(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子のプレス成形に用いる光学素子成形用型の製造方法であって、
少なくとも成形面を形成する前記母材の表面に、少なくとも一種の貴金属のイオンを注入する第１の工程と、
該第１の工程後の前記母材の表面を結晶化させる第２の工程と、
該第２の工程後の前記母材の表面に、前記少なくとも一種の貴金属を含む薄膜をスパッタリング法で成膜させる第３の工程と、
を備えていることを特徴とする、光学素子成形用型の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、
前記光学素子成形用型の母材の周囲に、前記イオンを含むアークプラズマを発生させる工程と、
前記母材にパルス電圧を印加することにより、前記アークプラズマから前記イオンを引き出す工程と、を有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項３】
前記貴金属は、
白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、又はオスミウム（Ｏｓ）である
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程を行う前の前記母材の表面が、
超硬合金、炭化ケイ素、および炭素のいずれか一種によって形成されている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項５】
前記光学素子成形用型の成形面のうち、光学素子の光学有効領域外の表面形状を転写する部分に、前記第１の工程、前記第２の工程、および前記第３の工程を施す
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子成形用型の製造方法により、光学素子成形用型を得る工程と、
得られた光学素子成形用型を用いて、光学素子のプレス成形を行う工程と、を含む、
ことを特徴とする、光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子成形用型の製造方法および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズ、プリズム等の光学素子の製造方法として、ガラスモールド成形が知られている。
このような成形に用いられる光学素子成形用型は、種々の金属酸化物やアルカリ成分などを含む反応性の高いガラスと高温下で接触して使用されるため、型表面が劣化しやすい。
また、光学素子成形用型では、光学面を形成する成形面が鏡面加工されるため、ガラスの融着が起こりやすい。
このため、光学素子成形用型の母材の成形面には、型の長寿命化、ガラスと離型性等を向上させる目的で、例えば、金属系膜や炭素系膜等の離型膜が形成されている。
鏡面加工された母材表面に密着強度が良好な離型膜を形成する光学素子成形用型の製造方法として、例えば、特許文献１には、光学素子成形用型の母材の周囲に、少なくとも一種の貴金属イオンを含むアークプラズマを発生させ、この母材にパルス電圧を印加することにより母材周囲のアークプラズマから貴金属イオンのみを引き出し、この貴金属イオンを母材の少なくとも成形面に注入する第１の工程と、この第１の工程後の成形面に、少なくとも一種の貴金属からなる膜をスパッタリング法で成膜させる第２の工程とを備える光学素子成形用型の製造方法が記載されている。
一方、ガラス材料の融着を抑制するには、光学素子成形用型の表面をある程度粗面化するとよいことが知られている。例えば、特許文献２には、基材上にエッチング可能な金属元素を含む被覆層（離型膜）を形成し、この被覆層の表面をエッチングによって粗面化した下型の製造方法、およびこの下型を用いたガラス成形体の製造方法が記載されている。
また、光学素子成形用型の最表面の表面粗さに関連して、特許文献２には、フレアやゴーストを防止する黒色塗料の密着性を向上するため、光学素子の光学有効領域の表面と、非光学有効領域の表面との間の表面粗さを変える光学素子の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３４７６７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１６４号公報
【特許文献３】特開２００８−９４６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の光学素子成形用型の製造方法には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、離型膜と母材との密着強度は向上するものの、最表面が非晶質になり、平滑性が非常に高くなるため、表面粗さがより大きい表面に比べるとガラスの融着が起こりやすくなるという問題がある。
例えば、特許文献２に記載の技術を用いて、粗面化することも考えられるが、エッチング処理が必要となるため、製造工程が複雑になってしまうという問題がある。
また、特許文献２では、貴金属がエッチングされにくいことを利用して粗面化するため、表面粗さを変えるには、エッチング深さとともに、被覆層における貴金属の組成比も変える必要がある。このため、例えば、特許文献３のように、黒色塗料の密着性向上に用いるような大きな表面粗さを有する面を部分的に形成することは難しいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、成形面を構成する薄膜と母材との密着性が良好であって、しかも型表面の表面粗さを容易に制御することができる光学素子成形用型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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の光学素子成形用型の製造方法は、光学素子のプレス成形に用いる光学素子成形用型の製造方法であって、少なくとも成形面を形成する前記母材の表面に、少なくとも一種の貴金属のイオンを注入する第１の工程と、該第１の工程後の前記母材の表面を結晶化させる第２の工程と、該第２の工程後の前記母材の表面に、前記少なくとも一種の貴金属を含む薄膜をスパッタリング法で成膜させる第３の工程と、を備えている方法とする。
【０００７】
また、本発明の光学素子成形用型の製造方法は、前記第１の工程は、前記光学素子成形用型の母材の周囲に、前記イオンを含むアークプラズマを発生させる工程と、前記母材にパルス電圧を印加することにより、前記アークプラズマから前記イオンを引き出す工程と、を有することが可能である。
【０００８】
また、本発明の光学素子成形用型の製造方法は、前記貴金属は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、又はオスミウム（Ｏｓ）であることが可能である。
【０００９】
また、本発明の光学素子成形用型の製造方法では、前記第１の工程を行う前の前記母材の表面が、超硬合金、炭化ケイ素、および炭素のいずれか一種によって形成されていることが可能である。
【００１０】
また、本発明の光学素子成形用型の製造方法は、前記光学素子成形用型の成形面のうち、光学素子の光学有効領域外の表面形状を転写する部分に、前記第１の工程、前記第２の工程、および前記第３の工程を施すことが可能である。
【００１１】
本発明の光学素子の製造方法は、本発明の光学素子成形用型の製造方法により、光学素子成形用型を得る工程と、得られた光学素子成形用型を用いて、光学素子のプレス成形を行う工程と、を含む、方法とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学素子成形用型の製造方法によれば、貴金属イオンを、少なくとも成形面を形成する母材の表面に注入した後、この母材の表面を結晶化させてから、貴金属を含む薄膜を成膜するため、成形面を構成する薄膜と母材との密着性が良好であって、しかも成形面の表面粗さを容易に制御することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法で製造される光学素子成形用型の一例を模式的に示す分解図である。
【図２】本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法により製造した光学素子成形用型で製造した光学素子の一例を示す模式的な正面図および平面図、ならびに塗料塗布した光学素子の一例を示す模式的な正面図である。
【図３】本発明の実施形態の光学素子成形用型の成形面近傍の断面構成を示す模式的な拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法により製造した光学素子成形用型を用いて光学素子を製造するための成形装置の模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法に用いる製造装置の装置構成を示す模式的な装置構成図である。
【図６】本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の第１の工程の一例を示す模式的な工程説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法で製造される光学素子成形用型の一例を模式的に示す分解図である。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法により製造した光学素子成形用型で製造した光学素子の一例を示す模式的な正面図および平面図である。図２（ｃ）は、塗料塗布した光学素子の一例を示す模式的な正面図である。図３は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の成形面近傍の断面構成を示す模式的な拡大断面図である。図４は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法により製造した光学素子成形用型を用いて光学素子を製造するための成形装置の模式的な断面図である。
【００１５】
まず、本発明の実施形態の光学素子成形型の製造方法で製造された光学素子成形用型について説明する。
光学素子成形用型２は、図１に示すように、下型３、上型４、胴型５、および外径型６を備え、これらのそれぞれの中心軸線が、中心軸線Ｐに整列された状態に配置されている。このため、以下では、光学素子成形用型２を構成する各部材の中心軸線をいずれも中心軸線Ｐと称することにする。
光学素子成形用型２によって、成形する光学素子としては、ガラス材料をプレス成形して外形を形成する光学素子であれば、特に限定されない。例えば、レンズ、プリズム、ミラー、フィルタ、基板などの適宜の種類を採用することができ、光学有効領域の表面は曲率を有していてもよいし、曲率を有しない平面であってもよい。また、曲率を有する場合には凸面でも凹面でもよい。
以下では、本実施形態では、光学素子の一例として、図２（ａ）、（ｂ）に示すレンズ１を成形する場合の例で説明する。
【００１６】
まず、レンズ１の構成について説明する。
レンズ１は、ガラス材料によって成形された単玉の両凸レンズであり、凸レンズ面１ａと、凸レンズ面１ｂとを備え、これら凸レンズ面１ａ、１ｂの外周に、外形が円形とされたフランジ部１ｃが設けられた形状を有している。
凸レンズ面１ａ、１ｂは、レンズ１の設計仕様に基づく面形状、面精度に加工されている。また、凸レンズ面１ａ、１ｂには、必要に応じて、例えば、反射防止膜コートや保護膜コートなどの膜コートを施すことが可能である。
凸レンズ面１ａでは、光軸Ｏを中心とする直径Ｄａの円内が光学有効領域Ｅａに設定されている。光学有効領域Ｅａの外周側は、非光学有効領域Ｎａを構成している。
同様に、凸レンズ面１ｂでは、光軸Ｏを中心とする直径Ｄｂの円内が光学有効領域Ｅｂに設定されている。光学有効領域Ｅｂの外周側は、非光学有効領域Ｎｂを構成している。
【００１７】
フランジ部１ｃの外形は、光軸Ｏと同軸の円筒面からなるフランジ側面１ｆと、凸レンズ面１ａ、１ｂの外周に隣接されそれぞれ光軸Ｏに直交する平面からなるフランジ平面部１ｄ、１ｅとによって形成されている。
フランジ側面１ｆは、レンズ１を、例えばレンズ鏡筒等の保持部材に組み付ける際、レンズ１の径方向の位置決めに用いる位置決め面、あるいは径方向の位置を固定する固定面として用いることが可能である。
また、フランジ平面部１ｄ、１ｅは、レンズ１を、例えばレンズ鏡筒等の保持部材に組み付ける際、レンズ１の光軸方向の位置決めに用いる位置決め面、あるいは光軸方向の位置を固定する固定面として用いることが可能である。
【００１８】
レンズ１では、入射光、出射光は、いずれも光学有効領域Ｅａ、Ｅｂを通過することが想定されているため、フランジ部１ｃのフランジ側面１ｆ、フランジ平面部１ｄ、１ｅの全体は、光学有効領域Ｅａ、Ｅｂ外に位置する。
【００１９】
このようなレンズ１は、図２（ｃ）に示すように、内面反射防止のため、非光学有効領域Ｎａ、Ｎｂ、フランジ平面部１ｄ、１ｅに、塗料を塗布して乾燥させ、光吸収層Ａを形成することが可能である。光吸収層Ａに用いる塗料としては、内面反射防止用の適宜の塗料を採用することができるが、一例としては、オリジン電機株式会社製レンズ用黒ＢＮｏ．３などのふち塗り塗料の例を挙げることができる。
【００２０】
次に、光学素子成形用型２の各構成について説明する。
下型３は、レンズ１の外径よりも大きな外径を有する円筒面状の側面３ｄを備えた略円柱状部材からなり、その中心軸線Ｐに沿う軸方向の一方の端部（図１における上側の端部）に、凸レンズ面１ｂの形状を転写する成形面である凹面のレンズ面成形面３ａ（成形面）と、フランジ平面部１ｅの形状を転写する成形面である平面状の平面部成形面３ｂ（成形面）とが形成されている。
平面部成形面３ｂの外周部には、後述する外径型６のレンズ側面成形面６ａと嵌合可能な外径を有し側面３ｄよりも小径の円筒面状の側面と、外径型６の軸方向の端部を当接させるための中心軸線Ｐに直交する平面とで構成された段状の外径型受け部３ｃが設けられている。
また、下型３の軸方向の他方の端部には、側面３ｄから中心軸線Ｐに直交する径方向の外側に延びるフランジ部３ｅが形成されている。フランジ部３ｅの軸方向の他方側の端面（図１の下側の端面）は中心軸線Ｐに直交する下面３ｆを構成している。
【００２１】
本実施形態では、このような構成の下型３の母材は、例えば、タングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、炭化ケイ素、炭素などの、高硬度で耐熱性が良好な材料からなる基体部３Ｃによって構成されている。
レンズ面成形面３ａおよび平面部成形面３ｂは、図３に示すように、基体部３Ｃの表面ＳＫに少なくとも一種の貴金属を含む薄膜Ｍを成膜することにより形成されている。
薄膜Ｍと接する表面ＳＫから内部側には、薄膜Ｍを構成する貴金属イオンが注入された傾斜注入層ＧＲが形成されている。
【００２２】
薄膜Ｍは、成形時にガラス材料と接触する最表面の離型性が良好となるように、ガラス材料の成分と成形中に化学反応を起こしにくい貴金属元素を含んで構成されている。
薄膜Ｍに含まれる貴金属元素としては、適宜の貴金属元素を採用することができるが、特に好ましい元素としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、オスミウム（Ｏｓ）から選択される少なくとも１種類の元素、もしくはこれら元素を１種以上含む構成を挙げることができる。
表面ＳＫおよび傾斜注入層ＧＲについては、製造方法の説明において詳しく述べる。
【００２３】
また、薄膜Ｍの表面は、ガラス材料の融着を抑制するため、レンズ１に転写される形状の許容範囲内で粗面化されており、例えば、算術表面粗さがＲａで１０ｎｍ以上になっている。このため、算術表面粗さがＲａで５ｎｍ以下となる鏡面研磨面と比べて粗面化されている。
本実施形態では、薄膜Ｍの表面粗さは、成形面の部位によって変えられている。
例えば、レンズ面成形面３ａは、凸レンズ面１ｂの光学有効領域Ｅｂと非光学有効領域Ｎｂとにそれぞれ対応して、光学有効領域成形面３Ａと非光学有効領域成形面３Ｂとを有している。
光学有効領域成形面３Ａは、レンズ面成形面３ａにおいて、中心軸線Ｐを中心として直径Ｄｂの範囲内の部分である。
非光学有効領域成形面３Ｂは、レンズ面成形面３ａにおいて、中心軸線Ｐを中心として直径Ｄｂの範囲外の部分である。
本実施形態では、非光学有効領域成形面３Ｂを構成する薄膜Ｍの表面粗さは、光学有効領域成形面３Ａを構成する薄膜Ｍの表面粗さよりも粗くなっている。
また、平面部成形面３ｂは、すべて非光学有効領域成形面３Ｂに含まれる。平面部成形面３ｂを構成する薄膜Ｍの表面粗さは、レンズ面成形面３ａの非光学有効領域成形面３Ｂ以上の表面粗さとすることができる。
【００２４】
薄膜Ｍの膜厚は、ガラス材料の材質や成形温度などに応じて、必要な耐久性が得られるとともに、レンズ１の表面の表面粗さの許容範囲において、成形時におけるガラス材料の融着を抑制し、離型性を向上するため、適宜の表面粗さが形成される寸法とする。
薄膜Ｍの成膜方法としては、例えば、ＲＦスパッタやマグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタなどを挙げることができる。本実施形態ではイオンビームスパッタを採用している。
【００２５】
上型４は、下型３の側面３ｄと同じ外径を有する円筒面状の側面４ｄを備えた略円柱状部材からなり、その中心軸線Ｐに沿う軸方向の一方の端部（図１における下側の端部）に、凸レンズ面１ａの形状を転写する成形面である凹面のレンズ面成形面４ａ（成形面）と、フランジ平面部１ｄの形状を転写する成形面である平面状の平面部成形面４ｂ（成形面）とが形成されている。
平面部成形面４ｂの外周部には、後述する外径型６のレンズ側面成形面６ａと嵌合可能な外径を有し側面４ｄよりも小径の円筒面状の側面と、外径型６の軸方向の端部を当接させるための中心軸線Ｐに直交する平面とで構成された段状の外径型受け部４ｃが設けられている。
また、上型４の軸方向の他方の端部には、側面４ｄから中心軸線Ｐに直交する径方向の外側に延びるフランジ部４ｅが形成されている。フランジ部４ｅの軸方向の他方側の端面（図１の上側の端面）は中心軸線Ｐに直交する上面４ｆを構成している。
【００２６】
本実施形態では、このような構成の上型４は、下型３の基体部３Ｃと同様な材料からなる基体部４Ｃによって外形を形成した後、レンズ面成形面４ａと平面部成形面４ｂとに下型３と同様の薄膜Ｍを形成して作製されている。
このため、レンズ面成形面４ａは、凸レンズ面１ａの光学有効領域Ｅａと非光学有効領域Ｎａとにそれぞれ対応して、光学有効領域成形面４Ａと非光学有効領域成形面４Ｂとを有し、それぞれ、光学有効領域成形面３Ａ、非光学有効領域成形面３Ｂと同様に薄膜Ｍの表面粗さが異なる。
光学有効領域成形面４Ａは、レンズ面成形面４ａにおいて、中心軸線Ｐを中心として直径Ｄａの範囲内の部分である。
非光学有効領域成形面４Ｂは、レンズ面成形面４ａにおいて、中心軸線Ｐを中心として直径Ｄａの範囲外の部分である。
また、平面部成形面４ｂは、すべて非光学有効領域成形面４Ｂに含まれる。平面部成形面４ｂの表面粗さは、レンズ面成形面４ａの非光学有効領域成形面４Ｂ以上の表面粗さとすることができる。
【００２７】
胴型５は、下型３の側面３ｄ、上型４の側面４ｄ、および後述する外径型６の外周面６ｂを摺動可能に外嵌する内周面５ａを有する円筒状部材である。胴型５の軸方向の両端部である下面５ｂおよび上面５ｃは、内周面５ａの中心軸線Ｐと直交する平面からなる。
胴型５の軸方向の長さ（下面５ｂから上面５ｃまでの距離）は、後述する光学素子成形用型２の組立状態におけるフランジ部３ｅ、４ｅ間の距離よりも短くなっている。
このような構成により、胴型５は、ガラスの成形を行う間、下型３、上型４、および外径型６を同軸の位置関係に保持するとともに、上型４を中心軸線Ｐに沿って移動可能に案内できるようになっている。
本実施形態では、胴型５は、ガラスを成形する成形面を有しておらず、また加圧を受ける部材でもないため、成形温度に対する耐熱性を有する適宜の金属材料やセラミックスで構成することができる。本実施形態では、高硬度で耐熱性が良好な超硬合金を採用している。
【００２８】
外径型６は、外径型受け部３ｃ、４ｃに摺動可能に嵌合するとともにレンズ１のレンズ側面であるフランジ側面１ｆの形状を転写するレンズ側面成形面６ａ（成形面）と、胴型５の内周面５ａに摺動可能に嵌合する外周面６ｂとを備える円環部材である。
外径型６の軸方向の両端部である下面６ｃと上面６ｄとは、それぞれ、下型３の外径型受け部３ｃの上型４の外径型受け部４ｃとにそれぞれ軸方向に当接して、下型３と上型４との間の中心軸線Ｐに沿う距離を規制できるようになっている。
【００２９】
本実施形態では、このような構成の外径型６は、図３に示すように、例えば、タングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、炭化ケイ素などの、高硬度で耐熱性が良好な材料からなる基体部６Ａによって外形を形成した後、レンズ側面成形面６ａに下型３と同様の薄膜Ｍを形成して作製されている。
レンズ側面成形面６ａの薄膜Ｍの表面粗さは、非光学有効領域成形面３Ｂまたは非光学有効領域成形面４Ｂと同様な表面粗さとすることができる。
【００３０】
このような構成の光学素子成形用型２は、図４に示すように、下型３の側面３ｄに胴型５を外嵌させて、胴型５の上方から外径型６を挿入し、レンズ面成形面３ａ上に成形に必要な質量に秤量されたガラスＧを配置し、胴型５の上方から上型４を挿入して、組み立てられる。このようなガラスＧを含む光学素子成形用型２の組立体は、例えば、成形装置１０内に配置されて、レンズ１の成形に用いられる。
成形装置１０は、光学素子成形用型２を内部に収容し、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを供給して内部を非酸化雰囲気に保つ真空チャンバー１１と、下型３を下側に向けた光学素子成形用型２を、その中心軸線Ｐが鉛直方向に沿うように載置し、下型３の下面３ｆと当接する載置面を通して光学素子成形用型２を下方から加熱する加熱ステージ１２と、加熱ステージ１２上に載置された光学素子成形用型２を上方から加熱しつつ押圧する加圧部１３とを備える。
成形装置１０および光学素子成形用型２を用いたガラスＧのプレス成形では、光学素子成形用型２におけるレンズ面成形面３ａ、平面部成形面３ｂ、レンズ面成形面４ａ、平面部成形面４ｂ、レンズ側面成形面６ａの形状が、ガラスＧの表面に転写される。このため、レンズ１の表面は、これら各成形面の粗面の度合いに応じた、微細な凹凸形状が転写される。
【００３１】
次に、本実施形態の光学素子成形用型の製造方法について説明する。
図５は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法に用いる製造装置の装置構成を示す模式的な装置構成図である。図６は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の第１の工程の一例を示す模式的な工程説明図である。
【００３２】
本製造方法は、後述する第１の工程、第３の工程を、それぞれアークプラズマ装置、スパッタリング装置を用いて行ってもよいが、以下では、一例として、これらの工程を図６に示す製造装置２３を用いて行う場合の例で説明する。
図５に示すように、製造装置２３は、表面処理および成膜の対象となる基体部３Ｃ等の母材２２が配置される真空容器２４を備えている。
真空容器２４は、グランドに電気的に接続されており、真空容器２４内の上部に導電性の試料ホルダ２５が配置されている。母材２２は試料ホルダ２５に保持されており、試料ホルダ２５を介して直流パルスバイアス電源２６に電気的に接続されている。
【００３３】
試料ホルダ２５の下方には、母材２２の表面２２Ａの周囲に、貴金属イオンを含むアークプラズマを発生させる固体のターゲット２７と、アークプラズマを発生させるための初期放電を起こさせるトリガー電極２８と、固体のターゲット２７に放電してアークプラズマを発生させるアーク電極２９とが設置されている。
【００３４】
トリガー電極２８は、固体のターゲット２７と電気的に導通しておらず、かつ高電圧がかかったとき放電により導通させるように、固体のターゲット２７の極近傍に図示しない絶縁体を介して設置してある。
また、トリガー電極２８はトリガー電源３０に電気的に接続され、アーク電極２９はアーク電源３１に電気的に接続されている。
これら、試料ホルダ２５、直流パルスバイアス電源２６、ターゲット２７、トリガー電極２８、アーク電極２９、トリガー電源３０、およびアーク電源３１は、イオン注入手段４０を構成している。
イオン注入手段４０は、製造装置２３において、母材２２の表面２２Ａの周囲に、貴金属イオンを含むアークプラズマを発生させ、母材２２にパルス電圧を印加することにより、母材２２周囲のアークプラズマから貴金属イオンを引き出し可能とする装置部分である。母材２２に印加する電圧として、パルス電圧を用いることにより、効率的に貴金属イオンを引き出すことができる。
直流パルスバイアス電源２６は、アーク電極２９の放電が始まると同時、または遅延して負の電圧を発生させるように図示しないコンピューターにより制御されている。
また、真空容器２４には、内部を真空状態にするための排気口２４ａ、２４ｂが設けられている。
【００３５】
真空容器２４内には、貴金属による成膜を行うためのスパッタリング手段５０として、成膜用の複数のターゲットを設置可能なターゲットホルダ３２と、ターゲットホルダ３２に取り付けられた成膜用ターゲット３３と、成膜用ターゲット３３からスパッタ粒子３４を放出させるために照射するイオンビーム３５を発生させるイオン源３６と、イオンビーム３５の加速電圧とビーム電流量を制御する図示しないコントローラとが配置されている。
また、製造装置２３は、母材２２とイオン注入手段４０との間、または母材２２とスパッタリング手段５０との間を、選択的に遮蔽してイオン注入手段４０とスパッタリング手段５０とによる成膜を切換可能とするシャッター３７と、シャッター３７の位置の切換を行う移動機構３７Ａとが設置されている。
【００３６】
シャッター３７は、図５に実線で示すように、試料ホルダ２５に設置された母材２２と成膜用ターゲット３３との間に配された場合（この場合を閉位置とする。）には、母材２２と成膜用ターゲット３３との間を遮蔽してスパッタ粒子３４が母材２２へ到達しないようにすることができる。
また、シャッター３７は、図５に二点鎖線で示すように、母材２２とターゲット２７との間に配された場合（この場合を開位置とする。）には、母材２２とターゲット２７との間を遮蔽してアーク電極２９により発生したプラズマが母材２２へ到達しないようにすることができる。
【００３７】
本実施形態の光学素子成形用型２の製造方法は、図６に示すように、第１の工程Ｓ１、第２の工程Ｓ２、および第３の工程Ｓ３を備える。
本製造方法では、これらの工程に先立って、基体部３Ｃ、４Ｃ、６Ａを形成しておき、基体部３Ｃ、４Ｃ、６Ａのそれぞれに対して、第１の工程Ｓ１、第２の工程Ｓ２、および第３の工程Ｓ３をこの順に行うことにより、レンズ面成形面３ａ、４ａ、平面部成形面３ｂ、４ｂ、レンズ側面成形面６ａを形成する。
これら第１の工程Ｓ１、第２の工程Ｓ３、および第３の工程Ｓ３は、いずれも成形面に形成する表面粗さの違いに対応する条件を除いて、同様にして行われる。そこで、以下では、基体部３Ｃにレンズ面成形面３ａおよび平面部成形面３ｂを形成する場合の例を中心として説明する。
また、基体部３Ｃの材質は超硬合金、薄膜Ｍに含まれる少なくとも一種類の貴金属がＰｔの場合の例で説明する。このため、製造装置２３のターゲット２７および成膜用ターゲット３３の材質はＰｔとする。本実施形態では、ターゲット２７および成膜用ターゲット３３は、例えば、純度９９．９９９％のＰｔを採用している。
【００３８】
第１の工程Ｓ１は、真空容器２４内に設置された、下型３の母材である基体部３Ｃの周囲に、少なくとも一種の貴金属イオンであるＰｔイオンを含むアークプラズマを発生させ、基体部３Ｃにパルス電圧を印加することにより基体部３Ｃ周囲のアークプラズマからＰｔイオンを引き出し、このＰｔイオンを少なくともレンズ面成形面３ａ、平面部成形面３ｂを形成する基体部３Ｃの表面ＳＫ（図７（ａ）参照）に注入する工程である。
なお、本工程に先立って、基体部３Ｃにおいてレンズ面成形面３ａ、平面部成形面３ｂに対応する表面ＳＫは、鏡面研磨を施すことにより、表面粗さを、Ｒａで５ｎｍ以下にしておく。
【００３９】
本工程では、基体部３Ｃの表面ＳＫを構成する超硬合金にＰｔイオンを注入し、Ｐｔと超硬合金が混合された傾斜注入層ＧＲを形成する。
まず、試料ホルダ２５に基体部３Ｃをセットした後、移動機構３７Ａを駆動してシャッター３７を閉位置に移動する。
そして、真空容器２４内を排気口２４ａ、２４ｂより排気して、例えば、１×１０−４Ｐａ以下に減圧した後、アーク電極２９に９０Ｖの電圧を印加し、トリガー電極２８に４．５ｋＶの電圧を瞬間的に印加してトリガー放電を起こさせる。
【００４０】
このトリガー放電を引き金に、アーク電極２９から固体のターゲット２７に放電が起こり、固体のターゲット２７の表面からＰｔのアークプラズマが発生する。その瞬間、アークプラズマは真空容器２４内の基体部３Ｃの周囲へ到達する。同時に直流パルスバイアス電源２６により、基体部３Ｃに１２μｓｅｃ幅、１３μｓｅｃのインターバルで−５ｋＶの直流パルスバイアス電圧を１００回加える。
これにより、基体部３Ｃ周囲のプラズマ中に含まれるＰｔイオンが直流パルスバイアス電圧により引き出され、基体部３Ｃの表面ＳＫへ注入される。
Ｐｔイオンの注入深さは、直流パルスバイアス電圧の大きさによって制御される。例えば、−５ｋＶ程度の直流パルスバイアス電圧では、表面ＳＫの極浅い位置、例えば、表面ＳＫから２０ｎｍ程度の深さまで注入される。
このとき、Ｐｔイオンは電気的な力により引き出されるため、基体部３Ｃの表面ＳＫが、例えば、球面等の３次元形状を有していても、表面ＳＫに対して垂直方向に注入される。
このようにして、表面ＳＫに傾斜注入層ＧＲが形成される。
以上で、第１の工程Ｓ１が終了する。
【００４１】
表面ＳＫに充分な量のＰｔイオンが注入されるように、上述の注入操作を適宜回数繰り返す。Ｐｔイオンの注入量としては、表面ＳＫにおける金属元素よりもＰｔが多くなり、かつ表面ＳＫをＰｔが完全に覆わない範囲とする。
Ｐｔイオンの注入量は、後述する第２の工程Ｓ２における凹凸量の大きさに影響し、この凹凸量が第３の工程Ｓ３後のレンズ面成形面３ａおよび平面部成形面３ｂの表面の凹凸量に影響するため、レンズ面成形面３ａおよび平面部成形面３ｂにおいて必要な表面粗さを考慮して決める。
例えば、光学有効領域成形面３Ａとなるレンズ面成形面３ａでは、薄膜Ｍの表面に融着防止と離型性向上の効果が得られる凹凸が形成されればよいため、注入量が少なくてよい。これに対して、光吸収層Ａを形成する非光学有効領域成形面３Ｂでは、塗料の付着性をよくするためより大きな凹凸を形成する必要がある。
【００４２】
本実施形態の具体例では、例えば、光学有効領域成形面３Ａとなる表面ＳＫに対しては、基体部３Ｃのタングステン（Ｗ）に対するＰｔの比率Ｐｔ／Ｗが、１以上４以下とするのが好適であった。このような注入量が得られる繰り返し回数は、アーク電極電圧が９０Ｖの場合、１０００回から４０００回であった。
また、非光学有効領域成形面３Ｂとなる表面ＳＫに対しては、基体部３Ｃのタングステン（Ｗ）に対するＰｔの比率Ｐｔ／Ｗが、３以上２０以下とするのが好適であった。このような注入量が得られる繰り返し回数は、アーク電極電圧が９０Ｖの場合、３０００回から２００００回であった。
また、Ｐｔイオンの注入量が多すぎると、表面ＳＫのＰｔイオンの密度が大きくなりすぎ、表面ＳＫがＰｔに覆われてＰｔの堆積層が形成されたり、表面ＳＫにエッチングが起きたりする。このような注入しすぎを防止するためには、繰り返し回数を２００００回以下とすることが好ましい。
【００４３】
レンズ面成形面３ａのように、光学有効領域成形面３Ａと非光学有効領域成形面３Ｂとが混在している表面ＳＫでは、以下のようにして傾斜注入層ＧＲの注入量を変化させればよい。
まず、図７（ａ）に示すように、光学有効領域成形面３Ａに対応する領域を覆う遮蔽部材３８を配置して、上記のようにして、ＰｔイオンＩ（貴金属イオン）の注入をＮ１回繰り返す。
これにより、図７（ｂ）に示すように、光学有効領域成形面３Ａ以外の領域に傾斜注入層ＧＲ１が形成され、表面ＳＫの一部に、ＰｔイオンＩが注入された表面ＳＫ１が形成される。
次に、図７（ｃ）に示すように、遮蔽部材３８を除去した状態で、上記と同様にして、ＰｔイオンＩの注入をＮ２回繰り返す。
これにより、図７（ｄ）に示すように、光学有効領域成形面３Ａの領域に、繰り返し回数Ｎ２に対応して、表面ＳＫ２、傾斜注入層ＧＲ２が形成される。また、傾斜注入層ＧＲ１が形成されていた領域では、繰り返し回数（Ｎ１＋Ｎ２）に対応して、ＰｔイオンＩの注入量が増加した表面ＳＫ３、傾斜注入層ＧＲ３が形成される。
以下では、特に注入量を区別する必要のない場合には、表面ＳＫ１、ＳＫ２、ＳＫ３、傾斜注入層ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３は、それぞれ、単に、表面ＳＫ、傾斜注入層ＧＲと称する。
【００４４】
次に、第２の工程Ｓ２を行う。本工程は、第１の工程Ｓ１後の基体部３Ｃの表面ＳＫを結晶化させる工程である。
結晶化させる手段としては、例えば、大気加熱炉や雰囲気加熱炉による加熱手段を採用することができる。本実施形態では、一例として、図示略の雰囲気加熱炉を用いた。
まず、Ｐｔイオンの注入が終了した基体部３Ｃを、製造装置２３から取り出して、雰囲気加熱炉の容器内に設置する。次に、雰囲気加熱炉の容器内を真空ポンプによって一度減圧し、減圧後に、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを導入し、おおよそ大気圧として、加熱を行う。
加熱条件は、傾斜注入層ＧＲに注入された貴金属の種類、基体部３Ｃの材質等に応じて、結晶化に好適な加熱条件を適宜設定する。
本実施形態では、８００℃で１０時間の加熱が好適であった。
【００４５】
第１の工程Ｓ１において、表面ＳＫに注入されたＰｔは、イオン注入されているため、結晶構造が破壊され、非晶質化している。このため、表面ＳＫは、全体的には平滑な状態である。
本工程では、上述のような加熱により、傾斜注入層ＧＲ（ＧＲ２、ＧＲ３）が形成された表面ＳＫでは、ＰｔとＷとが、加熱によって結晶化し、表面ＳＫに結晶方位が生成される。結晶化しているか否かは電子顕微鏡で観察することにより確認が可能である。
第１の工程Ｓ１では、Ｐｔイオンが注入される深さを浅くしているため、Ｐｔの結晶化が進むと、Ｐｔ結晶が表面ＳＫ上に突出して、凹凸を形成し易くなっている。
また、表面ＳＫのＰｔの量をＷよりも多くしているため、Ｐｔが結晶化する量が多くなり、広範囲に凹凸が生成される。
また、例えば、図７（ｄ）に示すように、表面ＳＫが、表面ＳＫ２、ＳＫ３のようにＰｔイオンの注入量が異なる場合、Ｐｔイオンの注入量が多いほど、結晶化による凹凸量が大きくなる。
以上で、第２の工程Ｓ２が終了する。
【００４６】
次に、第３の工程Ｓ３を行う。本工程は、第２の工程Ｓ２後の表面ＳＫに、Ｐｔを含む薄膜Ｍをスパッタリング法で成膜させる工程である。
スパッタリング法の具体的な手段としては、ＲＦスパッタやマグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタなどが挙げられる。本実施形態では、製造装置２３のスパッタリング手段５０によるイオンビームスパッタを採用している。
【００４７】
まず、図５に示すように、製造装置２３の試料ホルダ２５に基体部３Ｃをセットした後、成膜用ターゲット３３の表面に付着した不純物を除去する目的でプリスパッタを行う。
すなわち、プリスパッタによりスパッタされた不純物を含むスパッタ粒子３４が基体部３Ｃに付着することを防止するためシャッター３７を図５の実線のように、閉位置の状態として、図示しないコントローラから所望の加速エネルギーとビーム電流量に制御されたイオンビーム３５を、イオン源３６から成膜用ターゲット３３に照射する。これによって、成膜用ターゲット３３の表面の不純物が除去される。
【００４８】
一定時間経過した時点で、シャッター３７を開位置（図５の二点鎖線参照）に移動する。このとき、イオンビーム３５の照射によって成膜用ターゲット３３からスパッタされたスパッタ粒子３４が基体部３Ｃのレンズ面成形面３ａ、平面部成形面３ｂの表面に到達して付着し、Ｐｔからなる薄膜Ｍが成膜されていく。
このとき、スパッタ粒子３４は、第２の工程Ｓ２で生成された結晶方位に倣って気相成長するため、成膜後の薄膜Ｍの最表面に結晶模様が存在するようになる。これにより、薄膜Ｍの最表面に微細な凹凸が形成される。
このような結晶方位に倣う気相成長によれば、薄膜Ｍの最表面の凹凸形状は、膜厚が厚いほど顕著に現れる。
このため、薄膜Ｍの膜厚は、３００ｎｍ以上が好ましいが、厚すぎると膜の内部応力破壊が起きるため、５０００ｎｍ以下とすることが好ましい。  
本実施形態では予めＰｔの成膜レートから１０００ｎｍとなるように成膜時間を設定した。
予め決めた膜厚が形成される時間が経過したところで、シャッター３７を閉じて成膜を終了する。
以上で、第３の工程Ｓ３が終了する。
【００４９】
同様にして、基体部４Ｃ、基体部６Ａに対して、上記の第１の工程Ｓ１、第２の工程Ｓ２、および第３の工程Ｓ３を行うことにより、上型４のレンズ面成形面４ａ、平面部成形面４ｂ、および外径型６のレンズ側面成形面６ａが形成される。
ここで、レンズ面成形面４ａにおける非光学有効領域成形面４Ｂ、平面部成形面４ｂ、レンズ側面成形面６ａは、表面粗さが大きくてもレンズ１の光学特性に影響しないため、レンズ面成形面３ａの非光学有効領域成形面３Ｂおよび平面部成形面３ｂと同様に、例えば、光吸収層Ａの塗料の密着性を向上するための表面粗さとなるように、製造条件を設定することが可能である。
このようにして、光学素子成形用型２が製造される。
【００５０】
このようにして製造された光学素子成形用型２の各成形面に形成される結晶模様は、微細な粗さを有するため、成形時にガラスＧと点接触状態、もしくは極めて接触面積の小さい接触状態となるため、ガラスＧが成形面に融着しにくくなる。
これに対して従来技術のように、Ｐｔイオンを表面に注入しても非晶質化した平滑な表面になり、この表面にスパッタリングして、貴金属の薄膜を形成するのみであると、薄膜の表面も平滑となるため、本実施形態の薄膜Ｍに比べて、ガラスＧとの接触面積が確実に大きくなる。このため、固化したガラスＧを成形面から引き離すために必要な力が大きくなり、一部のガラスが成形面表面に融着して残ってしまうという不具合が発生しやすい。
【００５１】
このように、第３の工程Ｓ３で形成される薄膜Ｍの表面は、微細な凹凸を有するため、レンズ１の非光学有効領域Ｎａ、Ｎｂやフランジ側面１ｆ等、表目粗さが光学特性に影響しないような光学素子の外周面や端面であって、塗料塗布等の目的で表面粗さを大きくする必要のある表面を、加熱による結晶化およびスパッタリング法による成膜という簡単な方法で容易に形成することができる。すなわち、エッチングや機械加工などの工程が不要となるため、容易に形成することができる。
また、このような光学素子成形用型２を用いてレンズ１を製造すれば、レンズ１の表面に必要な表面粗さが成形と同時に形成されるため、例えば、レンズ１の粗面化などの後加工が不要となる。
【００５２】
このような光学素子成形用型２の製造方法によれば、Ｐｔイオンを、少なくともレンズ面成形面３ａ、平面部成形面３ｂ等の成形面を形成する基体部３Ｃ等の母材の表面ＳＫに注入した後、この母材の表面ＳＫを結晶化させてから、Ｐｔを含む薄膜Ｍを成膜するため、成形面を構成する薄膜Ｍと母材との密着性が良好であって、しかも成形面の表面粗さを容易に制御することができる。
【００５３】
なお、上記の実施形態の説明では、光学有効領域成形面と、非光学有効領域成形面との両方に本発明の光学素子成形用型の製造方法により薄膜Ｍを形成する場合の例で説明したが、ガラス材料の材質やレンズ形状などの条件により、光学有効領域成形面における融着等が起こりにくい場合には、非光学有効領域成形面のみに、本発明の製造方法を適用することも可能である。
また、光学素子の表面に塗料塗布等を行うための粗面化を施す必要がない場合には、光学素子成形用型のすべての成形面を、ガラス材料の融着を防止と離型性向上とが可能となり、光学特性に影響しない程度の表面粗さに形成することも可能である。
【００５４】
また、上記の実施形態の説明では、フランジ部１ｃを有するレンズ１を成形する光学素子成形用型２の場合の例で説明したが、これは一例であって、フランジ部を有しないレンズを成形する光学素子成形用型を製造することも可能である。
【００５５】
また、上記の説明では、薄膜Ｍを、光吸収層Ａを形成するレンズ表面を成形する成形面に設ける場合の例で説明したが、薄膜Ｍの凹凸形状が転写された光学素子の粗面は、塗料以外にも、例えば、内面反射の防止を意図しない塗布物との密着性も向上することができる。
このような塗布物としては、光学素子を固定するための接着剤や、例えば製造番号などを印字するインクや、光学素子の絞りを形成する塗料などの例を挙げることができる。
また、上記の実施形態の説明では、貴金属イオンを注入する際に、アーク放電によるプラズマを用いる例を説明したが、例えば、スパッタリングなどによるプラズマを用いることもできる。また、例えば、貴金属イオンを収束イオンビームなどにより注入することもできる。
【００５６】
また、上記の実施形態で説明した構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  レンズ（光学素子）
１ａ、１ｂ  凸レンズ面
１ｄ、１ｅ  フランジ平面部
１ｆ  フランジ側面
２  光学素子成形用型
３  下型
３Ａ、４Ａ  光学有効領域成形面
３Ｂ、４Ｂ  非光学有効領域成形面
３Ｃ、４Ｃ、６Ａ  基体部（母材）
３ａ、４ａ  レンズ面成形面（成形面）
３ｂ、４ｂ  平面部成形面（成形面）
４  上型
５  胴型
６  外径型
６ａ  レンズ側面成形面（成形面）
２２  母材
２２Ａ  成形面
２３  製造装置
２４  真空容器
４０  イオン注入手段
５０  スパッタリング手段
Ａ  光吸収層
Ｅａ、Ｅｂ  光学有効領域
Ｇ  ガラス
ＧＲ、ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３  傾斜注入層
Ｉ  Ｐｔイオン（貴金属イオン）
Ｍ  薄膜
Ｎａ、Ｎｂ  非光学有効領域（光学有効領域外のガラス表面）
Ｏ  光軸
Ｐ  中心軸線
Ｓ１  第１の工程
Ｓ２  第２の工程
Ｓ３  第３の工程
ＳＫ、ＳＫ１、ＳＫ２、ＳＫ３  表面（母材の表面）
【図１】
0005907774.tif 000002
【図２】
0005907774.tif 000003
【図３】
0005907774.tif 000004
【図４】
0005907774.tif 000005
【図５】
0005907774.tif 000006
【図６】
0005907774.tif 000007
【図７】
0005907774.tif 000008