(57)【要約】【課題】凹凸パターンの形成密度が非一様であっても高い光学性能の得られる回折光学素子を提供する。【解決手段】凹凸パターンが非一様な密度で形成された回折面１０ｃを有する回折光学素子１０において、形成密度の低い凹凸パターン１０ｃ−１ほどその凹凸パターンの平滑部の表面粗さを小さくする。これは、回折光学素子の原型、又はその成形用金型の切削加工時、先端径の異なる複数種のバイトを、凹凸パターンの形成密度に応じて選択使用することにより実現する。【選択図】　　　図１
2004021077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸パターンが非一様な密度で形成された回折面を有する回折光学素子において、
形成密度の低い凹凸パターンほどその凹凸パターンの平滑部の表面粗さが小さい
ことを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の回折光学素子において、
前記凹凸パターンは、同心円状に形成されており、その凹凸パターンの形成密度は、径位置により異なる
ことを特徴とする回折光学素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の回折光学素子の前記回折面の成形加工に用いられる回折光学素子成形用金型であって、
前記凹凸パターンの反転形状をした成形面を有し、
前記成形面においては、
形成密度の低い凹凸パターンほどその凹凸パターンの平滑部の表面粗さが小さい
ことを特徴とする回折光学素子成形用金型。
【請求項４】
請求項３に記載の回折光学素子成形用金型において、
前記成形面においては、
前記凹凸パターンは、同心円状に形成されており、その凹凸パターンの形成密度は、径位置により異なる
ことを特徴とする回折光学素子成形用金型。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の回折光学素子の前記回折面を切削加工する回折光学素子の切削加工方法であって、
前記回折面において、形成すべき凹凸パターンの密度が低い領域ほど、先端径の大きなバイトを使用する
ことを特徴とする回折光学素子の切削加工方法。
【請求項６】
請求項３又は請求項４に記載の回折光学素子成形用金型の前記成形面を切削加工する回折光学素子成形用金型の切削加工方法であって、
前記成形面において、形成すべき凹凸パターンの密度が低い領域ほど、先端径の大きなバイトを使用する
ことを特徴とする回折光学素子成形用金型の切削加工方法。
【請求項７】
請求項５に記載の回折光学素子の切削加工方法、又は請求項６に記載の回折光学素子成形用金型の切削加工方法に適用される切削加工装置であって、
先端径の異なる複数種のバイトを着脱可能であり、かつ、
少なくとも、装着時のバイト先端位置の前記複数種のバイトの間でのずれを検出するセンサを備えた
ことを特徴とする切削加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凹凸パターンが非一様な密度で形成された回折面を有する回折光学素子、その回折面を成形する回折光学素子成形用金型、回折光学素子の切削加工方法、回折光学素子成形用金型の切削加工方法、及び切削加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回折光学素子は、レンズ機能、分岐／合波機能、光強度分布変換機能、波長フィルター機能、分光機能など色々な機能を有するため、様々な光学系に広く用いられてきた。
例えば、レンズとしてのゾーンプレートや分光素子としてのグレーティング（回折格子）などは古くから実用化されてきた。
【０００３】
回折光学素子に設けるべき凹凸パターンは、用途により決まり、多岐に及ぶ。例えば、グレーティングの凹凸パターンは、同一ピッチで並ぶ直線状である。また、ゾーンプレートの凹凸パターンは、径位置により異なるピッチで並ぶ同心円状（輪帯状）である。
【０００４】
何れの回折光学素子も、理想的なものは、入射光を意図された方向にのみ進行させ、それ以外の方向には進行しないよう設計されている。
しかし、実際には、意図しない方向にも進行させ、フレアが発生して回折効率が低下し、有効な光の強度が低下することがある。
その原因としては、（１）入射光の波長が設計値と異なる、（２）回折光学素子の回折面に形状誤差が生じている、などが考えられる。なお、原因（１）については、複数の異なる回折光学素子を組み合わせることで解消できる。これについては、既に様々な技術が提案されている。
【０００５】
一方、原因（２）については、回折面の加工精度を高めることで解消できると考えられる。
ここで、回折面の加工には、被加工面を先端の尖った工具（所謂バイト）でなぞる「切削加工」が適用される。
なお、生産性を高めるためには、直接の切削加工よりも、金型による成形が好ましいが、その場合、その金型の成形面の加工に切削加工が適用される。成形面の反転形状は、そのまま回折面に転写される。
【０００６】
この切削加工の精度を高めるには、通常、バイトと被加工物との相対移動の誤差をフィードバックしてその移動精度を高める他、形成すべき回折面の複雑さ（凹凸パターンの形成密度）に応じてバイト先端の径を小さくすればよいとされている。
但し、バイト先端の径が小さいと加工面粗さが大きくなるため、通常送りを小さくする。その結果として刃先のなぞる距離が長くなり加工に時間がかかり、かつ、刃先摩耗も大きくなるので、凹凸パターンの形成密度が十分に小さいときには、できるだけ先端径の大きいバイトを使用することが好ましいとされる。
【０００７】
よって、従来は、凹凸パターンの形成密度が高いときには先端径の小さいバイト、凹凸パターンの形成密度が低いときには先端径の大きいバイトを使用し、ゾーンプレートのように凹凸パターンの形成密度が非一様であるときには、最も密度の高い部分に適合する先端径の小さいバイトを使用している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凹凸パターンの形成密度が非一様であるときに先端径の小さいバイトを使用すると、形成密度の低い部分の加工時間が余計に延びてしまうだけでなく、その部分に対し必要とされる形状が得られずに、フレアを発生する可能性のあることが分かった。
【０００９】
このように凹凸パターンの形成密度の低い部分の光学的性能が十分に得られなくなると、たとえ形成密度の高い部分の光学的性能が良好であったとしても、回折光学素子の全体の性能は低下する。
そこで本発明は、凹凸パターンの形成密度が非一様であっても高い光学性能の得られる回折光学素子、その回折面を成形加工する回折光学素子成形用金型、その回折光学素子の切削加工方法、その回折光学素子成形用金型の切削加工方法、及びその切削加工装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の回折光学素子は、凹凸パターンが非一様な密度で形成された回折面を有する回折光学素子において、形成密度の低い凹凸パターンほどその凹凸パターンの平滑部の表面粗さが小さいことを特徴とする。
請求項２に記載の回折光学素子は、請求項１に記載の回折光学素子において、前記凹凸パターンは、同心円状に形成されており、その凹凸パターンの形成密度は、径位置により異なることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の回折光学素子成形用金型は、請求項１又は請求項２に記載の回折光学素子の前記回折面の成形加工に用いられる回折光学素子成形用金型であって、前記凹凸パターンの反転形状をした成形面を有し、前記成形面においては、形成密度の低い凹凸パターンほどその凹凸パターンの平滑部の表面粗さが小さいことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の回折光学素子成形用金型は、請求項３に記載の回折光学素子成形用金型において、前記成形面においては、前記凹凸パターンは、同心円状に形成されており、その凹凸パターンの形成密度は、径位置により異なることを特徴とする。
請求項５に記載の回折光学素子の切削加工方法は、請求項１又は請求項２に記載の回折光学素子の前記回折面を切削加工する回折光学素子の切削加工方法であって、前記回折面において、形成すべき凹凸パターンの密度が低い領域ほど、先端径の大きなバイトを使用することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の回折光学素子成形用金型の切削加工方法は、請求項３又は請求項４に記載の回折光学素子成形用金型の前記成形面を切削加工する回折光学素子成形用金型の切削加工方法であって、前記成形面において、形成すべき凹凸パターンの密度が低い領域ほど、先端径の大きなバイトを使用することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の切削加工装置は、請求項５に記載の回折光学素子の切削加工方法、又は請求項６に記載の回折光学素子成形用金型の切削加工方法に適用される切削加工装置であって、先端径の異なる複数種のバイトを着脱可能であり、かつ、少なくとも、装着時のバイト先端位置の前記複数種のバイトの間でのずれを検出するセンサを備えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４、図５、図６を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
【００１６】
本実施形態では、凹凸パターンが非一様な密度で形成された回折面を有する回折光学素子の成形用の金型を作製する。
図１は、本実施形態の金型１０を説明する図である。図１（ａ）は、本実施形態の金型１０の完成形（断面図及び平面図）であり、図１（ｂ）は、金型１０の加工前のブランク材（金型原型）１０’（断面図）である。
【００１７】
本実施形態の金型１０の成形面１０ｃの理想形状は、図１（ａ）に示すように、凹凸パターンが非一様な密度で形成された回折面（以下、周辺ほど密に凹凸を形成したゾーンプレートの回折面とする。）の反転形状である。
金型原型１０’は、図１（ｂ）に示すように、母材１０ａ上に切削加工可能な被加工層１０ｂが形成されたものである。母材１０ａは例えばステンレス系の金属からなり、被加工層１０ｂは例えば無電解メッキからなる。
【００１８】
本実施形態では、金型原型１０’の被加工層１０ｂを切削加工することにより、金型１０を作製する。
次に、この金型原型１０’の切削加工を説明するに当たり、切削加工に使用するバイト先端と、加工面の形状との関係を説明する。
図２は、切削加工のバイトの先端径Ｒによる加工面の相違を説明する図である。
【００１９】
図２（ａ）は、或る加工面の理想形状（断面）、図２（ｂ）は、先端径Ｒの小さいバイトで切削加工された切削面の形状（断面）、図２（ｃ）は先端径Ｒの大きいバイトで切削加工された切削面の形状（断面）である。なお、図示した加工面の切削加工時の切削運動は紙面表裏方向、送り運動は紙面左右方向であった。
図２（ｂ）と図２（ｃ）とを比較すると、先端径Ｒが小さいとき（図２（ｂ））の方が全体的な形状誤差（図２（ａ）の理想形状からの乖離）を小さくできることが分かる。
【００２０】
ここで、一般に、ゾーンプレートをはじめとする回折光学素子の回折面には、回折を生じさせるため急激に高さを変化させるべき段差部と、なるべく平滑であるべき平滑部とが必要である。したがって、本実施形態に係る金型１０の成形面１０ｃ（図１（ａ）参照）においても、図２（ａ）に示すように、急激に高さを変化させるべき段差部Ａと、なるべく平滑であるべき平滑部Ｂとが必要である。
【００２１】
因みに、ゾーンプレートでは、段差部を十分に急峻にしないと回折光が適正に発生せず、また、平滑部を十分に平滑にしないと散乱光が生じてフレアの原因になる。
図２において、段差部Ａに着目すると、バイト先端径Ｒが小さいとき（図２（ｂ））の方が、先端径Ｒが大きいとき（図２（ｃ））よりも急峻な段差を形成でき、その理想形状（図２（ａ）Ａ）に近づけられることが分かる。
【００２２】
しかし、平滑部Ｂに着目すると、バイト先端径Ｒが小さいとき（図２（ｂ））よりも、先端径Ｒが大きいとき（図２（ｃ））の方が、平滑に近くでき、理想形状（図２（ａ）Ｂ）に近づけられることが分かる。
これは、切削による工具きず（ツールマーク）の高さ（表面粗さ）が、バイトの先端径Ｒが大きいほど小さくなることに関係する。
【００２３】
因みに、ツールマークの高さは、切削加工の送りピッチｆに対し、ｆ２／８Ｒで表される。
したがって、先端径Ｒの小さいバイトは段差部Ａを加工するのに適し、先端径Ｒの大きいバイトは平滑部Ｂを加工するのに適していることが分かる。
次に、本実施形態の金型１０の成形面１０ｃの理想形状は、図１（ａ）に示したように、凹凸パターンが非一様な密度で形成され、その形成密度の比較的高い領域１０ｃ−２と比較的低い領域１０ｃ−１とに分けられる。
【００２４】
このうち、形成密度の高い方の領域１０ｃ−２は、段差部Ａ（図２参照）の占める割合が比較的多く、形成密度の低い方の領域１０ｃ−１は、平滑部Ｂ（図２参照）の占める割合が比較的多い。
【００２５】
そこで、本実施形態の切削加工では、形成密度の高い領域１０ｃ−２については段差部Ａの形状精度を優先させて比較的先端径Ｒの小さいバイトを使用し、形成密度の低い領域１０ｃ−１については平滑部Ｂの形状精度を優先させて比較的先端径Ｒの大きいバイトを使用する。
このようにすれば、形成密度の高い領域１０ｃ−２と低い領域０１ｃ−１とのそれぞれについて、平滑部Ｂと段差部Ａとをバランスよくそれぞれの理想的形状に近づけることができる。
【００２６】
図３は、本実施形態の切削加工に使用する切削加工装置の構成図である。図４は、切削加工装置のバイト周辺の様子を示す斜視図である。
以下、切削加工装置内に保持された金型原型１０’の被加工面１０ｃ’の中心を原点とし、かつその被加工面１０ｃ’の法線方向にＺ座標を配した円筒座標（Ｚ，Ｘ，θ）を採用する（Ｚが高さ方向の座標、Ｘが径方向の座標、θが周方向の座標である。）。
【００２７】
本実施形態の切削加工装置は、従来の切削加工装置（ゾーンプレートの切削加工、又はゾーンプレートの回折面を成形する金型の切削加工に使用されるもの、所謂超精密切削加工装置）と基本的に同じである。
すなわち、切削加工装置には、図３、図４に示すように、金型原型１０’をＺ軸の周りのθ方向に回転させるスピンドル１５、スピンドル１５の全体をＺ方向に移動させる移動機構１４ｚ、使用中のバイト１７の先端部が被加工面１０ｃ’に対し適正な角度を保つようそのバイト１７を保持する保持部材１９、保持部材１９をＸ方向に移動させる移動機構１４ｘが備えられる。
【００２８】
なお、図４において、符号１５ｂは金型原型１０’を保持する保持部材、符号１５ａは、スピンドルロータである。
また、切削加工装置の内部又は外部には、移動機構１４ｚ内のモータＭＺ、移動機構１４ｘ内のモータＭＸ、スピンドル１５内のモータ（不図示）などの各部を駆動制御する回路からなる制御部１２が備えられる。
【００２９】
この切削加工装置では、切削運動は、スピンドル１５のＺ方向の移動及び金型原型１０’のθ方向の回転により行われ、送り運動は、使用中のバイト１７のＸ方向の移動により行われる。
なお、この切削加工装置は、回転対称形状の切削加工に用いられるため、Ｘ、Ｚ方向への移動機構とθ方向への回転機構を備えたが、他の形状（線対称形状など）の切削加工に用いられるときには、その限りでない（例えば、互いに直交するＸ、Ｚ、Ｙ方向への移動機構などからなる）ことは言うまでもない。
【００３０】
図５は、本実施形態で使用するバイトを説明する図である。
ここで、本実施形態では、１つの金型原型１０’の加工に複数のバイト（以下、図５に示す２つのバイト１７ａ、１７ｂとする。）が使用される。
これらのバイト１７ａ、１７ｂの刃先部は、何れも、金型原型１０’の被加工層１０ｂを切削加工するのに適した材料（例えば、単結晶ダイヤモンド）からなるが、互いにその先端径が異なる。
【００３１】
以下、バイト１７ａの先端径Ｒａ、バイト１７ｂの先端径Ｒｂは、Ｒａ＞Ｒｂの関係にあるとする。
ここで、切削加工時、送り運動によって、使用中のバイト１７のＸ座標は変化し、切削運動によって、使用中のバイト１７のＺ座標は変化する。
従来は、被加工面１０ｃ’の切削加工中にバイトが交換されないので、切削加工開始後、使用中のバイト１７の先端の座標（Ｚ，Ｘ）は、制御部１２により全て制御できた。
【００３２】
しかし、本実施形態では、被加工面１０ｃ’の切削加工中にバイトが交換されるので、切削加工装置の各部をたとえ同じに設定したとしても、交換前後でバイト先端の位置がずれる可能性がある。
そこで、本実施形態の切削加工装置には、図３、図４に示すように、そのずれを検知するためのカメラ１６が備えられる。
【００３３】
カメラ１６は、少なくとも、バイト１７ａ装着時の先端とバイト１７ｂ装着時の先端とのＸ座標のずれを検出する。
例えば、カメラ１６は、図４に示すごとく、使用中のバイト１７（バイト１７ａ又はバイト１７ｂ）の先端近傍の空間からＸ軸に垂直な方向にのばした直線上に配置され、その空間を視野が捉える。
【００３４】
なお、カメラ１６が固定されるのは使用中のバイト１７の側（保持部材１９の側）でも金型原型１０’の側（スピンドル１５の側）のどちらでもよいが、少なくとも、送り運動と切削運動により、その先端部がカメラ１６の視野から外れることのないよう設置される。
なお、図４中、符号１６ｂはカメラ１６（後述）を保持する保持部材（アーム）である。
【００３５】
また、カメラ１６は、制御部１２によって駆動制御され、制御部１２は、モニタ１３上にカメラ１６の取得した画像を表示する。
因みに、使用中のバイト１７の先端のＺ座標については、カメラ１６を使用しなくとも認識可能である。
例えば、スピンドル１５内のモータと移動機構１４ｚ内のモータＭＺとを駆動し、徐々に金型原型１０’を使用中のバイト１７（バイト１７ａ又はバイト１７ｂ）の先端に近づけていき、削りカスが発生し始めた時点におけるバイト１７の先端のＺ座標を、「０」とみなせばよい。
【００３６】
図６は、本実施形態の切削加工方法を説明する図である。
図６中、点線は、被加工面１０ｃ’の切削加工後の形状（理想形状）である。上述したとおり、理想形状は、中心（Ｘ＝０）から周縁（Ｘ＝Ｘｈ）にかけて凹凸パターンが密になっている。
本実施形態では、被加工面１０ｃ’上の中心（Ｘ＝０）側の範囲（Ｘ＝０〜Ｘｐ）に対しては、先端径の大きいバイト１７ａを使用し、周縁側の範囲（Ｘ＝Ｘｐ〜Ｘｈ）に対しては、先端径の小さいバイト１７ｂを使用する。
【００３７】
本実施形態の切削加工の具体的手順は、以下のとおりである（なお、ここでは、中心（Ｘ＝０）から周縁（Ｘ＝Ｘｈ）へ向かって切削加工する場合について説明する。）。
先ず、制御部１２は、被加工面１０ｃ’の理想形状を示すデータを記憶している。
【００３８】
また、保持部材１９には、先端径の大きいバイト１７ａが保持され、そのバイト１７ａの先端が被加工面１０ｃ’の中心となるよう、移動機構１４ｘが設定される。設定後のバイト１７ａの先端のＸ座標が「０」とみなされる。
また、金型原型１０’とバイト１７ａの先端との間隔が十分に離れた状態から、スピンドル１５内のモータと移動機構１４ｚ内のモータＭＺとが駆動され、徐々に金型原型１０’がバイト１７ａに近づけられる。
【００３９】
そして、削りカスの発生し始めた時点における、バイト１７ａの先端のＺ座標が「０」とみなされる。
その後、モータＭＺ、ＭＸの駆動量などから、バイト１７ａの先端の座標（Ｚ，Ｘ）は、制御部１２により認識される。
そして、制御部１２は、Ｘ＝Ｘｐとなるまでその先端の座標（Ｚ，Ｘ）を制御し、被加工面１０ｃ’のうち０＜Ｘ＜Ｘｐの範囲が理想形状となるよう切削加工を施す。
【００４０】
次に、切削加工装置の操作者は、バイト１７ａを保持部材１９から取り外しバイト１７ｂに付け換える。
そして、操作者は、この付け換えの際、モニタ１３上に表示された画像から、付け換え前のバイト１７ａの先端のＸ座標（ここでは、Ｘｐ）と、付け換え後のバイト１７ｂの先端のＸ座標とのずれを認識し、付け換え後のバイト１７ｂの先端の座標をＸｐに一致させる。
【００４１】
なお、一致させる際には、移動機構１４ｘを駆動する必要があるが、その駆動は操作者が直接行っても、操作者が制御部１２を介して行ってもよい。
さらに、金型原型１０’とバイト１７ｂの先端との間隔が十分に離れた状態から、スピンドル１５内のモータとモータＭＺとが駆動され、徐々に金型原型１０’がバイト１７ｂに近づけられる。
【００４２】
そして、削りカスの発生し始めた時点における、バイト１７ｂの先端のＺ座標が「０」とみなされる。
その後、モータＭＺ、ＭＸの駆動量などから、バイト１７ｂの先端の座標（Ｚ、Ｘ）は、制御部１２により認識される。
そして、制御部１２は、Ｘ＝Ｘｈとなるまでその先端の座標（Ｚ，Ｘ）を制御し、被加工面１０ｃ’のうちＸｐ＜Ｘ＜Ｘｈの範囲が理想形状となるよう切削加工を施す。
【００４３】
この切削加工の結果、金型原型１０’の被加工面１０ｃ’は、ゾーンプレートの回折面を転写するための成形面１０ｃ（図１（ａ）参照）になる（以上、本実施形態の切削加工の手順）。
以上、本実施形態の切削加工では、凹凸パターンの形成密度が高い領域については先端径の小さいバイト（バイト１７ｂ）、凹凸パターンの形成密度が低い領域については先端径の大きいバイト（バイト１７ａ）を使用する。
【００４４】
このように使い分ければ、完成した金型１０（図１（ａ）参照）においては、凹凸パターンの形成密度の高い領域１０ｃ−２と低い領域０１ｃ−１とのそれぞれの平滑部Ｂと段差部Ａとが（図２参照）バランスよく理想的形状に近づく。
なお、本実施形態の切削加工装置には、カメラ１６が使用されたが、少なくとも、バイト１７ａ、１７ｂのそれぞれの装着時の先端のずれを検知できるのであれば、例えば、光センサなど、如何なるセンサが使用されてもよい。
【００４５】
また、本実施形態の切削加工には、２種類のバイトが使用されているが、３種類以上のバイトを使用してもよい。
また、本実施形態の切削加工装置を、前記した操作者の動作の一部又は全部を自動化するよう構成してもよい。
［第２実施形態］
図７を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
【００４６】
本実施形態は、ゾーンプレートを作製するものである。本実施形態は、ゾーンプレートの回折面の成形に第１実施形態の金型１０を用いる点に特徴がある。
図７は、ゾーンプレート作製の工程を説明する図である。
本実施形態のゾーンプレートの材料は、ガラス、樹脂、それらの組み合わせの何れでもよいが、以下では、ガラス製の光学層（ガラス基板）２１上に樹脂製の光学層２２が形成され、かつその光学層２２の表面が回折面となった複合型ゾーンプレート２０（図７（ｃ））を代表して説明する。
【００４７】
光学ガラスからなるガラス基板２１を用意し、その上に、光学層２２に使用すべき樹脂の未硬化物２２’を滴下する。
第１実施形態の金型１０を用意し、その成形面１０ｃで未硬化物２２’をガラス基板２１の全体に押し広げる（図７（ａ））。
未硬化物２２’の硬化用の光（又は熱）を照射して、未硬化物２２’を硬化させて樹脂製の光学層２２を形成する（図７（ｂ））。
【００４８】
金型１０を分離して複合型ゾーンプレート２０を完成させる（図７（ｃ））。
このように完成した複合型ゾーンプレート２０の回折面２０ａは、第１実施形態において切削加工された成形面１０ｃの反転形状となり、凹凸パターンの形成密度の高い部分及び低い部分のそれぞれの平滑部と段差部とがバランスよく理想形状に近づく。したがって、複合型ゾーンプレート２０の性能は高い。
【００４９】
なお、本実施形態のゾーンプレートの構成は、ガラス基板２１上に樹脂製の光学層２２が形成されたものだが、上記手順の最後にガラス基板２１を剥離すれば、樹脂のみから構成されたものとすることができる。
また、本実施形態の成形は、樹脂製の光学層２２の表面を回折面２０ａに成形するもの（樹脂モールド法）であったが、それを応用してガラス製の光学層の表面を回折面に成形するもの（ガラスモールド法）とすることもできる。
【００５０】
［その他］
なお、上記各実施形態は、作製すべき回折光学素子をゾーンプレートとしているが、回折面の凹凸パターンが非一様であるグレーティングとすることもできる。
なお、上記第１実施形態及び第２実施形態は、金型を使用して回折光学素子を作製するものであるが、回折光学素子の原型（基材）を第１実施形態の切削加工方法で直接切削加工してもよい。
【００５１】
但し、使用するバイト先端の材料は、前記した材料（例えば、単結晶ダイヤモンド）に限らず、原型の材料に応じて適宜選択される。
その場合に作製された回折光学素子も、第１実施形態及び第２実施形態にて作製された回折光学素子と同様、良好な性能を示す。
また、上記第２実施形態では、透過型の回折光学素子を作製しているが、成形品の表面に金コートや銀コートなどの反射膜を成膜すれば、反射型の回折光学素子を作製することもできる。因みに、反射型の回折光学素子は、原型（基材）である樹脂やガラスの光学特性（透過率や屈折率、分散特性など）が不問となるため、使用できる材料の選択範囲が広いことで知られている。
【００５２】
【実施例】
［第１実施例］
本発明の第１実施例（第１実施形態の具体例）について説明する。
図８は、本実施例を説明する図である。
本実施例では、樹脂性のゾーンプレートの成形用の金型を作製した。
【００５３】
金型母材１０ａとしてステンレス系のスタバックスを用い、その上に被加工層１０ｂとしてＮｉ−Ｐ無電解メッキ層を設けた。これをブランク材（金型原型）１０’とした。
被加工層１０ｂの被加工面１０ｃ’の加工後（成形面）の理想形状は、ブレーズ型のゾーンプレートの回折面の反転形状とした。
【００５４】
この回折面の格子深さｈは１６μｍ、格子の形成ピッチｐは、中心から周辺にかけて３ｍｍ〜０．１ｍｍ、また、格子の本数は、全部で６０本とした（図８は誇張してある。）。
第１実施形態の切削加工装置と、先端半径２μｍのダイヤモンドバイト、及び先端半径８μｍのダイヤモンドバイトの２種類とを用意した。
【００５５】
この切削加工装置により、金型原型１０’の被加工層１０ｂの被加工面１０ｃ’を切削加工した。
この切削加工において、格子ピッチｐが１ｍｍ以上の領域には、先端半径が８μｍのダイヤモンドバイトを使用し、格子ピッチｐが１ｍｍ以下の領域には、先端半径２μｍのダイヤモンドバイトを使用した。
【００５６】
完成した成形面１０ｃの形状は、凹凸パターンの形成密度の低い中心部では、凹凸の平滑部が理想形状（滑らか）に近く、凹凸パターンの形成密度の高い周辺部では、凹凸の段差部が理想形状（急峻）に近かった。すなわち、凹凸パターンの形成密度の高い領域と低い領域とのそれぞれの平滑部と段差部とが、バランスよく理想的形状に近づいた。
【００５７】
［第２実施例］
本発明の第２実施例（第２実施形態の具体例）について説明する。
図９は、本実施例を説明する図である。
本実施例では、第１実施例の金型１０を用いた樹脂モールドにより、ガラス及び樹脂製の複合型ゾーンプレート２０（図９（ｅ）参照）を作製した。
【００５８】
シランカップリング処理の施されたガラス製の光学層（ガラス基板）２１上に、ウレタンアクリレート系紫外線硬化性樹脂２２の未硬化物２２’を滴下した（図９（ａ））。なお、ガラス基板２１の直径は５０ｍｍ、厚さは２ｍｍであった。
ガラス基板２１の天地を反転して未硬化物２２’を垂らすと同時に、第１実施例の金型１０の成形面１０ｃを、ガラス基板２１上の未硬化物２２’に徐々に近づけ（図９（ｂ））、ガラス基板２１との間隔が所定の距離（本実施例では、金型１０の成形面１０ｃの格子の先端からガラス基板２１の表面までが１０μｍ）になった時点で固定した（図９（ｃ））。
【００５９】
この状態で、未硬化物２２’は、気泡が入ることなく、ガラス基板２１と金型１０との間に充填されていた。
さらに、ガラス基板２１の側から高圧水銀灯の光（紫外線である。）を照射して未硬化物２２’を硬化させ、ガラス基板２１上に樹脂製の光学層２２を形成した（図９（ｄ））。
【００６０】
金型１０を分離して、ガラス基板２１及び光学層２２からなる複合型ゾーンプレート２０を完成させた（図９（ｅ））。
この複合型ゾーンプレート２０は、凹凸パターンの形成密度の高い部分及び低い部分のそれぞれがバランスよく機能し、したがって全体の光学的性能が高かった。
【００６１】
なお、図９では、ガラス基板２１の表面が平面となっているが、曲面（球面又は非球面）とすることもできる。
また、本実施例においてガラス基板２１にシランカップリング処理を施さずに、最後にガラス基板２１を分離すると、樹脂のみからなるゾーンプレートを作製することもできる。
【００６２】
また、本実施例では、光学層２２の材料に紫外線硬化性樹脂を使用したが、可視光硬化性樹脂などを用いることもできる。さらには、本実施例とは異なる成形方法（射出成形）などを適用することもできる。
［第３実施例］
本発明の第３実施例（第２実施形態の別の具体例）について説明する。
【００６３】
図１０は、本実施例を説明する図である。
本実施例では、第１実施形態の金型１０を用いたガラスモールドにより、ガラス製のゾーンプレート４０を作製した。以下、第２実施例との相違点を中心に説明する。
本実施例では、ガラスモールドの高温耐久性を考慮し、金型１０の母材１０ａ及び被加工層１０ｂの材料は、第２実施例で使用した金型（第１実施例の金型）において、スタバックスの代わりにＳ４５Ｃ（炭素鋼）を使用し、Ｎｉ−Ｐ無電解メッキに２％程度のＷ（タングステン）を含有させたものを使用した。被加工層１０ｂの切削加工方法は、第１実施例と同じとした。
【００６４】
なお、ガラスモールド法では、両面を同時成形するため、この金型１０と同じ材料からなる裏面用金型４１（下型）も用意した。下型４１の成形面４１ａは、平面とした。
また、ガラス製のゾーンプレート４０の原型であるガラス基材４０’を用意した。このガラス基材４０’には、表面４０ａ’を平面に研磨した低融点ガラス（住田光学ガラス製Ｐ−ＳＫ６０、直径６０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を用いた。
【００６５】
ガラス基材４０’を下型４１の上に載置し、上部に保持した金型１０と共に窒素（Ｎ２）雰囲気中で最高４２０°まで加熱した（図１０（ａ））。
加熱したまま窒素雰囲気中で、ガラス基材４０’を下型４１と金型１０との間に挟み、３０ｋｇｆ／ｃｍ２で５分間加圧した（図１０（ｂ））。
加圧を止め、所定温度まで冷却した後離型し、完成したゾーンプレート４０を取り出した（図１０（ｃ））。
【００６６】
このように完成したガラス製のゾーンプレート４０も、凹凸パターンの形成密度の高い部分及び低い部分のそれぞれがバランスよく機能し、したがって全体の光学的性能が高かった。
なお、ガラス基材４０’の表面４０ａ’形状は、平面に限らず、曲面（球面又は非球面）としてもよい。
【００６７】
また、下型４１の成形面４１ａを回折面の反転形状に加工しておけば、両面に回折面を有したゾーンプレートを作製することもできる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、凹凸パターンの形成密度が非一様であっても高い光学性能の得られる回折光学素子、その回折面を成形加工する回折光学素子成形用金型、その回折光学素子の切削加工方法、その回折光学素子成形用金型の切削加工方法、及びその切削加工装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の金型を説明する図である。図１（ａ）は、本実施形態の金型の完成形（断面図及び平面図）であり、図１（ｂ）は、金型の加工前のブランク材（金型原型）（断面図）である。
【図２】切削加工のバイトの先端径Ｒによる加工面の相違を説明する図である。
【図３】第１実施形態の切削加工に使用する切削加工装置の構成図である。
【図４】第１実施形態の切削加工装置のバイト周辺の様子を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態で使用するバイトを説明する図である。
【図６】第１実施形態の切削加工方法を説明する図である。
【図７】ゾーンプレート作製の工程を説明する図である。
【図８】第１実施例を説明する図である。
【図９】第２実施例を説明する図である。
【図１０】第３実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１０　金型
１０’　金型原型
１０ａ　母材
１０ｂ　被加工層
１０ｃ，４１ａ　成形面
１０ｃ’　被加工面
Ａ　段差部
Ｂ　平滑部
１１　切削加工装置
１２　制御部
１３　モニタ
１４ｘ，１４ｚ　移動機構
ＭＺ，ＭＸ　モータ
１５　スピンドル
１５ａ　スピンドルロータ
１５ｂ，１９，１６ｂ　保持部材
１６　カメラ
１７　使用中のバイト
１７ａ，１７ｂ　バイト
２０　複合型ゾーンプレート
２１　ガラス基板
２２　樹脂性の光学層
２２’　樹脂の未硬化物
２０ａ　回折面
４０　ガラス製のゾーンプレート
４０’　ガラス基材
４０ａ’　表面
４１　下型
【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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【図１０】
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