(57)【要約】【課題】加工基準を確保することで、より容易に精度の高い光学素子成形用金型を製作できるその製作方法、並びにかかる光学素子成形用金型により成形される光学素子の製作方法を提供する。【解決手段】母型部材の母光学面を含む表面において電鋳を成長させる工程と、母型部材の外周面に基づいて、成長した電鋳部材を加工する工程とを含む。母型部材に母光学面を形成する場合、例えばダイヤモンド工具などを用いて、母型部材を回転させながら切削加工を施すが、かかる場合、その回転軸は光軸に一致する。従って、この切削加工に並行して、母型部材の例えば外周面を回転切削加工すると、その外周面の軸線は、母光学面の光軸と精度良く一致することになる。そこで、母型部材の加工された外周面を基準として、例えば母型部材から成長させる電鋳部材（光学素子成形用金型の元となる）の外周面を加工したり、電鋳部材と裏打ち部材との位置決め部を加工したりすれば、最終的に高精度な光学素子を成形できることとなる。【選択図】　　図２
2004043951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母型部材を回転させつつ該母型部材上に光学素子の母光学面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材を回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記母型部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材の前記母光学面上に所定の形状を有する光学面を形成する工程と、
前記母型部材に対し電鋳処理を行うことにより、前記母型部材の光学面に対応する光学転写面を有する電鋳部材を形成する工程と、
前記光学素子成形用金型を得るべく、前記電鋳部材および前記母型部材を一体に回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記電鋳部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面に基づいて、前記電鋳部材の外周面を切削加工する工程と、を含むことを特徴とする光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２】
前記母型部材の前記母光学面上に所定の形状を有する光学面を形成する工程はさらに、
レジスト膜を前記母光学面上に形成する工程と、
前記レジスト膜に対し電子ビームを照射し、輪帯形状を描画する工程と、
現像処理を行って、前記母光学面に輪帯形状を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項３】
前記母型部材と前記電鋳部材を一体とし、前記母型部材の外周面を基準として前記電鋳部材の外周面が切削加工されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項４】
前記電鋳部材は、前記母型部材の外周面を基準として旋盤の回転軸と前記母型部材の光軸とを一致させるように前記母型部材を前記旋盤に取り付けた後に、切削加工されることを特徴とする請求項３に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項５】
前記母型部材は電極部材を含むとともに、前記電極部材の外周面に絶縁剤が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項６】
前記母型部材上の前記母光学面と前記母型部材の前記外周面は同時に加工されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項７】
前記母型部材は電極部材に母型の素材を固定することにより得られることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項８】
母光学面は母型の素材が切削加工されることにより形成されることを特徴とする請求項７に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項９】
前記母型部材は電極部材に母型の素材を成膜することにより得られることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１０】
第１の旋盤に母型部材を取り付ける工程と、
前記第１の旋盤上の前記母型部材を回転させつつ前記母型部材上に、光学素子の母光学面を切削加工により形成する工程と、
前記第１の旋盤上の前記母型部材を回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記母型部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材を前記第１の旋盤から取り外す工程と、
前記母型部材の前記母光学面上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層上に所定の形状を描画する工程と、
前記母型部材の前記母光学面に所定の形状を有する光学面を形成するよう現像を行う工程と、
前記母型部材に対し電鋳処理を行うことにより、前記母型部材の光学面に対応する光学転写面を有する電鋳部材を形成する工程と、
前記母型部材と前記電鋳部材を第２の旋盤に取り付ける工程と、
前記光学素子成形用金型を得るべく、前記電鋳部材および前記母型部材を一体に回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記電鋳部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面に基づいて、前記電鋳部材の外周面を切削加工する工程と、
光学転写面を有する光学素子を得るべく、前記母型部材から前記電鋳部材を脱型する工程と、を含むことを特徴とする光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１１】
前記母型部材と前記電鋳部材を一体とし、前記母型部材の外周面を基準として前記電鋳部材の外周面が切削加工されることを特徴とする請求項１０に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１２】
さらに前記電鋳部材と裏打ち部材を一体化する工程と、
前記電鋳部材および前記裏打ち部材を前記母型部材とともに回転させつつ、前記母型部材の外周面に基づいて、前記裏打ち部材の外周面を切削加工することにより、母光学面の光軸と前記裏打ち部材の回転軸に一致させるための工程と、を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１３】
前記第１の旋盤と前記第２の旋盤は同一であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１４】
前記所定の形状は輪帯形状であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１５】
母型部材を回転させつつ母型部材上に、光学素子の母光学面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材を回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記母型部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材の前記母光学面上に所定の形状を有する光学面を形成する工程と、
前記母型部材に対し電鋳処理を行うことにより、前記母型部材の光学面に対応する光学転写面を有する電鋳部材を形成する工程と、
前記電鋳部材と裏打ち部材を一体化する工程と、
前記光学素子成形用金型を得るべく、前記電鋳部材および前記母型部材を一体に回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記裏打ち部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面に基づいて、前記裏打ち部材の外周面を切削加工する工程と、
光学転写面を有する光学素子を得るべく、前記母型から前記電鋳部材を脱型する工程と、を含むことを特徴とする光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１６】
前記電鋳部材の外周面を、前記母型部材と前記電鋳部材を一体で、前記母型部材の外周面を基準として切削加工することを特徴とする請求項１５に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１７】
前記電鋳部材は、前記母型部材の外周面を基準として旋盤の回転軸と前記母型部材の光軸とを一致させるように前記旋盤に取り付けられた後に、切削加工されることを特徴とする請求項１６に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１８】
前記裏打ち部材は摺動部材を含み、かつ前記母型部材の外周面に基づいて、前記摺動部材の外周面が切削加工されることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法によって製作された光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形する光学素子の製作方法。
【請求項２０】
前記光学素子は、前記光学素子成形用金型に溶融した樹脂を射出することにより成形されることを特徴とする請求項１９に記載の光学素子の製作方法。
【請求項２１】
光学素子成形用金型を形成するための母型の素材を、電鋳形成用の電極部材に相対回転不能に取り付ける工程と、
前記母型の素材及び前記電極部材を回転させつつ、前記光学素子成形用金型から成形される光学素子の光学面に対応した母光学面を切削加工により形成し、且つ前記電極部材に、切削加工により第１のマークを形成し、更に前記電極部材の外周面を形成する工程と、
前記第１のマークに基づいて、前記電極部材に第２のマークを形成し、前記第２のマークに基づいて、前記母型の素材に所定の処理を施す工程と、
前記母型部材の母光学面を含む表面において電鋳を成長させる工程と、
前記母型部材の外周面に基づいて、成長した前記電鋳の外周面を加工する工程と、を含むことを特徴とする光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２２】
電鋳形成用の電極部材を回転させつつ、前記光学素子成形用金型から成形される光学素子の光学面に対応した母光学面を切削加工により形成し、且つ前記電極部材に、切削加工により第１のマークを形成し、更に前記電極部材の外周面を形成する工程と、
前記第１のマークに基づいて、前記電極部材に第２のマークを形成する工程と、
光学素子成形用金型を形成するための母型の素材を、前記母光学面に成膜する工程と、
前記第２のマークに基づいて、前記母型の素材に所定の処理を施す工程と、
前記母型部材の母光学面を含む表面において電鋳を成長させる工程と、
前記母型部材の外周面に基づいて、成長した前記電鋳の外周面を加工する工程と、を含むことを特徴とする光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２３】
光学素子成形用金型を形成するための母型の素材、および電鋳形成用の電極部材を有する母型部材を回転させつつ、前記光学素子成形用金型から成形される光学素子の光学面に対応した母光学面を切削加工により形成し、且つ切削加工により前記電極部材の外周面を形成する工程と、
前記母型部材の母光学面を含む表面において電鋳を成長させる工程と、
前記母型部材の外周面に基づいて、成長した前記電鋳の外周面を加工する工程と、を含むことを特徴とする光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２４】
前記成膜は、ＣＶＤ法により行われることを特徴とする請求項２２に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２５】
前記所定の処理は、前記母光学面に、同心円の形状を形成する処理であることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２６】
前記第２のマークに基づいて、前記母型の素材の３次元座標を決定する工程を含むことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２７】
決定された前記３次元座標に基づいて、電子ビームにより光学素子の形状に対応する描画処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２８】
前記描画処理は、光学素子の回折輪帯に対応した形状の描画を行う処理であることを特徴とする請求項２７に記載の光学素子成形用金型の製作方法。
【請求項２９】
請求項２１乃至２８のいずれかに記載の光学素子成形用金型の製作方法により製作された光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形することを特徴とする光学素子の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子を成形可能な光学素子成形用金型を製造するための母型の製作方法、光学素子成形用金型の製作方法及び光学素子の製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。ここで、金型は消耗品であり、また不測の事態による破損なども予想されることから、高精度な光学素子を成形するためには、定期的或いは不定期の金型交換が必要であるといえる。従って、光学素子を成形するための金型も、一定精度の金型をある程度の量だけ予め用意しておく必要があるといえる。
【０００３】
ここで、単結晶ダイヤモンド工具などを用いた切削加工で金型を製造した場合、手間がかかる上に、全く同一形状の金型を切り出すことは困難といえ、それ故金型交換前後で光学素子製品の形状バラツキが生じる恐れがあり、又コストもかかるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、電鋳を成長させることで、金型を製作しようとする試みがある。このような電鋳による金型製作手法を用いると、精度の良い母型を一つ用意するだけで、寸法バラツキの少ない光学素子成形用金型を比較的容易に得ることができる。
【０００５】
しかるに、素材の切削加工から複数の工程を経て母型が完成するため、その間、一連の加工の基準となる部位が必要である。光学素子の設計上の基準は、一般的には光軸であるので、本来的には光軸に一致するマークを設けるのが好ましいが、母光学面にそのようなマークを設けることは、光学面の形状を損なうため不可能である。
【０００６】
これに対し、光ピックアップ装置に用いるある種の光学素子には、収差特性を良好にすべく光学面の光軸に同心の回折輪帯を設けることが行われている。そこで、母型の母光学面に回折輪帯に対応する輪帯を形成すれば、電鋳処理後、かかる輪帯を用いることで、光軸の位置を精度良く推定することはできる。しかしながら、輪帯から光軸を検出し、それを基準として加工を行うということは、輪帯を読み取る装置を必要とし、又手間もかかる。更に、母光学面に、回折輪帯に対応した輪帯のごとき、光軸に対して同心円の構成が存在しない場合、かかる手法を用いることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、加工基準を確保することで、より容易に精度の高い光学素子成形用金型を製作できるその製作方法、並びにかかる光学素子成形用金型により成形される光学素子の製作方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的は以下の構成により解決される。
本発明の光学素子成形用金型の製作方法は、
母型部材を回転させつつ該母型部材上に光学素子の母光学面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材を回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記母型部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材の前記母光学面上に所定の形状を有する光学面を形成する工程と、
前記母型部材に対し電鋳処理を行うことにより、前記母型部材の光学面に対応する光学転写面を有する電鋳部材を形成する工程と、
前記光学素子成形用金型を得るべく、前記電鋳部材および前記母型部材を一体に回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記電鋳部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面に基づいて、前記電鋳部材の外周面を切削加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
前記母型部材の前記母光学面上に所定の形状を有する光学面を形成する工程はさらに、
レジスト膜を前記母光学面上に形成する工程と、
前記レジスト膜に対し電子ビームを照射し、輪帯形状を描画する工程と、
現像処理を行って、前記母光学面に輪帯形状を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
更に、前記母型部材と前記電鋳部材を一体とし、前記母型部材の外周面を基準として前記電鋳部材の外周面が切削加工されることを特徴とする。
【００１１】
更に、前記電鋳部材は、前記母型部材の外周面を基準として旋盤の回転軸と前記母型部材の光軸とを一致させるように前記母型部材を前記旋盤に取り付けた後に、切削加工されることを特徴とする。
【００１２】
更に、前記母型部材は電極部材を含むとともに、前記電極部材の外周面に絶縁剤が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
更に、前記母型部材上の前記母光学面と前記母型部材の前記外周面は同時に加工されることを特徴とする。
【００１４】
更に、前記母型部材は電極部材に母型の素材を固定することにより得られることを特徴とする。
【００１５】
更に、母光学面は母型の素材が切削加工されることにより形成されることを特徴とする。
【００１６】
更に、前記母型部材は電極部材に母型の素材を成膜することにより得られることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光学素子成形用金型の製作方法は、
第１の旋盤に母型部材を取り付ける工程と、
前記第１の旋盤上の前記母型部材を回転させつつ前記母型部材上に、光学素子の母光学面を切削加工により形成する工程と、
前記第１の旋盤上の前記母型部材を回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記母型部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材を前記第１の旋盤から取り外す工程と、
前記母型部材の前記母光学面上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層上に所定の形状を描画する工程と、
前記母型部材の前記母光学面に所定の形状を有する光学面を形成するよう現像を行う工程と、
前記母型部材に対し電鋳処理を行うことにより、前記母型部材の光学面に対応する光学転写面を有する電鋳部材を形成する工程と、
前記母型部材と前記電鋳部材を第２の旋盤に取り付ける工程と、
前記光学素子成形用金型を得るべく、前記電鋳部材および前記母型部材を一体に回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記電鋳部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面に基づいて、前記電鋳部材の外周面を切削加工する工程と、
光学転写面を有する光学素子を得るべく、前記母型部材から前記電鋳部材を脱型する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
更に、前記母型部材と前記電鋳部材を一体とし、前記母型部材の外周面を基準として前記電鋳部材の外周面が切削加工されることを特徴とする。
【００１９】
さらに前記電鋳部材と裏打ち部材を一体化する工程と、
前記電鋳部材および前記裏打ち部材を前記母型部材とともに回転させつつ、前記母型部材の外周面に基づいて、前記裏打ち部材の外周面を切削加工することにより、母光学面の光軸と前記裏打ち部材の回転軸に一致させるための工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
更に、前記第１の旋盤と前記第２の旋盤は同一であることを特徴とする。
【００２１】
更に、前記所定の形状は輪帯形状であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の光学素子成形用金型の製作方法は、
母型部材を回転させつつ母型部材上に、光学素子の母光学面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材を回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記母型部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面を切削加工により形成する工程と、
前記母型部材の前記母光学面上に所定の形状を有する光学面を形成する工程と、
前記母型部材に対し電鋳処理を行うことにより、前記母型部材の光学面に対応する光学転写面を有する電鋳部材を形成する工程と、
前記電鋳部材と裏打ち部材を一体化する工程と、
前記光学素子成形用金型を得るべく、前記電鋳部材および前記母型部材を一体に回転させつつ、前記母光学面の光軸が前記裏打ち部材の外周面の回転中心と一致するように、前記母型部材の外周面に基づいて、前記裏打ち部材の外周面を切削加工する工程と、
光学転写面を有する光学素子を得るべく、前記母型から前記電鋳部材を脱型する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
更に、前記電鋳部材の外周面を、前記母型部材と前記電鋳部材を一体で、前記母型部材の外周面を基準として切削加工することを特徴とする。
【００２４】
更に、前記電鋳部材は、前記母型部材の外周面を基準として旋盤の回転軸と前記母型部材の光軸とを一致させるように前記旋盤に取り付けられた後に、切削加工されることを特徴とする。
【００２５】
更に、前記裏打ち部材は摺動部材を含み、かつ前記母型部材の外周面に基づいて、前記摺動部材の外周面が切削加工されることを特徴とする。
【００２６】
上述の方法によって製作された光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形する光学素子の製作方法も本発明である。
【００２７】
更に、前記光学素子は、前記光学素子成形用金型に溶融した樹脂を射出することにより成形されることを特徴とする。
【００２８】
本発明の光学素子成形用金型の製作方法は、
光学素子成形用金型を形成するための母型の素材を、電鋳形成用の電極部材に相対回転不能に取り付ける工程と、
前記母型の素材及び前記電極部材を回転させつつ、前記光学素子成形用金型から成形される光学素子の光学面に対応した母光学面を切削加工により形成し、且つ前記電極部材に、切削加工により第１のマークを形成し、更に前記電極部材の外周面を形成する工程と、
前記第１のマークに基づいて、前記電極部材に第２のマークを形成し、前記第２のマークに基づいて、前記母型の素材に所定の処理を施す工程と、
前記母型部材の母光学面を含む表面において電鋳を成長させる工程と、
前記母型部材の外周面に基づいて、成長した前記電鋳の外周面を加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
本発明の光学素子成形用金型の製作方法は、
電鋳形成用の電極部材を回転させつつ、前記光学素子成形用金型から成形される光学素子の光学面に対応した母光学面を切削加工により形成し、且つ前記電極部材に、切削加工により第１のマークを形成し、更に前記電極部材の外周面を形成する工程と、
前記第１のマークに基づいて、前記電極部材に第２のマークを形成する工程と、
光学素子成形用金型を形成するための母型の素材を、前記母光学面に成膜する工程と、
前記第２のマークに基づいて、前記母型の素材に所定の処理を施す工程と、
前記母型部材の母光学面を含む表面において電鋳を成長させる工程と、
前記母型部材の外周面に基づいて、成長した前記電鋳の外周面を加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明の光学素子成形用金型の製作方法は、
光学素子成形用金型を形成するための母型の素材、および電鋳形成用の電極部材を有する母型部材を回転させつつ、前記光学素子成形用金型から成形される光学素子の光学面に対応した母光学面を切削加工により形成し、且つ切削加工により前記電極部材の外周面を形成する工程と、
前記母型部材の母光学面を含む表面において電鋳を成長させる工程と、
前記母型部材の外周面に基づいて、成長した前記電鋳の外周面を加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００３１】
更に、前記成膜は、ＣＶＤ法により行われることを特徴とする。
【００３２】
更に、前記所定の処理は、前記母光学面に、同心円の形状を形成する処理であることを特徴とする。
【００３３】
更に、前記第２のマークに基づいて、前記母型の素材の３次元座標を決定する工程を含むことを特徴とする。
【００３４】
更に、決定された前記３次元座標に基づいて、電子ビームにより光学素子の形状に対応する描画処理を行う工程を含むことを特徴とする。
【００３５】
更に、前記描画処理は、光学素子の回折輪帯に対応した形状の描画を行う処理であることを特徴とする。
【００３６】
更に、上述の光学素子成形用金型の製作方法により製作された光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形する光学素子の製作方法も本発明である。
【００３７】
本発明では、前記母型部材の母光学面を含む表面において電鋳を成長させる工程と、前記母型部材の外周面に基づいて、成長した電鋳部材を加工する工程とを含む。前記母型部材に母光学面を形成する場合、例えばダイヤモンド工具などを用いて、前記母型部材を回転させながら切削加工を施すが、かかる場合、その回転軸は光軸に一致する。従って、この切削加工に並行して、前記母型部材の例えば外周面を回転切削加工すると、その外周面の軸線は、前記母光学面の光軸と精度良く一致することになる。そこで、前記母型部材の加工された外周面を基準として、例えば前記母型部材から成長させる電鋳部材（光学素子成形用金型の元となる）の外周面を加工したり、電鋳部材と裏打ち部材との位置決め部を加工したりすれば、最終的に高精度な光学素子を成形できることとなる。
【００３８】
本発明にかかる製作方法により製作される母型は、電鋳により光学素子成形用金型を転写形成するものであるため、電鋳処理の前に電極部材を取り付ける必要がある。かかる場合、母光学面を形成する前から、電極部材に母型の素材を取り付けて（電極部材に母型の素材を成膜する場合を含む）一体としておけば、母型を製作する一連の工程において、加工の基準を導出するために利用できるという利点がある。これを前提として、母型の素材に母光学面を形成する場合、例えばダイヤモンド工具などを用いて、前記母型の素材を回転させながら切削加工を施すが、かかる場合、その回転軸は光軸に一致する。従って、この切削加工に並行して、前記電極部材に第１のマークを切削加工すると、例えば、この第１のマークを光軸から等距離に配置でき、言い換えると第１のマークから光軸が分かる。しかし、第１のマークは、切削加工により形成されたものであるため、マークが比較的大きく、以降の加工における基準とするには不十分である可能性がある。
そこで、前記第１のマークに基づいて、より微細な第２のマークを前記電極部材に形成し、かかる第２のマークを加工の基準とすることで、以降の工程で高精度な加工を行うことができるのである。
【００３９】
更に、前記第２の工程後に、レジスト膜を前記母光学面に形成し、前記レジスト膜に対し、前記第３の工程で前記所定の処理が実行されると好ましい。
【００４０】
また母型は次のように製作することも可能である。即ち、電鋳形成用の電極部材を回転させつつ、前記光学素子成形用金型から成形される光学素子の光学面に対応した母光学面を切削加工により形成し、且つ前記電極部材に、切削加工により第１のマークを形成し、更に前記電極部材の外周面を形成する第４の工程と、前記第１のマークに基づいて、前記電極部材に第２のマークを形成する第５の工程と、光学素子成形用金型を形成するための母型の素材を、前記第４の工程により形成された前記母光学面に成膜する第６の工程と、前記第２のマークに基づいて、前記母型の素材に所定の処理を施す第７の工程と、を含む方法であるが、この方法においても同様な作用効果を発揮することで、高精度な加工を行うことができる。尚、明らかではあるが、第５の工程を第６の工程の後で行っても良い。
【００４１】
又、前記第６の工程後に、レジスト膜を前記母光学面に形成し、前記レジスト膜に対し、前記第７の工程で前記所定の処理が実行されると好ましい。
【００４２】
更に、前記成膜は、ＣＶＤ法により行われると好ましい。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法とは、薄膜や粒子にしたい材料の構成元素を含む化合物の一種類以上の原料ガスを反応部に供給し、気相又は基体表面での化学反応により微粒子や薄膜を作成する方法である。ＣＶＤ法には、一般的に、成膜速度が大きいことや、基体への密着性に優れているなどの長所がある。
【００４３】
又、前記第２のマークは、集束イオンビームを用いて形成されると、例えば線幅が２０ｎｍなど微細なマークを形成できるため、加工精度を高めることができる。
【００４４】
更に、前記第３又は第７の工程は、前記第２のマークに基づいて、前記母型の素材の３次元座標を決定する第８の工程を含むと、前記母光学面の形状を３次元座標で精度良く表せるため好ましい。
【００４５】
又、前記第３又は第７の工程は、決定された前記３次元座標に基づいて、電子ビームにより光学素子の形状に対応する描画処理を行う第９の工程を含むと、電子ビームの狭い焦点範囲内に、被加工面を位置させることができるため、より高精度な加工を行うことができる。
【００４６】
尚、前記描画処理は、光学素子の回折輪帯に対応した形状の描画を行う処理であると好ましい。
【００４７】
更に、前記所定の処理は、前記母光学面に、同心円の形状を形成する処理であると、例えば、同心円の形状として、光学素子の回折輪帯に対応した微細な輪帯を形成できるので好ましい。但し、同心円の形状とは輪帯に限らない。
【００４８】
更に、前記母型部材は、電鋳形成用の電極部材を含むと、電鋳処理の際に電極部材を取り付ける必要がなく、作業の手間が省けるが、電極部材を含まず母型の素材のみであっても良い。
【００４９】
又、上記母型を用いて形成された光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形すると、精度の良い光学素子を製作できる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施の形態にかかる金型の製作方法を構成する工程を示すフローチャートである。図２は、図１に示す主要な工程において、処理される母型の素材と電極部材の組立体（これを母型部材又は部材Ａという）を示す断面図である。以後、母型部材（又は部材Ａ）をここで製作する母型として説明する。図３は、部材Ａの上面図である。尚、本実施の形態により製作される母型部材は、その母光学面に、光学素子の回折輪帯に対応した輪帯が形成されるものとする。
【００５１】
まず、図１のステップＳ１０１（第１の工程）で、ＳｉＯ２又はポリシリコン製の略半球型の形状を有する母型の素材１０を、金属など導電性の素材からなる円盤状の電極部材１１の中央開口１１ａに埋め込み接着剤で相対回転不能に固定し（図２（ａ）参照）、部材Ａを得る。その後、ステップＳ１０２で、詳細は後述する施盤（ここでは超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工機）を含む）のチャックに部材Ａを取り付ける。更に、ステップＳ１０３（第２の工程）で、部材Ａを回転させなから、ダイヤモンド工具により、母型の素材１０の上面を図１（ｂ）に示すように切削加工し母光学面（成形しようとする光学素子の光学曲面に相当し、該母光学面は光軸を有する）１０ａを形成し、且つ電極部材１１の上面に周溝１１ａ（第１のマーク）を切削加工し、更に電極部材１１の外周面１１ｆを切削加工する（第１０の工程）。このとき、母光学面１０ａの光軸の位置は、その外形から確認することはできないが、同時に加工されることから母光学面１０ａと周溝１１ａとは、精度良く同軸に形成されることとなり、又、円筒面に形成された電極部材１１の外周面１１ｆも、光軸と精度良く同軸に形成される。即ち、外周面１１ｆは回転軸を有し、それは母光学面の光軸に一致することとなる。
【００５２】
ここで、周溝１１ａは、例えば、暗視野部（凹部に相当）と明視野部（凸部に相当）とからなる複数の溝から形成されてよく、暗視野部、明視野部を各々複数個有するとさらに好ましい（これはダイヤモンド工具の先端が凹凸を有するものであれば容易に形成できる）。また、周溝１１ａの凹凸形状により、後述するごとく塗布されるレジスト飛散防止の堤防としても機能させることができる。
【００５３】
更に、ステップＳ１０４で、部材Ａを超精密旋盤から取り外し、ステップＳ１０５で、後述するＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ）加工機のステージ上にセットする。続くステップＳ１０６で、ＦＩＢ加工機のステージ上の部材Ａにおける周溝１１ａを読み取り、例えばその内側エッジから母型の素材１０の光軸の位置を決定し、ステップＳ１０７で、決定した光軸から等距離で３つ（４つ以上でも良い）の第２のマーク１１ｂを、電極部材１１上に描画する（図２（ｂ）及び図３参照）。ダイヤモンド工具により加工形成した周溝１１ａの幅は比較的広いため、これを用いて加工の基準とすることは、加工精度を低下させる恐れがあるが、ＦＩＢ加工機は、幅が２０ｎｍの線を形成できるため、例えば十字線を形成すると、２０ｎｍ×２０ｎｍの微細なマークを形成することができ、それを加工の基準とすることで、より高精度な加工が期待できる。
【００５４】
ステップＳ１０８で、部材ＡをＦＩＢ加工機のステージから取り外し、ステップＳ１０９で、第２のマーク１１ｂ上に保護テープ１３を貼り付ける（図２（ｃ）参照）。この保護テープ１３は、後加工で母型の素材１０上に塗布されるレジストＬが、第２のマーク１１ｂに付着しないようにするためのものである。レジストＬが第２のマーク１１ｂに付着すると、加工の基準として読み取りが不適切になる恐れがある。
【００５５】
更に、ステップＳ１１０で、部材Ａを不図示のスピンコータにセットし、ステップＳ１１１で、レジストＬを母型の素材１０上に流下させながらプレスピンを実施し、その後ステップＳ１１２で本スピンを実施し、レジストＬの被膜を行う（図２（ｄ）参照）。プレスピンと本スピンとを分けたのは、複雑な曲面である母光学面１０ａに、均一な膜厚のレジストＬを被膜させるためである。
【００５６】
その後、ステップＳ１１３で、部材Ａをスピンコータから取り外し、ステップＳ１１４で、ベーキングを行ってレジストＬの被膜を安定させ、ステップＳ１１５で保護テープ１３を剥がす。かかる状態の部材Ａが、図２（ｄ）に示されている。
【００５７】
続いて、ステップＳ１１６で、部材Ａを不図示の形状測定器（画像認識手段と記憶手段とを有する）にセットし、ステップＳ１１７で、形状測定器の画像認識手段を用いて、第２のマーク１１ｂを検出する。更に、ステップＳ１１８で、超精密旋盤に用いた母型の素材１０の母光学面１０ａの３次元座標を、第２のマーク１１ｂに基づく３次元座標に変換して、これを記憶手段に記憶する。このように、母光学面１０ａを新たな３次元座標で記憶し直すのは、後工程で電子ビーム描画を行う際に、母光学面１０ａの被加工面に対して、狭い電子ビームの焦点深度を合わせるために、電子銃と部材Ａとの相対位置を調整する必要があるからである。尚、第２のマーク１１ｂは、測定の際、測定データにかかる座標の基準点がどこなのかを作業者が視認するための位置認識マークとして利用できる。その後、ステップＳ１１９で部材Ａを形状測定器から取り外す。
【００５８】
ステップＳ１２０で、部材Ａを、後述する電子ビーム描画装置の３次元ステージにセットし、ステップＳ１２１で、読取手段（走査型電子顕微鏡：電子ビーム描画装置に付属していると好ましい）を介して部材Ａの第２のマーク１１ｂを検出し、それと記憶されている母光学面１０ａの３次元座標とから、母光学面１０ａの被加工面の形状を求め、ステップＳ１２２で、求めた被加工面の形状に対して電子ビームの焦点が合うように、３次元ステージを移動させ、電子ビームＢ（図２（ｄ）参照）を照射し、所定の処理として所望の輪帯形状を描画する。描画後、ステップＳ１２３で、３次元ステージより部材Ａを取り外し、ステップＳ１２４で現像処理を行って、輪帯形状のレジストを得る。ここで、同一点における電子ビームＢの照射時間を長くすれば、それだけレジストの除去量が増大するため、位置と照射時間（ドーズ量）を調整することで、ブレーズ形状の輪帯になるよう、レジストを残すことができる。尚、電極部材１１の外周面１１ｆを基準として、上述したごとく輪帯形状のレジストを得ることで、後述するごとく母光学面にブレース状の輪帯を形成しても良い（第１３の工程）。
【００５９】
更に、ステップＳ１２５で、プラズマシャワーによるドライエッチングを経て、母型の素材１０の母光学面１０ａの表面を彫り込んでブレーズ状の輪帯１０ｂ（所定の形状／なおここでは実際より誇張されて描かれている）を形成する（図２（ｅ）参照）。ここまでの工程で加工処理された部材Ａが、母型として製作されたこととなる。即ち、これらのプロセスの結果、限定の形状（パターン）を有する光学面が母光学面上に形成される。尚、本実施の形態では、第３の工程がステップＳ１０７，Ｓ１２１，Ｓ１２２に相当し、第７の工程がステップＳ１２１，Ｓ１２２に相当し、第８の工程がステップＳ１２１に相当し、第９の工程がステップＳ１２２に相当する。
【００６０】
その後、ステップＳ１２６で、スルファミン酸ニッケル浴中に、表面を活性処理した母型部材すなわち部材Ａを浸し、電極部材１１と外部の電極１４との間に電流を流すことで、電鋳部材２０を成長させる（第１１の工程：図２（ｆ）参照）。このとき、電鋳に先立ち電極部材１１の外周面１１ｆに絶縁剤を塗布することで、絶縁剤が塗布された部分の電鋳形成を抑制できる。射出成形時に許容できるチルト角度を１分として以下の加工を行う場合、その基準面となる電鋳部材が形成されない外周面１１ｆの軸線方向長さを７ｍｍ以上とすることが望ましい。電鋳部材２０は、その成長の過程で、母光学面１０ａに精度良く対応した光学面転写面２０ａと、輪帯１０ｂに精度良く対応した輪帯転写面２０ｂとを形成する（光学面転写面２０ａと輪帯転写面２０ｂを合わせて光学転写面と呼ぶ）。
【００６１】
その後、ステップＳ１２７で、電極部材１１の外周面１１ｆを基準として、部材Ａと電鋳部材２０とを一体で、ＳＰＤＴ加工機の回転軸と部材Ａの光軸とを一致させるようにしてチャックに取り付け、電鋳部材２０の外周面２０ｃを切削加工する（第１２の工程：図２（ｇ）参照）。この操作において、母光学面の光軸は電鋳部材の回転中心と一致することとなる。上述したように、外周面１１ｆの軸線方向長さを７ｍｍ以上とすることで、例えば部材Ａをチャックに取り付ける際に用いる支持部材（不図示）と、部材Ａとの端面平行度を考慮する必要がなく、セットの手間が省ける。なお、ステップＳ１０３において、用いられるＳＰＤＴ加工機（第１の施盤）とステップＳ１２７において用いられるＳＰＤＴ加工機（第２の施盤であるがここでは同じもの）が用いられている。しかし、異なるＳＰＤＴ加工機を用いることも可能である。
【００６２】
加えて、図２（ｇ）に示すように、電鋳部材２０に、裏打ち部材との位置決め部としてのピン孔２０ｄ（中央）及びネジ孔２０ｅを加工する（第１２の工程）。尚、ピン孔２０ｄの代わりに円筒軸を形成しても良い。
【００６３】
ステップＳ１２８（前半）において、電鋳部材２０を、以下に述べるように裏打ち部材と一体化することで、可動コア３０を形成する。
【００６４】
図４は、可動コア３０の断面図である。図４において、可動コア３０は、先端（図で右側）に配置した電鋳部材２０と、後端（図で左側）に配置した押圧部３６と、その間に配置された摺動部材３５とから構成される。摺動部材３５及び押圧部３６が裏打ち部材となる。
【００６５】
電鋳部材２０は、そのピン孔２０ｄに、円筒状の摺動部材３５の端面中央から突出したピン部３５ａを係合させることで、摺動部材３５と所定の関係で位置決めされ、更に、摺動部材３５を軸線に平行に貫通する２つのボルト孔３５ｂに挿通したボルト３７を、ネジ孔２０ｅに螺合させることで、電鋳部材２０は摺動部材３５に取り付けられる。
【００６６】
摺動部材３５は、ピン部３５ａの設けられた端面（図で右端）に対向する端面（図で左端）の中央に突出して形成されたネジ軸３５ｃを、略円筒状の押圧部３６の端部に形成されたネジ孔３６ａに螺合させることで、押圧部３６に対して所定の位置関係で取り付けられる。図４において、本実施例では電鋳部材２０の摩耗を考慮し、摺動部材３５の外周面３５ｅは、電鋳部材２０及び押圧部３６のフランジ部３６ｂ以外の部分の外周面よりも大径となっている。ここで、図１のステップＳ１２８（後半）で、電極部材１１の外周面１１ｆを基準に、摺動部材３５と押圧部３６の外周面が回転とともに切削加工により仕上げられるため、ステップＳ１０３で形成された基準がステップＳ１２８まで首尾一貫して使用され、母型部材の同心円パターン（輪帯１０ｂ）中心と、金型摺動部外形中心との同軸度を１μｍ以内に収めることができる（即ち、母光学面の光軸が摺動部材３５と押圧部３６を有する裏打ち部材の回転中心に一致する状態となる）。なお、ステップＳ１２８において電鋳部材２０を裏打ち部材と一体化した後、切削加工後の電鋳部材２０の外周面を基準に、裏打ち部材外周面を（切削加工により母型部材と同軸になるように）仕上げることも可能である。
【００６７】
その後、図４の矢印Ｘで示す位置でカットすることにより、部材Ａから電鋳部材２０を脱型する（図１のステップＳ１２９）。更に、ステップＳ１３０で、電鋳部材２０と母型部材を脱型後、可動コア３０の先端の電鋳部材２０を仕上げて、光学素子成形用金型を得る。
【００６８】
図５は、このようにして形成された可動コア３０を用いて光学素子を成形する状態を示す図である。図５において、光学面転写面４１ａを有する光学素子成形用金型４１を保持する保持部４２は、可動側キャビティ４３に固定されている。可動側キャビティ４３は、小開口４３ａと、それに同軸な大開口４３ｂとを有している。可動側キャビティ４３内に可動コア３０を挿入したときに、摺動部材３５の外周面３５ｅが、小開口４３ａの内周面と摺動し、押圧部３６のフランジ部３６ｂの外周面３６ｄが、大開口４３ｂの内周面と摺動する。かかる２つの摺動部によって案内されることで、可動側キャビティ４３に対して、大きく傾くことなく可動コア３０は軸線方向に移動可能となる。光学素子成形用金型３１、電鋳部材２０の間に溶融した樹脂を射出し、可動コア３０を矢印方向に加圧することで、光学素子ＯＥが成形される。本実施の形態によれば、母型部材から精度良く転写形成された光学素子成形用金型としての電鋳部材２０を用いることで、光学素子ＯＥの光学面には、電鋳部材２０の光学面転写面２０ａが転写形成され、且つ輪帯転写面２０ｂに対応した回折輪帯が光軸に同心的に精度よく形成されることとなる（即ち、光学素子ＯＥの光学面には、電鋳部材２０の光学転写面が光軸に対して精度良く形成される）。
【００６９】
尚、以上のようにして光学素子成形用金型を加工する場合、電鋳部材２０に、第２のマーク１１ｂに対応する突起２０ｃが転写形成されているため、これを加工の基準として用いることで、その外周面等の精度の良い加工を行うこともできる。
【００７０】
本実施の形態によれば、母型の素材１０と一体化された電極部材１１に、第２のマーク１１ｂを形成することで、後工程で、かかる第２のマーク１１ｂに基づいて母型の素材１０に、精度の良い加工を行えるという利点がある。又、電極部材１１の外周面１１ｆを、母型の素材１０の母光学面１０ａと並行して切削加工することで、その光軸に同軸となるよう形成できるため、かかる外周面１１ｆを基準面とすることで、以降の加工（例えば電鋳部材２０の外周面加工）における加工精度を向上させることができる。
【００７１】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態が、上述した第１の実施の形態と異なる点は、母型部材の構成である。より具体的には、図１に示す部材Ａに類似した形状の、金属等の導電性の素材からなる電極部材１１１を用意し、その母光学面に相当する凸面１１１ｃに、母型の素材としてＳｉＯ２又はポリシリコンの被膜を形成（成膜）している（図７参照）。かかる成膜はＣＶＤ処理で行うと好ましい。より具体的に、第２の実施の形態について説明する。
【００７２】
図６は、第２の実施の形態にかかる母型部材の製作方法を構成する工程（一部の工程は図１を参照して省略する）を示すフローチャートである。図６において、ステップＳ２０１で、電極部材１１１を、超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工機）のチャックに取り付ける。更に、ステップＳ２０２（第４の工程）で、電極部材１１１を回転させなから、ダイヤモンド工具により、凸面１１１ｃを切削加工し母光学面（最終的に成形しようとする光学素子の光学面に相当）を形成し、且つ電極部材１１１の周囲面１１１ｄに周溝１１１ａ（第１のマーク）を切削加工し、外周面１１１ｆを切削加工する（第１０の工程）する。このとき、母光学面の光軸の位置は、その外形から確認することはできないが、同時に加工されることから母光学面と周溝１１１ａ及び外周面１１１ｆは、精度良く同軸に形成されることとなる。
【００７３】
更に、ステップＳ２０３で、電極部材１１１を超精密旋盤から取り外し、ステップＳ２０４で、ＦＩＢ加工機のステージ上にセットする。続くステップＳ２０５で、ＦＩＢ加工機のステージ上の電極部材１１１における周溝１１１ａを読み取り、例えばその内側エッジから光学面の光軸の位置を決定し、ステップＳ２０６（第５の工程）で、決定した光軸から等距離で３つ（４つ以上でも良い）の第２のマーク１１１ｂを、電極部材１１１の周囲面１１１ｃ上に描画する（図７参照）。
【００７４】
ステップＳ２０７で、ＦＩＢ加工機から電極部材１１１を取り外し、ステップＳ２０８で、第２のマーク１１１ｂ上に保護テープ１１３（図７参照）を貼り付ける。この保護テープ１１３は、母型の素材１１０を成膜する際に、第２のマーク１１１ｂまで成膜されないようにするためのものであり、且つ後加工で成膜された母型の素材１１０上に塗布されるレジストが、第２のマーク１１１ｂに付着しないようにするためのものである。それらの被膜やレジストにより、第２のマーク１１１ｂに付着すると、加工の基準として読み取りが不適切になる恐れがある。その後、ステップＳ２０９（第６の工程）で、母型の素材１１０が電極部材１１１にＣＶＤ処理で成膜され、成膜された電極部材１１１は、部材Ａとしてスピンコータにセットされ、図１のステップＳ１１０からの工程を実行されて、金型の製作が行われるようになっている。
【００７５】
本実施の形態で用いた第２のマーク１１ｂ、１１１ｂは、平面略十字形状を有しており、例えば、図３に示すように、第１のマーク１１ａと略平行に形成された平行線と、この平行線と略直交（直交でなくても交差していればよい）する直交線とからなる。これにより、位置認識用の第２のマーク１１ｂ、１１１ｂの認識精度が向上し、上述した各工程の露光装置、電子ビーム描画装置における位置決め精度を向上させることができる。なお、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂの配置位置は、有効曲面部の有効径の少なくともほぼ３倍より離間した位置にて形成することが好ましい。さらに、上述の例では、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂを、彫り込みにより凹状の凹部にて形成する例を挙げたが、これに限定されず、断面凸状の凸部で構成としてもよい。かかる場合、周囲面の表面がレジストＬにより被覆されたとしても、凸状のマークによって、後工程の位置認識を行うことができるため、保護テープ１３が不要になる。
【００７６】
また、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂは、周溝１１ａ、１１１ａの同心円と平行な曲線状の線を有していてもよく、これに限らず、直線同士を交差させた十字であってもよい。人間の目によって認識しやすいからである。さらには、互いに直交する十字形状に限らず、少なくとも互いに交差する十字であっても、またさらに、その他の各種形状、例えば、丸や三角形状等であってもよい。ただし、エッジ、角を有する形状である方が点を特定できるので好ましいが、一方、そうでない場合には、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂ自体の形状測定を行い、その中心位置を決定することが好ましい。
【００７７】
加えて、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂは、交差する線同士の長さを等しくする以外に、一方のみ長くした十字形状であってもよい。これにより、マークの認識が容易になる。あるいは、部材Ａ上に蒸着した炭素（カーボン）からなる薄膜をデポジションし十字を形成する構成としてもよい。このように、方形状に面積を有することで、より認識しやすく構成できる。なお、方形状に限らず面積を有する形状、輪郭のある形状であれば、他の如何なる形状であってもよい。
【００７８】
また、カーボンから第２のマーク１１ｂ、１１１ｂを形成し、更に十字でなく、単なる点のみで形成してもよい。このように、カーボンを蒸着により形成する場合には、境界線のエッジ効果により、境界線及び点がはっきりと視認されることにより、十字に形成しなくとも任意の形状を構成することができる。
【００７９】
（超精密旋盤：ＳＰＤＴ加工装置について）
以下、部材Ａの切削加工に用いる超精密旋盤例えば、ＳＰＤＴ（ＳｉｎｇｌｅＰｏｉｎｔ　Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｔｕｒｎｉｎｇ）の制御系の概略構成について、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照しつつ説明する。
【００８０】
超精密旋盤１００は、図８（ａ）に示すように、部材Ａなどのワーク１１０を固定するための回転保持部材である固定部１１１と、前記ワーク１１０に対して加工を施すための切削バイトの刃先であるダイアモンド工具１１２と、前記固定部１１１をＺ軸方向に移動させるＺ軸スライドテーブル１２０と、前記ダイアモンド工具１１２を保持しつつＸ軸方向（あるいは加えてＹ軸方向）に移動させるＸ軸スライドテーブル１２２と、Ｚ軸スライドテーブル１２０及びＸ軸スライドテーブル１２２を移動自在に保持する定盤１２４と、を含んで構成されている。なお、固定部１１１もしくはダイアモンド工具１１２のいずれか一方又は双方を回転駆動するための不図示の回転駆動手段が設けされ、後述の制御手段１３８に電気的に接続されている。
【００８１】
また、超精密旋盤１００は、図８（ａ）に示すように、Ｚ軸スライドテーブル１２０の駆動を制御するＺ方向駆動手段１３１と、Ｘ軸スライドテーブル１２２のＸ軸方向での駆動（あるいは加えてＹ軸方向での駆動）を制御するＸ方向駆動手段１３２及びＹ方向駆動手段１３３と、これらにより送り量を制御する送り量制御手段１３４と、切込量を制御する切込量制御手段１３５と、温度を制御する温度制御手段１３６と、各種制御条件や制御テーブルないしは処理プログラムを記憶した記憶手段１３７と、これら各部の制御を司る制御手段１３８と、を含んで構成される。
【００８２】
ダイアモンド工具１１２は、図８（ｂ）に示すように、本体部分を構成するダイアモンドチップ１１３と、この先端部に構成された頂角αからなるすくい面１１４と、側面部を構成する第１逃げ面１１５、第２逃げ面１１６から構成される。このすくい面１１４に含まれる刃先には、予めないしは摩耗による複数の凹凸部１１４ａが形成されている。
【００８３】
上記のような構成を有する超精密旋盤１００において、概略以下のように作用する。すなわち、セットされた部材Ａであるワーク１１０に対して、ダイアモンド工具１１２が相対移動することによって、ワーク１１０の加工を行うこととなる。この際、ダイアモンド工具１１２は、刃先がＲバイトの構成を有していることから、刃先の当たるポイントが順次変化し、摩耗に対しても強い。
【００８４】
そして、本実施の形態においては、上述のような超精密旋盤を用いて、前記部材Ａを加工する際には、温度コントロールを実施しながら、送り量、切込量を制御して曲面部の切削加工されることとなる。
【００８５】
（集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置について）
（構成説明）
次に、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂを形成するための集束イオンビーム加工装置の概略構成について、図９を参照しつつ説明する。
【００８６】
集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ装置）は、Ｇａ等の金属イオン源を用いた集束イオンビームによる部材Ａの加工や集束イオンビームを部材Ａに走査して得られる走査像の観察（ＳＩＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を行うものであり、イオン源から発生し加速されたイオンビームを静電型のコンデンサレンズや対物レンズ等によって細かく集束して部材Ａ上に照射し、部材Ａ上のイオンビームの照射点を偏向器によって走査し、この走査によって部材Ａから発生した、例えば、２次電子を検出し、この検出信号に基づいて、走査像等を表示するものである。
【００８７】
集束イオンビーム加工装置２００は、高真空に保持されており、図９に示すように、イオン源となる液体金属イオン源２０１、イオンを引き出す引出電極２０２、イオンビームを所望のエネルギーに加速する複数段よりなる加速管２０３、イオンビームを制限するアパーチャ２０５により開口を可変可能なコンデンサレンズ２０４、アパーチャ２０７により開口を可変調節可能でありイオンビームをフォーカスして試料に照射する対物レンズ２０６、偏向器２０８、ブランキング／Ｅ×Ｂ制限アパーチャを備えたＥ×Ｂ質量分析器２０９、エミッタアライメント２１０、アライメントセットスティグメータ２１１、アライメントセット２１２、アライメントセットスティグメータ２１３、加工しようとする部材Ａを載置し部材Ａの位置と傾きを自在に調節できるステージ２１４、位置認識マーク等を検出するための検出器２１５、レーザー供給源２１６及び光学系からなるレーザー干渉計２１７、ステージ２１４を駆動するステージ駆動手段２２０、及びこれらの各部の制御を行う制御回路２３０、操作入力を行うための操作入力部２６１、部材Ａ及び走査像を観察認識するための画像認識部２６０、不図示の電源等を含んで構成される。
【００８８】
アパーチャ２０５、２０７は、例えば、イオンビームの通路を制限するなどして、イオンビーム径等を変更可能な開口を有しており、開口以外では、イオンビームが透過できない厚さを有している。なお、アパーチャをＮ段階の形成してもよい。
【００８９】
検出器２１５は、部材Ａへのイオンビームの照射に基づいて発生した、例えば２次電子を検出するためのものである。
【００９０】
ステージ駆動手段２２０は、ステージをＸ方向に駆動するためのＸ方向駆動機構２２１と、Ｙ方向に駆動するためのＹ方向駆動機構と、Ｚ方向に駆動するためのＺ方向駆動機構と、θ方向に駆動するためのθ方向駆動機構と、を含んで構成される。
【００９１】
制御回路２３０は、イオン源２０１を制御するイオン源制御回路２３１と、加速管２０３を制御する加速管制御回路２３２と、コンデンサレンズ２０４による集束を制御する第１の集束制御回路２３３と、対物レンズ２０６による集束を制御する第２の集束制御回路２３４と、偏向器２０８の偏向器を制御する偏向制御回路２３５と、ステージ駆動手段２２０を制御するステージ制御回路２３６と、部材Ａで発生した二次イオンを検出する検出器２１からの信号処理を制御する検出器制御回路２３７と、レーザー干渉計２１７を制御するレーザー干渉計制御回路２３８と、Ｅ×Ｂ質量分析器２０９を制御することでイオンを選択するイオン選択制御回路２３９と、エミッタアライメント２１０・アライメントセットスティグメータ２１１・アライメントセット２１２・アライメントセットスティグメータ２１３を各々制御する第１〜第４の各アライメント制御回路２４０・２４１・２４２・２４３と、各種制御テーブル、プログラムを格納した記憶部２５０と、各種表示画像を表示処理する表示処理部２５１と、これらの制御を司るＣＰＵ等の制御部２５２と、を含んで構成されている。
【００９２】
記憶部２５０は、例えば、半導体メモリやディスク装置などの記憶装置の一領域として実現され、画像データと位置データとの組み合わせ等をも記憶する。例えば、断面の位置座標などからなる位置データと、各断面画像データを構成する画素を、走査した順番に格納した断面画像データとを組み合わせて、一対のデータとして記憶できる。記憶部２５０には、このデータを記憶する領域が複数設けられており、部材Ａの特定箇所に形成する各断面に対応する上記各データを、例えば、位置データの順番などに並べて、格納できる。
【００９３】
表示処理部２５１は、特定箇所を表示するために、記憶部２５０に蓄積した各画像データおよび位置データに基づいて、例えば画像等を画像認識部２６０に表示するよう処理する。なお、表示処理部２５１は、記憶部２５０に格納したデータから、任意のＸ、Ｙ、Ｚ座標の画素のデータを読み出し、所望の視点から見た立体的な画像を画像認識部２６０に表示可能としてもよい。表示の方法としては、様々な方法が考えられるが、例えば、隣接する画素データから輪郭を抽出し、さらに、輪郭の前後関係を判定して、隠れている部分を破線などで表示できるようにすることが好ましい。また、該画像データに対して、輝度の変化による輪郭抽出などの画像処理を行い、イオンビームによって形成された孔、線など、部材Ａの表面の特徴的な部分の大きさや位置を認識し、ステージ２１４が部材Ａを所望の位置に配されているか否かや、イオンビームによって、所望の大きさの孔、線が部材Ａに形成されたか否かを判定できようにしてよい。
【００９４】
制御部２５２は、例えば検出器制御回路２３７を介して上記検出器２１５からの検出信号を受け取って、画像データを形成すると共に、操作入力部２６１の指示、あるいは、画像データなどに基づいて、各部へ各種条件を設定する。さらに、操作入力部２６１などから入力される作業者の指示などに応じて、ステージ２１４およびイオンビーム照射のための各部を制御できる。
【００９５】
また、上記制御部２５２は、検出器制御回路２３７によって、デジタル値に変換された検出器２１５からの全ての検出信号を受け取る。該検出信号は、イオンビームが走査している位置、すなわち、イオンビームの偏向方向に応じて変化する。したがって、偏向方向と該検出信号とを同期させることにより、イオンビームの各走査位置における部材Ａの表面形状および材質を検出できる。制御部２５２は、これらを走査位置に対応して再構成して、部材Ａの表面の画像データを画像認識部２６０上に表示できる。
【００９６】
（動作説明）
上述のような構成を有する集束イオンビーム装置２００において、最初に、集束イオンビーム装置２００に設けられたステージ２１４上に一面に母光学面１０と第１のマーク１１ｂ、１１１ｂが形成された部材Ａをセットし、周囲を真空状態にして、イオンビームを部材Ａに走査可能な状態にまで、集束イオンビーム装置２００をセットアップする。
【００９７】
次に、イオンビームで部材Ａ上のある領域を走査する。この際、イオン源２０１からのイオンは、引き出し電圧５〜１０ｋＶで発生し、加速管２０３にて加速される。加速されたイオンビームは、コンデンサレンズ２０４及び対物レンズ２０６により集束され、ステージ２１４上の部材Ａに到達する。
【００９８】
なお、Ａｕ―Ｓｉ―Ｂｅなどの合金イオン源を用いる場合には、Ｅ×Ｂ質量分析器２０９により必要とするイオンのみを直進させ、不要なイオンの軌道を曲げることによって、必要なイオンを分離選択することができる。
【００９９】
また、Ｓｉのように、同位体が存在するイオンを扱う場合には、コンデンサレンズ２０４によるイオンビームのクロスオーバーポイントをＥ×Ｂ質量分析器２０９の中心にくるように調整制御されることが好ましい。これにより、同位体を分離せずに有効に利用できる。このようにして、イオンは、対物レンズ２０６により部材Ａ上で一点に集束され、例えば、ラスター状に走査され得る。
【０１００】
走査により、部材Ａの表面より放出される２次電子や２次イオンを検出し、検出結果に基づいて、表示処理部２５１により画像処理を施し、該領域の表面形状を示すＳＩＭ像を画像認識部２６０に表示する。例えば、ステージ２１４を移動させる毎にＳＩＭ像を表示し、特定箇所を表示できるようにステージ２１４の位置合わせを行う。
【０１０１】
作業者は、例えば、操作入力部２６１などを用いて、特定箇所を表示したＳＩＭ像に対し、例えば、加工の条件設定として、加工領域、加工時間、およびイオンビームの電流値等を指定するとよい。例えば、部材Ａの表面のＳＩＭ画像を取得し、さらに、特定箇所に対して加工領域を設定し、該加工領域の加工時間と、加工に使用するイオンビームのイオンビーム径および電流値とを指定する。なお、不図示の他の観察光学系を利用して部材Ａの状態を観察してもよい。
【０１０２】
ここで、本実施の形態においては、部材Ａ上の第１のマーク１１ａ、１１１ａを、検出器２１５からの検出信号に基づいて、画像認識部２６０にて認識させる。
【０１０３】
そして、第１のマーク１１ａ、１１１ａの線に平行な平行線をイオンビームにより形成する。この際、ステージ２１４並びにイオンビームの相対移動により、前記平行線を弧の一部を描くようにないしは直線的に形成することが好ましい。
【０１０４】
この際、集束イオンビーム加工装置２００は、上記加工領域を走査する。部材Ａの材質、イオンビームの種類（イオンビーム電流値の違い）やエネルギー、ドーズ量などによって、スパッタリングされる量が決まるので、１回の走査によって、加工領域は、略一定の深さまで堀り進められる。また、走査に対応して、２次電子や２次イオンの検出信号全てを記憶部２５０に記憶し、特定箇所における画像データを取得し、作業者の指示に応じて任意の位置の像を得ることができる。
【０１０５】
次に、前記平行線に略直交する直交線をイオンビームにより形成する。これらを、第１のマーク１１ａ、１１１ａの同心円の円周に沿った方向で、複数例えば、３ヶ所形成することにより複数の各第２のマーク１１ｂ、１１１ｂを構成することができる。
【０１０６】
なお、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂを３ヶ所形成する場合の形成手順としては、上記のものに限らず、予め、３ヶ所についての平行線をステージ２１４を間欠的に回転駆動させることで形成しておき、その後、各々の箇所についての直交線を形成するようにしても構わない。
【０１０７】
さらに、これら制御手順などを、予め記憶部２５０等に制御プログラムとして記憶しておき、操作入力部２６１からは、例えば、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂを３ヶ所形成する場合には、「３」、５ヶ所形成する場合には、「５」と操作入力することにより、自動的に第１のマーク１１ａ、１１１ａを検出して第２のマーク１１ｂ、１１１ｂを形成すべき点を自動算出し、実行開始ボタン等を押下することにより、第２のマーク１１ｂ、１１１ｂの形成が自動的になされるような構成とすることが好ましい。
【０１０８】
このように、集束イオンビーム装置を利用し、集束イオンビーム装置の観察光学系や２次イオン画像等で観察を行い、第１のマークを認識して、集束イオンビーム装置のステージ位置で座標を知る。当該座標位置で集束イオンビームを走査して第２のマークを形成することができる。
【０１０９】
ここに、線幅（ビームの集束）は、例えば、好ましくは、略１ｎｍ〜略５０ｎｍ程度とする。ただし、Ｇａイオンを打ち込む場合に限る。さらに好ましくは、２０ｎｍ程度とする。光学素子の中心軸の位置ずれは１μｍ以内にする必要があり、この１μｍに対して充分小さい径により位置を決められるからである。
【０１１０】
なお、集束イオンビーム加工装置としては、このような例に限らず、イオンビームによる加工と表面観測とを同時に行い、部材Ａの表面に平行な平面の画像を順次取得し、３次元画像データとして蓄積すると共に、画像変換により任意の断面を得る構成を有してもよい。
【０１１１】
（電子ビーム描画装置について）
（構成説明）
次に、電子ビーム描画装置の全体の概略構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、本例の電子ビーム描画装置の全体構成を示す説明図である。
【０１１２】
電子ビーム描画装置４０１は、図１０に示すように、大電流で高解像度の電子線プローブを形成して高速に描画対象の部材Ａ上を走査するものであり、高解像度の電子線プローブを形成し、電子ビームを生成してターゲットに対してビーム照射を行う電子ビーム生成手段である電子銃４１２と、この電子銃４１２からの電子ビームを通過させるスリット４１４と、スリット４１４を通過する電子ビームの前記部材Ａに対する焦点位置を制御するための電子レンズ４１６と、電子ビームが出射される経路上に配設され開口により所望の電子ビームのビーム形状にするためのアパーチャー４１８と、電子ビームを偏向させることでターゲットである部材Ａ上の走査位置等を制御する偏向器４２０と、偏向を補正する補正用コイル４２２と、を含んで構成されている。なお、これらの各部は、鏡筒４１０内に配設されて電子ビーム出射時には真空状態に維持される。
【０１１３】
さらに、電子ビーム描画装置４１１は、描画対象となる部材Ａを載置するための載置台であるＸＹＺステージ４３０と、このＸＹＺステージ４３０上の載置位置に部材Ａを搬送するための搬送手段であるローダ４４０と、ＸＹＺステージ４３０上の部材Ａの表面の基準点を測定するための測定手段である測定装置４８０と、ＸＹＺステージ４３０を駆動するための駆動手段であるステージ駆動手段４５０と、ローダを駆動するためのローダ駆動装置４６０と、鏡筒４１０内及びＸＹＺステージ４３０を含む筐体４１１内を真空となるように排気を行う真空排気装置４７０と、部材Ａ上を観察する観察系４９１と、これらの制御を司る制御手段である制御回路４９２と、を含んで構成されている。
【０１１４】
なお、電子レンズ４１６は、高さ方向に沿って複数箇所に離間して設置される各コイル４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃの各々の電流値によって電子的なレンズが複数生成されることで各々制御され、電子ビームの焦点位置が制御される。
【０１１５】
測定装置４８０は、部材Ａに対してレーザーを照射することで部材Ａを測定する第１のレーザー測長器４８２と、第１のレーザー測長器４８２にて発光されたレーザー光（第１の照射光）が部材Ａを反射し当該反射光を受光する第１の受光部４８４と、前記第１のレーザー測長器４８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレーザー測長器４８６と、前記第２のレーザー測長器４８６にて発光されたレーザー光（第２の照射光）が部材Ａを反射し当該反射光を受光する第２の受光部４８８と、を含んで構成されている。
【０１１６】
ステージ駆動手段４５０は、ＸＹＺステージ４３０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構４５２と、ＸＹＺステージ４３０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動機構４５４と、ＸＹＺステージ４３０をＺ方向に駆動するＺ方向駆動機構４５６と、ＸＹＺステージ４３０をθ方向に駆動するθ方向駆動機構４５８と、を含んで構成されている。これによって、ＸＹＺステージ４３０を３次元的に動作させたり、アライメントを行うことができる。
【０１１７】
なお、制御回路４９２は、図示しないが、電子銃４１２に電源を供給するための電子銃電源部、この電子銃電源部での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部、電子レンズ４１６（複数の各電子的なレンズを各々）を動作させるためのレンズ電源部、このレンズ電源部での各電子レンズに対応する各電流を調整制御するレンズ制御部、を含んで構成される。
【０１１８】
さらに、制御回路４９２は、補正用コイル４２２を制御するためのコイル制御部、偏向器４２０にて成形方向の偏向を行う成形偏向部、偏向器４２０にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部、偏向器４２０にて主走査方向の偏向を行うための主偏向部、電子ビームの電界を制御する電界制御手段である電界制御回路、描画パターンなどを前記部材Ａに対して生成するためのパターン発生回路、各種レーザー制御系、ステージ駆動手段４５０を制御するためのステージ制御回路、ローダ駆動装置４６０を制御するローダ制御回路、測定情報を入力するための測定情報入力部、入力された情報や他の複数の情報を記憶するための記憶手段であるメモリ、各種制御を行うための制御プログラムを記憶したプログラムメモリ、各部を備えた制御系、これらの各部の制御を司る例えばＣＰＵなどにて形成された制御部、を含んで構成されている。
【０１１９】
（動作説明）
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置４０１において、ローダ４４０によって搬送された部材ＡがＸＹＺステージ４３０上に載置されると、真空排気装置４７０によって鏡筒４１０及び筐体４１１内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃４１２から電子ビームが照射される。
【０１２０】
電子銃４１２から照射された電子ビームは、電子レンズ４１６を介して偏向器４２０により偏向され、偏向された電子ビームＢ（以下、この電子レンズ４１６を通過後の偏向制御された電子ビームに関してのみ「電子ビームＢ」と符号を付与することがある）は、ＸＹＺステージ４３０上の部材Ａの表面、例えば曲面部（曲面）１２上の描画位置に対して照射されることで描画が行われる。
【０１２１】
この際に、測定装置４８０によって、部材Ａ上の描画位置（描画位置のうち少なくとも高さ位置）、もしくは後述するような基準点の位置が測定され、制御回路４９２は、当該測定結果に基づき、電子レンズ４１６のコイル４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃなどに流れる各電流値などを調整制御して、電子ビームＢの焦点深度の位置、すなわち焦点位置を制御し、当該焦点位置が前記描画位置となるように移動制御される。
【０１２２】
あるいは、測定結果に基づき、制御回路４９２は、ステージ駆動手段４５０を制御することにより、前記電子ビームＢの焦点位置が前記描画位置となるようにＸＹＺステージ４３０を移動させる。
【０１２３】
また、本例においては、電子ビームの制御、ＸＹＺステージ４３０の制御のいずれか一方の制御によって行っても、双方を利用して行ってもよい。
【０１２４】
次に、測定装置４８０の第１のレーザー測長器４８２により電子ビームと交差する方向から部材Ａに対して第１の光ビームＳ１を照射し、部材Ａを透過する第１の光ビームＳ１の受光によって、第１の光強度分布が検出される。
【０１２５】
この際に、第１の光ビームＳ１は、部材Ａの底部にて反射されるため、第１の強度分布に基づき、部材Ａの平坦部上の（高さ）位置が測定算出されることになる。しかし、この場合には、部材Ａの母光学面１０上の（高さ）位置を測定することができない。
【０１２６】
そこで、本例においては、さらに第２のレーザー測長器４８６を設けている。
すなわち、第２のレーザー測長器４８６によって、第１の光ビームＳ１と異なる電子ビームとほぼ直交する方向から部材Ａに対して第２の光ビームＳ２を照射し、部材Ａを透過する第２の光ビームＳ２が第２の受光部４８８にて受光されることによって、第２の光強度分布が検出され、これに基づき、位置が測定算出される。
【０１２７】
そして、この部材Ａの高さ位置を、例えば描画位置として、前記電子ビームの焦点位置の調整が行われ描画が行われることとなる。
【０１２８】
以上、実施の形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は、上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良（実施の形態の組み合わせを含む）が可能であることは勿論である。
【０１２９】
【発明の効果】
本発明によれば、加工基準を確保することで、より容易に精度の高い母型を製作できる母型の製作方法、およびかかる母型を用いた光学素子成形用金型の製作方法、並びにかかる光学素子成形用金型により成形される光学素子の製作方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる金型の製作方法を構成する工程を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す主要な工程において、処理される母型の素材と電極部材の組立体すなわち部材Ａを示す断面図である。
【図３】部材Ａの上面図である。
【図４】可動コア３０の断面図である。
【図５】可動コア３０を用いて光学素子を成形する状態を示す図である。
【図６】第２の実施の形態にかかる母型部材の製作方法を構成する工程（一部の工程は図１を参照して省略する）を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態にかかる母型部材の製作方法で処理される母型の素材と電極部材の組立体を示す断面図である
【図８】図８（ａ）は、部材Ａの加工に用いられる超精密旋盤の構成の一例を示す概略構成図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の超精密旋盤において使用されるダイアモンド工具の刃先の一例を示す斜視図である。
【図９】部材Ａの加工に用いられる集束イオンビーム加工装置の構成の一例を示す説明図である。
【図１０】電子ビーム描画装置の構成の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ　　母型部材
１０　母型の素材
１１　電極部材
１１ａ、１１１ａ　第１のマーク（周溝）
１１ｂ、１１１ｂ　第２のマーク
１００　超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工装置）
２００　集束イオンビーム加工装置
３０１　塗布材塗布装置
４０１　電子ビーム描画装置
【図１】
2004043951.tif 000003
【図２】
2004043951.tif 000004
【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】
2004043951.tif 000009
【図８】
2004043951.tif 000010
【図９】
2004043951.tif 000011
【図１０】
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