WO2013076809A1 - 金型加工方法、金型及び光学素子 - Google Patents

金型加工方法、金型及び光学素子 Download PDF

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幸暢 西尾
宣志 槇
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    • B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • B29L2011/0016—Lenses

Definitions

  • the present invention relates to a mold processing method, a mold and an optical element for manufacturing a mold for an optical element having a lens and a diffusion surface for diffusing light by a three-dimensional processing machine equipped with a ball end mill.
  • a portion around the optical effective range of the lens is used as a reference surface for assembly.
  • This portion is processed so as to randomly reflect (diffuse) the incident light beam in order to prevent so-called stray light caused by the incident light beam (for example, paragraph [0002] of Patent Document 1).
  • this portion is referred to as a portion including a diffusion surface.
  • the part of the mold corresponding to the part including the diffusion surface is conventionally formed by a machining process such as electric discharge machining, which is different from the above machining process of the part corresponding to the lens.
  • a machining process such as electric discharge machining
  • the lens surface of the mold is caused by the angular deviation of the processing surfaces of both steps. And the position of the boundary between the portion corresponding to the portion including the diffusion surface of the mold is generated. For this reason, the part of the mold corresponding to the diffusion surface cannot be provided adjacent to the part of the mold corresponding to the lens.
  • the above-described angular deviation and boundary positional deviation will be described later.
  • the shape of the part of the mold corresponding to the diffusion surface may deteriorate due to, for example, the machining accuracy of the electrode for electric discharge machining.
  • the diffusion surface portion of the optical element Due to the angular deviation between the processing surface of the portion corresponding to the lens surface of the mold and the processing surface of the portion corresponding to the portion including the diffusion surface of the mold, the diffusion surface portion of the optical element, It is difficult to provide a function as a reference surface (contact surface) for assembly.
  • the mold processing method according to the first aspect of the present invention is a mold processing method for manufacturing a mold for an optical element having a lens and a diffusing surface for diffusing light by a three-dimensional processing machine equipped with a ball end mill. Then, in addition to processing the portion corresponding to the lens, a recess having a shape determined by the cutting radius of the ball end mill is created at the coordinates on the processing path, and along the processing path, This is a mold processing method for processing a portion corresponding to the diffusion surface by creating a plurality of recesses while changing the coordinates.
  • the mold machining method includes a step of defining a machining path so as to cover the diffusion surface, a step of determining a reference cutting depth from the cutting radius and a desired diffusion angle on the diffusion surface, the cutting radius and the reference cutting A step of determining an average value of distances between a plurality of recesses along the machining path from a depth; a step of determining a distribution of cutting depths and a distance distribution between the plurality of recesses; a distribution of the cutting depths; The step of determining the cutting coordinates and the cutting depth at the respective coordinates on the machining path so as to realize the distribution of the distance, and the cutting coordinates and the cutting at the respective coordinates determined as described above. Cutting a portion corresponding to the diffusion surface according to the depth.
  • the part of the mold corresponding to the lens and the part of the mold corresponding to the part including the diffusion surface are processed in a single processing step by a three-dimensional processing machine. Therefore, there is no angle deviation between the processed surface of the part corresponding to the lens surface of the mold and the processed surface of the part corresponding to the part including the diffusion surface of the mold. Therefore, the part of the mold corresponding to the diffusion surface can be provided adjacent to the part of the mold corresponding to the lens. In addition, a function as a reference surface (contact surface) for assembly can be given to the diffusion surface portion of the optical element.
  • the three-dimensional processing machine includes first and second ball end mills, and the first ball end mill corresponds to the lens.
  • the second ball end mill is configured to process a portion corresponding to the diffusion surface.
  • the blades of the first and second ball end mills are suitable for the part corresponding to the mold lens and the part corresponding to the part including the diffusion surface of the mold, respectively. it can.
  • the three-dimensional processing machine has a rotation mechanism, and a workpiece is attached to the rotation mechanism for processing.
  • a rotationally symmetric mold can be efficiently processed.
  • a part corresponding to the lens and a part corresponding to the diffusion surface are processed by one ball end mill.
  • the portion corresponding to the lens and the portion corresponding to the diffusion surface are processed by one ball end mill, high efficiency and processing accuracy can be obtained.
  • the mold processing method according to the fourth embodiment of the first aspect is the mold processing method according to the third embodiment, in which a portion corresponding to the lens and a portion corresponding to the diffusion surface are continuously processed. Process by pass.
  • the processing efficiency can be increased and the processing traces generated in the processing target curved surface can be made inconspicuous.
  • the mold processing method according to the fifth embodiment of the first aspect is a mold processing method according to the fourth embodiment, and defines a processing path as a spiral curve.
  • the processing path of the spiral curve is particularly suitable for processing a mold of an optical element having a rotationally symmetric shape.
  • the mold processing method according to the sixth embodiment of the first aspect is the fourth embodiment, and the processing path is defined as a raster processing path.
  • the raster processing pass is particularly suitable for processing a die of an optical element having a free-form surface shape.
  • the cutting depth of the plurality of recesses and the distribution of the distances between the plurality of recesses are uniform.
  • the cutting depth of the plurality of recesses and the distance between the plurality of recesses can be determined by a simple procedure.
  • a mold for an optical element according to a second aspect of the present invention is a mold for an optical element having a lens and a diffusion surface for diffusing light, and a portion of the mold corresponding to the lens, A portion of the mold corresponding to the diffusion surface is integrally included, and there is no step or gap between the two portions.
  • the optical element mold according to this aspect provides an optical element having no step or gap between the lens and the diffusion surface. Such an optical element can further reduce the influence of stray light caused by a portion around the lens by not having a step or a gap.
  • the optical element according to the third aspect of the present invention is an optical element manufactured by a mold for the optical element according to the second aspect of the present invention.
  • the optical element of this aspect can further reduce the influence of stray light caused by a portion around the lens by not having a step or a gap.
  • An optical element according to a fourth aspect of the present invention is an optical element having a lens and a diffusing surface for diffusing light, and is manufactured by a mold having a protrusion for alignment in the diffusing surface.
  • Optical element is an optical element having a lens and a diffusing surface for diffusing light, and is manufactured by a mold having a protrusion for alignment in the diffusing surface.
  • the optical element of this aspect can have a function as an assembly reference surface (contact surface) on the diffusion surface.
  • the optical element according to the first embodiment of the fourth aspect is provided with a diffusion surface on the surface of the protrusion.
  • the optical element according to the present embodiment can further reduce the influence of stray light caused by the portion around the lens.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the ball end mill. It is a figure which shows other embodiment of a three-dimensional processing machine. It is a figure which shows the specific example of such a continuous process pass. It is a flowchart which shows the metal mold
  • FIG. 1 is a view showing a three-dimensional processing machine 200 provided with a ball end mill 207.
  • the three-dimensional processing machine 200 includes an A-direction transport mechanism 201 installed on a plate 211, a C-direction transport mechanism 203 installed on the A-direction transport mechanism 201, and a grindstone shaft and a ball end mill attached to the C-direction transport mechanism 203.
  • 207 and a B-direction transport mechanism 205 installed on the plate 211.
  • a workpiece is attached to the B-direction transport mechanism 205, and the ball end mill 207 is moved in the A direction and the C direction by the A-direction transport mechanism 201 and the C-direction transport mechanism 203 while moving in the B direction.
  • a three-dimensional processing machine refers to a processing machine provided with three or more positioning mechanisms among a positioning mechanism on three orthogonal axes and a rotation angle positioning mechanism around each orthogonal axis. It may be provided with two or more tools such as a ball end mill.
  • FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of a three-dimensional processing machine.
  • the grindstone shaft and the ball end mill 207A are attached to the Z-axis direction transport mechanism 205A together with the lathe tool 221.
  • the workpiece is attached to the C-axis rotation mechanism 203A attached to the X-axis conveyance mechanism 201A, and the workpiece is processed while operating the X-axis conveyance mechanism 201A, the Z-axis direction conveyance mechanism 205A, and the C-axis rotation mechanism 203A.
  • two ball end mills 2071B and 2072B attached to the grindstone shaft are attached to the Y-axis direction transport mechanism 203B.
  • the Y-axis direction transport mechanism 203B is attached to the X-axis transport mechanism 201B.
  • the Y-axis direction transport mechanism 203B is configured so that the two ball end mills 2071B and 2072B can be operated separately in the Y-axis direction.
  • the two ball end mills 2071B and 2072B are for processing a portion corresponding to the mold lens and a portion corresponding to the portion including the diffusion surface of the mold, respectively.
  • the blades of the two ball end mills should be suitable for the part corresponding to the mold lens and the part corresponding to the part including the diffusion surface of the mold. Can do.
  • the blade of the ball end mill will be described later.
  • the workpiece is attached to the Z-axis transport mechanism 205B, and processing is performed while operating the X-axis transport mechanism 201B, the Y-axis direction transport mechanism 203B, and the Z-axis transport mechanism 205B.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the ball end mill 207.
  • the radius of the blade of the ball end mill 207 is indicated by R.
  • FIG. 4 is a diagram showing a specific example of such a continuous machining pass.
  • FIG. 4A shows an example of a spiral processing path for convex shapes
  • FIG. 4B shows an example of raster processing for free-form surfaces.
  • the tool moving on the machining path is temporarily stopped, the tool is cut to a predetermined depth in the normal direction of the machining target curved surface, and then the original coordinate is returned to the machining path.
  • a concave portion having a curvature and a depth reflecting the radius and the cutting depth of the tool at the coordinates is formed.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a mold processing method for manufacturing a mold for an optical element having a lens and a portion including a diffusion surface for diffusing light by a three-dimensional processing machine equipped with a ball end mill.
  • the cutting depth of the ball end mill 207 is determined at a plurality of coordinates on the processing path. To create a plurality of recesses.
  • step S010 in FIG. 5 the radius R of the blade of the ball end mill 207 is determined.
  • the radius R of the blade is determined so that the lens shape can be processed.
  • step S020 in FIG. 5 it is determined whether or not a desired diffusion angle can be obtained based on the radius R of the blade. If the desired diffusion angle is not obtained, the process returns to step S010. If a desired diffusion angle is obtained, the process proceeds to step S030. The determination of whether or not a desired diffusion angle can be obtained will be described later.
  • step S030 in FIG. 5 the reference cutting depth is determined so that a desired diffusion angle is obtained.
  • the cutting depth of the concave portion of the mold corresponding to the diffusion surface is equal to the height of the protrusion on the diffusion surface of the optical element corresponding to the mold. Therefore, the cutting depth of the concave portion of the mold corresponding to the diffusion surface, that is, the height of the protrusion on the diffusion surface of the optical element is defined as D.
  • FIG. 6 is a view showing a cross section of the protrusion on the diffusion surface of the optical element.
  • the protruding portion is a spherical portion having a radius R of the blade of the ball end mill 207.
  • the radius of the blade is also referred to as a cutting radius.
  • FIG. 6 shows a cross section including a straight line connecting the center of a spherical surface having a radius R and the apex of the protrusion.
  • the maximum diffusion angle ⁇ 5 is determined by the angle ⁇ 3 formed by the spherical portion and the reference surface including the diffusion surface and the refractive index n of the material forming the optical element. Therefore, the height D of the protrusion that realizes the maximum diffusion angle ⁇ 5 can be obtained from the angle ⁇ 3 formed by the spherical portion and the reference surface of the portion including the diffusion surface.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the radius R of the blade and the maximum diffusion angle ⁇ when the height D of the protrusion is 3 micrometers.
  • the horizontal axis in FIG. 7 represents the radius R (unit: millimeter) of the blade of the ball end mill 207.
  • the vertical axis in FIG. 7 represents the maximum diffusion angle ⁇ (unit: degrees). According to FIG. 7, the maximum diffusion angle ⁇ can be increased by reducing the radius R of the blade of the ball end mill 207 when the height of the protrusion is constant.
  • step S040 in FIG. 5 an average value d of distances between the recesses along the machining path is obtained.
  • FIG. 8 is a plan view of the optical element 100 of the present embodiment.
  • the optical element 100 is a rotationally symmetric body including a lens portion 101 and a portion 103 including a diffusion surface around the lens portion 101.
  • the lens portion 101 is a circle having a radius ra with the rotational symmetry axis as the center.
  • the portion 103 including the diffusion surface is a donut-shaped region surrounded by a circle with a radius ra and a circle with a radius rb centered on the rotational symmetry axis.
  • the processing path is a spiral processing path having a pitch interval p around the central axis corresponding to the rotationally symmetric axis of the lens of the optical element.
  • the portion of the mold corresponding to the lens and the portion corresponding to the portion including the diffusion surface are processed by a continuous spiral processing path.
  • Area A r of the machining path on the spiral curve of the distance r from the central axis is as follows.
  • the radius L of the recess in the portion corresponding to the diffusion surface is It becomes.
  • the cross-sectional area of the recess in the portion corresponding to the diffusion surface is It becomes.
  • the number of recesses necessary to cover the processing path of the spiral curve at a distance r from the central axis is It becomes. Therefore, the average value d of the distance along the machining path between the recesses is It becomes.
  • step S050 in FIG. 5 the distribution of the cutting depth D and the distance di between the recesses is determined.
  • FIG. 9A is a diagram showing a uniform distribution in which the maximum value of the cutting depth is D.
  • the horizontal axis in FIG. 9A represents the cutting depth
  • the vertical axis in FIG. 9A represents the probability of the cutting depth indicated by the horizontal axis.
  • FIG. 9 (b) is a diagram showing a normal distribution in which the average value of the cutting depth is D and the half width is W.
  • FIG. The horizontal axis in FIG. 9A represents the cutting depth, and the vertical axis in FIG. 9A represents the probability of the cutting depth indicated by the horizontal axis.
  • the distribution of the cutting depth can be, for example, the above distribution.
  • the distribution of the distance di between the recesses is, for example, a uniform distribution.
  • the expected value is 0.5. Therefore, the distance S (r) from the concave portion to the adjacent concave portion on the machining path is expressed by the equation (5). From the following formula.
  • the density of the processing path is uniform over the entire processing surface.
  • the density of machining paths may vary depending on the machining target and machining path depending on the location on the machining surface.
  • the density of the recesses varies depending on the location.
  • the density of the machining path is defined as Ai for the area of the part on the machining surface, and Ci for the total length of the machining path for this part. It is represented by In order to make the density of the recesses within a certain range, the processing surface is divided into portions where the density of the machining path is within the certain range.
  • the division is performed so that the ratio of the largest density to the smallest density is 1.5 or less.
  • the density of the concave portions can be obtained. It can be within a certain range.
  • step S060 in FIG. 5 the trajectory of the ball end mill for generating a plurality of recesses is determined.
  • FIG. 10 is a diagram showing a spiral processing path of a mold portion corresponding to the portion 103 including the diffusion surface of the optical element 100.
  • the position of the line in the vertical direction represents the position at which cutting in the depth direction is performed on the machining path. Further, the length of the line in the vertical direction represents the cutting depth.
  • the cutting depth is determined so as to realize the uniform distribution of the cutting depth shown in FIG.
  • the machining path is advanced by the distance determined by equation (6), and the next cutting position is determined. At this cutting position, the cutting depth is determined so as to realize the uniform distribution of the cutting depth shown in FIG.
  • the trajectory of the ball end mill can be determined.
  • step S070 in FIG. 5 cutting is performed according to the trajectory of the ball end mill.
  • Table 1 is a table
  • FIG. 11 is a diagram showing measured values of a profile in an arbitrary direction (X direction) on the surface of the mold portion corresponding to the portion 103 including the diffusion surface of the optical element 100.
  • the horizontal axis in FIG. 9 indicates the position in the X direction.
  • the vertical axis indicates the position of the surface in the direction perpendicular to the reference plane. 0.00 on the vertical axis represents the focus position of the measuring instrument used for measurement.
  • the unit of the horizontal axis and the vertical axis is a micrometer.
  • FIG. 12 is a diagram showing measured values of the profile in the Y direction perpendicular to the X direction on the surface of the mold part corresponding to the part 103 including the diffusion surface of the optical element 100.
  • the horizontal axis in FIG. 10 indicates the position in the Y direction.
  • the vertical axis indicates the position of the surface in the direction perpendicular to the reference plane. 0.00 on the vertical axis represents the focus position of the measuring instrument used for measurement.
  • the unit of the horizontal axis and the vertical axis is a micrometer.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an experimental apparatus for confirming the diffusing function of the portion 103 including the diffusing surface of the optical element 100.
  • the experimental apparatus includes a light source (not shown), a portion 103 including the diffusion surface of the optical element 100, and a screen 150 installed at a position 100 mm away from the diffusion surface of the portion 103 including the diffusion surface.
  • a collimated light beam having a diameter of 0.8 mm is irradiated onto the portion 103 including the diffusing surface of the optical element 100 by a light source and projected onto the screen 150.
  • FIG. 14 is a diagram showing a screen image when the portion 103 including the diffusion surface is installed in the experimental apparatus of FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing a screen image when a flat plate is installed instead of the portion 103 including the diffusion surface in the experimental apparatus of FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing another embodiment of an optical element manufactured using a mold processed by the mold processing method of the present invention.
  • the optical element 100A includes a lens portion 101A and a portion 103A including a diffusion surface.
  • the optical element 100A further includes a positioning projection 105A in the diffusion surface.
  • the height of the protrusion 105A is, for example, several micrometers.
  • the surface of the protrusion 105A can also be a diffusion surface.
  • the diffusion surface can have a function as a reference surface (contact surface) for assembly.
  • the part corresponding to the diffusion surface of the mold is formed on the plane around the part after processing the part corresponding to the lens surface of the mold with a three-dimensional processing machine. It was formed by blasting or embossing (for example, paragraphs [0050] to [0054] of JP 2010-83066 A).
  • An angular deviation may occur between the corresponding processed surface and the processed surface corresponding to the portion including the diffusion surface of the mold. For this reason, it has been difficult to provide a function as a reference surface (contact surface) for assembly in the diffusion surface portion of the optical element.
  • the part corresponding to the diffusion surface of the mold may be displaced. This positional deviation will be described below.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining a shift in the position of the boundary between the portion 101 corresponding to the lens surface of the mold and the portion 103 corresponding to the diffusion surface of the mold by the conventional mold processing method.
  • FIG. 17A is a diagram for explaining a positional shift and a step generated due to an angular shift of the processed surface in the two steps.
  • a boundary position shift occurs in the portion A.
  • the position of the boundary does not shift in the portion B, a step is formed.
  • the size of the misalignment and the level difference is at least 1 to 2 micrometers.
  • FIG. 17B is a diagram showing a step provided between a portion 101 corresponding to the lens surface of the mold and a portion 103 corresponding to the diffusion surface of the mold in the conventional processing method.
  • a step is provided in the portion C.
  • the size of the step is preferably 2 micrometers or more, and is usually about 5 micrometers.
  • a gap of 2 micrometers or more may be provided instead of providing a step between the portion 101 corresponding to the lens surface of the mold and the portion 103 corresponding to the diffusion surface of the mold.
  • FIG. 18 is a diagram showing the shape of a mold manufactured by the mold processing method of the present invention.
  • the portion 101 corresponding to the lens surface of the mold and the portion 103 corresponding to the diffusion surface of the mold are processed by the same three-dimensional processing machine. There is no deviation in the position of the boundary between the corresponding portion 101 and the portion 103 corresponding to the diffusion surface of the mold. Therefore, it is not necessary to provide a step at the boundary D between the portion 101 corresponding to the lens surface of the mold and the portion 103 corresponding to the diffusion surface of the mold.

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Abstract

　金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との角度ずれが生じない金型加工方法を提供する。本方法は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する。本方法は、該拡散面を覆うように加工パスを定めるステップと、切削半径及び所望の拡散角から基準切削深さを定めるステップと、該切削半径及び該基準切削深さから、該加工パスに沿った複数の凹部間の距離の平均値を定めるステップと、切削深さの分布及び複数の凹部間の距離の分布を定めるステップと、これらの分布を実現するように、該加工パス上の、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さを定めるステップと、上記のように定めた、座標及び切削深さにしたがって該拡散面に対応する部分の切削加工を行うステップと、を含む。

Description

金型加工方法、金型及び光学素子
　本発明は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法、金型及び光学素子に関する。
　レンズを含む光学素子において、レンズの光学有効範囲の周囲の部分は、組み立て用の基準面などとして使用される。この部分は、入射した光線に起因する、いわゆる迷光を防止するために、入射した光線をランダムに反射する（拡散する）ように加工される（たとえば、特許文献１の段落[０００２]）。本明細書においては、この部分を、拡散面を含む部分と呼称する。
　光学素子を、金型を用いた射出成型法により製造する場合に、金型の、レンズに対応する部分は、３次元加工機などによって所望の形状に加工される。これに対して、金型の、拡散面を含む部分に対応する部分は、従来、レンズに対応する部分の上記の加工工程とは別の、放電加工などの加工工程によって形成されていた。しかし、特に、携帯電話の撮像光学系などに使用される小型の光学素子の場合には、上記の従来の加工方法において以下のような不具合が生じていた。
　金型の、レンズに対応する部分と金型の、拡散面を含む部分に対応する部分とが別の加工工程によって形成されるので、両工程の加工面の角度ずれによって、金型のレンズ面に対応する部分と金型の拡散面を含む部分に対応する部分との間の境界の位置のずれが生じる。このため、金型の、拡散面に対応する部分を、金型の、レンズに対応する部分に隣接して設けることができない。上記の角度ずれ及び境界の位置ずれについては、後で説明する。
　金型の、拡散面に対応する部分の形状が、たとえば、放電加工用の電極の加工精度に起因して悪化する場合がある。
　また、上述の、金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との角度ずれのために、光学素子の拡散面の部分に、組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせるのが困難である。
特開２０１０-２６９５３２号公報
　したがって、上記のような不具合を生じることのない、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法、金型、及び光学素子に対するニーズがある。
　本発明の第１の態様による金型加工方法は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法であって、該レンズに対応する部分を加工することに加えて、加工パス上の座標において、該ボールエンドミルの切削半径によって定まる形状を有する凹部を作成し、加工パスに沿って、該ボールエンドミルの座標を変化させながら複数の凹部を作成することによって該拡散面に対応する部分を加工する金型加工方法である。本金型加工方法は、該拡散面を覆うように加工パスを定めるステップと、該切削半径及び該拡散面における所望の拡散角から基準切削深さを定めるステップと、該切削半径及び該基準切削深さから、該加工パスに沿った複数の凹部間の距離の平均値を定めるステップと、切削深さの分布及び複数の凹部間の距離の分布を定めるステップと、該切削深さの分布及び該距離の分布を実現するように、該加工パス上の、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さを定めるステップと、上記のように定めた、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さにしたがって該拡散面に対応する部分の切削加工を行うステップと、を含む。
　本態様の金型加工方法によれば、金型の、レンズに対応する部分と金型の、拡散面を含む部分に対応する部分とが、３次元加工機による単一の加工工程で加工されるので、金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との角度ずれが生じることはない。したがって、金型の、拡散面に対応する部分を、金型の、レンズに対応する部分に隣接して設けることができる。また、光学素子の拡散面の部分に、組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせることができる。
　第１の態様の第１の実施形態による金型加工方法においては、前記３次元加工機が第１及び第２のボールエンドミルを備えており、第１のボールエンドミルが、前記レンズに対応する部分を加工するように構成され、第２のボールエンドミルが前記拡散面に対応する部分を加工するとように構成されている。
　本実施形態によれば、第１及び第２のボールエンドミルの刃を、それぞれ、金型のレンズに対応する部分及び金型の拡散面を含む部分に対応する部分に適したものとすることができる。
　第１の態様の第２の実施形態による金型加工方法においては、前記３次元加工機が回転機構を有し、被加工物を該回転機構に取り付けて加工する。
　本実施形態によれば、回転対称な形状の金型を効率的に加工することができる。
　第１の態様の第３の実施形態による金型加工方法においては、１個のボールエンドミルによって、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを加工する。
　本実施形態によれば、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを１個のボールエンドミルによって加工するので、高い効率及び加工精度が得られる。
　第１の態様の第４の実施形態による金型加工方法は、第３の実施形態による金型加工方法であって、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを連続した加工パスによって加工する。
　本実施形態によれば、連続した加工パスで加工することにより、加工効率を高め、加工対象曲面内に生じる加工痕を目立ちにくくすることができる。
　第１の態様の第５の実施形態による金型加工方法は、第４の実施形態による金型加工方法であって、加工パスを渦巻曲線として定める。
　本実施形態によれば、加工のつなぎ目を目立たせることなく、かつ効率的に加工を行うことができる。渦巻き曲線の加工パスは、特に、回転対称形状の光学素子の金型を加工するのに適している。
　第１の態様の第６の実施形態による金型加工方法は、第４の実施形態であって、加工パスをラスター加工パスとして定める。
　本実施形態によれば、加工のつなぎ目を目立たせることなく、かつ効率的に加工を行うことができる。ラスター加工パスは、特に、自由曲面形状の光学素子の金型を加工するのに適している。
　第１の態様の第７の実施形態による金型加工方法においては、複数の凹部の切削深さ及び複数の凹部間の距離の分布が一様分布である。
　本実施形態によれば、複数の凹部の切削深さ及び複数の凹部間の距離を簡単な手順で定めることができる。
　本発明の第２の態様による光学素子用の金型は、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型であって、該金型の、レンズに対応する部分と、該金型の、拡散面に対応する部分と、を一体的に含み、両部分の間に段差または隙間を有しない。
　本態様の光学素子用の金型により、レンズと拡散面との間に段差または隙間を有しない光学素子が得られる。このような光学素子は、段差または隙間を有しないことにより、レンズの周囲の部分に起因する迷光の影響をより低減することができる。
　本発明の第３の態様による光学素子は、本発明の第２の態様による光学素子用の金型によって製造された光学素子である。
　本態様の光学素子は、段差または隙間を有しないことにより、レンズの周囲の部分に起因する迷光の影響をより低減することができる。
　本発明の第４の態様による光学素子は、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子であって、該拡散面内に、位置合わせのための突起部を備えた、金型によって製造された光学素子である。
　本態様の光学素子は、拡散面に組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせることができる。
　第４の態様の第１の実施形態による光学素子は、前記突起部の表面にも拡散面を設けたものである。
　本実施形態の光学素子により、レンズの周囲の部分に起因する迷光の影響をより低減することができる。
ボールエンドミルを備えた３次元加工機を示す図である。 図２は、ボールエンドミルの構成を示す図である。 ３次元加工機の他の実施形態を示す図である。 このような連続した加工パスの具体例を示す図である。 ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法を示す流れ図である。 光学素子の拡散面の突起部の断面を示す図である。 突起部の高さＤが３マイクロメータである場合の、刃の半径Ｒと最大拡散角θとの関係を示す図である。 本実施形態の光学素子の平面図である。 切削深さの分布を示す図である。 光学素子の拡散面を含む部分に対応する金型の部分の渦巻き状の加工パスを示す図である。 光学素子の拡散面を含む部分に対応する金型の部分の表面の、任意の方向（Ｘ方向）のプロファイルの測定値を示す図である。 光学素子の拡散面を含む部分に対応する金型の部分の表面の、Ｘ方向に垂直なＹ方向のプロファイルの測定値を示す図である。 光学素子の拡散面を含む部分の拡散機能を確認するための実験装置の構成を示す図である。 図１３の実験装置において、拡散面を含む部分を設置したときのスクリーンの画像を示す図である。 図１３の実験装置において、拡散面を含む部分の代わりに平板を設置したときのスクリーンの画像を示す図である。 本発明の金型加工方法によって加工した金型を使用して製造した光学素子の別の実施形態を示す図である。 従来の金型加工方法による、金型のレンズ面に対応する部分と金型の拡散面に対応する部分との間の境界の位置のずれを説明するための図である。 本発明の金型加工方法によって製造された金型の形状を示す図である。
　図１は、ボールエンドミル２０７を備えた３次元加工機２００を示す図である。図１において、互いに直交する３軸の方向をＡ、Ｂ及びＣ方向とする。３次元加工機２００は、プレート２１１上に設置されたＡ方向搬送機構２０１、Ａ方向搬送機構２０１上に設置されたＣ方向搬送機構２０３、Ｃ方向搬送機構２０３に取り付けられた砥石軸とボールエンドミル２０７、及びプレート２１１に設置されたＢ方向搬送機構２０５を備える。Ｂ方向搬送機構２０５に被加工物を取り付けて、Ｂ方向に移動させながら、Ａ方向搬送機構２０１及びＣ方向搬送機構２０３によって、ボールエンドミル２０７をＡ方向及びＣ方向に移動させて加工を行う。
　一般的に３次元加工機とは、三つの直交軸上の位置決め機構、及び各直交軸周りの回転角度位置決め機構のうち、三つ以上の位置決め機構を備える加工機を指す。ボールエンドミルなどの工具を２個以上備えたものであってもよい。
　図３は、３次元加工機の他の実施形態を示す図である。図３(ａ)において、砥石軸とボールエンドミル２０７Ａは、旋盤工具２２１とともに、Ｚ軸方向搬送機構２０５Ａに取り付けられている。被加工物を、Ｘ軸搬送機構２０１Ａに取り付けたＣ軸回転機構２０３Ａに取り付けて、Ｘ軸搬送機構２０１Ａ、Ｚ軸方向搬送機構２０５Ａ及びＣ軸回転機構２０３Ａを操作しながら加工を行う。図３(ｂ)において、砥石軸に取り付けられた２個のボールエンドミル２０７１Ｂ及び２０７２ＢがＹ軸方向搬送機構２０３Ｂに取り付けられている。Ｙ軸方向搬送機構２０３Ｂは、Ｘ軸搬送機構２０１Ｂに取り付けられている。Ｙ軸方向搬送機構２０３Ｂは、２個のボールエンドミル２０７１Ｂ及び２０７２Ｂを別個にＹ軸方向に操作できるように構成されている。２個のボールエンドミル２０７１Ｂ及び２０７２Ｂは、それぞれ、金型のレンズに対応する部分及び金型の拡散面を含む部分に対応する部分を加工するためのものである。このように２個のボールエンドミルを設けることにより、２個のボールエンドミルの刃を、金型のレンズに対応する部分及び金型の拡散面を含む部分に対応する部分に適したものとすることができる。ボールエンドミルの刃については後で説明する。被加工物を、Ｚ軸搬送機構２０５Ｂに取り付けて、Ｘ軸搬送機構２０１Ｂ、Ｙ軸方向搬送機構２０３Ｂ及びＺ軸搬送機構２０５Ｂを操作しながら加工を行う。
　ただし、金型のレンズに対応する部分及び金型の拡散面を含む部分に対応する部分を１個のボールエンドミルで加工することが可能である場合には、効率及び加工精度の観点から１個のボールエンドミルで加工する方が好ましい。
　図２は、ボールエンドミル２０７の構成を示す図である。ボールエンドミル２０７の刃の半径をＲで示す。
　３次元加工機とボールエンドミルを用いて曲面を加工する場合、加工効率を高め、加工対象曲面内に生じる加工痕を目立ちにくくするように、該加工対象曲面内から工具のオフセット量を考量して形成したオフセット曲面上で一筆書きを行うような連続した加工パスが使用される。
　図４は、このような連続した加工パスの具体例を示す図である。図４（ａ）は、凸形状用の渦巻き状加工パスの例を示し、図４（ｂ）は、自由曲面用のラスター加工の例を示す。
　上記のような加工パス上のある座標において、加工パス上を移動する工具を一旦停止させ、加工対象曲面の法線方向へ所定の深さだけ工具を切り込み、その後元の座標に戻って加工パス上の移動を再開すると、当該座標において工具の半径及び切り込み深さを反映した曲率および深さを有する凹部が形成される。加工パス上に十分な密集度で複数の凹部を形成することにより、金型の、拡散面に対応する部分を形成することができる。
　図５は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面を含む部分とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法を示す流れ図である。
　本金型加工方法においては、金型の、拡散面に対応する部分を加工する際に、上述のように、加工パス上の複数の座標において、ボールエンドミル２０７の切削深さを定めて切削加工を行うことにより複数の凹部を作成する。
　図５のステップＳ０１０において、ボールエンドミル２０７の刃の半径Ｒを定める。刃の半径Ｒは、レンズ形状を加工することができるように定める。
　図５のステップＳ０２０において、刃の半径Ｒによって、所望の拡散角が得られるかどうか判断する。所望の拡散角が得られなければ、ステップＳ０１０に戻る。所望の拡散角が得られれば、ステップＳ０３０に進む。所望の拡散角が得られるかどうかの判断については、後で説明する。
　図５のステップＳ０３０において、所望の拡散角が得られるように基準切削深さを定める。
　金型の、拡散面に対応する部分の凹部の切削深さは、該金型に対応する光学素子の拡散面の突起部の高さに等しい。そこで、金型の、拡散面に対応する部分の凹部の切削深さ、すなわち、光学素子の拡散面の突起部の高さをＤとする。
　図６は、光学素子の拡散面の突起部の断面を示す図である。該突起部は、ボールエンドミル２０７の刃の半径Ｒを有する球面の部分からなる。ここで、刃の半径を切削半径とも呼称する。図６は、半径Ｒを有する球面の中心と突起部の頂点とを結ぶ直線を含む断面を示す。最大拡散角θ５は、球面の部分が拡散面を含む部分の基準面となす角度θ３及び光学素子を形成する物質の屈折率ｎによって定まる。そこで、球面の部分が拡散面を含む部分の基準面となす角度θ３から、最大拡散角θ５を実現する突起部の高さＤを求めることができる。
　図７は、突起部の高さＤが３マイクロメータである場合の、刃の半径Ｒと最大拡散角θとの関係を示す図である。図７の横軸は、ボールエンドミル２０７の刃の半径Ｒ（単位はミリメータ）を表す。図７の縦軸は、最大拡散角θ（単位は度）を表す。図７によれば、突起部の高さが一定である場合に、ボールエンドミル２０７の刃の半径Ｒを小さくすることにより最大拡散角θを大きくすることができる。
　図５のステップＳ０４０において、加工パスに沿った、凹部間の距離の平均値ｄを求める。
　図８は、本実施形態の光学素子１００の平面図である。光学素子１００は、レンズ部分１０１とその周囲の拡散面を含む部分１０３を含む回転対称体である。平面図において、レンズ部分１０１は、回転対称軸を中心とする半径ｒａの円形である。拡散面を含む部分１０３は、回転対称軸を中心とする半径ｒａの円形と半径ｒｂの円形とに囲まれるドーナツ状の領域である。本実施形態において、加工パスは、光学素子のレンズの回転対称軸に相当する中心軸の周りのピッチ間隔ｐの渦巻き状加工パスとする。本実施形態において、金型の、レンズに対応する部分と拡散面を含む部分に対応する部分とは、連続した渦巻き状の加工パスによって加工される。
　中心軸からの距離ｒの渦巻き曲線上の加工パスの面積Ａｒは以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 他方、図６から、拡散面に対応する部分における凹部の半径Ｌは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 となる。また、拡散面に対応する部分における凹部の断面積は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 となる。式(1)及び式(3)から、中心軸からの距離ｒの渦巻き曲線の加工パスを覆うのに必要な凹部の個数は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 となる。したがって、凹部間の加工パスに沿った距離の平均値ｄは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 となる。
　図５のステップＳ０５０において、切削深さＤ及び凹部間の距離ｄｉの分布を定める。
　図９（ａ）は、切削深さの最大値をＤとする一様分布を示す図である。図９（ａ）の横軸は、切削深さを表し、図９（ａ）の縦軸は、横軸で示される切削深さとなる確率を表す。
　図９（ｂ）は、切削深さの平均値がＤ、半値幅がＷの正規分布を示す図である。図９（ａ）の横軸は、切削深さを表し、図９（ａ）の縦軸は、横軸で示される切削深さとなる確率を表す。
　切削深さの分布は、たとえば、上記のような分布とすることができる。
　本実施形態において、凹部間の距離ｄｉの分布は、たとえば、一様分布とする。この場合に、ｊを０－１間の一様乱数とすると、その期待値は０．５であるので、加工パス上における凹部から隣接する凹部までの距離Ｓ（ｒ）を、式(5)から以下の式によって定める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 ここで、γは、加工パス全体を凹部で覆うための余裕率であり、たとえば３（＝３００％）とする。
　本実施形態においては、回転対称形状を渦巻状の加工パスによって加工するので、加工パスの密集度は、加工面全体で均一である。しかし、加工対象及び加工パスによって、加工面上の場所によって加工パスの密集度が異なる場合がある。このような場合に、加工パスに沿って一定の距離間隔で凹部を形成すると、場所によって凹部の密集度が異なる。ここで、加工パスの密集度は、加工面上の部分の面積をＡｉとし、この部分の加工パスの総長をＣｉとして、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 で表される。凹部の密集度を一定範囲内とするために、加工面を、加工パスの密集度が一定範囲内となるような部分に分割する。具体的には、たとえば、最も小さな密集度に対する最も大きな密集度の比が１．５以下であるように部分への分割を行う。このように分割された部分に対して、上記の式(1)から式(6)にしたがって、加工パス上における凹部から隣接する凹部までの距離Ｓ（ｒ）を求めることによって凹部の密集度を一定範囲内とするとすることができる。
　図５のステップＳ０６０において、複数の凹部を生成するためのボールエンドミルの軌跡を定める。
　図１０は、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３に対応する金型の部分の渦巻き状の加工パスを示す図である。図１０において鉛直方向の線の位置は、加工パス上において、深さ方向の切削を行う位置を表す。また、鉛直方向の線の長さは、切削深さを表す。拡散面を含む部分１０３に対応する金型の、加工パス上の初期位置において、たとえば、図９（ａ）に示す切削深さの一様分布を実現するように切削深さを定める。つぎに、加工パスを式(6)で定める距離だけ進み、次の切削位置を定める。この切削位置において、図９（ａ）に示す切削深さの一様分布を実現するように切削深さを定める。上記の処理を繰り返すことによって、ボールエンドミルの軌跡を定めることができる。
　図５のステップＳ０７０において、ボールエンドミルの軌跡にしたがって切削加工を行う。
　表１は、本実施形態による金型加工方法の加工条件の一例を示す表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
表１からＲ＝２００μｍ、Ｄ＝３μｍ(最大値)であるので、式(2)から、Ｌ＝３４．５μｍ(最大値)である。渦巻き送りピッチｐは、ｃを定数として以下の式に基づいて定める。
　ｐ＝２Ｌ／ｃ
金型の、拡散面に対応する部分における未切削部分をなくし、かつ、渦巻きの痕跡が残らないようにするにはｃを１０以上とすれば十分である。本実施形態においては、ｃは、１１．５である。
　図１１は、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３に対応する金型の部分の表面の、任意の方向（Ｘ方向）のプロファイルの測定値を示す図である。図９の横軸は、Ｘ方向の位置を示す。縦軸は、基準面に垂直方向の表面の位置を示す。縦軸の０．００は、測定に使用した測定器のフォーカス位置を表す。横軸及び縦軸の単位はマイクロメータである。
　図１２は、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３に対応する金型の部分の表面の、Ｘ方向に垂直なＹ方向のプロファイルの測定値を示す図である。図１０の横軸は、Ｙ方向の位置を示す。縦軸は、基準面に垂直方向の表面の位置を示す。縦軸の０．００は、測定に使用した測定器のフォーカス位置を表す。横軸及び縦軸の単位はマイクロメータである。
　図１３は、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３の拡散機能を確認するための実験装置の構成を示す図である。実験装置は図示しない光源と、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３と、拡散面を含む部分１０３の拡散面から１００ミリメータ離れた位置に設置したスクリーン１５０とを含む。光源によって、直径０．８ミリメータのコリメート光束を光学素子１００の拡散面を含む部分１０３に照射し、スクリーン１５０へ投影する。
　図１４は、図１３の実験装置において、拡散面を含む部分１０３を設置したときのスクリーンの画像を示す図である。
　図１５は、図１３の実験装置において、拡散面を含む部分１０３の代わりに平板を設置したときのスクリーンの画像を示す図である。
　図１４の画像と図１５の画像とを比較すると、拡散面を含む部分１０３による拡散の効果は明らかである。
　図１６は、本発明の金型加工方法によって加工した金型を使用して製造した光学素子の別の実施形態を示す図である。光学素子１００Ａは、レンズ部分１０１Ａと拡散面を含む部分１０３Ａとを含む。光学素子１００Ａは、拡散面内に位置決め用の突起部１０５Ａをさらに含む。突起部１０５Ａの高さは一例として数マイクロメータである。突起部１０５Ａを設けることにより、わずかなレンズのそりによる基準面の傾きをなくすことができる。さらに、突起部１０５Ａの表面も拡散面とすることができる。このように、本発明の金型加工方法によって加工した金型を使用して製造した光学素子においては、拡散面に組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせることができる。これに対して、従来の金型加工方法によれば、金型の拡散面に対応する部分は、金型のレンズ面に対応する部分を３次元加工機によって加工した後に、その周囲の平面上にブラスト加工やシボ加工を施すことによって形成されていた(たとえば、特開２０１０－８３０６６号公報段落[００５０]乃至段落[００５４])。金型の、レンズ面に対応する部分の３次元加工機による加工とは別の加工工程によって、金型の、拡散面に対応する部分を加工する従来の加工方法では、金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との角度ずれが生じうる。このために、光学素子の拡散面の部分に、組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせるのが困難であった。
　また、金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との上記の角度ずれのために、金型の拡散面に対応する部分と金型のレンズ面に対応する部分との間の境界の位置のずれが生じうる。この位置ずれについて以下に説明する。
　図１７は、従来の金型加工方法による、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間の境界の位置のずれを説明するための図である。図１７(ａ)は、二つの工程の加工面の角度ずれによって生じる位置ずれ及び段差を説明するための図である。図１７(ａ)において、金型の拡散面に対応する部分１０３が、金型のレンズ面に対応する部分１０１に対して傾いているので、Ａの部分には境界の位置ずれが生じる。Ｂの部分には境界の位置ずれは生じないが、段差が形成される。通常の加工条件において位置ずれ及び段差の大きさは、少なくとも１乃至２マイクロメータである。
　従来の金型加工方法において、境界の位置ずれを防止するために、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間に段差を設けていた。図１７(ｂ)は、従来の加工方法において、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間に設けた段差を示す図である。Ｃの部分に段差を設ける。段差の大きさは、２マイクロメータ以上が好ましく通常約５マイクロメータである。また、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間に、段差を設ける代わりに、２マイクロメータ以上の隙間を設けてもよい。
　図１８は、本発明の金型加工方法によって製造された金型の形状を示す図である。本発明の金型加工方法においては、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３とを同一の３次元加工機によって加工するので、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間の境界の位置のずれが生じることはない。したがって、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との境界Ｄに段差を設ける必要はない。

Claims (12)

  1. 　ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法であって、該レンズに対応する部分を加工することに加えて、加工パス上の座標において、該ボールエンドミルの切削半径によって定まる形状を有する凹部を作成し、加工パスに沿って、該ボールエンドミルの座標を変化させながら複数の凹部を作成することによって該拡散面に対応する部分を加工する金型加工方法であり、
    　該拡散面を覆うように加工パスを定めるステップと、
    　該切削半径及び該拡散面における所望の拡散角から基準切削深さを定めるステップと、
    　該切削半径及び該基準切削深さから、該加工パスに沿った複数の凹部間の距離の平均値を定めるステップと、
    　切削深さの分布及び複数の凹部間の距離の分布を定めるステップと、
    　該切削深さの分布及び該距離の分布を実現するように、該加工パス上の、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さを定めるステップと、
    　上記のように定めた、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さにしたがって該拡散面に対応する部分の切削加工を行うステップと、を含む金型加工方法。
  2. 　前記３次元加工機が第１及び第２のボールエンドミルを備えており、第１のボールエンドミルが、前記レンズに対応する部分を加工するように構成され、第２のボールエンドミルが前記拡散面に対応する部分を加工するとように構成された請求項１に記載の金型加工方法。
  3. 　前記３次元加工機が回転機構を有し、被加工物を該回転機構に取り付けて加工する請求項１に記載の金型加工方法。
  4. 　１個のボールエンドミルによって、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを加工する請求項１に記載の金型加工方法。
  5. 　前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを連続した加工パスによって加工する請求項４に記載の金型加工方法。
  6. 　前記加工パスを渦巻曲線として定める請求項５に記載の金型加工方法。
  7. 　前記加工パスをラスター加工パスとして定める請求項５に記載の金型加工方法。
  8. 　複数の凹部の切削深さ及び複数の凹部間の距離の分布が一様分布である請求項１から７のいずれかに記載の金型加工方法。
  9. 　レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型であって、該金型の、レンズに対応する部分と、該金型の、拡散面に対応する部分と、を一体的に含み、両部分の間に段差または隙間を有しない光学素子用の金型。
  10. 　請求項９に記載の金型によって製造された光学素子。
  11. 　レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子であって、該拡散面内に、位置合わせのための突起部を備えた、金型によって製造された光学素子。
  12. 　前記突起部の表面にも拡散面を設けた請求項１１に記載の光学素子。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017032596A (ja) * 2013-11-11 2017-02-09 大日本印刷株式会社 凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法
CN105414615B (zh) * 2015-09-14 2018-07-31 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种飞机蒙皮下陷特征加工方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002361510A (ja) * 2001-06-07 2002-12-18 Masami Masuda 微細凹面のミーリング加工法とその装置
JP2007276049A (ja) * 2006-04-06 2007-10-25 Olympus Corp アレイ形状金型の製造方法、走査加工装置
WO2009093382A1 (ja) * 2008-01-21 2009-07-30 Aji Co., Ltd. 光学部品の製造方法、型の製造方法、光学部品製造装置、及び型製造装置
WO2010119726A1 (ja) * 2009-04-13 2010-10-21 コニカミノルタオプト株式会社 ウエハレンズの製造方法
JP2010269532A (ja) * 2009-05-22 2010-12-02 Panasonic Corp 樹脂レンズ成形方法および樹脂レンズ金型
JP2010276967A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Konica Minolta Opto Inc ウエハレンズの製造方法
WO2011055627A1 (ja) * 2009-11-05 2011-05-12 コニカミノルタオプト株式会社 切削工具、金型の製造方法及びアレイレンズ用金型

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002361510A (ja) * 2001-06-07 2002-12-18 Masami Masuda 微細凹面のミーリング加工法とその装置
JP2007276049A (ja) * 2006-04-06 2007-10-25 Olympus Corp アレイ形状金型の製造方法、走査加工装置
WO2009093382A1 (ja) * 2008-01-21 2009-07-30 Aji Co., Ltd. 光学部品の製造方法、型の製造方法、光学部品製造装置、及び型製造装置
WO2010119726A1 (ja) * 2009-04-13 2010-10-21 コニカミノルタオプト株式会社 ウエハレンズの製造方法
JP2010269532A (ja) * 2009-05-22 2010-12-02 Panasonic Corp 樹脂レンズ成形方法および樹脂レンズ金型
JP2010276967A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Konica Minolta Opto Inc ウエハレンズの製造方法
WO2011055627A1 (ja) * 2009-11-05 2011-05-12 コニカミノルタオプト株式会社 切削工具、金型の製造方法及びアレイレンズ用金型

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019038881A1 (ja) * 2017-08-24 2019-02-28 ナルックス株式会社 エンドミルによる金型の加工方法
JPWO2019038881A1 (ja) * 2017-08-24 2020-08-20 ナルックス株式会社 エンドミルによる金型の加工方法
US11697164B2 (en) 2017-08-24 2023-07-11 Nalux Co., Ltd. Mold machining method using end mill

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