專(zhuān)利名稱(chēng)：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(duì)于加工光學(xué)元件成型用模具來(lái)說(shuō)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(lái)，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(guò)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(guò)注射成型等形成時(shí)，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(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)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(zhuān)利文獻(xiàn)l:特開(kāi)2005-219185號(hào)公才艮

發(fā)明內(nèi)容
這里存在下述問(wèn)題，如果金剛石刀具的前刀面上受切削阻力的話(huà)，金 剛石的結(jié)晶方位上由于其前端角度45度方向劈開(kāi)而容易缺損。然而根據(jù)專(zhuān) 利文獻(xiàn)1的技術(shù)，前刀面角部缺損時(shí)，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(huà)，與45 斜面相應(yīng)地衍射構(gòu)造中產(chǎn)生垂度，由此會(huì)降低衍射效率。而金剛石刀具也 有不出現(xiàn)劈開(kāi)的情況，此時(shí)加工形成的模具中沒(méi)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(shuō)，根據(jù) 以往的技術(shù)，由于金剛石刀具的劈開(kāi)之偶然事宜引起模具精度的偏差，所 以存在下述問(wèn)題，即每一個(gè)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(guò)這種設(shè)定來(lái)根本解決由于刀具的劈開(kāi)而引起的上 述偏差的降低是困難的。本發(fā)明鑒于上述問(wèn)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(shí)能夠抑制用于光學(xué)元件成型的每個(gè)模具的偏差。 上述目的通過(guò)以下記載的方式達(dá)成。
1. 一種成型具有多個(gè)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(gè)環(huán)帶構(gòu)造，
各個(gè)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?，至少在最初的?削加工時(shí)，在模具上形成環(huán)帶構(gòu)造，該環(huán)帶構(gòu)造備有通過(guò)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(shí)在切削開(kāi)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(gè)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(cè)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(gè)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(gè)臺(tái)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(tái)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)環(huán)帶分別具有階 梯狀的臺(tái)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(gè)環(huán)帶分別具有階梯狀的臺(tái)階構(gòu)造。所謂階梯狀的臺(tái)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(gè)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(gè)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(gè)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(guò)相對(duì)切削驅(qū)動(dòng)被旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)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(gè)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(duì)驅(qū)動(dòng)所述金剛石刀具或所述模 具母材的同時(shí)，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(duì)驅(qū)動(dòng)所述金剛石刀具 或所述模具母材的同時(shí)，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(duì)驅(qū)動(dòng)所述金 剛石刀具或所述模具母材的同時(shí)，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(shí)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ば颍丛谒龅谝还ば?和所述第二工序間， 一邊相對(duì)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(kāi)始和切削結(jié)束時(shí)規(guī)定面的變化少，用如此加工的多個(gè)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(guò)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(kāi)始和切削結(jié)束時(shí)的曲面的曲率
6變化少，用如此加工的多個(gè)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(guò)在相對(duì)切削驅(qū)動(dòng)被旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的模具母材與金剛石刀具的同時(shí)，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(gè)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(xiàn)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(shí)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(duì)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(kāi)始和 切削結(jié)束時(shí)曲面的曲率變化少，用如此加工的多個(gè)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(zhǎng)帶通濾波器、波長(zhǎng)低通濾波器、波長(zhǎng)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(shí)抑制各個(gè)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(shí)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?chē)膱D9 (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?chē)膱D10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(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作說(shuō)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(tái)座l上配置著由 沒(méi)有圖示的控制裝置驅(qū)動(dòng)于X軸方向的X軸臺(tái)2。 X軸臺(tái)2上裝有金剛石
8刀具T。臺(tái)座1上還配置著由沒(méi)有圖示的控制裝置驅(qū)動(dòng)于Z軸方向的Z軸
臺(tái)4。 Z軸臺(tái)4上裝有由沒(méi)有圖示的控制裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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?qǐng)D4 (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(tái)2、 Z軸臺(tái)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(dòng)，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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)與直線(xiàn)垂 直相交，但也包括通過(guò)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(xiàn)T6，由此由邊緣T1、 T2、 T3、線(xiàn)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(shí)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(gè)光學(xué)功能面被分割成以光軸為中心的多個(gè)光學(xué)功能區(qū)域，該多個(gè)光學(xué)功 能區(qū)域中的至少 一 個(gè)被分割成多個(gè)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(gè)數(shù)不連續(xù)的臺(tái)階，同時(shí)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(tái)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(duì)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(duì)穿過(guò)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(chēng)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(chēng)接近旋轉(zhuǎn)軸的方向)及Z軸方向(又稱(chēng)與模具旋轉(zhuǎn)軸 平4亍的方向)移動(dòng)。
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(jiǎn)稱(chēng)為槽或環(huán)帶槽)時(shí)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(tái)階(又稱(chēng)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(shí) 相對(duì)切入量來(lái)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(shí)，首先使模具材料M繞光軸(又稱(chēng)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(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)位置(圖6中實(shí)線(xiàn)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(dòng)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(chēng)槽 的底面)GB由第三緣部T3切削，外周側(cè)的槽側(cè)面(又稱(chēng)槽的底壁面)GO 由第一緣部T1切削(第一工序參照?qǐng)D7(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(xiàn)方向(Z軸上方)同時(shí)位移(第三工序)。通過(guò)該 動(dòng)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(guò)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(gè)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(dòng)作，便能夠成形適合于成型二進(jìn)制形式衍射 構(gòu)造(參照?qǐng)D1 (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(kāi)2005 - 319778號(hào)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(guò)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(gè)具有階梯狀臺(tái)階構(gòu)造和二元構(gòu)造等的環(huán)帶時(shí)，該模具在光學(xué) 元件的光學(xué)面上轉(zhuǎn)印多個(gè)具有階梯狀臺(tái)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(gè)環(huán)帶的截面放大圖。各個(gè)環(huán) 帶具有與模具槽底面GB相對(duì)應(yīng)的頂部OET、與模具槽側(cè)面GI相對(duì)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(duì)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(tái)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(guò)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(guò)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(kāi)引起缺損。此時(shí)，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(wèn)題的是用多個(gè)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(huà)， 有不良品率上升的擔(dān)憂(yōu)。
對(duì)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(duì)此參照附圖進(jìn)行說(shuō)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?chē)糯笫疽猓瑘D8 (a)表示切削開(kāi)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?chē)糯笫?br> 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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)用第二緣部T2與第三緣部T3是相互直線(xiàn)與直線(xiàn)相交的金剛 石刀具T切削而得。
但是，從切削開(kāi)始到切削結(jié)束的過(guò)程中，金剛石刀具T上第三緣部T3 一旦45度方向劈開(kāi)產(chǎn)生缺損D的話(huà)，則如圖9(b)中實(shí)線(xiàn)所示，缺損D 轉(zhuǎn)印到角上，切削結(jié)束時(shí)的槽構(gòu)造中出現(xiàn)錐形面TP。此時(shí)錐形面TP轉(zhuǎn)印 到光學(xué)面，穿過(guò)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(duì)此，根據(jù)本實(shí)施方式，由于切削開(kāi)始狀態(tài)時(shí)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(xiàn)方向看時(shí)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(huà)，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(xiàn)方向看時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)值，同時(shí)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(cè)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(duì)值。因此，通過(guò)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(zhǎng)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(méi)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(méi)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(shí)，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(méi)有損耗狀態(tài)時(shí)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(duì)本發(fā)明作了說(shuō)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(xiàn)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(gè)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(gè)環(huán)帶構(gòu)造，各個(gè)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(gè)臺(tái)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(tái)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(gè)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(gè)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(gè)環(huán)帶分別具 有階梯狀的臺(tái)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(gè)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(guò)相對(duì)切削驅(qū)動(dòng)被旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)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(gè)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(duì)驅(qū)動(dòng)所述金剛石刀具或所述模 具母材的同時(shí)，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(duì)驅(qū)動(dòng)所述金剛石刀具或所述模具母材的同時(shí)，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(duì)驅(qū)動(dòng)所述金 剛石刀具或所述模具母材的同時(shí)，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(shí)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(guò)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(guò)在相對(duì)切削驅(qū)動(dòng)被旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的模具母材與金剛石刀具的同時(shí)，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(gè)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(xiàn)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(duì)驅(qū)動(dòng)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(duì)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)抑制用于光學(xué)元件成型的每個(gè)模具的偏差。本發(fā)明涉及的模具，是成型具有多個(gè)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(gè)環(huán)帶構(gòu)造的面，各個(gè)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(hào)B29L11/00GK101516593SQ20078003578
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:柯尼卡美能達(dá)精密光學(xué)株式會(huì)社