专利名称：光学透镜用冲压成形金属模、玻璃制光学透镜、及玻璃制光学透镜的制造方法
技术领域：
本发明涉及光学透镜用冲压成形金属模、玻璃制光学透镜、及玻璃制光学透镜的制造方法等。
背景技术：
一直以来，在制造高精度的微细光学元件时，基于其加工容易度，采用直接加工树脂的方法或利用成形的方法(例如参照专利文献1，2)。然而，上述树脂制的微细光学元件有以下缺点S卩，由于因温度、湿度等的环境变化，树脂发生体积变化，形状发生变化，因此，微细光学元件的精度下降。而且，由于树脂的强度较低，因此还有表面容易损伤的缺点，无法通过树脂制造来获得非常高的精度的、高可靠性的微细光学元件。与此相反，玻璃制的微细光学元件的耐久性好，表面不易损伤，对于环境的变化也不会有损于精度。因此，作为玻璃制微细光学元件的制造方法，提出有通过直接干法蚀刻玻璃来加工形成微细光学元件形状的方法(例如，参照专利文献3)。利用干法蚀刻来加工玻璃的方法虽然能够直接在玻璃表面刻上微细光学元件形状，但是有以下缺点即，制造一个微细光学元件需要非常多的时间，不能大量制造相同形状的光学元件。因而，现有的方法无法批量生产具有非常高的精度的、可靠性高的玻璃制微细光学元件。另一方面，最近作为光学玻璃元件(例如，非球面玻璃透镜)的批量生产方法，提出有对玻璃进行冲压成形的方法。若通过重复对玻璃进行冲压成形而能够制造玻璃制光学透镜，则能够批量生产具有非常高的精度的、可靠性高的微细光学元件。然而，对于玻璃制光学透镜，由于要求有很好的成像质量，因此为了利用冲压成形来制造玻璃制光学透镜，需要强度非常高、耐久性好、高精度的玻璃制光学透镜的冲压成形用金属模。作为上述金属模的材料，即使在高温下对于玻璃也具有化学惰性，且成为玻璃的成形面的部分足够的坚硬，不易有擦伤等的损伤，成形面不会因高温下的成形而引起塑性形变、颗粒生长，为了进行重复成形，需要其耐热冲击性优异，而且为了进行超精密加工，需要其加工性优异。作为在某种程度上满足上述必要条件的金属模材料，提出有在SiC原材料(例如， 参照专利文献4)、超硬合金母材料上涂敷有钼系合金薄膜的金属模的方案(例如，参照专利文献5)。在上述SiC原材料、超硬合金原材料的金属模中，为了提高与玻璃的脱模性，利用溅射在金属模形状面上形成碳系薄膜(例如DLC膜)、钼系合金薄膜，进行冲压成形。现有技术文献[专利文献]专利文献1 日本专利特开昭54-110857号公报
专利文献2专利文献3专利文献4专利文献5日本专利特公昭 日本专利特开昭 日本专利特开昭 日本专利特开昭
60-025761号公报 55-057807号公报 52-045613号公报 60-246230号公报
发明内容
然而，在利用冲压成形来制作玻璃制光学透镜的情况下，使玻璃原材料进行高温加热软化至玻化温度以上，在进行冲压时，玻璃原材料进入到衍射形状的阶梯部分那样的微细形状部分，在脱模时，有时在玻璃材料中产生拉伸应力。若产生上述拉伸应力，则透镜形状面发生变形，相当于产生了未由透镜的设计形状产生的像差，使透镜的功能降低。另外，在玻璃原材料的进入量较大的情况下，玻璃材料不脱模而附着于金属模，则不仅透镜无法使用，还需要将附着的玻璃从金属模剥离，产生使金属模的寿命缩短的问题。本发明考虑到上述现有的光学透镜用冲压成形金属模的问题，其目的在于提供一种光学透镜用冲压成形金属模、玻璃制光学透镜、及玻璃制光学透镜的制造方法，上述光学透镜用冲压成形金属模能降低脱模时透镜原材料中产生的应力，能抑制发生玻璃附着的情况。为了达到上述目的，本发明的第1发明为一种光学透镜用冲压成形金属模，该光学透镜用冲压成形金属模对具有同心圆形状的多个环状带的环状带类型的衍射透镜进行成形，其特征在于，包括衍射作用转印面，该衍射作用转印面对使透过上述衍射透镜的光产生衍射的衍射作用面进行成形；以及，阶梯转印面，该阶梯转印面对上述衍射透镜的连接相邻的上述衍射作用面之间的阶梯面进行成形，上述阶梯转印面的表面粗糙度大于上述衍射作用转印面的表面粗糙度。本发明的第2发明为第1发明的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，上述衍射作用转印面的表面粗糙度Ral和上述阶梯转印面的表面粗糙度Ra2满足下式，(数学式l)Ral< 10纳米(数学式2)10纳米<妝2<200纳米。本发明的第3发明为第2发明的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，在惰性气体气氛中进行冲压成形的情况下，上述Ra2满足下式，(数学式2)10纳米< Ra2 < 200纳米在真空中进行冲压成形的情况下，上述Ra2满足下式，(数学式3)10纳米<貽2<100纳米。本发明的第4发明为第1发明的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，在上述阶梯转印面形成有微细槽，上述微细槽的方向为上述同心圆状的环状带的旋转轴方向。本发明的第5发明为第4发明的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，在包含上述同心圆状的环状带的旋转轴的至少一个截面中，若将上述阶梯转印面相对于与上述旋转轴平行的轴的倾角设为θ 1，则满足下式，
(数学式4)0° ≤θ 1 < 10°上述微细槽形成在平行于从与上述旋转轴平行的轴倾斜了角度θ 1的轴的方向。本发明的第6发明为第4发明的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，上述微细槽的具有矩形槽、V槽、及柱面槽中的至少一种形状。本发明的第7发明为第1发明的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，上述衍射作用转印面的间距越靠近上述同心圆状的环状带的旋转轴中心就越大。本发明的第8发明为第1发明的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，金属模原材料是以碳化钨(WC)为主要成分的超硬合金、碳化钛(TiC)、碳化硅 (SiC)、及绿碳化硅(GC)中的某一种。本发明的第9发明为第1发明至第8发明中任一项所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，上述衍射作用转印面及上述阶梯转印面是形成于金属模原材料上的非晶态合金膜的表面，上述非晶态合金膜是包含钼(Pt)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)、铼(Re)、钨(W)、钽 (Ta)、碳(C)、及锇(Os)中的至少一种以上的合金膜，与上述阶梯转印面相对应的上述金属模原材料部分的表面粗糙度Ra3满足下式，(数学式5)200纳米< Ra3 < 400纳米。本发明的第10发明为第1发明至第8发明中任一项上述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，上述衍射作用转印面及上述阶梯转印面是金属模原材料的表面。本发明的第11发明为一种玻璃制光学透镜，其特征在于，在至少一个面上形成有具有同心圆形状的多个环状带的环状带类型的衍射透镜结构，上述衍射透镜结构包括衍射作用面，该衍射作用面使透射过的光产生衍射；以及， 阶梯面，该阶梯面连接相邻的衍射作用面之间，上述阶梯面的表面粗糙度大于上述衍射作用面的表面粗糙度。本发明的第12发明为第11发明的玻璃制光学透镜，其特征在于在上述阶梯面形成有微细槽，上述微细槽的方向为上述同心圆状的环状带的旋转轴方向。本发明的第13发明为一种玻璃制光学透镜的制造方法，该玻璃制光学透镜的制造方法使用第1发明的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，包括加热工序，该加热工序将玻璃材料加热至玻化温度以上使其软化；冲压工序，该冲压工序对软化后的上述玻璃材料进行冲压；以及，脱模工序，该脱模工序在冲压工序后，将上述玻璃材料冷却到上述玻化温度以下， 使其从上述光学透镜用冲压成形金属模进行脱模。本发明的第14发明为本发明的第13发明的玻璃制光学透镜的制造方法，其特征在于，在将上述阶梯转印面的表面粗糙度设为Ra2的情况下，在惰性气体气氛中进行上述冲压工序的情况下的上述Ra2所允许的上限值，大于在真空中进行上述冲压工序的情况下的上述Ra2所允许的上限值。根据本发明，能够提供一种光学透镜用冲压成形金属模、玻璃制光学透镜、及玻璃制光学透镜的制造方法，上述光学透镜用冲压成形金属模能够在脱模时降低透镜原材料中产生的应力，能够抑制发生玻璃附着。
图1是本发明的实施方式1中的光学透镜用冲压成形金属模的主视结构图。图2是本发明的实施方式1的成形金属模的仰视图。图3是图2的A-A，的剖视结构图。图4㈧是图3的区域α的放大剖视结构图，⑶是图1的区域δ的放大图。图5是图3的区域α的放大立体示意图。图6是图5的区域β的放大示意图。图7(A)是本发明的实施方式1的成形金属模的主视结构图，(B)是图7(A)的区域Y的放大图。图8㈧ (C)是用于说明本发明的实施方式1的玻璃制光学透镜的制造方法的图。图9㈧ (C)是用于说明本发明的实施方式1的玻璃制光学透镜的制造方法中的阶梯转印面和玻璃原材料的状态的图。图10是本发明的实施方式1中的玻璃制光学透镜的主视图。图11是用于说明本发明的实施方式1的玻璃制光学透镜的制造方法中的成形金属模和玻璃原材料的关系的图。图12是本发明的实施方式2的光学透镜用冲压成形金属模的主视结构图。图13(A) (C)是用于说明本发明的实施方式2中的玻璃制光学透镜的制造方法中的阶梯转印面和玻璃原材料的状态的图。图14(A)是示出本发明的实施方式1、2的微细形状的变形例的具有V槽结构的微细形状的图，(B)是示出本发明的实施方式1、2的微细形状的变形例的具有柱面结构的微细形状的图。图15(A)、(B)是示出本发明的实施方式1、2的微细形状的变形例的图。图16是示出本发明的实施例中的成形金属模的SEM图像的图。图17是示出本发明的实施例中的玻璃制光学透镜的SEM图像的图。图18是示出本发明的实施例中的玻璃制光学透镜的SEM图像的图。图19是示出本发明的实施例中的成形金属模的X轴及Y轴方向上的形状精度测定结果的图。图20是示出本发明的实施例中的玻璃制光学透镜的X轴及Y轴方向上的形状精度测定结果的图。标号说明101衍射形状转印部102衍射作用转印面103阶梯转印面
104平面部201微细形状301玻璃原材料302，303 脱模膜501成形金属模502平面金属模601玻璃制光学透镜
具体实施例方式以下，参照图1至图20说明本发明的实施方式。(实施方式1)图1是本发明的实施方式1中的光学透镜用冲压成形金属模的主视图。如图1所示，本实施方式1的光学透镜用冲压成形金属模包括上侧的金属模即成形金属模501、和下侧的金属模及平面金属模502。而且，在成形金属模501的底面，设置有用于在透镜形成衍射形状的衍射形状转印部101。另外，分别设定各轴，将纸面的右方设定作为X轴(右为正方向，左为负方向)，将纸面的垂直方向设定作为Y轴(纸面里侧的方向为正方向，纸面面前的方向为负方向)，将纸面的下方设定作为Z轴(下方为正方向，上方为负方向)。图2是本发明的实施方式中的成形金属模501的仰视结构图。所谓该仰视图，是从ζ轴正侧来看的图。另外，图3是图2的A-A的剖视结构图。如图所示，衍射形状转印部101具有以轴L为中心的同心圆形状的多个环形带 101a。该衍射形状转印部101中形成有对衍射作用面进行成形的衍射作用转印面102，上述衍射作用面使透射过利用该金属模成形的透镜的光产生衍射。该衍射作用转印面102包括圆形状的圆形衍射作用转印面102a，该圆形状的圆形衍射作用转印面102a形成于同心圆的中央；以及，多个环状带形状的环状带衍射作用转印面102b，该多个环状带形状的环状带衍射作用转印面102b形成于圆形衍射作用转印面102a的周围。图1所示的环状带 IOla由上述环状带衍射作用转印面102b形成。然后，在衍射形状转印部101中形成有阶梯转印面103，该阶梯转印面103对阶梯面进行成形，上述阶梯面连接利用上述金属模成形的透镜的相邻的衍射作用面102之间。 另外，在衍射形状转印面101的周围设置有平面部104。此外，在图2及图3中，将衍射形状转印部101的旋转轴表示作为L。图4㈧是图3所示的区域α的放大结构图。如图4㈧所示，阶梯转印面103相对于与旋转轴L平行的轴Μ，向同心圆形状的环状带IOla的中央方向(图4(A)中的X负方向)倾斜，若将该倾角设为θ 1，则倾角θ 1满足下述(数学式4)。(数学式4)0° ( θ 1 < 10°此外，将从轴M向中央方向倾斜了 θ 1的轴表示作为N。另外，对于该倾角，将在说明玻璃制光学透镜的制造方法时进一步进行说明。图4(B)是图2的δ部分的放大图。此处，在图2中，虽然未示出阶梯转印面103， 但在Θ1大于0°的情况下，如图4(B)所示，从Z轴正侧还可以识别阶梯转印面103。图5是图3所示的区域α的放大立体示意图。
如该图所示，在阶梯转印面103中形成有具有微细凹凸的微细形状201。另一方面，对于衍射作用转印面102，需要具有使透射过成形后的透镜的光产生衍射的功能，透射的光的效率(光透射率)对透镜而言很重要。作为衍射作用转印面102的面精度，若将其表面粗糙度定义作为Ral，则为了使以该金属模成形的透镜的光透射率为 90%以上，要设定成形金属模501的面精度，使其满足以下的(数学式1)。(数学式l)Ral< 10纳米另外，将对利用该金属模成形的透镜的连接相邻的衍射作用面之间的阶梯面进行成形的阶梯转印面103的表面粗糙度定义作为Ra2。设定该阶梯转印面103的表面粗糙度 Ra2，使其满足以下的(数学式2)。(数学式2)10纳米<妝2<200纳米在阶梯转印面103形成微细形状201，使得成为满足上述(数学式2)那样的表面粗糙度Ra2。图6是图5所示的区域β的放大示意图。如该图所示，在阶梯转印面103上形成有多个微细形状201。而且，微细形状201包括并排配置的多个截面为矩形形状的槽。将各矩形槽201a形成为大致平行于阶梯转印面103的倾斜方向(从图4所示的轴M倾斜Θ1 的轴N)。所形成的相对于上述轴N大致平行的矩形槽201a是通过使工具振动接触阶梯转印面103来进行加工而形成的。此外，为了容易理解结构，对实际的尺寸进行了大幅放大来描绘图6的微细形状201。另外，在图9中说明利用该微细形状201所产生的效果。图7(A)是成形金属模501的主面示意图，图7(A)中的P示出了环状带IOla的宽度。另外，图7(B)是图7(A)的γ部分的放大图。图7(B)中的S示出了从环状带的中央向着端部方面的、从衍射作用转印面102转移至阶梯转印面103的边界部分，S的间隔相当于P。设定该P，使得在靠近环状带的旋转中心的部位最大，越向外周越小，相当于本发明的衍射作用转印面的间距的一个例子。此外，本发明的金属模原材料的表面即衍射作用转印面及阶梯转印面的一个例子，相当于本实施方式的衍射作用转印面102及阶梯转印面103。另外，本发明的微细槽的一个例子相当于本实施方式1的矩形槽201a。接下来，说明本发明的实施方式1的玻璃制光学透镜的制造方法。首先，参照图8(A) (C)说明制造玻璃制光学透镜的工序的简要内容。图8(A) (C)是用于说明利用具有衍射形状转印部101的成形金属模501和平面金属模502对玻璃原材料进行冲压、来制造玻璃制光学透镜的工序的图。首先，在图8(A)中，进行将玻璃原材料301加热至玻化温度以上而使其软化的加热工序。接下来，在图8(B)中，进行冲压工序，使成形金属模501沿Z轴正方向移动，对软化的玻璃原材料301进行冲压，将衍射形状转印部101和平面部104的形状转印至玻璃原材料301。在该冲压工序后，在图8(C)中，对玻璃原材料301进行脱模工序，该脱模工序是将玻璃原材料301冷却到玻化温度以下，将通过向玻璃原材料301转印了衍射形状和平面形状而形成的玻璃制光学透镜601从成形金属模501进行脱模。这些加热工序、冲压工序、 及脱模工序是在氮气等惰性气体的气氛下在常压下进行的。此外，作为成形金属模501、及平面金属模502的金属模材料，由于需要在高温下能承受冲压压力，因此选择以在450度以上的高温下具有400以上维氏硬度(Hv)的碳化钨 (WC)为主要成分的超硬合金、碳化钛(TiC)、碳化硅(SiC)、及绿碳化硅(GC)。金属模材料只要是在450度以上高温下具有400以上Hv的原材料，也可以选择上述原材料以外的材料。接下来，说明上述玻璃制光学透镜的制造方法中、对阶梯转印面103的玻璃原材料301的作用。图9(A) (C)是用于说明加热工序、冲压工序、及脱模工序中的阶梯转印面103 和玻璃原材料301的状态的示意图。图9(A) (C)是从Z轴正方向来看图6所示的阶梯转印面103的示意图，只图示出了玻璃原材料301的配置于阶梯转印面103上的部分。此外，如上所述，加热工序、冲压工序、及脱模工序是在惰性气体即氮气中进行的。在图9(A)的加热工序中，将玻璃原材料301加热至玻化温度以上，在图9(B)的冲压工序中，对软化后的玻璃原材料301施加压力，将玻璃原材料301按压至阶梯转印面103。 然后，将阶梯转印面103的形状转印到玻璃原材料301，在玻璃原材料301形成阶梯面。此处，如上所述，调整微细形状201的大小，使得阶梯转印面103的表面粗糙度Ra2满足(数学式2)。(数学式2)10纳米< Ra2 (惰性气体)< 200纳米由于该阶梯转印面103具有表面粗糙度Ra2，因此在加压转印时，向微细形状201 的槽部分填充氮气，玻璃原材料301不进入微细形状201内。因此，与无微细形状201的情况相比，在本实施方式中，减少了玻璃原材料301和阶梯转印面103的接触面积，降低了玻璃原材料301和阶梯转印面103之间产生的应力。因而，提高了玻璃原材料301的从成形金属模501进行脱模的脱模性，在图9(C) 所示的脱模工序中，能够抑制发生玻璃附着到金属模的情况。此外，在Ra2为10纳米以下的情况下，阶梯转印面103成为光学镜面，因而，接触面积减少的效果就减弱了。另外，若 Ra2为200纳米以上，则由于玻璃原材料进入槽部分，接触面积增大，因此，脱模性提高的效果就减弱了。根据上述工序，能够制造本实施方式1的玻璃制光学透镜601。图10是本实施方式1的玻璃制光学透镜601的主视图。利用上述工序，在玻璃制光学透镜601的上表面形成有衍射形状部11，该衍射形状部11包括衍射作用面12、和设置于相邻的衍射作用面12之间的阶梯面13。另外，在衍射形状部11的周围设置有平面部14。 此外，该玻璃制光学透镜601也相当于本发明的衍射透镜的一个例子。如上所述，根据本实施方式，在脱模工序中，能够降低产生于玻璃原材料中的应力，能够抑制玻璃原材料对金属模的附着。另外，图11是环状带衍射作用转印面102b、阶梯转印面103、及玻璃制光学透镜 601在冷却时的示意图。若对玻璃原材料301加热，则其按照原材料特有的热膨胀系数进行膨胀。在膨胀的状态下，由于经由冲压工序进行冷却，因此与成形金属模501的衍射形状转印部101 (图1)紧贴着的玻璃原材料301产生收缩。该收缩是向着玻璃制光学透镜601的中心方向产生的。图11中的箭头示出了收缩方向。由于玻璃原材料301的收缩，玻璃原材料301产生对阶梯转印面103进行按压的方向的力，紧贴力增强。通过在阶梯转印面103形成微细形状201，从而如图9所说明那样产生因接触面积减少而提高脱模性的作用，在玻璃制光学透镜601和成形金属模501进行脱模时，能够减小玻璃附着于阶梯转印面103的力。另外，在本实施方式中，对于微细形状201，与图6所示那样形成有与阶梯转印面 103的倾斜面(图6中轴N)平行的槽。该轴N由于从Z轴起最大仅倾斜10°，因此在玻璃制光学透镜601和成形金属模501进行脱模时，向阶梯转印面103施加的力和槽的方向大致平行，即使玻璃原材料301进入微细形状201的槽的一部分，也能够降低微细形状201和玻璃制光学透镜601之间的接触力。接下来，说明(数学式4)所示的θ 1。若θ 1成为负(图4中的X正方向)，则在将玻璃制光学透镜601从成形金属模501进行脱模时，由于与阶梯转印面103发生干涉，不能正确地转印衍射形状转印部101的形状，因此θ 1最好至少为0度以上。另外，若向X轴正方向倾斜来形成阶梯转印面103，则由于玻璃原材料301的收缩力作用于阶梯转印面103的比例减小，因此脱模性提高。然而，若向(X轴)正方向增大倾斜角θ 1，则通过成形后的玻璃制光学透镜601的被转印了衍射作用转印面102的形状的部分的光量减少，衍射效率降低。因此，最好使倾斜角θ 1为小于10度的值来形成阶梯转印面 103。另外，在本实施方式中，如图7所说明那样，以P向外周缓缓减小的方式来形成衍射形状转印部101，但是P越向外周越小则意味着在外周部的衍射环状带的数量增多。若环状带增多，则由于在外周部的阶梯转印面103的比例增多，因此在将成形金属模501的衍射形状转印部101的形状转印到玻璃制光学透镜601之后，在脱模工序中，从外周部来产生玻璃制光学透镜601和衍射形状转印部101的形状的脱模，形状转印性提高。而且，在成形透镜的外周部形成有较多条数的衍射环状带，因而在透镜成形时从透镜的外周开始冷却，因此还具有进一步提高脱模性的效果。此外，在本实施方式中，作为惰性气体，以氮气为例进行了说明，但是也可以使用氩气、二氧化碳等惰性气体。此外，在上述气体中，上述(数学式2)也成立。另外，在本实施方式1中，是在惰性气体中进行加热工序、冲压工序、及脱模工序， 但一连串的工序也可以在真空下进行。此处，所谓真空，定义为气氛中的压力为SXlO-1Pa 以下的状态。真空气氛中，由于玻璃原材料301的周围的气氛的气体量较少，因此也容易进入微细形状。所以，将真空气氛中的微细形状201的表面粗糙度Ra2设定为比上述情况要小的值。具体而言，形成微细形状201，使得阶梯转印面103的表面粗糙度Ra2满足(数学式 3)。(数学式3)10纳米<貽2<100纳米通过如上所述形成阶梯转印面103，在进行加压转印时玻璃原材料301不进入微细形状201内，与不形成微细形状201时相比，能够使玻璃原材料301和阶梯转印面103的接触面积减少。因此，玻璃原材料301和阶梯转印面103之间产生的应力降低，脱模性提高，在脱模工序中，能够抑制发生玻璃附着。(实施方式2)接着，说明本发明的实施方式2中的光学透镜用冲压成形金属模。本实施方式2 中的光学透镜用冲压成形金属模与实施方式1的基本结构相同，不同点在于在成形金属模及平面金属模的表面形成有脱模膜。因此，以导实施方式1的不同点为中心进行说明。
图12是本实施方式2的光学用冲压成形金属模的主视结构图。另外，图13(A) (C)是示出制作玻璃制光学透镜时的阶梯转印面和透镜材料的状态的图。如图12所示，本实施方式2的光学透镜用冲压成形金属模在成形金属模1001及平面金属模1002的各自的表面形成脱模膜302、303。另外，在本实施方式中，在脱模膜302的表面部分形成有实施方式1所述那样的衍射形状转印部701、衍射作用转印面702、及阶梯转印面703。另外，在衍射形状转印部701 的周围形成有平面部704。此外，与实施方式1相同，衍射作用转印面702包括圆形形状的圆形衍射作用转印面702a，该圆形形状的圆形衍射作用转印面702a设置于环状带的中央；以及环状带衍射作用转印面702b，该环状带衍射作用转印面702b呈环带状设置于圆形衍射作用转印面702a的周围。此处，将从成形金属模1001去除脱模膜302后的部分图示作为成形金属模原材料
801。另外，将对应于衍射形状转印部701的成形金属模原材料801的部分图示作为衍射形状转印原材料部901，将对应于衍射作用转印面702的成形金属模原材料801的面图示作为衍射作用转印原材料面902，将对应于阶梯转印面703的成形金属模原材料801的面图示作为阶梯转印原材料面903。而且，将对应于平面部704的成形金属模原材料801的部分图示作为平面原材料部904。同样，将从平面金属模1002除去了脱模膜303的部分图示作为平面金属模原材料
802。另外，脱模膜302、303使用与玻璃原材料301的反应性较低的材料，非晶态合金膜是利用溅射法、蒸镀法、或依照这些方法对包含钼(Pt)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)、铼(Re)、 钨(W)、钽(Ta)、碳(C)、及锇(Os)中的至少一种以上的合金膜进行成膜而形成的。此外，本发明的衍射作用转印面的一个例子相当于本实施方式的脱模膜302上的衍射作用转印面702。此外，本发明的阶梯转印面的一个例子相当于本实施方式的脱模膜 302上的阶梯转印面703。此外，本发明的非晶态合金膜的一个例子相当于本实施方式的脱模膜302。另外，本发明的形成阶梯转印面的金属模原材料的一部分的例子相当于本实施方式的阶梯转印原材料面903。在对脱模膜进行成膜时，设定膜厚，但若脱模膜302的膜厚较大，则由于不能在金属模整个面上以均一的膜厚对脱模膜302进行成膜，因此与金属模的设计形状的误差增大。所以，将脱模膜302的厚度设定在2微米以下。另外，由于脱模膜302与阶梯转印原材料面903的紧贴性越高越好，因此若将对脱模膜302进行成膜时的、阶梯转印原材料面903的表面粗糙度设为Ra3，则形成微细形状 920，使得Ra3满足(数学式5)。(数学式5)200纳米彡Ra3 < 400纳米由此，通过使Ra3为200纳米以上，从而脱模膜302进入阶梯转印原材料面903的微细形状920内部，阶梯转印原材料面903和脱模膜302之间的接触面积增大，紧贴性提高。此外，形成于该阶梯转印原材料面903的微细形状920与实施方式1所述的微细形状 201相同，包括截面是矩形形状的多个槽。在如上所述形成的成形金属模原材料801的原材料面上形成有脱模膜302，但为了提高脱模性，在脱模膜302的表面的阶梯转印面703上，以形成达到玻璃原材料301不进入程度的微细形状720的方式来形成脱模膜302。在惰性气体气氛中进行成形的情况下，该脱模膜302的与玻璃原材料301相接触的表面的阶梯转印面703的表面粗糙度Ra2满足实施方式1中所述的(数学式2)。而且，该微细形状720也与实施方式1中所述的微细形状 201相同，包括截面是矩形形状的多个槽。(数学式2)10纳米< Ra2 < 200纳米如上所述，在本实施方式2中，通过将设置于成形金属模原材料801上的脱模膜 302的阶梯转印面703的表面粗糙度设为与实施方式1相同的范围，从而能够在脱模工序中降低玻璃原材料中产生的应力，提高脱模性，能够抑制发生玻璃附着于金属模的情况。此外，在满足上述(数学式5)那样形成有微细形状的阶梯转印原材料面903的表面上，在形成脱模膜302时，通过例如调整溅射时间，从而调整膜厚，能够形成满足上述(数学式2)那样的阶梯转印面703。此外，在将上述惰性气体气氛换作真空气氛的情况下，形成微细形状720，使得形成于脱模膜302上的阶梯转印面703的表面粗糙度Ra2满足(数学式3).(数学式3)10纳米< Ra2 (真空)< 100纳米此外，在该情况下，与上述相同，如满足上述(数学式5)那样，在形成有微细形状的阶梯转印原材料面903的表面上，通过例如调整溅射时间，从而调整所要成膜的脱模膜 302的膜厚，能够形成满足上述(数学式3)那样的阶梯转印面703。另外，由于最大膜厚为2微米，因而为了使微细形状720满足(数学式2)的条件， 将上述Ra3设定为400纳米以下。由此，为了提高成形金属模501与玻璃原材料301的脱模性，当然可以形成上述脱模膜，成形中的气氛可以是在惰性气体中，也可以是在真空中。无论是形成有脱模膜的情况，还是未形成脱模膜的情况，都只要设定与玻璃原材料301相接触的阶梯转印面的表面粗糙度，使其满足(数学式2)、(数学式3)即可。另外，在上述实施方式中，形成衍射作用转印面102、702及阶梯转印面103、703， 使其各自的表面粗糙度Ral、Ra2分别满足(数学式1)、(数学式2)，但并不限于该数值，只要满足透镜所要求的规格即可，Ral也可以是10纳米以上。而且，在例如所使用的原材料的粘性较高的情况下，Ra2也可以为200纳米以上，总而言之，只要Ra2大于Ral即可，能够发挥使接触面积减小、使玻璃原材料中产生的应力减小的效果。如上所述，阶梯转印面103、703上具有微细形状201、720，使阶梯转印面103、703 的表面粗糙度Ra2比衍射作用转印面102、702的表面粗糙度Ral要大，从而能够形成一种能提高与玻璃原材料301的脱模性、抑制发生玻璃附着的玻璃制光学透镜601。另外，即使不发生玻璃附着，但在阶梯转印面103、703不具有微细形状201、720的情况下，阶梯转印面103、703与衍射作用转印面102、702在脱模时的应力也不同，有时在玻璃制光学透镜601的形状中产生偏差，成为具有预期外的像差的玻璃制光学透镜601。然而，在阶梯转印面103、703上具有微细形状201、720，使阶梯转印面103、703的表面粗糙度 Ra2比衍射作用转印面102、702的表面粗糙度Ral要大，从而使阶梯转印面103、703与衍射作用转印面102、702在脱模时的应力变动减小，利用上述结构的金属模来成形的透镜的光学特性比利用现有的金属模来成形的透镜要好。若使用具有本申请发明的衍射形状的玻璃制光学透镜即光学器件，则能够实现减少BD拾取器的透镜片数、减少DSC透镜片数及紧凑化。此外，在上述实施方式2中，不仅在成形金属模原材料801的表面形成有脱模膜 302，还在平面金属模原材料802的表面形成有脱模膜，但也可以对不具有阶梯转印面等的平面金属模原材料802不形成脱模膜。另外，在上述实施方式1，2中，微细形状201、720为矩形槽结构，但也可以形成如图14(A)所示那样的具有多个V槽3001a的结构的微细形状3001，形成如图14(B)所示那样的具有多个柱面槽3002a的结构的微细形状3002，另外，可以将矩形槽结构、V槽结构、柱面槽结构随机地排列在阶梯转印面103上，排列结构也可以不是左右对称形状。此外，在柱面槽结构的情况下，与矩形槽结构、V槽结构的情况相比，在不易产生缺口、不易污损等方面较为优异。另外，微细形状201、720所形成的槽如图6所示，与轴N平行，但也可以将其形成为不与轴N平行，如图15(A)所示的微细形状2002那样，可以沿着阶梯转印面103的周围形成有多个截面为矩形形状的槽2002a。另外，也可以形成多个方向及形状不同的槽。在这种情况下，尽管与仅沿脱模方向形成有槽的结构相比，脱模性降低，但若与未形成有微细结构的情况相比，则由于能够减少阶梯转印面的相对于玻璃原材料的接触面积，因此能够降低应力发生。但是，即使在槽的方向不与轴N平行的情况下，也至少最好是从Z轴的负侧向着正侧那样来形成，因为即使玻璃原材料进入槽中，也能在脱模时沿着槽的形成方向将玻璃原材料从槽中拔出，从而提高脱模性。此外，如图15(B)所示的微细形状2003那样，也能将图6所示的矩形槽结构形成为其宽度沿着Z轴正方向增大那样的槽2003a。由此，能够进一步提高脱模性。此外，对衍射作用转印面102、702和阶梯转印面103、703的形状，以锯齿形状进行了说明，但是不必一定是锯齿形状，也可以是阶梯形状、矩形的凹凸形状等，只要是具有衍射作用转印面102、702和阶梯转印面103、703的形状即可。此外，以平板状衍射形状进行了说明，但是也可以是球面衍射形状、非球面衍射形状、或两面具有衍射形状的形状。(实施例)以下，对本发明的实施例进行说明。在本实施例中，使用与实施方式1相同的光学透镜用冲压成形金属模，对成形金属模501选择以WC为主要成分的超硬合金。成形金属模 501中形成有衍射形状转印部101，将该衍射形状转印部101设计成直径为3. 5毫米，衍射环状带数量为110根，衍射阶梯高度为0. 7微米，最靠近旋转中心的衍射环状带的间距P为 110微米，越向外周间距P越小，在最外周的间距P为5微米。该衍射形状转印部101是使用金刚石粒子的烧结体的旋转工具通过超精密研磨加工而形成的。平面金属模502也与成形金属模501同样使用以WC为主要成分的超硬合金，将金属模直径制作为3. 5毫米。对于平面金属模502的平面部分，使用编号800号的金属粘结剂磨具进行平面研磨加工，之后，利用粒径1微米的金刚石浆料进行研磨，精加工成为表面粗糙度Ra = 5纳米的镜面状态。将成形金属模501的衍射作用转印面102的表面粗糙度Ral形成为4纳米，将阶梯转印面103的表面粗糙度Ra2形成为24纳米，将阶梯转印面103的倾斜角度θ 1形成为
图16是对所形成的成形金属模501的衍射作用转印面102和阶梯转印面103进行放大的SEM图像。若观察图16，则可以确认在阶梯转印面103沿着阶梯倾斜面形成有微细形状201。接下来，说明成形工序。玻璃原材料301使用住田光学玻璃制VC79(折射率1.609， 色散57. 8，玻化温度516度，热膨胀系数93 X 10_9)，加热时的温度为610度，在氮气气氛中进行冲压成形。在脱模工序中，将温度冷却到100度，对玻璃制光学透镜601和成形金属模501进行脱模。图17示出了成形后的玻璃制光学透镜601的图16的反转形状部分。在图17中， 能够确认玻璃制光学透镜601的衍射作用面12及阶梯面13。如图17所示可知，不发生玻璃附着，是很好的转印形状。另外，图18是对成形后的玻璃制光学透镜601的整体进行摄影后所形成的SEM图像。可知在遍及玻璃制光学透镜601的整个面上不发生玻璃附着，是很好的转印形状。图19是示出用松下制UA3P对成形金属模501的衍射形状转印部101进行测量的、与设计形状的差分量测定结果的图。测定中使用前端为1微米R的金刚石探针，去除测定时由探针误差所产生的噪音。测定是从旋转中心起到半径为1.2毫米的范围内对士X方向、Y方向进行的。以实线示出X方向的测定结果，以虚线示出Y方向的测定结果。另外，图20是示出利用相同的测定方法对玻璃制光学透镜601的衍射形状部11 的面进行测定的结果的图，X方向的测定结果以实线示出，Y方向的测定结果以虚线示出。从图19及图20可知，能很好地将成形金属模501的形状面的形状转印到玻璃制光学透镜601上。此外，本发明并不限定于上述实施例，可基于本发明的要点进行各种变形，不将这些变形排除在本发明的范围外。工业上的实用性本发明的光学透镜用冲压成形金属模具有以下效果即，能够减轻脱模时在透镜中产生的应力，能够抑制在成形时发生玻璃附着，能够应用于玻璃制光学透镜的制造方法寸。
权利要求
1.一种光学透镜用冲压成形金属模，该光学透镜用冲压成形金属模对具有同心圆形状的多个环状带的环状带类型的衍射透镜进行成形，其特征在于，包括衍射作用转印面，该衍射作用转印面对使透过所述衍射透镜的光产生衍射的衍射作用面进行成形；以及，阶梯转印面，该阶梯转印面对所述衍射透镜的连接相邻的所述衍射作用面之间的阶梯面进行成形，所述阶梯转印面的表面粗糙度大于所述衍射作用转印面的表面粗糙度。
2.如权利要求1所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，所述衍射作用转印面的表面粗糙度Ral和所述阶梯转印面的表面粗糙度Ra2满足下式，(数学式DRal < 10纳米 (数学式2) 10纳米< Ra2 < 200纳米。
3.如权利要求2所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于， 在惰性气体气氛中进行冲压成形的情况下，所述Ra2满足下式， 所述(数学式2) 10纳米< Ra2 < 200纳米在真空中进行冲压成形的情况下，所述Ra2满足下式， (数学式3) 10纳米< Ra2 < 100纳米。
4.如权利要求1所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于， 在所述阶梯转印面形成有微细槽，所述微细槽的方向为所述同心圆状的环状带的旋转轴方向。
5.如权利要求4所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，在包含所述同心圆状的环状带的旋转轴的至少一个截面中，若将所述阶梯转印面的、 相对于与所述旋转轴平行的轴的倾角设为θ 1，则满足下式， (数学式 4)0° ( θ 1 < 10°将所述微细槽形成在平行于从与所述旋转轴平行的轴倾斜了角度θ 1的轴的方向。
6.如权利要求4所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于， 所述微细槽具有矩形槽、V槽、及柱面槽中的至少一种形状。
7.如权利要求1所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，所述衍射作用转印面的间距越靠近所述同心圆状的环状带的旋转轴中心就越大。
8.如权利要求1所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，金属模原材料是以碳化钨(WC)为主要成分的超硬合金、碳化钛(TiC)、碳化硅(SiC)、 及绿碳化硅(GC)中的任一种。
9.如权利要求1至8的任一项所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于， 所述衍射作用转印面及所述阶梯转印面是形成于金属模原材料上的非晶态合金膜的表面，所述非晶态合金膜是包含钼(Pt)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)、铼(Re)、钨(W)、钽(Ta)、 碳(C)、及锇(Os)中的至少一种以上的合金膜，与所述阶梯转印面相对应的所述金属模原材料的部分的表面粗糙度Ra3满足下式， (数学式5) 200纳米< Ra3 < 400纳米。
10.如权利要求1至8的任一项所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，所述衍射作用转印面及所述阶梯转印面是金属模原材料的表面。
11.一种玻璃制光学透镜，其特征在于，在至少一个面上形成具有同心圆形状的多个环状带的环状带类型的衍射透镜结构，所述衍射透镜结构包括衍射作用面，该衍射作用面使透射过的光产生衍射；以及，阶梯面， 该阶梯面连接相邻的衍射作用面之间，所述阶梯面的表面粗糙度大于所述衍射作用面的表面粗糙度。
12.如权利要求11所述的玻璃制光学透镜，其特征在于，在所述阶梯面形成有微细槽，所述微细槽的方向为所述同心圆状的环状带的旋转轴方向。
13.一种玻璃制光学透镜的制造方法，该玻璃制光学透镜的制造方法使用权利要求1所述的光学透镜用冲压成形金属模，其特征在于，包括加热工序，该加热工序将玻璃材料加热至玻化温度以上以使其软化；冲压工序，该冲压工序对软化后的所述玻璃材料进行冲压；以及，脱模工序，该脱模工序在冲压工序后，将所述玻璃材料冷却到所述玻化温度以下，以使其从所述光学透镜用冲压成形金属模进行脱模。
14.如权利要求13所述的玻璃制光学透镜的制造方法，其特征在于，在将所述阶梯转印面的表面粗糙度设为Ra2的情况下，在惰性气体气氛中进行所述冲压工序的情况下的所述Ra2所允许的上限值、大于在真空中进行所述冲压工序的情况下的所述Ra2所允许的上限值。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种光学透镜用冲压成形金属模，该光学透镜用冲压成形金属模能够减轻脱模时在透镜材料中产生的应力，能够抑制在成形时发生玻璃附着。在对具有同心圆形状的多个环状带(101a)的衍射透镜(601)进行成形的光学透镜用冲压成形金属模中，包括衍射作用转印面(102)，该衍射作用转印面(102)对使透过衍射透镜(601)的光产生衍射的衍射作用面(12)进行成形；以及阶梯转印面(103)，该阶梯转印面(103)对衍射透镜(601)的连接相邻的衍射作用面(12)之间的阶梯面(13)进行成形，阶梯转印面(103)的表面粗糙度大于衍射作用转印面(102)的表面粗糙度。
文档编号G02B5/18GK102180585SQ20101058841
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月4日
发明者古重徹, 岸本直美, 森山裕太, 鹰巢良史 申请人:松下电器产业株式会社