JPH08160212A

JPH08160212A - 光学素子の製造方法

Info

Publication number: JPH08160212A
Application number: JP30741794A
Authority: JP
Inventors: Ichiji Ohashi; 一司大橋
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】高回折効率のレリーフ型回折光学素子などを
効率よく短時間で製造等することのできる製造方法を提
供する。【構成】基板３を所定の曲率をもって湾曲させる工
程、基板３の湾曲した面に直線的な断面形状を持つレリ
ーフパターンを形成する工程とを含む。例えば、所定の
曲率半径の曲面５を有する受け部材４の該曲面に沿っ
て、弾性を有する基板３を保持し、切削時の移動軌跡が
直線要素から成るバイト６で切削しレリーフパターンを
形成する。基板３は少なくとも光学素子の一部として用
いられる。湾曲状態で基板３を直線的に切削加工し、そ
の状態を解放すれば、即ち元に戻すと、直線的に切削さ
れた鋸歯状形状の斜辺部は略湾曲時の曲率半径を持つ曲
線となる。バイト６の移動が直線的で、加工データも単
純で、バイト切削も高速である。にも拘わらず、得られ
るレリーフパターンの断面形状は理想的なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子の製造方法、
特に、レリーフパターンを有する回折型レンズ等の回折
光学素子の製造に適用して好適な製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】回折型レンズ等の回折光学素子は、近
年、光学系に対する小型軽量化への要求から、また屈折
光学素子とは異なるその波長分散特性等から応用が広が
りつつある。レリーフパターンを有する回折光学素子の
場合は、溝断面形状を鋸歯状にする、いわゆるブレーズ
化を行うと、或る波長で１００％近い回折効率が得られ
るのでとりわけ有用である。

【０００３】ブレーズ化された回折光学素子、例えば回
折型レンズを製造する方法として、次のような方法が提
案、あるいは採用されて来ている。その一つは、米国特
許第５１５６９４３号明細書（文献１）や、同第４８９
５７９０号明細書（文献２）に記載されたものである。
ここに開示された方法は、バイナリー法と呼ばれる方法
で、ｎ種類のバイナリーマスクを用いてフォトリソグラ
フィー的に２ⁿ段の階段形状を作り、もって近似ブレー
ズ形状として製造せんとする方法である（第１の手
法）。

【０００４】この方法の基本は、図７に示すようなもの
として説明することができる。図示の（ａ）〜（ｃ）の
ように、半導体素子の製造法に用いられる露光、エッチ
ング工程を繰り返して実施するもので、板状の被加工部
材（図（ａ））から図（ｂ）の形状とし、次に図（ｃ）
のようにして加工を進め、最終的に２ⁿ（ここでは、ｎ
＝２）の微小階段で近似された斜面を作る方法である。

【０００５】また、他の一つは、特願平５−９１３７０
号による本出願人の提案に係るものである（第２の手
法）。これは、次のような手法による。即ち、例えばガ
ラス基板の一面に樹脂等の材料より成る加工層を形成
し、この加工層にバイトを用いた機械加工により鋸歯状
のレリーフパターンを形成する。これに異方性エッチン
グを施し、下地のガラス基板に該レリーフパターンを相
似的に転写する。

【０００６】また、他の一般的な方法の一つとして、プ
ラスティック等、機械加工が容易に直接行える材料に、
バイトを用いた機械加工で、鋸歯状のレリーフパターン
を形成することは知られている（第３の手法）。また、
他の一つとして、無酸素銅等、機械加工が容易な金属に
バイトを用いた機械加工により鋸歯状のレリーフパター
ンを形成し、これを成型用の金型に用いて、プラスティ
ックを金型成型することは知られている（第４の手
法）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の如く、フレーズ
化により回折効率の高い回折光学素子を得ようとする場
合、レリーフパターンが多数の同心円リングより成る回
折型レンズにおいて、最大回折効率（≒１００％）を得
る個々のリングの溝断面形状は、例えば図５に示すよう
に、その回折型レンズ２０の位相分布関数を反映し、斜
辺部が直線ではなく曲線２１となる。リングの数が多い
場合は、直線で近似しても回折レンズ全体への影響は小
さいので実用上問題ないが、リングの数が例えば１０本
程度以下と特に少ない場合は、無視し得ない影響が出て
くる。

【０００８】ここで、前記文献１，２の方法によれば、
４段近似（ｎ＝２）として表わした図６中の符号２２で
示すように、曲線２１に沿った近似形状とすることがで
きる。また、回折型レンズ２０の基材材料にガラスを用
いることができる。

【０００９】しかし、理想形状を近似していることによ
る回折効率の低下は避けられず、理論上４段近似（ｎ＝
２）の場合の回折効率は約８１％、８段近似（ｎ＝３）
でも約９５％である。段数を増せば、例えば１６段近似
（ｎ＝４）とすると回折効率は約９９％となり、理論上
の回折効率は高くなるが、その一方では、段数を増すと
要求される製作精度がより厳しくなり、実際上、実現で
きる回折効率は製作精度で制限されてしまうので、理論
通りの回折効率を得ることは極めて困難である。特に、
この方法は、工程の数が多く、ｎ回の露光工程において
極めて正確なパターンのアライメントが必要になるな
ど、製作誤差要因が多い。

【００１０】また、前記本出願人の提案に係る方法（第
２の手法）は、ガラス基材に断面が鋸歯状のレリーフパ
ターンを得る優れた方法であるが、図５中の符号２１の
ように斜辺部を直線近似でなく所定の曲線として得るた
めには、加工層を機械加工する際に、バイトによる点切
削を行う必要がある。従って、例えばＮＣ旋盤を使うと
しても、加工データが膨大になるとともに、加工に要す
る時間も長大になる。

【００１１】また、前述した他の一般的な方法（第３の
手法、第４の手法）では、得られる回折型レンズの基材
材料は、プラスティックやフォトポリマーなどの樹脂に
限定されてしまい、ガラスを基材とするのは実質不可能
である。また、この場合も、上記第２の手法におけると
同様、各リングの斜辺部を所定の曲線として得るには、
上記第２の手法において述べたのと同様の問題がある。

【００１２】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、高回折効率のレリーフ型回折光学素子等を効率
よく短時間で製造することのできる、改良された光学素
子の製造方法を提供しようというものである。また、他
の目的は、上記のことを達成しつつ、基材材料にガラス
を用いることができる製造方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子の製造
方法は、基板を所定の曲率をもって湾曲させる工程と、
前記基板の湾曲した面に、断面形状が直線要素から成る
レリーフパターンを形成する工程とを備えることを特徴
とするものである。また、基板を所定の曲率をもって湾
曲させる工程と、前記基板の湾曲した面に、断面形状が
直線要素から成るレリーフパターンを形成する工程と、
該工程により得られる基板を母型として金型を製造する
工程と、該金型を用いて複製をとる工程とを備えること
を特徴とする光学素子の製造方法である。

【００１４】また、本発明の光学素子の製造方法は、表
面に加工層を形成したガラス基板を所定の曲率をもって
湾曲させる工程と、前記基板の加工層の湾曲した面に、
断面形状が直線要素から成るレリーフパターンを形成す
る工程と、前記加工層に形成されたレリーフパターン
を、異方性エッチングにより深さ方向に相似的にガラス
基板に転写する工程とを備えることを特徴とするもので
ある。また、表面に加工層を形成したガラス基板を所定
の曲率をもって湾曲させる工程と、前記基板の加工層の
湾曲した面に、断面形状が直線要素から成るレリーフパ
ターンを形成する工程と、前記加工層に形成されたレリ
ーフパターンを、異方性エッチングにより深さ方向に相
似的にガラス基板に転写する工程と、該工程により得ら
れたガラス基板を母型として金型を製造する工程と、該
金型を用いて複製をとる工程と、を含むことを特徴とす
る光学素子の製造方法である。また、金属基板を所定の
曲率をもって湾曲させる工程と、前記基板の湾曲した面
に、断面形状が直線要素から成るレリーフパターンを形
成する工程と、該工程により得られる基板を金型として
用いて複製をとる工程と、を含むことを特徴とする光学
素子の製造方法である。

【００１５】

【作用】本発明の光学素子の製造方法においては、その
請求項１記載のものでは、基板を所定の曲率をもって湾
曲させ、該基板の湾曲した面に、断面形状が直線要素か
ら成るレリーフパターンを形成する。所定の曲率に湾曲
させた状態で基板を直線的にに加工し得ることから、湾
曲状態を解放すると、即ち元に戻すと、直線的なものと
して形成された鋸歯状形状の斜辺部は、ほぼ湾曲時の曲
率半径をもった曲線となり、理想的な断面形状をもった
レリーフパターンが得られる。高い回折効率の、レリー
フ型回折光学素子を効率よく短時間で製造することも、
これを容易に実現することを可能ならしめる。また、そ
の請求項２記載のものでは、上記請求項１の場合と同様
の作用により、理想的な断面形状をもったレリーフパタ
ーンの反転形状が金型として得られる。従って、更にこ
の場合は、上記に加え、大量複製が行える型を得ること
を可能ならしめる。

【００１６】また、請求項３記載のものでは、表面に加
工層を形成したガラス基板を所定の曲率をもって湾曲さ
せ、該基板の加工層の湾曲した面に、断面形状が直線要
素から成るレリーフパターンを形成するとともに、加工
層に形成されたレリーフパターンを、異方性エッチング
により深さ方向に相似的にガラス基板に転写する工程を
含んでなる。よって、上記請求項１の場合と同様の作用
により、深さ方向に相似的に理想的な断面形状をもった
レリーフパターンが加工層に得られ、これが異方性エッ
チングによりガラス基板に転写されるから、最終的にガ
ラス材料において、理想的な断面形状をもったレリーフ
パターンが得られる。従って、この場合は、請求項１の
場合と同様のことを達成せしめるのを可能ならしめるの
に加え、光学性能の良好なガラス基板に所望のレリーフ
パターンが得られ、請求項１記載の製造方法による上述
の有利な点はこれを活かしつつ、かつ、基材材料にガラ
スを用いることができる、効果的な製造方法を容易に実
現することを可能ならしめる。また、その請求項４記載
のものでは、上記請求項３の場合と同様の作用により、
理想的な断面形状をもったレリーフパターンの反転形状
が金型として得られる。更に加えるに、この場合は、上
記請求項２の場合と同様、大量複製が行える型を得るこ
とを可能ならしめる。また、その請求項５記載のもので
は、上記請求項１の場合と同様の作用により、理想的な
断面形状を持ったレリーフパターンの反転形状が金属を
材料とする基板において得られ、そのまま金型に用い得
ることを可能ならしめる。

【００１７】好ましくは、請求項１、請求項２、請求項
３、請求項４、または請求項５記載の製造方法におい
て、その基板を湾曲させる工程は、所定の曲率半径の曲
面を有する受け部材の該曲面に沿って基板を保持させる
ことにより行う。本発明は、かかる態様（実施の態様
１）で実施することができる。また、かかる実施の態様
１のものにおいて、好ましくはまた、前記レリーフパタ
ーンを形成する工程は、移動軌跡の中に直線的な要素を
含むバイトにより前記基板または加工層を切削してレリ
ーフパターンを形成することにより行う。本発明は、か
かる態様（実施の態様２）で実施することができる。ま
た、かかる実施の態様２の場合、好ましくは、前記湾曲
させる工程において基板が非球面状に湾曲されるものと
することができる。本発明は、かかる態様（実施の態様
３）で実施することができる。また好ましくは、かかる
実施の態様２の場合、前記光学素子を補強光学部材に貼
付ける工程を更に含む方法とすることができる。本発明
は、かかる態様（実施の態様４）でも実施することがで
きる。また、請求項５記載の製造方法において、好まし
くは、前記基板が快削性の金属からなる。本発明は、か
かる態様（実施の態様５）でも実施することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は本発明の一実施例の製造方法を示し、図２
は、製造された、レリーフパターンを有する光学素子の
一例を示すものである。本実施例では、レリーフパター
ンを有する光学素子、とりわけ同心円リングレリーフパ
ターンを有する回折型レンズを製造する場合を例とし
て、この場合の方法を主に説明する。

【００１９】図１中、４は所定の曲率半径の曲面を有す
る受け部材を示し、また、６は切削時の移動軌跡が直線
要素から成るバイトを示す。受け部材４は、ここでは、
回折型レンズを製造するための基体となる基板３を、そ
の有する曲面に沿って保持する手段（基台）として用い
るもので、所定の曲率半径Ｒ′の球面曲面５を有するも
のとしてある。

【００２０】上記基板３は、ここでは、プラスティック
等の弾性を有する基板であり、力を加えない状態におい
て平行平面板状の形態を有する。基板３について示す図
示の形態は、上記受け部材４の球面曲面５に沿って保持
された場合の状態のものとして示してある。なお、基板
３は、透過型回折レンズとして製造する場合は、使用波
長域において、例えば可視域において透明であるが、反
射型回折レンズとして製造する場合は不透明でもよい。

【００２１】受け部材４は、その球面曲面５において、
例えば真空チェック用の穴もしくは溝（不図示）が配設
されており、これにより基板３を図示状態に吸着、保持
できる。また、受け部材４は、その後面側（図中、右端
面側）が、図示しない例えば数値制御型精密旋盤のワー
ク回転機構に固着される。前記バイト６は、上記のよう
に受け部材４に保持された基板３の湾曲した凹面側に対
して作用させる。この場合において、バイト６の移動
は、直線的なものである。

【００２２】本実施例において、回折型レンズの製造
は、次のようにして行う。まず、基板３は、これを受け
部材４の曲面５に沿うように押しつけられる。そのよう
に押しつけられると、真空チャックにより基板３は受け
部材４の曲面５に沿って強く保持される。こうして、こ
の工程では、図１に示されるように、基板３を受け部材
４の曲面５に合わせて、湾曲させることができる。

【００２３】次の工程では、斯く湾曲した基板３の面に
対する切削を行う。ここでは、上記の状態で、基板３を
回転させ、バイト６の先端を製造すべき回折型レンズの
設計データに基づく所定の軌跡７に沿って移動させるこ
とにより、基板３を切削加工する。このとき、軌跡７は
全て直線要素から成り、曲線的移動が必要な箇所はな
い。従って、必要な加工データは極めて簡素化される。
また、切削により作られる各リングの深さｄは、製造す
べき回折型レンズが透過型の場合、その設計の中心波
長、または対象波長をλ₀、波長λ₀における基板３の
材料の屈折率をｎ₀、用いる回折次数をｍ（ｍ＝１，
２，３，・・・）として表せば、ｍλ₀／（ｎ₀−１）
とするのが回折効率の点で好ましい。また、反射型の場
合は、ｍλ₀／２とするのが好ましい。

【００２４】以上のようにして切削加工を行うことによ
り、図示のような切削加工形状が基板３の凹面側に形成
されることとなり、このような切削加工を行った後、図
１の状態から、その加工後の基板３を受け部材４より取
り外すと、図２に示すように、各リング断面形状の斜辺
部３ａが直線ではなく、ほぼ円弧に近い曲線となる。こ
のとき円弧の曲率半径をＲとすると、切削加工する際、
湾曲した基板３に対して直線的な加工を行うから（図
１）、元に戻したとき、即ち、受け部材４から基板３を
取り外したとき、曲率半径Ｒは、加工時の基板３の被加
工面側の曲率半径Ｒ″にほぼ等しくなる。また、Ｒ″
は、基板３の厚さをｔとすると、Ｒ′−ｔとしてよい。
従って、Ｒ≒Ｒ′−ｔとなる。

【００２５】こうして図１の如くに基板３を湾曲させ、
その基板３の湾曲した面に、直線的な断面形状を持つレ
リーフパターンを形成するものであり、所定の曲率半径
に湾曲させた状態で基板３を直線的に切削加工するか
ら、湾曲状態を解放すると、即ち元に戻すと、直線的に
切削された鋸歯状形状の斜辺部は、ほぼ湾曲時の曲率半
径を持った曲線となり、理想的な断面形状を持ったレリ
ーフパターンが得られる。しかも、バイト６の移動が直
線的であるから、加工データが単純でよく、バイト切削
も高速で行える。更に、それにも拘わらず、得られるレ
リーフパターンの断面形状は理想的なものである。本方
法に従えば、高い回折効率のレリーフ型回折光学素子も
効率よく短時間で製造できる。

【００２６】ここで、受け部材４の球面曲面５の曲率
Ｒ′の設定方法について、例をもって説明しておくと、
これは次のようである。製造すべき回折型レンズが透過
型の場合、波長λ₀に対する焦点距離をｆ₀としたと
き、

【数１】１／ｆ₀＝（ｎ₀−１）／Ｒ・・・１とすると、ほぼ最良の回折効率（この場合、集光効率と
考えてもよい）が得られる。上記１式、及び前述したＲ
≒Ｒ′−ｔより、

【数２】Ｒ′≒ｆ₀（ｎ₀−１）＋ｔ・・・２となる。また、反射型の場合、

【数３】Ｒ′≒２ｆ₀＋ｔ・・・３とすればよい。これらは回折作用による焦点距離と、各
リングについての屈折作用、または反射作用による焦点
距離が一致することを意味する。

【００２７】また、以上の説明では、製造すべき回折型
レンズを、球面レンズとしたが、非球面レンズの場合に
おいても、Ｒ″として非球面のベースとなる曲率半径を
用いればそのまま同様の方法を用いることができる。こ
れは、回折型レンズのブレーズ状断面形状の斜辺部を直
線近似した際、回折効率の低下に影響するのが、光軸に
極近い僅かのリングだけであることと、非球面といえど
も、光軸近傍ではベースとなっている球面と大差がない
ことによる。従って、非球面に対しても本方法は、本発
明を用いず、ブレーズ状断面形状の斜辺部を直線近似し
た場合（即ち、本発明非採用の図６の方法の場合）のも
のに対し、回折効率は大きく改善される。更に、より厳
密を期すなら、受け部材４の曲面５を所定の非球面形状
とすればよい。

【００２８】更にまた、本実施例方法は、次のようにし
て実施してもよい。前記２，３式から分かるように、上
述の本発明に従う方法に基づいて焦点距離の短かい回折
光学素子を製造しようとすると、製造時の湾曲の曲率半
径Ｒ′は、これをそれだけ小さくする必要がある。しか
して、基板３が弾性体といえども、弾性変形させられる
限界があるので、基板３の厚さｔを極めて薄くする必要
が生ずる。このとき、場合によっては、その厚さのまま
光学素子として用いるには剛性不足となる可能性があ
る。

【００２９】そこで、例えば、図３（ａ），（ｂ）にそ
れぞれの例を示すように、充分な剛性を有する補強光学
部材８，８′を基板３に貼り付けてもよい。図３（ａ）
の場合は、補強光学部材８として平行平面板を、また図
３（ｂ）は、同じく平凸レンズを用いた場合である。特
に、同（ｂ）の補強光学部材８′による場合は、屈折＋
回折の色消しダブレットとすることができる。本実施例
は、こうして切削後の基板３が少なくとも光学素子の一
部として用いられる態様のものとなるようにして実施し
てもよい。

【００３０】次に、本発明の他の実施例（第２実施例）
について説明する。本実施例は、前述したようなそれぞ
れの工程に加え、そのレリーフパターン形成工程に続
き、更に、斯く得られる基板３を母型として金型を製造
する工程及び、それに続く当該金型を用いて複製をとる
工程を有するものにしようというものである。即ち、前
記実施例（第１実施例）では、切削加工を施した基板３
をそのまま、少なくとも光学素子の一部として用いる例
として説明したが、それに限らず、切削加工を施した基
板３を母型として、例えば電鋳反転法により金型を作
り、この金型を用いて、射出成型法、フォトポリマライ
ゼーション（２Ｐ）法により、大量の複製を作ることも
可能である。

【００３１】図１のような受け部材４とバイト６とを用
いる場合なら、本実施例方法は、具体的には、受け部材
４の曲面５に沿って基板３を保持し、前述した手法でバ
イト６により基板３を切削してレリーフパターンを形成
し、更に、その切削後の基板３を母型として金型を製造
し、かつ、その金型を用いて複製を取る方法として実施
できる。なお、この場合において、金型を電鋳反転法に
より得る場合は、電鋳反転法による金型の製造以降の工
程は周知の技術であるから、ここではその詳しい説明は
省略する。

【００３２】本実施例によると、前記第１実施例で述べ
たと同様の作用により、理想的な断面形状を持ったレリ
ーフパターンの反転形状が金型として得られ、第１実施
例の場合と同様の作用効果が得られるのに加え、大量複
製が行える型が得られるものとなる。なお、本実施例
（第２実施例）においても、第１実施例の場合と同様の
変形例をもって実施することができる。

【００３３】次に、本発明に更に他の実施例（第３実施
例）について説明する。本実施例は、更に、下記のよう
な点から改良を加えようとするものである。前記第１実
施例では、基板３の材料としてプラスティックを例に挙
げたが、プラスティックを光学材料として見た場合、そ
れは、吸湿性が高い、複屈性が大きい、温度変化に対す
る屈折率変化が大きい等の面がある材料であるといえ
る。

【００３４】そこで、本実施例においては、前記第１実
施例等による利点を活かしつつ、基材材料にガラスを用
いることができる製造方法を実現せんとする。図４は、
本実施例による場合の、ガラスを材料とする回折光学素
子の製造方法を示すものである。

【００３５】同図に基づいて本実施例の要部を説明す
る。本実施例では、極めて厚さの薄い例えば０．５〜
０．１ｍｍのガラス板９上に、例えば樹脂よりなる加工
層１０を形成する。ガラス板９は、厚さが極めて薄いた
め、一定範囲で弾性変形が可能となり、図４に示すよう
に受け部材４の曲面５に沿わせることができる。ただ
し、この場合、曲面５の曲率半径Ｒ′は、前記第１実施
例との対比でいえば、第１実施例の場合に比べて大きく
なる。本実施例では、上記の如きガラス板９表面に加工
層１０を形成したガラス基板を用いるものであり、他の
バイト６等の構成部分に関しては基本的に前記第１実施
例の場合と同様であってよい。

【００３６】本実施例において、回折光学素子の製造
は、次のようにして行える。まず、製造に当たり、第１
実施例で述べたのと同様の手法で、図４の如く、受け部
材４の曲面５に沿わせるよう、上記ガラス板９及び加工
層１０からなる基板に対する保持を行う。これにより、
かかるガラス基板は、加工層１０側が凹面側となるよう
所定の曲率をもって湾曲されて保持される。次に、第１
実施例におけると同様の様態で、移動軌跡７に直線的な
要素を含むバイト６により切削加工を行うが、ただし、
この場合、加工層１０を切削加工する。これにより、前
記第１実施例に準じ、加工層１０の湾曲した面に、直線
的な断面形状を持つレリーフパターンが形成される。

【００３７】次に、斯く切削加工後、これを受け部材４
より外し、前記図３において例示したのと同様の様態で
ガラス材料より成る補強部材を貼り付ける。次に、これ
に例えば反応性イオンエッチング等の異方性エッチング
を施し、加工層１０に形成されたレリーフパターンを深
さ方向に相似的にガラス基板９に転写する。なお、補強
部材を貼り付けるのは、エッチングを施した後とするこ
ともできる。

【００３８】以上説明した方法により、所望の断面形状
を有し、ガラス材料より成る回折光学素子を得ることが
できる。第１実施例と同様の作用により、深さ方向に相
似的に理想的な断面形状を持ったレリーフパターンが加
工層１０に得られ、これが異方性エッチングによりガラ
ス基板に転写されるから、最終的にガラス材料におい
て、理想的な断面形状を持ったレリーフパターンが得ら
れる。従って、光学性能の良好なガラス基板に所望のレ
リーフパターンが得られる。本実施例に従えば、前記第
１実施例の場合と同様の作用効果が得られ、高い回折効
率の、レリーフ型回折光学素子を効率よく短時間で製造
可能であるとともに、これを達成しつつ、基材材料にガ
ラスを用いることができる方法を実現することが可能と
なる。

【００３９】更に、第２実施例で説明したのと同様、本
方法で得られる回折光学素子を母型とし電鋳反転法によ
り金型を製造し、この金型を用いて大量の複製を製造す
ることも可能である。本実施例は、このようにして実施
してもよく、理想的な断面形状を持ったレリーフパター
ンの反転形状が金型として得られる。第２実施例の場合
と同様、第１実施例と同様の作用効果に加え、この場合
も、大量複製が行える型が得られる。

【００４０】また、このほかに、本実施例（第３実施
例）においても、前述の第１実施例等の場合と同様の変
形例をもって実施することができる。

【００４１】次に、本発明に更に他の実施例（第４実施
例）について説明する。本実施例は、下記のような点か
ら更に改良を加えるものである。第２，第３実施例で
は、それぞれで述べた製造法を用いて回折光学素子の母
型を製造し、これから金型を作る方法についても説明し
た。これらのものは、前述のとうりの作用効果を奏し
得、有利に用いられるものであるところ、その方法の場
合は、電鋳反転工程が入るため、この面から見ると、金
型を作る方法としてやや複雑であり、従って改善できる
余地がある。

【００４２】そこで、本実施例では、この面から改善を
進めようとするものである。本実施例でも、例えば所定
の曲率半径の曲面を有する受け部材を用い、また、切削
時の移動軌跡が直線要素から成るバイトを用いることが
できるが、その受け部材に保持されてバイトにより切削
加工される基板としては、金属基板、好ましくは、快削
性の金属からなるものを使用することができる。本実施
例方法において使用する受け部材やバイト等、他の構成
部分については、基本的に、いままで述べてきた場合の
ものと同様であってよい。以下、本実施例の要部を説明
する。

【００４３】本実施例では、第１実施例における図１に
示したのと同様の様態で、基板に対する切削加工をする
が、ただし、この場合、基板（３）はプラスティックで
はなく、例えばアルミニウム（Ａｌ）、無酸素銅（Ｃ
ｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の切削性の良い金属材料より
成る薄い板材として、その金属基板を切削加工する。切
削加工に際し、受け部材４によりその金属基板を所定の
曲率をもって湾曲させ、そして、バイト６で該基板の湾
曲した面に直線的な断面形状を持つレリーフパターンを
形成するということは、前記第２実施例等と基本的に同
じである。

【００４４】こうして、金属基板を切削加工する。この
後、それを受け部材４より取り外すと、前記図２に示し
たのと同様の形状を呈する基板が得られる。しかして、
斯く得られる基板は、これを、金型として用いて複製を
とるのに供するものである。即ち、ここでは、この基板
に補強部材を付設し、金型として用いることで大量の複
製を製造することができる。

【００４５】本実施例の場合、こうして、複製工程で
は、切削後の当該金属基板を少なくとも金型の一部とし
て用いて複製を取るものであり、基本的には、第１実施
例、第２実施例等と同様の作用により、理想的な断面形
状を持ったレリーフパターンの反転形状が金属を材料と
する基板において得られ、そのまま金型に用いられる。
従って、基板を母型として金型を製造する工程を含む第
２実施例や前記第３実施例の変形例との対比でいえば、
金属基板に所望のレリーフパターンが得られるので、母
型を作ることなく、大量複製用の金型に用いることがで
きるものとなる。

【００４６】なお、上記例の場合において、金属基板は
金型として用いることで大量の複製を製造することがで
きるが、ただし、この複製として得られる回折光学素子
のレリーフパターンの形状は金型のレリーフ形状を反転
したものとなる。従って、金型のレリーフ形状が図２に
示すような凸型であれば、得られる複製回折光学素子は
凹型となる。

【００４７】従ってまた、凸型の回折光学素子を得るた
めには、切削段階における基板の湾曲方向を逆に、即ち
図１の場合とは逆に凸の湾曲とすればよい。この場合
は、受け部材４はそのような形状の受け部材を使用し、
また、対応する必要な移動軌跡を実現するように切削加
工用バイトを作動させればよい。かかる態様の場合であ
っても、そのバイトの移動は直線的でよく、加工データ
も単純で、バイト切削も高速で行えるなど、同様の作用
効果は得られるものであり、本実施例は、そのようにし
て実施してもよい。

【００４８】また、このほかに、本実施例（第４実施
例）においても、前述の第１実施例等の場合と同様の変
形例をもって実施することができる。

【００４９】なお、本発明は、以上の実施例、変形例等
に限定されるものではない。例えば、実施例では、回折
型レンズ等の回折光学素子を製造することを目的として
説明したが、本発明は、回折光学素子に限らず、いわゆ
るフルネルレンズの製造に適用できるのは明らかであろ
う。また、その他のレリーフパターンを要する光学素子
の製造方法に適用できる。

【００５０】また、以上の実施例等に記載された内容
は、以下の発明として捉えることもできる。〔１〕所定の曲率半径の曲面を有する受け部材の該曲面
に沿って基板を保持する工程、切削時の移動軌跡が直線
要素から成るバイトにより該基板を切削してレリーフパ
ターンを形成する工程、を含み、上記切削後の基板が少
なくとも光学素子の一部として用いられることを特徴と
する光学素子の製造方法。

【００５１】〔２〕所定の曲率半径の曲面を有する受け
部材の該曲面に沿って基板を保持する工程、切削時の移
動軌跡が直線要素から成るバイトにより該基板を切削し
てレリーフパターンを形成する工程、上記切削後の基板
を母型として金型を製造する工程、上記金型を用いて複
製を取る工程、を含むことを特徴とする光学素子の製造
方法。

【００５２】〔３〕所定の曲率半径の曲面を有する受け
部材の該曲面に沿って、加工層を一面上に形成した薄い
ガラス基板を保持する工程、切削時の移動軌跡が直線要
素から成るバイトにより該加工層を切削してレリーフパ
ターンを形成する工程、上記加工層に形成されたレリー
フパターンを、異方性エッチングにより、深さ方向に相
似的にガラス基板に転写する工程、を含み、上記（転写
工程を経た）ガラス基板が少なくとも光学素子の一部と
して用いられることを特徴とする光学素子の製造方法。

【００５３】〔４〕所定の曲率半径の曲面を有する受け
部材の該曲面に沿って、加工層を一面上に形成した薄い
ガラス基板を保持する工程、切削時の移動軌跡が直線要
素から成るバイトにより該加工層を切削してレリーフパ
ターンを形成する工程、上記加工層に形成されたレリー
フパターンを、異方性エッチングにより、深さ方向に相
似的にガラス基板に転写する工程、上記（転写工程を経
た）基板を母型として金型を製造する工程、上記金型を
用いて複製を取る工程、を含むことを特徴とする光学素
子の製造方法。

【００５４】〔５〕所定の曲率半径の曲面を有する受け
部材の該曲面に沿って、快削性金属より成る基板を保持
する工程、切削時の移動軌跡が直線要素から成るバイト
により、該基板を切削してレリーフパターンを形成する
工程、上記（切削後の）基板を少なくとも金型の一部と
して用いて複製を取る工程、を含むことを特徴とする光
学素子の製造方法。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、改良された光学素子の
製造方法が実現できる。請求項１記載の光学素子の製造
方法によれば、所定の曲率に湾曲させた状態で基板を直
線的に切削加工することができ、湾曲状態を解放すれ
ば、その直線的に切削された鋸歯状形状の斜辺部がほぼ
湾曲時の曲率半径をもった曲線となり、理想的な断面形
状をもったレリーフパターンが得られる。レリーフパタ
ーンの形成に切削加工バイトを用いる場合も、そのバイ
トの移動が直線的であることから、従来に比し加工デー
タもその分単純なものでよく、かつバイト切削も高速で
行える。更に、それにもかかわらず、得られるレリーフ
パターンの断面形状は理想的なものであり、容易に、高
い回折効率のレリーフ型回折光学素子等を効率よく短時
間で製造することが可能となる。

【００５６】また、請求項２記載の製造方法では、上記
請求項１の場合の効果に加え、理想的な断面形状をもっ
たレリーフパターンの反転形状が金型として得られ、従
って、この場合は、大量複製が行える型が得られる等の
効果がある。

【００５７】また、請求項３記載の製造方法によれば、
これも、上記請求項１の場合と同様の効果を得られるの
に加え、最終的にガラス材料において、理想的な断面形
状をもったレリーフパターンが得られる。従って、この
場合は、光学性能の良好なガラス基板に所望のレリーフ
パターンが得られ、請求項１記載の製造方法による上述
の有利な点を活かしつつ、基材材料にガラスを用いるこ
とができる、効果的な製造方法を容易に実現することが
可能となる。

【００５８】また、請求項４記載の製造方法では、理想
的な断面形状をもったレリーフパターンの反転形状が金
型として得られ、上記請求項３の場合と同様の効果に加
えて更に、この場合は、上記請求項２の場合と同様、大
量複製が行える型が得られる。

【００５９】また、請求項５記載の製造方法によれば、
上記請求項１の場合と同様の効果を得られるのに加え、
理想的な断面形状を持ったレリーフパターンの反転形状
が金属を材料とする基板において得られ、そのまま金型
に用い得ることが可能となり、金属基板に所望のレリー
フパターンが得られるので、母型を作ることなく、大量
複製用の金型に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】同例方法の説明に供する図であって、製造され
た光学素子の一例を示す図である。

【図３】変形例の説明に供する図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す図である。

【図５】回折レンズの一例を示す図である。

【図６】その斜辺部を従来法で近似した場合の様子を示
すものである。

【図７】従来の製造方法の手順を示す図である。

【符号の説明】

３基板４受け部材５球面曲面６バイト７軌跡８，８′ 補強光学部材９ガラス板１０加工層２０回折型レンズ２１曲線２２近似形状

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を所定の曲率をもって湾曲させる工
程と、前記基板の湾曲した面に、断面形状が直線要素から成る
レリーフパターンを形成する工程とを備えることを特徴
とする光学素子の製造方法。
【請求項２】基板を所定の曲率をもって湾曲させる工
程と、前記基板の湾曲した面に、断面形状が直線要素から成る
レリーフパターンを形成する工程と、該工程により得られる基板を母型として金型を製造する
工程と、該金型を用いて複製をとる工程とを備えることを特徴と
する光学素子の製造方法。
【請求項３】表面に加工層を形成したガラス基板を所
定の曲率をもって湾曲させる工程と、前記基板の加工層の湾曲した面に、断面形状が直線要素
から成るレリーフパターンを形成する工程と、前記加工層に形成されたレリーフパターンを、異方性エ
ッチングにより深さ方向に相似的にガラス基板に転写す
る工程とを備えることを特徴とする光学素子の製造方
法。
【請求項４】表面に加工層を形成したガラス基板を所
定の曲率をもって湾曲させる工程と、前記基板の加工層の湾曲した面に、断面形状が直線要素
から成るレリーフパターンを形成する工程と、前記加工層に形成されたレリーフパターンを、異方性エ
ッチングにより深さ方向に相似的にガラス基板に転写す
る工程と、該工程により得られたガラス基板を母型として金型を製
造する工程と、該金型を用いて複製をとる工程と、を含むことを特徴と
する光学素子の製造方法。
【請求項５】金属基板を所定の曲率をもって湾曲させ
る工程と、前記基板の湾曲した面に、断面形状が直線要素から成る
レリーフパターンを形成する工程と、該工程により得られる基板を金型として用いて複製をと
る工程と、を含むことを特徴とする光学素子の製造方
法。