CN102821926A

CN102821926A - 模具

Info

Publication number: CN102821926A
Application number: CN2011800160467A
Authority: CN
Inventors: 石井贤一
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-12-12
Also published as: WO2011122174A1; JPWO2011122174A1

Abstract

一种模具，因为该模具具有：具有转印成型物镜OBJ光学面之凹状曲面SM1的表面加工层SM；具有为了支承表面加工层SM而与凹状曲面SM1对应的支承面BD1的母材BD；被配置在表面加工层SM和母材BD之间的绝热层HI；所以能够使绝热层HI的壁厚接近均匀，并且由于绝热层HI的热传导率低于表面加工层SM的热传导率，所以使接触表面加工层SM的成型素材的冷却速度均匀，能够进行物镜OBJ光学面的高精度转印。

Description

模具

技术领域

本发明涉及成型光学元件的模具，尤其涉及适合高精度光拾取装置用物镜成型的模具。

背景技术

近年来，光拾取装置中，作为再生光盘记录信息以及向光盘记录信息用的光源，所使用的激光光源的短波长化有所进展，例如，蓝紫色半导体激光等波长390～420nm的激光光源已实用化。使用这些蓝紫色激光光源时，在使用与DVD（Digital Versatile Disc）相同数值孔径（NA）的物镜时，对直径12cm的光盘能够记录15～20GB的信息，将物镜光学元件的NA提高到0.85时，对直径12cm的光盘能够记录23～25GB的信息。

但是，只能对BD（Blu-ray Disc）确切地记录/再生信息的话，作为光盘播放/录音机（光信息记录再生装置）的产品价值来说还不充分。现在，考虑到有记录着多种多样信息的DVD、CD（Compact Disc）出售之现状，只能对BD记录/再生信息还不够，实现能够对例如用户所持有的DVD、CD也同样能够确切地记录/再生信息，才能提高作为BD用光盘播放/录音机的产品价值。出于这种背景，搭载在BD用光盘播放/录音机中的光拾取装置，被要求具备既维持对BD、DVD、且CD之任何一个的互换性又能够确切地记录/再生信息之性能。

这种BD/DVD/CD互换用光拾取装置中各光盘通用的互换用物镜已被开发。然而这种互换用物镜因为在光学面上形成微细的衍射构造，所以存在成型困难之问题。尤其是与以往DVD/CD互换用光拾取装置中使用的物镜相比，BD/DVD/CD互换用光拾取装置中采用的物镜，由于为了与高NA对应所以透镜是深的形状，加上还必须更复杂的衍射构造，所以成型困难之课题非常大。具体则是，用热塑性树脂注射成型持微细形状的物镜时，熔融树脂的热在被注射到模具内之瞬间极快地转移到模具上，与型腔型芯接触的树脂表面急剧冷却、固化。

因此，在注射树脂后形状转印工序的保压工序（树脂注射后所定时间维持压力之工序）中，不能得到充分的转印性，即不能以微米级以下的高精度，将模具形状转印到成型体上。

对此，专利文献1中公开了一种在表面加工层和母材之间配置绝热层的技术。通过在表面加工层的下面存在绝热层，避免发生模具的温度不均、树脂的流动不均、冷却固化不均等，能够将注射工序中充填到模具内的树脂的温度，直至之后形状转印工序的保压工序，保持在高温，所以，能够以高精度将形成在表面加工层上的微米级以下之极其高精度的模具形状，转印到成型品上。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4135304号说明书

发明内容

发明欲解决的课题

但是，专利文献1中的技术是在比较平坦的光学元件上形成衍射构造的技术，而光拾取装置用物镜因为具有凸状光学面，所以，即使是采用设有绝热层的模具，绝热层的壁厚在光学面中央和周边也不同，因此热传导也不均匀，在光学面中央树脂固化快，在周边树脂固化慢，存在固化不均匀，有可能性导致被成型物镜的光学特性的劣化。

本发明鉴于上述以往技术的问题点，目的在于提供一种能够成型高精度光拾取装置用物镜的模具。

用来解决课题的手段

第1项记载的模具，是用来成型光拾取装置用物镜的模具，其特征在于，具有：具有转印成型物镜光学面之凹状曲面的表面加工层；具有为了支承所述表面加工层而与所述凹状曲面对应凹下的支承面的母材；被配置在所述表面加工层和所述支承面之间的绝热层；所述绝热层的热传导率低于所述表面加工层的热传导率。

根据本发明，因为具有：具有转印成型物镜光学面之凹状曲面的表面加工层；具有为了支承所述表面加工层而与所述凹状曲面对应凹下的支承面的母材；被配置在所述表面加工层和所述支承面之间的绝热层；所以，能够使所述绝热层的壁厚接近均匀，并且，因为所述绝热层的热传导率低于所述表面加工层的热传导率，所以，使接触所述表面加工层的成型素材的冷却速度均匀化，能够进行物镜光学面的高精度转印。

第2项记载的模具，是第1项中记载的发明，其特征在于，所述绝热层的热传导率低于所述母材的热传导率。由此，使接触所述表面加工层的成型素材的冷却速度更进一步均匀化，能够进行物镜光学面的高精度转印。

第3项记载的模具，是第1项中记载的发明，其特征在于，所述绝热层的热传导率在10.0W/m˙K以下。由此，使接触所述表面加工层的成型素材的冷却速度变慢，能够进行物镜光学面的高精度转印。

第4项记载的模具，是第1～3的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述绝热层的中央壁厚的厚度与周边壁厚的厚度之差在0.1mm以下。由此，使接触所述表面加工层的成型素材的冷却速度更进一步均匀化，能够进行物镜光学面的高精度转印。

第5项记载的模具，是第1～4的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述绝热层的厚度为0.1～3mm。

第6项记载的模具，是第1～5的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述绝热层由陶瓷形成。

第7项记载的模具，是第1～6的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述表面加工层由化学镀镍形成。

第8项记载的模具，是第1～7的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述物镜是BD/DVD/CD互换用物镜。

第9项记载的模具，是第1～8的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述物镜具有中央区域、中间区域、周边区域，由所述模具至少在中央区域和中间区域上转印形成微细形状。根据本发明，因为能够使接触所述表面加工层的成型素材的冷却速度均匀化，所以，即使是在所述表面加工层上形成与微细形状相应的微细槽时，素材也一直进入到微细槽的深处，转印性提高。

本说明书中，BD/DVD/CD互换用物镜是指对BD、DVD、CD通用的物镜。一般的BD/DVD/CD互换用物镜是NA0.8前后的高NA，所以是曲率半径较小、轴上厚容易变厚的所谓深的透镜，而且与DVD/CD互换用透镜相比具有更微细形状衍射构造，所以，为了使树脂、玻璃材料进入微细形状内必须更高性能的绝热，本发明尤其有效。尤其因为物镜的中央附近是BD/DVD/CD通用、中间附近是BD/DVD通用、在CD信息记录面上形成耀斑，所以必须非常复杂的衍射构造，可以说绝热的影响很大。

这里，BD是由波长390～415nm程度的光束、NA0.8～0.9程度的物镜进行信息记录/再生、保护基板厚度在0.05～0.125mm程度的BD系列光盘的总称，包括只有单一信息记录层的BD以及具有2层信息记录层的BD等。另外，本说明书中，DVD是由NA0.60～0.67程度的物镜进行信息记录/再生、保护基板厚度在0.6mm程度的DVD系列光盘的总称，包括DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等。并且，本说明书中，CD是由NA0.45～0.51程度的物镜进行信息记录/再生、保护基板厚度在1.2mm程度的CD系列光盘的总称，包括CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等。记录密度是BD的记录密度最高，以下按DVD、CD顺序降低。

本说明书中，物镜是指在光拾取装置中被配置在对着光盘之位置上、具有将光源射出的光束聚光于光盘的信息记录面上之功能的光学系统。物镜可以由二个以上的多个透镜及/或光学元件构成，也可以只由单个透镜构成，较优选由单个凸透镜构成的物镜。物镜可以是玻璃透镜也可以是塑料透镜，还可以是在玻璃透镜上用光固化性树脂、UV固化性树脂或热固化性树脂等设了光程差付与构造（包括衍射构造）的混合透镜。物镜具有多个透镜时可以混合采用玻璃透镜和塑料透镜。物镜具有多个透镜时也可以是具有光程差付与构造的平板光学元件和非球面透镜（可以具有也可以没有光程差付与构造）的组合。另外，优选物镜的折射面为非球面。还优选物镜设有光程差付与构造的基底面为非球面。

另外，优选物镜满足以下条件式（1）：

1.0≤dt/f≤1.5 （1）

其中，dt表示物镜光轴上的厚度（mm），f表示第1光束时的物镜焦距（mm）。

以下对物镜作叙述。优选物镜的至少一个光学面至少具有中央区域、中央区域周围的中间区域、中间区域周围的周边区域。优选中央区域是含物镜光轴的区域，但也可以以含光轴的微小区域为未使用区域和特殊用途区域，以其周围为中央区域。优选中央区域、中间区域及周边区域设在同一光学面上。如图1所示，优选中央区域CN、中间区域MD、周边区域OT在同一光学面上被设成以光轴为中心的同心圆状。优选中央区域、中间区域、周边区域分别邻接，但之间也可以略微有间隙。

BD/DVD/CD互换用物镜时，优选至少在中央区域和中间区域上设衍射构造。由此，在光拾取装置中，穿过中央区域CN的BD用光束被聚光于BD的信息记录面上、DVD用光束被聚光于DVD的信息记录面上、CD用光束被聚光于CD的信息记录面上。另外，穿过中间区域MD的BD用光束被聚光于BD的信息记录面上、DVD用光束被聚光于DVD的信息记录面上、但CD用光束不聚光于CD的信息记录面上，并且，穿过周边区域OT的BD用光束被聚光于BD的信息记录面上、但DVD用光束不聚光于DVD的信息记录面上、CD用光束不聚光于CD的信息记录面上。

另外，本说明书中所谓的衍射构造，是具有高低差、持有经衍射使光束收敛或发散之作用的构造的总称。包括例如，由以光轴为中心排列多个单位形状而构成、光束入射到各单位形状上透过光的波面在每相邻环带产生偏差而形成新的波面、由此使光束收敛或发散之构造。优选衍射构造具有多个高低差，高低差可以在光轴垂直方向持周期性间隔配置，也可以在光轴垂直方向持非周期性间隔配置。衍射构造也可以重叠。可以是例如锯齿型（火焰型）形状、阶梯型形状、它们的重叠形状等。尤其是在以衍射构造的高低差形状的宽度为X、高低差形状的高度为Y、满足0.50≤衍射构造全体上的（Y/X）的最大值≤1.0时，即具有深的高低差形状、透镜材料不易进入模具微细构造中时，固化不均匀等课题则更大，但即使是这种透镜，根据本发明，也能够进行良好的透镜成型，所以效果更显著。Y/X是高低差形状的宽度与高度的比值。至于（Y/X）的最大值，在高低差形状是阶梯型时，以及逆向重合锯齿形构造之形状等具有“コ”字形的高低差形状（由光轴方向的壁面与光轴垂直方向的壁面与光轴方向的壁面构成的“コ”字形）时，是以“コ”字形高低差形状的宽度X与高度Y的比值为基准求得。“コ”字形高低差形状的高度，是以形成“コ”字形高低差形状的光轴方向的2个壁面中在光轴方向高度高的一个壁面的高度为Y。高低差形状没有“コ”字形高低差形状时，例如锯齿型的高低差形状时，是以锯齿型的高低差形状的宽度X与高度Y的比值为基准求得。

本发明的模具至少具有：具有转印成型光拾取装置用物镜光学面之凹状曲面的表面加工层；具有为了支承所述表面加工层而与所述凹状曲面相应凹下之支承面的母材；被配置在所述表面加工层与所述支承面之间的绝热层。可以例如在所述表面加工层与母材的支承面之间除了绝热层再加设粘着层、中间金属层（请参照特开2008-24000号公报）。

优选绝热层是热传导率在10.0W/m˙K以下的层，作为绝热层的材料，可以使用例如为陶瓷类材料的二氧化锆、氧化铝、二氧化钛、三氧化二铬等。

表面加工层是在最表面经切削加工形成了微细形状的层。可以使用例如化学镀镍、化学镀镍中含有Cu（请参照特开2008-24000号公报）的材料。

固定在成型装置中的母材可以采用例如不锈钢等。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够成型高精度光拾取装置用物镜的模具。

附图说明

图1：物镜在光轴方向的视图。

图2：用来成型光拾取装置用物镜的模具的制造工序示意图。

图3：用制造的模具成型物镜的状态截面示意图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施方式作说明。图2是用来成型光拾取装置用物镜的模具的制造工序示意图。图3是用制造的模具成型物镜的状态截面示意图。其中，对衍射构造等作了夸张描绘。

图2（a）中，首先用工具TL进行切削加工，从不锈钢等的圆筒状素材加工母材BD。此时，在母材BD的端面上形成凹状凹下的支承面BD1，在母材BD的周面上形成延伸在周向的槽BD2。

接下去如图2（b）所示，通过等离子热喷涂，在母材BD的支承面BD1上薄薄地形成NiCr粘着层AD。其具有提高绝热层HI与母材BD的粘固力之功能。进一步如图2（c）中点划线所示，通过等离子热喷涂，使陶瓷堆积在粘着层AD上。等离子热喷涂技术是将陶瓷等微粉末、金属丝等投入等离子热源中，作为熔融或半熔融状态的微离子吹到被覆对象的母材上，使形成皮膜。等离子热源是将分子气体加热到高温使分离成原子、进一步给予能量使放出电子的高温等离子体。该等离子体喷射速度大，与以往的电弧喷射、火焰喷射相比喷射材料以高速冲击母材，所以粘结强度高，能够得到高密度的覆膜。详细可以参照特开2000-301655号公报中记载的在高温露出部件上形成热遮蔽皮膜的喷涂方法。

然后用工具TL切削堆积的陶瓷，端正形状，形成绝热层HI。此时，相应支承面BD1形成凹状的曲面HI1（参照图2（c）的实线）。绝热层HI的壁厚为0.1mm～3mm，中央壁厚t1与周边壁厚t2之差在0.1mm以下。

进一步如图2（d）所示，用电镀处理从母材BD的槽BD2开始形成表面加工层SM，使其覆盖整个绝热层HI。一般来说陶瓷与电镀的相容性较差，但通过如上所述用表面加工层SN覆盖整体，这样能够抑制绝热层HI从母材BD剥离。而表面加工层SM只覆盖着母材BD的一部分，这是为了减低电镀不良的风险。

然后如图2（e）所示，用工具TL切削表面加工层SM，相应支承面BD1形成凹状的非球面曲面（转印面）SM1，并在由凹状非球面曲面SM1成型的物镜的至少中央区域、中间区域相应的位置上，形成环带状的微细槽SV。由此，模具M1完成。模具1上绝热层HI的热传导率比母材BD及表面加工层SM的热传导率低。

使上述模具M1与用同样工序制造的模具M2（但没有微细槽）如图3所示相对、进行关模，向内部的腔中充填树脂或玻璃（成型素材），然后使之固化，由此能够形成具有转印了表面加工层SM凹状非球面曲面SM1形状之光学面的物镜OBJ。此时，由于绝热层HI的热传导率比母材BD及表面加工层SM的热传导率低，所以接触表面加工层SM的成型素材的温度的冷却速度一样，由此，成型素材的流动性高，容易进入微细槽SV内，在该状态下固化能够高精度转印微细形状。然后使模具M1、M2开模，便可取出成型的物镜OBJ。

至于本发明的效果，在具有曲率半径小的转印面的模具时尤其有效。因此，具有所述绝热层HI的模具，可以只设在转印成型物镜光源侧光学面S1的模具M1。例如，模具M2母材绝热层一侧的形状可以不是沿着表面加工层形状的凹形，而是光轴垂直方向的平面状形状。另外，模具M2上可以不设绝热层。

在表1中归纳出时本实施方式中使用的素材和热传导率。

[表1]

产业上的可用性

根据本发明，能够提供一种既结构简单又能够成型光拾取装置用物镜的模具，成型的对象并不局限于BD/DVD/CD互换用物镜，也可应用于2互换的物镜。

符号说明

ＡＤ粘着层

ＢＤ母材

ＢＤ1支承面

ＢＤ2槽

ＨＩ绝热层

ＨＩ1曲面

Ｍ1模具

Ｍ2模具

ＯＢＪ物镜

ＳＭ表面加工层

ＳＭ1曲面

ＳＶ微细槽

ＴＬ工具

Claims

1.一种模具，是用来成型光拾取装置用物镜的模具，其特征在于，具有：表面加工层，具有转印成型物镜光学面的凹状曲面；母材，具有为了支承所述表面加工层而与所述凹状曲面对应凹下的支承面；绝热层，被配置在所述表面加工层和所述支承面之间；所述绝热层的热传导率低于所述表面加工层的热传导率。

2.如权利要求1中记载的模具，其特征在于，所述绝热层的热传导率低于所述母材的热传导率。

3.如权利要求1或2中记载的模具，其特征在于，所述绝热层的热传导率在10.0W/mK以下。

4.如权利要求1至3的任何一项中记载的模具，其特征在于，所述绝热层的中央壁厚的厚度与周边壁厚的厚度之差在0.1mm以下。

5.如权利要求1至4的任何一项中记载的模具，其特征在于，所述绝热层的厚度在0.1～3mm。

6.如权利要求1至5的任何一项中记载的模具，其特征在于，所述绝热层由陶瓷形成。

7.如权利要求1至6的任何一项中记载的模具，其特征在于，所述表面加工层由化学镀镍形成。

8.如权利要求1至7的任何一项中记载的模具，其特征在于，所述物镜是BD/DVD/CD互换用物镜。

9.如权利要求1至8的任何一项中记载的模具，其特征在于，所述物镜具有中央区域、中间区域、周边区域，由所述模具至少在中央区域和中间区域上转印形成微细形状。