專利名稱：模具的制造方法
技術領域：
本發(fā)明是關于光學元件成型用的模具的制造方法，特別是，涉及一種通過切削制造模具的制造方法。
背景技術：
近年來，光學系的高性能化和小型化的要求越來越高，隨之，具有多個透鏡的微透鏡陣列作為重要的光學元件而正受到注目。例如，微透鏡陣列在自動聚焦照相機中使用。這類微透鏡陣列中的衍射透鏡陣列引起人們的特別關注。換句話說，衍射透鏡陣列各透鏡具有斷面鋸片形狀(鋸齒狀)的衍射光柵，與普通的球面透鏡或非球面透鏡相比較，由于薄型且衍射效率高，所以，而受到注目。由此，為了進一步提高對焦精度，要求的微透鏡陣列的透鏡形狀已經從球面形狀或非球面形狀朝著表面?zhèn)刃纬射忼X形狀的球面形狀(帶衍射元件的球面形狀)或非球面形狀(帶衍射元件的非球面形狀)變化。
微透鏡陣列的制造方法，一般情況下，有平板印刷技術(lithography)的制造方法和機械加工技術的制造方法(例如專利文獻1特開2005-173597號公報以及專利文獻2特開2000-246614號公報)。
上述專利文獻1的平板印刷技術的制造方法中，通過照射紫外線，制造出微透鏡陣列的模具。進一步，在該制造方法中，用表面涂敷有聚合物的玻璃基板上壓焊該模具，對該聚合物進行照射紫外線等處理，制造微透鏡陣列。
然而，上述專利文獻1的平板印刷技術的制造方法中，雖然可以同時形成多個位置處的復雜細微形狀，但是，自由形成光滑曲面是困難的。因此，這種平版印刷技術的制造方法，對于具有光滑曲面或鋸齒形狀且需要高形狀精度的衍射透鏡陣列等光學元件來說，要想制造出達到滿足其性能的水平，是非常困難的。
另外，上述專利文獻2的機械加工技術的制造方法中，通過切削被加工物制造具有凹部的金屬模具，用該金屬模具使微透鏡陣列成型。在該專利文獻2所使用的金屬模具的制造方法中，一邊使被加工物旋轉，一邊在除旋轉中心之外的部位形成凹部，以此方式移動切削工具。
在上述專利文獻2的金屬模具的制造方法中，對被加工物可自由地形成曲面，其結果是，可使具有光滑曲面的微透鏡陣列成型。
但是，即使是上述專利文獻2的金屬模具的制造方法，由于不能對被加工物形成表面微細的鋸齒形狀的凹部，所以，也會出現(xiàn)不能使高精度衍射透鏡陣列成型的問題。
具體來說，在該金屬模具的制造方法中，切削工具要移動的軌道作為被加工物的旋轉角度θ和坐標x的函數(shù)來表示成(X、Y、Z)＝(Rcos(α-θ)+x-tr·cosβ、Rsin(α-θ)、f(x)-d+tr·sinβ-tr)。此外，坐標x表示被加工物切削對象面上以凹部中心為原點的切削工具配置的坐標。此外，將切削工具沿著其軌道移動，切削被加工物，形成凹部。
這樣，在上述專利文獻2的金屬模具的制造方法中，由于只沿著上述軌道移動切削工具，雖然能夠將凹部表面做成光滑曲面，但是，不能做成微細鋸齒形狀。因此，不能使高精度衍射透鏡陣列成型。

發(fā)明內容
于是，本發(fā)明鑒于上述的問題，其目的是，提供一種模具制造方法，可制造出使高精度衍射透鏡陣列成型的模具。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的模具制造方法，制作表面為鋸齒形狀的凹部或凸部的形狀的形狀坐標；使所述形狀坐標移動而導出移動坐標；基于所述移動坐標，導出用于形成所述凹部或凸部的軌道；邊使部件旋轉，邊基于所述軌道而移動切削工具，由此切削所述部件，并在所述部件上形成所述部件的旋轉中心與所述凹部或凸部的中心不一致的凹部或凸部，以制造模具。例如，在所述部件上，形成多個凹部或凸部。
因此，如果導出多種軌道，由于使切削工具沿著多種軌道移動，所以，可使凹部或凸部的表面成為具有平滑曲面和陡峭臺階的鋸齒形狀。其結果是，如果利用具有該凹部或凸部的模具對光學元件成型，能制造出高精度的衍射透鏡。而且，由于通過移動形狀坐標導出移動坐標，借助于調整移動的移動寬度或移動方向，在部件的旋轉中心以外的任意部位上，可以簡單地形成上述這樣的凹部或凸部。其結果是，可提高衍射透鏡的配置設計自由度。另外，借助于在部件上形成多個上述凹部或凸部，可以簡單地使高精度衍射透鏡陣列成型。而且，通過增加移動坐標的數(shù)目或軌道的數(shù)目，可以簡單地形成精度更高的凹部或凸部，其結果是，可提高衍射透鏡陣列的衍射效率及對焦精度。
另外，由于通過切削工具的切削制造模具，因此，與平板印刷(lithography)技術采用的制造方法相比，能擴大模具材質的選擇范圍，提高制造方法的自由度，同時，大幅度地削減制造所需要的工序。
另外，導出所述軌道時，從所述凹部或凸部的外周，向中心描繪出渦旋，導出連接移動坐標之間的所述軌道。
因此，可以以光滑曲面形成凹部或凸部表面的一部分。
在這里，導出所述移動坐標時，在所述切削工具的與所述部件接觸的球面狀尖端半徑為tr的情況下，在與切削深度方向垂直的平面上，導出彼此相鄰的所述移動坐標之間的距離滿足(8·n·tr)1/2(0＜n≤20×10-9)的所述移動坐標。
因此，能進一步使凹部或凸部的曲面光滑，更進一步提高衍射透鏡陣列的形狀精度。
此外，本發(fā)明不僅可以提供這種模具的制造方法，而且還可以提供制造該模具的加工裝置、用該方法的光學元件的制造方法、通過該制造方法制造的光學元件或用加工裝置實施該模具的制造方法的程序、以及儲存該程序的存儲媒體。
附圖的簡要說明本發(fā)明的這些及其他目的、優(yōu)點和特征，通過下文伴隨附圖對本發(fā)明最佳形式的描述會更加清楚。
圖1是本發(fā)明實施形式的加工裝置的側面圖。
圖2是用加工裝置切削的被加工物(衍射透鏡陣列的金屬模具)的外觀圖。
圖3是衍射透鏡陣列的金屬模具凹部的正面圖及斷面圖。
圖4是表示衍射透鏡陣列的制造方法的流程圖。
圖5表示形狀點群的視圖。
圖6是為了說明NC控制部對形狀點群處理的說明圖。
圖7是用于說明偏置變換的說明圖。
圖8是用于說明衍射點的說明圖。
圖9是表示形狀點群數(shù)據(jù)的形狀點和通過偏置變換導出的偏置點的圖。
圖10是表示形狀點群和偏置點群整體配置的示意圖。
圖11是用于說明移動變換的說明圖。
圖12是用于說明第一行星運動、第二行星運動、及第三行星運動的說明圖。
圖13A是表示第二行星運動的軌道示意圖。
圖13B是表示第二行星運動的其他軌道的示意圖。
圖14是表示控制數(shù)據(jù)一個例子的示意圖。
圖15A是表示第一行星運動的軌道的示意圖。
圖15B是表示第一行星運動的其他軌道示意圖。
圖16是衍射透鏡陣列的外觀圖。
圖17A是表示切削工具尖端與凹部的部分斷面的示意圖。
圖17B是表示另一切削工具尖端與凹部的部分斷面的示意圖。
圖18是用于說明衍射透鏡陣列用途的說明圖。
圖19是用于說明備有衍射光柵的非球面透鏡特征的說明圖。
圖20是用于說明衍射透鏡陣列其他用途的說明圖。
實施形式的描述下面，參照


本發(fā)明實施形式的光學元件的制造方法。
在本實施形式的光學元件的制造方法中，對被加工物(部件)進行切削，制造衍射透鏡陣列的金屬模具，用該金屬模具使衍射透鏡陣列注射模塑成型。在這里，關于本實施形式的光學元件的制造方法，特別是，制造金屬模具的方法、換句話說，切削被加工物的加工裝置的制造方法，具有特點。
圖1是本發(fā)明實施形式的加工裝置的側面圖。
加工裝置100包括在旋轉軸C上的尖端(頂端)安裝有被加工物20、使被加工物20以旋轉軸C為中心轉動的旋轉驅動部101；使安裝在旋轉驅動部101上的被加工物20沿著旋轉軸C的方向(Z軸方向)移動的Z軸驅動部102；保持切削工具103，在相對Z方向垂直的方向上(Y軸方向)使該切削工具103移動的Y軸驅動部104；使由Y軸驅動部104保持的切削工具103沿著分別垂直于Z方向和Y方向的垂直方向(X軸方向)移動的X軸驅動部105；及控制旋轉驅動部101、X軸驅動部105、Y軸驅動部104及Z軸驅動部102的NC控制部106。
被加工物20通過在超硬金屬上進行無電解鍍鎳形成。此外，也可以用無氧銅、黃銅、鋁合金、超硬金屬、樹脂或玻璃等構成被加工物20。
切削工具103是所謂的金剛石刀具，與被加工物20接觸的尖端以球面狀(穹形(ア一ル)形狀)形成。
控制部106，控制旋轉驅動部101、X軸驅動部105、Y軸驅動部104及Z軸驅動部102，使切削工具103的尖端位置相對被加工物20沿著3軸(X軸、Y軸及Z軸)的方向移動，同時，使被加工物20以旋轉軸C為中心轉動。結果是，通過切削工具103的尖端，切削被加工物20的切削對象部位。另外，NC控制部106，對旋轉驅動部101的旋轉、X軸驅動部105、Y軸驅動部104及Z軸驅動部102的移動，以超微精度(不到1μm的精度)或納米精度(不到1nm的精度)進行。
圖2是用加工裝置100切削的被加工物(衍射透鏡陣列的金屬模具)的外觀圖。
加工裝置100通過切削被加工物20，制造衍射透鏡陣列的金屬模具20a。在衍射透鏡陣列的金屬模具20a上，形成例如4個凹部21。這些凹部21沿其金屬模具20a的表面與旋轉軸C的交點O為中心的圓周上大致等間隔地排列。
圖3是衍射透鏡陣列的金屬模具20a的凹部21的正面圖及斷面圖。
如圖3(a)所示，凹部21的開口面為大致圓形，如圖3(b)所示，該凹部21的表面是鋸齒形狀，以整體大致球面狀形成。此外，圖3(b)是表示圖3(a)所示金屬模具20a的AA′斷面。
圖4是表示本實施形式的衍射透鏡陣列的制造方法的流程圖。
首先，加工裝置100的NC控制部106，生成用于表示切削工具103尖端移動用的多個控制點的坐標的控制數(shù)據(jù)(步驟S100)。接著，NC控制部106，按照一邊使被加工物20旋轉，一邊使切削工具103的尖端(穹形形狀的中心)沿著該多個控制點移動的方式，控制旋轉驅動部101、X軸驅動部105、Y軸驅動部104及Z軸驅動部102。因此，加工裝置100用切削工具103切削被加工物20，并在被加工物20旋轉中心(圖2中的交點O)以外的部位，形成表面鋸齒形狀的凹部21。這時，被加工物20的旋轉中心與凹部21的中心不一致。另外，加工裝置100通過形成這樣的多個凹部21，制造出圖2所示的衍射透鏡陣列的金屬模具20a(步驟S120)。最后，使樹脂或玻璃材料流入該金屬模具20，對衍射透鏡陣列進行注射模塑成型(步驟S122)。
在這里，NC控制部106，為了生成上述控制數(shù)據(jù)，首先，以被加工物20的切削對象面和旋轉軸C的交點O為原點，以表示位于該原點O的上述凹部21的鋸齒形狀的多個(N個)的形狀點坐標(xn，zn)(n＝1，2，…，N)作為形狀點群數(shù)據(jù)進行制作(步驟S102)。此外，將這樣的多個形狀點稱作形狀點群。
接著，NC控制部106，相對形狀點群數(shù)據(jù)的各形狀點的坐標(xn，zn)，通過對切削工具103的尖端尺寸偏置(offset)，將形狀點群數(shù)據(jù)的各形狀點的坐標(xn，zn)變換成偏置點坐標(xn′，zn′)(步驟S104)。即、NC控制部106，由多個形狀點的坐標，生成為了形成上述凹部21而配置切削工具103的尖端(穹形形狀的中心)的多個偏置點的坐標(配置坐標)。以下，將該變換稱作偏置變換，將多個偏置點稱作偏置點群。
在這里，由偏置變換導出的各偏置點的坐標(xn′，zn′)，在原點O上形成有凹部21的情況下，表示的是切削工具103的尖端要處的位置的坐標。由此，在離開該原點O的位置(偏心點)形成凹部21的情況下，必須將各偏置點的坐標(xn′，zn′)對應于偏心點進行變換。
鑒于此，NC控制部106，對通過假設處在原點O的凹部21導出的各偏置點的坐標(xn′，zn′)進行平行移動，并將其變換成對應于處在偏心點的凹部21的各移動點的坐標(xn″，yn″，zn″)(步驟S106)。下面，將這種變換稱作移動變換。
此外，NC控制部106，為了同步進行X軸方向、Y軸方向及Z軸方向的切削工具103尖端的移動和旋轉驅動部101的旋轉，基于該移動點的坐標(xn″，yn″，zn″)，將切削工具103尖端移動需要的多種軌道[xn(θ)，yn(θ)，zn(θ)]作為旋轉角度θ的函數(shù)并導出(步驟S108)。在這里，所導出的多種軌道，是連接各移動點的軌道，對應于切削工具103尖端的運動(行星運動)，作為彼此不同的函數(shù)表示。
另外，NC控制部106，在每一多種軌道中，相對該軌道[xn(θ)，yn(θ)，zn(θ)]，帶入旋轉角度θ的值，由此導出切削工具103尖端要移動的多個控制點的坐標，生成表示這些控制點的坐標的控制數(shù)據(jù)(步驟S110)。
圖5是表示形狀點群的示意圖。
凹部21在XY坐標上，在以圖5(a)所示形狀表示的情況下，形狀點群G1處在圖5(b)所示的XZ坐標上，沿著凹部21的理想的鋸齒形狀配置。
即、NC控制部106，基于表示衍射透鏡形狀的數(shù)據(jù)，將表示與該衍射透鏡嵌合的金屬模具20a凹部21形狀的形狀點群G1如圖5(b)所示，配置在XZ坐標上。此外，該XZ坐標的原點O是被加工物20切削對象面與旋轉軸C的交點。因此，生成表示各形狀點坐標(xn，zn)的形狀點群數(shù)據(jù)。
圖6是為了說明NC控制部106對形狀點群G1處理的說明圖。
NC控制部106，將圖5(b)所示的各形狀點分組為多個連續(xù)部PA并進行處理。該連續(xù)部PA中包含多個形狀點，借助于這些形狀點表示凹部21的平滑曲面。另外，NC控制部106，將相互鄰接的連續(xù)部PA各個所包含的形狀點中的彼此X坐標相等或相近的2個點作為臺階(高低差)部PB進行處理。通過該臺階部PB表示凹部21的不連續(xù)面。
NC控制部106，通過偏置變換，在每一連續(xù)部PA上，將該連續(xù)部PA所包含的各形狀點坐標(xn，zn)通過(式1)及(式2)，變換成各偏置點的坐標(xn′，zn′)。
xn′＝((-tr×a)+(tr+r)×xn)/r…(式1)zn′＝((-tr×b)+(tr+r)×zn)/r…(式2)在這里，r表示通過形狀點(xn，zn)、形狀點(xn+1，zn+1)及形狀點(xn+2，zn+2)3點的圓半徑，(a，b)表示該圓的中心坐標，tr表示切削工具103的穹形(ア一ル)形狀的尖端半徑。
圖7是用于說明將坐標(xn，zn)偏置變換成坐標(xn′，zn′)處理的說明圖。
NC控制部106，對坐標(xn，zn)進行偏置變換時，首先，算出通過形狀點(xn，zn)、形狀點(xn+1，zn+1)及形狀點(xn+2，zn+2)的圓半徑r和該圓的中心坐標(a，b)。
此外，NC控制部106，利用切削工具103的尖端半徑tr、上述算出的圓半徑r及坐標(a，b)，通過(式1)及(式2)，將坐標(xn，zn)偏置變換成坐標(xn′，zn′)。
NC控制部106，相對形狀點群數(shù)據(jù)的各形狀，進行這種偏置變換。
另外，NC控制部106，在這種偏置變換中，導出相對各臺階部PB的衍射點坐標(xm′，zm′)(m＝1，2，…，M)。此外，M是衍射透鏡的臺階總數(shù)。
圖8是用于說明衍射點的說明圖。
NC控制部106，如上所述，雖然可將各連續(xù)部PA的形狀點坐標(xn，zn)變換成(xn′，zn′)，但是，當切削工具103的尖端中心隨著坐標(xn′，zn′)移動時，在臺階部PB上，會出現(xiàn)該切削工具103的尖端Z坐標小于表示凹部21形狀的形狀點Z坐標的情況。換句話說，有切削工具103過分地切削被加工物20的情況。
鑒于此，NC控制部106，在各連續(xù)部PA中，相對預先導出的多個偏置點(圖8所示的空白三角形點)中的、X坐標距離原點O最近的點坐標(xn′，zn′)，導出只有Z坐標變大的衍射點Km(圖8所示黑色三角形點)的坐標(xm′，zm′)。
NC控制部106，將通過該坐標(xm′，zm′)表示的多個衍射點Km，與(式1)及(式2)導出的坐標(xn′，zn′)所表示的多個點同樣地，作為偏置點進行處理。
圖9是表示形狀點群數(shù)據(jù)的形狀點和通過偏置變換導出的偏置點的示意圖。
連續(xù)部PA的形狀點通過偏置變換，變換成偏置連續(xù)部PA′的偏置點，同時，臺階部FB的形狀點變換成偏置臺階部PB′的偏置點。此外，偏置臺階部PB′的兩個偏置點中的Z坐標大的點是上述的衍射點Km。
例如，如果包含在臺階部PB的兩個形狀點的距離(臺階高度)是3μm，則尖端半徑(tr)用1μm的切削工具103。在這種情況下，偏置連續(xù)部PA′在法線方向上距連續(xù)部PA有1μm的距離。
圖10是表示形狀點群G1和偏置點群整體配置的示意圖。
凹部21在XY坐標上是圖10(a)所示形狀的情況下，NC控制部106，通過進行上述的偏置變換，如圖10(b)所示，在XZ軸坐標上，在Z坐標大于形狀點群G1的一側，配置偏置點群G2。
圖11是用于說明移動變換的說明圖。
如上所述，各偏置點的坐標，在被加工物20的切削對象面與旋轉軸C的交點(原點)形成凹部21的情況下，表示的是切削工具103的尖端(穹形形狀的中心)要處位置的坐標。由此，NC控制部106，為了在與原點O不同的偏心點OA處形成凹部21，將各偏置點的坐標(xn′，zn′)及坐標(xm′，zm′)分別變換成通過XYZ坐標表示的移動點坐標(xn″，yn″，zn″)及坐標(xm″，ym″，zm″)。此外，移動點坐標(xm″，ym″，zm″)是變換偏置點中的衍射點的坐標(xm′，zm′)所導出的坐標。
下面，在不區(qū)分偏置點的坐標(xn′，zn′)及坐標(xm′，zm′)的情況下，這些坐標表示為(xn+m′，zn+m′)。同樣地，在不區(qū)分移動點的坐標(xn″，yn″，zn″)及坐標(xm″，ym″，zm″)的情況下這些坐標表示為(xn+m″，yn+m″，zn+m″)。
例如，如圖11(a)所示，偏心點OA僅以距離L離開原點O，連接原點O及偏心點OA的線相對X軸只傾斜角度α。在這種情況下，偏心點OA的坐標通過(式3)表示。
OA(X，Y)＝(L·cosα，L·sinα)…………(式3)結果，各移動點的坐標通過(式4)表示。
移動點(X，Y，Z)＝(xn+m″，yn+m″，zn+m″)＝(xn+m′+L·cosα，L·sinα，zn+m′)……(式4)即、偏置點群G2如圖11(b)所示，在X軸方向平行移動的同時，也在Y軸方向平行移動，并作為多個移動點集中的移動點群G3來處理。
NC控制部106，導出多種軌道時，對應于切削工具103尖端的第一行星運動、第二行星運動及第三行星運動，導出彼此不同的旋轉角度θ的函數(shù)。
第一行星運動是，隨著被加工物20的旋轉，使切削工具103的尖端從XY坐標的凹部21外周朝向偏心點OA并沿渦旋線方向移動的同時，在Z軸方向上對被加工物20進行深切削的運動。
第二行星運動是，切削工具103的尖端在Z坐標保持一定的前題下，隨著被加工物20的旋轉沿著XY坐標中以偏心點OA為中心的圓周移動的運動。
第三行星運動是，隨著被加工物20的旋轉，切削工具103的尖端沿著以偏心點OA為中心的螺旋線移動的運動，換句話說，是沿著XY坐標上以偏心點OA為中心的圓周移動的同時在Z軸方向上離開被加工物20的運動。
圖12是用于說明第一行星運動、第二行星運動及第三行星運動的說明圖。此外，在圖12中，在偏心點OA為原點的xz坐標上，示出了配置各移動點E1～E13。
首先，NC控制部106，在被加工物20旋轉一周期間，讓切削工具103的尖端進行第一行星運動。換句話說，NC控制部106，在被加工物20的每一旋轉過程中，使切削工具103的尖端沿著XY平面中的以偏心點OA為中心的渦旋線，以Z坐標值變小的方式，從移動點E1移動到移動點E2，從移動點E2移動到移動點E3，直至移動到移動點E7。
切削工具103的尖端到達移動點E7時，NC控制部106在被加工物20旋轉一周期間，讓切削工具103的尖端進行第二行星運動。換句話說，NC控制部106，在被加工物20旋轉一周期間，使切削工具103的尖端從移動點E7沿著以偏心點OA為中心的圓周移動一周，并到達移動點E7。
切削工具103的尖端運動一周時，NC控制部106在被加工物20旋轉一周期間，讓切削工具103的尖端進行第三行星運動。換句話說，NC控制部106在被加工物20旋轉一周期間，使切削工具103的尖端從移動點E7沿著以偏心點OA為中心的螺旋線移動到移動點E8。
當切削工具103的尖端到達移動點E8時，NC控制部106與上述同樣地，從移動點E8順次移動到移動點E13，讓切削工具103的尖端進行第一行星運動。
NC控制部106，用切削工具103的尖端實施這樣的各行星運動所必要的軌道是利用各移動點的坐標在每一上述行星運動中導出的。
圖13A及圖13B表示第二行星運動的軌道示意圖。
在這里，圖13A示出了被加工物20只以旋轉角度θ(θ＝-45°)時的、切削工具103的尖端從移動點E7開始移動的軌道。圖13B示出了被加工物20旋轉一周時的、切削工具103的尖端移動的軌道。
例如，NC控制部106在被加工物20旋轉一周期間，使切削工具103的尖端沿著偏心點OA為中心的圓周從移動點E7開始移動。這時，偏心點OA也隨著被加工物20的旋轉以原點O為中心轉動。由此，當被加工物20轉動θ＝-45°時，NC控制部106，使切削工具103的尖端沿著圖13A的虛線箭頭所示的軌道，移動到點E7a。其結果是，切削工具103的尖端一邊留下圖13A粗線所示軌跡(切削痕跡)一邊在被加工物20上移動。
與上述同樣地，NC控制部106如圖13B所示，在被加工物20轉動θ＝-90°、-135°、…、-315°、-360°時，使切削工具103的尖端沿著圖13B環(huán)狀虛線所示的軌道，移動到點E7b、E7c、…、E7g、E7。結果，切削工具103的尖端一邊留下圖13B粗線所示的軌跡(被加工物20的偏心點OA為中心的圓周的切削痕跡)一邊在被加工物20上移動。
NC控制部106為了相對切削工具103的尖端進行上述運動(第二行星運動)，利用移動點E7的坐標，導出通過旋轉角度θ的函數(shù)所表示的軌道。
例如，坐標(x7′，z7′)為對應于移動點E7的偏置點坐標時，將移動點E7的坐標(X，Y，Z)表示為基于(式4)的(式5)。
E7(X，Y，Z)＝(x7′+L·cosα，L·sinα，z7′)………(式5)被加工物20以旋轉角度θ轉動時，偏心點OA移動到基于(式3)并通過(式6)所表示的坐標。
OA(X，Y)＝(L·cos(α+θ)，L·sin(α+θ)，0)………(式6)在這里，切削工具103的尖端進行第二行星運動，被加工物20旋轉一周時，該切削工具103的尖端需要再次返回到移動點E7。由此，被加工物20以旋轉角度θ轉動時，切削工具103的尖端要處位置的控制點E的坐標為(式7)所表示的坐標。
E(X，Y，Z)＝(x7′+L·cos(α+θ)，L·sin(α+θ)，z7′)…(式7)NC控制部106，將旋轉角度θ各值導入上述(式7)，生成表示控制點E7a～E7g的坐標和移動點E7的坐標的控制數(shù)據(jù)。
圖14是表示控制數(shù)據(jù)一個例子的示意圖。
NC控制部106，例如，通過將旋轉角度θ＝-45°、-90°、…、-315°的各值帶入(式7)中，導出切削工具103尖端要移動的控制點E7a～E7g的坐標。其結果是，NC控制部106生成圖14所示的控制數(shù)據(jù)。
這樣，NC控制部106利用多個移動點中的、移動點E7這樣的各槽底的移動點坐標(xn″，yn″，zn″)，導出第二行星運動的(式8)所示的軌道。
第二行星運動的軌道(X，Y，Z)＝(xn′+L·cos(α-θ)，L·sin(α-θ)，zn′)…(式8)此外，(式8)是對用移動點E7而導出的軌道(式7)進行一般的改寫而得到的，坐標(xn′，zn′)是對應于移動點(xn″，yn″，zn″)的偏置點的坐標。
此外，NC控制部106對移動點E7以外的其他槽底的移動點，也將旋轉角度θ的各值帶入該(式8)中，而生成圖14所示的控制數(shù)據(jù)。
NC控制部106，在用切削工具103的尖端進行上述第二行星運動時，換句話說，當在切削工具103的尖端于偏心點OA為中心的圓周上移動一周，用切削工具103的尖端實施第三行星運動。
例如，如圖12所示，切削工具103的尖端在偏心點OA為中心的圓周上從移動點E7只移動一周到移動點E7時，NC控制部106，在被加工物20旋轉一周期間，使切削工具103的尖端沿著偏心點OA為中心的螺旋線移動到移動點E8。
在這種情況下，被加工物20轉動了旋轉角度θ時，切削工具103的尖端要處位置的控制點E的坐標為(式9)所表示的坐標。
E(X，Y，Z)＝(x7′+L·cos(α-θ)，L·sin(α-θ)，z7′+(z8′-z7′)×θ/360°)…(式9)此外，(式9)中的z8′對應于移動點E8的偏置點(衍射點)的Z坐標。
這樣，NC控制部106，利用多個移動點中的、移動點E7這樣的各槽底移動點的坐標(xn″，yn″，zn″)，導出第三行星運動的(式10)所示的軌道。
第三行星運動的軌道(X，Y，Z)＝(xn′+L·cos(α-θ)，L·sin(α-θ)，zn′+(zn+1′-zn′)×θ/360°)…(式10)此外，(式10)中的zn+1′表示的是與對應于移動點(xn″，yn″，zn″)的偏置點(xn′、zn′)相同的、屬于偏置臺階部PB′的衍射點的Z坐標(zm′)。
此外，NC控制部106，在每一槽底移動點上，將旋轉角度θ的各值帶入(式10)，生成圖14所示的控制數(shù)據(jù)。
圖15A及圖15B是表示第一行星運動的軌道示意圖。
在這里，圖15A示出了當被加工物20轉動了旋轉角度θ(θ＝-45°)時的、切削工具103的尖端從移動點E1開始移動的軌道。圖15B示出了被加工物20旋轉一周時的、切削工具103的尖端從移動點E1移動到移動點E2的軌道。
例如，NC控制部106，在被加工物20旋轉一周期間，使切削工具103的尖端從移動點E1朝向處在偏心點OA側的移動點E2并沿著渦旋線，且對被加工物20朝深的一方(Z軸方向的小的一方)移動。這時，偏心點OA也隨著被加工物20的旋轉轉動。結果，當被加工物20轉動θ＝-45°時，NC控制部106，使切削工具103的尖端沿著圖15A的虛線箭頭所示的軌道，移動到點E1a。其結果是，切削工具103的尖端在被加工物20上移動而留下圖15A粗線所示軌跡(切削痕跡)。
與上述同樣地，NC控制部106，如圖15B所示，在被加工物20轉動θ＝-90°、-135°、…、-315°、-360°時，使切削工具103的尖端沿著圖15B大致環(huán)狀虛線所示的軌道，移動到點E1b、E1c、…、E1g、E1。其結果是，切削工具103的尖端一邊留下圖15A粗線所示的渦旋線軌跡(切削痕跡)一邊在被加工物20上移動。
NC控制部106，為了相對切削工具103的尖端進行上述運動(第一行星運動)，利用移動點E1的坐標，導出通過旋轉角度θ的函數(shù)所表示的軌道。
在這里，切削工具103的尖端從移動點E1進行第一行星運動，被加工物20旋轉一周時，該切削工具103的尖端要到達移動點E2。結果，處在移動點E1的切削工具103的尖端，其在被加工物20轉動旋轉角度θ時應處位置的控制點E的坐標，成為(式11)所表示的坐標。
E(X，Y，Z)＝(x1′+L·cos(α-θ)-(x1′-x2′)×θ/360°，L·sin(α-θ)，z1′-|z1′-z2′|×θ/360)…(式11)在該(式11)中，坐標(x1′，z1′)是對應于移動點E1的偏置點的坐標，坐標(x2′，z2′)是對應于移動點E2的偏置點的坐標。
這樣，NC控制部106，除了移動點E7的槽底移動點之外，利用各移動點坐標(xn+m″，yn+m″，zn+m″)，導出第一行星運動的(式12)所示的軌道。
第一行星運動的軌道(X，Y，Z)＝(xn+m′+L·cos(α-θ)-(xn+m′-xn+m+1′)×θ/360°，L·sin(α-θ)，zn+m′-|zn+m′-zn+m+1′|×θ/360)…(式12)此外，坐標(xn+m+1′，zn+m+1′)是距離偏置點(xn+m′，zn+m′)靠原點O(偏心點OA)側最近的偏置點的坐標。另外，(式12)是一般的改寫移動點E1導出的軌道(式11)而得到的，此外，NC控制部106，除了槽底移動點之外，在每一移動點上，將旋轉角度θ的各值帶入該(式12)中，而導出控制點的坐標，并生成圖14所示的控制數(shù)據(jù)。
在本實施形式中，對于每一行星運動，將切削工具103尖端要移動的軌道作為旋轉角度θ的函數(shù)算出，對于該旋轉角度θ將值帶入而生成控制數(shù)據(jù)。
NC控制部106，對于每一旋轉角度θ，使切削工具103的尖端中心移動到該控制數(shù)據(jù)所示的控制點坐標上，用該切削工具103的尖端切削被加工物20。其結果是，在被加工物20旋轉中心以外的部位形成凹部21。NC控制部106，通過形成這樣的多個凹部21，制造出圖2所示的衍射透鏡陣列的金屬模具20a。
另外，在本實施形式中，用這樣制造的金屬模具20a使衍射透鏡陣列注射模塑成型。
圖16是通過本實施形式制造的衍射透鏡陣列的外觀圖。
該衍射透鏡陣列10一體地備有基座2、排列在該基座一面上的4個衍射透鏡1。4個衍射透鏡1分別從基座2的中心以相等距離間隔開，以相互等間隔的方式排列。另外，衍射透鏡1以與金屬模具20a的凹部21嵌合的形式形成。
在本實施形式中，由于使切削工具103沿多種軌道移動來制造金屬模具20a，因此，能制造出具有平滑曲面和銳利形狀的金屬模具20a。結果，用這種金屬模具20a對衍射透鏡陣列10成型，可高精度地制造出具有平滑曲面和銳利形狀的鋸齒形狀的衍射透鏡陣列10。
另外，在本實施形式中，由于加工裝置100的旋轉或移動是以超微精度進行的，所以，能以超微精度制造金屬模具20a，其結果是，可將衍射透鏡陣列的形狀或衍射透鏡的配置等抑制到超微精度下的誤差。
另外，在本實施形式中，由于導出了(式8)、(式10)及式(12)所示方式的軌道，所以，通過改變距離L及角度α，能在被加工物20的任意地方形成凹部21。
另外，在本實施形式中，與平板印刷技術采用的制造方法相比，能使衍射透鏡臺階以外的表面更平滑，可提高光學性能。
另外，在本實施形式中，由于生成控制數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)制造金屬模具20a，利用該金屬模具20a，通過注射模塑成型，制造衍射透鏡陣列，所以，與平板印刷技術采用的制造方法相比，減少了制造衍射透鏡陣列所要的工序，提高了生產效率。
這樣，本發(fā)明的模具的制造方法，能獲得的效果是，可制造出使高精度衍射透鏡陣列成型的模具，可適于例如自動聚焦相機用等的衍射透鏡陣列的制造系統(tǒng)等中。
以上對于本發(fā)明的光學元件制造方法及其模具的制造方法，雖然用實施形式進行說明，但是，本發(fā)明并不限于此。
例如，在本實施形式中，雖然可以相對被加工物20形成4個凹部21，但是，也可以形成4個以外數(shù)目的凹部21。因此，能制造出例如具有1個衍射透鏡、3個或5個以上的衍射透鏡的衍射透鏡陣列。
另外，在本實施形式中，雖然以同心圓狀配置多個凹部21，但是，不光是這樣的配置，另外，也可以使這些凹部21的形狀彼此不同。因此，可制造出多種多樣的衍射透鏡陣列。
另外，在本實施形式中，雖然在被加工物20上形成與球面狀衍射透鏡嵌合的凹部21，但是，還可以在被加工物20上形成與非球面狀衍射透鏡嵌合的凹部21。
在這里，切削工具103尖端上的穹狀形狀的半徑tr，希望取在金屬模具20a的凹部21表面的理想臺階高度以下。在使用具有半徑大于該臺階高度的尖端的切削工具103的情況下，衍射透鏡陣列的衍射效率為80％以下，該衍射透鏡陣列作為產品無法使用。
圖17A及圖17B是表示切削工具103的尖端與凹部21的部分斷面的示意圖。
在使用理想的具有半徑小于該臺階高度的尖端的切削工具103的情況下，如圖17A所示，可使凹部21的表面接近理想的鋸齒形狀。其結果是，可制造出良好衍射效率的衍射透鏡陣列。
另一方面，在使用理想的具有半徑大于該臺階高度的尖端的切削工具103的情況下，如圖17B所示，凹部21表面沒有理想的鋸齒形狀，而是變成了波浪形狀。其結果是，制造出衍射效率低的衍射透鏡陣列。
另外，移動點之間的距離(例如圖15A及圖15B所示的移動點E1、E2之間的X坐標間距離)希望在給定距離以下。換句話說，移動點之間的距離長的情況下，切削工具103的尖端進行上述第一行星運動時，金屬模具20a的凹部21的表面無法變成光滑的曲面，而是凹凸不平。其結果是，導致衍射透鏡陣列的性能降低。
鑒于此，希望移動點間的距離P為P＝|xn″-xn+1″|＝(8·n·tr)1/2。此外，n滿足0＜n≤20(nm)的條件。
另外，在本實施形式中，例如，在導出圖14所示的控制點坐標時，旋轉角度θ的值以45°間隔在-45°、-90°、-135°、…變化，將這些旋轉角度θ的值帶入表示軌道的函數(shù)中。但是，由于切削工具103的尖端以直線在各控制點之間移動，所以，當帶入函數(shù)的旋轉角度θ值的間隔變寬時，即控制點的個數(shù)減少時，凹部21的形狀不會成為理想形狀。例如，旋轉角度θ值以10°間隔變化，當使用這些值導出控制點的坐標時，要成為凹部21曲面的表面上會出現(xiàn)放射線狀肋，臺階形狀也產生變形。其結果是，導致衍射透鏡陣列的形狀精度及衍射效率降低。
鑒于此，希望旋轉角度θ的變化間隔θa滿足0°＜θ≤5°。對于每一這樣的間隔θa，改變旋轉角度θ，將該旋轉角度θ帶入函數(shù)中，導出控制點的坐標，如果這樣的話，能使凹部21的形狀得到改善。另外，如果間隔θa為1°，凹部21的形狀會更好。
另外，切削工具103尖端的移動速度要在5mm/min～500mm/min之間。例如，該移動速度為600mm/min的情況下，NC控制部106，不能將切削工具103的X軸方向、Y軸方向及Z軸方向上的移動控制在超微精度下。其結果是，不能制造具有高精度形狀的金屬模具20a。反之，在移動速度小于5mm/min的情況下，切削工具103的尖端產生卷刃，不能進行凹部21的加工。因此，上述移動速度是必要的。
另外，在本實施形式中，在進行偏置變換時，雖然使用了過連續(xù)部PA的3個形狀點的圓半徑和該圓的中心坐標，但是，不使用這些也可以進行偏置變換。例如，用函數(shù)f(X)表示連續(xù)部PA的形狀點的排列，求出該函數(shù)f(X)的法線方向，用該法線方向進行偏置變換。即使進行這樣的偏置變換，也能獲得與上述同樣的效果。
另外，在本實施形式中，雖然以衍射透鏡陣列10的各衍射透鏡1變成凸面形狀的方式，相對被加工物20形成凹部21，但是，也可以用各衍射透鏡1變成凹面形狀或非對稱形狀的方式，形成凹部21。即、為了形成凹面形狀的衍射透鏡1，在被加工物20上形成1個或多個表面為鋸齒形狀的凸部。在這種情況下，也能得到與上述同樣的效果。
另外，在本實施形式中，雖然通過制造金屬模具20a制造衍射透鏡陣列10，但是，也可以用切削工具103切削樹脂或玻璃等的透鏡材料，不用制造出金屬模具20a，直接制造出衍射透鏡陣列10。
在這里，說明了利用通過本實施形式制造的金屬模具20a進行注射模塑成型的衍射透鏡陣列10。
在本實施形式中，由于加工裝置100的旋轉或移動是以0.1μm以內的精度進行的，所以，在金屬模具20a的各凹部21之間的距離為例如1.5mm的情況下，可以將該距離的誤差抑制在±0.1μm以內。換句話說，利用該金屬模具20a，可將各凹部21之間的距離誤差抑制在±0.1/(1.5×1000)×100＝0.0067％以內。另外，在本實施形式中，用加工裝置100調整被加工物20，相對該被加工物20的表面形成多個凹部21，因此，能使各凹部21在同一平面上對齊。結果，可將各凹部21的中心軸平行度、即各中心軸之間的角度抑制在0.0015°以內。
其結果是，在利用通過本實施形式制造的金屬模具20a進行注射模塑成型的衍射透鏡陣列10中，可使各衍射透鏡1變成相同形狀。另外，對于例如要變成1.5mm的各衍射透鏡1之間的距離來說，可以將該距離的誤差抑制在至少±0.25μm以內。換句話說，在衍射透鏡陣列10中，可將各衍射透鏡1之間的距離誤差抑制在±0.25/(1.5×1000)×100＝0.0017％以內。另外，可將各衍射透鏡1的光軸平行度、即各光軸之間的角度抑制在0.003°以內。
圖18是用于說明衍射透鏡陣列10用途的說明圖。
衍射透鏡陣列10例如，用于測量到對象物的距離。在這里，設衍射透鏡1a(1)與衍射透鏡1b(1)的各自焦點距離為f，衍射透鏡1a、1b之間的距離為D，從衍射透鏡陣列10到對象物T的距離為A。另外，通過衍射透鏡1a的映像Ta與衍射透鏡1b的映像Tb之差(分)為δ。
在這種情況下，距離A用A＝D×f/δ計算。換句話說，在利用通過本實施形式制造的金屬模具20a進行注射模塑成型的衍射透鏡陣列10中，由于衍射透鏡1a、1b之間的距離D的誤差非常小，所以，能正確地測量到對象物T的距離A。
圖19是用于說明備有衍射光柵的非球面透鏡特征的說明圖。
一般情況下，不帶衍射光柵的非球面透鏡(折射型透鏡)LS1或單獨的衍射光柵(衍射型透鏡)LS2，焦點距離會對應于光波長度變動而變化。此外，光的波長變動由于輸出該光的半導體激光裝置SL的溫度變化而誘發(fā)。
在折射型透鏡LS1中，半導體激光裝置SL的溫度上升時，即光的波長變長時，焦點位置從常溫時的位置FP1移動到位置FP2，焦點距離變長。
另一方面，在衍射型透鏡LS2中，半導體激光裝置SL的溫度上升時，即光的波長變長時，焦點位置從常溫時的位置FP1移動到位置FP2，焦點距離變短。
在這里，具有衍射光柵的非球面透鏡(帶衍射光柵的非球面透鏡)LS3，是通過上述折射型透鏡LS1與衍射型透鏡LS2組合而構成，因此，兼?zhèn)溆懈鱾€透鏡LS1、LS2的特征。換句話說，帶衍射光柵的非球面透鏡LS3，具有隨著折射型透鏡LS1的溫度上升、焦點距離變長的特征以及隨著衍射型透鏡LS2的溫度上升、焦點距離變短的特征。結果，帶衍射光柵的非球面透鏡LS3，不會因溫度變化導致焦點距離變化，焦點位置與溫度變化無關，可固定在位置FP上。
利用通過本實施形式制造的金屬模具20a進行注射模塑成型的衍射透鏡陣列10的各衍射透鏡1，具有與上述帶衍射光柵的非球面透鏡LS3同樣的形狀。結果，通過本實施形式以注射模塑成型的衍射透鏡陣列10的各衍射透鏡1，其焦點位置與溫度變化無關，可以保持恒定。即，各衍射透鏡1可以減少色差或溫度差引起的焦點位置或焦點距離的偏差，如圖18所示，用于測量到對象物T的距離時，可正確地測量其距離A。
圖20是用于說明衍射透鏡陣列10的其他用途的說明圖。這樣的衍射透鏡陣列10各衍射透鏡1作為將從半導體激光裝置SL照射的光聚光并導入光纖維Op中的光纖維耦合光學元件加以利用。另外，衍射透鏡陣列10也可以用于光通訊用發(fā)射接受光元件等各種用途中。在以這種方式使用的情況下，該衍射透鏡陣列10也能夠抑制尺寸形狀等的誤差引起的影響，同時，抑制溫度或波長變化引起的影響。
權利要求
1.一種模具的制造方法，其特征是，制作形狀坐標，所述形狀坐標表示表面為鋸齒形狀的凹部或凸部的形狀；使所述形狀坐標移動而導出移動坐標；基于所述移動坐標，導出用于形成所述凹部或凸部的軌道；邊使部件旋轉，邊基于所述軌道而移動切削工具，由此切削所述部件，并在所述部件上形成所述部件的旋轉中心與所述凹部或凸部的中心不一致的凹部或凸部，以制造模具。
2.根據(jù)權利要求1記載的模具的制造方法，其特征是，導出所述軌道時，從所述凹部或凸部的外周，向中心描繪出渦旋，導出連接移動坐標之間的所述軌道。
3.根據(jù)權利要求1或2記載的模具的制造方法，其特征是，導出所述移動坐標時，在所述切削工具的與所述部件接觸的球面狀尖端半徑為tr的情況下，在與切削深度方向垂直的平面，導出彼此相鄰的所述移動坐標之間的距離滿足(8·n·tr)1/2(0＜n≤20×10-9)的所述移動坐標。
4.根據(jù)權利要求1記載的模具的制造方法，其特征是，在所述部件上，形成多個凹部或凸部。
5.一種光學元件的制造方法，其特征是，制作形狀坐標，所述形狀坐標表示表面為鋸齒形狀的凹部或凸部的形狀；使所述形狀坐標移動而導出移動坐標；基于所述移動坐標，導出用于形成所述凹部或凸部的軌道；邊使所述部件旋轉，邊基于所述軌道而移動切削工具，由此切削所述部件，并在所述部件上形成所述部件的旋轉中心與所述凹部或凸部的中心不一致的凹部或凸部，以制造模具；用被制造出的所述模具成型光學元件。
6.一種光學元件，其特征是，包括至少2個衍射透鏡；所述衍射透鏡之間的距離誤差在0.017％以內，所述衍射透鏡的光軸之間的角度為0.003°以內。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于制造可使高精度衍射透鏡陣列成型的模具的模具制造方法。制作表面為鋸齒形狀的凹部(21)的形狀的形狀坐標(S102)；將該形狀坐標移動而導出移動點的坐標(S106)；基于該移動點，導出用于形成凹部(21)的軌道(S108)；一邊使被加工物(20)旋轉，一邊基于軌道而移動切削工具(103)，由此切削被加工物(20)，在被加工物(20)形成的被加工物(20)旋轉中心與凹部(21)的中心不一致的凹部(21)，以制造金屬模具(20a)。
文檔編號G02B3/00GK1955763SQ200610142548
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權日2005年10月27日
發(fā)明者鷹巢良史, 高見文宣 申請人:松下電器產業(yè)株式會社