(57)【要約】【課題】成型後の素子に不適当な界面化学効果を生じることなく、エコガラスから高温で光学素子を成型可能な成型ツールの製造方法を提供する。【解決手段】成型ガラス光学素子用に使用される成型ツール１２０の製造方法が開示される。この方法は、所定の成型面１２２を有するように成型ツール１２０を形状規定、減衰コーティング１２４を所定の成型面１２２に塗布、および金属イオンが内部に注入された所定の成型面１２２を残して減衰コーティング１２４を除去の各ステップを含む。この製造方法により作製された成型ツール１２０を用いて、成型後の素子に不適当な界面化学効果を生じることなく、チタニアなどのエコガラスから高温で光学素子を成型することができる。【選択図】図２０
2004091322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　成型ガラス光学素子用に用いられる成型ツールの製造方法であって、
　（ａ）所定の成型面を有するように前記成型ツールを形状規定する工程と、
　（ｂ）前記所定の成型面に減衰コーティングを塗布する工程と、
　（ｃ）前記減衰コーティングを通して前記所定の成型面中に金属イオンを注入する工程と、
　（ｄ）内部に金属イオンが注入された前記所定の成型面を残して前記減衰コーティングを除去する工程と、
　を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は、総じてガラスレンズの圧縮成型に関し、特に金属イオンを注入された成型ツールを用いた、環境に優しいガラス（エコガラス）レンズの成型方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　ガラス光学素子を圧縮成型するための種々の方法および装置が先行技術で公知である。これらの方法および装置を用いて、光学素子のプリフォーム（たねと呼ばれることもある）が高温で圧縮成型され、ガラスレンズ素子が形成される。ガラス素子成型の基本プロセスおよび装置は、Eastman  Kodak　Companyに譲渡された一連の特許に開示されている。上記特許としてEngle他に付与された米国特許第３，８３３，３４７号、Blair他に付与された米国特許第４，１３９，６７７号、およびBlairに付与された米国特許第４，１６８，９６１号がある。これらの特許に、成型光学ガラス素子の光学表面の形成に使用される成型ツールの作製に適した各種の材料が開示されている。これら成型ツールの作製に適した材料として、ガラス状カーボン、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、タングステンカーバイド、シリコンカーバイドとカーボンとの混合物、およびＹＡＳ−６などのガラス等がある。これらの特許に記載されたプロセスの実践において、ガラスプリフォームは開位置に備わった成型ツールを用いて成型キャビティ中に挿入される。この成型ツールはチャンバ内に位置しており、このチャンバは、成型プロセスの間非酸化性雰囲気に保持される。この後、プリフォームおよび成型ツールは、プリフォームの粘度が約１０10P乃至約１０6Pの範囲になるまで加熱軟化される。この後、成型ツールを閉位置に移し、プリフォームをプレスして成型キャビティの形状に適合させる。この後、成型ツールおよびプリフォームを冷却してガラスのガラス転移温度より低い温度にする。次いで、成型ツールに加えられた圧力を解放し、温度をさらに下げて、完成した成型レンズを成型ツールから取り出すことができるようにする。
【０００３】
　ニア・ネット・シェイプのガラス光学素子の圧縮成型については、周知のように精密仕上げされた表面をもつガラスプリフォームを金型の上下の成型ハーフ（すなわちツール）間でプレスする必要がある。例えば、両凸レンズ（凸凸レンズ）を成型する場合は、適正な体積の球状または扁球状のガラスプリフォームが成型ハーフ間に配置される。このプリフォームは、ガラスが１０6乃至１０10ポイズの範囲の粘度になるまで加熱されて、金型が閉じるまで圧縮される。この後、好適には、成型ハーフおよびプリフォームを焼鈍温度より低い温度に冷却した後プリフォームを成型キャビティから取り出す。この構成を図１に示す。上下の成型ハーフ１０，１２が、該ハーフ間で球状ガラスプリフォーム１４を圧縮する。球状ガラスプリフォーム１４の半径は、両方の凹成型面１６，１８の半径より小さくする必要がある。ガラスプリフォーム１４を圧縮すると、ガラスは全体として成型キャビティの中心から径方向に外側に流れて、ガスを全て成型キャビティから放出させる。これにより、トラップされたガスによる歪のない両凸レンズが作製される。このようにして成型されたレンズは、一般に金型に対して正確で再現性のよい表面複写性能を有している。
【０００４】
　作製されるレンズの仕上り形状に応じて、ガラスが成型キャビティの中心から成型キャビティの周縁に向かって確実に流れるようにするために、時に特別な形状のプリフォームが必要となる。図２乃至４の各々に、平凸、凹凸、および凸凸のレンズ素子を成型するための先行技術の構成を示す。図２において、上部成型ハーフ２０は平成型面２２を含み、下部成型ハーフ２４は凹成型面２６を含む。この構成では、球状プリフォーム２８が圧縮成型されて平凸光学素子が作製される。図３において、上部成型ハーフ３０は凸成型面３２を含み、下部成型ハーフ３４は凹成型面３６を含む。この構成では、平凸プリフォーム３８を用いて凹凸光学素子を作製することが好適である。プリフォーム３８の凸面の半径は、凹成型面３６の半径より小さくする必要がある。これにより、実質的に成型ハーフ３０，３４の筒状軸もしくは中心線において、凹成型面３６とプリフォーム３８との第1の接触が確実に行われ、それによりプリフォーム３８は全体として径方向に外側に流れてガスのトラップを防ぐ。同様に、実質的に成型ハーフ３０，３４の筒状軸または中心線において、凸成型面３２とプリフォーム３８の平形面との第1の接触が生じて、それにより前述同様プリフォーム３８は全体として径方向に外側に流れてガスのトラップを防ぐ。図４に別の先行技術の構成を示す。この構成では、上部成型ハーフ４２は凸成型面４４を含み、下部成型ハーフ４６は凸成型面４８を含む。この構成においては、平平プリフォーム５０を用いて両凸光学素子を作製することが好ましい。平平プリフォーム５０により、実質的に成型ハーフ４２，４６の筒状軸もしくは中心線において、成型面４４，４８とプリフォーム５０との第1の接触が確実に行われ、それによりプリフォームは全体として径方向に外側に流れてガスのトラップを防ぐ。これら実践例は米国特許第５，６６２，９５１号および４，７９７，１４４号にみられる。
【０００５】
　様々な種類のガラスが精密ガラス成型に使用されてきた。ただし酸化物ガラスの成型においては基本的な問題が残っている。光学素子に用いられる酸化物ガラスの中には鉛などの有毒な重金属を相当量含有するものがある。これらのガラスはプロセス時にきわめて良好に作用し、諸因子の中でも高屈折率および成型性を有する点で長期に亘って好適とされてきた。しかし、国内および国際的規制により、鉛等の有毒物質を含む製品の使用は、たとえ酸化鉛の形であっても制限または禁止されるようになってきた。例えば、欧州議会および電気電子機器廃棄物リサイクル協議会(WEEE, ブリュッセル、２００２年６月１３日)の指令によれば、耐用期間の最終段階で埋め立てられる可能性のある電子デバイスにおける（鉛を含む）有害物質の使用は許可されていない。これに基づき、環境的に無害のガラス（ここでは多くの場合「エコガラス」と呼ぶ）を使用可能にすることへの関心が高まっている。酸化鉛の代りに酸化チタンすなわちチタニアなどの他の金属化合物を用いた、光学的には現在の好適なガラスと同等のガラスがある。しかし、チタニア系ガラスなどのエコガラスは、成型時にチタニアガラスと成型面との化学反応が生じて表面および二次表面に欠陥が生じ、それにより成型後のレンズを所望の用途に対して適用不能なものになる。
【０００６】
　イオン注入法は周知のものであり、マイクロエレクトロニクス産業において広範に使用されてきた。イオン注入は、半導体各社がPN接合および埋め込み層がイオン注入を用いて実現可能であることを実証した１９６０年代半ばにマイクロエレクトロニクス部品の製造に時折用いられていた。多くの調査報告によれば、イオンビームは１９７０年代までに上記産業部門において相当数用いられている。初期のイオンビームの用途は、（現在エッチングと呼ばれる）材料の除去および非反応性ビームを用いた成膜を目的としたものであった。
【０００７】
　１９７０年代初期に、金属表面にイオン注入することによってその金属の磨耗、摩擦、および腐食性能が向上することが明らかにされた。特定の工具へのイオン注入は、イオン注入された層が薄層分離せず、高い処理温度を要さずに作製でき、かつ（必須構成物の大きさを変化させる）表面へのさらなる材料付加が行われないため、現在は他の方式のコーティング方法よりも好適とされている。１９８０年代から今日までの間に、イオン注入の用途は反応性プロセスおよび改質へと進歩してきた。現在イオン注入を用いて特定の工具および機器（例えば、アルミニウム缶の引き上げタブおよび人工膝および股関節用のスコアダイ（ｓｃｏｒｅ　ｄｉｅｓ）など）への注入が定期的に行われている。
【０００８】
　最近、ノックイン注入などの、従来のイオン注入法の変形法が数多く開発されている。ノックイン注入とは、半導体中に極度に浅いプロフィールを作製する方法のことである。ある場合には、酸化物を貫通して注入が行われて、一般にシリコン結晶である基板に酸素原子が衝突させられる。反跳する酸素原子によって、数格子間隔内の、酸素によって占められた層が結晶シリコン中に形成される。ノックイン効果は通常１００Åの範囲に導入される。
【０００９】
　イオン注入法は、レンズなどのガラス光学素子の成型に用いられる成型ツール面中の当該面を改質する目的には使用されていなかった。さらに、先行技術には、硬質非晶質カーボンのような、衝突前にイオン注入種の運動エネルギーを部分的に減衰させて、それにより注入深さを制御するための一時的固体薄膜層の利用についての開示はない。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３，８３３，３４７号
【特許文献２】米国特許第４，１３９，６７７号
【特許文献３】米国特許第４，１６８，９６１号
【特許文献４】米国特許第５，６６２，９５１号
【特許文献５】米国特許第４，７９７，１４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
　したがって、本発明の目的はエコガラスプリフォームから光学素子を成型する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
　本発明の特徴は、成型面とプリフォームとの界面での気泡の発生を未然に防ぐ、光学素子の成型方法を提供することである。
【００１３】
　本発明のさらに別の特徴は、成型後の素子内に不適当な界面化学効果を生じることなく、高温でチタニアなどのエコガラスから光学素子を成型する方法を提供することである。
【００１４】
　本発明のさらに別の特徴は、成型後の素子内に不適当な界面化学効果を生じることなく、高温でチタニアなどのエコガラスから光学素子を成型することに用いることが可能な成型ツールの製造方法を提供することである。
【００１５】
　簡潔に述べると、前述およびその他の多くの本発明の特徴、目的および効果は、ここに述べる詳細な説明、請求の範囲、および図面を参照することにより容易に明らかにされる。これらの特徴、目的および効果は、成型ツールの成型面に高エネルギーの金属イオン種を注入することにより達成される。この方法は、イオンが約２００Åより少ない深さに注入されるようにイオン注入深さを制御することを考慮している。成型ツールは所定の成型面を有するように形状規定される。硬質カーボン層が、物理的気相成長法または化学的気相成長法などの一様な深さのコーティングを施す他の公知の方法により、成型面に付与される。カーボン層は、約５００Åから約１５００Åの範囲の均一な厚さを有することが必要である。酸素と反応して固相の物質を形成する金属イオンが、カーボン層を通して成型面中に注入される。カーボン層は注入深さを制御する働きをする。この後、内部に金属イオンが注入された所定の金属面を残して、焼成等によりカーボン層を完全に酸化させる。これら金属イオン種の注入後、注入された成型ツールを用いてチタニア系ガラスなどの環境に優しいガラスのプリフォームを成型し、光学素子を形成する。このような光学素子の例として、平凸レンズ、平凹レンズ、凸凸レンズ、凹凸レンズ、凹凹レンズなどのレンズ、および非球面、アナモルフィック、および回折性等の性質をもつレンズ等がある。加えて、本発明の方法およびツールを用いて成型可能な光学素子として、回折格子および回折位相板（ダマン（Ｄａｍｍａｎ）回折格子）などもある。
【００１６】
　成型プロセスにおいては、金属イオン注入された成型面を有する第1および第２の成型ハーフすなわちツールおよびガラスプリフォームは、そのガラスプリフォームのガラス転移温度以上に加熱される。この後、ガラスプリフォームは第1および第２の成型ハーフ間でプレスされ、それによって光学ガラス素子が形成される。この素子は、成型ハーフの所定の凹形光学面形状に対応する凸面となっている。次いで、この光学素子は該素子のガラス転移温度より低い温度に冷却されて、第1および第２の成型ハーフから取り出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
　図５および６を参照する。欠陥のない光学面６２を有した、例示的な平平成型レンズ６０の平面図および側面図が示されている。図７，８および９は全て、例示的な平平成型レンズ６４，６６および６８を示しており、いずれも先行技術の成型方法を用いてＳＴＩＨ−５３(Ｏｈａｒａ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ,  Ｒａｎｃｈｏ　Ｓａｎｔａ　Ｍａｒｇａｒｉｔａ，ＣＡ)などのエコガラスから成型されたものである。エコガラスから成型された各レンズ６４，６６，６８は、それぞれ気泡７６の形で現れた欠陥が内在した光学面７０，７２，７４を有する。
【００１８】
　理論上は、成型プロセスの間に構造の変化が生じて、酸素がガラスから酸素ガスまたは酸素イオンの形で解放され、解放された酸素は次にガラスプリフォームと成型ツールとの界面近傍の他の物質と反応して（ＣＯおよびＣＯ2などの）ガス状化合物を生成する。このガス状化合物は、前記界面にカーボンが存在する場合にガラスプリフォームの表面に気泡を生成する上で十分な圧力を有している。相平衡の研究が示すところでは、チタニア量が７mol％より多いＳｉＯ2−ＴｉＯ2ガラスは準安定になることがある。酸化チタンを多量に含んだゾーンでは、チタンが四面体および八面体の形で酸素と配位結合した相分離領域の形の析出が生じる。この挙動は図１０に示した状態図を参照すると容易に理解される。
【００１９】
　次に図１１を参照する。本発明の方法の実践に用いた装置８０の断面模式図を示す。本発明の装置８０は、上部金型フィクスチュア８２および下部金型フィクスチュア８４を含む。上部金型フィクスチュア８２の内部には上部成型ハーフすなわちツール８６が搭載されている。上部成型ツール８６は、平の成型面８８を有するものとして表されている。ただし、成型面８８は、凹（図１参照）または凸（図４参照）などの他の表面形状を有していてもよい。下部金型フィクスチュア８４の内部には下部成型ハーフすなわちツール９０が搭載されている。下部成型ツール９０は、例示的に平の成型面９２を有するものとして表されている。ただし、成型面９２もまた、成型面８８と同様に他の表面形状を有していてもよい。成型面８８，９２共に金属イオンが注入されている。上部成型ハーフすなわちツール８６の上部金型フィクスチュア８２内への搭載は、穴９６内に位置した支持部材９４を用いて行われる。同様に、下部成型ハーフすなわちツール９０の下部金型フィクスチュア８４内への搭載は、穴１００内に位置した支持部材９８を用いて行われる。上部金型フィクスチュア８２および／または下部金型フィクスチュア８４が移動して閉すなわち成型位置（図１２参照）に達すると、成型またはレンズキャビティが上部成型ハーフすなわちツール８６と下部成型ハーフすなわちツール９０との間に形成される。この相対移動は、上部金型フィクスチュア８２を下部金型フィクスチュア８４に向けて動かすこと、または下部金型フィクスチュア８４を上部金型フィクスチュア８２に向けて動かすこと、または上部金型フィクスチュア８２と下部金型フィクスチュア８４の両方を相互に動かすことのいずれでも実施可能である。上部および下部の金型フィクスチュア８２，８４の周囲を、好適には誘導加熱コイル（図示せず）の加熱装置が取り巻いている。動作時には、ＳＴＩＨ５３チタニアガラス（Ｏｈａｒａ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）などのプリフォーム１０２が成型面９２上に置かれ、誘導加熱コイルの作動により、上部および下部の金型フィクスチュア８２，８４、成型ツール８６，９０、およびプリフォーム１０２の温度がプリフォーム１０２のガラス転移温度以上に高められる。この後、プリフォーム１０２は上部および下部の金型フィクスチュア８２，８４間でプレスされ、それによりプリフォーム１０２は変形して金型キャビティ内で全体として径方向に外側に流れる。プリフォーム１０２は、径方向に外側に流れつつ、実質的に金型キャビティを充填する。圧縮は凸形の停止位置まで行われ、この位置で、上部および下部の金型フィクスチュア８２，８４、成型ツール８６，９０、およびプリフォーム１０２はプリフォームガラス材料のガラス転移温度より低い温度、好適にはこのガラスの焼鈍温度より低い温度に冷却される。このようにして、表面欠陥のないエコガラスレンズ６０（図５参照）が形成される。この後、成型されたレンズが成型装置から取り出される。上部および下部の金型フィクスチュア８２，８４を誘導加熱によって直接加熱する必要はないことは明らかである。むしろ、上部および下部の金型フィクスチュア８２，８４は、黒鉛やモリブデンなどの導電性材料で作製された金型本体（図示せず）内に位置することが好ましい。金型本体を誘導電磁界によって加熱し、上部および下部の金型フィクスチュア８２，８４を伝導および輻射熱伝達によって間接的に加熱する。
【００２０】
　図１３に、凹成型面１０６を有した例示的な成型ツール１０４を示す。成型面１０６(図１４参照)は、チタンなどの金属を０乃至２００Åの深さ範囲まで金属イオン注入された二次表面層１０８を有する。成型ツール１０４は好適にはシリコンカーバイドで作製される。ただし、成型ツール１０４は、ガラス状カーボン、タングステンカーバイド、耐火性金属およびその酸化物、（例えばＷ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｉｒ等の）カーバイドまたはナイトライド、シリコンナイトライド、ＹＡＳ−６（ＭＯ-ＳＣＩ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｒｏｌｌａ,  Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）などのガラス、溶融シリカ、およびシリコン混合物等の他の材料から作製することもできる。
【００２１】
　本発明の方法を用いてエコガラスから成型されたレンズには、成型動作の間に成型面とガラスプリフォームとの界面での気泡の形成によって生じる可能性のある表面形状の歪がない。チタンイオン注入された成型ツール８６，９０を用いた、ＳＴＩＨ５３チタニアガラス（Ｏｈａｒａ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の成型実験を行った。適当な加熱時間の後、金型フィクスチュア８２，８４を締めて、各フィクスチュアによりガラスプリフォーム１０２を圧縮し、最終的な成型形状にした。圧縮工程の間のプリフォーム１０２の粘度は１０10Ｐより低かった。ガラスプリフォーム１０２が成型ツール８６，９０間で圧縮される際に、ガラスは全体として径方向に外側に金型ツール８６，９０の表面を横切って流れて、レンズキャビティから窒素を排出しつつ該キャビティを充填した。この実験の実行中、７５ポンドの圧力を連続的に成型光学素子（レンズ）に印加した。粘度、成型圧力、圧縮比、レンズ金型の形状、プリフォームの初期位置に対するレンズキャビティの位置、およびレンズ金型のたるみが、よどみによる空孔形成の傾向、すなわち成型キャビティ中のガスのトラップに影響を及ぼす。一般に、成型ガラスレンズの場合は、取り出し用のコーティングが成型面、またはプリフォーム、またはその両方に付与される。従来から、この取り出し用コーティングは硬質カーボンコーティングに何らかの変更を加えたもので行われている。しかし、カーボンには、存在する酸素と反応してガラス／金型界面で気泡を生成する特有の傾向があり、この気泡は、基板に注入されたチタンイオンによって生じる抑止効果に係わりなくトラップされる。したがって、必要であれば別の取り出し用コーティングを検討しなくてはならない。プリフォーム表面はプレス動作の間に再配置されるので、取り出し用補助剤またはコーティングはプリフォーム上よりも成型面上に付与することが好ましい。成型プロセスが正確に行われる場合は、プリフォームの曲率は成型面の曲率より常に大きくなる。このように、出来あがったレンズの表面積はそのレンズを作製したプリフォームの表面積より常に大きくなる。プリフォームおよびツールの両方をカーボン以外の取り出し用コーティング材でコーティングすることも可能である。
【００２２】
　前述のヒータは誘導方式のヒータである。加熱は、例えば輻射ヒータ、抵抗ヒータ、赤外線ヒータ、ハロゲンヒータ、およびその他の別方式のヒータを用いて行ってもよい。
【００２３】
　成型ツール８６，９０、イオン注入種、および（もしあれば）取り出し用コーティングの材料選択をプリフォーム１０２を作製する特定のエコガラスとの関連の上で行うことは重要なことである。イオン種は、金型／ガラス界面反応の動力学および熱力学に基づいて選択される。良好な成型を行うためのキーの一つに、成型動作時に金型／ガラス界面にトラップされるガス状物質の形成を妨げるようなイオン注入プロセスを選択することがある。例えば、本発明の別の実施形態では、（例えば、化学周期律表のＩＶ族元素の）ジルコニウム、ハフニウム、または他の還元性元素を注入された、タングステンカーバイドの成型ツールが使用されている。還元性物質または元素とは、ある環境条件の下で酸素と反応して、隣接した当該物質の酸化状態を、場合によっては中性または基底状態にまで還元する物質または元素のことである。熱力学では、固体／気体反応による化合物の形成は式１で記述され、図１５に示したようにプロットされる。
【００２４】
【数１】
2004091322.tif 000003
【００２５】
　式中、ΔＧ0は物質の形成についてのギブスの自由エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔはケルビン温度で、ｐO2は酸素の平衡分圧である。数種のカーブをプロットすることによりＴｉまたはＺｒなどの元素を選択することができる。この元素は、ＳｉやＣよりもはるかに大きい負の自由エネルギーを有しており、ＣＯ2ではなくＴｉやＺｒの固体酸化物が形成することを見込んだものである。しかし、式１の活用には限界があり、候補となるイオン注入種の選択の開始点として使用できるだけである。この理由は、式１およびエリンガム（Ｅｌｌｉｎｇｈａｍ）図が正確であるのは、反応が平衡に達してかつ元素が純粋な場合に限られるためである。例えばガラスプリフォーム１０２および成型ツール８２，８４内に存在する、合金および溶体を導入すると、所定の反応に必要な酸素の分圧は式１によって得られる分圧よりも低くなる。また、イオン種が、当該ガラス中に溶解してガスの生成を防止するような固体酸化物を形成することも必要である。最後に、選択された材料が界面での固体／液体平衡条件を満足するものであった場合、その材料はプリフォーム１０２用の当該ガラスのその他の物理的および化学的性質に乱れを生じさせてはならない。
【００２６】
　図１６を参照する。この図にはイオン注入システムの基本的模式図が示されている。一般に、イオン注入システムはイオン源１１０を含み、このイオン源は、本発明の好適な実施形態ではチタン源である。電圧が印加されると、イオンビームが発生し、取り出し機構１１２によって加速されて取り出された後、所望の量のイオンビームをフィルタリングするためのイオン解析機構１１４中でフィルタリングされる。次いで、イオンビームは、所望のエネルギーのイオンビームをフィルタリングするための第２のイオン解析機構中を通過する。最後にイオンビームは、ビームを基板１１８に向ける走査ステーション１１７中を通過する。基板１１８は、本発明の場合はガラス光学素子を成型するための成型ツール面である。本発明の方法の実践での使用に適した例示的なイオン注入システムとして、Ｅａｔｏｎ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｏｆ　Ｂｅｖｅｒｌｙ,  ＭＡ販売のＥａｔｏｎ　Ｎｏｖａ　１０−１６０　Ｈｉｇｈ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔｅｒがある。ある所定の基板における、得られたイオン注入プロフィールは、図１７に示したように、一般に原子数またはイオン数／ｃｍ3と基板内の深さとの関係で示される。このプロフィールは、式２および３を用いて平均投射範囲ＲpおよびばらつきΔＲpを計算することによって見積もることができる。平均投射範囲とはイオンの平均侵入深さの測定値のことであり、次式で規定される。
【００２７】
【数２】
2004091322.tif 000004
【００２８】
　式中、Ｎはイオン数、ｘiは表面から各イオントラックの端までの垂直距離である。ばらつきとは分布の幅の測定値のことであり、次式で与えられる。
【００２９】
【数３】
2004091322.tif 000005
【００３０】
　イオン注入についてのモデル化の試みは、ある所定の組合せのイオン種、イオンエネルギー、およびターゲット種に関して注入されたイオンの分布を予測することを目的としたものである。この課題を達成するには、如何にして衝突時にイオンがエネルギーを失うかについての詳細な知識が必要である。
【００３１】
　数種の平シリコンカーバイドツールに、チタンイオンを８５ｋｅＶ乃至１７５ｋｅＶの範囲のエネルギーで注入した。この実験では、試料に１×１０15・（イオン数）／ｃｍ3（１０・（イオン数）／ｎｍ3）の一定線量のチタンを注入した。初期には、高温の成型条件を受ける必要がある場合、チタンイオンが元の深さからマイグレーションすることに対する懸念があった。焼鈍実験を行い、深さに対するピークイオン濃度Ｒpのマイグレーションは有意なものではないことを見出した。平成型ツールについて深さに対するイオン濃度を実測して、イオン注入プロフィールを確認すると共にカーボンコーティング使用による効果を評価した。２次イオン質量分析、ＳＩＭＳ、を用いて図１８に示したイオン注入プロフィールを得た。図１８におけるプロットは、従来の原子数／ｃｍ3の代りにイオン数／ｎｍ3による濃度を用いて表したものである。この理由は、１×１０21・（チタンイオン数）／ｃｍ3よりも１・（チタンイオン数）／ｎｍ3の方が濃度の物理的意味を理解しやすいためである。さらに、この実験は、どのようにしてピーク濃度Ｒp（式２参照）がカーボンコーティングの厚さが増すにしたがって低下していくかを表していることがわかる。
【００３２】
　図１９および２０に、成型面１２２がカーボン減衰層１２４でコーティングされた後の例示的成型ツール１２０を示す。図２１および２２に、成型面１２２がカーボン減衰層１２４を通してチタンイオンを注入された後の例示的成型ツール１２０を示す。注入領域１２６は、カーボンコーティング１２４の厚さに応じて約１５００Åの深さまで及んでいる。イオン注入後、カーボンコーティング１２４は成型ツール１２０から燃焼除去されて、図１３および１４を参照して先に述べた構造が生じるようにされる。カーボンは、３００℃より高い温度で空気にさらされると速やかに酸化すなわち燃焼して二酸化炭素となる。残った成型ツール１２０は、成型ガラスレンズに必要な表面形状を全く変化させることなく、成型面１２２の近傍に高いチタンイオン濃度を有した状態で残される。
【００３３】
　以上から、本発明はここで前述した全ての目的、並びに明白かつ本プロセスに特有のその他の効果の達成に十分適合するものであることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】球状または球のプリフォームから凸凸ガラスレンズを圧縮成型するための先行技術の成型装置の側面図である。
【図２】球状または球のプリフォームから平凸ガラスレンズを圧縮成型するための先行技術の成型装置の側面図である。
【図３】平凸プリフォームから凹凸ガラスレンズを圧縮成型するための先行技術の成型装置の側面図である。
【図４】平プリフォームから凹凹ガラスレンズを圧縮成型するための先行技術の成型装置の側面図である。
【図５】例示的な平平成型レンズの平面図である。
【図６】図５の例示的な平平成型レンズの側面図である。
【図７】先行技術の成型方法を用いてエコガラスプリフォームから成型された例示的な平平成型レンズの平面図であって、その方法により生じた表面欠陥の種類を示す平面図である。
【図８】先行技術の成型方法を用いてエコガラスプリフォームから成型された例示的な平平成型レンズの平面図であって、その方法により生じた表面欠陥の種類を示す平面図である。
【図９】先行技術の成型方法を用いてエコガラスプリフォームから成型された例示的な平平成型レンズの平面図であって、その方法により生じた表面欠陥の種類を示す平面図である。
【図１０】ＳｉＯ2−ＴｉＯ2系の状態図である。
【図１１】本発明の方法の実践に用いた（開位置での）成型装置の断面模式図である。
【図１２】閉すなわち成型位置での図１１の成型装置の断面模式図である。
【図１３】本発明の成型ツールの部分断面の側面図である。
【図１４】図１３のサークルＡ内の領域の拡大図である。
【図１５】ある所定の温度において存在する酸素分圧に対する金属の熱力学的挙動を説明する略エリンガム図である。
【図１６】イオン注入システムの基本的模式図である。
【図１７】注入チタンイオンの注入深さ（Å）とチタン濃度（イオン数／ｎｍ3）との関係をプロットしたグラフであって、減衰層が存在する場合および存在しない場合での成型面中へのイオン注入の効果を示すグラフである。各場合における減衰層は非晶質硬質カーボンとした。
【図１８】ある所定の平金型に行われた、典型的な深さに対するイオン濃度プロフィールのグラフである。
【図１９】成型面がカーボン減衰層でコーティングされた後でかつイオン注入前の、本発明の成型ツールの部分断面の側面図である。
【図２０】図１９のサークルＢ内の領域の拡大図である。
【図２１】金型にカーボン減衰層を通してチタンイオンをイオン注入した後の、図１９の成型ツールの部分断面の側面図である。
【図２２】図２１のサークルＣ内の領域の拡大図である。
【符号の説明】
【００３５】
　１０，２０，３０，４２　上部成型ハーフ、１２，２４，３４，４６　下部成型ハーフ、１４　球状ガラスプリフォーム、１６，１８，２６，３６，１０６　凹金型面、２２　平金型面、２８　球状プリフォーム、３２，４４，４８　凸成型面、３８　平凸プリフォーム、５０　平平プリフォーム、６０，６４，６６，６８　平平成型レンズ、６２，７０，７２，７４　光学面、７６　気泡、８０　装置、８２　上部金型フィクスチュア、８４　下部金型フィクスチュア、８６　上部成型ツール、８８，９２，１２２　金型面、９０　下部成型ハーフすなわちツール、９４，９８　支持部材、９６，１００　穴、１０２　プリフォーム、１０４　成型ツール、１０８　金属イオン注入された二次表面層、１１０　イオン源、１１２　取り出し機構、１１４　イオン解析機構、１１６　二次イオン解析機構、１１７　走査ステーション、１１８　基板、１２０　例示的成型ツール、１２４　カーボン減衰層、１２６　注入領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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