JP6515927B2 - Method of manufacturing mold and method of manufacturing lens array - Google Patents
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Description
本発明は、レンズアレイを成形するための成形型の製造方法及びかかる成形型を用いるレンズアレイの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a mold for molding a lens array and a method of manufacturing a lens array using such a mold.
レンズアレイの加工方法として、金型となるワークを準備し、最初に中央の1つのアレイ要素に対応する部分を加工し、金型全体に対する偏芯誤差及び形状誤差を計測し、その後、偏芯誤差及び形状誤差が許容値以下となるように加工データを修正し、修正された加工データによって他の全てのアレイ要素に対応する部分を加工するものが存在する(特許文献1参照)。この加工方法に関しては、実際に成形されたアレイ形状素子のそり及び収縮による変形を形状誤差として測定し、加工工具の切込み量を変化させることで、そり及び収縮を補正することも説明されている。 As a lens array processing method, prepare a work to be a mold, first process a portion corresponding to one central array element, measure eccentricity error and shape error with respect to the whole mold, and then, eccentricity There is one that corrects the processing data so that the error and the shape error become less than the allowable value, and processes the portion corresponding to all the other array elements with the corrected processing data (see Patent Document 1). Regarding this processing method, it is also described that warpage and contraction are corrected by measuring deformation due to warpage and contraction of an array-shaped element that is actually formed as a shape error and changing the infeed amount of the processing tool. .
しかしながら、上記特許文献1に記載の方法では、個々のアレイ要素を含めたアレイ形状素子の形状を測定して理想値からのずれを計測するので、測定に長時間を要し、測定の最初から最後まで測定精度を維持することも容易でない。また、個々のアレイ素子について理想値からのずれを工具の軌跡に変換する作業も必ずしも容易でなく、試作から完成品を得るまでの時間と労力とが膨大なものとなる可能性がある。 However, in the method described in Patent Document 1 above, the shape of the array-shaped element including the individual array elements is measured to measure the deviation from the ideal value, so a long time is required for the measurement, and It is not easy to maintain measurement accuracy until the end. In addition, it is not always easy to convert the deviation from the ideal value into the trajectory of the tool for each array element, and the time and labor from trial manufacture to obtaining a finished product may be enormous.
本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な手法によって比較的短時間での作製を可能にする、レンズアレイ用の成形型の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記製造方法によって得られる成形型を用いるレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the problems of the above background art, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a mold for a lens array, which can be manufactured in a relatively short time by a simple method. Do.
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a lens array using a mold obtained by the above-mentioned manufacturing method.
本発明に係る第1の成形型の製造方法は、レンズアレイを成形するため複数の光学転写面を有する成形型の製造方法であって、軸対称面の表現式に基づいて複数の光学転写面を加工することによって模擬型を作製し、模擬型によって成形されたレンズアレイの計測によって得た誤差量に基づいて各光学転写面単位の非軸対称面の表現式を算出し、軸対称面の表現式と非軸対称面の表現式とに基づいて成形型の複数の光学転写面の加工を各光学転写面単位で行う。ここで、表現式とは、変数、演算式等を含む一般的数式に限らず、関数的な点を集めたデータテーブルのようなものも含むものとする。 A first method of manufacturing a mold according to the present invention is a method of manufacturing a mold having a plurality of optical transfer surfaces for forming a lens array, the plurality of optical transfer surfaces based on an expression of an axially symmetric surface. The simulated mold is manufactured by processing the surface, and the expression of the non-axisymmetric surface of each optical transfer surface unit is calculated based on the error amount obtained by the measurement of the lens array molded by the simulated mold. The processing of the plurality of optical transfer surfaces of the mold is performed in units of each optical transfer surface based on the expression and the expression of the non-axisymmetric surface. Here, the expression is not limited to a general mathematical expression including a variable, an operation expression, etc., but includes a data table in which functional points are collected.
上記製造方法では、模擬型によって成形されたレンズアレイの計測によって得た誤差量に基づいて非軸対称面の表現式を算出し、軸対称面の表現式と非軸対称面の表現式とに基づいて成形型の複数の光学転写面の加工を行うので、軸対称型の複数の光学面を備えるレンズアレイの成形型の製造を簡便なものとできる。つまり、レンズアレイの面形状を軸対称面の成分と非軸対称面の成分とに分けた観点で試作や計測を行うので、レンズアレイの試作から完成品を得るまでの期間を短くし、その労力を軽減することができる。 In the above manufacturing method, the expression of the non-axisymmetric surface is calculated based on the amount of error obtained by the measurement of the lens array formed by the simulation mold, and the expression of the axisymmetric surface and the expression of the non-axisymmetric surface are calculated. Based on the processing of the plurality of optical transfer surfaces of the mold, the manufacture of the mold of the lens array having the plurality of optical surfaces of the axisymmetric type can be simplified. That is, since trial manufacture and measurement are performed from the viewpoint of dividing the surface shape of the lens array into the component of the axisymmetric surface and the component of the non-axisymmetric surface, the period from trial production of the lens array to obtaining a finished product is shortened. Effort can be reduced.
本発明の具体的な側面によれば、上記製造方法において、非軸対称面の表現式は、光軸が通る頂点位置の目標値からのずれ量、及び目標とする非球面形状からのずれ量の少なくとも一方を使用して表現される表現式である。 According to a specific aspect of the present invention, in the above manufacturing method, the expression of the non-axisymmetric surface is an amount of deviation from a target value of an apex position through which the optical axis passes and an amount of deviation from a target aspheric shape. Is an expression expressed using at least one of
本発明の別の側面によれば、非軸対称面の表現式は、光学転写面の頂点位置の目標値からのずれ量を自由曲面式で定義した表現式である。 According to another aspect of the present invention, the expression of the non-axisymmetric surface is an expression in which the amount of deviation of the vertex position of the optical transfer surface from the target value is defined by a free-form surface expression.
本発明の別の側面によれば、非軸対称面の表現式による最大の補償量は10μmである。この場合、非軸対称面に関連する補償量が比較的小さく、成形型の形状精度を比較的高めやすい。 According to another aspect of the present invention, the maximum compensation amount according to the expression of the non-axisymmetric surface is 10 μm. In this case, the amount of compensation associated with the non-axisymmetric surface is relatively small, and it is easy to relatively improve the shape accuracy of the mold.
本発明に係る第2の成形型の製造方法は、レンズアレイを成形するため複数の光学転写面を有する成形型の製造方法であって、設計値である軸対称加工データに基づいて複数の光学転写面を加工することによって模擬型を作製し、模擬型によって成形されたレンズアレイの計測によって得た誤差量に基づいて各光学転写面単位の非軸対称面の表現式を算出し、設計値に対しテスト加工で得た修正量を加算した軸対称面の表現式を算出し、軸対称面の表現式と非軸対称面の表現式とに基づいて成形型の複数の光学転写面の加工を各光学転写面単位で行う。
A second method of manufacturing a mold according to the present invention is a method of manufacturing a mold having a plurality of optical transfer surfaces for molding a lens array, and a plurality of optical systems based on axisymmetric processing data which is a design value. A simulated mold is produced by processing the transfer surface, and the expression of the non-axisymmetric surface of each optical transfer surface unit is calculated based on the error amount obtained by the measurement of the lens array molded by the simulated mold, and the design value On the other hand, the expression of the axisymmetric surface is calculated by adding the correction amount obtained by the test processing, and the processing of the plurality of optical transfer surfaces of the mold is performed based on Is performed on each optical transfer surface unit .
上記製造方法では、模擬型によって成形されたレンズアレイの計測によって得た誤差量に基づいて非軸対称面の表現式を算出し、設計値に対しテスト加工で得た修正量を加算した軸対称面の表現式を算出し、軸対称面の表現式と非軸対称面の表現式とに基づいて成形型の複数の光学転写面の加工を行うので、軸対称型の複数の光学面を備えるレンズアレイの成形型の製造を簡便なものとできる。特に、軸対称面の表現式が設計値に対しテスト加工で得た修正量を加算したものであることにより、レンズアレイを構成する要素レンズの形状精度を高めることができる。 In the above manufacturing method, an expression of a non-axisymmetric surface is calculated based on the amount of error obtained by the measurement of the lens array molded by the simulation mold, and the axial symmetry is obtained by adding the correction amount obtained by test processing to the design value. Since a surface expression formula is calculated and a plurality of optical transfer surfaces of a forming die are processed based on the expression formula of the axisymmetric surface and the nonaxisymmetric surface, a plurality of optical surfaces of the axisymmetric type are provided The manufacture of the mold for the lens array can be simplified. In particular, since the expression of the axially symmetric surface is the design value plus the correction amount obtained by the test processing, the shape accuracy of the element lenses constituting the lens array can be enhanced.
本発明の別の側面によれば、テスト加工は、成形型の材料とは異なる材料に対して行われる。この場合、テスト加工を迅速で安価なものとすることが容易となる。 According to another aspect of the invention, the test process is performed on a material different from the material of the mold. In this case, it is easy to make test processing quick and inexpensive.
本発明の別の側面によれば、成形型は、複数の光学転写面として、軸対称面の表現式の設計値が異なる複数種類の光学転写面を有し、軸対称面の表現式は、複数種類の光学転写面に対応する複数種類の設計値に対してテスト加工で得た複数の修正量をそれぞれ加算したものである。この場合、レンズアレイが複数タイプの要素レンズを含む場合に対応できる。なお、複数タイプの要素レンズは、対応波長が異なるもの、視野が異なるもの等とすることができる。 According to another aspect of the present invention, the mold has, as the plurality of optical transfer surfaces, a plurality of types of optical transfer surfaces having different design values of the expression of the axially symmetric surface, and the expression of the axial symmetry surface is A plurality of correction amounts obtained by test processing are respectively added to a plurality of types of design values corresponding to a plurality of types of optical transfer surfaces. In this case, it is possible to cope with the case where the lens array includes multiple types of element lenses. A plurality of types of element lenses may have different corresponding wavelengths, different fields of view, or the like.
本発明の別の側面によれば、複数の光学転写面は、互いに平行な光軸を有し、複数の光学転写面は、光軸に平行な回転軸を有する工具によって加工する。この場合、工具によって成形型上に加工される複数の光学転写面の形状を揃え易く、加工精度を高め易い。 According to another aspect of the present invention, the plurality of optical transfer surfaces have optical axes parallel to each other, and the plurality of optical transfer surfaces are processed by a tool having a rotational axis parallel to the optical axes. In this case, the shapes of the plurality of optical transfer surfaces to be processed on the mold by the tool can be easily aligned, and the processing accuracy can be easily improved.
本発明の別の側面によれば、非軸対称面の表現式は、自由曲面式であり、軸対称面は、非球面式である。 According to another aspect of the invention, the expression of the non-axisymmetric surface is a free-form surface equation, and the axisymmetric surface is an aspheric surface equation.
本発明に係るレンズアレイの製造方法は、上記製造方法によって得た成形型を用いて成形を行う工程を有する。 The manufacturing method of the lens array which concerns on this invention has the process of shape | molding using the shaping | molding die obtained by the said manufacturing method.
上記製造方法では、上記成形型の製造方法によって得た成形型を用いて成形を行うので、軸対称型の複数の光学面を備えるレンズアレイの製造を簡便なものとでき、レンズアレイの試作から完成品を得るまでの期間を短くし、その労力を軽減することができる。 In the above manufacturing method, since molding is performed using the mold obtained by the above method of manufacturing a mold, manufacturing of a lens array provided with a plurality of optical surfaces of axisymmetric type can be simplified, and from trial manufacture of lens arrays The time to obtain a finished product can be shortened, and the effort can be reduced.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る成形型の製造方法について具体的に説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a method of manufacturing a mold according to an embodiment of the present invention will be specifically described.
図1に示す成形装置30は、一対の成形型31,32を備え、両成形型31,32を駆動装置40によってZ軸に平行なAB方向に相対的に変位させることにより、両成形型31,32を開閉させることができるようになっている。両成形型31,32を突き合わせる型閉じによって、両者に設けた成形面31t,32tに囲まれた型空間が形成され、この型空間中に溶融樹脂を注入することで、成形面31t,32tに対応する外形を有する成形品すなわちレンズアレイを得ることができる。
The forming
第1の成形型31は、成形面31tを形成するコア部分31aと、コア部分31aを支持する周囲部分31bとを備える。コア部分31aの第1の成形型31側の端面には、XY面に平行にマトリックス状に配列された多数の光学転写面34aと、光学転写面34aの周囲に形成された支持部転写面34bとが形成されている(図2参照)。各光学転写面34aは、レンズアレイを構成する要素レンズの光学面を反転した非球面であり、Z軸に平行に延びる光軸TXを有している。つまり、格子点上に配列された多数の光学転写面34aは、互いに平行な光軸TXを有する同一又は類似の非球面となっている。支持部転写面34bは、中央側と外周側とで若干の段差があるが、各面43d,43eは、平坦であり、XY面に平行に延びている。
コア部分31aは、例えばステンレス、超鋼その他の鋼材を基材として形成したものであり、光学転写面34a等は、基材を被覆するNiPメッキ層の表面の仕上げ加工によって形成されている。さらに、コア部分31aの表面全体を離型剤で被覆することもできる。
周囲部分31bの端面は、第1の成形型31を第2の成形型32に突き合わせる際に利用されるパーティング面PA1となっている。The
The
The end face of the
第2の成形型32は、成形面32tを形成するコア部分32aと、コア部分32aを支持する周囲部分32bとを備える。コア部分32aの第2の成形型32側の端面には、XY面に平行にマトリックス状に配列された多数の光学転写面35aと、光学転写面35aの周囲に形成された支持部転写面35bとが形成されている。各光学転写面35aは、レンズアレイを構成する要素レンズの光学面を反転した非球面であり、Z軸に平行に延びる光軸TXを有している。支持部転写面35bは、中央側と外周側とで2段となっているが、各面45d,45eは、平坦であり、XY面に平行に延びている。
コア部分32aは、例えばステンレス、超鋼その他の鋼材を基材として形成したものであり、光学転写面35a等は、基材を被覆するNiPメッキ層の表面の仕上げ加工によって形成されている。さらに、コア部分32aの表面全体を離型剤で被覆することもできる。
周囲部分32bの端面は、第2の成形型32を第1の成形型31に突き合わせる際に利用されるパーティング面PA2となっている。The
The
The end face of the
図2に示すように、第1の成形型31を構成するコア部分31aの成形面31tは、後に詳述する加工装置に設けた切削工具80によって形成される。切削工具80は、例えばエンドミル等で形成され、Z軸又は光軸TXに対して原則として平行に設定される回転軸RXの周りに高速で回転させることができ、回転軸RXの姿勢を保ったままでコア部分31aに対してXYZの3軸の方向に任意のタイミング及び速度で移動させることができる。成形面31tを構成する各光学転写面34aは、切削工具80によって順次個別に研削され順次個別に仕上げられる。各光学転写面34aは、基本的に光軸TXを基準とする軸対称又は回転対称な形状をそれぞれ有するが、若干の修正を施した形状とすることもできる。例えば切削工具80の先端部81aを回転軸RXの周りに自転させつつ光軸TXの周りに旋回させるように動作させることにより、得られる光学転写面34aが光軸TXの周りに高い対称性を有する状態を確保することができる。支持部転写面34bは、切削工具80によって光学転写面34aの加工後又は加工前に形成される。この際、例えば切削工具80をXY面に沿って直線的に移動させつつ垂直な方向に徐々にずらして行く走査を行う。支持部転写面34bは、本来、XY面に平行な平坦面であるが、完成品の形状誤差を相殺するように形状補正が行われ、一般的には自由曲面式で定義されるような不規則なうねり形状を有するものとなる。
As shown in FIG. 2, the
図3A及び3Bを参照して、図1に示す成形装置30によって作製される成形品としてのレンズアレイ10について説明する。レンズアレイ10は、光学材料である熱可塑性樹脂で形成された一体物であり、外枠を備えた矩形(正方形を含む)の輪郭を有する。レンズアレイ10は、それぞれが光学素子である複数のレンズ要素10aと、複数のレンズ要素10aを周囲から支持するフランジ部10fとを有する。フランジ部10fは、レンズ要素10a間にあるレンズ間フランジ部10cと、第1レンズアレイ10の外周部にある外周フランジ部10dとからなる。第1レンズアレイ10を構成する複数のレンズ要素10aは、xy面に平行に配列された矩形型の格子点(図示の例では4×4の16点)上に光軸OAを互いに平行にした状態で2次元的に配置されている。各レンズ要素10aは、第1主面10pにおいて凸の光学面11aを有し、第2主面10qにおいて凸の光学面11bを有し、両光学面11a,11bは、軸対称面であり、具体的には例えば非球面である。レンズ間フランジ部10cは、平板状の平坦部であり、物体側にフランジ面11cを有し、像側にフランジ面11dを有する。外周フランジ部10dは、矩形枠状の肉厚部分であり、レンズアレイ10を他のレンズアレイやホルダー等に固定する際のスペーサーとして機能する。
With reference to FIGS. 3A and 3B, the
図4は、図1に示す第1及び第2の成形型31,32の成形面31t,32tを加工するために用いられる加工装置の構造の一例を模式的に説明するブロック図である。加工装置100は、ワークWを支持しつつ切削工具80を相対的に移動させる切削加工を可能にするNC駆動機構91と、NC駆動機構91の動作を制御する駆動制御装置97と、装置全体の動作を統括的に制御する主制御装置98とを備える。NC駆動機構91は、台座94a上に第1加工ステージ94bと第2加工ステージ94cとを載置した構造を有する。ここで、第1加工ステージ94bは、第1可動部95aを支持しており、この第1可動部95aは、ステージ部95bを介してワークWを間接的に支持している。第1加工ステージ94bは、第1可動部95a及びステージ部95bをγ軸に平行な回転軸RAのまわりに回転させることができ、第1可動部95aは、ステージ部95bを介してワークWを支持つつ例えばα及びβ軸方向に沿った所望の位置に配置することができる。つまり、ワークWを、その表面Wa上の任意の点を通って表面Wa全体に対して略垂直な方向に延びる回転軸RAのまわりに、所望の速度で回転させることができる。一方、第2加工ステージ94cは、第2可動部95cを支持しており、この第2可動部95cは、切削工具80を支持している。第2加工ステージ94cは、第2可動部95c及び切削工具80を支持して、これらを例えばα及びβ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。また、第2可動部95cは、切削工具80を支持して、これを例えばγ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。また、第2可動部95cは、切削工具80を、例えばその先端部81aを通ってγ軸に平行な回転軸RXの周りに旋回させることができ、必要ならば先端部81aを通る鉛直旋回軸の周りに切削工具80を所望角度だけ回転又は傾斜させて切削工具80の姿勢を調節することもできる。
FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating an example of the structure of a processing apparatus used to process the molding surfaces 31t and 32t of the first and
駆動制御装置97は、高精度の数値制御を可能にするものであり、NC駆動機構91に内蔵されたモーターや位置センサー等を主制御装置98の制御下で駆動することによって、第1及び第2加工ステージ94b,94cや第1及び第2可動部95a,95cを目的とする状態に適宜動作させる。例えば、第1加工ステージ94bによって、ワークWを回転軸RAのまわりに高速で回転させる。この際、第1可動部95aによってワークWの旋回中心を多数の光軸TXとなるべき位置のうち、いずれか1つの位置と一致させることができる。一方、第2加工ステージ94cによって、切削工具80の先端部81aの加工点を最初に回転軸RA上に配置し、先端部81aをα又はβ軸方向に低速で移動(送り動作)させる。これと並行して、第2可動部95cは、切削工具80を回転軸RXの周りに回転させつつ、その先端部81aをγ軸方向に徐々に進退移動させる。これにより、NC駆動機構91を加工位置を変更できる旋盤として動作させることができ、ワークW上の任意の位置に所望の形状を有する凹又は凸の軸対称面を形成することができ、例えば図2に示すような成形面31tを有するコア部分31aを得ることができる。
The
主制御装置98は、ワークWの加工形状に関する情報を保管する記憶部(不図示)を有している。ワークWの加工形状に関する情報は、第1及び第2加工ステージ94b,94cや第1及び第2可動部95a,95cを動作させる工程を含んでおり、より具体的には、コア部分31a,32aの成形面31t,32tの形状や、この形状を得るためこの形状から導き出せるワークWの表面Waに対しての切削工具80の先端部81aの相対的な移動の軌跡を記憶することができる。つまり、主制御装置98は、設計上の成形面31t,32tの形状だけでなく、目的とする成形品形状を得るために補正又は修正を施した成形面31t,32tの形状を記憶する。コア部分31a,32aの成形面31t,32tのうち、光学転写面34a,35aは、本来の設計上、光軸TXを基準とする回転対称な軸対称面として格子点上に配置され、支持部転写面34b,35bは、光軸TXに垂直な平坦面とされる。このような形状やこれに対応する切削工具80の軌跡のデータは、軸対称な面形状に対応するものであり、以下では軸対称加工データとも呼ぶ。複数の光学転写面34a,35aの頂点は、本来の設計上は同一平面上にあるが、成形後を考慮して補正が施された場合、間隔が相対的に増減変化し、自由曲面式で定義されるような非軸対称面(うねり面)上に配置される。同様に、支持部転写面34b,35bも、補正が施された場合、このようなうねり形状を有する面に補正される。このような形状やこれに対応する切削工具80の軌跡のデータは、上記軸対称加工データと異なって、非軸対称な面形状に対応するものであり、以下では非軸対称加工データとも呼ぶ。
The
以下、図5を参照して、図1、2等に示す成形型31のコア部分31aの製造方法等について説明する。まず、目的とする成形面31tを加工するための軸対称加工データを作成する(ステップS11)。ここで、成形面31t用の軸対称加工データは、目的とするレンズアレイ10の形状の設計値に対応するものであり、軸対称面の表現式に基づくものとなっている。具体的には、軸対称加工データは、レンズ要素10aを転写するための光学転写面34aに対応する非球面を4×4の格子点に配列したものとなっている。ここで、各非球面の形状は、公知の非球面式で表現することができ、具体的には光学転写面34aの頂点を原点とし、光軸TXの方向にZ軸をとり、光軸TXと垂直方向の高さをhとして、以下の数式又は表現式で表す。
Ai:i次の非球面係数
R:曲率半径
K:円錐定数
なお、光学転写面34aの目標とする形状は、一般的には上記非球面式によって表現されるが、レンズアレイ10の目的等に応じて好ましい特性が得られるように非球面式の係数Aiが調整される。Hereinafter, with reference to FIG. 5, the manufacturing method of the
Ai: i-th order aspheric coefficient R: curvature radius K: conical constant The target shape of the
次に、上記ステップS11で決定した軸対称加工データに基づいて模擬型を予備的に作製する(ステップS12)。模擬型の試作には、図4の加工装置100を用いる。模擬型は、第1の成形型31と略同一の形状を有し試験的な成形が可能な実用的な金型であるが、成形品の形状測定からフィードバックして行われる補正がなされていない。すなわち、実際の成形では、成形型31,32が変形や傾きの影響を受ける環境に置かれ、成形品も熱工程の影響等の要因によって撓みや収縮等の変形作用を受ける。さらに、加工装置100や切削工具80の動作に起因する誤差の偏りによって設計通りに加工されず一定の傾向を有する形状となる可能性がある。このため、成形型31,32が理想的な形状を有していても、レンズアレイ10の形状を設計値通りとできず、レンズアレイ10の形状を設計値通りとするためには、むしろ後述するように、成形型31,32の成形面31t,32tを強制的に補正をかけた形状に加工することが必要となる。なお、成形面31t,32tを構成する複数の光学転写面34a,35aの形状は、同一の場合もあるが、若干異なり複数種類となる場合もある。
図4を参照して、模擬型の作製について具体的に説明する。まず、模擬型の元になるワークWをステージ部95bにセットする。ワークWは、図1に示す第1の成形型31と略同様の形状を有し、表面にNiPメッキ層が形成されているが、光学転写面34aに相当する部分が浅くなっている。その後、光学設計上の軸対称加工データに基づいて加工を行い、図1に示す第1の成形型31のコア部分31aに設ける成形面31tと同様の成形面を加工する。この際、4×4の格子点に配列された光学転写面34aを順次加工する。特定の光学転写面34aを加工するときには、第2可動部95cに支持された切削工具80を回転させながら、切削工具80の先端部81aをワークWの回転中心である光軸TXに一致させ、先端部81aが光軸TXから徐々に離れるように移動させつつ光軸TX方向にも変位させる。これにより、切削工具80の先端部81aは、非球面式に沿って螺旋を描きながら光学転写面34aを切り出す。以下、このような切削工具80の先端部81aの移動を螺旋型走査と呼ぶ。こうして特定の光学転写面34aの加工が終わると次の光学転写面34aの加工を螺旋型走査によって同様に行う。これを繰り返すことで、16個の光学転写面34aが得られる。これら光学転写面34aの頂点は、理想的にはXY面又はαβ面に平行な同一平面上にある。支持部転写面34bについては、切削工具80の先端部81aを回転させつつ、第1可動部95aを利用して、例えば平行に延びる複数の主走査線に沿って主走査させつつこれに垂直な方向に徐々に移動させる副走査を行うことで、XY面又はαβ面に略平行な平滑面とできる。このような切削工具80の先端部81aの移動をラスター型走査と呼ぶ。以上により、模擬型としての第1の成形型31を得る。
詳細な説明を省略するが、模擬型としての第2の成形型32も、模擬型としての第1の成形型31と同様に作製される。結果的に、軸対称加工データに基づいて加工された多数の光学転写面35aと、これら光学転写面35aを繋ぐ支持部転写面35bとを有する第2の成形型32を模擬型として得ることができる。本実施例では模擬型と後述する本番の型を別のものとしているが、模擬型を追加工で対応できれば本番型としても流用可能である。Next, based on the axisymmetric machining data determined in step S11, a simulation mold is preliminarily prepared (step S12). The
With reference to FIG. 4, the production of the simulated mold will be specifically described. First, the workpiece W which is the source of the simulation type is set on the
Although a detailed description is omitted, the
次に、上記ステップS12で得た成形型31,32を利用してレンズアレイ10を試験的に作製する。試作のレンズアレイ10の作製工程や成形条件は、本番の作製工程や成形条件と略一致させる(ステップS13)。
図6等を参照して、レンズアレイ10を試作について具体的に説明する。図6は、レンズアレイ10を成形するための成形装置30を型空間に関して説明する図であり、図1にも示す第1及び第2の成形型31,32を一部に備える。両成形型31,32は、型合わせされてキャビティ30aを形成する。キャビティ30aには、ゲートGAを介してランナーRAが連結され、ランナーRAは、樹脂供給側のスプルーSPに繋がっている。結果的に、熱可塑性樹脂を溶融させることによって得たスプルーSPからの溶融樹脂Jは、ランナーRAを充填し、ゲートGAを介してキャビティ30aを充填する。溶融樹脂Jの冷却後に第1の成形型31と第2の成形型32とを離間させることで、スプルーSPに対応するスプルー部71と、ランナーRAに対応するランナー部72と、ゲートGAに対応するゲート部73と、キャビティ30aに対応するレンズアレイ本体74とを備える成形品70が形成される。ここで、ゲート部73に対しては、ゲートカット処理が施され、ゲート部73の先のレンズアレイ本体74によって、試作のレンズアレイ10が得られる。Next, the
The trial manufacture of the
次に、上記ステップS13で得た試作のレンズアレイ10を計測する(ステップS14)。レンズアレイ10の計測には、光学面の形状測定を可能にする三次元計測装置が用いられる。三次元計測装置は、例えば特開2007−147371号公報、特開2013−210331号公報等に開示の公知の機構を組み込んだものである。測定に際しては、レンズアレイ10を構成するすべてのレンズ要素10aについて、それらの光学面11a,11bの形状を測定し、これら光学面11a,11bが目標とする非球面形状からずれている程度(ずれ量)や、各光学面11a,11bの頂点位置に相当する光軸OAが目標とする格子点からずれている程度(ずれ量)を測定する。具体的には、測定用の触針をいずれかの光学面11aに沿って例えばx方向に移動させ、その後、測定用の触針を光学面11aに沿って例えばy方向に移動させることによって、光学面11aの形状や配置に関する基本的な情報を得ることができる。また、フランジ面11c,11dを計測することで、フランジ部10fの面形状に関する情報を得ることができる。
Next, the
次に、ステップS14で得た測定結果に基づいて、レンズアレイ10に設けた各光学面11a,11bについて誤差成分(すなわち誤差量)を抽出する(ステップS15)。この工程では、各光学面11a,11bについて、光軸OAが通る頂点位置の目標値からのずれ量や、目標とする非球面形状からのずれ量を誤差成分(誤差量)として評価することができる。各光学面11a,11bの頂点位置の目標値からのずれ量は、レンズアレイ10のフランジ部10fのうねり形状や歪みとなっている。なお、成形面31t,32tを構成する複数の光学転写面34a,35aの本来的形状が若干異なる場合、つまり複数種類の光学転写面34a,35aが前提となっている場合、光学面11a,11bの形状も相互に若干異なるものとなるので、目標とする非球面形状からのずれの程度も、複数の光学転写面34a,35aの本来的形状の差異を考慮したものとする。複数種類の光学転写面34a,35aとしては、RGBの色分け、画角による使い分け、偏向面による使い分けを目的とするもの等が考えられる。
Next, based on the measurement result obtained in step S14, an error component (that is, an amount of error) is extracted for each of the
次に、ステップS15で得た誤差成分(誤差量)に基づいて、主制御装置98では、試作による各光学面11a,11bのずれを補償すべき量として各光学転写面34a,35aの第1補正量(以下、補償量とも呼ぶ)を決定する(ステップS16)。すなわち、計測された各光学面11a,11bの頂点位置が近似的な非軸対称面上に規定されたデータ(非軸対称成分)を、非軸対称加工データを構成する第1補正量(補償量)として主制御装置98に保管する。具体的には、各光学面11a,11bの頂点位置の目標値からのずれ量は、自由曲面式で定義されるような非軸対称面(うねり面)によって表現され、各光学面11a,11bの頂点位置が上記非軸対称面上に規定されたデータに変更され、これを反転したものが補償用の非軸対称加工データとなる。この際、最小自乗法等を用いた自由曲面へのフィッティングが行われる。なお、フランジ面11c,11dの形状から自由曲面式で定義されるような上記非軸対称面を補助的に得ることもできる。非軸対称な自由曲面の形状は、例えばツェルニケ多項式を用いた以下の数式又は表現式とすることができる。
W(ρ,θ)=Σ{An・Zn(ρ,θ)}
W:非軸対称面(測定データでフィッティング)
Zn:ツェルニケ項
An:各項の係数
ρ:(測定点の中心からの距離)/(データ測定範囲の半径)
として、
Z1=1
Z2=ρcosθ
Z3=ρsinθ
Z4=2ρ2‐1
Z5=ρ2sin2θ
…
以上の第1補正量(補償量)は、最大でも10μmを超えないようにする。このような制限を設けることで、非軸対称面に関連する第1補正量を比較的小さい値とし、過度な補正又は補償によって成形型の形状精度が劣化することを抑制する。逆に第1補正量が10μmを超える場合、レンズアレイ10の成形条件、レンズ間フランジ部10cの形状変更等によって対処することが考えられる。Next, based on the error component (error amount) obtained in step S15, the
W (ρ, θ) = Σ {An · Zn (ρ, θ)}
W: non-axisymmetric surface (fitting with measured data)
Zn: Zernike term An: coefficient of each term :: (distance from center of measurement point) / (radius of data measurement range)
As
Z1 = 1
Z2 = ρ cos θ
Z3 = ρsinθ
Z4 = 2ρ 2 -1
Z5 = 2 2 sin 2θ
...
The above first correction amount (compensation amount) should not exceed 10 μm at maximum. By providing such a limitation, the first correction amount related to the non-axisymmetric surface is set to a relatively small value, and deterioration in the shape accuracy of the mold due to excessive correction or compensation is suppressed. Conversely, when the first correction amount exceeds 10 μm, it may be considered to cope with the molding condition of the
図7A及び7Bは、第1の成形型31の成形面31tに設定される第1補正量を説明する図である。レンズアレイ10の光学面11aの計測結果が図7Aのようなうねり(フランジ面11cによって視覚的に表示された曲面)を有するものである場合、図面左側の光学面11aは相対的に低く、図面右側の光学面11aは相対的に高くなっている。この場合、成形型31の光学転写面34aに設定されるべき第1補正量(補償量)は、図7Bに示すように反転したうねり(支持部転写面34bによって視覚的に表示された曲面)を有するものとなる。つまり、図面左側の光学転写面34aは相対的に深く、図面右側の光学転写面34aは相対的に浅くなっている。このような補正量を設定することで、補正後の第1の成形型31によって得られるレンズアレイ10の光学面11aは、すべて突起の高さが等しくなる。
7A and 7B are diagrams for explaining the first correction amount set on the
次に、レンズアレイ10を構成するレンズ要素10aの表面形状の設計値に対応する初期データを読み出す(ステップS21)。この初期データは、上記ステップS11で説明したように非球面として定義することができる軸対称加工データである。なお、成形面31t,32tを構成する複数の光学転写面34a,35aの形状が若干異なる場合、つまり複数種類の光学転写面34a,35aが前提となっている場合、各面ごとに初期データを読み出す。
Next, initial data corresponding to the design value of the surface shape of the
次に、初期データに対応する1種類の軸対称面をテスト加工する(ステップS22)。テスト加工は、図4の加工装置100を用いてダミーのワークWを切削することで行われる。ダミーのワークWは、超鋼にNIPメッキ等を施した本来のワークWを用いることもできるが、材料が異なるワークW、具体的にはコストを考慮して例えば無酸素銅で形成されたものを用いることができる。
図8に示すように、ダミーのワークWには、第1の成形型31の光学転写面34aに対応する1つの光学転写面134aのみが形成されるが、複数の光学転写面134aを形成することもできる。Next, one type of axially symmetric surface corresponding to the initial data is subjected to test processing (step S22). The test processing is performed by cutting the dummy work W using the
As shown in FIG. 8, although only one
次に、上記ステップS22で得たテスト加工後のダミーのワークWについてテスト加工形状を計測する(ステップS23)。ダミーのワークWの計測には、ステップS14で用いた三次元計測装置が用いられる。測定に際しては、ダミーのワークWに形成された光学転写面134aの形状を測定し、光学転写面134aの目標とする非球面形状からのずれの程度を測定する。具体的には、測定用の触針を光学転写面134aに沿って主走査及び副走査するように2次元的に密に移動させ、光学転写面134aの形状に関する比較的精密な情報を得る。なお、ダミーのワークW上に複数の光学転写面134aが形成されている場合、すべての光学転写面134aについて形状情報を得る。
Next, a test processed shape is measured for the dummy work W after test processing obtained in step S22 (step S23). For measurement of the dummy workpiece W, the three-dimensional measurement device used in step S14 is used. In the measurement, the shape of the
次に、ステップS23で得た測定結果に基づいて、ダミーのワークW上に形成された光学転写面134aについて誤差成分(すなわち誤差量)を抽出する(ステップS24)。この工程では、光学転写面134aについて、目標とする非球面形状からのずれの程度を誤差成分(誤差量)として評価する。ダミーのワークW上に複数の光学転写面134aが形成されている場合、誤差成分について平均化するといった統計的な処理が施される。
Next, based on the measurement result obtained in step S23, an error component (that is, an amount of error) is extracted for the
次に、ステップS24で得た誤差成分(誤差量)に基づいて、主制御装置98では、テスト加工後の光学転写面134aを本来の形状に修正すべき量として各光学転写面34aの第2補正量(以下、修正量とも呼ぶ)を決定する(ステップS25)。すなわち、計測された光学転写面134aの設計値からのずれデータ(軸対称成分)を、軸対称加工データの一部を構成する第2補正量(修正量)として主制御装置98に保管する。具体的には、設計値からのずれデータを軸対称成分(例えば非球面の形状)として抽出する。なお、第2補正量が想定以上に大きい場合、既に得た第2補正量を組み込んでテスト加工を行うことができる。つまり、第2補正量については、テスト加工の結果をフィードバックしつつステップS22〜S25を繰り返すことにより、従来型の手法と同様により精密かつ適切な第2補正量を設定することができる。
Next, based on the error component (error amount) obtained in step S24, the
その後、初期データに対応する他の種類の軸対称面(光学転写面34a)がある場合(ステップS26でY)、ステップS22に戻って初期データのうち別の種類の軸対称面をテスト加工する。その後の処理は、同様であり(ステップS22〜S25)、これを繰り返すことにより、すべての種類の軸対称面(光学転写面34a)について第2補正量を決定する(ステップS25)。
After that, when there is another type of axial symmetry plane (
すべての種類の設計値に対応する軸対称面(光学転写面34a)について第2補正量(修正量)を決定した場合(ステップS26でN)、ステップS11で作成した軸対称加工データを修正した非軸対称加工データを得る(ステップ1)。具体的には、元の軸対称加工データに対してステップS16で得た第1補正量を全体にかかる補正項として追加し、さらにステップS25で得た第2補正量を対応する光学転写面34aにかかる補正項として追加する。
When the second correction amount (correction amount) is determined for the axially symmetric surface (
以上では、第1の成形型31の光学転写面34aについて第2補正量等を求めたが、第2の成形型32の光学転写面35aについても、ステップS22〜S27と同様の手法で第2補正量等を求める(ステップS28)。
In the above, the second correction amount and the like are obtained for the
最後に、上記ステップS27,S28で得た非軸対称加工データに基づいて、図4の加工装置90によって本番の第1及び第2の成形型31,32を作製し、これら成形型31,32を利用してレンズアレイ10を作製する(ステップS29)。レンズアレイ10の作製工程や成形条件は、ステップS13での試作のレンズアレイ10の場合と一致させる。
Finally, based on the non-axisymmetric machining data obtained in the steps S27 and S28, production first and
以上の方法によって得たレンズアレイ10は、当初の設計通りの形状に近い形状を有するものとなっており、迅速かつ簡易な手法によって目標とする精度を有するレンズアレイ10を得ることができる。なお、以上の方法によって得たレンズアレイ10に対して三次元計測装置を用いて精密な形状測定を行い、この結果を非球面式、自由曲面式等でフィッティングし、これらのフィッティング式の逆数を成形型31,32の形状修正項としてフィードバックすることで、レンズアレイ10の形状をより正確に設計値に近づけることができる。このような追加の仕上げ補正を行っても、試作したレンズアレイ10に対して三次元計測装置を用いて最初から精密な2次元形状測定を行う場合よりも、補正項を早期に高精度化させる追い込みが迅速になり、レンズアレイ10の設計から大量生産開始までの時間と労力とを大幅に低減することができる。
The
本実施形態に係る成形型の製造方法によれば、模擬型である成形型31,32によって成形されたレンズアレイ10の計測によって得た誤差量に基づいて非軸対称面の表現式である第1補正量を算出し(ステップS16)、軸対称面の表現式と非軸対称面の表現式とに基づいて成形型31,32の複数の光学転写面34a,35aの加工を行うので(ステップS27,S28)、軸対称型の複数の光学面11a,11bを備えるレンズアレイ10の製造を簡便なものとできる。つまり、レンズアレイ10の面形状を軸対称面の成分と非軸対称面の成分とに分けた観点で試作や計測を行うので、レンズアレイ10の試作から完成品を得るまでの期間を短くし、その労力を軽減することができる。
According to the method of manufacturing a mold according to the present embodiment, the non-axisymmetric surface is expressed based on the amount of error obtained by measurement of the
以上、本実施形態に係る成形型の製造方法等について説明したが、本発明に係る成形型の製造方法は、上記のものには限られない。例えば、上記実施形態の方法によって作製されるレンズアレイ10は、単独で使用されるものに限らず、複数のレンズアレイを積層する際の要素としてのレンズアレイであってもよい。
As mentioned above, although the manufacturing method etc. of the molding die concerning this embodiment were explained, the manufacturing method of the molding die concerning the present invention is not restricted to the above-mentioned thing. For example, the
ダミーのワークWに対してテスト加工を行う工程では、レンズアレイ10の光学面11aが複数種で構成される場合、これら複数種に対応した複数の光学転写面134aをダミーのワークW上に一括して形成することもできる。
In the step of performing test processing on the dummy work W, when the
ステップS14,S23で行われる形状測定は、例示の装置や手法に限らず様々な装置及び手法を用いることができる。 The shape measurement performed in steps S14 and S23 is not limited to the illustrated device and method, and various devices and methods can be used.
以上では、成形型31,32間に成形材料として熱可塑性樹脂を供給して成形を行っているが、熱可塑性樹脂に代えて光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。 In the above, although molding is performed by supplying a thermoplastic resin as a molding material between molding dies 31 and 32, a photocurable resin, a thermosetting resin, or the like can be used instead of the thermoplastic resin.
以上では、4×4のレンズアレイ10について説明したが、3×3のレンズアレイ、5×5以上のレンズアレイの成形にも、上記実施形態として説明した成形型と同様のものを用いることができる。
Although the 4 × 4
Claims (10)
軸対称面の表現式に基づいて前記複数の光学転写面を加工することによって模擬型を作製し、
前記模擬型によって成形された前記レンズアレイの計測によって得た誤差量に基づいて各光学転写面単位の非軸対称面の表現式を算出し、
前記軸対称面の表現式と前記非軸対称面の表現式とに基づいて前記成形型の前記複数の光学転写面の加工を各光学転写面単位で行う成形型の製造方法。 A method of manufacturing a mold having a plurality of optical transfer surfaces for molding a lens array, comprising:
A simulated mold is produced by processing the plurality of optical transfer surfaces based on the expression of the axisymmetric surface,
An expression of a non-axisymmetric surface of each optical transfer surface unit is calculated based on an amount of error obtained by measurement of the lens array molded by the simulation mold;
A manufacturing method of a forming die for processing the plurality of optical transfer surfaces of the forming die based on the expression of the axisymmetric surface and the expression of the non-axisymmetric surface.
設計値である軸対称加工データに基づいて前記複数の光学転写面を加工することによって模擬型を作製し、
前記模擬型によって成形された前記レンズアレイの計測によって得た誤差量に基づいて各光学転写面単位の非軸対称面の表現式を算出し、
前記設計値に対しテスト加工で得た修正量を加算した軸対称面の表現式を算出し、
前記軸対称面の表現式と前記非軸対称面の表現式とに基づいて前記成形型の前記複数の光学転写面の加工を各光学転写面単位で行う成形型の製造方法。 A method of manufacturing a mold having a plurality of optical transfer surfaces for molding a lens array, comprising:
A simulated mold is manufactured by processing the plurality of optical transfer surfaces based on axisymmetric processing data which is a design value,
An expression of a non-axisymmetric surface of each optical transfer surface unit is calculated based on an amount of error obtained by measurement of the lens array molded by the simulation mold;
An expression of an axially symmetric surface is calculated by adding a correction amount obtained by test processing to the design value,
A manufacturing method of a forming die for processing the plurality of optical transfer surfaces of the forming die based on the expression of the axisymmetric surface and the expression of the non-axisymmetric surface.
前記軸対称面の表現式は、前記複数種類の光学転写面に対応する複数種類の設計値に対して前記テスト加工で得た複数の修正量をそれぞれ加算したものである、請求項5及び6のいずれか一項に記載の成形型の製造方法。 The mold includes, as the plurality of optical transfer surfaces, a plurality of types of optical transfer surfaces having different design values of the expression of the axisymmetric surface,
The expression of the axisymmetric surface is obtained by adding a plurality of correction amounts obtained by the test processing to a plurality of types of design values corresponding to the plurality of types of optical transfer surfaces, respectively. The manufacturing method of the shaping | molding die as described in any one of these.
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