KR20060050308A - 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법, 광학 소자용 성형금형 및 광학 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전도율이 1 내지 20 W/mk인 재료로 형성된 금형 기재와,

금형 기재의 표면에 형성된 Pt, Ir, Au, Pd, Ru, Rh, Fe, Co, Ni, Zr, Al, Ti, Cu, W, Mo, Cr, B, P 중 적어도 어느 한 종류 이상의 원소를 20 내지 80 ㏖％ 이상 함유한 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 갖고,

막층 표면에 소정의 가공을 실시함으로써 금형 광학면이 형성되어 있는 광학 소자용 성형 금형에 관한 것이다.

금형 기재, 비정질 금속, 금형 광학면, 강학 소자용 성형 금형, 광학 소자

Description

광학 소자용 성형 금형의 제조 방법, 광학 소자용 성형 금형 및 광학 소자 {MANUFACTURING METHOD OF FORMING MOLD FOR OPTICAL ELEMENT, FORMING MOLD FOR OPTICAL ELEMENT AND OPTICAL ELEMENT}

도1은 광학 소자용 성형 금형을 제작하기 위해 이용하는 스패터 장치의 개략 구성도.

도2는 광학 소자용 성형 금형의 개략 단면도.

도3은 광학 소자인 렌즈를 형성하기 위한 광학 소자용 성형 금형을 포함하는 다이 세트의 단면도.

도4는 광학 소자용 성형 금형에 의해 형성되는 렌즈의 광학면을 확대하여 도시하는 사시도.

도5는 본 발명자들이 행한 비교 시험에 공시한 금형의 개략 단면도.

도6은 본 발명자들이 행한 비교 시험에 있어서, 금형 광학면의 미세 구조에 대한 광학 소자 재료의 충전 상태를 도시하는 개략 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 금형 기재

200 : 하우징

201 : 타겟 지지대

202 : 시료 홀더

203 : 제어 장치

204 : 터보 분자 펌프

[문헌 1] 미쯔비시 엔지니어링 플라스틱스 가부시끼가이샤 "세라믹스제 단열 금형에 의한 전사성의 검토", [online], 2002년 6월, [2004년 7월 16일 검색], 인터넷 <URL; http://www.enplanet.com/Company/00000006/Ja/Data/p019.html>

[문헌 2] 일본 특허 공개 2002-96335호 공보

[문헌 3] 일본 특허 공개 2003-154529호 공보

[문헌 4] 일본 특허 공개 2003-160343호 공보

본 발명은 성형 사이클을 짧게 할 수 있는 광학 소자용 성형 금형을 제조하는 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 광학 소자용 성형 금형 및 그 광학 소자용 성형 금형에 의해 성형된 광학 소자에 관한 것이다.

종래부터 일반적으로 행해져 온 플라스틱 광학 소자의 성형용 금형의 제작 방법에 따르면, 예를 들어 강재나 스테인레스강 등 Fe계의 재료로 블랭크(1차 가공품)를 만들어 두고, 그 위에 무전해 니켈 도금이라 불리우는 화학 도금에 의해 아몰퍼스 형상의 니켈과 인의 합금을 100 ㎛ 정도의 두께로 도막하고, 이 도금층을 초정밀 가공기에 의해 다이아몬드 공구로 절삭 가공하여 광학 소자의 광학면을 성형하기 위한 고정밀도인 광학면 전사면을 얻고 있었다.

그런데, 최근 광학 소자의 광학면에 높이 수㎛ 정도의 미세 구조를 제공하여 회절 효과 등의 기능을 부여시킨 광학 소자가 개발되고 있다. 이 광학 소자의 광학면의 미세 구조는 성형 금형의 성형 전사면에 대응하는 미세 구조를 미리 형성하고, 그 성형 전사면을 성형에 의해 광학 소자 재료에 전사함으로써 얻을 수 있다. 여기서, 예를 들어 사출 성형 등으로 미세 구조를 정밀도 좋게 전사 성형하여 원하는 광학 특성을 갖는 광학 소자를 얻기 위해서는 미세 구조의 속까지 광학 소자 재료가 들어가도록 할 필요가 있다. 그런데, 광학 소자 재료가 금형에 접착되는 것을 방지하기 위해, 광학 소자 재료의 온도보다 금형 온도를 낮게 하는 것이 일반적이고, 그로 인해 금형의 미세 구조에 접촉한 광학 소자 재료의 표면이 차가워져 점도가 높아지고, 미세 구조의 속까지 들어가기 어려워지는 일이 있다. 따라서, 미세 구조의 속까지 광학 소자 재료를 들어가게 하기 위해서는 성형 시간을 미세 구조가 없는 광학 소자를 성형하는 경우에 비해 1.5배 이상 길게 하는 것이 요구된다. 그렇게 하면, 단위 시간당의 광학 소자의 생산 수가 감소되므로, 광학 소자의 비용이 고가가 되는 문제가 있다.

이에 대해, 금형을 세라믹 등의 높은 단열성을 갖는 소재로 형성함으로써, 광학 소자 재료가 접촉한 경우라도 열전도를 억제하여 유동성을 높이고, 미세 구조의 속까지 단시간에 광학 소자 재료가 들어가기 쉽게 할 수도 있다.

[비특허문헌 1] 미쯔비시 엔지니어링 플라스틱스 가부시끼가이샤 "세라믹스 제 단열 금형에 의한 전사성의 검토", [online], 2002년 6월, [2004년 7월 16일 검색], 인터넷 <URL; http://www.enplanet.com/Company/00000006/Ja/Data/p019.html>

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 2002-96335호 공보

그런데, 이러한 종래 기술의 방법에 따르면, 세라믹의 표면에 도금을 성막(成膜)하고, 이러한 도금막에 기계 가공으로 미세 구조를 형성하고 있다. 그런데, 제작 공정에 기계 가공과 화학 도금 처리가 혼재하여 번잡하고 납기가 걸리는 것, 반드시 도금 처리가 안정적으로 되어 있는 것은 아니고, 블랭크의 조성의 치우침이나 오염 지그에 의해 도금층의 부착 강도가 변동되거나, 피트라 불리우는 핀 홀 형상의 결함이 생기거나 하는 것, 도금층의 두께에 광학면 전사면을 생성해야만 하므로, 광학면 전사면을 재가공할 때 등은 도금 두께에 여유가 없이 가공 불가능해지는 경우가 있는 것 등의 문제점이 생기고 있었다. 또한, 도금과 세라믹은 친화성이 비교적 낮다는 문제가 있고, 장기간의 사용에 의해 박리 등의 우려가 있다. 특히, 광학 소자 성형 시에 인가되는 압박력에 의해 박리가 생기기 쉬워진다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 내구성을 가지면서도 성형 사이클 시간을 감소시킬 수 있고, 게다가 고정밀도로 광학 소자를 성형할 수 있는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법 및 그것에 의해 제조되는 광학 소자용 성형 금형 및 그것에 의해 성형되는 광학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 바람직한 구성을 이하에 설명한다.

항1에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 열전도율이 1 내지 20 W/mK인 재료로 형성된 금형 기재의 표면에 Pt, Ir, Au, Pd, Ru, Rh, Fe, Co, Ni, Zr, Al, Ti, Cu, W, Mo, Cr, B, P 중 적어도 어느 한 종류 이상의 원소를 20 내지 80 ㏖％ 이상 함유한 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 형성하고, 그 막층 표면에 소정의 가공을 실시함으로써 금형 광학면(성형하는 광학 소자의 광학면을 전사 형성하는 면을 말함)을 형성한 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 금형 기재의 표면에 무전해 Ni 도금을 부착시키고, 거기에 금형 광학면을 형성하는 경우, 필요한 도금막의 두께를 얻기 위해서는 수주간(數周間)이라는 매우 긴 시간이 필요해지고, 1개의 금형을 형성하기 위해 상당히 수고가 들고 있었다.

이에 대해, 본 발명과 같이 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 금형 기재에 형성하는 경우, 예를 들어 금형 기재에 대해 이격 배치된 소재로부터 그 재료 입자를 비산시키고, 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 합금을 퇴적시키는 성막 공정(특히, 스패터나 증착법 등)에서 막층을 형성할 수 있고, 그것에 의해 매우 단시간에 성막할 수 있으므로, 도금 제법에 비교하여 광학 소자용 성형 금형(단순히 금형이라고도 함)의 제조 시간을 대폭으로 단축시킬 수 있다.

또한, 예를 들어 상기 금형 기재로서 세라믹스 등을 이용하는 경우, 세라믹스가 고경도인 가공이 어려운 재료이므로, 기계 가공에 의해 미세 구조를 갖는 금형 광학면을 직접 마무리하는 것은 어렵고, 따라서 금형 기재의 금형 광학면 상에 는 절삭성이 좋은 막층을 형성하는 것이 행해진다. 그런데, 종래의 광학 소자용 성형 금형의 금형 광학면 재료로서 이용되는 무전해 니켈 도금(ENP막)막층에서는 세라믹스 등과의 상성(相性)이 나쁘고, 금형 기재와 막층의 밀착성이 나쁘다는 문제가 있다. 이에 대해, 본 발명에서는 금형 기재에 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 형성하므로, 단기간에 성막할 수 있고, 게다가 도금에 비해 금형 기재에 대해 견고한 밀착성을 갖고, 또한 절삭성도 ENP막과 동등 이상으로 우수한 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 이용함으로써, 금형 광학면에 미세 구조를 갖는데다가 단열 효과를 붙인 광학 소자용 성형 금형을 단기간에 제공할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서, 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 광학 소자용 성형 금형의 금형 광학면 재료로서 이용함으로써, 성막 후에 다이아몬드 절삭 가공에 의해 매우 작은 매끄러운 광학 전사면을 용이하게 생성할 수 있다. 특히, 회절 홈이나 DOE 홈 등의 미세 구조를 고정밀도이고 또한 다량으로 절삭 가공할 때에 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 고피삭성에 의해 미세한 공구 날끝의 파손이 방지되고, 또한 공구 마모도 매우 적기 때문에, 회절 효과를 유지하는 데 중요한 홈 엣지부의 형상을 정확하게 유지하여 절삭할 수 있다.

게다가, 본 발명에 있어서는 열전도율이 1 내지 20 W/mK인 재료로 형성된 금형 기재를 이용하고 있으므로, 광학 소자용 성형 금형 그 자체에 단열 효과를 갖게 할 수 있다. 예를 들어 광학 소자를 성형으로 생산할 때, 상하형 조립 공정, 용융 수지 사출 공정, 형(型) 가압 보유 지지 공정, 냉각(수지 고화) 공정, 광학 소자 이형 공정을 1사이클로 하여 반복하게 되지만, 사이클마다 성형실 및 형의 온도가 주기적으로 변동한다. 이 온도의 주기적 변동이 크면, 형(型) 온도가 안정될 때까지 기다려야만 하고, 특히 광학 소자에 미세 구조(브레이즈 형상 등)를 전사시키고자 할 때에는 사이클 시간이 길게 취해져, 결과적으로 광학 소자의 생산 능력이 오르지 않게 되는 문제가 있다. 이에 대해 본 발명에 따르면, 금형에 단열 효과를 갖게 하고, 1사이클에 있어서의 형 온도의 변동을 억제함으로써, 형 온도가 안정되기까지의 시간을 짧게 하여 사이클 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 열전도율은 낮으면 낮을수록 금형의 단열 효과가 높아지지만, 한편 열전도율이 지나치게 낮으면 금형 온도를 변동시킬 때에 시간이 걸리는데다가 금형 표면 온도에 온도 불균일이 생기기 쉬워지므로, 1 내지 20 W/mK인 범위의 열전도율을 갖는 재료를 선택하는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에 따르면, 금형 기재에 열전도율이 1 내지 20 W/mK인 기재를 이용함으로써, 광학 소자 성형 시에 광학 소자로부터의 열의 릴리프를 최소한으로 억제할 수 있다. 종래의 Fe계의 소재를 이용한 금형 기재인 경우, 열전도율이 50 내지 90 W/mK 정도이므로, 광학 소자 재료로부터 열이 릴리프되기 쉽고, 미세 구조를 형성하는 데 시간이 걸렸지만, 본 발명에 따르면 Fe계의 소재를 이용한 금형 기재에 비해 보다 장시간, 광학 소자 재료의 온도를 높게 유지할 수 있으므로, 광학 소자 재료의 점도가 낮은 상태에서 금형으로 압박되므로, 미세 구조의 속까지 광학 소자 재료가 도달하여 성형 전사성이 향상된다.

즉, 본 발명에 있어서, 미세 구조의 절삭 가공 생성에 매우 적합한 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속을 금형 광학면 재료로서 이용하는 것과, 금형 기재에 광학 소자 성형 전사성의 향상에 우수한 열전도율이 낮은 금형 재료를 조합하여 이용함으로써 광학면에 미세 구조를 가진 고기능 광학 소자를 고정밀도이고 또한 고효율로 성형하여 대량으로 생산하는 것이 가능해진다.

여기서, 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층에 Pt, Ir, Au, Pd, Ru, Rh 등의 귀금속 원소류를 포함하게 함으로써, 내산화성이나 수지와의 융착 방지에 효과가 있다. 또한, Fe, Co, Ni, Ti, W, Mo, Cr의 천이 원소를 포함시킴으로써 막층의 경도를 올리는 것이나, 비정질 금속의 막층의 내열 온도를 올릴 수 있다. Al, Cu의 피절삭성이 좋은 재료를 혼합함으로써, 비정질 금속의 막층의 피삭성을 보다 향상시킬 수 있다. B, P를 혼합함으로써 비정질 금속의 막층이 갖는 과냉각 액체 영역의 안정화를 향상시킬 수 있다.

항2에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1에 기재된 발명에 있어서, 상기 광학 소자용 성형 금형은 직경 5 ㎜ 이하의 광학 소자를 성형하기 위해 이용되는 것을 특징으로 한다.

특히, 직경 5 ㎜ 이하의 광학 소자를 성형할 때에는 소자 자체의 열용량이 작기 때문에, 금형에 단열 효과를 갖게 함으로써 효과가 커진다. 이와 같이 금형에 충분한 단열 효과를 부여하기 위해서는 금형 기재에 열전도율이 낮은 (20 W/mK) 재료를 이용하는 것, 비열의 큰 재료를 이용하는 것, 형 형상을 크게 하여 금형의 열용량을 크게 해 주는 것 등의 방책이 있다. 충분한 단열 효과를 금형에 부여함으로써 성형 사이클 중의 형 온도가 심한 변동이나, 현저한 형 온도의 저하를 방지 하고, 외란에 대한 열응답성도 둔해지므로, 성형 사이클을 통해 형 온도의 안정화에 기여하기 때문에, 결과적으로 Fe계의 소재를 이용한 금형보다 짧은 성형 사이클 시간에 있음에도 불구하고, 같은 정도 이상의 광학 소자 미세 구조의 성형 전사 성능을 얻을 수 있다.

항3에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 또는 항2에 기재된 발명에 있어서, 상기 금형 기재의 표면에 형성된 상기 비정질 금속의 막층의 두께는 10 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하므로, 광학 소자에 요구되는 미세 구조를, 예를 들어 다이아몬드 가공에 의해 형성할 수 있다.

상기 비정질 금속의 막층의 두께가 10 ㎛를 하회하면 절삭이나 연삭 가공에 의해 금형 광학면을 형성할 때, 1회의 절삭 혹은 연삭 공정에 의해 깎이는 막층의 두께는 1 내지 5 ㎛이므로, 절삭 혹은 연삭할 수 있는 횟수가 매우 한정되게 되고, 대부분 1회의 가공에 의해, 구하고자 하는 금형 광학면의 형상을 생성해야만 해, 가공 난이도가 높아진다. 또한, 성막 시의 상기 막층의 막 두께 변동도 ±5 ㎛ 이상이므로, 현실적으로는 막층의 막 두께가 10 ㎛ 이하에서는 가공이 곤란하다고 할 수 있다. 한편, 막층의 두께가 증가하면 증가할수록 가공할 수 있는 회수도 증가하여 가공 공정의 부담은 줄지만, 500 ㎛ 이상의 두께의 상기 비정질 금속의 막층을 형성하면 막층의 응력이 두께에 의해 증가되어 가고, 금형 기재로부터의 박리가 발생할 우려가 있다. 따라서, 상기 비정질 금속막층의 두께는 10 내지 500 ㎛의 범위가 바람직하다.

단, 금형 광학면의 가공 공정은 절삭이나 연삭 가공 등의 기계 가공으로 한 정되지 않는다. 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속막층의 전사 용이성을 살려, 예를 들어 미세 구조를 갖는 마스터형을 만들고, 성형 전사에 의한 방법으로 마스터형으로부터 복사함으로써 광학 소자의 윤대(輪帶)형상 등에 따른 미세 구조를 금형 광학면에 형성할 수도 있다(일본 특허 공개 2003-154529, 일본 특허 공개 2003-160343 참조). 이러한 방법에 따르면, 마스터형을 하나 준비하면, 그 표면 형상을 전사해 감으로써 금형을 용이하게 생산할 수 있으므로, 하나씩 금형 광학면을 기계 가공에서 생성할 필요가 없어져, 대폭으로 금형 제작 기간을 단축시킬 수 있다.

항4에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항3 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 열전도율이 1 내지 20 W/mK인 것을 특징으로 하므로, 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층에도 단열 효과를 갖게 할 수 있고, 금형 전체의 단열 효과를 향상시킬 수 있다.

항5에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항4 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 금형 기재가 세라믹스 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 세라믹스 재료는 일반적으로 비열이 크고, 열 보유 지지 효과가 높기 때문에, 금형의 단열 효과를 높일 수 있다.

항6에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항5에 기재된 발명에 있어서, 상기 금형 기재는 지르코니아, 알루미나, 마코르, 마셀라이트[Al₂O₃ㆍK₂OㆍB₂O₃ㆍF] 중 어느 하나의 세라믹스로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 알루미 나, 지르코니아, 마코르, 마셀라이트 모두 세라믹스이고 열전도율이 1 내지 20 W/mK의 범위이고, 열이 전해지기 어렵기 때문에, 단열 효과가 높다는 특징을 갖는다.

항7에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항4 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 금형 기재는 합금, 다결정 금속, 또는 단결정 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 금형 기재가 금속인 것은, 절삭ㆍ연삭 등의 공정에서 용이하게 금형 형상을 만들 수 있으므로, 세라믹스 기재와 비교하여 금형 제작 납기를 짧고, 또한 블랭크 금형 형상 정밀도를 높일 수 있다.

항8에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항7에 기재된 발명에 있어서, 상기 금형 기재는 인코넬 합금, Ti 합금, 스테인레스 합금(SUS304 등) 중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이들은 모두 금속이면서 열전도율이 1 내지 20 W/mK의 범위이고, 열이 전해지기 어렵기 때문에, 세라믹스와 마찬가지로 단열 효과가 높은데다가 가공이 용이하다.

항9에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항8 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 PVD 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 한다. 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 PVD(Physical Vapor Deposition) 처리에 의해 상기 금형 기체에 부착시키면 견고한 부착을 달성할 수 있다.

항10에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항9에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 스패터 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 하므로, 플라즈마 속에 발생하는 높은 에너지로 산출된, 구하는 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속과 동일 조성의 타겟 원소가 금형 기재에 충돌하여 비정질 금속막층을 형성하므로, 막층의 밀도가 높고 견고한 부착을 달성할 수 있다.

항11에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항8 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 이온 플레이팅 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 한다. 이온 플레이팅 처리에서는 고진공 속에서 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속과 동일한 조성의 원소를 증발시켜 증발 흐름을 이온화시킨다. 이 이온화된 증발 흐름을 마이너스의 전압을 인가한 금형 기재를 향해 가속시키기 때문에, 높은 에너지로 금형 기재로 충돌시켜 성막을 행할 수 있고, 견고한 부착을 달성할 수 있다. 이 때, 가스와 반응시켜 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속을 화학적으로 매우 활성화시킬 수 있으므로, 낮은 반응 온도에서 밀착성이 좋은 막을 얻을 수 있다.

항12에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항8 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 증착법에 의해 형성한 것을 특징으로 하므로, 막층의 두께를 균일하게 하여 견고한 부착을 달성할 수 있다.

항13에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 CVD 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 한다. 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정 질의 막층을 CVD(Chemical Vapor Depositon) 처리에 의해 상기 금형 기체에 부착시킴으로써 구하는 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과 동일한 조성비의 가스화된 원소를 화학 반응에 의해 막층으로서 형성하므로, 막층의 두께가 균일한 두께 균일성을 양호하게 하여 견고한 부착을 달성할 수 있다.

항14에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항13 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 상기 금형 기재의 표면에 형성하기 전에 상기 금형 기재의 표면의 표면 거칠기를 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 한다. 상기 금형 기체의 표면을 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내에서 거칠게 함으로써, 상기 금형 기체와, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과의 밀착력을 강화할 수 있다.

항15에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항14에 기재된 발명에 있어서, 상기 표면 거칠기를 샌드 블러스트 공정에 의해 Ra ＝ 1 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 하므로, 효율적인 거칠기 조정이 가능하다. 샌드 블러스트를 이용한 조면 가공에 있어서는 Ra 1 ㎛를 하회하는 거칠기의 조정은 현실적으로 곤란하고, 또한 50 ㎛를 상회하여 금형 기재 표면의 조면화를 진행시키면, 후의 비정질 금속막층을 성막할 때에 핀 홀 등의 막 결함이 생기기 쉬워진다. 따라서, 샌드 블러스트를 이용하는 경우, Ra ＝ 1 내지 50 ㎛인 범위의 표면 거칠기가 적당하다.

항16에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항14에 기재된 발명에 있어서, 상기 표면 거칠기를 산 또는 알칼리 용액에 의한 에칭 공정에 의해 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 하므로, 표면 거칠기를 온도나 시간으로 제어할 수 있으므로, 표면의 거칠기 조정을 안정적으로 행할 수 있다.

항17에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항16에 기재된 발명에 있어서, 상기 산 또는 알칼리 용액으로서 초산, 포름산, 염산, 질산, 황산, 크롬 에칭 용액, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 청산, 페리시안화칼륨, 과산화수소수, 왕수 중 어느 하나의 용액을 이용한 것을 특징으로 한다. 이들을 이용함으로써 표면의 거칠기 조정을 효율적으로 또한 안정적으로 행할 수 있다.

항18에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항14에 기재된 발명에 있어서, 상기 표면 거칠기를 스패터법에 의한 에칭 공정에 의해 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 한다. 예를 들어 상기 금형 기재를 진공 중에 배치하고, 근접하여 발생시킨 플라즈마 방전에 의해 Ar 입자를 상기 금형 기재에 충돌 접촉시켜 그 표면을 거칠게 하면, 에칭 전후에 있어서의 금형 기재의 에칭면을 다른 물질에 의해 오염시킬 가능성을 적게 할 수 있다.

항19에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항18 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과, 상기 금형 기재 사이에 Pt, Ir, Pd, Au, Ru, Rh, Ag의 귀금속 원소군 및 Fe, Co, Ni, Cr, W, Ti, Mo, Zr의 천이 금속 원소군 중으로부터 선택되는 어느 하나의 원소로 이루어지거나, 혹은 어느 2종류 이상의 원소를 조합하여 이루어지는 두께 0.01 ㎛ 내지 20 ㎛의 기능막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 기능막을 상기 금형 기재와 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과의 사이에 성막함으로써, 상기 금형 기재와 상기 막층의 밀착력을 보다 높일 수 있다.

항20에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항19에 기재된 발명에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과, 상기 금형 기재 사이에 알루미나, 클로미나, WC, 질화규소, 질화탄소, TiN, TiAlN, 지르코니아, 다이아몬드, 다이아몬드형 카본, 카본의 군으로부터 선택되는 어느 한 종류의 성분을 갖는 막층을 막 두께 0.01 ㎛ 내지 20 ㎛ 형성함으로써, 기능막을 형성한 것을 특징으로 한다.

상술한 소재로 이루어지는 상기 기능막을 상기 금형 기재와 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과의 사이에 성막함으로써, 상기 금형 기재와 상기 막층의 밀착력을 높일 수 있는데다가 상기 기능막에 의한 단열 효과나, 상기 기능막에 의한 상기 금형 기재의 산화 보호 효과 및 고경도 기능막에 의한 형형상 보호 효과 등을 기대할 수 있다.

항21에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항19 또는 항20에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능막을 PVD 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 한다. 상기 기능막을 PVD(Physical Vapor Deposition) 처리에 의해 상기 금형 기체에 부착시키면 견고한 부착을 달성할 수 있다.

항22에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항19 또는 항20에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능막을 스패터 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 하므 로, 플라즈마에 발생하는 높은 에너지로 산출된 기능막의 재료가 금형 기재에 충돌하여 막층을 형성하므로, 막층의 밀도가 높고 견고한 부착을 달성할 수 있다.

항23에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항19 또는 항20에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능막을 이온 플레이팅 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 한다. 이온 플레이팅 처리에서는 고진공 속에서 기능막의 재료를 증발시켜 증발 흐름을 이온화시킨다. 이 이온화된 증발 흐름을 마이너스의 전압을 인가한 금형 기재를 향해 가속시키기 때문에, 높은 에너지로 금형 기재로 충돌시켜 성막을 행할 수 있고, 견고한 부착을 달성할 수 있다. 이 때, 가스와 반응시켜 기능막의 재료를 화학적으로 매우 활성화시킬 수 있으므로, 낮은 반응 온도에서 결정성이 좋은 막을 얻을 수 있다.

항24에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항19 또는 항20에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능막을 증착법에 의해 형성한 것을 특징으로 하므로, 막층의 두께를 균일하게 하여 견고한 부착을 달성할 수 있다.

항25에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항19 또는 항20에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능막을 CVD 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 한다. 상기 기능막을 CVD(Chemical Vapor Depositon) 처리에 의해 상기 금형 기체에 부착시킴으로써 가스화된 기능막의 재료의 화학 반응에 의해 막층을 형성하므로, 막층의 두께를 균일하는 두께 균일성을 양호하게 하여 견고한 부착을 달성할 수 있다.

항26에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항19 내지 항25 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 기능막을 상기 금형 기재의 표면에 형성하 기 전에 상기 금형 기재의 표면의 표면 거칠기를 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 한다. 상기 금형 기체의 표면을 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내에서 거칠게 함으로써, 상기 금형 기체와, 상기 기능막의 밀착력을 강화할 수 있다.

항27에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항26에 기재된 발명에 있어서, 상기 표면 거칠기를 샌드 블러스트 공정에 의해 Ra ＝ 1 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 하므로, 효율적인 거칠기 조정이 가능하다.

항28에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항26에 기재된 발명에 있어서, 상기 표면 거칠기를 산 또는 알칼리 용액에 의한 에칭 공정에 의해 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 하므로, 표면 거칠기를 시간으로 제어할 수 있기 때문에, 표면의 거칠기 조정을 안정적으로 행할 수 있다.

항29에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항28에 기재된 발명에 있어서, 상기 산 또는 알칼리 용액으로서 초산, 포름산, 염산, 질산, 황산, 크롬 에칭 용액, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 청산, 페리시안화칼륨, 과산화수소수, 왕수 중 어느 하나의 용액을 이용한 것을 특징으로 한다. 이들을 이용함으로써 표면의 거칠기 조정을 효율적으로 또한 안정적으로 행할 수 있다.

항30에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항26에 기재된 발명에 있어서, 상기 표면 거칠기를 스패터법에 의한 에칭 공정에 의해 Ra ＝ 0.01 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 한다. 예를 들어 상기 금형 기재를 진공 중에 배치하고, 근접하여 발생시킨 플라즈마 방전에 의해 Ar 입자를 상기 금형 기 재에 충돌 접촉시켜 그 표면을 거칠게 하면, 에칭 전후에 있어서의 금형 기재의 에칭면을 다른 물질에 의해 오염시킬 가능성을 적게 할 수 있다.

항31에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항30 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 광학 소자용 성형 금형의 외경은 그것에 의해 성형되는 광학 소자의 직경보다도 1 ㎜ 이상 큰 것을 특징으로 한다. 즉, 생산되는 광학 소자의 직경보다도 금형의 외경을 1 ㎜ 이상 크게 함으로써, 금형 기재의 부피를 늘리면 금형 전체의 열용량도 증가함으로써, 금형의 단열 효과를 더 크게 할 수 있다. 통상, 금형 외경은 생산되는 광학 소자의 직경과 동일하거나, 거의 같은 정도(직경 1 ㎜ 이하)이지만, 본 발명의 경우에는 억지로 금형 외경을 크게 하여 부피를 늘리고, 금형 전체의 열용량을 크게 하는 것이다.

항32에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항31 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 광학 소자용 성형 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 광학면에 광축을 중심으로 한 윤대 구조가 형성되는 것을 특징으로 하므로, 상기 제조 방법에 의해 제조된 광학 소자용 성형 금형에 의해 성형된 광학 소자의 기능을 보다 높일 수 있다.

항33에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항32에 기재된 발명에 있어서, 상기 윤대 구조는 광로차(光路差) 부여 구조인 것을 특징으로 하므로, 상기 제조 방법에 의해 제조된 광학 소자용 성형 금형에 의해 성형된 광학 소자의 기능을 보다 높일 수 있다. 광로차 부여 구조로서는, 소위 NPS(Non-Periodic Surface) 구조 등이 알려져 있다.

항34에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항32에 기재된 발명에 있어서, 상기 윤대 구조는 광축 방향 단면이 톱니 형상의 브레이즈형 회절 구조인 것을 특징으로 하므로, 상기 제조 방법에 의해 제조된 광학 소자용 성형 금형에 의해 성형된 광학 소자의 기능을 보다 높일 수 있다.

항35에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항32에 기재된 발명에 있어서, 상기 윤대 구조는 광축 방향 단면이 계단 형상의 회절 구조인 것을 특징으로 하므로, 상기 제조 방법에 의해 제조된 광학 소자용 성형 금형에 의해 성형된 광학 소자의 기능을 보다 높일 수 있다. 계단 형상의 회절 구조로서는 DOE 등이 알려져 있다.

항36에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법은 항1 내지 항35 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 광학 소자용 성형 금형의 금형 광학면은 비구면 형상으로만 이루어지는 것을 특징으로 하므로, 고정밀도인 비구면을 갖는 광학 소자를 저비용으로 생산할 수 있다.

항37에 기재된 광학 소자용 성형 금형은 항1 내지 항36 중 어느 하나에 기재된 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다.

항38에 기재된 광학 소자는 항37에 기재된 광학 소자용 성형 금형을 이용하여 성형한 것을 특징으로 하므로, 고정밀도를 가지면서 저비용이다.

항39에 기재된 광학 소자는 항38에 기재된 발명에 있어서, 플라스틱 재료를 소재로 하는 것을 특징으로 한다.

항40에 기재된 광학 소자는 항38에 기재된 발명에 있어서, 유리 재료를 소재 로 하는 것을 특징으로 한다.

항41에 기재된 광학 소자는 항38 내지 항40 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 렌즈인 것을 특징으로 한다.

항42에 기재된 광학 소자는 항38 내지 항41 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 윤대 구조는 상기 광학 소자에 대해 빛을 조사하는 광원의 파장 변화에 의한 상기 광학 소자의 수차 변화를 보정하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하므로, 예를 들어 광디스크에 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 광픽업 장치에 적합한 광학 소자를 제공할 수 있다.

항43에 기재된 광학 소자는 항38 내지 항42 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 윤대 구조는 상기 광학 소자의 온도 변화에 의한 수차 변화를 보정하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하므로, 예를 들어 광디스크에 정보의 기록 및/또는 재생을 행하는 광픽업 장치에 적합한 광학 소자를 제공할 수 있다.

항44에 기재된 광학 소자는 항1 내지 항43 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 광학 소자의 광학면에 복수의 돌기 또는 오목부가 전사 성형되어 있는 것을 특징으로 하므로, 상기 광학 소자의 기능을 보다 높일 수 있다. 또한, 가령 돌기 또는 오목부가 수십 내지 수백 나노미터의 간격으로 배치해야만 하는 것이라도 기계 가공을 필요로 하지 않고, 전사 성형에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 돌기 또는 오목부는 돌기와 오목부의 양방이 혼재하는 것도 포함한다.

최근, 사용하는 광원의 파장의 수배로부터 그것보다도 작은 미세 구조를 광학면에 제공하고, 새로운 광학적 기능을 광학 소자에 부가하는 것이 시도되고 있 다. 예를 들어, 성형 렌즈의 굴절에 의한 통상의 집광 기능과 그 때에 부작용으로서 발생하는 플러스의 분산을 그 비구면 광학면의 표면에 회절 홈을 제공함으로써 얻을 수 있는 회절에 의한 큰 마이너스의 분산을 이용하여 상쇄하고, 본래 굴절만으로는 불가능한 색 삭제 기능을 단옥광학(單玉光學) 소자에 부가하는 것이 DVD/CD 호환의 광디스크용 픽업 대물 렌즈로 실용화되어 있다. 이는 광학 소자를 투과하는 빛의 파장의 수십배의 크기의 회절 홈에 의한 회절 작용을 이용한 것으로, 이와 같이 파장보다 충분히 큰 구조에 의한 회절 작용을 취급하는 영역은 스칼라 영역이라 불리우고 있다.

한편, 광학 소자를 투과하는 빛의 파장의 수분의 1이라는 미세한 간격으로, 원추 형상의 돌기를 광학면의 표면에 밀집시켜 형성시킴으로써 빛의 반사 억제 기능을 발휘할 수 있는 것을 알고 있다. 즉, 광파가 광학 소자에 입사할 때의 공기와의 경계면에서의 굴절률 변화를 종래의 광학 소자와 같이 1로부터 매체 굴절률까지 순간적으로 변화시키는 것은 아니고, 미세한 간격으로 늘어선 돌기의 원추형 형상에 의해 완만하게 변화시키고, 그것에 의해 빛의 반사를 억제할 수 있는 것이다. 이와 같은 돌기를 형성한 광학면은, 소위 나방의 눈(moth eye)이라 불리우는 미세 구조이고, 빛의 파장보다도 미세한 구조체가 파장보다도 짧은 주기로 늘어섬으로써, 이미 개개의 구조가 회절하지 않고 광파에 대해 평균적인 굴절률로서 작용하는 것이다. 이와 같은 영역을 등가 굴절률 영역이라 일반적으로 부르고 있다. 이와 같은 등가 굴절률 영역에 관해서는, 예를 들어 전자 정보 통신 학회 논문지 C Vol. J83-C No. 3 pp. 173-181 2000년 3월에 서술되어 있다.

등가 굴절률 영역의 미세 구조에 따르면, 종래의 반사 방지 코트에 비해 반사 방지 효과의 각도 의존성이나 파장 의존성을 적게 하면서 큰 반사 방지 효과를 얻을 수 있지만, 플라스틱 성형 등에 따르면, 광학면과 미세 구조를 동시에 생성할 수 있으므로, 렌즈 기능과 반사 방지 기능을 동시에 얻을 수 있고, 종래와 같이 성형 후에 반사 방지 코트 처리를 하는 등 가공이 불필요해지는 등의 생산상의 장점도 크다고 생각되어 주목받고 있다. 또한, 이와 같은 등가 굴절률 영역의 미세 구조를 광학면에 대해 방향성을 갖도록 배치하면, 강한 광학 이방성을 광학면에 갖게 할 수도 있고, 종래, 수정 등의 결정을 깎아 제작하였던 복굴절 광학 소자를 성형에 의해 얻을 수 있고, 또한 굴절이나 반사광학 소자와 조합하여 새로운 광학적 기능을 부가할 수 있다. 이 경우의 광학 이방성은 구조 복굴절이라 부르고 있다.

상술한 스칼라 영역과 등가 굴절률 영역 사이에는 회절 효율이 입사 조건의 근소한 차이에 의해 급격하게 변화되는 공명 영역이 있다. 예를 들어, 회절 윤대의 홈 폭을 좁게 해 가면 파장의 수배 정도로 급격히 회절 효율이 감소되고, 또한 증가한다는 현상(아노마리)이 발생한다. 이 영역의 성질을 이용하여 특정한 파장만을 반사하는 도파 모드 공명 격자 필터를 미세 구조로 실현하고, 통상의 간섭 필터와 동등한 효과를 보다 각도 의존성을 적게 하여 실현할 수 있다.

항45에 기재된 광학 소자는 항44에 기재된 발명에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 등가 굴절률 영역의 미세 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 돌기 또는 오목부의 간격은 상기 광학 소자의 광학면을 투과하는 빛의 파장 이하가 바람직하다.

항46에 기재된 광학 소자는 항44 또는 45에 기재된 발명에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 반사 방지 효과를 발생하는 미세 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 돌기 또는 오목부의 간격은 상기 광학 소자의 광학면을 투과하는 빛의 파장 이하가 바람직하다.

항47에 기재된 광학 소자는, 항44 내지 항46 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 구조 복굴절을 발생하는 미세 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 돌기 또는 오목부의 간격은 상기 광학 소자의 광학면을 투과하는 빛의 파장 이하가 바람직하다. 또한, 상기 돌기 또는 오목부의 간격은 상기 광학 소자의 광학면을 투과하는 빛의 파장 이하가 바람직하다.

항48에 기재된 광학 소자는, 항44 내지 항47 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 공명 영역의 미세 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 돌기 또는 오목부의 간격은 상기 광학 소자의 광학면을 투과하는 빛의 파장 이하가 바람직하다.

항49에 기재된 광학 소자는, 항44 내지 항48 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 상기 광학 소자의 광학면의 일부에 존재하고 있는 것을 특징으로 한다. 상기 광학 소자의 광학면에 미세 구조의 돌기 또는 오목부를 복수의 형상이나 배치 패턴을 갖도록 형성하고, 그것들을 상기 광학면 상에 부분적으로 배치함으로써, 이러한 광학면이 국부적으로 그것들의 미세 구조의 광학 기능을 발휘할 수 있다. 이에 의해, 광학면을 통과하는 광속에 미세 구조의 돌기나 오목부의 각 형상이나 배치 패턴에 의해 생기는 광학 기능을 부분적 혹은 선택 적으로 실시하여 복수의 광학 기능을 하나의 광속에 넣을 수 있다. 이 경우, 광학 소자의 광학면 상에는 미세 구조의 돌기 또는 오목부가 반드시 광학면의 전면에 존재하고 있을 필요는 없다. 즉, 종래에는 소정의 광학 기능을 발휘하기 위해 복수의 광학 소자를 조합할 필요가 있었지만, 본 발명의 광학 소자를 이용하면 단독으로 소정의 광학 기능을 발휘할 수 있고, 광학계를 보다 간소화할 수 있어 대폭적인 비용 절감을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학 소자는 용이하게 대량 생산할 수 있다.

항50에 기재된 광학 소자는, 항44 내지 항49 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 광학 소자의 광학면의 일부에 적어도 복수의 형상 또는 배치 패턴을 갖는 돌기 또는 오목부가 존재하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 명세서 속에서 이용하는 회절 구조(회절 윤대)라 함은, 광학 소자(예를 들어 렌즈)의 광학면 표면에 광축을 중심으로 하는 대략 동심 형상의 윤대로서 형성된 릴리프를 설치하고, 회절에 의해 광속을 집광 혹은 발산시키는 작용을 갖게 한 회절면의 것을 말한다. 예를 들어, 광축을 포함하는 평면에서 그 단면을 보면 각 윤대는 톱니와 같은 형상이 알려져 있지만, 그와 같은 형상을 포함하는 것이다. 회절 윤대를 회절 홈이라고도 한다.

본 발명이 적용되는 데 있어서, 윤대 구조나 돌기(또는 오목부)의 배열 등 개개의 미세 구조의 형상이나 배열 주기 등은 관계없다. 어떠한 미세한 구조라도 광학 소자에 새로운 기능을 부가할 목적으로 만들어진 것이면, 그 광학 소자용 성형 금형 또는 그것에 의해 성형된 광학 소자는 본 발명의 범주에 포함된다. 또한, 새롭게 부가하는 기능으로서는 수차를 저감시키는 것으로 한정되지 않는다. 광학계의 특성에 따라서 수차를 고의로 증가시키는 경우에도 최종적으로 이상으로 하는 수차에 가깝게 할 목적으로 행하는 한, 본 발명의 범주에 포함된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도1, 도2는 광학 소자용 성형 금형의 제조 공정을 도시하는 도면이다. 우선, 원통 형상의 금형 기재(10)를 제조한다. 금형 기재(10)의 재료로서는, 구체적으로는 열전도율 20 W/Km 이하의 재료로서, 지르코니아, 알루미나, 마코르, 마셀라이트[Al₂O₃ㆍK₂OㆍB₂O₃ㆍF], 인코넬 합금, Ti 합금, 스테인레스 합금(SUS304) 등을 들 수 있다. 일예로서, 지르코니아 모재(NPZ-1)를 이용할 때, 우선 지르코니아의 분말을 금형 기재 형상의 근사 형상으로 소결시킨다(핫프레스). 그 후, 블랭크 금형 기재에 연삭 가공을 실시하여 외형의 치수 정밀도를 낸다. 금형의 광학 소자 성형 전사면(이하, 금형 광학면)을 제외하고, 외주부ㆍ단부면부의 가공을, 다이아몬드 공구를 이용한 절삭 및 다이아몬드 공구를 이용한 연삭 공정에서 행한다. 이 때의 외주부의 가공 정밀도는 형상 정밀도 2 ㎛ 이하, 표면 거칠기는 Ra 100 ㎚ 이하가 바람직하다.

가공된 금형 기재(10)에, 금형 광학면에 기능막 Cr을 막 두께 0.01 내지 50 ㎛ 형성한다. 성막 장치로서는 스패터 장치ㆍ증착 장치ㆍ이온 플레이팅ㆍCVD 등을 들 수 있다. 스패터 장치에서 기능막을 성막할 때, 성막 조건은 장치에 따라서도 다르지만, 일예를 들면, 0.1 ㎩의 Ar 분위기 속에서 RF 300 W, 타겟으로부터 금형 광학면까지의 거리를 90 ㎜로 세트한다. 장치에 따라 다르지만, 거리에 의해 성막 률이 체적 1 ㎛/h 내지 20 ㎛/h로 변화되므로 조정을 행한다.

기능막의 큰 기능으로서는 금형 기재와 후공정에서 성막하는 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과의 밀착력의 강화를 들 수 있다. 특히 지르코니아 등의 세라믹스 재료 상에 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 성막할 때에는 기능막을 설치하는 것이 바람직하다. 기능막없이 지르코니아 금형 기재 상에 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 형성한 경우, 점착 테이프 박리 시험에 의한 막의 밀착력의 측정에 따르면, 그 밀착력은 50 gf 정도이지만, 기능막 Cr을 0.01 내지 1 ㎛의 막 두께로 성막함으로써, 밀착력을 1O0O gf 이상으로 올릴 수 있고, 후공정에서의 절삭 공정에 의한 금형 광학면 형성 공정이나, 성형 금형으로서 이용할 때의 성형 수지와 금형 광학면의 밀착에 의한 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 박리를 방지할 수 있다.

본 발명자들이 행한 점착 테이프 박리 시험에 대해 설명한다. 점착 테이프 박리 시험이라 함은, 막층 표면에 점착성이 있는 테이프를 접착하고, 이를 급속하고 또한 강하게 박리하여 벗겨진 시점에서 기록되어 있는 최대 인장 하중을 측정함으로써, 그 막층의 밀착력으로서 평가하는 것이다. 시험용 테이프의 밀착력 강도에 의해 이 측정의 밀착력의 상한이 결정된다. 상기 평가 시험에서 이용한 양면 테이프는 약 30 ㎟의 평면에 있어서 1000 gf의 밀착력을 갖는 테이프이므로, 측정할 수 있는 밀착력의 상한은 1000 gf였다. 또한, 테이프를 접착하기 전의 막층면 상에 예리한 날붙이로 1변이 6 내지 7 ㎜인 정사각형이 생기는 기초까지 도달하는 조흔(條痕)을 형성한 후 시험을 행하면 보다 명확한 판정을 할 수 있다.

원하는 두께의 기능막층을 얻으면, 다음은 스패터 등의 성막 장치(도1 참조)를 이용하여 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 형성한다. 금형 기재(10)를 도1에 도시하는 금속 유리(과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속이라고도 함)의 성막 장치에 부착한다. 보다 구체적으로 설명하면, 도1에 있어서 하우징(200)으로 덮인 처리실(P)에는 타겟(T)을 지지하는 타겟 지지대(201)가 적재되고, 또한 베이스면을 대응시키도록 하여 금형 기재(10)를 보유 지지하는 시료 홀더(202)가 배치되어 있다. 타겟 지지대(201)의 내부에는 냉각 배관이 형성되고, 이러한 냉각 배관에는 외부의 제어 장치(203)를 거쳐서 온도 조정용 냉각수를 순환시킬 수 있게 되어 있다.

또한, 처리실(P)은 밸브(V1)를 거쳐서 터보 분자 펌프(204)에 연결되고, 터보 분자 펌프(204)는 밸브(V2)를 거쳐서 로터리 펌프(205)에 연결되어 있다. 처리실(P) 내는 2개의 펌프(204, 205)에 의해 흡입되어 10-1 내지 수㎩ 정도의 압력이 되고, 또한 Ar 분자를 포함하고 있다.

성막 조건은 막 두께 등의 성막하는 조건 및 장치에 따라서도 다르지만, 일예를 들면 0.5 ㎩의 Ar 분위기 속에서 RF 500 W, 타겟으로부터 성막하고 싶은 시료, 금형 광학면까지의 거리를 90 ㎜로 세트한다. 장치에 따라 다르지만, 거리에 의해 성막률이 대체 1 ㎛/h 내지 20 ㎛/h로 변화되므로 조정을 행한다. 시료가 근접하면 근접할수록 성막률은 올라가지만, 성막한 막의 입자가 거칠어지는 등의 문제가 생기기 때문에, 조정이 필요하다. 이 방식으로 성막한 시료의 아몰퍼스 상태의 확인은 DSC(열유속 시차 주사 열량 측정 장치)를 이용하여 아몰퍼스 상태가 과 냉각 액체 영역으로 상전이할 때에 생기는 흡열 반응을 관찰하거나, 혹은 X선 회절 장치에 의한 관찰로, 아몰퍼스 상태 특유의 결정 구조에 의한 피크가 전혀 보이지 않는 패턴을 얻음으로써 확인할 수 있다. 이와 같은 방법으로 종래의 벌크 금속 유리를 제작하는 방법에 비해 비교적 용이하게 금속 유리막을 광학 용도 성형 금형 광학면으로 성막할 수 있다.

이 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속막층을 형성하는 공정이 종료된 블랭크 금형을, 금형 광학면을 제외하고, 외주부ㆍ단부면부의 가공에 다이아몬드 공구를 이용한 절삭 및 다이아몬드 공구를 이용한 연삭 공정에서 행한다.

다이아몬드 절삭은 도2에 점선으로 나타내는 단결정 다이아몬드 공구(T)를 이용하여 초정밀 선반(도시되지 않음) 등에 의해 하나하나 절삭 가공하는 것이므로, 종래의 무전해 니켈 도금에 의한 금형 제작 방법과 기본적으로 동일한 가공 공정을 경유하지만, 종래에 비해 금형 광학면(MGa) 및 기하 치수 기준면 전사면(MGb)은 PVD 처리 또는 CVD 처리로 신속하고 급밀하게 형성되고, 화학 도금 처리를 하지 않으므로 핀 홀 등의 결함이 없어 처리 납기가 빠른 것과, 피삭성이 매우 좋기 때문에 공구 마모가 적고 절삭 가공에 의한 형상 생성이 용이한 것 등이 보다 우수한 특징이라 할 수 있다.

단, 금형 광학면의 가공 공정은 다이아몬드 절삭 가공으로 한정되지 않는다. 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속막층의 전사 용이성을 살려, 예를 들어 미세 구조를 갖는 마스크형을 만들고, 성형 전사에 의한 방법으로 마스터형으로부터 복사함으로써 광학 소자의 윤대 형상 등에 따른 미세 구조를 금형 광학면에 형성할 수도 있다(일본 특허 공개 2003-154529, 일본 특허 공개 2003-160343 참조). 이러한 방법에 따르면, 마스터형을 1개 준비하면 그 표면 형상을 전사해 감으로써 금형을 용이하게 생산할 수 있으므로, 하나씩 금형 광학면을 기계 가공으로 생성할 필요가 없어져 대폭으로 금형 제작 기간을 단축시킬 수 있다.

이 때의 외주부의 가공 정밀도는 치수 정밀도 2 ㎛ 이하, 표면 거칠기는 Ra 100 ㎚ 이하로 하면 바람직하다. 금형 기재가 지르코니아 등의 세라믹스 재료의 딱딱하고 무른 가공이 어려운 재료일 때에는 연삭 공정에서 치수 정밀도를 구한다. 이 밖에 주부 가공 공정 종료 후, 금형 광학면(MGa)의 소정의 가공을 행한다. 즉, 금형 광학면(MGa)의 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 다이아몬드 공구로 절삭하여 미세 구조를 갖는 것 및/또는 비구면 형상의 금형 광학면 형상을 얻는다. 형상 정밀도는 50 ㎚ 이하이고, 표면 거칠기는 Ra 5 ㎚ 이하가 바람직하다. 또한, 소정의 가공은 기계 가공으로 한정되지 않는다. 덧붙여서 말하면, 금형 외주 가공 공정에 있어서 금형 기재가 세라믹스인 경우, 외주부에 부착한 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층이나 기능막층을 연삭 공정에서 벗겨내고, 세라믹스 기재를 벗겨냄으로써 외주의 치수 정밀도를 구하는 경우가 있다. 세라믹스 기재를 벗겨냄으로써 광학 소자 성형 시에 성형품의 취출을 위해 금형이 상하로 미끄럼 이동하는 구조에 있어서도 세라믹스 기재는 딱딱하고 마찰 계수가 작기 때문에, 금형 주위 부재와의 사이에서 스커핑이 생기는 일도 억제할 수 있고, 확실한 작동을 행하거나, 또한 금형이나 미끄럼 이동하는 상대가 되는 금형 주위 부재가 마모되는 것도 억제할 수 있다. 단, 본 발명에 있어서는 외주부를 기재 벗겨내는 지 여부는 상관없다.

이상에 의해, 금형 기재(10)에 열전도율이 1 내지 20 W/mK인 금형 재료를 이용하여 그 금형 광학면(MGa)에 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 막 두께 10 내지 500 ㎛ 형성한 직경 5 ㎜ 이하의 광학 소자를 성형하는 광학 소자용 성형 금형(10')을 얻을 수 있다. 또한, 광학 소자용 성형 금형(10')의 외경(ø)(도2)은 그것에 의해 성형되는 광학 소자의 직경보다도 1 ㎜ 이상 크면 바람직하다.

도3은 광학 소자의 일예인 렌즈를 형성하기 위한 광학 소자용 성형 금형(10')을 포함하는 다이 세트의 단면도이다. 상술한 바와 같이 하여 비정질 합금(MG)을 성막한 광학 소자용 성형 금형(10')과, 마찬가지로 하여 비정질 합금(MG')을 성막한 광학 소자용 성형 금형(11')을 금형 광학면(MGa, MGa')끼리 및 기하 치수 기준면 전사면(MGb, MGb')끼리 대향시키도록 하고, 다이 세트 금형(13, 14)에 삽입하고, 용융한 플라스틱 재료(PL)를 도시되지 않은 게이트로부터 통상의 사출 성형과 마찬가지로 광학 소자용 성형 금형(10', 11') 사이로 사출하고, 더 냉각함으로써, 원하는 형상의 렌즈를 얻을 수 있다.

도4는 이와 같은 광학 소자용 성형 금형에 의해 형성되는 렌즈의 광학면의 예를 확대하여 도시하는 사시도이다. 도4의 (a)에 있어서는 렌즈의 광학면에 복수의 돌기의 예로서 미세한 원통(C)을 매트릭스 형상으로 다수 형성한 구성(등가 굴절률 영역의 미세 구조의 예)으로 되어 있다. 예를 들어 이러한 대물 렌즈를 DVD 기록/재생용 광픽업 장치의 렌즈로서 이용한 경우, 렌즈를 투과하는 빛은 650 ㎚ 근방이다. 그래서, 미세한 원통(C)의 간격(Δ)을 160 ㎚라 하면, 이러한 대물 렌 즈로 입사하는 빛은 대부분 반사되지 않아, 매우 광투과율이 높은 대물 렌즈를 제공할 수 있다.

도4의 (b)에 있어서는 렌즈의 광학면에 복수의 돌기의 예로서 간격(Δ)으로 이격한 다수가 미세한 삼각추(T)를 형성하고 있고, 도4의 (a)와 같은 현저한 효과를 갖는다. 이 간격(Δ)으로서는 0.1 내지 0.2 ㎛ 이하이면 산란을 저하시키기 때문에 바람직하다. 도4의 (c)에 있어서는 렌즈의 광학면에 복수의 돌기의 예로서 간격(Δ)으로 이격한 다수의 핀(F)(구조 복굴절의 미세 구조의 예)을 형성하고 있다. 핀(F)의 길이는 투과되는 빛의 파장보다 길게(상술한 예에서는 650 ㎚ 이상) 되어 있다. 이러한 구성을 구비한 렌즈는 핀(F)을 따른 방향에 진동면을 갖는 빛을 투과시키지만, 핀(F)에 교차하는 방향의 빛은 투과시키지 않는다는, 소위 편광 효과를 발휘한다. 도4의 (d)에 있어서는 렌즈의 광학면에 광축을 중심으로 한 윤대 구조의 예로서, 광축 방향 단면이 톱니 형상인 브레이즈형 회절 윤대(D)를 형성하고 있다. 회절 윤대(D)에 관해서는, 예를 들어 일본 특허 공개 2001-195769호 공보에, 그 형상에 따른 효과인 색수차 보정 및 온도 보정에 대해 상세하게 서술되어 있으므로, 이하의 설명을 생략한다. 이 이외의 윤대 구조로서 NPS, DOE 등도 형성할 수 있다. 또한, 도4의 (a) 내지 (c)에 있어서는 간단하므로 평면 상에 그들 돌기를 설치한 예를 나타냈지만, 그 바닥면을 구면이나 비구면 등의 적절한 곡률을 가진 곡면으로 하여 그 곡면 상에 설치하도록 해도 좋다.

도5는 본 발명자들이 행한 비교 시험에 공시한 금형의 개략 단면도이다. 각 금형의 사양을 설명한다. 도5의 (a) : 제1 실시예 :세라믹(금형 기재) ＋ 금속 유 리의 막층 도5의 (b) : 제2 실시예 : 세라믹(금형 기재) ＋ 기능막 ＋ 금속 유리의 막층 도5의 (c) : 제1 비교예 : 금속(금형 기재) ＋ 도금의 막층 도5의 (d) : 제2 비교예(비특허문헌 1에 상당) : 세라믹(금형 기재) ＋ 도금의 막층 도5의 (e) : 제3 비교예(특허문헌 1에 상당) : 세라믹(금형 기재) ＋ 금속층 ＋ 도금의 막층

본 발명자들은 이상의 금형을 이용하여 비교 평가를 행하였다. 평가 결과를 표1에 나타낸다.

비교도

	광학 소자 성형의 장점			금형 제작시의 장점
	전사 성능	내구성	10000 샷 후의 금형 형상 변화	절삭성	금형 가공 기간
제1 실시예	◎	○	◎	◎	◎
제2 실시예	◎	○~◎	◎	◎	◎
제1 비교예	○	◎	○	○	○
제2 비교예	△	△~×	◎	○	△
제3 비교예	◎	△~×	◎	○	△

표1 중 금형의 전사 성능이라 함은 광픽업 장치에 이용하는 회절 구조를 구비한 광학 소자를 어느 정도 정밀도 좋게 전사할 수 있는지로 평가한다. 또한, DVD/CD용 광픽업 장치에 이용하는 광학 소자와, BD(Blu-ray Disc)/HD DVD용 광픽업 장치에 이용하는 광학 소자라 함은, 각각 레이저광의 파장이 다르기 때문에, BD/HD DVD용 광픽업 장치에 이용하는 광학 소자의 미세 구조의 쪽이 보다 미세한 형상을 갖기 때문에, 보다 높은 전사 성능을 필요로 한다. 여기서, 평가 결과는 이하의 의미를 갖는다 ．

◎ : 전사성 매우 양호

○ : 전사성 양호

△ : 전사성 보통

× : 전사성 나쁨

표1 중 금형의 내구성은 성형 중에 막층의 박리가 생기는 샷 수에 의해 평가한다. 여기서, 평가 결과는 이하의 의미를 갖는다.

◎ : 1만 샷 이상 성형 가능

○ : 수천 샷 성형 가능

△ : 수백 샷 성형 가능

× : 수십 샷 이내 성형 가능

표1 중 금형의 형상 변화는, 예를 들어 10 샷, 100 샷, 1000 샷, 5000 샷, 10000 샷이라는 단위 샷 수의 성형 후에 있어서의 금형의 형상 변화를 초기치와 비교함으로써 평가한다. 여기서, 평가 결과는 이하의 의미를 갖는다.

◎ : 형상 변화 없음

○ : 형상 변화가 있지만, 실용상 문제가 없을 정도의 변형으로 멈춤

△ : 무시할 수 없는 변형이 생기지만, 성형 조건 변경에 의해 대응 가능

× : 무시할 수 없는 변형이 생기므로, 성형 조건을 변경해도 광학 소자의 금형으로서 사용 불가

표1 중 금형의 절삭성은 다이아몬드 공구를 이용한 절삭 후의 표면 거칠기에 의해 평가한다. 여기서, 평가 결과는 이하의 의미를 갖는다.

◎ : Ra가 1 ㎚ 미만

○ : Ra가 1 내지 10 ㎚

△ : Ra가 10 내지 50 ㎚

× : Ra가 50 ㎚를 넘음

표1 중 금형의 가공 기간은 금형 제조에 걸리는 총시간에 의해 평가한다. 여기서, 평가 결과는 이하의 의미를 갖는다.

◎ : 금형의 가공 기간이 수주간 이내

○ : 금형의 가공 기간이 1개월 내지 2개월 정도

△ : 금형의 가공 기간이 2개월을 넘음

평가 결과를 고찰하는 데 전사 성능에 관해서는 제1, 제2 비교예에 반해, 제1, 제2 실시예는 매우 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 전체 형상뿐만 아니라, DVD 호환 렌즈나 BD(Blu-ray)/HD DVD용 렌즈 등의 광학 소자에 있어서의 성형 전사에 중요해지는 것이 광학면에 설치된 회절 홈부 형상의 전사를 정밀도 좋게 행할 수 있는 것이고, 그 전사 성능이 광학 소자의 성능에 가장 효과가 있다. 비교 결과로부터 제1, 제2 실시예의 경우, 홈부의 시어 드루프(도6을 참조하여 후술함)가 1/2 내지 1/4 정도로 감소하고 있으므로, 특히 광원 파장이 짧기 때문에 높이나 피치가 보다 작아지는 경향이 있는 BD/HD DVD용 광픽업 장치용 광학 소자에 있어서의 미세 구조의 전사에 관해서는, 제2 비교예의 구성에서는 실용화 곤란한 것에 반해, 제1, 제2 실시예는 모두 양호했다.

도6은 본 발명자들이 행한 비교 시험에 있어서, 금형 광학면의 미세 구조에 대한 광학 소자 재료의 충전 상태를 도시하는 개략 단면도이다. 도6의 (a)는 금형 기재로서 Fe계 재료를 이용하고, 이것에 무전해 니켈 도금을 성막하여 브레이즈 형상의 미세 구조(피치 10 ㎛ㆍ높이 1 ㎛)를 형성한 비교예이고, 도6의 (b)는 금형 기재로서 지르코니아를 이용하고, 이에 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 성막하고 동일한 브레이즈 형상의 미세 구조를 형성한 실시예이다.

이들 금형을 이용하여 수지를 사출하고, 이형 전에 미세 구조를 절단하여 전자 현미경으로 브레이즈 홈의 최심부에 수지가 들어가 전사되어 있는지를 관찰하였다. 금형 광학면에 생성된 브레이즈 형상의 미세 구조를 광학 소자에 성형 전사할 때, 그 미세 구조의 브레이즈 홈의 깊은 속까지 용융 수지가 들어갈 수 없고, 따라서 완전히 끊어지지 않고, 도6의 (a)에 도시한 바와 같이 금형 광학면의 브레이즈 홈에 의해 전사 성형된 광학 소자의 표면 형상으로 전사 불량부가 생긴 경우, 이를 시어 드루프라 한다. 이 시어 드루프의 피치 방향의 길이(Δ)[도6의 (a)]를 측정함으로써, 광학 소자 미세 형상의 전사성에 있어서의 평가의 하나의 지표로 할 수 있다. 도6의 (a)에 나타내는 비교예에서는, 시어 드루프는 1 내지 2 ㎛였지만, 도6의 (b)에 나타내는 실시예에서는, 시어 드루프는 0.5 ㎛ 이하이고, 비교예의 시어 드루프에 대한 실시예의 시어 드루프는 1/2 내지 1/4로 저감시켜 그 효과가 확인되었다.

내구성에 관해서는 제2, 제3 비교예에 대해 제1, 제2 실시예는 매우 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 특히, 제2 비교예의 구성에서는 소정 수의 샷에 도달할 때까지 박리가 생기는 일이 있는 데 반해, 제1, 제2 실시예는 모두 양호했다. 또한, 제1 실시예에 비해, 제2 실시예는 20배 이상의 내구성을 나타내고 있다. 이에 반해, 비교예와 같이 세라믹스의 기재 ＋ 도금층이라는 조합은 상성이 나빠 막층이 박리되기 쉽다. 특히, 열충격을 반복해서 부여하면 박리되기 쉬워지는 것을 알고 있다.

금형 형상 변화에 관해서는, 제2, 제3 비교예 및 제1, 제2 실시예는 모두 양호했다. 금형 기재에 세라믹 등의 딱딱한 재료를 이용하면 금형의 형상 변화 억제에 대해 유효하다.

절삭 성능에 관해서는, 제1 내지 제3 비교예에 반해, 제1, 제2 실시예는 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 스패터 처리로 조밀하게 성막하고 있으므로, 절삭성이 매우 양호하고, 특히 미세 구조 등의 절삭 가공에 우수하다.

금형의 가공 기간에 관해서는 제1 내지 제3 비교예에 반해, 제1, 제2 실시예는 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 스패터 성막하여 기계 가공만 한다는 심플한 가공으로 종료되므로, 금형 기재에 세라믹스 용제나 도금 성막을 할 필요가 있는 다른 발명에 비하면, 조금만 도는 데 효과가 있고, 금형의 가공 기간도 그만큼 짧아져 금형 제작 비용도 저감된다.

본 발명에 따르면, 내구성을 가지면서도 성형 사이클 시간을 감소시킬 수 있고, 게다가 고정밀도로 광학 소자를 성형할 수 있는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법 및 그것에 의해 제조되는 광학 소자용 성형 금형 및 그것에 의해 성형되는 광학 소자를 제공할 수 있다.

Claims (55)

1. 열전도율이 1 내지 20 W/mk인 재료로 형성된 금형 기재와,

   금형 기재의 표면에 형성된 Pt, Ir, Au, Pd, Ru, Rh, Fe, Co, Ni, Zr, Al, Ti, Cu, W, Mo, Cr, B, P 중 적어도 어느 한 종류 이상의 원소를 20 내지 80 ㏖％ 이상 함유한 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 갖고,

   막층 표면에 소정의 가공을 실시함으로써 금형 광학면이 형성되어 있는 광학 소자용 성형 금형.
2. 제1항에 있어서, 상기 금형 기재가 세라믹스 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
3. 제2항에 있어서, 상기 금형 기재는 지르코니아, 알루미나, 마코르, 마셀라이트[Al₂O₃ㆍK₂OㆍB₂O₃ㆍF] 중 어느 하나의 세라믹스로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
4. 제1항에 있어서, 상기 금형 기재는 합금, 다결정 금속 또는 단결정 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
5. 제4항에 있어서, 상기 금형 기재는 인코넬 합금, Ti 합금, 스테인레스 합금 중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
6. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 상기 금형 기재의 표면에 형성하기 전에 상기 금형 기재의 표면의 표면 거칠기가 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
7. 제6항에 있어서, 상기 표면 거칠기가 샌드 블러스트 공정에 의해 Ra ＝ 1 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
8. 제6항에 있어서, 상기 표면 거칠기가 산 또는 알칼리 용액에 의한 에칭 공정에 의해 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
9. 제8항에 있어서, 상기 산 또는 알칼리 용액으로서 초산, 포름산, 염산, 질산, 황산, 크롬 에칭 용액, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 청산, 페리시안화칼륨, 과산화수소수, 왕수 중 어느 하나의 용액을 이용한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
10. 제6항에 있어서, 상기 표면 거칠기가 스패터법에 의한 에칭 공정에 의해 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
11. 제1항에 있어서, 상기 금형 기재의 표면에 형성된 상기 비정질 금속의 막층의 두께는 10 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
12. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 열전도율이 1 내지 20 W/mK인 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
13. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층이 PVD 처리에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
14. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층이 스패터 처리에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
15. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층이 이온 플레이팅 처리에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
16. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층이 증착 법에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
17. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층이 CVD 처리에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
18. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과, 상기 금형 기재 사이에 Pt, Ir, Pd, Au, Ru, Rh, Ag의 귀금속 원소군 및 Fe, Co, Ni, Cr, W, Ti, Mo, Zr의 천이 금속 원소군 중으로부터 선택되는 어느 하나의 원소로 이루어지거나, 혹은 어느 2종류 이상의 원소를 조합하여 이루어지는 두께 0.01 ㎛ 내지 20 ㎛의 기능막을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
19. 제1항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층과, 상기 금형 기재 사이에 알루미나, 클로미나, WC, 질화규소, 질화탄소, TiN, TiAlN, 지르코니아, 다이아몬드, 다이아몬드형 카본, 카본의 군으로부터 선택되는 어느 한 종류의 성분을 갖는 막층을 막 두께 0.01 ㎛ 내지 20 ㎛ 형성함으로써, 기능막을 형성한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
20. 제18항에 있어서, 상기 기능막이 PVD 처리에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
21. 제18항에 있어서, 상기 기능막이 스패터 처리에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
22. 제18항에 있어서, 상기 기능막이 이온 플레이팅 처리에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
23. 제18항에 있어서, 상기 기능막이 증착법에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
24. 제18항에 있어서, 상기 기능막이 CVD 처리에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
25. 제1항에 있어서, 직경 5 ㎜ 이하의 광학 소자를 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
26. 제25항에 있어서, 상기 광학 소자용 성형 금형의 외경은 그것에 의해 성형되는 광학 소자의 직경보다도 1 ㎜ 이상 큰 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
27. 제25항에 있어서, 상기 광학 소자용 성형 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 광학면에 광축을 중심으로 한 윤대 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
28. 재27항에 있어서, 상기 윤대 구조는 광로차 부여 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
29. 제27항에 있어서, 상기 윤대 구조는 광축 방향 단면이 톱니 형상의 브레이즈형 회절 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
30. 제27항에 있어서, 상기 윤대 구조는 광축 방향 단면이 계단 형상의 회절 구조인 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
31. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자용 성형 금형의 금형 광학면은 비구면 형상으로만 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형.
32. 제1항에 기재된 광학 소자용 성형 금형을 이용하여 형성한 것을 특징으로 하는 광학 소자.
33. 제32항에 있어서, 플라스틱 재료를 소재로 하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
34. 제32항에 있어서, 유리 재료를 소재로 하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
35. 제32항에 있어서, 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
36. 제32항에 있어서, 상기 광학 소자는 광학면에 윤대 구조를 형성하고 있고, 상기 윤대 구조는 상기 광학 소자에 대해 빛을 조사하는 광원의 파장 변화에 의한 상기 광학 소자의 수차 변화를 보정하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
37. 제32항에 있어서, 상기 광학 소자는 광학면에 윤대 구조를 형성하고 있고, 상기 윤대 구조는 상기 광학 소자의 온도 변화에 의한 수차 변화를 보정하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
38. 제32항에 있어서, 상기 광학 소자의 광학면에 복수의 돌기 또는 오목부가 전사 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
39. 제38항에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 등가 굴절률 영역의 미세 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
40. 제38항에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 반사 방지 효과를 발생하는 미세 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
41. 제38항에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 구조 복굴절을 발생하는 미세 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
42. 제38항에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 공명 영역의 미세 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
43. 제38항에 있어서, 상기 돌기 또는 오목부는 상기 광학 소자의 광학면의 일부에 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
44. 제38항에 있어서, 상기 광학 소자의 광학면의 일부에 적어도 복수의 형상 또는 배치 패턴을 갖는 돌기 또는 오목부가 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
45. 열전도율이 1 내지 20 W/mK인 재료로 형성된 금형 기재의 표면에 Pt, Ir, Au, Pd, Ru, Rh, Fe, Co, Ni, Zr, Al, Ti, Cu, W, Mo, Cr, B, P 중 적어도 어느 한 종류 이상의 원소를 20 내지 80 ㏖％ 이상 함유한 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 형성하고, 그 막층 표면에 소정의 가공을 실시함으로써 금형 광학면 을 형성한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
46. 제45항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 PVD 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
47. 제45항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 스패터 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
48. 제45항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 이온 플레이팅 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
49. 제45항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 증착법에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
50. 제45항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 CVD 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
51. 제45항에 있어서, 상기 과냉각 액체 영역을 갖는 비정질 금속의 막층을 상기 금형 기재의 표면에 형성하기 전에 상기 금형 기재의 표면의 표면 거칠기를 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
52. 제51항에 있어서, 상기 표면 거칠기를 샌드 블러스트 공정에 의해 Ra ＝ 1 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
53. 제51항에 있어서, 상기 표면 거칠기를 산 또는 알칼리 용액에 의한 에칭 공정에 의해 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
54. 제53항에 있어서, 상기 산 또는 알칼리 용액으로서 초산, 포름산, 염산, 질산, 황산, 크롬 에칭 용액, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 청산, 페리시안화칼륨, 과산화수소수, 왕수 중 어느 하나의 용액을 이용한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.
55. 제51항에 있어서, 상기 표면 거칠기를 스패터법에 의한 에칭 공정에 의해 Ra ＝ 0.010 내지 50 ㎛의 범위 내로 조정한 것을 특징으로 하는 광학 소자용 성형 금형의 제조 방법.

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