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JPH11197902A - 回折面形状の製造方法 - Google Patents

回折面形状の製造方法

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JPH11197902A
JPH11197902A JP36940097A JP36940097A JPH11197902A JP H11197902 A JPH11197902 A JP H11197902A JP 36940097 A JP36940097 A JP 36940097A JP 36940097 A JP36940097 A JP 36940097A JP H11197902 A JPH11197902 A JP H11197902A
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Japan
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slope
shape
cutting edge
mold
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JP36940097A
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Masaaki Yokota
正明 横田
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Canon Inc
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Canon Inc
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の正確な回折面形状を容易に切削する。 【解決手段】 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の角度であるノーズ角εは85°で
あり、横切刃4の長さLは5μmとしている。金型11
の被加工面と工具1の位置関係は、被加工面の回折機能
を有する立上り角が30°以下である斜面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。ここで、金型11を取
り付けた加工機の回転軸を毎分7000回転で回転させ
ると共に、XYZテーブル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が金型11の中心から外周
方向に向かい、かつ斜面Iの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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学系に用いる光
学素子又は金型等に適用する回折面形状の製造方法、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。
【0002】
【従来の技術】従来から、回折面形状に倣ってダイヤモ
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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
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。
【0004】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
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
の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
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。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
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。
【0007】図4、図5は加工に用いるXYZの3軸N
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。
【0008】多数の円形の溝を有する回折面形状を持つ
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。
【0009】金型11の被加工面Sと工具1の位置関係
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。
【0010】ここで、金型11を取り付けた加工機の回
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。
【0011】また比較のために、比較用工具A、Bを同
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。
【0012】このようにして、ダイヤモンド工具1及び
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。
【0013】 ピッチ 使用工具 工具1 工具A 工具B No 測定項目 1 斜面粗さ(P-V:nm) 10 40 40 (最内周) 溝底部形状(第2ピッチ)89.8° 多段溝 丸底 格子高さh(μm) 1.0 1.1 0.9 33 斜面粗さ(P-V:nm) 10 40 40 溝底部形状 89.7° 多段溝 丸底 格子高さh(μm) 1.0 1.2 0.9 66 斜面粗さ(P-V:nm) 10 60 60 溝底部形状 89.5° 多段溝 丸底 格子高さh(μm) 1.0 1.2 0.9 100 斜面粗さ(P-V:nm) 10 80 80 (最外周) 溝底部形状 88.8° 多段溝 丸底 格子高さh(μm) 1.0 1.1 0.9
【0014】このように、ダイヤモンド工具1による加
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。
【0015】一方、比較用工具A、Bによる加工では加
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。
【0016】また、溝底部形状は比較用工具Aでは先端
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。
【0017】次に、アクリル板による回折光学素子を製
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。
【0018】図9はダイヤモンド工具1’の先端形状を
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。
【0019】加工すべきアクリル板14を加工機の回転
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。
【0020】回転軸12を毎分8000回転で回転させ
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。
【0021】一方、比較用工具Cを同様の方法で、図1
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。
【0022】この実験での工具によるアクリル板14の
加工深さは、最小で約5μm、最大で約25μmであっ
た。
【0023】このようにして、ダイヤモンド工具1’及
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。
【0024】 最内周から最外周方向 最内周から最外周方向 ピッチ 使用工具 工具1’ 工具C 工具1’ 工具C No 測定項目 1 斜面粗さ(P-V:nm) 15 60 100 100 (最内周) 溝底部形状 89.4° 多段形状 89.4°面取形状 格子高さh(μm) 5.0 5.1 1.0 4.9 33 斜面粗さ(P-V:nm) 15 70 90 80 溝底部形状 88.9° 多段形状 88.9°面取形状 格子高さh(μm) 5.0 5.2 1.0 4.9 66 斜面粗さ(P-V:nm) 15 80 80 70 溝底部形状 87.6° 多段形状 87.6°面取形状 格子高さh(μm) 5.0 5.1 1.0 4.9 100 斜面粗さ(P-V:nm) 15 100 80 60 (最外周) 溝底部形状 84.3° 多段形状 84.3°面取形状 格子高さh(μm) 5.0 5.1 1.0 4.9
【0025】工具1’による加工では、アクリル板14
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。
【0026】また、溝底部形状は比較用工具Cでは切り
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。
【0027】また、工具の並進方向を反対にした加工で
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。
【0028】更に、先の実施例で得られた無電解ニッケ
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。
【0029】また、先の実施例と同様な加工方法で、超
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。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折面
形状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。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のダイヤモンド工具の先端形状の断面図
である。
【図2】比較用のダイヤモンド工具の先端形状の断面図
である。
【図3】比較用のダイヤモンド工具の先端形状の断面図
である。
【図4】3軸NC制御加工機の斜視図である。
【図5】3軸NC制御加工機の斜視図である。
【図6】回折格子の加工状態の説明図である。
【図7】比較用のダイヤモンド工具による切削状態の説
明図である。
【図8】比較用のダイヤモンド工具による切削状態の説
明図である。
【図9】他の実施例のダイヤモンド工具の先端形状の断
面図である。
【図10】比較用のダイヤモンド工具の先端形状の断面
図である。
【図11】回折格子の加工状態の説明図である。
【図12】比較用のダイヤモンド工具の設定状態であ
る。
【符号の説明】
1、1’ ダイヤモンド工具 2 ノーズ 3 前切刃 4 横切刃 11 金型 12 回転軸 13 XYZテーブル 14 アクリル板 A、B 比較用工具

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【請求項4】 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1〜3に記載の回折面形状の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2に記載の製造方法に用い
    る工具。
  6. 【請求項6】 請求項1〜3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。
  7. 【請求項7】 請求項1〜3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。
  8. 【請求項8】 請求項7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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