JPWO2008117555A1 - 光学素子及び光学素子用金型の加工方法 - Google Patents

Abstract

段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子において、光学機能面のスカルプチュアハイトよりも段差部のスカルプチュアハイトが低く形成されている。これにより、製作時間の長期化による形状精度の低下が防止される。

Description

本発明は、光学素子及び光学素子用金型の加工方法に関する。

近年、光ピックアップ装置用の対物レンズなどの高精度な光学素子においては、光学面に回折構造を形成して、当該構造による回折効果により光学特性を向上させることが行われている。ここで、回折構造は、一般的には溝構造であり、プラスチックを素材として射出成型等で光学素子を形成する場合には、その金型に、微細な溝形状を形成する必要がある。この金型に対する溝形状の形成時においては、例えば、特許文献１に示すようにＮＣ加工機が用いられることがある。ＮＣ加工機による金型の加工法には、フライカット方式や、シェーパ方式などがある。

ここで、フライカット方式、シェーパ方式のいずれにおいても、金型の表面を所定のピッチで切削するために、加工後においてはその表面上に切削痕（スカルプ）として僅かな凹凸が形成されることになる。この凹凸の高低差が、光学素子表面のスカルプチュアハイトを形成することになる。

スカルプチュアハイトが所定の高さ以上であると、光学素子の光利用効率に問題をきたすために、従来では、金型を切削する際のピッチを狭くすることでスカルプチュアハイトを低くしたり、光学素子の表面に別の素材をコーティングすることでスカルプチュアハイトを目立たなくしたりする方法が提案されている。
特開平１１−２４８９０６号公報

ところで、コーティングする方法であっても、コーティングする工程が追加されることになり、製造時間が長期化してしまう。これ以外にも、コーティングを均一にするための設備は高価であり、コート厚が０．２μｍとなるのでサブマイクロオーダの構造物には適用できないという問題もある。

一方、切削時のピッチを狭くする方法であると、従来の設備がそのまま使用でき、コーティングも不要であるのでサブマイクロオーダの構造物にも適用することが可能であるが、ピッチを狭くするがゆえに、加工距離が増大化してしまい、製造時間が長期化してしまうことになる。製造時間が長期化すると、加工中の温湿度変化や気圧変化を長時間受けることになり、工具と金型の接触ポイントにずれが生じて形状精度劣化を引き起こしてしまう。

そこで、本発明の目的は、光学面中でも効率に高く寄与する部分とそうでない部分に対して切削に差をつけ、これにより工程時間を短縮して形状精度を向上させつつ、トータルの効率を最大限維持することである。

第１の形態は、
段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子であって、
前記光学機能面のスカルプチュアハイトよりも前記段差部のスカルプチュアハイトが低く形成されていることを特徴としている。

第２の形態は、請求の範囲第１項記載の光学素子において、
前記光学機能面のスカルプチュアハイトは、５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であり、
前記段差部のスカルプチュアハイトは、５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満であることを特徴としている。

第３の形態は、
段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子であって、
前記光学面の中央部のスカルプチュアハイトよりも周辺部のスカルプチュアハイトが低く形成されていることを特徴としている。

第４の形態は、請求の範囲第３項記載の光学素子において、
前記光学面の中央部のスカルプチュアハイトは、５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であり、
前記周辺部のスカルプチュアハイトは、５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満であることを特徴としている。

第５の形態は、
段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子であって、
前記光学機能面のスカルプピッチよりも前記段差部のスカルプピッチが小さく形成されていることを特徴としている。

第６の形態は、請求の範囲第５項記載の光学素子において、
前記光学機能面のスカルプピッチは、当該光学機能面のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されており、
前記段差部のスカルプピッチは、当該段差部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることを特徴としている。

第７の形態は、
段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子であって、
前記光学面の中央部のスカルプピッチよりも周辺部のスカルプピッチが小さく形成されていることを特徴としている。

第８の形態は、請求の範囲第７項記載の光学素子において、
前記光学面の中央部のスカルプピッチは、当該中央部のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されており、
前記周辺部のスカルプピッチは、当該周辺部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることを特徴としている。

第９の形態は、請求の範囲第３項，第４項，第７項，第８項のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記周辺部は、前記光学面の有効径の直径２／３の同心円の周縁から前記有効径までの領域であり、なおかつ光軸法線と、当該領域における前記光学面との接線との角度が２０度以上となる領域であることを特徴としている。

第１０の形態は、
段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子を成型するための光学素子用金型の加工方法において、
金型母材に対して前記段差部に対応する段差対応部を切削する際の切削条件と、前記金型母材に対して前記光学機能面に対応する光学機能面対応部を切削する際の切削条件とが異なっていることを特徴としている。

第１１の形態は、請求の範囲第１０項記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記切削条件は、切削工具の前記金型母材に対する切削送りピッチであることを特徴としている。

第１２の形態は、請求の範囲第１１項記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記段差対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記光学機能面対応部を切削する際の切削送りピッチよりも小さいことを特徴としている。

第１３の形態は、請求の範囲第１２項記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記光学機能面対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記光学機能面のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されていて、
前記段差対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記段差部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることを特徴としている。

第１４の形態は、請求の範囲第１０項記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記切削条件は、切削工具の工具先端半径であることを特徴としている。

第１５の形態は、
段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子を成型するための光学素子用金型の加工方法において、
金型母材に対して前記光学面の中央部に対応する中央対応部を切削する際の切削条件と、前記金型母材に対して前記光学面の周辺部に対応する周辺対応部を切削する際の切削条件とが異なっていることを特徴としている。

第１６の形態は、請求の範囲第１５項記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記切削条件は、切削工具の前記金型母材に対する切削送りピッチであることを特徴としている。

第１７の形態は、請求の範囲第１６項記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記中央対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記周辺対応部を切削する際の切削送りピッチよりも小さいことを特徴としている。

第１８の形態は、請求の範囲第１２項記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記中央対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記中央部のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されていて、
前記周辺対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記周辺部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることを特徴としている。

第１９の形態は、請求の範囲第１５項記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記切削条件は、切削工具の工具先端半径であることを特徴としている。

第２０の形態は、請求の範囲第１５項〜第１９項のいずれか一項に記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記周辺部は、前記光学面の有効径の直径２／３の同心円の周縁から前記有効径までの領域であり、なおかつ光軸法線と、当該領域における前記光学面との接線との角度が２０度以上となる領域であることを特徴としている。

第２１の形態は、請求の範囲第１０項〜第２０項のいずれか一項に記載の光学素子用金型の加工方法において、
前記金型母材に対する切削には、フライカット方式が用いられていることを特徴としている。

本発明によれば、光の利用効率に高く寄与する面（光学面の中央部や、段差部）だけ、スカルプチュアハイトが低く形成されているので、全ての面のスカルプチュアハイトを均一にした場合と比較しても、光学素子の金型を製造する際の切削距離を短くすることができ、製作時間の長期化を抑制することが可能となる。これにより、製作時間の長期化による形状精度の低下が防止される。

さらに、光の利用効率に高く寄与する面においては、スカルプチュアハイトが低く形成されているので、光学素子全体の光利用率を最大限維持することができる。

本実施形態に係る光学素子の概略構成を示す概念図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 図１（ｂ）の円Ｓ内の拡大図である。 切削工具にてフライカット若しくはシェーパ方式にてピックフィード加工を行った表面形状で、工具走査に垂直な方向の断面拡大図である。 本発明に係る光学素子用金型の加工方法を実行するための加工機の概略構成を表す説明図である 図４の加工機に備わる切削工具の概略を表す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）の円Ｓ３の拡大図である。 図４の加工機の変形例を表す説明図である。 図１の光学素子の中央部と周辺部とを表す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ 光学素子
２ 光学面
２１ 回折格子
２２ 段差部
２３ 光学機能面
２４，２５ スカルプ
２６ 有効径
２７ 同心円
２８ 光軸
２９ 光軸２８に対する法線
３０ 接線
３１ 周辺部
３２ 中央部
１００ 加工機
１０１ 金型母材
１０２ チャック
１０３ Ｘ−Ｙテーブル
１０４ 切削工具
１０５ 駆動テーブル

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、本発明に係る光学素子について説明する。図１は、光学素子１の概略構成を示す概念図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

ここで、「光学素子」としては、例えばレンズ、プリズム、回折格子光学素子（回折レンズ、回折プリズム、位相フィルタ、色収差補正素子等）、光学フィルタ（空間ローパスフィルタ、波長バンドパスフィルタ、波長ローパスフィルタ、波長ハイパスフィルタ等）、偏光フィルタ（検光子、旋光子、偏光分離プリズム等）などであり、樹脂により形成されて光を透過する素子であればこれらに限られることはない。また、光学素子としては、光を透過することで分光し、異なる位置に集光する光学素子であっても、光を反射することで分光し、異なる位置に集光する光学素子であっても構わない。

図１に示すように、光学素子１には、円板状に形成されていて、その光学面２上には、一方向（図１中の横方向）に沿う多数の回折格子２１が形成されている。図２は、図１（ｂ）中の円Ｓの拡大図である。図２に示すように、光学面２上には、段差部２２を介して複数に分割された光学機能面２３が形成されている。

図３は、切削工具にてフライカット若しくはシェーパ方式にてピックフィード加工を行った表面形状で、工具走査に垂直な方向の断面拡大図である。工具先端Ｒが円Ｓ２に沿った円弧状の加工痕を形成している。図３に示すように、段差部２２や光学機能面２３の表面上には、微細な凹凸が多数形成されている。この凹凸はスカルプ２４，２５であり、光学素子１を成型する際の金型表面にある凹凸が転写されたものである。スカルプ２４，２５の高さ（スカルプ２４，２５を成す円Ｓ２の共通接線Ｌ１，Ｌ２からの高さ）をスカルプチュアハイトと呼び、スカルプ２４，２５のピッチ（スカルプ２４，２５を成す円Ｓ２の中心間隔）をスカルプピッチと呼ぶ。

そして、段差部２２のスカルプチュアハイトＨ１は、光学機能面２３のスカルプチュアハイトＨ２よりも低く形成されている。具体的には、光学機能面２３のスカルプチュアハイトＨ２は、５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であり、段差部２２のスカルプチュアハイトＨ１は、５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満である。

ここで、スカルプチュアハイトＨ１，Ｈ２を異ならせるには、円Ｓ２の直径を異ならせることでも可能であるが、円Ｓ２の直径が一定である場合ではスカルプピッチを異ならせることでも可能である。この場合、段差部２２のスカルプピッチＰ１を、光学機能面２３のスカルプピッチＰ２よりも小さく形成すれば、段差部２２のスカルプチュアハイトＨ１が、光学機能面２３のスカルプチュアハイトＨ２よりも低く形成されることになる。さらにこの場合、光学機能面２３のスカルプピッチＰ２は、当該光学機能面２３のスカルプチュアハイトＨ２が５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されていて、段差部２２のスカルプピッチＰ１は、当該段差部２２のスカルプチュアハイトＨ１が５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることが好ましい。

スカルプチュアハイトＨ１，Ｈ２が上記の上限値を超えてしまうと、このような光学素子１において高次の回折光、フレア等が効率低下以外の光学性能劣化を引き起こす可能性がある。

一方、スカルプチュアハイトＨ１，Ｈ２が上記の下限値を下回ってしまうと、ピックフィード方向の刻み（加工行数）が膨大になり、非現実な加工時間となってしまう。

次に、光学素子１を成型するための光学素子用金型の加工方法について説明する。

まず、光学素子用金型の加工方法を実行するために適用される加工機について説明する。図４は、加工機の概略構成を表す説明図である。加工機１００は、フライカット方式の加工機であり、当該加工機１００には、図４に示すように、金型となる金型母材１０１を保持するチャック１０２と、チャック１０２を水平方向に移動自在に支持するＸ−Ｙテーブル１０３と、切削工具１０４を回転自在に保持する昇降自在な駆動テーブル１０５とが備えられている。

Ｘ−Ｙテーブル１０３は、金型母材１０１が切削工具１０４に対して接離する方向（図における左右方向：Ｘ方向）と、当該方向に水平方向に直交する方向（図における手前から奥側方向：Ｙ方向）とに、チャック１０２を移動させるようになっている。

駆動テーブル１０５は、回転軸Ｇを中心に切削工具１０４を回転させることで、金型母材１０１の加工面１０６に溝を形成するようになっている。

具体的には、駆動テーブル１０５が切削工具１０４を回転させた状態で、金型母材１０１の加工面１０６が切削工具１０４に接するようにチャック１０２をＸ方向に移動させると、切削工具１０４によって金型母材１０１の加工面１０６が切削される。切削が維持される状態で、チャック１０２をＹ方向に移動させると、加工面１０６が切削されて、Ｙ方向に沿う溝が１行形成されることになる。１行分の溝が形成されると、金型母材１０１の加工面１０６が切削工具１０４から離間するようにチャック１０２をＸ方向に移動させる。

そして、駆動テーブル１０５を所定のピッチだけ上昇若しくは下降させてから、再度金型母材１０１の加工面１０６が切削工具１０４に接するようにチャック１０２をＸ方向に移動させて、切削工具１０４により、金型母材１０１の加工面１０６を切削する。切削が維持される状態で、チャック１０２をＹ方向に移動させると、加工面１０６上に溝が１行形成されることになる。これを繰り返すことで、金型母材１０１の加工面１０６上に、光学素子１の光学面２を成型する面が形成される。

この切削工具１０４により金型母材１０１の加工面１０６上に切削される溝が、上記した光学素子１のスカルプ２４，２５を成型することになる。ここで、光学素子１における段差部２２のスカルプチュアハイトＨ１と、光学機能面２３のスカルプチュアハイトＨ２とが上述した設定値となるように、金型母材１０１に対して段差部２２に対応する段差対応部を切削する際の切削条件と、金型母材１０１に対して光学機能面２３に対応する光学機能面対応部を切削する際の切削条件とは異なっている。

切削条件には、例えば、切削工具の金型母材１０１に対する切削送りピッチや、切削工具の工具先端半径等が挙げられる。

切削送りピッチを異ならせることで切削条件を変更する場合、段差対応部を切削する際の切削送りピッチは、光学機能面対応部を切削する際の切削送りピッチよりも小さく設定されている。具体的に切削送りピッチは、スカルプピッチに対応するものであるために、光学機能面対応部を切削する際の切削送りピッチは、光学機能面のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定され、段差対応部を切削する際の切削送りピッチは、段差部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されている。

なお、フライカット方式の加工機１００である場合、切削送りピッチには、行送りピッチと主送りピッチとがある。行送りピッチは、駆動テーブル１０５の昇降に基づくピッチであり、主送りピッチはチャック１０２によるＹ方向の移動に基づくピッチである。いずれのピッチも上記の条件に合うように設定する必要がある。

例えば、行送りピッチの場合には、工具先端半径をｒ（ｎｍ）、駆動テーブル１０５の昇降ピッチ（上述の所定のピッチ）をｆｐ（ｎｍ）とすると、式（１）の関係を満たすように、工具先端半径と昇降ピッチとが設定される。

５（ｎｍ）≦ｒ−（ｒ^２−（ｆｐ／２）^２）^１／２≦５０（ｎｍ）・・・（１）
なお、式（１）において工具先端半径は１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲で、微細構造の１／３以下であることが好ましい。ここで微細構造とは１つの段差部２２の長さ等である。

一方、主送りピッチの場合には、工具振り回し半径をＲ（ｎｍ）、チャック１０２の送り速度をｆ（ｎｍ／ｓ）、工具回転数をＭ（ｒｐｓ）とすると、主送りピッチｓｐは、以下の式（２）、（３）の関係を満たすように工具振り回し半径、送り速度、工具回転数が設定される。

ｓｐ＝ｆ／Ｍ・・・（２）
５０（ｎｍ）＜Ｒ−（Ｒ^２−（ｓｐ／２）^２）^１／２≦３００（ｎｍ）・・・（３）
なお、式（２）、（３）において工具回転数は１５０ｒｐｓ以上６５０ｒｐｓ以下であることが好ましい。

具体的に本実施形態では、工具先端半径ｒを１００ｎｍ、工具回転数Ｍを１７０ｒｐｓ、工具振り回し半径Ｒを１５００００００ｎｍとして、上記の式（１）、（２）、（３）に代入することで、段差部対応部と光学機能面対応部とのそれぞれに最適な送り速度ｆ及び昇降ピッチｆｐを求めた。本実施形態では、段差部対応部の送り速度ｆを５００００００ｎｍ／ｓ、昇降ピッチｆｐを１５０ｎｍとし、光学機能面対応部の送り速度ｆを２０００００００ｎｍ、昇降ピッチｆｐを２００ｎｍとしている。

一方、切削工具１０４の工具先端半径を異ならせることで切削条件を変更する場合、上述したように１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内で変更することが好ましい。

図５は、切削工具１０４の概略構成を表す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）の円Ｓ３内の拡大図である。切削工具１０４における工具進行方向の前面はスクイ面１１１であり、スクイ面１１１に隣接する面は逃げ面１１２である。上記した工具先端半径はスクイ面１１１の先端部１１３の半径である。なお、スクイ面１１１の先端角度は、光学素子１の段差部２２と光学機能面２３とが成す角度のうち、最も小さい角度よりも１度〜５度程度小さいことが望ましい。これにより、切削に形状干渉することを防止できる。

以上の条件で形成された金型を用いて光学素子を成型すると、上述した光学素子１が成型されることになる。上述の光学素子１であると、光の利用効率に高く寄与する段差部２２だけ、スカルプチュアハイトが低く形成されているので、全ての面のスカルプチュアハイトを均一にした場合と比較しても、光学素子１の金型を製造する際の切削距離を短くすることができ、製作時間の長期化を抑制することが可能となる。これにより、製作時間の長期化による形状精度の低下が防止される。

さらに、光の利用効率に高く寄与する段差部２２においては、スカルプチュアハイトが低く形成されているので、光学素子全体の光利用率を高いレベルで確保することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

例えば、本実施形態では、切削工具１０４の角度が固定される加工機１００を用いて光学素子用金型を形成する場合を例示して説明したが、切削工具１０４の角度を変更自在な加工機を用いてもよい。具体的には、図６に示すように加工機１００の駆動テーブル１０５には、切削工具１０４の角度を可変とする角度可変軸１２１が搭載されており、これによって切削工具１０４の角度を任意に変更することができる。

また、本実施形態では、フライカット方式の加工機１００を例示して説明したが、切削工具１０４を回転させずに、金型母材１０１の加工面１０６を切削可能な状態でＹ方向に移動させることで溝を形成するシェーパ方式の加工機であっても構わない。

なお、本実施形態で例示したフライカット方式の加工機であると、切削工具１０４の角度が可変な加工機と比較しても、切削工具１０４の先端位置を精度よく位置合わせすることができ、好ましい。

また、本実施形態で例示したフライカット方式の加工機は、シェーパ方式の加工機と比較しても、切削時における工具に対する負担が小さく、バリの発生も抑制できる点で好ましい。

また、本実施形態では、光学素子１における光学面２の段差部２２と光学機能面２３とのスカルプチュアハイトが異なっている場合を例示して説明したが、これ以外にも、光学面２の中央部と、その周辺部とのスカルプチュアハイトとを異ならせることも可能である。

図７は、光学素子における中央部と周辺部とを表す説明図であり、（ａ）は光学素子の正面図であり、（ｂ）は光学素子の側面図である。図７に示すように、光学素子１における光学面２の周辺部３１は、光学面２の有効径２６の直径２／３の同心円２７の周縁から有効径２６までの領域であり、なおかつ光学素子１の光軸２８に対する法線（光軸法線）２９と、前述の領域における光学面２との接線３０との角度βが２０度以上となる領域のことである。そして、中央部３２は、周辺部３１の内側の領域である。

そして、光学面２の周辺部３１のスカルプチュアハイトは、中央部３２のスカルプチュアハイトよりも低く形成されている。具体的には、光学面２の中央部３２のスカルプチュアハイトは、５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であり、周辺部３１のスカルプチュアハイトは、５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満である。

ここで、上述したようにスカルプピッチを異ならせることでスカルプピッチを変更することも可能である。この場合、周辺部３１のスカルプピッチを、中央部３２のスカルプピッチよりも小さく形成すれば、周辺部３１のスカルプチュアハイトが、中央部３２のスカルプチュアハイトよりも低く形成されることになる。さらにこの場合、中央部３２のスカルプピッチは、当該中央部３２のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されていて、周辺部３１のスカルプピッチは、当該周辺部３１のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることが好ましい。

そして、このような光学素子１を成型するための光学素子用金型を加工する際には、金型母材１０１に対して光学面２の中央部３２に対応する中央対応部を切削する際の切削条件と、金型母材１０１に対して光学面２の周辺部３１に対応する周辺対応部を切削する際の切削条件とを異ならせるようになっている。

ここで、切削条件が切削送りピッチである場合には、中央対応部を切削する際の切削送りピッチが、周辺対応部を切削する際の切削送りピッチよりも小さく設定されている。具体的には、中央対応部を切削する際の切削送りピッチは、中央部３２のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されていて、周辺対応部を切削する際の切削送りピッチは、周辺部３１のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されている。

この場合においても、上記したフライカット方式の加工機１００で加工するのであれば、上記の式（１）、（２）、（３）により周辺対応部と中央対応部の送り速度ｆ及び昇降ピッチｆｐが求めることができる。具体的に本実施形態では、工具先端半径ｒを１００ｎｍ、工具回転数Ｍを１７０ｒｐｓ、工具振り回し半径Ｒを１５００００００ｎｍとして、上記の式（１）、（２）、（３）に代入することで、周辺対応部と中央対応部とのそれぞれに最適な送り速度ｆ及び昇降ピッチｆｐを求めた。本実施形態では、周辺対応部の送り速度ｆを５００００００ｎｍ／ｓ、昇降ピッチｆｐを１５０ｎｍとし、中央対応部の送り速度ｆを２０００００００ｎｍ、昇降ピッチｆｐを２００ｎｍとしている。

このように、光学面２の周辺部３１のスカルプチュアハイトが、中央部３２のスカルプチュアハイトよりも低く形成されていると、光の利用効率に高く寄与する周辺部３１だけ、スカルプチュアハイトが低く形成されているので、全ての面のスカルプチュアハイトを均一にした場合と比較しても、光学素子１の金型を製造する際の切削距離を短くすることができ、製作時間の長期化を抑制することが可能となる。これにより、製作時間の長期化による形状精度の低下が防止される。

さらに、光の利用効率に高く寄与する周辺部３１においては、スカルプチュアハイトが低く形成されているので、光学素子全体の光利用率を高いレベルで確保することができる。

Claims (21)

1. 段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子であって、
   前記光学機能面のスカルプチュアハイトよりも前記段差部のスカルプチュアハイトが低く形成されていることを特徴とする光学素子。
2. 請求の範囲第１項記載の光学素子において、
   前記光学機能面のスカルプチュアハイトは、５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であり、
   前記段差部のスカルプチュアハイトは、５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満であることを特徴とする光学素子。
3. 段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子であって、
   前記光学面の中央部のスカルプチュアハイトよりも周辺部のスカルプチュアハイトが低く形成されていることを特徴とする光学素子。
4. 請求の範囲第３項記載の光学素子において、
   前記光学面の中央部のスカルプチュアハイトは、５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であり、
   前記周辺部のスカルプチュアハイトは、５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満であることを特徴とする光学素子。
5. 段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子であって、
   前記光学機能面のスカルプピッチよりも前記段差部のスカルプピッチが小さく形成されていることを特徴とする光学素子。
6. 請求の範囲第５項記載の光学素子において、
   前記光学機能面のスカルプピッチは、当該光学機能面のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されており、
   前記段差部のスカルプピッチは、当該段差部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることを特徴とする光学素子。
7. 段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子であって、
   前記光学面の中央部のスカルプピッチよりも周辺部のスカルプピッチが小さく形成されていることを特徴とする光学素子。
8. 請求の範囲第７項記載の光学素子において、
   前記光学面の中央部のスカルプピッチは、当該中央部のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されており、
   前記周辺部のスカルプピッチは、当該周辺部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることを特徴とする光学素子。
9. 請求の範囲第３項，第４項，第７項，第８項のいずれか一項に記載の光学素子において、
   前記周辺部は、前記光学面の有効径の直径２／３の同心円の周縁から前記有効径までの領域であり、
   光軸法線と、当該領域における前記光学面との接線との角度が２０度以上となる領域であることを特徴とする光学素子。
10. 段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子を成型するための光学素子用金型の加工方法において、
    金型母材に対して前記段差部に対応する段差対応部を切削する際の切削条件と、前記金型母材に対して前記光学機能面に対応する光学機能面対応部を切削する際の切削条件とが異なっていることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
11. 請求の範囲第１０項記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記切削条件は、切削工具の前記金型母材に対する切削送りピッチであることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
12. 請求の範囲第１１項記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記段差対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記光学機能面対応部を切削する際の切削送りピッチよりも小さいことを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
13. 請求の範囲第１２項記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記光学機能面対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記光学機能面のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されていて、
    前記段差対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記段差部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
14. 請求の範囲第１０項記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記切削条件は、切削工具の工具先端半径であることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
15. 段差部を介して複数に分割された光学機能面で形成された位相構造を光学面に有する光学素子を成型するための光学素子用金型の加工方法において、
    金型母材に対して前記光学面の中央部に対応する中央対応部を切削する際の切削条件と、前記金型母材に対して前記光学面の周辺部に対応する周辺対応部を切削する際の切削条件とが異なっていることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
16. 請求の範囲第１５項記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記切削条件は、切削工具の前記金型母材に対する切削送りピッチであることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
17. 請求の範囲第１６項記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記中央対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記周辺対応部を切削する際の切削送りピッチよりも小さいことを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
18. 請求の範囲第１２項記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記中央対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記中央部のスカルプチュアハイトが５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下となるように設定されていて、
    前記周辺対応部を切削する際の切削送りピッチは、前記周辺部のスカルプチュアハイトが５ｎｍ以上、５０ｎｍ未満となるように設定されていることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
19. 請求の範囲第１５項記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記切削条件は、切削工具の工具先端半径であることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
20. 請求の範囲第１５項〜第１９項のいずれか一項に記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記周辺部は、前記光学面の有効径の直径２／３の同心円の周縁から前記有効径までの領域であり、なおかつ光軸法線と、当該領域における前記光学面との接線との角度が２０度以上となる領域であることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。
21. 請求の範囲第１０項〜第２０項のいずれか一項に記載の光学素子用金型の加工方法において、
    前記金型母材に対する切削には、フライカット方式が用いられていることを特徴とする光学素子用金型の加工方法。