專利名稱:微透鏡復制成形輥、制造方法、制造裝置及微透鏡光學片的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及在輥的外周面上形成有微透鏡成形面的微透鏡復制 成形輥,該微透鏡復制成形輥的制造方法、制造裝置及微透鏡光學片。
背景技術:
微透鏡陣列用于通過光的聚焦、擴散、反射、衍射等進行控制的 領域,例如液晶顯示器、光耦合光學元件、圖像輸入裝置等領域,。
微透鏡陣列是將外徑約10 300nm左右大致圓形的形狀,深度 0.6 50jum的凹透鏡或凸透鏡等的微小單元透鏡面狀地排列的裝置, 通常,各透鏡大多用以中心成軸對稱的J泉面或非球面形狀來i殳計。
以往,作為制造微透鏡陣列的方法,有公開在文獻l(特開 20002-144348號/>報)上的鉆削方式。
該鉆削方式是這樣一種方法,即,用旋轉驅動裝置相對于旋轉的 金剛石刀具,將基板配置成可向三維方向移動,首先,使基板接近金 剛石刀具,形成1個微透鏡成形用凹陷后,使基板從金剛石刀具離開, 接著,使基板向規(guī)定方向移動并定位后,在該位置使基板接近金剛石 刀具,形成下一個微透鏡成形用凹陷,重復上述操作,在基板的表面 上形成多個微透鏡成形用凹陷。
另外,作為另一方法,有公開在文獻2(2007年度精密工學春季大 會學術講演會講演論文集的「由金剛石切削產生的微小透鏡陣列模 具的超精密加工」(平成19年3月1日發(fā)行))的輥切削加工方法。
該輥切削加工方法是這樣一種方法,即,使輥以該輥的軸為中心 旋轉的同時,使前端圓弧狀的金剛石刀具相對于輥以高速進退,在輥 的外周面上依次形成凹狀的透鏡成形面,加工完輥l圏的量后,使金剛石刀具向輥的軸向移動(通常,移動1個透鏡大小的間隔)并定位, 在該位置上重復上述的動作,從而在輥的外周面上形成透鏡成形面。
在上述文獻1 />開的鉆削方式中,加工1個透鏡成形面需要1秒 左右的時間。因此,如果在微透鏡圖案光學片全片上進行數十微米尺 寸的密集圖案加工,則需相當多的加工日數。
另外,在文獻2所公開的輥切削加工方法中,透鏡圖案的排列精
度受到加工透鏡圖案的位置控制方法的影響。在使用該文獻2所公開
的方法時,將輥的旋轉位置用外部的位置傳感器辨識,由于將該位置 傳感器的信號作為觸發(fā)器使金剛石刀具進退,會因位置傳感器的靈敏 度或觸發(fā)信號的傳輸速度的誤差等原因,在金剛石刀具進退定時上發(fā) 生偏差,存在著透鏡圖案的加工位置偏差的課題。
還有,在該方法中,將輥旋轉l圈的透鏡圖案加工結束后,暫且 停止金剛石刀具的進退動作,同時使金剛石刀具向輥的軸向移動1個 透鏡的量后,根據位置傳感器的信號再進行l(wèi)圍透鏡圖案加工。由于 重復這一連串的動作的方法,在輥的整體范圍內進行透鏡圖案加工 時,由于透鏡圖案加工的停止以及金剛石刀具的移動時間為非加工時 間,存在著作業(yè)效率低的課題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于解決這樣的課題,提供可用簡單的結構高 效地形成高精度的微透鏡圖案的微透鏡復制成形輥、該微透鏡復制成 形輥的制造方法、制造裝置及微透鏡光學片。
本發(fā)明的微透鏡復制成形輥是用以在光學片上復制成形多個微 透鏡的微透鏡復制成形輥,其特征在于,在上述輥的外周面上,沿著 將上述輥的軸為中心的1條螺旋線,以一定節(jié)距排列多個微透鏡成形 面。
依據該結構,由于多個微透鏡成形面是在輥的外周面上,沿著 以輥軸為中心軸的1條螺旋線以一定節(jié)距排列的結構,若控制刀具的移動動作和輥的旋轉動作,使刀具的軌跡沿輥的外周面描繪1條螺旋 線,則可將全部的微透鏡成形面沿1條螺旋線連續(xù)地加工。因而,能 夠用簡單的結構高效且高精度地形成微透鏡圖案。
本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的制造方法是制造上述微透鏡復制
成形輥的制造方法,其特征在于,包括使輥坯以輥坯的軸為中心旋 轉的輥旋轉工序;使前端刀口形狀為圓弧狀的刀具向上述輥坯的軸向 移動的刀具移動工序;使上述刀具相對于上述輥坯以一定周期進退的 刀具進退工序; 一邊控制上述輥旋轉工序、上述刀具移動工序及上述 刀具進退工序, 一邊在上述輥坯的外周面上,沿著以上述輥坯的軸為 中心軸的l條螺旋線,以一定節(jié)距切削加工多個孩i透4竟成形面。
依據該結構,通過同步地控制輥旋轉工序、刀具移動工序及刀具 進退工序,可以在輥坯的外周面上,沿著以輥坯的軸為中心軸的1條 螺旋線,以一定節(jié)距連續(xù)切削加工多個微透鏡成形面。
因而,如背景技術中舉例的輥切削加工方法那樣,由于不需要位 置傳感器或觸發(fā)傳遞機構等,不會發(fā)生起因于位置傳感器的靈敏度和 觸發(fā)傳遞速度的誤差等的透鏡圖案的加工位置偏差。因此,可以進行 高精度的透鏡圖案加工。加之,由于無需中斷透鏡圖案加工來使刀具 移動,可縮短加工時間。
在本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的制造方法中,控制上述輥旋轉工 序、上述刀具移動工序及上述刀具進退工序,每轉過2圈沿上述輥坯 的外周面的上述螺旋線,使上述螺旋線在上迷輥坯的軸向移動上述微 透鏡成形面的約略外徑x V2,理想的情況是,控制上述刀具進退工 序,使得在上述輥坯的軸向上相鄰的微透鏡成形面的間隔成為上述微 透鏡成形面的約略外徑x《2。
依據該結構,進行這樣的控制沿著使螺旋線每2圈螺旋線在輥 坯的軸向上移動微透鏡成形面的約略外徑x的軌跡,連續(xù)加工微 透4竟成形面,而且,在輥坯的軸向上,相鄰的孩i透4竟成形面的間隔成 為微透鏡成形面的約略外徑x V2。從而可以4吏多個微透鏡成形面在輥坯的外周面上規(guī)則而密集地加工。因此,能夠使以此復制成形的光 學片的光學性能提高。
在本發(fā)明的微透^:復制成形輥的制造方法中,控制上述輥旋轉工
序、上述刀具移動工序及上述刀具進退工序,使上述螺旋線每2圈沿
上述輥坯外周面的上述螺旋線在上述輥坯的軸向上移動上述微透鏡 成形面的約略外徑,最好與此同時,控制上述刀具進退工序,使在上 述輥坯的軸向上相鄰的微透鏡成形面的間隔成為上述微透鏡成形面 的約略外徑。
依據該結構,進行這樣的控制沿著每2圈螺旋線在輥坯的軸向 上移動微透鏡成形面的約略外徑的螺旋線軌跡,連續(xù)加工微透鏡成形 面,而且在輥坯的軸向上,相鄰的微透鏡成形面的間隔成為微透鏡成
形面的約略外徑,因此,能夠提高輥坯外周面上成形的微透^:成形面
的密度,并能進一步提高以此方式復制成形的光學片的光學性能。
在本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的制造方法中,最好這樣進行切削 加工,使得在上述螺旋方向和上述輥坯的軸向上相鄰的上述微透鏡成 形面之間留有未切削加工的上述輥坯的外周表面部分。
依據該結構,由于在螺旋方向和輥坯的軸向上相鄰的^:透鏡成形 面之間留有未切削加工的輥坯的外周表面部分,可通過測量該部分的 寬度尺寸等檢查微透鏡成形面的形狀精度和排列規(guī)則性。因而,能夠 容易地進行所制造的微透鏡復制成形輥的檢查。
本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的制造裝置是制造上述微透鏡復制 成形輥的制造裝置,其特征在于,該裝置設有使輥坯以輥坯的軸為 中心旋轉的輥旋轉系統(tǒng);使前端刀口形狀為圓弧狀的刀具在上述輥坯 的軸向上移動的刀具移動系統(tǒng);使上述刀具相對于上述輥坯以一定周 期進退的刀具進退系統(tǒng);以及一邊控制上述輥旋轉工序、上述刀具移 動系統(tǒng)及上述刀具進退系統(tǒng), 一邊在上述輥坯的外周面上沿著以上述 輥坯的軸為中心軸的1條螺旋線形成多個微透鏡成形面的控制系統(tǒng)。
依據該結構,比如也可用例如車床等機床設備進行加工。用車床加工時,主軸箱使輥坯以輥坯的軸為中心旋轉,在該狀態(tài)下,只要一 邊使纟皮在刀架上的刀具向輥坯的軸向移動, 一邊使刀具以 一定周期相 對于輥坯進退,就可沿著以輥的軸為中心軸的1條螺旋線,在輥的外 周面上以 一定節(jié)距形成多個微透鏡成形面,從而可以用簡單的結構高 效地連續(xù)形成微透鏡成形面的圖案。因而,具有可用簡單的裝置和機 械制造微透鏡復制成形輥的優(yōu)點。
本發(fā)明的微透鏡光學片的特征在于,用上述微透鏡復制成形輥復 制成形。
依據該結構,多個微透鏡成形面用在輥的外周面上沿著1條螺旋 線排列而成的微透鏡成形輥復制成形,也就是微透鏡成形面規(guī)則排列 且密集形成,因此可得到光學性能優(yōu)良的微透鏡光學片。
圖1A是表示本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的一實施例的圖。
圖1B是表示本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的一實施例的圖。
圖2A是表示本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的另 一 實施例的圖。
圖2B是表示本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的另 一實施例的圖。
圖3是表示本發(fā)明的制造裝置的實施例的平面圖。
圖4是表示在同上實施例中刀具的透視圖。
圖5A是表示同上實施例中制造工序的平面圖。
圖5B是表示同上實施例中制造工序的側面圖。
圖5C是表示同上實施例中制造工序的平面圖。
圖6是表示本發(fā)明的微透鏡光學片的制造方法的圖。
圖7是表示本發(fā)明的微透鏡復制成形輥的變形例的圖。
具體實施例方式
以下,根據
本發(fā)明的實施例。 <微透鏡復制成形輥參照圖1A 圖2B〉如圖1A至圖2B所示,微透鏡復制成形輥l、 2具有復制成形 輥部3;設在該復制成形輥部3的軸向兩端的支承軸部4。沿著以復 制成形輥部3的軸為中心軸的1條螺旋線6,在復制成形輥部3的外 周面上以一定節(jié)距排列多個微透鏡成形面5。輥l、 2的微透鏡成形面 5以外徑約10 300Mm程度的大致圓形狀、深度0.6~50 ju m的凹形球 面^1犬形成。
在這樣的微透鏡復制成形輥1、 2中,由于多個微透鏡成形面5 沿著以復制成形輥部3的軸為中心軸的1條螺旋線6在復制成形輥部 3的外周面上以一定節(jié)距排列形成,例如在用刀具進行切削加工的情 況下,控制刀具在輥的軸向上移動和微透鏡復制成形輥1、 2的旋轉 速度,使刀具的軌跡沿復制成形輥部3的外周面描繪1條螺旋線,就 可以沿1條螺旋線6連續(xù)地加工全部的微透鏡成形面5。因而,可用 簡單的結構高效地形成微透鏡圖案。
在圖1A及圖1B所示的微透鏡復制成形輥1中,每轉過2圏沿復 制成形輥部3的外周面的螺旋線,螺旋線6在復制成形輥部3的軸向 上移動微透鏡成形面5的約略外徑Dx V2,而且,在復制成形輥部3 的軸向上相鄰的微透鏡成形面5的間隔成為微透鏡成形面5的約略外 徑Dx《2。也就是,在螺旋線6方向和復制成形輥部3的軸向上相鄰 的微透鏡成形面5隔著間隙排列,而且,其間隔成為孩i透鏡成形面5 的約略外徑Dx0.4。
如果采用這樣的構成方式,則可控制成沿著每轉過2圈螺旋線 使螺旋錢6在復制成形輥部3的軸向上移動微透鏡成形面5的約略外 徑D x 的軌跡,連續(xù)加工微透鏡成形面5,而且在復制成形輥部3 的軸向上相鄰的微透鏡成形面5的間隔成為微透鏡成形面5的約略外 徑Dx《2,因此,可以MJ'j且密集地在復制成形輥部3的外周面上 加工出多個微透鏡成形面5。因而,也能夠使由此^^皮復制成形的光學 片的光學性能提高。
在示于圖2A及圖2B的微透鏡復制成形輥2中,每轉過2圏沿復制成形輥部3的外周面的螺旋線,螺旋線6在復制成形輥部3的軸向 上移動微透鏡成形面5的約略外徑D的量,而且,在復制成形輥部3 的軸向上相鄰的微透鏡成形面5的間隔成為微透鏡成形面5的約略外 徑。也就是,在螺旋線6方向上相鄰的微透鏡成形面5隔著間隙(微 透鏡成形面5的約略外徑Dx0.4左右的間隙)進行配置,而且,在復 制成形輥部3的軸向上相鄰的微透鏡成形面以接續(xù)的狀態(tài)排列。
若采用這樣的構成方式,則可控制成沿著每轉過2圏螺旋線使 螺旋線6在復制成形輥部3的軸向上移動微透鏡成形面5的約略外徑 D的軌跡,連續(xù)地加工微透鏡成形面5,而且在復制成形輥部3的軸 向上相鄰的微透鏡成形面5的間隔構成為微透鏡成形面5的約略外徑 D,因此可提高在復制成形輥部3的外周面上成形的微透鏡成形面5 的密度,也能夠改善該輥復制成形的光學片的光學性能。
<制造裝置參照圖3 圖4> 有關本實施例的微透鏡復制成形輥的制造裝置如圖3所示,設 有機座ll;在該機座ll上方,使隔開間隔而裝夾的輥坯7(具有復 制成形輥部3及支牙義軸部4的輥坯7)以輥坯7的軸為中心旋轉的主軸 箱12及頂尖座13;在機座11上方設置成可往復移動的往復移動臺 14;使該往復移動臺14向輥坯7的軸向往復移動的往復移動機構15; 設置在往復移動臺14的上方的、可在與輥7的軸正交的方向上進退 并保持刀具21的刀架16;使該刀架16相對于輥坯7以一定周期進退 的進退機構17;以及作為控制主軸箱12、往復移動機構15及進退機 構17的控制系統(tǒng)的控制裝置18。
主軸箱12由主軸箱主體部12A、設在該主軸箱主體部12A上的 馬達12B和聯(lián)接在該馬達12B的輸出軸上的卡盤^L構12C構成。用 卡盤機構12C夾住輥坯7的一個支承軸部4,輥坯7的另一支承軸部 4用頂尖座13可旋轉地支持,在此狀態(tài)下使馬達12B旋轉驅動,該馬 達12B的旋轉使輥坯7以輥坯7的軸為中心旋轉。這里,由主軸箱12 和頂尖座13構成使輥坯7以其軸為中心旋轉的輥旋轉系統(tǒng)。往復移動機構15例如由螺纟丈接合在往復移動臺14上并沿著機座 11 一皮可旋轉支持的送進絲杠15A和使該送進絲杠15A旋轉的馬達15B 構成。這里,由往復移動臺14和往復移動機構15構成使刀具21在 ^!坯7的軸向上移動的刀具移動系統(tǒng)。
進退機構17由聯(lián)接在刀架16上的聯(lián)接軸17A和聯(lián)接在該聯(lián)接軸 17A上的高速往復振動機構17B構成。高速往復振動^L構17B由層疊 多個壓電元件的壓電元件層疊體構成。這里,由刀架16和進退機構 17構成使刀具21相對于輥坯7以一定周期進退的刀具進退系統(tǒng)。
如圖4所示,刀具21由固定在刀架16上的刀體22和裝在該刀 體22的前端的金剛石制刀片23構成。刀片23的前端刀口形成為圓 弧狀。
<微透鏡復制成形輥的制造方法參照圖3 圖5〉
為了制造微透鏡復制成形輥l、 2,以該輥坯7的軸為中心使輥坯 7旋轉(輥旋轉工序),在該狀態(tài)下, 一邊使前端刀口形狀為圓弧狀的刀 具21向輥坯7的軸向移動(刀具移動工序), 一邊使刀具21相對于輥 坯7以一定周期進退(刀具進退工序)。
若刀具21相對于輥坯7以一定周期進退,則在輥坯7旋轉到1 圏的過程中,如圖5A及圖5B所示,在輥坯7的外周面上沿螺旋線6 的一定節(jié)距位置上,形成以圓形凹陷的微透鏡成形面5。
如果輥坯7旋轉超過1圈并進入第2圈,則如圖5C所示,微透 鏡成形面5接連形成在先前(第1圈上)形成的微透鏡成形面5之間。
這時,沿著每轉過2圈沿復制成形輥部3的外周面的螺旋線、螺 旋線6在復制成形輥部3的軸向上移動微透鏡成形面5的約略外徑D x 的軌跡,每隔一定節(jié)距使刀具21相對于復制成形輥部3以一定 周期進退,可得到示于圖1A及圖1B的微透鏡復制成形輥1。也就是 得到在復制成形輥部3的軸向上相鄰的微透鏡成形面5的間隔成為微 透鏡成形面5的約略外徑Dx 72的微透鏡成形面圖案。
另外,沿著每轉過2圈沿復制成形輥部3的外周面的螺旋線、螺;絕線6在復制成形輥部3的軸向上移動微透鏡成形面5的約略外徑D 的軌跡,每隔一定節(jié)距使刀具21相對于復制成形輥部3以一定周期 進退,可得到示于圖2A及圖2B的微透鏡復制成形輥2。也就^J尋到 在復制成形輥部3的軸向上相鄰的微透鏡成形面5的間隔成為微透鎮(zhèn): 成形面5的約略外徑D的微透鏡成形面圖案。
依據這樣的制造裝置和制造方法,如在背景技術中舉例的輥切削 加工方法那樣,由于不需要位置傳感器和觸發(fā)傳遞機構等,不會發(fā)生 起因于位置傳感器的靈敏度和觸發(fā)傳遞速度的誤差等的透鏡圖案的 加工位置偏差。因此,能夠實現高精度的透鏡圖案加工。加之,由于 不需要中斷透鏡圖案加工來使刀具移動,可以縮短加工時間。
另外,也可以利用車床等才幾床設備來進行加工。即如圖3所示, 用主軸箱12和頂尖座13使輥坯7以輥坯7的軸為中心旋轉,在這種 狀態(tài)下, 一邊使裝在刀架16上的刀具21向輥坯7的軸向移動, 一邊 使其相對于輥坯7以一定周期進退,可沿著以輥坯7的軸為中心的1 條螺旋線,在輥坯7的外周面上以一定間隔形成多個微透鏡成形面5, 因此,能夠用筒單的結構高效地連續(xù)形成微透鏡成形面的圖案。因而, 具有可用筒單的裝置和機械來制造微透鏡復制成形輥的制造裝置的優(yōu)點。
<微透鏡光學片參照圖6〉
如圖6所示,將微透鏡復制成形輥l、 2與壓緊輥31對向配置, 從成形輥l、 2與壓緊輥31之間壓出成形片32。這時,預先加熱成形 輥l、 2、壓緊輥31或成形片32,則容易使成形片32成形。
于是,在壓出的成形片32的表面上復制出在微透鏡復制成形輥1 、 2的外周面上的微透鏡成形面5。也就是,可以得到面狀地形成了凸 狀的多個微透鏡33的微透鏡光學片34。
依據這樣制造的微透鏡光學片34,由于用在輥外周面上沿1條螺 旋線排列的微透鏡復制成形輥l、 2復制成形多個微透鏡成形面5,也 就是,由于微透鏡成形面5規(guī)則排列且密集形成,可以得到光學性能
12優(yōu)良的微透鏡光學片34。
<變形例〉
本發(fā)明不限定于上述實施例,凡可達成本發(fā)明目的之范圍內的變 形、改良等均包含在本發(fā)明中。
在上述實施例中,以接續(xù)的狀態(tài)成形在螺旋方向和輥坯7的軸向 上相鄰的微透鏡成形面5,但并不以此為限,也可用其它的構成方式 來成形。
例如,如圖7所示,也可以這樣來進行切削加工,使在螺旋方向 及輥的軸向上相鄰的微透鏡成形面5之間留有未切削加工的輥坯7的 外周表面部分。
依據這種構成方式,由于螺旋方向及輥的軸向上相鄰的微透鏡成 形面5之間留有未切削加工的輥坯7的外周表面部分,可通過測量該 部分的寬度尺寸等檢查微透鏡成形面5的形狀精度和排列規(guī)則性等。 因而,可容易地進行所制造的微透鏡復制成形輥的檢查。
權利要求
1. 一種用以在片材上復制成形多個微透鏡的微透鏡復制成形輥,其特征在于,多個微透鏡成形面在所述輥的外周面上,沿著以所述輥的軸為中心軸的1條螺旋線以一定節(jié)距排列。
2. —種權利要求l所述的微透鏡復制成形用輥的制造方法,其特 征在于,包括使輥坯以該輥坯的軸為中心旋轉的輥旋轉工序; 〃使前端刀口形狀為圓弧狀的刀具向所述輥坯的軸向移動的刀具移 動工序;以及使所述刀具相對于所述輥坯以 一定周期進退的刀具進退工序, 一邊控制所述輥旋轉工序、所述刀具移動工序以及所述刀具進退工序, 一邊沿著以所述輥坯的軸為中心軸的1條螺旋線,在所述輥坯的外周面上以 一定節(jié)距切削加工多個微透4竟成形面。
3. 如權利要求2所述的微透鏡復制成形輥的制造方法,其特征在于,控制所述輥旋轉工序、所述刀具移動工序及所述刀具進退工序, 以使得每轉過2圏沿所述輥坯的外周面的所述螺旋線,所述螺旋線在 所述輥坯的軸向上移動所述微透鏡成形面的約略外徑x V2;同時控制所述刀具進退工序,以使得在所述輥坯的軸向上相鄰的微透 4免成形面的間隔成為所述微透4fe成形面的約略外徑x V2。
4. 如權利要求2所述的微透鏡復制成形輥的制造方法,其特征在于,控制所述輥旋轉工序、所述刀具移動工序及所述刀具進退工序, 每轉過2圈沿所述輥坯的外周面的所述螺旋線,所述螺旋線在所述輥 坯的軸向上移動所述微透鏡成形面的約略外徑,同時控制所述刀具進退工序,以使得在所述輥坯的軸向上相鄰的微透鏡成形面的間隔成為所述微透鏡成形面的約略外徑。
5. 如權利要求3或權利要求4所述的微透鏡復制成形輥的制造方 法,其特征在于,進行切削加工,以使得在所述螺旋方向和所述輥坯的軸向上相鄰 的所述微透鏡成形面之間留有未切削加工的所述輥坯的外周表面部 分。
6. —種制造權利要求1所述的微透鏡復制成形用輥的制造裝置, 其特征在于,包括使輥坯以該輥坯的軸為中心旋轉的輥旋轉系統(tǒng);4吏前端刀頭為圓弧狀的刀具向所述輥坯的軸向移動的刀具移動系統(tǒng);^使所述刀具相對于所述輥坯以一定周期進退的刀具進退系統(tǒng);以及一邊控制所述輥旋轉工序、所述刀具移動系統(tǒng)及所述刀具進退系 統(tǒng), 一邊沿著以所述輥坯的軸為中心軸的1條螺旋線,在所述輥坯的 外周面上形成多個微透鏡成形面的控制系統(tǒng)。
7. —種微透鏡光學片,其特征在于,用權利要求l所述的微透鏡 復制成形輥復制成形。
全文摘要
一種用以在片材上復制成形多個微透鏡的微透鏡復制成形輥(1),在輥的外周面上,沿著以輥的軸為中心軸的1條螺旋線(6),以一定節(jié)距排列多個微透鏡成形面(5)。
文檔編號G02B3/00GK101301776SQ200810099410
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權日2007年5月7日
發(fā)明者天野啟, 近藤純久 申請人:東芝機械株式會社