概要
多くの場合、レーザーはレンズを用いて集光されます。レーザー加工においては非常に重要なキーパーツです。ここでは、レーザー機器等で使用される光学レンズの製造工程を示します。
全体の流れ
以下に全体の流れを示します。
- ガラスの溶解
- ガラス切断、丸め
- 荒ずり
- 砂かけ
- 研磨
- 芯取り
- コーティング
製造工程
1. 溶解
まず、材料となる物質を混ぜて光学ガラスの溶解及び冷却を行います。用途ごとに適した透過率や屈折率となるように様々な材料を1300～1500度になるまで加熱して溶解します（溶解ガラス）。次に、型に移し、600℃ぐらいまで冷やされ、その後ゆっくりと2週間程度かけて冷却します。この時点では、白く曇ったガラスとなっています。
従来は、粘土製のるつぼで行われてきましたが、新種のガラスでは粘土を侵食する問題があったため、内部に白金をコーティングされたるつぼが開発されました。
2. 切断、丸め
冷却されたガラスは、必要な大きさのブロックに切断されて、外形を丸く削られます。
3. 荒ずり
ガラスの表面をレンズの球面にするために、カーブジェネレータ―と呼ばれる装置を使い形状を出していきます。ガラスを回転させて置き、カップ状の人工ダイヤモンド工具で、その角度を変化させながら目的の曲率(Ｒ)や厚みまで削ります。うまくＲを付ける必要があり、重要な作業です。形状に誤差があると収差の原因となります。この時点でも、レンズは白く曇った状態です。
4. 砂かけ（精研削）
砂や人工ダイヤペレットを鋳物で出来ている皿状の治工具に貼り付け、仕様形状にしたがって荒ずり工程より細かく正確に削ります。より精密な研削を行うため、材料に合わせたダイヤの選定が必要なります。複数のレンズを同時に磨く方が効率がよく正確な球面となるため、多くのレンズをまとめて研削します。
この時点では、加工されたガラスは若干の透過がみられるようになりますが、まだすりガラス状となっています。
5. 研磨
レンズ表面を磨き上げます。ポリウレタンなどを貼った磨き皿と、酸化セリウムなどの研磨剤が利用されます。ポリウレタンパッドを貼り付け回転させ、酸化セリウムなどの研磨剤を流しながら、傷が無く、図面通りの面精度、中心厚になるよう磨き上げます。不適切な材料で研磨を行うと、レンズが傷だらけになったり、全体的にぼけたり、部分的に像を結ばないといった品質低下の原因となります。
この工程は最後の仕上げ工程ですので表面形状、粗さがサブミクロンオーダーの正確さで加工されます。
加工後のレンズは、曲率を確認するために原器と重ねてニュートンリングを観察して検査します。
6. 芯取り
レンズの表裏の曲率中心を結ぶ光軸を調整する最終的な工程です。レンズ外形が光軸に対して対称となるように加工します。
レンズの外径を真円に近づくように人工ダイヤモンドのホイールで削ります。レンズを両側から挟みこんで、表面の滑りを利用してレンズ中心を出すベルクランプ法が利用されます。このダイヤモンドホイールにも様々な形状があり、各レンズに選択します。
7. コーティング
最終工程であるコート工程では研磨後のレンズ表面に、反射防止の薄膜を蒸着させ、何層も重ねます。蒸着とは真空状態のチャンバー内で、化学物質をとばして成膜することです。反射があると、光の透過率が落ち、画像が暗くなったり、不要な像が出たりします。
単層コーティングでは、MgF2（フッ化マグネシウム）が使われます。多層膜は、様々な物質が利用されます。
歴史
光学レンズの作り方は約200年前にニュートンなどが改良し完成させた方法が、今でも基本的な原理となっています。
現在は、もっと高い精度のレンズを大量に安く作るように工夫されています。
参照
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