JPH10293205A - 回折光学素子及び金型の製造方法 - Google Patents
回折光学素子及び金型の製造方法Info
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- JPH10293205A JPH10293205A JP9101704A JP10170497A JPH10293205A JP H10293205 A JPH10293205 A JP H10293205A JP 9101704 A JP9101704 A JP 9101704A JP 10170497 A JP10170497 A JP 10170497A JP H10293205 A JPH10293205 A JP H10293205A
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- diffractive optical
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- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
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- B29D11/0074—Production of other optical elements not provided for in B29D11/00009- B29D11/0073
- B29D11/00769—Producing diffraction gratings
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
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- B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
- B29D11/00432—Auxiliary operations, e.g. machines for filling the moulds
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1847—Manufacturing methods
- G02B5/1852—Manufacturing methods using mechanical means, e.g. ruling with diamond tool, moulding
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
Abstract
(57)【要約】
【課題】 微細な曲面レリーフ形状を有する光学素子用
金型において、各レリーフの表面粗さが良好であり、散
乱による光学性能の劣化が少ないレンズを成形できる回
折光学素子用金型を提供する。 【解決手段】 回折面形態の加工方法において、レリー
フ形状を短い直線をつないで疑似曲面に加工する際、直
線部分を１軸で加工することにより、スカルプチャーハ
イトを形成せず、面加工できることを特徴とする。ま
た、バイト２の角度調整機能を持つことにより、任意の
表面レリーフ形状に対応することができる。さらに、切
り込み時において、軸の動く方向が１方向に限定する。
これにより少なくとも１つのレリーフ形状の表面形状が
光軸に対し、複数の傾きを持つ直線により構成した回折
面形態が高性能に実現され、且つ、金型作成が容易で、
量産性の優れたものとなる。
金型において、各レリーフの表面粗さが良好であり、散
乱による光学性能の劣化が少ないレンズを成形できる回
折光学素子用金型を提供する。 【解決手段】 回折面形態の加工方法において、レリー
フ形状を短い直線をつないで疑似曲面に加工する際、直
線部分を１軸で加工することにより、スカルプチャーハ
イトを形成せず、面加工できることを特徴とする。ま
た、バイト２の角度調整機能を持つことにより、任意の
表面レリーフ形状に対応することができる。さらに、切
り込み時において、軸の動く方向が１方向に限定する。
これにより少なくとも１つのレリーフ形状の表面形状が
光軸に対し、複数の傾きを持つ直線により構成した回折
面形態が高性能に実現され、且つ、金型作成が容易で、
量産性の優れたものとなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金型の製造方法、
特に、表面にブレーズ形状の回折格子のようなレリーフ
パターンを有する回折型レンズ等の回折光学素子及びそ
の成形用に好適に使用される金型の製造方法に関するも
のである。
特に、表面にブレーズ形状の回折格子のようなレリーフ
パターンを有する回折型レンズ等の回折光学素子及びそ
の成形用に好適に使用される金型の製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】例えば単レンズカメラの撮影レンズとし
て、色収差を補償するために回折構造を使用したレンズ
が知られている。周知のように回折型レンズは、レンズ
本体の対向面の少なくとも一方が、パワーを有する屈折
領域を形成するために湾曲されているとともに、この屈
折領域により導かれた色収差を減少させるパワーを有す
る回折領域を設けてなるものである。
て、色収差を補償するために回折構造を使用したレンズ
が知られている。周知のように回折型レンズは、レンズ
本体の対向面の少なくとも一方が、パワーを有する屈折
領域を形成するために湾曲されているとともに、この屈
折領域により導かれた色収差を減少させるパワーを有す
る回折領域を設けてなるものである。
【０００３】通常、上記回折型レンズに代表される回折
面形態を有する光学素子は、樹脂成形金型を用いて作製
されるが、このような回折光学素子成形用金型の製造方
法として、近年、ダイヤモンドバイトを使用した旋削、
いわゆるダイヤモンドターニングを用いたものが、種々
提案されている。これらの従来技術は、いずれもＺ軸方
向及びＸ軸方向での直線補間によるダイヤモンドターニ
ング加工によるものであり、その一例として、特表平８
−５０７９７７号公報には、切削速度や切削回転数など
を明記した回折光学面形態の製造方法が開示されてい
る。これは、切削条件により回折透過面を鏡面程度にす
る加工条件についての開示ではない。
面形態を有する光学素子は、樹脂成形金型を用いて作製
されるが、このような回折光学素子成形用金型の製造方
法として、近年、ダイヤモンドバイトを使用した旋削、
いわゆるダイヤモンドターニングを用いたものが、種々
提案されている。これらの従来技術は、いずれもＺ軸方
向及びＸ軸方向での直線補間によるダイヤモンドターニ
ング加工によるものであり、その一例として、特表平８
−５０７９７７号公報には、切削速度や切削回転数など
を明記した回折光学面形態の製造方法が開示されてい
る。これは、切削条件により回折透過面を鏡面程度にす
る加工条件についての開示ではない。
【０００４】ところで、通常の球面または非球面の曲面
レリーフ形状を有する光学素子成形用金型の加工におい
ては、隅Ｒと呼ばれる先端Ｒ面が半径１mm程度とされた
高精度ダイヤモンドバイトが用いられ、このダイヤモン
ドバイトの先端Ｒ面がワークに点接触することにより、
その接触点の除去加工を施す方法が採られている。
レリーフ形状を有する光学素子成形用金型の加工におい
ては、隅Ｒと呼ばれる先端Ｒ面が半径１mm程度とされた
高精度ダイヤモンドバイトが用いられ、このダイヤモン
ドバイトの先端Ｒ面がワークに点接触することにより、
その接触点の除去加工を施す方法が採られている。
【０００５】この場合、必要とされる曲面形状は、加工
機のＺ軸及びＸ軸での直線補間により形成するのが一般
的であり、非球面形状等の曲面形状が接触点の軌跡とな
るように、加工機のＸ軸、Ｚ軸を制御することで、所望
の加工形状を得ることができるが、このようなダイヤモ
ンドバイトを金型材料に点接触させることによって作製
された加工表面には、スカルプチャーハイトと呼ばれる
段差を持つ幾何学的形状からなる微細パターンが形成さ
れる。
機のＺ軸及びＸ軸での直線補間により形成するのが一般
的であり、非球面形状等の曲面形状が接触点の軌跡とな
るように、加工機のＸ軸、Ｚ軸を制御することで、所望
の加工形状を得ることができるが、このようなダイヤモ
ンドバイトを金型材料に点接触させることによって作製
された加工表面には、スカルプチャーハイトと呼ばれる
段差を持つ幾何学的形状からなる微細パターンが形成さ
れる。
【０００６】このスカルプチャーハイトは、バイトの先
端Ｒ面の形状と、ワークの１回あたりの送り量とにより
決定される。すなわち、バイトの先端Ｒ面の半径が大き
いほど、また、１回あたりのワーク送り量が少ないほ
ど、スカルプチャーハイトは小さくなる。例えば先端Ｒ
面の半径が１mmのダイヤモンドバイトを使用し、通常の
加工条件で加工した場合、スカルプチャーハイトは光学
的な鏡面といわれる表面粗さ0.02〜0.03ミクロン程度よ
り十分小さくすることができる。
端Ｒ面の形状と、ワークの１回あたりの送り量とにより
決定される。すなわち、バイトの先端Ｒ面の半径が大き
いほど、また、１回あたりのワーク送り量が少ないほ
ど、スカルプチャーハイトは小さくなる。例えば先端Ｒ
面の半径が１mmのダイヤモンドバイトを使用し、通常の
加工条件で加工した場合、スカルプチャーハイトは光学
的な鏡面といわれる表面粗さ0.02〜0.03ミクロン程度よ
り十分小さくすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５に示
すように、ワーク１に１ミクロン程度の段差が連続した
微細な曲面レリーフ形状を呈する精密な回折光学素子を
製造するための金型を加工する場合においては、半径が
数ミクロン以下の非常に小さな先端Ｒ面を有する高精度
ダイヤモンドバイト２ａを必要とする。図５中、矢印ｐ
はバイト２ａの送り方向を示す。
すように、ワーク１に１ミクロン程度の段差が連続した
微細な曲面レリーフ形状を呈する精密な回折光学素子を
製造するための金型を加工する場合においては、半径が
数ミクロン以下の非常に小さな先端Ｒ面を有する高精度
ダイヤモンドバイト２ａを必要とする。図５中、矢印ｐ
はバイト２ａの送り方向を示す。
【０００８】ところが、従来方法によって上記のような
先端の鋭利なダイヤモンドバイトで金型を加工した場合
には、ワーク面上に高いスカルプチャーハイトが形成さ
れてしまう。このようなスカルプチャーハイトｈが存在
する金型によって成形された回折型レンズの場合、面粗
度が低下して光の散乱が生じ、光学性能が低下するとい
う問題点がある。
先端の鋭利なダイヤモンドバイトで金型を加工した場合
には、ワーク面上に高いスカルプチャーハイトが形成さ
れてしまう。このようなスカルプチャーハイトｈが存在
する金型によって成形された回折型レンズの場合、面粗
度が低下して光の散乱が生じ、光学性能が低下するとい
う問題点がある。
【０００９】また、図５に示した方法を採用して、しか
もスカルプチャーハイトを十分小さな量にするために
は、ダイヤモンドバイト２ａの１回転あたりの送り量を
十分小さくする必要がある。ところが１回転あたりの送
り量を小さくし過ぎると、加工時間が増加するうえ、高
精度な加工が困難となる。このため実用的な加工条件で
は、ある程度の送り量を設定する必要があり、先端Ｒ面
の半径が数ミクロン以下であるダイヤモンドバイト２ａ
を使用した従来の加工方法では表面粗さは、光学的な鏡
面以下にすることはできない。
もスカルプチャーハイトを十分小さな量にするために
は、ダイヤモンドバイト２ａの１回転あたりの送り量を
十分小さくする必要がある。ところが１回転あたりの送
り量を小さくし過ぎると、加工時間が増加するうえ、高
精度な加工が困難となる。このため実用的な加工条件で
は、ある程度の送り量を設定する必要があり、先端Ｒ面
の半径が数ミクロン以下であるダイヤモンドバイト２ａ
を使用した従来の加工方法では表面粗さは、光学的な鏡
面以下にすることはできない。
【００１０】そこで図６に示すように、先端Ｒ面の半径
がある程度大きく形成されたダイヤモンドバイト２ｂを
使用すれば、ワーク１の被加工面上のスカルプチャーハ
イトｈｂが低減し、上記問題点を解決することが可能と
なるが、逆にこの場合、回折光学素子成形用金型におけ
る回折面の段形状を正確に加工することができないとい
う別の問題点が生じる。
がある程度大きく形成されたダイヤモンドバイト２ｂを
使用すれば、ワーク１の被加工面上のスカルプチャーハ
イトｈｂが低減し、上記問題点を解決することが可能と
なるが、逆にこの場合、回折光学素子成形用金型におけ
る回折面の段形状を正確に加工することができないとい
う別の問題点が生じる。
【００１１】すなわち、図７に拡大して示すように、ダ
イヤモンドバイト先端Ｒ面の半径が大きいと、ワーク面
の段形状が太実線１a'で示すように鋭角にならない。な
お、細実線部分１ａは実現すべき回折面の段形状を示
す。このように先端Ｒ面の半径を大きくしたダイヤモン
ドバイト２ｂを使用する方法では、成形された回折型光
学素子の光の散乱による光学性能の劣化は低減される
が、回折格子のコーナーにダイヤモンドバイト２ｂの先
端Ｒ面形状の残存が避けられない。
イヤモンドバイト先端Ｒ面の半径が大きいと、ワーク面
の段形状が太実線１a'で示すように鋭角にならない。な
お、細実線部分１ａは実現すべき回折面の段形状を示
す。このように先端Ｒ面の半径を大きくしたダイヤモン
ドバイト２ｂを使用する方法では、成形された回折型光
学素子の光の散乱による光学性能の劣化は低減される
が、回折格子のコーナーにダイヤモンドバイト２ｂの先
端Ｒ面形状の残存が避けられない。
【００１２】そして、この形状は実際のレンズに転写さ
れるため、レンズの回折光学面の隅部分に大きなＲ面が
形成されることとなり、その部分に入射する光は回折に
寄与せず０次光となるため、不必要なゴースト像が現
れ、回折効率が低下して光学性能を悪化させるという問
題点がある。
れるため、レンズの回折光学面の隅部分に大きなＲ面が
形成されることとなり、その部分に入射する光は回折に
寄与せず０次光となるため、不必要なゴースト像が現
れ、回折効率が低下して光学性能を悪化させるという問
題点がある。
【００１３】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたもので、回折面の段形状を加工する事が可能なバイ
ト形状と、レンズ作用を持つ回折面固有の回折格子透過
面曲率半径及び格子間隔に着目する事で、ミクロンオー
ダーの微細な回折形状を有し、かつ面精度の良好な金型
の製造方法を提供し、それにより性能の良い回折光学素
子を提供することを目的とするものである。
れたもので、回折面の段形状を加工する事が可能なバイ
ト形状と、レンズ作用を持つ回折面固有の回折格子透過
面曲率半径及び格子間隔に着目する事で、ミクロンオー
ダーの微細な回折形状を有し、かつ面精度の良好な金型
の製造方法を提供し、それにより性能の良い回折光学素
子を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、レンズ作用を有する回折光学素子にお
いて、リング状のレリーフ形状をした複数の回折格子
の、回折光を透過させるために設けられた透過面の断面
形状が、順次連結した略等しい長さの複数の直線で構成
されており、この直線は他の回折格子の透過面断面形状
を構成する直線とは長さが異なる回折光学素子の構成と
する。また、前記透過面断面形状を構成する直線の数
は、位相関数により定まる曲線の曲率半径と、回折格子
間隔及び回折格子高さとで決められる構成とする。
に、本発明では、レンズ作用を有する回折光学素子にお
いて、リング状のレリーフ形状をした複数の回折格子
の、回折光を透過させるために設けられた透過面の断面
形状が、順次連結した略等しい長さの複数の直線で構成
されており、この直線は他の回折格子の透過面断面形状
を構成する直線とは長さが異なる回折光学素子の構成と
する。また、前記透過面断面形状を構成する直線の数
は、位相関数により定まる曲線の曲率半径と、回折格子
間隔及び回折格子高さとで決められる構成とする。
【００１５】具体的には、前記透過面断面形状を構成す
る直線の数は、以下の条件式範囲によって定められる構
成とする。 〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／（ｈ×４／１
００）≦Ｎ≦ 〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／（ｈ×１／１
００） 但し、 Ｎ：透過面断面形状を構成する直線の数 ｄ：回折格子間隔 ｈ：回折格子高さ ｒ：位相関数により定まる曲線の曲率半径 である。
る直線の数は、以下の条件式範囲によって定められる構
成とする。 〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／（ｈ×４／１
００）≦Ｎ≦ 〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／（ｈ×１／１
００） 但し、 Ｎ：透過面断面形状を構成する直線の数 ｄ：回折格子間隔 ｈ：回折格子高さ ｒ：位相関数により定まる曲線の曲率半径 である。
【００１６】さらに、前記透過面断面形状を構成する直
線の数は、前記回折光学素子周辺部付近では１となる構
成とする。或いは、前記透過面断面形状を構成する直線
の数は、以下の条件式範囲においては１となる構成とす
る。 ｄ≦７５μｍ 但し、 ｄ：回折格子間隔 である。
線の数は、前記回折光学素子周辺部付近では１となる構
成とする。或いは、前記透過面断面形状を構成する直線
の数は、以下の条件式範囲においては１となる構成とす
る。 ｄ≦７５μｍ 但し、 ｄ：回折格子間隔 である。
【００１７】また、別の構成として、レンズ作用を有す
る回折光学素子において、リング状のレリーフ形状をし
た複数の回折格子の、回折光を透過させるために設けら
れた透過面の断面形状が、順次連結した同一半径の複数
の円の円周の一部で構成されており、その円の数は、そ
の円の半径と、位相関数により定まる透過面断面形状の
曲率半径と、回折格子間隔及び回折格子高さとで決めら
れる回折光学素子の構成とする。
る回折光学素子において、リング状のレリーフ形状をし
た複数の回折格子の、回折光を透過させるために設けら
れた透過面の断面形状が、順次連結した同一半径の複数
の円の円周の一部で構成されており、その円の数は、そ
の円の半径と、位相関数により定まる透過面断面形状の
曲率半径と、回折格子間隔及び回折格子高さとで決めら
れる回折光学素子の構成とする。
【００１８】具体的には、前記透過面断面形状の加工点
数は、以下の条件式によって定められる構成とする。 Ｎ＝〔√（ｈ2＋ｄ2）／√｛ｓｈ（２Ｒ−ｓｈ）｝〕
（１−Ｒ／ｒ）＋１ 但し、 Ｎ：透過面断面形状の加工点数 ｄ：回折格子間隔 ｈ：回折格子高さ ｒ：透過面断面形状の曲率半径 Ｒ：前記円の半径（加工を行うバイトの先端半径） ｓｈ：スカルプチャーハイト である。
数は、以下の条件式によって定められる構成とする。 Ｎ＝〔√（ｈ2＋ｄ2）／√｛ｓｈ（２Ｒ−ｓｈ）｝〕
（１−Ｒ／ｒ）＋１ 但し、 Ｎ：透過面断面形状の加工点数 ｄ：回折格子間隔 ｈ：回折格子高さ ｒ：透過面断面形状の曲率半径 Ｒ：前記円の半径（加工を行うバイトの先端半径） ｓｈ：スカルプチャーハイト である。
【００１９】さらに、前記透過面断面形状を構成する前
記順次連結した同一半径の複数の円の円周の一部は、前
記回折光学素子周辺付近でその軌跡が略直線となる構成
とする。或いは、前記透過面断面形状を構成する前記順
次連結した同一半径の複数の円の円周の一部は、以下の
条件式範囲においてその軌跡が略直線となる構成とす
る。 ｄ≦４０μｍ 但し、 ｄ：回折格子間隔 である。
記順次連結した同一半径の複数の円の円周の一部は、前
記回折光学素子周辺付近でその軌跡が略直線となる構成
とする。或いは、前記透過面断面形状を構成する前記順
次連結した同一半径の複数の円の円周の一部は、以下の
条件式範囲においてその軌跡が略直線となる構成とす
る。 ｄ≦４０μｍ 但し、 ｄ：回折格子間隔 である。
【００２０】加えて本発明は、表面に微細なレリーフ形
状を有し且つ少なくとも１つのレリーフ形状が複数の傾
きを持つ直線により構成されている樹脂成形品の成形用
金型を、数ミクロンオーダーの先端Ｒ面を有し且つ該先
端Ｒ面に連続する直線面を有するバイトを用いて旋削加
工する金型の製造方法であって、上記目的を達成するた
めに、前記回折型光学素子の光軸に対し複数の傾きを持
つ直線により構成されているレリーフ形状に対応する金
型成形面を、前記バイトの直線面部分により旋削加工
し、これによって得られた直線部分を複数、順次角度を
異ならせて連続させることにより形成するものとしてい
る。
状を有し且つ少なくとも１つのレリーフ形状が複数の傾
きを持つ直線により構成されている樹脂成形品の成形用
金型を、数ミクロンオーダーの先端Ｒ面を有し且つ該先
端Ｒ面に連続する直線面を有するバイトを用いて旋削加
工する金型の製造方法であって、上記目的を達成するた
めに、前記回折型光学素子の光軸に対し複数の傾きを持
つ直線により構成されているレリーフ形状に対応する金
型成形面を、前記バイトの直線面部分により旋削加工
し、これによって得られた直線部分を複数、順次角度を
異ならせて連続させることにより形成するものとしてい
る。
【００２１】上記構成において、樹脂成形品の複数の傾
きを持つ直線により構成されている曲面レリーフ形状に
対応する金型成形面に対してバイトを切り込む際は、該
バイトを加工回転軸方向、つまりＺ軸方向にのみ移動さ
せるものとする。
きを持つ直線により構成されている曲面レリーフ形状に
対応する金型成形面に対してバイトを切り込む際は、該
バイトを加工回転軸方向、つまりＺ軸方向にのみ移動さ
せるものとする。
【００２２】また、回折型光学素子の回折領域を構成す
る回折格子の断面形状は、回折領域は光軸を中心として
中央領域から周辺領域を定義した場合に、光軸の近傍と
なる中央領域に対して周辺領域のパワーを強めなければ
ならない必要性があるため、周辺領域での格子間隔が小
さくなっており、周辺領域では直角三角形に近く、中央
領域では斜辺が円弧面形状のブレーズ形状を呈してい
る。
る回折格子の断面形状は、回折領域は光軸を中心として
中央領域から周辺領域を定義した場合に、光軸の近傍と
なる中央領域に対して周辺領域のパワーを強めなければ
ならない必要性があるため、周辺領域での格子間隔が小
さくなっており、周辺領域では直角三角形に近く、中央
領域では斜辺が円弧面形状のブレーズ形状を呈してい
る。
【００２３】これに対応すべく、本発明では、表面に微
細なレリーフ形状を有する回折型光学素子が、周辺領域
に１つの直線により構成されたレリーフ形状を有するも
のとした場合に、前記周辺領域のレリーフ形状に対応す
る金型成形面の周辺領域を、前記バイトの直線面部分に
より旋削加工された１つの直線により形成している。
細なレリーフ形状を有する回折型光学素子が、周辺領域
に１つの直線により構成されたレリーフ形状を有するも
のとした場合に、前記周辺領域のレリーフ形状に対応す
る金型成形面の周辺領域を、前記バイトの直線面部分に
より旋削加工された１つの直線により形成している。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。レリーフ形状の回折格子を有
する事によりレンズとして作用する回折光学素子の、回
折面の光軸を中心とする断面形状は、以下のように表さ
れる。まず、位相関数Ψ，格子高さｈとすると、 Ψ（Ｘ）＝２π／λΣｃiｈ2i ｈ＝λ／（ｎ−１） 但し、 ｃi：位相係数 ｉ：１，２，… λ：設計波長 Ｘ：光軸中心からの距離 ｎ：屈折率 である。
を参照しながら説明する。レリーフ形状の回折格子を有
する事によりレンズとして作用する回折光学素子の、回
折面の光軸を中心とする断面形状は、以下のように表さ
れる。まず、位相関数Ψ，格子高さｈとすると、 Ψ（Ｘ）＝２π／λΣｃiｈ2i ｈ＝λ／（ｎ−１） 但し、 ｃi：位相係数 ｉ：１，２，… λ：設計波長 Ｘ：光軸中心からの距離 ｎ：屈折率 である。
【００２５】また、中心から数えてＩ番目の格子透過面
形状は、図８のように表され、Ｘについての条件は、 −（Ｉ−１）＜１／λΣｃiＸ2i≦−Ｉ となる。また、透過面形状は、 Ｚ＝ｈ×｛１／λΣｃiＸ2i＋（Ｉ−１）｝ で表され、格子間隔ｄとすると、 ｄ≒−２π／（ｄΨ／ｄＸ） となる。このような断面形状を作成する２つの方法を以
下に説明する。
形状は、図８のように表され、Ｘについての条件は、 −（Ｉ−１）＜１／λΣｃiＸ2i≦−Ｉ となる。また、透過面形状は、 Ｚ＝ｈ×｛１／λΣｃiＸ2i＋（Ｉ−１）｝ で表され、格子間隔ｄとすると、 ｄ≒−２π／（ｄΨ／ｄＸ） となる。このような断面形状を作成する２つの方法を以
下に説明する。
【００２６】《第１の方法》（バイト先端の点接触によ
る加工） この場合、段形状を正確に加工するために、バイト先端
の半径Ｒが十分に小さい事が必要である。また、Ｒが小
さいためスカルプチャーハイトに対する配慮が必要であ
る。加工プロフィールの考え方を以下に述べる。
る加工） この場合、段形状を正確に加工するために、バイト先端
の半径Ｒが十分に小さい事が必要である。また、Ｒが小
さいためスカルプチャーハイトに対する配慮が必要であ
る。加工プロフィールの考え方を以下に述べる。
【００２７】図９に示すように、回折格子透過面断面形
状の曲率半径をｒとすると、スカルプチャーハイトｓｈ
との関係は以下の式で表される。 ｓｈ＝ｒ−（ｒ−Ｒ）ｃｏｓθ−√｛Ｒ−（ｒ−Ｒ）2ｓｉｎ2θ｝ ≒Ｒ−√｛Ｒ2−（Ｒθ）2（１−Ｒ／ｒ）2｝ 従って、所定スカルプチャーハイトに対する加工点間隔
は以下の式で表される。 （Ｒθ）＝√｛ｓｈ（２Ｒ−ｓｈ）｝／（１−Ｒ／ｒ） ここで、所定スカルプチャーハイトは光学的な鏡面とい
われる表面粗さ（０．０２〜０．０３μｍ）程度であ
る。
状の曲率半径をｒとすると、スカルプチャーハイトｓｈ
との関係は以下の式で表される。 ｓｈ＝ｒ−（ｒ−Ｒ）ｃｏｓθ−√｛Ｒ−（ｒ−Ｒ）2ｓｉｎ2θ｝ ≒Ｒ−√｛Ｒ2−（Ｒθ）2（１−Ｒ／ｒ）2｝ 従って、所定スカルプチャーハイトに対する加工点間隔
は以下の式で表される。 （Ｒθ）＝√｛ｓｈ（２Ｒ−ｓｈ）｝／（１−Ｒ／ｒ） ここで、所定スカルプチャーハイトは光学的な鏡面とい
われる表面粗さ（０．０２〜０．０３μｍ）程度であ
る。
【００２８】同図の格子透過面形状７の曲線部分は、加
工点を多数つなげることで表現される。その格子透過面
形状７の曲線部分の加工点数Ｎは以下の式で表される。 Ｎ＝〔√（ｈ2＋ｄ2）／√｛ｓｈ（２Ｒ−ｓｈ）｝〕
（１−Ｒ／ｒ）＋１ ここでは、格子番号ごとに格子間隔及び透過面曲率半径
が異なるため、格子番号ごとに必要な加工点数、Ｘ軸方
向送り量及びＺ軸方向送り量が異なる。以下に具体例を
示す。
工点を多数つなげることで表現される。その格子透過面
形状７の曲線部分の加工点数Ｎは以下の式で表される。 Ｎ＝〔√（ｈ2＋ｄ2）／√｛ｓｈ（２Ｒ−ｓｈ）｝〕
（１−Ｒ／ｒ）＋１ ここでは、格子番号ごとに格子間隔及び透過面曲率半径
が異なるため、格子番号ごとに必要な加工点数、Ｘ軸方
向送り量及びＺ軸方向送り量が異なる。以下に具体例を
示す。
【００２９】設計波長λ＝５４６ｎｍ 位相係数ｃ1＝−４．２７８５Ｅ−３，ｃi＝０（ｉ≧
２） 屈折率ｎ＝１．４９３２９（ＰＭＭＡ，アクリル樹脂） 曲率半径ｒ＝２ｃ1／（ｎ−１）＝５７．６４７５ｍｍ バイト先端半径Ｒ＝０．５μｍ 加工点間隔ｉ＝√｛（２Ｒ−ｓｈ）ｓｈ｝／（１−Ｒ／
ｒ） このとき、スカルプチャーハイトｓｈ＝０．０３μｍと
した場合、ｉ＝０．１７μｍである。格子番号ごとの加
工データを以下に示す。尚、データ中のＸ送り，Ｚ送り
はそれぞれＸ軸方向送り量及びＺ軸方向送り量の略であ
る。
２） 屈折率ｎ＝１．４９３２９（ＰＭＭＡ，アクリル樹脂） 曲率半径ｒ＝２ｃ1／（ｎ−１）＝５７．６４７５ｍｍ バイト先端半径Ｒ＝０．５μｍ 加工点間隔ｉ＝√｛（２Ｒ−ｓｈ）ｓｈ｝／（１−Ｒ／
ｒ） このとき、スカルプチャーハイトｓｈ＝０．０３μｍと
した場合、ｉ＝０．１７μｍである。格子番号ごとの加
工データを以下に示す。尚、データ中のＸ送り，Ｚ送り
はそれぞれＸ軸方向送り量及びＺ軸方向送り量の略であ
る。
【００３０】 〔格子番号〕〔リング半径〕〔格子間隔〕〔加工点数〕〔Ｘ送り〕〔Ｚ送り〕 （ｍｍ） （ｍｍ） （μｍ） （μｍ） １ 0.357532754 0.357256 2096 0.171 -0.00106〜 0 ２ 0.505556237 0.147976 869 0.171 -0.0015〜 -0.00106 ３ 0.019135198 0.113551 667 0.171 -0.00183〜 -0.0015 ４ 0.714885071 0.09573 563 0.171 -0.00212〜 -0.00183 ５ 0.799233496 0.084333 496 0.171 -0.00236〜 -0.00212 ６ 0.875489103 0.076243 448 0.171 -0.00259〜 -0.00236 ７ 0.945614765 0.070115 413 0.171 -0.0028〜 -0.00259 ８ 1.010885003 0.065261 384 0.171 -0.00299〜 -0.0028 ９ 1.072188152 0.061295 361 0.171 -0.00317〜 -0.00299 １０ 1.130172443 0.057977 341 0.171 -0.00334〜 -0.00317 … … … … … … … ９５ 3.482072735 0.018375 109 0.17 -0.01029〜 -0.01023 ９６ 3.500352462 0.018279 109 0.17 -0.01034〜 -0.01029 ９７ 3.518537182 0.018184 108 0.17 -0.01039〜 -0.01034 ９８ 3.536627894 0.01809 108 0.17 -0.01045〜 -0.01039 ９９ 3.554626599 0.017998 107 0.17 -0.0105〜 -0.01045 １００ 3.572535297 0.017908 107 0.17 -0.01055〜 -0.0105
【００３１】以上の条件により、Ｚ軸・Ｘ軸制御のダイ
ヤモンドバイト加工において、回折格子の段形状は正確
であり、透過面は必要な程度滑らか（鏡面）であり、ま
た、加工点数は必要十分であるため、加工時間も短時間
である。また、Ｚ軸方向の送り量に着目すると、格子間
隔が２０μｍ以下ではＺ軸方向送り量変動は１％であ
る。これより加工点の軌跡はほぼ直線となることがわか
る。具体例では格子間隔が４０μｍ以下ではＺ軸方向送
り量変動は±１％以下であり、加工点の軌跡を直線とし
ても製造品の性能に影響はなかった。
ヤモンドバイト加工において、回折格子の段形状は正確
であり、透過面は必要な程度滑らか（鏡面）であり、ま
た、加工点数は必要十分であるため、加工時間も短時間
である。また、Ｚ軸方向の送り量に着目すると、格子間
隔が２０μｍ以下ではＺ軸方向送り量変動は１％であ
る。これより加工点の軌跡はほぼ直線となることがわか
る。具体例では格子間隔が４０μｍ以下ではＺ軸方向送
り量変動は±１％以下であり、加工点の軌跡を直線とし
ても製造品の性能に影響はなかった。
【００３２】《第２の方法》（バイト線接触による加
工） この場合、段形状を正確に加工するために、バイト先端
の半径Ｒが十分に小さいことが必要である。また、バイ
ト刃直線部分で加工するためスカルプチャーハイトの発
生はないが、直線近似の所定条件が必要である。また、
第１の方法に対してＺ軸・Ｘ軸に加えてバイト角度を調
節するためのＣ軸制御が必要である。加工プロフィール
の考え方を以下に述べる。
工） この場合、段形状を正確に加工するために、バイト先端
の半径Ｒが十分に小さいことが必要である。また、バイ
ト刃直線部分で加工するためスカルプチャーハイトの発
生はないが、直線近似の所定条件が必要である。また、
第１の方法に対してＺ軸・Ｘ軸に加えてバイト角度を調
節するためのＣ軸制御が必要である。加工プロフィール
の考え方を以下に述べる。
【００３３】図１０に示すように、回折格子透過面断面
形状の曲率半径をｒとすると、いま、仮に透過面曲線を
１つの直線で近似し、透過面曲線を円弧と考えたときの
直線との距離は以下の式で表される。 ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝ このときの直線近似の所定条件を以下に示す。透過面が
直線の場合、回折効率の低下により、光線の収束性が悪
化する。実験によれば、以下の条件であれば十分な収束
性が得られた。 曲線と直線の距離＝回折格子高さｈの１００分の１〜１
００分の４
形状の曲率半径をｒとすると、いま、仮に透過面曲線を
１つの直線で近似し、透過面曲線を円弧と考えたときの
直線との距離は以下の式で表される。 ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝ このときの直線近似の所定条件を以下に示す。透過面が
直線の場合、回折効率の低下により、光線の収束性が悪
化する。実験によれば、以下の条件であれば十分な収束
性が得られた。 曲線と直線の距離＝回折格子高さｈの１００分の１〜１
００分の４
【００３４】従って、直線近似所定条件となる近似直線
数Ｎは以下の式で表される。 Ｎ＝〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／（ｈ×４
／１００）〜〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／
（ｈ×１／１００） これにより、同図の格子透過面形状７の曲線部分は、加
工線分を多数つなげることで表現されることとなり、格
子間隔がそれぞれ異なるために場所ごとに必要な線分
数、即ち加工線数が異なることとなる。以下に具体例を
示す。
数Ｎは以下の式で表される。 Ｎ＝〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／（ｈ×４
／１００）〜〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／
（ｈ×１／１００） これにより、同図の格子透過面形状７の曲線部分は、加
工線分を多数つなげることで表現されることとなり、格
子間隔がそれぞれ異なるために場所ごとに必要な線分
数、即ち加工線数が異なることとなる。以下に具体例を
示す。
【００３５】設計波長λ＝５４６ｎｍ 位相係数ｃ1＝−４．２７８５Ｅ−３，ｃi＝０（ｉ≧
２） 屈折率ｎ＝１．４９３２９（ＰＭＭＡ，アクリル樹脂） 格子高さｈ＝λ／（ｎ−１）＝１．１０７μｍ 曲率半径ｒ＝２ｃ1／（ｎ−１）＝５７．６４７５ｍｍ 尚、データ中の番号は格子番号、半径はリング半径、距
離は円弧と切削直線の距離、直線数はｈの１／１００の
場合の直線数、Ｘ送り，Ｃ回転はそれぞれＸ軸方向送り
量及びＣ軸方向回転量の略である。
２） 屈折率ｎ＝１．４９３２９（ＰＭＭＡ，アクリル樹脂） 格子高さｈ＝λ／（ｎ−１）＝１．１０７μｍ 曲率半径ｒ＝２ｃ1／（ｎ−１）＝５７．６４７５ｍｍ 尚、データ中の番号は格子番号、半径はリング半径、距
離は円弧と切削直線の距離、直線数はｈの１／１００の
場合の直線数、Ｘ送り，Ｃ回転はそれぞれＸ軸方向送り
量及びＣ軸方向回転量の略である。
【００３６】 〔番号〕〔半径〕〔格子間隔〕〔距離〕〔直線数〕〔Ｘ送り〕〔Ｃ回転〕 （ｍｍ） （ｍｍ）（μｍ） （μｍ）（ｒａｄ） １ 0.357533 0.357256 0.277 26 13.7 -0.006〜0 ２ 0.505556 0.147976 0.047 5 29.6 -0.009〜0.006 ３ 0.619135 0.113551 0.028 3 37.9 -0.011〜0.009 ４ 0.714885 0.09573 0.02 2 47.9 -0.012〜0.011 ５ 0.799233 0.084333 0.015 2 42.2 -0.014〜0.012 ６ 0.875489 0.076243 0.013 2 38.1 -0.015〜0.014 ７ 0.945615 0.070115 0.011 1 0 -0.016〜0.015 ８ 1.010885 0.065261 0.009 1 0 -0.018〜0.016 ９ 1.072188 0.061295 0.008 1 0 -0.019〜0.018 １０ 1.130172 0.057977 0.007 1 0 -0.02〜0.019 … … … … … … … ９５ 3.482073 0.018375 0.001 1 0 -0.06〜-0.06 ９６ 3.500352 0.018279 0.001 1 0 -0.061〜0.06 ９７ 3.518537 0.018184 0.001 1 0 -0.061〜0.061 ９８ 3.536628 0.01809 0.001 1 0 -0.061〜0.061 ９９ 3.554627 0.017998 0.001 1 0 -0.062〜0.061 １００ 3.572535 0.017908 0.001 1 0 -0.062〜0.062
【００３７】以上の条件により、Ｚ軸・Ｘ軸・Ｃ軸制御
の切削加工において、回折格子の段形状は正確であり、
スカルプチャーハイトは存在せず、回折光の収束性も良
好であり、また、加工線数は必要十分であるため、加工
時間も短時間である。また、具体例では、格子間隔７５
μｍ以下では、１つの直線で格子形状透過面断面形状を
構成可能であった。
の切削加工において、回折格子の段形状は正確であり、
スカルプチャーハイトは存在せず、回折光の収束性も良
好であり、また、加工線数は必要十分であるため、加工
時間も短時間である。また、具体例では、格子間隔７５
μｍ以下では、１つの直線で格子形状透過面断面形状を
構成可能であった。
【００３８】上記第１の方法は、従来方法と比較して、
切削条件に違いがある。しかし、製造方法は従来のＸ
軸，Ｚ軸の２軸加工で行う。また、第２の方法は、従来
方法と比較して、切削条件及び製造方法が異なる。以下
に、第２の方法による製造方法を説明する。本発明に係
る金型製造方法は、表面に微細なレリーフ形状を有し且
つ少なくとも１つのレリーフ形状が光軸に対し複数の傾
きを持つ直線により構成されている回折型光学素子の成
形用金型を製造対象としている。
切削条件に違いがある。しかし、製造方法は従来のＸ
軸，Ｚ軸の２軸加工で行う。また、第２の方法は、従来
方法と比較して、切削条件及び製造方法が異なる。以下
に、第２の方法による製造方法を説明する。本発明に係
る金型製造方法は、表面に微細なレリーフ形状を有し且
つ少なくとも１つのレリーフ形状が光軸に対し複数の傾
きを持つ直線により構成されている回折型光学素子の成
形用金型を製造対象としている。
【００３９】図１は本発明の実施形態の構成を、図２は
この金型製造方法に使用される加工機の構成図をそれぞ
れ模式的に示している。これらの図において、１は金型
を構成するワークであって、加工時には加工機の駆動部
（図示せず）により一方向に回転駆動される。このワー
クの構成材料としては、鉄系の母材の表面に無電解Ｎｉ
メッキを施したものなどが使用されている。
この金型製造方法に使用される加工機の構成図をそれぞ
れ模式的に示している。これらの図において、１は金型
を構成するワークであって、加工時には加工機の駆動部
（図示せず）により一方向に回転駆動される。このワー
クの構成材料としては、鉄系の母材の表面に無電解Ｎｉ
メッキを施したものなどが使用されている。
【００４０】また、加工機は、通常のＸ軸、Ｚ軸に加え
てダイヤモンドバイト２の角度を調整するためのＣ軸を
有している。ダイヤモンドバイト２は、数ミクロンオー
ダーの先端Ｒ面３を有し、且つ、該先端Ｒ面３に連続す
る直線面４を有するもので、加工機の駆動部及び制御部
（図示せず）の動作により、ワーク１に旋削加工を施
す。
てダイヤモンドバイト２の角度を調整するためのＣ軸を
有している。ダイヤモンドバイト２は、数ミクロンオー
ダーの先端Ｒ面３を有し、且つ、該先端Ｒ面３に連続す
る直線面４を有するもので、加工機の駆動部及び制御部
（図示せず）の動作により、ワーク１に旋削加工を施
す。
【００４１】従来の製造方法においては、ダイヤモンド
バイトとワークが点接触しているものとしてプログラム
を組んでいるが、本実施形態では、ダイヤモンドバイト
２とワーク１とが面接触しているものとしてプログラム
を組み加工している。具体的には、切り込みをＺ軸方向
に限定して加工する方法である。すなわち、図１におい
て、点線は回折型光学素子の理想回折面形態である曲面
レリーフ形状５を示している。これに対し、実線は、曲
面レリーフ形状５を各輪帯ゾーン毎に複数の適当な直線
群による形状６に置き換えたものを示している。
バイトとワークが点接触しているものとしてプログラム
を組んでいるが、本実施形態では、ダイヤモンドバイト
２とワーク１とが面接触しているものとしてプログラム
を組み加工している。具体的には、切り込みをＺ軸方向
に限定して加工する方法である。すなわち、図１におい
て、点線は回折型光学素子の理想回折面形態である曲面
レリーフ形状５を示している。これに対し、実線は、曲
面レリーフ形状５を各輪帯ゾーン毎に複数の適当な直線
群による形状６に置き換えたものを示している。
【００４２】このように回折型光学素子の光軸（図２に
おけるワーク１の回転軸Ｌに一致する）に対し複数の傾
きを持つ直線群形状６により構成されているレリーフ形
状に対応する金型成形面Ａを、ダイヤモンドバイト２の
直線面４により旋削加工し、これによって得られた直線
部分を複数、順次角度を異ならせて連続させることによ
り形成するものである。
おけるワーク１の回転軸Ｌに一致する）に対し複数の傾
きを持つ直線群形状６により構成されているレリーフ形
状に対応する金型成形面Ａを、ダイヤモンドバイト２の
直線面４により旋削加工し、これによって得られた直線
部分を複数、順次角度を異ならせて連続させることによ
り形成するものである。
【００４３】より具体的には図３に示すように、ワーク
１の面上に形成される回折型光学素子のレリーフ形状
は、ダイヤモンドバイト２の直線面４により旋削除去さ
れる。この金型成形面Ａに対してダイヤモンドバイト２
を切り込みの際の該バイト２の動く方向は、矢印で示す
Ｚ軸方向、つまり加工回転軸方向に限定されている。こ
のため、ダイヤモンドバイト先端Ｒ面３の幾何学的形状
によってもたらされるスカルプチャーハイトによる表面
の粗さが発生しない。
１の面上に形成される回折型光学素子のレリーフ形状
は、ダイヤモンドバイト２の直線面４により旋削除去さ
れる。この金型成形面Ａに対してダイヤモンドバイト２
を切り込みの際の該バイト２の動く方向は、矢印で示す
Ｚ軸方向、つまり加工回転軸方向に限定されている。こ
のため、ダイヤモンドバイト先端Ｒ面３の幾何学的形状
によってもたらされるスカルプチャーハイトによる表面
の粗さが発生しない。
【００４４】この金型成形面Ａを構成する直線群形状６
は、図１から明らかなように、理想の曲面レリーフ形状
４から僅かながら誤差が生じる。しかし、この誤差は、
成形された回折型光学素子の回折効率を低下させる要因
となって素子性能に影響するが、その影響度合いは非常
に小さく、実用的に何ら支障のないものである。
は、図１から明らかなように、理想の曲面レリーフ形状
４から僅かながら誤差が生じる。しかし、この誤差は、
成形された回折型光学素子の回折効率を低下させる要因
となって素子性能に影響するが、その影響度合いは非常
に小さく、実用的に何ら支障のないものである。
【００４５】加工時には、Ｃ軸でダイヤモンドバイト２
を任意角度に調整し、Ｚ軸で任意の切り込み量を切り込
む。そして、Ｚ軸を戻し、ダイヤモンドバイト２をワー
ク１から離す。次に、Ｘ軸を任意位置へ移動し、再度、
Ｃ軸でダイヤモンドバイト２を任意の角度に調整する。
この動きを繰り返すことによりワーク１に対する加工を
行う。つまり、短い直線部をつないで曲面に加工する方
法において、直線部分を１軸で加工することにより、ス
カルプチャーハイトを形成せずに曲面近似形態を加工す
ることができるようにしている。
を任意角度に調整し、Ｚ軸で任意の切り込み量を切り込
む。そして、Ｚ軸を戻し、ダイヤモンドバイト２をワー
ク１から離す。次に、Ｘ軸を任意位置へ移動し、再度、
Ｃ軸でダイヤモンドバイト２を任意の角度に調整する。
この動きを繰り返すことによりワーク１に対する加工を
行う。つまり、短い直線部をつないで曲面に加工する方
法において、直線部分を１軸で加工することにより、ス
カルプチャーハイトを形成せずに曲面近似形態を加工す
ることができるようにしている。
【００４６】図４は回折型光学素子の光軸に対する中央
領域と周辺領域に対応する金型の構成を示している。前
述のように、回折型光学素子の回折領域を構成する回折
格子の断面形状は、光軸近傍の中央領域に対して周辺領
域での格子間隔が小さくなっており、中央領域では斜辺
が円弧面形状を呈しているものの、周辺領域では直角三
角形に近くなっている。すなわち、回折型光学素子の中
央領域では曲面加工部を直線を繋いだ形態で構成してい
るが、周辺領域においては、輪帯レリーフのピッチが数
十ミクロンから数ミクロンの範囲になる場合が多く、こ
の周辺領域の曲面レリーフを直線で近似しても、素子性
能には殆ど影響しない。
領域と周辺領域に対応する金型の構成を示している。前
述のように、回折型光学素子の回折領域を構成する回折
格子の断面形状は、光軸近傍の中央領域に対して周辺領
域での格子間隔が小さくなっており、中央領域では斜辺
が円弧面形状を呈しているものの、周辺領域では直角三
角形に近くなっている。すなわち、回折型光学素子の中
央領域では曲面加工部を直線を繋いだ形態で構成してい
るが、周辺領域においては、輪帯レリーフのピッチが数
十ミクロンから数ミクロンの範囲になる場合が多く、こ
の周辺領域の曲面レリーフを直線で近似しても、素子性
能には殆ど影響しない。
【００４７】したがって、本実施形態では、中央領域に
おいては、複数の直線６により曲面を形成しているが、
周辺付近においては１つの直線６により回折レリーフ形
状を形成している。このように１回の切り込みで加工を
行うことにより、加工プログラムを簡略化することがで
き、加工時間を短縮することができる。
おいては、複数の直線６により曲面を形成しているが、
周辺付近においては１つの直線６により回折レリーフ形
状を形成している。このように１回の切り込みで加工を
行うことにより、加工プログラムを簡略化することがで
き、加工時間を短縮することができる。
【００４８】なお、本実施形態では、レリーフ形状は、
回折型光学素子の回折パターンを構成するものとして、
ワーク１の端面である平面上に設けられたものを示した
が、本発明は、このような平面上のレリーフ形状に限定
されるものではなく、一般の球面、あるいは非球面形状
の上に設けられた形態の加工においても適用することが
できる。
回折型光学素子の回折パターンを構成するものとして、
ワーク１の端面である平面上に設けられたものを示した
が、本発明は、このような平面上のレリーフ形状に限定
されるものではなく、一般の球面、あるいは非球面形状
の上に設けられた形態の加工においても適用することが
できる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
折面の段形状を加工する事が可能なバイト形状と、レン
ズ作用を持つ回折面固有の回折格子透過面曲率半径及び
格子間隔に着目する事で、ミクロンオーダーの微細な回
折形状を有し、かつ面精度の良好な金型の製造方法を提
供し、それにより性能の良い回折光学素子を提供するこ
とができる。
折面の段形状を加工する事が可能なバイト形状と、レン
ズ作用を持つ回折面固有の回折格子透過面曲率半径及び
格子間隔に着目する事で、ミクロンオーダーの微細な回
折形状を有し、かつ面精度の良好な金型の製造方法を提
供し、それにより性能の良い回折光学素子を提供するこ
とができる。
【００５０】金型の製造方法について、請求項１０によ
るときは、微細な曲面レリーフ形状を有する金型を、先
端Ｒ面が数ミクロンオーダーのバイトを用いてレリーフ
形状を加工する際、前記バイトの直線面部分により旋削
加工する方法としているので、ワークはバイトの平面部
分による面接触で加工されることとなり、スカルプチャ
ーハイトの問題が発生しない。また、上記面接触加工に
よって得られた直線部分を複数、順次角度を異ならせて
連続させることにより、曲面形状に近似させた面形状が
形成されるので、所望の形状に近い微細な形状を得るこ
とができる。
るときは、微細な曲面レリーフ形状を有する金型を、先
端Ｒ面が数ミクロンオーダーのバイトを用いてレリーフ
形状を加工する際、前記バイトの直線面部分により旋削
加工する方法としているので、ワークはバイトの平面部
分による面接触で加工されることとなり、スカルプチャ
ーハイトの問題が発生しない。また、上記面接触加工に
よって得られた直線部分を複数、順次角度を異ならせて
連続させることにより、曲面形状に近似させた面形状が
形成されるので、所望の形状に近い微細な形状を得るこ
とができる。
【００５１】請求項１１によるときは、樹脂成形品の複
数の傾きを持つ直線により構成されている曲面レリーフ
形状に対応する金型成形面に対してバイトを切り込む際
に、該バイトの動く方向を、加工回転軸方向に限定して
いるので、バイト先端Ｒ面の幾何学的形状によってもた
らされるスカルプチャーハイトによる表面の粗さが発生
しない。したがって、例えば回折型光学素子に本発明を
適用した場合に、スカルプチャーハイトができず、面粗
度が低下による光の散乱を防ぐことができる。
数の傾きを持つ直線により構成されている曲面レリーフ
形状に対応する金型成形面に対してバイトを切り込む際
に、該バイトの動く方向を、加工回転軸方向に限定して
いるので、バイト先端Ｒ面の幾何学的形状によってもた
らされるスカルプチャーハイトによる表面の粗さが発生
しない。したがって、例えば回折型光学素子に本発明を
適用した場合に、スカルプチャーハイトができず、面粗
度が低下による光の散乱を防ぐことができる。
【００５２】請求項１２によるときは、回折型光学素子
の周辺領域のレリーフ形状に対応する金型成形面の周辺
領域を、バイトの直線面部分により旋削加工された１つ
の直線により形成しているので、１回の切り込みで加工
を行うことができて加工プログラムを簡略化することが
でき、加工時間を短縮することができる。
の周辺領域のレリーフ形状に対応する金型成形面の周辺
領域を、バイトの直線面部分により旋削加工された１つ
の直線により形成しているので、１回の切り込みで加工
を行うことができて加工プログラムを簡略化することが
でき、加工時間を短縮することができる。
【図１】 本発明の実施形態に係る金型製造方法の構成
を模式的に示す図。
を模式的に示す図。
【図２】 加工機の構成を模式的に示す図。
【図３】 ダイヤモンドバイトによる切り込み形態を模
式的に示す図。
式的に示す図。
【図４】 回折型光学素子の光軸に対する中央領域と周
辺領域に対応する金型の構成を模式的に示す図。
辺領域に対応する金型の構成を模式的に示す図。
【図５】 先端Ｒ面の小さなバイトで加工した場合のス
カルプチャーハイトを示す図。
カルプチャーハイトを示す図。
【図６】 先端Ｒ面の大きなバイトで加工した場合のス
カルプチャーハイトを示す図。
カルプチャーハイトを示す図。
【図７】 先端Ｒの大きなバイトで加工した場合の回折
光学素子の要部形状を拡大して示す図。
光学素子の要部形状を拡大して示す図。
【図８】中心から数えてＩ番目の格子透過面形状を表す
模式図。
模式図。
【図９】バイト先端の点接触による加工の原理を示す説
明図。
明図。
【図１０】バイト線接触による加工の原理を示す説明
図。
図。
１ ワーク ２ ダイヤモンドバイト ３ 先端Ｒ面 ４ 直線面 ５ 曲面レリーフ形状 ６ 直線群形状 ７ 格子透過面形状
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向井 弘 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 大森 滋人 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 レンズ作用を有する回折光学素子におい
て、リング状のレリーフ形状をした複数の回折格子の、
回折光を透過させるために設けられた透過面の断面形状
が、順次連結した略等しい長さの複数の直線で構成され
ており、この直線は他の回折格子の透過面断面形状を構
成する直線とは長さが異なる事を特徴とする回折光学素
子。 - 【請求項２】 前記透過面断面形状を構成する直線の数
は、位相関数により定まる曲線の曲率半径と、回折格子
間隔及び回折格子高さとで決められる事を特徴とする請
求項１に記載の回折光学素子。 - 【請求項３】 前記透過面断面形状を構成する直線の数
は、以下の条件式範囲によって定められる事を特徴とす
る請求項２に記載の回折光学素子、 〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／（ｈ×４／１
００）≦Ｎ≦ 〔ｒ−√｛ｒ2−（ｄ2＋ｈ2）／４｝〕／（ｈ×１／１
００） 但し、 Ｎ：透過面断面形状を構成する直線の数 ｄ：回折格子間隔 ｈ：回折格子高さ ｒ：位相関数により定まる曲線の曲率半径 である。 - 【請求項４】 前記透過面断面形状を構成する直線の数
は、前記回折光学素子周辺部付近では１となる事を特徴
とする請求項１に記載の回折光学素子。 - 【請求項５】 前記透過面断面形状を構成する直線の数
は、以下の条件式範囲においては１となる事を特徴とす
る請求項１に記載の回折光学素子、 ｄ≦７５μｍ 但し、 ｄ：回折格子間隔 である。 - 【請求項６】 レンズ作用を有する回折光学素子におい
て、リング状のレリーフ形状をした複数の回折格子の、
回折光を透過させるために設けられた透過面の断面形状
が、順次連結した同一半径の複数の円の円周の一部で構
成されており、その円の数は、その円の半径と、位相関
数により定まる透過面断面形状の曲率半径と、回折格子
間隔及び回折格子高さとで決められる事を特徴とする回
折光学素子。 - 【請求項７】 前記透過面断面形状の加工点数は、以下
の条件式によって定められる事を特徴とする請求項６に
記載の回折光学素子、 Ｎ＝〔√（ｈ2＋ｄ2）／√｛ｓｈ（２Ｒ−ｓｈ）｝〕
（１−Ｒ／ｒ）＋１ 但し、 Ｎ：透過面断面形状の加工点数 ｄ：回折格子間隔 ｈ：回折格子高さ ｒ：透過面断面形状の曲率半径 Ｒ：前記円の半径（加工を行うバイトの先端半径） ｓｈ：スカルプチャーハイト である。 - 【請求項８】 前記透過面断面形状を構成する前記順次
連結した同一半径の複数の円の円周の一部は、前記回折
光学素子周辺付近でその軌跡が略直線となる事を特徴と
する請求項６に記載の回折光学素子。 - 【請求項９】 前記透過面断面形状を構成する前記順次
連結した同一半径の複数の円の円周の一部は、以下の条
件式範囲においてその軌跡が略直線となる事を特徴とす
る請求項６に記載の回折光学素子、 ｄ≦４０μｍ 但し、 ｄ：回折格子間隔 である。 - 【請求項１０】 表面に微細なレリーフ形状を有し且つ
少なくとも１つのレリーフ形状が複数の傾きを持つ直線
により構成されている樹脂成形品の成形用金型を、数ミ
クロンオーダーの先端Ｒ面を有し且つ該先端Ｒ面に連続
する直線面を有するバイトを用いて旋削加工する金型の
製造方法であって、 前記樹脂成形品の複数の傾きを持つ直線により構成され
ているレリーフ形状に対応する金型成形面を、前記バイ
トの直線面部分により旋削加工し、これによって得られ
た直線部分を複数、順次角度を異ならせて連続させるこ
とにより形成することを特徴とする金型の製造方法。 - 【請求項１１】 前記樹脂成形品の複数の傾きを持つ直
線により構成されている曲面レリーフ形状に対応する金
型成形面に対してバイトを切り込む際は、該バイトを加
工回転軸方向にのみ移動させることを特徴とする請求項
１０に記載の金型の製造方法。 - 【請求項１２】 前記樹脂成形品は光軸近傍の中央領域
に対して周辺領域での格子間隔が小さく且つ該周辺領域
に１つの直線により構成されたレリーフ形状が形成され
た回折光学素子であり、前記周辺領域のレリーフ形状に
対応する金型成形面の周辺領域を、バイトの直線面部分
により旋削加工された１つの直線により形成したことを
特徴とする請求項１０に記載の金型の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9101704A JPH10293205A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 回折光学素子及び金型の製造方法 |
| US09/062,531 US6590709B1 (en) | 1997-04-18 | 1998-04-17 | Diffractive optical element and method of manufacturing a mold |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9101704A JPH10293205A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 回折光学素子及び金型の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10293205A true JPH10293205A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14307709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9101704A Pending JPH10293205A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 回折光学素子及び金型の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6590709B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10293205A (ja) |
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1997
- 1997-04-18 JP JP9101704A patent/JPH10293205A/ja active Pending
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1998
- 1998-04-17 US US09/062,531 patent/US6590709B1/en not_active Expired - Fee Related
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