(57)【要約】【課題】所定の回折構造が形成された光学素子を成形するための金型の母型に対して、予め、電鋳の成長速度のバラつきを低減させる形状を付与しておくことで、成長した電鋳内に残留する内部応力のバラつきを抑えて、電鋳処理後には、歪みのない所定の回折構造が転写された金型を得ることができる金型の製造方法、金型、光学素子及び母型を提供する。【解決手段】母型の素材１１０の母光学面１１０ａを、曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃとを有して構成する。これらは１つの連続面を構成するため、電鋳処理の際には、その表面における電流密度のバラつきが低減されて、電鋳の成長速度が一様になる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光学的機能を有する光学素子を成形するための金型を製造する金型の製造方法であって、
前記光学的機能を付与するための曲面部を有する基材の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と前記有効範囲外側の接線とが互いに一致する形状に成形する成形工程と、
前記曲面部上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記形成されたレジスト膜に対して前記光学的機能に応じた構造を描画する描画工程と、
前記描画されたレジスト膜を現像処理して、前記母型の前記光学的機能に応じた構造が形成された母型を得る現像工程と、
前記母型を用いて電鋳処理を行い、前記光学的機能に応じた構造が転写された金型を得る電鋳工程を含むことを特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】
前記成形工程では、前記曲面部の前記有効範囲外は、当該曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と一致した方向に延長した形状に成形することを特徴とする請求項１記載の金型の製造方法。
【請求項３】
前記成形工程では、前記曲面部の前記有効範囲外は、当該曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の曲率にて延長した形状に成形することを特徴とする請求項１記載の金型の製造方法。
【請求項４】
所定の光学的機能を有する光学素子を成形するための金型を製造する金型の製造方法であって、
前記光学的機能を付与するための曲面部と、前記曲面部の周囲に亘り、前記曲面部の光軸と略直交する方向に広がる周囲面部と、前記曲面部と前記周囲面部とを繋ぐ周囲曲面部と、を有する基材の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と前記有効範囲外側の接線とが互いに一致する形状に成形すると共に、
前記曲面部と前記周囲曲面部の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記曲面部と前記周囲曲面部との境界部分における前記曲面部側の接線と前記周囲曲面部側の接線とが互いに一致する形状に成形し、
前記周囲曲面部と前記周囲面部の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記周囲曲面部と前記周囲面部との境界部分における前記周囲曲面部側の接線と前記周囲面部側の接線とが互いに一致する形状に成形する成形工程と、
前記曲面部上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記形成されたレジスト膜に対して前記光学的機能に応じた構造を描画する描画工程と、
前記描画されたレジスト膜を現像処理して、前記光学的機能に応じた構造が形成された母型を得る現像工程と、
前記母型を用いて電鋳処理を行い、前記母型の前記光学的機能に応じた構造が転写された金型を得る電鋳工程を含むことを特徴とする金型の製造方法。
【請求項５】
前記光学的機能に応じた構造は、回折構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の金型の製造方法によって製造されたことを特徴とする金型。
【請求項７】
請求項６記載の金型によって成形されたことを特徴とする光学素子。
【請求項８】
所定の光学的機能を有する光学素子を成形するための金型を製造するための母型であって、
前記光学的機能が付与される曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と前記有効範囲外側の接線とが互いに一致する形状としたことを特徴とする母型。
【請求項９】
前記曲面部の前記有効範囲外は、当該曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記境界部分における前記有効範囲内側の接線と一致した方向に延長した形状としたことを特徴とする請求項８記載の母型。
【請求項１０】
前記曲面部の前記有効範囲外は、当該曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記境界部分における前記有効範囲内側の曲率にて延長した形状としたことを特徴とする請求項８記載の母型。
【請求項１１】
所定の光学的機能を有する光学素子を成形するための金型を製造するための母型であって、
前記光学的機能が付与される曲面部と、前記曲面部の周囲に亘り、前記曲面部の光軸と略直交する方向に広がる周囲面部と、前記曲面部と前記周囲面部とを繋ぐ周囲曲面部とを有し、
前記曲面部の当該曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と前記有効範囲外側の接線とが互いに一致する形状とすると共に、
前記曲面部と前記周囲曲面部の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記曲面部と前記周囲曲面部との境界部分における前記曲面部側の接線と前記周囲曲面部側の接線とが互いに一致する形状に成形し、
前記周囲曲面部と前記周囲面部の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記周囲曲面部と前記周囲面部との境界部分における前記周囲曲面部側の接線と前記周囲面部側の接線とが互いに一致する形状としたことを特徴とする母型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子を成形するための金型を製造する技術に関するものであって、特に、金型を製造するための母型に対して、予め、電鋳の成長速度のバラつきを低減させる形状を付与しておくことで、成長した電鋳内に残留する内部応力のバラつきを抑えて、電鋳処理後には、歪みのない所定の回折構造が転写された金型を得ることができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、情報記録媒体として、ＣＤやＤＶＤなどが広く利用されており、これらの記録媒体から情報を読み取る読取装置などの精密機器には、多くの光学素子が使用されている。
【０００３】
近年においては、これらの光学素子に要求されるスペックや性能が向上してきており、特に、ＤＶＤなどの記録媒体におけるピックアップレンズでは、記録密度の増加に対して、より微細で且つ精度の高い回折構造を形成することが要求されている。具体的には、光の波長より小さいレベル、例えばｎｍレベルでの加工が求められている。
【０００４】
ところで、これらのピックアップレンズ、即ち、光学レンズは、低コスト化並びに小型化の観点から、ガラス製の製品よりも樹脂製の製品が広く利用されている。このような樹脂製の光学レンズは、一般に射出成形によって製造される。従って、その成形型には、予め、回折構造を付与するための面を形成しておく必要がある。
【０００５】
これまで、このような面の形成加工は、切削バイトを用いた一般的な加工技術によって行われてきたが、近年において要求される微細な回折構造を形成しようとした場合には、加工精度が劣るとともに、バイトの強度や寿命の点で限界があり、サブミクロンオーダー、或いは、それ以下のレベルでの精密な加工を行うことは困難であるという問題が生じることとなった。
【０００６】
そこで、最近においては、成形型の母型となる基材に対して、レジスト膜を形成して、そのレジスト膜に対して、そのような微細な回折構造、若しくは、その原形となる形状を描画して、これを現像処理することで、その形状を得て、さらに、原形となる形状を得た場合には、これをエッチング処理することで、共に所定の回折構造が形成された母型を得て、さらに、このようにして得られた母型を用いて電鋳処理を行うことで、そのような微細な回折構造が転写形成された成形型を得ることが試みられている（例えば、特許文献１参照）。さらには、この成形型によって光学レンズが成形される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２‐３３３７２２号公報（段落〔０１６１〕‐〔０１７０〕、第１３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような成形型を製造するための母型には、通常、光学レンズの光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とが形成されており、これらの境界部分は、所定の角度を持って不連続に繋げられている。即ち、当該境界部分は、光学レンズの光学機能面、即ち、所定の回折構造が形成される曲面部の光学機能面部から外れた部分であるため、特別な考慮は図られず、単純に繋げられるに留まっている。
【０００９】
しかしながら、このように曲面部と周囲面部との境界部分が不連続であると、当該母型を用いて電鋳処理を行った場合には、この境界部分と、周囲部分との間に電流密度のバラつきが生じて、電鋳の成長速度に違いが生じることになる。このように電鋳の成長速度に違いが生じると、成長した電鋳内においては、残留する内部応力にバラつきが生じることから、処理後に得られる電鋳、即ち、金型には、局所的に湾曲が生じたり、全体に反りが生じたりして、精度の良いものが得られないという問題が生じることになる。
【００１０】
さらに、このような局所的な歪は、補正することが困難であり、また、このような歪みの影響は、当該金型により成形される光学レンズの光学機能面にも及ぶことから、所定の光学的性能を有する光学素子を得ることが出来ないという問題が生じることになる。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所定の回折構造が形成された光学素子を成形するための金型の母型に対して、予め電鋳の成長速度のバラつきを低減させる形状を付与しておくことで、成長した電鋳内に残留する内部応力のバラつきを抑えて、電鋳処理後には、歪みのない所定の回折構造が転写された金型を得ることができる金型の製造方法、金型、光学素子及び母型を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、所定の光学的機能を有する光学素子を成形するための金型を製造する金型の製造方法であって、前記光学的機能を付与するための曲面部を有する基材の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と前記有効範囲外側の接線とが互いに一致する形状に成形する成形工程と、前記曲面部上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記形成されたレジスト膜に対して前記光学的機能に応じた構造を描画する描画工程と、前記描画されたレジスト膜を現像処理して、前記母型の前記光学的機能に応じた構造が形成された母型を得る現像工程と、前記母型を用いて電鋳処理を行い、前記光学的機能に応じた構造が転写された金型を得る電鋳工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項４記載の発明は、所定の光学的機能を有する光学素子を成形するための金型を製造する金型の製造方法であって、前記光学的機能を付与するための曲面部と、前記曲面部の周囲に亘り、前記曲面部の光軸と略直交する方向に広がる周囲面部と、前記曲面部と前記周囲面部とを繋ぐ周囲曲面部と、を有する基材の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と前記有効範囲外側の接線とが互いに一致する形状に成形すると共に、前記曲面部と前記周囲曲面部の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記曲面部と前記周囲曲面部との境界部分における前記曲面部側の接線と前記周囲曲面部側の接線とが互いに一致する形状に成形し、前記周囲曲面部と前記周囲面部の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記周囲曲面部と前記周囲面部との境界部分における前記周囲曲面部側の接線と前記周囲面部側の接線とが互いに一致する形状に成形する成形工程と、前記曲面部上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記形成されたレジスト膜に対して前記光学的機能に応じた構造を描画する描画工程と、前記描画されたレジスト膜を現像処理して、前記光学的機能に応じた構造が形成された母型を得る現像工程と、前記母型を用いて電鋳処理を行い、前記母型の前記光学的機能に応じた構造が転写された金型を得る電鋳工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の金型の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項７記載の発明は、請求項６記載の金型によって成形されたことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項８記載の発明は、所定の光学的機能を有する光学素子を成形するための金型を製造するための母型であって、前記光学的機能が付与される曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と前記有効範囲外側の接線とが互いに一致する形状としたことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項１１記載の発明は、所定の光学的機能を有する光学素子を成形するための金型を製造するための母型であって、前記光学的機能が付与される曲面部と、前記曲面部の周囲に亘り、前記曲面部の光軸と略直交する方向に広がる周囲面部と、前記曲面部と前記周囲面部とを繋ぐ周囲曲面部とを有し、前記曲面部の当該曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記光学的機能の有効範囲内と有効範囲外との境界部分における前記有効範囲内側の接線と前記有効範囲外側の接線とが互いに一致する形状とすると共に、前記曲面部と前記周囲曲面部の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記曲面部と前記周囲曲面部との境界部分における前記曲面部側の接線と前記周囲曲面部側の接線とが互いに一致する形状に成形し、前記周囲曲面部と前記周囲面部の前記曲面部の光軸を含む任意の断面における表面を、前記周囲曲面部と前記周囲面部との境界部分における前記周囲曲面部側の接線と前記周囲面部側の接線とが互いに一致する形状としたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金型の製造方法、金型、光学素子及び母型の好適な実施の形態の一例について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１９】
［金型の製造工程］
まず、金型の製造工程について、図１及び図２に示すフローチャートの流れに沿って、図３を参照しつつ説明する。
【００２０】
＜母型加工工程＞
まず、シリコンやＳｉＯ２からなる円板状素材を円筒研削盤等により加工する粗加工を行った後、高精度旋盤や、高精度の円筒研削盤等により加工する仕上げ加工を行う。これにより、目的とする最終形状にほぼ近い形状を有する母型の素材を得る。
【００２１】
次に、図１に示すように、この母型の素材１１０を、金属など導電性の素材からなる円盤状の基材１１１の中央開口１１１ｐに埋め込み、接着剤にて相対回転不能に固定して（図３（ａ）参照）、部材Ｅを得る（ステップＳ０１）。次に、治具（以下、ヤトイと呼ぶ）１５０の中央孔１５１を介して貫通させて、基材１１１のネジ孔１１１ｇに螺合させたボルト１５２により、基材１１１に対してヤトイ１５０を取り付ける（ステップＳ０２）。
【００２２】
次に、超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工機）のチャックに、ヤトイ１５０を介して部材Ｅを取り付ける（ステップＳ０３）。さらに、部材Ｅを回転させなから、ダイヤモンド工具により、基材１１１の外周面１１１ｆを切削加工（或いは、超精密切削加工）することで、超精密旋盤、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｔｕｒｎｉｎｇ）加工機の回転軸に対して、これを精度良く形成し、又、母型の素材１１０の上面を、図３（ｂ）に示すように切削加工（或いは、超精密切削加工）し、詳細は後述する母光学面１１０ａを形成する（ステップＳ０４）。尚、本実施形態においては、母型の素材１１０を、基材１１１の中央開口１１１ｐに接着して部材Ｅを得た後、母光学面１１０ａを形成することとするが、この他にも、母型の素材１１０に母光学面１１０ａを形成した後、これを基材１１１の中央開口１１１ｐに接着して部材Ｅを得ることとしても良い。
【００２３】
［基材の形状］
ここで、本発明の特徴部分である母型の形状、より詳細には、母型となる基材の形状、即ち、上述した母型の素材１１０の母光学面１１０ａの形状について、図４を参照しながら説明する。
【００２４】
上述したように、母型の素材１１０の上面には、ＳＰＤＴ加工機の切削加工により母光学面１１０ａが形成されるが、この母光学面１１０ａは、図４に示すように、曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃと、を有して構成される。より詳細には、曲面部１１０ａａは、所定の回折構造が形成される光学機能面部（レンズ有効径内の領域部分）と、この光学機能面部の周囲に亘る光学機能周囲面部（レンズ有効径外の領域部分）とから成り、この光学機能周囲面部と周囲面部１１０ａｂとが、周囲曲面部１１０ａｃによって滑らかに繋がれる。尚、上述したレンズ有効径は、本発明の「光学的機能の有効範囲」に対応するものである。また、此処に言う“滑らか”とは、その繋ぎ目において、角や溝が生じていないということであり、言い換えれば、母光学面１１０ａの光軸を含む任意の断面における表面に関して、曲面部１１０ａａと周囲曲面部１１０ａｃとの境界部分における両者側からの接線が互いに一致し、且つ、周囲曲面部１１０ａｃと周囲面部１１０ａｂとの境界部分における両者側からの接線が互いに一致するということである。従って、上述した光学機能周囲面部と周囲面部１１０ａｂとにおいては、周囲曲面部１１０ａｃを介して、１つの連続的な面を形成しているということになる。また、曲面部１１０ａａの光学機能面部と光学機能周囲面部との境界部分における両者側からの接線も互いに一致する形状となっている。尚、図４においては、周囲面部１１０ａｂは水平面としているが、周囲面部１１０ａｂは、傾斜面であっても良い。また、周囲面部１１０ａｂの表面は平坦でなく、滑らかな起伏を有するものであっても良い。因みに、同図に示す点線の形状は、従来における曲面部と周囲面部との境界領域における形状を示している。
【００２５】
これにより、後述する電鋳工程においては、この曲面部１１０ａａと周囲面部１１０ａｂとの境界領域において、周辺部分との間に生じる電流密度のバラつきが低減されて、電鋳の成長速度に違いが生じることが抑えられて、成長した電鋳内部に残留する内部応力のバラつきが低減されて、電鋳処理後には、歪みのない所定の形状を有する電鋳、即ち、金型を得ることができる。尚、この詳細については、後述する（電鋳の成長原理）の処で説明する。
【００２６】
図１に戻って、さらに、部材ＥをＳＰＤＴ加工機から取り外し（ステップＳ０５）、ボルト１５２を緩めて部材Ｅからヤトイ１５０を取り外す（ステップＳ０６）。
【００２７】
＜形状測定工程＞
続いて、部材Ｅを不図示の形状測定器にセットし（ステップＳ０７）、母型の素材１１０の母光学面１１０ａの形状を測定し、その３次元座標から母型の素材１１０の母光学面１１０ａの高さ位置の設計値からの誤差分布データを作成する（ステップＳ０８）。そして、部材Ｅを形状測定器から取り外す（ステップＳ０９）。
【００２８】
＜レジスト膜形成工程＞
次に、部材Ｅを不図示のスピンコータにセットし（ステップＳ１０）、レジストＬを母型の素材１１０上に流下させながら被レジスト塗布基材を回転するプレスピンを実施し（ステップＳ１１）、その後、レジストＬの流下を停止して被レジスト塗布基材を回転させる本スピンを実施し、レジストＬの被膜を行う（図３（ｄ）参照）（ステップＳ１２）。プレスピンと本スピンとを分けることにより、複雑な曲面である母光学面１１０ａに、均一な膜厚のレジストＬを被膜させることが可能となる。ここで、レジストＬは、加熱又は紫外線等によって硬化する高分子の樹脂材料が用いられており、電子ビームによって与えられたエネルギー量に応じて分子間の結合が切れ分解される特性を有している（分解された部分は後述する現像液によって除去される）。
【００２９】
ところで、上述したように、母型の素材１１０の母光学面１１０ａは、曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂとが周囲曲面部１１０ａｃによって滑らかに繋がれているため（図４参照）、従来のように、曲面部１１０ａａと周囲面部１１０ａｂとの境界領域においてレジストが溜まることもなく、均一な厚さのレジスト膜を得ることができる。
【００３０】
これにより、後述するエッチング工程においては、母型の素材１１０の母光学面１１０ａは、一様にエッチングされて、歪みの無い所定の形状を得ることができる。
【００３１】
図１に戻って、その後、部材Ｅをスピンコータから取り外し（ステップＳ１３）、部材Ｅに対してベーキング（加熱）処理を施すことで、レジストＬの被膜を安定させる（ステップＳ１４）。この際の温度は、ほぼ１７０℃で、ほぼ２０分間加熱する。係る状態の部材Ｅを、図３（ｄ）に示す。
【００３２】
＜膜厚測定工程＞
図２に移って、続いて、部材Ｅを不図示の膜厚測定器にセットし（ステップＳ１５）、母型の素材１１０の母光学面１１０ａに塗布されたレジストＬの膜厚を測定して、その膜圧分布を得る（ステップＳ１６）。そして、部材Ｅを膜厚測定器から取り外す（ステップＳ１７）。
【００３３】
＜描画調整工程＞
さらに、部材Ｅを、不図示の電子ビーム描画装置の３次元ステージにセットし（ステップＳ１８）、入力部より入力される形状測定器及び膜厚測定器からの測定情報、具体的には、部材Ｅの形状データ、即ち、母光学面１１０ａの３次元座標と、母光学面１１０ａに塗布されたレジストＬの膜厚分布とから求められる母光学面１１０ａの被描画面（レジストＬの膜表面）の形状とから、母光学面１１０ａの被描画面に描画する所定の描画パターンに関する形状データを作成する（ステップＳ１９）。因みに、母光学面１１０ａの被描画面の形状は、測定器により測定しても良い。
【００３４】
さらに、所定の描画パターンを構成する例えば回折輪帯を描画する際の電子ビームの照射量、即ち、ドーズ量を調整する。具体的には、入力部より入力される形状測定器及び膜厚測定器からの測定情報、より詳細には、部材Ｅの形状データ、即ち、母光学面１１０ａの３次元座標と、母光学面１１０ａに塗布されたレジストＬの膜厚分布とから母光学面１１０ａの被描画面の形状を求め、さらに、各々の誤差分布データ（母光学面１１０ａの高さ位置の設計値からの誤差分布データ、母光学面１１０ａに塗布されたレジストＬの膜厚の規定値からの誤差分布データ）に基づいて、所定の形状が得られるようにドーズ量を調整する（ステップＳ２０）。
【００３５】
＜描画工程＞
さらに、母光学面１１０ａの被描画面に所定の描画パターンを描画するべく、被描画面に電子ビームの焦点が合うように３次元ステージを移動させて、電子ビーム（図３（ｄ）参照）を所定のドーズ量（補正された後のドーズ量）になるよう照射して、母光学面１１０ａ上のレジストＬの膜に所定の描画パターン、例えば回折輪帯を描画する（ステップＳ２１）。そして、部材Ｅを電子ビーム描画装置の３次元ステージから取り外す（ステップＳ２２）。
【００３６】
＜現像工程＞
さらに、不図示の現像装置によって、部材Ｅの現像処理を行って、輪帯形状のレジストを得る（ステップＳ２３）。尚、同一点における電子ビームの照射時間を長くすれば、それだけレジストの除去量は増大するため、上述した描画工程において、電子ビームの照射位置と照射時間（ドーズ量）を調整することで、母光学面１１０ａ上のレジストＬの膜に所定の回折構造、例えばブレーズ状の輪帯１１０ｂ（実際より誇張されて描かれている）（図３（ｅ）参照）の形状にレジストを残すことができる（以上の工程により、部材Ｅは母型として完成される）。或いは、所定の描画パターン、例えば後述するエッチング工程において、エッチングされることでブレーズ状の輪帯１１０ｂ（実際より誇張されて描かれている）（図３（ｅ）参照）となる原型にレジストを残すことができる。
【００３７】
＜エッチング工程＞
さらに、上述した所定の描画パターン、例えばエッチングされることでブレーズ状の輪帯１１０ｂ（実際より誇張されて描かれている）（図３（ｅ）参照）となる原型にレジストを残した場合には、エッチング装置によって部材Ｅのエッチング処理を行って、母型の素材１１０の母光学面１１０ａの表面を彫り込んで、ブレーズ状の輪帯１１０ｂ（実際より誇張されて描かれている）を形成する（図３（ｅ）参照）（ステップＳ２４）。以上の工程により、部材Ｅは母型として完成される。尚、上述したように、描画工程及び現像工程において、既に、所定の回折構造であるブレーズ状の輪帯１１０ｂ（実際より誇張されて描かれている）が描画形成される場合には、当該エッチング工程は省略される。
【００３８】
＜電鋳工程＞
さらに、表面を活性処理した母型、即ち、部材Ｅをスルファミン酸ニッケル浴中に浸して、基材１１１に電極（陰極）を接続し、外部の電極（陽極）１１４との間に電流を流すことで、電鋳１２０を成長させる（図３（ｆ）参照）（ステップＳ２５）。このとき、基材１１１の外周面１１１ｆに絶縁剤を塗布することで、絶縁剤が塗布された部分において電鋳が成長することを抑制する。
【００３９】
尚、上述したように、母型の素材１１０の母光学面１１０ａは、滑らかな面、即ち、１つの連続面を形成しているので、電鋳１２０は一様に成長することとなる。これにより、電鋳１２０の内部に残留する内部応力のバラつきが低減されることとなり、電鋳処理後には、母型の素材１１０の母光学面１１０ａに精度良く対応した光学面転写面１２０ａと、母型の素材１１０の輪帯１１０ｂに精度良く対応した輪帯転写面１２０ｂとが形成された金型を得ることができる。以下、その根拠について説明する。
【００４０】
（電鋳の成長原理）
まず、電鋳の成長原理について、図５（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。図５（ａ）、（ｂ）に、陰極ＣＡ表面の凹凸によって、その電流密度に粗密が生じる様子を示す。図５（ａ）において、直交する２枚の板が充分な大きさを有する陰極ＣＡである。また、この陰極ＣＡを４５度の角度をもって覆う１枚の板が充分な大きさを有する陽極ＡＮである。また、図５（ａ）、（ｂ）において、実線で図示される双曲線が電気力線である。また、破線で図示される双曲線が等電位線である。さらに、図５（ｂ）は、図５（ａ）において四角で囲われる領域ＳＱを部分拡大したものである。尚、上述したように、母型の素材１１０に対して電鋳処理を施す場合には、当該母型の素材１１０（基材１１１）は、陰極に接続されることから、図５（ａ）、（ｂ）においては、陰極ＣＡの表面は、母型の素材１１０の母光学面１１０ａに対応することになる。
【００４１】
図５（ｂ）に示すように、陰極ＣＡを構成する２枚の板の接続部分（凹状形状の頂点部分に相当する）においては、その表面近傍において電気力線と等電位線とにより形成される格子の密度が他の部分よりも小さくなっていることが分かる。ここで、電気力線と等電位線により形成される格子の密度は、陰極表面における電流密度の大きさに反比例するものとなっていることから、当該陰極ＣＡを構成する２枚の板の接続部分においては、その表面における電流密度は、他の部分よりも小さくなっているものと判断することができる。
【００４２】
ここで、陰極の表面における電流密度と電鋳の成長速度との関係について説明すると、一般に、電鋳の成長速度は、電流密度が高くなるにつれて大きくなる傾向にあり、一方、電流密度が低くなるにつれて小さくなる傾向にある。
【００４３】
即ち、陰極ＣＡを構成する２枚の板の接続部分においては、その表面における電流密度は、他の部分よりも小さくなっていることから、当該部分においては、電鋳は凹形状に成長することになる。これに対して、図示は省略するが陰極ＣＡを構成する２枚の板が凸状に接続されている場合には、その接続部分（凸状形状の頂点部分に相当する）の表面における電流密度は、他の部分よりも大きくなることから、当該部分においては、電鋳は凸形状に成長することになる。
【００４４】
これを母型の素材１１０の母光学面１１０ａに当てはめるに、母型の素材１１０の母光学面１１０ａに凹状の不連続面が形成されている場合には、その頂点領域においては、電流密度が小さくなり、電鋳の成長速度は、他の部分より遅くなる。その結果、当該部分においては、電鋳は凹形状に成長することになる。これに対して、母型の素材１１０の母光学面１１０ａに凸状の不連続面が形成されている場合には、その頂点領域においては、電流密度が大きくなり、電鋳の成長速度は、他の部分より速くなる。その結果、当該部分においては、電鋳は凸形状に成長することになる。
【００４５】
しかしながら、本実施形態においては、母型の素材１１０の母光学面１１０ａを、光学機能面となる曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃとで形成することで、これらが１つの連続面を構成するように成形するため、これらの表面においては、電流密度は一様となり、電鋳の成長速度に違いが生じることが抑えられて、電鋳は一様に成長することとなる。これに伴い、成長した電鋳内部に残留する内部応力のバラつきは低減されて、電鋳処理後には、歪みのない所定の形状を有する金型を得ることができる。
【００４６】
（電鋳が成長する様子）
ここで、母型の素材１１０の母光学面１１０ａにおいて、実際に電鋳が成長する様子について、従来における場合と比較しながら、図６乃至図９を参照しながら説明する。
【００４７】
“従来の場合”
図６（ａ）〜（ｅ）に示すように、従来、母型の素材１１０の母光学面１１０ａにおいては、光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とが不連続に繋がれている（図７を参照のこと）ため、これらの接続部分においては、電流密度にバラつきが生じて、電鋳１２０の成長速度に違いが生じることになる。具体的には、当該接続部分においては、電流密度が小さくなり、電鋳１２０の成長速度は、他の部分より遅くなる。その結果、当該接続部分においては、電鋳１２０は凹形状に成長することになる。また、周囲面部の端部は、その角部が凸状の不連続面を形成しているため、その頂点部分においては、電流密度が大きくなり、電鋳１２０の成長速度は、他の部分より速くなる。その結果、当該頂点部分においては、電鋳１２０は凸形状に成長することになる。
【００４８】
因みに、電鋳処理を行っている際の母型の素材１１０の母光学面１１０ａ近傍における電気力線（実線）と等電位線（破線）の様子を表すと、図７に示す通りとなる。図７に示すように、母型の素材１１０の母光学面１１０ａにおいては、光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とが不連続に繋がれているため、これらの接続部分においては、電気力線と等電位線とにより形成される格子の密度が他の部分よりも小さくなっている。このようなことから、当該接続部分においては、電流密度が他の部分よりも小さくなっていることは明らかである。
【００４９】
ところで、図６（ｂ）に示すように、従来の母型の素材１１０の母光学面１１０ａにおいては、電鋳１２０の成長速度に違いが生じるため、その成長過程において、一旦、電鋳処理を中断して、その表面を整形する加工が必要となる。具体的には、同図に示すトリミングラインＴＬに沿って、電鋳１２０の過剰に成長した部分を切削することが行われる。図６（ｃ）に、切削後の電鋳１２０の形状を示す。しかしながら、この際、電鋳１２０の内部においては、その成長速度の違いにより、内部応力にバラつきが生じている。
【００５０】
そして、図６（ｄ）に示すように、電鋳処理を再開して、電鋳１２０を必要以上の厚さにまで成長させた後、電鋳処理を終了して、その表面を所定の形状に整形加工する。図６（ｅ）に、整形加工後の電鋳１２０の形状を示す。
【００５１】
さらに、電鋳１２０の基材１１１に対して固定されるように設けられた固定部分１２０ａをトリミングすることで脱型して金型を得る。しかしながら、当該金型には、上述した電鋳１２０の内部において、その成長速度の違いにより生じた内部応力にバラつきに起因して、局所的に湾曲が生じたり、全体に反りが生じたりして、精度の良いものが得られないという問題が生じることになる。
【００５２】
“本実施形態の場合”
一方、図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、本実施形態における母型の素材１１０の母光学面１１０ａにおいては、光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とが周囲曲面部によって連続に繋がれている（図９を参照のこと）ため、これらの接続部分においては、電流密度のバラつきが低減されて、電鋳１２０の成長速度に違いが生じることが抑えられる。具体的には、当該接続部分においては、電流密度が一様になり、電鋳１２０の成長速度は、他の部分と同様になる。その結果、当該接続部分においては、電鋳１２０は一様に成長することになる。但し、周囲面部の端部は、その角部が凸状の不連続面を形成しているため、その頂点部分においては、電流密度が大きくなり、電鋳１２０の成長速度は、他の部分より速くなる。その結果、当該頂点部分においては、電鋳１２０は凸形状に成長することになる。
【００５３】
因みに、電鋳処理を行っている際の母型の素材１１０の母光学面１１０ａ近傍における電気力線（実線）と等電位線（破線）の様子を表すと、図９に示す通りとなる。図９に示すように、母型の素材１１０の母光学面１１０ａにおいては、光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とが周囲曲面部によって連続に繋がれているため、これらの接続部分（周囲曲面部）においては、電気力線と等電位線とにより形成される格子の密度が他の部分とほぼ同等になっている。このようなことから、当該接続部分（周囲曲面部）においては、電流密度が他の部分とほぼ同等になっていることは明らかである。
【００５４】
ところで、図８（ｂ）に示すように、本実施形態における母型の素材１１０の母光学面１１０ａにおいても、周囲面部の端部においては、電鋳１２０は凸形状に成長することになることから、その成長過程において、一旦、電鋳処理を中断して、その表面を整形する加工が必要となる。具体的には、同図に示すトリミングラインＴＬに沿って、電鋳１２０の過剰に成長した部分を切削することが行われる。図８（ｃ）に、切削後の電鋳１２０の形状を示す。この際、母型の素材１１０の母光学面１１０ａに対応する電鋳１２０の内部においては、その成長速度が一様であったことから、内部応力のバラつきが低減されている。
【００５５】
そして、図８（ｄ）に示すように、電鋳処理を再開して、電鋳１２０を必要以上の厚さにまで成長させた後、電鋳処理を終了して、その表面を所定の形状に整形加工する。図８（ｅ）に、整形加工後の電鋳１２０の形状を示す。
【００５６】
さらに、電鋳１２０の基材１１１に対して固定されるように設けられた固定部分１２０ａをトリミングすることで脱型して金型を得る。この際、当該金型においては、上述したように電鋳１２０の内部において生じる内部応力のバラつきが低減されていることから、局所的に湾曲が生じたり全体に反りが生じたりするようなこともなく、精度の良いものを得ることができる。
【００５７】
以上に説明した内容を根拠に、本実施形態においては、母型の素材１１０の母光学面１１０ａを、光学機能面となる曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃとで形成することで、これらが１つの連続面を構成するように成形するので、これらの表面においては、電流密度は一様となり、電鋳の成長速度に違いが生じることが抑えられて、電鋳は一様に成長することとなり、成長した電鋳内部に残留する内部応力のバラつきが低減されて、電鋳処理後には、歪みのない所定の形状が転写された、所定の光学的性能を有する光学素子を成形するための金型を得ることができる。
【００５８】
図２に戻って、その後、部材Ｅ（基材１１１＋電鋳１２０）にヤトイ１５０を取り付ける（ステップＳ２６）。さらに、基材１１１の外周面１１１ｆを基準として、部材Ｅと電鋳１２０とヤトイ１５０とを一体で、ＳＰＤＴ加工機の回転軸と部材Ｅの光軸とを一致させるようにしてチャックに取り付け、電鋳１２０の外周面１２０ｃを切削加工する（図３（ｇ）参照）（ステップＳ２７）。
【００５９】
加えて、図３（ｇ）に示すように、電鋳１２０に、裏打ち部材との位置決め部としてのピン孔１２０ｄ（中央）及びネジ孔１２０ｅを加工する。尚、ピン孔１２０ｄの代わりに円筒軸を形成しても良い。加工後に、部材Ｅと電鋳１２０とヤトイ１５０とを一体で、ＳＰＤＴ加工機から取り外す。
【００６０】
さらに、電鋳１２０を、以下に述べるように裏打ち部材と一体化することで、可動コア１３０を形成する（ステップＳ２８）。
【００６１】
図１０は、部材Ｅを取り付けた状態で示す可動コア１３０の断面図である。図１０において、可動コア１３０は、先端（図における右側）に配置した電鋳１２０と、後端（図における左側）に配置した押圧部１３６と、その間に配置された摺動部材１３５とから構成される。摺動部材１３５及び押圧部１３６が裏打ち部材となる。
【００６２】
電鋳１２０は、そのピン孔１２０ｄに、円筒状の摺動部材１３５の端面中央から突出したピン部１３５ａを係合させることで、摺動部材１３５と所定の関係で位置決めされ、さらに、摺動部材１３５を軸線に平行に貫通する２つのボルト孔１３５ｂに挿通したボルト１３７を、ネジ孔１２０ｅに螺合させることで、電鋳１２０は摺動部材１３５に取り付けられる。
【００６３】
摺動部材１３５は、ピン部１３５ａの設けられた端面（図における右端）に対向する端面（図における左端）の中央に突出して形成されたネジ軸１３５ｃを、略円筒状の押圧部１３６の端部に形成されたネジ孔１３６ａに螺合させることで、押圧部１３６に対して所定の位置関係で取り付けられる。図１０において、摺動部材１３５の外周面１３５ｅは、電鋳１２０及び押圧部１３６のフランジ部１３６ｂ以外の部分の外周面よりも大径となっている。裏打ち部材としての摺動部材１３５及び押圧部１３６を取り付けた後、ＳＰＤＴ加工機のチャックにヤトイ１５０を取り付けるようにする（ステップＳ２９）。
【００６４】
さらに、基材１１１の外周面１１１ｆを基準として、摺動部材１３５と押圧部１３６の外周面を仕上げる（ステップＳ３０）。さらに、押圧部１３６の端面を切削加工し、全長を規定値に収める（ステップＳ３１）。
【００６５】
その後、図１０の矢印Ｘで示す位置でカットすることにより、摺動部材１３５及び押圧部１３６に取り付けられた電鋳１２０から、部材Ｅとヤトイ１５０を脱型する（ステップＳ３２）。さらに、電鋳１２０と基材２１０を脱型後、可動コア１３０の先端の電鋳１２０を仕上げて、光学素子成形用金型を得る（ステップＳ３３）。ここまでの工程により、所定の光学的性能を有する光学素子を成形することができる金型を製作することができる。
【００６６】
［光学素子の成形］
図１１は、このようにして形成された可動コア１３０を用いて光学素子を成形する状態を示す図である。図１１において、光学面転写面１４１ａを有する光学素子成形用金型１４１を保持する保持部１４２は、可動側キャビティ１４３に固定されている。可動側キャビティ１４３は、小開口１４３ａと、それに同軸な大開口１４３ｂとを有している。可動側キャビティ１４３内に可動コア１３０を挿入したときに、摺動部材１３５の外周面１３５ｅが、小開口１４３ａの内周面と摺動し、押圧部１３６のフランジ部１３６ｂの外周面１３６ｄが、大開口１４３ｂの内周面と摺動する。かかる２つの摺動部によって案内されることで、可動側キャビティ１４３に対して、大きく傾くことなく可動コア１３０は軸線方向に移動可能となる。
【００６７】
光学素子成形用金型１４１、電鋳１２０の間に溶融した樹脂を射出し、可動コア１３０を矢印方向に加圧することで、光学素子ＯＥが成形される。本実施の形態によれば、母型の素材１１０から精度良く転写形成された光学素子成形用金型としての電鋳１２０を用いることで、光学素子ＯＥの光学面には、電鋳１２０の光学面転写面１２０ａが転写形成され、且つ、輪帯転写面１２０ｂに対応した回折輪帯が光軸に同心的に精度よく形成されることとなる。ここまでの工程により、所定の光学的性能を有する光学素子を成形することができる。
【００６８】
尚、本実施形態においては、母型の素材１１０の母光学面１１０ａは、図４に示したように、曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃと、を有して構成され、曲面部１１０ａａは、所定の回折構造が形成される光学機能面部（レンズ有効径内の領域部分）と、この光学機能面部の周囲に亘る光学機能周囲面部（レンズ有効径外の領域部分）とから成り、この光学機能周囲面部と周囲面部１１０ａｂとが、周囲曲面部１１０ａｃによって滑らかに繋がれることとしたが、発明は、これに限定されるものではなく、例えば、図１２（ａ）に示すように、母型の素材１１０´の母光学面１１０´ａは、曲面部１１０´ａの光学機能周囲面部と周囲曲面部１１０´ａｃとを滑らかに、且つ、直線的に繋いだ形状（言い換えれば、周囲曲面部１１０´ａｃを光学機能周囲面部との境界部分における光学機能周囲面部側の接線方向に延長した形状）とすることにしても良いし、また、図１２（ｂ）に示すように、母型の素材１１０´´の母光学面１１０´´ａは、曲面部１１０´´ａの光学機能周囲面部と周囲曲面部１１０´´ａｃとを滑らかに、且つ、曲線に繋いだ形状（より詳細には、周囲曲面部１１０´´ａｃを光学機能周囲面部との境界部分における光学機能周囲面部側の曲率にて延長した形状）とすることにしても良い。但し、本例においては、何れの場合においても、周囲曲面部と周囲面部とが不連続的に接続されることになるため、光学機能周囲面部と周囲曲面部とを合わせた距離は、光学機能面部が、この周囲曲面部と周囲面部との接続部分による影響、即ち、当該接続部分において成長する電鋳の内部応力のバラつきによって生じる局所的な歪みによる影響を受けないように充分な大きさが確保されていることとする。
【００６９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る金型の製造方法、金型、光学素子及び母型によれば、所定の回折構造が形成された光学素子を成形するための金型の母型に対して、予め、電鋳の成長速度のバラつきを低減させる形状を付与しておくことで、電鋳処理後には、歪みのない所定の回折構造が転写された金型を得ることができる。従って、その金型を用いて、所定の光学的性能を有する光学素子を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における母型の製造方法を構成する工程を示すフローチャートである。
【図２】本実施形態における母型の製造方法及び金型の製造方法を構成する工程を示すフローチャートである。
【図３】図１及び図２に示す主要な工程において、処理される母型の素材と電極部材の組立体、即ち、部材Ｅを示す断面図である。
【図４】図４に示す部材Ｅの母型の素材の母光学面の形状を示す断面図である。
【図５】陽極の凹凸により、その表面において電流密度に粗密が生じる様子を示す説明図である。
【図６】従来の母型の素材の母光学面において成長する電鋳の様子を示す説明図である。
【図７】図８に示す母型の素材の母光学面近傍における電気力線及び等電位面の様子を示す説明図である。
【図８】本実施形態における母型の素材の母光学面において成長する電鋳の様子を示す説明図である。
【図９】図８に示す母型の素材の母光学面近傍における電気力線及び等電位面の様子を示す説明図である。
【図１０】可動コアの断面図である。
【図１１】可動コアを用いて光学素子を成形する状態を示す図である。
【図１２】図４に示す母型の素材の母光学面の他例を示す説明図である。
【符号の説明】
１１０  母型の素材
１１０ａ  母光学面
１１０ａａ  曲面部
１１０ａｂ  周囲面部
１１０ａｃ  周囲曲面部
１１１  基材
【図１】
2005028638.tif 000003
【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】
2005028638.tif 000011
【図１０】
2005028638.tif 000012
【図１１】
2005028638.tif 000013
【図１２】
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