JP2005219186A - Machining method - Google Patents

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Hiroyuki Matsuda
裕之 松田
Hide Hosoe
秀 細江
Yuichi Shin
勇一 新
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a machining method which is suitable for machining a forming die for an optical element represented by, for example, a diffraction lens, and can form a highly accurate machined surface. <P>SOLUTION: Because the cutting operation is carried out while a first edge portion T1 is being brought into contact with an optical transfer surface of a rotating die M, and while a diamond tool T is being moved in the direction separating from an optical axis O, the central portion of the die M can be cut in the unworn state of the cutting edge. As a result, the required characteristics of an optical element formed by transferring the die M can be satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a processing method, and more particularly to a processing method suitable for processing a mold for molding an optical element.

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。
特開2003−62707号公報
Conventionally, for optical transfer surface processing of a molding die for a high-precision optical element such as an objective lens for an optical pickup device, the nose radius of the rake face is about 0.1 to 1.5 mm, and the apex angle is 40 to 40. When an R bite made of single crystal diamond of about 60 ° is used, and the optical transfer surface shape is constituted by a single surface expressed by, for example, a general aspheric equation, an ultraprecision machine is used. Thus, it is possible to obtain a highly accurate optical transfer surface only by cutting. On the other hand, when creating an optical transfer surface having a finer shape structure, an R bite having a finer nose radius is used as described in Patent Document 1.
JP 2003-62707 A

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。   By using the R bite having a fine nose radius described in Patent Document 1, a more precise optical transfer surface can be created. By the way, in the field of optical pickup devices in recent years, it is desired to record and / or reproduce information with higher density using a blue-violet laser or the like. Further, at least one of the optical functional surfaces is divided into a plurality of optical functional areas centered on the optical axis, and at least one of the plurality of optical functional areas is divided into a ring-shaped area centered on the optical axis. In addition, there is an attempt to provide a diffraction structure in which a predetermined number of discontinuous steps are provided in each annular zone and the annular zones provided with the discontinuous steps are continuously arranged. However, in order to form such a fine diffractive structure with a step in an optical element, it is necessary to cut the optical surface of the mold deeply in a ring shape with a width of 100 μm or less. However, in the above-described R cutting tool, the edge part interferes, and the annular zone shape cannot be cut with such a narrow width.

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。   The present invention has been made in view of such a problem. For example, the present invention is suitable for processing a mold for molding an optical element represented by a diffractive lens, and provides a processing method capable of forming a highly accurate processed surface. The purpose is to do.

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。
The processing method according to claim 1, wherein the rake face of the cutting edge made of diamond includes a linear portion extending linearly with a length of at least 100 μm in a direction intersecting the rotation axis of the mold. Using a diamond tool formed with one edge and a linear second edge and a third edge that are longer than the first edge and connected to the end of the first edge , At least one optical functional surface is divided into a plurality of optical functional areas centered on the optical axis, and at least one of the plurality of optical functional areas is divided into ring-shaped areas centered on the optical axis, In addition, a predetermined number of discontinuous steps are provided in each annular zone, and a gold for molding an optical element having a diffractive structure in which the annular zones provided with the discontinuous steps are continuously arranged. A processing method for processing an optical transfer surface of a mold,
A step of rotating the mold, and a direction of moving the diamond tool away from the rotation axis and a direction parallel to the rotation axis while contacting the first edge with the optical transfer surface of the rotating mold (The order of movement may be reversed, the same applies hereinafter). The “first edge including a straight line portion” may constitute the first edge portion only from the straight line portion, or another straight line connected to one end portion or both ends of the straight line portion. It means that the first edge may be constituted by a part or an arc.

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。   The present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view (a) and a side view (b) of a diamond tool T as viewed from the rake face side suitable for use in the machining method according to the present invention. In FIG. 1 (a), the diamond tool T extends linearly in a direction perpendicular to the first edge T1 (100 μm or less) of the tip extending linearly and both ends of the first edge T1. The second edge portion T2 and the third edge portion T3 are formed to form a rectangular rake face T5. The second edge T2 is connected to a fourth edge T4 that extends away from the third edge T3. Here, the square shape refers to the end portion (position of the distance β from the tip) on the fourth edge portion T4 side of the shorter second edge portion T2 of the edge portions T2 and T3 extending in parallel with each other. By drawing a line T6 parallel to one edge T1, a region surrounded by the edges T1, T2, T3 and the line T6 is meant. In this specification, the term “edges are connected to each other” means that the edges are indirectly connected via other single or plural straight lines and / or arcs in addition to the case where the edges are directly connected to each other. Including cases.

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。   FIG. 2 is a perspective view of the mold M after being processed using the diamond tool of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic enlarged sectional view of the optical transfer surface. The mold M processed by the processing method of the present invention has at least one optical function surface divided into a plurality of optical function areas centered on the optical axis, and at least one of the plurality of optical function areas is a light beam. It is divided into ring-shaped regions centered on the axis, and each ring zone has a predetermined number of discontinuous steps, and the ring zones with the discontinuous steps are continuously arranged. It is suitable for use in molding an optical element having a certain diffractive structure. Such a diffractive structure has a stepped cross section, and is complementary to the optical transfer surface of the mold M as shown in FIG. -Preferably, copper plating is applied). In FIG. 3, the diamond tool T is movable in the X-axis direction (also referred to as a direction away from the rotation axis) and the Z-axis direction (also referred to as a direction parallel to the rotation axis of the mold). In the present specification, the “cutting direction” refers to a direction parallel to the rotation axis and approaching the mold.

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。   An example of the processing method of the present invention is as follows. First, as shown in FIG. 3, the mold M is rotated around an optical axis (also referred to as a rotation axis) O, and the first edge T1 of the diamond tool T is While being pressed against the optical transfer surface (here, the upper surface) of the mold M, the optical axis O is moved from the optical axis O toward the outer peripheral side (in the X-axis direction), and at the reference position (dotted line position) with respect to the optical axis O. And move in a direction (Z-axis direction) further pressed against the mold M in parallel. Then, the diamond tool T cuts the optical transfer surface of the mold M to form a ring-shaped groove, but the bottom surface of the groove is cut by the first edge T1, and the side surface of the groove is the second edge. Cutting is performed by the portion T2 and the third edge T3. Further, when the diamond tool T is moved away from the optical axis O while maintaining the position in the Z-axis direction, the side surface (inner peripheral surface) far from the optical axis O of the groove is cut by the second edge T2. Then, when further moved in the cutting direction, a part of the bottom surface of the groove is cut by the first edge T1. By repeating this multiple times, a structure having a stepped cross section is formed. After cutting to a predetermined depth, the diamond tool T is moved away from the mold M, and when the first edge T1 returns to the surface of the optical transfer surface or the vicinity thereof, the diamond tool is moved to the next reference position. All grooves can be processed by moving T in a direction away from the optical axis O, cutting an adjacent groove, and repeating this.

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。   Here, it is considered that a structure having a stepped cross section is formed while moving the diamond tool T from the outer peripheral side. In this case, the peripheral portion of the mold M is processed by the diamond tool T that is not worn, and the central portion near the optical axis of the mold M is processed by the worn diamond tool T. Here, when an optical element molded using the mold M is considered, a region that generally requires good optical characteristics is the central portion of the optical element. However, if the central portion of the mold M is processed by the worn diamond tool T, sufficient accuracy of the central portion of the optical element to be transferred cannot be secured, and the required optical characteristics may not be obtained. There is.

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。   On the other hand, according to the processing method of the present invention, as shown in FIG. 3, the diamond tool T is moved along the optical axis O while the first edge T1 is brought into contact with the optical transfer surface of the rotating mold M. Since the cutting is performed while moving away from the center, the central portion of the mold M can be cut without being worn, and the required characteristics of the optical element transferred and formed by the mold M can be satisfied. It becomes possible.

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。   In addition, the central portion of the mold M has a low peripheral speed, so that the cutting efficiency may be poor, and there is a problem that it takes a long time to cut and a clean cutting surface cannot be obtained using a worn diamond tool. . On the other hand, according to the processing method of the present invention, as shown in FIG. 3, the diamond tool T is moved along the optical axis O while the first edge T1 is brought into contact with the optical transfer surface of the rotating mold M. Since the cutting process is performed while moving away from the center, the cutting time can be reduced and a clean cutting surface can be obtained by cutting the central part of the mold M without being worn. .

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。   Furthermore, as shown in FIG. 3, the present invention has the following advantages when a stepped groove that gradually decreases toward the outer periphery is formed in the mold M. First, let us consider processing and forming such a step-shaped groove while moving the diamond tool T from the outer peripheral side. In such a case, an angle C1 at which the first edge T1 and the third edge T3 of the diamond tool T intersect with each other continues to cut the mold M during the processing, so that the amount of wear increases. FIG. 8 shows a photomicrograph of the tip of the diamond tool without wear, and FIG. 9 shows a photomicrograph of the tip of the worn diamond tool.

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。   As is clear from the above, when a diamond-shaped tool T having a worn corner C1 as shown in FIG. 9 is used to process and form a stepped structure consisting of a plurality of steps, as shown in FIG. The corners of the stepped portion are bent, and when the optical element is molded using the mold M, there is a possibility that the optical characteristics of the diffractive structure are deteriorated.

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。   In contrast, according to the processing direction of the present invention, as shown in FIG. 3, the diamond tool T is moved along the optical axis O while the first edge T1 is brought into contact with the optical transfer surface of the rotating mold M. Since the cutting is performed while moving away from the corner C2, the wear amount is large at the angle C2 at which the first edge T1 and the second edge T2 of the diamond tool T intersect. Wear is suppressed at the corner C1 at which the first edge T1 and the third edge T3 intersect, and therefore the corner of the step is sag when a stepped structure having a plurality of steps is formed. Therefore, the mold M that can mold an optical element having good optical characteristics can be processed.

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。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the machining method according to the first aspect, wherein the diamond tool is moved in a cutting direction in which the optical transfer surface of the mold is cut and then moved away from the rotation axis. Is performed a plurality of times.

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。   According to a third aspect of the present invention, in the invention of the second aspect, the length of the first edge portion of the diamond tool is smaller than the minimum width of the step portion of the optical element in the direction perpendicular to the optical axis. It is characterized by that. Depending on the type of diffractive structure provided in the optical element, the optical axis orthogonal width of the step portion may be different. In this case, the length α (see FIG. 1A) of the first edge T1 of the diamond tool is set. If the width is smaller than the minimum width B (see FIG. 3), grooves corresponding to all the diffractive structures can be formed.

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。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a processing method including: a straight portion extending linearly with a length of at least 100 μm in a direction intersecting a rotation axis of a mold on a rake face of a cutting edge made of diamond. Using a diamond tool formed with one edge and a linear second edge and a third edge that are longer than the first edge and connected to the end of the first edge , At least one optical functional surface is divided into a plurality of optical functional areas centered on the optical axis, and at least one of the plurality of optical functional areas is divided into ring-shaped areas centered on the optical axis, In addition, a predetermined number of discontinuous steps are provided in each annular zone, and a gold for molding an optical element having a diffractive structure in which the annular zones provided with the discontinuous steps are continuously arranged. A processing method for processing an optical transfer surface of a mold,
The diamond tool is moved to a position intersecting the rotation axis while the first edge is in contact with the rotating optical transfer surface of the mold, and the step of rotating the mold, And moving the diamond tool in a direction away from the rotation axis and in a direction parallel to the rotation axis.

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)。   The present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic enlarged sectional view of the optical transfer surface of the mold. As described above, the cutting efficiency is poor at the center of the mold M because the peripheral speed is low. Therefore, in the processing method of the present invention, first, the diamond tool T is moved to the initial position indicated by the dotted line in FIG. 5 and then the mold M is rotated, so that the position intersects the rotation axis, that is, the optical axis O. Move to (see thick arrow). Thereby, the processing of the central portion of the mold M can be performed using the diamond tool T with little or no wear. Thereafter, similarly to the above-described invention, the diamond tool T moved to the reference position is moved in a direction (Z-axis direction) further pressed against the mold M in parallel with the optical axis O, and then in the Z-axis direction. While maintaining this position, the diamond tool T is moved away from the optical axis O, and further moved in the cutting direction. By repeating this multiple times, a structure having a stepped cross section is formed. After cutting to a predetermined depth, the diamond tool T is moved away from the mold M, and when the first edge T1 returns to the surface of the optical transfer surface or the vicinity thereof, the diamond tool is moved to the next reference position. By moving T in a direction away from the optical axis O, the adjacent groove is cut, and this can be repeated to process all the grooves (see thin arrows).

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。   According to a fifth aspect of the present invention, in the processing method according to the fourth aspect, the diamond tool is moved in a cutting direction in which the optical transfer surface of the mold is cut and then moved away from the rotation axis. Is performed a plurality of times.

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。   According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, the length of the first edge portion of the diamond tool is smaller than the minimum width in the direction perpendicular to the optical axis of the step portion of the optical element. It is characterized by that.

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。   A processing method according to a seventh aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, nickel / adjacent / copper plating is applied to the optical transfer surface of the mold. In particular, nickel / neighboring / copper plating is excellent in machinability, so that a long tool life can be secured. Incidentally, nickel / adjacent plating may be used on the optical transfer surface, and a similar effect can be obtained by coating copper, aluminum, metallic glass or the like.

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。   Here, as the “optical element”, for example, a lens, a prism, a diffraction grating optical element (diffraction lens, diffraction prism, diffraction plate, chromatic aberration correction element), an optical filter (spatial low-pass filter, wavelength band-pass filter, wavelength low-pass filter, wavelength High pass filters, etc.), polarizing filters (analyzer, optical rotator, polarization separating prism, etc.), and phase filters (phase plates, holograms, etc.), but are not limited thereto.

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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is suitable for the process of the metal mold | die for optical elements represented by a diffraction lens, for example, and can provide the processing method which can form a highly accurate processed surface.

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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a perspective view of a two-axis ultraprecision machine 10 that is a preferred embodiment for carrying out the machining method according to the first to seventh aspects of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view of a diamond tool. FIG. In the two-axis ultraprecision machine 10 shown in FIG. 7, an X-axis table 2 that is driven in the X-axis direction by a control device (not shown) is disposed on a pedestal 1. On the X-axis table 2, a diamond tool T is attached. A Z-axis table 4 driven in the Z-axis direction by a control device (not shown) is disposed on the base 1. On the Z-axis table 4, a main shaft (rotating shaft) 5 that is rotationally driven by a control device (not shown) is attached. The main shaft 5 can be attached with an optical element molding die (see FIG. 2) having a transfer optical surface to be processed. The diamond tool T has a diamond tip Tc attached to its tip, and its shape is the same as that shown in FIG.

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。 According to the machining method according to the present embodiment, the spindle 5 and the X / Z axis tables 2 and 4 have extremely high rigidity, and an ultra-precision machining machine having an axis control resolution of 100 nm or less is used to work the spindle 5 with a workpiece. A die for forming an optical element is attached, rotated at a spindle rotation speed of 1000 min −1 , and the cutting point of the cutting edge is being processed by the diamond tool T under conditions of a cutting depth of 1 μm and a feed of 0.2 mm / min. The groove corresponding to the diffractive structure including the step-like annular zone as shown in FIG. 3 can be created on the optical transfer surface of the mold by cutting in the ductile mode so that it moves continuously. it can.

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。   The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the processing method of the present invention can be used in addition to processing a molding die for optical elements. Further, in the diamond tool used in the processing method of the present invention, the shape of the rake face may not be a square shape, but may be a tapered shape with a narrower base side than the first edge.

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。It is the figure (a) seen from the rake face side of the front-end | tip of the diamond tool T suitable for using for the processing method concerning this invention, and its side view (b). 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。It is a perspective view of the metal mold | die M after processing using the diamond tool of FIG. 金型Mの光学転写面の概略拡大断面図である。2 is a schematic enlarged cross-sectional view of an optical transfer surface of a mold M. FIG. 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。3 is a schematic enlarged cross-sectional view showing a relationship between a cutting edge shape of a diamond tool T and a step shape of a mold M. FIG. 金型Mの光学転写面の概略拡大断面図である。2 is a schematic enlarged cross-sectional view of an optical transfer surface of a mold M. FIG. 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。1 is a perspective view of a biaxial ultraprecision machine 10 that is a preferred embodiment for executing a machining method according to the present invention. ダイヤモンド工具の斜視図である。It is a perspective view of a diamond tool. 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。It is a microscope picture which shows the front-end | tip of a diamond tool without abrasion. 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。It is a microscope picture which shows the front-end | tip of the worn diamond tool.

符号の説明Explanation of symbols

M 金型
T ダイヤモンド工具
10 超精密加工機

M Mold T Diamond tool 10 Ultra-precision machine

Claims (7)

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。
A first edge portion including a straight portion extending linearly at a length of at least 100 μm in a direction intersecting the rotation axis of the mold on the rake face of the cutting edge made of diamond; Using a diamond tool that is longer than the edge and has a linear second edge and a third edge connected to the end of the first edge, at least one of the optical functional surfaces is an optical axis Is divided into a plurality of optical function areas, at least one of the plurality of optical function areas is divided into ring-shaped areas centering on the optical axis, and a predetermined number of discontinuities in each ring zone Processing method for processing an optical transfer surface of a mold for forming an optical element having a diffractive structure in which a step is provided and a ring zone provided with the discontinuous step is continuously arranged Because
Rotating the mold;
Moving the diamond tool in a direction away from the rotation axis and in a direction parallel to the rotation axis while bringing the first edge into contact with the optical transfer surface of the rotating mold. A processing method characterized by
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。   The processing method according to claim 1, wherein the step of moving the diamond tool in a cutting direction for cutting an optical transfer surface of the mold and then moving in a direction away from the rotation shaft is performed a plurality of times. 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。   The length of the 1st edge part of the said diamond tool is smaller than the minimum width | variety of the optical axis orthogonal direction of the said step part of the said optical element, The processing method of Claim 2 characterized by the above-mentioned. 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。
A first edge portion including a straight portion extending linearly at a length of at least 100 μm in a direction intersecting the rotation axis of the mold on the rake face of the cutting edge made of diamond; Using a diamond tool that is longer than the edge and has a linear second edge and a third edge connected to the end of the first edge, at least one of the optical functional surfaces is an optical axis Is divided into a plurality of optical function areas, at least one of the plurality of optical function areas is divided into ring-shaped areas centering on the optical axis, and a predetermined number of discontinuities in each ring zone Processing method for processing an optical transfer surface of a mold for forming an optical element having a diffractive structure in which a step is provided and a ring zone provided with the discontinuous step is continuously arranged Because
Rotating the mold;
The diamond tool is moved to a position intersecting the rotation axis while the first edge is brought into contact with the optical transfer surface of the rotating mold, and then the diamond tool is moved away from the rotation axis. Moving in a direction parallel to the direction and the rotation axis.
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。   5. The processing method according to claim 4, wherein the step of moving the diamond tool in a cutting direction for cutting the optical transfer surface of the mold and then moving in a direction away from the rotation shaft is performed a plurality of times. 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。   The length of the 1st edge part of the said diamond tool is smaller than the minimum width | variety of the optical axis orthogonal direction of the said step part of the said optical element, The processing method of Claim 5 characterized by the above-mentioned. 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。

The processing method according to claim 1, wherein the optical transfer surface of the mold is subjected to nickel / adjacent / copper plating.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003145321A (en) * 2001-11-12 2003-05-20 Allied Material Corp Monocrystal diamond turning tool

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