中也會發生。另外，關于外徑的精度已有記述，但在光學元件為多邊筒狀的情況下，對于1邊的長度、寬度等其他外形尺寸也同樣地要求精度。

本發明的目的在于提供能夠高精度地形成外形尺寸、同時能夠簡單且可靠地防止由雜散光所致的弊害的光學元件的制造方法及光學元件。

【用于解決課題的手段】

本發明的光學元件的制造方法具有下述工序：成形工序，使成形材料加熱軟化而成形光學元件；以及散射區域創建工序，在實質上維持通過成形而形成的上述光學元件的外形尺寸的同時，在上述光學元件的有效徑外創建散射區域。

本發明的光學元件是通過使成形材料加熱軟化而成形的光學元件，其具有在實質上維持通過成形而形成的外形尺寸的同時在有效徑外創建的散射區域。

【發明的效果】

根據本發明，能夠高精度地形成外形尺寸，同時能夠簡單且可靠地防止由雜散光所致的弊害。

【附圖說明】

圖1是示出本發明第1實施方式中的光學元件的成形狀態的截面圖。

圖2a是用于說明本發明第1實施方式中的散射區域的創建的主視圖。

圖2b是用于說明本發明第1實施方式中的散射區域的創建的右側視圖。

圖3a是用于說明本發明第2實施方式中的散射區域的創建的主視圖。

圖3b是用于說明本發明第2實施方式中的散射區域的創建的右側視圖。

圖4a是用于說明本發明第3實施方式中的散射區域的創建的主視圖。

圖4b是用于說明本發明第3實施方式中的散射區域的創建的右側視圖。

圖5a是用于說明本發明第4實施方式中的散射區域的創建的主視圖。

圖5b是用于說明本發明第4實施方式中的散射區域的創建的右側視圖。

圖6a是示出外周面為磨削面的透鏡的截面圖。

圖6b是示出外周面為鏡面的透鏡的截面圖。

【具體實施方式】

<第1實施方式>

圖1是示出本發明第1實施方式中的光學元件100的成形狀態的截面圖。

圖1所示的模具組10具有上模具11、下模具12和主模具13。

上模具11呈大致圓柱狀，在底面形成有凸狀成形面11a。

下模具12呈大致圓柱狀，在上表面形成有平面狀成形面12a。

需要說明的是，上模具11和下模具12為一對成形模具的一例，上述的形狀只不過是一例。

主模具13呈筒狀，位于上模具11和下模具12的周圍。在主模具13的內周形成有內周成形面13a。

上模具11由未圖示的加壓手段向下方擠壓，由此在主模具13內滑動而對光學元件100進行加壓。

光學元件100通過在利用例如來自模具組10的熱傳導將成形材料加熱軟化的狀態下藉由模具組10(例如上模具11)進行加壓使其成形而得到(成形工序)。光學元件100例如為透鏡。另外，成形材料優選為玻璃。

圖2a和圖2b中示出的通過光學元件100的成形而形成的外徑e即使經歷后述的散射區域創建工序也實質上得以維持。因此，光學元件100的外徑e在成形工序中形成為所期望的尺寸即可。

需要說明的是，光學元件100在后述的散射區域創建工序前被冷卻至例如玻璃化轉變點以下的溫度。因此，成形工序包括對成形材料進行加熱的加熱工序、對加熱后的成形材料進行加壓的加壓工序、以及對加壓后的成形材料進行冷卻的冷卻工序。

光學元件100通過由上模具11、下模具12以及主模具13轉印形狀而形成上成形面100b、下成形面100c以及外周成形面100d。在上成形面100b上由凸狀成形面11a轉印形狀，因此在中央形成凹部100b-1。光學元件100的形狀例如為圓板狀、圓柱狀等，也可以為多棱柱狀等其他形狀。

光學元件100的有效徑100a為發揮光學特性的部分(光學功能面)，例如在俯視時為比上成形面100b的凹部100b-1窄的部分。詳細情況在下文中敘述，在本實施方式中，作為有效徑100a的外側的一例，在比凹部100b-1更靠外側的區域創建散射區域100f。

光學元件100中，不與上模具11、下模具12以及主模具13接觸的部分、即上成形面100b與外周成形面100d之間以及下成形面100c與外周成形面100d之間的部分為自由表面(非成形面)100e。該自由表面100e例如為鏡面。

接著，對散射區域創建工序進行說明，該工序中，在實質上維持通過成形而形成的光學元件100的外徑e的同時，在光學元件100的有效徑100a外創建散射區域100f。需要說明的是，外徑e為外形尺寸的一例，作為其他外形尺寸，也可以舉出光學元件100為多邊筒狀的情況下的1邊的長度、寬度等尺寸。

圖2a和圖2b為用于說明第1實施方式中的散射區域100f的創建的主視圖和右側視圖。

如圖2a和圖2b所示，光學元件100在由一對旋轉保持部21、22保持的狀態下，通過這些旋轉保持部21、22的旋轉而進行旋轉(箭頭d2)。

激光照射部23藉由聚光透鏡23a而對光學元件100照射激光l。激光照射部23在光學元件100的厚度方向(箭頭d1)上自由移動。

在本實施方式中，作為有效徑100a外的部分的一例，激光照射部23對光學元件100的外周面即外周成形面100d和自由表面100e照射激光l。

由此，在光學元件100的外周成形面100d和自由表面100e上通過激光標印而創建作為裂紋或變質層的散射區域100f。需要說明的是，也可以僅在外周成形面100d和自由表面100e之中的一者上創建散射區域100f。另外，也可以僅在外周成形面100d和自由表面100e的一部分創建散射區域100f。

散射區域100f是在實質上維持通過成形工序而形成的光學元件100的外徑e的同時創建的。需要說明的是，光學元件100的外徑e實質上得以維持的情況是指光學元件100的外徑e即使經歷散射區域創建工序也不會有例如超過5μm的變動的情況。

需要說明的是，在像以往那樣通過磨削而在光學元件100的外周面形成粗糙面的情況下，為了加工至變動不超過5μm，憑通常的加工是很困難的，從而成為成本提高的原因。

激光照射部23在光學元件100的外周1周創建散射區域100f后，沿厚度方向(箭頭d1)移動，再次在光學元件100的外周1周創建散射區域100f，反復進行這樣的操作即可。但是，也可以在使激光照射部23沿厚度方向(箭頭d1)微動且使光學元件100旋轉的同時，創建散射區域100f。另外，也可以不使光學元件100旋轉而使激光照射部23在光學元件100的周圍旋轉。

在激光l為飛秒激光等超短脈沖激光的情況下，散射區域100f在熱傳導前在短時間內形成變質層，因而不會產生裂紋。但是，由于散射區域100f創建于有效徑100a外，因而即使存在裂紋，只要裂紋的尺寸小，則多數情況下實質上不會產生問題。

在上述說明的第1實施方式中，光學元件100的制造方法具有下述工序：成形工序，使成形材料加熱軟化而成形光學元件100；以及散射區域創建工序，在實質上維持通過成形而形成的光學元件100的外徑e(外形尺寸的一例)的同時，在光學元件100的有效徑100a外創建散射區域100f。

因此，能夠創建散射區域100f而不會像磨削或成形時形成粗糙面的情況那樣使外徑e的精度變差。另外，通過創建散射區域100f，不會像以往在光學元件100的內部形成著色部分的情況那樣需要時間，能夠可靠地利用散射區域100f防止疊影、光斑等由雜散光所致的弊害。

另外，根據本實施方式，能夠在高精度地形成外徑e的同時簡單且可靠地防止由雜散光所致的弊害。

另外，在本實施方式中，通過對作為光學元件100的外周面的外周成形面100d照射激光l，在外周成形面100d上形成裂紋或變質層，而在外周成形面100d上創建散射區域100f。

因此，能夠通過對外周成形面100d照射激光l而創建散射區域100f，因而能夠簡單地防止由雜散光所致的弊害。

另外，在本實施方式中，通過對光學元件100的自由表面100e照射激光l，在自由表面100e上形成裂紋或變質層，而在自由表面100e上創建散射區域100f。

特別是在未進行定心磨邊加工而僅通過成形得到的光學元件100中，明確了例如作為鏡面的自由表面100e中的內部反射成為產生疊影或光斑等弊害的主要原因。因此，通過在自由表面100e上創建散射區域100f，能夠簡單且可靠地防止由雜散光所致的弊害。

<第2實施方式>

在本實施方式中，在使散射區域100g的位置為光學元件100的內部這一點上與第1實施方式不同，其他是同樣的。因此，省略詳細的說明。

圖3a和圖3b是用于說明第2實施方式中的散射區域100g的創建的主視圖和右側視圖。

在本實施方式中，如圖3a和圖3b所示，光學元件100也在由一對旋轉保持部21、22保持的狀態下，通過這些旋轉保持部21、22的旋轉而進行旋轉(箭頭d2)。另外，在本實施方式中，激光照射部23也在光學元件100的厚度方向(箭頭d1)上自由移動。

在本實施方式中，激光照射部23對光學元件100的有效徑100a外的內部照射激光l。由此，在光學元件100的內部創建作為裂紋或變質層的散射區域100g。

由于散射區域100g創建于光學元件100的內部，因而外徑e與通過成形工序而形成的外徑相比無變化地得以維持(實質上得以維持)。

在本實施方式中，激光照射部23也是在光學元件100的外周1周創建散射區域100f后，沿厚度方向(箭頭d1)移動，再次在光學元件100的外周1周創建散射區域100f，反復進行這樣的操作即可。由此，在光學元件100的內部以圓筒狀創建散射區域100g。

需要說明的是，在跨越光學元件100的上成形面100b和下成形面100c而創建作為裂紋的散射區域100g時，光學元件100有可能不完整或缺損。因此，使散射區域100g的兩端位于與上成形面100b、下成形面100c之間隔有間隔的位置而使其不露出于外部即可。

另外，為了使雜散光不容易到達自由表面100e，內部的散射區域100g創建于光學元件100的光的入射側與自由表面100e之間即可。

另外，激光照射部23可以從光學元件100的上成形面100b側或者從下成形面100c側沿厚度方向(箭頭d1)照射激光l。但是，在這種情況下，若不從厚度方向(箭頭d1)的里側朝向面前創建散射區域100g，則先前創建的散射區域100g會阻礙散射區域100g的創建。

在以上說明的第2實施方式中，光學元件100的制造方法也具有下述工序：成形工序，使成形材料加熱軟化而成形光學元件100；以及散射區域創建工序，在實質上維持通過成形而形成的光學元件100的外徑e(外形尺寸的一例)的同時，在光學元件100的有效徑100a外創建散射區域100g。因此，能夠在高精度地形成外徑e的同時，簡單且可靠地防止由雜散光所致的弊害。

另外，在本實施方式中，通過對光學元件100的內部照射激光l，在內部形成裂紋或變質層，而在內部創建散射區域100g。

因此，與第1實施方式的在外周成形面100d或自由表面100e那樣的外周面創建散射區域100f的情況相比，散射區域100g的創建不會對外徑帶來影響。因此，能夠通過形成較大的裂紋、變質層等而可靠地使雜散光發生散射。

<第3實施方式>

在本實施方式中，從光學元件100的外周側(外周成形面100d側或自由表面100e側)向光學元件100的內部照射激光l。另外，通過在光學元件100的厚度方向(箭頭d1)上改變形成散射區域100h-1、100h-2、100h-3的位置的深度而非連續性地創建散射區域100h-1、100h-2、100h-3。在本實施方式中，這些方面與第1實施方式和第2實施方式不同，其他是同樣的。因此，省略詳細的說明。

圖4a和圖4b是用于說明第3實施方式中的散射區域100h-1、100h-2、100h-3的創建的主視圖和右側視圖。

在本實施方式中，如圖4a和圖4b所示，光學元件100也在由一對旋轉保持部21、22保持的狀態下，通過這些旋轉保持部21、22的旋轉而進行旋轉(箭頭d2)。另外，在本實施方式中，激光照射部23也在光學元件100的厚度方向(箭頭d1)上自由移動。

在本實施方式中，激光照射部23從光學元件100的外周側(外周成形面100d或自由表面100e)向光學元件100的內部照射激光l。另外，激光照射部23通過改變激光l的焦點位置而在光學元件100的厚度方向(箭頭d1)上改變形成散射區域100h-1、100h-2、100h-3的位置的深度。由此，在光學元件100的內部非連續性地創建作為裂紋或變質層的2個以上的散射區域100h-1、100h-2、100h-3。

與第2實施方式同樣，由于散射區域100h-1、100h-2、100h-3創建于光學元件100的內部，因而外徑e與通過成形工序而形成的外徑相比無變化地得以維持(實質上得以維持)。

在本實施方式中，激光照射部23也是在光學元件100的外周1周創建散射區域100f后，沿厚度方向(箭頭d1)移動，再次在光學元件100的外周1周創建散射區域100f，反復進行這樣的操作即可。另外，通過對由激光照射部23照射的激光l的焦點位置進行1次以上的變更，如上所述地在光學元件100的厚度方向(箭頭d1)上改變形成散射區域100h-1、100h-2、100h-3的位置的深度即可。

在以上說明的第3實施方式中，光學元件100的制造方法也具有下述工序：成形工序，使成形材料加熱軟化而成形光學元件100；以及散射區域創建工序，在實質上維持通過成形而形成的光學元件100的外徑e(外形尺寸的一例)的同時，在光學元件100的有效徑100a外創建散射區域100h-1、100h-2、100h-3。因此，能夠在高精度地形成外徑e的同時，簡單且可靠地防止由雜散光所致的弊害。

另外，在本實施方式中，通過從光學元件100的外周側(外周成形面100d側或自由表面100e側)向光學元件100的內部照射激光l，并在光學元件100的厚度方向(箭頭d1)上改變形成散射區域100h-1、100h-2、100h-3的位置的深度，而非連續性地創建散射區域光學元件100h-1、100h-2、100h-3。

因此，與第2實施方式同樣，由于散射區域100g的創建不會對外徑帶來影響，因而能夠通過形成較大的裂紋、變質層等而可靠地使雜散光發生散射。此外，能夠防止在光學元件100的內部由于散射區域100h-1、100h-2、100h-3的連續而使光學元件100不完整或缺損的情況。

<第4實施方式>

在本實施方式中，在通過蝕刻創建散射區域100i這一點上與第1實施方式不同，其他是同樣的。因此，省略詳細的說明。

圖5a和圖5b是用于說明第4實施方式中的散射區域100i的創建的主視圖和右側視圖。

在本實施方式中，如圖5a和圖5b所示，光學元件100也在由一對旋轉保持部21、22保持的狀態下，通過這些旋轉保持部21、22的旋轉而進行旋轉(箭頭d2)。

另外，在本實施方式中，作為一例，通過使用蝕刻用筆24涂布氟化物而在自由表面100e上創建散射區域100i。散射區域100i只要創建于有效徑100a之外即可，因此，可以在外周成形面100d上也創建散射區域100i，也可以僅在外周成形面100d上創建散射區域100i。另外，蝕刻用筆24可以由人手操作，也可以自動移動。

散射區域100i是在實質上維持通過成形工序而形成的光學元件100的外徑e的同時創建的。如在第1實施方式中所述，光學元件100的外徑e實質上得以維持的情況是指光學元件100的外徑e即使經歷散射區域創建工序也不會有例如超過5μm的變動的情況。

在本實施方式中，在光學元件100的外周1周創建散射區域100i后，使蝕刻用筆24沿厚度方向(箭頭d1)移動，再次在光學元件100的外周1周創建散射區域100i，反復進行這樣的操作即可。

需要說明的是，為了創建散射區域100i，也可以不使用基于氟化物的化學濕式蝕刻而使用基于等離子體離子束等的其他蝕刻。或者，只要光學元件100的外徑e實質上得以維持，散射區域100i也可以在不使用上述第1～第3實施方式的激光l和本實施方式的蝕刻的情況下進行創建。

在以上說明的第4實施方式中，光學元件100的制造方法也具有下述工序：成形工序，使成形材料加熱軟化而成形光學元件100；以及散射區域創建工序，在實質上維持通過成形而形成的光學元件100的外徑e(外形尺寸的一例)的同時，在光學元件100的有效徑100a外創建散射區域100i。因此，能夠在高精度地形成外徑e的同時，簡單且可靠地防止由雜散光所致的弊害。

另外，在本實施方式中，由于通過蝕刻來創建散射區域100i，因而能夠簡單地防止由雜散光所致的弊害。此外，通過利用激光l以外的蝕刻等其他方法來創建散射區域100i，能夠根據光學元件100的材料、制造設備等來確定散射區域100i的創建方法。

需要說明的是，根據上述第1～第4實施方式，具有能夠高精度地形成外形尺寸(外徑e)、能夠在實質上維持外徑的同時形成散射區域這一特征，例如，即使不是在成形階段成形為外周面沒有任何微細凹凸的鏡面的情況下，也能夠得到上述第1～第4實施方式中的效果。因此，盡管成形工序中的外徑越為高精度越優選，但只要按照需要的精度適當地確定即可，沒有特別限制。

【符號說明】

10模具組

11上模具

11a凸狀成形面

12下模具

12a平面狀成形面

13主模具

13a內周成形面

21旋轉保持部

22旋轉保持部

23激光照射部

23a聚光透鏡

24蝕刻用筆

100光學元件(成形材料)

100a有效徑

100b上成形面

100b-1凹部

100c下成形面

100d外周成形面

100e自由表面

100f散射區域

100g散射區域

100h-1散射區域

100h-2散射區域

100h-3散射區域

100i散射區域

權利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種光學元件的制造方法，其具有下述工序：

成形工序，使成形材料加熱軟化而成形光學元件；以及

散射區域創建工序，在實質上維持通過成形而形成的所述光學元件的外形尺寸的同時，在所述光學元件的有效徑外創建散射區域，

在所述散射區域創建工序中，對所述光學元件的有效徑外的區域照射激光，形成裂紋或變質層，由此在所述光學元件的有效徑外的區域創建所述散射區域。

2.如權利要求1所述的光學元件的制造方法，其中，

在所述成形工序中，利用一對成形模具和位于該一對成形模具周圍的筒狀的主模具成形所述光學元件；

所述光學元件的有效徑外的區域是作為所述光學元件中的不與所述一對成形模具和所述主模具接觸的部分的自由表面。

3.如權利要求1所述的光學元件的制造方法，其中，所述光學元件的有效徑外的區域是所述光學元件的外周面。