(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーズド形状の回折格子を複数有する回折光学素子であって、
複数の前記回折格子のうち、当該回折格子の傾斜面と当該回折格子に隣接する回折格子の側面とがなす角が８０度以下である回折格子の前記傾斜面の下端側において、前記傾斜面と前記隣接する回折格子の側面との間に、前記傾斜面に対して傾斜した面取り面が形成されていることを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
ブレーズド形状の回折格子を複数有する回折光学素子の成形に用いられる回折光学素子成形用金型であって、
前記回折光学素子の複数の前記回折格子に対応するブレーズド形状の複数の溝部を備え、
複数の前記溝部のうち、当該溝部の傾斜面と当該溝部に隣接する溝部の側面とがなす角が８０度以下である溝部の前記傾斜面の上端側において、前記傾斜面と前記隣接する溝部の側面との間に、前記傾斜面に対して傾斜した面取り面が形成されていることを特徴とする回折光学素子成形用金型。
【請求項３】
ブレーズド形状の回折格子を複数有する回折光学素子の成形に用いられ、複数の前記回折格子に対応するブレーズド形状の複数の溝部を備える回折光学素子成形用金型の製造方法であって、
金型材料表面の所定位置に断面Ｖ字状のＶ溝を切削により形成するステップと、
前記Ｖ溝の一方の斜面の下方側を切削して、前記Ｖ溝の一方の斜面に交差し、かつ前記金型材料表面に略垂直な前記溝部の側面を形成するステップと、
前記溝部の前記側面に交差し、かつ前記側面に交差する前記Ｖ溝の一方の斜面とは逆方向に延在する前記溝部の傾斜面を切削により形成するステップとを含み、
前記側面と前記傾斜面とのなす角が所定角度以下である前記溝部を形成する場合、前記傾斜面を切削により形成するステップにおいて、前記傾斜面の上端側に隣接する他のＶ溝の一方の斜面の上端部を削り、前記傾斜面に対して傾斜して交差する面取り面を形成することを特徴とする回折光学素子成形用金型の製造方法。
【請求項４】
請求項２記載の回折光学素子成形用金型を用いて製造されたことを特徴とする回折光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子、回折光学素子成形用金型、および回折光学素子成形用金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学系の高性能化や小型化の要求が高まるにつれ、回折光学素子が注目されている。特に、断面ブレーズド形状（鋸歯形状）の回折格子は薄型で回折効率が高いため、光学機器等の光学系に多く用いられてきている。
【０００３】
このような回折光学素子は、回折格子とは逆形状の多数の溝が切削加工により形成された金型を用いて、プラスチック等を成形して製造されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１８９１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、回折光学素子を成形するための金型の製造に際しては、回折格子に対応した形状の多数の溝を切削加工により形成しているが、この際、溝の頂点部分にバリが発生することがある。このバリは、溝の傾斜角が大きくなるほど発生しやすくなる。
【０００５】
そして、このようなバリを有する金型を用いて製造された回折光学素子では、バリに対応して成形された部分で光が乱反射して有害光が発生し、光学特性が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、有害光を減少し、光学特性の低下を抑制することができる回折光学素子、回折光学素子成形用金型、および回折光学素子成形用金型の製造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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の回折光学素子は、ブレーズド形状の回折格子を複数有する回折光学素子であって、複数の前記回折格子のうち、当該回折格子の傾斜面と当該回折格子に隣接する回折格子の側面とがなす角が８０度以下である回折格子の前記傾斜面の下端側において、前記傾斜面と前記隣接する回折格子の側面との間に、前記傾斜面に対して傾斜した面取り面が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の回折光学素子成形用金型は、ブレーズド形状の回折格子を複数有する回折光学素子の成形に用いられる回折光学素子成形用金型であって、前記回折光学素子の複数の前記回折格子に対応するブレーズド形状の複数の溝部を備え、複数の前記溝部のうち、当該溝部の傾斜面と当該溝部に隣接する溝部の側面とがなす角が８０度以下である溝部の前記傾斜面の上端側において、前記傾斜面と前記隣接する溝部の側面との間に、前記傾斜面に対して傾斜した面取り面が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の回折光学素子成形用金型の製造方法は、ブレーズド形状の回折格子を複数有する回折光学素子の成形に用いられ、複数の前記回折格子に対応するブレーズド形状の複数の溝部を備える回折光学素子成形用金型の製造方法であって、金型材料表面の所定位置に断面Ｖ字状のＶ溝を切削により形成するステップと、前記Ｖ溝の一方の斜面の下方側を切削して、前記Ｖ溝の一方の斜面に交差し、かつ前記金型材料表面に略垂直な前記溝部の側面を形成するステップと、前記溝部の前記側面に交差し、かつ前記側面に交差する前記Ｖ溝の一方の斜面とは逆方向に延在する前記溝部の傾斜面を切削により形成するステップとを含み、前記側面と前記傾斜面とのなす角が所定角度以下である前記溝部を形成する場合、前記傾斜面を切削により形成するステップにおいて、前記傾斜面の上端側に隣接する他のＶ溝の一方の斜面の上端部を削り、前記傾斜面に対して傾斜して交差する面取り面を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回折光学素子における有害光を減少し、光学特性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
まず、回折格子に対応した形状の溝を切削加工により形成する場合の金型におけるバリの発生状況について、図１〜図５を参照して説明する。なお、図１〜図５に示す例において、金型用鋼材からなる金型母材に加工層として無電解ニッケルメッキを施したものを金型材料として使用している。
【００１３】
図１（ａ）は溝の先端角が８０度の場合の金型表面を示す画像、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す金型表面の断面模式図である。図１に示す例では、８０度の先端角を有する切削工具を用いて溝１の傾斜面１ａおよび側面１ｂを加工しているが、側面１ｂを切削する際に溝１の先端部分にバリ１ｃが発生している。この発生したバリ１ｃの幅を計測したところ、溝１のピッチ（側面間の距離）Ｐ１の約３％であった。
【００１４】
図２（ａ）は溝の先端角が７０度の場合の金型表面を示す画像、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す金型表面の断面模式図である。図２に示す例では、７０度の先端角を有する切削工具を用いて溝２の傾斜面２ａおよび側面２ｂが加工され、その際にバリ２ｃが発生している。バリ２ｃの幅は、溝２のピッチＰ２の約６％であった。
【００１５】
図３（ａ）は溝の先端角が６０度の場合の金型表面を示す画像、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す金型表面の断面模式図である。図３に示す例では、６０度の先端角を有する切削工具を用いて溝３の傾斜面３ａおよび側面３ｂが加工され、その際にバリ３ｃが発生している。バリ３ｃの幅は、溝３のピッチＰ３の約１０％であった。
【００１６】
図４は切削工具の先端角とピッチに対するバリ幅の割合との関係を示す図、図５は切削工具の先端角とバリ幅との関係を示す図である。図４に示すように、切削工具の先端角とピッチに対するバリ幅の割合とは反比例する。また、図５に示すように、切削工具の先端角がおよそ８０度以下ではバリ幅は０．１５〜０．１７μｍ程度であり、切削工具の先端角がおよそ８０度を超えるとバリ幅は微小になっている。
【００１７】
上記のようなバリを有する金型を用いて製造された回折光学素子では、バリに対応して成形された部分で光が乱反射して有害光が発生し、光学特性が低下する。
【００１８】
そこで本発明では、金型におけるバリの発生を抑制することで、回折光学素子における光学特性の低下を抑制する。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態における回折光学素子成形用金型の製造方法について説明する。
【００２０】
図６は本実施の形態における回折光学素子成形用金型の製造に用いる加工機の一例を示す斜視図である。図６に示すように加工機４は、加工対象の金型材料５を回転可能に支持する回転軸６を有し、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能なＹＺステージ７と、Ｘ方向に移動可能なＸステージ８と、Ｘステージ８上にＹ方向を軸として回転可能に設けられ、切削工具９を保持する保持部１０とを備える。このような加工機４において、回転軸６によって金型材料５を回転させながら、切削工具９により、回折光学素子の回折格子に対応する金型材料５の面を切削加工する。
【００２１】
図７は本実施の形態における回折光学素子成形用金型の製造工程を説明する断面模式図である。本実施の形態においては、金型材料５として、金型用鋼材からなる金型母材に加工層として無電解ニッケルメッキを施したものを用い、金型材料５の表面（加工面）は平面とされている。
【００２２】
まず、図７（ａ），（ｂ）に示すように、先端角が例えば７０度の切削工具１１を加工機４の保持部１０に装着して、金型材料５の所定位置に断面Ｖ字状のＶ溝１２，１３，１４，…を形成する。この際、切削工具１１の切刃稜１１ａによりＶ溝１２，１３，１４，…の第１斜面１２ａ，１３ａ，１４ａ，…が切削され、切刃稜１１ｂにより第２斜面１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，…が切削される。
【００２３】
次いで、図７（ｃ）に示すように、先端角が８５度の切削工具１５を用い、Ｖ溝１２の第２斜面１２ｂの上方側の一部を残すように、金型材料５の表面に対する略垂直方向に第２斜面１２ｂに切り込む。この際、金型材料５の表面に対して略垂直になるように設定された切削工具１５の切刃稜１５ｂにより、回折光学素子の回折格子に対応する溝１７の側面１７ｂが切削される。また、切削工具１５の切刃稜１５ａにより、側面１７ｂの下端から図示左方向に延びる溝１７の傾斜面１７ａが切削される。
【００２４】
次いで、図７（ｄ）に示すように、先端角が８０度の切削工具１６を用い、Ｖ溝１３の第２斜面１３ｂの上方側の一部を残すように、金型材料５の表面に対する略垂直方向に第２斜面１３ｂに切り込む。この際、金型材料５の表面に対して略垂直になるように設定された切削工具１６の切刃稜１６ｂにより、溝１８の側面１８ｂが切削される。また、切削工具１６の切刃稜１６ａにより、側面１８ｂの下端から図示左方向に延びる溝１８の傾斜面１８ａが切削される。さらに、傾斜面１８ａを切削する際に、切刃稜１６ａにより、Ｖ溝１２の第２斜面１２ｂの上端部が削られ、これにより、溝１８の先端部に、傾斜面１８ａに対して傾斜した面取り面１８ｃが形成される。
【００２５】
なお、図示例では切削工具１６により傾斜面１８ａと側面１８ｂとを同時に切削しているが、先端角が８０度よりも小さな切削工具を用いて側面１８ｂを切削した後に、異なる切削工具を用いて傾斜面１８ａを切削するようにしてもよい。
【００２６】
その後、各種角度の切削工具を用いて、それぞれ上記と同様の手順により切削加工を行うことで、溝１９，２０，…が形成される。図７（ｄ）に示す例では、先端角が６０度の切削工具を用いることで溝１９が形成され、先端角が４５度の切削工具を用いることで溝２０が形成されている。
【００２７】
図８は上記のような工程により製造される回折光学素子成形用金型２１の要部断面図、図９（ａ）は先端角が８０度の溝１８の先端部を示す断面図、図９（ｂ）は先端角が６０度の溝１９の先端部を示す断面図、図９（ｃ）は先端角が４５度の溝２０の先端部を示す断面図である。
【００２８】
本実施の形態の製造方法により製造された回折光学素子成形用金型２１は、図８に示すように、回折光学素子の回折格子に対応する溝１８，１９，…の先端部に面取り面１８ｃ，１９ｃ，…が形成されており、これによりバリの発生が抑えられている。また、前述したように、溝の先端角が８０度を超えるとバリ幅は微小になるため、先端角が８０度以下の溝１８，１９，…には面取り面１８ｃ，１９ｃ，…を形成するが、先端角が８５度の溝１７の先端には面取り面は必要ではないため形成しない。
【００２９】
また、図５に示したように、先端角８０度以下の溝の先端で発生するバリ幅は０．１５〜０．１７μｍ程度である。そこで、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、側面１７ｂ，１８ｂ，…に対する垂直方向の各面取り面１８ｃ，１９ｃ，…の幅は、０．２μｍとすればよい。なお、図９に示す例では、面取り面１８ｃの傾斜面１８ａに対する傾斜角は６５度、面取り面１９ｃの傾斜面１９ａに対する傾斜角は８５度、面取り面２０ｃの傾斜面２０ａに対する傾斜角は１００度になっている。
【００３０】
図８に示す回折光学素子成形用金型２１を用いてプラスチック等を成形することにより、本実施の形態に係る回折光学素子を製造することができる。図１０は図８に示す回折光学素子成形用金型２１を用いて成形した回折光学素子２２の要部断面図である。
【００３１】
図１０に示すように回折光学素子２２には、回折光学素子成形用金型２１の溝１７，１８，…に対応した回折格子１７´，１８´，…が形成されている。
【００３２】
そして、傾斜面１８ａ´と回折格子１７´の側面１７ｂ´とがなす溝頂角（＝傾斜面１８ａ´と側面１８ｂ´とがなす角）が８０度である回折格子１８´の傾斜面１８ａ´の下端側には、回折光学素子成形用金型２１の面取り面１８ｃに対応する面取り面１８ｃ´が形成されている。同様に、溝頂角が８０度以下である回折格子１９´，２０´，…の傾斜面１９ａ´，２０ａ´，…の下端側には、回折光学素子成形用金型２１の面取り面１９ｃ，２０ｃ，…に対応する面取り面１９ｃ´，２０ｃ´，…が形成されている。一方、溝頂角が８５度である回折格子１７´には面取り面が形成されていない。
【００３３】
回折光学素子２２は、回折格子１７´，１８´，…を透過する光について位相を変化させることで回折を発生させ、特定方向へ透過光路を曲げる作用を有する。この際、面取り面１８ｃ´，１９ｃ´，…に入射した光は他の方向へ曲げられるが、乱反射は生じない。
【００３４】
図１〜図３に示したようなバリを有する金型を用いて製造された回折光学素子では、バリに対応して成形された部分で光が乱反射して有害光が発生し、光学特性が低下するが、本実施の形態に係る回折光学素子２２では、上述のように乱反射の発生が抑えられるため、有害光を低減し、光学特性の低下を抑制することができる。
【００３５】
また、すべての回折格子について面取り面を設けるのではなく、溝頂角が所定角度（本実施の形態では８０度）を超える回折格子については面取り面を設けないので、光学特性の低下を最小限に抑えることができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は溝の先端角が８０度の場合の金型表面を示す画像、（ｂ）は（ａ）に示す金型表面の断面模式図である。
【図２】（ａ）は溝の先端角が７０度の場合の金型表面を示す画像、（ｂ）は（ａ）に示す金型表面の断面模式図である。
【図３】（ａ）は溝の先端角が６０度の場合の金型表面を示す画像、（ｂ）は（ａ）に示す金型表面の断面模式図である。
【図４】切削工具の先端角とピッチに対するバリ幅の割合との関係を示す図である。
【図５】切削工具の先端角とバリ幅との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態における回折光学素子成形用金型の製造に用いる加工機の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態における回折光学素子成形用金型の製造工程を説明する断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態における回折光学素子成形用金型の要部断面図である。
【図９】回折光学素子成形用金型の溝の先端部を示す断面図である。
【図１０】図８に示す回折光学素子成形用金型を用いて成形した回折光学素子の要部断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
５…金型材料、１１，１５，１６…切削工具、２１…回折光学素子成形用金型、２２…回折光学素子。
【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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【図１】
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【図２】
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【図３】
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