CN1733444A - 光学元件用成形模具的制造方法，光学元件用成形模具和光学元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学元件用成形模具，其具有由热传导率为1－20W/mK的材料形成的模具基材以及在该模具基材表面上形成的具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，该过冷却液体区域含有20－80mol％以上选自Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh、Fe、Co、Ni、Zr、Al、Ti、Cu、W、Mo、Cr、B、P的至少1种以上元素，通过对该膜层表面上实施预定的加工，形成模具光学面。

Description

光学元件用成形模具的制造方法， 光学元件用成形模具和光学元件

技术领域

本发明涉及一种可缩短成形周期的制造光学元件用成形模具的制造方法以及由该制造方法制造的光学元件用成形模具，以及由该光学元件用成形模具成形的光学元件。

背景技术

根据现有技术一般实施的塑料光学元件的成形用模具的制造方法，例如采用钢材或不锈钢等的Fe类材料制造坯料(一次加工品)，在其上通过被称为非电解镀镍的化学镀，形成厚度约为100μm的无定型镍与磷的合金的镀膜。通过超精密加工机采用金刚石工具对该镀层进行切削加工，形成用于成形光学元件光学面的高精度的光学面转印面。

但是，近年来，在光学元件的光学面上施加高度为几个微米程度的微细结构，以开发出附加有衍射效果等功能的光学元件。该光学元件光学面的微细结构是预先在成形模具的成形转印面上形成对应的微细结构，通过成形该成形转印面，转印在光学元件材料上来获得。在此，为了通过例如射出成形等转印形成精度良好的微细结构，获得具有所需要的光学特性的光学元件，需要将光学元件材料嵌入至微细结构的深处。然而，为防止光学元件材料附着在模具上，一般设定模具温度比光学元件材料的温度低，因此与模具微细结构接触的光学元件材料的表面变冷，粘度提高，存在光学元件材料难以嵌入至微细结构深处的问题。因此，为使得光学元件材料嵌入至微细结构深处，与成形无微细结构的光学元件的情况相比，要求成形时间增加1.5倍以上。这样，由于每单位时间的光学元件的生产数量减少，所产生的问题是造成光学元件的成本提高。

与此相对的是，通过由陶瓷等具有高阻热性的原料形成模具，即使在其与光学元件材料接触的情况下，通过抑制热传导来提高流动性，可使得光学元件材料容易以短时间嵌入至微细结构深处。

非专利文献1：三菱工程塑料株式会社“对采用陶瓷制阻热模具的转印性能的研究”[online]、2002年6月、[平成16年7月16日检索]、internet<URL；

http：//www.enplanet.com/Company/00000006/Ja/Data/p019.html>

专利文献1：特开2002-96335号公报

发明内容

然而根据该现有技术的方法，是在陶瓷表面上形成镀膜，对该镀膜通过机械加工来形成微细结构。但是在制造工序中，机械加工和化学镀处理混合在一起，比较烦杂，并且交货时间长，而且化学镀处理不一定可以说是稳定的，根据坯料组成的偏差或污染情况将造成镀层附着强度不均匀，或者将产生被称为砂孔的针孔状缺陷，或者必须在镀层厚度中制成光学面转印面，因此在对光学面转印面进行再加工时等，将产生镀层厚度没有余量，使进行加工成为不可能的情况等等的不佳情况。另外，存在着镀层和陶瓷的亲和性比较低的问题，长时间使用时将可能产生剥落等的问题。特别是由于光学元件成形时施加的压力，将容易发生剥离。

本发明是针对上述现有技术中存在的问题作出的，其目的是提供具有耐久性，同时可减少成形周期时间的、并且可高精度成形光学元件的光学元件用成形模具的制造方法，以及由此制造的光学元件用成形模具和由该模具成形的光学元件。

附图说明

图1是制造光学元件用成形模具用的溅射装置的简要构成图。

图2是光学元件用成形模具的简要截面图。

图3是包括光学元件用成形模具的一套模具的截面图，其用于成形作为光学元件的透镜。

图4是通过扩大由光学元件用成形模具形成的透镜的光学面来显示的斜视图。

图5为在本发明者实施的比较试验中所用的模具的简要截面图。

图6显示了在本发明者实施的比较试验中，相对模具光学面的微细结构光学元件材料填充状态的简要截面图。

具体实施方式

为了达到上述目的，以下说明其优选结构。

第1项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征是在由热传导率为1-20W/mK的材料形成的模具基材的表面上形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，该过冷却液体区域含有20-80mol％以上选自Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh、Fe、Co、Ni、Zr、Al、Ti、Cu、W、Mo、Cr、B、P的至少1种以上元素，通过在该膜层表面上实施预定的加工，形成模具光学面(称为转印形成所要成形的光学元件的光学面的面)。

例如在模具基材的表面上附着非电解Ni镀层，在其上形成模具光学面的情况下，为了获得必要的镀膜厚度，需要几周非常长的时间，为形成一个模具，花费相当多的处理时间。

与此相对，如本发明，在模具基材上形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层的情况下，可例如通过从与模具基材相对间隔配置的材料飞散该材料颗粒，堆积具有过冷却液体区域的非晶质合金的成膜工序(特别是溅射或蒸镀法等)来形成膜层，由此可以在非常短的时间成膜，与镀制法相比，可大幅度缩短光学元件用成形模具(也简单地称为模具)的制造时间。

此外，例如在使用作为上述模具基材的陶瓷等的情况下，由于陶瓷为高硬度的难加工材料，因此难以直接通过机械加工直接加工具有较小构造的模具光学面，因此在模具基材的模具光学面上形成切削性能良好的膜层。但是，在现有技术中作为光学元件用成形模具的模具光学面材料使用的非电解镍镀金(ENP膜)膜层中，存在着其与陶瓷等的相容性差，模具基材和膜层的附着性差的问题。与此相对的是在本发明中，在模具基材上形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，因此可以在较短的交货日期内成膜，而且与镀层相比，相对于模具基材具有牢固的附着性，并且切削性能也比ENP膜具有同等以上的优良，通过使用具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，可以在较短的交货日期内提供在模具光学面上形成有微细结构，并且附加阻热效果的光学元件用成形模具。

另外，在本发明中，通过将具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层作为光学元件用成形模具的模具光学面材料使用，在成膜后由金刚石切削加工可容易地制成非常小的、光滑的光学转印面。特别是在高精度并且大量地对衍射沟或DOE沟等的微细结构进行切削加工时，由具有过冷却液体区域的非晶质金属的高的被切削性能，可防止微细工具的刀尖发生折损，另外对工具的损耗也非常小，因此可在维持衍射效果，同时正确地维持重要的沟边部形状的情况下进行切削。

换言之，在本发明中，由于使用了由热传导率为1-20W/mK的材料形成的模具基材，因此可保持光学元件用成形模具本身的阻热效果。例如在通过成形光学元件进行生产时，以上下模具组装工序、熔融树脂射出工序、模具加压保持工序、冷却(树脂固化)工序、光学元件脱模工序作为一个周期反复进行操作，但是在每个周期中成形室和模具的温度呈周期性地变动。当该温度的周期性变动较大时，必须等到模具温度稳定，特别是要在光学元件上转印微细结构(微雕(blaze)形状等)时，周期时间加长，结果造成光学元件的生产能力不能提高的问题。与此相对的是，根据本发明通过保持模具的阻热效果，抑制在1个周期中模具温度的变动，可缩短模具温度达到稳定时的时间，缩短周期时间。另外，热传导率越低的话，模具的阻热效果越高，但是，另一方面，当热传导率过低时，模具温度发生变动时将花费时间，而且模具表面温度也容易发生温度不均现象，因此优选选择具有1-20W/mK范围内的热传导率的材料。

特别是根据本发明，通过使用热传导率为1-20W/mK的基材为模具基材，可将光学元件成形时由光学元件逃逸出的热量抑制在最小限度内。在为现有的使用Fe类原料的模具基材的情况下，由于热传导率为50-90W/mK，因此热量容易从光学元件材料逃逸，而且形成微细结构也花费时间，但是根据本发明的话，与使用Fe类原料的模具基材相比，可更长时间、较高地维持将光学元件材料的温度，由于光学元件材料在粘度较低的状态下与模具压接，因此光学元件材料可到达微细结构的深处，提高成形转印性能。

即，在本发明中，通过将非常适于微细结构切削加工制成的具有过冷却液体区域的非晶质金属作为模具光学面材料使用，同时在模具基材上组合使用提高光学元件成形转印性能的、优异的热传导率低的模具材料，可高精度并且高效率地成形光学面上具有微细结构的高功能光学元件，且可大量地进行生产。

在此，通过在具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层中含有Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh等的贵金属元素类，可有效地提高耐氧化性能以及防止与树脂发生熔结。另外，通过含有Fe、Co、Ni、Ti、W、Mo、Cr的过渡元素，可提高膜层的硬度，并且可提高非晶质金属的膜层的耐热温度。通过混入Al、Cu的被切削性能良好的材料，可进一步提高非晶质金属的膜层的被切削性能。通过混入B、P，可提高非晶质金属的膜层具有的过冷却液体区域的稳定性。

第2项中记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征是在第1项记载的发明中，上述光学元件用成形模具用于成形直径在5mm以下的光学元件。

特别是在成形直径在5mm以下的光学元件时，元件本身的热容量小，因此通过使模具具有阻热效果，效果变大。在这样给模具附加足够的阻热效果时，存在着使用热传导率低(20W/mK)的材料作为模具基材的方法、使用比热较大的材料的方法、通过增大模具形状增大模具热容量的方法等。通过给模具附加足够的阻热效果，可防止成形周期中模具温度剧烈变动，防止模具温度显著降低，相对干扰热应答性能也变得迟钝，因此使得通过成形周期时模具温度变得稳定，结果不仅比使用Fe类原料的模具具有更短的成形周期时间，而且可获得同等程度以上的光学元件微细结构的成形转印性能。

第3项中记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1或第2项记载的发明中，在上述模具基材表面上形成的上述非晶质金属膜层的厚度为10-500μm，因此可通过例如金刚石加工形成光学元件所要求的微细结构。

当上述非晶质金属的膜层的厚度低于10μm时，在通过切削或研磨加工形成模具光学面时，由一次切削或研磨工序切削的膜层厚度为1-5μm，因此可切削或研磨的次数非常有限，只能以大致1次加工制成所需要的模具光学面形状，加工难度提高。而成膜时上述膜层的膜厚偏差也在±5μm以上，因此实际上难以将膜层的膜厚加工为10μm以下。另一方面，膜层的厚度增加得越厚，可加工的次数也增加，可减少加工工序的负担，但是当形成500μm以上上述非晶质金属的膜层时，膜层应力由于厚度逐渐增加，可能发生从模具基材剥离的情况，因此，上述非晶质金属膜层的厚度优选在10-500μm的范围内。

但是，模具光学面的加工工序不仅限于切削或研磨加工等的机械加工。也可通过利用具有过冷却液体区域的非晶质金属膜层的容易转印性能，例如制作出具有微细结构的母型，由成形转印方法从母型进行靠模，在模具光学面上形成与光学元件的轮带形状等对应的微细结构(参照特开2003-154529、特开2003-160343)。根据该方法，准备1个母型的话，通过逐渐转印该表面形状，可容易地生产模具，因此无需通过机械加工一个一个地制成模具光学面，可大幅度缩短模具制造时间。

第4项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1项至第3项的任一项记载的发明中，上述具有过冷却液体区域的非晶质金属的热传导率为1-20W/mK，因此在具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层也可具有阻热效果，可提高模具整体的阻热效果。

第5项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1项至第4项的任一项记载的发明中，上述模具基材由陶瓷材料形成。陶瓷材料一般比热较大，热保持效果高，因此可提高模具的阻热效果。

第6项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第5项记载的发明中，上述模具基材由氧化锆、氧化铝、マコ-ル(macorl)、マセライト[Al₂O₃·K₂O·B₂O₃·F]的任何一种陶瓷形成。氧化铝、氧化锆、マコ-ル、マセライト(maserait)的任何一种陶瓷的热传导率在1-20W/mK的范围内，难以进行热传导，因此具有阻热效果高的特征。

第7项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1项至第4项的任一项记载的发明中，所述模具基材由合金、多结晶金属或者单结晶金属形成。模具基材为金属时，可由切削、研磨等工序容易地制作模具形状，因此与陶瓷基材相比，模具制造交货时间可缩短，并且坯料模具形状精度可提高。

第8项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第7项记载的发明中，所述模具基材由铬镍铁合金、Ti合金、不锈钢合金(SUS304等)的任何一种形成。这些材料均为金属，同时热传导率在1-20W/mK的范围内，难以发生热传导，与陶瓷一样具有较高的阻热效果，并且加工容易。

第9项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1项至第8项的任一项记载的发明中，所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过PVD处理形成。所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过PVD(Physical Vapor Deposition)处理附着在上述模具基体上，可获得牢固的附着效果。

第10项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第9项记载的发明中，所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过溅射处理形成，因此被等离子体中产生的高能量弹出的、与具有所需过冷却液体区域的非晶质金属具有相同组成的靶元素冲击至模具基材，形成非晶质金属膜层，因此膜层的密度高，并且可牢固地附着。

第11项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1到8的任一项所述的发明中，所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过离子镀处理形成。在离子镀处理时，在高真空中蒸发与具有过冷却液体区域的非晶质金属相同组成的元素，使蒸发流离子化。该离子化的蒸发流向施加有负电压的模具基材加速，可以高能量向模具基材冲击，进行成膜，可牢固地附着。此时具有过冷却液体区域的非晶质金属与气体反应，在化学性能方面非常活性，因此可以较低的反应温度获得附着性良好的膜。

第12项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1到8的任一项所述的发明中，所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过蒸镀法形成，因此膜层的厚度均匀，并且可牢固地附着。

第13项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1到8的任一项所述的发明中，所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过CVD处理形成。所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过CVD(Chemical Vapor Deposition)处理附着在上述模具基体上，通过与具有所需过冷却液体区域的非晶质金属有相同组成比的气体化的元素发生化学反应，形成膜层，可使膜厚均匀，并且附着转移性(つきまわり)良好地牢固附着。

第14项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1到13的任一项所述的发明中，在所述模具基材表面上形成所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层之前，将所述模具基材表面的表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。通过使所述模具基材表面的表面粗糙度在Ra＝0.010-50μm，可强化上述模具基体和所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层的粘附力。

第15项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第14项记载的发明中，所述表面粗糙度通过喷砂工序调整至Ra＝1-50μm的范围内，因此可有效地调整粗糙度。在使用喷砂的粗面加工中，实际上难以将Ra调整至1μm以下，另外，超过50μm时促进了模具基材表面的粗面化，在此后进行非晶质金属膜层的成膜时，容易产生针孔等的膜缺陷。因此，在采用喷砂的情况下，Ra＝1-50μm范围的表面粗糙度是适当的。

第16项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第14项记载的发明中，通过采用酸或碱溶液的蚀刻工序，将所述表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内，因此表面粗糙度可通过温度和时间来控制，从而稳定地对表面粗糙度进行调整。

第17项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第16项记载的发明中，作为所述酸或碱溶液，可使用醋酸、甲酸、盐酸、硝酸、硫酸、铬蚀刻溶液、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氰酸、铁***、过氧化氢水、王水中的任何一种溶液。通过使用这些溶液，可有效地并且稳定地调整表面粗糙度。

第18项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第14项记载的发明中，通过采用溅射法的蚀刻工序将所述表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。例如将所述模具基材配置在真空中，通过接近而产生的等离子放电，使得Ar颗粒冲击所述模具基材，从而使该表面粗糙化的话，可减少蚀刻前后其他物质对模具基材的蚀刻面污染的可能性。

第19项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1到18的任一项所述的发明中，在所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层和所述模具基材之间形成厚度为0.01μm-20μm的功能膜，该膜是由Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag的贵金属元素组和Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr的过渡金属元素组中选出的任何一种元素形成，或者由其中任何2种以上元素组合形成。

通过将上述功能膜在所述模具基材和所述具有过冷却液体区域的非晶质金属膜层之间成膜，可进一步提高所述模具基材和所述膜层之间的粘附力。

第20项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第19项记载的发明中，通过在所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层和所述模具基材之间形成膜厚为0.01μm-20μm的膜层，并且该膜层具有由从氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、金刚石、类金刚石碳、碳组成的组中选出的至少1种成分，由此形成功能膜。

通过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过冷却液体的非晶质金属的膜层之间成膜，可提高所述模具基材和所述膜层之间的粘附力，而且还可期待所述功能膜带来的阻热效果、由所述功能膜带来的对所述模具基材的氧化保护效果以及由高硬度功能膜带来的模具形状保护效果等。

第21项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第19或20项记载的发明中，所述功能膜由PVD处理形成。所述功能膜通过PVD处理(Physical Vapor Deposition)处理附着在所述模具基体上时，可牢固地附着。

第22项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第19或20项记载的发明中，所述功能膜通过溅射处理形成，由此由等离子产生的高能量弹出的功能膜材料冲击模具基材，形成膜层，可提高膜层的密度并且可牢固地附着。

第23项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第19或20项记载的发明中，所述功能膜通过离子镀处理形成。通过离子镀处理，在高真空中蒸发功能膜的材料，使蒸发流发生离子化。由于该离子化蒸发流加速朝向施加负电压的模具基材，因此可以高能量向模具基材冲击进行成膜，可牢固的附着。此时，由于与气体反应，功能膜材料化学性能非常活化，因此可以较低的反应温度获得结晶性良好的膜。

第24项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第19或20项记载的发明中，所述功能膜通过蒸镀法形成，因此膜层的厚度均匀，并且可牢固附着。

第25项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第19或20项记载的发明中，所述功能膜通过CVD处理形成。所述功能膜通过CVD(Chemiacl Vapor Deposition)处理附着在所述模具基体上，通过气体化的功能膜材料的化学反应形成膜层，膜层的厚度均匀并且附着转移性良好地牢固附着。

第26项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第19到25任一项所述的发明中，在所述模具基材表面上形成所述功能膜之前，将所述模具基材表面的表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。通过使所述模具基材表面的表面粗糙度在Ra＝0.010-50μm，可强化上述模具基体和所述功能膜的粘附力。

第27项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第26项记载的发明中，所述表面粗糙度通过喷砂工序调整至Ra＝1-50μm的范围内，因此可有效地调整粗糙度。

第28项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第26项记载的发明中，通过采用酸或碱溶液的蚀刻工序，将所述表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内，因此表面粗糙度可通过时间来控制，从而稳定地对表面粗糙度进行调整。

第29项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第28项记载的发明中，作为所述酸或碱溶液，可使用醋酸、甲酸、盐酸、硝酸、硫酸、铬蚀刻溶液、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氰酸、铁***、过氧化氢水、王水中的任何一种溶液。通过使用这些溶液，可有效地并且稳定地调整表面粗糙度。

第30项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第26项记载的发明中，通过采用溅射法的蚀刻工序将所述表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。例如将所述模具基材配置在真空中，通过接近而产生的等离子放电，使得Ar颗粒冲击所述模具基材，从而使该表面粗糙化的话，可减少蚀刻前后其他物质对模具基材的蚀刻面污染的可能性。

第31项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1到30项任一项所述的发明中，所述光学元件用成形模具的外径比由此成形的光学元件的直径大1mm以上。即，与生产的光学元件直径相比，模具的外径大1mm以上，由此模具基材的体积增加时，模具整体的热容量也增加，可进一步增大模具的阻热效果。通常模具外径与所生产的光学元件的直径相同或几乎为相同程度(直径在1mm以下)，但是为本发明的情况下，可以增大模具的外径，增加体积，加大模具整体的热容量。

第32项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1到31项任一项所述的发明中，在由所述光学元件成形模具成形的光学元件的光学面上形成以光轴为中心的轮带构造，因此可进一步提高由所述制造方法制造出的光学元件用成形模具成形的光学元件的功能。

第33项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第32项记载的发明中，所述轮带构造为赋予光路差的构造，因此可进一步提高由所述制造方法制造出的光学元件用成形模具成形的光学元件的功能。作为赋予光路差的构造，已知有所谓NPS(Non-PeriodicSurface)构造等。

第34项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第32项记载的发明中，所述轮带构造为光轴方向截面为锯齿状的微雕型衍射构造，因此可进一步提高由所述制造方法制造出的光学元件用成形模具成形的光学元件的功能。

第35项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第32项记载的发明中，所述轮带构造为光轴方向截面为阶段状的衍射构造，因此可进一步提高由所述制造方法制造出的光学元件用成形模具成形的光学元件的功能。作为阶段状的衍射构造，已知有DOE等。

第36项记载的光学元件用成形模具的制造方法的特征为在第1到35项任一项所述的发明中，所述光学元件用成形模具的模具光学面仅由非球面形状形成，因此可以低成本制造具有高精度的非球面的光学元件。

第37项记载的光学元件用成形模具，其特征为采用第1到36项任一项所述的光学元件用成形模具的制造方法进行制造。

第38项记载的光学元件，其特征为采用第37项所述的光学元件用成形模具成形。

第39项记载的光学元件，其特征为在第38项记载的光学元件中，将塑料材料作为原料。

第40项记载的光学元件，其特征为在第38项记载的光学元件中，将玻璃材料作为原料。

第41项记载的光学元件，其特征为在第38到40项任一项所述的发明中，光学元件为透镜。

第42项记载的光学元件，其特征为在第38到41项任一项所述的发明中，所述轮带构造具有补偿由于相对所述光学元件照射光的光源的波长发生变化造成的所述光学元件的像差(aberration)变化的功能，因此可提供适于例如在光盘上进行信息记录和/或进行信息再生的光拾波装置的光学元件。

第43项记载的光学元件，其特征为在第38到42项任一项所述的发明中，所述轮带构造具有补偿由于所述光学元件温度变化造成的像差变化的功能，因此可提供适于例如在光盘上进行信息记录和/或进行信息再生的光拾波装置的光学元件。

第44项记载的光学元件，其特征为在第1到43项任一项所述的发明中，在所述光学元件的光学面上转印形成多个突起或凹陷，由此可进一步提高所述光学元件的功能。另外，即使必须突起或凹陷必须以例如几十乃至几百纳米的间隔配置，也无需机械加工，可根据转印成形容易地形成。另外，所谓突起或凹陷包含突起和凹陷双方混合在一起的情形。

近年来，试图在光学面上施加为所用光源波长的几倍到更小的微细结构，以在光学元件上附加新的光学功能。例如由成形透镜的折射带来的通常的集光功能以及作为此时的副作用而产生的正分散，可通过在该非球面光学面的表面上施加衍射沟所造成的衍射带来的负分散来消除，从而将原本仅折射不可能产生的消色功能附加在单片透镜光学元件上，在DVD/CD互换的光盘用拾波对物透镜中得到实用化。这是由于利用了大小为透过光学元件的光的波长的数十倍的衍射沟带来的衍射作用，这种利用了由比波长足够大的构造带来的衍射作用的区域被称为标量区域。

另一方面，已知通过以大小为透过光学元件的光波长的几分之一的微细间隔在光学面的表面上密集形成圆锥形状的突起，可发挥出抑制光反射的功能。即，光波在入射至光学元件时在与空气的界面处发生的折射率变化不会如现有技术的光学元件那样从1瞬间变化至介质的折射率，而是由于以微细间隔并列的突起的圆锥形状使其发生缓慢变化，由此可抑制光反射。形成这种突起的光学面以被称为所谓蛾眼(moth eye)的微细结构，通过比光波长等微细的构造体以比波长更短的周期并列，各个构造已经不发生衍射，而相对于光波作为平均折射率起作用。这种区域一般被称为等价折射率区域。与这种等价折射率区域相关的描述，例如在电子信息通信学会论文杂志C Vol.J83-CNo.3，第173-181页，2000年3月号中有记载。

与现有的防反射涂层相比，如果采用等价折射率区域的微细结构，则防反射效果的角度依赖性以及波长依赖性较小，同时可获得较大的防反射效果，而如果采用塑料成形等，可同时制成光学面和微细结构，因此可同时获得透镜功能和防反射功能，无需如现有技术在成形后进行防反射涂布处理的后加工处理等，在生产方面也具有较大的优势，因此引人注目。此外，在相对于光学面具有方向性地配制这种等价折射率区域的微细结构时，可使光学面具有较强的光学异方性，可通过成形获得现有技术中通过对水晶等的结晶进行切削制造出的双折射光学元件，另外，通过将折射和反射光学元件组合物可附加新的光学功能。这种情况下的光学异方性称为构造双折射。

在上述标量区域和等价折射率区域之间，存在着衍射效率根据入射条件的微细不同而发生急剧变化的共振区域。例如当衍射轮带的沟宽度变窄时，将发生衍射效率以波长几倍程度的急剧减小或者增加的现象(异常)。利用该区域的性质，可以微细结构实现仅反射特定波长的波导模式的共振格栅滤光器，可实现与通常的干涉滤光器一样的效果，并且角度依赖性更小。

第45项记载的光学元件，其特征为在第44项所述的发明中，所述突起或凹陷形成等价折射率区域的微细结构。另外，所述突起或凹陷的间隔优选为透过所述光学元件光学面的光的波长以下。

第46项记载的光学元件，其特征为在第44或45项所述的发明中，所述突起或凹陷形成发生防反射效果的微细结构。另外，所述突起或凹陷的间隔优选为透过所述光学元件光学面的光的波长以下。

第47项记载的光学元件，其特征为在第44到46项任一项所述的发明中，所述突起或凹陷形成发生构造双折射效果的微细结构。另外，所述突起或凹陷的间隔优选为透过所述光学元件光学面的光的波长以下。

第48项记载的光学元件，其特征为在第44到47项任一项所述的发明中，所述突起或凹陷形成共振区域的微细结构。另外，所述突起或凹陷的间隔优选为透过所述光学元件光学面的光的波长以下。

第49项记载的光学元件，其特征为在第44到48项任一项所述的发明中，所述突起或凹陷存在于所述光学元件光学面的一部分上。在所述光学元件光学面上，微细结构的突起或凹陷以具有多个形状或配置图案的方式形成，通过在该光学面上的一部分处配置这些微细结构，该光学面可在局部处发挥这些微细结构的光学功能。由此对通过光学面的光束部分或选择性地施加由微细结构的突起或凹陷的各形状或配置图案产生的光学功能，可对一个光束加入多种光学功能。该情况下，在光学元件的光学面上无需在光学面的整个表面上存在微细结构的突起或凹陷。即，在现有技术中为发挥预定光学功能而需要组合多个光学元件，而采用本发明光学元件的话，可单独地发挥出预定的光学功能，可更加简化光学***，实现大幅度的降低成本。而且本发明的光学元件可容易地大量生产。

第50项记载的光学元件，其特征为在第44到49项任一项所述的发明中，在所述光学元件的光学面的一部分上至少存在具有多个形状或配置图案的突起或凹陷。

在本说明书中所用的衍射构造(衍射轮带)指的是通过在光学元件(例如透镜)的光学面表面上设置形成为以光轴为中心的大致同心形状的轮带的浮雕(relief)，形成所谓的衍射面，其具有通过衍射对光束进行集光或者发散的作用。例如已知在包含光轴的平面上看该截面的话，各轮带形成为如锯齿的形状，该衍射构造就包含这种形状。衍射轮带也称为衍射沟。

在适用本发明时，轮带构造或突起(或凹陷)的并列等，与各个微细结构的形状或配置周期等无关。即使为任何的微细结构，只要是以在光学元件上附加新功能为目的而实施的话，该光学元件用成形模具或由此而成形的光学元件也包含在本发明的范畴中。而作为新附加的功能，不限于降低像差。即使在故意增加对应于光学体系特性的像差的情况下，为接近最终理想的像差而实施的情况也包含在本发明的范围内。

发明的效果

根据本发明，可提供具有耐久性并且成形周期时间减少，而且可高精度成形光学元件的光学元件用成形模具的制造方法，以及由此制造出的光学元件成形模具和由该模具成形的光学元件。

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1、2为显示光学元件用成形模具的制造工序的图。首先制造圆筒状的模具基材10。作为模具基材10的材料，具体地可举出作为热传导率为20W/Km以下的材料，氧化锆、氧化铝、マコ-ル、マセライト[Al₂O₃·K₂O·B₂O₃·F]、铬镍铁合金、Ti合金、不锈钢合金(SUS304)等。作为一例，在使用氧化锆母材(NPZ-1)时，首先将氧化锆粉末烧结成与模具基材形状近似的形状(热压)。此后，对坯料模具基材进行研磨加工，获得外形尺寸精度。处理模具的光学元件成形转印面(以下称为模具光学面)以外，使用金刚石工具根据对外周部、端面部进行切削加工，并使用金刚石工具根据进行研磨工序。此时对于外周部的加工精度，优选形状精度为2μm以下，表面粗糙度为Ra在100nm以下。

在加工过的模具基材10上，在模具光学面上形成膜厚为0.01-50μm的功能膜Cr。作为成膜装置，可举出溅射装置、蒸镀装置、离子镀、CVD等。在溅射装置上进行功能膜的成膜时，成膜条件根据装置而不同，但是作为一例，可在0.1Pa的Ar气氛中，RF300W，将从靶到模具光学面的距离设定为90mm。根据装置的不同，还可通过距离将成膜速度调整至大体在1μm/h-20μm/h的范围内变化。

作为功能膜的较大的功能，可举出强化模具基材和在后工序成膜的具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层的粘附力。特别是在氧化锆等陶瓷材料上形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层时，优选设置功能膜。在无功能膜，在氧化锆模具基材上形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层的情况下，通过粘结带剥离试验测定膜的粘附力的话，该粘附力为50gf左右，而通过以0.01-1μm的膜厚进行功能膜Cr的成膜时，粘附力可提高至1000gf以上，在后工序中的采用切削工序进行模具光学面形成工序或者在作为成形模具使用时，可防止成形树脂和模具光学面粘附而造成具有过冷却液体区域的非晶质金属的剥离。

本发明者等对所实施的粘结带剥离试验进行说明。所谓粘结带剥离试验指的是在膜层表面上贴附具有粘结性的带，对其快速并且强力地进行剥离，通过在剥离的时间点记录的最大拉伸负载，作为该膜层的粘附力进行评价。通过试验用带的粘附力强度可决定该测定的粘附力的上限。在上述评价试验中使用的双面带是在约30mm²的平面中具有1000gf粘附力的带，因此可测定的粘附力的上限为1000gf。另外，在贴附带子之前的膜层面上采用锋利的刀尖形成条痕，形成边长为6-7mm大小的正方形直至原表面，此后再进行试验时，可更加明确地进行判定。

在获得所希望的功能膜层后，使用溅射等的成膜装置(参照图1)，形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层。将模具基材10安装在图1所示的金属玻璃(也称为具有过冷却液体的非晶质金属)的成膜装置上。如果更具体地说明的话，在图1中在筐体200覆盖着的处理室P中，载置着支撑靶T的靶支持台201，在其上以与基面对应的方式配置保持模具基材10用的试样支架202。在靶支持台201的内部形成冷却配管，在该冷却配管上通过外部控制装置203，其结构可使得温度调整用的冷却水循环。

另外，处理室P借助阀门V1连接到涡轮分子泵204上，涡轮分子泵204借助阀门V2连接到旋转泵205上。在处理室P内含有Ar分子，并且受到2个泵204、205的吸引，形成10^-1至数个Pa程度的压力。

成膜条件根据膜厚等的成膜条件以及装置而有所不同，作为一例，可举出在0.5Pa的Ar气氛中RF500W、将从靶到要成膜的试样，即，模具光学面的距离设定为90mm。根据装置的不同，可通过调整距离使成膜速度大体在1μm/h到20μm/h的范围内改变。越接近于试样，成膜速度越提高时，由于产生成膜的膜颗粒***等的问题，因此需要进行调整。对该方式成膜的试验的无定形状态的确认可采用DSC(热流束示差扫描热量测定装置)，观察在无定形状态相转移至过冷却液体区域时产生的吸热反应，或者通过X线衍射装置进行观察可获得这样的图案，其由于无定形状态特有的结晶构造完全看不到峰，由此可进行确认。通过这种方法，与现有的制造金属玻璃主体的方法相比更加容易，并且可在光学用途成形模具光学面上进行金属玻璃膜的成膜。

对该具有过冷却液体区域的非晶质金属膜层形成工序完成了的坯料模具除了模具光学面以外，采用金刚石工具对外周部、端面部进行切削加工，以及使用金刚石工具实施研磨工序。

金刚石切削采用图2虚线所示的单结晶金刚石工具T，由超精密转盘(未示出)等一个一个地进行切削加工，因此经过与现有的采用非电解镀镍的模具的制造方法基本相同的加工工序，但是与现有技术相比，模具光学面MGa和几何尺寸基准面转印面MGb通过PVD处理或CVD处理可迅速、致密地形成，无需进行化学镀处理，因此不会发生针孔等的缺陷，处理交货日期加快，并且由于被切削性能非常良好，对工具的磨损小，由切削加工可容易地进行形状的制成等，可以说具有更优异的特征。

但是模具光学面的加工工序不限于金刚石切削加工。通过利用具有过冷却液体区域的非晶质金属膜层的容易转印性能，也可制作出例如具有微细结构的母型，由成形转印方法从母型进行靠模，在模具光学面上形成与光学元件的轮带形状等对应的微细结构(参照特开2003-154529、特开2003-160343)。根据该方法，准备1个母型的话，通过逐渐转印该表面形状，可容易地生产模具，因此无需通过机械加工一个一个地制成模具光学面，可大幅度缩短模具制造时间。

此时对于外周部的加工精度，优选其尺寸精度在2μm以下，表面粗糙度在Ra100nm以下。在模具基材为氧化锆等陶瓷材料的较硬并且脆的难加工材料时，可通过研磨工序获得尺寸精度。在该外周部加工工序完成后，对模具光学面MGa进行预定加工。即，使用金刚石工具对模具光学面MGa具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层进行切削，获得具有微细结构和/或非球面形状的模具光学面形状。优选形状精度在50nm以下，表面粗糙度在Ra5nm以下。另外，预定的加工不限于机械加工。即，在模具外周加工工序中，模具基材为陶瓷的情况下，有时将外周部附着的具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层或功能膜层通过研磨工序削落，从陶瓷基材剥离，而获得外周尺寸精度。在要对陶瓷基材进行剥离时，即使在光学元件成形时为取出成形品而使得该模具为上下振动的构造时，由于陶瓷基材的硬度摩擦系数小，因此还可抑制在模具周围部件之间产生擦伤，可切实地实施操作，而且可抑制模具或作为振动对象的模具周围部件的损耗。但是在本发明中未涉及是否从基材剥离外周部。

通过以上所述，可在模具基材10上使用热传导率为1-20W/mK的模具材料的该模具光学面MGa上形成膜厚为10-500μm的具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，获得成形直径在5mm以下的光学元件用的光学元件用成形模具10’。另外，优选光学元件用成形模具10’的外径φ(图2)比由其成形的光学元件的直径大1mm以上。

图3是包括光学元件用成形模具10’的一套模具的截面图，其用于成形作为光学元件一例的透镜。将如上所述非晶质合金MG成膜了的光学元件用成形模具10’以及同样非晶质合金MG’成膜了的光学元件用成形模具11’以模具光学面MGa、MGa’相互之间以及几何尺寸基准面转印面MGb、MGb’相互之间相对向的方式***模具套模具13、14，从未图示的浇口以与通常的射出成形一样的方式向光学元件用成形模具10’、11’之间射出熔融的塑料材料PL，进一步冷却，可获得所希望形状的透镜。

图4是通过扩大由这种光学元件用成形模具形成的透镜的光学面的实例来显示的剖视图。在图4(a)中，在透镜的光学面上作为多个突起的实例，微细圆筒C以多数形成矩阵状结构(等价折射率区域的微细结构的实例)。例如在将这种对物透镜作为DVD记录/再生用光拾波装置的透镜使用的情况下，通过透镜的光在650nm附近。因此，在微细圆筒C的间隔Δ为160nm时，入射至该对物透镜的光几乎不反射，可提供具有极高光透过率的对物透镜。

在图4(b)中，在透镜的光学面上作为多个突起的实例，以间隔Δ隔开形成多个微细三角锥T，其与图4(a)具有同样的显著效果。作为该间隔Δ，在0.1-0.2μm以下时，可降低散射，因此优选。在图4(c)中，在透镜的光学面上作为多个突起的实例，以间隔Δ隔开形成多个翅片F(构造双照射的微细结构的实例)。翅片F的长度比透过的光的波长要长(在上述例子中为650nm以上)。具有该构成的透镜在沿着翅片F的方向上透过具有振动面的光，但是在与翅片交叉的方向的光不被透过，具有所谓的偏光效果。在图4(d)中，在透镜的光学面上作为以光轴为中心的轮带构造的实例，形成光轴方向的截面为锯齿状的微雕型衍射轮带D。涉及该衍射轮带D在例如特开2001-195769号公报中对作为与该形状对应的效果的像差补偿和温度补偿进行了详细描述，因此以下省略了说明。作为除此以外的轮带构造开可形成NPS、DOE等。另外，在图4(a)-(c)中，为了简单在平面上示出了设置这些突起的实例，但是也可以将其底面制成球面或非球面等具有适宜曲率的曲面，在该曲面上进行设置。

图5为在本发明者实施的比较试验中所用的模具的简要截面图。对各模具的形式进行了说明。图5(a)：实施例1：陶瓷(模具基材)+金属玻璃的膜层，图5(b)：实施例2：陶瓷(模具基材)+功能膜+金属玻璃的膜层，图5(c)：比较例1：金属(模具基材)+镀层的膜层，图5(d)：比较例2(与非专利文献1相当)：陶瓷(模具基材)+镀层的膜层，图5(e)：比较例3(与专利文献1相当)：陶瓷(模具基材)+金属层+镀层的膜层。

本发明者等使用以上的模具进行了比较评价。评价结果示于表1。

表1

比较表

	光学元件成形的优点			模具制造时的优点
						转印性能	耐久性	10000次冲击后模具形状变化	切削性	模具加工期间
	实施例1	◎	○	◎	◎						◎
实施例2						◎	○～◎	◎	◎	◎
	比较例1	○	◎	○	○						○
比较例2						△	△～×	◎	○	△
	比较例3	◎	△～×	◎	○						△

在表1中，模具的转印性能指的是这样的评价，即以怎样程度的精度对光拾波装置中使用的具有衍射构造的光学元件进行良好地转印。此外，由于DVD/CD用光拾波装置中使用的光学元件和BD(Blu-ray Disc)/HD DVD用光拾波装置中使用的光学元件，其激光的波长分别是不同的，并且BD(Blu-ray Disc)/HD DVD用光拾波装置中使用的光学元件的微细结构具有更微细的形状，因此需要更高的转印性能。在此评价结果意味着以下的含义。

◎：转印性能非常良好

○：转印性能良好

△：转印性能一般

×：转印性能差

在表1中，模具的耐久性是根据成形时膜层产生剥离的冲击数来评价的。在此，评价结果意味着以下的含义。

◎：1万次冲击以上可成形

○：几千次冲击可成形

△：几百次冲击可成形

×：几十次冲击以内可成形

在表1中，模具的形状变化是通过将例如10次冲击、100次冲击、1000次冲击、5000次冲击、10000次冲击的单位冲击次数成形后模具的形状变化与初期值比较来评价的，在此，评价结果意味着以下的含义。

◎：形状不发生变化

○：存在形状变化，但是停留在实用上不成为问题程度的变形

△：产生不可忽视的变形，但根据成形条件的变更可进行对应

×：产生不可忽视的变形，即使变更成形条件，也不能作为光学元件的模具进行使用。

在表1中，模具的切削性能是根据使用金刚石工具切削后表面的粗糙度进行评价的。在此，评价结果意味着以下的含义。

◎：Ra不足1nm

○：Ra为1-10nm

△：Ra为10-50nm

×：Ra超过50nm

在表1中，模具的加工期间根据模具制造时所花费的总时间来评价。在此，评价结果意味着以下的含义。

◎：模具的加工期间在几周以内。

○：模具的加工期间在1个月到2个月左右

△：模具的加工期间超过2个月

考察评价结果可知对于转印性能，相对于比较例1、2，实施例1、2可获得非常良好的结果。在形成整体形状的同时，对DVD互换透镜或BD(Blu-ray)/HD DVD用透镜等的光学元件中的成形转印重要的是设置在光学面上的衍射沟部形状的转印是否可精度良好的实施，该转印性能对光学元件的性能是最有效的。从比较结果可知，在实施例1、2的情况下，沟部的压陷(参照图6，如后所述)减少1/2到1/4的程度，因此特别是在涉及由于光源波长短而进一步减小高度或间距的BD/HD DVD用光拾波装置用的光学元件中的微细结构的转印，以比较例2的构成难以进行实用化，而实施例1、2均良好。

图6显示了在本发明者实施的比较实验中，相对于模具光学面的微细结构光学元件材料的填充状态的简要截面图。图6(a)使用Fe类材料作为模具基材，在其上通过非电解镀镍成膜，形成微雕状的微细结构(间距10μm，高度1μm)，将其作为比较例。图6(b)使用氧化锆作为模具基材，在其上形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，同样形成微雕状的微细结构，将其作为实施例。

使用这些模具射出树脂，在脱模前切断微细结构，采用电子显微镜观察微雕沟的最深处是否进入树脂进行转印。在模具光学面上制成的微雕状微细结构成形转印至光学元件上时，熔融树脂未进入至该微细结构的微雕沟的深底部中，因此转印不佳，如图6(a)所示，在由模具光学面的微雕沟转印成形的光学元件的表面形状产生转印不佳部分的情况下，将该现象称为压陷。通过测定该压陷在间距方向的长度Δ(图6(a))，可将其作为光学元件微细形状转印性能评价时的一个指标。在图6(a)所示的比较例中，压陷为1-2μm，在图6(b)所示的实施例中，压陷为0.5μm以下，与比较例的压陷相对，实施例的压陷减少1/2-1/4，可确认该效果。

对于耐久性，相对于比较例2、3，实施例1和2获得非常良好的结果。特别是与以比较例2的构成在达到预定冲击次数时产生剥离的情况相比，实施例1、2均良好。而且与实施例1相比，实施例2显示出20倍以上的耐久性。与此相对，如比较例所示，已知陶瓷基材+镀层的组合相容性差，膜层容易剥离。特别是在重复施加热冲击时，容易发生剥离。

至于模具形状的变化，比较例2、3和实施例1、2均良好。当使用陶瓷等较硬的材料作为模具基材时，对于抑制模具形状的变化时有效的。

至于切削性能，相对于比较例1-3，实施例1、2获得良好的结果。具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过溅射处理致密地成膜，因此切削性能非常良好，特别是微细结构等的切削加工性能优异。

至于模具的加工期间，相对比较例1-3，实施例1、2获得良好的结果。通过溅射形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，仅通过所谓机械加工的简单加工便可完成，与在模具基材上存在着进行陶瓷溶射或镀层成膜需要的其他发明相比，可有效地较少次数，缩短模具的加工期间，而且可减少模具制造成本。

Claims (55)

1、一种光学元件用成形模具，其特征是具有由热传导率为1-20W/mK的材料形成的模具基材以及在该模具基材表面上形成的具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，该过冷却液体区域含有20-80mol％以上选自Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh、Fe、Co、Ni、Zr、Al、Ti、Cu、W、Mo、Cr、B、P的至少1种以上元素，

通过对该膜层表面上实施预定的加工，形成模具光学面。

2、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述模具基材由陶瓷材料形成。

3、如权利要求2所述的光学元件用成形模具，其特征是所述模具基材由氧化锆、氧化铝、マコ-ル、マセライト[Al₂O₃·K₂O·B₂O₃·F]的任何一种陶瓷形成。

4、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述模具基材由合金、多结晶金属或者单结晶金属形成。

5、如权利要求4所述的光学元件用成形模具，其特征是所述模具基材由铬镍铁合金、Ti合金、不锈钢合金的任何一种形成。

6、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是在所述模具基材表面上形成所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层之前，将所述模具基材表面的表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。

7、如权利要求6所述的光学元件用成形模具，其特征是所述表面粗糙度通过喷砂工序调整至Ra＝1-50μm的范围内。

8、如权利要求6所述的光学元件用成形模具，其特征是通过采用酸或碱溶液的蚀刻工序，将所述表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。

9、如权利要求6所述的光学元件用成形模具，其特征是作为所述酸或碱溶液，使用醋酸、甲酸、盐酸、硝酸、硫酸、铬蚀刻溶液、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氰酸、铁***、过氧化氢水、王水中的任何一种溶液。

10、如权利要求6所述的光学元件用成形模具，其特征是通过采用溅射法的蚀刻工序将所述表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。

11、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是在所述模具基材表面上形成的所述非晶质金属膜层的厚度为10-500μm。

12、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的热传导率在1-20W/mK的范围内。

13、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过PVD处理形成。

14、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过溅射处理形成。

15、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过离子镀处理形成。

16、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过蒸镀法形成。

17、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过CVD处理形成。

18、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是在所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层和所述模具基材之间具有厚度为0.01μm-20μm的功能膜，该膜是由Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag的贵金属元素组和Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr的过渡金属元素组中选出的任何一种元素形成，或者由其中任何2种以上元素组合形成。

19、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是通过在所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层和所述模具基材之间形成膜厚为0.01μm-20μm的膜层，并且该膜层具有由从氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、金刚石、类金刚石碳、碳组成的组中选出的至少1种成分，由此形成有功能膜。

20、如权利要求18所述的光学元件用成形模具，其特征是所述功能膜通过PVD处理形成。

21、如权利要求18所述的光学元件用成形模具，其特征是所述功能膜通过溅射处理形成。

22、如权利要求18所述的光学元件用成形模具，其特征是所述功能膜通过离子镀处理形成。

23、如权利要求18所述的光学元件用成形模具，其特征是所述功能膜通过蒸镀法形成。

24、如权利要求18所述的光学元件用成形模具，其特征是所述功能膜通过CVD处理形成。

25、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是成形直径为5mm以下的光学元件。

26、如权利要求25所述的光学元件用成形模具，其特征是所述光学元件用成形模具的外径比由其成形的光学元件的直径大1mm以上。

27、如权利要求25所述的光学元件用成形模具，其特征是在由所述光学元件用成形模具成形的光学元件的光学面上形成以光轴为中心的轮带结构。

28、如权利要求27所述的光学元件用成形模具，其特征是所述轮带构造为赋予光路差的构造。

29、如权利要求27所述的光学元件用成形模具，其特征是所述轮带构造在光轴方向的截面为锯齿状的微雕型衍射构造。

30、如权利要求27所述的光学元件用成形模具，其特征是所述轮带构造在光轴方向的截面为阶段状的衍射构造。

31、如权利要求1所述的光学元件用成形模具，其特征是所述光学元件用成形模具的模具光学面仅由非球面形状形成。

32、一种光学元件，其特征为使用权利要求1记载的光学元件用成形模具成形而成。

33、如权利要求32所述的光学元件，其特征为将塑料材料作为原料。

34、如权利要求32所述的光学元件，其特征为将玻璃材料作为原料。

35、如权利要求32所述的光学元件，其特征为光学元件为透镜。

36、如权利要求32所述的光学元件，其特征为所述光学元件在光学面上形成轮带构造，所述轮带构造具有补偿由于相对所述光学元件照射光的光源的波长发生变化造成的所述光学元件像差变化的功能。

37、如权利要求32所述的光学元件，其特征为所述光学元件在光学面上形成轮带构造，所述轮带构造具有补偿由于相对所述光学元件的温度变化造成的所述光学元件像差变化的功能。

38、如权利要求32所述的光学元件，其特征为在所述光学元件的光学面上转印形成多个突起或凹陷。

39、如权利要求38所述的光学元件，其特征为所述突起或凹陷形成等价折射率区域的微细结构。

40、如权利要求38所述的光学元件，其特征为所述突起或凹陷形成产生防反射效果的微细结构。

41、如权利要求38所述的光学元件，其特征为所述突起或凹陷形成产生构造双折射的微细结构。

42、如权利要求38所述的光学元件，其特征为所述突起或凹陷形成产生共振区域的微细结构。

43、如权利要求38所述的光学元件，其特征为所述突起或凹陷存在于所述光学元件光学面的一部分上。

44、如权利要求38所述的光学元件，其特征为在所述光学元件光学面的一部分上存在至少具有多种形状或配置图案的突起或凹陷。

45、一种光学元件用成形模具的制造方法，其特征是在由热传导率为1-20W/mK的材料形成的模具基材上形成具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层，该过冷却液体区域含有20-80mol％以上选自Pt、Ir、Au、Pd、Ru、Rh、Fe、Co、Ni、Zr、Al、Ti、Cu、W、Mo、Cr、B、P的至少1种以上元素，通过对该膜层表面上实施预定的加工，形成模具光学面。

46、如权利要求45所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过PVD处理形成。

47、如权利要求45所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过溅射处理形成。

48、如权利要求45所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过离子镀处理形成。

49、如权利要求45所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过蒸镀法形成。

50、如权利要求45所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层通过CVD处理形成。

51、如权利要求45所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是在所述模具基材表面上形成所述具有过冷却液体区域的非晶质金属的膜层之前，将所述模具基材表面的表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。

52、如权利要求45所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是所述表面粗糙度通过喷砂工序调整至Ra＝1-50μm的范围内。

53、如权利要求51所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是通过采用酸或碱溶液的蚀刻工序，将所述表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。

54、如权利要求53所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是作为所述酸或碱溶液，使用醋酸、甲酸、盐酸、硝酸、硫酸、铬蚀刻溶液、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氰酸、铁***、过氧化氢水、王水中的任何一种溶液。

55、如权利要求51所述的光学元件用成形模具的制造方法，其特征是通过采用溅射法的蚀刻工序将所述表面粗糙度调整至Ra＝0.010-50μm的范围内。

Images