JPH07107195B2 - 光学素子のプレス成形用金型の製造方法および光学素子の製造方法 - Google Patents
光学素子のプレス成形用金型の製造方法および光学素子の製造方法Info
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- JPH07107195B2 JPH07107195B2 JP63130667A JP13066788A JPH07107195B2 JP H07107195 B2 JPH07107195 B2 JP H07107195B2 JP 63130667 A JP63130667 A JP 63130667A JP 13066788 A JP13066788 A JP 13066788A JP H07107195 B2 JPH07107195 B2 JP H07107195B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高精度な形状を有する光学素子を安価に製造す
るための光学素子のプレス成形用型及び製造方法に関す
るものである。
るための光学素子のプレス成形用型及び製造方法に関す
るものである。
従来の技術 近年、光学素子は光学機器の高性能化、軽量化に伴い著
しく高精度の素子が要求されて来ている。例えばレンズ
の場合、非球面レンズをプレス成形により製造しようと
試みられている。このため型材料としてシリコンカーバ
イドまたはシリコンナイトライドを用いたプレス成形用
型（特開昭52−45613号公報）や超硬合金またはサーメ
ットを母材とし、前記母材上に被プレス材料と反応しな
い耐熱膜を被覆したプレス成形用型（例えば特願昭59−
99059号）などが提案されている。しかし前述した型材
料を高精度に加工する事はダイヤモンドバイトの摩耗が
原因となり非常に難しくプレス成形型のコストアップの
要因となっていた。これらの問題を解決するために、珪
素を母材とした成形用型（特願昭60−155405号）や超硬
合金又はサーメット母材上にダイヤモンドバイトでの加
工性に特に優れた中間層を設け、この中間層を高精度に
加工した後、被プレス材料と反応しない耐熱膜を被覆し
たプレス成形用型（特開昭60−140824号）で光学素子を
プレス成形する方法が提案されている。
しく高精度の素子が要求されて来ている。例えばレンズ
の場合、非球面レンズをプレス成形により製造しようと
試みられている。このため型材料としてシリコンカーバ
イドまたはシリコンナイトライドを用いたプレス成形用
型（特開昭52−45613号公報）や超硬合金またはサーメ
ットを母材とし、前記母材上に被プレス材料と反応しな
い耐熱膜を被覆したプレス成形用型（例えば特願昭59−
99059号）などが提案されている。しかし前述した型材
料を高精度に加工する事はダイヤモンドバイトの摩耗が
原因となり非常に難しくプレス成形型のコストアップの
要因となっていた。これらの問題を解決するために、珪
素を母材とした成形用型（特願昭60−155405号）や超硬
合金又はサーメット母材上にダイヤモンドバイトでの加
工性に特に優れた中間層を設け、この中間層を高精度に
加工した後、被プレス材料と反応しない耐熱膜を被覆し
たプレス成形用型（特開昭60−140824号）で光学素子を
プレス成形する方法が提案されている。
さらに最近では、耐熱性及び強度に優れた材料を母材と
し、この母材をある程度の所望の形状に加工した後、耐
熱膜を形成し、さらにその上にレジストを用いて所望の
パターンを形成した後、エッチング加工により高精度な
成形型を作製する方法（特開昭62−210432号）が提案さ
れている。
し、この母材をある程度の所望の形状に加工した後、耐
熱膜を形成し、さらにその上にレジストを用いて所望の
パターンを形成した後、エッチング加工により高精度な
成形型を作製する方法（特開昭62−210432号）が提案さ
れている。
発明が解決しようとする課題 珪素を母材とした型材料では型のチッピングが発生しや
すいという欠点と母材と耐熱膜との接着強度が得られに
くいという欠点を有し、型寿命という点で不十分であっ
た。また、超硬合金又はサーメット母材上にダイヤモン
ドバイトでの加工性に特に優れた中間層を設け、この中
間層を高精度に加工した後、耐熱膜を被覆した成形型の
場合も、中間層が比較的軟らかいという欠点と、中間層
として形成した金属が低融点のため成形温度で粒成長を
起しプレス面の表面粗度をくずし易いという欠点があっ
た。また耐熱性母材上に耐熱膜を形成しレジストを用い
て所望のパターンを形成した後、エッチングにより型を
高精度に加工する方法もレジスト耐熱膜とのエッチング
速度があまり違う場合エッチングによって耐熱膜が加工
されたときに形成されるパターンの凹部と凸部の段差
は、レジストで作製したパターンの凹部と凸部の段差に
比べて、レジストと耐熱膜のエッチング速度の比率に対
応して小さくなるので、所望の形状にならないという欠
点があり、このため800nm帯のフーリェ格子で回折効率
は、Ｅ波32％,H波27％と低効率のものしか得られなかっ
た。以上のように上記構成の成形用型を用いて高精度な
光学素子を安定、かつ安価に製造することが不可能であ
った。
すいという欠点と母材と耐熱膜との接着強度が得られに
くいという欠点を有し、型寿命という点で不十分であっ
た。また、超硬合金又はサーメット母材上にダイヤモン
ドバイトでの加工性に特に優れた中間層を設け、この中
間層を高精度に加工した後、耐熱膜を被覆した成形型の
場合も、中間層が比較的軟らかいという欠点と、中間層
として形成した金属が低融点のため成形温度で粒成長を
起しプレス面の表面粗度をくずし易いという欠点があっ
た。また耐熱性母材上に耐熱膜を形成しレジストを用い
て所望のパターンを形成した後、エッチングにより型を
高精度に加工する方法もレジスト耐熱膜とのエッチング
速度があまり違う場合エッチングによって耐熱膜が加工
されたときに形成されるパターンの凹部と凸部の段差
は、レジストで作製したパターンの凹部と凸部の段差に
比べて、レジストと耐熱膜のエッチング速度の比率に対
応して小さくなるので、所望の形状にならないという欠
点があり、このため800nm帯のフーリェ格子で回折効率
は、Ｅ波32％,H波27％と低効率のものしか得られなかっ
た。以上のように上記構成の成形用型を用いて高精度な
光学素子を安定、かつ安価に製造することが不可能であ
った。
課題を解決するための手段 本発明は上記の課題を解決するため、超硬合金あるいは
サーメットを母材とし、前記母材を所望の形状に近い形
状に加工した後、白金族金属膜、白金族金属を主成分と
する合金膜、窒化膜、炭化膜、ホウ化膜のうちいずれか
一つを耐熱膜として母材上に被覆し、前記耐熱膜上に珪
素膜を形成し、その後、珪素膜上にレジストで所望のパ
ターンを形成し、反応性の乾式エッチングにより、レジ
ストの開口部の珪素膜を除去して段差を拡大した後、乾
式エッチングにより、レジスト及び珪素膜が全て除去さ
れるまで、全面を同時にエッチングすることにより光学
素子のプレス成形用金型を製造する工程と、前記工程に
より得られる上下一対のプレス成形用金型の間に光学素
子材料を置き、光学素子材料が変形可能な温度まで加熱
した後、圧力を加えて前記プレス成形用金型の表面形状
を転写するまで光学素子材料を変形させ、冷却後、成形
された光学素子を取り出す工程により光学素子を製造し
た。
サーメットを母材とし、前記母材を所望の形状に近い形
状に加工した後、白金族金属膜、白金族金属を主成分と
する合金膜、窒化膜、炭化膜、ホウ化膜のうちいずれか
一つを耐熱膜として母材上に被覆し、前記耐熱膜上に珪
素膜を形成し、その後、珪素膜上にレジストで所望のパ
ターンを形成し、反応性の乾式エッチングにより、レジ
ストの開口部の珪素膜を除去して段差を拡大した後、乾
式エッチングにより、レジスト及び珪素膜が全て除去さ
れるまで、全面を同時にエッチングすることにより光学
素子のプレス成形用金型を製造する工程と、前記工程に
より得られる上下一対のプレス成形用金型の間に光学素
子材料を置き、光学素子材料が変形可能な温度まで加熱
した後、圧力を加えて前記プレス成形用金型の表面形状
を転写するまで光学素子材料を変形させ、冷却後、成形
された光学素子を取り出す工程により光学素子を製造し
た。
作用 本発明では、超硬合金あるいはサーメットを母材とし、
前記母材を所望の形状に近い形状に加工した後、白金族
金属膜、白金族金属を主成分とする合金膜、窒化膜、炭
化膜、ホウ化膜のうちいずれか一つを耐熱膜として母材
上に被覆し、前記耐熱膜上に珪素膜を形成し、その後、
珪素膜上にレジストで所望のパターンを形成し、反応性
の乾式エッチングにより、レジストの開口部の珪素膜を
除去して段差を拡大した後、乾式エッチングにより、レ
ジスト及び珪素膜が全て除去されるまで、全面を同時に
エッチングすることにより光学素子のプレス成形用金型
を製造することにより、エッチングによって耐熱膜が加
工されたときに形成されるパターンの凹部と凸部の段差
は、レジストで作製したパターンの凹部と凸部の段差を
強調し、より大きいものが得られるようになる。また、
得られたプレス成形用金型の構成は、高強度で耐久性の
ある超硬合金あるいはサーメットからなる母材に耐熱膜
を形成したものとなるので、本発明の方法により、チッ
ピングが発生しにくく、高強度で、粒成長による表面荒
れも発生しない、非常に長寿命な所望の形状を有する光
学素子のプレス成形用金型が製造可能となる。さらに、
本発明の方法で製造した上下一対のプレス成形用金型の
間に光学素子材料を置き、光学素子材料が変形可能な温
度まで加熱した後、圧力を加えて前記プレス成形用金型
の表面形状を転写するまで光学素子材料を変形させ、冷
却後、成形された光学素子を作り出す工程により光学素
子を製造することにより、凹部と凸部の段差が大きな高
精度な光学素子を安価にかつ大量に製造することを可能
としたものである。
前記母材を所望の形状に近い形状に加工した後、白金族
金属膜、白金族金属を主成分とする合金膜、窒化膜、炭
化膜、ホウ化膜のうちいずれか一つを耐熱膜として母材
上に被覆し、前記耐熱膜上に珪素膜を形成し、その後、
珪素膜上にレジストで所望のパターンを形成し、反応性
の乾式エッチングにより、レジストの開口部の珪素膜を
除去して段差を拡大した後、乾式エッチングにより、レ
ジスト及び珪素膜が全て除去されるまで、全面を同時に
エッチングすることにより光学素子のプレス成形用金型
を製造することにより、エッチングによって耐熱膜が加
工されたときに形成されるパターンの凹部と凸部の段差
は、レジストで作製したパターンの凹部と凸部の段差を
強調し、より大きいものが得られるようになる。また、
得られたプレス成形用金型の構成は、高強度で耐久性の
ある超硬合金あるいはサーメットからなる母材に耐熱膜
を形成したものとなるので、本発明の方法により、チッ
ピングが発生しにくく、高強度で、粒成長による表面荒
れも発生しない、非常に長寿命な所望の形状を有する光
学素子のプレス成形用金型が製造可能となる。さらに、
本発明の方法で製造した上下一対のプレス成形用金型の
間に光学素子材料を置き、光学素子材料が変形可能な温
度まで加熱した後、圧力を加えて前記プレス成形用金型
の表面形状を転写するまで光学素子材料を変形させ、冷
却後、成形された光学素子を作り出す工程により光学素
子を製造することにより、凹部と凸部の段差が大きな高
精度な光学素子を安価にかつ大量に製造することを可能
としたものである。
実施例 以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。
実施例１ 第１図は本発明のフーリエ格子の作成工程図である。縦
5cm×横5cm,厚さ2cmのWCを主成分とする超硬合金の母材
を鏡面研磨してその表面粗度をRM＝８〜12Åに仕上げた
後、（第１図−（１）），第１図１−（２）に示したよ
うに耐熱膜としてPt−Rh合金膜12をスパッタ法により成
膜した。次にPt−Rh合金膜12上に珪素膜13を同様にスパ
ッタ法により成膜した。次にレジスト14を珪素膜13上に
塗布した後、フォトリソグラフィにより所望する最終形
状が得られるようにパターンを形成した所が第１図−
（３）である。このような工程を経た後、SF6及びCl2の
混合ガスを用いた反応性プラズマエッチング法により珪
素の異方性エッチングを行い、レジストで作製したパタ
ーンの凹部と凸部の段差の拡大したところが第１図
（４）であり、続く、その後のプラズマエッチング法に
より、レジスト及び珪素膜が全て除去されるまで、全面
を同時にエッチングし、Pt−Rh合金膜の加工が終了した
ところの金型の断面を示したものが第１図（５）であ
る。以上のような工程で作製した成形型は、耐熱性母材
上に直接耐熱膜を形成したので光学素子の成形型として
は安定であると同時に、本工程では中間層として珪素を
設けたのでレジストで描いた所望のパターンの凹部と凸
部の段差を拡大することが出来るようになり、所望する
高精度な成形型が簡単に作製出来るようになった。
5cm×横5cm,厚さ2cmのWCを主成分とする超硬合金の母材
を鏡面研磨してその表面粗度をRM＝８〜12Åに仕上げた
後、（第１図−（１）），第１図１−（２）に示したよ
うに耐熱膜としてPt−Rh合金膜12をスパッタ法により成
膜した。次にPt−Rh合金膜12上に珪素膜13を同様にスパ
ッタ法により成膜した。次にレジスト14を珪素膜13上に
塗布した後、フォトリソグラフィにより所望する最終形
状が得られるようにパターンを形成した所が第１図−
（３）である。このような工程を経た後、SF6及びCl2の
混合ガスを用いた反応性プラズマエッチング法により珪
素の異方性エッチングを行い、レジストで作製したパタ
ーンの凹部と凸部の段差の拡大したところが第１図
（４）であり、続く、その後のプラズマエッチング法に
より、レジスト及び珪素膜が全て除去されるまで、全面
を同時にエッチングし、Pt−Rh合金膜の加工が終了した
ところの金型の断面を示したものが第１図（５）であ
る。以上のような工程で作製した成形型は、耐熱性母材
上に直接耐熱膜を形成したので光学素子の成形型として
は安定であると同時に、本工程では中間層として珪素を
設けたのでレジストで描いた所望のパターンの凹部と凸
部の段差を拡大することが出来るようになり、所望する
高精度な成形型が簡単に作製出来るようになった。
実施例２ ここでは母材として炭化クロムを主成分とするサーメッ
トを用い、この母材を平面研磨で表面粗度RMS＝18〜21
Åに鏡面に仕上げた後、耐熱膜として窒化アルミニウム
をイオンプレーティング法により母材上に成膜した。成
形用型の作製方法は実施例１と同様であるが、予め窒化
アルミニウムのプラズマエッチングレートを調べてお
き、所望の凹部と凸部の段差が得られるように中間層の
珪素膜の厚みを制御して成膜することが高精度の成形型
を作製するのに重要となる。このように成形型用の耐熱
膜としては予めそのプラズマエッチングレートを調べて
さえおけば、炭化物あるいはホウ化物膜も用いることが
出来るのである。
トを用い、この母材を平面研磨で表面粗度RMS＝18〜21
Åに鏡面に仕上げた後、耐熱膜として窒化アルミニウム
をイオンプレーティング法により母材上に成膜した。成
形用型の作製方法は実施例１と同様であるが、予め窒化
アルミニウムのプラズマエッチングレートを調べてお
き、所望の凹部と凸部の段差が得られるように中間層の
珪素膜の厚みを制御して成膜することが高精度の成形型
を作製するのに重要となる。このように成形型用の耐熱
膜としては予めそのプラズマエッチングレートを調べて
さえおけば、炭化物あるいはホウ化物膜も用いることが
出来るのである。
なお本発明の実施例ではフーリエ格子の成形用型につい
て述べて来たが、本発明はフーリエ格子だけに限定され
るものではなくマイクロフレネルレンズ等の光学素子の
成形型の促成にも適応できるものである。
て述べて来たが、本発明はフーリエ格子だけに限定され
るものではなくマイクロフレネルレンズ等の光学素子の
成形型の促成にも適応できるものである。
実施例３ 実施例１あるいは実施例２で作製した成形型を第２図に
示したプレス成形機にセットした後、SK14ガラス25を成
形用下型24上に置き、ヒータ29及び32により上下の成形
用型を窒素ガス雰囲気中にて740℃に加熱する。上下の
成形型測温用熱電対30および31が740℃になったことを
確認してプレス圧50kg/cm2でプレスし20秒間保持した
後、そのまま上下の成形型を400℃まで冷却してプレス
成形された光学素子を取り出し、成形した硝子の表面に
Au−Cr合金反射膜をコーティングすることによりフーリ
エ格子を作製した。以上の工程を300回繰り返し行いプ
レス成形によって作製される光学素子の製造安定性をみ
た。このように作製された300個のフーリエ格子は、800
nm帯の格子で平均Ｅ波85％、Ｈ波80％の回折効率を示し
た。以上のように、本発明の光学素子の製造方法を用い
ることにより高効率のフーリエ格子を安定に作ることが
出来た。
示したプレス成形機にセットした後、SK14ガラス25を成
形用下型24上に置き、ヒータ29及び32により上下の成形
用型を窒素ガス雰囲気中にて740℃に加熱する。上下の
成形型測温用熱電対30および31が740℃になったことを
確認してプレス圧50kg/cm2でプレスし20秒間保持した
後、そのまま上下の成形型を400℃まで冷却してプレス
成形された光学素子を取り出し、成形した硝子の表面に
Au−Cr合金反射膜をコーティングすることによりフーリ
エ格子を作製した。以上の工程を300回繰り返し行いプ
レス成形によって作製される光学素子の製造安定性をみ
た。このように作製された300個のフーリエ格子は、800
nm帯の格子で平均Ｅ波85％、Ｈ波80％の回折効率を示し
た。以上のように、本発明の光学素子の製造方法を用い
ることにより高効率のフーリエ格子を安定に作ることが
出来た。
なお、本実施例ではフーリエ格子について述べて来た
が、本発明はフーリエ格子だけに限定されるものではな
くマイクロフレネルレンズ等の光学素子の製造にも適用
できるものである。
が、本発明はフーリエ格子だけに限定されるものではな
くマイクロフレネルレンズ等の光学素子の製造にも適用
できるものである。
以上述べて来たように、本発明により高精度の光学素子
を安価に、かつ安定に製造することが可能となった。
を安価に、かつ安定に製造することが可能となった。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明の方法で光学素子のプレ
ス成形用金型を製造することにより、チッピングが発生
しにくく、高強度で、粒成長による表面荒れも発生しな
い、非常に長寿命で、レジストで作製したパターンの凹
部と凸部の段差を強調した、より大きな凹部と凸部の段
差を有する光学素子のプレス成形用金型を容易に製造す
ることが可能になる。さらに、本発明の方法で光学素子
を製造することにより、凹部と凸部の段差が大きな高精
度な光学素子を安価にかつ大量に製造することを可能と
したものである。
ス成形用金型を製造することにより、チッピングが発生
しにくく、高強度で、粒成長による表面荒れも発生しな
い、非常に長寿命で、レジストで作製したパターンの凹
部と凸部の段差を強調した、より大きな凹部と凸部の段
差を有する光学素子のプレス成形用金型を容易に製造す
ることが可能になる。さらに、本発明の方法で光学素子
を製造することにより、凹部と凸部の段差が大きな高精
度な光学素子を安価にかつ大量に製造することを可能と
したものである。
第１図は本発明のフーリエ格子の作製工程図、第２図は
本発明の光学素子のプレス成形用型を組み込んだ成形機
の概略図である。 11……超硬合金母材、12……Pt−Rh耐熱膜、13……珪素
中間層、14……レジスト、21……上型ブロック、22……
成形用上型、23……下型ブロック、24……成形用下型、
25……被成形ガラス、26……プランジャー、27……スト
ッパー、28……位置決めセンサー、29,32……ヒータ、3
0,31……熱電対、33……おおい。
本発明の光学素子のプレス成形用型を組み込んだ成形機
の概略図である。 11……超硬合金母材、12……Pt−Rh耐熱膜、13……珪素
中間層、14……レジスト、21……上型ブロック、22……
成形用上型、23……下型ブロック、24……成形用下型、
25……被成形ガラス、26……プランジャー、27……スト
ッパー、28……位置決めセンサー、29,32……ヒータ、3
0,31……熱電対、33……おおい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−89295（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−52620（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−28091（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】超硬合金あるいはサーメットを母材とし、
前記母材を所望の形状に近い形状に加工した後、白金族
金属膜、白金族金属を主成分とする合金膜、窒化膜、炭
化膜、ホウ化膜のうちいづれか一つを耐熱膜として前記
母材上に被覆し、前記耐熱膜上に珪素膜を形成し、その
後、前記珪素膜上にレジストで所望のパターンを形成
し、反応性の乾式エッチングにより、前記レジストの開
口部の前記珪素膜を除去して段差を拡大した後、乾式エ
ッチングにより、前記レジスト及び前記珪素膜が全て除
去されるまで、全面を同時にエッチングすることにより
作製したことを特徴とする光学素子のプレス成形用金型
の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の製造方法により得られる上
下一対のプレス成形用金型の間に光学素子材料を置き、
前記光学素子材料が変形可能な温度まで加熱した後、圧
力を加えて前記プレス成形用金型の表面形状を転写する
まで前記光学素子材料を変形させ、冷却後、成形された
光学素子を取り出す工程からなる光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63130667A JPH07107195B2 (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | 光学素子のプレス成形用金型の製造方法および光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63130667A JPH07107195B2 (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | 光学素子のプレス成形用金型の製造方法および光学素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01298184A JPH01298184A (ja) | 1989-12-01 |
| JPH07107195B2 true JPH07107195B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=15039732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63130667A Expired - Fee Related JPH07107195B2 (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | 光学素子のプレス成形用金型の製造方法および光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107195B2 (ja) |
-
1988
- 1988-05-27 JP JP63130667A patent/JPH07107195B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH01298184A (ja) | 1989-12-01 |
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