(57)【要約】  【課題】  例えば回折レンズに代表されるような光学素子の成形用金型の加工に好適であり、高精度な加工面を形成できる加工方法を提供する。  【解決手段】  回転する金型Ｍの光学転写面に対して第１の縁部Ｔ１を接触させながら、ダイヤモンド工具Ｔを光軸Ｏから遠ざかる方向に移動させながら切削加工を行っているので、摩耗していない状態で金型Ｍの中央部を切削加工でき、その金型Ｍにより転写形成される光学素子の要求特性を満たすことが可能となる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンドからなる切れ刃のすくい面に、金型の回転軸に対して交差する方向に少なくとも１００μｍ以内の長さで直線状に延在する直線部を含む第１の縁部と、前記第１の縁部より長く且つ前記第１の縁部の端部に接続する直線状の第２の縁部及び第３の縁部とを形成したダイヤモンド工具を用いて、少なくとも一方の光学機能面が光軸を中心とした複数の光学機能領域に分割され、該複数の光学機能領域のうちの少なくとも１つが、光軸を中心とした輪帯状の領域に分割され、かつ各輪帯に所定数の不連続な段差が設けられるとともに、当該不連続な段差が設けられた輪帯が連続的に配された構造である回折構造を有する光学素子を成形するための金型の光学転写面を加工する加工方法であって、
前記金型を回転させるステップと、
回転する前記金型の光学転写面に対して前記第１の縁部を接触させながら、前記ダイヤモンド工具を前記回転軸から遠ざかる方向及び前記回転軸に平行な方向に移動させるステップと、を有することを特徴とする加工方法。
【請求項２】
前記ダイヤモンド工具を、前記金型の光学転写面を切り込む切り込み方向に移動し、その後前記回転軸から遠ざかる方向に移動するステップを複数回行うことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
【請求項３】
前記ダイヤモンド工具の第１の縁部の長さは、前記光学素子の前記段部の光軸直交方向の最小幅より小さいことを特徴とする請求項２に記載の加工方法。
【請求項４】
ダイヤモンドからなる切れ刃のすくい面に、金型の回転軸に対して交差する方向に少なくとも１００μｍ以内の長さで直線状に延在する直線部を含む第１の縁部と、前記第１の縁部より長く且つ前記第１の縁部の端部に接続する直線状の第２の縁部及び第３の縁部とを形成したダイヤモンド工具を用いて、少なくとも一方の光学機能面が光軸を中心とした複数の光学機能領域に分割され、該複数の光学機能領域のうちの少なくとも１つが、光軸を中心とした輪帯状の領域に分割され、かつ各輪帯に所定数の不連続な段差が設けられるとともに、当該不連続な段差が設けられた輪帯が連続的に配された構造である回折構造を有する光学素子を成形するための金型の光学転写面を加工する加工方法であって、
前記金型を回転させるステップと、
回転する前記金型の光学転写面に対して前記第１の縁部を接触させながら、前記ダイヤモンド工具を、前記回転軸に交差する位置へと移動した後に、前記ダイヤモンド工具を前記回転軸から遠ざかる方向及び前記回転軸に平行な方向に移動させるステップと、を有することを特徴とする加工方法。
【請求項５】
前記ダイヤモンド工具を、前記金型の光学転写面を切り込む切り込み方向に移動し、その後前記回転軸から遠ざかる方向に移動するステップを複数回行うことを特徴とする請求項４に記載の加工方法。
【請求項６】
前記ダイヤモンド工具の第１の縁部の長さは、前記光学素子の前記段部の光軸直交方向の最小幅より小さいことを特徴とする請求項５に記載の加工方法。
【請求項７】
前記金型の光学転写面にニッケル・隣・銅メッキを施してい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加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工方法に関し、特に光学素子の成形用金型を加工するのに好適な加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば光ピックアップ装置用の対物レンズなどの高精度光学素子の成形用金型の光学転写面加工には、すくい面のノーズ半径が０．１〜１．５ｍｍ程度、頂角が４０〜６０°程度の単結晶ダイヤモンド製のＲバイトが使用されており、それにより光学転写面形状が例えば一般非球面方程式で表現される単一面で構成される場合には、超精密加工機を使用することにより切削加工のみで高精度な光学転写面を得ることが可能である。一方、より微細な形状構造を有する光学転写面を創成加工する際には、特許文献１に記載するように、さらに微細なノーズ半径を有するＲバイトが使用されている。
【特許文献１】特開２００３−６２７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載する微細なノーズ半径を有するＲバイトを用いることで、より精密な光学転写面の創成が可能となった。ところで、近年における光ピックアップ装置の分野では、青紫色レーザなどを用いてより高密度な情報の記録及び／又は再生を行うことが望まれており、これに対して、光ピックアップ装置に用いる光学素子に、少なくとも一方の光学機能面が光軸を中心とした複数の光学機能領域に分割され、該複数の光学機能領域のうちの少なくとも１つが、光軸を中心とした輪帯状の領域に分割され、かつ各輪帯に所定数の不連続な段差が設けられるとともに、当該不連続な段差が設けられた輪帯が連続的に配された回折構造を設けようとする試みがある。しかるに、このような段差のある微細な回折構造を光学素子に形成するためには、その金型の光学面を、１００μｍ以下の幅で輪帯状に深く切削する必要がある。ところが、上述したＲバイトでは、縁部が干渉してしまい、そのように狭い幅で輪帯形状を切削することはできない。
【０００４】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、例えば回折レンズに代表されるような光学素子の成形用金型の加工に好適であり、高精度な加工面を形成できる加工方法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】
【０００５】
請求項１に記載の加工方法は、ダイヤモンドからなる切れ刃のすくい面に、金型の回転軸に対して交差する方向に少なくとも１００μｍ以内の長さで直線状に延在する直線部を含む第１の縁部と、前記第１の縁部より長く且つ前記第１の縁部の端部に接続する直線状の第２の縁部及び第３の縁部とを形成したダイヤモンド工具を用いて、少なくとも一方の光学機能面が光軸を中心とした複数の光学機能領域に分割され、該複数の光学機能領域のうちの少なくとも１つが、光軸を中心とした輪帯状の領域に分割され、かつ各輪帯に所定数の不連続な段差が設けられるとともに、当該不連続な段差が設けられた輪帯が連続的に配された構造である回折構造を有する光学素子を成形するための金型の光学転写面を加工する加工方法であって、
前記金型を回転させるステップと、回転する前記金型の光学転写面に対して前記第１の縁部を接触させながら、前記ダイヤモンド工具を前記回転軸から遠ざかる方向及び前記回転軸に平行な方向に移動させる（移動の順序は逆でも良い、以下同じ）ステップと、を有することを特徴とする。尚、「直線部を含む第１の縁部」とは、直線部のみから第１の縁部を構成してもよく、或いは直線部と、その一方の端部もしくは両端に連結した別の直線部もしくは円弧とで、第１の縁部を構成しても良いことを意味する。
【０００６】
本発明について、図面を参照して説明する。図１は、本発明にかかる加工方法に用いると好適なダイヤモンド工具Ｔの先端のすくい面側から見た図（ａ）及びその側面図（ｂ）である。図１（ａ）において、ダイヤモンド工具Ｔは、直線状に延在する先端の第１の縁部Ｔ１（１００μｍ以下）と、第１の縁部Ｔ１の両端から直交する方向に直線状に延在する第２の縁部Ｔ２と第３の縁部Ｔ３とを有し、これらによって方形状のすくい面Ｔ５を形成している。第２の縁部Ｔ２は、第３の縁部Ｔ３から離隔するように延在する第４の縁部Ｔ４に接続されている。ここで方形とは、互いに平行に延在する縁部Ｔ２，Ｔ３のうち短い方の第２の縁部Ｔ２における第４の縁部Ｔ４側の端部（先端から距離βの位置）から、第１の縁部Ｔ１に平行な線Ｔ６を引くことで、縁部Ｔ１，Ｔ２、Ｔ３，線Ｔ６で囲われる領域をいうものとする。尚、本明細書中、縁部同士が接続するとは、縁部同士が直接接続している場合のほか、他の単一もしくは複数の直線及び／又は円弧を介して間接的に接続している場合も含む。
【０００７】
図２は、図１のダイヤモンド工具を用いて加工された後の金型Ｍの斜視図であり、図３は、その光学転写面の概略拡大断面図である。本発明の加工方法によって加工される金型Ｍは、少なくとも一方の光学機能面が光軸を中心とした複数の光学機能領域に分割され、該複数の光学機能領域のうちの少なくとも１つが、光軸を中心とした輪帯状の領域に分割され、かつ各輪帯に所定数の不連続な段差が設けられるとともに、当該不連続な段差が設けられた輪帯が連続的に配された構造である回折構造を有する光学素子成形に用いられると好適である。かかる回折構造は、断面が階段状になっており、それに相補する形で、図３に示すような金型Ｍの光学転写面（光学素子の光学面を転写する面をいうが、ニッケル・隣・銅メッキが施されていると好ましい）が形成されることとなる。尚、図３において、ダイヤモンド工具Ｔは、Ｘ軸方向（回転軸から遠ざかる方向ともいう）及びＺ軸方向（金型の回転軸と平行な方向ともいう）に移動可能となっている。尚、本明細書中、「切り込み方向」とは、回転軸に平行であって、金型に接近する方向をいうものとする。
【０００８】
本発明の加工方法の一例を示すと、図３に示すように、まず金型Ｍを光軸（回転軸ともいう）Ｏの回りに回転させ、ダイヤモンド工具Ｔの第１の縁部Ｔ１を、金型Ｍの光学転写面（ここでは上面）に対して押し当てながら光軸Ｏから外周側に向かって（Ｘ軸方向に）移動させ、基準位置（点線の位置）で、光軸Ｏに対して平行に且つ金型Ｍに更に押しつける方向（Ｚ軸方向）に移動させる。すると、ダイヤモンド工具Ｔが金型Ｍの光学転写面を切削加工し、輪帯状の溝が形成されるが、溝の底面は第１の縁部Ｔ１により切削され、溝の側面は第２の縁部Ｔ２及び第３の縁部Ｔ３により切削される。更にＺ軸方向の位置を維持しつつ、ダイヤモンド工具Ｔを光軸Ｏから遠ざかる方向に移動させると、溝の光軸Ｏから遠い方の側面（内周面）が第２の縁部Ｔ２により切削され、更に切り込み方向に移動させると、溝の底面の一部が第１の縁部Ｔ１により切削され。これを複数回繰り返すことで、断面が階段状の構造が加工形成される。所定の深さまで切削した後に、ダイヤモンド工具Ｔを金型Ｍから離隔する方向に移動させ、第１の縁部Ｔ１が光学転写面の表面またはその近傍に戻ったら、次の基準位置まで、ダイヤモンド工具Ｔを光軸Ｏから遠ざかる方向に移動して、隣の溝を切削加工し、これを繰り返すことで全ての溝を加工することができる。
【０００９】
ここで、ダイヤモンド工具Ｔを外周側から移動させながら、断面が階段状の構造を加工形成することを考える。かかる場合、摩耗していないダイヤモンド工具Ｔにより、金型Ｍの周辺部が加工され、摩耗したダイヤモンド工具Ｔにより、金型Ｍの光軸近傍の中央部が加工されることとなる。ここで、金型Ｍを用いて成形された光学素子を考えたときに、一般的に良好な光学特性を要求される領域は光学素子の中央部である。ところが、摩耗したダイヤモンド工具Ｔにより、金型Ｍの中央部が加工されると、転写形成される光学素子の中央部の十分な精度を確保できず、要求された光学特性を得ることができない恐れがある。
【００１０】
これに対し、本発明の加工方法によれば、図３に示すように、回転する金型Ｍの光学転写面に対して第１の縁部Ｔ１を接触させながら、ダイヤモンド工具Ｔを光軸Ｏから遠ざかる方向に移動させつつ切削加工を行っているので、摩耗していない状態で金型Ｍの中央部を切削加工でき、その金型Ｍにより転写形成される光学素子の要求特性を満たすことが可能となる。
【００１１】
又、金型Ｍの中央部は、周速が低いため切削効率が悪いということもあり、摩耗したダイヤモンド工具を用いては、切削時間がかかったり綺麗な切削面を得られないという問題もある。これに対し、本発明の加工方法によれば、図３に示すように、回転する金型Ｍの光学転写面に対して第１の縁部Ｔ１を接触させながら、ダイヤモンド工具Ｔを光軸Ｏから遠ざかる方向に移動させながら切削加工を行っているので、摩耗していない状態で金型Ｍの中央部を切削加工することで、切削時間を減少させ、また綺麗な切削面を得ることができる。
【００１２】
更に、図３に示すように、外周に向かうにつれて段々と低くなっている階段状の溝を金型Ｍに形成する場合に、本発明には以下の利点がある。まず、そのような階段状の溝を、ダイヤモンド工具Ｔを外周側から移動させながら加工形成することを考える。かかる場合、ダイヤモンド工具Ｔの第１の縁部Ｔ１と第３の縁部Ｔ３とが交差する角Ｃ１は、加工中ずっと金型Ｍを切削し続けるため、その摩耗量が大となる。図８に、摩耗のないダイヤモンド工具の先端の顕微鏡写真を示し、図９に、摩耗したダイヤモンド工具の先端の顕微鏡写真を示す。
【００１３】
以上より明らかであるが、図９に示すごとき角Ｃ１が摩耗したダイヤモンド工具Ｔを用いて、複数段からなる階段状の構造を加工形成すると、図４に示すように、角Ｃ１に対応して段部の角がダレてしまい、この金型Ｍを用いて光学素子を成形したときに、回折構造の光学特性を低下させる恐れがある。
【００１４】
これに対し、本発明の加工方向によれば、図３に示すように、回転する金型Ｍの光学転写面に対して第１の縁部Ｔ１を接触させながら、ダイヤモンド工具Ｔを光軸Ｏから遠ざかる方向に移動させながら切削加工を行っているので、ダイヤモンド工具Ｔの第１の縁部Ｔ１と第２の縁部Ｔ２とが交差する角Ｃ２は、その摩耗量が大となるが、第１の縁部Ｔ１と第３の縁部Ｔ３とが交差する角Ｃ１については摩耗が抑制され、従って、複数段からなる階段状の構造を加工形成したときに、段部の角がダレることが抑えられ、良好な光学特性を有する光学素子を成形することができる金型Ｍを加工できることとなる。
【００１５】
請求項２に記載の加工方法は、請求項１に記載の発明において、前記ダイヤモンド工具を、前記金型の光学転写面を切り込む切り込み方向に移動し、その後前記回転軸から遠ざかる方向に移動するステップを複数回行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の加工方法は、請求項２に記載の発明において、前記ダイヤモンド工具の第１の縁部の長さは、前記光学素子の前記段部の光軸直交方向の最小幅より小さいことを特徴とする。光学素子に設ける回折構造の種類によっては、段部の光軸直交幅が異なる場合もあるが、その場合、ダイヤモンド工具の第１の縁部Ｔ１の長さα（図１（ａ）参照）を最小幅Ｂ（図３参照）より小さくすれば、全ての回折構造に対応した溝を形成できる。
【００１７】
請求項４に記載の加工方法は、ダイヤモンドからなる切れ刃のすくい面に、金型の回転軸に対して交差する方向に少なくとも１００μｍ以内の長さで直線状に延在する直線部を含む第１の縁部と、前記第１の縁部より長く且つ前記第１の縁部の端部に接続する直線状の第２の縁部及び第３の縁部とを形成したダイヤモンド工具を用いて、少なくとも一方の光学機能面が光軸を中心とした複数の光学機能領域に分割され、該複数の光学機能領域のうちの少なくとも１つが、光軸を中心とした輪帯状の領域に分割され、かつ各輪帯に所定数の不連続な段差が設けられるとともに、当該不連続な段差が設けられた輪帯が連続的に配された構造である回折構造を有する光学素子を成形するための金型の光学転写面を加工する加工方法であって、
前記金型を回転させるステップと、回転する前記金型の光学転写面に対して前記第１の縁部を接触させながら、前記ダイヤモンド工具を、前記回転軸に交差する位置へと移動した後に、前記ダイヤモンド工具を前記回転軸から遠ざかる方向及び前記回転軸に平行な方向に移動させるステップと、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明について、図面を参照して説明する。図５は、金型の光学転写面の概略拡大断面図である。上述したように、金型Ｍの中央部は周速が低いため切削効率が悪い。そこで、本発明の加工方法においては、まずダイヤモンド工具Ｔを、図５に点線で示す初期位置へと移動させ、ついで金型Ｍを回転させた状態で、回転軸すなわち光軸Ｏに交差する位置へと移動させる（太い矢印参照）。それにより金型Ｍの中央部の加工を、摩耗がない或いは少ないダイヤモンド工具Ｔを用いて行うことができる。その後は、上述した発明と同様に、基準位置に移動させたダイヤモンド工具Ｔを、光軸Ｏに対して平行に且つ金型Ｍに更に押しつける方向（Ｚ軸方向）に移動させ、次いでＺ軸方向の位置を維持しつつ、ダイヤモンド工具Ｔを光軸Ｏから遠ざかる方向に移動させ、更に切り込み方向に移動させる。これを複数回繰り返すことで、断面が階段状の構造が加工形成される。所定の深さまで切削した後に、ダイヤモンド工具Ｔを金型Ｍから離隔する方向に移動させ、第１の縁部Ｔ１が光学転写面の表面またはその近傍に戻ったら、次の基準位置まで、ダイヤモンド工具Ｔを光軸Ｏから遠ざかる方向に移動して、隣の溝を切削加工し、これを繰り返すことで全ての溝を加工することができる（細い矢印参照）。
【００１９】
請求項５に記載の加工方法は、請求項４に記載の発明において、前記ダイヤモンド工具を、前記金型の光学転写面を切り込む切り込み方向に移動し、その後前記回転軸から遠ざかる方向に移動するステップを複数回行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の加工方法は、請求項５に記載の発明において、前記ダイヤモンド工具の第１の縁部の長さは、前記光学素子の前記段部の光軸直交方向の最小幅より小さいことを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の加工方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記金型の光学転写面にニッケル・隣・銅メッキを施していることを特徴とする。特に、ニッケル・隣・銅メッキは被切削性に優れるため、長い工具寿命を確保できるからである。尚、光学転写面に、ニッケル・隣メッキを用いても良く、銅、アルミ、金属ガラス等のコーティングを行っても類似の効果が得られる。
【００２２】
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、回折板、色収差補正素子）、光学フィルター（空間ローパスフィルター、波長バンドパスフィルター、波長ローパスフィルター、波長ハイパスフィルター等々）、偏光フィルター（検光子、旋光子、偏光分離プリズム等々）、位相フィルター（位相板、ホログラム等々）があげられるが、以上に限られることはない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、例えば回折レンズに代表されるような光学素子の成形用金型の加工に好適であり、高精度な加工面を形成できる加工方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図６は、請求項１〜７に記載の発明にかかる加工方法を実行するのに好適な実施の形態である２軸超精密加工機１０の斜視図であり、図７は、ダイヤモンド工具の斜視図である。図７に示す２軸超精密加工機１０において、不図示の制御装置によってＸ軸方向に駆動されるＸ軸テーブル２が、台座１上に配置されている。Ｘ軸テーブル２上には、ダイヤモンド工具Ｔが取り付けられている。又、不図示の制御装置によってＺ軸方向に駆動されるＺ軸テーブル４が、台座１上に配置されている。Ｚ軸テーブル４上には、不図示の制御装置によって回転駆動される主軸（回転軸）５が取り付けられている。主軸５は、加工すべき転写光学面を有する光学素子成形用の金型（図２参照）を取り付け可能となっている。ダイヤモンド工具Ｔは、その先端にダイヤモンドチップＴｃを取り付けており、その形状は図１に示すものと同様である。
【００２５】
本実施の形態にかかる加工方法によれば、主軸５やＸ・Ｚ軸テーブル２，４の剛性が非常に高く、軸制御分解能が１００ｎｍ以下の超精密加工機を用いて、主軸５にワークであるところの光学素子成形用の金型を取り付け、主軸回転数１０００ｍｉｎ−１で回転させ、切り込み量１μｍ、送り０．２ｍｍ／ｍｉｎの条件で、ダイヤモンド工具Ｔにより、切れ刃の切削点が加工中に連続的に移動するようにして、延性モードで切削加工することにより、図３に示すごとき階段状の輪帯を含む回折構造に対応する溝を、金型の光学転写面に創成することができる。
【００２６】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、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・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明の加工方法は、光学素子の成形用金型の加工以外にも用いることができる。又、本発明の加工方法に用いるダイヤモンド工具は、すくい面の形状が、方形状ではなく、第１の縁部より付け根側が狭幅の先太形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかる加工方法に用いると好適なダイヤモンド工具Ｔの先端のすくい面側から見た図（ａ）及びその側面図（ｂ）である。
【図２】図１のダイヤモンド工具を用いて加工された後の金型Ｍの斜視図である。
【図３】金型Ｍの光学転写面の概略拡大断面図である。
【図４】ダイヤモンド工具Ｔの刃先形状と金型Ｍの段部形状との関係を示す概略拡大断面図である。
【図５】金型Ｍの光学転写面の概略拡大断面図である。
【図６】本発明にかかる加工方法を実行するのに好適な実施の形態である２軸超精密加工機１０の斜視図である。
【図７】ダイヤモンド工具の斜視図である。
【図８】摩耗のないダイヤモンド工具の先端を示す顕微鏡写真である。
【図９】摩耗したダイヤモンド工具の先端を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２８】
Ｍ  金型
Ｔ  ダイヤモンド工具
１０  超精密加工機
【図１】
2005219186.tif 000003
【図２】
2005219186.tif 000004
【図３】
2005219186.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005219186.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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