JP2001018108A - 回折光学格子素子形状の加工方法及び回折光学格子素子形状を成形する金型の加工方法 - Google Patents

回折光学格子素子形状の加工方法及び回折光学格子素子形状を成形する金型の加工方法

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling Processes (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折格子素子の複数溝加工の加工時の刃の干
渉を避ける。 【解決手段】 本発明は被加工面上に回折光学素子形状
を加工する方法であって、前記被加工面のＸ，Ｙ，Ｚ各
軸の座標軸上に加工刃を回転支持する主軸を設け、前記
主軸に取り付けた加工刃の刃先角が前記回折光学素子形
状の該曲面外周部の加工予定位置との干渉を避ける角度
に傾斜角度を持たせて加工するようにしたことを特徴と
した回折光学格子素子形状の加工方法の提案により、回
折格子素子形状等の微細形状加工を行うことができた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は複写機、プリンター
等の画像形成装置等の画像出力装置、特に、カラー画像
出力装置に使用する回折光学格子素子の加工方法に関す
る。
【０００２】更に、回折格子素子等の光学素子を成形加
工するための成形用型の加工方法に関する。
【０００３】更に、本発明は光学素子、特に、回折格子
素子形状の溝を加工する方法に関する。
【０００４】
【従来の技術】原稿等の被写体をライン走査してその画
像情報を撮像素子アレイでカラー読み取り操作する装置
に回折格子素子を使用する例は、例えば、米国特許公報
５８３８４８０号公報がある。
【０００５】上記公報に依れば、被写体からの画像情報
光束が、第一光路３１上の光学系、及び、第二光路３３
上の第一レンズエレメント３４、第二レンズエレメント
３５を介して結像基板５０上に導かれる構成となってい
る。
【０００６】そして、第一レンズエレメントの素子３４
には回折格子素子形状４２が形成されている。
【０００７】この構成により、画像情報からの色ズレな
く、異なる波長域からなる複数の光束に分離し、上記結
像基板上に正しく結像させることができる。
【０００８】特開平8年第336701号公開公報には任意形
状の曲面を高い面精度で加工する加工方法の提示があ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図１２は本発明に係る
光学素子を組み込んだカラー画像形成装置の光学走査部
を示す。
【００１０】図において、符号１は半導体レーザー等の
光源手段、２はコリメーターレンズ、４は開口絞り、６
はシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定
の屈折力を有しており、開口絞り４を通過した光束を副
走査断面内で後述する光偏向器８の偏向面に線像として
結像させる。
【００１１】８は光偏向器としてのポリゴンミラーであ
り、不図示の駆動手段により回転制御される。
【００１２】１０はｆΘ特性を有する走査光学素子であ
り、屈折部と回折部とを有している。屈折部１０Ａは主
走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する
トーリックレンズであり、回折部１０Ｂは主走査方向と
副走査方向とで互いに異なるパワーを有する長尺の回折
光学格子素子より成り立っている。
【００１３】１２は感光ドラムである。
【００１４】本発明の光学素子の加工は該長尺回折光学
格子素子に関する。
【００１５】上記のカラー画像読み取り装置に使用する
回折格子は平面的には図１ に示すように、長径方向と
短径方向の組み合わせの略楕円形状を成している。
【００１６】本例で使用する回折格子の形状は図３乃至
５ に示すように、短径方向の中心断面のＡ−Ａ方向断
面と長径方向の中心断面のＢ−Ｂ方向断面で表わしてあ
るように、微細な複数の溝形状の同心状の楕円状態に形
成されている。
【００１７】そして、カラー画像読み取り用の回折格子
は図２の直方体の金属基板１の平面上に、図３に示すよ
うに、長径方向に縦長状態に形成される該部材１を成形
用の金型として構成している。
【００１８】図４は前記Ａ−Ａ方向の溝部の中央付近の
稜線を示す。
【００１９】図５は前記Ｂ−Ｂ方向の溝部の中央付近の
稜線を示す。
【００２０】１例の回折格子の各部の数値寸法は 直方体１の幅寸法は ９．６４８ ｍｍ 長さ寸法は ２２５．１２ ｍｍ 直方体の材質は 燐青銅 溝間隔寸法Ｐは ０．７２９７２７〜０．００９８８２ ｍｍ 溝の傾斜部分の高さ寸法ｈ1は ０．００１４８８ｍｍ 溝の傾斜部分の高さ寸法ｈ2は ０．００１４８８ｍｍ 溝の傾斜角度α1は ０．１１６８度 溝の傾斜角度α2は ８．５６ 度 であり、溝の本数は２５７７本である。
【００２１】上記の本数と上記の溝寸法の溝が前記直方
体Ｗの幅 ９．６４８ ｍｍ、長さ２２５．１２ｍｍの面
積内に加工する必要がある。
【００２２】図１において、回折格子の溝形状は溝の成
す楕円形状が完全に閉成形状の略楕円部分Ｍと、溝の成
す楕円形状が未閉成形状の略楕円部分Ｎ1，，，Ｎnとを
有する。
【００２３】上記の回折格子素子形状の加工に際して
は、被加工体のＸ，Ｙ，Ｚ上を前記回折格子曲線に倣っ
て刃を移動操作するが、該刃をＸ，Ｙ，Ｚ軸に対して移
動操作するだけでなく被加工体の前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各
軸に対して所定の角度に対応した２軸操作を行って加工
する。
【００２４】そして、被加工体の前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸移動
操作とともに前記刃の姿勢を前記２軸の操作で制御する
必要がある。
【００２５】被加工体Ｗの被加工上面に回折光学素子形
状を加工するには、図６に示すように、被加工体Ｗの上
面に、回折格子素子形状の中央部分の曲面Ｒ１を加工
し、その後、該中央部の前記曲面Ｒ１の外周位置に第一
の溝形状部Ｒ２を加工し、順次、第二、第三の溝形状を
切削加工する。
【００２６】前記中央部の凹面曲面の加工方法は図３に
示すように、被加工体Ｗの被加工面上の平面Ｘ，Ｙ，Ｚ
軸座標面に対して、刃の刃先の向きを図３に示す移動軌
跡Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，，，，の様に、Ｘ軸方向に所定の
送りピッチで移動させ、かつ、Ｚ軸方向には切削の刃先
が前記中央部の曲面形状に倣うように移動制御させて加
工する。
【００２７】その場合、図６に示すように、中央部の曲
面Ｇ１を加工する刃の一部が加工曲面と干渉を生じて加
工曲面に刃部との接触痕跡を生じ、これにより光学回折
機能を損なう問題がある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の、回折格
子素子形状の加工の際に生じる上記課題の解決のため
に、被加工面上に回折光学素子形状を加工する方法であ
って、前記被加工面のＸ，Ｙ，Ｚ各軸の座標軸上に加工
刃を回転支持する主軸を設け、前記主軸に取り付けた加
工刃の刃先角が前記回折光学素子形状の該曲面外周部の
加工予定位置との干渉を避ける角度に傾斜角度を持たせ
て加工するようにしたことを特徴とした回折光学格子素
子形状の加工方法を提案する。
【００２９】又本発明は、回折光学素子形状を成形する
金型の加工する方法であって、前記金型の被加工面の
Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の座標軸上に加工刃を回転支持する主軸
を設け、前記主軸に取り付けた加工刃の刃先角が前記回
折光学素子形状の該曲面外周部の加工予定位置との干渉
を避ける角度に傾斜角度を持たせて加工するようにした
ことを特徴とした回折光学素子形状を成形する金型の加
工方法を提案する。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下に図７以降を参照して本発明
の加工方法について説明する。
【００３１】図７は加工装置の全体構成を示し、１４は
基台、１６は振動吸収手段、１８Ａは側面フレーム、１
８Ｂは上面フレーム、２０は平面台部である。
【００３２】２２は前記平面台２０上を左右に摺動可能
なＸ軸方向のスライダー、２４はＸスライダーに取り付
けたＹ軸方向のスライダー、２６はＣ軸回転テーブルで
ある。
【００３３】前記Ｃ軸回転テーブル２６上に被加工物の
前記図２の直方体１を固定する。
【００３４】Ｘスライダー２２はＸ軸方向移動制御をす
るＸ軸リニアモータ手段２２ａによる移動制御を受け
る。
【００３５】Ｙ軸スライダー２４はＹ軸リニアモータ手
段２４ａによる移動制御を受ける。
【００３６】２８は前記平面台２０上に直立したＺ軸フ
レームである。
【００３７】３０は加工手段の加工刃３２を保持する保
持手段であり、主軸３４に取り付けられる。
【００３８】前記主軸３４はフレーム部材３６により前
記Ｚ軸フレームに取り付けられる。
【００３９】前記主軸の中心線をＢ軸、フレーム３６の
回転軸をＣ軸と称する。
【００４０】２８ａはＺ軸フレームの移動制御用のＺ軸
リニアモータである。
【００４１】図８は前記加工保持手段３０、加工刃及び
被加工物の直方体１の配置関係を示す図である。
【００４２】図９は装置の制御ブロック図であり、Ｘ
（２２ｂ），Ｙ（２４ｂ），Ｚ（２８ｂ）、Ｂ（３
４），Ｃ（３６），刃３２（３２ａ）の各軸の移動制御
手段と、刃の移動軌跡を外部より入力する手段３８、及
び、振動検知手段４０、過負荷検知手段４２並びに、全
体制御手段４４等から構成する。
【００４３】前記回折素子の形状は、主走査方向が６次
まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次
の位相関数で表わされる回折面は、 φ＝−ｍｋλ＝ｂ2Ｙ2＋ｂ4Ｙ4＋ｂ6Ｙ6＋（ｄ0＋ｄ1Ｙ＋ｄ2Ｙ2＋ｄ3Ｙ3＋ｄ4 Ｙ4）Ｘ2 式 （１） （但し、φは位相係数、ｋは回折次数、λは使用波長、
Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ2、ｂ4，ｂ6，ｄ0，
ｄ1，ｄ2，ｄ4は位相係数） ｍは１．２．３．．２５７７の整数。
【００４４】Ｚはレンズ光軸とＹ軸で作る平面に直交す
る軸。なる式で表わされる。
【００４５】 回折素子の設計データ 使用波長 λ（ｎｍ） ７８０ 長尺回折素子屈折率ｎｄ １．５２４２ 長尺回折素子 中心厚さ ｄ２ ３．０ 長尺回折素子 被走査面 ｓｋ １１０．０ 回折次数 Ｋ １．０ 長尺回折素子位相関数 第一面 第二面 ｂ２ −２．５０７２５Ｅ−０４ ｂ４ −４．３１４７９Ｅ―０８ ｂ６ １．２３６５５Ｅ―１２ ｄ０ ―５．７８９３０Ｅ―０３ ｄ１ ―９．５７５９８Ｅ―０７ ｄ２ １．１５５４９Ｅ−０７ ｄ３ ３．７１１５９Ｅ―１１ ｄ４ １．２３６５５Ｅ―１２
【００４６】図１０は回転加工刃３２による被加工物の
直方体１の加工面を加工する状態の図８のＨ方向から見
た場合の説明図である。
【００４７】以下に本発明の加工方法について説明す
る。
【００４８】加工刃３２が、まず、直方体１の加工開始
の原点位置Ｐ１（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０、ＢＯ，Ｃｏ）に位
置合せする。
【００４９】この位置合せは予め移動データを計算した
ファイルより入力しておき、その入力情報に基ずいて、
Ｘ，Ｙ，Ｚ、Ｂ，Ｃ各軸の各リニアモータ制御手段の駆
動により行われる。
【００５０】前記図１において、直方体１の加工予定平
面には中心側の閉成した楕円形状溝Ｍが中心側からＭ
１，Ｍ２，Ｍ３、、と加工予定位置が決められ、外側の
未閉成の楕円形状溝が外側からＮ１，Ｎ２，Ｎ３，，，
と決められる。
【００５１】図８には一番外側の未閉成楕円溝形状Ｎ１
の加工開始点Ｐ１と終了点Ｐ２と回折素子面の光軸を中
心とした反対側の加工開始点Ｐ３と、加工終了点Ｐ４と
が示してある。
【００５２】そして、各溝の各位置は直方体Ｗの平面上
にＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標番地表示が制御手段内に決められ
る。
【００５３】加工刃３２による前記回折素子の溝加工は
図１の楕円形状溝の一番外側の溝Ｎ１の加工から開始さ
れる。
【００５４】前記原点位置ｐ１に加工刃３２を位置合せ
し、その後、前記の式（１）の回折格子曲線Ｎ１上の予
定加工軌跡上を加工刃３２をＸ，Ｙ，Ｚ，Ｂ，Ｃの各軸
を図９の制御装置によって移動制御して加工する。
【００５５】加工刃が直方体Ｗの他端側の加工終了点Ｐ
２に到達するまで加工を行う。
【００５６】加工刃のＰ１からＰ２までの加工速度は
５．０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００５７】加工刃３２が前記位置Ｐ２に到達すると、
加工刃３２は次に回折面の中心軸の反対側の加工開始支
点Ｐ３までＸ，Ｙ，Ｃ軸移動が行われる。
【００５８】前記Ｐ３に移動した加工刃３２は前記と同
様の加工速度で、前記式（１）の曲線に沿って加工操作
して加工終了点のＰ４の位置まで加工が進む。
【００５９】Ｐ４位置に到達した加工刃３２は次の回折
溝Ｎ２のＰ５の位置までＸ，Ｙ，Ｚ，Ｂ．Ｃ軸方向の移
動が行われる。
【００６０】図１０は本加工に使用する加工部材３２の
刃部の要部拡大図であり、ダイヤモンドのチップ刃先３
２Ａが保持部材３２にロウ付け固定される。
【００６１】図１１は前記回折格子曲線形状を加工する
図７、８の構成の装置における加工刃と前記直方体の被
加工体との移動姿勢についての説明図である。
【００６２】図７のＹ軸テーブル上に固定支持されてい
る被加工体Ｗは回転テーブル上を図１１図示の角度Θ
度、時計方向に回転操作されて実線位置から点線位置に
移動する。
【００６３】そして、該被加工体の回転移動において、
刃は第一の位置Ｐ０の位置から第二の位置のＰ１の位置
まで移動してその間の回折格子曲線の溝の加工を行う。
【００６４】この場合、刃は被加工体の回転移動に応じ
て刃の姿勢を回折格子曲線に倣うように姿勢制御しなけ
ればならない。
【００６５】本例では図６の初期状態の、Ｂ軸は被加工
面のＸ，Ｙ軸平面に対して平行状態、Ｃ軸はＢ軸に対し
て直交状態であり、刃先の刃部３２Ａも平行位置であ
る。
【００６６】この各軸を操作し、刃先角が図３の中央凹
部Ｇ１の加工軌跡Ｋ１を加工する場合、初期状態から角
度３０分と、加工動作による誤差範囲分の３０分を見込
み、同慶角度１度の傾斜角度を持たせて加工操作する。
【００６７】この傾斜角度の操作により図１１に示す様
に、刃先３２Ａが点線Ｕ１から被加工面の加工軌跡Ｕ２
に加工操作し、加工終了位置近辺における干渉作用を回
避することができる。
【００６８】
【発明の効果】以上のように、本発明は被加工面上に回
折光学素子形状を加工する方法であって、前記被加工面
のＸ，Ｙ，Ｚ各軸の座標軸上に加工刃を回転支持する主
軸を設け、前記主軸に取り付けた加工刃の刃先角が前記
回折光学素子形状の該曲面外周部の加工予定位置との干
渉を避ける角度に傾斜角度を持たせて加工するようにし
たことを特徴とした回折光学格子素子形状の加工方法の
提案により、回折格子素子形状等の微細形状加工を行う
ことができた。
【００６９】更に、回折光学素子形状を成形する金型の
加工する方法であって、前記金型の被加工面のＸ，Ｙ，
Ｚ各軸の座標軸上に加工刃を回転支持する主軸を設け、
前記主軸に取り付けた加工刃の刃先角が前記回折光学素
子形状の該曲面外周部の加工予定位置との干渉を避ける
角度に傾斜角度を持たせて加工するようにしたことを特
徴とした回折光学素子形状を成形する金型の加工方法に
より、微細形状の回折格子素子の成形を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】回折格子素子の説明図。
【図２】回折格子素子を加工する直方体のブランクの説
明図。
【図３】回折格子の溝形状を加工した説明図。
【図４】Ａ−Ａ断面の溝の形状の説明図。
【図５】Ｂ−Ｂ断面の溝の形状の説明図。
【図６】加工状態の説明図。
【図７】加工装置の構成の説明図。
【図８】加工の状態の説明図。
【図９】制御ブロック図。
【図１０】刃の説明図。
【図１１】刃の傾斜作用の説明図。
【図１２】カラー画像形成装置の光学走査系の説明図。
【符号の説明】
１ 半導体レーザー ２ レンズ ４ 開口絞り ８ 偏向器 ２２ Ｘ軸スライダー ２４ Ｙ軸スライダー ２８ Ｚ軸スライダー ２２ａ，２４ａ，２８ａ リニアモータ ３２ 加工刃 ３４ Ｂ軸回転モータ制御手段 ３６ Ｃ軸回転モータ制御手段 ４４ 制御手段 Ｗ 被加工体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被加工面上に回折光学素子形状を加工す
    る方法であって、前記被加工面のＸ，Ｙ，Ｚ各軸の座標
    軸上に加工刃を回転支持する主軸を設け、前記主軸に取
    り付けた加工刃の刃先角が前記回折光学素子形状の該曲
    面外周部の加工予定位置との干渉を避ける角度に傾斜角
    度を持たせて加工するようにしたことを特徴とした回折
    光学格子素子形状の加工方法。
  2. 【請求項２】 回折光学素子形状を成形する金型の加工
    する方法であって、前記金型の被加工面のＸ，Ｙ，Ｚ各
    軸の座標軸上に加工刃を回転支持する主軸を設け、前記
    主軸に取り付けた加工刃の刃先角が前記回折光学素子形
    状の該曲面外周部の加工予定位置との干渉を避ける角度
    に傾斜角度を持たせて加工するようにしたことを特徴と
    した回折光学素子形状を成形する金型の加工方法。
JP11190402A 1999-07-05 1999-07-05 回折光学格子素子形状の加工方法及び回折光学格子素子形状を成形する金型の加工方法 Pending JP2001018108A (ja)

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