JP2002326232A

JP2002326232A - 光学面成形金型、光学素子、レンズ及びマスター型

Info

Publication number: JP2002326232A
Application number: JP2001299657A
Authority: JP
Inventors: Hide Hosoe; 秀細江
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2002-11-12

Abstract

(57)【要約】【課題】従来とは全く異なる思想に基づいて、光学素子
の光学面に微細な突起（又はくぼみ）を容易に形成でき
る光学面成形金型、そのような光学面を備えた光学素
子、レンズ及び光学面成形金型を形成するためのマスタ
ー型を提供する。【解決手段】過冷却液体域を有する非晶質合金ＭＧを成
形することによって形成された、レンズの光学面を成形
するための光学成形面１０ａ、１１ａによって成形され
たレンズの光学面には、複数の突起Ｃが転写形成される
ように対応したくぼみが形成されているので、たとえ突
起Ｃが数十乃至数百ナノメートルの間隔で形成しなくて
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、転写形成により容易に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の光学面
を形成する光学面成形金型、光学素子、レンズ及びマス
ター型に関し、特に光学面に、所定の機能を有する複数
の突起又はくぼみを形成した光学素子の光学面を成形す
る光学面成形金型、それを用いて成形された光学素子、
レンズ及びその成形金型を成形するためのマスター型に
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
ク光学素子の光学面成形金型の製作手法としては、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、アモルファス上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成形面を
得ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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
中で光学成形面を創成しなければならないため、光学成
形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、一般的には繰り返し使
用はできず金型コストが高いこと等々の不具合が生じて
いた。

【０００４】また、多量に光学成形面を加工すると、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
により、微妙に切削加工し仕上げた光学成形面の形状が
バラツいていた。この光学成形面の加工バラツキは、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、これが加工精度限界と考えられている。

【０００５】更に、近年、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、非球
面光学面を有する成形レンズの表面に回折輪帯を施し
て、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、回折輪帯による回折の大きな負の
分散を利用してうち消して、本来、屈折だけでは不可能
な色消し機能を有する単玉光学素子が、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
倍の大きさの回折輪帯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。

【０００６】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
発揮させることができることが判っている。即ち、微細
な間隔で突起を形成することで、光波が光学素子に入射
する際の空気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面
は、いわゆる蛾の眼（ｍｏｔｈｅｙｅ）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す
光波に対して平均的な屈折率として働くもので、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ＣＶｏｌ．Ｊ８３−ＣＮｏ．３ｐｐ．
１７３−１８１２０００年３月に述べられている。

【０００７】このような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同時に大きな反
射防止効果を得ることができ、また、成形により光学面
と微細構造が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
コート処理をするといった後加工が不要となる、など生
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。

【０００８】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。特定の波長のみを反射する導波モード共鳴格子フィ
ルターとして、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。

【０００９】ところで、スカラー領域や、等価屈折率領
域や、共鳴領域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）を備えた光学成形面を、金型に設
ける必要がある。

【００１０】また、近年、光学面に回折輪帯を施して色
収差を効率よく補正する光学系が、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。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。
この様な光学素子を大量に生産する時に効率の良い手法
は成形であるが、この際、成形金型において微細な回折
輪帯を有する光学成形面を高精度に効率よく製作する技
術が、極めて重要となっている。

【００１１】ここで、光学素子の光学面に回折輪帯を設
ける場合、例えば光軸方向断面が鋸歯状の回折輪帯を形
成することが行われている。このような鋸歯状の回折輪
帯を光学面に形成するための金型は、上述の手法によ
り、ダイアモンド工具で切削されることで製作できる。
しかるに、ダイアモンド工具を用いた切削において、金
型の光学成形面上に回折輪帯に対応した微細なパターン
を創成する場合は、工具刃先の鋭さが形状の精度を左右
し、光学面として転写された時に回折効率に大きな影響
を与えることが、特開２０００１−１９５７６９号公報
等で述べられるように知られている。

【００１２】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、
そのため小さな刃先部分に切削抵抗が集中してかかるこ
とから切り込み量を小さくせねばならず、光学成形面全
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、小さなカッターマークによる光学成形面の表面粗さ
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回の光学成形面加工時間も長くなる。その結果、
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成形面を加工する場合
は、工具の寿命が極端に短くなり、また、切削によりダ
イアモンド中のカーボンがブランクに拡散し、それによ
り工具の寿命を更に短縮化させることとなっている。し
かも一つの光学成形面を加工する時間も増大するので、
加工効率が非常に低下し、金型の生産性が低下してコス
トが急激に高くなっていた。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成形面を仕
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。

【００１３】更に、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
あり、実用的な金型が製作されていないのが現状であ
る。加えて、従来の金型は再利用が困難という問題もあ
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、従来とは全く異なる思想に基づ
いて、光学素子の光学面に微細な突起（又はくぼみ）を
容易に形成できる光学面成形金型、そのような光学面を
備えた光学素子、レンズ及び光学面成形金型を形成する
ためのマスター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に記載の光学面
成形金型は、光学素子の光学面を形成するための光学面
成形金型であって、過冷却液体域を有する非晶質合金を
加熱軟化しプレス成形することによって形成された、光
学素子の光学面を成形するための光学成形面を有し、前
記光学成形面によって成形された光学素子の光学面に
は、複数の突起又はくぼみが転写形成されるように、前
記光学成形面に、対応したくぼみ又は突起が形成されて
いるので、たとえ突起又はくぼみが数十乃至数百ナノメ
ートルの間隔で形成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、転写形成により容
易に形成することができる。

【００１６】ここで、過冷却液体域を有する非晶質合金
（アモルファス状合金ともいう）について説明する。過
冷却液体域を有する非晶質合金は、金属ガラスとも呼ば
れ、加熱すると過冷却液体となるアモルファス状の合金
である。これは、通常の金属が多結晶組成であるのに対
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、ガラス転移点＋５０〜２００℃前後（これを過冷
却液体域という）に加熱すると軟化するためプレス成形
加工が出来るという、通常の金属に無い特徴を有する。

【００１７】従来、金属ガラスについてこの加熱プレス
成形によって成形金型を創成する技術が特開平１０−２
１７２５７号公報で述べられ、また稜線を有する光学素
子について特開平９−２８６６２７号公報で述べられて
いる。また。日本機械学会６５巻６３３号３４６−３５
２「金属ガラスの精密・微細加工に関する研究」で、金
属ガラスをプレス成形して光学成形面を有する成形金型
部品を創成した例が述べられている。この例では、プレ
ス成形により転写形成された光学面の形状精度は５００
ｎｍ、表面粗さは９０ｎｍとしている。

【００１８】本発明者は、金属ガラスがプラスチックな
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、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
性良く転写できることに思い至った。

【００１９】更に、光学成形面上に微細な突起（又はく
ぼみ）を有する光学面成形金型として、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
面成形金型を得れば、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の高い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。

【００２０】即ち、形状精度の良いマスターが一つ存在
すれば、本発明の光学面成形金型は、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。

【００２１】本発明の光学面成形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、Ｔ
ｉ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、本発明に必要な用件であって、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、また、大きなバルク形状が出来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、本発明の方法で製作された金属ガラスの成
形金型は不要となれば鋳潰して再利用できるため、短納
期で加工労務費が低いことを合わせると、長期にわたる
金型コストは従来金型より低コストにできる。

【００２２】請求項２に記載の光学面成形金型は、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。

【００２３】請求項３に記載の光学面成形金型は、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。

【００２４】請求項４に記載の光学面成形金型は、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。

【００２５】請求項５に記載の光学面成形金型は、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。

【００２６】請求項６に記載の光学面成形金型は、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。

【００２７】請求項７に記載の光学面成形金型は、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。

【００２８】請求項８に記載の光学面成形金型は、前記
光学素子の光学面の突起又はくぼみが、回折輪帯（輪帯
状の回折面）であるので、従来、回折輪帯を形成するた
めに用いていた切削加工が不要となり、加工にかかるコ
スト及び手間を削減することができる。

【００２９】請求項９に記載の光学面成形金型は、前記
過冷却液体域を有する非晶質合金が、室温で硬度Ｈｖ３
００以上であるので、光学面成形金型に必要な硬度を確
保できる。

【００３０】請求項１０に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金が、室温で硬度Ｈｖ
７００以下であるので、光学面成形金型として、より好
ましい硬度を確保できる。

【００３１】通常、金型材料の硬度は、ダイセット金型
との摺動や光学成形面の清掃などによる摩耗や傷の発生
など、実使用上の耐久性を満足する程度に高いことが要
求され、従ってＨｖ３００以上は必要である。しかし、
あまり硬度が高いと光学成形面のダイアモンド切削時に
工具の負担が大きくなり、工具寿命を縮めたり高精度の
光学成形面形状の創成が難しくなるので、同時にＨｖ７
００以下であることが好ましい。金属ガラスである非晶
質合金の硬度は、一般的には、室温で、従来の無電界ニ
ッケルメッキとほぼ同等のＨｖ５００〜６００であり、
引っ張り強度は従来のブランク鋼材に対して２倍ほど高
く、機械強度の点でも申し分なく、従来より丈夫な金型
材料であるといえる。さらに、化学耐性が高いので、プ
ラスチック製光学素子の成形時に発生する微量の腐食性
ガスなどにも安定で、成形中に光学素子の光学面に曇り
が発生することも防止できる。

【００３２】請求項１１に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成に、パラジウ
ムを含有すると、光学面成形金型の酸化防止を図ること
ができる。

【００３３】請求項１２に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成に、パラジウ
ムを３０ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下の割合で含む
と、光学面成形金型に好適な非晶質合金を得ることがで
きる。

【００３４】請求項１３に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成に、銅、ニッ
ケル、燐、ジルコニア、アルミニウムのいずれかを少な
くとも３ｍｏｌ％以上の割合で含有するので、光学面成
形金型に好適な非晶質合金を得ることができる。

【００３５】請求項１４に記載の光学素子は、請求項１
乃至１３のいずれかに記載の光学面成形金型を用いて成
形したものであるので、転写形成された前記突起又はく
ぼみにより所定の機能を発揮できる。

【００３６】請求項１５に記載のレンズは、少なくとも
光学面を透過する光の波長よりも小さい間隔で複数の突
起又はくぼみを形成した光学面を有するので、前記光学
面の光透過率をより高めることができる。

【００３７】請求項１６に記載のレンズは、前記光学面
の突起又はくぼみが、等価屈折率領域の微細構造を形成
するので、前記光学面の光透過率をより高めることがで
きる。

【００３８】請求項１７に記載のレンズは、前記光学面
の突起又はくぼみは、反射防止効果を発生する微細構造
を形成するので、前記光学面の光透過率をより高めるこ
とができる。

【００３９】請求項１８に記載のレンズは、前記光学面
の突起又はくぼみが、構造複屈折を発生する微細構造を
形成するので、前記光学面の光透過率をより高めること
ができる。

【００４０】請求項１９に記載のレンズは、前記光学面
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。

【００４１】請求項２０に記載のレンズは、前記光学面
は、過冷却液体域を有する非晶質合金を成形することに
よって形成された光学成形面により成形され、前記複数
の突起又はくぼみは、前記光学成形面に形成されたくぼ
み又は突起により転写形成されるので、容易に大量生産
することができる。

【００４２】請求項２１に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金が、室温で硬度Ｈｖ
３００以上であるので、光学面成形金型に必要な硬度を
確保できる。

【００４３】請求項２２に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金が、室温で硬度Ｈｖ
７００以下であるので、光学面成形金型として、より好
ましい硬度を確保できる。

【００４４】請求項２３に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成に、パラジウ
ムを含有すると、光学面成形金型の酸化防止を図ること
ができる。

【００４５】請求項２４に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成に、パラジウ
ムを３０ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下の割合で含む
と、光学面成形金型に好適な非晶質合金を得ることがで
きる。

【００４６】請求項２５に記載の光学面成形金型は、前
記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成に、銅、ニッ
ケル、燐、ジルコニア、アルミニウムのいずれかを少な
くとも３ｍｏｌ％以上の割合で含有するので、光学面成
形金型に好適な非晶質合金を得ることができる。

【００４７】請求項２６に記載のレンズは、プラスチッ
ク材料を素材とするので、例えば光学成形面の微細な形
状を精度良く転写できる。

【００４８】請求項２７に記載のレンズは、ガラス材料
を素材とするので、例えば光学成形面の微細な形状を精
度良く転写できる。

【００４９】請求項２８に記載のマスター型は、請求項
１乃至１４のいずれかに記載の光学面成形金型を成形す
るために用いられるマスター型であって、前記光学素子
の光学面に対応する母光学面に、露光・現像処理を施す
ことで突起又はくぼみを形成していることを特徴とす
る。

【００５０】従来は、応力歪みの大きい電鋳や基板材料
そのものを用いて、光学素子の成形金型を創成すること
は実用化にいたっていなかった。これに対し、レジスト
を用いて露光・現像し光学面上に微細な形状を創成する
方法について、本発明者は、成形耐久性の高い金属ガラ
スを用いる新しい光学面成形金型の創成方法を思い至っ
たのである。即ち、あらかじめ、研削加工やダイアモン
ド切削加工などにより、非球面形状などの母光学面に創
成加工されたマスター型上に塗布されたレジストを、露
光現像後にドライエッチングして微細なレジスト形状を
直接基材に創成してマスター型とし、金属ガラスである
非晶質合金を加熱軟化してプレス成形することによっ
て、微細な形状を有する母光学面を、光学面成形金型に
成形転写するのである。

【００５１】金属ガラスは加熱軟化により数ｋｇ／ｃｍ
^２程度の圧力で十分にマスター型の微細な形状を転写で
きるので、加熱プレス成形によってマスター型を破壊す
ることは希である。また、硬度は基材の方が金属ガラス
より大きいので、微細な形状を有するマスター型の母光
学面を傷つけることもほとんどない。従って、金属ガラ
スの加熱プレス成形においては通常の射出成形などの場
合と異なって、単結晶シリコンや石英などのドライエッ
チングを行いやすい材料が好ましく適用できる。また、
超硬のようなタングステンカーバイト系の粉末焼結材料
も、構成粒子が母光学面上の微細な形状に比較して小さ
ければ、マスター型として用いることが可能である。こ
のようにして加熱プレス成形で基材から写し取られた形
状は、金属ガラスに大きな内部応力を有しないので、極
めて再現性が良く、ほとんど同じ形状の金属ガラス製金
型の光学成形面を多量に得ることができる。このように
従来単独で光学素子として試作されるのみで、成形金型
としては実現できなかった微細な形状を有する光学成形
面を、金属ガラスの性質を利用して加熱プレス成形によ
り転写することで、光学素子の光学面上に微細な光学パ
ターンを成形できる高精度な光学面成形金型を得る方法
が、本発明の範疇である。本発明では、基材の種類は問
わない。

【００５２】請求項２９に記載のマスター型は、５００
℃において硬度Ｈｖ３００以上である材料により形成さ
れていれば、加熱され軟化した非晶質合金を成形するこ
とができる。

【００５３】請求項３０に記載のマスター型は、その材
料は石英であると、請求項３０に述した特性を有し、又
化学的安定性に優れるので好ましい。

【００５４】請求項３１に記載のマスター型は、その材
料は単結晶シリコンであると、請求項３０に述した特性
を有し、又化学的安定性に優れるので好ましい。

【００５５】請求項３２に記載のマスター型は、前記マ
スター型の材料はタングステンカーバイトを含んでいれ
ば、粉末冶金から形成でき、又加熱され軟化した非晶質
合金を形成することができる。

【００５６】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。

【００５７】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、その成形金型（光学面成形金型）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。

【００５８】

【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、光学面成形金型
を製作するためのマスター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（母非球面ともいう）１ａを形成する。かかる母光
学面１ａは、光学面成形金型により形成したいレンズ
（光学部材の一例）の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１ｂとなっている。

【００５９】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。

【００６０】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Ｌ
Ｂ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ため、数十乃至数百ナ
ノメートルの間隔で、レジストＲを除去することができ
る。

【００６１】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
ないため、露光時に厚く円形のレジストＲを残すこと
で、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。

【００６２】このようにして形成されたマスター型材１
は、円管状のブランク型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））。ブランク型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、ブランク型
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
学面成形金型を大量に製作できるので、特に問題はな
い。

【００６３】図２は、光学面成形金型の製作工程を示す
図である。まず、図２（ａ）に示すように、図１で製作
されたマスター型４に支柱５を取り付ける。更に、図２
（ｂ）に示すように、マスター型材１及びブランク型２
をヒーターＨにより予備加熱しておき、過冷却液体域間
で加熱し軟化させた非晶質合金ＭＧを、急激な固化を抑
制しつつブランク型２内に挿入し、プランジャー６で加
圧する。このときブランク型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。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、ブランク型２の内形状に一致するよう
に変形し、又、マスター型材１の光学転写面１ａ’の形
状に一致するように変形する。すなわち、マスター型材
１の光学転写面１ａ’に対応する光学面成形金型の光学
成形面（後述する１０ａ）には、円筒に対応したくぼみ
が形成されることとなる。非晶質合金ＭＧを軟化させて
成形することで、マスター型４の損耗を抑制し、その寿
命を延長することができる。

【００６４】更に、図２（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、固化したアモルファス合金ＭＧを取り
出すことで、光学面成形金型１０（図２）が形成され
る。尚、成形後の非晶質合金のフランジ外周面の仕上げ
加工において、ティルト基準面１ｂ（図１）でティルト
を合わせた後、光学成形面１０ａを回転させて、その偏
心量に基づいて調整を行うことで、光学成形面１０ａの
偏心量の除去を機械加工で行える。

【００６５】図３は、光学素子であるレンズを形成する
ための金型を示す断面図である。上述のようにして非晶
質合金ＭＧから形成した光学面成形金型１０と、同様に
して形成した光学面成形金型１１とを、それぞれ光学成
形面１０ａ、１１ａ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を光学面成形金型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。

【００６６】非晶質合金ＭＧの例としては、以下の組成
の金属ガラスを用いることができる。Ｐｄ_４０Ｎｉ_１０Ｃｕ_３０Ｐ_２０Ｚｒ_５５Ｃｕ_３０Ａｌ_１０Ｎｉ_５Ｐｄ_５３Ｃｕ_２８Ｎｉ_１０Ｐ_９Ｐｄ_７６Ｃｕ_１７Ｓｉ_７

【００６７】図４は、このような光学面成形金型により
形成されるレンズの光学面を拡大して示す一部断面斜視
図である。図４（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
いレンズを提供することができる。

【００６８】図４（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４（ａ）と同様な顕著な
効果を有する。この間隔Δとしては、０．１〜０．２μ
ｍ以下であると散乱を低下させるので好ましい。図４
（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４（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２
００１−１９５７６９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４（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。

【００６９】（実施例）本発明の実施例について説明す
る。石英バルクに超精密加工機による研削加工で、直径
３ｍｍ最大法線角５°の緩い非球面母光学面を創成し、
その上にネガ型のレジストをスピンコートで０．５μｍ
の厚みに塗布した。光学面中心と外周部でのレジスト膜
厚差は０．１μｍ以下であった。表面に導電膜を塗布
し、電子ビーム描画装置により加速電圧３０ｋｅＶとや
や低めにして後方散乱を大きく発生させる条件で、ドー
ズ量を調整しながらレジスト表面に０．５μｍ直径の円
錐形状を、ピッチ０．６μｍで母光学面全面に露光し
た。現像後、イオンビームエッチングにより基材である
石英バルク表面に円錐状の微細形状を施し光学転写面を
得た。これをマスター型として円筒内に配置し、光学転
写面が対向する側から加熱軟化した金属ガラスＰｄ_４０
Ｎｉ_１０Ｃｕ_３０Ｐ_２０をプレスして成形し、光学面成
形金型の光学成形面を得た。この光学成形面を用いて光
学用ポリオレフィン系樹脂によりプラスチックレンズを
射出成形したところ、その光学面表面に直径０．３μｍ
高さ０．３μｍの円錐形状が成形転写された。この成
形された光学面の反射率は、可視域において１％以下で
あった。ただし、若干の散乱が目視観察された。

【００７０】

【発明の効果】本発明によると、従来の機械加工では大
量生産が困難であった、微細な突起（又はくぼみ）を有
する光学面成形金型を容易に得ることができ、またかか
る光学面金型を用いることによって、高機能なレンズを
容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学面成形金型を製作するためのマスターの製
作工程を示す図である。

【図２】光学面成形金型の製作工程を示す図である。

【図３】光学素子であるレンズを形成するための金型を
示す断面図である。

【図４】光学面成形金型により形成されるレンズの光学
面を拡大して示す一部断面斜視図である。

【符号の説明】１マスター型材２ブランク型４マスター型５支柱６プランジャー７容器１０光学面成形金型

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 3/08 Ｇ０２Ｂ 3/08 5/18 5/18 // Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｂ２９Ｌ 11:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学素子の光学面を形成するための光学
面成形金型であって、過冷却液体域を有する非晶質合金
を加熱軟化しプレス成形することによって形成された、
光学素子の光学面を成形するための光学成形面を有し、
前記光学成形面によって成形された光学素子の光学面に
は、複数の突起又はくぼみが転写形成されるように、前
記光学成形面に、対応したくぼみ又は突起が形成されて
いることを特徴とする光学面成形金型。
【請求項２】前記光学素子の光学面の突起又はくぼみ
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に記載の光学面成形金型。
【請求項３】前記光学素子の光学面の突起又はくぼみ
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に記載の光学面成形金型。
【請求項４】前記光学素子の光学面の突起又はくぼみ
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乃至３のいずれかに記載の光学面成形
金型。
【請求項５】前記光学素子の光学面の突起又はくぼみ
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乃至４のいずれかに記載の光学面成形金型。
【請求項６】前記光学素子の光学面の突起又はくぼみ
は、前記光学素子に対して光を照射する光源の波長変化
による収差変化を調整する機能を有することを特徴とす
る請求項１に記載の光学面成形金型。
【請求項７】前記光学素子の光学面の突起又はくぼみ
は、温度変化による収差変化を調整する機能を有するこ
とを特徴とする請求項１又は６に記載の光学面成形金
型。
【請求項８】前記光学素子の光学面の突起又はくぼみ
は、回折輪帯であることを特徴とする請求項６又は７に
記載の光学面成形金型。
【請求項９】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
が、室温で硬度Ｈｖ３００以上であることを特徴とする
請求項１乃至８のいずれかに記載の光学面成形金型。
【請求項１０】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
が、室温で硬度Ｈｖ７００以下であることを特徴とする
請求項９に記載の光学面成形金型。
【請求項１１】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
の組成に、パラジウムを含有することを特徴とする請求
項１乃至１０のいずれかに記載の光学面成形金型。
【請求項１２】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
の組成に、パラジウムを３０ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％
以下の割合で含むことを特徴とする請求項１１に記載の
光学面成形金型。
【請求項１３】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
の組成に、銅、ニッケル、燐、ジルコニア、アルミニウ
ム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乃至１２のいずれかに記
載の光学面成形金型。
【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれかに記載の
光学面成形金型を用いて成形したことを特徴とする光学
素子。
【請求項１５】少なくとも光学面を透過する光の波長
よりも小さい間隔で複数の突起又はくぼみを形成した光
学面を有することを特徴とするレンズ。
【請求項１６】前記光学面の突起又はくぼみは、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１５に記載のレンズ。
【請求項１７】前記光学面の突起又はくぼみは、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１５又は１６に記載のレンズ。
【請求項１８】前記光学面の突起又はくぼみは、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１５乃至１７のいずれかに記載のレンズ。
【請求項１９】前記光学面の突起又はくぼみは、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１５
乃至１８のいずれかに記載のレンズ。
【請求項２０】前記光学面は、過冷却液体域を有する
非晶質合金を成形することによって形成された光学成形
面により成形され、前記複数の突起又はくぼみは、前記
光学成形面に形成されたくぼみ又は突起により転写形成
されることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか
に記載のレンズ。
【請求項２１】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
が、室温で硬度Ｈｖ３００以上であることを特徴とする
請求項２０に記載のレンズ。
【請求項２２】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
が、室温で硬度Ｈｖ７００以下であることを特徴とする
請求項２１に記載のレンズ。
【請求項２３】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
の組成に、パラジウムを含有することを特徴とする請求
項２０乃至２２のいずれかに記載のレンズ。
【請求項２４】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
の組成に、パラジウムを３０ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％
以下の割合で含むことを特徴とする請求項２３に記載の
レンズ。
【請求項２５】前記過冷却液体域を有する非晶質合金
の組成に、銅、ニッケル、燐、ジルコニア、アルミニウ
ム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２０乃至２４のいずれかに
記載のレンズ。
【請求項２６】プラスチック材料を素材とすることを
特徴とする請求項１５乃至２５のいずれかに記載のレン
ズ。
【請求項２７】ガラス材料を素材とすることを特徴と
する請求項１５乃至２５のいずれかに記載のレンズ。
【請求項２８】請求項１乃至１４のいずれかに記載の
光学面成形金型を成形するために用いられるマスター型
であって、前記光学素子の光学面に対応する母光学面
に、露光・現像処理を施すことで突起又はくぼみを形成
していることを特徴とするマスター型。
【請求項２９】５００℃において硬度Ｈｖ３００以上
である材料により形成されていることを特徴とする請求
項２８に記載のマスター型。
【請求項３０】前記マスター型の材料は石英であるこ
とを特徴とする請求項２８又は２９に記載のマスター
型。
【請求項３１】前記マスター型の材料は単結晶シリコ
ンであることを特徴とする請求項２８又は２９に記載の
マスター型。
【請求項３２】前記マスター型の材料はタングステン
カーバイトを含んでいることを特徴とする請求項２８又
は２９に記載のマスター型。