光學元件用成形模具的製造方法，光學元件用成形模具和光學元件的製作方法

2023-10-06 16:26:19 1

專利名稱：光學元件用成形模具的製造方法，光學元件用成形模具和光學元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可縮短成形周期的製造光學元件用成形模具的製造方法以及由該製造方法製造的光學元件用成形模具，以及由該光學元件用成形模具成形的光學元件。
背景技術：
根據現有技術一般實施的塑料光學元件的成形用模具的製造方法，例如採用鋼材或不鏽鋼等的Fe類材料製造坯料(一次加工品)，在其上通過被稱為非電解鍍鎳的化學鍍，形成厚度約為100μm的無定型鎳與磷的合金的鍍膜。通過超精密加工機採用金剛石工具對該鍍層進行切削加工，形成用於成形光學元件光學面的高精度的光學面轉印面。
但是，近年來，在光學元件的光學面上施加高度為幾個微米程度的微細結構，以開發出附加有衍射效果等功能的光學元件。該光學元件光學面的微細結構是預先在成形模具的成形轉印面上形成對應的微細結構，通過成形該成形轉印面，轉印在光學元件材料上來獲得。在此，為了通過例如射出成形等轉印形成精度良好的微細結構，獲得具有所需要的光學特性的光學元件，需要將光學元件材料嵌入至微細結構的深處。然而，為防止光學元件材料附著在模具上，一般設定模具溫度比光學元件材料的溫度低，因此與模具微細結構接觸的光學元件材料的表面變冷，粘度提高，存在光學元件材料難以嵌入至微細結構深處的問題。因此，為使得光學元件材料嵌入至微細結構深處，與成形無微細結構的光學元件的情況相比，要求成形時間增加1.5倍以上。這樣，由於每單位時間的光學元件的生產數量減少，所產生的問題是造成光學元件的成本提高。
與此相對的是，通過由陶瓷等具有高阻熱性的原料形成模具，即使在其與光學元件材料接觸的情況下，通過抑制熱傳導來提高流動性，可使得光學元件材料容易以短時間嵌入至微細結構深處。
非專利文獻1三菱工程塑料株式會社「對採用陶瓷製阻熱模具的轉印性能的研究」[online]、2002年6月、[平成16年7月16日檢索]、internetURL；http//www.enplanet.com/Company/00000006/Ja/Data/p019.html
專利文獻1特開2002-96335號公報發明內容然而根據該現有技術的方法，是在陶瓷表面上形成鍍膜，對該鍍膜通過機械加工來形成微細結構。但是在製造工序中，機械加工和化學鍍處理混合在一起，比較煩雜，並且交貨時間長，而且化學鍍處理不一定可以說是穩定的，根據坯料組成的偏差或汙染情況將造成鍍層附著強度不均勻，或者將產生被稱為砂孔的針孔狀缺陷，或者必須在鍍層厚度中製成光學面轉印面，因此在對光學面轉印面進行再加工時等，將產生鍍層厚度沒有餘量，使進行加工成為不可能的情況等等的不佳情況。另外，存在著鍍層和陶瓷的親和性比較低的問題，長時間使用時將可能產生剝落等的問題。特別是由於光學元件成形時施加的壓力，將容易發生剝離。
本發明是針對上述現有技術中存在的問題作出的，其目的是提供具有耐久性，同時可減少成形周期時間的、並且可高精度成形光學元件的光學元件用成形模具的製造方法，以及由此製造的光學元件用成形模具和由該模具成形的光學元件。


圖1是製造光學元件用成形模具用的濺射裝置的簡要構成圖。
圖2是光學元件用成形模具的簡要截面圖。
圖3是包括光學元件用成形模具的一套模具的截面圖，其用於成形作為光學元件的透鏡。
圖4是通過擴大由光學元件用成形模具形成的透鏡的光學面來顯示的斜視圖。
圖5為在本發明者實施的比較試驗中所用的模具的簡要截面圖。
圖6顯示了在本發明者實施的比較試驗中，相對模具光學面的微細結構光學元件材料填充狀態的簡要截面圖。
具體實施例方式
為了達到上述目的，以下說明其優選結構。
第1項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵是在由熱傳導率為1-20W/mK的材料形成的模具基材的表面上形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，該過冷卻液體區域含有20-80mol％以上選自Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh、Fe、Co、Ni、Zr、Al、Ti、Cu、W、Mo、Cr、B、P的至少1種以上元素，通過在該膜層表面上實施預定的加工，形成模具光學面(稱為轉印形成所要成形的光學元件的光學面的面)。
例如在模具基材的表面上附著非電解Ni鍍層，在其上形成模具光學面的情況下，為了獲得必要的鍍膜厚度，需要幾周非常長的時間，為形成一個模具，花費相當多的處理時間。
與此相對，如本發明，在模具基材上形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層的情況下，可例如通過從與模具基材相對間隔配置的材料飛散該材料顆粒，堆積具有過冷卻液體區域的非晶質合金的成膜工序(特別是濺射或蒸鍍法等)來形成膜層，由此可以在非常短的時間成膜，與鍍製法相比，可大幅度縮短光學元件用成形模具(也簡單地稱為模具)的製造時間。
此外，例如在使用作為上述模具基材的陶瓷等的情況下，由於陶瓷為高硬度的難加工材料，因此難以直接通過機械加工直接加工具有較小構造的模具光學面，因此在模具基材的模具光學面上形成切削性能良好的膜層。但是，在現有技術中作為光學元件用成形模具的模具光學面材料使用的非電解鎳鍍金(ENP膜)膜層中，存在著其與陶瓷等的相容性差，模具基材和膜層的附著性差的問題。與此相對的是在本發明中，在模具基材上形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，因此可以在較短的交貨日期內成膜，而且與鍍層相比，相對於模具基材具有牢固的附著性，並且切削性能也比ENP膜具有同等以上的優良，通過使用具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，可以在較短的交貨日期內提供在模具光學面上形成有微細結構，並且附加阻熱效果的光學元件用成形模具。
另外，在本發明中，通過將具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層作為光學元件用成形模具的模具光學面材料使用，在成膜後由金剛石切削加工可容易地製成非常小的、光滑的光學轉印面。特別是在高精度並且大量地對衍射溝或DOE溝等的微細結構進行切削加工時，由具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的高的被切削性能，可防止微細工具的刀尖發生折損，另外對工具的損耗也非常小，因此可在維持衍射效果，同時正確地維持重要的溝邊部形狀的情況下進行切削。
換言之，在本發明中，由於使用了由熱傳導率為1-20W/mK的材料形成的模具基材，因此可保持光學元件用成形模具本身的阻熱效果。例如在通過成形光學元件進行生產時，以上下模具組裝工序、熔融樹脂射出工序、模具加壓保持工序、冷卻(樹脂固化)工序、光學元件脫模工序作為一個周期反覆進行操作，但是在每個周期中成形室和模具的溫度呈周期性地變動。當該溫度的周期性變動較大時，必須等到模具溫度穩定，特別是要在光學元件上轉印微細結構(微雕(blaze)形狀等)時，周期時間加長，結果造成光學元件的生產能力不能提高的問題。與此相對的是，根據本發明通過保持模具的阻熱效果，抑制在1個周期中模具溫度的變動，可縮短模具溫度達到穩定時的時間，縮短周期時間。另外，熱傳導率越低的話，模具的阻熱效果越高，但是，另一方面，當熱傳導率過低時，模具溫度發生變動時將花費時間，而且模具表面溫度也容易發生溫度不均現象，因此優選選擇具有1-20W/mK範圍內的熱傳導率的材料。
特別是根據本發明，通過使用熱傳導率為1-20W/mK的基材為模具基材，可將光學元件成形時由光學元件逃逸出的熱量抑制在最小限度內。在為現有的使用Fe類原料的模具基材的情況下，由於熱傳導率為50-90W/mK，因此熱量容易從光學元件材料逃逸，而且形成微細結構也花費時間，但是根據本發明的話，與使用Fe類原料的模具基材相比，可更長時間、較高地維持將光學元件材料的溫度，由於光學元件材料在粘度較低的狀態下與模具壓接，因此光學元件材料可到達微細結構的深處，提高成形轉印性能。
即，在本發明中，通過將非常適於微細結構切削加工製成的具有過冷卻液體區域的非晶質金屬作為模具光學面材料使用，同時在模具基材上組合使用提高光學元件成形轉印性能的、優異的熱傳導率低的模具材料，可高精度並且高效率地成形光學面上具有微細結構的高功能光學元件，且可大量地進行生產。
在此，通過在具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層中含有Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh等的貴金屬元素類，可有效地提高耐氧化性能以及防止與樹脂發生熔結。另外，通過含有Fe、Co、Ni、Ti、W、Mo、Cr的過渡元素，可提高膜層的硬度，並且可提高非晶質金屬的膜層的耐熱溫度。通過混入Al、Cu的被切削性能良好的材料，可進一步提高非晶質金屬的膜層的被切削性能。通過混入B、P，可提高非晶質金屬的膜層具有的過冷卻液體區域的穩定性。
第2項中記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵是在第1項記載的發明中，上述光學元件用成形模具用於成形直徑在5mm以下的光學元件。
特別是在成形直徑在5mm以下的光學元件時，元件本身的熱容量小，因此通過使模具具有阻熱效果，效果變大。在這樣給模具附加足夠的阻熱效果時，存在著使用熱傳導率低(20W/mK)的材料作為模具基材的方法、使用比熱較大的材料的方法、通過增大模具形狀增大模具熱容量的方法等。通過給模具附加足夠的阻熱效果，可防止成形周期中模具溫度劇烈變動，防止模具溫度顯著降低，相對幹擾熱應答性能也變得遲鈍，因此使得通過成形周期時模具溫度變得穩定，結果不僅比使用Fe類原料的模具具有更短的成形周期時間，而且可獲得同等程度以上的光學元件微細結構的成形轉印性能。
第3項中記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1或第2項記載的發明中，在上述模具基材表面上形成的上述非晶質金屬膜層的厚度為10-500μm，因此可通過例如金剛石加工形成光學元件所要求的微細結構。
當上述非晶質金屬的膜層的厚度低於10μm時，在通過切削或研磨加工形成模具光學面時，由一次切削或研磨工序切削的膜層厚度為1-5μm，因此可切削或研磨的次數非常有限，只能以大致1次加工製成所需要的模具光學面形狀，加工難度提高。而成膜時上述膜層的膜厚偏差也在±5μm以上，因此實際上難以將膜層的膜厚加工為10μm以下。另一方面，膜層的厚度增加得越厚，可加工的次數也增加，可減少加工工序的負擔，但是當形成500μm以上上述非晶質金屬的膜層時，膜層應力由於厚度逐漸增加，可能發生從模具基材剝離的情況，因此，上述非晶質金屬膜層的厚度優選在10-500μm的範圍內。
但是，模具光學面的加工工序不僅限於切削或研磨加工等的機械加工。也可通過利用具有過冷卻液體區域的非晶質金屬膜層的容易轉印性能，例如製作出具有微細結構的母型，由成形轉印方法從母型進行靠模，在模具光學面上形成與光學元件的輪帶形狀等對應的微細結構(參照特開2003-154529、特開2003-160343)。根據該方法，準備1個母型的話，通過逐漸轉印該表面形狀，可容易地生產模具，因此無需通過機械加工一個一個地製成模具光學面，可大幅度縮短模具製造時間。
第4項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1項至第3項的任一項記載的發明中，上述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的熱傳導率為1-20W/mK，因此在具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層也可具有阻熱效果，可提高模具整體的阻熱效果。
第5項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1項至第4項的任一項記載的發明中，上述模具基材由陶瓷材料形成。陶瓷材料一般比熱較大，熱保持效果高，因此可提高模具的阻熱效果。
第6項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第5項記載的發明中，上述模具基材由氧化鋯、氧化鋁、マコ-ル(macorl)、マセライト[Al2O3·K2O·B2O3·F]的任何一種陶瓷形成。氧化鋁、氧化鋯、マコ-ル、マセライト(maserait)的任何一種陶瓷的熱傳導率在1-20W/mK的範圍內，難以進行熱傳導，因此具有阻熱效果高的特徵。
第7項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1項至第4項的任一項記載的發明中，所述模具基材由合金、多結晶金屬或者單結晶金屬形成。模具基材為金屬時，可由切削、研磨等工序容易地製作模具形狀，因此與陶瓷基材相比，模具製造交貨時間可縮短，並且坯料模具形狀精度可提高。
第8項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第7項記載的發明中，所述模具基材由鉻鎳鐵合金、Ti合金、不鏽鋼合金(SUS304等)的任何一種形成。這些材料均為金屬，同時熱傳導率在1-20W/mK的範圍內，難以發生熱傳導，與陶瓷一樣具有較高的阻熱效果，並且加工容易。
第9項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1項至第8項的任一項記載的發明中，所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過PVD處理形成。所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過PVD(Physical Vapor Deposition)處理附著在上述模具基體上，可獲得牢固的附著效果。
第10項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第9項記載的發明中，所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過濺射處理形成，因此被等離子體中產生的高能量彈出的、與具有所需過冷卻液體區域的非晶質金屬具有相同組成的靶元素衝擊至模具基材，形成非晶質金屬膜層，因此膜層的密度高，並且可牢固地附著。
第11項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1到8的任一項所述的發明中，所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過離子鍍處理形成。在離子鍍處理時，在高真空中蒸發與具有過冷卻液體區域的非晶質金屬相同組成的元素，使蒸發流離子化。該離子化的蒸發流向施加有負電壓的模具基材加速，可以高能量向模具基材衝擊，進行成膜，可牢固地附著。此時具有過冷卻液體區域的非晶質金屬與氣體反應，在化學性能方面非常活性，因此可以較低的反應溫度獲得附著性良好的膜。
第12項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1到8的任一項所述的發明中，所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過蒸鍍法形成，因此膜層的厚度均勻，並且可牢固地附著。
第13項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1到8的任一項所述的發明中，所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過CVD處理形成。所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過CVD(Chemical Vapor Deposition)處理附著在上述模具基體上，通過與具有所需過冷卻液體區域的非晶質金屬有相同組成比的氣體化的元素發生化學反應，形成膜層，可使膜厚均勻，並且附著轉移性(つきまわり)良好地牢固附著。
第14項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1到13的任一項所述的發明中，在所述模具基材表面上形成所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層之前，將所述模具基材表面的表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。通過使所述模具基材表面的表面粗糙度在Ra＝0.010-50μm，可強化上述模具基體和所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層的粘附力。
第15項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第14項記載的發明中，所述表面粗糙度通過噴砂工序調整至Ra＝1-50μm的範圍內，因此可有效地調整粗糙度。在使用噴砂的粗面加工中，實際上難以將Ra調整至1μm以下，另外，超過50μm時促進了模具基材表面的粗面化，在此後進行非晶質金屬膜層的成膜時，容易產生針孔等的膜缺陷。因此，在採用噴砂的情況下，Ra＝1-50μm範圍的表面粗糙度是適當的。
第16項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第14項記載的發明中，通過採用酸或鹼溶液的蝕刻工序，將所述表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內，因此表面粗糙度可通過溫度和時間來控制，從而穩定地對表面粗糙度進行調整。
第17項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第16項記載的發明中，作為所述酸或鹼溶液，可使用醋酸、甲酸、鹽酸、硝酸、硫酸、鉻蝕刻溶液、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氰酸、鐵氰化鉀、過氧化氫水、王水中的任何一種溶液。通過使用這些溶液，可有效地並且穩定地調整表面粗糙度。
第18項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第14項記載的發明中，通過採用濺射法的蝕刻工序將所述表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。例如將所述模具基材配置在真空中，通過接近而產生的等離子放電，使得Ar顆粒衝擊所述模具基材，從而使該表面粗糙化的話，可減少蝕刻前後其他物質對模具基材的蝕刻面汙染的可能性。
第19項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1到18的任一項所述的發明中，在所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層和所述模具基材之間形成厚度為0.01μm-20μm的功能膜，該膜是由Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag的貴金屬元素組和Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr的過渡金屬元素組中選出的任何一種元素形成，或者由其中任何2種以上元素組合形成。
通過將上述功能膜在所述模具基材和所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬膜層之間成膜，可進一步提高所述模具基材和所述膜層之間的粘附力。
第20項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第19項記載的發明中，通過在所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層和所述模具基材之間形成膜厚為0.01μm-20μm的膜層，並且該膜層具有由從氧化鋁、氧化鉻、WC、氮化矽、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化鋯、金剛石、類金剛石碳、碳組成的組中選出的至少1種成分，由此形成功能膜。
通過由上述材料形成的所述功能膜在所述模具基材和所述具有過冷卻液體的非晶質金屬的膜層之間成膜，可提高所述模具基材和所述膜層之間的粘附力，而且還可期待所述功能膜帶來的阻熱效果、由所述功能膜帶來的對所述模具基材的氧化保護效果以及由高硬度功能膜帶來的模具形狀保護效果等。
第21項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第19或20項記載的發明中，所述功能膜由PVD處理形成。所述功能膜通過PVD處理(Physical Vapor Deposition)處理附著在所述模具基體上時，可牢固地附著。
第22項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第19或20項記載的發明中，所述功能膜通過濺射處理形成，由此由等離子產生的高能量彈出的功能膜材料衝擊模具基材，形成膜層，可提高膜層的密度並且可牢固地附著。
第23項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第19或20項記載的發明中，所述功能膜通過離子鍍處理形成。通過離子鍍處理，在高真空中蒸發功能膜的材料，使蒸發流發生離子化。由於該離子化蒸發流加速朝向施加負電壓的模具基材，因此可以高能量向模具基材衝擊進行成膜，可牢固的附著。此時，由於與氣體反應，功能膜材料化學性能非常活化，因此可以較低的反應溫度獲得結晶性良好的膜。
第24項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第19或20項記載的發明中，所述功能膜通過蒸鍍法形成，因此膜層的厚度均勻，並且可牢固附著。
第25項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第19或20項記載的發明中，所述功能膜通過CVD處理形成。所述功能膜通過CVD(Chemiacl Vapor Deposition)處理附著在所述模具基體上，通過氣體化的功能膜材料的化學反應形成膜層，膜層的厚度均勻並且附著轉移性良好地牢固附著。
第26項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第19到25任一項所述的發明中，在所述模具基材表面上形成所述功能膜之前，將所述模具基材表面的表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。通過使所述模具基材表面的表面粗糙度在Ra＝0.010-50μm，可強化上述模具基體和所述功能膜的粘附力。
第27項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第26項記載的發明中，所述表面粗糙度通過噴砂工序調整至Ra＝1-50μm的範圍內，因此可有效地調整粗糙度。
第28項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第26項記載的發明中，通過採用酸或鹼溶液的蝕刻工序，將所述表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內，因此表面粗糙度可通過時間來控制，從而穩定地對表面粗糙度進行調整。
第29項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第28項記載的發明中，作為所述酸或鹼溶液，可使用醋酸、甲酸、鹽酸、硝酸、硫酸、鉻蝕刻溶液、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氰酸、鐵氰化鉀、過氧化氫水、王水中的任何一種溶液。通過使用這些溶液，可有效地並且穩定地調整表面粗糙度。
第30項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第26項記載的發明中，通過採用濺射法的蝕刻工序將所述表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。例如將所述模具基材配置在真空中，通過接近而產生的等離子放電，使得Ar顆粒衝擊所述模具基材，從而使該表面粗糙化的話，可減少蝕刻前後其他物質對模具基材的蝕刻面汙染的可能性。
第31項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1到30項任一項所述的發明中，所述光學元件用成形模具的外徑比由此成形的光學元件的直徑大1mm以上。即，與生產的光學元件直徑相比，模具的外徑大1mm以上，由此模具基材的體積增加時，模具整體的熱容量也增加，可進一步增大模具的阻熱效果。通常模具外徑與所生產的光學元件的直徑相同或幾乎為相同程度(直徑在1mm以下)，但是為本發明的情況下，可以增大模具的外徑，增加體積，加大模具整體的熱容量。
第32項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1到31項任一項所述的發明中，在由所述光學元件成形模具成形的光學元件的光學面上形成以光軸為中心的輪帶構造，因此可進一步提高由所述製造方法製造出的光學元件用成形模具成形的光學元件的功能。
第33項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第32項記載的發明中，所述輪帶構造為賦予光路差的構造，因此可進一步提高由所述製造方法製造出的光學元件用成形模具成形的光學元件的功能。作為賦予光路差的構造，已知有所謂NPS(Non-PeriodicSurface)構造等。
第34項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第32項記載的發明中，所述輪帶構造為光軸方向截面為鋸齒狀的微雕型衍射構造，因此可進一步提高由所述製造方法製造出的光學元件用成形模具成形的光學元件的功能。
第35項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第32項記載的發明中，所述輪帶構造為光軸方向截面為階段狀的衍射構造，因此可進一步提高由所述製造方法製造出的光學元件用成形模具成形的光學元件的功能。作為階段狀的衍射構造，已知有DOE等。
第36項記載的光學元件用成形模具的製造方法的特徵為在第1到35項任一項所述的發明中，所述光學元件用成形模具的模具光學面僅由非球面形狀形成，因此可以低成本製造具有高精度的非球面的光學元件。
第37項記載的光學元件用成形模具，其特徵為採用第1到36項任一項所述的光學元件用成形模具的製造方法進行製造。
第38項記載的光學元件，其特徵為採用第37項所述的光學元件用成形模具成形。
第39項記載的光學元件，其特徵為在第38項記載的光學元件中，將塑料材料作為原料。
第40項記載的光學元件，其特徵為在第38項記載的光學元件中，將玻璃材料作為原料。
第41項記載的光學元件，其特徵為在第38到40項任一項所述的發明中，光學元件為透鏡。
第42項記載的光學元件，其特徵為在第38到41項任一項所述的發明中，所述輪帶構造具有補償由於相對所述光學元件照射光的光源的波長發生變化造成的所述光學元件的像差(aberration)變化的功能，因此可提供適於例如在光碟上進行信息記錄和/或進行信息再生的光拾波裝置的光學元件。
第43項記載的光學元件，其特徵為在第38到42項任一項所述的發明中，所述輪帶構造具有補償由於所述光學元件溫度變化造成的像差變化的功能，因此可提供適於例如在光碟上進行信息記錄和/或進行信息再生的光拾波裝置的光學元件。
第44項記載的光學元件，其特徵為在第1到43項任一項所述的發明中，在所述光學元件的光學面上轉印形成多個突起或凹陷，由此可進一步提高所述光學元件的功能。另外，即使必須突起或凹陷必須以例如幾十乃至幾百納米的間隔配置，也無需機械加工，可根據轉印成形容易地形成。另外，所謂突起或凹陷包含突起和凹陷雙方混合在一起的情形。
近年來，試圖在光學面上施加為所用光源波長的幾倍到更小的微細結構，以在光學元件上附加新的光學功能。例如由成形透鏡的折射帶來的通常的集光功能以及作為此時的副作用而產生的正分散，可通過在該非球面光學面的表面上施加衍射溝所造成的衍射帶來的負分散來消除，從而將原本僅折射不可能產生的消色功能附加在單片透鏡光學元件上，在DVD/CD互換的光碟用拾波對物透鏡中得到實用化。這是由於利用了大小為透過光學元件的光的波長的數十倍的衍射溝帶來的衍射作用，這種利用了由比波長足夠大的構造帶來的衍射作用的區域被稱為標量區域。
另一方面，已知通過以大小為透過光學元件的光波長的幾分之一的微細間隔在光學面的表面上密集形成圓錐形狀的突起，可發揮出抑制光反射的功能。即，光波在入射至光學元件時在與空氣的界面處發生的折射率變化不會如現有技術的光學元件那樣從1瞬間變化至介質的折射率，而是由於以微細間隔並列的突起的圓錐形狀使其發生緩慢變化，由此可抑制光反射。形成這種突起的光學面以被稱為所謂蛾眼(moth eye)的微細結構，通過比光波長等微細的構造體以比波長更短的周期並列，各個構造已經不發生衍射，而相對於光波作為平均折射率起作用。這種區域一般被稱為等價折射率區域。與這種等價折射率區域相關的描述，例如在電子信息通信學會論文雜誌C Vol.J83-CNo.3，第173-181頁，2000年3月號中有記載。
與現有的防反射塗層相比，如果採用等價折射率區域的微細結構，則防反射效果的角度依賴性以及波長依賴性較小，同時可獲得較大的防反射效果，而如果採用塑料成形等，可同時製成光學面和微細結構，因此可同時獲得透鏡功能和防反射功能，無需如現有技術在成形後進行防反射塗布處理的後加工處理等，在生產方面也具有較大的優勢，因此引人注目。此外，在相對於光學面具有方向性地配製這種等價折射率區域的微細結構時，可使光學面具有較強的光學異方性，可通過成形獲得現有技術中通過對水晶等的結晶進行切削製造出的雙折射光學元件，另外，通過將折射和反射光學元件組合物可附加新的光學功能。這種情況下的光學異方性稱為構造雙折射。
在上述標量區域和等價折射率區域之間，存在著衍射效率根據入射條件的微細不同而發生急劇變化的共振區域。例如當衍射輪帶的溝寬度變窄時，將發生衍射效率以波長几倍程度的急劇減小或者增加的現象(異常)。利用該區域的性質，可以微細結構實現僅反射特定波長的波導模式的共振格柵濾光器，可實現與通常的幹涉濾光器一樣的效果，並且角度依賴性更小。
第45項記載的光學元件，其特徵為在第44項所述的發明中，所述突起或凹陷形成等價折射率區域的微細結構。另外，所述突起或凹陷的間隔優選為透過所述光學元件光學面的光的波長以下。
第46項記載的光學元件，其特徵為在第44或45項所述的發明中，所述突起或凹陷形成發生防反射效果的微細結構。另外，所述突起或凹陷的間隔優選為透過所述光學元件光學面的光的波長以下。
第47項記載的光學元件，其特徵為在第44到46項任一項所述的發明中，所述突起或凹陷形成發生構造雙折射效果的微細結構。另外，所述突起或凹陷的間隔優選為透過所述光學元件光學面的光的波長以下。
第48項記載的光學元件，其特徵為在第44到47項任一項所述的發明中，所述突起或凹陷形成共振區域的微細結構。另外，所述突起或凹陷的間隔優選為透過所述光學元件光學面的光的波長以下。
第49項記載的光學元件，其特徵為在第44到48項任一項所述的發明中，所述突起或凹陷存在於所述光學元件光學面的一部分上。在所述光學元件光學面上，微細結構的突起或凹陷以具有多個形狀或配置圖案的方式形成，通過在該光學面上的一部分處配置這些微細結構，該光學面可在局部處發揮這些微細結構的光學功能。由此對通過光學面的光束部分或選擇性地施加由微細結構的突起或凹陷的各形狀或配置圖案產生的光學功能，可對一個光束加入多種光學功能。該情況下，在光學元件的光學面上無需在光學面的整個表面上存在微細結構的突起或凹陷。即，在現有技術中為發揮預定光學功能而需要組合多個光學元件，而採用本發明光學元件的話，可單獨地發揮出預定的光學功能，可更加簡化光學系統，實現大幅度的降低成本。而且本發明的光學元件可容易地大量生產。
第50項記載的光學元件，其特徵為在第44到49項任一項所述的發明中，在所述光學元件的光學面的一部分上至少存在具有多個形狀或配置圖案的突起或凹陷。
在本說明書中所用的衍射構造(衍射輪帶)指的是通過在光學元件(例如透鏡)的光學面表面上設置形成為以光軸為中心的大致同心形狀的輪帶的浮雕(relief)，形成所謂的衍射面，其具有通過衍射對光束進行集光或者發散的作用。例如已知在包含光軸的平面上看該截面的話，各輪帶形成為如鋸齒的形狀，該衍射構造就包含這種形狀。衍射輪帶也稱為衍射溝。
在適用本發明時，輪帶構造或突起(或凹陷)的並列等，與各個微細結構的形狀或配置周期等無關。即使為任何的微細結構，只要是以在光學元件上附加新功能為目的而實施的話，該光學元件用成形模具或由此而成形的光學元件也包含在本發明的範疇中。而作為新附加的功能，不限於降低像差。即使在故意增加對應於光學體系特性的像差的情況下，為接近最終理想的像差而實施的情況也包含在本發明的範圍內。
發明的效果根據本發明，可提供具有耐久性並且成形周期時間減少，而且可高精度成形光學元件的光學元件用成形模具的製造方法，以及由此製造出的光學元件成形模具和由該模具成形的光學元件。
以下參照附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1、2為顯示光學元件用成形模具的製造工序的圖。首先製造圓筒狀的模具基材10。作為模具基材10的材料，具體地可舉出作為熱傳導率為20W/Km以下的材料，氧化鋯、氧化鋁、マコ-ル、マセライト[Al2O3·K2O·B2O3·F]、鉻鎳鐵合金、Ti合金、不鏽鋼合金(SUS304)等。作為一例，在使用氧化鋯母材(NPZ-1)時，首先將氧化鋯粉末燒結成與模具基材形狀近似的形狀(熱壓)。此後，對坯料模具基材進行研磨加工，獲得外形尺寸精度。處理模具的光學元件成形轉印面(以下稱為模具光學面)以外，使用金剛石工具根據對外周部、端面部進行切削加工，並使用金剛石工具根據進行研磨工序。此時對於外周部的加工精度，優選形狀精度為2μm以下，表面粗糙度為Ra在100nm以下。
在加工過的模具基材10上，在模具光學面上形成膜厚為0.01-50μm的功能膜Cr。作為成膜裝置，可舉出濺射裝置、蒸鍍裝置、離子鍍、CVD等。在濺射裝置上進行功能膜的成膜時，成膜條件根據裝置而不同，但是作為一例，可在0.1Pa的Ar氣氛中，RF300W，將從靶到模具光學面的距離設定為90mm。根據裝置的不同，還可通過距離將成膜速度調整至大體在1μm/h-20μm/h的範圍內變化。
作為功能膜的較大的功能，可舉出強化模具基材和在後工序成膜的具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層的粘附力。特別是在氧化鋯等陶瓷材料上形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層時，優選設置功能膜。在無功能膜，在氧化鋯模具基材上形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層的情況下，通過粘結帶剝離試驗測定膜的粘附力的話，該粘附力為50gf左右，而通過以0.01-1μm的膜厚進行功能膜Cr的成膜時，粘附力可提高至1000gf以上，在後工序中的採用切削工序進行模具光學面形成工序或者在作為成形模具使用時，可防止成形樹脂和模具光學面粘附而造成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的剝離。
本發明者等對所實施的粘結帶剝離試驗進行說明。所謂粘結帶剝離試驗指的是在膜層表面上貼附具有粘結性的帶，對其快速並且強力地進行剝離，通過在剝離的時間點記錄的最大拉伸負載，作為該膜層的粘附力進行評價。通過試驗用帶的粘附力強度可決定該測定的粘附力的上限。在上述評價試驗中使用的雙面帶是在約30mm2的平面中具有1000gf粘附力的帶，因此可測定的粘附力的上限為1000gf。另外，在貼附帶子之前的膜層面上採用鋒利的刀尖形成條痕，形成邊長為6-7mm大小的正方形直至原表面，此後再進行試驗時，可更加明確地進行判定。
在獲得所希望的功能膜層後，使用濺射等的成膜裝置(參照圖1)，形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層。將模具基材10安裝在圖1所示的金屬玻璃(也稱為具有過冷卻液體的非晶質金屬)的成膜裝置上。如果更具體地說明的話，在圖1中在筐體200覆蓋著的處理室P中，載置著支撐靶T的靶支持臺201，在其上以與基面對應的方式配置保持模具基材10用的試樣支架202。在靶支持臺201的內部形成冷卻配管，在該冷卻配管上通過外部控制裝置203，其結構可使得溫度調整用的冷卻水循環。
另外，處理室P藉助閥門V1連接到渦輪分子泵204上，渦輪分子泵204藉助閥門V2連接到旋轉泵205上。在處理室P內含有Ar分子，並且受到2個泵204、205的吸引，形成10-1至數個Pa程度的壓力。
成膜條件根據膜厚等的成膜條件以及裝置而有所不同，作為一例，可舉出在0.5Pa的Ar氣氛中RF500W、將從靶到要成膜的試樣，即，模具光學面的距離設定為90mm。根據裝置的不同，可通過調整距離使成膜速度大體在1μm/h到20μm/h的範圍內改變。越接近於試樣，成膜速度越提高時，由於產生成膜的膜顆粒變粗等的問題，因此需要進行調整。對該方式成膜的試驗的無定形狀態的確認可採用DSC(熱流束示差掃描熱量測定裝置)，觀察在無定形狀態相轉移至過冷卻液體區域時產生的吸熱反應，或者通過X線衍射裝置進行觀察可獲得這樣的圖案，其由於無定形狀態特有的結晶構造完全看不到峰，由此可進行確認。通過這種方法，與現有的製造金屬玻璃主體的方法相比更加容易，並且可在光學用途成形模具光學面上進行金屬玻璃膜的成膜。
對該具有過冷卻液體區域的非晶質金屬膜層形成工序完成了的坯料模具除了模具光學面以外，採用金剛石工具對外周部、端面部進行切削加工，以及使用金剛石工具實施研磨工序。
金剛石切削採用圖2虛線所示的單結晶金剛石工具T，由超精密轉盤(未示出)等一個一個地進行切削加工，因此經過與現有的採用非電解鍍鎳的模具的製造方法基本相同的加工工序，但是與現有技術相比，模具光學面MGa和幾何尺寸基準面轉印面MGb通過PVD處理或CVD處理可迅速、緻密地形成，無需進行化學鍍處理，因此不會發生針孔等的缺陷，處理交貨日期加快，並且由於被切削性能非常良好，對工具的磨損小，由切削加工可容易地進行形狀的製成等，可以說具有更優異的特徵。
但是模具光學面的加工工序不限於金剛石切削加工。通過利用具有過冷卻液體區域的非晶質金屬膜層的容易轉印性能，也可製作出例如具有微細結構的母型，由成形轉印方法從母型進行靠模，在模具光學面上形成與光學元件的輪帶形狀等對應的微細結構(參照特開2003-154529、特開2003-160343)。根據該方法，準備1個母型的話，通過逐漸轉印該表面形狀，可容易地生產模具，因此無需通過機械加工一個一個地製成模具光學面，可大幅度縮短模具製造時間。
此時對於外周部的加工精度，優選其尺寸精度在2μm以下，表面粗糙度在Ra100nm以下。在模具基材為氧化鋯等陶瓷材料的較硬並且脆的難加工材料時，可通過研磨工序獲得尺寸精度。在該外周部加工工序完成後，對模具光學面MGa進行預定加工。即，使用金剛石工具對模具光學面MGa具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層進行切削，獲得具有微細結構和/或非球面形狀的模具光學面形狀。優選形狀精度在50nm以下，表面粗糙度在Ra5nm以下。另外，預定的加工不限於機械加工。即，在模具外周加工工序中，模具基材為陶瓷的情況下，有時將外周部附著的具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層或功能膜層通過研磨工序削落，從陶瓷基材剝離，而獲得外周尺寸精度。在要對陶瓷基材進行剝離時，即使在光學元件成形時為取出成形品而使得該模具為上下振動的構造時，由於陶瓷基材的硬度摩擦係數小，因此還可抑制在模具周圍部件之間產生擦傷，可切實地實施操作，而且可抑制模具或作為振動對象的模具周圍部件的損耗。但是在本發明中未涉及是否從基材剝離外周部。
通過以上所述，可在模具基材10上使用熱傳導率為1-20W/mK的模具材料的該模具光學面MGa上形成膜厚為10-500μm的具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，獲得成形直徑在5mm以下的光學元件用的光學元件用成形模具10』。另外，優選光學元件用成形模具10』的外徑φ(圖2)比由其成形的光學元件的直徑大1mm以上。
圖3是包括光學元件用成形模具10』的一套模具的截面圖，其用於成形作為光學元件一例的透鏡。將如上所述非晶質合金MG成膜了的光學元件用成形模具10』以及同樣非晶質合金MG』成膜了的光學元件用成形模具11』以模具光學面MGa、MGa』相互之間以及幾何尺寸基準面轉印面MGb、MGb』相互之間相對向的方式插入模具套模具13、14，從未圖示的澆口以與通常的射出成形一樣的方式向光學元件用成形模具10』、11』之間射出熔融的塑料材料PL，進一步冷卻，可獲得所希望形狀的透鏡。
圖4是通過擴大由這種光學元件用成形模具形成的透鏡的光學面的實例來顯示的剖視圖。在圖4(a)中，在透鏡的光學面上作為多個突起的實例，微細圓筒C以多數形成矩陣狀結構(等價折射率區域的微細結構的實例)。例如在將這種對物透鏡作為DVD記錄/再生用光拾波裝置的透鏡使用的情況下，通過透鏡的光在650nm附近。因此，在微細圓筒C的間隔Δ為160nm時，入射至該對物透鏡的光幾乎不反射，可提供具有極高光透過率的對物透鏡。
在圖4(b)中，在透鏡的光學面上作為多個突起的實例，以間隔Δ隔開形成多個微細三角錐T，其與圖4(a)具有同樣的顯著效果。作為該間隔Δ，在0.1-0.2μm以下時，可降低散射，因此優選。在圖4(c)中，在透鏡的光學面上作為多個突起的實例，以間隔Δ隔開形成多個翅片F(構造雙照射的微細結構的實例)。翅片F的長度比透過的光的波長要長(在上述例子中為650nm以上)。具有該構成的透鏡在沿著翅片F的方向上透過具有振動面的光，但是在與翅片交叉的方向的光不被透過，具有所謂的偏光效果。在圖4(d)中，在透鏡的光學面上作為以光軸為中心的輪帶構造的實例，形成光軸方向的截面為鋸齒狀的微雕型衍射輪帶D。涉及該衍射輪帶D在例如特開2001-195769號公報中對作為與該形狀對應的效果的像差補償和溫度補償進行了詳細描述，因此以下省略了說明。作為除此以外的輪帶構造開可形成NPS、DOE等。另外，在圖4(a)-(c)中，為了簡單在平面上示出了設置這些突起的實例，但是也可以將其底面製成球面或非球面等具有適宜曲率的曲面，在該曲面上進行設置。
圖5為在本發明者實施的比較試驗中所用的模具的簡要截面圖。對各模具的形式進行了說明。圖5(a)實施例1陶瓷(模具基材)+金屬玻璃的膜層，圖5(b)實施例2陶瓷(模具基材)+功能膜+金屬玻璃的膜層，圖5(c)比較例1金屬(模具基材)+鍍層的膜層，圖5(d)比較例2(與非專利文獻1相當)陶瓷(模具基材)+鍍層的膜層，圖5(e)比較例3(與專利文獻1相當)陶瓷(模具基材)+金屬層+鍍層的膜層。
本發明者等使用以上的模具進行了比較評價。評價結果示於表1。
表1比較表

在表1中，模具的轉印性能指的是這樣的評價，即以怎樣程度的精度對光拾波裝置中使用的具有衍射構造的光學元件進行良好地轉印。此外，由於DVD/CD用光拾波裝置中使用的光學元件和BD(Blu-ray Disc)/HD DVD用光拾波裝置中使用的光學元件，其雷射的波長分別是不同的，並且BD(Blu-ray Disc)/HD DVD用光拾波裝置中使用的光學元件的微細結構具有更微細的形狀，因此需要更高的轉印性能。在此評價結果意味著以下的含義。
◎轉印性能非常良好○轉印性能良好△轉印性能一般×轉印性能差在表1中，模具的耐久性是根據成形時膜層產生剝離的衝擊數來評價的。在此，評價結果意味著以下的含義。
◎1萬次衝擊以上可成形○幾千次衝擊可成形△幾百次衝擊可成形×幾十次衝擊以內可成形在表1中，模具的形狀變化是通過將例如10次衝擊、100次衝擊、1000次衝擊、5000次衝擊、10000次衝擊的單位衝擊次數成形後模具的形狀變化與初期值比較來評價的，在此，評價結果意味著以下的含義。
◎形狀不發生變化○存在形狀變化，但是停留在實用上不成為問題程度的變形△產生不可忽視的變形，但根據成形條件的變更可進行對應×產生不可忽視的變形，即使變更成形條件，也不能作為光學元件的模具進行使用。
在表1中，模具的切削性能是根據使用金剛石工具切削後表面的粗糙度進行評價的。在此，評價結果意味著以下的含義。
◎Ra不足1nm○Ra為1-10nm△Ra為10-50nm×Ra超過50nm在表1中，模具的加工期間根據模具製造時所花費的總時間來評價。在此，評價結果意味著以下的含義。
◎模具的加工期間在幾周以內。
○模具的加工期間在1個月到2個月左右△模具的加工期間超過2個月考察評價結果可知對於轉印性能，相對於比較例1、2，實施例1、2可獲得非常良好的結果。在形成整體形狀的同時，對DVD互換透鏡或BD(Blu-ray)/HD DVD用透鏡等的光學元件中的成形轉印重要的是設置在光學面上的衍射溝部形狀的轉印是否可精度良好的實施，該轉印性能對光學元件的性能是最有效的。從比較結果可知，在實施例1、2的情況下，溝部的壓陷(參照圖6，如後所述)減少1/2到1/4的程度，因此特別是在涉及由於光源波長短而進一步減小高度或間距的BD/HD DVD用光拾波裝置用的光學元件中的微細結構的轉印，以比較例2的構成難以進行實用化，而實施例1、2均良好。
圖6顯示了在本發明者實施的比較實驗中，相對於模具光學面的微細結構光學元件材料的填充狀態的簡要截面圖。圖6(a)使用Fe類材料作為模具基材，在其上通過非電解鍍鎳成膜，形成微雕狀的微細結構(間距10μm，高度1μm)，將其作為比較例。圖6(b)使用氧化鋯作為模具基材，在其上形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，同樣形成微雕狀的微細結構，將其作為實施例。
使用這些模具射出樹脂，在脫模前切斷微細結構，採用電子顯微鏡觀察微雕溝的最深處是否進入樹脂進行轉印。在模具光學面上製成的微雕狀微細結構成形轉印至光學元件上時，熔融樹脂未進入至該微細結構的微雕溝的深底部中，因此轉印不佳，如圖6(a)所示，在由模具光學面的微雕溝轉印成形的光學元件的表面形狀產生轉印不佳部分的情況下，將該現象稱為壓陷。通過測定該壓陷在間距方向的長度Δ(圖6(a))，可將其作為光學元件微細形狀轉印性能評價時的一個指標。在圖6(a)所示的比較例中，壓陷為1-2μm，在圖6(b)所示的實施例中，壓陷為0.5μm以下，與比較例的壓陷相對，實施例的壓陷減少1/2-1/4，可確認該效果。
對於耐久性，相對於比較例2、3，實施例1和2獲得非常良好的結果。特別是與以比較例2的構成在達到預定衝擊次數時產生剝離的情況相比，實施例1、2均良好。而且與實施例1相比，實施例2顯示出20倍以上的耐久性。與此相對，如比較例所示，已知陶瓷基材+鍍層的組合相容性差，膜層容易剝離。特別是在重複施加熱衝擊時，容易發生剝離。
至於模具形狀的變化，比較例2、3和實施例1、2均良好。當使用陶瓷等較硬的材料作為模具基材時，對於抑制模具形狀的變化時有效的。
至於切削性能，相對於比較例1-3，實施例1、2獲得良好的結果。具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過濺射處理緻密地成膜，因此切削性能非常良好，特別是微細結構等的切削加工性能優異。
至於模具的加工期間，相對比較例1-3，實施例1、2獲得良好的結果。通過濺射形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，僅通過所謂機械加工的簡單加工便可完成，與在模具基材上存在著進行陶瓷溶射或鍍層成膜需要的其他發明相比，可有效地較少次數，縮短模具的加工期間，而且可減少模具製造成本。
權利要求
1.一種光學元件用成形模具，其特徵是具有由熱傳導率為1-20W/mK的材料形成的模具基材以及在該模具基材表面上形成的具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，該過冷卻液體區域含有20-80mol％以上選自Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh、Fe、Co、Ni、Zr、Al、Ti、Cu、W、Mo、Cr、B、P的至少1種以上元素，通過對該膜層表面上實施預定的加工，形成模具光學面。
2.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述模具基材由陶瓷材料形成。
3.如權利要求2所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述模具基材由氧化鋯、氧化鋁、マコ-ル、マセライト[Al2O3·K2O·B2O3·F]的任何一種陶瓷形成。
4.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述模具基材由合金、多結晶金屬或者單結晶金屬形成。
5.如權利要求4所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述模具基材由鉻鎳鐵合金、Ti合金、不鏽鋼合金的任何一種形成。
6.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是在所述模具基材表面上形成所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層之前，將所述模具基材表面的表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。
7.如權利要求6所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述表面粗糙度通過噴砂工序調整至Ra＝1-50μm的範圍內。
8.如權利要求6所述的光學元件用成形模具，其特徵是通過採用酸或鹼溶液的蝕刻工序，將所述表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。
9.如權利要求6所述的光學元件用成形模具，其特徵是作為所述酸或鹼溶液，使用醋酸、甲酸、鹽酸、硝酸、硫酸、鉻蝕刻溶液、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氰酸、鐵氰化鉀、過氧化氫水、王水中的任何一種溶液。
10.如權利要求6所述的光學元件用成形模具，其特徵是通過採用濺射法的蝕刻工序將所述表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。
11.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是在所述模具基材表面上形成的所述非晶質金屬膜層的厚度為10-500μm。
12.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的熱傳導率在1-20W/mK的範圍內。
13.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過PVD處理形成。
14.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過濺射處理形成。
15.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過離子鍍處理形成。
16.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過蒸鍍法形成。
17.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過CVD處理形成。
18.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是在所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層和所述模具基材之間具有厚度為0.01μm-20μm的功能膜，該膜是由Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag的貴金屬元素組和Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr的過渡金屬元素組中選出的任何一種元素形成，或者由其中任何2種以上元素組合形成。
19.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是通過在所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層和所述模具基材之間形成膜厚為0.01μm-20μm的膜層，並且該膜層具有由從氧化鋁、氧化鉻、WC、氮化矽、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化鋯、金剛石、類金剛石碳、碳組成的組中選出的至少1種成分，由此形成有功能膜。
20.如權利要求18所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述功能膜通過PVD處理形成。
21.如權利要求18所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述功能膜通過濺射處理形成。
22.如權利要求18所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述功能膜通過離子鍍處理形成。
23.如權利要求18所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述功能膜通過蒸鍍法形成。
24.如權利要求18所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述功能膜通過CVD處理形成。
25.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是成形直徑為5mm以下的光學元件。
26.如權利要求25所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述光學元件用成形模具的外徑比由其成形的光學元件的直徑大1mm以上。
27.如權利要求25所述的光學元件用成形模具，其特徵是在由所述光學元件用成形模具成形的光學元件的光學面上形成以光軸為中心的輪帶結構。
28.如權利要求27所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述輪帶構造為賦予光路差的構造。
29.如權利要求27所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述輪帶構造在光軸方向的截面為鋸齒狀的微雕型衍射構造。
30.如權利要求27所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述輪帶構造在光軸方向的截面為階段狀的衍射構造。
31.如權利要求1所述的光學元件用成形模具，其特徵是所述光學元件用成形模具的模具光學面僅由非球面形狀形成。
32.一種光學元件，其特徵為使用權利要求1記載的光學元件用成形模具成形而成。
33.如權利要求32所述的光學元件，其特徵為將塑料材料作為原料。
34.如權利要求32所述的光學元件，其特徵為將玻璃材料作為原料。
35.如權利要求32所述的光學元件，其特徵為光學元件為透鏡。
36.如權利要求32所述的光學元件，其特徵為所述光學元件在光學面上形成輪帶構造，所述輪帶構造具有補償由於相對所述光學元件照射光的光源的波長發生變化造成的所述光學元件像差變化的功能。
37.如權利要求32所述的光學元件，其特徵為所述光學元件在光學面上形成輪帶構造，所述輪帶構造具有補償由於相對所述光學元件的溫度變化造成的所述光學元件像差變化的功能。
38.如權利要求32所述的光學元件，其特徵為在所述光學元件的光學面上轉印形成多個突起或凹陷。
39.如權利要求38所述的光學元件，其特徵為所述突起或凹陷形成等價折射率區域的微細結構。
40.如權利要求38所述的光學元件，其特徵為所述突起或凹陷形成產生防反射效果的微細結構。
41.如權利要求38所述的光學元件，其特徵為所述突起或凹陷形成產生構造雙折射的微細結構。
42.如權利要求38所述的光學元件，其特徵為所述突起或凹陷形成產生共振區域的微細結構。
43.如權利要求38所述的光學元件，其特徵為所述突起或凹陷存在於所述光學元件光學面的一部分上。
44.如權利要求38所述的光學元件，其特徵為在所述光學元件光學面的一部分上存在至少具有多種形狀或配置圖案的突起或凹陷。
45.一種光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是在由熱傳導率為1-20W/mK的材料形成的模具基材上形成具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，該過冷卻液體區域含有20-80mol％以上選自Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh、Fe、Co、Ni、Zr、Al、Ti、Cu、W、Mo、Cr、B、P的至少1種以上元素，通過對該膜層表面上實施預定的加工，形成模具光學面。
46.如權利要求45所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過PVD處理形成。
47.如權利要求45所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過濺射處理形成。
48.如權利要求45所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過離子鍍處理形成。
49.如權利要求45所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過蒸鍍法形成。
50.如權利要求45所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層通過CVD處理形成。
51.如權利要求45所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是在所述模具基材表面上形成所述具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層之前，將所述模具基材表面的表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。
52.如權利要求45所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是所述表面粗糙度通過噴砂工序調整至Ra＝1-50μm的範圍內。
53.如權利要求51所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是通過採用酸或鹼溶液的蝕刻工序，將所述表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。
54.如權利要求53所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是作為所述酸或鹼溶液，使用醋酸、甲酸、鹽酸、硝酸、硫酸、鉻蝕刻溶液、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氰酸、鐵氰化鉀、過氧化氫水、王水中的任何一種溶液。
55.如權利要求51所述的光學元件用成形模具的製造方法，其特徵是通過採用濺射法的蝕刻工序將所述表面粗糙度調整至Ra＝0.010-50μm的範圍內。
全文摘要
本發明涉及一種光學元件用成形模具，其具有由熱傳導率為1－20W/mK的材料形成的模具基材以及在該模具基材表面上形成的具有過冷卻液體區域的非晶質金屬的膜層，該過冷卻液體區域含有20－80mol％以上選自Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh、Fe、Co、Ni、Zr、Al、Ti、Cu、W、Mo、Cr、B、P的至少1種以上元素，通過對該膜層表面上實施預定的加工，形成模具光學面。
文檔編號C03B11/06GK1733444SQ20051009116
公開日2006年2月15日 申請日期2005年8月9日 優先權日2004年8月12日
發明者湯淺清司, 細江秀, 和田一啟 申請人:柯尼卡美能達精密光學株式會社