(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金を付着させ、前記非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面を形成した光学素子成形用金型であって、前記光学素子成形用金型により成形される光学素子の光学面に複数の突起またはくぼみが転写形成されるように、前記光学面転写面には、対応したくぼみまたは突起が形成されていることを特徴とする光学素子成形用金型。
【請求項２】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、等価屈折率領域の微細構造を形成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金型。
【請求項３】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、反射防止効果を発生する微細構造を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子成形用金型。
【請求項４】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、構造複屈折を発生する微細構造を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項５】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、共鳴領域の微細構造を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項６】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、前記光学素子に対して光を照射する光源の波長変化による前記光学素子の収差変化を補正する機能を有することを特徴とする請求項１〜５に記載の光学素子成形用金型。
【請求項７】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、前記光学素子の温度変化による収差変化を補正する機能を有することを特徴とする請求項１〜６に記載の光学素子成形用金型。
【請求項８】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、回折輪帯であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学素子成形用金型。
【請求項９】
前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、該光学面の一部に存在しており、その光学面を転写形成されるように、前記光学面転写面の一部には、対応したくぼみまたは突起が存在していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１０】
前記光学素子の光学面の一部に、少なくとも複数の形状または配置パターンを有する突起またはくぼみが存在しており、その光学面を転写形成されるように、前記光学面転写面の一部には、対応した少なくとも複数の形状または配置パターンのくぼみまたは突起が存在していることを特徴とする前記請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１１】
前記非晶質合金の組成が、パラジウムを２０ｍｏｌ％以上８０ｍｏｌ％以下の割合で含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１２】
前記非晶質合金の組成に、銅、ニッケル、アルミニウム、シリコン、燐、ボロンのいずれかを少なくとも３ｍｏｌ％以上の割合で含有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１３】
前記非晶質合金をＰＶＤ処理によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１４】
前記非晶質合金をスパッタ処理によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項１３に記載の光学素子成形用金型。
【請求項１５】
前記非晶質合金をイオンプレーティング処理によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項１３に記載の光学素子成形用金型。
【請求項１６】
前記非晶質合金を蒸着によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項１３に記載の光学素子成形用金型。
【請求項１７】
前記非晶質合金をＣＶＤ処理によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１８】
前記非晶質合金を前記基体に付着させた後、加熱プレス成形により前記光学面転写面を成形創成したことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１９】
前記非晶質合金を前記基体に付着させた後、ダイヤモンド切削により前記光学面転写面を成形創成したことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項２０】
前記非晶質合金を前記基体に付着させた後、ダイヤモンド切削及び加熱プレス成形により前記光学面転写面を成形創成したことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過冷却液体域を有する非晶質合金を用いて形成された光学素子成形用金型に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から一般的に行われてきたプラスチック光学素子の成形用金型の製作手法によれば、例えば鋼材やステンレス鋼などでブランク（一次加工品）を作っておき、その上に無電解ニッケルメッキとよばれる化学メッキにより、アモルファス状のニッケルと燐の合金を１００μｍほどの厚みに鍍膜し、このメッキ層を超精密加工機によりダイアモンド工具で切削加工して、光学素子の光学面を成形するための高精度な光学面転写面を得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術の手法によれば、基本的に機械加工により部品形状を創成するため、加工機の運動精度近くまで容易に部品精度が高められる反面、製作工程に機械加工と化学メッキ処理が混在し煩雑で納期がかかること、メッキ層の厚みを考慮してブランク（一次加工品）を作製する必要があること、必ずしもメッキ処理が安定している訳ではなく、ブランクの組成の偏りや汚れ具合によってメッキ層の付着強度がばらついたり、ピットと呼ばれるピンホール状の欠陥が生じたりすること、メッキ層の厚みの中で光学面転写面を創成しなければならないため、光学面転写面を再加工するときなどはメッキ厚みに余裕が無く加工不可能となる場合があること等々の不具合が生じていた。
【０００４】
更に、従来技術によれば、多量に光学面転写面をダイヤモンド切削加工する必要があるが、かかる場合、工具の切れ刃の状態や加工条件、加工環境温度の変化などの影響を受けて、切削加工し仕上げた光学面転写面の形状が微妙にバラツくという問題もあった。この光学面転写面の加工バラツキは、素材の被削性の悪さに起因するものであり、一般的には１００ｎｍ程度の光学面形状誤差を発生し、非常に慎重に加工した場合でも５０ｎｍ程度の形状誤差が残るが、これが多量に同一形状の光学面転写面を創成する際の加工精度限界となっている。
【０００５】
また、近年、光学面に輪帯状の回折溝（回折輪帯）を施して色収差を効率よく補正する光学素子が、光情報記録分野などで実用化され、大量に生産されている。その光学材料としては、プラスチックやガラスが使われているが、赤外光学系などではＺｎＳｅなどの結晶材料も用いられている。この様な光学素子は、成形により大量に且つ効率的に生産することができるが、その成形の際に、光学素子成形用金型で、光学素子の光学面における微細な回折溝をいかに高精度に効率よく製作するかが、極めて重要な課題となる。
【０００６】
例えば、ダイアモンド切削により、光学素子成形用金型の光学面転写面上に回折溝などの光学機能を有する微細なパターンを創成する揚合は、刃先の鋭さが回折溝形状の正確さを左右し、光学素子の光学面として転写された時に回折効率に大きな影響を与える。
【０００７】
従って、回折輪帯の回折効率を低下させないためには、刃先の大きさを十分小さくせねばならず、そうすると、小さな刃先部分に切削抵抗が集中してかかるので切り込み量を小さくせねばならず、光学面全体を均一に切削除去するまでに加工回数が多くなる。また、刃先の小さなカッターマークによる光学面の表面粗さの劣化を防ぐためにも工具送り速度を遅くせねばならず、１回の光学面転写面加工時間も長くなる。その結果、回折溝を有する光学素子の成形用金型の切削加工においては、切削長が増大するので工具刃先の損耗が大きくなり、工具交換が頻繁となる。つまり、従来のダイアモンド切削により微細な形状を有する光学面転写面を加工する場合には、工具の寿命が極端に短くなり、しかも一つの光学面転写面を加工する時間も増大するので、頻繁に工具を交換せねばならないため加工効率が非常に低下し、光学素子成形用金型の生産性が低下してコストの急激な増大を招いていた。そのため、特にダイアモンド切削により微細な形状を表面に有する光学面転写面を仕上げる場合には、無電解ニッケルメッキ工程を含まない簡素で納期の短い金型製作手法が望まれる。
【０００８】
加えて、近年、使用する光源の波長の数倍からそれよりも小さな微細構造を光学面に施して、新たな光学的機能を光学素子に付加することが試みられている。例えば、成形レンズの屈折による通常の集光機能とその時に副作用として発生する正の分散を、その非球面光学面の表面に回折溝を施すことで得られる回折による大きな負の分散を利用してうち消し、本来、屈折だけでは不可能な色消し機能を単玉光学素子に付加することが、ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ディスク用ピックアップ対物レンズで実用化されている。これは、光学素子を透過する光の波長の数１０倍の大きさの回折溝による回折作用を利用したもので、このように波長より十分大きな構造による回折作用を扱う領域は、スカラー領域と呼ばれている。
【０００９】
一方、光学素子を透過する光の波長の数分の一という微細な間隔で、円錐形状の突起を光学面の表面に密集させて形成させることで、光の反射抑制機能を発揮できることが判っている。即ち、光波が光学素子に入射する際の空気との境界面での屈折率変化を、従来の光学素子のように１から媒体屈折率まで瞬間的に変化させるのではなく、微細な間隔で並んだ突起の円錐形状によって緩やかに変化させ、それにより光の反射を抑制することができるのである。このような突起を形成した光学面は、いわゆる蛾の眼（ｍｏｔｈ  ｅｙｅ）と呼ばれる微細構造で、光の波長よりも微細な構造体が波長よりも短い周期で並ぶことにより、もはや個々の構造が回折せずに光波に対して平均的な屈折率として働くものである。このような領域を等価屈折率領域と一般に呼んでいる。このような等価屈折率領域に関しては、例えば電子情報通信学会論文誌Ｃ  Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｃ  Ｎｏ．３  ｐｐ．１７３−１８１  ２０００年３月に述べられている。
【００１０】
等価屈折率領域の微細構造によれば、従来の反射防止コートに比べて反射防止効果の角度依存性や波長依存性を少なくしながら大きな反射防止効果を得られるが、プラスチック成形等によれば、光学面と微細構造を同時に創成できることから、レンズ機能と反射防止機能が同時に得られて、従来のように成形後に反射防止コート処理をするといった後加工が不要となる等の生産上のメリットも大きいと考えられ注目されている。さらに、このような等価屈折率領域の微細構造を光学面に対して方向性を持つように配すると、強い光学異方性を光学面に持たせることもでき、従来、水晶などの結晶を削りだして製作していた複屈折光学素子を成形によって得ることができ、また、屈折や反射光学素子と組み合わせて新たな光学的機能を付加することができる。この場合の光学異方性は、構造複屈折と呼ばれている。
【００１１】
上述したスカラー領域と等価屈折率領域の間には、回折効率が入射条件のわずかな違いにより急激に変化する共鳴領域がある。例えば、回折輪帯の溝幅を狭くしていくと、波長の数倍程度で急激に回折効率が減少し、また増加するという現象（アノマリー）が発生する。この領域の性質を利用して、特定の波長のみを反射する導波モード共鳴格子フィルターを微細構造で実現して、通常の干渉フィルターと同等の効果をより角度依存性を少なくして実現できる。
【００１２】
ところで、スカラー領域や、等価屈折率領域や、共鳴領或を利用して光学素子を形成しようとする場合、その光学面に微細な突起（又はくぼみ）を形成する必要がある。このような微細な突起（又はくぼみ）を備えた光学素子を大量生産するには、一般的にはプラスチックを素材として成形を行うことが適しているといえるが、かかる場合、微細な突起（又はくぼみ）に対応したくぼみ（又は突起）を備えた光学面転写面を、光学素子の成形用金型に設ける必要がある。
【００１３】
しかるに、上述したような等価屈折領域や共鳴領域の突起（又はくぼみ）に関しては、数十乃至数百ナノメートルの間隔で突起（又はくぼみ）を形成しなくてはならず、切削加工を含む機械的加工では極めて困難である。
【００１４】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストであり取り扱いが容易であるにも関わらず、切削性に優れ、寸法精度を高めることができる光学素子成形用金型を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光学素子成形用金型は、基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金を付着させ、前記非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面を形成した光学素子成形用金型であって、前記光学素子成形用金型により成形される光学素子の光学面に複数の突起またはくぼみが転写形成されるように、前記光学面転写面には、対応したくぼみまたは突起が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に先だって、特願２００１−０５４１８２及び特願２００１−０５４１８３にに記載された発明における一実施態様として、具体的に記載された実施例においては、過冷却液体域を有する非晶質合金の塊（バルク）材料を加熱軟化しプレス成形することにより、母型の微細構造を光学面転写面に成形転写して、光学素子成形用金型を製作する手法が、本発明者によって提案されている。このバルク材料を用いた光学素子成形用金型の製作方法は、従来の化学メッキ材料に機械加工を施すのみで光学面転写面を創成するよりも格段に効率が良く、しかも、従来の機械加工では形成が困難であった微細構造を有する光学面転写面を大量にかつ高精度、安価に創成できるという優れた特徴を有していた。また、比較的高価な材料を用いても、使用済みの金型を再度加熱溶融し急冷することにより、何回でもリサイクルが可能であるため半永久的に材料を利用することが出来、その結果、材料コストを格段に低くすることができるというものである。しかるに、過冷却液体域を有する非晶質合金は、通常の金型の材料である鋼材と特性が異なるため、取り扱いにおいて留意すべき問題がある。そこで、請求項１に記載の本発明は、過冷却液体域を有する非晶質合金の特性を考慮した上で、光学素子成形用金型の材料として用いる場合における利点を損なうことなく、より優れた光学素子成形用金型を創成し、それにより高精度な光学素子を大量に安価に生産することを可能とするものである。
【００１７】
ここで、過冷却液体域を有するアモルファス状合金（非晶質合金）、いわゆる金属ガラスについて説明する。これは、加熱すると過冷却液体となるアモルファス状の合金材料で構成されるものであり、通常の金属が多結晶組織であるのに対して、組織がアモルファス状のため組成がミクロ的にも均一で機械強度や常温化学耐性に優れ、ガラス転移点を有し、過冷却液体域であるガラス転移点〜結晶化温度の範囲（通常、ガラス転移点＋２００℃前後である）に加熱するとガラス状に軟化するためプレス成形加工が出来るという、通常の金属には無い特徴を有する。また、切削加工においても、特にダイアモンド工具による超精密切削加工を行うと、高精度な鏡面が容易に得られることが、本発明者によって発見されている。その理由は、この材料がアモルファス状であり結晶粒界を持たないので場所によらず被削性が均一であること、又、アモルファス状を保つために結晶化エネルギーを大きくして組成的に多晶体としているため、切削加工中のダイアモンドの拡散摩耗が少なく工具の刃先寿命を長く保てること等によると考えられる。超精密切削加工により実用的に光学面転写面の創成ができるバルク材としては、従来から知られているのは軟質金属だけであり、非常に微細な切込み量（１００ｎｍ前後）による延性モード切削によってのみ、シリコンやガラスなどの硬度の高い材料を切削加工可能ではあったが、それは極めて低効率であった。従って、非晶質合金を金型材料として用いることは、金型を中心とした光学面創成加工に極めて大きな応用展開を示唆する発見であったといえる。同様の加工特性は、ダイアモンド砥石などを用いた研削加工についても、研削比が大きくとれる等の形で現れる。
【００１８】
先の出願で開示された技術は、従来の無電解ニッケルメッキによる光学素子成形用金型の創成手法に比べ、格段に高効率で高精度、かつ低コストに大量の光学素子成形用金型を得られるものであったが、同時に以下の問題点があった。
【００１９】
バルク状の金属ガラスを用いた光学素子成形用金型では、材料がアモルファス状であるが故に外力を加えると応力が緩和しないで破断を生じる、言い換えれば割れやすいという欠点がある。かかる欠点によれば、例えば金属ガラスを用いた金型部品に固定用のネジを切るときなど、下穴をドリルなどで切削加工した後、タップを切り込んでゆくと、深い切り込み量により大きな切削応力が働き、ネジ切り部分を起点として金型部品が割れるという恐れがある。これを防止するには、バルク材を加熱プレス成形する際に、金属製の部品をネジ切り部にインサート成形する等の工夫が必要である。また、かかる光学素子成形用金型をダイセットに組み込んで、実際にプラスチック材料などを用いて光学素子を成形する際に、型締め力を直接この金型で受ける場合、或いはダイセット内で摺動に起因したこじれる力が働いた場合などは、光学素子成形中に光学素子成形用金型が破断する恐れもある。また、光学素子成形用金型の外周部や摺動部は、その光学面転写面に比べると、より深い切り込み量での切削加工が必要となることが多いが、金型の成形前や成形後に、光学素子成形用金型の外周部や摺動部を、汎用の工作機械による切削加工で仕上げる際に、金属ガラスに対してあまり大きな切り込み量を入れて加工すると、切削部分の温度が材料のＴｇ（ガラス転移点）を容易に超えるため、粘性流体を刃先で引きずるような現象が生じ、瞬間的に大きな切削応力が働いて、ここを起点として破断する恐れがある。このように、金属ガラスは高被削性、加熱プレス成形性、高硬度など金型材料として非常に優れた特徴を有しながら、均一な組成であるが故に脆いという短所も有している。また、例えばパラジウム系の金属ガラスでは、貴金属主成分であることを活かして大気中で容易に加熱プレス成形ができる反面、金型部品としては高価な地金価値を有するため、保管管理を厳重に行う必要があり、鋼材などに比べると取り扱い性に劣るという問題もある。
【００２０】
このように、金属ガラスのバルク材料をダイアモンド切削加工や加熱プレス成形により、所望の光学面転写面または／かつ幾何寸法基準面転写面を創成し、光学素子成形用金型を得るという手法では、実際に光学素子を成形する上で実用上、幾分改良の余地があるといえる。
【００２１】
本発明は、従来技術による光学素子成形用金型は元より、バルク材料の金属ガラスを用いた光学素子成形用金型の創成手法に関する問題に鑑み、極めて効果的にその解決を図ったものである。例えば靱性のある鋼材などで基体を形成し、その基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金を付着させ、前記非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面及び／又は光学素子の幾何寸法基準面を成形するための幾何寸法基準面転写面を形成すれば、ダイアモンド工具等を用いた切削加工により、前記光学面転写面や前記幾何寸法基準面転写面を形成する場合には、切削される部分は前記非晶質合金であることからその被削性が確保され、工具の寿命も延長されるので、従来の無電解ニッケルメッキ法と比較して、高精度・高効率かつ低コストに光学素子成形用金型を得ることができる。又、加熱プレス成形により前記光学面転写面や前記幾何寸法基準面転写面を形成する場合には、プレス成形される部分は前記非晶質合金であることから成形性に優れ、しかも加熱するのは前記非晶質合金とその周辺だけで足りるので、ヒータの容量が小さくて済み、また加熱も迅速に行えるので効率のよい加工が可能となる。一方、前記光学素子成形用金型にネジ孔加工を施す場合には、前記基体に対して穿孔しタップを切ることで、前記光学素子成形用金型の割れなどを抑制できる。また、ダイセット取り付け後、成形時に発生する外力に対しても、前記基体の靱性を利用して応力集中を緩和でき、破損を抑制することが可能となる。尚、光学面転写面が、切削加工で創成されたか、あるいは加熱プレス成形によって創成されたかは問わない。又、光学素子に幾何寸法基準面を設ける場合には、その幾何寸法基準面を成形するための幾何寸法基準面転写面を形成する部分に対応する光学素子成形用金型の基体上にも、金属ガラス、すなわち、過冷却液体域を有する非晶質合金を光学素子の光学面転写面と同様に付着させ、種々の表面処理や表面加工処理等を施すことが好ましい。ここで、光学素子の幾何寸法基準面とは、例えば光学素子のフランジ部周面などのごとく、その光学素子を他の部材に取り付ける際に、位置決めの基準となるような面をいう。
【００２２】
加えて、本発明によれば、上述した非晶質合金の特性を利用して、前記光学素子成形用金型により成形される光学素子の光学面に複数の突起またはくぼみが転写形成されるように、前記光学面転写面には、対応したくぼみまたは突起が形成されている場合に、たとえ突起又はくぼみが数十乃至数百ナノメートルの間隔で配置しなくてはならないものであっても、機械加工を必要とすることなく、転写成形により容易に形成することができる。尚、くぼみまたは突起とは、くぼみと突起の双方が混在するものも含む。
【００２３】
本発明者は、非晶質合金がプラスチックなどの成形と根本的に異なる点として、金属材料であるから熱伝導性が非常に高く全体が瞬間的に固化し、冷却収縮が小さくしかも成形部位によらず比例的に発生することや型との反応性が低いことなどが挙げられるので、非晶質合金に対し、成形圧力や成形時間を最適化することにより、プラスチック成形で得られる光学面と同等またはさらに高精度に再現性良く転写形成を行えることに思い至った。
【００２４】
更に、光学面転写面上に微細な突起（又はくぼみ）を有する光学素子成形用金型として、何らかのマスターから成形転写することで、かかる非晶質合金製の光学素子成形用金型を得れば、最終成形品であるプラスチックなどの光学素子よりも形状精度が高くあるべき光学素子成形用金型を、多量に容易に得ることが実現できると考えたのである。
【００２５】
即ち、形状精度の良いマスターが一つ存在すれば、本発明の光学素子成形用金型は、容易に大量に製作することができるのである。しかるに、このようなマスターの形成としては、例えば、光学素子の光学面に対応した面（母光学面）にレジストをスピンコート法などで塗布し、電子ビームやレーザービームによって微細パターンを露光した後、現像によって母光学面上の微細パターンを形状化する手法が考えられる。この方法によれば、通常の機械加工での創成では極めて困難である微細な突起（又はくぼみ）を形成することができる。
【００２６】
本発明の光学素子成形用金型で用いることができる非晶質合金の種類は問わない。Ｐｄ系、Ｍｇ系、Ｔｉ系、Ｆｅ系、Ｚｒ系などの公知の金属ガラスが使えるが、過冷却液体域を有するアモルファス状である合金材料であることが、本発明に必要な要件であって、これらの組成や種類は問わない。ただし、プラスチック光学素子成形用の金型材料としては、樹脂温度が３００℃近くであることから、Ｐｄ系、Ｔｉ系、Ｆｅ系などがガラス転移点が高いので有利であるが、より好ましくはＰｄ系が空気中でほとんど酸化することなく、加熱プレスができるという点でも有利である。この場合、Ｐｄ（パラジウム）は貴金属で高価ではあるが、本発明の光学素子成形用金型は、必要に応じて、付着した前記非晶質合金を加熱することで異なるパターンを再形成することもできる。
【００２７】
請求項２に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の突起又はくぼみが、等価屈折率領域の微細構造を形成するものであるので、前記光学素子の光透過率をより高めることができる。尚、前記突起又はくぼみの間隔は、前記光学素子の光学面を透過する光の波長以下であると好ましい。
【００２８】
請求項３に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の突起又はくぼみが、反射防止効果を発生する微細構造を形成するものであるので、前記光学素子の光透過率をより高めることができる。尚、前記突起又はくぼみの間隔は、前記光学素子の光学面を透過する光の波長以下であると好ましい。
【００２９】
請求項４に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の突起又はくぼみが、構造複屈折を発生する微細構造を形成するものであるので、前記光学素子の光透過率を光の振動方向に応じて変化させることができる。尚、前記突起又はくぼみの間隔は、前記光学素子の光学面を透過する光の波長以下であると好ましい。
【００３０】
請求項５に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の突起又はくぼみが、共鳴領域の微細構造を形成するものであるので、例えば前記光学素子の収差の度合いを変化させて、異なる機能を発揮させることができる。
【００３１】
請求項６に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の突起又はくぼみが、前記光学素子に対して光を照射する光源の波長変化による収差変化を調整する機能を有するものであるので、前記光学素子の機能をより高めることができる。
【００３２】
請求項７に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の突起又はくぼみが、温度変化による収差変化を調整する機能を有するので、前記光学素子の機能をより高めることができる。
【００３３】
請求項８に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の突起又はくぼみが、回折輪帯であるので、従来、前記光学面転写面に回折輪帯に対応する形状を形成するために行っていた切削加工を不要、もしくはより軽便なものとすることができ、加工にかかるコスト及び手間を削減することができる。
【００３４】
請求項９に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の突起またはくぼみは、該光学面の一部に存在しており、その光学面を転写形成されるように、前記光学面転写面の一部には、対応したくぼみまたは突起が存在していることを特徴とする。
【００３５】
例えば、光学素子における光学面に有する微細構造の突起またはくぼみを、光学面全面に一様に配するのではなく、その一部に配することにより、この突起またはくぼみが存在する光学面を通る光束に対しては、所定の光学的影響を及ぼすが、光学面の突起やくぼみが存在しない部分を通る光束に対しては、その所定の光学的影響を及ぼさないという、部分的或いは選択的光学機能を発揮させることができる。例えば、突起やくぼみが偏光機能を有する場合、光学素子の光学面の突起やくぼみが存在する領域を透過する光束においてのみ、その偏光状態を変えることで、その出射光束を受ける後段の偏光光学素子において所定の効果を発揮させることができるが、光学面の突起やくぼみが存在しない領域を通る光束においては、その所定の効果が発揮されないといった、同一の光束において、部分的に複数の光学特性を独立に持たせることが可能となる。他にも、微細構造の突起やくぼみに回折機能を持たせて、光学素子の光学面に部分的に形成することにより、光学面を通る主要な光束は結像のために用いながら、同時に光学面の一部を焦点検出に用いるといったことが可能となり、従来２つの光学系が必要であった機能を極めて簡便で軽量小型な光学構成一つで実現できる。このような光学素子は、本発明の光学素子成形用金型で成形できる。
【００３６】
請求項１０に記載の光学素子成形用金型は、前記光学素子の光学面の一部に、少なくとも複数の形状または配置パターンを有する突起またはくぼみが存在しており、その光学面を転写形成されるように、前記光学面転写面の一部には、対応した少なくとも複数の形状または配置パターンのくぼみまたは突起が存在していることを特徴とする。
【００３７】
例えば、光学素子の光学面に、微細構造の突起またはくぼみを、複数の形状や配置パターンを有するように形成し、それらを該光学面上に部分的に配置することにより、かかる光学面が、局部的にそれらの微細構造の光学機能を発揮することができる。これにより、光学面を通る光束に、微細構造の突起やくぼみの各形状や配置パターンによって生じる光学機能を部分的或いは選択的に施して、複数の光学機能を一つの光束に盛り込むことができる。この場合、光学素子の光学面上には、微細構造の突起やくぼみが必ず光学面の全面に存在している必要はない。すなわち、従来では、所定の光学機能を発揮するために複数の光学素子を組み合わせる必要があるところ、本発明の光学素子成形用金型により成形した光学素子を用いれば、単独で所定の光学機能を発揮することができ、光学系をより簡素化することができ、大幅なコストダウンが実現できる。又、本発明の光学素子成形用金型によれば、かかる光学素子を容易に大量生産することができる。
【００３８】
請求項１１の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金の組成において、パラジウムを２０ｍｏｌ％以上８０ｍｏｌ％以下の割合で含むと、前記非晶質合金の酸化を抑制できて、大気雰囲気中でも加熱プレス加工を行えるようになるため便利である。
【００３９】
請求項１２の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金の組成において、銅、ニッケル、アルミニウム、シリコン、燐、ボロンのいずれかを少なくとも３ｍｏｌ％以上の割合で含有すると好ましい。
【００４０】
請求項１３の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金をＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理によって前記基体に付着させるので、強固な付着を達成できる。
【００４１】
請求項１４の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金をスパッタ処理によって前記基体に付着させたので、強固な付着を達成できる。
【００４２】
請求項１５の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金をイオンプレーティング処理によって前記基体に付着させたので、強固な付着を達成できる。
【００４３】
請求項１６の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金を蒸着によって前記基体に付着させたので、強固な付着を達成できる。
【００４４】
請求項１７の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ１  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）処理によって前記基体に付着させたので、強固な付着を達成できる。
【００４５】
請求項１８の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金を前記基体に付着させた後、加熱プレス成形により前記光学面転写面を成形創成するので、前記非晶質合金のプレス容易性を利用し、簡単な工程で高精度な光学素子成形用金型を大量生産できる。
【００４６】
請求項１９の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金を前記基体に付着させた後、ダイヤモンド切削により前記光学面転写面を成形創成すると、前記非晶質合金の被削性を利用し、簡単な工程で高精度な光学素子成形用金型を大量生産できる。
【００４７】
請求項２０の光学素子成形用金型は、前記非晶質合金を前記基体に付着させた後、ダイヤモンド切削及び加熱プレス成形により前記光学面転写面を成形創成すると、前記非晶質合金のプレス容易性及び被削性を利用し、簡単な工程で高精度な光学素子成形用金型を大量生産できる。
【００５２】
本明細書中で用いる回折輪帯とは、光学素子（例えばレンズ）の光学面表面に、光軸を中心とする略同心状の輪帯として形成されたレリーフを設けて、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせた回折面のことをいう。例えば、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。又、回折輪帯をここでは回折溝ともいう。
【００５３】
本発明が適用されるに当たり、突起（又はくぼみ）の並びなど、個々の微細構造の形状や配列周期などは関係ない。どのような微細な構造であっても、光学素子に新たな機能を付加する目的で作られたものであれば、その光学素子成形用金型又はそれにより成形された光学素子は、本発明の範疇に含まれる。また、新たに付加する機能としては、収差を低減するものに限らない。光学系の特性に応じて収差を故意に増加させる場合も、最終的に理想とする収差に近づける目的で行う限り、本発明の範疇に含まれる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、光学素子成形用金型を製作するためのマスター型の製作工程を示す図である。まず、図１（ａ）に示すように、マスター型材１に母光学面１ａを形成する。かかる母光学面１ａは、光学素子成形用金型により形成したいレンズ（光学素子の一例）の設計光学面形状に一致する。母光学面１ａの周囲は、ティルト基準平面に対応する母幾何寸法基準面１ｂとなっている。
【００５５】
続いて、図１（ｂ）に示すように、不図示の駆動体によってマスター型材１を光軸回りに回転させながら、母光学面１ａ及び母幾何寸法基準面１ｂにレジストＲを塗布する（スピンコート）。レジストＲは、母光学面１ａ及び母幾何寸法基準面１ｂを含むマスター型材１の上面に、等しい膜厚でコーティングされる。
【００５６】
更に、レジストＲがコーティングされた母光学面１ａに対し、不図示の露光機により電子ビームＬＢを照射して、微細パターンを露光形成する。続いて、図１（ｃ）に示すように、マスター型材１を溶液中に浸し、母光学面１ａ上において、露光形成された微細パターンに応じてレジストＲを除去する。ここで、電子ビームＬＢのビーム径は極めて小さいので、数十乃至数百ナノメートルの間隔で露光を行えるため、それに応じてレジストＲを除去することができる。
【００５７】
その後、図１（ｄ）に示すように、部分的にレジストＲが除去されたマスター型材１の上面を、イオンシャワーＩＳ（加速されたアルゴンイオン等）の雰囲気中に曝し（ドライエッチング）、レジストＲのパターンに応じて、マスター型材１の表面を除去する。このとき、レジストＲの残っている部分は、表面が除去されない或いは除去されにくくなるため、露光時に厚く円形のレジストＲを残すことで、それに対応してマスター型材１の光学転写面１ａ’の表面に、小さな円筒形状の突起が多数形成されることとなる。
【００５８】
このようにして形成されたマスター型材１は、円管状のシリンダ２の一端を閉止するような形でボルト３で固定されて、マスター型４が形成されることとなる（図１（ｅ））。シリンダ２とマスター型材１との間に、エアベントが形成されるように、シリンダ２の端面には、溝２ａが形成されている。尚、マスター型材１の加工は、大規模な設備が必要であって、その製作コストも高いが、一つあれば、後述するようにして光学素子成形用金型を大量に製作できるので、特に問題はない。
【００５９】
図２は、光学素子成形用金型の製作工程を示す図である。まず、ステンレス鋼材等から基体１０を形成する。基材１０の材料は、特に限定されるものではないが、鋼やステンレス鋼などの一般的に用いられる金型材料であることが好ましく、その場合には供給も安定しており価格も安いという利点がある。ブランクとしての基体１０は、一端（図で上端）に、光学素子の光学面（例えば非球面）に対応した凹部１０ａと、その周囲の周囲面１０ｂとを形成することで、金型の近似形状を有するようになっている。凹部１０ａと周囲面１０ｂ、基体１０の端部周囲面１０ｃの形状精度は、表面に施す過冷却液体域を有する非晶質合金（以下、単に非晶質合金ともいう）ＭＧの膜厚によるが１００μｍ程度の非晶質合金ＭＧを成膜する場合であれば、１０〜２０μｍ程度の精度であれば十分なので、ブランク加工そのものはＮＣ旋盤などを使用して数１０分でできる程度のものである。この凹部１０ａと周囲面１０ｂ、さらに基体１０の端部周囲面１０ｃに、過冷却液体域を有する非晶質合金ＭＧを、以下のようにして付着させる。
【００６０】
非晶質合金ＭＧを、凹部１０ａと周囲面１０ｂ、基体１０の端部周囲面１０ｃの表面に対して、スパッタや蒸着などのＰＶＤ処理やＣＶＤ処理により成膜する。尚、本実施の形態では、凹部１０ａ以外に、周囲面１０ｂ、端部周囲面１０ｃにも非晶質合金ＭＧを成膜させているが、成膜は凹部１０ａだけでもよい。
【００６１】
非晶質合金ＭＧの成膜は、ＣＶＤ処理では、基材１０が高温となり過冷却液体状態とする非晶質合金の性質上不利ではあるが、本発明は成膜をＣＶＤ処理やＰＶＤ処理のどちらかに限ったものではない。非晶質合金ＭＧを比較的容易に成膜しやすいＰＶＤ処理では、スパッタやイオンプレーティング、蒸着などの処理があるが、本発明ではどれを用いても良い。ちなみに、スパッタ法ではターゲット材料は必ずしもアモルファス状態でなくとも良く、基材１０に所望の組成比で構成原子を付着させれば、スパッタの原理上、付着時に急冷を伴うため、アモルファス状態で容易に成膜できる。成膜速度は０．２〜数μｍ／ｈ程度で、スパッタ装置の出力をあげれば容易に短縮できるが、基材１０の温度が上昇してアモルファス状にならなくなるため、水冷などによる基材１０の冷却が必要となる。あまり膜厚が厚くても、この後のダイアモンド切削加工や加熱プレス成形などで取り代がたくさん残り効率が悪いので、通常は１００μｍ程度がより好ましい。しかし、複雑な形状では数ｍｍの膜厚が必要なこともあり、大凡１０ｎｍから１ｍｍ程度の範囲が、実用的な膜厚範囲である。
【００６２】
特に膜厚が厚い場合は、凹部１０ａと周囲面１０ｂ、基体１０の端部周囲面１０ｃ以外の部分にはみ出した非晶質合金により、光学素子成形用金型の設計形状が損なわれることがある。そのために、成膜部分以外をマスキングしたり、成膜後にダイアモンド切削や研削加工によってはみ出し部を除去することも必要な場合がある。しかし、非晶質合金ＭＧは、被削性が良くしかも除去量が少ないため、加工工数やコストの負担にはほとんどならない。
【００６３】
本実施の形態のごとく、非晶質合金ＭＧを、このように光学素子成形用金型の極限られた部位だけに少量用いることによって、従来、優れた物性的な特徴をもちながらバルク形状の製作が難しかった種類の非晶質合金についても、光学素子成形用金型に適用することが可能となった。例えば、ニッケル系や銅系などの高硬度の非晶質合金は、金型材料として高耐久性が期待できるが、バルク状にしにくいため、先の出願の手法では光学素子成形用金型ヘの適用が難しかったが、本実施の形態のごとく成膜化することで、その適用が可能となった。さらに、バルク材料では冶金時に水素などのガスが地金中に存在するので、「す」と呼ばれる微小孔が存在し、ダイアモンド切削したり加熱プレス成形したときに、加工創成した光学面に現れて表面不良を生じさせることがあったが、本実施の形態のようなＣＶＤ処理やＰＶＤ処理によって気相から成膜する場合では、「す」が発生することはほぼ無いため、光学素子成形用金型の製作収率が高く維持できて、例えば不良対応のスペアを製作する必要がなくなるので、先の出願に開示した光学素子成形用金型に比べ、大幅に低コストになる。
【００６４】
続いて、この非晶質合金ＭＧの成膜に対し、ダイアモンド切削加工や加熱プレス成形もしくはこれらの組み合わせを施すことで、非晶質合金ＭＧの表面を所望の光学面転写面ＭＧａ（基体１０の凹部１０ａに対応）及び幾何的寸法基準面転写面ＭＧｂ（基体１０の周囲面１０ｂに対応）に仕上げる。ダイアモンド切削は、図２に点線で示す単結晶ダイアモンド工具Ｔを用いて、超精密旋盤（不図示）などにより一つ―つ切削加工するものであるため、従来の無電解ニッケルメッキによる金型製作手法と基本的に同じ加工工程を経るが、従来に比べて、光学面転写面ＭＧａ及び幾何寸法基準面転写面ＭＧｂは、ＰＶＤ処理又はＣＶＤ処理で迅速に緻密に形成され、化学メッキ処理をしないためピンホールなどの欠陥が無く処理納期が早いことと、被削性が非常に良いので工具摩耗が少なく切削加工による形状創成が容易であること等が、より優れた特徴といえる。
【００６５】
図３は、加熱プレス成形による光学面素子成形用金型の光学面転写面及び幾何的寸法基準面転写面の形成工程を示す図である。まず、図１に示す工程で作製したマスター型４に、図３（ａ）に示すように支柱５を取り付ける。続いて、図３（ｂ）に示すように、マスター型材１の周囲に配置されたヒーターＨにより、母光学面１ａと母幾何寸法基準面１ｂの周辺を予備加熱しておき、図２に示す工程で作製した基体１０及び成膜した非晶質合金ＭＧ（機械加工されていてもよい）を、シリンダ２内に挿入し、プランジャー６で加圧する。このときシリンダ２内の空気は、エアベント（溝２ａ）を介して外部へと流出する。加熱された非晶質合金ＭＧは、溶融した樹脂と同様に柔軟性があるため、わずかな加圧であっても、マスター型材１の母光学面１ａと母幾何寸法基準面１ｂとの形状に一致するように変形する。
【００６６】
更に、図３（ｃ）に示すように、マスター型４とプランジャー６とを一体で、冷却水が満たされた容器７内に沈下させることで、非晶質合金ＭＧを急冷させる。尚、かかる冷却は自然放冷であっても良い。その後、容器７から取り出したマスター型４とプランジャー６とを分離させることで、母光学面１ａと母幾何寸法基準面１ｂに対応した光学面転写面ＭＧａと幾何寸法基準面転写面ＭＧｂとを形成した光学素子成形用金型１０’（図４）を取り出すことができる。深い光学面形状や複雑な光学面形状や酸化しやすい非晶質合金を加熱プレス成形する場合は、加熱、成形、冷却の工程を真空中で行うのが好ましい。
【００６７】
図４は、光学素子の一例であるレンズを形成するための光学素子成形用金型を含むダイセットの断面図である。上述のようにして非晶質合金ＭＧを成膜した光学素子成形用金型１０’と、同様にして非晶質合金ＭＧ’を成膜した光学素子成形用金型１１’とを、光学面転写面ＭＧａ、ＭＧａ’同士及び幾何寸法基準面転写面ＭＧｂ、ＭＧｂ’同士を対向させるようにして、ダイセット金型１３，１４に挿入し、溶融したプラスチック材料ＰＬを、不図示のゲートから通常の射出成形と同様に光学素子成形用金型１０’，１１’間に射出して、更に冷却することで、所望の形状のレンズを得ることができる。尚、ダイセット取り付け用のネジ孔１０ｄ’、１１ｄを加工する場合も、非晶質合金ＭＧと異なり、靱性に優れた基体１０、１１に対して穿孔しタップ切りを行えばよいので、加工時の破損を抑えることができ、また成形時の外力に対しても基体１０、１１がたわんで応力集中を緩和させる機能を有するため破損が抑制される。
【００６８】
このように本実施の形態では、加熱プレス成形によって光学面転写面ＭＧａや幾何寸法基準面転写面ＭＧｂを創成する場合、非晶質合金ＭＧが成膜された部分を重点的に加熱して軟化させ、加熱したマスター型１に押圧すれば足りる。重要なことは、本実施の形態では、非晶質合金ＭＧは光学素子成形用金型１０’全体に用いず、光学面転写面ＭＧａや幾何寸法基準面転写面ＭＧｂを形成する層及びその周辺のみに限られており、基体１０全体を均一に加熱する必要がないことである。従って、バルク材料の非晶質合金全体を加熱プレス成形する場合に比べて、熱容量が小さく加熱が容易なため温度制御も精度良くでき、プレス変形量も少ないのでプレス時間を大幅に短くできる。これらの特徴は、単に成形プロセスが制御しやすいというだけでなく、加熱中の非晶質合金の結晶化を避けるには非常に都合の良い条件であり、その結果、結晶化を気にすることなく加熱プレス成形を何度もやり直すことができ、それにより鋳潰さなくとも光学面転写面ＭＧａ等の形状修正やリサイクルが可能となり、又、優れた物性的特徴を有しながら結晶化しやすいため加熱プレス成形ができなかったような、ある種の非晶質合金についても、光学素子成形用金型ヘの適用が可能となる。
【００６９】
本発明の特徴を活かしてさらに加熱方法を簡便化すると、非晶質合金に光学面転写面や幾何寸法基準面転写面を成形するためのマスター型のみを、成形温度に加熱しておき、これに基体に成膜した非晶質合金を押しつければ、非晶質合金がマスター型との接触表面から成形温度になるに従って軟化し転写成形が進行し、最終的には非晶質合金の全表面がマスター型に密着したところで成形が完了することになる。このように、加圧力も一定でほとんど制御しなくても成形が可能となるため、極めて簡素な加熱プレス成形装置で高精度に高効率に光学素子成形用金型の光学面転写面や幾何寸法基準面転写面を創成加工できる。また、マスター型のみを過熱する際は熱容量がさらに小さくなるので、非常に高精度に温度制御が可能となり、オーバーシュートやハンチングなどによる過熱を防ぎ、加熱プレス成形中の非晶質合金の結晶化や融着を効果的に防ぐことができる。
【００７０】
加熱プレス成形の雰囲気は、通常は非晶質合金の酸化やそれに基づく結晶化を防ぐために真空中で行うことが好ましく、パラジウム系の非晶質合金は大気中で加熱してもほとんど酸化しないため、大気中で加熱プレス成形することができる。この場合、加熱プレス成形装置は、真空雰囲気を維持する必要もなくなるのでさらに簡素なものとすることができ、大気中で直接目視観察しながら加熱プレス成形ができるという利点がある。パラジウム系の非晶質合金としては、Ｐｄ４０Ｃｕ３０Ｎｉ１０Ｐ２０やＰｄ７６Ｃｕ６Ｓｉ１８、Ｐｄ６１Ｐｔ１５Ｃｕ６Ｓｉ１８などがあるが、パラジウムの含有量が少なくとも２０ｍｏｌ％以上含有しないと、他の構成原子が酸化したり結晶化しやすくなって、大気中での加熱プレス成形は難しくなる。一方、パラジウムの含有量が８０ｍｏｌ％以上では、一般的には、ガラス転移点が存在しなくなり非晶質合金とならない。そのため、大気中で加熱プレス成形を安定して行う非晶質合金の材料としては、パラジウム含有量が２０ｍｏｌ％以上かつ８０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。また、最多含有原子であるパラジウム以外の構成原子から見ると、銅、ニッケル、アルミニウム、シリコン、燐、ボロンのいずれかを少なくとも３ｍｏｌ％以上含有していることが、アモルファス状の非晶質合金とするために必要である。これは、パラジウム系の非晶質合金に限らず、例えば、Ｚｒ５５Ａｌ１０Ｃｕ３０Ｎｉ５、Ｚｒ５７Ｔｉ３Ａｌ１０Ｎｉ１０Ｃｕ２０、Ｌａ６５Ａｌ１５Ｎｉ２０、Ｌａ５５Ａｌ１５Ｎｉ１０Ｃｕ２０、Ｃｏ５１Ｆｅ２１Ｚｒ８Ｂ２０、Ｆｅ５６Ｃｕ７Ｎｉ７Ｚｒ１０Ｂ２０、Ｍｇ７５Ｃｕ１５Ｙ１０、Ｍｇ７０Ｎｉ２０Ｌａ１０等々、ほとんどの系の非晶質合金について言えることである。また、大気雰囲気中での加熱プレス成形では、マスター型と非晶質合金の成形面とに閉じた空間ができると、空気溜まりとなって加熱プレス成形の転写性を劣化させる場合がある。この場合はパラジウム系の非晶質合金であっても真空中で加熱プレス成形を行うとよい。回折輪帯などの微細構造を光学面に有する光学素子の成形用金型では、特に微細構造部で微小空気溜まりができやすく、その転写性を大きく損ねるので、真空中で加熱プレス成形する方が良い。
【００７１】
パラジウム系などの貴金属の非晶質合金を光学素子成形用金型に用いる場合は、バルク材料では金型一つで高価な地金価値があるため、光学素子の成形生産工程でこのように高価で小さな部品を多量に扱うには、保管管理を厳重にするなどのセキュリティ上の問題が避けられなかった。しかし、本実施の形態のごとき光学素子成形用金型では、非晶質合金の膜厚を１００μｍ程度とすることができるため、地金価値はわずかコンマ数パーセントにすぎず、その保管管理は従来と同様で良いという、先の出願の技術に対して、非常に重要な実用上の特徴がある。
【００７２】
以上のように、本発明にかかる光学素子成形用金型は、従来の金型のような化学メッキ処理が全く不要であり、高精度かつ高効率に光学面転写面の創成ができ、従って高精度な光学素子の光学面を転写成形できるにも関わらず、低コストで短納期かつ従来と同様の生産形態で取り扱えるという優れた特徴がある。さらに、微細構造を有する光学素子の成形用金型も容易に創成可能である。
【００７３】
図５は、このような光学素子成形用金型により形成されるレンズの光学面を拡大して示す斜視図である。図５（ａ）においては、レンズの光学面に、複数の突起の例として微細な円筒Ｃをマトリクス状に多数形成した構成（等価屈折率領域の微細構造の例）となっている。例えばかかる対物レンズをＤＶＤ記録／再生用光ピックアップ装置の対物レンズとして用いた場合、レンズを透過する光は６５０ｎｍ近傍である。そこで、微細な円筒Ｃの間隔Δを１６０ｎｍとすると、かかる対物レンズに入射する光は殆ど反射せず、極めて光透過率の高い対物レンズを提供することができる。
【００７４】
図５（ｂ）においては、レンズの光学面に、複数の突起の例として間隔Δで離隔した多数の微細な三角錐Ｔを形成しており、図５（ａ）と同様な顕著な効果を有する。この間隔Δとしては、０．１〜０．２μｍ以下であると散乱を低下させるので好ましい。図５（ｃ）においては、レンズの光学面に、複数の突起の例として間隔Δで離隔した多数のフィンＦ（構造複屈折の微細構造の例）を形成している。フィンＦの長さは、透過する光の波長より長く（上述の例では６５０ｎｍ以上）なっている。かかる構成を備えたレンズは、フィンＦに沿った方向に振動面を有する光を透過させるが、フィンＦに交差する方向の光は透過させないという、いわゆる偏光効果を奏する。図５（ｄ）においては、レンズの光学面に、連続した複数の突起の例として回折輪帯Ｄを形成している。回折輪帯Ｄに関しては、例えば特開２００１−１９５７６９号公報に、その形状に応じた効果である色収差補正及び温度補正について詳細に述べられているので、以下の説明を省略する。また、図５（ａ）〜（ｃ）においては、簡単のために平面上に、それら突起を設けた例を示したが、その底面を球面や非球面等の適宜の曲率を持った曲面とし、その曲面上に設けるようにしてもよい。
【００７５】
（実施例１）
図６は、本発明者らが行った試験で用いたパターン転写治具の断面図である。図６において、銅製の基板１００の内部には、ヒーターＨが埋設されており、又、基板１００の中央を貫通する熱電対ＴＭの先端は、基板１００の上部に固定されたマスター型１０１に埋設されている。マスター型１０１の母光学面１０１ａには、光軸方向断面が鋸歯状の回折溝（図５（ｄ）参照）が形成されている。マスター型１０１の上部にはシリンダ１０２が取り付けられ、その内部には、図２に示す工程で作製された光学素子成形用金型１０’を摺動自在に配置できるようになっている。光学素子成形用金型１０’の上端に形成されたねじ孔１０ｄ’に、ボルト１０３を螺合させることで、光学素子成形用金型１０’はプランジャー１０６の下端に固定されるようになっている。基板１００から上方に向かって石英管１０７が延在し、その内部は真空雰囲気に維持されるようになっている。
【００７６】
試験に際し、光学素子成形用金型１０’は、基材１０にＳＵＳ３０４ステンレス材料を用いた。この光学面転写面に、スパッタによりＰｄ７６Ｃｕ６Ｓｉ１８の非晶質合金を１０時間かけて１００μｍの厚みで成膜した。これを成形するマスター型１０１は、単結晶シリコンにレジストをベーキング処理しながら２層重ねて、１．５μｍの厚みにスピンコートした。さらに、電子ビーム描画によってドーズ量を調整して鋸歯状の回折溝を露光・現像して、段差０．８μｍの鋸歯状回折溝をレジストで創成した。その後、ＣＦ４ガスを導入しながらプラズマエッチングを３００秒行い、選択比１：１でほぼ同形状の鋸歯状の回折溝を単結晶シリコン上に転写した。その後、図６に示すパターン転写治具を用いて、マスター型１０１と光学素子成形用金型１０’の非晶質合金ＭＧを真空中で３４６℃まで加熱して（ヒーターＨで加熱し熱電対ＴＭで測定）、プレス力３０Ｎで成形を行った。５分間プレス保持して室温まで冷却した。冷却は、室温の大気を石英管１０７内に導入することで行った。加熱時間と併せて全体の成形時間は１５分であった。成形された光学素子成形用金型１０’の光学面転写面の転写形状を測定したところ、段差量は０．７８μｍであり、斜面の表面粗さ２０ｎｍＰＶで実用上十分な鋸歯形状の回折溝が得られた。
【００７７】
（実施例２）
ＤＶＤとＣＤの互換光ディスクピックアップ用対物レンズにおいて、光源側の非球面光学面を内周部と外周部に２分割し、この光学面全面を通る光束をＤＶＤの書き込み・再生用として用い、また内周部の光束はＣＤの書き込み・再生用としても用いられるように、それぞれ球面収差を調整し、光学設計を最適化した。この時に、ＤＶＤとＣＤの共用領域である内周部の光学面上には、ＤＶＤの光源波長である６５０ｎｍとＣＤの光源波長である７８０ｎｍに対して、反射率を低減するためにピッチ１５０ｎｍで高さ３００ｎｍの円錐状の突起を配置した。また、ＤＶＤ専用領域となる外周部の光学面上には、光源の半導体レ一ザーの波長シフトの影響により色収差が発生しないように、段差１．３μｍのブレーズ型一次回折溝を配置した光学設計を行った。このような対物レンズを成形する金型を製作するためのマスター型として、石英のバルク材を用い、超精密研削加工により凸の非球面光学面形状に加工し、その表面にスピンコートによりレジストを１．５μｍの厚みに塗布した。これをベーキング処理した後、３次元電子ビーム描画装置により微細構造パターンを露光し、現像・リンスして、マスター型の非球面光学面上にレジストによる内周部は、円錐形状の反射防止用モスアイ（ｍｏｔｈ  ｅｙｅ）パターンを、外周部には色収差補正用のブレーズ型回折溝パターンを形成した。さらに、沸化物ガスを導入してプラズマエッチング行うことにより、ほぼ選択比１：１で、石英バルク基板にレジストと同様の微細構造を転写形成した。光学素子成形用金型は、基体として日立金属製の金型用調質鋼材であるプレハードン鋼ＣＥＮＡ１を用い、汎用ＮＣ旋盤にて外周形状を仕上げ、凹形状の非球面光学面転写面を形状精度１５μｍで創成した。加工時間は段取りも含めて１個当たり３０分程であった。また、マスター型に対して光学素子成形用金型が加熱プレス成形の際に同軸度が得られるように、円筒状の胴型ジグも製作した。さらに、光学素子成形用金型の光学面転写面に、スパッタによりＰｄ４０Ｃｕ３０Ｎｉ１０Ｐ２０のパラジウム系非晶質合金を厚み１００μｍで成膜した。マスター型を、胴型ジグの下方に固定して、光学素子成形用金型を上方より胴型ジグに挿入して互いの非球面光学面を向き合わせ、光学素子成形用金型底部に１２００ｇの荷重を加えた。マスター型をヒーターにより３６０℃に加熱し、放置して加熱プレス成形を行ったところ、約１５分で光学素子成形用金型の非晶質合金が軟化してマスター型になじみ、互いの光学面が密着した。その後、ヒーターによる加熱を中止して、自然放置で冷却した後、光学素子成形用金型を取り出した。光学素子成形用金型の光学面転写面は、母非球面の凹光学面形状が転写され、その内周部には反射防止のモスアイパターンを成形する円錐状の孔が転写され、さらに外周部には色収差を補正するプレーズ溝形状が転写された。しかし、加熱プレス成形の際に、光学素子成形用金型の光学面転写面がマスター型の中心部から当たり始めたため、成形面転写面に空気溜まりはできなかったが、光学面中心の直径０．５ｍｍ程度の領域のモスアイパタ一ンが破損していた。全体の微細構造の転写性は非常に良かった。この光学素子成形用金型を用いて、プラスチック��物レンズを成形したところ、内周部の反射率が６５０ｎｍと７８０ｎｍで大差なく、その差は約０．２％と、多層膜反射防止コート並に低かった。また、ＤＶＤの書き込み・再生時の光源波長シフトについては、特に、半導体レーザーの出力が大きくなり、半導体レーザのモードホップ現象が発生する書き込み時の場合でも、焦点位置の変動はなく、書き込みエラーのない良好なアイパターンとジッター特性を示した。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によると、低コストであり取り扱い性に優れるにも関わらず、切削性に優れ、寸法精度を高めることができ、透過屈折率領域の微細構造、反射防止効果を発生する微細構造、構造複屈折を発生する微細構造、共鳴領域の微細構造、光源波長の変化による色収差の変化等の収差変化を補正する機能、温度変化による収差変化を補正する機能、回折輪帯などを備えた超微細構造もいえるくぼみ又は突起を有する高機能な光学素子を簡易に且つ高精度に、しかも低コストで成形できる光学素子成形用金型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学素子成形用金型を製作するためのマスター型の製作工程を示す図である。
【図２】光学素子成形用金型の製作工程を示す図である。
【図３】光学素子成形用金型の製作工程を示す図である。
【図４】光学素子であるレンズを形成するための光学素子成形用金型を含むダイセットの断面図である。
【図５】光学素子成形用金型により形成されるレンズの光学面を拡大して示す斜視図である。
【図６】本発明者らが行った試験で用いたパターン転写治具の断面図である。
【符号の説明】
１  マスター型材
２  シリンダ
４  マスター型
５  支柱
６  プランジャー
７  容器
１０  基体
１０’  光学素子成形用金型
ＭＧ  非晶質合金
【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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