專利名稱：模具、光學(xué)元件、光學(xué)元件成型用模具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模具、光學(xué)元件、光學(xué)元件成型用模具及其制造方法，尤 其涉及對于加工光學(xué)元件成型用模具來說是較適合的模具、由其成型的光 學(xué)元件、光學(xué)元件成型用模具及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，在光拾取裝置用物鏡等高精度光學(xué)元件的光學(xué)面上形成衍射 構(gòu)造，通過衍射效果提高光學(xué)性能。這里的衍射構(gòu)造一般是微細(xì)的環(huán)帶構(gòu) 造，在物鏡是以塑料為材料通過注射成型等形成時，必須在其模具上加工 與環(huán)帶構(gòu)造相應(yīng)的微細(xì)的槽形狀。作為模具材料一般采用超剛等材料，能 夠用金剛石刀具切削。專利文獻(xiàn)1中公開了一種技術(shù)，是采用具有矩形形 狀前刀面的金剛石刀具， 一邊使模具材料旋轉(zhuǎn)一邊切削微細(xì)的槽形狀。
專利文獻(xiàn)l:特開2005-219185號公才艮
發(fā)明內(nèi)容
這里存在下述問題，如果金剛石刀具的前刀面上受切削阻力的話，金 剛石的結(jié)晶方位上由于其前端角度45度方向劈開而容易缺損。然而根據(jù)專 利文獻(xiàn)1的技術(shù)，前刀面角部缺損時，槽底面與槽側(cè)面之間出現(xiàn)仿缺損形 狀的45度斜面。在具有這種槽形狀的模具中注射成型光學(xué)元件的話，與45 斜面相應(yīng)地衍射構(gòu)造中產(chǎn)生垂度，由此會降低衍射效率。而金剛石刀具也 有不出現(xiàn)劈開的情況，此時加工形成的模具中沒有45度斜面，用其轉(zhuǎn)印成 型的光學(xué)元件其衍射構(gòu)造不產(chǎn)生垂度，維持高衍射效率。也就是說，根據(jù) 以往的技術(shù)，由于金剛石刀具的劈開之偶然事宜引起模具精度的偏差，所 以存在下述問題，即每一個模具的光學(xué)元件的光學(xué)特性(衍射效率)出現(xiàn) 較大偏差。雖然可以考慮預(yù)先將光學(xué)元件具有的衍射效率的最大目標(biāo)值設(shè) 定得低一些，但是，通過這種設(shè)定來根本解決由于刀具的劈開而引起的上 述偏差的降低是困難的。本發(fā)明鑒于上述問題，以提供一種模具、光學(xué)元件、光學(xué)元件成型用 模具及其制造方法為目的，其中能夠在例如備有衍射構(gòu)造的光學(xué)元件中確
保必須的效率，同時能夠抑制用于光學(xué)元件成型的每個模具的偏差。 上述目的通過以下記載的方式達(dá)成。
1. 一種成型具有多個環(huán)帶構(gòu)造的光學(xué)元件的^f莫具，其特征在于， 具有面，該面具有同心圓狀的多個環(huán)帶構(gòu)造，
各個所述環(huán)帶構(gòu)造具有槽，該槽由底面、側(cè)壁面、曲面構(gòu)成，所述底 面在所述環(huán)帶構(gòu)造的半徑方向具有規(guī)定寬度，所述曲面連接所述底面和所
述側(cè)壁面且曲率半徑為0.5 2(^m。
根據(jù)本發(fā)明涉及的模具，因?yàn)椴捎美缃饎偸毒撸辽僭谧畛醯那?削加工時，在模具上形成環(huán)帶構(gòu)造，該環(huán)帶構(gòu)造備有通過曲率半徑為 0.5(im 2|im的曲面相互連接的所述槽的底面和所述槽的側(cè)壁面，所以能夠 確保用其轉(zhuǎn)印成型的光學(xué)元件的必要的光學(xué)特性，同時在切削開始和切削 結(jié)束中所述曲面的曲率半徑的變化少，這樣能夠抑制用加工好的多個模具 成型的光學(xué)元件的模具間的偏差。"曲率半徑"是在沿光軸的截面中測得的 值。所謂"由底面(或頂部)、側(cè)壁面、連接所述底面和所述側(cè)壁面且曲率半 徑為0.5^im 2(mi的曲面構(gòu)成"，這里并不局限于所形成的多個環(huán)帶都由曲面 構(gòu)成，根據(jù)與利用效率的關(guān)系，可以是一部分由曲面連接的，例如可以是 全環(huán)帶的50%以上的相應(yīng)部位由上述曲面連才妄。
2. 第l項(xiàng)中記載的模具，其特征在于，所述底面具有多個臺階而形成。 這種模具適合形成例如如圖l(a)所示的槽構(gòu)造，即反復(fù)以光軸X為
中心的階梯狀環(huán)帶。
3. 第l項(xiàng)中記載的模具，其特征在于，所述底面上未形成臺階。 這種模具適合形成例如如圖1 (b)所示的槽構(gòu)造，即形成多個以光軸
X為中心的同樣高度的環(huán)帶壁。
4. 一種光學(xué)元件，具有光學(xué)面，該光學(xué)面上形成了多個以光軸為中心 的同心圓狀的環(huán)帶，光學(xué)元件的特征在于，
各個所述環(huán)帶由在光軸垂直方向具有規(guī)定寬度的頂部、側(cè)壁面、連接 所述頂部和所述側(cè)壁面且曲率半徑為0.5 2(im的曲面構(gòu)成。
本發(fā)明涉及的光學(xué)元件能夠用第1項(xiàng)中記載的模具形成，因此具有相 同的作用效果。
55. 第4項(xiàng)中記載的光學(xué)元件，其特征在于，所述多個環(huán)帶分別具有階 梯狀的臺階構(gòu)造。
所述第5項(xiàng)中記載的光學(xué)元件，是所述第4項(xiàng)中記載的樣式，其特征
在于，所述多個環(huán)帶分別具有階梯狀的臺階構(gòu)造。所謂階梯狀的臺階構(gòu)造
是指例如如圖1 (a)所示的反復(fù)以光軸X為中心的階梯狀環(huán)帶之構(gòu)造。
6. 第4項(xiàng)中記載的光學(xué)元件，其特征在于，所述多個環(huán)帶分別是二元
構(gòu)造(z一于y構(gòu)造)。
所述第6項(xiàng)中記載的光學(xué)元件，是所述第4項(xiàng)中記載的樣式，其特征 在于，所述多個環(huán)帶分別是二元構(gòu)造。所謂二元構(gòu)造是指例如如圖1 (b) 所示的形成多個以光軸X為中心的同樣高度的環(huán)帶壁之構(gòu)造。
7. —種光學(xué)元件成型用模具的制造方法，通過相對切削驅(qū)動被旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動的模具母材與具有由前刀面和退刀面構(gòu)成的切削刃的金剛石刀具，在模 具母材上同心圓狀地形成具有規(guī)定寬度的底面的多個槽，光學(xué)元件成型用 模具的制造方法的特征在于，包括以下工序
第一工序，在沿模具的旋轉(zhuǎn)軸方向相對驅(qū)動所述金剛石刀具或所述模 具母材的同時，切削加工所述模具母材；
第二工序，在沿與模具的旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向相對驅(qū)動所述金剛石刀具 或所述模具母材的同時，切削加工所述模具母材；
第三工序，在所述第一工序和所述第二工序之間，在相對驅(qū)動所述金 剛石刀具或所述模具母材的同時，使所述金剛石刀具或所述模具母材在模 具的旋轉(zhuǎn)軸方向及與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向同時位移，切削加工所述模具母材。
根據(jù)本發(fā)明涉及的制造方法，因?yàn)榫哂械谌ば?，即在所述第一工?和所述第二工序間， 一邊相對驅(qū)動所述金剛石刀具或所述模具母材，使在 模具的旋轉(zhuǎn)軸方向及與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向同時位移， 一邊進(jìn)行切削加工， 所以，能夠在所述槽的底面和所述槽的側(cè)壁面相交處形成與兩面相交的規(guī) 定面，切削開始和切削結(jié)束時規(guī)定面的變化少，用如此加工的多個模具成 型的光學(xué)元件，能夠抑制模具間的偏差。
8. 第7項(xiàng)中記載的光學(xué)元件成型用模具的制造方法，其特征在于，通 過所述第三工序，所述模具母材被切削加工成所述槽的底面和側(cè)壁面由規(guī) 定的曲面連接。
根據(jù)所述第8項(xiàng)中記載的方式，切削開始和切削結(jié)束時的曲面的曲率
6變化少，用如此加工的多個模具成型的光學(xué)元件，能夠抑制模具間的偏差。
9. 第8項(xiàng)中記載的光學(xué)元件成型用模具的制造方法，其特征在于，所 述曲面的曲率半徑為0.5|am~2(am。
所述第9項(xiàng)中記載的光學(xué)元件成型用模具的制造方法，是所述第7項(xiàng) 中記載的樣式，其特征在于，所述曲面曲率半徑是0.5)Lim 2|im,所以釆用 如此制造的光學(xué)元件成型用模具轉(zhuǎn)印形成的光學(xué)元件，能夠確保必要的光 學(xué)特性。
10. —種光學(xué)元件成型用模具的制造方法，通過在相對切削驅(qū)動被旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動的模具母材與金剛石刀具的同時，切削加工模具母材，從而在模具 母材上形成同心圓狀的具有規(guī)定寬度的底面的多個槽；所述金剛石刀具具 有切削刃，所述切削刃具有第一緣部、第二緣部、第三緣部，所述第一緣 部及所述第二緣部是在前刀面相互平行延伸的直線形狀，所述第三緣部與 所述第一緣部和所述第二緣部相交；光學(xué)元件成型用模具制造方法的特征 在于，包括以下工序
母材，用所述金剛石刀具的第三緣部在模具母材上切削加工槽底面；
所述模具母材，用所述金剛石刀具的第二緣部在模具母材上切削加工槽側(cè) 面；
第三工序，在所述第一工序和所述第二工序之間，使所述金剛石刀具 或所述模具母材在模具的旋轉(zhuǎn)軸方向及與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向同時位移，切 削加工所述模具母材。
根據(jù)本發(fā)明涉及的制造方法，因?yàn)榫哂械谌ば?，即在所述第一工?和所述第二工序間， 一邊相對驅(qū)動所述金剛石刀具或所述模具母材，使在 模具的旋轉(zhuǎn)軸方向及與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向同時位移， 一邊進(jìn)行切削加工， 所以能夠在所述槽的底面和所述槽的側(cè)壁面相交處形成曲面，切削開始和 切削結(jié)束時曲面的曲率變化少，用如此加工的多個模具成型的光學(xué)元件， 能夠抑制模具間的偏差。
作為"光學(xué)元件"，在此可以舉出例如透鏡、棱鏡、衍射光柵光學(xué)元件(衍 射透鏡、衍射棱鏡、衍射片、色像差修正元件)、光學(xué)濾波器(空間低通濾 波器、波長帶通濾波器、波長低通濾波器、波長高通濾波器等)、偏振濾器(檢偏振器、旋光片、偏振分離棱鏡等)、相位濾波器(相位片、全息圖 等)，但并不局限于上述。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種以往技術(shù)所得不到的新穎模具、光學(xué)元件、 光學(xué)元件成型用模具及其制造方法，其中，能夠在備有例如衍射構(gòu)造的光 學(xué)元件中確保必要的效率，同時抑制各個用于光學(xué)元件成型的模具的偏差。
圖1 (a)及l(fā) (b)是表示衍射構(gòu)造的例子的圖2是適合于實(shí)行本實(shí)施方式的模具加工方法的2軸超精密加工機(jī)10 的立體圖3是金剛石刀具的立體圖4 (a)是適合用于本發(fā)明加工方法的金剛石刀具T前端的從前刀面 側(cè)看到圖，圖4 ( b )使其側(cè)視圖5是采用圖4 (a)及4 (b)的金剛石刀具加工后的模具M(jìn)D的立體
圖6是模具材料M的光學(xué)轉(zhuǎn)印面的概略放大剖面圖7 (a) ~7 (c)是表示加工時金剛石刀具T的位置的放大圖8 (a)及8 (b)是放大表示根據(jù)本實(shí)施方式的加工方法用金剛石刀
具切削的模具的槽底面和槽側(cè)面的周圍的圖9 (a)及9 (b)是放大表示根據(jù)比較例的加工方法用金剛石刀具切
削的模具的槽底面和槽側(cè)面的周圍的圖10是能夠用于光拾取裝置的光學(xué)元件OE —例的剖面圖； 圖11是由本發(fā)明者所作的模擬試驗(yàn)結(jié)果示意圖； 圖12是由本發(fā)明者所作的模擬試驗(yàn)結(jié)果示意圖； 圖13是由本發(fā)明者所作的模擬試驗(yàn)結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式
接下去參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式作說明。圖2是適合于實(shí)行本 實(shí)施方式涉及的模具加工方法的2軸超精密加工機(jī)10立體圖。圖3是金剛 石刀具的立體圖。圖2所示的2軸超精密加工機(jī)10中，臺座l上配置著由 沒有圖示的控制裝置驅(qū)動于X軸方向的X軸臺2。 X軸臺2上裝有金剛石
8刀具T。臺座1上還配置著由沒有圖示的控制裝置驅(qū)動于Z軸方向的Z軸
臺4。 Z軸臺4上裝有由沒有圖示的控制裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸(旋轉(zhuǎn)軸)5。 主軸5能夠安裝必須加工轉(zhuǎn)印光學(xué)面的光學(xué)元件成型用模具，金剛石刀具T 的前端裝有金剛石削片Tc，其形狀參照圖4 (a)及4 (b),詳細(xì)在后敘述。 根據(jù)本實(shí)施方式涉及的加工方法，采用的超精密加工機(jī)其主軸5、 X軸 臺2、 Z軸臺4的高剛性，軸控制分辨率在100nm以下，在主軸5上安裝工 件，即光學(xué)元件成型用模具，使主軸以旋轉(zhuǎn)次數(shù)1000min"旋轉(zhuǎn)，用切入量 l)im、進(jìn)給0.2mm/min條件，用金剛石刀具T使刀刃切削點(diǎn)在加工中連續(xù) 移動，作延性方式切削加工，能夠在模具的光學(xué)轉(zhuǎn)印面上創(chuàng)成與衍射構(gòu)造 相應(yīng)的環(huán)帶狀槽。
圖4 (a)及圖4 (b)分別是適合用于本實(shí)施方式涉及的模具加工方法 的金剛石刀具T前端，從前刀面T5側(cè)看到的圖及其側(cè)視圖。圖4(a)中， 金剛石刀具T具有直線狀延伸的前端第三緣部T3 ( 100|im以下)、從第三 緣部T3兩端向垂直方向直線狀平行延伸的第一緣部Tl和第二緣部T2,由 這些邊緣形成方形前刀面T5。第 一緣部Tl連接漸漸遠(yuǎn)離第二緣部T2地延 伸的第四緣部T4。第二緣部T2與第三緣部T3理想的是優(yōu)選直線與直線垂 直相交，但也包括通過半徑A微小的圓弧R1 (不到0.5|im)連接。這里的 方形是指，從相互平行延伸的邊緣T2 、 T3中、短的 一側(cè)的第二緣部T2上 的第四緣部T4側(cè)的端部(離前端|3距離的位置)起，添一根與第一緣部 T1平行的線T6，由此由邊緣T1、 T2、 T3、線T6圍起的區(qū)域。
圖5是采用圖4U)及4(b)的金剛石刀具加工后的模具M(jìn)D立體圖， 圖6是其光學(xué)轉(zhuǎn)印面的概略放大剖面圖。圖7 (a) ~7 (c)是加工時金剛 石刀具T的位置》文大示意。用本實(shí)施方式加工方法加工的才莫具M(jìn)D,至少一 個光學(xué)功能面被分割成以光軸為中心的多個光學(xué)功能區(qū)域，該多個光學(xué)功 能區(qū)域中的至少 一 個被分割成多個以光軸為中心的環(huán)帶狀區(qū)域，且各環(huán)帶 中設(shè)有規(guī)定個數(shù)不連續(xù)的臺階，同時適合用于具有衍射構(gòu)造之光學(xué)元件的 成型，該衍射構(gòu)造是設(shè)有所述不連續(xù)的臺階的環(huán)帶被連續(xù)配置之構(gòu)造。
圖10是能夠用于光拾取裝置的光學(xué)元件OE其一例中涉及的剖面圖， 對衍射構(gòu)造作了夸張表示。圖10中，形成在光學(xué)元件OE光學(xué)面Sl、 S2 上對穿過的光束發(fā)揮衍射效果的衍射構(gòu)造DS1、 DS2,由被形成為以光軸O 為中心的同心圓狀的具有在光軸垂直方向具有規(guī)定寬度之頂部的環(huán)帶構(gòu)成，光軸方向上的截面例如為階梯狀。如圖6所示，模具的光學(xué)轉(zhuǎn)印面(光 學(xué)元件的光學(xué)面稱為轉(zhuǎn)印的面，優(yōu)選實(shí)施鍍鎳、磷、銅)上用與這種槽構(gòu)
造相補(bǔ)的形式形成具有多層階梯的環(huán)帶狀的槽。圖6中，金剛石刀具T能 夠在X軸方向(又稱接近旋轉(zhuǎn)軸的方向)及Z軸方向(又稱與模具旋轉(zhuǎn)軸 平4亍的方向)移動。
出示本實(shí)施方式加工方法的一例。本實(shí)施方式的加工，在形成備有層 層變深的多層階梯的環(huán)帶狀槽構(gòu)造(又簡稱為槽或環(huán)帶槽)時體現(xiàn)效率性， 必須形成在模具上的槽構(gòu)造的形狀，事先被輸入到超精密加工機(jī)的控制裝 置。圖6所示的例中，從光軸0向外周依次在光學(xué)轉(zhuǎn)印面上形成槽構(gòu)造G1、 G2，且槽構(gòu)造G1、 G2隨向外周而階梯狀的臺階(又稱階梯)變深。這里 的"深，，"淺，，是在旋轉(zhuǎn)軸方向上采用金剛石刀具從加工前的模具表面切入時 相對切入量來進(jìn)行區(qū)分的。"切入方向"是指平行于旋轉(zhuǎn)軸的接近模具之方 向。
加工時，首先使模具材料M繞光軸(又稱旋轉(zhuǎn)軸)O旋轉(zhuǎn)，使金剛石 刀具T的第三緣部T3在與槽構(gòu)造G2中、這里是第4層的層(槽構(gòu)造G2 內(nèi)最深的層)相對應(yīng)的基準(zhǔn)位置(圖6中實(shí)線所示的位置)向平行于光軸O 并壓向模具材料M的方向(Z軸下方)移動至規(guī)定位置。由此金剛石刀具 T切削加工模具材料M的光學(xué)轉(zhuǎn)印面，形成環(huán)帶狀的槽，槽底面(又稱槽 的底面)GB由第三緣部T3切削，外周側(cè)的槽側(cè)面(又稱槽的底壁面)GO 由第一緣部T1切削(第一工序參照圖7(a))。
接下去如圖7(b)所示，使金剛石刀具T在模具材料M的光軸O垂直 方向(X軸右方)及軸線方向(Z軸上方)同時位移(第三工序)。通過該 動作，由第二緣部T2和第三緣部T3之間的圓弧部Rl在槽底面GB與內(nèi)周 側(cè)的槽側(cè)面GI之間形成曲面CP。曲面CP的曲率半徑B為0.5pm ~ 2pm。
進(jìn)一步使金剛石刀具T平行于模具材料M的光軸O ( Z軸上方)位移。 這樣由第二緣部T2切削內(nèi)周側(cè)的槽側(cè)面GI (第二工序)。之后如圖7(c) 所示，使金剛石刀具T平行于模具材料M的光軸O (X軸右方)位移，由 此形成第二深的層。以下相同，通過使金剛石刀具T位移能夠形成槽構(gòu)造 G2、 Gl。由上可知，每形成1個槽便使金剛石刀具T從模具材料M拔出在 X軸方向位移，只要反復(fù)此動作，便能夠成形適合于成型二進(jìn)制形式衍射 構(gòu)造(參照圖1 (a))的模具M(jìn)D。有關(guān)采用這種模具M(jìn)D的光學(xué)元件的成
10型方法，例如在特開2005 - 319778號公報(bào)等中有所記載。
例如，把熔融光學(xué)元件材料注射到圖6、圖7 (a) ~7 (c)所示的模具 通過冷卻，就能得到圖IO所示的光學(xué)元件OEI。采用的模具在光學(xué)轉(zhuǎn)印面 上形成了多個具有階梯狀臺階構(gòu)造和二元構(gòu)造等的環(huán)帶時，該模具在光學(xué) 元件的光學(xué)面上轉(zhuǎn)印多個具有階梯狀臺階構(gòu)造和二元構(gòu)造等的環(huán)帶RZ。作 為本發(fā)明方式的一例，在圖10的圓內(nèi)出示1個環(huán)帶的截面放大圖。各個環(huán) 帶具有與模具槽底面GB相對應(yīng)的頂部OET、與模具槽側(cè)面GI相對應(yīng)的側(cè) 壁面OEO,頂部OET和側(cè)壁面OE I由曲面OECP連接，該曲面OECP與 模具的曲面CP對應(yīng)，曲率半徑為0.5~2pm。頂部在光軸垂直方向有規(guī)定 的寬度。圖IO的圓內(nèi)出示了階梯狀臺階構(gòu)造的剖面圖，但本發(fā)明涉及的光 學(xué)元件的環(huán)帶構(gòu)造，其形狀只要是由在光軸垂直方向持規(guī)定寬度的頂部、 側(cè)壁面、連接頂部與側(cè)壁面的曲率半徑為0.5 ~2pm的曲面構(gòu)成即可，并不 局限于圖10的形狀。
本發(fā)明中涉及的光學(xué)元件其材料不局限于塑料，也可以采用一般性玻 璃的光學(xué)材料。
并且，本發(fā)明涉及的光學(xué)元件可以采用本發(fā)明涉及的模具，通過壓榨 成型、擠出成型、模子成型、其他已知的成型光學(xué)元件的成型法進(jìn)行成型。
在切削加工過程中，由于切削阻力，金剛石刀具T的前刀面T5的角恐 怕因劈開引起缺損。此時，前刀面T5缺損的形狀轉(zhuǎn)印到模具材料M上。 用這樣的模具轉(zhuǎn)印成型的光學(xué)元件，因?yàn)閭溆信c設(shè)計(jì)形狀不同的衍射構(gòu)造， 所以恐怕不能發(fā)揮所望的光學(xué)特性。尤其成為問題的是用多個模具成型的 光學(xué)元件中的模具間的形狀偏差。也就是所，如果從某一模具成型的光學(xué) 元件的衍射效率，大不相同于從其他模具成型的光學(xué)元件的衍射效率的話， 有不良品率上升的擔(dān)憂。
對此，本實(shí)施方式中，用曲率半徑B的曲面連接模具的槽底面和槽側(cè) 面，能夠緩和所述不良狀況。對此參照附圖進(jìn)行說明，以下，光學(xué)元件的 衍射構(gòu)造完全能夠轉(zhuǎn)印模具的槽構(gòu)造。
圖8 (a)及8 (b)是根據(jù)本實(shí)施方式的加工方法用金剛石刀具切削的 模具槽底面和槽側(cè)面周圍放大示意，圖8 (a)表示切削開始(加工最初) 的槽，圖8 (b)表示切削結(jié)束(加工最后)的槽。圖9(a)及9(b)是根 據(jù)比較例的加工方法用金剛石刀具切削的模具槽底面和槽側(cè)面周圍放大示
ii(加工最初)的槽，圖9 (b)表示切削結(jié)束(加 工最后)的槽。
圖8 (a)及8 (b)中，槽底面GB轉(zhuǎn)印的光學(xué)面，穿過該光學(xué)面的光 束以所望的衍射角度射出，曲面CP轉(zhuǎn)印的光學(xué)面，穿過該光學(xué)面的光束不 以所望的衍射角度射出而成為不要光。因此，為了增大光學(xué)元件的衍射效 率，本來應(yīng)優(yōu)選曲面面積為零。這種理想性的槽構(gòu)造(圖9 U)所示的形 狀)能夠通過用第二緣部T2與第三緣部T3是相互直線與直線相交的金剛 石刀具T切削而得。
但是，從切削開始到切削結(jié)束的過程中，金剛石刀具T上第三緣部T3 一旦45度方向劈開產(chǎn)生缺損D的話，則如圖9(b)中實(shí)線所示，缺損D 轉(zhuǎn)印到角上，切削結(jié)束時的槽構(gòu)造中出現(xiàn)錐形面TP。此時錐形面TP轉(zhuǎn)印 到光學(xué)面，穿過該光學(xué)面的光束不以所望的衍射角度射出成為不要光，所 以，與錐形面TP面積相當(dāng)?shù)姆?，衍射效率降低。這是在產(chǎn)生缺損D的前后 出現(xiàn)衍射效率偏差的原因。至于是否產(chǎn)生了缺損D這在加工中卻不可能判 斷。
對此，根據(jù)本實(shí)施方式，由于切削開始狀態(tài)時存在如圖8(a)所示曲 面CP，由其轉(zhuǎn)印的光學(xué)元件的衍射效率，低于用如圖9 (a)所示槽構(gòu)造的 模具轉(zhuǎn)印的光學(xué)元件的衍射效率。但是，缺損D出現(xiàn)前的曲面CP與缺損D 出現(xiàn)后的曲面CP，向軸線方向看時面積的變化量小，用這種模具轉(zhuǎn)印成型的 光學(xué)元件能夠抑制衍射效率的偏差。
并且如果增大曲面CP的曲率半徑B的話，金剛石刀具上缺損D出現(xiàn) 前的曲面CP與缺損D出現(xiàn)后的曲面CP，向軸線方向看時面積的變化量則更 小。因此用這樣的模具轉(zhuǎn)印成型的光學(xué)元件中光利用效率(衍射效率)的 偏差更小。但曲面CP及曲面CP，相對刀具不產(chǎn)生損耗衍射效率為100%之 模具形狀(圖9 (a))的面積變化量卻增大，用這樣的模具轉(zhuǎn)印成型的光學(xué) 元件，其整體的光利用效率絕對值降低。在此必須設(shè)定曲面CP,使能夠在 光學(xué)元件中確保必要的光利用效率絕對值，同時抑制光利用效率的偏差。
在此，如果考慮金剛石刀具的磨損量偏差的實(shí)際測量值為0~0.5pm， 則曲面CP的曲率半徑B只要至少為0.51im便能夠有效地減低光利用效率的 偏差。另外，只要曲率半徑B在2(im以下就能夠在光學(xué)元件中確保必要的 光利用效率絕對值。因此，通過使曲率半徑為0.5pm 2iam便能夠確保采用
12本發(fā)明涉及的模具轉(zhuǎn)印形成的光學(xué)元件中必要的光學(xué)特性。
圖11、 12、 13是本發(fā)明者所作的模擬試驗(yàn)結(jié)果示意圖，出示了刀具磨
損量(第三緣部T3的缺損長度)與從用該刀具加工的模具轉(zhuǎn)印的光學(xué)元件 的衍射構(gòu)造的關(guān)系。圖11是采用以往形狀的模具、圖12是采用以往形狀 的模具但把光學(xué)元件的最大衍射效率降低到95%所設(shè)計(jì)的模具、圖13是采 用從本實(shí)施方式模具、成型轉(zhuǎn)印的光學(xué)元件，所作的模擬試驗(yàn)的結(jié)果。本 模擬試驗(yàn)中以曲率半徑B為0.5(xm。另外，圖11-圖12中，縱軸為光學(xué)元 件的衍射效率(％),橫軸為刀具的磨損量(|im)。從圖9 (a)及9 (b)所 示比較例模具轉(zhuǎn)印的光學(xué)元件，其情況如圖ll所示，刀具沒有損耗狀態(tài)下 的衍射效率(設(shè)計(jì)效率)為100%， 一旦有0.5jim刀具損耗則衍射效率偏差 盡達(dá)11%。為了抑制衍射效率的偏差，可以考慮作降低了光學(xué)元件最大衍 射效率的模具設(shè)計(jì)。但是根據(jù)本發(fā)明者的模擬試驗(yàn)，如圖12所示可知，即 使是使刀具沒有損耗狀態(tài)下的衍射效率(設(shè)計(jì)效率)為95%地設(shè)計(jì)模具， 在0.5pm刀具損耗時，衍射效率的偏差仍為11%不變，反而最小衍射效率 降低光學(xué)元件的特性惡化。反之，從圖8 (a)及8 (b)所示的本實(shí)施方式 模具轉(zhuǎn)印成型的光學(xué)元件，其情況如圖13所示，刀具沒有損耗狀態(tài)時的衍 射效率(設(shè)計(jì)效率)為95%，即使產(chǎn)生0.5^im的刀具損耗，因?yàn)檠苌湫?的偏差能夠抑制為7%，所以，最大衍射效率雖然有若干降低但總的衍射效 率變高，能夠確保必要的光學(xué)特性。
以上參照實(shí)施方式對本發(fā)明作了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施 方式，可以^故適宜的變更和改良。例如，本發(fā)明涉及的加工方法也可以用 于光學(xué)元件成型用模具加工之外。另外，本發(fā)明涉及的加工方法中使用的 金剛石刀具，前刀面的形狀也可以不是方形而是錐形。并且，也可以一邊 使金剛石刀具在旋轉(zhuǎn)軸線光軸垂直方向從內(nèi)側(cè)向外側(cè)位移， 一邊進(jìn)行加工。
權(quán)利要求
1.一種模具，其成型具有多個環(huán)帶構(gòu)造的光學(xué)元件，其特征在于，具有面，該面具有同心圓狀的多個環(huán)帶構(gòu)造，各個所述環(huán)帶構(gòu)造具有槽，該槽由底面、側(cè)壁面及曲面構(gòu)成，所述底面在所述環(huán)帶構(gòu)造的半徑方向具有規(guī)定寬度，所述曲面連接所述底面和所述側(cè)壁面且曲率半徑為0.5～2μm。
2. 權(quán)利要求l中記載的模具，其特征在于，所述底面具有多個臺階而 形成。
3. 權(quán)利要求l中記載的模具，其特征在于，所述底面上未形成臺階。
4. 一種光學(xué)元件，具有光學(xué)面，該光學(xué)面上形成有多個以光軸為中心 的同心圓狀的環(huán)帶，該光學(xué)元件的特征在于，各個所述環(huán)帶由頂部、側(cè)壁面及曲面構(gòu)成，該頂部在與光軸垂直的方 向具有規(guī)定寬度，該曲面連接所述頂部和所述側(cè)壁面且曲率半徑為 0.5 2(im。
5. 權(quán)利要求4中記載的光學(xué)元件，其特征在于，所述多個環(huán)帶分別具 有階梯狀的臺階構(gòu)造。
6. 權(quán)利要求4中記載的光學(xué)元件，其特征在于，所述多個環(huán)帶分別為 二元構(gòu)造。
7. —種光學(xué)元件成型用模具的制造方法，通過相對切削驅(qū)動被旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動的模具母材與具有由前刀面和退刀面構(gòu)成的切削刃的金剛石刀具，在模 具母材上同心圓狀地形成具有規(guī)定寬度的底面的多個槽，該光學(xué)元件成型 用模具的制造方法的特征在于，包括以下工序第一工序，在沿模具的旋轉(zhuǎn)軸方向相對驅(qū)動所述金剛石刀具或所述模 具母材的同時，切削加工所述模具母材；第二工序，在沿與模具的旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向相對驅(qū)動所述金剛石刀具或所述模具母材的同時，切削加工所述模具母材；第三工序，在所述第一工序和所述第二工序之間，在相對驅(qū)動所述金 剛石刀具或所述模具母材的同時，使所述金剛石刀具或所述模具母材在模 具的旋轉(zhuǎn)軸方向及與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向同時位移，切削加工所述模具母材。
8. 權(quán)利要求7中記載的光學(xué)元件成型用模具的制造方法，其特征在于，通過所述第三工序，所述模具母材被切削加工成所述槽的底面和側(cè)壁面由 規(guī)定的曲面連接。
9. 權(quán)利要求8中記載的光學(xué)元件成型用模具的制造方法，其特征在于，所述曲面的曲率半徑為0.5 2pm。
10. —種光學(xué)元件成型用模具的制造方法，通過在相對切削驅(qū)動被旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動的模具母材與金剛石刀具的同時，切削加工模具母材，從而在模具 母材上形成同心圓狀的具有規(guī)定寬度的底面的多個槽；所述金剛石刀具具 有切削刃，所述切削刃具有第一緣部、第二緣部及第三緣部，所述第一緣 部及所述第二緣部是在前刀面相互平行延伸的直線形狀，所述第三緣部與 所述第一緣部和所述第二緣部相交，該光學(xué)元件成型用模具的制造方法的 特征在于，包括以下工序第一工序，在模具的旋轉(zhuǎn)軸方向相對驅(qū)動所述金剛石刀具或所述模具 母材，用所述金剛石刀具的第三緣部在模具母材上切削加工槽底面；第二工序，在與模具的旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向相對驅(qū)動所述金剛石刀具或 所述模具母材，用所述金剛石刀具的第二緣部在模具母材上切削加工槽側(cè)面；第三工序，在所述第一工序和所述第二工序之間，使所述金剛石刀具 或所述模具母材在模具的旋轉(zhuǎn)軸方向及與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向同時位移，切 削加工所述模具母材。
全文摘要
提供一種光學(xué)元件成型用模具、光學(xué)元件以及光學(xué)元件成型用模具的制造方法，其中能夠確保光學(xué)元件中必須的光利用效率，同時抑制用于光學(xué)元件成型的每個模具的偏差。本發(fā)明涉及的模具，是成型具有多個環(huán)帶構(gòu)造的光學(xué)元件的模具，具有具備同心圓狀的多個環(huán)帶構(gòu)造的面，各個所述環(huán)帶構(gòu)造具有槽，該槽由底面、側(cè)壁面、曲面構(gòu)成，所述底面在所述環(huán)帶構(gòu)造的半徑方向具有規(guī)定寬度，所述曲面連接所述底面和所述側(cè)壁面且曲率半徑為0.5～2μm。
文檔編號B29L11/00GK101516593SQ20078003578
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者大柳泰介, 藤本章弘 申請人:柯尼卡美能達(dá)精密光學(xué)株式會社