JP2002189114A

JP2002189114A - 光学素子、金型及び工具

Info

Publication number: JP2002189114A
Application number: JP2001288940A
Authority: JP
Inventors: Hide Hosoe; 秀細江
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2002-07-05

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な透過光量を得るために必要となる値と
範囲を明確にすることで、効率の良い回折光学素子の製
作を実現できる金型、その工具及び製作された光学素子
を提供する。【解決手段】光学素子１０の回折溝１４の第１面１１
と第２面１２とは、光路差関数等で近似されない第３の
面１３で連結されており、第２の面１２は光軸に対して
１°以下の角度誤差で平行であり、第３の面１３の光軸
直角方向の幅Δ１は、それに接続される第１の面１１の
光軸直角方向の幅Δ２と、第３の面１３の光軸直角方向
の幅Δ２の和の０．５％以上かつ１５％以下であるの
で、入射光束の散乱を極力抑制して、透過光量を高める
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折溝を有する光
学素子、それを形成する金型、及びその切削工具に関
し、特に、光量損失を低減し有効光量を１００％に近づ
けた光学素子、及びその形成の際に重要となる、回折溝
形状、表面粗さ、金型加工条件、金型加工工具、樹脂材
料などの要因を考慮し、理想的な回折光学素子を得るた
めの金型、及び切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折光学素子は、光学素子の光学面に鋸
歯状の段差を設け、ここを透過する光波について位相を
変化させることで回折を発生させ、光路を曲げる働きを
利用した光学素子である。母非球面形状を屈折する光束
に対して、回折の効果によって光路をさらに曲げること
で光学面１面で２面に相当する屈折効果を発揮できる。
しかも、屈折の場合は長波長ほど光路が曲がりにくく屈
折角が小さくなるが、回折による光路は長波長ほど大き
く曲げられるので、両者を組み含わせることで屈折の波
長依存性を低減することができる。

【０００３】回折レンズの応用例としては、パソコン搭
載カメラの撮像レンズや光ディスクなどのピックアップ
光学素子などが挙げられる。前者は、回折効果を用いる
ことで少ないレンズ枚数で色収差などを効率よく小さく
できるので、パソコンに搭載するのに都含の良い薄くて
軽量な撮像レンズが実現できる。また、後者の例では、
ＤＶＤやＣＤなどの光ディスクから情報を読み出しから
書き込みを行う際に発生する、光源となる高出力レーザ
ーダイオードの波長変動を収差補正するのに用いられる
対物レンズなどがある。

【０００４】また、ＤＶＤやＣＤなど異なる光ディスク
を共用化するため、複数の光源波長に対して良好に収差
を補正し、温度変化による波長変動やモードホップに対
しても良好な色収差特性を確保するために、回折効果を
利用した光学素子が採用されている。

【０００５】しかし、前者の撮像レンズでは、光学面表
面やレンズ内部で散乱が生じると結像した画像にフレア
がかかりコントラストが低くなって、画質が急激に劣化
する。特に回折レンズの場合は、光学面が不連続のため
に画角内の全ての入射光に対して回折効率を１００％に
することは設計上困難であり、理想的にレンズが出来て
いても若干量の散乱が発生するという特性がある。

【０００６】従って、回折レンズを製作する際に散乱を
実用上問題のないレベルに低減するには、その光学面形
状を可能な限り設計形状に近く創成することが通常のレ
ンズの場合よりも重要となる。散乱の実用上問題のない
レベルとして入射光量の５％以下、より好ましくは３％
以下が求められる。これは、代表的なＢＫ７などの光学
ガラスによる光学面に反射防止コー卜を施さなかったと
きの表面反射率に相当し、少なくともコートなしの状態
よりも散乱が多くならないというのが、必要な画質や回
折光学面を採用するメリッ卜を求める上での目安であ
る。

【０００７】また、後者の光ディスク用ピックアップシ
ステムの光学素子においては、レーザーダイオードは一
般に高出力になるほど寿命の低下や信頼性の低下が著し
いので、出来る限り低出力で使用するのが好ましく、書
き込みに際して十分な光量を確保するには光路中の散乱
などの光量損失を出来る限り少なくしなければならな
い。

【０００８】この光量損失の許容範囲としては入射光量
から表面反射成分を引いた値の少なくとも１０％以下、
より好ましくは５％以下が通常求められている。この値
は、光学素子のアライメントやレーザーダイオードの光
量バラツキ、受光素子の感度バラツキなどを総合して、
経験的に求められている。

【０００９】以上のように、回折を用いた光学素子にお
いては、通常の連続的な光学面を持つ光学素子と比較し
て、散乱などの影響が大きく顕れやすく、従って散乱に
よる光量損失の少ない理想的な回折効率を得ることが重
要で、それにはまず回折光学面を理想通りの形状に作ら
なければならないということがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
回折光学素子の製作においては、この理想形状に対して
どの程度の誤差であれば実用上問題がないのか明確では
なく、回折光学面を成形転写する金型を切削加工する場
合では、工具の刃先形状においても、ただ鋭くすればよ
いというだけでどれくらい鋭くすれば良いか、またその
際の副作用にはいかなるものがあるなどに関しては不明
瞭であった。

【００１１】また、回折溝の段差部の入射光束に対する
平行度を考慮して、必要となる工具頂角を明確にすると
いう思想はなかった。さらに、回折溝の段差以外の光学
面での散乱を充分に低減する表面粗さの閾値についても
明瞭ではなかった。成形金型の転写光学面をなす材料に
ついても、切削工具の鋭い刃先の加工中の損耗を低減し
維持するために、高被削性材料が必要という概念はなか
った。そのため、刃先先端の鋭さが若干数の金型を切削
加工しただけで鈍り、結果として理想的な回折溝形状の
創成を不可能とし、入射光束の散乱を招いたり、金型光
学面の加工に必要以上に工数をかけたり加工精度が不足
して散乱が大きくなるなどが散見された。

【００１２】本発明は、この点について要因を考察しな
されたものであり、十分な透過光量を得るために必要と
なる値と範囲を明確にすることで、効率の良い回折光学
素子の製作を実現できる金型、その工具及び製作された
光学素子を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光学素
子は、光学面の少なくとも一部に、所定の光学的関数で
近似される第１の面と、前記第１の面に交差する方向に
延在する第２の面とを少なくとも備えた回折溝を有し、
光を透過可能な光学素子であって、前記回折溝の前記第
１面と前記第２面とは、前記所定の光学的関数で近似さ
れない第３の面で連結されており、第２の面は光軸に対
して１°以下の角度誤差で平行であり、前記第３の面の
光軸直角方向の幅は、それに接続される前記第１の面の
光軸直角方向の幅と、前記第３の面の光軸直角方向の幅
の和の０．５％以上かつ１５％以下であるので、入射光
束の散乱を極力抑制して、透過光量を高めることができ
る。

【００１４】本発明を、図面を参照してより詳細に説明
する。図１は、光学素子の断面図であり、図２は、その
回折溝付近を拡大して示す光軸方向断面図である。図２
において、光学素子１０は、図２の左側面に光学面１０
ａを有している。光学面１０ａには、回折溝１４が形成
されている。回折溝１４は、母非球面及び位相差もしく
は光路差関数で近似される第１の面１１と、光軸に対し
て１°以下の角度誤差で平行な第２の面１２と、これら
を連結する第３の面１３とから形成されている。第３の
面１３の光軸直角方向の幅Δ１は、それに接続される前
記第１の面１１の光軸直角方向の幅Δ２と、第３の面１
３の光軸直角方向の幅Δ１の和の０．５％以上かつ１５
％以下である。すなわち、（Δ１＋Δ２）×０．５／１００≦Δ１≦ （Δ１＋Δ
２）×１５／１００を満たすようにしている。第３の面１３は、母非球面及
び位相差もしくは光路差関数で近似されないため、光学
素子１０の光学性能を向上させることに関与しない領域
であり、従ってなるべく狭い方がよい。ところが金型製
造上、工具刃先が大きさを持つため、第３の面１３に対
応する金型の面は必ず形成されてしまう。そこで、この
面を極力小さくすることで、第３の面１３を上述のごと
く狭く抑え、それにより光学素子１０の透過光量を十分
に確保するようにしている。

【００１５】回折溝の形状は、図１、２に示すように光
学面の母非球面形状に対して、非球面形状をつぎはぎし
た段差を有する形状となっているが、この段差により光
源光束が位相差を生じ回折を発生するため、特定方向ヘ
透過光路を曲げる働きが生じる。この回折光学面を透過
した光束が、入射光束から屈折率差による表面反射成分
を除いた値に対して１００％の光量を有すれば、回折効
率は１００％となるが、実際にはいくつかの要因により
回折効率は１００％とならない。

【００１６】次に、回折光学素子の回折溝を成形転写す
る金型の加工方法を示す。図３に、２軸または３軸の超
精密旋盤の斜視図を示す。図４は、金型切削用の工具を
示す図であり、図４（ａ）はその斜視図であり、図４
（ｂ）は刃先の正面図であり、羽４（ｃ）は、刃先の
側面図である。

【００１７】図３において、固定基盤１００上に支持さ
れたＺ方向に移動可能なスピンドルスライドテーブル１
０２上に、エアスピンドル１０３が配置され、金型５０
を回転可能に支持している。一方、スピンドルスライド
テーブル１０２の手前側には、Ｘ方向に移動可能な工具
テーブル１０４が配置され、工具７０を支持している。

【００１８】エアスピンドル１０３によって金型５０を
回転させ、図４のごとく刃先を鋭くとがらせた剣先形状
のダイアモンド工具７０により、光学素子の回折溝に対
応する金型５０の面を切削加工する。非球面形状の加工
形状誤差としては通常５０ｎｍ以下が要求されるので、
工具刃先の位置合わせが煩雑となる３軸よりは、より簡
易で高精度加工がしやすい２軸の超精密旋盤を用いて加
工されるのが一般的である。従って、金型５０上で回折
溝に対応する谷形状は、工具７０の刃先形状がそのまま
転写されるため、工具刃先がどの程度鋭いかが回折効率
を左右する要因の―つとなる。図４では、工具刃先が鋭
くとがっており、刃先先端が１点に収斂しているが、実
際の工具の刃先先端はすくい面形状が例えば微小な円弧
状であったり、平面であったり、工具製作時の微小なカ
ケによる複雑な形状をとっていたりしており、数１００
ｎｍ以上の大きさを有している。本文では、この部分を
第３の縁部と呼び、光学面のここで切削形成される形状
を第３の面と呼ぶ。

【００１９】図５は、平板の鋸歯状回折光学面で、金型
加工で刃先の先端が円弧となっている工具を用いて回折
溝を切削加工したときの、単一の光源波長における回折
効率の低下を表すグラフであって、横軸に刃先先端の円
弧半径、縦軸に回折効率をとり、回折溝の光軸に直角方
向の幅（ピッチ）を１０μｍ、２０μｍ、４０μｍの３
種類をとりグラフ化したものである．工具刃先半径が１
０μｍの大きさでは、回折溝のピッチが４０μｍでも回
折効率は８２．３％まで低下し、ピッチが２０μｍでは
６６．２％、グラフにはないがピッチが１０μｍでは３
９．１％となり、ほとんど散乱されて回折効果を期待で
きない。工具刃先半径が３μｍと小さくなっても、ピッ
チが４０μｍで回折効率は９０．８％、ピッチが２０μ
ｍで８２．３％、ピッチが１０μｍでは６５．４％とま
だ１／３の光量が散乱されてしまう。逆に、散乱光量を
前述したような目安で１０％または５％以下にするに
は、工具刃先半径をピッチが４０μｍで３．５μｍ以下
と１．５μｍ以下、ピッチが２０μｍ以下では１．５μ
ｍ以下と０．９μｍ以下、ピッチが１０μｍ以下では
０．７μｍ以下と０．３μｍ以下にそれぞれすることが
必要である。

【００２０】これにより、散乱光量を１０％以下または
５％以下とするには、回析溝の光軸に直角方向の幅（ピ
ッチ）に対する工具刃先半径（バイトＲ）によって理想
形状に切削できていない溝部分の同じく直角方向の幅の
割合が、少なくとも１０％以下であり、より好ましくは
５％以下であれば良いことがわかる。

【００２１】ところで、前述したように複数の波長光に
対して回折を用いる場合は、回折効率は全ての使用波長
に対して１００％とはならないという実状がある。図６
は、横軸に使用波長、縦軸に光学素子の回折効率をとっ
て、両者の関係を示す図であるが、曲線ａはＤＶＤの光
源波長である６５５ｎｍで回折効率が１００％となるよ
うに回折溝の段差深さを設計した場合の回折効率を示
す。かかる場合、ＣＤの使用光源波長である７８５ｎｍ
では、表面反射による光量損失を除いても９１％まで透
過光量が低下することがわかる。

【００２２】一方、曲線ｂはＣＤの使用波長で回折効率
が１００％となるように回折溝の段差深さを設計した場
合で、ＤＶＤの使用波長では、回折効率が８７、５％程
度まで低下し大きな光量損失を発生する。そこで、複数
の光源波長を用いる回折光学素子では、通常曲線ｃのよ
うに、両波長のほぼ中問となる波長で回折効率が１００
％となるように設計波長を合わせ、どちらの使用光源波
長に対してもそこそこの回折効率を維持するという手法
が用いられている。曲線ｃは、７２０ｎｍで回折効率が
１００％となるように回折溝の段差深さを設計し、ＤＶ
Ｄの使用波長で約９８％、ＣＤ波長で約９７％の回折効
率を維持している。

【００２３】従って、理想的な光学面が出来たとして
も、このような複数波長光を用いる光学システムでは、
回折光学面１面あたりで既に３％程度の光量損失を生じ
ることになる。しかも、前述した工具刃先半径による回
折効率の低下は、これらとは独立に単一波長の場合と同
様に発生するので、工具刃先半径をより小さく管理する
必要がある。

【００２４】この場合では、回折効率を９５％以上とす
ると、工具刃先半径による回折効率の低下分は２％以下
でなければならず、ピッチが４０μｍで工具刃先半径は
１μｍ以下、ピッチが２０μｍで工具刃先半径は０．５
μｍ以下、ピッチが１０μｍでは工具刃先半径は０．１
μｍ以下となっている。溝の光軸直角方向の幅に対す
る、工具刃先の大きさにより理想形状にできていない部
分の同様の幅の割合は、概ね８％以下となる。

【００２５】ここでは、切削工具７０の刃先先端を仮に
円弧としたが、実際の工具では、製作過程で刃先先端形
状は刃先の頂角を研磨する際のできなりになることが多
く、必ずしも正確な円弧とは限らない。しかし、回折溝
幅に対する刃先の大きさが回折効率に影響を与えること
に変わりはなく、回折溝幅に対する刃先先端の大きさ
が、前述した１５％以下であることが、回折効率を２％
以上低減させないために必要であり、回折効率の低下を
１％以下とするには回折溝の非理想形状の割合を８％以
下にする必要がある。また、工具刃先の大きさは、製作
過程で最良の条件の時に約０．３μｍ程度なので、回折
溝の非理想形状の割合を１５％までとすると最小回折溝
幅は２μｍ程度ということになる。

【００２６】しかしながら、刃先を鋭利にすればするほ
ど、工具製作中にダイアモンドの刃先が欠ける事故が発
生しやすく、刃先先端の大きさが１μｍ以下となると急
速に工具製作の収率が低下する。また、段差間の屈折面
においては、刃先先端が鋭いと同じ工具送り加工した場
合、表面粗さは劣化するのでこの部分での散乱発生量が
増加する。従来、このような実用上の問題を加味して工
具刃先先端の大きさについて吟味されたことはなく、回
折効率の向上のために単に刃先先端を微小にすることの
みが強調されてきた。

【００２７】また、複数の波長光を用いる場合、回折効
率はそれぞれの単一波長で１００％となる形状では他の
波長での回折効率が極端に低下してしまうので、複数の
波長でそこそこ充分な回折効率となるように選択せざる
を得ず、設計段階の理想回折溝形状でも使用波長に対し
て回折効率は１００％とはなっておらず、散乱による透
過光量損失が数％発生する。このような状況では、実際
の光学素子における透過光量の損失は徹底的に避ける必
要があるが、従来、このような多波長対応の回折光学素
子について、特に注意深く検討を要することを明確にさ
れたことはなかった。

【００２８】請求項２に記載の光学素子において、前記
所定の光学的関数は以下の式で表されることを特徴とす
る。

【００２９】Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。上式は、「回折光学素子入門」（オプトロニ
クス社発行）９２頁に記載されており、光軸を含む断面
形状が鋸歯形状の回折面を表すことができる。ただし、
λ₀は、回折輪帯の製造波長として良い。尚、光学素子
の回折面の面形状を表せるのであれば、上記関数以外を
用いることも可能である。

【００３０】一般に、回折輪帯（各輪帯の位置）のピッ
チは、位相差関数若しくは光路差関数を使って定義され
る。具体的には、位相差関数Φ_bは単位をラジアンとし
て以下の〔数１〕で表され、光路差関数Φ_Bは単位をｍ
ｍとして〔数２〕で表わされる。

【００３１】

【数１】

【００３２】

【数２】

【００３３】これら２つの表現方法は、単位が異なる
が、回折輪帯のピッチを表わす意味では同等である。即
ち、ブレーズ化波長λ（単位ｍｍ）に対し、位相差関数
の係数ｂに、λ／２πを掛ければ光路差関数の係数Ｂに
換算でき、また逆に光路差関数の係数Ｂに、２π／λを
掛ければ位相差関数の係数ｂに換算できる。

【００３４】今、説明を簡単にする為、１次回折光を用
いる回折レンズについて述べることにすると、光路差関
数なら、関数値がブレーズ化波長λの整数倍を超える毎
に輪帯が刻まれ、位相差関数なら、関数値が２πの整数
倍を超える毎に輪帯が刻まれることになる。

【００３５】例えば、屈折パワーのない円筒状の両平面
の物体側面に回折輪帯を刻んだレンズを想定し、ブレー
ズ化波長を０．５μｍ＝０．０００５ｍｍ、光路差関数
の２次係数（２乗項）を−０．０５（位相差関数の２次
係数に換算すると−６２８．３）、他の次数の係数を全
て零とすると、第１輪帯の半径はｈ＝０．１ｍｍであ
り、第２輪帯の半径はｈ＝０．１４１ｍｍということに
なる。また、この回折レンズの焦点距離ｆについては、
光路差関数の２次係数Ｂ２＝−０．０５に対して、ｆ＝
−１／（２・Ｂ２）＝１０ｍｍとなることが知られてい
る。

【００３６】今、上記の定義を基にした場合、位相差関
数若しくは光路差関数の２次係数を零でない値とするこ
とにより、レンズにパワーを持たせることができる。ま
た、位相差関数若しくは光路差関数の２次以外の係数、
例えば、４次係数、６次係数、８次係数、１０次係数等
を零でない値とすることにより、球面収差を制御するこ
とができる。尚、ここで、制御するということは、屈折
パワーを有する部分が持つ球面収差を、逆の球面収差を
発生させて補正したり、全体の球面収差を所望な値にす
ることを意味する。

【００３７】請求項３に記載の前記光学素子は、情報記
録及び／又は再生装置に用いる光ピックアップ装置のカ
ップリングレンズであることを特徴とする。

【００３８】請求項４に記載の光学素子は、光軸方向か
らの平行光を収束する対物レンズであることを特徴とす
る。

【００３９】請求項５に記載の光学素子は、光軸方向か
らの発散光を収束する対物レンズであることを特徴とす
る。

【００４０】請求項６に記載の光学素子は、コリメータ
ーであることを特徴とする。請求項７に記載の光学素子
は、光学面の少なくとも一部に、所定の光学的関数で近
似される第１の面と、前記第１の面に交差する方向に延
在する第２の面とを少なくとも備えた回折溝を有し、光
を透過可能な光学素子であって、前記第１の面の表面粗
さＲｚ値が、前記光源における使用波長の１／１０以下
であるので、入射光の散乱を抑制して、透過光量を十分
に確保できる。尚、前記第１の面の表面粗さＲｚ値の最
小値は、前記光源における使用波長の１／１０００以上
である。また、これら表面粗さＲｚ値は、ＪＩＳＢ０
６０１−１９９４（ＩＳＯ４２８７）で定義される値
である。

【００４１】先のとがった切削工具によって光学面金型
を旋削加工する場合、その工具送りの条件が、創成され
る光学面の表面粗さに大きく影響する。従って、単に回
折溝のピッチや山、谷の稜線部が理想形状に近く、回折
効率が理想に近くても、透過面の表面粗さが粗くては入
射光束は散乱し、透過光量の低下を招く。表面粗さによ
る散乱は、レーリー散乱と考えると波長の４乗に反比例
するので、使用光源が短波長化すると同じ表面粗さでも
急速に増大して大きな透過光量損失となる。従って、使
用波長によって透過光学面の表面粗さを規定するのが理
にかなっており、表面粗さＲｚ値が波長の１／１０以下
であれば１％を超える散乱の発生はない。表面粗さＲｚ
値とは、測定範囲の中で最も高いピ―ク点５つから最も
低いバレー点５つを引いて平均をとったもので、平均す
ることでノイズや異常点の影響を受けにくくした確から
しいＰＶ値（最大最小値）である。また、ダイヤモンド
工具による切削加工においては、加工時の切削応力によ
り加工表面に深さ１ｎｍほどの加工変質層が形成される
ことが一般に知られており、この加工変質層では原子の
並び方が加工前の状態から変化しているために、この層
の厚み以下で加工表面粗さを制御することは非常に難し
い。従って、表面粗さＲｚ値は波長に換算して概ね１／
１０００程度が下限値となる。

【００４２】請求項８に記載の光学素子において、前記
所定の光学的関数は以下の式で表されることを特徴とす
る。

【００４３】Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。

【００４４】請求項９に記載の光学素子において、前記
第２の面は、光軸に対して１°以下の角度誤差で平行で
あることを特徴とする。

【００４５】請求項１０に記載の光学素子は、情報記録
及び／又は再生装置に用いる光ピックアップ装置のカッ
プリングレンズであることを特徴とする請求項７〜９の
いずれかに記載の光学素子。

【００４６】請求項１１に記載の光学素子は、光軸方向
からの平行光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００４７】請求項１２に記載の光学素子は、光軸方向
からの発散光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００４８】請求項１３に記載の光学素子は、コリメー
ターであることを特徴とする。請求項１４に記載の金型
は、光学面の少なくとも一部に、所定の光学的関数で近
似される第１の面と、前記第１の面に交差する方向に延
在する第２の面とを少なくとも備えた回折溝を有し、且
つ光を透過可能な光学素子を、成形によって形成する際
に用いる金型であって、前記光学素子の少なくとも前記
第１面に対応する前記金型の面は回転切削加工により形
成され、加工時における切削工具の半径方向の送り量
を、前記金型の一回転当たり０．１μｍ以上１μｍ以下
としたので、入射光の散乱を抑制して、透過光量を十分
に確保できる。

【００４９】図７は、切削加工時における金型と工具の
セッティング位置関係を示す図である。実際の切削加工
で屈折光学面を切削加工しているときの表面粗さＲｚ値
は、図７に示すように工具のセットの仕方によって異な
る。図７（ａ）は、工具中心線を金型光学面の光軸に平
行になるように工具をセットしたオフセット角０°の場
合であり、この時回折溝の段差部分は光軸周りに円錐状
になり、特に無限入射光束に対して光学的には不要部分
が発生する。図７（ｂ）は、回折溝の段差部が光軸に平
行となるように工具頂角αを構成する側面の一方を光軸
に平行になるように、オフセット角右α／２で工具をセ
ッ卜した場合である。両図から明らかなように、図７
（ａ）の関係では、Ｒｚ値は理論上、金型一回転当たり
の送り量Ｐ（フィードレートと呼ぶ）に対して、Ｐ／２
ｔａｎ（α／２）となり、図７（ｂ）の関係では、Ｒｚ
＝Ｐ／ｔａｎαとなる。この時、工具頂角αが１０°以
下に小さければ両者のＲｚ値の差は、２ｔａｎ（α／
２）≒２＊α／２＝α≒ｔａｎαとなりほぼ等しくな
る。

【００５０】しかし、実際にこのような小さな工具頂角
は、工具の製作中に刃先の欠けを頻発し、また切削加工
中の刃先折損が容易に発生するため一般的ではない。ま
た、Ｒｚ値そのものも低減することにはならない。通
常、工具頂角はこれらのことを考慮して３０〜４０°程
度にとるのが一般的であり、この時の加工表面粗さＲｚ
値を図７（ｃ）に示す表中で比較した。図７（ｂ）の関
係の方が、工具頂角３０°で７．５％、４０°で１５％
近く、図７（ａ）の場合よりも表面粗さが改善できるこ
とがわかる。また、逆に同じ表面粗さＲｚ値を得るに
は、図７（ａ）の関係よりも図７（ｂ）の工具セットの
方が、フィードレー卜Ｐを７．５〜１５％速くして切削
加工が出来るわけで、より高速で効率の良い金型加工が
できる。

【００５１】表面粗さＲｚ値について説明する。従来の
屈折レンズによるピックアップ用対物レンズやコリメー
ターなどの例では、使用波長が６５０ｎｍの時、光学面
の表面粗さＲｚ値は、大凡５０ｎｍで、成形されたレン
ズの表面散乱による光量損失は１％以下であった。この
ことよりダイアモンド工具によって切削した金型光学面
により成形されたレンズの表面粗さＲｚ値は、使用光源
波長の１／１０以下であれば、レーリー散乱による光量
損失をほとんど無視できる程度に減少できることがわか
る。

【００５２】さらにより良い表面粗さを得るには、光学
面の切削加工の際に工具の送る速度を低くして、前述し
た金型光学面１回転当たりの工具送り量（フィードレー
ト）Ｐを小さくしてやれば良い。しかし、フィードレー
トＰを小さくすると言うことは切削加工時間が長くなる
ことを意味し、実用的には現状のフィードレートの１／
１０倍程度が生産性の上で限界となる。先のとがった工
具によって切削加工した光学面の表面粗さＲｚ値は、図
７（ｃ）の表に示すようにフィードレートＰに比例する
ので、この条件で切削加工したときに得られるＲｚ値
は、前述の１／１０であるから使用光源波長の１／１０
０程度となる。以上を整理すると、レーリー散乱による
光量損失の影響をなくすには、Ｒｚ値が使用光源波長の
１／１０以下であれば良く、実用的には同時に１／１０
０以上であることが好ましい。

【００５３】ところで、工具による金型光学面の切削加
工において、前述した使用光源波長の１／１０００以上
で１／１０以下の範囲となるＲｚ値を満たすフィードレ
ートＰを求めると、使用光源波長が６５０ｎｍ、工具は
図７（ｂ）で示す刃先頂角３０°、オフセット角１５°
とすると、図７（ｃ）の表から３７．５ｎｍ／ｒｅｖ
（ｎｍ／回転）以下で３．７５ｎｍ／ｒｅｖ以上の範囲
となる。これは、工具の刃先先端が完全な頂点となって
いる場合の数値であるが、通常のフィードレートが２〜
４μｍ／ｒｅｖであるのに比較して、極端に低速な送り
が必要であることがわかる。実際の金型加工ではこのよ
うな小さなフィードレート値では生産性が低すぎて大量
の金型を必要とする場合には全く実用性がない。

【００５４】しかしながら、実際の剣先バイ卜の刃先先
端では、製作上の収率や効率の点で鋭く作るのにも限界
があり微小なＲ状になっている場合が多い。場合によっ
ては、カケを防ぐために故意に刃先先端を切り落として
面取りを行うことすらある。このように、刃先先端に微
小な円弧がある状況では、加工表面粗さを低く押さえた
まま、フィードレート値を以下のように大きく改善でき
る。

【００５５】刃先先端にＲがついている場合のフィード
レートＰと加工表面粗さＲｚ値との間には以下の関係が
知られている。Ｒｚ＝Ｒ（１−ｃｏｓφ）ただし、φ＝Ｓｉｎ^-1（Ｐ／２Ｒ）（式１）これに基づいて、前述した刃先先端が頂点の場合も含
め、λ＝６５０ｎｍの時の各Ｒｚ値におけるフィードレ
ートＰを求めると以下の［データ１］のようになる。刃
先先端Ｒは、図５でも示したように３μｍ以下で急速に
回折効率が向上し、１μｍ以下では微小化に伴う回折効
率の向上が緩やかになる。そのため本発明では、刃先先
端がＲでない場合も含めて、式２に基づき刃先頂角αが
９０°の場合まで考慮して、頂点位置から０．１μｍか
ら３μｍの範囲で刃先先端がある場合を規定している。
一方、工具の製作におけるカケや研磨摩耗などによる収
率低下や効率などと、実際の切削加工中のカケや刃先折
損などを少なくする実用的な見地から、刃先先端Ｒは
０．３μｍ程度が限界と言われているので、刃先先端Ｒ
は０．３〜０．５μｍ程度が回折効率を高く維持し、安
定して供給でき加工できる最適範囲と言える。これも、
前述した刃先先端がＲでない場合も含めて、刃先頂角が
一般的な４０°前後とすると、より好ましい範囲として
頂点から０．２〜１．５μｍの範囲に刃先先端があるこ
ととなる。以下の［データ１］は、この範囲について刃
先先端Ｒを変えてフィードレートを算出したものであ
る。［データ１］刃先先端ＲＲｚ＝λ／１０Ｒｚ＝λ／１００Ｒ＝０３７．５ｎｍ／ｒｅｖ３．８ｎｍ／ｒｅｖＲ＝０．１μｍ１８７ｎｍ／ｒｅｖ５７．７ｎｍ／ｒｅｖＲ＝０．３μｍ２４１ｎｍ／ｒｅｖ１１１ｎｍ／ｒｅｖＲ＝０．５μｍ３６１ｎｍ／ｒｅｖ１４７ｎｍ／ｒｅｖここで、工具の製作上の刃先先端Ｒの限界値である０．
３μｍと、先端Ｒがゼロ、すなわち理想的な頂点である
場合とを比較すると、Ｒｚ値でλ／１００（６．５ｎ
ｍ）の表面粗さを得るには、フィードレートにおいて１
５倍以上の差があり、これはそのまま刃先先端Ｒを０．
３μｍにした方が、金型切削加工の効率が１５倍向上で
きることを示している。また、刃先先端Ｒ０．３μｍと
は、ただ製作上の収率や効率の点で限界であるだけでな
く、切削加工においてもレーリー散乱を押さえ実用的な
生産性を確保する上で、微小さの限界であることがこれ
でわかる。以上を要約すると、剣先バイトで金型光学面
を切削加工する場合、フィードレートは刃先先端Ｒの大
きさに合わせて決めることが理想的であるが、少なくと
も１μｍ／ｒｅｖ以下である必要があり、かつ１００ｎ
ｍ／ｒｅｖ以上であることが好ましい。

【００５６】刃先頂点から全刃先が入るまでの距離Ｄか
ら等価刃先先端Ｒを求める。刃先頂点からの距離Ｄ内に
入る剣先バイトの刃先において、刃先先端形状は必ずし
も円孤ではないが、刃先の大きさがさほど違わない等価
的な円弧とおいて一般化することで、加工表面粗さＲｚ
値や切削条件であるフィードレートなどの目安値を得る
ことができる。そこでこの等価刃先先端Ｒを以下の式で
求めることとする。αは刃先頂角である。

【００５７】Ｒ＝Ｄ・ｔａｎ（α／２）（式２）請求項１５に記載の金型において、前記第２の面は、光
軸に対して１°以下の角度誤差で平行であることを特徴
とする。

【００５８】請求項１６に記載の光学素子は、請求項１
４又は１５に記載の金型を用いて射出成形もしくは射出
圧縮成形されることにより形成されたことを特徴とす
る。

【００５９】請求項１７に記載の光学素子において、前
記所定の光学的関数は以下の式で表されることを特徴と
する。

【００６０】Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。

【００６１】請求項１８に記載の光学素子は、情報記録
及び／又は再生装置に用いる光ピックアップ装置のカッ
プリングレンズであることを特徴とする。

【００６２】請求項１９に記載の光学素子は、光軸方向
からの平行光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００６３】請求項２０に記載の光学素子は、光軸方向
からの発散光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００６４】請求項２１に記載の光学素子は、コリメー
ターであることを特徴とする。請求項２２に記載の工具
は、光学面の少なくとも一部に、所定の光学的関数で近
似される第１の面と、前記第１の面に交差する方向に延
在する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを接
続する第３の面とを少なくとも備えた回折溝を有し、且
つ光を透過可能な光学素子を、成形によって形成する際
に用いる金型を切削するための工具であって、前記金型
の面の少なくとも一部は、前記工具を用いた回転切削加
工により形成され、前記回転切削加工の際に前記工具に
おける前記金型の回転方向に対抗するすくい面が少なく
とも、前記光学素子の第２の面に対応する前記金型の面
を切削形成する第１の縁部と、前記第１の縁部に交差す
る方向に延在する第２の縁部と、前記第１の縁部と前記
第２の縁部とを接続し、前記光学素子の第３の面に対応
する前記金型の面を切削形成する第３の縁部とで輪郭づ
けられており、前記第１の縁部の延長線と前記第２の縁
部の延長線との交点から、前記第３の縁部までの距離は
０．１μｍ以上３μｍ以下であるので、かかる工具を用
いて切削された金型により成形される光学素子におい
て、入射光の散乱を抑制して、透過光量を十分に確保す
ることができる。

【００６５】本発明を、図面を参照してより詳細に説明
する。図８は、旋削中の工具７０と金型５０との関係を
示す図である。図８において、金型５０は、工具７０に
より、光学素子の回折溝（図２参照）における上述した
所定の光学的で近似される第１の面に対応する面１１’
と、光軸に対して略平行な第２の面に対応する面１２’
と、これらを連結する第３の面に対応する１３’とを形
成される。このとき、金型５０の回転方向に対して対抗
する工具７０のすくい面７４が、金型５０の面１２’を
切削形成する第１の縁部７１と、第１の縁部７１に交差
する方向に延在する第２の縁部７２と、第１の縁部７１
と第２の縁部７２とを接続し、金型５０の面１３’を切
削形成する第３の縁部７３とで輪郭づけられており、第
１の縁部７１の延長線と第２の縁部７２の延長線との交
点Ｃから、第３の縁部７３までの距離Δ３が０．１μｍ
以上３μｍ以下であるので、金型５０の面１３’を小さ
く抑え、かかる工具７０を用いて切削された金型５０に
より成形される光学素子において、入射光の散乱を抑制
して、透過光量を十分に確保することができるのであ
る。

【００６６】請求項２３に記載の金型は、請求項２２に
記載の工具を用いて加工されたことを特徴とする。

【００６７】請求項２４に記載の金型において、前記第
２の面は、光軸に対して１°以下の角度誤差で平行であ
ることを特徴とする。

【００６８】請求項２５に記載の光学素子は、請求項２
３又は２４に記載の金型を用いて射出成形もしくは射出
圧縮成形されることにより形成されたことを特徴とす
る。

【００６９】請求項２６に記載の光学素子において、前
記所定の光学的関数は以下の式で表されることを特徴と
する。

【００７０】Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。

【００７１】請求項２７に記載の光学素子は、情報記録
及び／又は再生装置に用いる光ピックアップ装置の力ッ
プリングレンズであることを特徴とする。

【００７２】請求項２８に記載の光学素子は、光軸方向
からの平行光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００７３】請求項２９に記載の光学素子は、光軸方向
からの発散光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００７４】請求項３１に記載の工具は、光学面の少な
くとも一部に、所定の光学的関数で近似される第１の面
と、前記第１の面に交差する方向に延在する第２の面
と、前記第１の面と前記第２の面とを接続する第３の面
とを少なくとも備えた回折溝を有し、光源からの光を透
過可能な光学素子を、成形によって形成する際に用いる
金型を切削するための工具であって、前記金型の面の少
なくとも一部は前記工具を用いて回転切削加工により形
成され、前記回転切削加工の際に前記工具における前記
金型の回転方向に対抗するすくい面が、少なくとも、前
記光学素子の第２の面に対応する前記金型の面を切削形
成する第１の縁部と、前記第１の縁部に交差する方向に
延在する第２の縁部と、前記第１の縁部と前記第２の縁
部とを接続し、前記光学素子の第３の面に対応する前記
金型の面を切削形成する第３の縁部とで輸郭づけられて
おり、前記第１の縁部と前記第２の縁部との成す角度α
は、前記光学面に対価する前記金型の最大法線角をθｍ
ａｘとし、工具の光学面光軸に対する設定角（いわゆる
オフセット角）をＳとしたときに、５°以上かつθｍａ
ｘ≦（９０−（α／２＋Ｓ））°を満たすので、金型に
工具干渉を生じさせることが無く、より適切な形状の光
学素子の製造を可能とする。

【００７５】特に、高ＮＡレンズの成形金型では光学面
の曲率が強くなる傾向があるので、図９に示すような金
型断面において、光学面形状５０ａの最外周付近で光学
面形状の法線角θ（法線と光軸Ｌの成す角）が非常に大
きくなる場合があり、この時には従来の工具を不用意に
用いると、工具干渉（工具の切れ刃でない部分が加工中
に金型にあたってしまう不具合）が発生する恐れがあ
る。以下に、従来容易に発生した工具干渉について説明
する。

【００７６】工具干渉の第１の態様としては、以下のよ
うなことがある。回折効率を低下させないためには、光
学素子の回折溝の段差部（図２でいう第２の面１２）が
入射光束に対して平行である必要がある。従って、入射
光束が無限遠光の場合は、段差部は光軸に平行な円筒状
の面となる。また入射光束が発散光の場合は、入射光束
に対して影を作らないように段差部がオーバーハングす
る円錐形状が理想的であるが、これではレンズ成形時に
アンダーカットとなってしまい、射出成形した光学素子
が金型に張り付いて離型しないという問題が生じる。そ
のため、段差部はこれらの入射光束において、光軸と平
行で円筒状であるのが好ましい。

【００７７】しかしながら、工具を用いて成形金型を切
削加工する際には、図７（ｂ）に示したように工具を、
外周方向ヘオフセット角Ｓ（例えば頂角αの１／２の角
度）だけ傾けてセッティングする必要がある。したがっ
て、工具の余裕は９０°−（α／２＋Ｓ）°だけしかな
く、金型が切削加工中に工具に干渉しないためには、光
学面のどこの法線角もこの値より小さくなくてはならな
い。しかも実際の光学素子では、光学面の半径方向外方
に、固定のためのフランジ部を付けるために有効径より
もさらに外周に光学面を延長する形状が必要とされるこ
とが多いため、実際には光束は通らないこの延長部分に
おいても、工具の光学面光軸に対する設定角をＳとした
ときに、５°以上かつθｍａｘ≦（９０−（α／２＋
Ｓ））°を満たしていなければならないことがわかる。
尚、工具の「オフセット角」とは、工具を加工機にセッ
トした際に、刃先頂角αの２等分線が切削加工する光学
面の光軸に対して成す角度を指す。

【００７８】従って、予め加工する回折光学面の形状関
数がわかれば、その微分値から法線角θはわかるので、
加工範囲で最大の法線角θｍａｘを求めておけば、前式
より工具干渉の発生しない限界の頂角αｍａｘが求めら
れ、所望の形状を安全に切削加工できる。ただし、工具
の頂角はあまり小さくなると、工具製作上の収率が低下
し高価となりまた剛性も低下するので、ビビリや折損な
どの加工中の事故を発生しやすい。そのため、頂角１０
°程度が光学素子成形金型用の工具としての実用限界で
あるといえる。このときのオフセット角は、回折溝の段
差部を光軸と平行にするためには、５°以上となる。

【００７９】請求項３２に記載の金型は、請求項３１に
記載の工具を用いて加工されたことを特徴とする。

【００８０】請求項３３に記載の金型は、前記第２の面
は、光軸に対して１°以下の角度誤差で平行であること
を特徴とする。

【００８１】請求項３４に記載の金型は、前記最大法線
角θが、４０°以上７０°以下の範囲に、前記光学素子
の前記回折溝に対応する溝が形成されていることを特徴
とする。

【００８２】請求項３５に記載の光学素子は、請求項３
２〜３４のいずれかに記載の金型を用いて射出成形もし
くは射出圧縮成形されることにより形成されたことを特
徴とする。

【００８３】請求項３６に記載の光学素子において、前
記所定の光学的関数は以下の式で表されることを特徴と
する。

【００８４】Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。

【００８５】請求項３７に記載の光学素子は、情報記録
及び／又は再生装置に用いる光ピックアップ装置の力ッ
プリングレンズであることを特徴とする。

【００８６】請求項３８に記載の光学素子は、光軸方向
からの平行光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００８７】請求項３９に記載の光学素子は、光軸方向
からの発散光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００８８】請求項４０に記載の光学素子は、コリメー
ターであることを特徴とする。請求項４１に記載の工具
は、光学面の少なくとも一部に、所定の光学的関数で近
似される第１の面と、前記第１の面に交差する方向に延
在する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを接
続する第３の面とを少なくとも備えた回折溝を有し、且
つ光を透過可能な光学素子を、成形によって形成する際
に用いる金型を切削するための工具であって、前記金型
の面の少なくとも一部は前記工具を用いて回転切削加工
により形成され、前記回転切削加工の際に前記工具にお
ける前記金型の回転方向に対抗するすくい面が少なくと
も、前記光学素子の第２の面に対応する前記金型の面を
切削形成する第１の縁部と、前記第１の縁部に交差する
方向に延在する第２の縁部と、前記第１の縁部と前記第
２の縁部とを接続し、前記光学素子の第３の面に対応す
る前記金型の面を切削形成する第３の縁部とで輸郭づけ
られており、前記すくい面と前記第１の縁部を構成する
工具の第１の側面、及び前記第２の縁部を構成する第２
の側面において、すくい面に対する第１の側面の傾き角
と、第２の側面の傾き角とが互いに異なっており、その
差が１°以上２０°以下であるので、金型に工具干渉を
生じさせることが無く、より適切な形状の光学素子の製
造を可能とする。差が１°未満なら効果が少なく、２０
°を超えると、工具製作が困難であるからである。尚、
傾き角とは、すくい面の第１の縁部と第２の縁部で、す
くい面に直交する仮想面に対して、第１の側面と第２の
側面のそれぞれなす角をいう。

【００８９】工具干渉の異なる態様について説明する。
従来の工具刃先のダイアモンド形状は、図４で示したよ
うに、頂角を構成する側面７５，７６が、すくい面７４
に対して直角から数度傾き角を以て交わることによっ
て、第１逃げ角β１を形成している。さらに第２逃げ面
７７を形成することにより、側面７５，７６が下方に長
くのびて金型の光学面形状に干渉することがないように
デザインされている。しかし、第１逃げ角β１は、工具
製作中にカケなどが発生するため、最大で１０°程度が
限界となっており、側面７５，７６の傾き角は頂角αに
よるが数度が限界となる。

【００９０】従来の工具では、側面７５，７６のこの傾
き角を左右同じ角度だけとっており、刃先の形状は左右
対称形状となっていた。そのため、側面の傾き角は頂角
αが決まると一義的に決まってしまい、もし側面７５，
７６と第２逃げ面７７の稜線が工具干渉を発生する場合
は、第２逃げ面７７の角度β２を通常４０°から５０°
近くまでとることが行われていた。当然ながら、これは
刃先の強度を低下させ、加工中のビビリやカケの発生を
増加させ、高精度な回折光学面形状の加工を難しくして
いた。

【００９１】そこで、本発明者は、理想的な回折光学面
形状を切削加工するのに、工具のセッティングが図７
（ｂ）に示すようであるならば、金型光学面形状の内周
側の側面は、傾き角０°でも全く問題ないことを見いだ
した。従って、工具干渉を発生する光学面外周側の側面
の傾き角を、これにより２倍近く増加させることがで
き、これによって側面７５，７６と第２逃げ面７７との
稜線が工具中心ヘより大きく逃げるため、刃先強度を低
下させることなく、また製作上の効率を低下させること
なく工具干渉を避けることが出来ることを見いだしたの
である。

【００９２】請求項４２に記載の金型は、請求項４１に
記載の工具を用いて加工されたことを特徴とする。

【００９３】請求項４３に記載の金型は、前記第２の面
は、光軸に対して１°以下の角度誤差で平行であること
を特徴とする。

【００９４】請求項４４に記載の光学素子は、請求項４
３に記載の金型を用いて射出成形もしくは射出圧縮成形
されることにより形成されたことを特徴とする。

【００９５】請求項４５に記載の光学素子は、前記所定
の光学的関数は以下の式で表されることを特徴とする。

【００９６】Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。

【００９７】請求項４６に記載の光学素子は、情報記録
及び／又は再生装置に用いる光ピックアップ装置のカッ
プリングレンズであることを特徴とする。

【００９８】請求項４７に記載の光学素子は、光軸方向
からの平行光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【００９９】請求項４８に記載の光学素子は、光軸方向
からの発散光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【０１００】請求項４９に記載の光学素子は、コリメー
ターであることを特徴とする。請求項５０に記載の工具
は、光学面の少なくとも一部に、所定の光学的関数で近
似される第１の面と、前記第１の面に交差する方向に延
在する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを接
続する第３の面とを少なくとも備えた回折溝を有し、且
つ光を透過可能な光学素子を、成形によって形成する際
に用いる金型を切削するための工具であって、前記金型
の面の少なくとも一部は前記工具を用いて回転切削加工
により形成され、前記回転切削加工の際に前記工具にお
ける前記金型の回転方向に対抗するすくい面が少なくと
も、前記光学素子の第２の面に対応する前記金型の面を
切削形成する第１の縁部と、前記第１の縁部に交差する
方向に延在する第２の縁部と、前記第１の縁部と前記第
２の縁部とを接続し、前記光学素子の第３の面に対応す
る前記金型の面を切削形成する第３の縁部とで輸郭づけ
られており、前記すくい面と前記第１の縁部を構成する
工具の第１の側面、及び前記第２の縁部を構成する第２
の側面において、少なくともどちらか一方の側面がすく
い面に対する第１の傾き角を有して、前記第１側面と前
記第２側面の交線によって第１逃げ角を構成し、さらに
少なくとも前記第１の側面または第２の側面がさらにす
くい面に対して第２の傾き角を有し、少なくともこの第
２の傾き角を有する側面ともう一方の側面とが交線を形
成しこの交線が第２逃げ角を構成するので、金型に工具
干渉を生じさせることが無く、より適切な形状の光学素
子の製造を可能とする。

【０１０１】さらに工具干渉を確実に避けるために、本
発明者は全く新規なデザインの工具を提案する。図１０
は、本発明にかかる新規な工具の斜視図である。図１０
において、工具７０の側面７５’は、上方側面７５ａ’
と下方側面７５ｂ’とから形成され、上方側面７５ａ’
の第１の傾き角が例えば５°である場合、下方側面７５
ｂ’の第２の傾き角は５°を超えた値であると好まし
い。

【０１０２】このように、側面７５’の傾き角を従来の
ように１段だけではなく２段として、この２段目の傾き
角により側面同志が交わることで第２逃げ角β２を形成
し、第２逃げ面を省略している。これにより、側面７
５’は第１傾き角の部分が第１逃げ角の刃厚と同じだけ
薄くなって第２傾き角につながるので、従来に比べて飛
躍的に工具干渉を回避することが出来る。また、実際に
切れ刃を有する第１逃げ角β１の刃厚部分は従来と全く
同じ形状なので、刃先強度の極端な低下を防ぐことが出
来る。さらに、前述した非対称側面傾き角にも対応でき
る形状なので、これを組み合わせることで曲率の極端に
小さな光学面や高ＮＡレンズ用の金型を、工具干渉する
ことなく十分な余裕と強度をもって切削加工することが
出来る。

【０１０３】請求項５１に記載の金型は、請求項５０に
記載の工具を用いて加工されたことを特徴とする。

【０１０４】請求項５２に記載の金型は、前記第２の面
は、光軸に対して１°以下の角度誤差で平行であること
を特徴とする。

【０１０５】請求項５３に記載の光学素子は、請求項５
２に記載の金型を用いて射出成形もしくは射出圧縮成形
されることにより形成されたことを特徴とする。

【０１０６】請求項５４に記載の光学素子において、前
記所定の光学的関数は以下の式で表されることを特徴と
する。

【０１０７】Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。

【０１０８】請求項５５に記載の光学素子は、情報記録
及び／又は再生装置に用いる光ピックアップ装置のカッ
プリングレンズであることを特徴とする。

【０１０９】請求項５６に記載の光学素子は、光軸方向
からの平行光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【０１１０】請求項５７に記載の光学素子は、光軸方向
からの発散光を収束する対物レンズであることを特徴と
する。

【０１１１】請求項５８に記載の光学素子は、コリメー
ターであることを特徴とする。本明細書中で用いる回折
溝とは、レンズの表面に、レリーフを設けて、回折によ
って光束を集光あるいは発散させる作用を持たせた溝の
ことをいう。レリーフの形状としては、例えば、レンズ
の表面に、光軸を中心とする略同心円状の輪帯として形
成され、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は鋸
歯のような形状が知られているが、そのような形状を含
むものである。

【０１１２】本明細書中において、対物レンズとは、狭
義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した
状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと
対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、
広義にはそのレンズと共に、アクチュエータによって少
なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すもの
とする。ここで、かかるレンズ群とは、少なくとも１枚
以上（例えば２枚）のレンズを指すものである。従っ
て、本明細書中において、対物レンズの光情報記録媒体
側（像側）の開口数ＮＡとは、対物レンズの最も光情報
記録媒体側に位置するレンズ面の開口数ＮＡを指すもの
である。また、本明細書中では必要開口数ＮＡは、それ
ぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、
あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する
光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために
必要なスポット径を得ることができる回折限界性能の対
物レンズの開口数を示す。

【０１１３】本明細書中において、光情報記録媒体と
は、例えば、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅ
ｏ、ＣＤ−ＲＯＭ等の各種ＣＤ系の光ディスク、ＤＶＤ
−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ
Ｗ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ等の各種ＤＶＤ系の光ディスク
を意味するものである。

【０１１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
尚、オフセット角について、左に工具をふる場合と右に
ふる場合があるので、これらは、それぞれオフセット角
左２０°、オフセット角右２０°とする。以下の実施例
では、工具を左にふっている。

【０１１５】（実施例１）刃先頂角４０°の工具（以
下、剣先バイトという）の刃先先端部は、８００倍の光
学顕微鏡で観察したところ弦長約１μｍの円弧状となっ
ていた。従って、刃先形状は半径０．５μｍの円弧とほ
ぼ見なせた。この時、刃先頂点からこの円弧全周までの
距離は、０．５μｍ／ｓｉｎ２０°＝１．４６μｍで、
３μｍ以内であった。この剣先バイトを２０°オフセッ
トして超精密旋盤（図３）に取付け、回折溝段差部が加
工光学面の光軸に対して角度誤差１°以内で平行となる
ようにセッティングし、ＤＶＤ／ＣＤ兼用プラスチック
対物レンズの金型回折光学面を切削加工した。一方、頂
角４０°、刃先すくい面Ｒ３μｍで真円度５０ｎｍ以下
に仕上げられたＲバイトを用いて、超精密旋盤に２０°
オフセットして同じ形状のピックアップ用対物レンズの
成形金型の回折光学面を切削加工した。切削加工条件
は、両者で同じである。得られた前者と後者の加工金型
の表面粗さＲｚ値を測定した後、同一のダイセットに組
み込んで全く同一条件で射出成形を行い、同仕様のＤＶ
Ｄ／ＣＤ兼用プラスチック対物レンズをそれぞれ得た。
この対物レンズをピックアップユニットに実装して、Ｄ
ＶＤとＣＤにおけるアイパターンの信号振幅を測定し
た。以上の結果を［データ２］に示す。［データ２］金型表面粗さ最大刃先鈍り幅ＤＶＤ信号ＣＤ信号Ｒｚ／回折溝幅振幅振幅剣先バイト加工 42.1nm 3.8% 1.756Vpp 1.323Vpp 金型成形レンズＲバイト加工 12.3nm 21.1% 1.251Vpp 1.278Vpp 金型成形レンズ加工金型の表面粗さＲｚ値では、剣先バイトによる金型
の方が約３倍悪いにもかかわらず、使用光源波長（６５
０ｎｍ）の１／１５以下であるため、散乱による光量損
失はほとんど発生していない。むしろ、刃先先端Ｒが約
３倍鋭利なことにより、刃先先端形状による回折溝の不
完全形状部の回折溝幅に対する割合がＲバイトの１／６
近くになっているため回折効率が大きく向上し、回折光
の影響が大きいＤＶＤ信号での振幅値は、Ｒバイトで切
削した金型の方より２９％も向上している。この結果、
剣先バイトにより切削した金型では、表面粗さＲｚ値が
波長の１／１０００以上１／１０以下にあり、切削した
回折溝の不完全形状部の回折溝幅に対する割合が０．５
％以上１５％以下であれば、散乱が少なく十分な透過光
量を得ることが出来た。

【０１１６】（実施例２）刃先先端が、頂点位置から
１．３μｍ以内にある頂角３０°の剣先バイトを用い
て、使用光源波長４０５ｎｍのピックアップ用対物レン
ズの成形金型回折光学面を切削加工した。加工に際し
て、限界Ｒｚ値をλ／１０（４０．５ｎｍ）にし、刃先
先端が円弧と見なしたときのＲを式２により算出し、３
４８ｎｍを得た。この値と限界Ｒｚ値より式１を用いて
フィードレ−トを算出すると、２４４ｎｍ／ｒｅｖを得
た。この切削条件に従って、主軸回転数２０００ｒｐ
ｍ、工具送り速度０．５ｍｍ／ｍｉｎに設定して回折光
学面の切削加工を行い、できあがった金型をダイセット
に組み込んで射出圧縮成形を行い、低複屈折で金型形状
転写性にすぐれたプラスチック対物レンズを得た。この
レンズの透過光量を測定したところ、反射防止コート無
しで８９．２％（材料屈折率ｎ₄₀₀＝１．５５）であ
り、垂直入射による表面反射の光量損失計算値９．３％
（両面）に対して、ほぼ理想的な値を得ることができ
た。

【０１１７】（実施例３）刃先頂角４０°の剣先バイト
で、第一逃げ角１０°、第二逃げ面角度４０°仕様と刃
先頂角のみ３０°で他は同一仕様の剣先バイト、刃先頂
角３０°で刃先側面の傾き角が非対称の剣先バイトの計
３種類の工具を用いて、有効径外である金型最外周で最
大法線角５３°となるＤＶＤ用ピックアップ対物レンズ
の成形金型の回折光学面を切削加工した。刃先頂角４０
°の工具をオフセット角左２０°で、回折溝の段差部が
加工光学面の光軸に対して角度誤差１°以下で平行とな
るように超精密旋盤に取り付け、金型の最外周部から切
削を開始したが、最外周部に円錐状の光学面が創成さ
れ、工具のすくい面と側面の稜線が金型に干渉している
ことがわかった。そこで、刃先頂角３０°の工具に切り
替え、工具ホルダーはそのままで２０°のオフセット角
を設けて工具を取り付け切削加工したところ、金型光学
面の最外周部で側面と第２逃げ面との稜線が金型に接触
していることがわかった。第２逃げ面の逃げ角を測定し
たところ、３８．５°とわずかに４０°に足らず、工具
製作上のバラツキによりたまたま第２逃げ角の小さな工
具に当たって工具干渉が発生したことがわかった。

【０１１８】そこで、刃先頂角３０°であるが、オフセ
ット方向の刃先側面の傾きが０°で、もう一方の刃先側
面の傾きが４．９°の非対称剣先バイトをオフセット角
左２０°で超精密旋盤に取り付け、再度金型光学面を切
削加工した。工具干渉は発生せず、加工中の工具側面と
光学面との間隔も大きいので、切り屑排除や切削液の回
り込みが十分行え、その結果切り屑の巻き込みが少ない
品位の高い光学面が得られた。ちなみに、工具干渉を発
生した刃先頂角３０°の対称剣先バイトの刃先側面の傾
き角は、左右とも２°であった。

【０１１９】以上から、刃先頂角４０°の工具では、法
線角は（９０°−（４０°／２＋２０°））＝５０°と
なり、最大法線角５３°より小さくなってしまうので、
すくい面と側面の稜線で工具干渉が発生することが裏付
けられた。また、刃先頂角３０°でオフセット角２０°
の場合は、（９０°−（３０°／２＋２０°））＝５５
°となり、すくい面と側面の稜線で工具干渉することは
なくなったが、刃先側面の傾き角が小さいので側面と第
２逃げ面との稜線で工具干渉を生じてしまった。しか
し、これも刃先側面の傾き角を非対称にすることで、金
型光学面に接近する側面の逃げを大きくでき、工具干渉
の発生を抑制できた。

【０１２０】（実施例４）刃先頂角２５°、第一逃げ角
１０°、第二逃げ面角４０°で、右側側面の傾き角４．
９°、左側側面の傾き角０°の非対称形状の剣先バイト
と、刃先頂角２５°、第一逃げ角１０°、第二逃げ面は
なく左右側面の交わりで第二逃げ角稜線が形成され、第
二逃げ角４０°、右側側面の第一傾き角を４．９°で第
２傾き角が２０°、左側側面は傾き角０°で第２傾き角
はない非対称形状の剣先バイトを用いて、最大法線角６
１．６°のＮＡ０．８５ピックアップ用回折対物レンズ
の成形金型光学面を切削加工した。どちらの工具も法線
角（９０°−（２５°／２＋１５°））＝６２．５°
で、最大法線角に対して刃先頂角の工具干渉はかわせる
ことがわかったので、オフセット角左１５°で超精密旋
盤にセットした。

【０１２１】前者の工具により金型光学面を切削加工し
たところ、光学面の外周部において右側側面と第２逃げ
面の稜線が金型に干渉し、回折光学面が創成できなかっ
たばかりか、光学面を大きく破損したので再加工しても
使用できなくなった。そこで同じ新規の金型を用意し、
後者の工具を用いて切削加工したところ、工具干渉が発
生することなく光学面の切削加工ができた。

【０１２２】刃先形状の側面は、実施例４に示すように
片側だけ２段の傾き角をとっても良いし、傾き角を左右
側面で１°以上変えて非対称形状としても良く、これら
の組み合わせを行って相乗効果で工具の逃げを増加さ
せ、より工具干渉の発生しがたい形状としても良い。本
発明の範囲は、個々の工具干渉を回避する手段であって
も、まだそれらの組み含わせであっても良い。

【０１２３】

【発明の効果】本発明によると、十分な透過光量を得る
ために必要となる値と範囲を明確にすることで、効率の
良い回折光学素子の製作を実現できる金型、その工具及
び製作された光学素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光学素子の断面図である。

【図２】光学素子の回折溝付近を拡大して示す光軸方向
断面図である。

【図３】２軸または３軸の超精密旋盤の斜視図である。

【図４】金型切削用の工具を示す図であり、（ａ）は斜
視図であり、（ｂ）は刃先の正面図であり、（ｃ）は刃
先の側面図である。

【図５】平板の鋸歯状回折光学面で、金型加工で刃先の
先端が円弧となっている工具を用いて回折溝を切削加工
したときの、単一の光源波長における回折効率の低下を
表すグラフである。

【図６】横軸に使用波長、縦軸に光学素子の回折効率を
とって、両者の関係を示す図である。

【図７】切削加工時における金型と工具のセッティング
位置関係を示す図である。

【図８】旋削中の工具７０と金型５０との関係を示す図
である。

【図９】金型断面を示す図である。

【図１０】本発明にかかる新規な工具の斜視図である。

【符号の説明】

１０光学素子５０金型７０工具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｂ 27/20 Ｂ２３Ｂ 27/20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学面の少なくとも一部に、所定の光学
的関数で近似される第１の面と、前記第１の面に交差す
る方向に延在する第２の面とを少なくとも備えた回折溝
を有し、光を透過可能な光学素子であって、前記回折溝
の前記第１面と前記第２面とは、前記所定の光学的関数
で近似されない第３の面で連結されており、第２の面は
光軸に対して１°以下の角度誤差で平行であり、前記第
３の面の光軸直角方向の幅は、それに接続される前記第
１の面の光軸直角方向の幅と、前記第３の面の光軸直角
方向の幅の和の０．５％以上かつ１５％以下であること
を特徴とする光学素子。
【請求項２】前記所定の光学的関数は以下の式で表さ
れることを特徴とする請求頂１に記載の光学素子。Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。
【請求項３】前記光学素子は、情報記録及び／又は再
生装置に用いる光ピックアップ装置のカップリングレン
ズであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに
記載の光学素子。
【請求項４】前記光学素子は、光軸方向からの平行光
を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項３
に記載の光学素子。
【請求項５】前記光学素子は、光軸方向からの発散光
を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項３
に記載の光学素子。
【請求項６】前記光学素子は、コリメーターであるこ
とを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項７】光学面の少なくとも一部に、所定の光学
的関数で近似される第１の面と、前記第１の面に交差す
る方向に延在する第２の面とを少なくとも備えた回折溝
を有し、光を透過可能な光学素子であって、前記第１の
面の表面粗さＲｚ値が、前記光源における使用波長の１
／１０以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項８】前記所定の光学的関数は以下の式で表さ
れることを特徴とする請求頂７に記載の光学素子。Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。
【請求項９】前記第２の面は、光軸に対して１°以下
の角度誤差で平行であることを特徴とする請求項７又は
８に記載の光学素子。
【請求項１０】前記光学素子は、情報記録及び／又は
再生装置に用いる光ピックアップ装置のカップリングレ
ンズであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに
記載の光学素子。
【請求項１１】前記光学素子は、光軸方向からの平行
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項
７〜１０に記載の光学素子。
【請求項１２】前記光学素子は、光軸方向からの発散
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項
７〜１０に記載の光学素子。
【請求項１３】前記光学素子は、コリメーターである
ことを特徴とする請求項７〜１０に記載の光学素子。
【請求項１４】光学面の少なくとも一部に、所定の光
学的関数で近似される第１の面と、前記第１の面に交差
する方向に延在する第２の面とを少なくとも備えた回折
溝を有し、且つ光を透過可能な光学素子を、成形によっ
て形成する際に用いる金型であって、前記光学素子の少
なくとも前記第１面に対応する前記金型の面は回転切削
加工により形成され、加工時における切削工具の半径方
向の送り量を、前記金型の一回転当たり０．１μｍ以上
１μｍ以下としたことを特徴とする金型。
【請求項１５】前記第２の面は、光軸に対して１°以
下の角度誤差で平行であることを特徴とする請求項１４
に記載の金型。
【請求項１６】請求項１４又は１５に記載の金型を用
いて射出成形もしくは射出圧縮成形されることにより形
成されたことを特徴とする光学素子。
【請求項１７】前記所定の光学的関数は以下の式で表
されることを特徴とする請求頂１６に記載の光学素子。Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。
【請求項１８】前記光学素子は、情報記録及び／又は
再生装置に用いる光ピックアップ装置のカップリングレ
ンズであることを特徴とする請求項１６又は１７に記載
の光学素子。
【請求項１９】前記光学素子は、光軸方向からの平行
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求頂
１６〜１８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２０】前記光学素子は、光軸方向からの発散
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求頂
１６〜１８に記載の光学素子。
【請求項２１】前記光学素子は、コリメーターである
ことを特徴とする請求項１６〜１８に記載の光学素子。
【請求項２２】光学面の少なくとも一部に、所定の光
学的関数で近似される第１の面と、前記第１の面に交差
する方向に延在する第２の面と、前記第１の面と前記第
２の面とを接続する第３の面とを少なくとも備えた回折
溝を有し、且つ光を透過可能な光学素子を、成形によっ
て形成する際に用いる金型を切削するための工具であっ
て、前記金型の面の少なくとも一部は、前記工具を用い
た回転切削加工により形成され、前記回転切削加工の際
に前記工具における前記金型の回転方向に対抗するすく
い面が少なくとも、前記光学素子の第２の面に対応する
前記金型の面を切削形成する第１の縁部と、前記第１の
縁部に交差する方向に延在する第２の縁部と、前記第１
の縁部と前記第２の縁部とを接続し、前記光学素子の第
３の面に対応する前記金型の面を切削形成する第３の縁
部とで輪郭づけられており、前記第１の縁部の延長線と
前記第２の縁部の延長線との交点から、前記第３の縁部
までの距離は０．１μｍ以上３μｍ以下であることを特
徴とする工具。
【請求項２３】請求項２２に記載の工具を用いて加工
されたことを特徴とする金型。
【請求項２４】前記第２の面は、光軸に対して１°以
下の角度誤差で平行であることを特徴とする請求項２３
に記載の金型。
【請求項２５】請求項２３又は２４に記載の金型を用
いて射出成形もしくは射出圧縮成形されることにより形
成されたことを特徴とする光学素子。
【請求項２６】前記所定の光学的関数は以下の式で表
されることを特徴とする請求頂２５に記載の光学素子。Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。
【請求項２７】前記光学素子は、情報記録及び／又は
再生装置に用いる光ピックアップ装置の力ップリングレ
ンズであることを特徴とする請求項２５又は２６に記載
の光学素子。
【請求項２８】前記光学素子は、光軸方向からの平行
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項
２５〜２６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２９】前記光学素子は、光軸方向からの発散
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求頂
２４〜２６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３０】前記光学素子は、コリメーターである
ことを特徴とする請求項２４〜２６のいずれかに記載の
光学素子。
【請求項３１】光学面の少なくとも一部に、所定の光
学的関数で近似される第１の面と、前記第１の面に交差
する方向に延在する第２の面と、前記第１の面と前記第
２の面とを接続する第３の面とを少なくとも備えた回折
溝を有し、光源からの光を透過可能な光学素子を、成形
によって形成する際に用いる金型を切削するための工具
であって、前記金型の面の少なくとも一部は前記工具を
用いて回転切削加工により形成され、前記回転切削加工
の際に前記工具における前記金型の回転方向に対抗する
すくい面が、少なくとも、前記光学素子の第２の面に対
応する前記金型の面を切削形成する第１の縁部と、前記
第１の縁部に交差する方向に延在する第２の縁部と、前
記第１の縁部と前記第２の縁部とを接続し、前記光学素
子の第３の面に対応する前記金型の面を切削形成する第
３の縁部とで輸郭づけられており、前記第１の縁部と前
記第２の縁部との成す角度αは、前記光学面に対価する
前記金型の最大法線角をθｍａｘとし、工具の光学面光
軸に対する設定角をＳとしたときに、５°以上かつθｍ
ａｘ≦（９０−（α／２＋Ｓ））°を満たすことを特徴
とする工具。
【請求項３２】請求項３１に記載の工具を用いて加工
されたことを特徴とする金型。
【請求項３３】前記第２の面は、光軸に対して１°以
下の角度誤差で平行であることを特徴とする請求項３２
に記載の金型。
【請求項３４】前記最大法線角θが、４０°以上７０
°以下の範囲に、前記光学素子の前記回折溝に対応する
溝が形成されていることを特徴とする請求項３２又は３
３に記載の金型。
【請求項３５】請求項３２〜３４のいずれかに記載の
金型を用いて射出成形もしくは射出圧縮成形されること
により形成されたことを特徴とする光学素子。
【請求項３６】前記所定の光学的関数は以下の式で表
されることを特徴とする請求頂３５に記載の光学素子。Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。
【請求項３７】前記光学素子は、情報記録及び／又は
再生装置に用いる光ピックアップ装置の力ップリングレ
ンズであることを特徴とする請求頂３５又は３６に記載
の光学素子。
【請求項３８】前記光学素子は、光軸方向からの平行
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項
３５〜３７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３９】前記光学素子は、光軸方向からの発散
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項
３５〜３７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項４０】前記光学素子は、コリメーターである
ことを特徴とする請求頂３５〜３７のいずれかに記載の
光学素子。
【請求項４１】光学面の少なくとも一部に、所定の光
学的関数で近似される第１の面と、前記第１の面に交差
する方向に延在する第２の面と、前記第１の面と前記第
２の面とを接続する第３の面とを少なくとも備えた回折
溝を有し、且つ光を透過可能な光学素子を、成形によっ
て形成する際に用いる金型を切削するための工具であっ
て、前記金型の面の少なくとも一部は前記工具を用いて
回転切削加工により形成され、前記回転切削加工の際に
前記工具における前記金型の回転方向に対抗するすくい
面が少なくとも、前記光学素子の第２の面に対価する前
記金型の面を切削形成する第１の縁部と、前記第１の縁
部に交差する方向に延在する第２の縁部と、前記第１の
縁部と前記第２の縁部とを接続し、前記光学素子の第３
の面に対応する前記金型の面を切削形成する第３の縁部
とで輸郭づけられており、前記すくい面と前記第１の縁
部を構成する工具の第１の側面、及び前記第２の縁部を
構成する第２の側面において、すくい面に対する第１の
側面の傾き角と、第２の側面の傾き角とが互いに異なっ
ており、その差が１°以上２０°以下であることを特徴
とする工具。
【請求項４２】請求項４１に記載の工具を用いて加工
されたことを特徴とする金型。
【請求項４３】前記第２の面は、光軸に対して１°以
下の角度誤差で平行であることを特徴とする請求項４２
に記載の金型。
【請求項４４】請求項４３に記載の金型を用いて射出
成形もしくは射出圧縮成形されることにより形成された
ことを特徴とする光学素子。
【請求項４５】前記所定の光学的関数は以下の式で表
されることを特徴とする請求頂４４に記載の光学素子。Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。
【請求項４６】前記光学素子は、情報記録及び／又は
再生装置に用いる光ピックアップ装置のカップリングレ
ンズであることを特徴とする請求項４４又は４５に記載
の光学素子。
【請求項４７】前記光学素子は、光軸方向からの平行
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項
４４〜４６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項４８】前記光学素子は、光軸方向からの発散
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求頂
４４〜４６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項４９】前記光学素子は、コリメーターである
ことを特徴とする請求頂４４〜４６のいずれかに記載の
光学素子。
【請求項５０】光学面の少なくとも一部に、所定の光
学的関数で近似される第１の面と、前記第１の面に交差
する方向に延在する第２の面と、前記第１の面と前記第
２の面とを接続する第３の面とを少なくとも備えた回折
溝を有し、且つ光を透過可能な光学素子を、成形によっ
て形成する際に用いる金型を切削するための工具であっ
て、前記金型の面の少なくとも一部は前記工具を用いて
回転切削加工により形成され、前記回転切削加工の際に
前記工具における前記金型の回転方向に対抗するすくい
面が少なくとも、前記光学素子の第２の面に対応する前
記金型の面を切削形成する第１の縁部と、前記第１の縁
部に交差する方向に延在する第２の縁部と、前記第１の
縁部と前記第２の縁部とを接続し、前記光学素子の第３
の面に対応する前記金型の面を切削形成する第３の縁部
とで輸郭づけられており、前記すくい面と前記第１の縁
部を構成する工具の第１の側面、及び前記第２の縁部を
構成する第２の側面において、少なくともどちらか一方
の側面がすくい面に対する第１の傾き角を有して、前記
第１側面と前記第２側面の交線によって第１逃げ角を構
成し、さらに少なくとも前記第１の側面または第２の側
面がさらにすくい面に対して第２の傾き角を有し、少な
くともこの第２の傾き角を有する側面ともう一方の側面
とが交線を形成しこの交線が第２逃げ角を構成すること
を特徴とする工具。
【請求項５１】請求項５０に記載の工具を用いて加工
されたことを特徴とする金型。
【請求項５２】前記第２の面は、光軸に対して１°以
下の角度誤差で平行であることを特徴とする請求項５１
に記載の金型。
【請求項５３】請求項５２に記載の金型を用いて射出
成形もしくは射出圧縮成形されることにより形成された
ことを特徴とする光学素子。
【請求項５４】前記所定の光学的関数は以下の式で表
されることを特徴とする請求頂５３に記載の光学素子。Ｎ＝INT(Ah²+Bh⁴+C) Ｘ(h,N)＝h²/(r_N(1+√(1-(1+K_N)h²/r_N ²)))＋Ａ４_Nｈ⁴＋
Ａ６_Nｈ⁶＋Ａ８_Nｈ⁸＋Ａ１０_Nｈ¹⁰＋ΔＮ但し、Ｎは前記回折溝の輪帯番号、ｈは光軸からの高
さ、Ｘは接平面からの光軸方向距離、ｒ_Nは第Ｎ輪帯の
曲率半径、Ｋ_NＡ４_N〜Ａ１０_Nは第Ｎ輪帯の非球面係
数、Δ＝−λ₀／（ｎ−１）は光軸上１λ₀分の面シフト
量である。
【請求項５５】前記光学素子は、情報記録及び／又は
再生装置に用いる光ピックアップ装置のカップリングレ
ンズであることを特徴とする請求項５３又は５４に記載
の光学素子。
【請求項５６】前記光学素子は、光軸方向からの平行
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求項
５３〜５５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５７】前記光学素子は、光軸方向からの発散
光を収束する対物レンズであることを特徴とする請求頂
５３〜５５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５８】前記光学素子は、コリメーターである
ことを特徴とする請求頂５３〜５５のいずれかに記載の
光学素子。