WO2013094438A1 - 金型加工方法及び光学素子 - Google Patents

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WO2013094438A1
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mold
tool
transfer surface
axis
shape
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Inventor
大森康雄
松田裕之
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/0048—Moulds for lenses

Definitions

  • the present invention relates to a mold processing method and an optical element, and more particularly to a mold processing method suitable for transfer molding of an optical element having a fine shape of an optical surface, and an optical element transferred by a mold processed by the mold processing method. .
  • a laser light source used as a light source for reproducing information recorded on an optical disc and recording information on the optical disc has been shortened.
  • a wavelength 390 such as a blue-violet semiconductor laser is used.
  • a laser light source of ⁇ 420 nm has been put into practical use.
  • these blue-violet laser light sources are used, it is possible to record 15 to 20 GB of information on an optical disk having a diameter of 12 cm when an objective lens having the same numerical aperture (NA) as that of a DVD (digital versatile disk) is used.
  • NA of the objective optical element is increased to 0.85, 23 to 25 GB of information can be recorded on an optical disk having a diameter of 12 cm.
  • BD Blu-ray Disc
  • the BD is an example of an optical disc that uses an NA 0.85 objective lens as described above. Since the coma generated due to the tilt (skew) of the optical disk increases, the BD has a thinner protective substrate (0.1 mm with respect to 0.6 mm of DVD) than the case of the DVD cage, and is caused by skew. The amount of coma is reduced.
  • the optical system for BD and the optical system for DVD or CD can be shared. It is preferable to reduce the number of optical components constituting the pickup device as much as possible. And, it is most advantageous to simplify the configuration of the optical pickup device and to reduce the cost to make the objective lens arranged facing the optical disc in common.
  • an optical path difference providing structure such as a diffraction structure having a wavelength dependency of spherical aberration in the objective lens. is there.
  • Patent Document 1 Such a processing technique is disclosed in Patent Document 1. This is because the center of curvature of a cutting tool having an arcuate cutting edge coincides with the center of the B-axis rotary table of the processing machine to which the cutting tool is attached, and the rotary table is swung so that the cutting point in the cutting tool is adjusted. It always moves on the arc. In addition, when the rotary table is swung, an error in the depth of cut caused by the swing of the cutting tool is measured in advance, and the processing machine is corrected and controlled by an NC program based on the error data.
  • the narrow groove to be formed in the mold is narrow and deep.
  • the cutting tool is fixed at a position facing the mold, the transfer surface of the mold is formed, and then the cutting tool is rotated around the B axis to form a fine groove for the mold. When this is performed, the cutting point is shifted and a machining error occurs.
  • the transfer surface and the narrow groove can be cut.
  • the narrow groove of the mold for transferring the optical element such as the objective lens of the optical pickup device described above has a very narrow and deep shape
  • the probe of a general measuring device can be accurately placed in the narrow groove. It is difficult to enter well, and it is difficult to accurately measure the shape of the narrow groove without cutting the mold.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for processing a mold capable of transferring and molding a highly accurate optical element, and an optical element transferred from the mold. To do.
  • a mold processing method in which a ring-shaped fine pattern is formed by using a tool supported on a transfer surface of a mold for transferring and molding an optical surface of an optical element so as to be tiltable with respect to the rotation axis of the mold.
  • a mold processing method for cutting a groove A first step of cutting a dummy mold to form a transfer surface corresponding to the optical surface while holding the tool at a first tilt angle; A second step of forming a transfer surface corresponding to the optical surface under the same conditions as the first step except for the tilt angle in a state where the tool is held at a second tilt angle different from the first tilt angle; , Measuring the shape of the transfer surface formed on the dummy mold in the first step and the shape of the transfer surface formed on the dummy mold in the second step; Based on the measured transfer surface of the dummy mold in the first step and the transfer surface shape of the dummy mold in the second step, the tool at the first tilt angle and the second tilt angle is measured.
  • the shape of the transfer surface formed on the dummy mold in the first step and the shape of the transfer surface formed on the dummy mold in the second step are measured, and in the measured first step Correlation representing an error in the reference position of the tool between the first inclination angle and the second inclination angle based on the transfer surface of the dummy mold and the shape of the transfer surface of the dummy mold in the second step Therefore, while correcting the reference position of the tool based on the obtained correlation, the transfer surface of the mold is cut with the tool held at the first inclination angle, and the tool is By cutting the narrow groove of the mold while being held at the second inclination angle, a highly accurate mold can be formed.
  • the “reference position of the tool” is preferably the tip or cutting point of the tool.
  • the mold processing method according to the first aspect wherein there are a plurality of regions to be processed by the first step and the second step on the transfer surface of the same dummy mold.
  • the processing according to the second step is performed after processing the plurality of regions in the first step. Thereby, efficient processing can be performed.
  • a mold processing method according to the first aspect, wherein there are a plurality of regions to be processed in the first process and the second process on the transfer surface of the same dummy mold. After the first step is performed for one region, the second step is performed for one region adjacent thereto, and this is repeated. Thereby, a highly accurate process can be performed by aligning a tool position between processes.
  • the mold processing method according to any one of the first to third aspects of the present invention. Measuring the shape of the transfer surface formed on the mold; Correcting a reference position of the tool based on the measurement result.
  • the shape of the narrow groove cannot be measured with high accuracy. It can also be corrected by reflecting it in the program.
  • the optical element according to a fifth aspect is characterized in that it is transfer molded by a mold formed by the mold processing method according to any one of the first to fourth aspects.
  • the tool used in the present invention preferably includes a rake face that is at least partially contoured from a first edge and a second edge extending in a direction intersecting the first edge.
  • the first edge is farther from the rotation axis of the mold material than the second edge.
  • the first edge and the second edge may be directly connected with the tool axis as a boundary, or may be connected via a third edge that crosses the tool axis.
  • the first edge and the second edge are each preferably straight, but a part of the first edge may be arcuate.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the diamond tool used with the processing method of the metal mold
  • a BD / DVD / CD compatible objective lens is designed using optical design software such as codeV. Then, it is assumed that the mold is processed based on the design result. That is, here, the optical element is a BD / DVD / CD compatible objective lens.
  • FIG.1 (a) is a perspective view which shows the cutting edge of the diamond tool used with the processing method of the metal mold
  • FIG.1 (b) is an enlarged view which shows the front-end
  • the cutting edge 3 of the diamond tool is brazed to the shank S as shown in the figure, and has a rake face 3a that faces the rotational direction of the mold to be cut.
  • the tip of the rake face 3a connects the edge 3b as the first edge and the edge 3c as the second edge with the end A of the edge 3b and the end B of the edge 3c. It is contoured from the arc part 3d which is the third edge.
  • the scissor angle (vertical angle) between the first edge 3b and the second edge 3c is preferably 20 to 30 ° (preferably 29 ° or less).
  • the bisector of the first edge 3b and the second edge 3c is defined as the axis BX of the tool 3.
  • FIG. 2 is a perspective view of an XZB-axis super-precision lathe used for machining the mold.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view when a die is cut using a diamond tool.
  • a rotary drive mechanism 9 is provided on a Z-axis stage 5 that is movable in the Z-axis direction with respect to the surface plate 10, and the rotary drive mechanism 9 rotates the mold material 1 to be cut. It is designed to rotate around the axis AX.
  • a B-axis stage 11 that can rotate about the B-axis is provided on the surface plate 10, and an X-axis stage 6 that is movable in the X direction is provided on the B-axis stage 11.
  • the optical transfer surface can be processed by moving it relative to the material 1.
  • the mold material 1 uses an iron-based base material, and after roughing the required shape with respect to the cutting surface, electroless nickel plating is applied as a processing layer to a thickness of about 100 ⁇ m. .
  • the shape required for the optical surface (surface to be processed) 1a of the mold material 1 is the diffractive optical surface shape of the BD / DVD / CD compatible plastic objective lens.
  • the bisector BX of the apex angle of the diamond tool 3 is inclined by a predetermined angle with respect to the rotation axis AX of the mold material 1 (second inclination angle).
  • the other conditions are the same as those in the first step), and it is driven in the Z direction or moved in the X direction.
  • the bisector BX of the apex angle of the diamond tool 3 is returned to be parallel to the rotation axis AX of the mold material 1 and the above-described processing is performed.
  • the above operation is repeated. In such a case, there are a plurality of regions to be processed in the first step and regions to be processed in the second step.
  • step S101 a dummy mold material (preferably having the same material and shape as the actual mold material 1) is attached to the XZB-axis ultra-precision lathe of FIG. Then, the material of the dummy mold is cut with the tool 3 to transfer the shape of the transfer surface corresponding to the design aspherical data of the objective lens and the shape of the dummy groove (first step and second step).
  • the B-axis angle of the tool 3 when cutting the transfer surface shape and the B-axis angle of the tool 3 when cutting the groove shape are equal to those when the actual mold material 1 is processed. It is. However, the width of the dummy groove is wider (10 times or more) than the actual design groove width, and the depth is the same.
  • step S102 the shape of the dummy die that has been cut is measured. Since the width of the dummy groove is wider than the actual groove width, the probe (not shown) of the measuring instrument can enter the groove, and the shape can be measured without probe interference.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the result of measuring the shape of the dummy mold, where the horizontal axis is the height X from the optical axis, and the vertical axis is the error ⁇ with respect to the design value.
  • FIG. 5 shows that the error ⁇ increases when the tool is rotated about the B axis to cut the groove shape. Therefore, a correlation is obtained in which the error of the cutting point (reference position) of the tool becomes zero when the B-axis is rotated at the actual working angle. More specifically, on the assumption that the data in FIG. 5 is reproducible, the correlation between the height X from the optical axis and the error ⁇ is expressed when the B axis is rotated at the actual working angle.
  • the correction formula SQ is obtained.
  • the error ⁇ can be made zero when the B-axis is rotated at the actual working angle by moving the Z-axis stage 5 or the like when the B-axis is rotated. .
  • the rotation angle of the B-axis is different for each groove, it is preferable to obtain the correction formula SQ for each groove.
  • step S103 the dummy mold is processed again by the tool 3 while correcting based on the determined correction formula SQ.
  • step S104 the measurement is performed again, and the mold shape has an allowable error range of the design value. Check if it is inside. If the allowable error is exceeded, the correction formula SQ is corrected in step S105. Then, the process returns to step S ⁇ b> 103, and the dummy mold is processed again with the tool 3.
  • the correction formula SQ can be set more strictly, but steps S103, S104, and S105 may be omitted.
  • step S104 if it is confirmed in step S104 that the mold shape is within the allowable error range of the design value, the actual die machining is performed with the same tool 3 in step S106 using the same correction formula SQ. At this time, the width of the actual narrow groove formed on the transfer surface of the mold material is narrow, but even if the width of the groove is narrow, the correction formula SQ is effective as shown in FIG. Mold processing is possible. In addition, based on the correction formula SQ, correction including the attachment error of the tool 3 and the like can be performed, so that processing according to the actual shape is possible.
  • the mold processing is completed as described above, the actual mold shape may be measured thereafter.
  • the shape measurement is limited to the transfer surface or the like. Error factors such as waviness can be confirmed by the shape of the transfer surface. When an error factor such as undulation is confirmed, the result can be fed back to the NC program of the XZB axis super-precision lathe.
  • a plurality of grooves are formed in the mold, first, all the aspheric transfer surfaces may be processed in the first step, and then dummy grooves may be processed in the second step. After the first step is performed on the spherical transfer surface, the second step may be performed on one groove adjacent thereto, and this may be repeated. Alternatively, the groove shape may be processed first.
  • FIG. 6A shows actual data indicating an error from a design value in a mold in which three ring-shaped narrow grooves are formed on a transfer surface without using a correction formula obtained by processing and measuring a dummy mold.
  • FIG. 6B is a mold in which three ring-shaped fine grooves having the same shape are formed on the transfer surface using a correction formula obtained by processing and measuring a dummy mold. It is real data (example) which shows the error from the design value in. Since narrow grooves cannot be measured due to probe interference, a wide groove was processed for verification of this processing method. By comparing FIG. 6A and FIG. 6B, it can be seen that high-precision cutting can be performed by applying the correction formula.
  • the optical element is not limited to an objective lens.

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Abstract

　高精度な光学素子を転写成形できる金型の加工方法及びその金型から転写された光学素子を提供する。実際の工作角度でＢ軸を回転させたときに、光軸からの高さＸと誤差Δとの相関関係を表す補正式ＳＱを求め、これをＸＺＢ軸超精密旋盤のＮＣプログラムにフィードバックすることにより、Ｚ軸ステージ５などをＢ軸回転時に移動させることで、実際の工作角度でＢ軸を回転させたときに誤差Δをゼロにできる。

Description

金型加工方法及び光学素子
　本発明は、金型加工方法及び光学素子に関し、特に光学面の微細形状を形成した光学素子の転写成形に適した金型の加工方法及びそれにより加工された金型により転写される光学素子に関する。
　近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザ等、波長３９０～４２０ｎｍのレーザ光源が実用化されている。これら青紫色レーザ光源を使用すると、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）と同じ開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する場合で、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５～２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物光学素子のＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３～２５ＧＢの情報の記録が可能となる。
　上述のようなＮＡ０．８５の対物レンズを使用する光ディスクの例として、ＢＤ（ブルーレイディスク）が挙げられる。光ディスクの傾き（スキュー）に起因して発生するコマ収差が増大するため、ＢＤでは、ＤＶＤ における場合よりも保護基板を薄く設計し（ＤＶＤの０．６ｍｍに対して、０．１ｍｍ）、スキューによるコマ収差量を低減している。
　ところで、ＢＤに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダ（光情報記録再生装置）の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、ＢＤに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、ＢＤ用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、ＢＤ用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、ＢＤとＤＶＤ、更にはＣＤの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。
　ＢＤとＤＶＤ、更にはＣＤの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、ＢＤ用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。
　従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、ＢＤ用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物レンズを共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。尚、記録／再生波長が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して共通な対物レンズを得るためには、球面収差の波長依存性を有する回折構造等の光路差付与構造を対物レンズに形成する必要がある。
　ところで、このような対物レンズの光路差付与構造の中には、輪帯幅が５μｍ以下で比較的光軸方向に長く突出した微細構造があり、このため、対物レンズを転写成形する金型の転写面には、５μｍ以下の比較的深い細溝を形成しなくてはならない場合がある。ところが、一般的な金型切削用のダイヤモンド工具は、先端を細幅としつつも強度を維持すべくテーパ形状となっているから、そのままでは平行な細溝を形成できない。そこで、細溝を切削する際には、金型の回転軸線に対して工具を傾ける技術が開発されている。細溝が複数本存在する場合、細溝毎に工具を傾けることが行われる。
　このような加工技術としては、特許文献１に示されたものがある。これは、円弧状切れ刃を有する切削工具の曲率中心と、切削工具を取り付ける加工機のＢ軸の回転テーブルの中心とを一致させ、回転テーブルを揺動させることで、切削工具における切削点が円弧上で常に移動するようにしたものである。また、回転テーブルの揺動において、切削工具の揺動によって生じる切り込み深さの誤差を事前に測定しておき、その誤差データに基づいたNCプログラムで加工機を修正制御するようにしている。
特開２０１１－５１０３０号公報
　ところで、上述した光ピックアップ装置の対物レンズのような光学素子を転写する金型を加工する場合、金型に形成されるべき細溝が狭幅で且つ深いため、特に剣先バイトと呼ばれる細長い切削工具を用いているが、かかる切削工具の切削端と、切削工具を取り付ける加工機のＢ軸の回転テーブル（ステージ）の中心とを一致させることは困難であり、或る程度の誤差が生じることとなる。しかるに、これら中心が一致しないと、切削工具を金型に正対する位置に固定して、金型の転写面を形成した後に、切削工具をＢ軸回りに回転させて、金型の細溝加工を行ったとき、切削点がずれてしまい加工誤差が生じてしまうこととなる。
　これを回避する方策として、光学素子の設計値に基づいて金型を一度加工した後に、その転写面と細溝の形状を精密に測定し、それをＮＣプログラムにフィードバックして、設計値に従った転写面と細溝を切削加工できるようにすることが考えられる。ところが、上述した光ピックアップ装置の対物レンズのような光学素子を転写する金型の細溝は、非常に細幅で且つ深い形状であるので、一般的な測定装置のプローブを細溝内に精度良く進入させることができず、金型を切断等することなく細溝の形状を精度良く測定することは困難である。
　本発明は、上述の課題を解決することを目的としたものであり、高精度な光学素子を転写成形できる金型の加工方法及びその金型から転写された光学素子を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の金型加工方法は、光学素子の光学面を転写成形する金型の転写面に、前記金型の回転軸線に対して傾き可能に支持した工具を用いて輪帯状の細溝を切削する金型加工方法であって、
　前記工具を第１の傾き角に保持した状態で、ダミー金型を切削して前記光学面に対応する転写面を形成する第１工程と、
　前記工具を前記第１の傾き角とは異なる第２の傾き角で保持した状態で、傾き角以外第１工程と同様の条件にて前記光学面に対応する転写面を形成する第２工程と、
　前記第１工程でダミー金型に形成された前記転写面及び第２工程で前記ダミー金型に形成された転写面の形状を測定する工程と、
　測定された前記第１工程でのダミー金型の転写面及び第２工程でのダミー金型の転写面形状に基づいて、前記第１の傾き角と前記第２の傾き角とにおける前記工具の基準位置の誤差を表す相関関係を求める工程と、
　前記相関関係に基づいて前記工具の基準位置を補正しながら、前記工具を前記第１の傾き角に保持した状態で前記金型の転写面を切削し、前記工具を前記第２の傾き角で保持した状態で前記金型の細溝を切削する工程と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、前記第１工程でダミー金型に形成された前記転写面及び第２工程で前記ダミー金型に形成された転写面の形状を測定し、測定された前記第１工程でのダミー金型の転写面及び第２工程でのダミー金型の転写面形状に基づいて、前記第１の傾き角と前記第２の傾き角とにおける前記工具の基準位置の誤差を表す相関関係を求めるので、求められた前記相関関係に基づいて前記工具の基準位置を補正しながら、前記工具を前記第１の傾き角に保持した状態で前記金型の転写面を切削し、前記工具を前記第２の傾き角で保持した状態で前記金型の細溝を切削することで、高精度な金型を成形できるのである。尚、「工具の基準位置」とは、工具の先端や切削点であると好ましい。
　請求項２に記載の金型加工方法は、請求項１に記載の発明において、同一のダミー金型の転写面において、前記第１工程と前記第２工程とによってそれぞれ加工する領域が複数ある場合、前記第１工程により複数の領域の加工を行った後に、前記第２工程による加工を行うことを特徴とする。これにより効率的な加工を行える。
　請求項３に記載の金型加工方法は、請求項１に記載の発明において、同一のダミー金型の転写面において、前記第１工程と前記第２工程とによってそれぞれ加工する領域が複数ある場合、１つの領域について前記第１工程を行った後、それに隣接する１つの領域について前記第２工程を行い、これを繰り返すことを特徴とする。これにより工程の合間に工具位置を合わせることで、高精度な加工を行える。
　請求項４に記載の金型加工方法は、請求項１～３のいずれかに記載の発明において、
　前記金型に形成された前記転写面の形状を測定する工程と、
　前記測定結果に基づいて、前記工具の基準位置を補正する工程と、を有することを特徴とする。
　実際に光学素子を転写成形する金型の場合、細溝の形状を精度良く測定できないが、転写面の形状を測定することで、可動テーブル（ステージ）のうねりなどが観察できる場合、これをＮＣプログラムに反映させて補正することもできる。
　請求項５に記載の光学素子は、請求項１～４のいずれかに記載された金型加工方法により形成された金型にて転写成形されたことを特徴とする。
　本発明で用いる工具は、第１の縁部と該第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部とから少なくとも一部が輪郭づけられるすくい面を備えていると好ましい。取り付けた状態で、第１の縁部が、第２の縁部よりも金型の素材の回転軸線より遠い位置になる。第１の縁部と第２の縁部とは工具軸線を境界として直接接続していても良いし、工具軸線をまたぐ第３の縁部を介して接続していても良い。第１の縁部と第２の縁部は、それぞれストレート形状であると好ましいが、一部が円弧状であっても良い。
　本発明によれば、高精度な光学素子を転写成形できる金型の加工方法及びその金型から転写された光学素子を提供することができる。
本実施の形態による金型の加工方法で用いるダイヤモンド工具を示す図であり、（ａ）はダイヤモンド工具の切れ刃を示す斜視図、（ｂ）はすくい面３ａの先端部形状を示す拡大図である。 実施の形態にかかるＸＺＢ軸超精密旋盤の斜視図である。 金型と工具の回転角度を示す図である。 本実施の形態の金型加工方法を示すフローチャートである。 ダミー金型の形状を測定した結果の一例を示す図である。 比較例（ａ）と実施例（ｂ）とを示す図であり、縦軸が設計値からの誤差（μｍ）を示し、横軸が光軸からの高さ（ｍｍ）を示す。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。ここでは、ｃｏｄｅＶ等の光学設計ソフトウェアを用いて、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズの設計を行う。そして、当該設計結果に基づいて、金型の加工を行っていくものとする。つまり、ここで光学素子とは、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズである。
　図１（ａ）は、本実施の形態にかかる金型の加工方法で用いるダイヤモンド工具の切れ刃を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、すくい面３ａの先端部形状を示す拡大図である。
ダイヤモンド工具の切れ刃３は、図に示すようにシャンクＳに対してろう付けされており、切削されるべき型の回転方向に正対するすくい面３ａを有している。かかるすくい面３ａの先端部は、第１の縁部である縁部３ｂ及び第２の縁部である縁部３ｃと、縁部３ｂの端部Ａと縁部３ｃの端部Ｂとを結ぶ第３の縁部である円弧部３ｄとから輪郭づけられている。
　すくい面３ａの円弧部３ｄの半径ｒを０．１～１．０μｍ（好ましくは０．１～０．３μｍ）とすることで、刃先を鋭利にして高精度な微細形状を切削できる。第１の縁部３ｂと、第２の縁部３ｃとのはさみ角（頂角）は２０～３０°（好ましくは２９°以下）とするのがよい。尚、第１の縁部３ｂと第２の縁部３ｃの二等分線を、工具３の軸線ＢＸとする。
　図２は、金型の加工に用いるＸＺＢ軸超精密旋盤の斜視図である。図３は、ダイヤモンド工具を用いて金型を切削する際の拡大断面図である。図２において、定盤１０に対して、Ｚ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ５上には、回転駆動機構９が設けられ、回転駆動機構９は、切削すべき金型素材１を、回転軸線ＡＸ回りで回転駆動するようになっている。一方、定盤１０に対して、Ｂ軸回りに回転可能なＢ軸ステージ１１が設けられ、Ｂ軸ステージ１１上にはＸ方向に移動自在なＸ軸ステージ６が設けられ、Ｘ軸ステージ６上には工具取付部７が設けられて、ダイヤモンド工具３を把持している。Ｂ軸ステージ１１により、ダイヤモンド工具３の工具軸線を傾けた状態に維持し、回転駆動機構９により金型素材１を回転させながら、Ｚ軸ステージ５，Ｘ軸ステージ６によりダイヤモンド工具３を金型素材１に対して相対的に移動させることで、光学転写面の加工を行えるようになっている。
　本実施の形態では、金型素材１は鉄系の母材を使用し、切削面に対して要求形状を粗取りした後、加工層として無電解ニッケルメッキを約１００μｍの厚さで施している。
　金型素材１の光学面（被加工面）１ａに要求される形状は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用プラスチック対物レンズの回折光学面形状である。
　金型の加工方法を説明する。金型の非球面転写面を切削するときは、図３の点線で示すように、ダイヤモンド工具３の頂角の２等分線ＢＸを、金型素材１の回転軸線ＡＸに平行においたまま（第１の傾き角で保持し）、金型素材１を例えば１０００回転毎分で回転させると共に、Ｘ軸ステージ６及びＺ軸ステージ５をプログラム制御により、金型素材１の外周側から中心部に向かって、毎分０．１ｍｍの移動速度で並進移動して、ダイヤモンド工具３の先端部により所望の回折光学面形状が得られるように移動させる。これを第１工程とする。
　一方、溝加工時には、図３の実線で示すように、ダイヤモンド工具３の頂角の２等分線ＢＸを、金型素材１の回転軸線ＡＸに対して所定角度傾けて（第２の傾き角で保持するが、それ以外は第１工程と同様の条件にて）、Ｚ方向に追い込み又Ｘ方向に移動させる。これを第２工程とする。その後、再び金型の非球面転写面を切削するときは、ダイヤモンド工具３の頂角の２等分線ＢＸを、金型素材１の回転軸線ＡＸに平行に戻して、上述の加工を行う。溝が複数本ある場合には、以上の動作を繰り返す。かかる場合、第１工程で加工する領域と、第２工程で加工する領域とがそれぞれ複数あることとなる。
　次に、本実施の形態の金型加工方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。まず前工程を実行する。具体的には、ステップＳ１０１で、ダミー金型の素材（実際の金型素材１と同じ素材・形状であると好ましい）を、図２のＸＺＢ軸超精密旋盤に取り付ける。そして、ダミー金型の素材に、対物レンズの設計非球面データに対応する転写面形状と、ダミー溝形状を工具３にて切削してゆく（第１の工程及び第２の工程）が、ここで重要なのは、転写面形状を切削する際の工具３におけるＢ軸の角度と、溝形状を切削する際の工具３におけるＢ軸の角度を、実際の金型素材１の加工時と等しくすることである。但し、ダミー溝の幅は、実際の設計溝幅より広く（１０倍以上）、深さは同等とする。
　次に、ステップＳ１０２で、切削加工を終えたダミー金型の形状を測定する。ダミー溝の幅は、実際の溝幅より広いので、測定器のプローブ（不図示）は溝内に進入でき、プローブの干渉なしに形状を測定できる。
　図５は、ダミー金型の形状を測定した結果の一例を示す図であり、横軸が光軸からの高さＸ、縦軸が設計値に対する誤差Δである。図５より、溝形状を切削するために工具をＢ軸回りに回転させると、誤差Δが大きくなることが分かる。そこで、実際の工作角度でＢ軸を回転させたとき、工具の切削点（基準位置）の誤差がゼロになる相関関係を求める。より具体的には、図５のデータに再現性があることを前提として、実際の工作角度でＢ軸を回転させたときに、光軸からの高さＸと誤差Δとの相関関係を表す補正式ＳＱを求めるのである。これをＸＺＢ軸超精密旋盤のＮＣプログラムにフィードバックすることにより、Ｚ軸ステージ５などをＢ軸回転時に移動させることで、実際の工作角度でＢ軸を回転させたときに誤差Δをゼロにできる。尚、溝毎にＢ軸の回転角度が異なる場合、溝毎に補正式ＳＱを求めるのが好ましい。
　ステップＳ１０３で、決定された補正式ＳＱに基づいて補正しながら、工具３により再度ダミー金型の加工を行って、ステップＳ１０４で、再び測定を行って、金型形状が設計値の許容誤差範囲内にあるかを確認する。許容誤差を超えていれば、ステップＳ１０５で補正式ＳＱを修正する。そして、ステップＳ１０３に戻って、工具３により再度ダミー金型の加工を行う。これにより、より補正式ＳＱを厳密に設定できるが、ステップＳ１０３，Ｓ１０４、Ｓ１０５は省略しても良い。
　一方、ステップＳ１０４で、金型形状が設計値の許容誤差範囲内にあると確認されれば、同じ補正式ＳＱを用いて、ステップＳ１０６で、同じ工具３により実際の金型加工を行う。このとき、金型の素材の転写面に形成される実際の細溝の幅は狭いが、溝の幅が狭くても、図５に示すように補正式ＳＱは有効であるから、精度良く金型加工を行えるのである。加えて、補正式ＳＱに基づけば、工具３の取り付け誤差等も含めた補正を行うことができるので、実形状に合わせた加工が可能になる。
　以上で金型加工が終了するが、その後、実際の金型の形状測定を行っても良い。この場合、細溝の形状を精度良く測定できないので、形状測定は転写面等に限られる。転写面の形状により、うねりなどの誤差要因を確認できる。うねりなどの誤差要因が確認された場合、その結果をＸＺＢ軸超精密旋盤のＮＣプログラムにフィードバックすることができる。尚、金型に溝を複数本形成する場合、まず第１工程により全ての非球面転写面の加工を行った後に、第２工程によりダミー溝加工を行っても良いし、或いは、１つの非球面転写面について第１工程を行った後、それに隣接する１つの溝について第２工程を行い、これを繰り返すようにしても良い。又は、先に溝形状を加工しても良い。
　図６（ａ）は、ダミー金型の加工・測定によって得られた補正式を用いず、３本の輪帯状の細溝を転写面に形成した金型における設計値からの誤差を示す実データ（比較例）であり、図６（ｂ）は、ダミー金型の加工・測定によって得られた補正式を用いて、同じ形状の３本の輪帯状の細溝を転写面に形成した金型における設計値からの誤差を示す実データ（実施例）である。幅の狭い溝はプローブの干渉により測定不可能であるため、この加工方法の検証にはあえて溝幅の広いものを加工した。図６（ａ）、（ｂ）を比較することで、補正式を適用することにより、高精度な切削加工を行えることが分かる。
　本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば光学素子とは対物レンズに限られない。
  １ 金型素材
  １ａ 加工面
  １ｂ 周面
  ３ ダイヤモンド工具
  ３ａ すくい面
  ３ｂ 第１の縁部
  ３ｃ 第２の縁部
  ３ｄ 円弧部（第３の縁部）
  ４ 光学面
  ５ Ｚ軸ステージ
  ６ Ｘ軸ステージ
  ７ 工具取付部
  ９ 回転駆動機構
 １０ 定盤
 １１ Ｂ軸ステージ
　Ａ 端部
　ＡＸ 回転軸線
　Ｂ 端部
　ＢＸ ２等分線

Claims (5)

  1. 　光学素子の光学面を転写成形する金型の転写面に、前記金型の回転軸線に対して傾き可能に支持した工具を用いて輪帯状の細溝を切削する金型加工方法であって、
    　前記工具を第１の傾き角に保持した状態で、ダミー金型を切削して前記光学面に対応する転写面を形成する第１工程と、
    　前記工具を前記第１の傾き角とは異なる第２の傾き角で保持した状態で、傾き角以外第１工程と同様の条件にて前記光学面に対応する転写面を形成する第２工程と、
    　前記第１工程でダミー金型に形成された前記転写面及び第２工程で前記ダミー金型に形成された転写面の形状を測定する工程と、
    　測定された前記第１工程でのダミー金型の転写面及び第２工程でのダミー金型の転写面形状に基づいて、前記第１の傾き角と前記第２の傾き角とにおける前記工具の基準位置の誤差を表す相関関係を求める工程と、
    　前記相関関係に基づいて前記工具の基準位置を補正しながら、前記工具を前記第１の傾き角に保持した状態で前記金型の転写面を切削し、前記工具を前記第２の傾き角で保持した状態で前記金型の細溝を切削する工程と、を有することを特徴とする金型加工方法。
  2. 　同一のダミー金型の転写面において、前記第１工程と前記第２工程とによってそれぞれ加工する領域が複数ある場合、前記第１工程により複数の領域の加工を行った後に、前記第２工程による加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の金型加工方法。
  3. 　同一のダミー金型の転写面において、前記第１工程と前記第２工程とによってそれぞれ加工する領域が複数ある場合、１つの領域について前記第１工程を行った後、それに隣接する１つの領域について前記第２工程を行い、これを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の金型加工方法。
  4. 　前記金型に形成された前記転写面の形状を測定する工程と、
    　前記測定結果に基づいて、前記工具の基準位置を補正する工程と、を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の金型加工方法。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載された金型加工方法により形成された金型にて転写成形されたことを特徴とする光学素子。
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