JP3249081B2 - 回折面形状及び光学素子の製造方法 - Google Patents
回折面形状及び光学素子の製造方法Info
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Description
学素子又は金型等に適用する回折面形状及び光学素子の
製造方法、及びそれに用いられる工具、金型により形成
された回折光学素子に関するものである。
ンド工具などを並進させながら回折面形状を加工する方
法には、先端に微小な面取りを設け先端角度が鋭角の形
状をした工具を用いることが、1992年度精密工学会
春季大会学術講演会講演論文集:オムロン株式会社「フ
レネルレンズ金型の超精密切削加工」に開示されてい
る。
来例では次のような不具合が発生する。 (1) ダイヤモンド工具の摩耗により回折面形状が正確に
加工できない。 (2) ダイヤモンド工具の先端の面取りにより、回折格子
の底部形状及び格子高さを正確に加工できない。 (3) 回折機能を有する斜面部分の粗さが大きくなる。
所望の正確な回折面形状を容易に切削し得る回折面形状
の製造及び光学素子の方法を提供することにある。
の本発明に係る回折面形状の製造方法は、切削すべき回
折面と切削工具とを相対的に回転させると共に並進移動
させながら回折面形状を製造する方法において、回折機
能を有する斜面は前記工具先端の横切刃により切削し、
該横切刃の長さは前記斜面の長さよりも短くし、前記横
切刃の長さ方向を前記切削すべき斜面に対し30°以下
になるように取り付け、前記工具を前記斜面の低所から
高所に向けて前記30°以下の方向に相対的に移動して
切削することを特徴とする。
学素子の製造方法は、切削すべき回折面と切削工具とを
相対的に回転させると共に並進移動させながら表面に回
折面形状を形成する光学素子の製造方法において、前記
表面を、回折機能を有する斜面は前記工具先端の横切刃
により切削し、該横切刃の長さは前記斜面の長さよりも
短くし、前記横切刃の長さ方向を前記切削すべき斜面に
対し30°以下になるように取り付け、前記工具を前記
斜面の低所から高所に向けて前記30°以下の方向に相
対的に移動して切削することを特徴とする。
詳細に説明する。図1は本実施例で用いるダイヤモンド
工具1の先端形状、図2、図3は比較用として用いた2
種類のダイヤモンドから成る比較用工具A、Bの先端形
状を示している。ダイヤモンド工具1の先端のノーズ2
の前切刃3と横切刃4の角度、つまりノーズ角εは85
°であり、横切刃4の長さLは5μmとしている。ま
た、工具A、Bのノーズ角εは同様に85°であるが、
工具A、Bにおいては横切刃4の長さは大きく、特に工
具Bにおいてはノーズ2の先端はR=0.5μmの曲率
を有している。
C制御加工機の斜視図を示し、図4の加工機は切削すべ
き金型11を回転軸12に取り付け、工具1をXYZテ
ーブル13に取り付けており、図5の加工機では逆に、
工具1を回転軸12に取り付け、金型11をXYZテー
ブル13に取り付けている。なお、実施例では図4の加
工機を用いている。
プラスチック回折光学素子を得るための金型11の製造
する場合において、例えば所望の回折面形状は円板状の
平面上に回折格子が100本であり、格子高さhは全て
1μm、格子間隔は最内周でdi=500μm、最外周
でdo=50μmであり、最内周から最外周に向かい格
子間隔が順次に減少する形状とする。例えば、金型11
の表面には加工層として無電解ニッケルメッキが約15
0μmの厚さで施し、母材としてプラスチック金型用鋼
材を用いる。
は、図6に示すように被加工面Sの回折機能を有する斜
面Iと、この斜面Iを加工する横切刃4により作られる
角度α1が、2〜3°になるように設定する。
転軸12を毎分7000回転で回転させると共に、XY
Zテーブル13をプログラム制御により、ダイヤモンド
工具1のノーズ2が図6の矢印で示すように金型11の
中心Oから外周方向に向かうと共に斜面Iを低所から高
所に向かい、毎分1.3mmの移動速度で並進移動して
所望の回折面形状が得られるように移動させる。また、
このときのダイヤモンド工具1による無電解ニッケルメ
ッキの加工深さは、例えば約5μmである。
様の方法により、金型11の被加工面Sの回折機能を有
する斜面Iと、この斜面Iを加工する工具A、Bの横切
刃4より作られる角度α1が2〜3°になるように設定
し、同様に加工を行った。
比較用の2種類の形状のダイヤモンド工具A、Bにより
加工した回折面の状態は下記の通りである。
工方法では、回折格子の全面に渡り所望の形状を形成す
ることができる。
工面が粗くなり、これは斜面Iの創生時に、工具A、B
の横切刃4と創生される斜面Iとの角度2〜3°の隙間
に、加工により発生した切り屑を巻き込むためと考えら
れる。本実施例では、切り屑の巻き込み原因となる工具
1の横切刃4の長さLが5μmと短く、切り屑を巻込む
確率が減少したため斜面Iの粗さが良好であったものと
考えられる。
に切り屑を巻き込み図7に示すように斜面Iの座部は多
段形状になり、比較用工具Bでは先端の曲率をそのまま
転写して図8に示すように斜面Iの座面は丸底形状にな
る。格子高さhも比較用工具A、Bでの溝底部形状の乱
れにより、所望の値から0.1〜0.2μmの誤差が生
じている。
造する場合について説明する。所望の回折面形状は円形
状の平面上に回折格子が100本であり、格子高さhは
全て5μm、格子間隔は最内周でdi=500μm、最
外周でdo=50μmであり、その間隔は最内周から最
外周に向かい順次に減少する形状である。
示し、横切刃4の長さLは5μmとし、図10は比較用
として用いたノーズ2の先端に微小な面取りのある比較
用工具Cの先端形状を示し、共にノーズ角εは82°で
ある。第1の実施例と同様に、この加工には図4に示す
XYZ3軸NC制御加工機を用いた。
軸12に取り付け、ダイヤモンド工具1’をXYZテー
ブル13上に取り付ける。このとき、アクリル板14の
被加工面Sと工具1’の位置関係は、図11に示すよう
に被加工面Sの回折機能を有する斜面Iと、この斜面I
を加工するダイヤモンド工具1’の横切刃4により作ら
れる角度α2が0.5〜5.6°になるように設定す
る。
ると共に、XYZテーブル13をプログラム制御によ
り、ダイヤモンド工具1’が図11の直線による矢印に
示すようにアクリル板14の中心Oから外周方面に向か
って、かつ斜面Iの低所から高所に向かい、毎分1.2
mmの移動速度で所望の回折面形状が得られるように並
進移動させる。また、加工方法の比較例として、ダイヤ
モンド工具1’、比較用工具Cの並進方向を外周方面か
ら中心Oとする加工も行った。
2に示すように被加工面Sの回折機能を有する斜面I
と、この斜面Iを加工する比較用工具Cの横切刃4によ
り作られる角度α2を、0.5〜5.6°になるように
設定して加工を行った。
加工深さは、最小で約5μm、最大で約25μmであっ
た。
び比較用工具Cにより、それぞれ並進方向を換えた加工
方法により創生した回折面の状態は次の通りである。
の全面に渡り所望形状を形成することができる。一方、
比較用工具Cによる加工では、斜面Iが粗くなったが、
これは第1の実施例と同様に横切刃4と創生される斜面
Iの隙間に発生した切り屑を巻込むためと考えられる。
工具1’では、横切刃4の長さLが5μmと短く、切り
屑を巻込む確率が減少したために斜面粗さが良好であっ
たと考えられる。
屑を巻込み多段形状となる。格子高さhも比較用工具C
での溝底部形状の乱れにより、所望の値から0.1〜
0.2μmの誤差が生じた。
は、工具1’、比較用工具Cの何れも斜面Iの粗さが大
きい。これは、取り代の関係等から工具先端が劣化し易
く、正規の加工が行われず斜面Iがささくれた状態にな
ったためと考えられる。更に、比較用工具Cでの溝底部
形状は、工具Cの先端面取り形状を転写したため格子高
さhが約0.1μm不足した。
ルメッキの金型11を用いて、光学アクリル樹脂の射出
成形を行った結果、金型11の回折光学素子の形状が転
写誤差±2%以内で転写でき、良好な形状の回折光学素
子が得られた。
硬合金上のニッケル及びリンを主成分とする蒸着膜を加
工して、更に窒化チタンとダイヤモンド状炭素膜を形成
した金型を用いて、光学ガラスの加圧成形を行った結
果、金型11の回折光学素子形状が転写誤差±4%以内
で転写でき、良好な形状の回折光学素子が得られた。
形状及び光学素子の製造方法によれば、加工工具の形状
を選定し、加工面と加工工具の位置関係及び加工工具の
移動方向を適正な状態にすることで、表面状態の良好な
所望形状の回折格子面を得られる。
である。
である。
である。
明図である。
明図である。
面図である。
図である。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 切削すべき回折面と切削工具とを相対的
に回転させると共に並進移動させながら回折面形状を製
造する方法において、回折機能を有する斜面は前記工具
先端の横切刃により切削し、該横切刃の長さは前記斜面
の長さよりも短くし、前記横切刃の長さ方向を前記切削
すべき斜面に対し30°以下になるように取り付け、前
記工具を前記斜面の低所から高所に向けて前記30°以
下の方向に相対的に移動して切削することを特徴とする
回折面形状の製造方法。 - 【請求項2】 前記切削工具の横切刃の長さは2μmよ
り大きくした請求項1に記載の回折面形状の製造方法。 - 【請求項3】 前記切削工具はダイヤモンド工具とした
請求項2に記載の回折面形状の製造方法。 - 【請求項4】 切削すべき回折面と切削工具とを相対的
に回転させると共に並進移動させながら表面に回折面形
状を形成する光学素子の製造方法において、前記表面
を、回折機能を有する斜面は前記工具先端の横切刃によ
り切削し、該横切刃の長さは前記斜面の長さよりも短く
し、前記横切刃の長さ方向を前記切削すべき斜面に対し
30°以下になるように取り付け、前記工具を前記斜面
の低所から高所に向けて前記30°以下の方向に相対的
に移動して切削することを特徴とする光学素子の製造方
法。 - 【請求項5】 前記回折面形状はレンズ部材のプラスチ
ック表面とした請求項4に記載の光学素子の製造方法。 - 【請求項6】 請求項1又は4に記載の製造方法に用い
る工具。 - 【請求項7】 請求項4に記載の製造方法により製造し
た回折面形状を持つプラスチックレンズ部材。 - 【請求項8】 請求項1又は4に記載の製造方法により
製造した回折面形状を持つ型部材。 - 【請求項9】 請求項8の型により成形した回折面形状
を持つレンズ部材。
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