JP6566618B2 - 金型の製造方法、光学部材の製造方法、および光学機器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラやビデオ等の光学機器に使用される回折光学素子または回折光学素子成形用金型を含む、同心円状の面を有する部材の製造方法、回折格子を有する光学部材、および光学素子に関するものである。

回折格子を有する光学部材、例えば回折光学素子は屈折光学素子と逆の分散特性を有すること、光学系がコンパクトになること等、レンズやプリズムの様な屈折光学素子には無い特徴を有することから、光学機器等の多くの光学系に用いられている。

回折格子を有する光学部材の製造方法として特許文献１が開示されている。詳しくは、切削すべき回折面と切削工具とを相対的に回転させると共に並進移動させながら回折面形状を製造する時、回折機能を有する斜面の長さよりも短い長さの横切れ刃を用いて回折機能を有する斜面を切削する。また、切削工具を、横切れ刃の長さ方向が斜面に対して３０度以下になるように取り付け、斜面の低所から高所に向けて３０度以下の方向に相対的に移動させて切削加工することが記載されている。

特許第３２４９０８１号公報

特許文献１の実施形態では、凹レンズと同様の特性を有する回折格子による光学部材、詳しくは回折面が内側を向き、回折面の傾きが外側の格子ほど大きい回折格子を有する光学部材について記載されている。特許文献１の方法を、凸レンズと同様の特性を有する回折格子（以降、凸格子と称する）による光学部材、例えばプラスチックレンズに適用する場合、次のような課題が有ることがわかった。ここで、凸格子による光学部材とは、回折面が外側を向き、回折面の傾きが外側の格子ほど大きい回折格子を有する光学部材のことである。

凸格子の回折面を低所から高所に向かって加工するためには、切削工具の先端はプラスチックレンズの外周端部から中心方向に向かいながら、外周端部から最も近い格子（以降、最外格子）における回折面の最下点まで切削工具を到達させる必要が有る。外周端部から最外格子までの面粗さを効率良く仕上げるためには、切削工具の横切れ刃と、回転軸と垂直な断面と、が成す隙間角を小さくし、かつ、送り速度を可能な限り速く設定しなければならない。しかし、隙間角が最外格子の回折面の傾きよりも小さいと、切削工具（横切れ刃の工具先端とは逆側）が、最外格子の回折面と干渉してしまう。これを避けるために、隙間角を大きくし、切削工具の送り速度を低く設定することも考えられる。しかし、加工能率が低下してしまうとともに隙間角を大きくすることで横切れ刃による切削面の押しつぶし効果（以降、バニシ効果）が薄れるため、面粗さが悪化してしまう場合も有った。

工具との干渉によって最外格子に形状不良が有ると、加工されたプラスチックレンズにおける光学性能が低下してしまう場合が有る。また、最外格子の形状不良、および外周端部から最外格子までの面粗さが悪化すると、光学部材の外観品質がばらついてしまい、外観品位が低下する場合が有る。

本発明は、上記課題に鑑み、所望の凸格子を有する部材の製造方法、光学部材および光学素子を提供することを目的とする。

本発明の金型の製造方法は、被加工物を回転させ、前記被加工物の外周端部から回転中心に向かって切削工具を移動させながら、同心円状の面を加工して金型を製造する金型の製造方法において、前記切削工具の送り方向と前記切削工具の横切れ刃がなす隙間角が一定の角度α_１となるように前記切削工具を移動させて、傾斜角θ_０となる面を加工する第一工程と、前記第一工程の後、前記隙間角が一定の角度α_２となるように前記切削工具を移動させて、傾斜角θとなる面を加工する第二工程と、前記第二工程の後、前記隙間角が一定の角度α_３となるように前記切削工具を移動させて、最大の傾斜角φを有する面を加工する第三工程と、を有し、前記隙間角α_１、α_２およびα_３は、０度より大きく、４度以下であって、前記傾斜角θ_０、θおよびφは、θ_０＜θ＜φの関係を有し、前記傾斜角θは、前記隙間角α_１より小さいことを特徴とする。
また、本発明の光学部材の製造方法は、被加工物を回転させ、前記被加工物の外周端部から回転中心に向かって切削工具を移動させながら、同心円状の面を加工して光学部材を製造する光学部材の製造方法において、前記切削工具の送り方向と前記切削工具の横切れ刃がなす隙間角が一定の角度α _１ となるように前記切削工具を移動させて、傾斜角θ _０ となる面を加工する第一工程と、前記第一工程の後、前記隙間角が一定の角度α _２ となるように前記切削工具を移動させて、傾斜角θとなる面を加工する第二工程と、前記第二工程の後、前記隙間角が一定の角度α _３ となるように前記切削工具を移動させて、最大の傾斜角φを有する面を加工する第三工程と、を有し、前記隙間角α _１ 、α _２ およびα _３ は、０度より大きく、４度以下であって、前記傾斜角θ _０ 、θおよびφは、θ _０ ＜θ＜φの関係を有し、前記傾斜角θは、前記隙間角α _１ より小さいことを特徴とする。

本発明の光学部材の製造方法は、上記の金型の製造方法によって製造された金型によって成形された部材を含むことを特徴とする。

本発明の光学部材の製造方法は、上記の金型の製造方法によって製造された金型によって成形された部材と、前記部材によって成形された部材とを含むことを特徴とする。また、本発明の光学機器の製造方法は、上記の光学部材の製造方法によって製造された光学部材を用いて製造されることを特徴とする。

傾きが最大となる面と切削工具の干渉が回避でき、かつ、傾きが最大となる面よりも外側の面粗さの悪化を抑制できる。

本発明の部材の製造方法の模式図 （ａ）平面旋削加工の模式図、（ｂ）回折光学素子成形用金型の旋削加工の模式図 本発明の回折格子を有する光学部材の一例 （ａ）〜（ｄ）本発明の回折格子を有する光学部材の他の例 （ａ）比較例１における製造方法の模式図、（ｂ）比較例２における製造方法の模式図 実施例２と比較例３における共通の製造方法の模式図 実施例１における面粗さのグラフ 実施例２における面粗さのグラフ

（第一の実施形態）
本発明の部材の製造方法の一例である第一の実施形態について、図面を用いて説明する。

図２（ａ）は平面旋削加工の模式図である。３００は被加工物、１は切削工具、２は工具チップ、３は工具すくい面、ｆは切削工具の送り方向である。まず、不図示の超精密加工機の回転主軸に円盤状の被加工物３００を取り付ける。そして光軸Ｏ周りに高速回転する被加工物３００に対して切削工具１を被加工物３００の外周端部から回転中心に向かって切削工具を移動させながら、被加工物３００の表面に凸格子を加工し、光学部材を製造する。なお、紙面垂直方向を切削方向とし、紙面左右方向を送り方向とする。

部材の例としては、ガラスレンズ、プラスチックレンズ、ガラス表面にプラスチック層を持つ複合レンズ、またはＳＵＳ系母材の表面にＮｉ系やＣｕ系の金属メッキが施されたレンズ成型用金型が考えられる。

また、工具チップ２の材料の例としては、ダイヤモンドやｃＢＮなどの高硬度材料が有り、特に単結晶ダイヤモンドは極めて鋭利な切れ刃稜線を形成できるので、工具チップ２の材料として好ましい。

図１は、図２（ａ）で説明した被加工物３００の、加工途中の加工面と、その加工面を加工する際の工具の動きを説明する図である。図１（ａ）は、加工途中の被加工物３００の上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）における、Ｂ領域のＡ−Ａ断面と工具の動きを示した図である。具体的には、図１（ａ）は、例えば、後述する図３で示す光学部材の途中まで加工が進んだ状態を示している。つまり加工完了すると、図３で示すような光学部材が製造される。図１（ｂ）は図３で示す光学部材のＤの部分の断面に対応する図である。

６は、最も外側の回折格子となる格子であり、５は、最も外側の回折面となる面である。格子６および面５は、同心円状に形成される。φは、面５の傾斜角（面５と、光軸と垂直な面と、のなす角度）であり、面５より後に加工される面５より内側（紙面左側）の回折面となる面と比べて最も大きい傾斜角（最大傾斜角）を有している。以降、この最大傾斜角を有する面５を最大傾斜面と称する。

１０は、外周面でありその傾斜角θ_０（外周面と、光軸と垂直な面と、のなす角度）は０度であることが好ましいが、後述するφ＞θ＞θ_０の関係を有していれば０度に限るものではない。傾斜角θ_０が０度である場合をここでは平面と呼ぶ。

８は、最大傾斜面５を有する格子６に隣接して形成される凸部７の傾斜面である。傾斜面８の傾斜角θ（傾斜面８と、光軸と垂直な面と、のなす角度）は、縦壁（つなぐ面）９を挟んで隣接する最大傾斜面５の傾斜角φより小さい。従来は、少なくとも、外周面１０の最大傾斜面５の外側に隣接する部分は平面となっていたが、本発明は、外周面１０と最大傾斜面５との間に、最大傾斜面５の傾斜角φより小さい傾斜面をもつ凸部７を形成することを特徴とするものである。つまり、傾斜角θ_０の外周面１０と傾斜角φの最大傾斜面５との間に、φ＞θ＞θ_０の関係を有する、傾斜角θの斜面を持つ凸部７を形成する。これにより、最大傾斜回折面５への工具の干渉を防ぐことができる。本実施形態では、被加工物の外周端部まで外周面１０である場合を示したが、切削工具の干渉が心配される、少なくとも凸部７に隣接する部分が外周面１０であれば本発明の効果は発揮される。切削工具の干渉の心配がない外周面１０のさらに外周部分には、凸形状部があっても凹形状部があっても傾斜面があっても何ら問題はない。

次に外周面、傾斜面、最大傾斜面の製造方法について説明する。

（第一工程）
まず外周面１０を加工する。外周面１０の加工をここでは第一工程と称することにする。

２ａは外周面１０を切削加工する第一工程における工具チップ先端部の傾きを示している。３は工具すくい面、４は切削工具の横切れ刃である。なお、工具チップ２の先端部には工具送り方向に２つ以上の切れ刃が有り、最も工具先端に近い切れ刃が横切れ刃４である。また、横切れ刃４の長さは最大傾斜面５の長さよりも短い。

加工条件を設定するに当たり、面粗さがＰＶ２０ｎｍを超えると、光学性能の低下が発生し易くなるため、面粗さはＰＶ２０ｎｍ以下が求められる。また、面粗さのばらつきが±５ｎｍを超えると外観品位の低下が発生し易くなる。そのため、上記２点を踏まえた上で加工条件を設定する必要が有る。下記計算式は剣先型切削工具を用いた旋削加工における理論面粗さｈの計算式であり、Ｐは被加工物が１回転する時に工具が送り方向に進む距離（以降、工具の送りピッチ）、αは隙間角である。下記計算式を用い、理論面粗さを工具の送りピッチＰと隙間角αから設定する。
ｈ＝Ｐ×ｔａｎα

第一工程は外周面１０の加工である。まず、高速回転する被加工物３００の外周端部から被加工物３００に工具チップ先端部２ａを進入させる。そして、外周面１０の加工における工具送り方向（進行方向）ｆ_１と横切れ刃４が成す隙間角が一定の角度α_１となるように、凸部７の傾斜面８の最下点Ｓ_１まで切削加工を行う。旋削加工における理論面粗さは、幾何学的に隙間角と工具の送り速度で決まるが、外周面１０の面粗さを効率的に仕上げるためには、隙間角α_１はなるべく小さくした上で、工具の送り速度をできるだけ速く設定するのが良い。

被加工物３００がガラスレンズの場合、隙間角α_１を小さくすることで横切れ刃４における切り取り厚さを延性モード切削が可能なサブミクロンレベルまで効率的に薄く出来る。一方、部材としてプラスチックレンズ、ガラス表面にプラスチック層を持つ複合レンズ、またはＳＵＳ系母材の表面にＮｉ系やＣｕ系の金属メッキが施されたレンズ成形用金型を製造することが考えられる。この場合、隙間角α_１を小さくすることで横切れ刃４でのバニシ効果が得られやすくなる。そのため、隙間角α_１を小さくすることは、加工能率上の理由に加えて、各種被削材料を安定して切削加工する上でも重要である。具体的には、隙間角α_１は０度＜α_１≦４度であって、次工程の傾斜面８にぶつからないように、傾斜面８の傾きθよりも大きな角度に設定する。

（第二工程）
外周面１０を加工した後、続けて傾斜面８を加工する。傾斜面８の加工をここでは第二工程と称することにする。２ｂは傾斜面８を切削加工する第二工程における工具チップ先端部の傾きを示している。傾斜面８の傾きθは、外周面１０を加工する際の工具の隙間角α_１未満の傾きであれば任意に設定することができる。隙間角α_１未満の傾きθを有する傾斜面８の低所から高所に向けて、工具送り方向ｆ_２と横切れ刃４が成す隙間角が一定の角度α_２となるように切削工具を移動させて切削加工を行う。隙間角α_２は、隙間角α_１とおなじように、隙間角α_２を小さくすることで横切れ刃４における切り取り厚さを延性モード切削が可能なサブミクロンレベルまで効率的に薄く出来たり、横切れ刃４でのバニシ効果が得られやすくなる。そのため、隙間角α_２を小さくすることは、加工能率上の理由に加えて、各種被削材料を安定して切削加工する上でも重要である。具体的には、隙間角α_２は０度＜α_１≦４度に設定する。つまり、隙間角α_２は、０度より大きく、４度以下であることが好ましい。また、傾斜面８の傾きθは第一工程における隙間角α_１未満とするため、横切れ刃４の工具先端とは逆側が、傾斜面８と干渉することは無く、傾斜面８の最下点において、隙間角α_２は隙間角α_１よりもθだけ小さくなっている。そのため、各種被削材料を第一工程よりも安定した加工ができる。第二工程の送り速度と第一工程の送り速度が同じ場合はより面粗さが向上する。ただし、外周面１０と傾斜面８の理論面粗さが異なるため、そのばらつきが±５ｎｍの範囲内に有ることが求められる。また、外周面１０と傾斜面８の面粗さを同じにする必要が有れば、切削工具を紙面垂直な回転軸周りで時計回りにθだけ回転させて隙間角α_２と隙間角α_１を等しい角度に設定した後に、同じ送り速度で傾斜面８の加工を行えば良い。また、第二工程の送り速度を速くすることで外周面１０と傾斜面８の面粗さを同じにしても良い。

（第三工程）
傾斜面８を加工した後、傾斜面８と最大傾斜面５の最下点Ｓ_３とをつなぐ縦壁９を加工し、続けて最大傾斜面５を加工する。多数の回折面を形成する面の中で最も外側に位置し、最大の傾斜角を有する最大傾斜面５の加工をここでは第三工程と称することにする。２ｃは最大傾斜面５を切削加工する第三工程における工具チップ先端部の傾きを示している。

最大傾斜面５の低所から高所に向けて、工具送り方向ｆ_３と横切れ刃４が成す隙間角が一定の角度α_３となるように切削工具を移動させて切削加工を行う。隙間角α_３は、隙間角α_１、隙間角α_２と同じように、隙間角α_３を小さくすることで横切れ刃４における切り取り厚さを延性モード切削が可能なサブミクロンレベルまで効率的に薄く出来たり、横切れ刃４でのバニシ効果が得られやすくなる。そのため、隙間角α_３を小さくすることは、加工能率上の理由に加えて、各種被削材料を安定して切削加工する上でも重要である。具体的には、隙間角α_３は０度＜α_１≦４度に設定する。つまり、隙間角α_３は、０度より大きく、４度以下とすることが好ましい。この時、隙間角α_３と工具送り速度は、第一工程と第二工程と同じ、もしくは同程度に設定し、加工を行なうことが好ましい。そうすることで、外周面１０、傾斜面８、最大傾斜面５の面粗さが同じ、もしくは同程度となるため、部材の外観品質が部位によってばらつくことが無くなり、外観品位の向上が期待できる。また、最大傾斜面５の最下点において、隙間角α_３が隙間角α_１および隙間角α_２と同じ、もしくは同程度となるように、傾斜面８の最高点と最大傾斜面５の最下点をつなぐ縦壁９を加工する前に、切削工具を紙面垂直な回転軸周りで時計回りに回転させると良い。そうすることで、最大傾斜面５の傾きΦの大きさによっては、第二工程の工具チップ先端２ｂの姿勢のままで縦壁９を加工した時、横切れ刃４の工具先端とは逆側が最大傾斜面５と干渉してしまうのを防ぐことが出来る。

上記実施形態では、平面ベース（多数の回折面の最下点をつなぐ面が平面）の光学部材の製造方法の例を示した。しかし、図２（ｂ）に示すような凹面の曲面ベース（多数の回折面の最下点をつなぐ面が凹面）の光学部材であっても、加工すべき形状の接線方向に工具送り方向を設定することで、本発明が適用可能であることは明らかである。また、凸面等の曲面ベースの光学部材であっても、加工すべき形状の接線方向に工具送り方向を設定することで、本発明が適用可能であることは明らかである。

本実施形態で説明した部材の製造方法によって製造された部材に樹脂を流し込むことで成形された部材も、光学素子として用いることができる。

さらに、第１の実施形態で説明した部材の製造方法によって製造された部材に樹脂を流し込むことで成形された部材と、この部材によってさらに樹脂を流し込むことで成形された部材とを含む部材も、一つの光学素子として用いることができる。

（第二の実施形態）
本発明の光学部材の一例について、図面を用いて説明する。

図３は本発明の光学部材の一例を示した図である。図３（ａ）は上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＤ部の拡大図である。３５は最大傾斜回折面、３６は最大傾斜回折面３５を有する回折格子である。回折格子は同心円状に形成される。図３においては、簡略化のために回折格子の数を少なく記載しているが、多数の回折格子を有していてもよい。３７は最大傾斜回折面３５を有する回折格子の外側に隣接する、光軸を通る光軸と平行な面で切断してえられる断面形状が三角形である凸部である。３８は最大傾斜回折面３５よりも傾斜角が小さい傾斜面、３１０は凸部３７よりも外側の外周面、３３０は光学部材である。本発明の光学部材としては、ガラスレンズ、プラスチックレンズ、ガラス表面にプラスチック層を持つ複合レンズ、またはＳＵＳ系母材の表面にＮｉ系やＣｕ系の金属メッキが施されたレンズ成型用金型が考えられる。また、レンズ成型用金型を転写して成形された部材をさらに転写して成形された光学部材も含む。

Φは最大傾斜回折面３５の傾き（傾斜角）であり、回折面３５と、光軸と垂直な面と、のなす角度である。θは傾斜面３８の傾き（傾斜角）（傾斜面３８と、光軸と垂直な面と、のなす角度）である。θ_０（不図示）は外周面の傾き（外周面３１０と、光軸と垂直な面と、のなす角度）であり、θより小さく、θ_０（不図示）は０度であってもよい。

本実施形態の特徴は、最大傾斜回折面３５の傾斜角Φよりも小さい傾斜角θを有する傾斜面３８を有する凸部３７を、最大傾斜回折面３５を有する回折格子３６の外側に、隣接して有していることである。凸部の断面形状（光軸を通る光軸と平行な面で切断してえられる断面形状）が、本実施形態においては三角形である例を示したが、これに限る必要はない。

図４（ａ）〜（ｄ）は本発明の回折格子を有する光学部材の他の例を示したものである。簡略化のために光学部材の一部の断面形状を示す。図３と同様の部分には同じ符号を付し説明を省略する。

図４（ａ）において、３７ａは、凸部の断面形状（光軸を通る光軸と平行な面で切断してえられる断面形状）が、四角形である例を示したものである。３８ａは外周面３１０に繋がる凸部３７ａの傾斜面、θ_１は傾斜面３８ａの傾きである。

図４（ｂ）において、３７ｂは、凸部の断面形状（光軸を通る光軸と平行な面で切断してえられる断面形状）が、四角形である例を示したものである。３８ｂ_１、３８ｂ_２は凸部３７ｂの傾斜面であり、傾斜角がそれぞれ異なる。３８ｂ_１は、外周面３１０に繋がる傾斜面であり、θ_２は傾斜面３８ｂ_１の傾斜角である。

図４（ｃ）において、３７ｃは凸部の断面形状（光軸を通る光軸と平行な面で切断してえられる断面形状）が、五角形である例を示したものである。３８ｃ_１、３８ｃ_２、３８ｃ_３は凸部３７ｃの傾斜面であり、傾斜角がそれぞれ異なる。３８ｃ_１は、外周面３１０に繋がる傾斜面であり、θ_３は傾斜面３８ｃ_１の傾きである。

図４（ｄ）において、３７ｄは凸部の断面形状（光軸を通る光軸と平行な面で切断してえられる断面形状）の一部が、曲線である例を示したものである。３８ｄは外周面３１０に繋が曲面である。３１１は曲面３８ｄの最下点における接線、θ_４は接線３１１の傾きである。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、凸部が多角形の場合、外周面３１０に繋がる傾斜面（３８ａ、３８ｂ_１、３８ｃ_１）の傾き（θ_１、θ_２、θ_３）が最大傾斜回折面３５の傾きΦよりも小さければ、本発明の目的を達成できる。さらには、外周部３１０に繋がる傾斜面（３８ａ、３８ｂ_１、３８ｃ_１）と凸部（３７ａ、３７ｂ、３７ｃ）の最高点の間に有る傾斜面の傾きも最大傾斜回折面３５の傾きΦよりも小さいことがより好ましい。

また、図４（ｄ）に示すように、凸部が外周面３１０に繋がる凸状の曲面３８ｄを持つ場合、曲面３８ｄの最下点における接線θ_４の傾きが最大傾斜回折面３５の傾きΦよりも小さければ、本発明の目的を達成できる。また、曲面３８ｄは凹状の曲面、または凹と凸が混在する曲面であっても良い。

本実施形態の光学部材は、第１の実施形態で説明した部材の製造方法によって製造される。また、本実施形態の光学部材は、第１の実施形態で説明した部材の製造方法によって製造された部材に樹脂を流し込むことで成形された部材に、さらに樹脂を流し込んで成形された部材であってもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１においては、第一の実施形態で示した部材の製造方法によって、凹面ベース形状に凸格子を有する回折光学素子成形用金型を製造した例について、比較例を交えて説明する。

図２（ｂ）は回折光学素子成形用金型の旋削加工の模式図である。被加工物３００には凹面ベース形状をしたＳＵＳ系母材の表面にＮｉＰメッキを施したものを用いた。工具チップ２には単結晶ダイヤモンドを用いた。被加工物３００は、不図示の超精密加工機の回転主軸に取り付けた。切削工具１は、すくい面３に対して平行に存在する直行２軸での移動と、すくい面３に対して垂直な回転軸での回転が可能となるように、不図示の超精密加工機に取り付けた。その後、被加工物３００を高速回転させると共に、切削工具１を被加工物３００の外側から中心方向へ送りながら被加工物３００の表面に凸格子を加工し、部材（金型）を製造した。

この時、図２（ｂ）の実線と一点鎖線で示すように、切削工具１を狙いの加工形状に倣った工具の送り方向ｆに送りながら、前記回転軸を使って適宜回転させた。これにより、切削工具１は加工開始から終了まで工具の送り方向ｆに対して一定の傾きを保ち続けることができる。実施例１と後述の実施例２に示す全ての加工は、前述の工具姿勢制御を用いた。

表１に加工結果を示す。

表１において、Φは最大傾斜面５の傾き、θは凸部７の傾斜面の傾きである。α_１は外周面１０の加工における隙間角、α_２は凸部７の傾斜面８の加工における隙間角、α_３は最大傾斜面５の加工における隙間角である。Ｐ_１は外周面１０において被加工物が１回転する時に工具が送り方向に進む距離（以降、工具の送りピッチ）、Ｐ_２は凸部の傾斜面８における工具の送りピッチ、Ｐ_３は最大傾斜面５における工具の送りピッチである。

以下に各加工内容について説明する。

先ず、実施例１について図１を用いて説明する。本実施例は、凹面ベースで実施したが、簡略化のために平面ベース形状である図１を用いて説明する。今回加工対象となった回折光学素子成形用金型において、最大傾斜面５の傾きΦが５度だったことから、最大傾斜格子６の外側に隣接する三角形の凸部７と各種加工条件の詳細を設定した。

加工条件を設定するに当たり、特に回折面を形成するための面（例えば最大傾斜面５）の面粗さがＰＶ２０ｎｍを超えると、光学性能の低下が発生し易くなるため、面粗さはＰＶ２０ｎｍ以下が求められる。また、縦壁９を除く部位の面粗さのばらつきが±５ｎｍを超えると外観品位の低下が発生し易くなる。そのため、上記２点を踏まえた上で加工条件を設定した。下記計算式は剣先型切削工具を用いた旋削加工における理論面粗さｈの計算式であり、ｐは工具の送りピッチ、αは隙間角である。下記計算式を用い、理論面粗さがＰＶ１５ｎｍ程度となるように工具の送りピッチＰと隙間角αを設定した。
ｈ＝Ｐ×ｔａｎα

実施例１では、工具チップ先端２ａは隙間角α_１を一定に保ちながら凸部７の傾斜面８の最下点まで達した後、隙間角２を一定に保ちながら傾斜面８を、隙間角α_３を一定に保ちながら最大傾斜面５を順に加工した。

この時、光学部材３０の回転数を３０００ｍｉｎ^−１とし、外周面１０の加工では隙間角α_１をバニシ効果が期待できる４度、工具の送り速度を０．６ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_１＝２００ｎｍ）とした。凸部７の傾斜面８の傾きθを０．５度とし、傾斜面８の加工における隙間角α_２と最大傾斜面５の加工における隙間角α_３を３．５度、傾斜面８と最大傾斜面５の加工における工具の送り速度を０．７５ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_２＝Ｐ_３＝２５０ｎｍ）とした。また、使用した切削工具の横切れ刃４の刃幅は３μｍ、工具先端の刃先角度は８０度とした。なお、後述する比較例１、比較例２においても、縦壁９以外の理論面粗さ、最大傾斜面５の傾きΦ、光学部材３０の回転数、横切れ刃４の刃幅、工具先端の刃先角度は共通である。

次に、比較例１について図５（ａ）を用いて説明する。比較例１においても実施例１と同様、凹面ベースで実施したが、簡略化のために図５（ａ）は、平面ベース形状で示している。比較例１では、工具チップ先端２ａは隙間角α_１を一定に保ちながら最大傾斜面５の最下点まで達した後、隙間角α_３を一定に保ちながら最大傾斜面５を加工した。

この時、外周面１０の加工における隙間角α_１を８．５度、工具の送り速度を工具の送り速度を０．３ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_１＝１００ｎｍ）とした。また、最大傾斜面５の加工における隙間角α_３を３．５度、工具の送り速度を０．７５ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_３＝２５０ｎｍ）とした。

次に、比較例２について図５（ｂ）を用いて説明する。比較例２においても実施例１と同様、凹面ベースで実施したが、簡略化のために図５（ｂ）は、平面ベース形状で示している。比較例２では、工具チップ先端２ａは最大傾斜面５の傾きΦよりも小さい傾き隙間角α_１を一定に保ちながら、最大傾斜面５の最下点に向けて加工を進めた。しかし、そのまま最大傾斜面５の最下点まで到達すると、横切れ刃４の工具先端とは逆側が最大傾斜面５と干渉してしまう。そのため、外周面１０の左部エリア１２において、切削工具を紙面垂直な回転軸周りに回転させながら最大傾斜面５の最下点まで加工した。その後、隙間角α_３を一定に保ちながら最大傾斜面５を加工した。

この時、外周面１０の加工では隙間角α_１をバニシ効果が期待できる４度、工具の送り速度を０．６ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_１＝２００ｎｍ）とし、外周面１０の左部エリア１２では、隙間角α_１を徐々に大きくした。そして最大傾斜面５の最下点に到達する時に８．５度となるようにした。なお、外周面１０の左部エリア１２における工具の送り速度は、隙間角の増加に合わせて理論面粗さがＰＶ１５ｎｍ程度となるように徐々に遅くし、最大傾斜面５の最下点に到達する時に０．３ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_１＝１００ｎｍ）となるようにした。最大傾斜面５の加工における隙間角α_３を３．５度、工具の送り速度を０．７５ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_３＝２５０ｎｍ）とした。

表１の加工結果において、外周面１０、凸部７の傾斜面８（比較例１、２は無し）、最大傾斜面５の面粗さがＰＶ２０ｎｍ以下であり、かつ測定部位の面粗さのばらつきが±５ｎｍ以下の場合を○とした。少なくとも一方が上記範囲外になった場合を×とした。面粗さは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した。

図７は実施例１、比較例１、比較例２の面粗さ測定結果である。実施例１では、３ヶ所の面粗さはいずれもＰＶ２０ｎｍ以下であり、ばらつき幅も±５ｎｍ以下であった。一方、比較例１では、最大傾斜面５の面粗さはＰＶ２０ｎｍ以下であったが、外周面１０の面粗さがＰＶ２０ｎｍを超えてしまった。また、比較例２では、最大傾斜面５の面粗さはＰＶ２０ｎｍ以下であったが、外周面１０の左部エリア１２で面粗さがＰＶ２０ｎｍを超えてしまった。比較例２では、外周面１０の左部エリア１２以外ではＰＶ１５ｎｍ程度の面粗さであったが、左部エリア１２では隙間角α_１を徐々に大きくしてバニシ効果が薄れてしまった影響で面粗さが悪化したと考えられる。上記結果から、本発明が効果的であることが確認できた。

（実施例２）
本発明の他の実施例である実施例２について説明する。実施例２においても、第一の実施形態で示した回折格子を有する光学部材の製造方法によって、凹面ベース形状に凸格子を有する回折光学素子成形用金型を製造した。なお、加工に用いた金型、工具チップ材料、加工中の工具姿勢制御、理論面粗さの考え方は実施例１と共通である。

表２に加工結果を示す。

表２において、Φは最大傾斜面５の傾き、θは凸部７の傾斜面の傾きである。α_１は外周面１０の加工における隙間角、α_２は凸部７の傾斜面８の加工における隙間角、α_３は最大傾斜面５の加工における隙間角である。Ｐ_１は外周面１０における工具の送りピッチ、Ｐ_２は凸部の傾斜面８における工具の送りピッチ、Ｐ_３は最大傾斜面５における工具の送りピッチである。以下に各加工内容について説明する。

実施例２、比較例３について図６を用いて説明する。実施例２、比較例３は、凹面ベースで実施したが、簡略化のために、図６は、平面ベース形状で示している。

いずれの加工においても、工具チップ先端２ａは隙間角α_１を一定に保ちながら凸部７の傾斜面８の最下点まで加工を進めた後、１点鎖線で示す工具チップ２ａ’から工具チップ２ｂの姿勢まで、切削工具を紙面垂直な回転軸周りに回転させた。その後、隙間角α_２を一定に保ちながら傾斜面８を、隙間角α_３を一定に保ちながら最大傾斜面５を順に加工した。この時、最大傾斜回折面５の傾きΦは５度、光学部材３０の回転数を３０００ｍｉｎ^−１、使用した切削工具の横切れ刃４の刃幅は３μｍ、工具先端の刃先角度は７０度とした。また、前述の計算式に基づき、理論面粗さがＰＶ１５ｎｍ程度となるように工具の送りピッチＰと隙間角αを設定した。

実施例２では、外周面１０の加工では隙間角α_１をバニシ効果が期待できる４度、工具の送り速度を０．６ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_１＝２００ｎｍ）とした。凸部７の傾斜面８の傾きθを３．９度とし、傾斜面８の加工における隙間角α_２と最大傾斜面５の加工における隙間角α_３を４度、傾斜面８と最大傾斜面５の加工における工具の送り速度を０．６ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_２＝Ｐ_３＝２００ｎｍ）とした。

比較例３では、外周面１０の加工では隙間角α_１を５度、工具の送り速度を０．５１ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_１＝１７０ｎｍ）とした。凸部７の傾斜面８の傾きθを４．９度とし、傾斜面８の加工における隙間角α_２と最大傾斜面５の加工における隙間角α_３を５度、傾斜面８と最大傾斜面５の加工における工具の送り速度を０．５１ｍｍ／ｍｉｎ（Ｐ_２＝Ｐ_３＝１７０ｎｍ）とした。

表２の加工結果において、外周面１０、凸部７の傾斜面８、最大傾斜面５の面粗さがＰＶ２０ｎｍ以下であり、かつ測定部位の面粗さのばらつきが±５ｎｍ以下の場合を○とした。一方、少なくとも一方が上記範囲外になった場合を×とした。面粗さは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した。

図８は実施例２、比較例３の面粗さ測定結果である。実施例２では、３ヶ所の面粗さはいずれもＰＶ２０ｎｍ以下であり、ばらつき幅も±５ｎｍ以下であった。一方、比較例３では、３ヶ所のいずれもＰＶ２０ｎｍを超えてしまった。比較例３では、凸部７の傾斜面８の傾きθが４．９度であり、外周面１０の加工において、隙間角α_１を４．９度を超える値に設定せざるを得なかったために、面粗さがＰＶ２０ｎｍを超えてしまったと考えられる。また、隙間角α_１に倣う様に隙間角α_２および隙間角α_３も決定されるため、凸部７の傾斜面８と最大傾斜面５の面粗さも同様の結果となってしまったと考えられる。上記結果から、凸部７の傾斜面８の傾きθは０＜θ≦４度とすることが良いことが分かった。

１ 切削工具
２ 工具チップ
３ 工具すくい面
４ 横切れ刃
５ 最大傾斜面
６ 最大傾斜格子
１０ 外周面
３０ 部材
α_１ 外周面１０加工時の隙間角
α_２ 傾斜面８加工時の隙間角
α_３ 最大傾斜面５加工時の隙間角
Φ 最大傾斜面５の傾き
θ 傾斜面８の傾き

Claims (9)

1. 被加工物を回転させ、前記被加工物の外周端部から回転中心に向かって切削工具を移動させながら、同心円状の面を加工して金型を製造する金型の製造方法において、前記切削工具の送り方向と前記切削工具の横切れ刃がなす隙間角が一定の角度α_１となるように前記切削工具を移動させて、傾斜角θ_０となる面を加工する第一工程と、前記第一工程の後、
   前記隙間角が一定の角度α_２となるように前記切削工具を移動させて、傾斜角θとなる面を加工する第二工程と、
   前記第二工程の後、
   前記隙間角が一定の角度α_３となるように前記切削工具を移動させて、最大の傾斜角φを有する面を加工する第三工程と、を有し、
   前記隙間角α_１、α_２およびα_３は、０度より大きく、４度以下であって、前記傾斜角θ_０、θおよびφは、
   θ_０＜θ＜φ
   の関係を有し、
   前記傾斜角θは、前記隙間角α_１より小さいことを特徴とする金型の製造方法。
2. 前記傾斜角θ_０は、光軸と垂直な面と、のなす角度が０度であることを特徴とする請求項１記載の金型の製造方法。
3. 前記隙間角α_１、前記隙間角α_２および前記隙間角α_３は、等しい角度となるように設定されることを特徴とする請求項１または２記載の金型の製造方法。
4. 被加工物を回転させ、前記被加工物の外周端部から回転中心に向かって切削工具を移動させながら、同心円状の面を加工して光学部材を製造する光学部材の製造方法において、前記切削工具の送り方向と前記切削工具の横切れ刃がなす隙間角が一定の角度α_１となるように前記切削工具を移動させて、傾斜角θ_０となる面を加工する第一工程と、前記第一工程の後、
   前記隙間角が一定の角度α_２となるように前記切削工具を移動させて、傾斜角θとなる面を加工する第二工程と、
   前記第二工程の後、
   前記隙間角が一定の角度α_３となるように前記切削工具を移動させて、最大の傾斜角φを有する面を加工する第三工程と、を有し、
   前記隙間角α_１、α_２およびα_３は、０度より大きく、４度以下であって、前記傾斜角θ_０、θおよびφは、
   θ_０＜θ＜φ
   の関係を有し、
   前記傾斜角θは、前記隙間角α_１より小さいことを特徴とする光学部材の製造方法。
5. 前記傾斜角θ_０は、光軸と垂直な面と、のなす角度が０度であることを特徴とする請求項４記載の光学部材の製造方法。
6. 前記隙間角α_１、前記隙間角α_２および前記隙間角α_３は、等しい角度となるように設定されることを特徴とする請求項４または５記載の光学部材の製造方法。
7. 請求項１乃至３いずれか一項記載の金型の製造方法によって製造された金型によって成形された部材を含むことを特徴とする光学部材の製造方法。
8. 請求項１乃至３いずれか一項記載の金型の製造方法によって製造された金型によって成形された部材と、前記部材によって成形された部材とを含むことを特徴とする光学部材の製造方法。
9. 請求項４乃至６いずれか一項記載の光学部材の製造方法によって製造された光学部材を用いて製造されることを特徴とする光学機器の製造方法。

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