CN100472234C - 模具的制造方法、光学元件的制造方法及光学元件 - Google Patents

模具的制造方法、光学元件的制造方法及光学元件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于制造可使高精度衍射透镜阵列成型的模具的模具制造方法。制作表面为锯齿形状的凹部(21)的形状的形状坐标(S102)；将该形状坐标移动而导出移动点的坐标(S106)；基于该移动点，导出用于形成凹部(21)的轨道(S108)；一边使被加工物(20)旋转，一边基于轨道而移动切削工具(103)，由此切削被加工物(20)，在被加工物(20)形成的被加工物(20)旋转中心与凹部(21)的中心不一致的凹部(21)，以制造金属模具(20a)。

Description

模具的制造方法、光学元件的制造方法及光学元件
技术领域
本发明是关于光学元件成型用的模具的制造方法，特别是，涉及一种通过切削制造模具的制造方法。
背景技术
近年来，光学系的高性能化和小型化的要求越来越高，随之，具有多个透镜的微透镜阵列作为重要的光学元件而正受到注目。例如，微透镜阵列在自动聚焦照相机中使用。这类微透镜阵列中的衍射透镜阵列引起人们的特别关注。换句话说，衍射透镜阵列各透镜具有断面锯片形状(锯齿状)的衍射光栅，与普通的球面透镜或非球面透镜相比较，由于薄型且衍射效率高，所以，而受到注目。由此，为了进一步提高对焦精度，要求的微透镜阵列的透镜形状已经从球面形状或非球面形状朝着表面侧形成锯齿形状的球面形状(带衍射元件的球面形状)或非球面形状(带衍射元件的非球面形状)变化。
微透镜阵列的制造方法，一般情况下，有平板印刷技术(lithography)的制造方法和机械加工技术的制造方法(例如专利文献1：特开2005-173597号公报以及专利文献2：特开2000-246614号公报)。
上述专利文献1的平板印刷技术的制造方法中，通过照射紫外线，制造出微透镜阵列的模具。进一步，在该制造方法中，用表面涂敷有聚合物的玻璃基板上压焊该模具，对该聚合物进行照射紫外线等处理，制造微透镜阵列。
然而，上述专利文献1的平板印刷技术的制造方法中，虽然可以同时形成多个位置处的复杂细微形状，但是，自由形成光滑曲面是困难的。因此，这种平版印刷技术的制造方法，对于具有光滑曲面或锯齿形状且需要高形状精度的衍射透镜阵列等光学元件来说，要想制造出达到满足其性能的水平，是非常困难的。
另外，上述专利文献2的机械加工技术的制造方法中，通过切削被加工物制造具有凹部的金属模具，用该金属模具使微透镜阵列成型。在该专利文献2所使用的金属模具的制造方法中，一边使被加工物旋转，一边在除旋转中心之外的部位形成凹部，以此方式移动切削工具。
在上述专利文献2的金属模具的制造方法中，对被加工物可自由地形成曲面，其结果是，可使具有光滑曲面的微透镜阵列成型。
但是，即使是上述专利文献2的金属模具的制造方法，由于不能对被加工物形成表面微细的锯齿形状的凹部，所以，也会出现不能使高精度衍射透镜阵列成型的问题。
具体来说，在该金属模具的制造方法中，切削工具要移动的轨道作为被加工物的旋转角度θ和坐标x的函数来表示成：(X、Y、Z)＝(Rcos(α-θ)+x-tr·cosβ、Rsin(α-θ)、f(x)-d+tr·sinβ-tr)。此外，坐标x表示被加工物切削对象面上以凹部中心为原点的切削工具配置的坐标。此外，将切削工具沿着其轨道移动，切削被加工物，形成凹部。
这样，在上述专利文献2的金属模具的制造方法中，由于只沿着上述轨道移动切削工具，虽然能够将凹部表面做成光滑曲面，但是，不能做成微细锯齿形状。因此，不能使高精度衍射透镜阵列成型。
发明内容
于是，本发明鉴于上述的问题，其目的是，提供一种模具制造方法，可制造出使高精度衍射透镜阵列成型的模具。
为了实现上述目的，本发明的模具制造方法，制作表面为锯齿形状的凹部或凸部的形状的形状坐标；
使所述形状坐标移动而导出移动坐标；
基于所述移动坐标，导出用于形成所述凹部或凸部的轨道；
边使部件旋转，边沿被组合的所述多种轨道移动切削工具，由此切削所述部件，并在所述部件上形成所述部件的旋转中心与所述凹部或凸部的中心不一致的凹部或凸部，以制造模具，在导出所述多种轨道时，导出以从所述凹部或凸部的外周向中心，或者从所述中心向所述外周描绘出涡旋的方式连接移动坐标之间的第1轨道；和从移动坐标向该移动坐标描绘出圆那样的第2轨道。例如，在所述部件上，形成多个凹部或凸部。
因此，如果导出多种轨道，由于使切削工具沿着多种轨道移动，所以，可使凹部或凸部的表面成为具有平滑曲面和陡峭台阶的锯齿形状。其结果是，如果利用具有该凹部或凸部的模具对光学元件成型，能制造出高精度的衍射透镜。而且，由于通过移动形状坐标导出移动坐标，借助于调整移动的移动宽度或移动方向，在部件的旋转中心以外的任意部位上，可以简单地形成上述这样的凹部或凸部。其结果是，可提高衍射透镜的配置设计自由度。另外，借助于在部件上形成多个上述凹部或凸部，可以简单地使高精度衍射透镜阵列成型。而且，通过增加移动坐标的数目或轨道的数目，可以简单地形成精度更高的凹部或凸部，其结果是，可提高衍射透镜阵列的衍射效率及对焦精度。
另外，由于通过切削工具的切削制造模具，因此，与平板印刷(lithography)技术采用的制造方法相比，能扩大模具材质的选择范围，提高制造方法的自由度，同时，大幅度地削减制造所需要的工序。
因此，可以以光滑曲面形成凹部或凸部表面的一部分。
在这里，导出所述移动坐标时，在所述切削工具的与所述部件接触的球面状尖端半径为tr的情况下，在与切削深度方向垂直的平面上，导出彼此相邻的所述移动坐标之间的距离满足(8·n·tr)1/2的所述移动坐标，其中，0<n≤20×10-9m。
因此，能进一步使凹部或凸部的曲面光滑，更进一步提高衍射透镜阵列的形状精度。
此外，本发明不仅可以提供这种模具的制造方法，而且还可以提供制造该模具的加工装置、用该方法的光学元件的制造方法、通过该制造方法制造的光学元件或用加工装置实施该模具的制造方法的程序、以及储存该程序的存储媒体。
附图的简要说明
本发明的这些及其他目的、优点和特征，通过下文伴随附图对本发明最佳形式的描述会更加清楚。
图1是本发明实施形式的加工装置的侧面图。
图2是用加工装置切削的被加工物(衍射透镜阵列的金属模具)的外观图。
图3是衍射透镜阵列的金属模具凹部的正面图及断面图。
图4是表示衍射透镜阵列的制造方法的流程图。
图5表示形状点群的视图。
图6是为了说明NC控制部对形状点群处理的说明图。
图7是用于说明偏置变换的说明图。
图8是用于说明衍射点的说明图。
图9是表示形状点群数据的形状点和通过偏置变换导出的偏置点的图。
图10是表示形状点群和偏置点群整体配置的示意图。
图11是用于说明移动变换的说明图。
图12是用于说明第一行星运动、第二行星运动、及第三行星运动的说明图。
图13A是表示第二行星运动的轨道示意图。
图13B是表示第二行星运动的其他轨道的示意图。
图14是表示控制数据一个例子的示意图。
图15A是表示第一行星运动的轨道的示意图。
图15B是表示第一行星运动的其他轨道示意图。
图16是衍射透镜阵列的外观图。
图17A是表示切削工具尖端与凹部的部分断面的示意图。
图17B是表示另一切削工具尖端与凹部的部分断面的示意图。
图18是用于说明衍射透镜阵列用途的说明图。
图19是用于说明备有衍射光栅的非球面透镜特征的说明图。
图20是用于说明衍射透镜阵列其他用途的说明图。
实施形式的描述
下面，参照附图说明本发明实施形式的光学元件的制造方法。
在本实施形式的光学元件的制造方法中，对被加工物(部件)进行切削，制造衍射透镜阵列的金属模具，用该金属模具使衍射透镜阵列注射模塑成型。在这里，关于本实施形式的光学元件的制造方法，特别是，制造金属模具的方法、换句话说，切削被加工物的加工装置的制造方法，具有特点。
图1是本发明实施形式的加工装置的侧面图。
加工装置100包括：在旋转轴C上的尖端(顶端)安装有被加工物20、使被加工物20以旋转轴C为中心转动的旋转驱动部101；使安装在旋转驱动部101上的被加工物20沿着旋转轴C的方向(Z轴方向)移动的Z轴驱动部102；保持切削工具103，在相对Z方向垂直的方向上(Y轴方向)使该切削工具103移动的Y轴驱动部104；使由Y轴驱动部104保持的切削工具103沿着分别垂直于Z方向和Y方向的垂直方向(X轴方向)移动的X轴驱动部105；及控制旋转驱动部101、X轴驱动部105、Y轴驱动部104及Z轴驱动部102的NC控制部106。
被加工物20通过在超硬金属上进行无电解镀镍形成。此外，也可以用无氧铜、黄铜、铝合金、超硬金属、树脂或玻璃等构成被加工物20。
切削工具103是所谓的金刚石刀具，与被加工物20接触的尖端以球面状(穹形(ア—ル)形状)形成。
控制部106，控制旋转驱动部101、X轴驱动部105、Y轴驱动部104及Z轴驱动部102，使切削工具103的尖端位置相对被加工物20沿着3轴(X轴、Y轴及Z轴)的方向移动，同时，使被加工物20以旋转轴C为中心转动。结果是，通过切削工具103的尖端，切削被加工物20的切削对象部位。另外，NC控制部106，对旋转驱动部101的旋转、X轴驱动部105、Y轴驱动部104及Z轴驱动部102的移动，以超微精度(不到1μm的精度)或纳米精度(不到1nm的精度)进行。
图2是用加工装置100切削的被加工物(衍射透镜阵列的金属模具)的外观图。
加工装置100通过切削被加工物20，制造衍射透镜阵列的金属模具20a。在衍射透镜阵列的金属模具20a上，形成例如4个凹部21。这些凹部21沿其金属模具20a的表面与旋转轴C的交点O为中心的圆周上大致等间隔地排列。
图3是衍射透镜阵列的金属模具20a的凹部21的正面图及断面图。
如图3(a)所示，凹部21的开口面为大致圆形，如图3(b)所示，该凹部21的表面是锯齿形状，以整体大致球面状形成。此外，图3(b)是表示图3(a)所示金属模具20a的AA′断面。
图4是表示本实施形式的衍射透镜阵列的制造方法的流程图。
首先，加工装置100的NC控制部106，生成用于表示切削工具103尖端移动用的多个控制点的坐标的控制数据(步骤S100)。接着，NC控制部106，按照一边使被加工物20旋转，一边使切削工具103的尖端(穹形形状的中心)沿着该多个控制点移动的方式，控制旋转驱动部101、X轴驱动部105、Y轴驱动部104及Z轴驱动部102。因此，加工装置100用切削工具103切削被加工物20，并在被加工物20旋转中心(图2中的交点O)以外的部位，形成表面锯齿形状的凹部21。这时，被加工物20的旋转中心与凹部21的中心不一致。另外，加工装置100通过形成这样的多个凹部21，制造出图2所示的衍射透镜阵列的金属模具20a(步骤S120)。最后，使树脂或玻璃材料流入该金属模具20，对衍射透镜阵列进行注射模塑成型(步骤S122)。
在这里，NC控制部106，为了生成上述控制数据，首先，以被加工物20的切削对象面和旋转轴C的交点0为原点，以表示位于该原点O的上述凹部21的锯齿形状的多个(N个)的形状点坐标(xn，zn)(n＝1，2，…，N)作为形状点群数据进行制作(步骤S102)。此外，将这样的多个形状点称作形状点群。
接着，NC控制部106，相对形状点群数据的各形状点的坐标(xn，zn)，通过对切削工具103的尖端尺寸偏置(offset)，将形状点群数据的各形状点的坐标(xn，zn)变换成偏置点坐标(xn′，zn′)(步骤S104)。即、NC控制部106，由多个形状点的坐标，生成为了形成上述凹部21而配置切削工具103的尖端(穹形形状的中心)的多个偏置点的坐标(配置坐标)。以下，将该变换称作偏置变换，将多个偏置点称作偏置点群。
在这里，由偏置变换导出的各偏置点的坐标(xn′，zn′)，在原点O上形成有凹部21的情况下，表示的是切削工具103的尖端要处的位置的坐标。由此，在离开该原点O的位置(偏心点)形成凹部21的情况下，必须将各偏置点的坐标(xn′，zn′)对应于偏心点进行变换。
鉴于此，NC控制部106，对通过假设处在原点O的凹部21导出的各偏置点的坐标(xn′，zn′)进行平行移动，并将其变换成对应于处在偏心点的凹部21的各移动点的坐标(xn″，yn″，zn″)(步骤S106)。下面，将这种变换称作移动变换。
此外，NC控制部106，为了同步进行X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的切削工具103尖端的移动和旋转驱动部101的旋转，基于该移动点的坐标(xn″，yn″，zn″)，将切削工具103尖端移动需要的多种轨道[xn(θ)，yn(θ)，zn(θ)]作为旋转角度θ的函数并导出(步骤S108)。在这里，所导出的多种轨道，是连接各移动点的轨道，对应于切削工具103尖端的运动(行星运动)，作为彼此不同的函数表示。
另外，NC控制部106，在每一多种轨道中，相对该轨道[xn(θ)，yn(θ)，zn(θ)]，带入旋转角度θ的值，由此导出切削工具103尖端要移动的多个控制点的坐标，生成表示这些控制点的坐标的控制数据(步骤S110)。
图5是表示形状点群的示意图。
凹部21在XY坐标上，在以图5(a)所示形状表示的情况下，形状点群G1处在图5(b)所示的XZ坐标上，沿着凹部21的理想的锯齿形状配置。
即、NC控制部106，基于表示衍射透镜形状的数据，将表示与该衍射透镜嵌合的金属模具20a凹部21形状的形状点群G1如图5(b)所示，配置在XZ坐标上。此外，该XZ坐标的原点0是被加工物20切削对象面与旋转轴C的交点。因此，生成表示各形状点坐标(xn，zn)的形状点群数据。
图6是为了说明NC控制部106对形状点群G1处理的说明图。
NC控制部106，将图5(b)所示的各形状点分组为多个连续部PA并进行处理。该连续部PA中包含多个形状点，借助于这些形状点表示凹部21的平滑曲面。另外，NC控制部106，将相互邻接的连续部PA各个所包含的形状点中的彼此X坐标相等或相近的2个点作为台阶(高低差)部PB进行处理。通过该台阶部PB表示凹部21的不连续面。
NC控制部106，通过偏置变换，在每一连续部PA上，将该连续部PA所包含的各形状点坐标(xn，zn)通过(式1)及(式2)，变换成各偏置点的坐标(xn′，zn′)。
xn′＝((-tr×a)+(tr+r)×xn)/r…(式1)
zn′＝((-tr×b)+(tr+r)×zn)/r…(式2)
在这里，r表示通过形状点(xn，zn)、形状点(xn+1，zn+1)及形状点(xn+2，zn+2)3点的圆半径，(a，b)表示该圆的中心坐标，tr表示切削工具103的穹形(ア—ル)形状的尖端半径。
图7是用于说明将坐标(xn，zn)偏置变换成坐标(xn′，zn′)处理的说明图。
NC控制部106，对坐标(xn，zn)进行偏置变换时，首先，算出通过形状点(xn，zn)、形状点(xn+1，zn+1)及形状点(xn+2，zn+2)的圆半径r和该圆的中心坐标(a，b)。
此外，NC控制部106，利用切削工具103的尖端半径tr、上述算出的圆半径r及坐标(a，b)，通过(式1)及(式2)，将坐标(xn，zn)偏置变换成坐标(xn′，zn′)。
NC控制部106，相对形状点群数据的各形状，进行这种偏置变换。
另外，NC控制部106，在这种偏置变换中，导出相对各台阶部PB的衍射点坐标(xm′，zm′)(m＝1，2，…，M)。此外，M是衍射透镜的台阶总数。
图8是用于说明衍射点的说明图。
NC控制部106，如上所述，虽然可将各连续部PA的形状点坐标(xn，zn)变换成(xn′，zn′)，但是，当切削工具103的尖端中心随着坐标(xn′，zn′)移动时，在台阶部PB上，会出现该切削工具103的尖端Z坐标小于表示凹部21形状的形状点Z坐标的情况。换句话说，有切削工具103过分地切削被加工物20的情况。
鉴于此，NC控制部106，在各连续部PA中，相对预先导出的多个偏置点(图8所示的空白三角形点)中的、X坐标距离原点0最近的点坐标(xn′，zn′)，导出只有Z坐标变大的衍射点Km(图8所示黑色三角形点)的坐标(xm′，zm′)。
NC控制部106，将通过该坐标(xm′，zm′)表示的多个衍射点Km，与(式1)及(式2)导出的坐标(xn′，zn′)所表示的多个点同样地，作为偏置点进行处理。
图9是表示形状点群数据的形状点和通过偏置变换导出的偏置点的示意图。
连续部PA的形状点通过偏置变换，变换成偏置连续部PA′的偏置点，同时，台阶部FB的形状点变换成偏置台阶部PB′的偏置点。此外，偏置台阶部PB′的两个偏置点中的Z坐标大的点是上述的衍射点Km。
例如，如果包含在台阶部PB的两个形状点的距离(台阶高度)是3μm，则尖端半径(tr)用1μm的切削工具103。在这种情况下，偏置连续部PA′在法线方向上距连续部PA有1μm的距离。
图10是表示形状点群G1和偏置点群整体配置的示意图。
凹部21在XY坐标上是图10(a)所示形状的情况下，NC控制部106，通过进行上述的偏置变换，如图1O(b)所示，在XZ轴坐标上，在Z坐标大于形状点群G1的一侧，配置偏置点群G2。
图11是用于说明移动变换的说明图。
如上所述，各偏置点的坐标，在被加工物20的切削对象面与旋转轴C的交点(原点)形成凹部21的情况下，表示的是切削工具103的尖端(穹形形状的中心)要处位置的坐标。由此，NC控制部106，为了在与原点O不同的偏心点OA处形成凹部21，将各偏置点的坐标(xn′，zn′)及坐标(xm′，zm′)分别变换成通过XYZ坐标表示的移动点坐标(xn″，yn″，zn″)及坐标(xm″，ym″，zm″)。此外，移动点坐标(xm″，ym″，zm″)是变换偏置点中的衍射点的坐标(xm′，zm′)所导出的坐标。
下面，在不区分偏置点的坐标(xn′，zn′)及坐标(xm′，zm′)的情况下，这些坐标表示为(xn+m′，zn+m′)。同样地，在不区分移动点的坐标(xn″，yn″，zn″)及坐标(xm″，ym″，zm″)的情况下这些坐标表示为(xn+m″，yn+m″，zn+m″)。
例如，如图11(a)所示，偏心点OA仅以距离L离开原点O，连接原点O及偏心点OA的线相对X轴只倾斜角度α。在这种情况下，偏心点OA的坐标通过(式3)表示。
OA(X，Y)＝(L·cosα，L·sinα)…………(式3)
结果，各移动点的坐标通过(式4)表示。
移动点(X，Y，Z)＝(xn+m″，yn+m″，zn+m″)
               ＝(xn+m′+L·cosα，L·sinα，zn+m′)……(式4)
即、偏置点群G2如图11(b)所示，在X轴方向平行移动的同时，也在Y轴方向平行移动，并作为多个移动点集中的移动点群G3来处理。
NC控制部106，导出多种轨道时，对应于切削工具103尖端的第一行星运动、第二行星运动及第三行星运动，导出彼此不同的旋转角度θ的函数。
第一行星运动是，随着被加工物20的旋转，使切削工具103的尖端从XY坐标的凹部21外周朝向偏心点OA并沿涡旋线方向移动的同时，在Z轴方向上对被加工物20进行深切削的运动。
第二行星运动是，切削工具103的尖端在Z坐标保持一定的前题下，随着被加工物20的旋转沿着XY坐标中以偏心点OA为中心的圆周移动的运动。
第三行星运动是，随着被加工物20的旋转，切削工具103的尖端沿着以偏心点OA为中心的螺旋线移动的运动，换句话说，是沿着XY坐标上以偏心点OA为中心的圆周移动的同时在Z轴方向上离开被加工物20的运动。
图12是用于说明第一行星运动、第二行星运动及第三行星运动的说明图。此外，在图12中，在偏心点OA为原点的xz坐标上，示出了配置各移动点E1～E13。
首先，NC控制部106，在被加工物20旋转一周期间，让切削工具103的尖端进行第一行星运动。换句话说，NC控制部106，在被加工物20的每一旋转过程中，使切削工具103的尖端沿着XY平面中的以偏心点OA为中心的涡旋线，以Z坐标值变小的方式，从移动点E1移动到移动点E2，从移动点E2移动到移动点E3，直至移动到移动点E7。
切削工具103的尖端到达移动点E7时，NC控制部106在被加工物20旋转一周期间，让切削工具103的尖端进行第二行星运动。换句话说，NC控制部106，在被加工物20旋转一周期间，使切削工具103的尖端从移动点E7沿着以偏心点OA为中心的圆周移动一周，并到达移动点E7。
切削工具103的尖端运动一周时，NC控制部106在被加工物20旋转一周期间，让切削工具103的尖端进行第三行星运动。换句话说，NC控制部106在被加工物20旋转一周期间，使切削工具103的尖端从移动点E7沿着以偏心点OA为中心的螺旋线移动到移动点E8。
当切削工具103的尖端到达移动点E8时，NC控制部106与上述同样地，从移动点E8顺次移动到移动点E13，让切削工具103的尖端进行第一行星运动。
NC控制部106，用切削工具103的尖端实施这样的各行星运动所必要的轨道是利用各移动点的坐标在每一上述行星运动中导出的。
图13A及图13B表示第二行星运动的轨道示意图。
在这里，图13A示出了被加工物20只以旋转角度θ(θ＝-45°)时的、切削工具103的尖端从移动点E7开始移动的轨道。图13B示出了被加工物20旋转一周时的、切削工具103的尖端移动的轨道。
例如，NC控制部106在被加工物20旋转一周期间，使切削工具103的尖端沿着偏心点OA为中心的圆周从移动点E7开始移动。这时，偏心点OA也随着被加工物20的旋转以原点0为中心转动。由此，当被加工物20转动θ＝-45°时，NC控制部106，使切削工具103的尖端沿着图13A的虚线箭头所示的轨道，移动到点E7a。其结果是，切削工具103的尖端一边留下图13A粗线所示轨迹(切削痕迹)一边在被加工物20上移动。
与上述同样地，NC控制部106如图13B所示，在被加工物20转动θ＝-90°、-135°、…、-315°、-360°时，使切削工具103的尖端沿着图13B环状虚线所示的轨道，移动到点E7b、E7c、…、E7g、E7。结果，切削工具103的尖端一边留下图13B粗线所示的轨迹(被加工物20的偏心点OA为中心的圆周的切削痕迹)一边在被加工物20上移动。
NC控制部106为了相对切削工具103的尖端进行上述运动(第二行星运动)，利用移动点E7的坐标，导出通过旋转角度θ的函数所表示的轨道。
例如，坐标(x7′，z7′)为对应于移动点E7的偏置点坐标时，将移动点E7的坐标(X，Y，Z)表示为基于(式4)的(式5)。
E7(X，Y，Z)＝(x7′+L·cosα，L·sinα，z7′)………(式5)
被加工物20以旋转角度θ转动时，偏心点OA移动到基于(式3)并通过(式6)所表示的坐标。
OA(X，Y)＝(L·cos(α+θ)，L·sin(α+θ)，0)………(式6)
在这里，切削工具103的尖端进行第二行星运动，被加工物20旋转一周时，该切削工具103的尖端需要再次返回到移动点E7。由此，被加工物20以旋转角度θ转动时，切削工具103的尖端要处位置的控制点E的坐标为(式7)所表示的坐标。
E(X，Y，Z)＝(x7′+L·cos(α+θ)，L·sin(α+θ)，z7′)…(式7)
NC控制部106，将旋转角度θ各值导入上述(式7)，生成表示控制点E7a～E7g的坐标和移动点E7的坐标的控制数据。
图14是表示控制数据一个例子的示意图。
NC控制部106，例如，通过将旋转角度θ＝-45°、-90°、…、-315°的各值带入(式7)中，导出切削工具103尖端要移动的控制点E7a～E7g的坐标。其结果是，NC控制部106生成图14所示的控制数据。
这样，NC控制部106利用多个移动点中的、移动点E7这样的各槽底的移动点坐标(xn″，yn″，zn″)，导出第二行星运动的(式8)所示的轨道。
第二行星运动的轨道(X，Y，Z)
＝(xn′+L·cos(α-θ)，L·sin(α-θ)，zn′)…(式8)
此外，(式8)是对用移动点E7而导出的轨道(式7)进行一般的改写而得到的，坐标(xn′，zn′)是对应于移动点(xn″，yn″，zn″)的偏置点的坐标。
此外，NC控制部106对移动点E7以外的其他槽底的移动点，也将旋转角度θ的各值带入该(式8)中，而生成图14所示的控制数据。
NC控制部106，在用切削工具103的尖端进行上述第二行星运动时，换句话说，当在切削工具103的尖端于偏心点OA为中心的圆周上移动一周，用切削工具103的尖端实施第三行星运动。
例如，如图12所示，切削工具103的尖端在偏心点OA为中心的圆周上从移动点E7只移动一周到移动点E7时，NC控制部106，在被加工物20旋转一周期间，使切削工具103的尖端沿着偏心点OA为中心的螺旋线移动到移动点E8。
在这种情况下，被加工物20转动了旋转角度θ时，切削工具103的尖端要处位置的控制点E的坐标为(式9)所表示的坐标。
E(X，Y，Z)＝(x7′+L·cos(α-θ)，L·sin(α-θ)，z7′+(z8′-z7′)×θ/360°)…(式9)
此外，(式9)中的z8′对应于移动点E8的偏置点(衍射点)的Z坐标。
这样，NC控制部106，利用多个移动点中的、移动点E7这样的各槽底移动点的坐标(xn″，yn″，zn″)，导出第三行星运动的(式10)所示的轨道。
第三行星运动的轨道(X，Y，Z)＝(xn′+L·cos(α-θ)，L·sin(α-θ)，zn′+(zn+1′-zn′)×θ/360°)…(式10)
此外，(式10)中的zn+1′表示的是与对应于移动点(xn″，yn″，zn″)的偏置点(xn′、zn′)相同的、属于偏置台阶部PB′的衍射点的Z坐标(zm′)。
此外，NC控制部106，在每一槽底移动点上，将旋转角度θ的各值带入(式10)，生成图14所示的控制数据。
图15A及图15B是表示第一行星运动的轨道示意图。
在这里，图15A示出了当被加工物20转动了旋转角度θ(θ＝-45°)时的、切削工具103的尖端从移动点E1开始移动的轨道。图15B示出了被加工物20旋转一周时的、切削工具103的尖端从移动点E1移动到移动点E2的轨道。
例如，NC控制部106，在被加工物20旋转一周期间，使切削工具103的尖端从移动点E1朝向处在偏心点OA侧的移动点E2并沿着涡旋线，且对被加工物20朝深的一方(Z轴方向的小的一方)移动。这时，偏心点OA也随着被加工物20的旋转转动。结果，当被加工物20转动θ＝-45°时，NC控制部106，使切削工具103的尖端沿着图15A的虚线箭头所示的轨道，移动到点E1a。其结果是，切削工具103的尖端在被加工物20上移动而留下图15A粗线所示轨迹(切削痕迹)。
与上述同样地，NC控制部106，如图15B所示，在被加工物20转动θ＝-90°、-135°、…、-315°、-360°时，使切削工具103的尖端沿着图15B大致环状虚线所示的轨道，移动到点E1b、E1c、…、E1g、E1。其结果是，切削工具103的尖端一边留下图15A粗线所示的涡旋线轨迹(切削痕迹)一边在被加工物20上移动。
NC控制部106，为了相对切削工具103的尖端进行上述运动(第一行星运动)，利用移动点E1的坐标，导出通过旋转角度θ的函数所表示的轨道。
在这里，切削工具103的尖端从移动点E1进行第一行星运动，被加工物20旋转一周时，该切削工具103的尖端要到达移动点E2。结果，处在移动点E1的切削工具103的尖端，其在被加工物20转动旋转角度θ时应处位置的控制点E的坐标，成为(式11)所表示的坐标。
E(X，Y，Z)＝(x1′+L·cos(α-θ)-(x1′-x2′)×θ/360°，L·sin(α-θ)，z1′-|z1′-z2′|×θ/360)…(式11)
在该(式11)中，坐标(x1′，z1′)是对应于移动点E1的偏置点的坐标，坐标(x2′，z2′)是对应于移动点E2的偏置点的坐标。
这样，NC控制部106，除了移动点E7的槽底移动点之外，利用各移动点坐标(xn+m″，yn+m″，zn+m″)，导出第一行星运动的(式12)所示的轨道。
第一行星运动的轨道(X，Y，Z)
＝(xn+m′+L·cos(α-θ)-(xn+m′-xn+m+1′)×θ/360°，L·sin(α-θ)，zn+m′-|zn+m′-zn+m+1′|×θ/360)…(式12)
此外，坐标(xn+m+1′，zn+m+1′)是距离偏置点(xn+m′，zn+m′)靠原点0(偏心点OA)侧最近的偏置点的坐标。另外，(式12)是一般的改写移动点E1导出的轨道(式11)而得到的，
此外，NC控制部106，除了槽底移动点之外，在每一移动点上，将旋转角度θ的各值带入该(式12)中，而导出控制点的坐标，并生成图14所示的控制数据。
在本实施形式中，对于每一行星运动，将切削工具103尖端要移动的轨道作为旋转角度θ的函数算出，对于该旋转角度θ将值带入而生成控制数据。
NC控制部106，对于每一旋转角度θ，使切削工具103的尖端中心移动到该控制数据所示的控制点坐标上，用该切削工具103的尖端切削被加工物20。其结果是，在被加工物20旋转中心以外的部位形成凹部21。NC控制部106，通过形成这样的多个凹部21，制造出图2所示的衍射透镜阵列的金属模具20a。
另外，在本实施形式中，用这样制造的金属模具20a使衍射透镜阵列注射模塑成型。
图16是通过本实施形式制造的衍射透镜阵列的外观图。
该衍射透镜阵列10一体地备有基座2、排列在该基座一面上的4个衍射透镜1。4个衍射透镜1分别从基座2的中心以相等距离间隔开，以相互等间隔的方式排列。另外，衍射透镜1以与金属模具20a的凹部21嵌合的形式形成。
在本实施形式中，由于使切削工具103沿多种轨道移动来制造金属模具20a，因此，能制造出具有平滑曲面和锐利形状的金属模具20a。结果，用这种金属模具20a对衍射透镜阵列10成型，可高精度地制造出具有平滑曲面和锐利形状的锯齿形状的衍射透镜阵列10。
另外，在本实施形式中，由于加工装置100的旋转或移动是以超微精度进行的，所以，能以超微精度制造金属模具20a，其结果是，可将衍射透镜阵列的形状或衍射透镜的配置等抑制到超微精度下的误差。
另外，在本实施形式中，由于导出了(式8)、(式10)及式(12)所示方式的轨道，所以，通过改变距离L及角度α，能在被加工物20的任意地方形成凹部21。
另外，在本实施形式中，与平板印刷技术采用的制造方法相比，能使衍射透镜台阶以外的表面更平滑，可提高光学性能。
另外，在本实施形式中，由于生成控制数据，根据该数据制造金属模具20a，利用该金属模具20a，通过注射模塑成型，制造衍射透镜阵列，所以，与平板印刷技术采用的制造方法相比，减少了制造衍射透镜阵列所要的工序，提高了生产效率。
这样，本发明的模具的制造方法，能获得的效果是，可制造出使高精度衍射透镜阵列成型的模具，可适于例如自动聚焦相机用等的衍射透镜阵列的制造系统等中。
以上对于本发明的光学元件制造方法及其模具的制造方法，虽然用实施形式进行说明，但是，本发明并不限于此。
例如，在本实施形式中，虽然可以相对被加工物20形成4个凹部21，但是，也可以形成4个以外数目的凹部21。因此，能制造出例如具有1个衍射透镜、3个或5个以上的衍射透镜的衍射透镜阵列。
另外，在本实施形式中，虽然以同心圆状配置多个凹部21，但是，不光是这样的配置，另外，也可以使这些凹部21的形状彼此不同。因此，可制造出多种多样的衍射透镜阵列。
另外，在本实施形式中，虽然在被加工物20上形成与球面状衍射透镜嵌合的凹部21，但是，还可以在被加工物20上形成与非球面状衍射透镜嵌合的凹部21。
在这里，切削工具103尖端上的穹状形状的半径tr，希望取在金属模具20a的凹部21表面的理想台阶高度以下。在使用具有半径大于该台阶高度的尖端的切削工具103的情况下，衍射透镜阵列的衍射效率为80％以下，该衍射透镜阵列作为产品无法使用。
图17A及图17B是表示切削工具103的尖端与凹部21的部分断面的示意图。
在使用理想的具有半径小于该台阶高度的尖端的切削工具103的情况下，如图17A所示，可使凹部21的表面接近理想的锯齿形状。其结果是，可制造出良好衍射效率的衍射透镜阵列。
另一方面，在使用理想的具有半径大于该台阶高度的尖端的切削工具103的情况下，如图17B所示，凹部21表面没有理想的锯齿形状，而是变成了波浪形状。其结果是，制造出衍射效率低的衍射透镜阵列。
另外，移动点之间的距离(例如图15A及图15B所示的移动点E1、E2之间的X坐标间距离)希望在给定距离以下。换句话说，移动点之间的距离长的情况下，切削工具103的尖端进行上述第一行星运动时，金属模具20a的凹部21的表面无法变成光滑的曲面，而是凹凸不平。其结果是，导致衍射透镜阵列的性能降低。
鉴于此，希望移动点间的距离P为P＝|xn″-xn+1″|＝(8·n·tr)1/2。此外，n满足0<n≤20(nm)的条件。
另外，在本实施形式中，例如，在导出图14所示的控制点坐标时，旋转角度θ的值以45°间隔在-45°、-90°、-135°、…变化，将这些旋转角度θ的值带入表示轨道的函数中。但是，由于切削工具103的尖端以直线在各控制点之间移动，所以，当带入函数的旋转角度θ值的间隔变宽时，即控制点的个数减少时，凹部21的形状不会成为理想形状。例如，旋转角度θ值以10°间隔变化，当使用这些值导出控制点的坐标时，要成为凹部21曲面的表面上会出现放射线状肋，台阶形状也产生变形。其结果是，导致衍射透镜阵列的形状精度及衍射效率降低。
鉴于此，希望旋转角度θ的变化间隔θa满足0°<θ≤5°。对于每一这样的间隔θa，改变旋转角度θ，将该旋转角度θ带入函数中，导出控制点的坐标，如果这样的话，能使凹部21的形状得到改善。另外，如果间隔θa为1°，凹部21的形状会更好。
另外，切削工具103尖端的移动速度要在5mm/min～500mm/min之间。例如，该移动速度为600mm/min的情况下，NC控制部106，不能将切削工具103的X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的移动控制在超微精度下。其结果是，不能制造具有高精度形状的金属模具20a。反之，在移动速度小于5mm/min的情况下，切削工具103的尖端产生卷刃，不能进行凹部21的加工。因此，上述移动速度是必要的。
另外，在本实施形式中，在进行偏置变换时，虽然使用了过连续部PA的3个形状点的圆半径和该圆的中心坐标，但是，不使用这些也可以进行偏置变换。例如，用函数f(X)表示连续部PA的形状点的排列，求出该函数f(X)的法线方向，用该法线方向进行偏置变换。即使进行这样的偏置变换，也能获得与上述同样的效果。
另外，在本实施形式中，虽然以衍射透镜阵列10的各衍射透镜1变成凸面形状的方式，相对被加工物20形成凹部21，但是，也可以用各衍射透镜1变成凹面形状或非对称形状的方式，形成凹部21。即、为了形成凹面形状的衍射透镜1，在被加工物20上形成1个或多个表面为锯齿形状的凸部。在这种情况下，也能得到与上述同样的效果。
另外，在本实施形式中，虽然通过制造金属模具20a制造衍射透镜阵列10，但是，也可以用切削工具103切削树脂或玻璃等的透镜材料，不用制造出金属模具20a，直接制造出衍射透镜阵列10。
在这里，说明了利用通过本实施形式制造的金属模具20a进行注射模塑成型的衍射透镜阵列10。
在本实施形式中，由于加工装置100的旋转或移动是以0.1μm以内的精度进行的，所以，在金属模具20a的各凹部21之间的距离为例如1.5mm的情况下，可以将该距离的误差抑制在±0.1μm以内。换句话说，利用该金属模具20a，可将各凹部21之间的距离误差抑制在±0.1/(1.5×1000)×100＝0.0067％以内。另外，在本实施形式中，用加工装置100调整被加工物20，相对该被加工物20的表面形成多个凹部21，因此，能使各凹部21在同一平面上对齐。结果，可将各凹部21的中心轴平行度、即各中心轴之间的角度抑制在0.0015°以内。
其结果是，在利用通过本实施形式制造的金属模具20a进行注射模塑成型的衍射透镜阵列10中，可使各衍射透镜1变成相同形状。另外，对于例如要变成1.5mm的各衍射透镜1之间的距离来说，可以将该距离的误差抑制在至少±0.25μm以内。换句话说，在衍射透镜阵列10中，可将各衍射透镜1之间的距离误差抑制在±0.25/(1.5×1000)×100＝0.0017％以内。另外，可将各衍射透镜1的光轴平行度、即各光轴之间的角度抑制在0.003°以内。
图18是用于说明衍射透镜阵列10用途的说明图。
衍射透镜阵列10例如，用于测量到对象物的距离。在这里，设衍射透镜1a(1)与衍射透镜1b(1)的各自焦点距离为f，衍射透镜1a、1b之间的距离为D，从衍射透镜阵列10到对象物T的距离为A。另外，通过衍射透镜1a的映像Ta与衍射透镜1b的映像Tb之差(分)为δ。
在这种情况下，距离A用A＝D×f/δ计算。换句话说，在利用通过本实施形式制造的金属模具20a进行注射模塑成型的衍射透镜阵列10中，由于衍射透镜1a、1b之间的距离D的误差非常小，所以，能正确地测量到对象物T的距离A。
图19是用于说明备有衍射光栅的非球面透镜特征的说明图。
一般情况下，不带衍射光栅的非球面透镜(折射型透镜)LS1或单独的衍射光栅(衍射型透镜)LS2，焦点距离会对应于光波长度变动而变化。此外，光的波长变动由于输出该光的半导体激光装置SL的温度变化而诱发。
在折射型透镜LS1中，半导体激光装置SL的温度上升时，即光的波长变长时，焦点位置从常温时的位置FP1移动到位置FP2，焦点距离变长。
另一方面，在衍射型透镜LS2中，半导体激光装置SL的温度上升时，即光的波长变长时，焦点位置从常温时的位置FP1移动到位置FP2，焦点距离变短。
在这里，具有衍射光栅的非球面透镜(带衍射光栅的非球面透镜)LS3，是通过上述折射型透镜LS1与衍射型透镜LS2组合而构成，因此，兼备有各个透镜LS1、LS2的特征。换句话说，带衍射光栅的非球面透镜LS3，具有随着折射型透镜LS1的温度上升、焦点距离变长的特征以及随着衍射型透镜LS2的温度上升、焦点距离变短的特征。结果，带衍射光栅的非球面透镜LS3，不会因温度变化导致焦点距离变化，焦点位置与温度变化无关，可固定在位置FP上。
利用通过本实施形式制造的金属模具20a进行注射模塑成型的衍射透镜阵列10的各衍射透镜1，具有与上述带衍射光栅的非球面透镜LS3同样的形状。结果，通过本实施形式以注射模塑成型的衍射透镜阵列10的各衍射透镜1，其焦点位置与温度变化无关，可以保持恒定。即，各衍射透镜1可以减少色差或温度差引起的焦点位置或焦点距离的偏差，如图18所示，用于测量到对象物T的距离时，可正确地测量其距离A。
图20是用于说明衍射透镜阵列10的其他用途的说明图。这样的衍射透镜阵列10各衍射透镜1作为将从半导体激光装置SL照射的光聚光并导入光纤维Op中的光纤维耦合光学元件加以利用。另外，衍射透镜阵列10也可以用于光通讯用发射接受光元件等各种用途中。在以这种方式使用的情况下，该衍射透镜阵列10也能够抑制尺寸形状等的误差引起的影响，同时，抑制温度或波长变化引起的影响。

Claims (5)

1.一种模具的制造方法，其特征是，
制作形状坐标，所述形状坐标表示表面为锯齿形状的凹部或凸部的形状；
使所述形状坐标移动而导出移动坐标；
基于所述移动坐标，导出用于形成所述凹部或凸部的多种轨道；
边使部件旋转，边沿被组合的所述多种轨道移动切削工具，由此切削所述部件，并在所述部件上形成所述部件的旋转中心与所述凹部或凸部的中心不一致的凹部或凸部，以制造模具，
在导出所述多种轨道时，导出
以从所述凹部或凸部的外周向中心，或者从所述中心向所述外周描绘出涡旋的方式连接移动坐标之间的第1轨道；和
从移动坐标向该移动坐标描绘出圆那样的第2轨道。
2.根据权利要求1记载的模具的制造方法，其特征是，
导出所述移动坐标时，
在所述切削工具的与所述部件接触的球面状尖端半径为tr的情况下，在与切削深度方向垂直的平面，导出彼此相邻的所述移动坐标之间的距离满足(8·n·tr)1/2的所述移动坐标，其中0<n≤20×10-9m。
3.根据权利要求1记载的模具的制造方法，其特征是，在所述部件上，形成多个凹部或凸部。
4.一种光学元件的制造方法，其特征是，
制作形状坐标，所述形状坐标表示表面为锯齿形状的凹部或凸部的形状；
基于所述移动坐标，导出用于形成所述凹部或凸部的多种轨道；
边使部件旋转，边沿被组合的所述多种轨道移动切削工具，由此切削所述部件，并在所述部件上形成所述部件的旋转中心与所述凹部或凸部的中心不一致的凹部或凸部，以制造模具；
用被制造出的所述模具成型光学元件，
在导出所述多种轨道时，导出
以从所述凹部或凸部的外周向中心，或者从所述中心向所述外周描绘出涡旋的方式连接移动坐标之间的第1轨道；和
从移动坐标向该移动坐标描绘出圆那样的第2轨道。
5.一种光学元件，通过权利要求4所述的光学元件的制造方法制造，其特征是，
包括至少2个衍射透镜；
所述衍射透镜之间的距离误差在0.017％以内，所述衍射透镜的光轴之间的角度为0.003°以内。
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