专利名称：光学元件成形用模具的制造方法
技术领域：
本发明涉及使用主模制造光学元件成形用模具的方法。
背景技术：
以往按照一般地实施的塑料光学元件成形用模具的制造方法，例如，用钢材或不锈钢材等制作毛坯(初加工品)，再在该毛坯上，通过名为无电解镀镍的化学镀，把非晶形的镍磷合金形成约100μm厚的镀膜，在超精密加工机上用钻石刀具切削加工该镀层，制成用于成形光学元件的光学面的高精度的光学面转印面。
根据有关的现有的技术的方法，因为基本上通过机加工制成零件形状，所以尽管能够容易地把零件加工精度提高到接近于加工机的运转精度，可是，也会发生下述的不合适的状况在制造工艺中既有机械加工又有化学镀，工艺混杂费事，因此，交货期延长；必须考虑镀层的厚度制作毛坯(初加工品)，化学镀处理过程也不一定稳定，由于毛坯组成的偏差和受污染会造成镀层的附着强度分散不均或者会产生被称为麻点的针孔形的缺陷；因为必须在镀层的厚度内制成光学面的转印面，所以，在再加工光学面转印面时等，有时会因为镀层厚度不够造成不能加工等等。
另外，根据以往的技术，必须用钻石刀具大量地切削加工光学面转印面。这就会发生如下述的问题在加工过程中，受到刀具刃的状态和加工条件、加工环境温度的变化等的影响，精加工完的光学面转印面的形状会产生微妙地偏差。引起这种光学面转印面的加工偏差的原因是材料的切削性恶化，一般地会发生约100nm的光学面形状误差，即使非常仔细地加工也会残留约50nm的形状误差，然而，这是大量地制成同一形状的光学面转印面时的加工精度的极限。
另外，近年，在光学面上施加环带形的衍射槽(衍射环带)来有效地校正色差的光学元件在光信息存储等领域被实用化，并且正被大量地生产。其光学材料使用塑料和玻璃，在红外光学系统等中，也使用ZnSe等的结晶材料。这种光学元件通过成形加工能够大量且高效率地生产。然而，在其成形时，如何用光学元件成形用模具高精度地且高效率地制作光学元件的光学面上的细微的衍射槽就成为极其重要的课题。
例如，当通过钻石切削加工，在光学元件成形用模具的光学面转印面上制成具有衍射槽等的光学功能的细微的图形时，刀具的刃的尖锐度左右着衍射槽形状的正确性，当作为光学元件的光学面转印时，对衍射率产生很大的影响。
因而，为了不使衍射环带的衍射率降低就必须形成足够小的刀尖，这样，切削阻力就集中施加在小的刀尖部分，所以必须减小进刀量，要均匀地切削加工整个光学面就要增加加工次数。另外，为了避免由于刀尖的小的切削刀痕造成光学面的表面粗糙度恶化，也必须减慢走刀速度，这就会延长每一次加工光学面转印面的时间。结果，在具有衍射槽的光学元件的成形用模具的切削加工中，由于长时间切削，因而，刀具刀尖的磨损增大，造成频繁更换刀具。也就是在通过以往的钻石切削，加工具有细微形状的光学面转印面时，刀具的寿命极其地短，而且加工一个光学面转印面的时间也增加，因而，由于必须频繁地更换工具而造成加工率非常地低，光学元件成形用模具的生产效率下降而导致成本激增。因此，特别地，在通过钻石切削，精加工表面具有微细的形状的光学面转印面时，要求不包括无电解镀镍工艺的简洁的、交货期短的模具制作方法。
而且，近年来正在试验在光学面上形成从几倍于使用的光源的波长以至比此更小的细微机构，把新的光学的机能附加在光学元件上。例如，通过在成形透镜的非球面光学面的表面上施加衍射槽得到衍射，利用由该衍射产生的大的负分散消除由于成形透镜的折射形成的通常的聚光功能和此时作为副作用发生的正的分散，把本来仅利用折射不可能的消色功能附加在单片的光学元件上，这种技术正在DVD/CD互换的光盘用拾取装置的物镜上进行实用。这是利用由透过光学元件的光的波长的几十倍大的衍射槽产生的衍射作用，所以处理这样的由充分大于波长的结构产生的衍射作用的区域被称作标量区域。
另一方面，已经知道，以透过光学元件的光的波长的几分之一这样细微的间隔在光学面的表面上密集形成圆锥形的凸起，从而能够发挥抑制光反射的功能。即，使光波射入光学元件时的在和空气交界的交界面的折射率变化，不是象以往的光学元件那样地瞬间地从1到媒体的折射率变化，而是通过以细微的间隔排列的凸起的圆锥形使上述折射率平缓地变化，由此，能够抑制光的反射。形成这样的凸起的光学面是被称为蛾眼(moth eye)的细微的结构，通过以比波长还短的周期排列比光的波长还细微的结构体，每一个单个的结构不衍射地以平均的折射率对光波起作用。一般地称这样的区域为等效折射率区。关于这样的等效折射率区，在2000年3月的电子信息通信学会论文杂志C.Vol.J83-C No.3pp.173-181中公开。
根据等效折射率区的细微的结构，和以往的防止反射膜相比减少了防反射效果对角度的依存性和对波长的依存性，同时，获得大的防止反射效果。由塑料成形等，能够同时形成光学面和细微结构，因此，能够同时取得透镜功能和防止反射功能，不需要象以往这样地在成形后进行防反射区处理，即进行后加工等，因而，被认为非常有利于生产，而引起重视。另外，如果配置这样的等效折射率区的细微结构，使其对光学面具有方向性，也就能够使光学面具有强的光学各向异性，就能够通过成形获得以往经切割水晶等结晶制作的双折射光学元件。另外，和折射或反射光学元件组合，能够附加新的光学机能，称该情况下的光学各向异性为结构双折射。
在上述的标量区和等效折射区之间存在衍射率由于入射条件的稍微的不同就发生急聚变化的共振区。例如，当把衍射环带的槽幅变狭窄时，就会发生衍射率以波长的数倍程度急速地减少或者增加的现象(异态)。利用该区的性质，能够以细微的结构实现只反射特定波长的波导模共振光栅滤波器，能够更减少角度依存性而实现和普通的干涉滤波器相同的效果。
可是，当要想利用标量区和等效折射率区和共振区形成光学元件时，必须在其光学面上形成细微的凸起(或凹陷)。可以说，为了大量生产具有这样的细微的凸起(或者凹陷)的光学元件，一般地以塑料为原料进行成形是合适的。然而加工时，必须在光学元件成形用模具上设置具有对应于细微的凸起(或凹陷)的凹陷(或凸起)的光学面转印面。
然而，关于如上所述的等效折射区和共振区的凸起(或凹陷)，必须以几十以至几百纳米的间隔形成凸起(或凹陷)，用包括切削加工的机械加工是极困难达到的。针对这个难题，在特开2003-16034号公报(专利文献1)中发表了光学元件成形用模具，其在基体上附着具有过冷却液体区的非晶体合金，在上述非晶体合金上形成用于成形光学元件的光学面的光学面转印面。为了要在由上述光学元件成形用模具成形的光学元件的光学面上转印形成多个凸起或凹陷，在上述光学面转印面上形成相应的凹陷或凸起。
然而，可以预想，在制作专利文献1所述的模具时产生如下的问题金属玻璃粘贴在主模上和由此造成金属玻璃膜层损坏或者剥离等、或者造成产生一端接触等情况，由于压力过强等情况造成主模变形。特别地，当在主模的主转印面上具有衍射槽和台阶形等细微的结构时，可能会发生该细微结构损坏。
另外，当细微结构是闪光形或梳齿形的情况下，难以把金属玻璃压入到槽的最底部，结果，对应于在光学元件成形用模具的成形转印面上转印的闪光形或梳齿形的细微结构，其尖端恐，怕会成为圆形。当用这样的光学元件成形用模具进行光学元件成形时，由于其成形转印面形状照原样地被转印在光学元件的光学面上，所以形成了闪光形和梳齿形的根本部分的形状不正确的光学元件的光学面，造成使光学元件的特性下降的结果。
发明内容
本发明以有关的现有技术问题为鉴，目的是提供容易制造，同时，能够提高光学元件的尺寸精度的光学元件成形用模具的制造方法。
本发明的第一方面是一种光学元件成形用模具的制造方法，其包括形成第一层膜的工序，其在用于成形光学元件成形用模具的成形转印面的主模的主转印面上，形成由规定的组成构成的具有过冷却液体区的非晶体合金；加热工序(也称加热加压工序)，其把光学元件成形用模具的基材的被转移面和上述第一层膜的表面相对按压贴紧，同时，把上述第一层膜加热到大于或等于上述具有过冷却液体区的非晶体合金的玻璃转变温度；转移工序，其把上述第一层膜从上述主模上剥离，转移到上述光学元件成形用模具的基材上。
根据本发明，通过在上述主模的主转印面上形成具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层，并且把该膜层转移到上述光学元件成形用模具上，取得成形转印面。因为在把上述主模的主转印面的形状转印到模具的被转印面上时，不使用由加热加压形成的力学转印，所以，即使在上述主转印面上形成细微结构时，该细微结构受损的可能性也极其低。
当在主模的转印面上形成具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层时，例如，如果使用溅射等方法形成，就能够精密地转印达到细微结构的底部，由于把其转移到上述光学元件成形用模具上，所以就能获得精度极高的成形转印面(例如和主模的形状精度小于或等于50nm)。从而，如果制成一个具有高精度主转印面的主模，则不用进行主转印面的校正，就能够得到多个具有相同的成形转印面形状的光学元件成形用模具。
另外，在使形成了具有上述过冷却液体区的非晶体合金的膜层的主模的主转印面和光学元件成形用模具的基材相对向而进行加压成形时，通过把主模加热到大于或等于上述非晶体合金的玻璃转变温度，减弱主模和具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层的紧密粘贴力，也可以取得容易剥离的效果。
众所周知，关于具有过冷却液体区的非晶体合金的散材的专利文献。但是，散材的具有过冷却液体区的非晶体合金金属的问题之一在于，难于稳定制造作为其大的特征的结晶结构的无结晶体的(非晶体)状态。为了制造出非晶体状态，首先，按照理想的成分用电弧炉等制造合金(称为基合金)，高温加热使该基合金液化，然后，以104℃/sec的冷却速度急速冷却。和金属玻璃是非晶体的结晶状态相比，基合金只是在炉内使相同组成比的金属混合起来，结晶状态是多结晶体。因而，为了获得散材的具有过冷却液体区的非晶体合金，该冷却工序必不可少，因此，工时增加并且用于均匀地急速冷却热的合金的制造方法也受到局限，此外，还需要熟练的冷却技术。
对此，如果如溅射那样地使所希望成分的粒子飞溅，而进行成膜就能够把具有过冷却液体区的非晶体合金堆积成膜状，例如，只要按照目标准备基合金，就能够比较容易地获得薄膜状的具有过冷却液体区的非晶体合金，因此，和使用散材的情况比较，大幅度地缩短了制造时间。另外，能够只进行必要的最低限的膜厚的成膜，因此，能够实现节约具有过冷却液体区的非晶体合金，能够抑制制造成本。
另外，还有这样的优点，即作为目标的基合金，不一定非是无结晶的状态不可，只要满足所希望的成分比，用飞溅堆积方法自然地形成无结晶状态。即，只要准备和理想的具有过冷却液体区的非晶体合金相同组成比的基合金目标，即使是用散材等难以稳定制造的材料、组成比的具有过冷却液区的非晶体合金或者用散材不能无结晶化的材料、组成比也能够容易无结晶金属化而成膜。
在此，关于具有过冷却液体区的非结晶合金(非晶体合金)的所谓金属玻璃进行说明。这是用经过加热成为过冷却液体的非结晶状的合金材料构成的材料，相对普通的金属是多结晶组织，其组织是非结晶状，因此，其在微观上组成均匀，故机械强度高和常温耐化学腐蚀性强，具有玻璃转变温度。当在是过冷却液体区的玻璃转变温度～结晶化温度的范围(通常玻璃转变温度是+10℃～+100℃)内加热时，软化成玻璃状(成为粘性流动体)，因此，具有能够加压成形加工这种普通金属所没有的特征。另外，还发现，即使在切削加工中，特别地当用钻石刀具进行超精密切削加工时，也容易得到高精度的镜面。其原因被认为是该材料是非结晶状，不具有结晶粒区，因而，其被切削性不取决于部位而能均匀地切削；或者为了保持非结晶状而增大结晶化能量，在组成上成为多晶体，因此，切削加工中的钻石的扩散摩耗少，长期保持刀具刀尖的寿命等等。作为通过超精密切削加工能够形成实用的光学转印面的材料，就以往所知只是软质金属，只通过由非常细微的切入量(100nm左右)进行的延性模式切削，尽管能够切削加工硅或玻璃等硬度高的材料，但是，其效率极低。从而，可以说，使用非晶体合金作为模具的材料是提示在以主模为中心的光学面制成加工中极大地开展应用的发现。相同的加工特性，即使利用钻石磨具等的磨削加工，也表现出取得大的研削比的形状。
不用顾及能够用于主模(或模具)中的非晶体合金的种类，Pd系、Mg系、Ti系、Fe系、Zr系等众所周知的金属玻璃都可以使用，但是，是具有过冷却液体区的非结晶状的合金材料是本发明的必要的条件，而不用顾及其组成和种类。然而，作为塑料光学元件成形用的模具材料，因为树脂温度接近300℃，所以，使用玻璃转变温度高的Pd系、Ti系、Fe系等材料是有利的，更理想的是Pd系在空气中几乎不发生氧化，而且，在能够加热加压方面也有利。该情况下，尽管Pd(钯)是稀有金属，价格贵，但是，用本发明的制造方法制造的光学元件成形用模具，按照需要通过加热附着的上述非晶体合金而能够再形成不同的图形。
在上述本发明，在主模中形成的具有过冷却液体区的非晶体合金的膜厚在0.01μm～500μm范围是理想的。膜厚若是在上述范围，则能够抑制麻点的产生，并且，在把非晶体合金从主模转移到模具的被转印面上时，能够均匀地加热，由于一部分被加热过度造成非晶体合金形成结晶化的可能性低。以相同的观点膜厚为10～200μm为理想，是10～100μm更理想。
在上述本发明中，上述光学元件成形用模具的制造方法，理想的是，至少在把上述第一层膜从上述主模剥离，在转移到上述光学元件成形用模具的基材上的工序之前，具有在上述光学元件成形用模具的基材的被转移面上形成具有过冷却液体区的非晶体合金的第二层膜的工序。另外理想的是，还在把上述第一层膜转移到上述光学元件成形用模具的基材上的工序中，把上述第一层膜和上述第二层膜相对向按压贴紧，同时，把上述第一层膜和上述第二层膜中至少一方加热到大于或等于上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金和上述第二层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金中至少一方的玻璃转变温度。
另外，在上述方式中，更理想的方式之一是，在上述主模的主转印面上形成的上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成和在上述光学元件成形用模具的被转印面上形成的上述第二层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成相同。
根据本发明，在上述光学元件成形用模具的基材上，也形成和在上述主模上形成的具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层的组成相同的膜层，因此，当把在上述主模上形成的具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层和在上述基材上形成的具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层的接触面加热到大于或等于玻璃转变温度，而使接触面之间紧密粘接时，因为具有相同的组成，所以膜层相互的紧密粘接性增高。和只是简单地把具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层从上述主模向上述模具基材转移的情况比较，能够进一步提高非晶体合金膜层和上述基材的紧密粘接力。这样，能够实现提高上述光学元件成形用模具的耐久性(寿命)。
另外，上述光学元件成形用模具的制造方法的理想的方式之一是，至少在把上述第一层膜从上述主模剥离并转移到上述光学元件成形用模具的基材上的工序之前，具有在上述光学元件成形用模具的基材的被转移面上形成具有过冷却液体区的非晶体合金的第二层膜的工序的情况下，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成和上述第二层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成各异。
根据本发明，在上述光学元件成形用模具的基材上形成的具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层由不同于在上述主模上形成的具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层的组成构成，因此，能够使其玻璃转变温度互相不同。当把在上述主模上形成的具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层和在上述光学元件成形用模具的基材上成膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层的接触面加热并紧密粘接时，由于分成加热到大于或等于上述主模的膜层的玻璃转变温度紧密粘接的情况和加热到大于或等于上述基材的膜层的玻璃转变温度紧密粘接的情况，在从上述主模剥离具有过冷却液区的非晶体合金的膜层时，就能够分别改变温度区域。这样，就能够把上述的主模的破损和膜层的脱落这样的危险限制为最小。
另外，关于在上述光学元件成形用模具的基材的被转印面上形成的第二层膜的膜厚，和在上述主模的主转印面上形成的第一层膜相同，也是在0.01μm～500μm为理想。出于相同的原因、观点，在10～200μm是理想的，在10～100μm就更理想。
参照
本发明，在图6(a)中，在主模M1上形成具有过冷却液体区的非晶体合金MG1的膜层，在光学元件成形用模具M2上形成具有过冷却液体区的非晶体合金MG2的膜层。在此，例如，以Pd40Cu30Ni10P20作为具有过冷却液体区的非晶体合金MG1的组成，其玻璃转变点温度Tg1＝300℃。另一方面，例如，以Pd76Cu18Si6作为具有过冷却液体区的非晶体合金MG2的组成，其玻璃转变点温度为Tg2＝350℃。
把主模M1和光学元件成形用模具M2加热，达到大于或等于所形成的膜层的非晶体合金的玻璃转变点温度T1(T1＞350℃，但是T1没达到玻璃结晶化温度)。如图6(a)所示地把非晶体合金的膜层相对向地按压并且使其接触，然后，一次冷却，使模具温度从温度T1下降。另外，只把主模M1侧模具温度加热到T2(300℃＜T2＜350℃，但是T2没达到玻璃结晶化温度)，把光学元件成形用模具M2侧模具温度保持为T1(＜300℃)，这样，使非晶体合金MG1和主模M1的相互的结合力比光学元件成形用模具M2和非晶体合金MG2的相互结合力以及非晶体合金MG2、MG1的相互的结合力变弱。由于上述状态，如图6(b)所示地，当把主模M1从光学元件成形用模具M2脱离时，非晶体合金MG1就转印主模M1的形状并且保持转印的原样从主模M1上脱离。再通过冷却到常温，非晶体合金MG1就和非晶体合金MG2一起形成光学元件成形用模具M2的一部分。也就是，通过调节非晶体合金MG1、MG2的玻璃转变点温度能够提高脱模性。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，在主模的主转印面上形成具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层的工序之前具有在上述主转印面上设置功能膜(第一功能膜)的工序。
上述第一功能膜更为理想的是具有从Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag等贵金属元素、Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr等过渡金属元素以及氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、钻石、类钻石碳(ダイセモンドライクカ一ボン)、碳中选择的至少一种物质。
上述第一功能膜特别理想的形式之一是具有从Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag等贵金属元素和Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr等过渡金属元素中选择的至少一种元素。
上述的例举的功能膜，理想的是，例如，应该施加在模具成形转印面上，用于在玻璃模制成形时具有保护膜的功能，同时，提高成形时的玻璃和模具的脱模性能。通过施加上述的功能膜，能够提高从上述主模把具有过冷却区的非晶体合金的膜层剥离时的脱模性，能够防止剥离时膜层破损。另外，除了用作脱模膜之外，当和上述膜层一体剥离并在上述光学元件成形用模具的成形转印面上，作为有过冷却液体区的非晶体合金的膜层和上述功能膜的两层的结构，构成上述成形转印面的情况下，该功能膜能够作为模具的保护膜起保护作用，具有保护上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层和上述基材以避免光学元件成形转印时的热和压力造成的破损、劣化、熔化粘贴等影响的效果。
另外，上述第一功能膜理想的形式之一是，具有从氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、钻石、类钻石碳、碳中选择的至少一种原料。
上述例举的功能膜，理想的是，例如，应该施加在模具成形转印面上，用于在玻璃模具成形时发挥保护膜的功能，同时，提高成形时的玻璃和模具的脱模性能。通过施加上述的功能膜，能够提高从上述主模把有过冷却区的非晶体合金的膜层剥离时的脱模性，能够防止剥离时膜层破损。另外，除了用作脱模膜之外，当和上述膜层一体地剥离并在上述光学元件成形用模具的成形转印面上，能够作为具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层和上述功能膜两层的结构，构成上述成形转印面的情况下，该功能膜能够作为模具的保护膜起保护作用，具有保护上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层和上述基材，避免光学元件成形中的热和压力造成的破损、劣化、熔化粘贴等影响的效果。
另外，本发明的第一功能膜的膜厚在0.01～20μm范围是理想的。形成这样范围的厚度，就能够获得上述的脱模性和作为保护膜的功能。另外，如果考虑对模具形状的影响，0.01～0.5μm是理想的，0.01～0.1μm特别地理想。
在本发明的光学元件成形用模具的制作方法中，更理想的是，在形成上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层工序之前，还具有在上述第一功能膜的膜上设置第二功能膜的工序。
另外，上述第二功能膜理想的是也具有从Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag等贵金属元素、Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr等过渡金属元素以及氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、钻石、类钻石碳、碳中选择的至少一种物质。
在本发明中，上述第二功能膜特别理想的形式之一是具有从Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag等贵金属元素以及Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr等过渡金属元素中选择的至少一种元素。
另外，上述第二功能膜特别理想的形式之一是具有从氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、钻石、类钻石碳、碳中选择的至少一种原料。
由于上述的功能膜是两层结构(加上具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层就是三层结构)，因而，例如，能够使离上述主模的主转印面最近的第一功能膜具有成形转印时的从主模剥离的脱模效果，在第二功能膜上具有作为模具保护膜的效果。由此，不仅能延长模具的寿命，因为有过冷却液体区的非晶体合金的膜层至少和第二功能膜在同一工序进行，所以，能够省去形成保护膜层的工序。更具体地说明，能够用碳等形成第一功能膜，用Pt膜等形成第二功能膜。
用蒸镀法形成上述功能膜，容易调节膜的厚度，因此，是理想的。另外，以均匀地形成功能膜的观点，通过PVD(Physical Vapor Deposition物理气相沉积)处理形成上述功能膜是理想的。
特别地作为PVD处理，理想地应用溅射处理、离子镀处理和真空蒸镀法。
另外，在形成上述功能膜的过程中也能够理想地使用CVD(ChemicalVapor Deposition化学气相沉积)处理。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，使上述主模的主转印面的光学形状，对于使用由上述主模制作的光学元件成形用模具成形的光学元件的光学面形状，与在上述主模的转印面上形成的功能膜的厚度和上述光学元件材料的热收缩率的至少一方相应地变化。由于这样的结构，最终能够获得具有高精度光学面形状的光学元件，能够节省在以后的工序用于符合光学元件性能而进行修整等的工时。
另外，在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的方式之一是，在把形成于上述主转印面上的具有过冷却区的非晶体合金的膜层从主转印面剥离并转移到上述光学元件成形用模具的基材上的工序之后，上述功能膜保留在上述主转印面上。由于这样的结构，能够实现对上述主转印面的保护。
另外，在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，在把在上述主转印面上形成的具有过冷却区的非晶体合金的膜层从主转印面剥离、转移到上述光学元件成形用模具的基材上的工序之后，上述功能膜转移到上述光学元件成形用模具的成形转印面上也是理想的方式之一。由于这样的结构，能够实现对上述成形转印面的保护。
另外，上述光学元件成形用模具的制造方法，理想的是，还具有去除转移到上述光学元件成形用模具的成形转印面上的上述功能膜的工序。由于这样的结构，能够抑制附着在上述成形转印面上的脱模膜等附着在光学元件的光学面上。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，在使用由上述主模制作的光学元件成形用模具而成形的光学元件的光学面上，形成以光轴为中心的环带结构。由于这样的结构，能够更加提高使用由上述制造方法制造的光学元件成形用模具成形的光学元件的功能。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，上述的环带结构是产生光程差的结构。通过这样的结构，能够更加提高使用由上述制造方法制造的光学元件成形用模具而成形的光学元件的功能。作为产生光程差的结构，众所周知是所谓NPS(Non-Periodic Surface)结构等。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，上述环带结构是光轴方向剖面是锯齿状的闪光型衍射结构。由于这样的结构，能够更加提高使用由上述制造方法制造的光学元件成形用模具而成形的光学元件的功能。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，上述环带结构是光轴方向剖面是台阶状衍射结构。由于这样的结构，能够更加提高使用由上述制造方法制造的光学元件成形用模具成形的光学元件的功能。作为台阶状衍射结构，众所周知，是选择波长衍射结构等。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，上述环带结构具有校正由于对上述光学元件照射光的光源的波长变化造成的上述光学元件的象差变化的功能。由于这样的结构，能够提供适宜用于例如在光盘上进行信息的存储和/或再生的光拾取装置的光学元件。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，上述环带结构具有校正由于温度变化造成的上述光学元件的象差变化的功能。由于这样的结构，能够提供适宜用于例如在光盘上进行信息的存储和再生的光拾取装置的光学元件。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的是，为了要在由上述光学元件成形用模具的成形转印面形成的光学元件的光学面上形成多个凸起或凹陷，就要在上述主模的主转印面上形成对应的凸起或凹陷，并且要在上述光学元件成形用模具的成形转印面上形成对应的凹陷或凸起。由于这样的结构，能够更加提高使用由上述制造方法制造的光学元件成形用模具成形的光学元件的功能。另外，即使必须以几十乃至几百纳米的间隔配置凸起或凹陷，也不需要用机械加工，能够由转印成形容易地形成。另外，凹陷或凸起的含意也包括凹陷和凹起双方混合存在的结构。
另外，上述光学元件的光学面的凸起或凹陷形成等效折射率区的细微结构是理想的。另外，上述凸起或凹陷的间隔小于或等于透过上述光学元件的光学面的光的波长是理想的。
另外，上述光学元件的光学面的凸起或凹陷，还形成发生防止反射的效果的细微结构是理想的。另外，上述凸起或凹陷的间隔小于或等于透过上述光学元件的光学面的光的波长是理想的。
作为另一例，上述光学元件的光学面的凸起或凹陷，还形成发生结构双折射的细微结构是理想的。另外，上述凸起或凹陷的间隔小于或等于透过上述光学元件的光学面的光的波长是理想的。
作为再一例，上述光学元件的光学面的凸起或凹陷，还形成共振区的细微结构是理想的。另外，上述凸起或凹陷的间隔小于或等于透过上述光学元件的光学面的光的波长是理想的。
要转印形成上述光学元件的光学面，使该光学面的凸起或凹陷存在于该光学面的一部分上这样地在上述成形转印面的一部分上具有对应的凹陷或凸起，这也是理想的方式之一。
理想的方式之一是，为了要在上述光学元件的光学面的一部分上形成该光学面的凸起或凹陷，就要在上述主模的主转印面上形成对应的凸起或凹陷，并且，要在上述光学元件成形用模具的上述成形转印面上形成对应的凹陷或凸起。要具有多种形状和配置图形这样地在上述光学元件的光学面上形成细微结构的凸起或凹陷，并且，通过在该光学面上局部地配置上述凸起或凹陷，该光学面能够局部地发挥该细微结构的光学功能。这样，就把由细微结构的凸起或凹陷的各种形状和配置图形产生的光学功能，部分地或有选择地作用在通过光学面的光束上，就能够把多种光学功能添加作用在一个光束上。该情况下，在光学元件的光学表面上，不一定必须使细微结构的凸起和凹陷存在于光学面的整个面上。也就是，以往为了发挥规定的光学功能，必须组合多种光学元件，可是，如果使用由本发明的制造方法制造的光学元件成形用模具成形的光学元件，就能够单独地发挥规定的光学功能，使光学系统更简洁化，大幅度地下降低成本。另外，如果使用由本发明的制造方法制造的光学元件成形用模具，就能够容易地大量生产上述的光学元件。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，理想的方式之一是，上述光学元件成形用模具的成形转印面只由非球面形状组成。也就是，也能够成形没有细微结构的光学面。
在本发明的光学元件成形用模具的制造方法中，用蒸镀法形成上述具有过冷却液体区的非晶体合金膜的膜层，能够容易调整膜压，因此，是理想的。
另外，理想的是，还通过PVD(Physical Vapor Deposition)处理形成，能够实现牢固的附着。
特别地作为PVD处理，理想地应用溅射处理、离子镀处理和真空蒸镀法。
另外，在形成上述膜层中，也能够理想地使用CVD(chemical VaporDeposition)处理。
以下，列举上述具有过冷却液体区的非晶体合金的理想的组成，但是，本发明所用的具有过冷却液体区的非晶体合金不局限于此。
上述有过冷却液体区的非晶体合金膜层以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Pd是理想的组成之一，由这样的组成，能够抑制上述具有过冷却液体区的非晶体合金氧化，即使在大气环境中也能够进行加热加压。
另外，上述有过冷却液区的非晶体合金的膜层组成以至少大于或等于1mol％的比例具有Cu、Ni、Al、Si、P、B等中之一种以上的成分是理想的组成。
另外，上述有过冷却液区的非晶体合金的膜层以大于或等于20mol％小于或等于90mol％的比例具有Zr也是理想的组成之一。不使用贵金属类元素能够形成有过冷却液区的非晶体合金膜层，因此，能够减轻成本负担。另外，玻璃转变温度Tg和开始结晶化温度Tx的差Tg-Tx＝约50～100℃，幅度宽，因此，能够确保宽的温度控制范围。
另外，在上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Fe、Co、Hf、Ti、Cu、Ni、Al、Sn、Si、P、B中之一种以上的元素是理想的组成。
上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Ti也是理想的组成之一。不使用贵金属元素能够形成有过冷却液体区的非晶体合金膜层，因此，能够减轻成本负担。
另外，在上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层组成中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Hf、Zr、Cu、Ni、Co、Fe、Sn、Al、Si、P、B中之一种以上的元素是理想的组成。
上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Mg也是理想的组成之一。不使用贵金属类元素能够形成有过冷却液体区的非晶体合金膜层，因此，能够减轻成本负担。另外，因为玻璃转变温度Tg在150℃附近，所以，比较容易控制温度。
另外，在上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层中，以大于或等于1mol％的比例具有Y、Hf、Zr、Cu、Fe、Co、Ni、Al、Si、P、B中之一种以上的元素是理想的组成。
上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有La也是理想的组成之一。不使用贵金属类元素能够形成有过冷却液体区的非晶体合金膜层，因此，能够减轻成本负担。另外，因为玻璃转变温度Tg接近180℃～200℃，所以，比较容易控制温度。
另外，在上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层组成中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Cu、Ni、Co、Al、Si、P、B、Hf、Zr中之一种以上的元素是理想的组成。
上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Fe也是理想的组成之一。不使用贵金属类元素，能够形成有过冷却液体区的非晶体合金膜层，因此，能够减轻成本负担。
另外，在上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Co、Ni、Hf、Zr、Ti、Cu、Ni、Al、Sn、Si、P、B中之一种以上的元素是理想的组成。
上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Co也是理想的组成之一。不使用贵金属类元素，能够形成有过冷却液体区的非晶体合金膜层，因此，能够减轻成本负担。
另外，在上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层组成中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Ni、Hf、Fe、Zr、Ti、Cu、Ni、Al、Sn、Si、P、B中之一种以上的元素是理想的组成。
上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层，以大于或等于20mol％小于或等于90mol％的比例具有Ni也是理想的组成之一。不用贵金属类元素，能够形成有过冷却液体区的非晶体合金膜层，因此，能够减轻成本负担。
另外，在上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Co、Hf、Fe、Zr、Ti、Cu、Ni、Al、Sn、Si、P、B中之一种以上元素是理想的组成。
上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Mo也是理想的组成之一。
另外，在上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层组成中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Fe、Co、Ni、Cu、Hf、Zr、Ti、W、Sn、Al、Si、P、B、Pd中之一种以上元素是理想的组成。
上述具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Pt也是理想的组成之一。
另外，在上述具有过冷却液区的非晶体合金的膜层组成中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Hf、Zr、Ti、W、Sn、Al、Si、P、B、Pd中之一种以上的元素是理想的组成。
在上述有过冷却液体区的非晶体合金的膜层中，以至少大于或等于1mol％的比例具有Os、Pt、Ir、Au、Ag、Rh、Pd、Ru等贵金属元素中之一种以上的元素也是理想的组成。
用本发明的制造方法制造光学元件成形用模具能够获得高精度的光学元件成形用模具。
用上述光学元件成型用模具成形光学元件能够制成成本低并且精度高的光学元件。
上述的光学元件以塑料材料为原料，这以低价格、容易制造的观点看，是理想的。
上述的光学元件以玻璃材料为原料，能制成象差特性等优良的光学元件，另外，和塑料材料比较，制品对于高温、高湿等环境的性能稳定，耐久性优良，因此，是理想的。
上述光学元件，作为透镜是理想的，例如，被应用于光拾取装置等，能够发挥其光学特性。
本说明书中使用的衍射结构(衍射环带)是指在光学元件(例如透镜)的光学面表面上，设置作为以光轴为中心大体同心状的环带形成的凹凸纹、具有通过衍射使光束聚集或发散的作用的衍射面。例如，众所周知，在包括光轴的平面看其剖面，各环带包括如锯齿形的形状。衍射环带也称为衍射槽。
在应用本发明时，环带结构和凸起(或者凹陷)的排列等、各个细微结构的形状和排列周期等无关，无论何种细微的结构，只要是以在光学元件上附加新的功能为目的，则其光学元件成形用模具或由该模具成形的光学元件，都属于本发明的范围。另外，作为新附加的功能不局限于减少象差，在按照光学系统的特性有意地增加象差时，只要以最终地接近理想象差为目的进行附加功能，都属于本发明的范围。
图1(a)～1(g)是表示用于制作光学元件成形用模具的主模的制作工序的图；图2是表示光学元件成形用模具的制作工序的图；图3(a)～3(d)是表示光学元件成形用模具的制造工序的图；图4是表示包括用于形成光学元件透镜的光学元件成形用模具的成套模具的剖面图。
图5(a)～5(d)是放大表示由光学元件成形用模具形成的透镜的光学面的立体图；图6(a)～6(b)是表示主模M1和光学元件成形用模具M2接合时、脱模时的状态的示意图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施例。图1(a)～1(g)是表示用于制作光学元件成形用模具的主模的制作工序之一的例的图。另外，主转印面的形状的制成不限于下述的方法，例如，也可以如后述的实施例中所示地用切削加工形成。首先，如图1(a)所示地，理想的是，在主模型材1上形成主转印面1a。对于由光学元件成形用模具形成的透镜(光学元件的一例)的设计光学面形状，考虑后述的功能膜的厚度和光学元件的材料的热收缩率，确定有关的主转印面1a的形状。主转印面1a的周围形成对应于倾斜基准平面的母几何尺寸基准面1b。
接着，如图1(b)所示地，通过没作图示的驱动体驱动主模型材1围着光轴转动，同时，在主转印面1a和母几何尺寸基准面1b上涂敷抗蚀剂R(旋转涂层)。在包括主转印面1a和母几何尺寸基准面1b的主模型材1的上面以相等的膜厚涂敷抗蚀剂R。
然后，对涂敷了抗蚀剂R的转印面1a，用没图示的曝光机照射电子束LB，曝光形成细微图形。接着，如图1(c)所示地，把主模型材1浸泡在溶液中，在主转印面1a上按照曝光形成的细微图形除去抗蚀剂R。在此，电子束LB的束径极小，因而，能够以几十乃至几百纳米的间隔进行曝光，因此，能够相应地除去抗蚀剂R。
另外，如图1(d)所示地，对部分地除去了抗蚀剂R的主模型材1的上面在离子喷射IS(被加速的氩离子等)的环境中进行曝晒(干腐蚀)，按照抗蚀剂R的图形，除去主模型材1的表面。此时，抗蚀剂R残留着的部分的表面不被除去或者难以被除去，因此，由于曝光时残留厚的圆形的抗蚀剂R，与其相应地在主模型材1的光学转印面1a′的表面上形成多个同心圆形的环带。
之后，对着主转印面1a配置目标材料T(贵金属膜、过渡金属膜、陶瓷、或者氧化物、氮化物、钻石等)，从该目标材料飞散粒子，在主转印面1a上形成0.01μm～20μm的功能膜FM(图1(g))(形成功能膜工序)。另外，理想的是，为了高精度地转印主转印面1a，使功能膜FM尽量地薄。
另外，把目标材料T变更为规定成分的目标材料，如图1(e)所示地从该目标材料飞散具有过冷却液体区的非晶体合金粒子，在主转印面1a上形成厚度0.1μm～500μm的具有过冷却液体区的非晶体合金膜层MG(形成具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层工序)。在图1(g)表示有关工序后的主转面1a的放大图。
把这样形成的主模型材1以封闭圆筒形的筒2的一端的形式用螺栓3固定，这样，形成主模4(图1(f))。为了要在筒2和主模型材1之间形成通气孔，要在筒2的端面上形成槽2a。另外，加工主模型材1需要大型设备，其制作成本也高，然而，只要有一件，就如后述地能够大量制作光学元件成形用模具，因而，没有特别的问题。
图2是光学元件成形用模具的剖面图。首先，用不锈钢材料等形成基材10。基材10的材料没有特别的限定，但是，以钢和不锈钢等一般使用的模具材料为理想材料，该情况下有原料供应稳定、价格又便宜的优点。作为毛坯基材10，在其一端(图的上端)上形成对应于光学元件的光学面(例如非球面)、但曲率要比光学元件的光学面大或相等的凹部(被转移面)10a和其周围的周围面10b，这样，就形成具有近似模具的形状。凹部10a和周围面10b的形状精度取决于施加在表面的具有过冷却液体区的非晶体合金(以下简称为非晶体合金)MG的膜厚，然而，若形成厚约100μm左右的非晶体合金MG膜，则10～20μm左右的精度就足够了，因而，加工毛坯本身使用NC机床几十分钟就可以加工完。在该凹部10a和周围面10b上，如下所述地附着具有过冷却液体区的非晶体合金MG。
详细的过程以后用实施例说明。对于凹部10a和周围面10b通过溅射和蒸镀等PVD处理或CVD处理，把非晶体合金MG形成膜(在被转移面上形成具有过冷却液体区的非晶体合金膜层的工序)。另外，根据需要，能够使具有过冷却液体区的非晶体合金的膜层的组成和在主模型材1上形成的膜层相同或者不同。在本实施例，在凹部10a以外，在周围面10b上也形成非晶体合金MG膜，然而也可以只在凹部10a上形成膜。
以上的非晶体合金MG的成膜在CVD处理中，主模型材1和基材10形成高温，这对于成为过冷却液体状态的非晶体合金的性质是不利的，但是本发明并不限于使用CVD处理成膜或者使用PVD处理成膜。比较容易地把非晶体合金MG成膜的PVD处理，具有溅射和离子镀膜、蒸镀等处理，然而，在此使用哪一种处理都可以。就是说，使用溅射法，目标材料不一定是非结晶状态也可以，只要在主模型材1和基材10上以理想的组成比附着组成原子，从溅射原理上考虑，因为附着时伴随着急速冷却，所以，能够以非结晶状态成膜。成膜速度是约0.2～几μm/h，如果提高溅射装置的输出，能够容易地缩短成膜时间，但是，主模型材1和基材10的温度上升会造成不能形成非晶状，因此，必须由水冷等进行主模型材1和基材10冷却。膜厚太厚会在以后的钻石切削加工和加热加压成形等中造成加工余量大，加工效率低，因而，一般膜厚100μm左右更理想。但是，在复杂的形状几mm的膜厚也是必要的，一般10nm～1mm左右的范围是实用的膜厚范围。
特别地，膜厚在厚的情况下，由于不需要的部分上漏出的非晶体合金，会损坏光学元件成形用模具的设计形状。因此，往往需要把成膜以外的部分进行掩膜，或者，在成膜后，由钻石切削和研磨加工除去漏出部分。但是，非晶体合金MG的被切削性良好而且加工余量少，因此，不会造成加工工时和成本的负担。
如本实施例这样，由于这样地只在主模和光学元件成形用模具的极有限的部位上使用少量非晶体合金MG，因此，对于以往具有优良物理特性同时制作散材形状困难的种类的非晶体合金，也能够应用于光学元件成形用模具中。例如，镍系和铜系等高硬度的非晶体合金，作为模具材料能够满足高耐久性要求，但是，难于形成散材状，因此，用以前的方法难以适用于光学元件成形用模具，然而，通过进行如本实施例这样的成膜化，其就能够被应用。另外，使用散材料在冶金时在基料金属中存在氢等气体，因而，存在微小孔，当钻石切削或加热加压成形时，显现在已经加工制成的光学表面上，会造成表面不良。但是，在由本实施例那样的CVD处理或PVD处理从气相形成膜时，因为几乎不会发生这种小孔，所以能够保持光学元件成形模制造的成品高合格率，例如，就不需制作应对不良的备品备件，因而，能大幅度地降低成本。
图3(a)～3(d)是表示由加热加压形成的光学元件成形用模具的光学面转印面和几何尺寸的基准面转印面的形成工序。首先，在图1(a)～1(g)中所示的工序制作的主模4上，如图3(a)所示安装支柱5。接着，如图3(b)所示，由配置在主模型材1周围的加热器H，把主转印面1a和母几何尺寸基准面1b的周围预加热。把在图2所示工序制造的基材10插入筒模2内用冲头6加压(加热加压工序)。此时，筒模2内的空气通过通气孔(槽2a)向外部排出。这样，被加热到大于或等于玻璃转变温度Tg的主模4的非晶体合金MG和基材10的非晶体合金MG互相熔合为一体。
另外，如图3(c)所示地，把主模4和冲头6成一体地沉入注满冷却水的容器7内，由此，使非晶体合金MG急速冷却。另外，该冷却也可以是自然冷却。之后，将从容器7取出的主模4和冲头6分离，于是，由于在主模4的主转印面上成膜的功能膜FM的作用，容易脱模的非晶体合金MG从主模4上被剥离开，转移到基材10上(向基材转移膜层工序)。这样，就能够取出转印到主转印面1a的光学元件成形用模具10′(图4)。加热加压成形深的光学面形状、复杂的光学面形状、容易氧化的非晶体合金时，在真空中进行加热、成形、冷却工序是理想的。
另外，如果把功能膜FM残留在主转印面1a侧，就能够作为主模型材1的保护膜起作用，如果和非晶体合金MG一起转移到基材10侧，就可以作为模具的保护膜起作用。但是，当在成形中有可能会附着在光学元件上时，例如，采用受热就分解扩散的材料作为功能膜FM的原料，那么，经过把功能膜FM开放在大气中然后进行加热去掉的工序，这样，就能够获得精度高的光学元件。
图4是包括用于形成光学元件之一例的透镜的光学元件成形用模具的成套模具的剖面图。把如上所述地形成非晶体合金MG膜的光学元件成形用模具10′和同样地形成非晶体合金MG′膜的光学元件成形用模具11′，插入套模13、14内，以使光学转印面MGa、MGa′以及几何尺寸基准面转印面MGb、MGb′相对，把熔化的塑料材料PL从没图示的浇口，如普通注塑成形那样地，注射进光学元件成形用模具10′、11′之间，通过再冷却，就能够获得理想形状的透镜。另外，在加工套模安装用的螺孔10d′、11d时，和非晶体合金MG不同，对于韧性良好的基材10、11进行钻孔、用丝锥套螺纹就可以，因而，能够抑制加工时的破损，另外，对于成形时的外力，基材10、11弯曲，而具有使应力集中缓和的功能，所以能抑制破损。
这样地在本实施例中，通过加热加压成形制成光学转印面MGa和几何尺寸基准面转印面MGb时，重点地加热非晶体合金MG成膜的部分并且使该部分软化，按压在加热的主模1上就足够了。重要的是，在本实施例，非晶体合金MG不用于光学元件成形用模具10′全体，只限于形成光学面转印面MGa和几何尺寸基准面转印面MGb的层及其周边，没有必要均匀地加热基材10整体。因而，和加热加压成形散材料的非晶体合金全体的情况比较，热容量小容易加热，因此，也能够高精度进行温度控制，加压变形量也小，因而，能够大幅度地缩短加压时间。这些特征，不仅仅是使成形过程容易控制，而且，对于防止加热中的非晶体合金的结晶化是非常合适的好的条件。结果，不用担心结晶化，能够多次进行加热加压成形，由此，不用毁坏铸型，而能够进行光学面转印面MGa等的形状修正和循环使用，另外，关于具有良好的物理特性同时又容易结晶，因此，就不能够加热加压成形这样的某种非晶体合金，也能够应用于光学元件成形用模具。
加热加压成形的环境理想的是，通常为了防止非晶体合金氧化和基于氧化的结晶化，而在真空中进行。钯系的非晶体合金即使在大气中加热，几乎也不氧化，因此，能够在大气中加热加压成形。此时，加热加压成形装置没有必要保持真空环境状态，因而，能够形成更简洁的结构，具有能够在大气中一边直接目视观察，一边进行加热加压成形的优点。作为钯系的非晶体合金，有Pd40Cu30Ni10P20和Pd76Cu6Si18、Pd61Pt15Cu6Si18等，但是，钯的含量至少要大于或等于20mol％，不然，其他的构成原子或容易氧化或容易结晶化，难以在大气中进行加热加压成形。另一方面，如果钯的含量大于或等于80mol％，一般地就没有玻璃转变温度，不形成非晶体合金。因此，作为在大气中稳定进行加热加压成形的非晶体合金材料，钯含量大于或等于20mol％且小于或等于80mol％为理想。另外，从具有原子数最多的钯元素以外的成分的原子看，以大于或等于3mol％的比例具有大于或等于铜、镍、铝、硅、磷、硼中之一种的元素，对于形成非结晶状的非晶体合金是必要的。这不仅限于钯系的非晶体合金，例如，也可以针对Zr55Al10Cu30Ni5、Zr57Ti3Al10Ni10Cu20、La65Al5Ni20、La55Al15Ni10Cu20、Co51Fe21Zr8b20、Fe56Cu7Ni7Zr10B20、Mg75Cu15Y10、Mg70Ni20La10等等，几乎是对所有系的非晶体合金而言。另外，在大气环境中进行加热成形，当在主模和非晶体合金的成形面上形成封闭的空间时，就会造成空气存留，会使加热加压成形的转印效果不良。这种情况下，即使是钯系的非晶体合金也在真空中进行加热加压成形为好。如果是光学表面上有衍射环带等细微结构的光学元件成形用模具，特别地在细微结构部容易形成微小空气存留，对其转印效果造成大的损害，因而，还是在真空中加热加压成形为好。
在把钯系等贵金属的非晶体合金用于光学元件成形用模具的情况下，用散料制造一个模具底基金属价值很高，因此，在光学元件的成形生产工序中，为了处理大量如此高价小型的部件，保管管理责任重大，安全保障的问题不可回避。但是，如果是本实施例这样的光学元件成形用模具，形成非晶体合金的膜厚仅为约100μm，因此，底基金属价值不过仅为百分之零点几，可以说，以普通的保管管理就可以，相对以前申请的技术而言，这具有非常重要的实用上的特点。
由本实施例的制造方法形成的光学元件成形用模具，完全不用以往的模具那样的化学镀处理，能够高精度并且高效率地制成光学面转印面，因而，不仅能够转印成形高精度的光学元件的光学面，而且还具有成本低、交货期短并且用和以往相同的生产方式进行加工处理的优良特点。另外，还容易制成具有细微结构的光学元件成形用模具。
图5(a)～5(d)是放大表示由这样的光学元件成形用模具形成的透镜的光学面的之一例的立体图。在图5(a)，在透镜的光学面上形成把多个细微的圆筒C(作为多个凸起的例子)排列成矩阵形的结构(等效折射率区的细微结构的例子)。例如，把上述对物透镜作为DVD记录/再生用光拾取装置的对物透镜使用时，透过透镜的光波长是在650nm附近。在此，当形成细微的圆筒C的间隔Δ为160nm时，射入上述对物透镜的光几乎不反射，能够提供透光率极高的物镜。
在图5(b)中，在透镜的光学面上，作为多个凸起的例子，形成以间隔Δ隔离的多个细微的三角锥形T，具有和图5(b)所示结构相同的显著效果。当形成该间隔为小于或等于0.1～0.2μm时，使散射降低，因而是理想的。在图5(c)中，在透镜光学面上，作为多个凸起的例子，形成以间隔Δ隔离的多个凸片F(结构双折射的细微结构的例子)。凸片的长度要比透过的光的波长长(在上述的例中是大于或等于650nm)。具有该结构的透镜能够发挥所谓偏振光效率，即，可以使在沿着凸片F的方向上具有振动面的光透过，但是和凸片F相交的方向的光不能透过。在图5(d)中，在透镜的光学面上，作为以光轴为中心的环带结构的例，形成光轴方向的剖面是锯齿状的闪光形的衍射环带D。关于衍射环带D，例如在特开2001-195769号公报中详细地说明了作为与其形状相应的效果的色散校正和温度校正，因而，省略说明。作为除此之外的环带结构也能够形成NPS、DOE等。另外，在图5(a)～(c)中，为了简化说明，表示了在平面上设置上述凸起的例，然而，把其底面形成为具有适当的曲率的球面或非球面等曲面，在该曲面上设置凸起也可以。
实施例(比较例)以下，说明本发明者们做的比较例。首先，准备主要包含铁成分的能切削的材料，其作为直径约3～5mm的光学元件用成形模具的基材。在制作光学元件成形用模具时，首先经过切削、研磨加工制作5个模具毛坯(也称为模具的基材。以小于或等于100μm的形状精度进行加工(研磨、切削)毛坯模具的模基材面，形成与光学元件的非球面相应的凹面。在这些基材面上，用溅射装置，在295～395℃之间分别形成膜厚0.02、10、50、100、500μm的有过冷却液体区的非晶体合金膜层。
另一方面，关于主模，首先，准备以铁为主要成分的能够切削的材料，其作为直径约3～5mm的光学元件用成形模具的主模型材。由切削、研磨加工制作主模型材。以小于或等于100μm的形状精度加工(研磨、切削)主模材的主转印面。之后，经过无电解镍镀形成约100μm左右厚的膜。把该镀上膜的主模具成形转印面用钻石刀具进行切削加工，制成主模具。
另外，在295℃～395℃之间形成具有过冷却液体区的非晶体合金膜层的模具的材料上，把没形成非晶体合金膜层的主模相对向地设置，加热到玻璃转变温度以上的310℃并且施加300N的压力，时间为1小时。经过加压成形，把主模的主转印面的形状和结构转印到模具的材料的非晶体合金膜层上。在该比较例中，只用加热加压这样的简单的工艺也能够大量地制成高精度的模具。但是，已经知道了加热加压时的温度控制和压力控制难，在以不合适的条件进行加热加压时，与在模具基材上形成的非晶体合金膜层的厚度无关，会发生开始成形转印不充分、主模破损和非晶体合金膜层剥离等，特别地，在主模的主转印面上形成细微结构的情况下(例如，闪光形等)，当加热加压过高(大于或等于500N，特别在单边接触、倾斜接触模具时)或者接触在主转印面上的非晶体合金膜层的一部分没达到玻璃转变温度时，会发生破坏细微结构和主模形状。另外，也发现了在转印作为微细结构，例如，齿距5μm、高度1μm的闪光形状时，使在过冷却液体区成为粘性流体的非晶体合金流到闪光形的最底部是困难的，会产生约50nm左右的成形转印不充分。
实施例针对上述比较例，说明本发明者们做的实施例。首先，和比较例同样地制作了主模、5个模具的基材。然后，在主模的主转印面上，同时，也在模具的基材上，用溅射成膜装置分别形成厚度0.02、10、50、100、500μm的在Tg-Tx为295℃～395℃之间具有过冷却液体区的非晶体合金膜层。然后，把形成了非晶体合金膜层的主模的主转印面和模具的基材(或者，形成了具有过冷却液体区的非晶体合金膜层的模具基材)相对向设置，在置换为He气的环境中(约100Pa)，加热到大于或等于玻璃转变温度的310℃并且以200N加压1小时，通过成形加压，把在主模的主转印面上形成的非晶体合金膜层从主模剥离，转移到模具的基材上(或者形成了具有过冷却液体区的非晶体合金膜层的模具的基材上)，(主模上的非晶体合金的膜厚以关于上述的5种类同样的方法形成)。主模的温度为330℃、模具的基材的温度为300℃，尽管都大于或等于Tg，但是，施加了温度梯度，就形成了从主模脱模和紧密粘贴在模具基材的粘贴力提高的良好的条件。关于对模具的加热方法，把筒型加热器或者套型加热器放入两模具内，另外，从周围用灯泡等进行辅助加热，这样能有效地进行热控制并且充分利用加热器的输出。
按照实施例的光学元件成形用模具的制作方法，和比较例比较，可以知道不是由力学的成形方法形成转印，而是由溅射等形成膜的方法，利用反转形状进行转印，因此，能够转印出主模的任何细微的形状，此外，不会造成模具的破损。如上所述地分配在主模上形成的非晶体合金的膜厚，能得到相同的效果。
根据本发明能够提供容易制造，同时，能够提高光学元件的尺寸精度的光学元件成形用模具的制造方法。
权利要求
1.一种光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，包括形成第一层膜的工序，其在用于成形光学元件成形用模具的成形转印面的主模的主转印面上，形成具有过冷却液体区的非晶体合金；加热工序，其把上述第一层膜的表面和光学元件成形用模具的基材的被转移面相对按压贴紧，同时，把上述第一层膜加热到大于或等于上述具有过冷却液体区的非晶体合金的玻璃转变温度；转移工序，其把上述第一层膜从上述主模剥离，转移到上述光学元件成形用模具的基材上。
2.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在上述主模的主转印面上形成上述第一层膜的工序中，上述第一层膜的膜厚是0.01～500μm。
3.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件成形用模具的制造方法，至少在把上述第一层膜从上述主模剥离、转移到上述光学元件成形用模具的基材的工序之前，具有在上述光学元件成形用模具的基材的被转移面上形成具有过冷却液体区的非晶体合金的第二层模的工序；在把上述第一层膜转移到上述光学元件成形用模具的基材上的工序中，把上述第一层膜和上述第二层膜相对向按压贴紧，同时，把上述第一层膜和上述第二层膜中的至少一方加热到大于或等于上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金和上述第二层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金中至少一方的玻璃转变温度。
4.如权利要求3所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成和上述第二层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成相同。
5.如权利要求3所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成和上述第二层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成互相不同。
6.如权利要求3所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第二层膜的膜厚是0.01～500μm。
7.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件成形用模具的制造方法，在把具有过冷却液体区的非晶体合金的第一层膜形成在主模的主转印面工序之前，具有在上述主转印面上设置第一功能模的工序。
8.如权利要求7所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一功能膜的膜厚是0.01～20μm。
9.如权利要求7所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一功能膜具有从Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag等贵金属元素、Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr等过渡元素以及氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、钻石、类钻石碳、碳中选择的至少一种物质。
10.如权利要求9所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一功能膜具有从Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag等贵金属元素、Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr等过渡元素中选择的至少一种元素。
11.如权利要求9所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一功能膜具有从氧化铬、氧化锆、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、钻石、类钻石碳、碳中选择的至少一种物质。
12.如权利要求7所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件成形用模具的制造方法，在把具有过冷却液体区的非晶体合金的第一层膜形成在上述主模的主转印面工序之前，具有在上述第一功能膜的膜上设置第二功能膜的工序。
13.如权利要求12所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第二功能膜的膜厚是0.01～20μm。
14.如权利要求12所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第二功能膜具有从Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag等贵金属元素、Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr等过渡元素以及氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、钻石、类钻石碳、碳中选择的至少一种物质。
15.如权利要求14所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第二功能膜具有从Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag等贵金属元素和Fe、Co、Ni、Cr、W、Ti、Mo、Zr等过渡元素中选择的至少一种元素。
16.如权利要求12所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第二功能膜具有从氧化铝、氧化铬、WC、氮化硅、氮化碳、TiN、TiAlN、氧化锆、钻石、类钻石碳、碳中选择的至少一种物质。
17.如权利要求7所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，用蒸镀法形成上述第一功能膜。
18.如权利要求17所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，经过CVD处理形成上述第一功能膜。
19.如权利要求17所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，经过PVD处理形成上述第一功能膜。
20.如权利要求19所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，由溅射处理形成上述第一功能膜。
21.如权利要求19所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，由离子镀膜处理形成上述第一功能膜。
22.如权利要求19所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，由真空蒸镀法形成上述第一功能膜。
23.如权利要求7所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述主模的主转印面的光学形状对于使用由上述主转印面形成的光学元件成形用模具的成形转印面而成形的光学元件的光学面形状，与在上述主转印面上形成的第一功能膜的厚度以及上述光学元件材料的热收缩率的至少一方对应而不同。
24.如权利要求7所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在把上述第一层膜从上述主转印面剥离并且转移到上述光学元件成形用模具的基材上的工序之后，上述第一功能膜保留在上述主转印面上。
25.如权利要求7所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在把上述第一层膜从上述主转印面剥离并且转移到上述光学元件成形用模具的基材上的工序之后，上述第一功能膜转移到上述光学元件成形用模具的基材的成形转印面上。
26.如权利要求25所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件成形用模具的制造方法还具有去除转移到上述光学元件成形用模具的成形转印面上的第一功能膜的工序。
27.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在由上述光学元件成形用模具的成形转印面形成的上述光学元件的光学面上，形成以光轴为中心环带结构。
28.如权利要求27所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述环带结构是产生光程差的结构。
29.如权利要求27所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述环带结构是光轴方向的剖面形状为锯齿状的闪光形的衍射结构。
30.如权利要求27所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述环带结构是光轴方向剖面形状为台阶状的衍射结构。
31.如权利要求27所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述环带结构具有校正由于对上述光学元件照射光的光源的波长变化造成的上述光学元件的象差变化的功能。
32.如权利要求27所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述环带结构具有校正由于温度变化造成的上述光学元件的象差变化的功能。
33.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在上述主模的主转印面上形成对应的凸起或凹陷，并且在上述光学元件成形用模具的成形转印面上形成对应的凹陷或凸起，以使在由上述光学元件成形用模具的成形转印面形成的光学元件的光学面上形成多个凸起或凹陷.
34.如权利要求33所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件的光学面的凸起或凹陷形成等效折射率区域的细微结构。
35.如权利要求33所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件的光学面的凸起或凹陷形成产生防止反射效果的细微结构。
36.如权利要求33所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件的光学面的凸起或凹陷形成产生结构双折射的细微结构。
37.如权利要求33所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件的光学面的凸起或凹陷形成共振区的细微结构。
38.如权利要求33所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在上述主模的主转印面上形成对应的凸起或凹陷，并且在上述光学元件成形用模具的上述成形转印面上形成对应的凹陷或凸起，以在上述光学元件的光学面的一部分上形成该光学面的凸起或凹陷。
39.如权利要求33所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在上述主模的主转印面上形成对应的凸起或凹陷，并且在上述光学元件成形用模具的上述成形转印面上形成对应的凹陷或凸起，以在上述光学元件的光学面的一部分上形成上述光学元件的光学面的凸起或凹陷，并且至少具有多种形状和配置图形。
40.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述光学元件成形用模具的成形转印面只由非球面形状构成。
41.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于， 用蒸镀法形成上述第一层膜。
42.如权利要求41所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，经过CVD处理形成上述第一层膜。
43.如权利要求41所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，经过PVD处理形成上述第一层膜。
44.如权利要求43所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，由溅射处理形成上述第一层膜。
45.如权利要求43所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，由离子镀膜处理形成上述第一层膜。
46.如权利要求43所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，由真空蒸镀法形成上述第一层膜。
47.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Pd。
48.如权利要求47所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Cu、Ni、Al、Si、P、B中选择的至少一种元素。
49.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Zr。
50.如权利要求49所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Fe、Co、Hf、Ti、Cu、Ni、Al、Sn、Si、P、B中选择的至少一种元素。
51.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Ti。
52.如权利要求51所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Hf、Zr、Cu、Ni、Co、Fe、Sn、Al、Si、P、B中选择的至少一种元素。
53.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Mg。
54.如权利要求53所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Y、Hf、Zr、Cu、Fe、Co、Ni、Al、Si、P、B中选择的至少一种元素。
55.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有La。
56.如权利要求55所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Cu、Ni、Co、Al、Si、P、B、Hf、Zr中选择的至少一种元素。
57如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Fe。
58.如权利要求57所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Co、Ni、Hf、Zr、Ti、Cu、Ni、Al、Sn、Si、P、B中选择的至少一种元素。
59.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Co。
60.如权利要求59所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Ni、Hf、Fe、Zr、Ti、Cu、Ni、Al、Sn、Si、P、B中选择的至少一种元素。
61.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Ni。
62.如权利要求61所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Co、Hf、Fe、Zr、Ti、Cu、Ni、Al、Sn、Si、P、B中选择的至少一种元素。
63.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Mo。
64.如权利要求63所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Fe、Co、Ni、Cu、Hf、Zr、Ti、W、Sn、Al、Si、P、B、Pd中选择的至少一种元素。
65.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于20mol％且小于或等于90mol％的比例具有Pt。
66.如权利要求65所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Hf、Zr、Ti、W、Sn、Al、Si、P、B、Pd中选择的至少一种元素。
67.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，上述第一层膜的具有过冷却液体区的非晶体合金的组成，以大于或等于1mol％的比例具有从Os、Pt、Ir、Au、Ag、Rh、Pd、Ru中选择的至少一种元素。
全文摘要
一种光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，包括形成第一层膜的工序，其在用于成形光学元件成形用模具的成形转印面的主模的主转印面上，形成具有过冷却液体区的非晶体合金；加热工序，其把上述第一层膜的表面和光学元件成形用模具的基材的被转移面相对按压贴紧，同时，把上述第一层膜加热到大于或等于上述具有过冷却液体区的非晶体合金的玻璃转变温度；转移工序，其把上述第一层膜从上述主模剥离，转移到上述光学元件成形用模具的基材上。该制造方法提供容易进行制造并且能够提高光学元件的尺寸精度的光学元件成形用模具。
文档编号C23C16/00GK1676477SQ20051006241
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月28日 优先权日2004年3月31日
发明者汤浅清司, 细江秀 申请人:柯尼卡美能达精密光学株式会社