| 【発明の名称】 |
光学素子金型の製造方法及び光学素子金型 |
| 【発明者】 |
【氏名】山口 修一
【氏名】田口 淳
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| 【要約】 |
【課題】光学素子金型を精度良く製造することができる光学素子金型の製造方法及び光学素子金型を提供する。
【構成】ワーク雇い上に載置された被加工物１Ａを切削する工具を用いて加工して、複数の独立した光学機能面を有する光学素子を成形するための金型を作成する加工方法において、まず工具としての単結晶ダイヤモンドバイト４２を用いてワーク雇い５０に装着されたダミー加工物１ＢにＸ軸方向へ延びる直線的な溝を形成し、その最終端の座標を求める。その後、この座標を基準として加工すべき被加工物１Ａの外周部の４つのポイントの座標から被加工物１Ａの仮中心座標を求める。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工する工具と、前記被加工物を保持する保持部と、前記工具と前記保持部とを相対的に移動させるステージと、前記ステージの移動により前記工具とともに移動可能な顕微鏡とを有する加工装置を用いて加工して、光学機能面を有する光学素子を成形するための金型を作成する光学素子金型の製造方法において、
前記ステージを移動させながら前記工具を用いてダミーワークにＸ軸方向へ延びる直線的な溝を形成し、この溝の最終端のステージ位置座標を前記ステージからの出力に基づいて求め、
次に、前記溝の最終端のＸ座標、前記溝の一方の稜線のＹ座標、及び前記溝の他方の稜線のＹ座標を前記顕微鏡を用いて観察して、前記溝の最終端の座標を求め、
前記溝の加工時における最終端のステージ位置座標と前記顕微鏡を用いて観察された前記溝の最終端の座標とから差分量を求める第１工程と、
第１工程の後、加工すべき前記被加工物の外周部の４つのポイントの座標と前記差分量とに基づいて前記被加工物の基準座標を求める第２工程と
を含み、
前記基準座標に基づいて金型設計データから工具の刃先の位置を算出することを特徴とする光学素子金型の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程は、前記被加工物の外周部の４つのポイントの座標から前記被加工物の基準座標を求める工程を複数回行い、求められた基準座標が２回以上同一であったときの座標を基準座標とする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の光学素子金型の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法で製造されたことを特徴とする光学素子金型。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
この発明は光学素子金型の製造方法及び光学素子金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズアレイ金型を切削加工によって製造する場合、その金型の基材（被加工物）の加工方法として、フライカット、シェーパ、プレーナ加工がある。被加工物はねじを用いて雇い（テーブル）に固定されるのが一般的である（下記特許文献参照）。
【０００３】
レンズアレイ金型の製造途中で、レンズアレイ金型のうちの１つのレンズに対応する凹部を被加工物の加工面に形成し、雇いから被加工物を取り外し、被加工物の外周部から凹部の寸法を測定し、その測定値を凹部の位置ずれ補正に利用する。
【特許文献１】特開平１１−１７９６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金型を製造するときの加工精度は刃先と被加工物との位置精度に依存するにもかかわらず、ねじの公差等のために被加工物を雇い上に高精度に位置決めすることは難しいので、金型を精度良く製造することは難しかった。
【０００５】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は光学素子金型を精度良く製造することができる光学素子金型の製造方法及び光学素子金型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、被加工物を加工する工具と、前記被加工物を保持する保持部と、前記工具と前記保持部とを相対的に移動させるステージと、前記ステージの移動により前記工具とともに移動可能な顕微鏡とを有する加工装置を用いて加工して、光学機能面を有する光学素子を成形するための金型を作成する光学素子金型の製造方法において、前記ステージを移動させながら前記工具を用いてダミーワークにＸ軸方向へ延びる直線的な溝を形成し、この溝の最終端のステージ位置座標を前記ステージからの出力に基づいて求め、次に、前記溝の最終端のＸ座標、前記溝の一方の稜線のＹ座標、及び前記溝の他方の稜線のＹ座標を前記顕微鏡を用いて観察して、前記溝の最終端の座標を求め、前記溝の加工時における最終端のステージ位置座標と前記顕微鏡を用いて観察された前記溝の最終端の座標とから差分量を求める第１工程と、第１工程の後、加工すべき前記被加工物の外周部の４つのポイントの座標と前記差分量とに基づいて前記被加工物の基準座標を求める第２工程とを含み、前記基準座標に基づいて金型設計データから工具の刃先の位置を算出することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光学素子金型の製造方法において、前記第２工程は、前記被加工物の外周部の４つのポイントの座標から前記被加工物の基準座標を求める工程を複数回行い、求められた基準座標が２回以上同一であったときの座標を基準座標とする工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の製造方法で製造されたことを特徴とする光学素子金型である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、光学素子金型を精度良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１（ａ）はこの発明の一実施形態に係る光学素子金型の製造方法の使用に用いられる加工装置の側面図、図１（ｂ）はその平面図である。
【００１２】
この加工装置はＺ軸ステージ１０とＹ軸ステージ２０とＸ軸ステージ３０とＢ軸ステージ（ステージ）４０とを備えている。
【００１３】
この実施形態の加工装置は例えばＮＣ加工装置であり、例えばＮＣコントローラ（図示せず）からの指示によって、Ｚ軸ステージ１０、Ｙ軸ステージ２０、Ｘ軸ステージ３０及びＢ軸ステージ４０を駆動するモータ等のアクチュエータ（図示せず）の起動・停止や回転速度が制御される。
【００１４】
Ｚ軸ステージ１０は定盤５上に配置されている。Ｚ軸ステージ１０は定盤５上をＺ軸ステージガイド１１に沿ってＺ軸方向へ移動可能である。Ｚ軸ステージ１０の位置は例えばエンコーダで検出され、検出結果がＮＣコントローラにフィードバックされる。
【００１５】
Ｚ軸ステージ１０上に配置された主軸ユニット１５のＺ軸方向の先端部にはワーク雇い（保持部）５０が装着されている。ワーク雇い５０を主軸ユニット１５にさせるとき、主軸ユニット１５に対するワーク雇い５０の走り出し（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に対する傾き調整）が行なわれる。
【００１６】
Ｘ軸ステージ３０は定盤５上にＺ軸ステージ１０に対してＺ方向に所定間隔をおいて対向配置されている。Ｘ軸ステージ３０は定盤５上をＸ軸方向へ移動可能である。Ｘ軸ステージ３０の位置は例えばエンコーダで検出され、検出結果がＮＣコントローラにフィードバックされる。
【００１７】
Ｙ軸ステージ２０はＸ軸ステージ３０上に配置されている。Ｙ軸ステージ２０はＹ軸ステージガイド２１に沿ってＹ軸方向（高さ方向）へ移動可能である。Ｙ軸ステージ２０の位置は例えばエンコーダで検出され、検出結果がＮＣコントローラにフィードバックされる。
【００１８】
Ｂ軸ステージ４０はＹ軸ステージ２０上に配置されている。Ｂ軸ステージ４０はＹ軸ステージ２０の下面に配置されたＢ軸ステージ用モータ４１によってＺ軸及びＸ軸と直交するＹ軸周りへ回転可能である。Ｂ軸ステージ４０の回転角度は例えばエンコーダによって検出され、検出結果がＮＣコントローラにフィードバックされる。
【００１９】
Ｂ軸ステージ４０にはダイヤモンドバイト（工具）４２を保持するダイヤモンドバイトホルダ４３が設けられている。ダイヤモンドバイト４２は一般に単結晶ダイヤモンドバイトが使用される。単結晶ダイヤモンドバイトは図３、４に示す溝２や凹部４４ａの外周部をばりを発生させないように形成することができるという特長を有する。
【００２０】
ダイヤモンドバイト４２を用いて被加工物１Ａ（図２参照）の加工面（ＸＹ面）４４を研削して、マイクロレンズのレンズ形状に対応する凹部４４ａを形成する。
【００２１】
また、Ｙ軸ステージ２０には顕微鏡２５が設けられている。顕微鏡２５の視野には指標が設けられており、ワーク雇い５０上の所望の位置に指標の中心が来るようにＸ軸ステージ３０、Ｙ軸ステージ２０を位置決めすることで、ワーク雇い５０上のＸＹ平面座標を求める。
【００２２】
図２（ａ）はこの発明の一実施形態に係る光学素子金型の平面図、図２（ｂ）はその側面図である。
【００２３】
ワーク雇い５０には図３に示すマイクロレンズ金型（光学素子金型）１の基材となる被加工物１Ａとダミー加工物（ダミーワーク）１Ｂとが固定されている。
【００２４】
被加工物１Ａの材料としては、例えばスタバックスにＮｉ−Ｐ（無電解ニッケルめっき）を施したものがある。
【００２５】
ダミー加工物１Ｂの材料としては例えば真鍮がある。
【００２６】
次に、被加工物１Ａの加工位置の算出方法を説明する。
【００２７】
図３は溝加工されたダミー加工物の拡大平面図、図４（ａ）は被加工物の中心座標を求める方法を説明する被加工物の拡大平面図、図４（ｂ）は被加工物の中心位置と凹部との位置関係を説明するための被加工物の拡大平面図、図５は製造方法を説明するフローチャートである。なお、図５において、Ｓ１〜Ｓ１１は各加工ステップを示す。
【００２８】
まず、ワーク雇い５０に被加工物１Ａ（ワーク）とダミー加工物１Ｂとを固定する（Ｓ１）。
【００２９】
次に、ワーク雇い５０を加工装置の主軸ユニット１５に取り付ける（Ｓ２）。
【００３０】
その後、ダミー加工物１Ｂの加工面にＸ軸方向へ延びる直線的な溝２を形成する（図２参照）（Ｓ３）。
【００３１】
次に、工具座標系でダミー加工物１Ｂの加工面上の溝２の最終端の位置（ＸＹ座標（ステージ位置座標））を各エンコーダの出力値に基づいて求め、ＮＣコントローラのメモリに記憶する（Ｓ４）。
【００３２】
その後、溝２の最終端のＸ座標Ｘｅ、溝の一方の稜線のＹ座標Ｙ１、及び溝２の他方のＹ座標Ｙ２をそれぞれ顕微鏡２５の指標中心に来るようにＸ軸ステージ３０、Ｙ軸ステージ２０を駆動し、そのときの位置を各エンコーダの出力値に基づいて求める（図３参照）（Ｓ５）。このとき、１式を用いてＹ座標Ｙ１とＹ座標Ｙ２とから最終端のＹ座標Ｙｃを求める。そして、工具座標系で溝２の最終端の座標と顕微鏡２５を用いて観察された座標（Ｘｅ，Ｙｃ）とに基づいて差分量を求め、ＮＣコントローラのメモリに記憶させる。
【００３３】
Ｙｃ＝（Ｙ１＋Ｙ２）／２ （１式）
上記ステップＳ１〜Ｓ５が第１工程に対応する。
【００３４】
次に、被加工物１Ａの外周部の４つのポイントの座標ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２を顕微鏡２５で観察しながら求める（（図４（ａ）参照））（Ｓ６）。２式及び３式を用いて被加工物１Ａの中心座標（ＫＸ、ＫＹ）を求め、その中心座標（ＫＸ、ＫＹ）を先のステップ（Ｓ５）で求めた差分量に基づいてダイヤモンドバイト４２の座標（工具座標）に変換してＮＣコントローラに記憶させる（（図３（ｂ）参照））（Ｓ７）。
【００３５】
ＫＸ＝（ｘ１＋ｘ２）／２ （２式）
ＫＹ＝（ｙ１＋ｙ２）／２ （３式）
その後、被加工物１Ａの外周部の、前記４つのポイントと同一又は別の４つのポイントを再度顕微鏡で観察し、それらの座標からステップＳ７と同様にして被加工物１Ａの中心座標（ＫＸ、ＫＹ）を求める（Ｓ８）。
【００３６】
次に、ステップＳ７で求めた被加工物１Ａの中心座標（ＫＸ、ＫＹ）とステップＳ８で求めた被加工物１Ａの中心座標（ＫＸ、ＫＹ）とが一致するか否かを判断する（Ｓ９）。
【００３７】
ステップＳ７で求めた被加工物１Ａの中心座標（ＫＸ、ＫＹ）とステップＳ８で求めた被加工物の中心座標（ＫＸ、ＫＹ）とが一致しないとき（ＮＯ）、被加工物１Ａの外周部の４つのポイントの座標を再度顕微鏡で観察し、それらの座標（図示せず）からステップＳ８と同様にして被加工物１Ａの中心座標（ＫＸ、ＫＹ）を求め（Ｓ１０）、ステップＳ９へ戻る。このステップＳ９、Ｓ１０によって、より正確に中心座標ＫＸ、ＫＹを求めることができる。
【００３８】
ステップＳ７で求めた被加工物の中心座標（ＫＸ、ＫＹ）とステップＳ８で求めた被加工物の中心座標（ＫＸ、ＫＹ）とが一致したとき（ＹＥＳ）、この中心座標（ＫＸ、ＫＹ）を基準座標として工具座標上で、金型設計データ（マイクロレンズ金型の凹部の位置は設計値として定義されている）から被加工物１Ａの加工位置（ダイヤモンドバイト４２の刃先の位置）を算出する（Ｓ１１）。
【００３９】
上記ステップＳ６〜Ｓ１１が第２工程に対応する。
【００４０】
以上の工程を経て、ダイヤモンドバイト４２と被加工物１Ａとの位置関係が決まる。
【００４１】
複数の種類のマイクロレンズ金型１を固定できるワーク雇い５０の場合、ワーク雇い５０を加工装置に取り付ける前に、各被加工物１Ａ間の寸法を予め測定し、測定結果をＮＣコントローラのメモリに記憶させておけばよい。この測定結果を用いることによって総ての被加工物１Ａの加工位置を求めることができる。
【００４２】
その後、例えば以下の方法によって被加工物１Ａを加工する。
（１）マイクロレンズ金型の凹部の曲率半径に応じてダイヤモンドバイト４２をＸ軸、Ｚ軸方向へ同時に移動させて、被加工物１Ａの加工面４４を切削する。
（２）被加工物１Ａを予め決められた所定量だけ切削した後、被加工物１Ａを所定ピッチだけＹ軸方向へ移動させる（（図２（ａ）参照））。
（３）（１）と同様にダイヤモンドバイト４２をＸ軸、Ｚ軸方向へ同時に移動させて被加工物１Ａの加工面４４を切削する。
【００４３】
以下、上記工程（１）〜（３）を繰返してマイクロレンズ金型１が作成される。
【００４４】
本発明者が凹部４４ａの曲率半径２．５ｍｍのいわゆる４目玉のマイクロレンズ金型１（直径：１２ｍｍ）を上記加工方法によって作成したところ、位置決め誤差は最悪でも３μｍ以下であった（従来の方法では平均して１０μｍ程度の位置決め誤差があった）。
【００４５】
この実施形態によれば、レンズアレイ金型の製造途中で寸法測定のために、ワーク雇い５０から被加工物１Ａを取り外す必要がないため、ダイヤモンドバイト４２と被加工物１Ａとの位置関係を高精度に求め、被加工物１Ａを容易かつ高精度に加工することができる。その結果、レンズアレイの各々を精度良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１（ａ）はこの発明の一実施例に係る光学素子金型の製造方法の実施に使用される加工装置の側面図、図１（ｂ）はその平面図である。
【図２】図２（ａ）はこの発明の一実施例に係る光学素子金型の平面図、図２（ｂ）はその側面図である。
【図３】図３は溝加工されたダミー加工物の拡大平面図である。
【図４】図４（ａ）は金型の中心座標を求める方法を説明する被加工物の拡大平面図、図４（ｂ）は金型の中心位置とマイクロレンズとの位置関係を説明する被加工物の拡大平面図である。
【図５】図５は加工方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１：マイクロレンズ金型（光学素子金型）、１Ａ：被加工物、１Ｂ：ダミー加工物（ダミーワーク）、２：溝、２５：顕微鏡、４０：Ｂ軸ステージ（ステージ）、４２：ダイヤモンドバイト（工具）、５０：ワーク雇い（保持部）、ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２：４つのポイントの座標。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４１１２
【氏名又は名称】株式会社ニコン
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| 【出願日】 |
平成１８年７月１９日（２００６．７．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１５５７
【弁理士】
【氏名又は名称】木内 修
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| 【公開番号】 |
特開２００８−２３７５８（Ｐ２００８−２３７５８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年２月７日（２００８．２．７） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−１９６５８５（Ｐ２００６−１９６５８５） |
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