(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円状の複数の輪帯を有する輪帯タイプの回折レンズを成形する光学レンズ用プレス成形金型において、
前記回折レンズの光を回折させる回折作用面を成形する回折作用転写面と、前記回折レンズの隣り合う前記回折作用面の間を結ぶ段差面を成形する段差転写面と、を有し、
前記回折作用転写面の表面粗さよりも前記段差転写面の表面粗さの方が粗く、
前記回折作用転写面の表面粗さＲａ１と前記段差転写面の表面粗さＲａ２とが、
（数１）Ｒａ１＜１０ｎｍ
（数２）１０ｎｍ＜Ｒａ２＜２００ｎｍ
を満たすことを特徴とする、光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項２】
プレス成形を不活性ガス雰囲気中で行う場合、前記Ｒａ２は、
前記（数２）１０ｎｍ＜Ｒａ２＜２００ｎｍを満たし、
プレス成形を真空中で行う場合、前記Ｒａ２は、
（数３）１０ｎｍ＜Ｒａ２＜１００ｎｍを満たしていることを特徴とする、請求項１記載の光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項３】
前記段差転写面には、微細溝が形成されており、
前記微細溝の方向は、前記同心円の回転軸方向であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項４】
前記同心円の回転軸を含む少なくとも一断面において、前記段差転写面の、前記回転軸と平行な軸に対する傾きをθ１とすると、
（数４）０°≦θ１＜１０°
を満たし、前記微細溝は、前記回転軸と平行な軸から角度θ１傾けた軸に対して平行な方向に形成されていることを特徴とする、請求項３記載の光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項５】
前記微細溝の断面形状は、矩形、Ｖ溝、及びシリンドリカル形状のうち少なくとも１つの形状を有していることを特徴とする請求項３に記載の光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項６】
前記回折作用転写面のピッチは、前記同心円の回転軸中心に近いほど距離が大きいことを特徴とする、請求項１記載の光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項７】
金型素材は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、及びグラッシーカーボン（ＧＣ）のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１記載の光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項８】
前記回折作用転写面及び前記段差転写面は、金型素材上に形成された非晶質合金膜の表面であり、
前記非晶質合金膜は、白金(Ｐｔ)、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル(Ｔａ)、カーボン(Ｃ)、及びオスミウム（Ｏｓ）の中から少なくとも１種類以上含有する合金膜であり、
前記段差転写面を形成する前記金型素材の部分の表面粗さＲａ３は、
（数５）２００ｎｍ＜Ｒａ３＜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項９】
前記回折作用転写面及び前記段差転写面は、金型素材の表面である、請求項１〜７のいずれかに記載の光学レンズ用プレス成形金型。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の光学レンズ用プレス成形金型を用いて製造されたガラス製光学レンズであって、
少なくとも一面に同心円状の複数の輪帯を有する輪帯タイプの回折レンズ構造が形成され、前記回折レンズ構造は、透過する光を回折させる回折作用面と、隣り合う回折作用面の間をつなぐ段差面とを有し、前記回折作用面の表面粗さよりも前記段差面の表面粗さの方が粗いことを特徴とする、ガラス製光学レンズ。
【請求項１１】
請求項１記載の光学レンズ用プレス成形金型を用いてガラス製光学レンズを製造する、ガラス製光学レンズの製造方法であって、
ガラス材料をガラス転移点以上に加熱して軟化させる加熱工程と、
軟化した前記ガラス材料をプレスするプレス工程と、
プレス後、前記ガラス材料をガラス転移点以下に冷却し、前記光学レンズ用プレス成形金型から離型させる離型工程とを備えた、ガラス製光学レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ用プレス成形金型、ガラス製光学レンズ、及びガラス製光学レンズの製造方法などに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高精度な微細光学素子を作製するには、その加工の容易さから、樹脂を直接加工する方法や成形による方法が採用されていた（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
しかしながら、このような樹脂製の微細光学素子は、温度や湿度等の環境の変化によって、樹脂が体積変化を起こし、形状が変化するために、微細光学素子の精度が悪くなるという欠点を有している。さらには、樹脂の強度が低いために、表面に傷が入りやすいという欠点もあり、樹脂製では非常に高精度の信頼性の高い微細光学素子は得られていない。
【０００４】
これに対して、ガラス製の微細光学素子は耐久性が良く、表面に傷が入りにくく、環境の変化に対しても精度が損なわれることはない。そこで、ガラス製微細光学素子の作製方法として、ガラスを直接ドライエッチングにより微細光学素子形状に加工する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
ドライエッチングによってガラスを加工する方法は、ガラス表面に直接微細光学素子形状を刻むことができるが、一つの微細光学素子を作製するのに非常に時間がかかり、同一形状のものを大量に作製することはできないという欠点を有している。従って、これまでの方法では非常に高精度の信頼性の高いガラス製微細光学素子を量産化できなかった。
【０００６】
一方、最近では光学ガラス素子（例えば、非球面ガラスレンズ）の量産方法として、ガラスをプレス成形する方法が提案されている。ガラスを繰り返しプレス成形してガラス製光学レンズを作製することが出来ると、非常に高精度の信頼性の高い微細光学素子の量産化が可能である。ところが、ガラス製光学レンズには、良好な像形成品質が要求されるため、プレス成形によってガラス製光学レンズを作製するためには、非常に高強度で耐久性が良く、高精度のガラス製光学レンズのプレス成形用金型が必要となる。
【０００７】
このような金型の材料としては高温度でもガラスに対して化学的に不活性であり、ガラスの成形面となる部分が充分硬く、擦傷等の損傷を受けにくく、高温での成形によって成形面が塑性変形や粒成長を起こさず、繰り返し成形が行えるように、耐熱衝撃性が優れ、さらに、超精密加工が行えるように加工性に優れていることが必要である。
【０００８】
これらの必要条件をある程度満足する金型材料として、ＳｉＣ素材（例えば、特許文献４参照）や、超硬合金母材上に白金族合金薄膜をコーティングした金型も提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【０００９】
これらＳｉＣ素材や超硬合金素材の金型では、ガラスとの離型性を高めるために、炭素系薄膜（例えばＤＬＣ膜）や白金系合金薄膜を金型形状面にスパッタにより形成し、プレス成形が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５４−１１０８５７号公報
【特許文献２】特公昭６０−０２５７６１号公報
【特許文献３】特開昭５５−０５７８０７号公報
【特許文献４】特開昭５２−０４５６１３号公報
【特許文献５】特開昭６０−２４６２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、プレス成形によってガラス製光学レンズ作製する場合、ガラス素材をガラス転移点以上に高温加熱軟化させて、プレスする際に、回折形状の段差部分のような微細形状部分にガラス素材が食い込み、離型時にガラス材料に引っ張り応力が発生する場合がある。このように引っ張り応力が発生すると、レンズ形状面のゆがみが発生し、レンズの設計形状からは発生しない収差が発生する等して、レンズとしての機能を低下させる。また食い込みが大きい場合には、ガラス材料が離型せず金型に付着し、レンズとして使い物にならないばかりか、金型から付着したガラスを剥離する必要が生じ、金型としての寿命を悪化させるという問題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記従来の光学レンズ用プレス成形金型の課題を考慮して、離型時におけるレンズ素材に生じる応力を低減し、ガラス付着の発生を抑制することが可能な光学レンズ用プレス成形金型、ガラス製光学レンズ、及びガラス製光学レンズの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
同心円状の複数の輪帯を有する輪帯タイプの回折レンズを成形する光学レンズ用プレス成形金型において、
前記回折レンズの光を回折させる回折作用面を成形する回折作用転写面と、前記回折レンズの隣り合う前記回折作用面の間を結ぶ段差面を成形する段差転写面と、を有し、
前記回折作用転写面の表面粗さよりも前記段差転写面の表面粗さの方が粗く、
前記回折作用転写面の表面粗さＲａ１と前記段差転写面の表面粗さＲａ２とが、
（数１）Ｒａ１＜１０ｎｍ
（数２）１０ｎｍ＜Ｒａ２＜２００ｎｍ
を満たすことを特徴とする、光学レンズ用プレス成形金型である。
【００１５】
又、第２の本発明は、
プレス成形を不活性ガス雰囲気中で行う場合、前記Ｒａ２は、
前記（数２）１０ｎｍ＜Ｒａ２＜２００ｎｍを満たし、
プレス成形を真空中で行う場合、前記Ｒａ２は、
（数３）１０ｎｍ＜Ｒａ２＜１００ｎｍを満たしていることを特徴とする、第１の本発明の光学レンズ用プレス成形金型である。
【００１６】
又、第３の本発明は、
前記段差転写面には、微細溝が形成されており、
前記微細溝の方向は、前記同心円の回転軸方向であることを特徴とする、第１又は２の本発明の光学レンズ用プレス成形金型である。
【００１７】
又、第４の本発明は、
前記同心円の回転軸を含む少なくとも一断面において、前記段差転写面の、前記回転軸と平行な軸に対する傾きをθ１とすると、
（数４）０°≦θ１＜１０°
を満たし、前記微細溝は、前記回転軸と平行な軸から角度θ１傾けた軸に対して平行な方向に形成されていることを特徴とする、第３の本発明の光学レンズ用プレス成形金型である。
【００１８】
又、第５の本発明は、
前記微細溝の断面形状は、矩形、Ｖ溝、及びシリンドリカル形状のうち少なくとも１つの形状を有していることを特徴とする第３の本発明の光学レンズ用プレス成形金型である。
【００１９】
又、第６の本発明は、
前記回折作用転写面のピッチは、前記同心円の回転軸中心に近いほど距離が大きいことを特徴とする、第１の本発明の光学レンズ用プレス成形金型である。
【００２０】
又、第７の本発明は、
金型素材は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、及びグラッシーカーボン（ＧＣ）のうちのいずれかであることを特徴とする、第１の本発明の光学レンズ用プレス成形金型である。
【００２１】
又、第８の本発明は、
前記回折作用転写面及び前記段差転写面は、金型素材上に形成された非晶質合金膜の表面であり、
前記非晶質合金膜は、白金(Ｐｔ)、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル(Ｔａ)、カーボン(Ｃ)、及びオスミウム（Ｏｓ）の中から少なくとも１種類以上含有する合金膜であり、
前記段差転写面を形成する前記金型素材の部分の表面粗さＲａ３は、
（数５）２００ｎｍ＜Ｒａ３＜４００ｎｍであることを特徴とする第１〜７のいずれかの本発明の光学レンズ用プレス成形金型である。
【００２２】
又、第９の本発明は、
前記回折作用転写面及び前記段差転写面は、金型素材の表面である、第１〜７のいずれかの本発明の光学レンズ用プレス成形金型である。
【００２３】
又、第１０の本発明は、
第１〜９の本発明のいずれかの本発明の光学レンズ用プレス成形金型を用いて製造されたガラス製光学レンズであって、
少なくとも一面に同心円状の複数の輪帯を有する輪帯タイプの回折レンズ構造が形成され、前記回折レンズ構造は、透過する光を回折させる回折作用面と、隣り合う回折作用面の間をつなぐ段差面とを有し、前記回折作用面の表面粗さよりも前記段差面の表面粗さの方が粗いことを特徴とする、ガラス製光学レンズである。
【００２４】
又、第１１の本発明は、
第１の本発明の光学レンズ用プレス成形金型を用いてガラス製光学レンズを製造する、ガラス製光学レンズの製造方法であって、
ガラス材料をガラス転移点以上に加熱して軟化させる加熱工程と、
軟化した前記ガラス材料をプレスするプレス工程と、
プレス後、前記ガラス材料をガラス転移点以下に冷却し、前記光学レンズ用プレス成形金型から離型させる離型工程とを備えた、ガラス製光学レンズの製造方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、離型時におけるレンズ素材に生じる応力を低減し、ガラス付着の発生を抑制することが可能な光学レンズ用プレス成形金型、ガラス製光学レンズ、及びガラス製光学レンズの製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明にかかる実施の形態１における光学レンズ用プレス成形金型の正面構成図
【図２】本発明にかかる実施の形態１の成形金型の底面図
【図３】図２のＡ−Ａ´における断面構成図
【図４】（ａ）図３の領域αの拡大断面構成図、（ｂ）図１の領域δの拡大図
【図５】図３の領域αの拡大斜視概念図
【図６】図５の領域βの拡大概念図
【図７】（ａ）本発明にかかる実施の形態１の成形金型の正面構成図、（ｂ）図７（ａ）の領域γの拡大図
【図８】（ａ）〜（ｃ）本発明にかかる実施の形態１のガラス製光学レンズの製造方法を説明するための図
【図９】（ａ）〜（ｃ）本発明にかかる実施の形態１のガラス製光学レンズの製造方法における段差転写面とガラス素材の状態を説明するための図
【図１０】本発明にかかる実施の形態１におけるガラス製光学レンズの正面図
【図１１】本発明にかかる実施の形態１のガラス製光学レンズの製造方法における成形金型とレンズ素材との関係を説明するための図
【図１２】本発明にかかる実施の形態２における光学レンズ用プレス成形金型の正面構成図
【図１３】本発明にかかる実施の形態２のガラス製光学レンズの製造方法における段差転写面とガラス素材の状態を説明するための図
【図１４】（ａ）本発明の実施の形態１、２の微細形状の変形例であるＶ溝構造を有する微細形状を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態１、２の微細形状の変形例であるシリンドリカル構造を有する微細形状を示す図
【図１５】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１、２の微細形状の変形例を示す図、
【図１６】本発明にかかる実施例における成形金型のＳＥＭ画像を示す図
【図１７】本発明にかかる実施例におけるガラス製光学レンズのＳＥＭ画像を示す図
【図１８】本発明にかかる実施例におけるガラス製光学レンズのＳＥＭ画像を示す図
【図１９】本発明にかかる実施例における成形金型のＸ軸及びＹ軸方向における形状精度測定結果を示す図
【図２０】本発明にかかる実施例におけるガラス製光学レンズのＸ軸及びＹ軸方向における形状精度測定結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図１乃至図２０を参照して説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかる実施の形態１における光学レンズ用プレス成形金型の正面図である。図１に示すように、本実施の形態１の光学レンズ用プレス成形金型は、上側の金型である成形金型５０１と、下側の金型である平面金型５０２とを備えている。そして、成形金型５０１の底面には、レンズに回折形状を形成するための回折形状転写部１０１が設けられている。また、紙面右方向にＸ軸（右がプラス、左がマイナス）、紙面垂直方向にＹ軸(紙面奥行き方向がプラス、紙面手前方向がマイナス)、紙面下方向にＺ軸（下方がプラス、上方がマイナス）として、各軸が設定されている。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態における成形金型５０１の底面構成図である。この底面図とは、Ｚ軸プラス側から見た図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ‘における断面構成図である。
【００３０】
図に示すように、回折形状転写部１０１は、軸Ｌを中心として同心円状の複数の輪帯１０１ａを有している。この回折形状転写部１０１には、この金型で成形したレンズを透過する光を回折させる回折作用面を成形する回折作用転写面１０２が形成されている。この回折作用転写面１０２は、同心円の中央に形成されている円形状の円形回折作用転写面１０２ａと、円形回折作用転写面１０２ａの周囲に形成されている複数の輪帯状の輪帯回折作用転写面１０２ｂとを有している。図１に示す輪帯１０１ａは、この輪帯回折作用転写面１０２ｂによって形成される。
【００３１】
そして、回折形状転写部１０１には、この金型で成形したレンズの隣り合う回折作用転写面１０２の間をつなぐ段差面を成形する段差転写面１０３が形成されている。また、回折形状転写部１０１の周囲には、平面部１０４が設けられている。尚、図２及び図３において、回折形状転写部１０１の回転軸がＬとして示されている。
【００３２】
図４（ａ）は、図３に示す領域αの拡大構成図である。図４（ａ）に示すように、段差転写面１０３は、回転軸Ｌと平行な軸Ｍに対して、同心円状の輪帯１０１ａの中央方向（図４（ａ）中のマイナスＸ方向）へ傾いており、その傾きをθ１とすると、傾きθ１は、下記（数４）を満たしている。
【００３３】
（数４）    ０°≦θ１＜１０°
なお、軸Ｍから中央方向にθ１傾いた軸がＮとして示されている。また、この傾きについては、ガラス製光学レンズの製造方法を説明する際に更に説明する。
【００３４】
図４（ｂ）は、図２のδ部分の拡大図である。ここで、図１では、段差転写面１０３は記載されていないが、θ１が０°よりも大きい場合には、図４（ｂ）に示すようにＺ軸プラス側から段差転写面１０３も視認される。
【００３５】
図５は、図３に示す領域αにおける拡大斜視概念図である。
【００３６】
図に示すように、段差転写面１０３には、微細な凹凸を有する微細形状２０１が形成されている。
【００３７】
一方、回折作用転写面１０２には、成形したレンズを透過する光を回折する機能が必要であり、透過する光の効率（光透過効率）がレンズとして重要である。回折作用転写面１０２の面精度として、その表面粗さをＲａ１として定義すると、この金型で成形したレンズの光透過効率を９０％以上にするためには、成形金型５０１の面精度は、以下の（数１）を満たすように設定される。
【００３８】
（数１）  Ｒａ１＜１０ｎｍ
また、この金型で成形したレンズの隣り合う回折作用面の間をつなぐ段差面を成形する段差転写面１０３の表面粗さがＲａ２として定義される。この段差転写面１０３の表面粗さＲａ２は、以下の（数２）を満たすように設定される。
【００３９】
（数２）  １０ｎｍ＜Ｒａ２＜２００ｎｍ
この（数２）を満たすような、表面粗さＲａ２となるように段差転写面１０３に微細形状２０１が形成される。
【００４０】
図６は、図５に示す領域βの拡大概念図である。図に示すように、段差転写面１０３上に複数の微細形状２０１が形成されている。そして、微細形状２０１は、断面が矩形状の溝が複数並列に配置されて構成されている。各々の矩形状溝２０１ａは、段差転写面１０３の傾斜方向（図４に示す軸Ｍからθ１傾いた軸Ｎ）に対して略平行に形成されている。このような軸Ｎに対して略平行に形成された矩形状溝２０１ａは、段差転写面１０３に工具を振動接触させ、加工することによって形成される。なお、図６の微細形状２０１は、構造をわかりやすくするために、実際の寸法よりも大幅に拡大して描写している。また、この微細形状２０１によって発生する効果については、図９において説明する。
【００４１】
図７（ａ）は、成形金型５０１の正面概念図であり、図７（ａ）中のＰは、輪帯１０１ａの幅を示している。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のγ拡大図である。図７（ｂ）中のＳは、輪帯の中央から端方向に向かって回折作用転写面１０２から段差転写面１０３へ移る境界部分を示しており、Ｓの間隔がＰに相当することになる。
【００４２】
このＰは、輪帯の回転中心に近いところがもっとも大きく、外周へ向かうにつれ小さくなるように設定されており、本発明の回折作用転写面のピッチの一例に相当する。
【００４３】
なお、本発明の金型素材の表面である回折作用転写面及び段差転写面の一例は、本実施の形態の回折作用転写面１０２及び段差転写面１０３に相当する。又、本発明の微細溝の一例は、本実施の形態１の矩形状溝２０１ａに相当する。
【００４４】
次に、本発明にかかる実施の形態１のガラス製光学レンズの製造方法について説明する。
【００４５】
はじめに、ガラス製光学レンズを製造する工程の概要について、図８（ａ）〜（ｃ）参照して説明する。
【００４６】
図８（ａ）〜（ｃ）は、回折形状転写部１０１を有する成形金型５０１と、平面金型５０２でガラス素材をプレスしてガラス製光学レンズを作製する工程を説明するための図である。
【００４７】
はじめに、図８（ａ）において、ガラス素材３０１をガラス転移点以上に加熱軟化させる加熱工程が行われる。次に、図８（ｂ）において、軟化したガラス素材３０１に対して、成形金型５０１をＺ軸プラス方向へ移動させ、プレスし、回折形状転写部１０１と平面部１０４をガラス素材３０１へ転写するプレス工程が行われる。このプレス工程後、図８（ｃ）において、ガラス素材３０１は、ガラス転移点以下へ冷却され、ガラス素材３０１に回折形状と平面形状が転写されることによって形成されたガラス製光学レンズ６０１を成形金型５０１から離型する離型工程が行われる。これら加熱工程、プレス工程、及び離形工程は、窒素ガスなどの不活性ガスの雰囲気下において常圧で行われる。
【００４８】
尚、成形金型５０１、及び平面金型５０２の金型材料としては、高温でのプレス圧に耐える必要があるため、４５０度以上の高温でビッカース硬度（Ｈｖ）４００以上を有するタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、グラッシーカーボン（ＧＣ）が選択される。金型材料は、４５０度以上の高温でＨｖ４００以上を有する素材であれば、上記素材以外でも選択可能である。
【００４９】
次に、上記ガラス製光学レンズの製造方法における、段差転写面１０３のガラス素材３０１に対する作用について説明する。
【００５０】
図９（ａ）〜（ｃ）は、加熱工程、プレス工程、及び離形工程における段差転写面１０３とガラス素材３０１の状態を説明するための概念図である。図９（ａ）〜（ｃ）は、図６に示す段差転写面１０３をＺ軸プラス方向から視た概念図であり、ガラス素材３０１は、段差転写面１０３上に配置されているものしか図示していない。なお、上述したように加熱工程、プレス工程、及び離形工程は、不活性ガスである窒素ガス中で行われる。
【００５１】
図９（ａ）の加熱工程において、ガラス素材３０１は、ガラス転移点以上に加熱され、図９（ｂ）のプレス工程において、軟化したガラス素材３０１に圧力が加えられ、ガラス素材３０１は段差転写面１０３に押し付けられる。そして、ガラス素材３０１に段差転写面１０３の形状が転写され、ガラス素材３０１に段差面が形成される。ここで、上述したように、段差転写面１０３の表面粗さＲａ２が、（数２）を満たすように、微細形状２０１の大きさは調整されている。
【００５２】
（数２）１０ｎｍ＜Ｒａ２（不活性ガス）＜２００ｎｍ
この段差転写面１０３の表面粗さＲａ２により、加圧転写時に、微細形状の溝部分に窒素ガスが微細形状２０１内に充填され、ガラス素材３０１が微細形状２０１内に入り込まない。そのため、微細形状２０１が無い場合と比較して、本実施の形態では、ガラス素材３０１と段差転写面１０３の接触面積が減少することになり、ガラス素材３０１と段差転写面１０３の間に発生する応力が低減する。
【００５３】
従って、ガラス素材３０１の成形金型５０１からの離型性が向上し、図９（ｃ）に示す離型工程において、金型へのガラス付着の発生を抑制することが出来る。なお、Ｒａ２が１０ｎｍ以下の場合には、段差転写面１０３が光学鏡面となり、接触面積が減少する効果が小さくなる。また、Ｒａ２が２００ｎｍ以上であると、ガラス素材が溝部分に入り込み、接触面積が増大してしまうため、離型性が向上する効果が小さくなる。
【００５４】
以上の工程により、本実施の形態１のガラス製光学レンズ６０１を作製することが出来る。
【００５５】
図１０は、本実施の形態１のガラス製光学レンズ６０１の正面図である。上記工程によって、ガラス製光学レンズ６０１の上面には、回折作用面１２と、隣り合う回折作用面１２の間に設けられた段差面１３とを有する回折形状部１１が形成される。また、回折形状部１１の周囲には、平面部１４が形成されている。なお、このガラス製光学レンズ６０１は、本発明の回折レンズの一例にも相当する。
【００５６】
以上のように、本実施の形態によれば、離型工程において、ガラス素材に生じる応力を低減することが出来、金型へのガラス素材の付着を抑制することが可能となる。
【００５７】
また、図１１は、輪帯回折作用転写面１０２ｂと段差転写面１０３とガラス製光学レンズ６０１の冷却時の概念図である。ガラス素材３０１は加熱されると素材特有の熱膨張係数に従い膨張する。膨張した状態で、プレス工程を経て冷却するため、成形金型５０１の回折形状転写部１０１（図１）に密着しているガラス素材３０１は収縮する。この収縮は、ガラス製光学レンズ６０１の中心方向に向かって発生する。図１１中の矢印は収縮方向を示している。
【００５８】
ガラス素材３０１の収縮により、ガラス素材３０１は段差転写面１０３に押し付けられる方向へ力が働き、密着力が強くなる。段差転写面１０３に微細形状２０１を形成することにより、図９で説明したように接触面積の減少による離型性向上作用が働き、ガラス製光学レンズ６０１と成形金型５０１の離型時に、段差転写面１０３にガラスが付着する力を小さくすることができる。
【００５９】
また、本実施の形態において、微細形状２０１では、図６に示すように段差転写面１０３の傾斜面（図１０中軸Ｎ）と平行に溝が形成されている。この軸Ｎは、Ｚ軸から最大１０°傾いているだけであるため、ガラス製光学レンズ６０１と成形金型５０１の離型時の段差転写面１０３へかかる力と溝の方向が略平行になり、微細形状２０１の溝の一部にガラス素材３０１が入り込んでいたとしても、微細形状２０１とガラス製光学レンズ６０１との間における接触力を低減することが出来る。
【００６０】
次に、（数３）に示したθ１について説明する。θ１がマイナス（図４中のプラスＸ方向）になると、ガラス製光学レンズ６０１を成形金型５０１から離型する際に、段差転写面１０３と干渉を起こし、回折形状転写部１０１を正確に転写することができないため、θ１は少なくとも０度以上である方が好ましい。
【００６１】
また、Ｘ軸のプラス方向へ傾斜させて段差転写面１０３を形成すると、ガラス素材３０１の収縮力が、段差転写面１０３に働く割合が小さくなるため、離型性は向上する。しかしながら、傾斜角θ１をプラス方向へ大きくすると、成形したガラス製光学レンズ６０１の回折作用転写面１０２が転写された部分を通る光の量が減少し、回折効率を低下させる。そのため、傾斜角θ１は１０度より小さい値にして、段差転写面１０３を形成する方が好ましい。
【００６２】
また、本実施の形態では、図７で説明したようにＰが外周に向けて除去に小さくなるように、回折形状転写部１０１が形成されているが、Ｐが外周につれ小さいということは、外周部に回折輪帯本数が多くなるということである。輪帯が多くなると、外周部における段差転写面１０３の割合が大きくなるため、成形金型５０１の回折形状転写部１０１の形状がガラス製光学レンズ６０１に転写された後の離型工程において、外周部からガラス製光学レンズ６０１と回折形状転写部１０１の形状との離型が発生し、形状転写性が向上する。さらに、成形レンズの外周部に回折輪帯本数が多く形成されていることは、レンズ成形時にレンズの外周から冷却が始まるので、より離型性を高める効果もある。
【００６３】
なお、本実施の形態では、不活性ガスとして、窒素ガスを例に挙げて説明したが、アルゴンガス、二酸化炭素ガス等の不活性ガスが用いられてもよい。なお、これらのガス中においても、上記（数２）は成立する。
【００６４】
また、本実施の形態１では、加熱工程、プレス工程、及び離型工程は、不活性ガス中で行われたが、一連の工程が、真空下で行われても良い。ここで真空とは雰囲気中の圧力が８×１０−１Ｐａ以下の状態と定義する。真空雰囲気中では、ガラス素材３０１は、周囲の雰囲気の気体量が少ないため、微細な形状にも入り込みやすい。
【００６５】
そこで、真空雰囲気中の微細形状２０１の表面粗さＲａ２は、前述の場合に比べて小さく設定される。具体的には段差転写面１０３の表面粗さＲａ２が、（数３）を満たすように微細形状２０１が形成される。
【００６６】
（数３）１０ｎｍ＜Ｒａ２＜１００ｎｍ
このように段差転写面１０３を形成することにより、加圧転写時に微細形状２０１内にガラス素材３０１が入り込まず、ガラス素材３０１と段差転写面１０３の接触面積を、微細形状２０１を形成しないときと比べて減少させることが出来る。そのため、ガラス素材３０１と段差転写面１０３の間に発生する応力が低減し、離型性が向上し、離型工程において、ガラス付着の発生を抑制することが出来る。
【００６７】
（実施の形態２）
次に、本発明にかかる実施の形態２における光学レンズ用プレス成形金型について説明する。本実施の形態２における光学レンズ用プレス成形金型は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、成形金型及び平面金型の表面に離型膜が形成されている点が異なっている。そのため、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００６８】
図１２は、本実施の形態２の光学レンズ用プレス成形金型の正面構成図である。また、図１３（ａ）〜（ｃ）は、ガラス製光学レンズを作製する際における段差転写面とレンズ材料の状態を示す図である。図１２に示すように、本実施の形態２の光学レンズ用プレス成形金型は、成形金型１００１及び平面金型１００２のそれぞれの表面に、離型膜３０２、３０３が形成されている。
【００６９】
また、本実施の形態では、離型膜３０２の表面部分に、実施の形態１で述べたような回折形状転写部７０１、回折作用転写面７０２、及び段差転写面７０３が形成されている。また、回折形状転写部７０１の周囲には平面部７０４が形成されている。なお、実施の形態１と同様に、回折作用転写面７０２は、輪帯の中央に設けられた円形状の円形回折作用転写面７０２ａと、その周囲に輪帯状に形成された輪帯回折作用転写面７０２ｂとを有している。
【００７０】
ここで、成形金型１００１から離型膜３０２を除いた部分が、成形金型素材８０１として図示されている。また、回折形状転写部７０１に対応する成形金型素材８０１の部分が回折形状転写素材部９０１として、回折作用転写面７０２に対応する成形金型素材８０１の面が回折作用転写素材面９０２として、段差転写面７０３に対応する成形金型素材８０１の面が段差転写素材面９０３として図示されている。さらに、平面部７０４に対応する成形金型素材８０１の部分が平面素材部９０４として図示されている。
【００７１】
同様に、平面金型１００２から離型膜３０３を除いた部分が、平面金型素材８０２として図示されている。
【００７２】
また、離型膜３０２、３０３にはガラス素材３０１との反応性が低い材料が使用され、非晶質合金膜は、白金(Ｐｔ)、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル(Ｔａ)、カーボン(Ｃ)、およびオスミウム（Ｏｓ）の中から少なくとも１種類以上含有する合金膜を、スパッタリング法、蒸着法またはそれらに準拠する方法で成膜されて形成される。
【００７３】
なお、本発明の回折作用転写面の一例は、本実施の形態の離型膜３０２上の回折作用転写面７０２に相当する。また、本発明の段差転写面の一例は、本実施の形態の離型膜３０２上の段差転写面７０３に相当する。また、本発明の非晶質合金膜の一例は、本実施の形態の離型膜３０２に相当する。また、本発明の段差転写面を形成する金型素材の部分の一例は、本実施の形態の段差転写素材面９０３に相当する。
【００７４】
離型膜を成膜する際に、膜厚みが設定されるが、離型膜３０２の膜厚が大きいと、金型全面に均一な膜厚で離型膜３０２を成膜出来ないため、金型の設計形状からの誤差が大きくなる。そのため、離型膜３０２の厚みは２μｍ以下に設定される。
【００７５】
また、離型膜３０２は段差転写素材面９０３との密着性が高い方が良いため、離型膜３０２を成膜する時の、段差転写素材面８０３の表面粗さをＲａ３とすると、Ｒａ３が（数５）を満たすように、微細形状８２０が形成されている。
【００７６】
（数５）２００ｎｍ≦Ｒａ３＜４００ｎｍ
このようにＲａ３を２００ｎｍ以上にすることにより、段差転写素材面９０３の微細形状８２０内部に離型膜３０２が入り込み、段差転写素材面９０３と離型膜３０２との接触面積が大きくなり、密着性が向上する。なお、この段差転写素材面８０３に形成されている微細形状８２０は、実施の形態１で述べた微細形状２０１と同様に、断面が矩形状の複数の溝から構成されている。
【００７７】
このように形成された成形金型素材８０１の素材面上に離型膜３０２が形成されるが、離型膜３０２の表面の段差転写面７０３には、離型性を向上させるため、ガラス素材３０１が入り込まない程度の微細形状９２０が形成されるように離型膜３０２が形成される。この離型膜３０２の、ガラス素材３０１が接触する表面の段差転写面７０３の表面粗さＲａ２は、不活性ガス雰囲気中で成形する場合には、実施の形態１で述べた（数２）を満たす。そして、この微細形状９２０も、実施の形態１で述べた微細形状２０１と同様に、断面が矩形状の複数の溝から構成されている。
【００７８】
（数２）    １０ｎｍ＜Ｒａ２＜２００ｎｍ
このように、本実施の形態２では、成形金型素材８０１上に設けられた離型膜３０２の段差転写面７０３の表面粗さを実施の形態１と同様の範囲とすることで、離型工程においてガラス素材に発生する応力を低減することが出来、離型性が向上し、金型へのガラス付着の発生を抑制することが出来る。なお、上記（数５）を満たすように微細形状が形成された段差転写素材面８０３の表面上に、離型膜３０２を形成する際、例えばスパッタ時間を調整することによって、膜の厚みを調整し、上記（数２）を満たすような段差転写面７０３を形成することが出来る。
【００７９】
なお、上記不活性ガス雰囲気を真空雰囲気に変えた場合は、離型膜３０２上に形成される段差転写面７０３の表面粗さＲａ２が、（数３）を満たすように微細形状７２０が形成される。
【００８０】
（数３）    １０ｎｍ＜Ｒａ２（真空）＜１００ｎｍ
また、この場合も、上記と同様に、（数５）を満たすように、微細形状が形成された段差転写素材面８０３の表面上に、例えばスパッタ時間を調整することによって、成膜される離型膜３０２の厚みを調整し、上記（数３）を満たすような段差転写面７０３を形成することが出来る。
【００８１】
また、最大膜厚が２μｍであるので、微細形状７２０が（数２）の条件を満たすために、上述のＲａ３は４００ｎｍ以下に設定されている。
【００８２】
このように、成形金型５０１にはガラス素材３０１との離型性を向上させるために、前記離型膜を形成していてももちろん良く、成形中の雰囲気は不活性ガス中であっても良いし、真空中であっても良い。離型膜を形成した場合であっても、形成していない場合であっても、ガラス素材３０１に接触する段差転写面の表面粗さが、（数２）、（数３）を満たすように設定されていればよい。
【００８３】
また、上記実施の形態では、回折作用転写面１０２、７０２及び段差転写面１０３、７０３は、それぞれの表面粗さＲａ１、Ｒａ２が、（数１）（数２）を満たすように形成されているが、この数値を限定されるものでなく、レンズに要求される仕様をみたせばよく、Ｒａ１が１０ｎｍ以上であってもよい。さらに、例えば使用される素材の粘性が高い場合等には、Ｒａ２が２００ｎｍ以上であってもよく、要するに、Ｒａ２は、Ｒａ１よりも大きければよく、接触面積を減少させ、ガラス素材に生じる応力を低減させる効果を発揮することが出来る。
【００８４】
以上のように、段差転写面１０３、７０３上に微細形状２０１、７２０を有し、回折作用転写面１０２、７０２の表面粗さＲａ１よりも段差転写面１０３の表面粗さＲａ２を粗くすることにより、ガラス素材３０１との離型性が向上し、ガラス付着の発生を抑制することが可能なガラス製光学レンズ６０１を形成できる。
【００８５】
また、ガラス付着が発生しないとしても、段差転写面１０３、７０３に微細形状２０１、７２０を有していない場合は、段差転写面１０３、７０３と回折作用転写面１０２、７０２の離型時の応力が異なり、ガラス製光学レンズ６０１の形状にばらつきが発生し、予期しない収差を有するガラス製光学レンズ６０１となる場合がある。しかしながら、段差転写面１０３、７０３上に微細形状２０１、７２０を有し、回折作用転写面１０２、７０２の表面粗さＲａ１よりも段差転写面１０３、７０３の表面粗さＲａ２を粗くすることにより、段差転写面１０３、７０３と回折作用転写面１０２、７０２の離型時の応力変動が小さく、上述の構成の金型で成形したレンズの光学特性が従来の金型で成形したレンズより良くなる。
【００８６】
本願発明の回折形状を有するガラス製光学レンズである光学デバイスを用いれば、ＢＤピックアップのレンズ枚数削減、ＤＳＣレンズ枚数の削減とコンパクト化を実現できる。
【００８７】
なお、上記実施の形態２では、成形金型素材８０１の表面だけでなく、平面金型素材８０２の表面にも離型膜３０３が形成されていたが、段差転写面などを有していない平面金型素材８０２には剥離膜が形成されていなくてもよい。
【００８８】
また、上記実施の形態１、２では、微細形状２０１、７２０は、その断面形状が矩形溝構造をしているが、図１４（ａ）に示すような複数のＶ溝３００１ａの構造を有する微細形状３００１、図１４（ｂ）に示すような複数のシリンドリカル溝３００２ａの構造を有するような微細形状３００２が形成されていてもよく、または、矩形溝構造、Ｖ溝構造またはシリンドリカル構造が段差転写面１０３上にランダムに配列されていても良く、構造は左右対称形状でなくても良い。
【００８９】
また、微細形状２０１、７２０に形成されている溝は、図６に示すように、軸Ｎに平行に形成されているが、平行に形成されていなくても良く、図１５（ａ）に示す微細形状２００２のように、断面が矩形状の溝２００２ａが段差転写面１０３の周囲に沿って複数形成されていてもよい。
【００９０】
また、方向及び形状が異なる複数の溝が形成されていてもよい。この場合、離型方向に沿ってだけ溝が形成されている構成と比較すると、離型性は低減するものの、微細構造が形成されていない場合と比較すると、段差転写面のガラス素材に対する接触面積を減少させることが出来るため、応力の発生を低減することが出来る。
【００９１】
ただし、軸Ｎと平行でない場合であっても、少なくともＺ軸のマイナス側からプラス側に向かうように形成されている方が、ガラス素材が溝に食い込んだとしても離型時に溝の形成方向に沿ってガラス素材が溝から抜け、離型性が向上するためより好ましい。
【００９２】
なお、図１５（ｂ）に示す微細形状２００３のように、図６に示した矩形溝形状を、その幅ｈがＺ軸プラス方向に沿って広がるような溝２００３ａに形成してもよい。このようにすることで、より離型性を向上させることが出来る。
【００９３】
なお、回折作用転写面１０２、７０２と段差転写面１０３、７０３の形状は、鋸歯形状で説明を行ったが、必ずしも鋸歯形状である必要は無く、例えば階段形状、矩形の凹凸形状などでも良く、回折作用転写面１０２、７０２と段差転写面１０３、７０３を有している形状であれば良い。
【００９４】
なお、平板回折形状で説明を行ったが、球面回折形状、非球面回折形状、また両面に回折形状を有している形状でも良い。
【実施例】
【００９５】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、実施の形態１と同様の光学レンズ用プレス成形金型が用いられており、成形金型５０１にはＷＣを主成分とする超硬合金が選択された。成形金型５０１は、径３．５ｍｍ、回折輪帯数１１０本、回折段差高さ０．７μｍ、回転中心に最も近い回折輪帯のピッチＰは１１０μｍ、外周に向かうにつれピッチＰは小さくなり、最外周でのピッチＰは５μｍに設計された回折形状転写部１０１が形成されている。この回折形状転写部１０１は、ダイヤモンド粒子の焼結体である回転工具を用い超精密研削加工で形成された。
【００９６】
平板金型５０２にも成形金型５０１と同様にＷＣを主成分とする超硬合金が使用され、金型径は３．５ｍｍに製作された。平面金型５０２の平面部分は、番手８００番のメタルボンド砥石を用いた平面研削加工を行ったあと、粒径１μｍのダイヤモンドスラリーで研磨を行い表面粗さＲａ＝５ｎｍの鏡面状態に仕上げられた。
【００９７】
成形金型５０１の回折作用転写面１０２の表面粗さＲａ１は４ｎｍ、段差転写面１０３の表面粗さＲａ２は２４ｎｍで形成され、段差転写面１０３の傾斜角度θ１は８度で形成された。
【００９８】
図１６は、形成した成形金型５０１の回折作用転写面１０２と段差転写面１０３を拡大したＳＥＭ画像である。図１６を観ると段差転写面１０３に段差傾斜面に沿って微細形状２０１が形成されていることが確認される。
【００９９】
次に成形工程について説明する。ガラス素材３０１には、住田光学ガラス製ＶＣ７９(屈折率１．６０９、分散５７．８、ガラス転移点温度５１６度、熱膨張係数９３×１０−９)が使用され、加熱時の温度は６１０度、窒素雰囲気中でプレス成形が行われた。
【０１００】
離型工程では、温度を１００度まで冷却し、ガラス製光学レンズ６０１と成形金型５０１の離型が行われた。成形したガラス製光学レンズ６０１の図１６の反転形状部分が、図１７に示されている。図１７では、ガラス製光学レンズ６０１の回折作用面１２及び段差面１３を確認することが出来る。図１７に示すように、ガラス付着が発生しておらず、良好な転写形状であることがわかる。
【０１０１】
また、図１８は、成形したガラス製光学レンズ６０１の全体を撮影したＳＥＭ画像である。ガラス製光学レンズ６０１全面に渡り、ガラス付着が発生せず良好な転写形状であることがわかる。
【０１０２】
図１９は、成形金型５０１の回折形状転写部１０１をパナソニック製ＵＡ３Ｐで測定した、設計形状からの差分量測定結果を示す図である。測定は、先端１μｍＲのダイヤモンドプローブを使用し、測定時のプローブ誤差から発生するノイズを除去している。測定は回転中心から半径１．２ｍｍまで±Ｘ方向、Ｙ方向を測定した。Ｘ方向の測定結果は、実線、Ｙ方向の測定結果は点線で示されている。
【０１０３】
また、図２０は、同様の測定方法により、ガラス製光学レンズ６０１の回折形状部１１の面を測定した結果を示す図であり、Ｘ方向の測定結果は、実線、Ｙ方向の測定結果は点線で示されている。
【０１０４】
図１９及び図２０からわかるように、成形金型５０１の形状面が良好にガラス製光学レンズ６０１上に転写されている。
【０１０５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の光学レンズ用プレス成形金型は、離型時にレンズに生じる応力を軽減し、成形時におけるガラス付着の発生を抑制することが可能な効果を有し、ガラス製光学レンズの製造方法などに適用することが出来る。
【符号の説明】
【０１０７】
１０１    回折形状転写部
１０２    回折作用転写面
１０３    段差転写面
１０４    平面部
２０１    微細形状
３０１    ガラス素材
３０２、３０３    離型膜
５０１    成形金型
５０２    平面金型
６０１    ガラス製光学レンズ
【図１】
0005390357.tif 000002
【図２】
0005390357.tif 000003
【図３】
0005390357.tif 000004
【図４】
0005390357.tif 000005
【図５】
0005390357.tif 000006
【図６】
0005390357.tif 000007
【図７】
0005390357.tif 000008
【図８】
0005390357.tif 000009
【図９】
0005390357.tif 000010
【図１０】
0005390357.tif 000011
【図１１】
0005390357.tif 000012
【図１２】
0005390357.tif 000013
【図１３】
0005390357.tif 000014
【図１４】
0005390357.tif 000015
【図１５】
0005390357.tif 000016
【図１９】
0005390357.tif 000017
【図２０】
0005390357.tif 000018
【図１６】
0005390357.tif 000019
【図１７】
0005390357.tif 000020
【図１８】
0005390357.tif 000021