(57)【要約】【課題】突出部や溝部を線状に複数形成した光学素子やその転写金型の形状を容易に確認することが可能な光学素子やその成形型を提供する。【解決手段】光学面（４１）に、複数の線状の突出部（４２、４３）を有する光学素子（４０）であって、前記線状の突出部（４２、４３）の両端部の内、少なくとも一方の端部における高さは、前記光学面（４１）上の有効光学領域内に形成される当該線状の突出部（４２）の高さよりも有効光学領域外で低く形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学面に、複数の線状の突出部を有する光学素子であって、
前記線状の突出部の両端部の内、少なくとも一方の端部における高さは、前記光学面上の有効光学領域内に形成される当該線状の突出部の高さよりも有効光学領域外で低く形成されている事を特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記突出部の前記端部の高さ頂点を結ぶ平面に対する角度は、３°以上かつ１０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記突出部の前記端部の高さは、有効光学領域から有効光学領域外にかけて、なだらかに低くなるように形成されている事を特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
金型本体を切削加工する事により、複数の線状の溝部を有する光学転写面を形成した光学素子用成形型であって、
前記線状の溝部の両端部の内、少なくとも一方の端部における深さは、前記光学転写面の有効光学領域内に形成される当該線状の溝部の深さよりも有効光学領域外で浅く形成されている事を特徴とする光学素子用成形型。
【請求項５】
前記溝部の前記端部における溝の深さとその内側の溝の深さとがなす角度は、３°以上かつ１０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子用成形型。
【請求項６】
前記溝部の前記端部の深さは、有効光学領域から有効光学領域外にかけて、なだらかに浅くなるように形成されている事を特徴とする請求項４又は５に記載の光学素子用成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学素子、及びその成形型に関し、特に、光学面に線状の凸部を複数配置した光学素子及びその成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学面に線状の微細幅の凸部を複数、所定ピッチで配置した回折光学素子の小型化が進み、１μｍ以下のピッチで配置した回折光学素子も製品化されつつある。また、１μｍ以下のピッチで配置したことにより、断面をＶ字形状や鋸歯形状に加工したブレーズド型回折光学素子では、Ｖ字形状や鋸歯形状の幅も１μｍ以下となる。またこのような回折光学素子の面形状を成形転写するための金型は、通常金型本体の表面を切削工具により切削加工して形成する事により、同様に微細な凹部を備えている。
【０００３】
従来、このような光学素子やその転写型となる金型の切削加工後の面形状を測定するための装置として、ＸＹステージ状の載置台に被測定物を載置し、被測定部に接触式プローブを接触させながら、接触式プローブに対して載置台を相対移動することにより、被測定物の形状を測定する３次元形状測定装置がある（例えば、特許文献１）。また、光学式プローブを用いた３次元形状測定装置がある（例えば、特許文献２、及び、特許文献３）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９２２３６号公報
【特許文献２】特開平５−３４０７２６号公報
【特許文献３】特開平５−３３２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した微細幅の回折光学素子の転写金型においては、上記特許文献１に記載された３次元形状測定装置では格子を成形するための突出部成形部のＶ字形状や鋸歯形状の開口幅より接触式プローブの先端部の径が大きくなる傾向がありそのためＶ字形状や鋸歯形状の溝を精度良く測定できない恐れがある。
【０００６】
同様に、上記特許文献２及び特許文献３にそれぞれ記載された光学式プローブを用いた３次元形状測定装置においても、被測定物に集光したスポット径が１〜２μｍであり、突出部成形部のＶ字形状や鋸歯形状の溝の開口幅よりスポット径が大きい場合は、突出部成形部のＶ字形状や鋸歯形状の溝を測定することが困難となる。
【０００７】
一方、被測定物を数十ｎｍの精度で測定することが可能な原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いることにより、開口幅１μｍ以下のＶ字形状や鋸歯形状の溝を有する突出部成形部を測定することが可能となるが、原子間力顕微鏡により捉えることが可能な領域は微小領域であり、突出部成形部が加工された成形面の全体領域を測定することが困難を伴い、また、測定環境が大がかりとなるという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記の問題を解決するものであり、突出部や溝部を線状に複数形成した光学素子やその転写金型の形状を容易に確認することが可能な光学素子やその成形型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明の第１の形態は、光学面に、複数の線状の突出部を有する光学素子であって、前記線状の突出部を両端部の内、少なくとも一方の端部における高さは、前記光学面上の有効光学領域内に形成される当該線状の突出部の高さよりも有効光学領域外で低く形成されている事を特徴とする光学素子。
【００１０】
また、この発明の第２の形態は、第１の形態に係る光学素子であって、前記突出部の前記端部の高さ頂点を結ぶ平面に対する角度は、３°以上かつ１０°以下であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、この発明の第３の形態は、第１又は第２の形態に係る光学素子であって、前記突出部の前記端部の高さは、有効光学領域から有効光学領域外にかけて、なだらかに低くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、この発明の第４の形態は、金型本体を切削加工する事により、複数の線状の溝部を有する光学転写面を形成した光学素子用成形型であって、前記線状の溝部の両端部の内、少なくとも一方の端部における深さは、前記光学転写面の有効光学領域内に形成される当該線状の溝部の深さよりも有効光学領域外で浅く形成されている事を特徴とする光学素子用成形型である。
【００１３】
さらに、この発明の第５の形態は、第４の形態に係る光学素子用成形型であって、前記溝部の前記端部における溝の深さとその内側の溝の深さとがなす角度は、３°以上かつ１０°以下であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、この発明の第６の形態は、第４又は第５の形態に係る光学素子用成形型であって、前記溝部の前記端部の深さは、有効光学領域から有効光学領域外にかけて、なだらかに浅くなるように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によると、光学素子やその成形型の突出部や溝部の形状を容易、精度良く確認することが可能となる。即ち、線状に形成される突出部や溝部の少なくとも一端部が光学面や光学転写面に現れ、且つ端部の形状が有効光学領域の形状と異なり切削工具の磨耗や欠け、平面性を把握しやすい形状となっているため、一つの突出部又は溝部の端部又は複数の突出部同士又は複数の溝部同士の端部を相対比較をする事ができ、それにより突出部又は溝部の形状が正確に形成されているかどうかを従来技術のような物理的又は光学的プローブを用いなくても容易に確認する事ができる。
【００１６】
また、この発明の第１の形態によると、有効光学領域内の突出部の高さより、有効光学領域外で低くした突出部の端部の形状を基に、一つの端部又は複数の端部同士を相対比較することが可能となる。
【００１７】
さらに、この発明の第２の形態によると、３°以上かつ１０°以下の角度にしたことにより、突出部の端部の形状変化を容易に確認することが可能となる。
【００１８】
さらに、この発明の第３の形態によると、なだらかに低くなるように形成された突出部の端部の形状を基に、突出部が適合形状の成形型で適正に成形されたことを確認することが可能となる。
【００１９】
さらに、この発明の第４の形態によると、有効光学領域内の溝部の深さより、有効光学領域外で浅く形成された溝部の端部の形状を基に、一つの端部又は複数の端部同士を相対比較することが可能となる。
【００２０】
さらに、この発明の第５の形態によると、３°以上かつ１０°以下の角度にしたことにより、溝部の端部の形状変化を容易に確認することが可能となる。
【００２１】
さらに、この発明の第６の形態によると、なだらかに浅くなるように形成された溝部の端部の形状を基に、溝部が適正に加工されたことを確認することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態に係る回折光学素子の成形型を製造するときの一連の製造工程を示す図である。
【図２】（ａ）回折光学素子の平面図、（ｂ）回折光学素子の正面図である。
【図３】並列に配置した線状の複数の凸部及び連接子の部分正面図である。
【図４】（ａ）は図３のivａ−ivａ線断面図、（ｂ）は図３のivｂ−ivｂ線断面図、（ｃ）は図３のivｃ−ivｃ線断面図である。
【図５】成形型の製造装置の斜視図である。
【図６】成形型を製造するための機能を示すブロック図である。
【図７】（ａ）は連接子成形部の部分正面図、（ｂ）は第２ツールの刃先が摩耗した場合に短くなった連接子成形部の部分正面図、（ｃ）は連接子成形部の長さの減少量及び溝の深さの変化量の関係を示す図、（ｄ）第２ツールの刃先の摩耗状態を確認することが可能な連接子成形部の形状を示す図である。
【図８】（ａ）は凸部成形部及び連接子成形部が不適合な形状に加工された場合の回折光学素子の正面図、（ｂ）は凸部成形部及び連接子成形部が適合な形状に加工された場合の回折光学素子の正面図である。
【図９】（ａ）この発明の一実施形態に係る回折光学素子の成形型により成形された回折光学素子の部分斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示す回折光学素子４０をixｂ方向から見たときの部分矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の一実施形態に係る回折光学素子、その成形型について各図を参照して説明する。
【００２４】
先ず、回折光学素子の成形型について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、回折光学素子の成形型を製造するときの一連の製造工程を示す図、図２（ａ）は回折光学素子の平面図、（ｂ）は回折光学素子の正面図、図３は、並列に配置した線状の凸部及び連接子の部分正面図、図４（ａ）は図３のivａ−ivａ線断面図、（ｂ）は図３のivｂ−ivｂ線断面図、（ｃ）は図３のivｃ−ivｃ線断面図である。
【００２５】
回折光学素子の成形型を製造するときの一連の製造工程において、成形型の本加工する前に、上記決定された材料及び突出部の形状を基に、回折光学素子の設計データが作成される（光学設計データの作成工程）。
【００２６】
回折光学素子の設計データを変換用ソフトウェアを使用して、成形型形状データを作成する（成形型形状データの作成工程）。上記作成された成形型形状データが、成形型の形状に相当する。なお、成形型の形状については、図２〜図４を参照して後述する。
【００２７】
成形型形状データの作成後に、荒加工用ＮＣデータを作成するか、仕上げ加工用ＮＣデータを作成するかを判断し（判断工程）、荒加工用ＮＣデータの場合、形状定型データを基に、基準面のモデルとなる３次元モデルデータを作成する（３次元モデルデータの作成工程）。上記作成された３次元モデルデータが、上記格子を並列に配置する面である成形型の基準面に相当する。なお、回折光学素子の成形型の基準面の形状については、図２〜図４を参照して後述する。
【００２８】
３次元モデルデータから、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ；Computer Aided Manufacturing）ソフトウェアを使用して、荒加工用ＮＣデータを作成する（荒加工用ＮＣデータの作成工程）。仕上げ加工用ＮＣデータの場合、形状定型データを基に、仕上げ加工用ＮＣデータを作成する（仕上げ加工用ＮＣデータの作成工程）。上記作成された荒加工用ＮＣデータを基にワークＷの荒加工をし、荒加工後に、仕上げ加工用ＮＣデータを基にワークＷの仕上げ加工をする（成形型の製造工程）。ワークＷには、鋼材、銅材などの型材料が用いられる。製造装置上で製造後の成形型の形状検査をする（成形型の検査工程）。なお上記説明では荒加工か仕上げ加工かを判断するステップが記載されているが、必ずしも本ステップは必要ではなく、荒加工を行う事なく仕上げ加工のみの加工を行うものであっても良い。以下の説明でも荒加工を行う工程を含んでいるが、本発明の製造工程は必ずしもこれを前提とすることを必須とするものではない。
【００２９】
次に、回折光学素子の成形型の形状について、図２から図４を参照して説明する。成形型１０は、ワークＷの荒加工をすることにより形成される基準面１１に、荒加工後に、ワークＷの仕上げ加工をすることにより形成される微細溝形状の凸部成形部１２を線状に複数に配置した型である。凸部成形部１２毎に、凸部成形部１２の両端１２１、１２２の少なくとも一方に連続して設けられ、連続する凸部成形部１２の一端１２１から離れる方向で微細溝形状の溝の深さがなだらかに浅くなる連接子成形部１３を有している。ここで、基準面１１の一部を含む凸部成形部１２が、光学転写面における有効光学領域を成形するための部位である。また、連接子成形部１３が、光学転写面における有効光学領域外に形成された部位である。なお、これら凸部成形部１２及び連接子成形部１３で、光学素子における突出部を転写成形する成形部を構成している。
【００３０】
成形型１０は、略直方体形状に成形され、平面形状に成形された基準面１１を有している。なお、基準面１１の形状は、平面形状に限定せず、例えば、曲面、即ち凸面や凹面形状であっても良い。
【００３１】
凸部成形部１２、及び、凸部成形部１２に連続して設けられた連接子成形部１３は、直線状にそれぞれ成形されている。なお、凸部成形部１２及び連接子成形部１３の各形状は直線状に限定せず、例えば、曲線状であっても良い。即ち、ここでいう「線状」には直線状や曲線状のいずれも含むものである。
【００３２】
前記直線状に成形された凸部成形部１２を直線方向に対して直交する方向に切断した図４（ｂ）に示す凸部成形部１２の微細溝形状は、Ｖ字断面形をしており、互いに対向する斜面１２３、斜面１２３の下端である溝底部１２５、及び、斜面１２３の上端である溝上端部１２７を有している。
【００３３】
また、前記直線状に成形された連接子成形部１３を直線方向に対して直交する方向に切断した図４（ｃ）に示す連接子成形部１３の微細溝形状は、Ｖ字断面形をしており、互いに対向する斜面１３３、斜面１３３の下端である溝底部１３５、及び、斜面１３３の上端である溝上端部１３７を有している。
【００３４】
連接子成形部１３の溝の深さが徐々に浅くなる角度である溝底部１３５の傾斜角度θは、３°以上かつ１０°以下であることが望ましい。ここで下限を下回らない事により、連接子成形部の長さを確保できるため、各線状の溝部の平行度を精度よく測定する事ができ、また上限を超えない事により、切削工具の磨耗等による形状誤差を精度よく測定する事ができる。溝底部１３５の傾斜角度θを図４（ａ）に示す。溝底部１３５の傾斜角度θは、傾斜が開始される位置における接線に対する角度である。また、連接子成形部１３の形状を次の方法で表すことができる。基準面１１から溝底部１３５までの溝の深さをｄとし、連接子成形部１３の一端１３１の位置における溝の深さをｄ１とし、連接子成形部１３の一端１３１から他端１３２（溝の深さｄ＝０となる他端）までの長さをｓとすると、光軸方向形状の２次元稜線変換比（ｓ／ｄ１）は、５以上かつ２０以下であることが好ましい。なお、本発明でいう「溝の深さ」とは、基準面から当該基準面に対する法線方向での溝底部までの溝の深さをいうものであり、基準面が曲面で構成される場合にも、当該深さは同様に算出する。
【００３５】
また、各連接子成形部１３において、凸部成形部１２の一端１２１から離れた各連接子成形部１３の他端１３２は、凸部成形部１２を並列に配置した方向に対して平行な方向に揃うように位置する。各連接子成形部１３の他端１３２を結んだ結合線１３９は直線であることが好ましい。凸部成形部１２を並列に配置した方向（上下方向）に対して平行な方向に延びた直線状の結合線１３９を図２（ｂ）に示す。
【００３６】
上記の「凸部成形部１２の両端の少なくとも一方に連続して設けられ」とは、連接子成形部１３が凸部成形部１２の一端１２１のみに連続して設けられ、連接子成形部１３が凸部成形部１２の他端１２２のみに連続して設けられ、及び、各連接子成形部１３が凸部成形部１２の両端１２１、１２２にそれぞれ連続して設けられたことを含む。連接子成形部１３が凸部成形部１２の一端１２１のみに連続して設けられた連接子成形部１３を図２（ｂ）に示す。
【００３７】
また、上記の「連続して設けられ」とは、凸部成形部１２の一端１２１に連接子成形部１３の一端１３１が連続して設けられたことを含む。凸部成形部１２の一端１２１でもある連接子成形部１３の一端１３１を図４（ａ）に示す。
【００３８】
凸部成形部１２の一端１２１と他端との間を占める領域である有効光学領域１２０、及び、連接子成形部１３の一端１３１と他端１３２との間を占める有効光学領域外である隣接領域１３０を図３にそれぞれ示す。なお、図３では、凸部成形部１２の他端１２２を図外とした。各凸部成形部１２の一端１２１を結んだ直線状の結合線１２９、及び、結合線１２９に対して平行な方向に延びた、連接子成形部１３の他端１３２を結んだ直線状の結合線１３９を図３に示す。
【００３９】
次に、連接子成形部１３の溝の深さがなだらかに浅くなる角度である溝底部１３５の傾斜角度θについて図４（ｄ）及び（ｅ）を参照してさらに詳細に説明する。前述する溝底部１３５の傾斜角度θが３°以上かつ１０°以下であることが望ましいとは、連接子成形部１３の他端１３２を結んだ結合線１３９が直線状に形成されるように（図３参照）、第３移動制御部３３が第２ツールＴ２を相対移動させ、その結果、隣接領域の範囲において、溝底部１３５の傾斜角度θが３°以上かつ１０°以下の範囲で調整されることをいう。
【００４０】
連接子成形部１３が形成されるべき基準面１１の位置、その形状（平面、曲面）等に応じて、溝底部１３５の傾斜角度θが調整される。例えば、連接子成形部１３の一端１３１の深さ位置が互いに異なり、連接子成形部１３の他端１３２の深さ位置が互いに同じ場合、溝底部１３５の傾斜角度θ１、θ２をそれぞれ調整することにより、連接子成形部１３の他端１３２のＸ座標を一致させて、結合線１３９をＹ軸にそって直線状に形成させる（図４（ｄ）参照）。
【００４１】
これに対し、連接子成形部１３の一端１３１の深さ位置が互いに同じで、連接子成形部１３の他端１３２の深さ位置が互いに異なる場合、溝底部１３５の傾斜角度θ３、θ４をそれぞれ調整することにより、連接子成形部１３の他端１３２のＸ座標を一致させて、結合線１３９を直線状に形成させる（図４（ｅ）参照）。
【００４２】
以上説明したように、各連接子成形部１３の他端１３２のＸ座標位置を一致させることにより、結合線１３９をＸＹ座標上で直線状に形成させたが、各連接子成形部１３の他端１３２のＸ座標位置を一定距離ずつずらすことにより、結合線１３９をＸＹ座標上で一定の傾きを有する直線状に形成させれば良い。結合線１３９の形状変化を基に、成形型１０の製造工程中に目視で凸部成形部１２の形状を確認することが可能となり、また、成形型１０の検査工程において、凸部成形部１２の形状を詳細に確認することが可能となる。
【００４３】
結合線１３９が予め定められた直線形状に対して、斜め線となり、折れ線となり、曲線となり、又は、後述する減少量δｓが許容長さを超えた場合、その結合線１３９の形状変化を基に、凸部成形部１２が予め定められた形状に対し異なる形状に加工されたことを推測することが可能となる。
【００４４】
次に、回折光学素子の成形型の製造装置について図５及び図６を参照して説明する。図５は、回折光学素子の成形型の製造装置の斜視図、図６は、回折光学素子の成形型を製造するための機能を示すブロック図である。
【００４５】
成形型の製造装置２０は、ワークＷの荒加工をするための第１ツールＴ１と、ワークＷの仕上げ加工をするための第２ツールＴ２と、ワークＷを固定するためのステージ２１と、ステージ２１に対して第１ツールＴ１又は第２ツールＴ２を互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の各方向に相対移動させる移動機構３５とを有している。
【００４６】
第１ツールＴ１及び第２ツールＴ２は、シャンク３７の軸線３７１に対して直角に突き出ており、軸線３７１周りに回転しながら、ワークＷに対してＸ軸方向に相対移動させる。第２ツールＴ２は、単結晶ダイヤモンドからなり、Ｖ字形状の刃先を有している。
【００４７】
ステージ２１は、Ｘ軸方向に移動するＸステージ２１１、Ｙ軸方向に移動するＹステージ２１２、及び、Ｚ軸方向に移動するＺステージ２１３を有している。凸部成形部１２の一端１２１と他端との間の方向であるＸ軸方向（水平方向）、凸部成形部１２及び連接子成形部１３の並列方向であるＹ軸方向（上下方向）、及び、第１ツールＴ１又は第２ツールＴ２をＸステージ２１１に対して近接、離間させる方向であるＺ軸方向（前後方向）を図５に示す。また、移動機構３５を図６に示す。
【００４８】
成形型の製造装置２０は、Ｘステージ２１１に対して第１ツールＴ１を、ＸＹ座標上の各位置に応じたＺ軸方向のＺ１位置に相対移動させるよう制御して、ワークＷの荒加工をする第１移動制御部３１と、Ｚ１位置よりＺ軸方向にＸステージ２１１に対し所定長さだけ近接したＺ２位置に相対移動させた第２ツールＴ２をＸ軸上の始点から終点に相対移動させながら、Ｘ軸上の各Ｚ１位置に対応するＺ２位置に相対移動させるよう制御して、ワークＷの仕上げ加工（凸部成形部１２の加工）をする第２移動制御部３２と、第２移動制御部３２による制御の直前に、Ｘ軸上の始点にＸ軸上の終点とは反対側から近づくＸ軸方向に第２ツールＴ２を相対移動させながら、Ｘ軸上の各Ｚ１位置に対応させて、Ｚ１位置からＺ２位置へ徐々に相対移動させ、及び／又は、第２移動制御部３２による制御の直後に、Ｘ軸上の終点からＸ軸上の始点とは反対側へ離れるＸ軸方向に第２ツールＴ２を相対移動させながら、Ｘ軸上の各Ｚ１位置に対応させて、Ｚ２位置からＺ１位置へ徐々に相対移動させるよう制御して、ワークＷの仕上げ加工（連接子成形部１３の加工）をする第３移動制御部３３と、第２移動制御部３２及び第３移動制御部３３による制御の後に、第２ツールＴ２をＹ軸方向に所定ピッチだけ相対移動させるように制御する第４移動制御部３４とを有している。
【００４９】
本実施形態に係る成形型１０において、連接子成形部１３が凸部成形部１２の一端１２１にのみ連続して設けられたことを上述した。それに対応させて、本実施形態に係る成形型の製造装置２０においては、第３移動制御部３３は、第２移動制御部３２による制御の直後に、Ｘ軸上の終点からＸ軸上の始点とは反対側へ離れるＸ軸方向に第２ツールＴ２を相対移動させながら、Ｘ軸上の各Ｚ１位置に対応させて、Ｚ２位置からＺ１位置へ徐々に相対移動させるよう制御して、ワークＷの仕上げ加工（連接子成形部１３の加工）をする。
【００５０】
なお、本発明に係る成形型の製造装置２０においては、第３移動制御部３３は、凸部成形部１２の両端１２１、１２２の少なくとも一方に連続させて、連接子成形部１３を加工すれば良い。それにより、凸部成形部１２の両端１２１、１２２の少なくとも一方に連続して連接子成形部１３を設けることが可能となる。
【００５１】
また、第２移動制御部３２による凸部成形部１２の加工において、Ｚ１位置よりＺ軸方向にＸステージ２１１に対し所定長さだけ近接したＺ２位置に相対移動させた第２ツールＴ２をＸ軸上の始点から終点に相対移動させながら、Ｘ軸上の各Ｚ１位置に対応するＺ２位置に相対移動させるよう制御して、ワークＷの仕上げ加工をする場合、第２ツールＴ２をＺ２位置に相対移動したとき、第２ツールＴ２を凸部成形部１２の溝底部１２５に到達させる。また、第２ツールＴ２をＸ軸上の始点、及び終点に相対移動したとき、第２ツールＴ２を凸部成形部１２の他端１２２から一端１２１に相対移動させる。
【００５２】
さらに、第３移動制御部３３による連接子成形部１３の加工において、第２移動制御部３２による制御の直後に、Ｘ軸上の終点からＸ軸上の始点とは反対側へ離れるＸ軸方向に第２ツールＴ２を相対移動させながら、Ｘ軸上の各Ｚ１位置に対応させて、Ｚ２位置からＺ１位置へ徐々に相対移動させるよう制御して、ワークＷの仕上げ加工をする場合、第２ツールＴ２をＸ軸上の終点から相対移動したとき、第２ツールＴ２を連接子成形部１３の一端１３１（凸部成形部１２の一端１２１）から相対移動させる。また、第２ツールＴ２をＺ２位置からＺ１位置へ相対移動したとき、第２ツールＴ２を連接子成形部１３の一端１３１の溝底部１３５（凸部成形部１２の一端１２１の溝底部１２５）から連接子成形部１３の他端１３２の溝底部１３５（連接子成形部１３の溝の深さｄ＝０であり基準面１１の位置）に到達させる。
【００５３】
なお、回折光学素子の成形型を製造するときの一連の製造工程において、光学設計データの作成工程、定型化データの作成工程、成形型形状データの作成工程、３次元モデルデータの作成工程、荒加工用ＮＣデータの作成工程、仕上げ加工用ＮＣデータの作成工程、及び、荒加工用ＮＣデータを基にワークＷを加工する荒加工工程、荒加工後に、仕上げ加工用ＮＣデータを基にワークＷを加工する仕上げ加工工程、及び、製造された成形型の検査工程について図１を参照して前述した。
【００５４】
成形型１０の製造工程を実行すべく、成形型の製造装置２０においては、演算制御部２５及び記憶部２６を有する。記憶部２６は、光学素子設計データ２６１、変換用ソフトウェア２６５、及び、ＣＡＭソフトウェア２６６を記憶する。演算制御部２５は、光学素子設計データ２６１を定型化することで定型化データ２６２を作成し、定型化データ２６２を基に、変換用ソフトウェア２６５を使用して成形型形状データ２６３を作成し、作成された定型化データ２６２及び成形型形状データ２６３を記憶部２６に記憶させる。
【００５５】
演算制御部２５は、成形型形状データ２６３を基に３次元モデルデータ２６４を作成し、作成した３次元モデルデータ２６４を記憶部２６に記憶させ、３次元モデルデータ２６４を基に、ＣＡＭソフトウェア２６６を使用して荒加工用ＮＣデータ２６７を作成し、作成した荒加工用ＮＣデータ２６７を記憶部２６に記憶させる。さらに、演算制御部２５は、成形型形状データ２６３を基に仕上げ用ＮＣデータ２６８を作成し、作成した仕上げ用ＮＣデータ２６８を記憶部２６に記憶させる。
【００５６】
演算制御部２５、及び、記憶部２６に記憶された、光学素子設計データ２６１、定型化データ２６２、成形型形状データ２６３、３次元モデルデータ２６４、変換用ソフトウェア２６５、ＣＡＭソフトウェア２６６、荒加工用ＮＣデータ２６７、及び、仕上げ用ＮＣデータ２６８、並びに、第１移動制御部３１、第２移動制御部３２、第３移動制御部３３、及び、第４移動制御部３４を図６に示す。
【００５７】
次に、回折光学素子の成形型の製造方法について図４から図６を参照して説明する。
【００５８】
本実施形態に係る成形型１０の製造は、荒加工工程、凸部成形部加工工程、連接子加工工程、送り工程の順番に行われる。なお、連接子加工工程を凸部成形部加工工程の直前に行うようにしても良く、連接子加工工程を凸部成形部加工工程の直後に行うようにしても良い。
【００５９】
荒加工工程において、第１移動制御部３１がステージ２１に固定されたワークＷに対して第１ツールＴ１を互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の各方向に相対移動させて、ワークＷを加工して基準面１１を生成する。
【００６０】
以下、１本の凸部成形部を加工するときの凸部成形部加工工程、及び、凸部成形部加工工程に連続して設けられる連接子加工工程を説明する。
【００６１】
凸部成形部加工工程において、第２移動制御部３２がワークＷの基準面１１に対してＺ軸方向に所定深さになるように近接させた第２ツールＴ２を、Ｘ軸方向に相対移動させて、基準面１１を加工して凸部成形部１２を生成する。
【００６２】
凸部成形部加工工程の直後の連接子加工工程において、第３移動制御部３３が、第２ツールＴ２をＸ軸方向に相対移動させ、Ｘ軸方向の相対移動に応じて、第２ツールＴ２をワークＷの基準面１１に対してＺ軸方向に所定深さから徐々に離間させて、直前に生成された凸部成形部１２の後端に連続し、凸部成形部１２の後端から離れるＸ軸方向で溝底部１３５の深さが徐々に浅くなる連接子成形部１３を生成する。
【００６３】
なお、連接子加工工程を、格子生成部加工工程の直後ばかりでなく、格子生成部加工工程の直前に行っても良く、格子生成部加工工程の直後に代えて、格子生成部加工工程の直前に行っても良い。
【００６４】
凸部成形部加工工程の直前に連接子加工工程を行う場合、第３移動制御部３３が第２ツールＴ２をＸ軸方向に相対移動させ、Ｘ軸方向の相対移動に応じて、第２ツールＴ２をワークＷの基準面１１に対してＺ軸方向に所定深さになるように徐々に近接させて、直後に生成されるべき凸部成形部１２の前端に近づくＸ軸方向で溝底部１３５の深さが徐々に深くなって凸部成形部１２の前端に連続する連接子成形部１３を生成する。
【００６５】
送り工程において、第４移動制御部３４がワークＷの基準面１１に対して第２ツールＴ２をＹ軸方向に所定ピッチ（例えば、１μｍ）だけ相対移動させて、直前に生成された凸部成形部１２及び連接子成形部１３に対して所定ピッチだけ離れて並列に生成されるべき凸部成形部１２及び連接子成形部１３の各生成に備える。第４移動制御部３４は、凸部成形部１２の本数分だけ第２ツールＴ２の送りを繰り返す。
【００６６】
次に、製造装置上で凸部成形部の形状を確認する場合について、図７及び図８を参照して説明する。図７（ａ）は連接子成形部の部分正面図、（ｂ）は第２ツールの刃先が摩耗した場合に短くなった連接子成形部の部分正面図、（ｃ）は連接子成形部の長さの減少量及び溝の深さの変化量の関係を示す図、（ｄ）第２ツールの刃先の摩耗状態を確認することが可能な連接子成形部の形状を示す図、図８（ａ）は凸部成形部及び連接子成形部が不適合な形状に加工された場合の回折光学素子の正面図、（ｂ）は凸部成形部及び連接子成形部が適合な形状に加工された場合の回折光学素子の正面図である。
【００６７】
前述したように、第２ツールＴ２はＶ字形状の刃先を有している。また、仕上げ加工においては、第２ツールＴ２がシャンク３７の軸線３７１周りに回転しながら、ワークＷに対してＸ軸方向に相対移動させることにより、第２ツールＴ２の刃先がワークＷの基準面１１を加工してＶ字断面形の微細溝形状を有する凸部成形部１２を生成する。
【００６８】
第４移動制御部３４が第２ツールＴ２の送りを繰り返していると、第２ツールＴ２の刃先が摩耗し、短くなるため、刃先の摩耗が許容量を超える前に、新たな第２ツールＴ２と交換する。第４移動制御部３４が第２ツールＴ２の送りを繰り返している中で、第２ツールＴ２が摩耗していくと、第２ツールＴ２の摩耗量に応じて、連接子成形部１３の一端１３１から他端１３２までの長さｓが減少し、凸部成形部１２の溝の深さｄが浅くなる。
【００６９】
連接子成形部１３の長さｓ、及び、長さｓの減少量δｓ、連接子成形部１３の溝の深さｄ、及び、溝の深さｄの変化量δｄの関係を図７（ａ）から（ｃ）に示す。長さｓの減少量δｓ、深さｄの変化量δｄが比例関係にあることから、長さｓの減少量δｓの程度を確認することにより、凸部成形部１２の溝の深さｄの変化量δｄが分かり、凸部成形部１２の微細溝形状を容易に確認することが可能となる。
【００７０】
第２ツールＴ２の刃先が摩耗していくに応じて、減少量δｓが徐々に大きくなるため、連接子成形部１３の他端１３２を結んだ結合線１３９が、凸部成形部１２の一端１２１を結んだ結合線１２９に対して斜め線又は曲線となる。斜め線となった結合線１３９を図８（ａ）に示す。これに対して、凸部成形部１２の一端１２１を結んだ結合線１２９に対して、平行な直線となった結合線１３９を図８（ｂ）に示す。
【００７１】
以上に、第２ツールＴ２の刃先が摩耗し、短くなる場合に、連接子成形部１３の長さｓの減少量δｓから、凸部成形部１２の微細溝形状を確認することが可能であることを説明した。
【００７２】
次に、第２ツールＴ２の刃先両側の稜線部分が摩耗した場合に、連接子成形部１３の形状変化から、凸部成形部１２の微細溝形状を確認することが可能であることについて、図７（ｄ）を参照して説明する。第２ツールＴ２の刃先両側の稜線部分が直線形状である場合、第２ツールＴ２をワークＷに対してＺ軸方向へ相対移動させ、ワークＷの基準面１１から徐々に離間させると、連接子成形部１３の溝底部１３５を中心として両側に対称的に形成された溝上端部１３７の稜線が直線形状となる。二等辺三角形状の斜辺のような直線形状となった溝上端部１３７の稜線を図７（ａ）に示す。適合な形状を有する第２ツールＴ２によって加工された凸部成形部１２の微細溝形状は、所定形状であると推定することができる。
【００７３】
これに対し、第２ツールＴ２の刃先両側の稜線部分が摩耗して、波形状になると、連接子成形部１３の両側の溝上端部１３７の稜線が波をうったような形（波形状）となる。溝上端部１３７の稜線を図７（ｄ）に示す。不適合な形状を有する第２ツールＴ２によって加工された凸部成形部１２の微細溝形状は、所定形状に対し異なる形状であると推定することができる。
【００７４】
このように、連接子成形部１３の両側の溝上端部１３７の稜線形状は、第２ツールＴ２の刃先両側の稜線部分の形状に対応している。不適合な形状を有する第２ツールＴ２による加工は、凸部成形部１２及び連接子成形部１３の微細溝形状に悪影響を及ぼすため、連接子成形部１３の両側の溝上端部１３７の稜線形状変化から、凸部成形部１２の微細溝形状が所定形状であるか否かを確認することが可能となる。
【００７５】
以上のように、凸部成形部１２及び連接子成形部１３の加工する仕上げ加工において、作業者は、連接子成形部１３の両側の溝上端部１３７の稜線形状変化を目視により確認する。
【００７６】
次に、成形型１０の検査工程について説明する。仕上げ加工終了後に、駆動制御部がＸステージ２１１、Ｙステージ２１２、及び、Ｚステージ２１３を移動させることで、成形型１０をマイクロスコープ３６の位置に移動させる。それにより、成形型の製造装置２０上で、連接子成形部１３の長さｓの減少量δｓ及び、連接子成形部１３の両側の溝上端部１３７の稜線形状をより詳細に検査することが可能となる。
【００７７】
次に、成形型１０を用いた回折光学素子４０成形について、図９を参照して説明する。図９（ａ）は、成形型１０により成形された回折光学素子４０の部分斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示す回折光学素子４０をixｂ方向から見たときの部分矢視図である。
【００７８】
回折光学素子４０は、その光学面４１に微細山形状の凸部４２を並列に配置している。凸部４２毎に、凸部４２の両端４２１、４２２の少なくとも一方に連続して設けられ、凸部４２の一端４２１に連続し、一端４２１から凸部４２の他端４２２とは反対方向に微細山形状の山部４３５の高さがなだらかに、徐々に低くなる連接子４３を有する。微細山形状の山部４３５の高さが徐々に低くなる角度αは、３°以上かつ１０°以下であることが好ましい。ここで、凸部４２及び連接子４３で回折光学素子４０の突出部を構成しており、また、凸部４２が有効光学領域内に形成される線状の突出部を構成し、連接子４３が、有効光学領域外に形成される突出部の端部を構成している。さらに、連接子４３の山部４３５の頂点が、突出部の端部の高さ頂点を構成している。
【００７９】
また、光学面４１から山部４３５までの高さをｈとし、連接子４３の一端４３１の位置における山部４３５の高さをｈ１とし、連接子４３の一端４３１から他端４３２（高さｈ＝０となる他端）までの長さをｓ１とすると、光軸方向形状の２次元稜線変換比（ｓ１／ｈ１）は、約５以上かつ約２０以下であることが好ましい。
【００８０】
凸部４２の一端４２１から離れた各連接子４３の他端４３２は、凸部４２を並列に配置した方向に対して平行な方向に揃うように位置する。凸部４２を並列に配置した方向に対して平行な方向に直線状に延びた、各連接子４３の他端４３２を結んだ結合線４３９を図９（ａ）に示す。また、角度α、高さｈ１、長さｓ１を図９（ｂ）に示す。
【００８１】
なお、結合線４３９は、一定の傾きを有する直線状に形成されれば良く、その傾き方向は、凸部４２の配列方向（凸部４２を並列に配置した方向）に対して平行な方向に限らない。なお、本発明でいう「凸部の高さ」とは、既述した「溝の深さ」と同様、光学面から当該光学面に対する法線方向での凸部頂部までの高さをいうものであり、光学面がが曲面で構成される場合にも、当該高さを同様に定義するものとする。
【００８２】
以上のようにして製造した成形型１０を用いて、回折光学素子４０をホットエンボス法により製造する場合、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化樹脂からなる基材を成形型１０でプレスする。その結果、基材には、成形型１０に形成した多数の凸部成形部１２及び連接子成形部１３の形状が転写され、微細山形状の凸部４２と、隣り合う２つの凸部４２間に形成されたＶ字形の谷部４４とが交互に並んだ回折光学素子４０が成形される。
【００８３】
結合線４３９の形状変化を基に、回折光学素子４０の形状を確認することが可能となる。例えば、製造された回折光学素子４０において、結合線４３９が予め定められた直線形状に対して、斜め線となったこと、折れ線となったこと、曲線となったこと、又は、前記長さｓ１が許容長さを超えたか否かを、目視やマイクロスコープにより確認した場合、その結合線４３９の形状変化を基に、不適合な成形型によって回折光学素子４０が予め定められた形状に対し異なる形状に製造されたことを推測することが可能となる。
【００８４】
連接子４３においては、山部４３５を中心にして両側位置に前記高さｈ＝０となる麓部４３７が形成される。その麓部４３７を繋いだ、麓部４３７の等高線形状の変化から、凸部４２の微細溝形状が所定形状であるか否かを確認することが可能となる。予め定められた例えば直線状の直線等高線形状に対して波形状となったことを、目視やマイクロスコープにより確認した場合、その等高線形状の変化を基に、不適合な成形型によって回折光学素子４０が予め定められた形状に対し異なる形状に製造されたことを推測することが可能となる。
【符号の説明】
【００８５】
１０  成形型    １１  基準面    １２  凸部成形部    １２１  凸部成形部の一端
１２２  凸部成形部の他端    １２３  斜面    １２５  溝底部    
１２７  溝上端部    １２９  結合線    １３  連接子成形部    
１３１  連接子成形部の一端    １３２  連接子成形部の他端    １３３  斜面
１３５  溝底部    １３７  溝上端部    １３９  結合線
２０  成形型の製造装置    ２１  ステージ    ２１１  Ｘステージ
２１２  Ｙステージ    ２１３  Ｚステージ
２５  演算制御部    ２６  記憶部    ２６１  光学素子設計データ
２６２  定型化データ    ２６３  成形型形状データ    ２６４  ３次元モデルデータ
２６５  変換用ソフトェア    ２６６  ＣＡＭソフトウェア
２６７  荒加工用ＮＣデータ    ２６８  仕上げ用ＮＣデータ
３１  第１移動制御部    ３２  第２移動制御部    ３３  第３移動制御部
３４  第４移動制御部    ３５  移動機構    ３６  マイクロスコープ
３７  シャンク    ３７１  軸線
４０  回折光学素子    ４１  光学面    ４２  凸部    ４２１  一端
４２２  他端    ４３  連接子    ４３１  一端    ４３２  他端
４３５  山部  ４３９  結合線    ４４  谷部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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