(57)【要約】  金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との角度ずれが生じない金型加工方法を提供する。本方法は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する。本方法は、該拡散面を覆うように加工パスを定めるステップと、切削半径及び所望の拡散角から基準切削深さを定めるステップと、該切削半径及び該基準切削深さから、該加工パスに沿った複数の凹部間の距離の平均値を定めるステップと、切削深さの分布及び複数の凹部間の距離の分布を定めるステップと、これらの分布を実現するように、該加工パス上の、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さを定めるステップと、上記のように定めた、座標及び切削深さにしたがって該拡散面に対応する部分の切削加工を行うステップと、を含む。
2013076809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法であって、該レンズに対応する部分を加工することに加えて、加工パス上の座標において、該ボールエンドミルの切削半径によって定まる形状を有する凹部を作成し、加工パスに沿って、該ボールエンドミルの座標を変化させながら複数の凹部を作成することによって該拡散面に対応する部分を加工する金型加工方法であり、
該拡散面を覆うように加工パスを定めるステップと、
該切削半径及び該拡散面における所望の拡散角から基準切削深さを定めるステップと、
該切削半径及び該基準切削深さから、該加工パスに沿った複数の凹部間の距離の平均値を定めるステップと、
切削深さの分布及び複数の凹部間の距離の分布を定めるステップと、
該切削深さの分布及び該距離の分布を実現するように、該加工パス上の、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さを定めるステップと、
上記のように定めた、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さにしたがって該拡散面に対応する部分の切削加工を行うステップと、を含む金型加工方法。
【請求項２】
前記３次元加工機が第１及び第２のボールエンドミルを備えており、第１のボールエンドミルが、前記レンズに対応する部分を加工するように構成され、第２のボールエンドミルが前記拡散面に対応する部分を加工するとように構成された請求項１に記載の金型加工方法。
【請求項３】
前記３次元加工機が回転機構を有し、被加工物を該回転機構に取り付けて加工する請求項１に記載の金型加工方法。
【請求項４】
１個のボールエンドミルによって、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを加工する請求項１に記載の金型加工方法。
【請求項５】
前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを連続した加工パスによって加工する請求項４に記載の金型加工方法。
【請求項６】
前記加工パスを渦巻曲線として定める請求項５に記載の金型加工方法。
【請求項７】
前記加工パスをラスター加工パスとして定める請求項５に記載の金型加工方法。
【請求項８】
複数の凹部の切削深さ及び複数の凹部間の距離の分布が一様分布である請求項１から７のいずれかに記載の金型加工方法。
【請求項９】
レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型であって、該金型の、レンズに対応する部分と、該金型の、拡散面に対応する部分と、を一体的に含み、両部分の間に段差または隙間を有しない光学素子用の金型。
【請求項１０】
請求項９に記載の金型によって製造された光学素子。
【請求項１１】
レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子であって、該拡散面内に、位置合わせのための突起部を備えた、金型によって製造された光学素子。
【請求項１２】
前記突起部の表面にも拡散面を設けた請求項１１に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法、金型及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズを含む光学素子において、レンズの光学有効範囲の周囲の部分は、組み立て用の基準面などとして使用される。この部分は、入射した光線に起因する、いわゆる迷光を防止するために、入射した光線をランダムに反射する（拡散する）ように加工される（たとえば、特許文献１の段落[０００２]）。本明細書においては、この部分を、拡散面を含む部分と呼称する。【０００３】
光学素子を、金型を用いた射出成型法により製造する場合に、金型の、レンズに対応する部分は、３次元加工機などによって所望の形状に加工される。これに対して、金型の、拡散面を含む部分に対応する部分は、従来、レンズに対応する部分の上記の加工工程とは別の、放電加工などの加工工程によって形成されていた。しかし、特に、携帯電話の撮像光学系などに使用される小型の光学素子の場合には、上記の従来の加工方法において以下のような不具合が生じていた。【０００４】
金型の、レンズに対応する部分と金型の、拡散面を含む部分に対応する部分とが別の加工工程によって形成されるので、両工程の加工面の角度ずれによって、金型のレンズ面に対応する部分と金型の拡散面を含む部分に対応する部分との間の境界の位置のずれが生じる。このため、金型の、拡散面に対応する部分を、金型の、レンズに対応する部分に隣接して設けることができない。上記の角度ずれ及び境界の位置ずれについては、後で説明する。【０００５】
金型の、拡散面に対応する部分の形状が、たとえば、放電加工用の電極の加工精度に起因して悪化する場合がある。【０００６】
また、上述の、金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との角度ずれのために、光学素子の拡散面の部分に、組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせるのが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０-２６９５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、上記のような不具合を生じることのない、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法、金型、及び光学素子に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様による金型加工方法は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法であって、該レンズに対応する部分を加工することに加えて、加工パス上の座標において、該ボールエンドミルの切削半径によって定まる形状を有する凹部を作成し、加工パスに沿って、該ボールエンドミルの座標を変化させながら複数の凹部を作成することによって該拡散面に対応する部分を加工する金型加工方法である。本金型加工方法は、該拡散面を覆うように加工パスを定めるステップと、該切削半径及び該拡散面における所望の拡散角から基準切削深さを定めるステップと、該切削半径及び該基準切削深さから、該加工パスに沿った複数の凹部間の距離の平均値を定めるステップと、切削深さの分布及び複数の凹部間の距離の分布を定めるステップと、該切削深さの分布及び該距離の分布を実現するように、該加工パス上の、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さを定めるステップと、上記のように定めた、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さにしたがって該拡散面に対応する部分の切削加工を行うステップと、を含む。【００１０】
本態様の金型加工方法によれば、金型の、レンズに対応する部分と金型の、拡散面を含む部分に対応する部分とが、３次元加工機による単一の加工工程で加工されるので、金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との角度ずれが生じることはない。したがって、金型の、拡散面に対応する部分を、金型の、レンズに対応する部分に隣接して設けることができる。また、光学素子の拡散面の部分に、組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせることができる。【００１１】
第１の態様の第１の実施形態による金型加工方法においては、前記３次元加工機が第１及び第２のボールエンドミルを備えており、第１のボールエンドミルが、前記レンズに対応する部分を加工するように構成され、第２のボールエンドミルが前記拡散面に対応する部分を加工するとように構成されている。【００１２】
本実施形態によれば、第１及び第２のボールエンドミルの刃を、それぞれ、金型のレンズに対応する部分及び金型の拡散面を含む部分に対応する部分に適したものとすることができる。【００１３】
第１の態様の第２の実施形態による金型加工方法においては、前記３次元加工機が回転機構を有し、被加工物を該回転機構に取り付けて加工する。【００１４】
本実施形態によれば、回転対称な形状の金型を効率的に加工することができる。【００１５】
第１の態様の第３の実施形態による金型加工方法においては、１個のボールエンドミルによって、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを加工する。【００１６】
本実施形態によれば、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを１個のボールエンドミルによって加工するので、高い効率及び加工精度が得られる。【００１７】
第１の態様の第４の実施形態による金型加工方法は、第３の実施形態による金型加工方法であって、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを連続した加工パスによって加工する。【００１８】
本実施形態によれば、連続した加工パスで加工することにより、加工効率を高め、加工対象曲面内に生じる加工痕を目立ちにくくすることができる。【００１９】
第１の態様の第５の実施形態による金型加工方法は、第４の実施形態による金型加工方法であって、加工パスを渦巻曲線として定める。【００２０】
本実施形態によれば、加工のつなぎ目を目立たせることなく、かつ効率的に加工を行うことができる。渦巻き曲線の加工パスは、特に、回転対称形状の光学素子の金型を加工するのに適している。【００２１】
第１の態様の第６の実施形態による金型加工方法は、第４の実施形態であって、加工パスをラスター加工パスとして定める。【００２２】
本実施形態によれば、加工のつなぎ目を目立たせることなく、かつ効率的に加工を行うことができる。ラスター加工パスは、特に、自由曲面形状の光学素子の金型を加工するのに適している。【００２３】
第１の態様の第７の実施形態による金型加工方法においては、複数の凹部の切削深さ及び複数の凹部間の距離の分布が一様分布である。【００２４】
本実施形態によれば、複数の凹部の切削深さ及び複数の凹部間の距離を簡単な手順で定めることができる。【００２５】
本発明の第２の態様による光学素子用の金型は、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型であって、該金型の、レンズに対応する部分と、該金型の、拡散面に対応する部分と、を一体的に含み、両部分の間に段差または隙間を有しない。【００２６】
本態様の光学素子用の金型により、レンズと拡散面との間に段差または隙間を有しない光学素子が得られる。このような光学素子は、段差または隙間を有しないことにより、レンズの周囲の部分に起因する迷光の影響をより低減することができる。【００２７】
本発明の第３の態様による光学素子は、本発明の第２の態様による光学素子用の金型によって製造された光学素子である。【００２８】
本態様の光学素子は、段差または隙間を有しないことにより、レンズの周囲の部分に起因する迷光の影響をより低減することができる。【００２９】
本発明の第４の態様による光学素子は、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子であって、該拡散面内に、位置合わせのための突起部を備えた、金型によって製造された光学素子である。【００３０】
本態様の光学素子は、拡散面に組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせることができる。【００３１】
第４の態様の第１の実施形態による光学素子は、前記突起部の表面にも拡散面を設けたものである。【００３２】
本実施形態の光学素子により、レンズの周囲の部分に起因する迷光の影響をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ボールエンドミルを備えた３次元加工機を示す図である。
【図２】図２は、ボールエンドミルの構成を示す図である。
【図３】３次元加工機の他の実施形態を示す図である。
【図４】このような連続した加工パスの具体例を示す図である。
【図５】ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法を示す流れ図である。
【図６】光学素子の拡散面の突起部の断面を示す図である。
【図７】突起部の高さＤが３マイクロメータである場合の、刃の半径Ｒと最大拡散角θとの関係を示す図である。
【図８】本実施形態の光学素子の平面図である。
【図９】切削深さの分布を示す図である。
【図１０】光学素子の拡散面を含む部分に対応する金型の部分の渦巻き状の加工パスを示す図である。
【図１１】光学素子の拡散面を含む部分に対応する金型の部分の表面の、任意の方向（Ｘ方向）のプロファイルの測定値を示す図である。
【図１２】光学素子の拡散面を含む部分に対応する金型の部分の表面の、Ｘ方向に垂直なＹ方向のプロファイルの測定値を示す図である。
【図１３】光学素子の拡散面を含む部分の拡散機能を確認するための実験装置の構成を示す図である。
【図１４】図１３の実験装置において、拡散面を含む部分を設置したときのスクリーンの画像を示す図である。
【図１５】図１３の実験装置において、拡散面を含む部分の代わりに平板を設置したときのスクリーンの画像を示す図である。
【図１６】本発明の金型加工方法によって加工した金型を使用して製造した光学素子の別の実施形態を示す図である。
【図１７】従来の金型加工方法による、金型のレンズ面に対応する部分と金型の拡散面に対応する部分との間の境界の位置のずれを説明するための図である。
【図１８】本発明の金型加工方法によって製造された金型の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、ボールエンドミル２０７を備えた３次元加工機２００を示す図である。図１において、互いに直交する３軸の方向をＡ、Ｂ及びＣ方向とする。３次元加工機２００は、プレート２１１上に設置されたＡ方向搬送機構２０１、Ａ方向搬送機構２０１上に設置されたＣ方向搬送機構２０３、Ｃ方向搬送機構２０３に取り付けられた砥石軸とボールエンドミル２０７、及びプレート２１１に設置されたＢ方向搬送機構２０５を備える。Ｂ方向搬送機構２０５に被加工物を取り付けて、Ｂ方向に移動させながら、Ａ方向搬送機構２０１及びＣ方向搬送機構２０３によって、ボールエンドミル２０７をＡ方向及びＣ方向に移動させて加工を行う。
【００３５】
一般的に３次元加工機とは、三つの直交軸上の位置決め機構、及び各直交軸周りの回転角度位置決め機構のうち、三つ以上の位置決め機構を備える加工機を指す。ボールエンドミルなどの工具を２個以上備えたものであってもよい。
【００３６】
図３は、３次元加工機の他の実施形態を示す図である。図３(ａ)において、砥石軸とボールエンドミル２０７Ａは、旋盤工具２２１とともに、Ｚ軸方向搬送機構２０５Ａに取り付けられている。被加工物を、Ｘ軸搬送機構２０１Ａに取り付けたＣ軸回転機構２０３Ａに取り付けて、Ｘ軸搬送機構２０１Ａ、Ｚ軸方向搬送機構２０５Ａ及びＣ軸回転機構２０３Ａを操作しながら加工を行う。図３(ｂ)において、砥石軸に取り付けられた２個のボールエンドミル２０７１Ｂ及び２０７２ＢがＹ軸方向搬送機構２０３Ｂに取り付けられている。Ｙ軸方向搬送機構２０３Ｂは、Ｘ軸搬送機構２０１Ｂに取り付けられている。Ｙ軸方向搬送機構２０３Ｂは、２個のボールエンドミル２０７１Ｂ及び２０７２Ｂを別個にＹ軸方向に操作できるように構成されている。２個のボールエンドミル２０７１Ｂ及び２０７２Ｂは、それぞれ、金型のレンズに対応する部分及び金型の拡散面を含む部分に対応する部分を加工するためのものである。このように２個のボールエンドミルを設けることにより、２個のボールエンドミルの刃を、金型のレンズに対応する部分及び金型の拡散面を含む部分に対応する部分に適したものとすることができる。ボールエンドミルの刃については後で説明する。被加工物を、Ｚ軸搬送機構２０５Ｂに取り付けて、Ｘ軸搬送機構２０１Ｂ、Ｙ軸方向搬送機構２０３Ｂ及びＺ軸搬送機構２０５Ｂを操作しながら加工を行う。
【００３７】
ただし、金型のレンズに対応する部分及び金型の拡散面を含む部分に対応する部分を１個のボールエンドミルで加工することが可能である場合には、効率及び加工精度の観点から１個のボールエンドミルで加工する方が好ましい。
【００３８】
図２は、ボールエンドミル２０７の構成を示す図である。ボールエンドミル２０７の刃の半径をＲで示す。
【００３９】
３次元加工機とボールエンドミルを用いて曲面を加工する場合、加工効率を高め、加工対象曲面内に生じる加工痕を目立ちにくくするように、該加工対象曲面内から工具のオフセット量を考量して形成したオフセット曲面上で一筆書きを行うような連続した加工パスが使用される。
【００４０】
図４は、このような連続した加工パスの具体例を示す図である。図４（ａ）は、凸形状用の渦巻き状加工パスの例を示し、図４（ｂ）は、自由曲面用のラスター加工の例を示す。
【００４１】
上記のような加工パス上のある座標において、加工パス上を移動する工具を一旦停止させ、加工対象曲面の法線方向へ所定の深さだけ工具を切り込み、その後元の座標に戻って加工パス上の移動を再開すると、当該座標において工具の半径及び切り込み深さを反映した曲率および深さを有する凹部が形成される。加工パス上に十分な密集度で複数の凹部を形成することにより、金型の、拡散面に対応する部分を形成することができる。
【００４２】
図５は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面を含む部分とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法を示す流れ図である。
【００４３】
本金型加工方法においては、金型の、拡散面に対応する部分を加工する際に、上述のように、加工パス上の複数の座標において、ボールエンドミル２０７の切削深さを定めて切削加工を行うことにより複数の凹部を作成する。
【００４４】
図５のステップＳ０１０において、ボールエンドミル２０７の刃の半径Ｒを定める。刃の半径Ｒは、レンズ形状を加工することができるように定める。
【００４５】
図５のステップＳ０２０において、刃の半径Ｒによって、所望の拡散角が得られるかどうか判断する。所望の拡散角が得られなければ、ステップＳ０１０に戻る。所望の拡散角が得られれば、ステップＳ０３０に進む。所望の拡散角が得られるかどうかの判断については、後で説明する。
【００４６】
図５のステップＳ０３０において、所望の拡散角が得られるように基準切削深さを定める。
【００４７】
金型の、拡散面に対応する部分の凹部の切削深さは、該金型に対応する光学素子の拡散面の突起部の高さに等しい。そこで、金型の、拡散面に対応する部分の凹部の切削深さ、すなわち、光学素子の拡散面の突起部の高さをＤとする。
【００４８】
図６は、光学素子の拡散面の突起部の断面を示す図である。該突起部は、ボールエンドミル２０７の刃の半径Ｒを有する球面の部分からなる。ここで、刃の半径を切削半径とも呼称する。図６は、半径Ｒを有する球面の中心と突起部の頂点とを結ぶ直線を含む断面を示す。最大拡散角θ５は、球面の部分が拡散面を含む部分の基準面となす角度θ３及び光学素子を形成する物質の屈折率ｎによって定まる。そこで、球面の部分が拡散面を含む部分の基準面となす角度θ３から、最大拡散角θ５を実現する突起部の高さＤを求めることができる。
【００４９】
図７は、突起部の高さＤが３マイクロメータである場合の、刃の半径Ｒと最大拡散角θとの関係を示す図である。図７の横軸は、ボールエンドミル２０７の刃の半径Ｒ（単位はミリメータ）を表す。図７の縦軸は、最大拡散角θ（単位は度）を表す。図７によれば、突起部の高さが一定である場合に、ボールエンドミル２０７の刃の半径Ｒを小さくすることにより最大拡散角θを大きくすることができる。
【００５０】
図５のステップＳ０４０において、加工パスに沿った、凹部間の距離の平均値ｄを求める。
【００５１】
図８は、本実施形態の光学素子１００の平面図である。光学素子１００は、レンズ部分１０１とその周囲の拡散面を含む部分１０３を含む回転対称体である。平面図において、レンズ部分１０１は、回転対称軸を中心とする半径ｒａの円形である。拡散面を含む部分１０３は、回転対称軸を中心とする半径ｒａの円形と半径ｒｂの円形とに囲まれるドーナツ状の領域である。本実施形態において、加工パスは、光学素子のレンズの回転対称軸に相当する中心軸の周りのピッチ間隔ｐの渦巻き状加工パスとする。本実施形態において、金型の、レンズに対応する部分と拡散面を含む部分に対応する部分とは、連続した渦巻き状の加工パスによって加工される。
【００５２】
中心軸からの距離ｒの渦巻き曲線上の加工パスの面積Ａｒは以下のとおりである。
【数１】
2013076809.tif 000003
他方、図６から、拡散面に対応する部分における凹部の半径Ｌは、
【数２】
2013076809.tif 000004
となる。また、拡散面に対応する部分における凹部の断面積は、
【数３】
2013076809.tif 000005
となる。式(1)及び式(3)から、中心軸からの距離ｒの渦巻き曲線の加工パスを覆うのに必要な凹部の個数は、
【数４】
2013076809.tif 000006
となる。したがって、凹部間の加工パスに沿った距離の平均値ｄは、
【数５】
2013076809.tif 000007
となる。
【００５３】
図５のステップＳ０５０において、切削深さＤ及び凹部間の距離ｄｉの分布を定める。
【００５４】
図９（ａ）は、切削深さの最大値をＤとする一様分布を示す図である。図９（ａ）の横軸は、切削深さを表し、図９（ａ）の縦軸は、横軸で示される切削深さとなる確率を表す。
【００５５】
図９（ｂ）は、切削深さの平均値がＤ、半値幅がＷの正規分布を示す図である。図９（ａ）の横軸は、切削深さを表し、図９（ａ）の縦軸は、横軸で示される切削深さとなる確率を表す。
【００５６】
切削深さの分布は、たとえば、上記のような分布とすることができる。
【００５７】
本実施形態において、凹部間の距離ｄｉの分布は、たとえば、一様分布とする。この場合に、ｊを０−１間の一様乱数とすると、その期待値は０．５であるので、加工パス上における凹部から隣接する凹部までの距離Ｓ（ｒ）を、式(5)から以下の式によって定める。
【数６】
2013076809.tif 000008
ここで、γは、加工パス全体を凹部で覆うための余裕率であり、たとえば３（＝３００％）とする。
【００５８】
本実施形態においては、回転対称形状を渦巻状の加工パスによって加工するので、加工パスの密集度は、加工面全体で均一である。しかし、加工対象及び加工パスによって、加工面上の場所によって加工パスの密集度が異なる場合がある。このような場合に、加工パスに沿って一定の距離間隔で凹部を形成すると、場所によって凹部の密集度が異なる。ここで、加工パスの密集度は、加工面上の部分の面積をＡｉとし、この部分の加工パスの総長をＣｉとして、
【数７】
2013076809.tif 000009
で表される。凹部の密集度を一定範囲内とするために、加工面を、加工パスの密集度が一定範囲内となるような部分に分割する。具体的には、たとえば、最も小さな密集度に対する最も大きな密集度の比が１．５以下であるように部分への分割を行う。このように分割された部分に対して、上記の式(1)から式(6)にしたがって、加工パス上における凹部から隣接する凹部までの距離Ｓ（ｒ）を求めることによって凹部の密集度を一定範囲内とするとすることができる。
【００５９】
図５のステップＳ０６０において、複数の凹部を生成するためのボールエンドミルの軌跡を定める。
【００６０】
図１０は、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３に対応する金型の部分の渦巻き状の加工パスを示す図である。図１０において鉛直方向の線の位置は、加工パス上において、深さ方向の切削を行う位置を表す。また、鉛直方向の線の長さは、切削深さを表す。拡散面を含む部分１０３に対応する金型の、加工パス上の初期位置において、たとえば、図９（ａ）に示す切削深さの一様分布を実現するように切削深さを定める。つぎに、加工パスを式(6)で定める距離だけ進み、次の切削位置を定める。この切削位置において、図９（ａ）に示す切削深さの一様分布を実現するように切削深さを定める。上記の処理を繰り返すことによって、ボールエンドミルの軌跡を定めることができる。
【００６１】
図５のステップＳ０７０において、ボールエンドミルの軌跡にしたがって切削加工を行う。
【００６２】
表１は、本実施形態による金型加工方法の加工条件の一例を示す表である。
【表１】
2013076809.tif 000010
表１からＲ＝２００μｍ、Ｄ＝３μｍ(最大値)であるので、式(2)から、Ｌ＝３４．５μｍ(最大値)である。渦巻き送りピッチｐは、ｃを定数として以下の式に基づいて定める。
ｐ＝２Ｌ／ｃ
金型の、拡散面に対応する部分における未切削部分をなくし、かつ、渦巻きの痕跡が残らないようにするにはｃを１０以上とすれば十分である。本実施形態においては、ｃは、１１．５である。
【００６３】
図１１は、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３に対応する金型の部分の表面の、任意の方向（Ｘ方向）のプロファイルの測定値を示す図である。図９の横軸は、Ｘ方向の位置を示す。縦軸は、基準面に垂直方向の表面の位置を示す。縦軸の０．００は、測定に使用した測定器のフォーカス位置を表す。横軸及び縦軸の単位はマイクロメータである。
【００６４】
図１２は、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３に対応する金型の部分の表面の、Ｘ方向に垂直なＹ方向のプロファイルの測定値を示す図である。図１０の横軸は、Ｙ方向の位置を示す。縦軸は、基準面に垂直方向の表面の位置を示す。縦軸の０．００は、測定に使用した測定器のフォーカス位置を表す。横軸及び縦軸の単位はマイクロメータである。
【００６５】
図１３は、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３の拡散機能を確認するための実験装置の構成を示す図である。実験装置は図示しない光源と、光学素子１００の拡散面を含む部分１０３と、拡散面を含む部分１０３の拡散面から１００ミリメータ離れた位置に設置したスクリーン１５０とを含む。光源によって、直径０．８ミリメータのコリメート光束を光学素子１００の拡散面を含む部分１０３に照射し、スクリーン１５０へ投影する。
【００６６】
図１４は、図１３の実験装置において、拡散面を含む部分１０３を設置したときのスクリーンの画像を示す図である。
【００６７】
図１５は、図１３の実験装置において、拡散面を含む部分１０３の代わりに平板を設置したときのスクリーンの画像を示す図である。
【００６８】
図１４の画像と図１５の画像とを比較すると、拡散面を含む部分１０３による拡散の効果は明らかである。
【００６９】
図１６は、本発明の金型加工方法によって加工した金型を使用して製造した光学素子の別の実施形態を示す図である。光学素子１００Ａは、レンズ部分１０１Ａと拡散面を含む部分１０３Ａとを含む。光学素子１００Ａは、拡散面内に位置決め用の突起部１０５Ａをさらに含む。突起部１０５Ａの高さは一例として数マイクロメータである。突起部１０５Ａを設けることにより、わずかなレンズのそりによる基準面の傾きをなくすことができる。さらに、突起部１０５Ａの表面も拡散面とすることができる。このように、本発明の金型加工方法によって加工した金型を使用して製造した光学素子においては、拡散面に組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせることができる。これに対して、従来の金型加工方法によれば、金型の拡散面に対応する部分は、金型のレンズ面に対応する部分を３次元加工機によって加工した後に、その周囲の平面上にブラスト加工やシボ加工を施すことによって形成されていた(たとえば、特開２０１０−８３０６６号公報段落[００５０]乃至段落[００５４])。金型の、レンズ面に対応する部分の３次元加工機による加工とは別の加工工程によって、金型の、拡散面に対応する部分を加工する従来の加工方法では、金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との角度ずれが生じうる。このために、光学素子の拡散面の部分に、組み立て用の基準面（当たり面）としての機能を持たせるのが困難であった。
【００７０】
また、金型のレンズ面に対応する部分の加工面と金型の拡散面を含む部分に対応する部分の加工面との上記の角度ずれのために、金型の拡散面に対応する部分と金型のレンズ面に対応する部分との間の境界の位置のずれが生じうる。この位置ずれについて以下に説明する。
【００７１】
図１７は、従来の金型加工方法による、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間の境界の位置のずれを説明するための図である。図１７(ａ)は、二つの工程の加工面の角度ずれによって生じる位置ずれ及び段差を説明するための図である。図１７(ａ)において、金型の拡散面に対応する部分１０３が、金型のレンズ面に対応する部分１０１に対して傾いているので、Ａの部分には境界の位置ずれが生じる。Ｂの部分には境界の位置ずれは生じないが、段差が形成される。通常の加工条件において位置ずれ及び段差の大きさは、少なくとも１乃至２マイクロメータである。
【００７２】
従来の金型加工方法において、境界の位置ずれを防止するために、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間に段差を設けていた。図１７(ｂ)は、従来の加工方法において、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間に設けた段差を示す図である。Ｃの部分に段差を設ける。段差の大きさは、２マイクロメータ以上が好ましく通常約５マイクロメータである。また、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間に、段差を設ける代わりに、２マイクロメータ以上の隙間を設けてもよい。
【００７３】
図１８は、本発明の金型加工方法によって製造された金型の形状を示す図である。本発明の金型加工方法においては、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３とを同一の３次元加工機によって加工するので、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との間の境界の位置のずれが生じることはない。したがって、金型のレンズ面に対応する部分１０１と金型の拡散面に対応する部分１０３との境界Ｄに段差を設ける必要はない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月24日(2012.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法であって、該レンズに対応する部分を加工することに加えて、加工パス上の座標において、該ボールエンドミルの切削半径によって定まる形状を有する凹部を作成し、加工パスに沿って、該ボールエンドミルの座標を変化させながら複数の凹部を作成することによって該拡散面に対応する部分を加工する金型加工方法であり、
該拡散面を覆うように加工パスを定めるステップと、
該切削半径及び該拡散面における所望の拡散角から基準切削深さを定めるステップと、
該切削半径及び該基準切削深さから、該加工パスに沿った複数の凹部間の距離の平均値を定めるステップと、
切削深さの分布及び複数の凹部間の距離の分布を定めるステップと、
該切削深さの分布及び該距離の分布を実現するように、該加工パス上の、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さを定めるステップと、
上記のように定めた、切削を行う座標及びそれぞれの座標における切削深さにしたがって該拡散面に対応する部分の切削加工を行うステップと、を含む金型加工方法。
【請求項２】
前記３次元加工機が第１及び第２のボールエンドミルを備えており、第１のボールエンドミルが、前記レンズに対応する部分を加工するように構成され、第２のボールエンドミルが前記拡散面に対応する部分を加工するとように構成された請求項１に記載の金型加工方法。
【請求項３】
前記３次元加工機が回転機構を有し、被加工物を該回転機構に取り付けて加工する請求項１に記載の金型加工方法。
【請求項４】
１個のボールエンドミルによって、前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを加工する請求項１に記載の金型加工方法。
【請求項５】
前記レンズに対応する部分と前記拡散面に対応する部分とを連続した加工パスによって加工する請求項４に記載の金型加工方法。
【請求項６】
前記加工パスを渦巻曲線として定める請求項５に記載の金型加工方法。
【請求項７】
前記加工パスをラスター加工パスとして定める請求項５に記載の金型加工方法。
【請求項８】
複数の凹部の切削深さ及び複数の凹部間の距離の分布が一様分布である請求項１から７のいずれかに記載の金型加工方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、ボールエンドミルを備えた３次元加工機によって、レンズと光を拡散させる拡散面とを有する光学素子用の金型を製造する金型加工方法に関する。
【国際調査報告】
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2013076809.tif 000030
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