JPH1148258A - 光学レンズに回折面をモールディングするための工具及びその製造方法 - Google Patents

光学レンズに回折面をモールディングするための工具及びその製造方法

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JPH1148258A
JPH1148258A JP10127682A JP12768298A JPH1148258A JP H1148258 A JPH1148258 A JP H1148258A JP 10127682 A JP10127682 A JP 10127682A JP 12768298 A JP12768298 A JP 12768298A JP H1148258 A JPH1148258 A JP H1148258A
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layer
pattern
molding
mold insert
nickel
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David Anthony Richards
アンソニー リチャーズ デイヴィッド
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Eastman Kodak Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改善された耐久性を有する回折光学モールデ
ィング工具を製造する方法を提供する。 【解決手段】 基体材料上に炭化クロムの層を堆積し、
この層は最終的な機械加工可能なコーティングに対する
受容体となる。回折面のパターンは予め決められ、一点
ダイアモンド旋盤加工機械が所望の深さに同軸の領域の
パターンを形成するためにこのパターンの陰画をニッケ
ルに転写するよう用いられる。パターンは次にニッケル
の全てを完全に除去するためにニッケル内で炭化クロム
層に加工するよう均一にエッチングされる。これはイオ
ンミリングで用いられるようにイオンエッチングにより
なされる。各層のエッチング速度は相互に異なり、それ
を許容するようニッケル面に転写される陰画パターンを
寸法的に調節する必要がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回折面を有する光学
レンズのモールディングに関し、より詳細には光学レン
ズに回折面をモールディングするモールディング工具を
製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】回折面を有する光学レンズを製造する多
くの方法が従来技術で知られている。回折面を有するプ
ラスチック光学系はダイアモンド工具が光学材料を切削
するために用いられるダイアモンド旋盤加工工作を通し
て製造される。この方法又はその変形はヨーロッパ特許
出願５５７０５７Ａ１、１９９３年４月のＡｐｐｌｉｅ
ｄ Ｏｐｔｉｃｓの論文”Ａｔｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉ
ｏｎ ｏｆ ａ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ
Ｌｅｎｓ ｗｉｔｈ ＤｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＯｐｔｉ
ｃｓ”、１９８９年１２月のＯｐｔｉｃｓ Ｎｅｗｓの
論文”Ｃｏｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｋｉｎｏｆｏ
ｒｍｓ ｂｙ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｉｎｔ Ｄｉａｍｏ
ｎｄ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ”、１９９１年９月の第三回
ホログラフィックシステムコンポーネント、アプリケー
ション国際会議で発表された論文”Ｄｉｆｆｒａｃｔｉ
ｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｆｌ
ｉｒ”に開示されている。
【０００３】回折面を有する光学レンズを製造する他の
方法は１９８７年の日本の応用物理誌の２６巻の論文”
Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｏｂｊｅｃｔｉ
ｖｅＬｅｎｓｅｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｋ
Ｐｉｃｋ−ｕｐｓ”に記載されている。このような論
文にはコンピュータと数値制御機械加工技術の使用によ
りダイアモンド回転旋盤を用いて回折格子の染料の目印
（ｂｌａｚｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ ｄｙｅ）が形成され
ることが記載されている。これらの回折格子の染料の目
印は次にプラスティック射出成形により回折格子コリメ
ーターレンズをモールドするために用いられる。
【０００４】Ｊｏｈｎｓｏｎの米国特許第５１６１０５
７号は色収差を減少するために用いられる透過型回折格
子を含むフレネルレンズをモールディングするモールデ
ィング工具を開示し、ここでモールディング工具は典型
的には回折ファセット面を画成するために直線の縁の単
結晶ダイアモンドカッターを用いる精密旋盤加工工作に
より形成される。
【０００５】Ｍｅｙｅｒｓ等の米国特許第５５８９９８
３号は回折面のプロファイルを製造する方法を開示し、
ここでダイアモンドのモールディング部品の旋盤加工に
対する特別な技術が回折面を有する光学レンズの射出成
形に対して開示される。光学機器の回折面の使用は種々
の主要な市販の設計ソフトウエアプログラムでそれを設
計することが可能であることにより明らかなように成長
している。回折面の使用はそのような面が大量に製造さ
れ得るような場合に飛躍的に増加する。プラスティック
光学機器に対してこれは現在の技術で既に達成可能であ
る。ニッケル被覆された鋼鉄の工具を旋盤加工する一点
のダイアモンド（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｉｎｔ−ｄｉａｍ
ｏｎｄ）により大量の回折面の部品を製造する規格化さ
れたプラスティック射出成形技術を用いることが可能で
ある。しかしながら非球面に対して旋盤加工するニッケ
ル工具は球面に対する伝統的な鋼鉄の工具と同様に多く
の場合に堅牢ではない。摩耗及び損傷の可能性のこの差
は回折面に対して要求される微細構造を充分考慮しなけ
ればならなくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】故に本発明の目的はよ
り大きな耐久性を有する回折面を製造するために用いら
れるモールディング工具を製造する方法を提供すること
にある。本発明の更なる目的はモールディング工具が更
に改善された摩耗特性を有する非常に微細な構造を有す
る回折面をモールディングする工具を製造する方法を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】要約すると、本発明のこ
れらの及び他の多くの特徴、目的、利点は発明の実施の
形態、請求項、及び図面から容易に明らかとなる。回折
光学モールディング工具を製造するこれらの特徴、目
的、利点は基体材料上に炭化クロムの層を堆積すること
により達成される。約２ミクロンの厚さの層は蒸着、ス
パッタリング、又は化学蒸着のようなコーティング技術
により堆積される。炭化クロムのこの層は非電着性金属
析出ニッケルの最終的なコーティングに対する受容器と
なる。非電着性金属析出ニッケルの層は好ましくは化学
浴槽により塗布される。好ましい回折面に対するパター
ンは無論予め決められており、一点ダイアモンド旋盤加
工機械が所望の深さに同軸の領域のパターンを形成する
ためにこの所定のパターンの陰画を非電着性金属析出ニ
ッケルに切り込むために用いられる。パターンは次に非
電着性金属析出ニッケルの全てを完全に除去するために
非電着性金属析出ニッケル内で炭化クロムの中間層に加
工するよう均一にエッチングされる。これはイオンミリ
ングで用いられるようにイオンエッチングによりなさ
れ、ここでビームの均一性は重要である。非電着性金属
析出ニッケルと炭化クロムのエッチング速度は相互に異
なり、異なるエッチング速度を許容するよう非電着性金
属析出ニッケル面に転写される陰画パターンを寸法的に
調節する必要がある。一例としては炭化シリコンの基体
上の非電着性金属析出ニッケルの層をイオンエッチング
するときにニッケルと炭化シリコンとの間のエッチング
速度の比は２対１である。斯くして非電着性金属析出ニ
ッケルに配置されたパターンはそれによって調整されな
ければならない。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１を参照するに、光学素子をモ
ールディングする射出成形配置の一例を示す。モールド
ベース１２に保持された第一のモールドインサート１０
は第二のモールドベース１６に位置する第二のモールド
インサート１４に対抗するよう配置される。当業者には
明らかなようにプラスティック射出成形レンズは平面同
士、平凸、平凹、凹凸、凹凹、凸凸を含む種々の構成で
ありうる。図１に示されるようにモールドインサート１
０はレンズを凸面にモールディングするモールディング
面１８を含む一方でモールドインサート１４はレンズを
凹面にモールディングするモールディング面２０を含
む。溶融された光学的プラスティックはスクリュー２４
を介してゲート２６を通過してモールド空洞２２に供給
される。
【０００９】表面に形成された回折パターンを有する光
学的素子の製造は良く知られている。図２から４は一の
面に形成された回折パターンの異なる型を有する光学的
素子の断面図である。回折パターンは形成された特定の
素子のニーズに適合するよう予め決定されることは勿論
である。光学素子の所定のパターンを設計する種々の方
法は従来技術から良く知られているので、ここでは説明
しない。光学的素子の部分をなす回折パターンの深さは
モールドされた光学材料の屈折率−１で割られた実際に
用いられている（試験ではなく）光源の波長として以下
のように決定される。
【００１０】λ／（ｎ−１） 典型的な値は約１μｍである。回折面を有するプラステ
ィック光学素子を大量生産する最も効率的な方法は多分
射出成形を用いることである。射出成形ではモールドさ
れるレンズ又は素子の一部分をなす回折面のパターンの
陰画である表面パターンを含むモールドインサートを製
造することが必要である。射出成形の表面パターンの陰
画を形成する好ましい方法はダイアモンド回転旋盤にモ
ールドインサートを装着し、それに直接所望の回折パタ
ーンの陰画を機械加工することである。そのようなモー
ルドインサートをダイアモンド旋盤加工する特定の方法
は米国特許第５５８９９８３号に開示され、ここにそれ
を参考として引用する。
【００１１】図５、６、７に本発明の改善されたモール
ドインサートを製造する一連の段階が示される。第一に
モールドインサートブランク５０が製造される。モール
ドインサートブランク５０が製造される材料はステンレ
ススチール、溶融シリカ、アルミナ、構造的ガラスと同
様な他のセラミックを含む。好ましい材料はＳｔａｖａ
ｘ（商標）のようなステンレススチールである。ＴＺ
Ｍ、Ｉｎｃｏｎｅｌ（商標）のような金属及び金属合金
及びセラミックのような他の材料は適切なコーティング
と共に、又はそれなしに用いられ得る。モールドインサ
ートブランク５０用に用いられる材料はモールドされる
光学的材料（例えばプラスティック、ガラス）を考慮し
た剥離特性及び耐久性で選択されるべきである。加えて
例えば他の材料の熱膨張係数が特定の光学素子及びその
特定の幾何形状をモールディングするために必要とされ
る膨張特性要求をより良く満たすときにステンレススチ
ール以外の材料を用いることが好ましい。
【００１２】モールドインサートブランク５０は上面５
２を含む。上面５２はモールドされる光学素子のベース
湾曲を受けるよう構成される。炭化クロムの層５４は図
６に示されるようにモールドインサートブランク５０の
準備された上面５２に堆積される。炭化クロムは炭化シ
リコンと類似の硬さであるがその熱膨張特性がステンレ
ススチールと近い故に選択された。そのようにしてモー
ルディング操作中にモールドインサートが被る加熱及び
冷却サイクルはモールドインサートブランク５０から炭
化クロム層５４の剥離を促進しない。層５４は約２ミク
ロンの厚さである。層５４は蒸着又はスパッタリングを
含む種々の方法により堆積される。炭化クロムの層５４
は好ましくは非電着性金属析出（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓ
ｓ）のニッケルである最終的に機械加工可能なコーティ
ング５６に対する受容体となる（図７を参照）。
【００１３】上記のように完成されたモールドインサー
ト５８は形成される光学的素子に対する望ましい回折パ
ターンの陰画である所定のパターンを含まなければなら
ない。パターンデータは旋盤加工機械要求に変換され、
一点ダイアモンド旋盤加工機械が非電着性金属析出ニッ
ケル層５６を機械加工するよう用いられ、それにより所
定のパターンにより要求される深さに同軸の領域の所望
のパターンを形成する。一旦非電着性金属析出ニッケル
層５６が機械加工されると、本発明の処理の次の段階が
ニッケル層５６への機械加工されたパターンの均一なエ
ッチングは炭化クロムの中間層５４に下降する。このエ
ッチング段階中に非電着性金属析出ニッケルの層５６全
体は除去される。エッチングはイオンミリングで用いら
れるようにイオンエッチングにより達成され、ここでは
ビームの均一性が重要である。炭化クロムは非電着性金
属析出ニッケルと異なる速度でエッチングされる故に非
電着性金属析出ニッケルに機械加工されたパターンの幾
何形状を調整する必要がある。当業者にはまたエッチン
グ速度は材料のみならず角度の関数でもあることは明ら
かである。斯くして層５６へ機械加工されたパターンは
モールドインサート５８を用いる光学的素子にモールド
されるパターンの陰画ではない。むしろそれはエッチン
グを通して炭化クロム層５４に所定の陰画パターンを形
成するパターンである。異なるエッチング速度の効果の
例は図８と９に示される。図８に示されるように所定の
パターン６０は機械加工可能な層５６へ機械加工され
る。一旦機械加工可能な層５６が図９に示されるように
エッチングにより除去されると炭化クロム層５４は所望
の回折パターンの陰画６２を有するようエッチングされ
る。
【００１４】一点ダイアモンド旋盤加工が通常はマスク
／フォトレジスト技術で達成可能なよりも与えられた機
械に対してより劣る解像度の制限を有し、技術の選択は
与えられた設計により示唆されうる。外側の領域の精度
は所望の光学的表面の開口数により決定される。曲面に
対して旋盤加工はマスキング技術に対して好ましい。し
かしながらエッチングはその速度が角度の関数である故
に曲面に対して較正されなければならない。マスクはｘ
−ｙ又はｒ−θライターで製造される。いわゆる目印を
付けられた面（ｂｌａｚｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）は旋盤
加工により容易に製造されるが、複数のマスキングはこ
れのより近似を形成するが、整列はより困難である。
【００１５】本発明の実施及び方法を通してモールドイ
ンサートは回折面を有する光学素子を製造するよう製造
され、ここでモールドインサート５８のモールド面は炭
化クロムである。炭化クロムのモールド面は従来技術の
モールドインサートのモールド面より実質的により耐久
性があり、より摩耗及び損傷を被りにくい。このように
してモールドインサート寿命は顕著に増加する。本発明
のモールドインサート５８は鋼鉄上のニッケルのモール
ドインサートのそれの少なくとも二倍の予想寿命を有す
ると思われる。
【００１６】本発明の改善されたモールドインサート５
８を製造する代替的な方法では機械加工可能なコーティ
ング５６に対する非電着性金属析出ニッケルを用いる代
わりにフォトレジストが機械加工可能なコーティング５
６として用いられる。しかしながらフォトレジストはそ
れが典型的に用いられるような方法では用いられない。
本発明の実施で用いられるようにフォトレジストは機械
加工可能なコーティング５６としてのみ用いられる。イ
メージングはフォトレジストでおこなわれない。このた
めにフォトレジストは全てのフォトレジストに典型的で
はない特定の特性を有さなければならない。フォトレジ
ストは曲面及び／又は不均等な表面を有する基体上で均
一に広がらなければならない。機械加工可能なコーティ
ング５６用に用いられ得る特定のフォトレジストはマサ
チューセッツ州ニュートンのＳｈｉｐｌｅｙ社により製
造されたＥａｇｌｅ２１００ＥＤである。この特定のフ
ォトレジストは形状又は幾何的な複雑さを無視して導電
性表面上に電気泳動的に堆積される。非電着性金属析出
ニッケルのコーティング５６と共にそのパターンは一点
ダイアモンド旋盤加工機械を用いてフォトレジストのコ
ーティング５６に機械加工され、それにより同軸の領域
の所望のパターンは所定のパターンにより要求された深
さに作られる。一旦層５６のフォトレジストが機械加工
されると処理の次の段階は炭化クロムの中間層５４に下
降して入るようにフォトレジスト層５６に機械加工され
たパターンを均一にエッチングする。このエッチング段
階中にフォトレジストの全体の層５６は除去される。エ
ッチングはイオンミリングで用いられるようにイオンエ
ッチングにより達成され、ここでビームの均一性は重要
である。炭化クロムはフォトレジストと異なる速度でエ
ッチングされる故にフォトレジスト内に機械加工される
パターンの幾何形状を調整することが必要である。上記
のように非電着性金属析出ニッケルに関して当業者には
またエッチング速度は材料だけの関数ではなく角度にも
依存することは明らかである。斯くして層５６に機械加
工されるパターンはモールドインサート５８を用いた光
学的素子にモールドされるパターンの陰画ではない。む
しろそれはエッチングを通して炭化クロム層５４に所定
の陰画パターン形成するパターンである。
【００１７】モールドインサート５８はそれと共にモー
ルドされる回折パターンを特に参照して説明されてきた
が、本発明の方法は回折パターンなしのモールドを形成
するために用いうることは当業者には明らかである。例
えば本発明の方法は非球面の幾何形状を有する光学素子
をモールドするモールドを形成するために用いられ得
る。
【００１８】上記から本発明は上記の全ての目的と共に
明らかであり本発明の処理に固有の他の利点を達成する
ために適用可能である。ある特徴及び組合せが実用的で
あり、他の特徴及び組合せを参照して用いられ得る。こ
れは請求項の範囲内に含まれる。多くの可能な実施例が
その範囲から離れることなく本発明を形成する故に上記
及び図面に示されている全ての事項は説明として解釈さ
れ、限定的な意味ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学的素子をモールディングする典型的な射出
成形装置の概略図である。
【図２】二次曲面のプロファイルを有する回折光学素子
と称されるものの断面図である。
【図３】リニアな表面のプロファイルを有する回折光学
素子と称されるものの断面図である。
【図４】２進的な階段状の表面のプロファイルを有する
回折光学素子と称されるものの断面図である。
【図５】モールドインサートブランクの斜視図である。
【図６】上面に炭化クロムの層を塗布された図５のモー
ルドインサートブランクの斜視図である。
【図７】炭化クロムの層を塗布された機械加工可能な層
を有する図６のモールドインサートブランクの斜視図で
ある。
【図８】機械加工可能な層に機械加工された所定のパタ
ーンを有するモールドインサートの断面図である。
【図９】機械加工可能な層を完全にエッチングして除去
することにより炭化クロム層に所定の回折パターンをエ
ッチングした陰画を有する図８のモールドインサートの
断面図である。
【符号の説明】
１０、１４ モールドインサート １２、１６ モールドベース ２０ モールディング面 ２４ スクリュー ２６ ゲート ２２ モールド空洞 ５０ モールドインサートブランク ５２ 上面 ５４ 炭化クロムの層 ５６ コーティング ５８ モールドインサート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ） 上面にモールドインサートブラン
    クを形成し； （ｂ） 上面に炭化クロムの層を堆積させ； （ｃ） 炭化クロムの層を機械加工可能な層でコーティ
    ングし； （ｄ） 第一の所定のパターンを機械加工可能な層に機
    械加工し； （ｅ） 炭化クロムの層に所定の回折パターンを形成す
    るために機械加工可能な層を完全にエッチングして除去
    する 各段階からなる光学素子をモールディングするモールデ
    ィング工具を製造する方法。
  2. 【請求項２】 該機械加工段階は一点ダイアモンド旋盤
    加工によりなされる請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】（ａ） 上面を有するモールドインサート
    ブランクと； （ｂ） 該上面に位置する炭化クロムの層とからなり、
    炭化クロムの該層は機械加工可能な層を完全にエッチン
    グにより除去することにより形成された所定のパターン
    を有する光学素子をモールディングするためのモールデ
    ィング工具。
JP10127682A 1997-05-14 1998-05-11 光学レンズに回折面をモールディングするための工具及びその製造方法 Pending JPH1148258A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US856294 1997-05-14
US08/856,294 US5958469A (en) 1997-05-14 1997-05-14 Method for fabricating tools for molding diffractive surfaces on optical lenses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1148258A true JPH1148258A (ja) 1999-02-23

Family

ID=25323267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10127682A Pending JPH1148258A (ja) 1997-05-14 1998-05-11 光学レンズに回折面をモールディングするための工具及びその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5958469A (ja)
EP (1) EP0878291A1 (ja)
JP (1) JPH1148258A (ja)

Cited By (2)

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