JP4541675B2

JP4541675B2 - 回折光学素子の製造方法

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Description

本発明は、回折光学素子の製造方法、およびその製造方法によって製造される回折光学素子に関し、さらに詳細には、回折光学素子を成形加工する金型の形状修正を含む製造方法、およびその製造方法によって製造される回折光学素子に関するものである。

回折光学素子の製造方法としては、連続面である平面、球面、あるいは非球面をベース面とし、そのベース面上に、位相関数により定義される回折格子を形成する製造方法がある。従来、このような回折光学素子の製造方法においては、回折格子が形成されない連続面形状の光学素子の製造方法の場合と同様に、回折光学素子を成形するための金型の加工後に、その金型に対して三次元形状測定を行うことにより、その金型形状の公差規格に対する評価などの形状評価が行われている。また、その金型を用いての成形加工により製造された回折光学素子に対しても金型と同様に三次元形状測定を行い、製造された回折光学素子の形状についての形状評価が行われている。

金型あるいは回折光学素子成形品に対する測定形状の評価の結果、公差規格などの仕様を満足していない場合には、加工条件を改めるなどして金型を再加工し、さらに再加工後の金型を使用して改めて成形加工を行って、回折光学素子を製造することになる。また、金型の三次元形状の測定結果が仕様を満足しているにも拘わらず、その金型を用いて成形加工された回折光学素子の測定形状が仕様を満たしていない場合には、その金型を用いての成形条件を改めるなどして再度成形加工を行い、設計公差の規格を満足する所望の回折光学素子を製造する。

このような回折光学素子の製造方法において、その一工程である光学素子の三次元形状測定の従来例としては、特許文献１に開示されているような測定方法が挙げられる。すなわち、触針式形状測定装置を用い、図１０（ａ）のように、ベース面１０２上に回折格子１０１が形成された回折光学素子に対して触針をトレースすることによって、その回折光学素子の形状を測定する。そして、そのトレースした回折光学素子の断面測定形状について、まずベース面１０２の設計形状に対して最小二乗法などを用いてフィッティング処理を行い、その測定形状からベース面１０２の設計形状を除去した形状１０５（図１０（ｂ）参照）を基に回折効率などの計算を実施して、回折光学素子の形状評価を行う。１０３および１０４は座標軸である。

特開平１１−１６７０１３号公報

上記従来の回折光学素子の製造方法においては、以下のような理由により、回折格子が形成されない連続面形状の光学素子の製造方法としてよく知られているような金型の形状修正が不可能であった。

金型を用いた成形加工により、平面、球面、あるいは非球面の連続面形状の光学素子、つまり回折格子が形成されない光学素子を製造する方法としては、上述したように、金型や成形加工された光学素子の形状に関して三次元形状測定を行って、その測定形状の設計形状に対する形状誤差を導出し、その形状誤差に基づいて金型の形状修正をすることにより、設計形状の公差規格を満足する所望の光学素子を製造する方法が知られている。しかしながら、平面、球面、あるいは非球面をベース面として、そのベース面の上に、位相関数により定義される回折格子が形成される回折光学素子の製造方法においては、上述した連続面形状の光学素子の製造方法において採用されているような金型の形状修正の手法は実現されていない。従来の回折光学素子の製造方法においても、回折光学素子成形用金型の形状、およびその金型を用いて成形加工した回折光学素子の形状について、三次元形状測定を行って評価することは可能である。ただし、そのような形状測定による評価が可能となる形状は、回折効率などを算出するために必要となる形状、つまり位相関数で定義されて形状創成される回折格子の形状に限定される。

回折光学素子に対して、連続面形状からなる光学素子に対して行われているような金型の形状修正を実現するためには、格子形状が形成される連続面のベース面に関する形状の誤差情報を三次元測定結果として得ることが必要となる。しかしながら、従来における回折光学素子の形状測定方法では、形状修正に必要となるベース面の形状（設計形状に対する形状誤差）が測定できなかった。そのため、製造工程の一工程として、回折光学素子に対して三次元形状測定を行うことにより、設計値としてのベース面の形状を除去した、位相関数で定義される回折格子形状に関する形状評価を行うことは可能であるものの、連続面形状からなる光学素子に対して行われているような形状修正、つまりベース面の形状測定結果に基づいた回折光学素子成形用金型の形状修正は不可能であった。

本発明の目的は、連続面である平面、球面あるいは非球面をベース面として、そのベース面上に、位相関数により定義される回折格子が形成される回折光学素子の製造方法において、ベース面の測定形状に基づいて金型の形状修正が可能な回折光学素子の製造方法、およびそれにより製造される回折光学素子を提供することにある。

本発明の回折光学素子の製造方法は、平面、球面、あるいは非球面いずれかの連続面をベース面とし、位相関数により定義される回折格子が前記ベース面上に形成される回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法において、前記ベース面に前記回折格子が形成されていない格子なし素子を成形するための格子なし素子成形用金型を加工する工程と、前記格子なし素子成形用金型を用いて成形した前記格子なし素子の前記ベース面の形状を測定する工程と、測定された前記ベース面の形状と予め定められたベース面の設計形状との差分を形状誤差とし、前記形状誤差が目標値を満たす前記格子なし素子を成形可能な前記格子なし素子成形用金型が得られるまで、前記格子なし素子成形用金型を修正加工する工程と、前記形状誤差が前記目標値を満たす前記格子なし素子を成形可能な前記格子なし素子成形用金型に対して、前記格子なし素子の前記ベース面上に前記回折格子を形成するための形状を加工することにより、前記回折光学素子を成形するための回折光学素子成形用金型を得る工程と、前記回折光学素子成形用金型を用いて、前記回折光学素子を成形する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の回折光学素子は、上記の回折光学素子の製造方法により製造され、光学装置に取り付け可能であることを特徴とする。

本発明は、平面、球面、あるいは非球面いずれかの連続面をベース面とし、そのベース面上に、位相関数により定義される回折格子が形成される回折光学素子を製造する際に、ベース面が形成されかつ回折格子が形成されない光学素子を格子なし光学素子成形用金型を用いて製造することにより、その光学素子のベース面の形状に基づいて、格子なし光学素子成形用金型または回折光学素子成形用金型の内の少なくとも回折光学素子成形用金型の形状修正を行うことができる。この結果、ベース面の直接的な測定形状に基づく金型の形状修正を実現し、設計形状に対する形状誤差が小さくて、所望の光学性能を確実に達成する回折光学素子を製造することができる。

また、回折光学素子成形用金型の製作に先立ち、回折格子が形成されない光学素子を成形するための格子なし光学素子形成用金型を製作し、その格子なし光学素子成形用金型を用いた成形加工を行って成形加工の条件を設定することにより、その成形加工の条件を回折光学素子の成形段階においても活用して、結果的に、金型加工タクト短縮、および金型加工コストの低減を図ることができる。さらに、連続面からなる格子なし光学素子の面形状を測定することにより、回折光学素子の回折格子の形状を測定する場合に比して測定タクトを短縮することができる。

また、本発明により回折光学素子を高精度に製造して、その光学性能を向上させることにより、その回折光学素子を一部品として取り付ける光学装置の高性能化を図ることができる。

以下、本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１乃至図３は、本発明に係る回折光学素子の製造方法の説明図である。図２のように、本例において製造する回折光学素子Ｅ１は、平面、球面、あるいは非球面いずれかの連続面をベース面１０２とし、そのベース面１０２上に、位相関数により定義される回折格子１０１が形成される回折光学素子であり、その回折光学素子の製造工程において形状を修正する。１１０は、連続面として形状創成された光学有効面である。

図１は、回折光学素子Ｅ１の形状修正方法を採用した製造工程を説明するためのフローチャートである。図２は、回折光学素子Ｅ１の形状の説明図である。図３は、図２における回折格子１０１が形成創成されていない格子なしの素子Ｅ０の形状の説明図である。図３の素子Ｅ０には、図２の回折光学素子Ｅ１のベース面（光学有効面）１０２上に形成されている回折格子１０１が形成されていない。

図３における光学有効面１１１の形状は、図２における回折格子１０１が形成されているベース面１０２と同一形状である。言い換えると、本発明の製造方法により製造される回折光学素子の設計形状において、位相関数により定義される回折格子１０１を図３の光学有効面１１１に形成した形状は、図２に示す回折光学素子Ｅ１の格子１０１が形成されたベース面（光学有効面）１０１の形状と一致する。

本発明の回折光学素子の製造方法（図１参照）では、製造開始（ステップＳ１）後の最初の工程として、図２の回折光学素子において格子１０１が形状されない素子、すなわち図３に示すような格子なし素子Ｅ０を成形加工するための金型（格子なし素子成形用金型）の加工を行う（ステップＳ２）。次の工程として、加工が完了した格子なし素子成形用金型を用いて、格子なし素子Ｅ０を成形加工する際の成形条件を設定する（ステップＳ３）。その後、ステップＳ３にて設定した成形条件に基づき、格子なし素子Ｅ０の成形を実施する（ステップＳ４）。その成形により形状創成した格子なし素子Ｅ０の成形品に対しては、接触式あるいは非接触式プローブを備えた三次元形状測定機、または干渉計を用いて、素子Ｅ０に形成された光学有効面１１１に対しての三次元形状測定を行う（ステップＳ５）。その後の工程においては、ステップＳ５の形状測定により得られた光学有効面１１１の測定形状から、その光学有効面１１１の設計形状を差し引いた形状誤差について、成形条件の良否判定の基準値に対する大小の比較評価を実施する（ステップＳ６）。その基準値は、例えば、形状誤差のＰＶ値などについて予め設定しておいた目標値である。

格子なし素子Ｅ０の形状の測定データから得られた形状誤差が目標値よりも小さい場合には次工程に進み、形状誤差について、設計値として規定された公差規格を満足しているか否かを判定する（ステップＳ７）。一方、形状誤差が目標値を満足しない場合には、前述したステップＳ３に戻り、格子なし素子Ｅ０を成形する際の成形条件を設定し直して、前述した製造工程を繰り返す。

ステップＳ７においては、上述したように、ステップＳ５にて測定した格子なし素子Ｅ０の形状誤差について、設計形状として規定されている公差規格値を満足しているか否かを判定する。ここでいう公差規格値とは、図３における光学有効面１１１に対して規定される値であり、図２において回折格子１０１が形成されているベース面１０２の規格値に等しい。ステップＳ７の判定において、格子なし素子Ｅ０の形状誤差が、その形状誤差に関する公差規格（例えば、形状誤差のＰＶ値など）よりも小さい値の場合には次工程（ステップＳ９）に進み、格子ありの回折光学素子Ｅ１の成形用金型を加工する。

一方、格子なし素子Ｅ０の形状誤差が公差規格の条件を満足しない場合には、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正の工程（ステップＳ８)に進む。この工程において、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状を修正した後は、前述したステップＳ２の格子なし素子Ｅ０の成形用金型の加工に戻り、格子なし素子Ｅ０の成形用金型を再加工する。その金型の再加工後は、前述したような成形条件設定（ステップＳ３）、格子なし素子Ｅ０の成形（ステップＳ４）、格子なし素子Ｅ０の形状測定（ステップＳ５）を順に実施してから、再度、格子なし素子Ｅ０の光学有効面１１１に関する形状誤差について、予め設定されている目標値を用いての形状評価（ステップＳ６）、およびその光学有効面１１１の公差規格に対する形状誤差の比較評価（ステップＳ７）を実施する。このステップＳ７において、次工程である格子ありの回折光学素子Ｅ１の成形用金型の加工（ステップＳ９）に進むか否かを再度判定する。

本発明の回折光学素子の製造方法における回折光学素子Ｅ１の成形用金型の加工（ステップＳ９）では、公差規格を満足する格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状を、回折格子１０１が形状創成されるベース面１０２として定義して、格子ありの回折光学素子Ｅ１の成形用金型を加工する。その金型加工の終了後は、その金型を使用して格子ありの回折光学素子Ｅ１を成形する（ステップＳ１０）。このとき、その成形材は、プラスチック樹脂材料やガラス材料などの金型成形可能な材料であればよく制限はない。次の工程（ステップＳ１１）においては、ステップＳ１０の工程において成形した回折光学素子Ｅ１に対して、接触式あるいは非接触式プローブを備えた三次元形状測定機を使用して形状測定を実施する。この形状測定により得られた回折光学素子Ｅ１の測定形状のデータに対して後述する演算処理を実施して、ベース面１０２の形状誤差を抽出する（ステップＳ１２）。その後、ステップＳ１２において抽出したベース面１０２の形状誤差をもとに、回折光学素子Ｅ１の測定形状に関する形状評価を行う（ステップＳ１３）。ここでは、ベース面１０２の形状誤差がベース面１０２の設計値として規定された公差規格を満足しているか否かを判定する。

このステップＳ１３の判定において、ベース面１０２の形状誤差がベース面１０２の公差規格（例えば、形状誤差のＰＶ値など）よりも小さい値の場合には、本例の製造工程を終了する（ステップＳ１５）。この結果、成形品として、設計上の光学性能を満たすように形状創成された回折光学素子Ｅ１が得られたことになる。一方、ステップＳ１３にて否定判定された場合には、回折光学素子Ｅ１の成形用金型の形状修正を実施する（ステップＳ１４）。この金型の形状修正後は、回折光学素子Ｅ１の成形用金型の加工工程（ステップＳ９）に戻って、回折光学素子Ｅ１の成形用金型を再加工する。以後の工程については、前述した工程を同様に繰り返す。

以上のように、本例の回折光学素子の製造方法においては、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正を１回以上繰り返し、さらに必要な場合には、回折光学素子Ｅ１の成形用金型の形状修正を実施する。これにより、成形品として、回折光学素子Ｅ１のベース面１０２の形状誤差に関する測定形状の評価（ステップＳ１３）を満足する回折光学素子Ｅ１を得ることが可能となる。本例の回折光学素子の製造方法は、従来は未実施であった平面、球面、あるいは非球面いずれかの連続面で定義されるベース面１０２に関する形状修正を実施していることから、従来技術による回折光学素子の製造方法と比較した場合、より設計形状に近い高精度なベース面１０２を有する回折光学素子Ｅ１を製造することができる。

（格子なし素子成形用金型の形状修正の一例）
図４は、図１中のステップＳ８、つまり格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正の具体的な実施方法の一例を説明するためのフローチャートである。

本例においては、ステップＳ５において測定した成形品（格子なし素子Ｅ０）の形状誤差のデータ（形状誤差データ）２０２に対して、図３中の座標軸１０４方向に関する正負反転の演算処理（形状誤差データの正負反転）を行う（ステップＳ２０３）。次に、そのステップＳ２０３にて演算処理したデータに対して、成形品（格子なし素子Ｅ０）の形状収縮率分だけ、その成形用金型の形状を拡大するための演算処理（成形品収縮率分の拡大処理）を実施する（ステップＳ２０４）。次に、この演算処理（ステップＳ２０４）にて算出した金型の形状データと、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の設計形状データ２０１とを加算処理する（ステップＳ２０５）。本例においては、この演算処理（ステップＳ２０５）により算出された形状データを、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正データ２０６として取り扱う。すなわち、ステップＳ８の格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正時に、この形状修正データ２０６を加工データとして加工装置に入力して、その後のステップＳ２において格子なし素子Ｅ０の成形用金型の再加工を行う。これにより、格子なし素子Ｅ０に対する形状修正を実施されることになる。

（格子なし素子成形用金型の形状修正の他の例）
図５は、図１中のステップＳ８、つまり格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正の具体的な実施方法の他の例を説明するためのフローチャートである。

本例において、格子なし素子Ｅ０の形状誤差データ２０２に対する正負反転の演算処理（形状誤差データの正負反転）のステップＳ２０３と、金型形状を成形品の形状収縮率分拡大する演算処理（成形品収縮率分の拡大処理）のステップＳ２０４は、前述した例と同様である。本例においては、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状誤差データ（金型形状誤差データ）２０７をも用いる。この金型形状誤差データ２０７は、図１のステップＳ２における格子なし素子Ｅ０の成形用金型の加工後に、その加工形状の評価を目的として、その金型の形状測定（図１中不図示）を実施して求めたデータであり、その金型内に形成された光学有効面１１１用の成形面の形状誤差データである。本例においては、この金型形状誤差データ２０７に対して、格子なし素子Ｅ０の形状誤差データ２０２に対する正負反転処理（ステップＳ２０３）と同様の演算処理（ステップＳ２０８）を実施する。

前述した図４の例では、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の設計形状データ２０１に対して、成形品（格子なし素子Ｅ０）の形状誤差データ２０２をもとに算出される形状修正データを加算することによって、金型の形状修正データ２０６を導出した。一方、本例では、さらに格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状誤差データ２０７をもとに算出される形状修正データ（ステップＳ２０８の演算結果）をも加算することによって、格子なし素子成形用金型の形状誤差についても同時に修正をする。したがって本例は、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状誤差が公差規格に対し大きい場合に特に有効である。

（回折光学素子の形状測定およびベース面の形状誤差抽出の具体例）
図６は、図１中の回折光学素子Ｅ１の形状測定（ステップＳ１１)、およびベース面１０２の形状誤差の抽出（ステップＳ１２）の具体例の説明図である。

図６中の座標軸１０３は、接触式または非接触式プローブを備える三次元形状測定装置を用いて回折光学素子Ｅ１の形状測定（ステップＳ１１）を実施する際に、プローブの走査方向に設定した座標軸である。すなわち、被測定物である成形品（回折光学素子Ｅ１）に対して、プローブを１ラインのみ走査させることにより断面形状の測定を行った場合には、そのプローブの走査方向と座標軸１０３とは同一方向となる。また、成形品（回折光学素子Ｅ１）に対してプローブを複数ライン走査させて断面形状の測定を実施した場合には、そのプローブが走査した複数ラインの内のある１ラインにおけるプローブの走査方向は、座標軸１０３の方向と一致する。座標軸１０４は、座標軸１０３に直交する方向に設定される。

ここで、座標軸１０３、１０４によって規定される座標系において、回折光学素子Ｅ１の測定形状は、図６（ａ）中の実線のように回折格子１０１に対応する形状として表すことができる。図６（ａ）における点線は、回折光学素子Ｅ１のベース面１０２、または回折光学素子Ｅ１の成形用金型におけるベース面１０２の成形面の形状に対応する。図６（ａ）中の実線のように、回折光学素子Ｅ１の形状測定により得られた測定形状は、回折格子１０１の形状とベース面１０２の形状とを加算した形状となる。この測定形状に対して、図示しないベース面１０２の設計形状を最小二乗法などを用いてフィッティング処理し、そのフィッティング後に測定形状からベース面１０２の設計形状を除去演算することにより、図２（ｂ）に示すような回折格子１０１の形状が残差形状１０５として算出される。その残差形状１０５には、ベース面１０２の形状誤差１０６が含まれている。

さらに、図２（ｂ）における回折格子１０１の残差形状１０５から、後述する回折格子１０１の形状を除去する回折格子形状除去演算処理によって、図２（ｃ）に示すようなベース面１０２の形状誤差１０６を抽出する。図７および図８は、その回折格子形状除去演算処理の異なる例の説明図である。

（回折格子形状除去演算処理の一例）
まず、図７の演算処理の例について説明する。図７において、回折格子１０１の残差形状１０５は、図６（ｂ）における残差形状１０５の一部を抜き出したものであり、厳密には、プローブを備える三次元形状測定装置により連続的に測定された点群データとして表される。この点群データの各測定点座標は、図示する座標系において、座標軸１０３により規定される点座標データｐ１と、座標軸１０４により規定される図示しない座標値（座標データ）とにより表される。ここで、座標軸１０３、１０４で規定される座標系において、回折格子１０１の設計形状は、座標軸１０３により規定される座標データｐ１に対して一意的に定まる。すなわち、位相関数で定義される回折格子１０１について、その位相関数から、図示する座標系中の座標データｐ１と同じ位置における設計形状の座標軸１０４方向の高さ１０８が一意に求まる。これより、この演算を連続的に全測定点群データ（座標軸１０３で規定される座標値）に対して行うことにより、ベース面１０２の形状誤差１０６をゼロとしたときの回折格子１０１の設計形状１０７が得られる。

前述したように、回折格子１０１の残差形状１０５にはベース面１０２の形状誤差１０６が含まれているため、図７に示すように、その残差形状１０５の点群は、ベース面１０２の形状誤差１０６をゼロとして算出される回折格子１０１の設計形状１０７の線上には位置しない。ここで、座標軸１０３で規定される図７中の全ての測定点の座標値に関して、位相関数に基づき算出される座標軸１０４方向の高さ（座標値）を各測定点毎に求め、この値を座標軸１０４で規定される図７中の測定点の座標値から差し引く演算処理を行う。例えば、図７において座標軸１０３で規定される座標値ｐ１の測定点に関しては、その測定点の座標軸１０４で規定される座標値から、ベース面１０２の形状誤差１０６をゼロとして算出される座標軸１０４方向の高さ１０８を差し引くことにより、ベース面１０２の形状誤差１０６を求めることができる。本例においては、同様な演算処理を全測定点に対して行うことにより、回折格子１０１の測定形状１０５に対するベース面１０２の形状誤差１０６を点群データとして抽出する。

（回折格子形状除去演算処理の他の例）
次に、図８の演算処理の例について説明する。図８において、回折格子１０１の残差形状１０５は、図７と同様に、図６（ｂ）における残差形状１０５の一部を抜き出したものであり、三次元形状測定装置により測定された点群データとして表される。本例では、次のような手順によって、回折格子１０１の残差形状１０５から回折格子１０１の設計形状を除去演算処理することにより、ベース面１０２の形状誤差１０６を抽出する。

すなわち、前述した図７の例の場合と同様に、残差形状１０５に対して、座標軸１０３で規定される測定点の座標値をもとに、位相関数で定義される回折格子１０１の設計形状（ベース面１０２の形状誤差１０６がゼロ）１０７を求める。図８中の各輪帯形状Ｇ毎に、図示しない回折格子１０１の設計形状に対して、残差形状１０５の測定点郡を最小二乗法などを用いてフィッティング演算処理する。その結果、回折格子１０１の設計形状に対する残差形状１０５の位置および姿勢誤差が座標変換情報として求められる。そして、その座標変換情報に基づき、回折格子１０１の設計形状について前記座標変換の逆変換を行うことにより、図８に示すような座標変換後の回折格子１０１の設計形状１０７が得られる。ベース面１０２の形状についても同様に、前記座標変換の逆変換を行うことにより座標変換後のベース面１０２の形状誤差１０６が求まる。このような演算処理を各輪帯形状Ｇ毎に、図示しない全測定形状（全輪帯形状）に対して実施することにより、図８における座標変換後のベース面１０２の誤差形状１０６が測定領域の全域において算出される。

前記フィッティング演算処理に基づいた座標変換を実施したベース面１０２の誤差形状１０６は、同座標変換情報が回折格子１０１の設計形状１０７に対する形状誤差（位置および姿勢誤差から発生する形状誤差）を表現している。このように、本例においては、図８中の測定点郡を輪帯形状Ｇ単位で回折格子１０１の設計形状１０７に対してフィッティング演算処理をすることにより、ベース面１０２の形状誤差１０６を抽出する。

なお、本例では測定点郡のフィッティング処理を一輪帯形状Ｇ毎に実施したが、隣接する複数の輪帯形状Ｇ単位でフィッティング処理を行って、前記座標変換演算によりベース面１０２の形状誤差１０６を抽出してもよい。その際、フィッティングの演算対象を一輪帯形状Ｇずつずらしながら、複数の輪帯形状Ｇ毎にフィッティング処理を行うため、算出される形状誤差１０６に重なり合う部分ができる。この場合には、その重なり合う部分について各輪帯形状Ｇ単位で平均形状を算出し、全ての輪帯形状Ｇについて、この平均化された形状誤差１０６を並べることにより、ベース面１０２の形状誤差１０６を抽出することができる。

図７および図８の例においては、断面形状についてのベース面１０２の形状誤差１０６の抽出方法について説明したが、この処理を、三次元形状測定により測定データとして得られる全ての断面測定形状に対して同様に行うことにより、面形状としてベース面１０２の形状誤差１０６が算出できることは言うまでもない。図示したベース面１０２の形状誤差１０６は直交二軸の座標系で規定される二次元データとなっているが、実際の測定形状処理においては、ベース面１０２の形状誤差１０６のデータを三次元データとして抽出可能であり、三次元データをもとに、図１における回折光学素子Ｅ１の成形用金型の形状修正（ステップＳ１４）を実施することができる。また、図１における格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正（ステップＳ８）として図４および図５の例のいずれを実施する際にも、図７および図８の例を、図１に示す回折光学素子Ｅ１のベース面１０２の形状誤差１０６の抽出（ステップＳ１２）において実施可能であることは言うまでもない。

（回折光学素子成形用金型の形状修正の具体例）
図９は、図７および図８の例により抽出したベース面１０２の形状誤差１０６を使用して、図１における回折光学素子Ｅ１の成形用金型の形状修正（ステップＳ１４）を実施する場合の具体例を説明するための図である。

前述しように、本発明の回折光学素子の製造方法においては、図１のステップＳ１２において回折光学素子Ｅ１の測定形状からベース面１０２の形状誤差１０６を抽出し、ステップＳ１３において、その形状誤差１０６を用いて、製造した回折光学素子Ｅ１に対する素子形状の最終評価を行う。既に、図１のステップＳ８における格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正により、回折光学素子Ｅ１の回折格子１０１が形状創成されているベース面１０２の形状については、その形状の設計値として規定された公差規格値を十分に満足する。さらに、同時に回折光学素子Ｅ１の成形加工条件に関しても、図１のステップＳ３の成形条件の設定工程において、同じく公差規格値を満足する成形加工条件が設定済みであることから、図１のステップＳ１０の回折光学素子Ｅ１の成形工程においてもステップＳ３の設定条件で成形することにより、公差規格値を満たす設計形状に対応して、より高精度に形状創成した回折光学素子Ｅ１の製造が可能となる。なぜならば、ベース面１０２の形状に対して、その上に形成される回折格子１０１の形状は十分に微細な構造であり、回折光学素子Ｅ１の成形加工において、回折格子１０１の構造が与える影響は一般的に十分小さいからである。

しかしながら、格子なし素子Ｅ０の成形用金型の形状修正により、所望の形状の回折光学素子Ｅ１を成形可能な回折光学素子成形用金型の形状が得られ、さらに前述したように成形条件についても所望の回折光学素子Ｅ１を製造するために十分な条件が設定されている場合にも、その他の要因により、実際には図１のステップＳ１３の工程において、公差規格値を満足する回折光学素子Ｅ１が得られない場合がある。このような場合に対して、本発明の回折光学素子の製造方法では、さらにベース面１０２の形状誤差１０６を用いて、最終的な回折光学素子成形用金型の形状修正を実施することになる。以下に、図９を用いて、その形状修正の方法を説明する。

まず、図７または図８の例により抽出したベース面１０２の形状誤差１０６のデータ３０２について、図６（ａ）の座標軸１０４方向に関しての正負反転の演算処理（形状誤差データの正負反転）を行う（ステップＳ３０３）。次に、そのステップＳ３０３で求めたデータに対して、金型形状に対する成形品形状の形状収縮率分を拡大する演算処理（成形品収縮率分の拡大処理）を実施する（ステップＳ３０４）。そして、その演算処理（ステップＳ３０４）で算出したデータ（金型形状修正データ）と、金型の設計形状データ３０１とを加算処理する（ステップＳ３０５）。このステップＳ３０５にて算出された形状データを、回折光学素子Ｅ１の成形用金型の形状修正データ３０６として取り扱う。すなわち、その形状修正データ３０６を回折光学素子Ｅ１の成形用金型の形状修正時の加工データとして加工装置に入力して、その金型の再加工（図１中のステップＳ９）を行うことにより、回折光学素子Ｅ１の製造工程における最終的な形状修正を実施する。

また、本発明により製造された回折光学素子は、種々の光学装置に取り付けて利用することができる。その光学装置としては、例えば、回折光学素子を一部品として取り付ける半導体露光装置、半導体測定装置、撮像カメラ、レーザービームプリンタ、複写機、ヘッドマウントディスプレイ、液晶プロジェクタを挙げることができる。

本発明における回折光学素子の製造方法の一実施形態の作業手順を説明するためのフローチャートである。図１の製造方法において製造される回折光学素子の形状の説明図である。図１の製造方法において製造される格子なし光学素子の形状の説明図である。図１の製造方法における格子なし素子成形用金型の形状修正の一例を説明するためのフローチャートである。図１の製造方法における格子なし素子成形用金型の形状修正の他の例を説明するためのフローチャートである。（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１の製造方法における回折光学素子の形状測定およびベース面の形状誤差抽出の具体例の説明図である。図１の製造方法において実施可能な回折格子形状除去演算処理の一例の説明図である。図１の製造方法において実施可能な回折格子形状除去演算処理の他の例の説明図である。図１の製造方法における回折光学素子成形用金型の形状修正の一例を説明するためのフローチャートである。（ａ），（ｂ）は、従来の回折光学素子の製造方法における金型および成形品の形状測定および測定形状の評価方法の説明図である。

符号の説明

１０１回折格子
１０２ベース面
１０３、１０４座標軸
１０５残差形状
１０６ベース面の形状誤差
１０７回折格子の設計形状
１０８高さ
１１０光学有効面
１１１光学有効面（ベース面）
Ｅ０格子なし光学素子
Ｅ１回折光学素子

Claims

平面、球面、あるいは非球面いずれかの連続面をベース面とし、位相関数により定義される回折格子が前記ベース面上に形成される回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法において、
前記ベース面に前記回折格子が形成されていない格子なし素子を成形するための格子なし素子成形用金型を加工する工程と、
前記格子なし素子成形用金型を用いて成形した前記格子なし素子の前記ベース面の形状を測定する工程と、
測定された前記ベース面の形状と予め定められたベース面の設計形状との差分を形状誤差とし、前記形状誤差が目標値を満たす前記格子なし素子を成形可能な前記格子なし素子成形用金型が得られるまで、前記格子なし素子成形用金型を修正加工する工程と、
前記形状誤差が前記目標値を満たす前記格子なし素子を成形可能な前記格子なし素子成形用金型に対して、前記格子なし素子の前記ベース面上に前記回折格子を形成するための形状を加工することにより、前記回折光学素子を成形するための回折光学素子成形用金型を得る工程と、
前記回折光学素子成形用金型を用いて、前記回折光学素子を成形する工程と、
前記回折光学素子の前記ベース面の形状と、前記ベース面の設計形状と、の差分を回折光学素子の形状誤差とし、前記回折光学素子の形状誤差が設計値として規定された公差規格を満たしていなければ、前記回折光学素子の形状誤差に基づいて作成された形状修正データに従って、前記回折光学素子成形用金型の形状を修正する工程と、
を有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。