JP4164314B2 - 光学部材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フレネルレンズ等の光学部材の製造方法に関し、より詳細には、精度の高い同心の複数の楕円形溝を有する光学部材が容易に製造可能な光学部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光学部材、例えばフレネルレンズにおいては、同心の複数の円形溝が形成されたものが一般的である。しかし、特開平２０００−１３１５１０号の図４（ｃ）にもあるように、同心の複数の楕円形溝を形成したフレネルレンズも存在する。このような複数の楕円形溝を有するフレネルレンズは、光ピックアップ装置等において非点収差を発生、又は打消したり、ビーム整形等ビームの形状を変更したりする部材として利用できる。複数の楕円形溝を有するフレネルレンズは、現在光ピックアップ装置等において非点収差を発生、又は打消すために用いられている円筒レンズやトーリックレンズよりも薄板で形成することができ、これを用いれば装置の小型化が可能となる。このようなことから、同心の複数の楕円形溝を有する光学部材の需要は今後増加すると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光学部材に溝を形成する場合、その溝の形状は非常に高い精度が要求される。例えば０．５μｍ程度の波長の光を扱うフレネルレンズの場合、溝の深さ方向の誤差は±数十ｎｍ以内である必要がある。このような光学部材又は光学部材を成形するための金型にバイト等の切削工具によってこのような溝を形成する場合には、その刃先の切削方向を切削点における曲線の接線方向に向けることが、溝の形状の精度を保つためには重要となってくる。刃先の切削方向が接線方向に向いていなければ、刃先以外の部分が光学部材又は金型に接触して切削を行うこととなり、望ましい溝の形状が得られないからである。
【０００４】
円形溝を形成する場合にはその径が一定であるため、光学部材又は金型を回転させ、切削工具を一定位置に固定して切込めば、おのずと刃先の切削方向と円の接線方向は一致する。しかし、楕円形溝を形成する場合には、径が場所ごとに異なることから、刃先の切削方向を形成しようとする楕円形溝の接線方向に相対的に移動させる必要がある。このため、光学部材又は金型に楕円形溝を形成することは、円形溝を形成する場合に比べてその加工が非常に難しい。
【０００５】
楕円形溝を形成する方法としては、光学部材又は金型を固定し、光学部材上又は金型上を楕円の軌跡を描くように切削工具を移動させながら、切削点における刃先の切削方向を常に接線方向に向くように常時変化させる方法が考えられる。また逆に、光学部材又は金型を回転させて、同じく刃先の切削方向を常に楕円の接線方向に向くように常時変化させながら切削工具を移動させて楕円形溝を形成する方法も考えられる。
だが、切削の際に刃先の切削方向が楕円形溝の接線方向を向くように常時変化させることは困難であり、現実的な製造方法とは言い難い。また、仮にこのような方法によって光学部材または金型に楕円形溝を形成しようとしても、精度の高い楕円形溝を形成することは難しい。
【０００６】
本発明は、以上のような点を鑑みてなされたものであり、同心の複数の楕円形溝を有する光学部材を、切削工具の切削方向を変化させることなく、容易に精度よく製造できる光学部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る光学部材の製造方法は、回転する基材の表面に切削工具による切削加工によって同心の複数の楕円形溝を形成する光学部材の製造方法において、
切削工具の切削方向を固定させ、基材上の切削点において形成しようとする楕円形溝の接線方向と切削工具の切削方向が一致するように、切削工具を基材の回転に同期させて基材の回転面と平行な方向に移動させながら所定の深さまで切込み、
基材の楕円形溝の中心を原点とするＸ−Ｙ座標系において、θを楕円形溝の長軸、短軸がそれぞれＸ軸、Ｙ軸と一致した時点を０度又は１８０度とする原点を中心とした基材の回転角とし、ａ、ｂをそれぞれ楕円形溝の長軸半径、短軸半径とすると共に、ｘ、ｙをそれぞれ切削工具による切削点の位置としたときに、切削点の位置が次の数式（１）
【数１】

の関係を満たすように切削工具を移動することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光学部材の製造方法は、回転する金型の表面に切削工具による切削加工によって同心の複数の楕円形溝を形成した金型により成形する光学部材の製造方法において、
切削工具の切削方向を固定させ、金型上の切削点において形成しようとする楕円形溝の接線方向と切削工具の切削方向が一致するように、切削工具を金型の回転に同期させて金型の回転面と平行な方向に移動させながら所定の深さまで切込んで複数の同心の楕円形溝を形成した金型によって成形し、
金型の楕円形溝の中心を原点とするＸ−Ｙ座標系において、θを楕円形溝の長軸、短軸がそれぞれＸ軸、Ｙ軸と一致した時点を０度又は１８０度とする原点を中心とした金型の回転角とし、ａ、ｂをそれぞれ楕円形溝の長軸半径、短軸半径とすると共に、ｘ、ｙをそれぞれ切削工具による切削点の位置としたときに、切削点の位置が次の数式（２）
【数２】

の関係を満たすように切削工具を移動することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光学部材の製造方法の実施の形態を、添付図面を参照しつつ説明する。図１はバイトによるフレネルレンズ基板の切削状況を示す斜視図、図２、図３はそれぞれ、フレネルレンズ基板（回転角０度、３０度）とバイトの位置関係を示す図であり、また図４は同心の複数の楕円形溝を有するフレネルレンズの斜視図である。
【００１２】
本実施形態では、図４に示すような、同心の複数の楕円形溝１０、１０を有するフレネルレンズ１の製造方法について示す。図１に示すように、例えば透明なアクリル樹脂からなる楕円状の外形を有するフレネルレンズ基板２を、旋盤のチャック（図示せず）に保持する。このとき、フレネルレンズ基板２上に形成しようとする楕円形溝１０の中心と旋盤の回転軸心２１が一致するように、かつフレネルレンズ基板２の回転面２ａと旋盤の回転軸心２１とが直交するようにフレネルレンズ基板２を保持する。
なお、ここではフレネルレンズ１の製造方法について示すが、本発明はこれに限らず、楕円形溝を有する光学部材を製造する際に広く利用可能である。
【００１３】
旋盤のチャックによってフレネルレンズ基板２を保持した後、切削工具たるバイト３をセットする。ここで、バイト３の刃先３ａが常に一定の切削方向、ここでは水平線２２に対して常に直角方向を向くように保持される。ついで、チャックが連結されている主軸（図示せず）を矢印２３の方向に回転させ、バイト３をフレネルレンズ基板２の回転面２ａに対して垂直な矢印２４の方向に所定の溝幅かつ所定の溝深さとなるように切込む。
【００１４】
バイト３を回転面２ａに対して垂直な矢印２４の方向に切込むと共に、フレネルレンズ基板２の回転に同期させてバイト３を回転面２ａに平行に移動させる。具体的には、フレネルレンズ基板２上の楕円形溝１０の中心を原点とするＸ−Ｙ座標系において、θを楕円形溝１０の長軸、短軸がそれぞれＸ軸、Ｙ軸と一致した時点を０度又は１８０度とする原点を中心としたフレネルレンズ基板２の回転角とし、ａ、ｂをそれぞれ楕円形溝１０の長軸半径、短軸半径とすると共に、ｘ、ｙをそれぞれバイト３の刃先３ａによる切削点の位置としたときに、切削点の位置が次の数式（１）
【数５】

の関係を満たすようにバイト３を移動する。
【００１５】
このフレネルレンズ基板２とバイト３の位置関係の例を図２、図３に示す。ここでは一例として長軸３mm、短軸1.5mmの楕円形溝１０を形成する場合について示す。フレネルレンズ基板２の外形の楕円は長軸４mm、短軸２mmとする。２５はバイト３の刃先３ａによる切削点の軌跡を表す。
【００１６】
図２、図３からもわかるように、例えばフレネルレンズ基板２を３０度回転させた場合、当然フレネルレンズ基板２上の楕円形溝１０は回転するが、この回転に同期して、バイト３の刃先３ａによる切削点が図２の２５ａから図３の２５ｂまで軌跡２５上を移動するように、バイト３を移動させる。このようにして、フレネルレンズ基板２が１８０度回転する間にバイト３の刃先３ａが時計回りに軌跡２５上を一回転移動するように、バイト３を連続的に移動して楕円形溝１０を形成する。
このようにフレネルレンズ基板２の回転に同期させて、バイト３を移動させることにより、バイト３の刃先３ａを常に一定の切削方向に向けつつも、バイト３の刃先３ａの切削方向と切削点における楕円形溝１０の接線方向が常に一致し、精度の高い楕円形溝１０を形成することが可能となる。
同様にして、所望の溝数だけ上記作業をさらに繰り返し、図４に示すような同心の複数の楕円形溝１０、１０を有するフレネルレンズ１を得る。
【００１７】
以上、本発明に係る光学部材の製造方法の実施の形態について説明した。上記実施形態では、フレネルレンズを例に挙げ、同心の複数の楕円形溝を有する光学部材を切削工具たるバイトによって直接製造する方法を示した。しかし、このような光学部材を成形するための金型に同心の複数の楕円形溝を形成し、この金型によって光学部材を成形することも可能である。この場合は、成形しようとする光学部材の楕円形溝と凹凸を反転させた楕円形溝を、金型に形成することになる。金型に対する楕円形溝の形成方法については上記実施形態と同様である。また、切削工具に関してもバイトに限られず、切削対象によって適宜最適なものを選択する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係る光学部材の製造方法によれば、切削工具の切削方向を固定させ、基材上又は金型上の切削点において形成しようとする楕円形溝の接線方向と切削工具の切削方向が一致するように、切削工具を基材又は金型の回転に同期させて基材又は金型の回転面と平行な方向に移動させながら所定の深さまで切込むことから、切削工具の切削方向を変化させることなく切削方向と接線方向を一致させることができるので、容易に精度の高い同心の複数の楕円形溝を有する光学部材を製造することができる。または容易に精度の高い同心の複数の楕円形溝を有する金型を形成して、この金型を用いて精度の高い同心の複数の楕円形溝を有する光学部材を製造することができる。
【００１９】
また、本発明に係る光学部材の製造方法によれば、切削工具を数式に表された関係に基づいて移動させることから、数値制御旋盤等によって正確に切削工具を移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バイトによるフレネルレンズ基板の切削状況を示す斜視図である。
【図２】フレネルレンズ基板（回転角０度）とバイトの位置関係を示す図である。
【図３】フレネルレンズ基板（回転角３０度）とバイトの位置関係を示す図である。
【図４】同心の複数の楕円形溝を有するフレネルレンズの斜視図である。
【符号の説明】
１ フレネルレンズ
２ フレネルレンズ基板
２ａ 回転面
３ バイト
１０ 楕円形溝

Claims (2)

1. 回転する基材の表面に切削工具による切削加工によって同心の複数の楕円形溝を形成する光学部材の製造方法において、
   切削工具の切削方向を固定させ、基材上の切削点において形成しようとする楕円形溝の接線方向と切削工具の切削方向が一致するように、切削工具を基材の回転に同期させて基材の回転面と平行な方向に移動させながら所定の深さまで切込み、
   基材の楕円形溝の中心を原点とするＸ−Ｙ座標系において、θを楕円形溝の長軸、短軸がそれぞれＸ軸、Ｙ軸と一致した時点を０度又は１８０度とする原点を中心とした基材の回転角とし、ａ、ｂをそれぞれ楕円形溝の長軸半径、短軸半径とすると共に、ｘ、ｙをそれぞれ切削工具による切削点の位置としたときに、切削点の位置が次の数式（１）
   

   

   の関係を満たすように切削工具を移動することを特徴とする光学部材の製造方法。
2. 回転する金型の表面に切削工具による切削加工によって同心の複数の楕円形溝を形成した金型により成形する光学部材の製造方法において、
   切削工具の切削方向を固定させ、金型上の切削点において形成しようとする楕円形溝の接線方向と切削工具の切削方向が一致するように、切削工具を金型の回転に同期させて金型の回転面と平行な方向に移動させながら所定の深さまで切込んで複数の同心の楕円形溝を形成した金型によって成形し、
   金型の楕円形溝の中心を原点とするＸ−Ｙ座標系において、θを楕円形溝の長軸、短軸がそれぞれＸ軸、Ｙ軸と一致した時点を０度又は１８０度とする原点を中心とした金型の回転角とし、ａ、ｂをそれぞれ楕円形溝の長軸半径、短軸半径とすると共に、ｘ、ｙをそれぞれ切削工具による切削点の位置としたときに、切削点の位置が次の数式（２）
   

   

   の関係を満たすように切削工具を移動することを特徴とする光学部材の製造方法。

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