JPH11300757A - トーリック凹面形状の形成方法と装置 - Google Patents

トーリック凹面形状の形成方法と装置

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JPH11300757A
JPH11300757A JP10113903A JP11390398A JPH11300757A JP H11300757 A JPH11300757 A JP H11300757A JP 10113903 A JP10113903 A JP 10113903A JP 11390398 A JP11390398 A JP 11390398A JP H11300757 A JPH11300757 A JP H11300757A
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JP
Japan
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tool
indenter
workpiece
toric
forming
Prior art date
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JP10113903A
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English (en)
Inventor
Yasuhisa Tomita
泰央 冨田
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工部材に短時間でトーリック凹面形状を
形成する。 【解決手段】 圧子11を保持する工具ヘッド13と、
工具ヘッド13が取り付けられて揺動可能な工具回転テ
ーブル16と、このテーブル16を上下に動かす工具ス
テージ15と、被加工部材12を載置して水平2軸で移
動するXYステージ15とを有する圧子押圧装置を用い
る。圧子11の先端形状は球の一部であったり、バイト
であったりするが、それぞれの圧子形状に応じて被加工
部材12に所望のトーリック面が形成されるように、制
御装置20が工具回転テーブル16、工具ステージ1
5、XYステージ15を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トーリック凹面形
状の形成方法に関し、例えば、マイクロ光学素子を製造
するために用いるに最適な方法及び装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、マイクロ光学素子は単体としては
光通信用などに用いられ、またアレイ状に多数配列した
マイクロ光学素子として光学機器の集光板や拡散板など
に用いられている。そのようなマイクロ光学素子の一つ
としてトーリック形状を有する光学素子がある。
【0003】上記のようなトーリック形状マイクロ光学
素子を多数配列したアレイを製造する方法としては、先
端にトーリック形状を形成してある圧子を用いて、特開
平9−327860号公報に記載の圧子押圧装置を用い
て被加工部材に圧痕加工をする方法がある。この装置
は、被加工部材を保持して水平面内で移動可能なXYス
テージと、圧子を保持して垂直方向に上下動可能なムー
ビングコイル装置と、それらを電気的に制御する制御装
置とからなっている。ムービングコイル装置を駆動し、
圧子を被加工部材に押し付けて圧痕を形成する。さら
に、XYステージを水平面内で移動させ、ムービングコ
イル装置により繰り返し圧子を上下させることにより、
被加工部材の加工面内に多数の圧痕を形成する。被加工
部材が光学材料であれば、そのままマイクロ光学素子ア
レイとして用いることができる。また、被加工部材が金
型母材であれば、その金型を用いて射出成形や圧縮成形
などにより、マイクロ光学素子アレイを製造することが
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、圧子を圧子押圧装置に取り付け後、試し
打ちを行ってトーリック形状を有する圧子の回転方向の
位置出しを行う必要があった。特に微小な形状なので位
置出しに多くの時間を要していた。また、トーリックの
形状精度のよい圧子を得ようとすると圧子材料が超硬合
金以下の硬度のものに限られるため、圧子の寿命が極め
て短く、広い面積に多数の圧痕を形成するのに圧子を何
回も交換しながら加工しなければならず、さらに多くの
時間がかかるという問題点があった。
【0005】そこで本発明は、トーリック凹面形状を時
間をかけずに形成する方法及び装置を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的のために請求項
1に記載の発明は、被加工部材にトーリック凹面形状を
形成する方法において、先端に球面を有する圧子を用い
て、被加工部材表面への前記圧子の押し込み深さを変え
ながら、前記被加工部材を前記圧子の押し込み方向に対
して水平方向へ相対的に移動させることにより、トーリ
ック形状の凹面を前記被加工部材に形成する。被加工部
材は金型母材でも光学部材でもよい。金型母材の場合
は、この母材を基に射出成形等によりトーリック凸面形
状を有する光学部材を作成することができる。請求項2
に記載の発明は、被加工部材にトーリック凹面形状を形
成する方法において、先端に球面を有する圧子を金型母
材表面に対して垂直方向に配置し、前記位置より所望角
度傾けて前記圧子を前記母材表面に押し当て、前記圧子
を揺動させて前記母材に押し込むことにより、トーリッ
ク形状の凹面を前記被加工部材に形成する。被加工部材
については上述のように金型母材でも光学部材でもよ
い。請求項3に記載の発明は、被加工部材にトーリック
凹面形状を形成する方法において、先端にR面を有する
バイトを用いて、被加工部材への前記バイトの切り込み
深さを変えながら、前記被加工部材を前記バイトの切り
込み方向に対して水平方向へ相対的に移動させることに
より、トーリック形状の凹面を前記被加工部材に形成す
る。この場合、被加工部材は上述のように金型母材でも
光学部材でもよい。請求項4に記載の発明は、被加工部
材にトーリック凹面形状を形成する方法において、先端
にR面を有するバイトを被加工部材に対して垂直方向に
配置し、前記位置より所望角度傾けて前記バイトを前記
被加工部材に押し当て、前記バイトを揺動させて前記被
加工部材に切り込むことにより、トーリック形状の凹面
を前記被加工部材に形成する。この場合も、被加工部材
は、金型母材でも光学部材でもよい。そして、以上何れ
の場合も、圧子としてはダイヤモンド圧子が好ましい。
請求項5に記載の発明は、鉛直方向に圧子を保持する工
具ヘッドと、該工具ヘッドが取付けられて揺動可能な工
具回転テーブルと、該テーブルを前記圧子に対して上下
動可能な工具ステージと、被加工物を載置して水平2軸
で移動するX−Yステージとを有し、前記工具ヘッド、
工具回転テーブル、工具ステージ、X−Yステージを制
御して、前記圧子で前記被加工物にトーリック凹面形状
を形成する圧子押圧装置である。
【0007】以下に、本発明の実施の形態を説明する
が、本発明はこれに限られるものではない。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明に係るマイクロ光学素子の
製造方法で形成されるトーリック形状について、図3を
用いて説明する。90度直交の2方向で曲率が違うトー
リック形状を形成する方法は4種類に分けられる。すな
わち、短円側の曲率半径をRs、長円側の曲率半径をR
bとすると、第一の方法は、曲率半径Rsの断面が曲率
半径Rbの曲率中心を回転軸として回転して曲率半径R
bの面を形成する方法であり、第二の方法は曲率半径R
sの断面を垂直面とし曲率半径Rbの曲率に沿って垂直
面が平行及び上下移動する方法であり、第三の方法は、
曲率半径Rbの断面が曲率半径Rsの曲率中心を回転軸
として回転して曲率半径Rsを形成する方法であり、第
四の方法は、曲率半径Rbの断面を垂直面とし曲率半径
Rsの曲率に沿って垂直面が平行及び上下移動する方法
である。
【0009】第三の方法、第四の方法は、本発明におけ
るマイクロ光学素子のようにミリサイズ以下のものにつ
いては、物理的な点で実現し難いため、第一の方法、第
二の方法の短円側Rsを動かすことによって得られるR
b形状について示す。また、Rs、Rbは周知の如く様
々な数式で表現できる。例えば、Rsは円弧でも放物線
でもよい。
【0010】以降の説明では、Rsが円弧の場合を例に
とって説明する。図1は本発明に係るマイクロ光学素子
の製造方法での圧子の動きを表した図である。また図5
は上記製造方法で用いる圧子押圧装置の正面図、図6は
同じ装置の側面図である。この装置は、圧子11を保持
する工具ヘッド13と、工具ヘッド13が取り付けられ
て揺動可能な工具回転テーブル16と、前記テーブル1
6を上下に動かす工具ステージ15と、被加工部材12
を載置して水平二軸で移動するXYステージ14とを有
している。さらに前記工具ヘッド13は、工具回転テー
ブル16の中心方向に圧子保持部分が動けるような送り
機構を有している。マイクロメータヘッド17を使って
操作するので微量の送りが可能である。制御装置20
は、工具ヘッド13、工具回転テーブル16、工具ステ
ージ15、XYステージ14を後述野用に制御して、圧
子11で被加工物12に所望のトーリック凹面形状を形
成する。この装置を用いて被加工部材12にトーリック
状凹面を形成する方法としては、図1(a)、図1
(b)の2通りがある。
【0011】図1(a)は前述の工具ヘッド13及び工
具回転テーブル16が揺動せずに固定された状態で圧子
押圧装置を操作する場合の説明図である。本例の場合、
圧子の先端の形状は、図2(a)に示したように、半径
が短円の曲率半径Rsに等しい球となっている。図1
(a)に戻ると、圧子11の先端の球110の曲率中心
は、長円の曲率半径Rbより球110の半径Rs分だけ
オフセットされた点群、すなわち垂直方向H及び水平方
向Lの交点として記した位置N、N+1、N+2...
上を順次XYステージ14と工具ステージ15の操作に
より移動する。また図1(b)は、工具回転テーブル1
6の中心に長円の曲率Rbの中心がくるように、圧子1
1の先端の球110をセットして、得たいトーリック形
状で定まる角度θを成すように工具ヘッド13が固定さ
れた工具回転テーブル16を揺動させる。
【0012】このようにして1つのトーリック状凹面を
形成した後、XYステージ14を隣接した圧痕形成領域
に凹面が形成できるように被加工物を移動させ、上述の
動作を繰り返すことにより、所望の周期で2次元状にト
ーリック状凹面を被加工部材に形成したものを原版とし
て、光学部材に転写することにより、図4に示したよう
にトーリック形状を有するマイクロ光学素子アレイのパ
ターンが得られる。但し、図4では1つ1つのトーリッ
ク状凹面が形成される圧痕領域に対応した領域を矩形枠
で示している。図4で示した領域Aは、1つのトーリッ
ク状凹面が形成される圧痕領域に対応した領域であり、
1つのトーリック形状マイクロレンズが形成されてい
る。なお、図4で示した、Pb及びPsは隣接するマイ
クロレンズ(トーリック状凹面)の中心間距離を示して
いる。
【0013】以上の実施例では、曲率半径RsとRbの
比率が1対2以下では、図1(a)の方法が有効で、1
対2以上では図1(b)の方法が有効であった。以上の
説明は、前述したトーリック形状を第一の方法で形成す
る場合であり、図2(a)のような先端が球110の圧
子11では図1(a)、(b)どちらの方法においても
同じトーリック形状が得られる。なお、図2(a)にお
ける角度δは、圧子先端の球110が傾いた状態でも、
金型表面に接線が接触することのない角度であって、そ
の値は、加工するトーリック形状により決定される。
【0014】次に、前述したトーリック形状を第二の方
法で形成するために、図2(b)で示した曲率Rsで逃
げ角αを持つ、ダイヤモンドバイトを用いた例を説明す
る。図2(b)の左図は側面図、同右図は正面図であ
る。なお、図2(b)の角度βも、図2(a)の角度δ
と同内容の角度である。このバイトを図1(a)の方法
を用いて操作することにより、前述の第二の方法による
トーリック形状を形成できる。この時、切削の観点より
切削速度は最低でも10m/minとし、切削液として
灯油を用いた。また、金型材料としてはマルテンサイト
系ステンレス鋼に無電解ニッケルメッキを施したものを
鏡面研磨し使用した。
【0015】以上の実施例では、金型母材にトーリック
形状の凹面を形成し、この金型母材の凹面形状を射出成
形等の周知の手法で光学部材に転写する場合を想定して
いるが、光学部材に直接トーリック形状の凹面を形成し
てもよい。この場合は、凹面形状のマイクロレンズを持
ったマイクロ光学素子が得られる。すなわち、本発明で
は、被加工部材としては金型母材でも最終製品である光
学部材でもよい。
【0016】本発明で用いる装置では、加工工具の位置
調整用にマイクロメータヘッドを使った送り機構を用い
ているが、ピエゾ駆動による送り機構を用いても良い。
また、工具ヘッドとしては、マイクロメータヘッドによ
る位置決めのみのヘッドとしたが、特開平9−3278
60号公報に記載の圧子押圧装置のようにムービングコ
イルを使用し行うと効率及び精度の点でも良好なものが
得られる。
【0017】さらに、切削の場合においては、バイト先
端に超音波振動を与えることにより工具寿命が延びるの
で、図2(b)のようなバイトを用いる場合には、この
超音波振動をバイト先端に与えるとバイトの寿命を延ば
すことができる。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、形状創成
の容易な球面を有する圧子やバイトによりトーリック形
状を被加工部材に形成することができる。従って、寿命
の長い工具を使って加工することができるので、工具交
換の手間がかからず、効率よくトーリック形状を形成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る製造方法による圧子の操作例を示
す図である。
【図2】本発明に用いる圧子の先端及びバイトの先端の
概略図である。
【図3】トーリック形状の概念図である。
【図4】トーリック形状を有するマイクロ光学素子アレ
イのパターン図である。
【図5】本発明に用いる製造装置の正面図である。
【図6】本発明に用いる製造装置の側面図である。
【符号の説明】
11・・・圧子 12・・・被加工部材 13・・・工具ヘッド 14・・・XYステージ 15・・・工具ステージ 16・・・工具回転テーブル 17・・・マイクロメータヘッド

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工部材にトーリック凹面形状を形成
    する方法において、 先端に球面を有する圧子を用いて、被加工部材表面への
    前記圧子の押し込み深さを変えながら、前記被加工部材
    を前記圧子の押し込み方向に対して水平方向へ相対的に
    移動させることにより、トーリック形状の凹面を前記被
    加工部材に形成することを特徴とするトーリック凹面形
    状の形成方法。
  2. 【請求項2】 被加工部材にトーリック凹面形状を形成
    する方法において、 先端に球面を有する圧子を金型母材表面に対して垂直方
    向に配置し、前記位置より所望角度傾けて前記圧子を前
    記母材表面に押し当て、前記圧子を揺動させて前記母材
    に押し込むことにより、トーリック形状の凹面を前記被
    加工部材に形成することを特徴とするトーリック凹面形
    状の形成方法。
  3. 【請求項3】 被加工部材にトーリック凹面形状を形成
    する方法において、 先端にR面を有するバイトを用いて、被加工部材への前
    記バイトの切り込み深さを変えながら、前記被加工部材
    を前記バイトの切り込み方向に対して水平方向へ相対的
    に移動させることにより、トーリック形状の凹面を前記
    被加工部材に形成することを特徴とするトーリック凹面
    形状の形成方法。
  4. 【請求項4】被加工部材にトーリック凹面形状を形成す
    る方法において、 先端にR面を有するバイトを被加工部材に対して垂直方
    向に配置し、前記位置より所望角度傾けて前記バイトを
    前記被加工部材に押し当て、前記バイトを揺動させて前
    記被加工部材に切り込むことにより、トーリック形状の
    凹面を前記被加工部材に形成することを特徴とするトー
    リック凹面形状の形成方法。
  5. 【請求項5】鉛直方向に圧子を保持する工具ヘッドと、
    該工具ヘッドが取付けられて揺動可能な工具回転テーブ
    ルと、該テーブルを前記圧子に対して上下動可能な工具
    ステージと、被加工物を載置して水平2軸で移動するX
    −Yステージとを有し、前記工具ヘッド、工具回転テー
    ブル、工具ステージ、X−Yステージを制御して、前記
    圧子で前記被加工物にトーリック凹面形状を形成するこ
    とを特徴とする圧子押圧装置。
JP10113903A 1998-04-23 1998-04-23 トーリック凹面形状の形成方法と装置 Pending JPH11300757A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002066801A (ja) * 2000-09-04 2002-03-05 Canon Inc 切削加工方法及び光学素子及び光学素子成形用金型
JP2002192568A (ja) * 2000-10-31 2002-07-10 Eastman Kodak Co 微小レンズの製造方法と微小レンズアレー
JP2007229875A (ja) * 2006-03-02 2007-09-13 Toyo Electric Mfg Co Ltd 軌条輪などの踏面の現場据付形切削装置
JP2008126248A (ja) * 2006-11-17 2008-06-05 Honda Motor Co Ltd 金型の表面処理装置及び該表面処理装置を用いる金型の製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002066801A (ja) * 2000-09-04 2002-03-05 Canon Inc 切削加工方法及び光学素子及び光学素子成形用金型
JP2002192568A (ja) * 2000-10-31 2002-07-10 Eastman Kodak Co 微小レンズの製造方法と微小レンズアレー
JP2007229875A (ja) * 2006-03-02 2007-09-13 Toyo Electric Mfg Co Ltd 軌条輪などの踏面の現場据付形切削装置
JP2008126248A (ja) * 2006-11-17 2008-06-05 Honda Motor Co Ltd 金型の表面処理装置及び該表面処理装置を用いる金型の製造方法
JP4564479B2 (ja) * 2006-11-17 2010-10-20 本田技研工業株式会社 金型の表面処理装置及び該表面処理装置を用いる金型の製造方法

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