JP3614551B2 - 光学素子の製造方法及び光学素子成形用回転非対称型の製造方法 - Google Patents
光学素子の製造方法及び光学素子成形用回転非対称型の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器に用いられる非球面レンズ等の光学素子の製造方法及びそれに適する回転非対称型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ディスクや光磁気ディスク用の光ヘッドは、ディスクの記録面上をトラッキングするために、常にディスクの半径方向に駆動される。従って、ほとんどの場合、ディスクの記録面上のデータを読み出したり、記録面上にデータを書込むのに、対物レンズの軸外領域が使用される。しかしながら、軸外領域におけるレンズの光学性能は、軸外領域において非点収差が増加するため、近軸領域における光学性能と比較して劣っている。さらに、光源として用いられる半導体レーザーからの光は非点隔差を有する。また、ディスクの記録面により反射された光を光検出器に集光するための第２のレンズも非点収差を有する。そのため、光ヘッドの記録再生性能はさらに劣化してしまう。
【０００３】
そのため、光ヘッドの性能を向上させるために種々の方法が提案されている。第１の従来例として、例えば特開平５−１０７４６７号公報には、少なくとも回転非対称な光学機能面を有する対物レンズが提案されている。対物レンズの光学機能面を回転非対称に形成することにより、光軸上の収差に非点収差成分を発生させることができる。対物レンズの方向は、回転非対称面により発生される非点収差により、上記半導体レーザや第２のレンズによる収差を相殺させるように調整される。また、第２の従来例として、光学素材を直接研磨して加工する方法が知られている。
【０００４】
第３の従来例として、例えば米国特許第５，０１５，２８０号に、プレス成形による光学素子の製造技術が提案されている。プレス成形方法は、型形状を光学素材に転写する工法である。それゆえ、もし型を高精度に加工できれば、所望の光学素子を容易に製造することができる。製造されるべき光学素子が回転対称非球面レンズ等のように回転対称である場合、型は超精密ＣＮＣ制御工作機械を用いて形成することができる。型は光軸を中心として回転され、研削あるいは切削工具はレンズの断面形状となる非円弧の軌跡で送り運動される。これにより、約０．１μｍの形状精度で、比較的容易に型を製造することができる。
【０００５】
第４の従来例として、例えば特開平５−１０７４６７公報には、回転対称形状の型を用いて、成形条件を制御することにより非点収差を発生させる方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の従来例のように回転非対称な光学素子を製造することは、実際問題として非常に困難である。また、第２の従来例である直接研磨法では、ガラス等の光学素材と砥石を相互に揺動させ、擦り合わせて研磨するため、必然的に平面かあるいは球面形状しか加工することができない。従って、従来の直接研磨法では、回転非対称形状の光学素子を製造することができないという問題点を有する。
【０００７】
第３の従来例では、製造されるべき光学素子が回転非対称な光学機能面を有する場合、型を製作する加工機は非常に複雑で、高精度でかつ高価なものとなる。すなわち、例えば型の回転角度を検知するためにエンコーダを加工機の主軸に取り付け、型の回転角度を測定しながら、型又は主軸の１回転中に、工具の前進後退を高精度に制御しながら、繰り返し行わなければならない。さらに、この加工により形成された型の形状精度を確保することは困難である。また、工具の位置を型又は主軸の回転に追従させるために主軸を非常にゆっくりと回転させなければならず、型の加工時間が長くなってしまうという問題点を有する。
【０００８】
第４の従来例では、成形温度、温度勾配、成形圧力、成形素材形状等を高精度に制御管理しなければならない。さらに、光学素子の量産において歩留まりを確保することは困難であり、また、レンズの非点収差の方向が定まらないという問題点を有する。
【０００９】
以上のように、従来の製造方法では、回転非対称形状の光学素子を製造することは困難であった。本発明の目的は、非回転対称形状の光学機能面を有する光学素子を容易に製造する方法及びそれに適する型の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子の製造方法は、光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称な曲面であり、前記回転非対称形状は型母材の回転対称な面を不均一にエッチングすることにより形成される。
【００１１】
上記構成において、前記型の回転非対称形状はドライエッチング法により形成され、前記ドライエッチング法はマスクを前記型母材の回転対称表面に接する位置又は回転対称表面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称表面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより行うことが好ましい。
【００１２】
または、上記構成において、前記型の回転非対称形状はウエットエッチング法により形成され、前記ウエットエッチング法はエッチングされるべき所定形状の部分を除いて少なくとも前記型母材の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより行うことが好ましい。
【００１３】
上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記型の回転非対称表面に保護膜を均一に形成することが好ましい。
【００１４】
一方、本発明の別の光学素子の製造方法は、光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称な曲面であり、前記回転非対称形状は型母材上に形成された保護膜の回転対称な面を不均一にエッチングすることにより形成される。
【００１５】
上記構成において、前記型の回転非対称形状はドライエッチング法により形成され、前記ドライエッチング法はマスクを前記型母材上の保護膜の回転対称表面に接する位置又は回転対称表面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記保護膜の回転対称表面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより行うことが好ましい。
【００１６】
または、上記構成において、前記型の回転非対称形状はウエットエッチング法により形成され、前記ウエットエッチング法はエッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも前記型母材の表面に形成された保護膜の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより行うことが好ましい。
【００１７】
上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明のさらに別の光学素子の製造方法は、光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称であり、前記回転非対称形状は型母材の回転対称表面に膜を不均一に成膜することにより形成される。
【００１９】
上記構成において、前記型の回転非対称形状は、スパッタリング法、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法から選択されたいずれかの方法により形成され、前記方法はマスクを前記型母材の回転対称面に接する位置又は回転対称面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称面に粒子を照射することにより行うことが好ましい。
【００２０】
また、上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
【００２１】
一方、本発明の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、マスクを型母材の回転対称な曲面に接する位置又は回転対称な曲面から上方に離れた位置に配置し、前記型母材の回転対称な曲面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより前記型母材の回転対称な曲面を不均一にエッチングする。
【００２２】
また、本発明の別の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、エッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも型母材の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより前記型母材の回転対称表面を不均一にエッチングする。
【００２３】
本発明のさらに別の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、マスクを型母材上に形成された保護膜の回転対称な曲面に接する位置又は回転対称な曲面から上方に離れた位置に配置し、前記保護膜の回転対称な曲面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより前記保護膜の回転対称な曲面を不均一にエッチングする。
【００２４】
本発明のさらに別の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、エッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも型母材上に形成された保護膜の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記保護膜の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより前記保護膜の回転対称表面を不均一にエッチングする。
【００２５】
上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
【００２６】
本発明のさらに別の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、型母材の回転対称表面に膜を不均一に成膜する。
上記構成において、前記型の回転非対称形状は、スパッタリング法、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法から選択されたいずれかの方法により形成され、前記方法はマスクを前記型母材の回転対称面に接する位置又は回転対称面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称面に粒子を照射することにより行うことが好ましい。
また、上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
【００２７】
さらに、型母材を直接エッチングする場合には、前記型の回転非対称表面に保護膜を均一に形成することが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第１の実施形態について、図１から図５及び図１２及び図１３を参照しつつ説明する。本発明の方法により製造されるべき光学素子５０は、例えば非球面レンズであり、図１２に示す。光学素子５０の光学機能面５１は回転非対称非球面であり、垂直な陵線５２及び水平な陵線５３を有する。垂直方向の曲率半径と水平方向の曲率半径とは異なる。それゆえ、陵線５２及び５３はそれぞれ２つの異なった点に焦点を結ぶ。光学素子５０はその軸上において非点収差を有する。光学素子５０は、一対の型の間に配置された光学素材をプレス成型することにより、製造される。少なくとも型の１つは回転非対称非球面を有し、回転非対称非球面は光学素材の表面に転写される。それゆえ、光学素子５０の光学機能面５１が形成される。
【００２９】
次に、回転非対称非球面を有する型の製造方法について説明する。図１に示すように、中間組み立て体１００は型母材１と、マスク４とマスク治具７を具備する。型母材１は、タングステン（Ｗ）及びカーボン（Ｃ）を主成分とする超硬合金で出来ている。型表面の傷付きや成形時の光学素材の融着を防ぐために、型母材１の表面１ａ上に保護膜２を形成してもよい。マスク４は、マスク治具７を介して型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３よりも上方に所定距離だけ離れた位置に配置されている。アルゴン（Ａｒ）イオンビーム６は、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３をエッチングするために、マスク４の上方から下方に照射される。型母材１は、型製造工程が完了した時点で、回転非対称非球面を有する型となる。
【００３０】
型母材１の表面１ａには、従来の回転対称非球面を形成するための方法により、あらかじめ回転対称な非球面が形成されている。型母材１は、製造されるべき光学素子の光軸に対応する軸を中心として回転される。そして、研削砥石と型母材の接する加工点が光学素子５０の所定方向、例えば図１２の陵線５２に沿った非円弧の断面形状を描くように、砥石を送り運動させる。この加工法により加工された型母材１の形状精度は±０．１μｍ程度であった。型母材１の表面１ａに保護膜２を形成する場合、プラチナ−イリジウム（Ｐｔ−Ｉｒ）合金等の保護膜をスパッタ法により厚さ３μｍで成膜する。
【００３１】
図２から明らかなように、斜線部は型母材１のマスク４により遮へいされている部分である。例えば、エッジ部を含めた型母材１の成形面の直径は５ｍｍであり、表面１ａ又は３の直径は４ｍｍである。矩形開口５の大きさは５ｍｍ×２ｍｍであり、各開口５は１ｍｍの間隔をおいて平行に配置されている。
【００３２】
次に、図１に示す上記中間組み立て体１００を図４に示すエッチング装置に配置する。第１の実施形態では、ＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）イオンビームエッチング装置を用いている。エッチング装置は、エッチング室９と、中間組み立て体１００が装着されるステージ１０と、エッチング室９の上端部に設けられたイオンビーム加速電極１１と、エッチング室９の上に設けられたイオン銃１３を具備する。
【００３３】
中間組み立て体１００がステージ１０に装着されると、エッチング室９の内部が真空となるように空気が除去される。その後、アルゴン（Ａｒ）ガスを、ガス導入バルブ１４を介してイオン銃１３内に導入し、プラズマ１２を発生させる。イオン加速電極１１はプラズマ１２からＡｒイオンを引きだし、イオンビーム６を中間組み立て体１００に照射する。型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３の原子又は分子は、飛来してきたイオンの衝突により、弾き飛ばされる。それにより、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３のエッチング加工が行われる。
【００３４】
第１の実施形態において、中間組み立て体１００の最大直径は１５ｍｍであった。エッチング室９内のステージ１０上に７つの中間組み立て体１００を装着した。イオン銃１３からのイオンビーム束の直径は６０ｍｍであった。マスク４は、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３から１０ｍｍ離した。エッチング条件は以下の通りである。導入Ａｒガスの圧力０．０９Ｐａ、イオンビーム６の加速電圧８００Ｖ、イオンビーム６の電流密度１．０ｍＡ／ｃｍ２、イオンビーム６の照射時間３分であった。
【００３５】
型１個当たりの加工に要した時間は、中間組み立て体１００の組み立て時間、中間組み立て体１００をエッチング室９内にセッティングする時間及びエッチング室９の内部を真空にするために空気を引く時間を含めて、約９０分（１時間半）であった。もし、イオンビーム束の直径を更に大きくすることができれば、多数の型を効率的に製造することができる。
【００３６】
以上のようにして形成された型の断面形状を、図２及び図３に示すＸ軸及びＹ軸方向に測定した。測定結果を図５に示す。図５において、横軸は型中心から測定点までの距離を表し、縦軸は測定点におけるエッチングする前の回転対称な形状とエッチング後の回転非対称な形状とのずれ量を型の中心を０として表したものである。図５から明らかなように、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３のＹ軸に沿った領域はマスク４で蔽われ、イオンビーム６により均一にエッチングされるので、Ｙ軸方向の型の断面形状はエッチング前の回転対称な形状から変化していない。一方、Ｘ軸方向に型の中心から離れた領域は中心部分よりも多くイオンビーム６にさらされるので、Ｘ軸方向の型の断面形状は中心から周辺部に向かってゆるやかに傾斜している。その結果、エッチング後の型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３の表面形状は、例えばトーリック面のような回転非対称となる。Ｘ軸方向の型の全体的な曲率半径は、Ｙ軸方向の型の曲率半径よりも大きくなる。
【００３７】
さらに、回転対称な表面を有する別の型を、従来の方法によりあらかじめ用意しておく。図１３に示すように、例えばガラスや樹脂等の光学素材６０を型６１と６２の間に配置する。型６１と６２のいずれか一方は、上記エッチング方法により形成された回転非対称面を有し、他方は従来の方法で形成された回転対称面を有する。型６１及び６２と光学素材６０は、少なくとも光学素材６０の表面が軟化する所定の温度に加熱される。型６１及び６２は、型６１及び６２の表面形状が光学素材６０の表面に転写されるように、所定の圧力でプレスされる。その後、型６１及び６２と光学素材６０は冷却され、回転非対称な光学機能面５１を有する非球面レンズである光学素子５０が得られる。
【００３８】
第１の実施形態において、外周部におけるＸ軸方向の型の断面形状の最大ずれ量を０．１５μｍとした。上記エッチング工程を５回繰り返し、合計で３５個の型を製作した。型の形状誤差は、設計ずれ量０．１５μｍに対して±０．０２μｍであった。
【００３９】
プレス成型工程を繰り返し、同一型で１０００個のレンズを成形した。光学素材として光学ガラスＳＦ８を用いた。上記型を用いて成型した光学素子５０は、例えばトーリック面等の回転非対称な光学機能面５１を有するので、光学素子５０は非点収差を発生する。光学素子５０の光学性能を測定したところ、各光学素子５０はほぼ同じ方向にほぼ同じ量の非点収差を発生させた。非点収差の平均値は３０ｍλ（ｍλ：用いられる光源の波長の１／１０００）であり、光ディスク装置用光ヘッドの対物レンズとして適度な値であった。その上、光学素子５０全体の波面収差も良好であった。この光学素子５０を用いて光ヘッドを組み立てた。光学素子５０は、回転非対称非球面による軸上非点収差によって光ディスクの半径方向の軸外非点収差が相殺されるように取り付けられている。第１の実施形態の光学素子５０を用いた光ヘッドによる光ディスクの再生特性は、従来の回転対称形状のレンズを用いた従来の光ヘッドを用いた再生特性よりも優れていた。
【００４０】
マスク４の開口５の形状、マスク４と型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３との距離、エッチング条件及びエッチング量を制御することにより、所望の回転非対称形状を型に形成することができる。それにより、所望する非点収差を発生させる光学素子を得ることができる。
【００４１】
第１の実施形態では、型母材又はその表面の保護膜をエッチングするためにアルゴンイオンを照射したが、他のイオンやラジカルを用いたドライエッチング法であっても、同様の形状を得ることができる。さらに、保護膜２を形成する場合、エッチング処理の前に型母材１の表面１ａに保護膜２を形成し、保護膜２の表面３をエッチングしたが、保護膜２を形成する前に型母材１の表面１ａを回転非対称にエッチングし、そのあと保護膜２を均一に形成してもよい。さらに、マスクを用いずに、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３をイオンビームを操作（ｓｃａｎｎｉｎｇ）させることによりエッチングを行ってもよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第２の実施形態について、図６から図８を参照しつつ説明する。第２の実施形態において、製造されるべき光学素子の形状及び型を用いた光学素子の製法工程は第１の実施形態の場合と実質的に同じである。しかしながら、回転非対称非球面を有する型の製造方法が異なる。
【００４３】
図６に示すように、開口２３及び２４を除いて型母材２０の全面がレジスト膜２２により蔽われている。開口２３は、型母材２０の表面２１に対向するように形成されている。マークを形成するための開口２４は、表面２１のエッジ部２１ａに対向するように形成されている。レジスト膜２２を有する型母材２０はエッチング溶液２５に浸されている。それゆえ、型母材２０の表面２１は回転非対称形状にエッチングされる。型母材２０は、クロム合金ステンレス工具鋼でできている。
【００４４】
型母材２０の表面２１は、従来の方法により、大まかに回転対称非球面形状に形成されている。少なくとも型母材２０の表面２１には無電解ニッケルメッキ膜（図示せず）が施されている。さらに、型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜は超精密旋盤を用いてダイヤモンド工具により切削される。それゆえ、型母材２０上の表面２１上のニッケルメッキ膜は、例えば図１２に示す陵線５２に沿った光学素子５０の断面形状に正確に一致するように回転対称非球面に仕上げられる。エッチング溶液２５としては、硫酸の５倍希釈液を用いた。
【００４５】
例えば、型母材２０の表面２１の半径は２ｍｍであり、平坦なエッジ部２１ａの幅は１ｍｍであった。従って、エッジ部を含む型母材２０の成型面の全半径は３ｍｍであった。開口２３及び２４を除く型母材２０の全表面は、エッチング溶液２５によってエッチングされないように、レジスト膜２２により蔽われている。開口２３は図７に示す軸Ｙに沿って配置されている。開口２３の幅は１ｍｍであり、長さは約４ｍｍであった。開口２４は軸Ｙと直交する軸Ｘ上に設けられている。開口２４の直径は０．６ｍｍであった。
【００４６】
エッチング溶液２５は、直径約２００ｍｍのガラス容器に満たされ、４０℃に保温されている。最大直径１６ｍｍのレジスト膜で蔽われた型母材２０を４０個樹脂成のかごに並べ、５分間エッチング溶液２５に浸した。その後、かごをエッチング液２５から引き上げ、純水で洗浄した。その結果、型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜は回転非対称にエッチングされた。
【００４７】
上記方法により形成された型の断面形状を図７に示すＸ軸及びＹ軸方向に測定した。測定結果を図８に示す。図８において、横軸は型中心から測定点までの距離を表し、縦軸は測定点におけるエッチング前の回転対称な形状とエッチング後の回転非対称な形状とのずれ量を型の中心を０として表したものである。図８から明らかなように、型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜のＹ軸方向の中心部分はレジスト膜２２で蔽われておらず、エッチング液２５によりにより均一にエッチングされるので、Ｙ軸方向の型の断面形状はエッチング前の回転対称な形状から変化していない。一方、Ｘ軸方向の表面２１上のニッケルメッキ膜の周辺部はレジスト膜２２で蔽われており、型の中心部分は周辺部分よりもエッチング液により多くエッチングされるため、Ｘ軸方向の型の断面形状において、周辺部分は中心部分に対して相対的に約０．１μｍ高くなっている。さらに、図８の距離（半径）−２から−３の部分において、開口２４に対向する位置に凹みが形成されている。その結果、型表面の形状は、例えばトーリック面の様な回転非対称となる。Ｘ軸方向の型の曲率半径は、Ｙ軸方向の型の曲率半径よりも相対的に小さくなる。
【００４８】
上記方法により形成された４０個の型の形状を測定したところ、Ｘ軸方向の型の断面形状の形状誤差は、平均ずれ量０．１μｍに対して−０．０２μｍから＋０．０３μｍの範囲内であり、ばらつきは小さかった。
【００４９】
なお、光学素子の成型時における型表面の傷付きや光学素材の融着を防ぐために、プラチナ−タンタル（Ｐｔ−Ｔａ）合金の保護膜をスパッタリング法により、型の回転非対称面に、厚さ２μｍの保護膜を形成した。
【００５０】
さらに、回転対称非球面を有する他の型を用意しておく。図１３に示す第１の実施形態と同様に、ポリカーボネイト樹脂製の光学素材６０を型６１と６２の間に配置する。型６１と６２のいずれか一方は上記エッチング方法により形成された回転非対称面を有し、他方は従来の方法で形成された回転対称面を有する。光学素材６０及び型６１及び６２を所定の温度に加熱した後、型６１と６２を所定の圧力でプレスした。その後、光学素材６０及び型６１及び６２を冷却した。この様にして、光学素子５０が得られた。
【００５１】
このようなプレス成型工程を繰り返すことにより、同一型で１０００個のレンズを成形した。図１３に示すように、上記型を用いたプレス成型により製造した光学素子５０はトーリック面等の回転非対称光学機能面５１を有するので、光学素子５０は非点収差を発生する。光学素子５０の光学性能を測定したところ、各光学素子５０はほぼ同じ方向にほぼ同じ量の非点収差を発生させた。非点収差の平均値は２５ｍλ（ｍλ：用いられる光源の波長の１／１０００）であり、光ディスク装置用光ヘッドの対物レンズとして適度な値であった。その上、光学素子５０全体の波面収差も良好であった。この光学素子５０を用いて光ヘッドを組み立てた。図７及び図８に示すように、回転非対称の方向を示すマークを検出することにより、光学素子の位置決めを行った。第２の実施形態では、実際に非点収差を測定する必要がないので、光学素子５０が光ヘッドに装着される際に、最適な光学性能を有する方向に光学素子５０を容易に取り付けることができる。第２の実施形態の光学素子５０を用いた光ヘッドによる光ディスクの再生特性は、従来の回転対称形状の型によって成形したレンズを用いた従来の光ヘッドを用いた再生特性よりも優れていた。
【００５２】
レジスト膜２２の開口２３の形状、エッチング条件及びエッチング量を制御することにより、所望の回転非対称形状を型に形成することができる。それにより、所望する非点収差を発生させる光学素子を得ることができる。さらに、エッチング工程は図６に示す例に限定されない。表面２１を含む型母材２０の一部分だけをエッチング溶液に浸してもよい。この場合、レジスト膜２２は型母材２０の表面２１近傍のみに設ければよい。エッチング溶液２５の成分は、型母材２０の材料をエッチングできるものであればよい。第２の実施形態では、型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜をエッチングするために硫酸を用いたが、型母材又はその表面の保護膜をエッチングできるものであれば、他のものを用いてもよい。また、第２の実施形態では型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜をエッチングしたが、型母材２０の表面２１を直接エッチングしてもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第３の実施形態を、図９から図１１を参照しつつ説明する。第３の実施形態において、製造されるべき光学素子及び型を用いた光学素子の製造工程は第１の実施形態と実質的に同じである。しかしながら、回転非対称非球面を有する型の製造方法が第１の実施形態とは異なる。第３の実施形態においては、回転非対称な型の形成方法としてスパッタリング法を用いている。
【００５４】
図９に示すように、中間組み立て体２００は型母材３０と、マスク３３とマスク治具３５を具備する。マスク３３は型母材３０の上方にマスク治具３５を介して配置されている。スパッタ粒子３６は、マスク３３の上方から下方に向かって飛来し、型母材３０の表面に膜３１を形成する。型母材３０はアルミナを主成分とするサーメットでできている。
【００５５】
スパッタリング工程に先立って、従来の方法により、型母材３０の表面３０ａに回転対称非球面を形成する。型母材３０を成形されるべき回転非対称非球面レンズ等の光学素子の光軸に対応する軸を中心として回転させる。研削砥石は、砥石と型母材の接する加工点が、光学素子５０の所定方向、例えば図１２の陵線５２に沿った非円弧断面形状を描くように送り運動される。
【００５６】
図１０に示すように、斜線部はマスク３３により型母材３０を遮蔽している部分である。例えば、型母材３０の表面３０ａの直径は６ｍｍであり、矩形開口３４の大きさは６ｍｍ×４ｍｍであった。マスク３３と型母材３０の表面３０ａとの距離は５ｍｍであった。
【００５７】
次に、１４個の中間組み立て体２００をスパッタリング装置の直径約１００ｍｍのホルダ上に配列し、スパッタリング装置の内部の空気を引いて真空にした。その後、アルゴン（Ａｒ）ガスをスパッタリング装置内に導入した。アルゴンガスの圧力を０．１３Ｐａとし、ＲＦパワー１００Ｗで放電を発生させた。Ｐｔ−Ｒｅをターゲットとして、スパッタリングを６０分間行った。その結果、不均一な厚さを有する膜３１が、回転非対称となるように型母材３０の表面３０ａ上に形成された。第３の実施形態では、膜３１の材料はスパッタリング法により形成されたプラチナ−レニウム（Ｐｔ−Ｒｅ）合金である。この膜３１は、傷付きや成形時の光学素材融着を防ぐための保護膜としても機能する。型の中心部分における膜３１の厚さは２μｍであった。また、Ｘ軸方向に型の中心から２．５ｍｍ離れた位置における膜３１の厚さは１．８７μｍであった。最初の回転対称な形状からのＸ軸方向における型の断面形状の変位量は０．１３μｍであった。型の形状誤差は平均変位量０．１３μｍに対して±０．０２μｍであった。
【００５８】
図１０に示すＸ軸及びＹ軸方向の型の断面形状を測定した。測定結果を図１１に示す。図１１において、横軸は型中心から測定点までの距離を表し、縦軸は測定点における型母材３０の表面３０ａ上に形成されたオリジナルの回転対称な形状と膜３１の表面３２とのずれ量を型の中心を０として表したものである。図１１から明らかなように、Ｙ軸方向における型母材３０の表面３０ａの中心部分はマスク３３により蔽われておらず、膜３１がその上に均一に形成されるため、Ｙ軸方向の型の断面形状は型母材３０の表面３０ａの最初の形状から変化していない。一方、Ｘ軸方向における型母材３０の外周部近傍はマスク３３により蔽われており、型母材３０の表面３０ａの中心部近傍に付着する粒子の量は周辺部に付着する粒子の量よりも多いため、Ｘ軸方向における型の断面形状は中心部から外側に向かって緩やかに傾斜する形状になる。その結果、型母材３０上の膜３１の表面３２に対応する型の表面形状は、例えばトーリック面等の回転非対称となる。Ｘ軸方向の加担曲率半径は、全体としてＹ軸方向の曲率半径よりも大きくなる。
【００５９】
さらに、回転対称非球面を有する別の型を用意し、図１３に示す第１の実施形態と同様に、型６１と６２の間に光学ガラスＶＣ７９でできた光学素材６０を配置した。型６１及び６２の一方は上記スパッタリング法により形成された回転非対称非球面を有し、他方は従来の方法により形成された回転対称非球面を有する。光学素材６０及び型６１及び６２を所定の温度に加熱し、型６１及び６２を所定の圧力でプレスした。その後、光学素材６０及び型６１及び６２を冷却した。このようにして、光学素子５０が得られた。
【００６０】
この様なプレス成型工程を繰り返し、同じ型で１０００個の光学素子を製造した。上記型により成型された光学素子５０は、例えばトーリック面等の回転非対称光学機能面５１を有するので、光学素子５０は非点収差を発生する。光学素子５０の光学性能を測定したところ、各光学素子５０はほぼ同じ方向にほぼ同じ量の非点収差を発生した。非点収差の平均値は２５ｍλ（ｍλ：用いられる光源の波長の１／１０００）であり、光ディスク装置用光ヘッドの対物レンズとして適度な値であった。そのうえ、光学素子５０全体の波面収差も良好であった。この光学素子５０を用いて光ヘッドを組み立てた。光学素子５０は、回転非対称非球面によって光磁気ディスクの半径方向の軸外非点収差が相殺されるように取り付けられている。第３の実施形態の光学素子５０を用いた光ヘッドによる光磁気ディスクの再生特性は、従来の回転対称形状のレンズを用いた従来の光ヘッドの再生特性よりも優れていた。
【００６１】
マスク３３の開口３４の形状、マスク３３と型母材３０の表面３０ａとの距離、スパッタリング条件及び型母材３０の表面３０ａに付着する粒子の量等を制御することにより、所望の回転非対称形状を型に形成することができる。それにより、所望する非点収差を発生させる光学素子を得ることができる。
【００６２】
第３の実施形態では、膜３１を形成する方法としてスパッタリング法を用いたが、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてもよい。また、保護膜を兼ねる膜３１を回転非対称に形成したが、中間層を回転非対称に形成し、中間層の上に保護膜を均一に形成してもよい。
【００６３】
上記第１、第２及び第３の各実施形態において、図２、図７及び図１０の各平面図に示すように、型母材１、２０及び３０は型全体が回転対称形であるが、型母材の形状は必ずしも回転対称形には限定されない。例えば光学機能面が形成される表面が回転対称であれば、型母材の他の部分、例えば成形面の外周部、型の首あるいはツバ等の光学機能面が形成される部分以外の形状については、矩形断面等の回転非対称形であってもよい。
【００６４】
さらに、上記各実施形態において、型又は保護膜の表面１ａ、３、２１及び３０ａの形状はそれぞれＹ軸に対して対称であるが、本発明を軸非対称な光学機能面を形成するために応用することができる。マスク４及び３３、マスク治具７及び３５の構成は上記図示した実施形態には限定されず、エッチング粒子又は成膜粒子を遮蔽し得るものであればよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光学素子の製造方法は、光学素材を一対の型の間に配置する工程と、光学素材及び型を所定の温度に加熱する工程と、光学素材の表面に型の形状を転写するために型を押圧する工程を具備し、型の少なくとも１面は回転非対称である。この方法によれば、型の回転非対称形状が光学素子の表面に転写されるので、同一の光学的性能を有する光学素子を大量生産することが可能になる。
【００６６】
また、型の回転非対称形状は、型母材又はその表面に設けられた保護膜の回転対称な表面を不均一にエッチングすることにより、または、型母材の回転対称な表面上に不均一に膜を堆積させることにより形成されるので、特別なそして高価な加工機を用いることなく、型の製造が容易になる。また、表面に回転対称な形状を有する型母材は、従来の切削又は研削方法により容易に形成することができる。さらに、エッチング処理又は成膜処理において、エッチングレート又は成膜レートが安定しているので、その加工量を容易に制御することができる。それゆえ、型母材の最初の回転対称形状を損なうことなく、型の回転非対称形状を正確に形成することができる。
【００６７】
また、型の回転非対称形状を、型母材等の回転対称な表面上又は回転対称な表面から上に離れた位置にマスクを配置する工程と、マスクを通して型母材等の回転対称な表面にイオン又はラジカルを照射する工程を有するドライエッチング処理により形成するか、または、エッチングされるべき所定形状の部分を除く少なくとも型母材等の回転対称な表面にレジスト膜を形成する工程と、少なくとも型母材等の回転対称な表面をエッチング液中に浸す工程を有するウエットエッチング処理により形成することにより、従来より行われているエッチング処理技術を応用することができる。その結果、新たに特殊な装置や技術を用いることなく、比較的容易に回転非対称な型を得ることができる。
【００６８】
また、上記型母材の回転対称な表面上に不均一に膜を堆積させる方法において、型の回転非対称形状は、型の回転対称な表面上又は回転対称な表面から上に離れた位置にマスクを配置する工程と、型母材の回転対称な表面に粒子を照射する工程を有する、スパッタリング法、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法から選ばれたいずれかの方法により形成することができ、従来より行われている成膜技術を応用することができる。特に、従来の方法では製作が困難であったトーリック面又はシリンドリカル面を型の表面に形成することが可能となる。さらに、エッチング処理又は成膜処理により、多数の型を同時に形成することができる。それゆえ、型１個当たりの形成に要する時間を短くし、また型１個当たりのコストを低減させることができる。
【００６９】
また、マスクを通して型母材の表面をエッチングする又は型母材の表面に膜を形成する方法において、型母材の光学機能面は、マスクの開口部の形状及び／又は型母材の光学機能面に対する光学機能面の位置を調節することにより、所望の形状に形成することができる。さらに、成膜法は、従来から行われている型の光学機能面への保護膜や離型膜の形成工程に適用することが可能であり、型の製造工程数を増やすことなく回転非対称な型を形成することができる。
【００７０】
さらに、型の回転非対称な形状は、この回転非対称な形状が光学素子に転写された場合に、軸上波面収差に非点収差成分を発生させるように構成されているので、上記方法により製造された少なくとも１つの回転非対称光学機能面を有する非球面レンズ等の光学素子は、軸上の波面収差に非点収差成分を発生させることができる。それゆえ、ほぼ同じ方向にほぼ同じ量の非点収差を発生させる光学素子を量産することができる。
【００７１】
また、光学素子の回転非対称光学機能面により発生される非点収差の方向を検出し、光学素子の（取り付け）方向をマーキングすることにより、そのマークを光学装置の所定の位置に位置決めすることにより光学素子を容易に装着することができる。それゆえ、非点収差をモニターしながら光軸に対する光学素子の方向を調節することを省略することができる。さらに、型のエッジ部分にマークに対応する凹凸形状を形成すれば、光学素子の製造と同時に光学素子のエッジ部にマークを形成することができる。それゆえ、回転非対称な光学機能面により発生される非点収差の方向の検出を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第１の実施形態において用いられる型を形成する方法及び中間組み立て体を示す断面図
【図２】第１の実施形態における型母材とマスクの形状及び相対位置を示す図１に示した中間組み立て体の平面図
【図３】第１の実施形態において形成された型の形状を示す斜視図
【図４】型を形成するために第１の実施形態で用いられるエッチング装置を示す側部断面図
【図５】第１の実施形態における図２及び図３の軸Ｘ及びＹ方向のエッチング後の型の断面形状に対応するデータを示すグラフ
【図６】本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第２の実施形態において用いられる型を形成する方法を示す側部断面図
【図７】第２の実施形態における型母材とマスクの形状及び相対位置を示す型母材の中間段階の平面図
【図８】第２の実施形態における図７の軸Ｘ及びＹ方向のエッチング後の型の断面形状に対応するデータを示すグラフ
【図９】本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第３の実施形態において用いられる型を形成する方法及び中間組み立て体を示す側部断面図
【図１０】第３の実施形態における型母材とマスクの形状及び相対位置を示す図９に示した中間組み立て体の平面図
【図１１】第３の実施形態における図１０の軸Ｘ及びＹ方向の成膜後の型の断面形状に対応するデータを示すグラフ
【図１２】本発明の方法により製造される光学素子を示す斜視図
【図１３】本発明の光学素子の製造方法のプレスモールディング工程を示す側部断面図
【符号の説明】
１ ：型母材
１ａ：型母材表面
２ ：保護膜
３ ：保護膜表面
４ ：マスク
５ ：矩形開口
６ ：イオンビーム
７ ：マスク治具
９ ：エッチング室
１０ ：ステージ
１１ ：イオンビーム加速電極
１２ ：プラズマ
１３ ：イオン銃
１４ ：導入バルブ
２０ ：型母材
２１ ：型母材表面
２２ ：レジスト膜
２３ ：開口
２４ ：開口
２５ ：エッチング液
３０ ：型母材
３０ａ：型母材表面
３１ ：膜
３２ ：膜表面
３３ ：マスク
３４ ：矩形開口
３５ ：マスク治具
３６ ：スパッタ粒子
５０ ：光学素子
５１ ：光学機能面
５２ ：陵線
５３ ：陵線
６０ ：光学素材
６１ ：型
６２ ：型
１００ ：中間組み立て体
２００ ：中間組み立て体
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器に用いられる非球面レンズ等の光学素子の製造方法及びそれに適する回転非対称型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ディスクや光磁気ディスク用の光ヘッドは、ディスクの記録面上をトラッキングするために、常にディスクの半径方向に駆動される。従って、ほとんどの場合、ディスクの記録面上のデータを読み出したり、記録面上にデータを書込むのに、対物レンズの軸外領域が使用される。しかしながら、軸外領域におけるレンズの光学性能は、軸外領域において非点収差が増加するため、近軸領域における光学性能と比較して劣っている。さらに、光源として用いられる半導体レーザーからの光は非点隔差を有する。また、ディスクの記録面により反射された光を光検出器に集光するための第２のレンズも非点収差を有する。そのため、光ヘッドの記録再生性能はさらに劣化してしまう。
【０００３】
そのため、光ヘッドの性能を向上させるために種々の方法が提案されている。第１の従来例として、例えば特開平５−１０７４６７号公報には、少なくとも回転非対称な光学機能面を有する対物レンズが提案されている。対物レンズの光学機能面を回転非対称に形成することにより、光軸上の収差に非点収差成分を発生させることができる。対物レンズの方向は、回転非対称面により発生される非点収差により、上記半導体レーザや第２のレンズによる収差を相殺させるように調整される。また、第２の従来例として、光学素材を直接研磨して加工する方法が知られている。
【０００４】
第３の従来例として、例えば米国特許第５，０１５，２８０号に、プレス成形による光学素子の製造技術が提案されている。プレス成形方法は、型形状を光学素材に転写する工法である。それゆえ、もし型を高精度に加工できれば、所望の光学素子を容易に製造することができる。製造されるべき光学素子が回転対称非球面レンズ等のように回転対称である場合、型は超精密ＣＮＣ制御工作機械を用いて形成することができる。型は光軸を中心として回転され、研削あるいは切削工具はレンズの断面形状となる非円弧の軌跡で送り運動される。これにより、約０．１μｍの形状精度で、比較的容易に型を製造することができる。
【０００５】
第４の従来例として、例えば特開平５−１０７４６７公報には、回転対称形状の型を用いて、成形条件を制御することにより非点収差を発生させる方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の従来例のように回転非対称な光学素子を製造することは、実際問題として非常に困難である。また、第２の従来例である直接研磨法では、ガラス等の光学素材と砥石を相互に揺動させ、擦り合わせて研磨するため、必然的に平面かあるいは球面形状しか加工することができない。従って、従来の直接研磨法では、回転非対称形状の光学素子を製造することができないという問題点を有する。
【０００７】
第３の従来例では、製造されるべき光学素子が回転非対称な光学機能面を有する場合、型を製作する加工機は非常に複雑で、高精度でかつ高価なものとなる。すなわち、例えば型の回転角度を検知するためにエンコーダを加工機の主軸に取り付け、型の回転角度を測定しながら、型又は主軸の１回転中に、工具の前進後退を高精度に制御しながら、繰り返し行わなければならない。さらに、この加工により形成された型の形状精度を確保することは困難である。また、工具の位置を型又は主軸の回転に追従させるために主軸を非常にゆっくりと回転させなければならず、型の加工時間が長くなってしまうという問題点を有する。
【０００８】
第４の従来例では、成形温度、温度勾配、成形圧力、成形素材形状等を高精度に制御管理しなければならない。さらに、光学素子の量産において歩留まりを確保することは困難であり、また、レンズの非点収差の方向が定まらないという問題点を有する。
【０００９】
以上のように、従来の製造方法では、回転非対称形状の光学素子を製造することは困難であった。本発明の目的は、非回転対称形状の光学機能面を有する光学素子を容易に製造する方法及びそれに適する型の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子の製造方法は、光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称な曲面であり、前記回転非対称形状は型母材の回転対称な面を不均一にエッチングすることにより形成される。
【００１１】
上記構成において、前記型の回転非対称形状はドライエッチング法により形成され、前記ドライエッチング法はマスクを前記型母材の回転対称表面に接する位置又は回転対称表面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称表面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより行うことが好ましい。
【００１２】
または、上記構成において、前記型の回転非対称形状はウエットエッチング法により形成され、前記ウエットエッチング法はエッチングされるべき所定形状の部分を除いて少なくとも前記型母材の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより行うことが好ましい。
【００１３】
上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記型の回転非対称表面に保護膜を均一に形成することが好ましい。
【００１４】
一方、本発明の別の光学素子の製造方法は、光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称な曲面であり、前記回転非対称形状は型母材上に形成された保護膜の回転対称な面を不均一にエッチングすることにより形成される。
【００１５】
上記構成において、前記型の回転非対称形状はドライエッチング法により形成され、前記ドライエッチング法はマスクを前記型母材上の保護膜の回転対称表面に接する位置又は回転対称表面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記保護膜の回転対称表面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより行うことが好ましい。
【００１６】
または、上記構成において、前記型の回転非対称形状はウエットエッチング法により形成され、前記ウエットエッチング法はエッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも前記型母材の表面に形成された保護膜の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより行うことが好ましい。
【００１７】
上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明のさらに別の光学素子の製造方法は、光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称であり、前記回転非対称形状は型母材の回転対称表面に膜を不均一に成膜することにより形成される。
【００１９】
上記構成において、前記型の回転非対称形状は、スパッタリング法、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法から選択されたいずれかの方法により形成され、前記方法はマスクを前記型母材の回転対称面に接する位置又は回転対称面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称面に粒子を照射することにより行うことが好ましい。
【００２０】
また、上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
【００２１】
一方、本発明の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、マスクを型母材の回転対称な曲面に接する位置又は回転対称な曲面から上方に離れた位置に配置し、前記型母材の回転対称な曲面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより前記型母材の回転対称な曲面を不均一にエッチングする。
【００２２】
また、本発明の別の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、エッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも型母材の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより前記型母材の回転対称表面を不均一にエッチングする。
【００２３】
本発明のさらに別の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、マスクを型母材上に形成された保護膜の回転対称な曲面に接する位置又は回転対称な曲面から上方に離れた位置に配置し、前記保護膜の回転対称な曲面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより前記保護膜の回転対称な曲面を不均一にエッチングする。
【００２４】
本発明のさらに別の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、エッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも型母材上に形成された保護膜の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記保護膜の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより前記保護膜の回転対称表面を不均一にエッチングする。
【００２５】
上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
【００２６】
本発明のさらに別の光学素子成形用回転非対称型の製造方法は、型母材の回転対称表面に膜を不均一に成膜する。
上記構成において、前記型の回転非対称形状は、スパッタリング法、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法から選択されたいずれかの方法により形成され、前記方法はマスクを前記型母材の回転対称面に接する位置又は回転対称面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称面に粒子を照射することにより行うことが好ましい。
また、上記各構成において、前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面であることが好ましい。
また、上記各構成において、前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状であることが好ましい。
【００２７】
さらに、型母材を直接エッチングする場合には、前記型の回転非対称表面に保護膜を均一に形成することが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第１の実施形態について、図１から図５及び図１２及び図１３を参照しつつ説明する。本発明の方法により製造されるべき光学素子５０は、例えば非球面レンズであり、図１２に示す。光学素子５０の光学機能面５１は回転非対称非球面であり、垂直な陵線５２及び水平な陵線５３を有する。垂直方向の曲率半径と水平方向の曲率半径とは異なる。それゆえ、陵線５２及び５３はそれぞれ２つの異なった点に焦点を結ぶ。光学素子５０はその軸上において非点収差を有する。光学素子５０は、一対の型の間に配置された光学素材をプレス成型することにより、製造される。少なくとも型の１つは回転非対称非球面を有し、回転非対称非球面は光学素材の表面に転写される。それゆえ、光学素子５０の光学機能面５１が形成される。
【００２９】
次に、回転非対称非球面を有する型の製造方法について説明する。図１に示すように、中間組み立て体１００は型母材１と、マスク４とマスク治具７を具備する。型母材１は、タングステン（Ｗ）及びカーボン（Ｃ）を主成分とする超硬合金で出来ている。型表面の傷付きや成形時の光学素材の融着を防ぐために、型母材１の表面１ａ上に保護膜２を形成してもよい。マスク４は、マスク治具７を介して型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３よりも上方に所定距離だけ離れた位置に配置されている。アルゴン（Ａｒ）イオンビーム６は、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３をエッチングするために、マスク４の上方から下方に照射される。型母材１は、型製造工程が完了した時点で、回転非対称非球面を有する型となる。
【００３０】
型母材１の表面１ａには、従来の回転対称非球面を形成するための方法により、あらかじめ回転対称な非球面が形成されている。型母材１は、製造されるべき光学素子の光軸に対応する軸を中心として回転される。そして、研削砥石と型母材の接する加工点が光学素子５０の所定方向、例えば図１２の陵線５２に沿った非円弧の断面形状を描くように、砥石を送り運動させる。この加工法により加工された型母材１の形状精度は±０．１μｍ程度であった。型母材１の表面１ａに保護膜２を形成する場合、プラチナ−イリジウム（Ｐｔ−Ｉｒ）合金等の保護膜をスパッタ法により厚さ３μｍで成膜する。
【００３１】
図２から明らかなように、斜線部は型母材１のマスク４により遮へいされている部分である。例えば、エッジ部を含めた型母材１の成形面の直径は５ｍｍであり、表面１ａ又は３の直径は４ｍｍである。矩形開口５の大きさは５ｍｍ×２ｍｍであり、各開口５は１ｍｍの間隔をおいて平行に配置されている。
【００３２】
次に、図１に示す上記中間組み立て体１００を図４に示すエッチング装置に配置する。第１の実施形態では、ＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）イオンビームエッチング装置を用いている。エッチング装置は、エッチング室９と、中間組み立て体１００が装着されるステージ１０と、エッチング室９の上端部に設けられたイオンビーム加速電極１１と、エッチング室９の上に設けられたイオン銃１３を具備する。
【００３３】
中間組み立て体１００がステージ１０に装着されると、エッチング室９の内部が真空となるように空気が除去される。その後、アルゴン（Ａｒ）ガスを、ガス導入バルブ１４を介してイオン銃１３内に導入し、プラズマ１２を発生させる。イオン加速電極１１はプラズマ１２からＡｒイオンを引きだし、イオンビーム６を中間組み立て体１００に照射する。型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３の原子又は分子は、飛来してきたイオンの衝突により、弾き飛ばされる。それにより、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３のエッチング加工が行われる。
【００３４】
第１の実施形態において、中間組み立て体１００の最大直径は１５ｍｍであった。エッチング室９内のステージ１０上に７つの中間組み立て体１００を装着した。イオン銃１３からのイオンビーム束の直径は６０ｍｍであった。マスク４は、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３から１０ｍｍ離した。エッチング条件は以下の通りである。導入Ａｒガスの圧力０．０９Ｐａ、イオンビーム６の加速電圧８００Ｖ、イオンビーム６の電流密度１．０ｍＡ／ｃｍ２、イオンビーム６の照射時間３分であった。
【００３５】
型１個当たりの加工に要した時間は、中間組み立て体１００の組み立て時間、中間組み立て体１００をエッチング室９内にセッティングする時間及びエッチング室９の内部を真空にするために空気を引く時間を含めて、約９０分（１時間半）であった。もし、イオンビーム束の直径を更に大きくすることができれば、多数の型を効率的に製造することができる。
【００３６】
以上のようにして形成された型の断面形状を、図２及び図３に示すＸ軸及びＹ軸方向に測定した。測定結果を図５に示す。図５において、横軸は型中心から測定点までの距離を表し、縦軸は測定点におけるエッチングする前の回転対称な形状とエッチング後の回転非対称な形状とのずれ量を型の中心を０として表したものである。図５から明らかなように、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３のＹ軸に沿った領域はマスク４で蔽われ、イオンビーム６により均一にエッチングされるので、Ｙ軸方向の型の断面形状はエッチング前の回転対称な形状から変化していない。一方、Ｘ軸方向に型の中心から離れた領域は中心部分よりも多くイオンビーム６にさらされるので、Ｘ軸方向の型の断面形状は中心から周辺部に向かってゆるやかに傾斜している。その結果、エッチング後の型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３の表面形状は、例えばトーリック面のような回転非対称となる。Ｘ軸方向の型の全体的な曲率半径は、Ｙ軸方向の型の曲率半径よりも大きくなる。
【００３７】
さらに、回転対称な表面を有する別の型を、従来の方法によりあらかじめ用意しておく。図１３に示すように、例えばガラスや樹脂等の光学素材６０を型６１と６２の間に配置する。型６１と６２のいずれか一方は、上記エッチング方法により形成された回転非対称面を有し、他方は従来の方法で形成された回転対称面を有する。型６１及び６２と光学素材６０は、少なくとも光学素材６０の表面が軟化する所定の温度に加熱される。型６１及び６２は、型６１及び６２の表面形状が光学素材６０の表面に転写されるように、所定の圧力でプレスされる。その後、型６１及び６２と光学素材６０は冷却され、回転非対称な光学機能面５１を有する非球面レンズである光学素子５０が得られる。
【００３８】
第１の実施形態において、外周部におけるＸ軸方向の型の断面形状の最大ずれ量を０．１５μｍとした。上記エッチング工程を５回繰り返し、合計で３５個の型を製作した。型の形状誤差は、設計ずれ量０．１５μｍに対して±０．０２μｍであった。
【００３９】
プレス成型工程を繰り返し、同一型で１０００個のレンズを成形した。光学素材として光学ガラスＳＦ８を用いた。上記型を用いて成型した光学素子５０は、例えばトーリック面等の回転非対称な光学機能面５１を有するので、光学素子５０は非点収差を発生する。光学素子５０の光学性能を測定したところ、各光学素子５０はほぼ同じ方向にほぼ同じ量の非点収差を発生させた。非点収差の平均値は３０ｍλ（ｍλ：用いられる光源の波長の１／１０００）であり、光ディスク装置用光ヘッドの対物レンズとして適度な値であった。その上、光学素子５０全体の波面収差も良好であった。この光学素子５０を用いて光ヘッドを組み立てた。光学素子５０は、回転非対称非球面による軸上非点収差によって光ディスクの半径方向の軸外非点収差が相殺されるように取り付けられている。第１の実施形態の光学素子５０を用いた光ヘッドによる光ディスクの再生特性は、従来の回転対称形状のレンズを用いた従来の光ヘッドを用いた再生特性よりも優れていた。
【００４０】
マスク４の開口５の形状、マスク４と型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３との距離、エッチング条件及びエッチング量を制御することにより、所望の回転非対称形状を型に形成することができる。それにより、所望する非点収差を発生させる光学素子を得ることができる。
【００４１】
第１の実施形態では、型母材又はその表面の保護膜をエッチングするためにアルゴンイオンを照射したが、他のイオンやラジカルを用いたドライエッチング法であっても、同様の形状を得ることができる。さらに、保護膜２を形成する場合、エッチング処理の前に型母材１の表面１ａに保護膜２を形成し、保護膜２の表面３をエッチングしたが、保護膜２を形成する前に型母材１の表面１ａを回転非対称にエッチングし、そのあと保護膜２を均一に形成してもよい。さらに、マスクを用いずに、型母材１の表面１ａ又は保護膜２の表面３をイオンビームを操作（ｓｃａｎｎｉｎｇ）させることによりエッチングを行ってもよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第２の実施形態について、図６から図８を参照しつつ説明する。第２の実施形態において、製造されるべき光学素子の形状及び型を用いた光学素子の製法工程は第１の実施形態の場合と実質的に同じである。しかしながら、回転非対称非球面を有する型の製造方法が異なる。
【００４３】
図６に示すように、開口２３及び２４を除いて型母材２０の全面がレジスト膜２２により蔽われている。開口２３は、型母材２０の表面２１に対向するように形成されている。マークを形成するための開口２４は、表面２１のエッジ部２１ａに対向するように形成されている。レジスト膜２２を有する型母材２０はエッチング溶液２５に浸されている。それゆえ、型母材２０の表面２１は回転非対称形状にエッチングされる。型母材２０は、クロム合金ステンレス工具鋼でできている。
【００４４】
型母材２０の表面２１は、従来の方法により、大まかに回転対称非球面形状に形成されている。少なくとも型母材２０の表面２１には無電解ニッケルメッキ膜（図示せず）が施されている。さらに、型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜は超精密旋盤を用いてダイヤモンド工具により切削される。それゆえ、型母材２０上の表面２１上のニッケルメッキ膜は、例えば図１２に示す陵線５２に沿った光学素子５０の断面形状に正確に一致するように回転対称非球面に仕上げられる。エッチング溶液２５としては、硫酸の５倍希釈液を用いた。
【００４５】
例えば、型母材２０の表面２１の半径は２ｍｍであり、平坦なエッジ部２１ａの幅は１ｍｍであった。従って、エッジ部を含む型母材２０の成型面の全半径は３ｍｍであった。開口２３及び２４を除く型母材２０の全表面は、エッチング溶液２５によってエッチングされないように、レジスト膜２２により蔽われている。開口２３は図７に示す軸Ｙに沿って配置されている。開口２３の幅は１ｍｍであり、長さは約４ｍｍであった。開口２４は軸Ｙと直交する軸Ｘ上に設けられている。開口２４の直径は０．６ｍｍであった。
【００４６】
エッチング溶液２５は、直径約２００ｍｍのガラス容器に満たされ、４０℃に保温されている。最大直径１６ｍｍのレジスト膜で蔽われた型母材２０を４０個樹脂成のかごに並べ、５分間エッチング溶液２５に浸した。その後、かごをエッチング液２５から引き上げ、純水で洗浄した。その結果、型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜は回転非対称にエッチングされた。
【００４７】
上記方法により形成された型の断面形状を図７に示すＸ軸及びＹ軸方向に測定した。測定結果を図８に示す。図８において、横軸は型中心から測定点までの距離を表し、縦軸は測定点におけるエッチング前の回転対称な形状とエッチング後の回転非対称な形状とのずれ量を型の中心を０として表したものである。図８から明らかなように、型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜のＹ軸方向の中心部分はレジスト膜２２で蔽われておらず、エッチング液２５によりにより均一にエッチングされるので、Ｙ軸方向の型の断面形状はエッチング前の回転対称な形状から変化していない。一方、Ｘ軸方向の表面２１上のニッケルメッキ膜の周辺部はレジスト膜２２で蔽われており、型の中心部分は周辺部分よりもエッチング液により多くエッチングされるため、Ｘ軸方向の型の断面形状において、周辺部分は中心部分に対して相対的に約０．１μｍ高くなっている。さらに、図８の距離（半径）−２から−３の部分において、開口２４に対向する位置に凹みが形成されている。その結果、型表面の形状は、例えばトーリック面の様な回転非対称となる。Ｘ軸方向の型の曲率半径は、Ｙ軸方向の型の曲率半径よりも相対的に小さくなる。
【００４８】
上記方法により形成された４０個の型の形状を測定したところ、Ｘ軸方向の型の断面形状の形状誤差は、平均ずれ量０．１μｍに対して−０．０２μｍから＋０．０３μｍの範囲内であり、ばらつきは小さかった。
【００４９】
なお、光学素子の成型時における型表面の傷付きや光学素材の融着を防ぐために、プラチナ−タンタル（Ｐｔ−Ｔａ）合金の保護膜をスパッタリング法により、型の回転非対称面に、厚さ２μｍの保護膜を形成した。
【００５０】
さらに、回転対称非球面を有する他の型を用意しておく。図１３に示す第１の実施形態と同様に、ポリカーボネイト樹脂製の光学素材６０を型６１と６２の間に配置する。型６１と６２のいずれか一方は上記エッチング方法により形成された回転非対称面を有し、他方は従来の方法で形成された回転対称面を有する。光学素材６０及び型６１及び６２を所定の温度に加熱した後、型６１と６２を所定の圧力でプレスした。その後、光学素材６０及び型６１及び６２を冷却した。この様にして、光学素子５０が得られた。
【００５１】
このようなプレス成型工程を繰り返すことにより、同一型で１０００個のレンズを成形した。図１３に示すように、上記型を用いたプレス成型により製造した光学素子５０はトーリック面等の回転非対称光学機能面５１を有するので、光学素子５０は非点収差を発生する。光学素子５０の光学性能を測定したところ、各光学素子５０はほぼ同じ方向にほぼ同じ量の非点収差を発生させた。非点収差の平均値は２５ｍλ（ｍλ：用いられる光源の波長の１／１０００）であり、光ディスク装置用光ヘッドの対物レンズとして適度な値であった。その上、光学素子５０全体の波面収差も良好であった。この光学素子５０を用いて光ヘッドを組み立てた。図７及び図８に示すように、回転非対称の方向を示すマークを検出することにより、光学素子の位置決めを行った。第２の実施形態では、実際に非点収差を測定する必要がないので、光学素子５０が光ヘッドに装着される際に、最適な光学性能を有する方向に光学素子５０を容易に取り付けることができる。第２の実施形態の光学素子５０を用いた光ヘッドによる光ディスクの再生特性は、従来の回転対称形状の型によって成形したレンズを用いた従来の光ヘッドを用いた再生特性よりも優れていた。
【００５２】
レジスト膜２２の開口２３の形状、エッチング条件及びエッチング量を制御することにより、所望の回転非対称形状を型に形成することができる。それにより、所望する非点収差を発生させる光学素子を得ることができる。さらに、エッチング工程は図６に示す例に限定されない。表面２１を含む型母材２０の一部分だけをエッチング溶液に浸してもよい。この場合、レジスト膜２２は型母材２０の表面２１近傍のみに設ければよい。エッチング溶液２５の成分は、型母材２０の材料をエッチングできるものであればよい。第２の実施形態では、型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜をエッチングするために硫酸を用いたが、型母材又はその表面の保護膜をエッチングできるものであれば、他のものを用いてもよい。また、第２の実施形態では型母材２０の表面２１上のニッケルメッキ膜をエッチングしたが、型母材２０の表面２１を直接エッチングしてもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第３の実施形態を、図９から図１１を参照しつつ説明する。第３の実施形態において、製造されるべき光学素子及び型を用いた光学素子の製造工程は第１の実施形態と実質的に同じである。しかしながら、回転非対称非球面を有する型の製造方法が第１の実施形態とは異なる。第３の実施形態においては、回転非対称な型の形成方法としてスパッタリング法を用いている。
【００５４】
図９に示すように、中間組み立て体２００は型母材３０と、マスク３３とマスク治具３５を具備する。マスク３３は型母材３０の上方にマスク治具３５を介して配置されている。スパッタ粒子３６は、マスク３３の上方から下方に向かって飛来し、型母材３０の表面に膜３１を形成する。型母材３０はアルミナを主成分とするサーメットでできている。
【００５５】
スパッタリング工程に先立って、従来の方法により、型母材３０の表面３０ａに回転対称非球面を形成する。型母材３０を成形されるべき回転非対称非球面レンズ等の光学素子の光軸に対応する軸を中心として回転させる。研削砥石は、砥石と型母材の接する加工点が、光学素子５０の所定方向、例えば図１２の陵線５２に沿った非円弧断面形状を描くように送り運動される。
【００５６】
図１０に示すように、斜線部はマスク３３により型母材３０を遮蔽している部分である。例えば、型母材３０の表面３０ａの直径は６ｍｍであり、矩形開口３４の大きさは６ｍｍ×４ｍｍであった。マスク３３と型母材３０の表面３０ａとの距離は５ｍｍであった。
【００５７】
次に、１４個の中間組み立て体２００をスパッタリング装置の直径約１００ｍｍのホルダ上に配列し、スパッタリング装置の内部の空気を引いて真空にした。その後、アルゴン（Ａｒ）ガスをスパッタリング装置内に導入した。アルゴンガスの圧力を０．１３Ｐａとし、ＲＦパワー１００Ｗで放電を発生させた。Ｐｔ−Ｒｅをターゲットとして、スパッタリングを６０分間行った。その結果、不均一な厚さを有する膜３１が、回転非対称となるように型母材３０の表面３０ａ上に形成された。第３の実施形態では、膜３１の材料はスパッタリング法により形成されたプラチナ−レニウム（Ｐｔ−Ｒｅ）合金である。この膜３１は、傷付きや成形時の光学素材融着を防ぐための保護膜としても機能する。型の中心部分における膜３１の厚さは２μｍであった。また、Ｘ軸方向に型の中心から２．５ｍｍ離れた位置における膜３１の厚さは１．８７μｍであった。最初の回転対称な形状からのＸ軸方向における型の断面形状の変位量は０．１３μｍであった。型の形状誤差は平均変位量０．１３μｍに対して±０．０２μｍであった。
【００５８】
図１０に示すＸ軸及びＹ軸方向の型の断面形状を測定した。測定結果を図１１に示す。図１１において、横軸は型中心から測定点までの距離を表し、縦軸は測定点における型母材３０の表面３０ａ上に形成されたオリジナルの回転対称な形状と膜３１の表面３２とのずれ量を型の中心を０として表したものである。図１１から明らかなように、Ｙ軸方向における型母材３０の表面３０ａの中心部分はマスク３３により蔽われておらず、膜３１がその上に均一に形成されるため、Ｙ軸方向の型の断面形状は型母材３０の表面３０ａの最初の形状から変化していない。一方、Ｘ軸方向における型母材３０の外周部近傍はマスク３３により蔽われており、型母材３０の表面３０ａの中心部近傍に付着する粒子の量は周辺部に付着する粒子の量よりも多いため、Ｘ軸方向における型の断面形状は中心部から外側に向かって緩やかに傾斜する形状になる。その結果、型母材３０上の膜３１の表面３２に対応する型の表面形状は、例えばトーリック面等の回転非対称となる。Ｘ軸方向の加担曲率半径は、全体としてＹ軸方向の曲率半径よりも大きくなる。
【００５９】
さらに、回転対称非球面を有する別の型を用意し、図１３に示す第１の実施形態と同様に、型６１と６２の間に光学ガラスＶＣ７９でできた光学素材６０を配置した。型６１及び６２の一方は上記スパッタリング法により形成された回転非対称非球面を有し、他方は従来の方法により形成された回転対称非球面を有する。光学素材６０及び型６１及び６２を所定の温度に加熱し、型６１及び６２を所定の圧力でプレスした。その後、光学素材６０及び型６１及び６２を冷却した。このようにして、光学素子５０が得られた。
【００６０】
この様なプレス成型工程を繰り返し、同じ型で１０００個の光学素子を製造した。上記型により成型された光学素子５０は、例えばトーリック面等の回転非対称光学機能面５１を有するので、光学素子５０は非点収差を発生する。光学素子５０の光学性能を測定したところ、各光学素子５０はほぼ同じ方向にほぼ同じ量の非点収差を発生した。非点収差の平均値は２５ｍλ（ｍλ：用いられる光源の波長の１／１０００）であり、光ディスク装置用光ヘッドの対物レンズとして適度な値であった。そのうえ、光学素子５０全体の波面収差も良好であった。この光学素子５０を用いて光ヘッドを組み立てた。光学素子５０は、回転非対称非球面によって光磁気ディスクの半径方向の軸外非点収差が相殺されるように取り付けられている。第３の実施形態の光学素子５０を用いた光ヘッドによる光磁気ディスクの再生特性は、従来の回転対称形状のレンズを用いた従来の光ヘッドの再生特性よりも優れていた。
【００６１】
マスク３３の開口３４の形状、マスク３３と型母材３０の表面３０ａとの距離、スパッタリング条件及び型母材３０の表面３０ａに付着する粒子の量等を制御することにより、所望の回転非対称形状を型に形成することができる。それにより、所望する非点収差を発生させる光学素子を得ることができる。
【００６２】
第３の実施形態では、膜３１を形成する方法としてスパッタリング法を用いたが、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてもよい。また、保護膜を兼ねる膜３１を回転非対称に形成したが、中間層を回転非対称に形成し、中間層の上に保護膜を均一に形成してもよい。
【００６３】
上記第１、第２及び第３の各実施形態において、図２、図７及び図１０の各平面図に示すように、型母材１、２０及び３０は型全体が回転対称形であるが、型母材の形状は必ずしも回転対称形には限定されない。例えば光学機能面が形成される表面が回転対称であれば、型母材の他の部分、例えば成形面の外周部、型の首あるいはツバ等の光学機能面が形成される部分以外の形状については、矩形断面等の回転非対称形であってもよい。
【００６４】
さらに、上記各実施形態において、型又は保護膜の表面１ａ、３、２１及び３０ａの形状はそれぞれＹ軸に対して対称であるが、本発明を軸非対称な光学機能面を形成するために応用することができる。マスク４及び３３、マスク治具７及び３５の構成は上記図示した実施形態には限定されず、エッチング粒子又は成膜粒子を遮蔽し得るものであればよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光学素子の製造方法は、光学素材を一対の型の間に配置する工程と、光学素材及び型を所定の温度に加熱する工程と、光学素材の表面に型の形状を転写するために型を押圧する工程を具備し、型の少なくとも１面は回転非対称である。この方法によれば、型の回転非対称形状が光学素子の表面に転写されるので、同一の光学的性能を有する光学素子を大量生産することが可能になる。
【００６６】
また、型の回転非対称形状は、型母材又はその表面に設けられた保護膜の回転対称な表面を不均一にエッチングすることにより、または、型母材の回転対称な表面上に不均一に膜を堆積させることにより形成されるので、特別なそして高価な加工機を用いることなく、型の製造が容易になる。また、表面に回転対称な形状を有する型母材は、従来の切削又は研削方法により容易に形成することができる。さらに、エッチング処理又は成膜処理において、エッチングレート又は成膜レートが安定しているので、その加工量を容易に制御することができる。それゆえ、型母材の最初の回転対称形状を損なうことなく、型の回転非対称形状を正確に形成することができる。
【００６７】
また、型の回転非対称形状を、型母材等の回転対称な表面上又は回転対称な表面から上に離れた位置にマスクを配置する工程と、マスクを通して型母材等の回転対称な表面にイオン又はラジカルを照射する工程を有するドライエッチング処理により形成するか、または、エッチングされるべき所定形状の部分を除く少なくとも型母材等の回転対称な表面にレジスト膜を形成する工程と、少なくとも型母材等の回転対称な表面をエッチング液中に浸す工程を有するウエットエッチング処理により形成することにより、従来より行われているエッチング処理技術を応用することができる。その結果、新たに特殊な装置や技術を用いることなく、比較的容易に回転非対称な型を得ることができる。
【００６８】
また、上記型母材の回転対称な表面上に不均一に膜を堆積させる方法において、型の回転非対称形状は、型の回転対称な表面上又は回転対称な表面から上に離れた位置にマスクを配置する工程と、型母材の回転対称な表面に粒子を照射する工程を有する、スパッタリング法、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法から選ばれたいずれかの方法により形成することができ、従来より行われている成膜技術を応用することができる。特に、従来の方法では製作が困難であったトーリック面又はシリンドリカル面を型の表面に形成することが可能となる。さらに、エッチング処理又は成膜処理により、多数の型を同時に形成することができる。それゆえ、型１個当たりの形成に要する時間を短くし、また型１個当たりのコストを低減させることができる。
【００６９】
また、マスクを通して型母材の表面をエッチングする又は型母材の表面に膜を形成する方法において、型母材の光学機能面は、マスクの開口部の形状及び／又は型母材の光学機能面に対する光学機能面の位置を調節することにより、所望の形状に形成することができる。さらに、成膜法は、従来から行われている型の光学機能面への保護膜や離型膜の形成工程に適用することが可能であり、型の製造工程数を増やすことなく回転非対称な型を形成することができる。
【００７０】
さらに、型の回転非対称な形状は、この回転非対称な形状が光学素子に転写された場合に、軸上波面収差に非点収差成分を発生させるように構成されているので、上記方法により製造された少なくとも１つの回転非対称光学機能面を有する非球面レンズ等の光学素子は、軸上の波面収差に非点収差成分を発生させることができる。それゆえ、ほぼ同じ方向にほぼ同じ量の非点収差を発生させる光学素子を量産することができる。
【００７１】
また、光学素子の回転非対称光学機能面により発生される非点収差の方向を検出し、光学素子の（取り付け）方向をマーキングすることにより、そのマークを光学装置の所定の位置に位置決めすることにより光学素子を容易に装着することができる。それゆえ、非点収差をモニターしながら光軸に対する光学素子の方向を調節することを省略することができる。さらに、型のエッジ部分にマークに対応する凹凸形状を形成すれば、光学素子の製造と同時に光学素子のエッジ部にマークを形成することができる。それゆえ、回転非対称な光学機能面により発生される非点収差の方向の検出を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第１の実施形態において用いられる型を形成する方法及び中間組み立て体を示す断面図
【図２】第１の実施形態における型母材とマスクの形状及び相対位置を示す図１に示した中間組み立て体の平面図
【図３】第１の実施形態において形成された型の形状を示す斜視図
【図４】型を形成するために第１の実施形態で用いられるエッチング装置を示す側部断面図
【図５】第１の実施形態における図２及び図３の軸Ｘ及びＹ方向のエッチング後の型の断面形状に対応するデータを示すグラフ
【図６】本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第２の実施形態において用いられる型を形成する方法を示す側部断面図
【図７】第２の実施形態における型母材とマスクの形状及び相対位置を示す型母材の中間段階の平面図
【図８】第２の実施形態における図７の軸Ｘ及びＹ方向のエッチング後の型の断面形状に対応するデータを示すグラフ
【図９】本発明の光学素子の製造方法及びそれに適する型の製造方法の第３の実施形態において用いられる型を形成する方法及び中間組み立て体を示す側部断面図
【図１０】第３の実施形態における型母材とマスクの形状及び相対位置を示す図９に示した中間組み立て体の平面図
【図１１】第３の実施形態における図１０の軸Ｘ及びＹ方向の成膜後の型の断面形状に対応するデータを示すグラフ
【図１２】本発明の方法により製造される光学素子を示す斜視図
【図１３】本発明の光学素子の製造方法のプレスモールディング工程を示す側部断面図
【符号の説明】
１ ：型母材
１ａ：型母材表面
２ ：保護膜
３ ：保護膜表面
４ ：マスク
５ ：矩形開口
６ ：イオンビーム
７ ：マスク治具
９ ：エッチング室
１０ ：ステージ
１１ ：イオンビーム加速電極
１２ ：プラズマ
１３ ：イオン銃
１４ ：導入バルブ
２０ ：型母材
２１ ：型母材表面
２２ ：レジスト膜
２３ ：開口
２４ ：開口
２５ ：エッチング液
３０ ：型母材
３０ａ：型母材表面
３１ ：膜
３２ ：膜表面
３３ ：マスク
３４ ：矩形開口
３５ ：マスク治具
３６ ：スパッタ粒子
５０ ：光学素子
５１ ：光学機能面
５２ ：陵線
５３ ：陵線
６０ ：光学素材
６１ ：型
６２ ：型
１００ ：中間組み立て体
２００ ：中間組み立て体
Claims (26)
- 光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称な曲面であり、前記回転非対称形状は型母材の回転対称な面を不均一にエッチングすることにより形成される光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状はドライエッチング法により形成され、前記ドライエッチング法はマスクを前記型母材の回転対称表面に接する位置又は回転対称表面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称表面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより行う請求項１記載の光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状はウエットエッチング法により形成され、前記ウエットエッチング法はエッチングされるべき所定形状の部分を除いて少なくとも前記型母材の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより行う請求項１記載の光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面である請求項１から３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
- 前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状である請求項１から４のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称表面に保護膜を均一に形成した請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
- 光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称な曲面であり、前記回転非対称形状は型母材上に形成された保護膜の回転対称な面を不均一にエッチングすることにより形成される光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状はドライエッチング法により形成され、前記ドライエッチング法はマスクを前記型母材上の保護膜の回転対称表面に接する位置又は回転対称表面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記保護膜の回転対称表面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより行う請求項７記載の光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状はウエットエッチング法により形成され、前記ウエットエッチング法はエッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも前記型母材の表面に形成された保護膜の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより行う請求項７記載の光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面である請求項７から９のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
- 前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状である請求項７から１０のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
- 光学素材を一対の型の間に配置し、前記光学素材及び前記型を所定の温度に加熱し、前記型をプレスすることにより前記型の光学機能面の形状を前記光学素材の表面に転写する光学素子の製造方法であって、前記型の少なくとも１つの光学機能面は回転非対称であり、前記回転非対称形状は型母材の回転対称表面に膜を不均一に成膜することにより形成される光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状は、スパッタリング法、ＰＶＤ(physical vapor deposition)法及びＣＶＤ(chemical vapor deposition)法から選択されたいずれかの方法により形成され、前記方法はマスクを前記型母材の回転対称面に接する位置又は回転対称面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称面に粒子を照射することにより行う請求項１２記載の光学素子の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面である請求項１２又は１３に記載の光学素子の製造方法。
- 前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状である請求項１２から１４のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
- マスクを型母材の回転対称な曲面に接する位置又は回転対称な曲面から上方に離れた位置に配置し、前記型母材の回転対称な曲面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより前記型母材の回転対称な曲面を不均一にエッチングする光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- エッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも型母材の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記型母材の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより前記型母材の回転対称表面を不均一にエッチングする光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- マスクを型母材上に形成された保護膜の回転対称な曲面に接する位置又は回転対称な曲面から上方に離れた位置に配置し、前記保護膜の回転対称な曲面にイオンビーム又はラジカルビームを照射することにより前記保護膜の回転対称な曲面を不均一にエッチングする光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- エッチングされるべき所定形状の部分を除いて、少なくとも型母材上に形成された保護膜の回転対称表面にレジスト膜を形成し、少なくとも前記保護膜の回転対称表面をエッチング溶液に浸すことにより前記保護膜の回転対称表面を不均一にエッチングする光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面である請求項１６から１９のいずれかに記載の光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- 前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状である請求項１６から２０のいずれかに記載の光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- 型母材の回転対称表面に膜を不均一に成膜する光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状は、スパッタリング法、ＰＶＤ(physical vapor deposition)法及びＣＶＤ(chemical vapor deposition)法から選択されたいずれかの方法により形成され、前記方法はマスクを前記型母材の回転対称面に接する位置又は回転対称面から上方に離れた位置に配置した状態で、前記型母材の回転対称面に粒子を照射することにより行う請求項２２記載の光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- 前記型の回転非対称形状がトーリック面又はシリンドリカル面である請求項２２又は２３に記載の光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- 前記回転非対称形状は、光学素子に転写された際に、軸上波面収差の非点収差成分を生じる形状である請求項２２から２４のいずれかに記載の光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
- 前記型の回転非対称表面に保護膜を均一に形成した請求項１６又は１７に記載の光学素子成形用回転非対称型の製造方法。
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