JP2006188416A - ガラス光学素子用成形型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
高い精度で容易に直接母材に回折パターンを形成することにより、精度及び耐久性に優れたガラス光学素子用成形型を製造する方法を提供する。
【解決手段】
ガラス光学素子に転写する微細な回折パターンを成形面に有し、前記ガラス光学素子をモールド成形する型を製造する方法であって、前記成形型の母材１を成形型１に近似し、かつ前記回折パターンを有しない形状にし、形成した近似形状体の前記成形面に相当する面12を樹脂により被覆し、得られた樹脂層２に凹凸パターンを形成した後、樹脂層２及び前記近似形状体をエッチングし、前記近似形状体に樹脂層２の凹凸高さに比例した高さの凹凸からなる回折パターンを形成する方法。
【選択図】 図４

Description

本発明は、高い精度で容易に直接母材に回折パターンを形成してガラス光学素子用成形型を製造する方法に関する。

ガラス光学素子のモールド成形に使用される成形型は、常に高温環境下において使用されるため、硬度、耐脆性、耐熱性、離型性等に優れた材料を母材とする。そのような母材として、例えば炭化タングステンを主成分とした超硬合金、炭化珪素、炭化チタン、窒化チタン、炭化クロム、アルミナを主成分とするサーメット等が提案されている。これらのような高硬度材料からなる母材を所望の面形状に仕上げるにはダイヤモンド砥石による研削加工が用いられるが、回折パターン等の微細パターンの加工は困難であり、加工できたとしても研磨ができない。そのため作成できる成形型の形状が限定されたり、要求精度を満たすのに非常に長時間を要したり、成形型が非常に高価となったりするといった問題がある。

このような状況下、母材をガラス光学素子の反転形状に近似する形状に加工し、その上に加工性のよい金属膜を設け、得られた金属膜を切削して成形面を形成する方法が提案されている。しかし金属膜は高硬度材料からなる母材より耐熱性、硬度等が劣るため、ガラス転移温度の低い硝材しか使用できないという問題がある。そこで特開平11-48355号（特許文献１）は、金属膜の上に耐熱性、耐酸化性等を有する保護膜を形成することを提案している。

しかしガラスモールド成形型は、使用時に加熱及び冷却を繰り返されるので、金属膜の上に保護膜を形成した場合であっても、母材と金属膜の熱膨張係数の差異により両者間に引っ張り（圧縮）応力が働き、金属層が変形したり、金属層が剥がれ易くなったりするという問題がある。そのため使用できる硝材はガラス転移温度の比較的低いものに限定されてしまう。

特許第3109219号（特許文献２）は、ガラス光学素子の作用面に近似した形状に加工された成形型母材の面に、ガラス光学素子の作用面の形状を有する金属膜が接着剤を用いて接着されており、かつ金属膜の表面に保護膜が形成されているガラス光学素子用成形型を提案している。特許文献２に記載の成形型を作製する場合、成形型母材には高精度を必要とせず、金属膜を形成する転写型のみを高精度に加工しておけば良い。

しかし特許文献２に記載の成形型の接着層は、あまり大きな耐熱性を有していない。そのため使用時の加熱により接着層が変形したり、母材から剥がれ易くなったりするといった問題点が生じる。

特開平11-48355号 特許第3109219号

以上のように特許文献１又は２に記載の成形型はいずれも直接母材に回折パターンを形成するものではないので、精度や耐久性が不十分である。

従って、本発明の目的は、高い精度で容易に直接母材に回折パターンを形成することにより、精度及び耐久性に優れたガラス光学素子用成形型を製造する方法を提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、成形型の母材を目的とする最終形状に近似し、かつ回折パターンを有しない形状にし、得られた近似形状体のうち成形面に相当する面を樹脂により被覆し、前記樹脂層に凹凸パターンを形成した後、前記樹脂層及び前記近似形状体を異方性ドライエッチングすると、高い精度で容易に直接母材に回折パターンを形成でき、得られるガラス光学素子用成形型は精度及び耐久性に優れていることを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明のガラス光学素子用成形型の製造方法は、ガラス光学素子に転写する微細な回折パターンを成形面に有し、前記ガラス光学素子をモールド成形する型を製造するもので、前記成形型の母材を成形型に近似し、かつ前記回折パターンを有しない形状にし、形成した近似形状体のうち前記成形面に相当する面を樹脂により被覆し、得られた樹脂層に凹凸パターンを形成した後、前記樹脂層及び前記近似形状体をエッチングし、前記近似形状体に前記樹脂層の凹凸高さに比例した高さの凹凸からなる回折パターンを形成することを特徴とする。

前記エッチング後に前記近似形状体の成形面に形成される凹凸パターンが目的とする回折パターンとなるように、前記樹脂層に形成する前記成形面方向の凹凸パターンの形状を前記回折パターンと同じにし、前記樹脂層の前記凹凸高さを前記回折パターンの凹凸高さと、前記樹脂と前記母材の材質とのエッチング速度比の積にするのが好ましい。

前記近似形状体の成形面に相当する面は、前記回折パターンの各回折頂点を滑らかな曲線で結んだ形状にするのが好ましく、スプライン補間によって前記滑らかな曲線を描くのがより好ましい。

好ましい実施態様においては、回折パターンの各回折頂点間距離を等分し、各等分点における前記近似形状体のうち成形面に相当する面と前記回折パターンとの距離と、前記エッチング速度比の積を各回折頂点間の中点で反転させ、各等分点において得られた値を前記樹脂層の厚さとする。

前記母材は、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金、セラミックス又はサーメットから選択される高硬度材料からなるのが好ましい。前記母材は少なくとも前記回折パターンを形成する面が、前記高硬度材料のアモルファス相からなるのがより好ましい。前記アモルファス相は化学気相成長法により形成するのが好ましい。

前記樹脂はポリイミド、ポリアミド及びアクリル樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種とするのが好ましい。前記エッチングの方法として異方性ドライエッチング法を用いるのが好ましい。前記異方性ドライエッチング法として高速原子線エッチング法又は反応性イオンエッチング法を用いるのがより好ましい。前記成形型の母材の表面に前記回折パターンを形成した後、ダイヤモンドライクカーボン及び／又は貴金属からなる保護膜を形成するのが好ましい。

本発明のガラス光学素子用成形型の製造方法は、高硬度材料からなる母材に、高い精度で容易に直接回折パターンを形成するものである。そのため、従来微細な回折パターンを形成するのが困難であった高硬度材料からなり、優れた精度及び耐久性を有するガラス光学素子用成形型を得ることができる。従って、本発明によれば、ガラス転移温度の高い硝材［例えばランタンフリント（LaF）、重ランタンフリント（LaSF）、硼珪クラウン（BK）等］を用いたガラス光学素子をモールド成形により製造することが可能である。また金型の耐久性を向上させることができるので、成形可能回数が増え、ガラス光学素子を安価に作製することができる。

[1] 母材
本発明のガラス光学素子成形型は高温環境下で長期にわたって使用されるため、その母材が高温環境下でも必要な強度及び形状を維持し得るように高硬度材料からなるのが好ましい。高硬度材料としては、例えば超硬合金、セラミックス又はサーメットが好ましい。

超硬合金としては、タングステンカーバイド（WC）を主成分とするものが好ましい。セラミックスとしては、炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素（Si_３N_４）、炭化チタン（TiC）、窒化チタン（TiN）、炭化クロム（Cr₃C₂）及びアルミナ（Al_２O_３）が好ましい。サーメットとしては上記セラミックスを主成分とするものが好ましい。

母材のうち、少なくとも回折パターンを形成する面は、上記高硬度材料のアモルファス相からなるのが好ましい。母材の回折パターンを形成する面に結晶相が存在すると、エッチングにより結晶粒界が生成し、成形面の精度が低下するので好ましくない。

[2] 樹脂
樹脂としては切削時に形成される面が鏡面となるものであれば特に制限はない。そのような樹脂として、ポリイミド（PI）、ポリアミド及びアクリル樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種が好ましい。中でも切削時に良好な鏡面が得られ、耐熱性が高いPIがより好ましい。

PIは基本的に芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとの脱水縮合反応物である。芳香族テトラカルボン酸二無水物成分及び芳香族ジアミン成分はともに特に制限されず、それぞれ一種のみでもよいし、２種以上でもよい。PIとしては、例えばピロメリット酸二無水物と4,4’-ジアミノジフェニルエーテルとの脱水縮合反応物を主成分とするものが挙げられる。PIの市販品として、例えば東レ・デュボン（株）の「カプトン」や、鐘渕化学工業（株）の「アピカル」や、宇部興産（株）の「ユーピレックス」を挙げることができる。

[3] 光学素子成形型の製造方法
本発明の光学素子成形型の製造方法を、図面を参照して以下に説明する。
(1) アモルファス相形成工程
図１は本発明の成形型を作製するための母材の一例を示す。この例では、母材１は焼結した結晶性の高硬度材料からなる基材10と、その上に形成された高硬度材料のアモルファス相の層11からなる。基材10とアモルファス層11を構成する高硬度材料は同じであるのが好ましいが、必ずしも同じである必要はない。アモルファス層11は、例えば化学気相成長法（CVD法）、スパッタリング法等により、基材10に高硬度材料成分を蒸着させることにより形成できる。中でもアモルファス層11の形成方法としてはCVD法が好ましい。CVD法としては、プラズマCVD法、熱CVD法、高周波プラズマCVD法等から適宜選択することができる。

例えばSiCのアモルファス層11をCVD法により形成する場合、ソースガスとしてテトラメチルシラン（TMS：Si(CH₃)₄）ガス、モノシラン（SiH₄）ガス、四塩化珪素（SiCl₄）ガス等を用いることができるが、TMSガスが好ましい。必要に応じてTMSガスに加えて炭化水素系ガスを導入し、アモルファス性のシリコン含有炭素膜11を形成してもよい。またTMSガスに加えて水素ガスを導入すると、アモルファスSiC層11のカーボン量を下げることができる。

アモルファス層11の厚さは、目的とする回折パターンに応じて適宜設定すればよいが、一般的に３〜4,000μmが好ましい。アモルファス層11の密度は、材料により適宜設定すればよい。例えばアモルファスSiC層の密度は3.2 g／cm³以上が好ましい。なお焼結した結晶性SiCの密度は通常0.8〜3.0 g/cm³である。

(2) 近似形状に切削する工程
図２に示すように、母材１のアモルファス層11の上面を、回折パターン13を有しない以外目的とする最終形状とほぼ同じ形状（近似形状）に加工する。この例では、近似形状体の成形面に相当する面（以下、単に近似形状成形面という）12は、凸面レンズ用の凹型であるが、勿論適宜凹面レンズ用、非球面レンズ用等の近似形状成形面12を形成すればよい。

例えばアモルファス層11の上面に、図５に示すような輪帯加工を施す場合、回折頂点Vを滑らかな曲線で結んだものを近似形状成形面12とするのが好ましい。補間にはラプラス補間、スプライン補間等があるが、スプライン補間が好ましく、３次以上のスプライン補間がより好ましい。スプライン補間によれば、忠実に各頂点を結ぶことができる。

近似形状成形面12を形成するには、例えばダイヤモンド砥石を用いて、アモルファス層11を研削するのが好ましい。

(3) 樹脂被覆工程
図３に示すように、得られた近似形状成形面12を樹脂で被覆する。樹脂層２の厚さは均一であるのが好ましい。樹脂層２は、例えばスピンコート法を用いて塗布することにより均一に形成することができる。スピンコート法を用いる場合、樹脂２に適宜溶媒を添加し、塗布液の粘度を調整するのが好ましい。溶媒としては、ジメチルアセトアミド（DMAc）、N-メチル-2-ピロリドン（NMP）等が挙げられる。樹脂層２の厚さは、目的とする回折パターン、後段のエッチング方法／条件等に応じて、適宜設定すればよいが、一般的に乾燥膜厚で１〜30μmとするのが好ましい。後段の樹脂層２の切削時に良好な鏡面が形成されるように、塗布液に使用した溶媒は十分に除去する。

(4) 樹脂層に凹凸パターンを形成する工程
図４に示すように、樹脂層２に凹凸パターン20を形成する。この例では凹凸パターン20を鋸歯状としているが、勿論目的とする回折パターン13に応じて凹凸パターン20の形状を適宜設定する。

(4-I) 凹凸パターンの設計
図５に示すように、アモルファス層11に輪帯加工を施す場合、樹脂層２に形成する凹凸パターン20は次のように設計するのが好ましい。先ず図６(a) に示すように、最終形状の回折頂点Vとその隣の頂点V’の間V−V’を任意の数で等分する。設計値に近い最終形状を得られるよう樹脂層２を精密に設計するために、V−V’を30以上に等分するのが好ましい。V−V’を細分化するほど樹脂層２の設計を精密にし得るが、何等分にするかは、実用的にはV−V’の長さに応じて決定すればよい。

次いで各等分点Eにおいて最終形状の上面13と、近似形状成形面12との差Dを求め、差Dの長さの垂線を近似形状成形面12上に引く（図６(b) ）。さらに、この差Dと、母材２の材料と樹脂のエッチング速度の比Rとの積（D×R）だけの長さを有する補助線Lを近似形状12の上に、母材２の軸線に平行に描く（図６(c) ）。例えば母材２と樹脂層３のエッチング速度の比が１：４である場合、補助線Lは最終形状13と近似形状12との差Dの４倍の長さにする。各補助線Lを回折頂点間V−V’の中心線Cで反転させる（図６(d) ）。各補助線Lの上端を滑らかに結ぶと、樹脂層２断面の設計図が得られる。各補助線Lの上端を結ぶ曲線はスプライン曲線とするのが好ましい。

(4-II) 切削
凹凸パターン20は切削することにより形成できる。切削手段として、例えばダイヤモンドバイト、ミクロトームが挙げられる。但し凹凸パターン20の形成方法は切削に限定されず、プレス加工、ブラスト加工等、切削以外の方法を用いて形成してもよい。

後段の異方性ドライエッチング工程において、切削後の樹脂層２の薄い部分では厚い部分に比べて母材１のアモルファス層11は早くエッチングされ始めるので、より深くエッチングされる。反対に樹脂層２が厚く設けられた部分においては、アモルファス層11は少ししかエッチングされないか全くエッチングされない。従って、近似形状成形面12上の樹脂層２が全て除去されるまで異方性ドライエッチングすれば、近似形状成形面12に樹脂層２の凹凸の大きさに対応した高さの凹凸パターンを形成できる。

但し一般的に樹脂層２と、高硬度材料からなるアモルファス層11とでは、エッチング速度が異なる。エッチング方法やその条件、エッチングガス等にもよるが、例えば樹脂層２がPIからなり、アモルファス層11がアモルファスSiCからなる場合、エッチング速度比（PI）／（アモルファスSiC）は一般的に２〜10である。従ってエッチング後に近似形状成形面12に形成される凹凸パターンが目的とする回折パターン13となるように、樹脂層２に形成する凹凸パターン20の形状、及び樹脂層２における凹凸パターン20の凹凸高さ（母材１の軸方向の高さ）を、樹脂２と近似形状成形面12の材質（すなわちアモルファス層11の材質）とのエッチング速度差を見込んだものとする必要がある。具体的には、上述した樹脂層２の設計方法のように、最終形状13と近似形状12との差Dと、母材２の材料と樹脂のエッチング速度の比Rとの積（D×R）を、その点における樹脂層２の厚さにするのが好ましい。

(5) エッチング工程
図７に示すように、樹脂層２及び近似形状成形面12をエッチングする。エッチング方法としては異方性ドライエッチング法が好ましい。異方性ドライエッチング法としては、高速原子線エッチング（Fast Atom Beam，FAB）法、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching，RIE）法、反応性イオンビームエッチング（Reactive Ion Beam Etching，RIBE）等が挙げられる。異方性ドライエッチング法としては、中でも方向選択性（異方性）に優れたFAB法及びRIE法が好ましく、FAB法がより好ましい。高速原子線は、中性のエネルギー粒子ビームであり、イオンビームのように電荷が蓄積したり、イオン同志が反発したりし難いので、指向性に非常に優れている。そのためFABを用いて異方性ドライエッチングを施すと、回折パターン13を一層高い精度で形成できる。

アモルファス層11を輪帯加工する場合、図８に示すように、樹脂層２及び近似形状成形面12をエッチングする。エッチングにより、樹脂層２が薄い部分はアモルファス層11が深くまでエッチングされ、厚い部分は少ししか又は全くエッチングされず、回折パターン13を形成することができる。

加速電圧は、樹脂２及びアモルファス層11の材質に応じて適宜設定すればよい（ただしFAB装置の定格電圧以下とする）が、一般的に1.0〜8.0 kVが好ましい。エッチングガスとしては、樹脂２及びアモルファス層11の材質に応じて、CF₄、CHF₃、C₄F₈、CH₂F₂、SF₆等のフッ素系ガスや、O₂、H₂、Ar、He、Xe、Kr、Ne、N₂等のガスを単独で又は適宜混合して使用する。

樹脂層２に形成した凹凸パターン20に忠実に比例した回折パターン13を形成するために、異方性ドライエッチング中の母材を低温に保持するのが好ましい。具体的には、異方性ドライエッチング中に、母材を140℃以下に保持するのが好ましい。

上記のような異方性ドライエッチング法を用いて樹脂２及びアモルファス層11をエッチングすると、図７〜９に示すように、近似形状成形面12に樹脂層２の凹凸に比例した高さの回折パターン13を形成できる。樹脂層２に形成する凹凸パターン20の形状、及び樹脂層２における凹凸パターン20による凹凸高さを、樹脂２と近似形状成形面12の材質とのエッチング速度差を見込んだものとすることは上記の通りである。

必要に応じて、上記(3)の樹脂被覆工程、上記(4)の樹脂層に凹凸パターンを形成する工程、及び本エッチング工程を繰り返して、異なる凹凸パターンを重ねることにより、目的とする回折パターン13を形成してもよい。

また必要に応じて、特開2001-201627号に記載のように、所定形状のスリットを有するステンシルマスクを用いて、そのスリットを通過したエネルギービームを照射しながら、母材1及びステンシルマスクの少なくとも一方を他方に対して相対移動させて、回折パターン13を形成してもよい。

以上の方法により、高い精度で微細な回折パターン13を形成することができる。限定的ではないが、本発明により形成できる回折パターン13の凹凸のピッチd₃の精度は50 nm以下である。輪体加工の場合、輪体のピッチd₃（V−V’）は10〜200μmであるのが好ましく、50〜100μmであるのがより好ましい。形成する輪体の数は、金型のサイズにもよるが、一般的には５〜20程度である。輪体の段差（高低差）d₄は300〜1000 nmであるのが好ましく、400〜800 nmであるのがより好ましい。凹凸のピッチd₃及び段差d₄は、原子間力顕微鏡（AFM）や干渉計等の三次元測定器を用いて測定することができる。形成できる回折パターン13は鋸歯状に限定されず、階段状、櫛の歯状、波面状、これらの組合せ等のものが挙げられる。

以上の方法によれば、従来微細な回折パターンを形成するのが困難であった高硬度材料からなる母材に、高い精度で容易に直接回折パターンを形成でき、得られるガラス光学素子用成形型は精度及び耐久性に優れている。このためガラス転移温度の高い硝材［例えばランタンフリント（LaF）、重ランタンフリント（LaSF）、硼珪クラウン（BK）等］を用いたガラス光学素子をモールド成形により製造することが可能となる。例えば本発明の方法により得られるSiC製成形型１（アモルファス層11を含む）を用いると、従来ガラスモールド成形により製造できなかったLaSF製の配光レンズや、互換機能を有する光ピックアップレンズ（例えばDVD/CD互換ピックアップレンズ）等を作製できる。

(6) 保護膜形成工程
必要に応じて、回折パターン13を形成した成形面に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）膜及び／又は貴金属膜が好ましい。

貴金属としては、金（Au）、銀（Ag）、白金（Pt）、ルテニウム（Ru）、オスミニウム（Os）、イリジウム（Ir）、ロジウム（Rh）、パラジウム（Pd）等が挙げられる。貴金属は一種又は二種以上であってよく、貴金属単体であっても合金であってもよい。貴金属合金としては上記貴金属を少なくとも二つ以上含む合金、さらにハフニウム（Hf）、タンタル（Ta）及びタングステン（W）のうち少なくとも一種が合計で全体の0〜35質量％の範囲で添加されている合金等が挙げられる。特願2003-130215号に記載のように、貴金属又は貴金属合金中に0.1〜20質量％の窒化ホウ素が分散した保護膜を形成してもよく、これにより耐熱性、耐反応性、硬度及び耐ガラス濡れ性が向上する。

保護膜は単層膜であっても多層膜であってもよい。多層膜の場合、同一の組成の膜であっても異なる組成の膜であってもよい。例えば、膜特性を向上させる目的で異なる組成の膜による多層構造としてもよいし、膜中の応力を緩和し膜剥離を防止する目的で同一組成の膜による多層構造としてもよい。保護膜の膜厚は特に限定されないが、通常0.1〜1.0μmが好ましい。

DLC膜及び貴金属膜保護膜を形成する方法は公知の方法でよく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法、電気泳動電着法、電気メッキ法、無電解メッキ法等が挙げられる。これらの中でスパッタリング法、イオンプレーティング法又はプラズマCVD法が特に好ましい。但し貴金属又は貴金属合金中に窒化ホウ素が分散した保護膜を形成する場合、多元スパッタを用いるのが好ましい。

DLC膜を保護膜とする場合は、メタン（CH₄）、ブタン（C₄H₁₀）等の炭化水素を炭素源として主に気相化学蒸着法により形成するのが好ましく、具体的にはプラズマCVD法により形成するのが好ましい。

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

実施例１
図１〜４、７及び９に示す手順により成形型を作製した。
(1) アモルファス相形成工程
焼結したSiCからなる基材10上に、CVD法（ソースガス：TMSガス）によりアモルファスSiC層11（厚さ：300μm、密度：3.2 g／cm³）を形成し、図１に示す母材１を作製した。

(2) 近似形状に切削する工程
母材１のアモルファスSiC層11の表面をダイヤモンド砥石により切削加工し、図２に示す球面12（半径：50 mm）からなる近似形状成形面（レンズ有効径：4.6 mm）を形成した。以下図２、３、７及び９では球面12の曲率を実際より高く記載しており、各ピッチd_1，d₃及び各段差d_2，d₄は実際より大きく記載しており、段数は実際より少なく記載している。

(3) 樹脂被覆工程
得られた球面12にポリイミド樹脂のDMAc溶液をスピンコート法により塗布し、乾燥することにより、図３に示すポリイミド樹脂層２を形成した（乾燥膜厚：2.5μm）。

(4) 樹脂層に凹凸パターンを形成する工程
得られたポリイミド樹脂層２をダイヤモンドバイトにより切削加工し、エッチング後にフレネルレンズ形成用の回折パターン13が得られるように、図４に示す凹凸パターン20を形成した。得られた凹凸パターン20のピッチ及び段差をAFMにより調べたところ、各ピッチd₁は40±0.02μmであり、各段差d₂は2.1±0.02μmであった。

(5) エッチング工程
FAB法（加速電圧：1.5 kV〜6.0 kV、エッチングガス：SF₆、母材の保持温度：80℃〜140℃）により、図７に示すように樹脂層２及び球面12をエッチングし、図９に示すフレネルレンズ形成用の回折パターン13を形成した。上記条件でのFAB法におけるエッチング速度比（PI）／（アモルファスSiC）は３である。得られた回折パターン13の凹凸のピッチ及び段差をAFMにより調べたところ、各ピッチd₃は40±0.02μmであり、各段差d₄は0.7±0.02μmであった。

(6) 成形型の評価
作製した成形型により、硼珪クラウン（BK）からなるBK７ガラス（商品名「S-BSL 7」、OHARA株式会社製）を用いてフレネルレンズをモールド成形した。まず成形型上にガラスを設置し、650℃になった時点でレンズを成形し、得られたレンズを300℃で成形型から取り出した。得られたフレネルレンズの回折パターンのピッチ及び段差をAFMにより調べたところ、各ピッチは40±0.02μmであり、各段差は0.7±0.02μmであった。上記の成形サイクルを繰り返すことにより成形型の耐久性を調べた。その結果、5,000〜10,000回の繰り返し試験後において、成形型の損傷は見られなかった。

本発明の成形型を製造するための母材の一例を示す概略断面図である。 成形型の近似形状体を示す概略断面図である。 近似形状体のうち最終形状の成形面に相当する面を樹脂により被覆した状態を示す概略断面図である。 母材を被覆した樹脂層を切削した状態を示す概略断面図である。 輪体加工した成形型を示す概略断面図である。 樹脂層の設計工程を示すA部の拡大断面図であり、(a) は頂点間を等分する肯定を示し、(b) は各等分点における近似形状と最終形状の差を示し、(c) は各等分点における補助線を示し、(d) は頂点間の中点で反転させた補助線を示す。 樹脂層及び近似形状体の成形面を異方性ドライエッチングしている状態を示す概略断面図である。 近似形状体とそれに設けられた樹脂層を示す部分拡大断面図である。 回折パターンが形成された成形型を示す概略断面図である。

符号の説明

１・・・成形型（母材）
10・・・基材
11・・・アモルファス層
12・・・近似形状体の成形面
13・・・回折パターン
２・・・樹脂層
20・・・凹凸パターン

Claims (12)

1. ガラス光学素子に転写する微細な回折パターンを成形面に有し、前記ガラス光学素子をモールド成形する型を製造する方法であって、前記成形型の母材を成形型に近似し、かつ前記回折パターンを有しない形状にし、形成した近似形状体の前記成形面に相当する面を樹脂により被覆し、得られた樹脂層に凹凸パターンを形成した後、前記樹脂層及び前記近似形状体をエッチングし、前記近似形状体に前記樹脂層の凹凸高さに比例した高さの凹凸からなる回折パターンを形成することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記エッチング後に前記母材に形成される凹凸パターンが目的とする回折パターンとなるように、前記樹脂層に形成する凹凸パターンの前記成形面方向の形状を前記回折パターンと同じにし、前記樹脂層の凹凸高さを前記回折パターンの凹凸高さと、前記樹脂と前記母材の材質とのエッチング速度比の積にすることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記回折パターンの各回折頂点を滑らかな曲線で結んだ形状を前記近似形状とすることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記滑らかな曲線をスプライン曲線とすることを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、各回折頂点間距離を等分し、各等分点における前記近似形状体と前記ガラス光学素子用成形型との距離と、前記エッチング速度比の積を各回折頂点間の中点で反転させ、各等分点において得られた値を前記樹脂層の厚さとすることを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記母材は、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金、セラミックス又はサーメットから選択される高硬度材料からなることを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記母材は少なくとも前記回折パターンを形成する面が、前記高硬度材料のアモルファス相からなることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記アモルファス相を化学気相成長法により形成することを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記樹脂をポリイミド、ポリアミド及びアクリル樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種とすることを特徴とする方法。
10. 請求項１〜９に記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記エッチングの方法として異方性ドライエッチング法を用いることを特徴とする方法。
11. 請求項10に記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記異方性ドライエッチング法として高速原子線エッチング法又は反応性イオンエッチング法を用いることを特徴とする方法。
12. 請求項１〜11のいずれかに記載のガラス光学素子用成形型の製造方法において、前記成形型の母材の表面に前記回折パターンを形成した後、ダイヤモンドライクカーボン及び／又は貴金属からなる保護膜を形成することを特徴とする方法。

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