光学元件的制造方法及光学元件与流程

【技术领域】

本发明涉及制造光学元件的光学元件的制造方法及光学元件。

背景技术：

以往，进行通过基于磨削的外径定心磨边加工而使透镜的外周面形成为粗糙面的方法。由此，在入射到透镜中的一部分光成为杂散光而射到外周面时，通过粗糙面上的漫反射防止叠影或光斑。

图6a是示出外周面为磨削面200a的透镜200的截面图。

图6b是示出外周面为镜面300a的透镜300的截面图。

如图6a所示，在透镜200的外周面为磨削面200a的情况下，杂散光l10在磨削面200a通过漫反射而发生散射(散射光l11、l12、l13)。因此，能够防止叠影和光斑。

另一方面，如图6b所示，在透镜300的外周面为镜面300a的情况下，杂散光l20在磨削面200a发生反射(反射光l21)。因此，该反射光l21产生叠影或光斑。

因此，从防止叠影和光斑的观点出发，优选透镜的外周面为图6a所示的磨削面200a那样的粗糙面。但是，近来，要求透镜外径的精度提高，在通过磨削形成高精度的外径时，产生了成本变得非常高的问题。

关于这一点，通过使成形材料加热软化而成形光学元件来形成高精度的外径可直接转印外径细调节部件的精度，因此能够低成本地进行量产。另外，通过使该外径细调节部件具有凹凸，还能够成形具有凹凸外周面的光学元件(例如，参见专利文献1)。

另外，已知有通过对光学元件的有效径外照射紫外线而形成着色为灰色的杂散光抑制区域的方法(例如，参见专利文献2)。

此外，作为对透光性材料实施标印的标印方法，已知有利用激光对透光性材料的内部实施标印的方法(例如，参见专利文献3)。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2000-203852号公报

专利文献2：日本特开2007-163551号公报

专利文献3：日本专利第3208730号公报

技术实现要素：

【发明所要解决的课题】

如上所述利用外径细调节部件使光学元件形成凹凸外周面的方法中，通过成形而形成包含自由表面的凹凸外周面，因此无法使杂散光充分地散射，无法可靠地防止叠影、光斑等由杂散光所致的弊害。另外，会产生下述问题：由于外周面的凹凸而导致无法高精度地形成外径；或者在形成光学元件与外径细调节部件的线膨胀差以上的凹凸时，所成形的光学元件无法从外周细调节部件中脱出。

另外，如上所述形成着色为灰色的杂散光抑制区域的方法中，杂散光抑制区域的形成需要长时间，或者由于光学元件的材料而难以充分着色。此外，无法使杂散光散射，因此无法可靠地防止由杂散光所致的弊害。

需要说明的是，通过使外周面保持成形后的镜面而不对光学元件的外周面进行磨削等处理，能够高精度低成本地形成外径。但是，为了防止由杂散光所致的弊害，需要实施在外周面涂布加入有添加剂的涂料等对策，由于例如涂料的膜厚的偏差，结果导致外径的精度变差。

需要说明的是，上述现有技术的问题不仅在透镜中发生，而且在棱镜等其他光学元件中也会发生。另外，关于外径的精度已有记述，但在光学元件为多边筒状的情况下，对于1边的长度、宽度等其他外形尺寸也同样地要求精度。

本发明的目的在于提供能够高精度地形成外形尺寸、同时能够简单且可靠地防止由杂散光所致的弊害的光学元件的制造方法及光学元件。

【用于解决课题的手段】

本发明的光学元件的制造方法具有下述工序：成形工序，使成形材料加热软化而成形光学元件；以及散射区域创建工序，在实质上维持通过成形而形成的上述光学元件的外形尺寸的同时，在上述光学元件的有效径外创建散射区域。

本发明的光学元件是通过使成形材料加热软化而成形的光学元件，其具有在实质上维持通过成形而形成的外形尺寸的同时在有效径外创建的散射区域。

【发明的效果】

根据本发明，能够高精度地形成外形尺寸，同时能够简单且可靠地防止由杂散光所致的弊害。

【附图说明】

图1是示出本发明第1实施方式中的光学元件的成形状态的截面图。

图2a是用于说明本发明第1实施方式中的散射区域的创建的主视图。

图2b是用于说明本发明第1实施方式中的散射区域的创建的右侧视图。

图3a是用于说明本发明第2实施方式中的散射区域的创建的主视图。

图3b是用于说明本发明第2实施方式中的散射区域的创建的右侧视图。

图4a是用于说明本发明第3实施方式中的散射区域的创建的主视图。

图4b是用于说明本发明第3实施方式中的散射区域的创建的右侧视图。

图5a是用于说明本发明第4实施方式中的散射区域的创建的主视图。

图5b是用于说明本发明第4实施方式中的散射区域的创建的右侧视图。

图6a是示出外周面为磨削面的透镜的截面图。

图6b是示出外周面为镜面的透镜的截面图。

【具体实施方式】

<第1实施方式>

图1是示出本发明第1实施方式中的光学元件100的成形状态的截面图。

图1所示的模具组10具有上模具11、下模具12和主模具13。

上模具11呈大致圆柱状，在底面形成有凸状成形面11a。

下模具12呈大致圆柱状，在上表面形成有平面状成形面12a。

需要说明的是，上模具11和下模具12为一对成形模具的一例，上述的形状只不过是一例。

主模具13呈筒状，位于上模具11和下模具12的周围。在主模具13的内周形成有内周成形面13a。

上模具11由未图示的加压手段向下方挤压，由此在主模具13内滑动而对光学元件100进行加压。

光学元件100通过在利用例如来自模具组10的热传导将成形材料加热软化的状态下藉由模具组10(例如上模具11)进行加压使其成形而得到(成形工序)。光学元件100例如为透镜。另外，成形材料优选为玻璃。

图2a和图2b中示出的通过光学元件100的成形而形成的外径e即使经历后述的散射区域创建工序也实质上得以维持。因此，光学元件100的外径e在成形工序中形成为所期望的尺寸即可。

需要说明的是，光学元件100在后述的散射区域创建工序前被冷却至例如玻璃化转变点以下的温度。因此，成形工序包括对成形材料进行加热的加热工序、对加热后的成形材料进行加压的加压工序、以及对加压后的成形材料进行冷却的冷却工序。

光学元件100通过由上模具11、下模具12以及主模具13转印形状而形成上成形面100b、下成形面100c以及外周成形面100d。在上成形面100b上由凸状成形面11a转印形状，因此在中央形成凹部100b-1。光学元件100的形状例如为圆板状、圆柱状等，也可以为多棱柱状等其他形状。

光学元件100的有效径100a为发挥光学特性的部分(光学功能面)，例如在俯视时为比上成形面100b的凹部100b-1窄的部分。详细情况在下文中叙述，在本实施方式中，作为有效径100a的外侧的一例，在比凹部100b-1更靠外侧的区域创建散射区域100f。

光学元件100中，不与上模具11、下模具12以及主模具13接触的部分、即上成形面100b与外周成形面100d之间以及下成形面100c与外周成形面100d之间的部分为自由表面(非成形面)100e。该自由表面100e例如为镜面。

接着，对散射区域创建工序进行说明，该工序中，在实质上维持通过成形而形成的光学元件100的外径e的同时，在光学元件100的有效径100a外创建散射区域100f。需要说明的是，外径e为外形尺寸的一例，作为其他外形尺寸，也可以举出光学元件100为多边筒状的情况下的1边的长度、宽度等尺寸。

图2a和图2b为用于说明第1实施方式中的散射区域100f的创建的主视图和右侧视图。

如图2a和图2b所示，光学元件100在由一对旋转保持部21、22保持的状态下，通过这些旋转保持部21、22的旋转而进行旋转(箭头d2)。

激光照射部23藉由聚光透镜23a而对光学元件100照射激光l。激光照射部23在光学元件100的厚度方向(箭头d1)上自由移动。

在本实施方式中，作为有效径100a外的部分的一例，激光照射部23对光学元件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，在光学元件100的外周成形面100d和自由表面100e上通过激光标印而创建作为裂纹或变质层的散射区域100f。需要说明的是，也可以仅在外周成形面100d和自由表面100e之中的一者上创建散射区域100f。另外，也可以仅在外周成形面100d和自由表面100e的一部分创建散射区域100f。

散射区域100f是在实质上维持通过成形工序而形成的光学元件100的外径e的同时创建的。需要说明的是，光学元件100的外径e实质上得以维持的情况是指光学元件100的外径e即使经历散射区域创建工序也不会有例如超过5μm的变动的情况。

需要说明的是，在像以往那样通过磨削而在光学元件100的外周面形成粗糙面的情况下，为了加工至变动不超过5μm，凭通常的加工是很困难的，从而成为成本提高的原因。

激光照射部23在光学元件100的外周1周创建散射区域100f后，沿厚度方向(箭头d1)移动，再次在光学元件100的外周1周创建散射区域100f，反复进行这样的操作即可。但是，也可以在使激光照射部23沿厚度方向(箭头d1)微动且使光学元件100旋转的同时，创建散射区域100f。另外，也可以不使光学元件100旋转而使激光照射部23在光学元件100的周围旋转。

在激光l为飞秒激光等超短脉冲激光的情况下，散射区域100f在热传导前在短时间内形成变质层，因而不会产生裂纹。但是，由于散射区域100f创建于有效径100a外，因而即使存在裂纹，只要裂纹的尺寸小，则多数情况下实质上不会产生问题。

在上述说明的第1实施方式中，光学元件100的制造方法具有下述工序：成形工序，使成形材料加热软化而成形光学元件100；以及散射区域创建工序，在实质上维持通过成形而形成的光学元件100的外径e(外形尺寸的一例)的同时，在光学元件100的有效径100a外创建散射区域100f。

因此，能够创建散射区域100f而不会像磨削或成形时形成粗糙面的情况那样使外径e的精度变差。另外，通过创建散射区域100f，不会像以往在光学元件100的内部形成着色部分的情况那样需要时间，能够可靠地利用散射区域100f防止叠影、光斑等由杂散光所致的弊害。

另外，根据本实施方式，能够在高精度地形成外径e的同时简单且可靠地防止由杂散光所致的弊害。

另外，在本实施方式中，通过对作为光学元件100的外周面的外周成形面100d照射激光l，在外周成形面100d上形成裂纹或变质层，而在外周成形面100d上创建散射区域100f。

因此，能够通过对外周成形面100d照射激光l而创建散射区域100f，因而能够简单地防止由杂散光所致的弊害。

另外，在本实施方式中，通过对光学元件100的自由表面100e照射激光l，在自由表面100e上形成裂纹或变质层，而在自由表面100e上创建散射区域100f。

特别是在未进行定心磨边加工而仅通过成形得到的光学元件100中，明确了例如作为镜面的自由表面100e中的内部反射成为产生叠影或光斑等弊害的主要原因。因此，通过在自由表面100e上创建散射区域100f，能够简单且可靠地防止由杂散光所致的弊害。

<第2实施方式>

在本实施方式中，在使散射区域100g的位置为光学元件100的内部这一点上与第1实施方式不同，其他是同样的。因此，省略详细的说明。

图3a和图3b是用于说明第2实施方式中的散射区域100g的创建的主视图和右侧视图。

在本实施方式中，如图3a和图3b所示，光学元件100也在由一对旋转保持部21、22保持的状态下，通过这些旋转保持部21、22的旋转而进行旋转(箭头d2)。另外，在本实施方式中，激光照射部23也在光学元件100的厚度方向(箭头d1)上自由移动。

在本实施方式中，激光照射部23对光学元件100的有效径100a外的内部照射激光l。由此，在光学元件100的内部创建作为裂纹或变质层的散射区域100g。

由于散射区域100g创建于光学元件100的内部，因而外径e与通过成形工序而形成的外径相比无变化地得以维持(实质上得以维持)。

在本实施方式中，激光照射部23也是在光学元件100的外周1周创建散射区域100f后，沿厚度方向(箭头d1)移动，再次在光学元件100的外周1周创建散射区域100f，反复进行这样的操作即可。由此，在光学元件100的内部以圆筒状创建散射区域100g。

需要说明的是，在跨越光学元件100的上成形面100b和下成形面100c而创建作为裂纹的散射区域100g时，光学元件100有可能不完整或缺损。因此，使散射区域100g的两端位于与上成形面100b、下成形面100c之间隔有间隔的位置而使其不露出于外部即可。

另外，为了使杂散光不容易到达自由表面100e，内部的散射区域100g创建于光学元件100的光的入射侧与自由表面100e之间即可。

另外，激光照射部23可以从光学元件100的上成形面100b侧或者从下成形面100c侧沿厚度方向(箭头d1)照射激光l。但是，在这种情况下，若不从厚度方向(箭头d1)的里侧朝向面前创建散射区域100g，则先前创建的散射区域100g会阻碍散射区域100g的创建。

在以上说明的第2实施方式中，光学元件100的制造方法也具有下述工序：成形工序，使成形材料加热软化而成形光学元件100；以及散射区域创建工序，在实质上维持通过成形而形成的光学元件100的外径e(外形尺寸的一例)的同时，在光学元件100的有效径100a外创建散射区域100g。因此，能够在高精度地形成外径e的同时，简单且可靠地防止由杂散光所致的弊害。

另外，在本实施方式中，通过对光学元件100的内部照射激光l，在内部形成裂纹或变质层，而在内部创建散射区域100g。

因此，与第1实施方式的在外周成形面100d或自由表面100e那样的外周面创建散射区域100f的情况相比，散射区域100g的创建不会对外径带来影响。因此，能够通过形成较大的裂纹、变质层等而可靠地使杂散光发生散射。

<第3实施方式>

在本实施方式中，从光学元件100的外周侧(外周成形面100d侧或自由表面100e侧)向光学元件100的内部照射激光l。另外，通过在光学元件100的厚度方向(箭头d1)上改变形成散射区域100h-1、100h-2、100h-3的位置的深度而非连续性地创建散射区域100h-1、100h-2、100h-3。在本实施方式中，这些方面与第1实施方式和第2实施方式不同，其他是同样的。因此，省略详细的说明。

图4a和图4b是用于说明第3实施方式中的散射区域100h-1、100h-2、100h-3的创建的主视图和右侧视图。

在本实施方式中，如图4a和图4b所示，光学元件100也在由一对旋转保持部21、22保持的状态下，通过这些旋转保持部21、22的旋转而进行旋转(箭头d2)。另外，在本实施方式中，激光照射部23也在光学元件100的厚度方向(箭头d1)上自由移动。

在本实施方式中，激光照射部23从光学元件100的外周侧(外周成形面100d或自由表面100e)向光学元件100的内部照射激光l。另外，激光照射部23通过改变激光l的焦点位置而在光学元件100的厚度方向(箭头d1)上改变形成散射区域100h-1、100h-2、100h-3的位置的深度。由此，在光学元件100的内部非连续性地创建作为裂纹或变质层的2个以上的散射区域100h-1、100h-2、100h-3。

与第2实施方式同样，由于散射区域100h-1、100h-2、100h-3创建于光学元件100的内部，因而外径e与通过成形工序而形成的外径相比无变化地得以维持(实质上得以维持)。

在本实施方式中，激光照射部23也是在光学元件100的外周1周创建散射区域100f后，沿厚度方向(箭头d1)移动，再次在光学元件100的外周1周创建散射区域100f，反复进行这样的操作即可。另外，通过对由激光照射部23照射的激光l的焦点位置进行1次以上的变更，如上所述地在光学元件100的厚度方向(箭头d1)上改变形成散射区域100h-1、100h-2、100h-3的位置的深度即可。

在以上说明的第3实施方式中，光学元件100的制造方法也具有下述工序：成形工序，使成形材料加热软化而成形光学元件100；以及散射区域创建工序，在实质上维持通过成形而形成的光学元件100的外径e(外形尺寸的一例)的同时，在光学元件100的有效径100a外创建散射区域100h-1、100h-2、100h-3。因此，能够在高精度地形成外径e的同时，简单且可靠地防止由杂散光所致的弊害。

另外，在本实施方式中，通过从光学元件100的外周侧(外周成形面100d侧或自由表面100e侧)向光学元件100的内部照射激光l，并在光学元件100的厚度方向(箭头d1)上改变形成散射区域100h-1、100h-2、100h-3的位置的深度，而非连续性地创建散射区域光学元件100h-1、100h-2、100h-3。

因此，与第2实施方式同样，由于散射区域100g的创建不会对外径带来影响，因而能够通过形成较大的裂纹、变质层等而可靠地使杂散光发生散射。此外，能够防止在光学元件100的内部由于散射区域100h-1、100h-2、100h-3的连续而使光学元件100不完整或缺损的情况。

<第4实施方式>

在本实施方式中，在通过蚀刻创建散射区域100i这一点上与第1实施方式不同，其他是同样的。因此，省略详细的说明。

图5a和图5b是用于说明第4实施方式中的散射区域100i的创建的主视图和右侧视图。

在本实施方式中，如图5a和图5b所示，光学元件100也在由一对旋转保持部21、22保持的状态下，通过这些旋转保持部21、22的旋转而进行旋转(箭头d2)。

另外，在本实施方式中，作为一例，通过使用蚀刻用笔24涂布氟化物而在自由表面100e上创建散射区域100i。散射区域100i只要创建于有效径100a之外即可，因此，可以在外周成形面100d上也创建散射区域100i，也可以仅在外周成形面100d上创建散射区域100i。另外，蚀刻用笔24可以由人手操作，也可以自动移动。

散射区域100i是在实质上维持通过成形工序而形成的光学元件100的外径e的同时创建的。如在第1实施方式中所述，光学元件100的外径e实质上得以维持的情况是指光学元件100的外径e即使经历散射区域创建工序也不会有例如超过5μm的变动的情况。

在本实施方式中，在光学元件100的外周1周创建散射区域100i后，使蚀刻用笔24沿厚度方向(箭头d1)移动，再次在光学元件100的外周1周创建散射区域100i，反复进行这样的操作即可。

需要说明的是，为了创建散射区域100i，也可以不使用基于氟化物的化学湿式蚀刻而使用基于等离子体离子束等的其他蚀刻。或者，只要光学元件100的外径e实质上得以维持，散射区域100i也可以在不使用上述第1～第3实施方式的激光l和本实施方式的蚀刻的情况下进行创建。

在以上说明的第4实施方式中，光学元件100的制造方法也具有下述工序：成形工序，使成形材料加热软化而成形光学元件100；以及散射区域创建工序，在实质上维持通过成形而形成的光学元件100的外径e(外形尺寸的一例)的同时，在光学元件100的有效径100a外创建散射区域100i。因此，能够在高精度地形成外径e的同时，简单且可靠地防止由杂散光所致的弊害。

另外，在本实施方式中，由于通过蚀刻来创建散射区域100i，因而能够简单地防止由杂散光所致的弊害。此外，通过利用激光l以外的蚀刻等其他方法来创建散射区域100i，能够根据光学元件100的材料、制造设备等来确定散射区域100i的创建方法。

需要说明的是，根据上述第1～第4实施方式，具有能够高精度地形成外形尺寸(外径e)、能够在实质上维持外径的同时形成散射区域这一特征，例如，即使不是在成形阶段成形为外周面没有任何微细凹凸的镜面的情况下，也能够得到上述第1～第4实施方式中的效果。因此，尽管成形工序中的外径越为高精度越优选，但只要按照需要的精度适当地确定即可，没有特别限制。

【符号说明】

10模具组

11上模具

11a凸状成形面

12下模具

12a平面状成形面

13主模具

13a内周成形面

21旋转保持部

22旋转保持部

23激光照射部

23a聚光透镜

24蚀刻用笔

100光学元件(成形材料)

100a有效径

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散射区域

100g散射区域

100h-1散射区域

100h-2散射区域

100h-3散射区域

100i散射区域

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种光学元件的制造方法，其具有下述工序：

成形工序，使成形材料加热软化而成形光学元件；以及

散射区域创建工序，在实质上维持通过成形而形成的所述光学元件的外形尺寸的同时，在所述光学元件的有效径外创建散射区域，

在所述散射区域创建工序中，对所述光学元件的有效径外的区域照射激光，形成裂纹或变质层，由此在所述光学元件的有效径外的区域创建所述散射区域。

2.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，其中，

在所述成形工序中，利用一对成形模具和位于该一对成形模具周围的筒状的主模具成形所述光学元件；

所述光学元件的有效径外的区域是作为所述光学元件中的不与所述一对成形模具和所述主模具接触的部分的自由表面。

3.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，其中，所述光学元件的有效径外的区域是所述光学元件的外周面。