JP2003160343A - 光学素子成形用金型及び光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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る光学
素子成形用金型、及びそれにより形成される光学素子を
提供する。 【解決手段】非晶質合金ＭＧの特性を利用して、光学素
子成形用金型１０’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、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。

Description

【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、及びその光学素子成形用金型により成形された光学
素子に関する。

【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５
０ｎｍ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、及びそれにより成形
される光学素子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２００１−０５４
１８２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３ｍ
ｏｌ％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。

【００４８】請求項２１に記載の光学素子は、上述した
光学素子成形用金型を用いて成形されるので、高精度を
有しながらも低コストに製造できる。

【００４９】請求項２２に記載の光学素子は、プラスチ
ック材料を素材とすると、安価に容易に製造できる。

【００５０】請求項２３に記載の光学素子は、ガラス材
料を素材とすると、収差特性等に優れたものとなる。

【００５１】請求項２４に記載の光学素子は、例えば光
ピックアップ装置などに使用されるレンズであると好ま
しい。

【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１
ｂ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Ｎ
Ｃ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１
０ｂ、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１０
０μｍ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１ｍ
ｍ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Ｐ
ＶＤ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’、１
１ｄ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Ｍ
Ｇｂ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、Ｐｄ_４０Ｃｕ_３０
Ｎｉ_１０Ｐ_２０やＰｄ_７６Ｃｕ_６Ｓｉ_１８、Ｐｄ_６１Ｐ
ｔ_１５Ｃｕ_６Ｓｉ_１８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８
０ｍｏｌ％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、
Ｚｒ_５５Ａｌ_１０Ｃｕ_３０Ｎｉ_５、Ｚｒ_５７Ｔｉ_３Ａｌ
_１０Ｎｉ_１０Ｃｕ_２０、Ｌａ_６５Ａｌ_１５Ｎｉ_２０、Ｌ
ａ_５５Ａｌ_１５Ｎｉ_１０Ｃｕ_２０、Ｃｏ_５１Ｆｅ_２１Ｚ
ｒ_８Ｂ_２０、Ｆｅ_５６Ｃｕ_７Ｎｉ_７Ｚｒ_１０Ｂ_２０、Ｍ
ｇ_７５Ｃｕ_１５Ｙ_１０、Ｍｇ_７０Ｎｉ_２０Ｌａ_１０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、０．１〜０．２μ
ｍ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１０
７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Ｐｄ_７６Ｃｕ_６Ｓ
ｉ_１８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、ＣＦ_４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０．７８μ
ｍ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６５０ｎ
ｍ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（ｍｏ
ｔｈ 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Ｐｄ_４０Ｃｕ_３
０Ｎｉ_１０Ｐ_２０のパラジウム系非晶質合金を厚み１０
０μｍ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
スチック対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、Ｄ
ＶＤ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、及びそれにより成形される光学素子
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

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【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。
11. 【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。
12. 【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。
13. 【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。
14. 【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。
15. 【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。
16. 【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。
17. 【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。
18. 【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。
19. 【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。
20. 【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。
21. 【請求項２１】 請求項１〜２０のいずれかに記載の光
    学素子成形用金型を用いて成形されたことを特徴とする
    光学素子。
22. 【請求項２２】 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２１に記載の光学素子。
23. 【請求項２３】 ガラス材料を素材とすることを特徴と
    する請求項２１に記載の光学素子。
24. 【請求項２４】 レンズであることを特徴とする請求項
    ２１〜２３のいずれかに記載の光学素子。