JP3938540B2

JP3938540B2 - Method and apparatus for grinding mold of microlens array

Info

Publication number: JP3938540B2
Application number: JP2002317191A
Authority: JP
Inventors: 浩文鈴木
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004148454A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の凹面形状の球面で構成される複雑形状の工作物を高精度に加工する精密加工方法に関するものであり、特に多数のマイクロレンズを凝集して構成したマイクロレンズアレイの成形型を精密に研削する研削加工方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多数のマイクロレンズを凝集して構成したマイクロレンズアレイは情報伝達量の大容量化や、次世代半導体露光装置における露光の微細化を実現することが可能であるため、その開発と高精度化が期待されている。
近年光通信デバイスの情報伝達量の大容量化や、次世代半導体露光装置における露光の微細化が進んでいる。これを実現するために有望視されているのが、特に多数のマイクロレンズを凝集したマイクロレンズアレイである。このマイクロレンズアレイを精密に量産するには、多数の凹面形状の穴が凝集されたマイクロレンズアレイレンズ成形型を用いて射出成形またはガラスプレス法を用いて量産する必要がある。この重要なマイクロレンズアレイ成形型として、特許文献１、非特許文献１に記載されているもの等が従来の代表的な精密加工方法である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１２−２４６６１４号公報（請求項１）
【非特許文献１】
２００１年度精密学会学術講演論文集１３９ページ
【０００４】
前記特許文献１に記載されたものは、軟らかい金属材料の型しか鏡面加工できず、さらに穴の形にそって全面をスキャンするため多数のレンズ穴を加工する場合には膨大な加工時間を要する等の問題がある。
【０００５】
また、前記非特許文献１に開示されている加工方法を要約して述べると、図９に示すように、工作物の被加工面をΔＸ、ΔＹのピッチで碁盤目状に分割し、それぞれの点を通過するように直線補間することにより、先端が円弧形状になったアールバイトをＸ方向に駆動する。さらにΔＹの送りを与えてバイトを同様にＸ方向に駆動し、これらの一連の走査を繰り返して多数のレンズ形状を創成する。この際、アールバイトの刃先を切削点が円弧状に移動するため、刃先が円弧形状となったアールバイトの切れ刃半径とバイトのすくい角を考慮に入れて、複雑なバイトの軌跡を計算する必要がある。またこの従来法では工具に単結晶ダイヤモンドバイトを用いるため金属材料の型しか鏡面加工できず、強いては、成形レンズ材料は成形温度が低いプラスチックしか不可能である。また全面をスキャンするため膨大な加工時間を要するなど問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
今後、マイクロレンズアレイは情報伝達量の大容量化や、次世代半導体露光装置における露光の微細化を実現することが可能であるためそのマイクロレンズアレイの開発と高精度化が必要となってくる。このようなデバイスの開発と高精度化には多数のマイクロレンズを凝集されたマイクロレンズアレイを成形する成形型を精密に加工する精密加工方法（研削方法）の開発が必要である。しかしながら、従来の方法では金属しか加工できず、強いては融点の高いガラスレンズは成形できず融点の低いプラスチックしか成形できない。また、全面をスキャンするため膨大な加工時間を要するなど問題点がある。
【０００７】
そこで本発明は、マイクロレンズアレイを成形するために用いられる複数の凹面（球面）で構成されるマイクロレンズアレイの成形型の研削方法およびその装置を提供し、上記問題点を解決することを目的とする。
【０００８】
本発明は、工作物スピンドルの回転軸に対して直角または傾斜させて設置した研削スピンドルに設けた研削砥石を工作物に押しつけ、工作物スピンドルの回転軸と工作物の加工点の中心との距離を一定にたもちながら、回転する工作物の回転と同じ方向に、かつ、同じ速度で前記研削砥石を旋回させて凹面の球面形状の穴を精密加工するものであり、この精密加工法によってマイクロレンズアレイを成形するために用いられる複数の凹面（球面）で構成されるマイクロレンズアレイ成形型を高精度に、すなわち形状精度（真球度）、表面あらさ、各レンズ間のピッチを高精度に加工することができる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
工作物を工作物スピンドルに取り付け、その工作物スピンドルの回転軸に対して直角または傾斜させて設置した研削スピンドルに設けた研削砥石を工作物に押しつけ、さらに、工作物スピンドルの回転軸と前記研削砥石による工作物側の加工痕の中心との距離を一定に保ちつつ、前記工作物の加工痕の回転と研削砥石の駆動軌跡が一致するように同期させながら研削砥石を制御して回転するとともに、同時に前記加工痕に切り込みを与えるようにして工作物上に凹面の球面形状の穴を研削することを特徴とするマイクロレンズアレイの成形型の研削方法である。
また、前記穴加工を、工作物の位置を変えて一連の動作を複数回繰り返すことにより、複数の凹面で構成されることを特徴とするマイクロレンズアレイの成形型の研削方法である。
また、前記研削砥石は、工作物スピンドルの回転軸と研削スピンドルの回転軸がなす角が直角の場合は、研削砥石として円盤状または球状の研削砥石のいずれか一つを用いて研削することを特徴とするマイクロレンズアレイの成形型の研削方法である。
また、前記研削砥石は、工作物スピンドルの回転軸と研削スピンドルの回転軸がなす角が４５度の場合は、研削砥石として円柱状または楕円体状または球状の研削砥石のいずれか一つを用いて研削することを特徴とするマイクロレンズアレイの成形型の研削方法である。
また、前記研削砥石と工作物の間に遊離砥粒を附加して加工することを特徴とするマイクロレンズアレイの成形型の研削方法である。
また、前記研削方法に使用する研削装置であって、同装置は、工作物を保持する工作物スピンドルと、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動するテーブル上に設けられ、かつ、その工作物スピンドルの回転軸に対して直角または傾斜させて配置可能な研削スピンドルと、この研削スピンドルに取り付けた状態で工作物に対して押し付けることができる研削砥石と、前記スピンドルの回転軸と前記研削砥石による工作物側の加工痕の中心との距離を一定に保ちつつ前記工作物の加工痕の回転と研削砥石の駆動軌跡が一致するように同期しながら研削砥石を制御するとともに同時に加工痕に切り込みを与える制御手段を備えていること特徴とするマイクロレンズアレイの成形型の研削装置である。
【００１０】
【実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明にかかるマイクロレンズアレイの成形型の研削方法に用いる装置の構成図、図２は同装置の工作物と研削砥石の拡大図である。
図において１は仕上げ後にマイクロレンズアレイの成形型となる工作物、１ａは工作物の回転基準、２は研削砥石、３は研削砥石２が取り付けられる研削スピンドル、４は工作物１が取り付けられる主軸（工作物スピンドル）、５は主軸モータ、６は回転する研削砥石と研削スピンドルをＸ軸方向に駆動するＸ軸テーブル、７はＹ軸テーブル、８はＺ軸テーブル、９は研削砥石２により加工される研削痕（穴）である。マイクロレンズアレイの成形型となる工作物１は主軸４に取り付けられ仕上げ加工される。
【００１１】
図３は目標工作物の形状の例で、マイクロレンズアレイ成形型の形状である。工作物１には球面形状（凹面）の穴９が加工される。Ｘ軸方向のピッチがΔＸ、Ｙ軸方向のピッチがΔＹである。このそれぞれの穴がレンズ型になる。ここでは図３に示すように５個×３列（計１５個）のレンズ型が凝集されたマイクロレンズアレイ成形型の加工を例に挙げているが、本発明の適応工作物の形状はこれに限るものでなく、その数に限定されることはない。工作物のセッティングは工作物の回転基準１ａを基準に主軸４に取り付けられている。
【００１２】
上記装置を使用してＸ軸方向のピッチΔＸ、Ｙ軸方向のピッチΔＹで多数の球面形状（凹面）の穴が掘られたマイクロレンズアレイ成形型の加工原理を説明する。図４はマイクロレンズアレイにおける１つの球面形状（凹面）の穴を高精度に加工するための原理図（三次元）、図５は工作物の回転軸方向からみた正面図であり、これらの図を参照しながら加工原理を説明する。
【００１３】
主軸（回転方向がＣ方向）４が回転するに伴い工作物１も回転する。それに応じて、研削砥石２もＸ軸とＹ軸を同時制御して円弧形状に軌跡を描かせながら駆動する。ここでは工作物の回転に伴う加工痕（球面形状の穴）の回転と、研削砥石の駆動軌跡が一致するように同期させながら駆動する。同時にさらにＺ軸方向に切り込みを与えることにより、球面形状の穴を真球度かつ表面を良好に加工することができる。なお、前記研削砥石と工作物の間に適宜手段により遊離砥粒を附加して加工することにより、さらに高精度の研削が可能となる。
【００１４】
このような穴加工は、一つの加工痕（球面形状の穴）を中心にみると研削砥石が旋回しながらＺ軸方向に切り込むのと同等であり、研削砥石上の砥粒の切削方向が３６０度移動するため非常に良好な表面あらさが得られる。同様にして研削砥石と工作物の位置を変えて同様の走査を繰り返し、多数の加工痕（球面形状の穴）を作成し、マイクロレンズアレイ成形型が精度よく加工される。
【００１５】
研削砥石の軌跡を図６を用いて数式的に説明する。
工作物上のあるひとつの（ｉ，ｊ）番目の加工痕（球面形状の穴）の座標を（Ｘｏｉ，Ｙｏｊ）とすると、主軸上の回転半径ｒｉｊ，および回転角Ｃｏｉｊは次式で表される。
【００１６】
【数１】

【００１７】
【数２】

工作物主軸の任意の回転角Ｃ_ijにおける研削砥石の座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）は次式で表される。
【００１８】
【数３】

従って、上記式（１）（２）（３）を満たすように、研削砥石をＺ方向に切り込むように研削砥石を同時４軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）制御すればよい。上記の制御は図示せぬコンピュータ等の制御手段により行う。
【００１９】
用いる研削砥石形状について図７により説明する。
工作物スピンドル４の回転軸と研削スピンドル２の回転軸（研削砥石２の回転軸）がなす角度が直角の場合は、図７（ａ）（ｂ）に示すように研削砥石として円盤状の砥石、楕円体状の砥石および球状の研削砥石を用いればよい。工作物スピンドル４の回転軸と研削スピンドル２の回転軸（研削砥石２の回転軸）がなす角が４５度の場合は、図７（ｃ）（ｄ）に示すように円柱状の砥石、楕円体状および球状の砥石を用いればよい。いずれも工作物は高精度な球面（凹面）となる。
【００２０】
続いてマイクロレンズアレイの成形型の研削方法を行う際の条件について説明する。
工作物にガラスレンズ成形材料である超硬合金に同形状を研削加工した事例で説明する。研削スピンドルには最大１０万ｒｐｍの空気静圧軸受けを用い４５度傾斜させ、砥石は外径１．６ｍｍのダイヤモンド砥石を球状に成形して用いた。工作物上のレンズアレイの各ピッチはΔＸ＝１．０ｍｍ、ΔＹ＝１．０ｍｍとし、レンズ数は５×３（計１５個）とした。曲率半径は０．８ｍｍとした。マイクロレンズアレイ成形型の３次元トポグラフィーと、加工後に非接触表面粗さ計で測定した結果を図８に示す。この結果からも判るように高精度なマイクロレンズアレイ成形型が得られる。
【００２１】
以上本発明に係る実施形態について説明したが、被加工材は上記した超硬合金に限定されることなく、種々の材料を対象とすることができる。また研削砥石もダイヤモンド砥石に限定されることはない。また研削砥石をＸ軸とＹ軸を同時制御して円弧形状に軌跡を描かせながら駆動する機構も種々の機構を採用することができる。
さらに、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、工作物を主軸（工作物スピンドル）に取りつけ、その主軸の回転軸に対して直角または傾斜させて設置した研削スピンドルに設けた研削砥石を工作物に押しつけ、さらに、主軸の回転軸と工作物の加工点の中心との距離を一定に保ちながら、回転する工作物の回転と同じ方向で、かつ、同じ速度で研削砥石を旋回させて凹面の球面形状の穴を精密加工し、さらに、工作物上の位置を変えて上記一連の動作を複数回繰り返すことを特徴とするため、マイクロレンズアレイ成形型を高精度に、良好な表面粗さに、良好なピッチ精度に精密研削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロレンズアレイの成形型の研削方法に用いる装置の構成図である。
【図２】図１の装置の工作物と砥石の拡大図である。
【図３】目標工作物（マイクロレンズアレイの成形型）の形状の例
【図４】マイクロレンズアレイにおける一つの球面形状（凹面）の穴を高精度に加工するための原理図（３次元図）である。
【図５】工作物の回転軸方向からみた正面図である。
【図６】砥石の軌跡の説明図である。
【図７】砥石形状の図である。
【図８】マイクロレンズアレイ成形型加工結果の例である。
【図９】従来の代表的なマイクロレンズアレイ成形型の精密加工方法の説明図である。
【符号の説明】
１工作物
１ａ工作物の回転基準
２研削砥石
３研削スピンドル
４主軸（工作物スピンドル）
５主軸モータ
６Ｘ軸テーブル
７Ｙ軸テーブル
８Ｚ軸テーブル
９研削痕（球面状の穴）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a precision machining method for machining a complex shaped workpiece composed of a large number of concave spherical surfaces, and in particular, a mold for forming a microlens array formed by aggregating a large number of microlenses. The present invention relates to a grinding method and apparatus for precisely grinding a steel sheet.
[0002]
[Prior art]
A microlens array constructed by aggregating a large number of microlenses can achieve a large amount of information transmission and finer exposure in next-generation semiconductor exposure equipment. Expected.
In recent years, the amount of information transmitted by optical communication devices has been increased, and the finer exposure in next-generation semiconductor exposure apparatuses has been progressing. Promising to realize this is a microlens array in which a large number of microlenses are aggregated. In order to accurately mass-produce this microlens array, it is necessary to mass-produce it using an injection molding or glass press method using a microlens array lens molding die in which a large number of concave holes are aggregated. As this important microlens array mold, those described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 are typical conventional precision processing methods.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-12-246614 (Claim 1)
[Non-Patent Document 1]
139 pages of the 2001 Annual Meeting of the Japan Society for Precision Engineering [0004]
The one described in Patent Document 1 can only be mirror-finished with a soft metal material mold, and further scans the entire surface along the shape of the hole, and requires a huge amount of processing time when processing a large number of lens holes. There are problems such as.
[0005]
Further, the processing method disclosed in Non-Patent Document 1 is summarized and described, as shown in FIG. 9, the work surface of the workpiece is divided into a grid pattern at a pitch of ΔX and ΔY, By performing linear interpolation so as to pass through the point, the R bite whose tip has an arc shape is driven in the X direction. Further, a feed of ΔY is given to similarly drive the cutting tool in the X direction, and a series of these scans are repeated to create a large number of lens shapes. At this time, since the cutting point moves in an arc shape on the cutting edge of the round bite, the trajectory of the complicated bite is calculated in consideration of the cutting edge radius of the round bite and the rake angle of the bite in which the cutting edge has an arc shape. There is a need. In addition, in this conventional method, since a single crystal diamond tool is used for the tool, only a metal material mold can be mirror-finished. In addition, since the entire surface is scanned, there is a problem that enormous processing time is required.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the future, microlens arrays will be able to increase the amount of information transmitted and miniaturize exposure in next-generation semiconductor exposure equipment, so it will be necessary to develop and increase the accuracy of microlens arrays. . In order to develop such a device and increase the accuracy, it is necessary to develop a precision processing method (grinding method) for precisely processing a mold for forming a microlens array in which a large number of microlenses are aggregated. However, in the conventional method, only metal can be processed, and thus a glass lens having a high melting point cannot be molded, and only a plastic having a low melting point can be molded. In addition, there is a problem that enormous processing time is required to scan the entire surface.
[0007]
Accordingly, the present invention provides a grinding method and apparatus for molding a microlens array mold composed of a plurality of concave surfaces (spherical surfaces) used for molding a microlens array, and an object thereof is to solve the above problems. And
[0008]
According to the present invention, a grinding wheel provided on a grinding spindle installed at a right angle or inclined with respect to the rotation axis of the workpiece spindle is pressed against the workpiece, and the distance between the rotation axis of the workpiece spindle and the center of the machining point of the workpiece. The grinding wheel is swiveled in the same direction and at the same speed as that of the rotating workpiece, and the concave spherical hole is precisely machined by this precision machining method. A microlens array mold composed of multiple concave surfaces (spherical surfaces) used to mold the array is processed with high accuracy, that is, with high accuracy of shape accuracy (sphericity), surface roughness, and pitch between each lens. can do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the technical solution means adopted by the present invention is:
A workpiece is mounted on a workpiece spindle, a grinding wheel provided on a grinding spindle installed at a right angle or inclined with respect to the rotation axis of the workpiece spindle is pressed against the workpiece, and the rotation axis of the workpiece spindle and the grinding are While maintaining a constant distance from the center of the machining trace on the workpiece side by the grinding wheel, the grinding wheel is controlled and rotated while synchronizing the rotation of the machining trace of the workpiece and the driving locus of the grinding wheel to coincide. A method of grinding a mold for a microlens array is characterized in that a concave spherical hole is ground on a work piece so as to simultaneously cut the processing mark.
Further, the present invention is a method for grinding a mold for a microlens array, characterized in that the hole machining is constituted by a plurality of concave surfaces by repeating a series of operations a plurality of times while changing the position of the workpiece.
In addition, when the angle formed by the rotation axis of the workpiece spindle and the rotation axis of the grinding spindle is a right angle, the grinding wheel is ground using either a disk-shaped or spherical grinding wheel. It is a grinding method of the shaping | molding die of the micro lens array characterized.
In addition, when the angle formed by the rotation axis of the workpiece spindle and the rotation axis of the grinding spindle is 45 degrees, the grinding wheel is any one of a cylindrical, elliptical, or spherical grinding wheel. This is a method for grinding a mold for forming a microlens array.
Further, the present invention is a method for grinding a mold for forming a microlens array, characterized in that loose abrasive grains are added between the grinding wheel and the workpiece.
A grinding apparatus used in the grinding method, the apparatus being provided on a workpiece spindle for holding a workpiece, a table moving in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and wherein the grinding spindle can be arranged to be perpendicular or inclined to the axis of rotation of the workpiece spindle, a grinding wheel which can be pressed against the workpiece in a state attached to the grinding spindle, the axis of rotation of the spindle While maintaining a constant distance from the center of the work mark on the workpiece side by the grinding wheel, the grinding wheel is controlled while synchronizing the rotation of the work mark of the work piece and the driving locus of the grinding wheel to coincide with each other, and simultaneously processing marks A microlens array molding die grinding apparatus characterized by comprising a control means for giving a cut to a microlens array.
[0010]
[Embodiment]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus used in a grinding method for a mold of a microlens array according to the present invention, and FIG. It is an enlarged view.
In the figure, 1 is a workpiece to be a mold for forming a microlens array after finishing, 1a is a rotation reference of the workpiece, 2 is a grinding wheel, 3 is a grinding spindle to which a grinding wheel 2 is attached, and 4 is a main spindle to which the workpiece 1 is attached. (Workpiece spindle) 5 is a spindle motor, 6 is a rotating grinding wheel and an X-axis table that drives the grinding spindle in the X-axis direction, 7 is a Y-axis table, 8 is a Z-axis table, 9 is processed by the grinding wheel 2 Grinding marks (holes) to be made. A workpiece 1 which is a mold for forming a microlens array is attached to a main shaft 4 and finished.
[0011]
FIG. 3 shows an example of the shape of the target workpiece, which is the shape of a microlens array mold. The workpiece 1 is machined with a spherical (concave) hole 9. The pitch in the X-axis direction is ΔX, and the pitch in the Y-axis direction is ΔY. Each of these holes becomes a lens shape. Here, as shown in FIG. 3, an example of processing a microlens array mold in which 5 × 3 rows (15 in total) lens molds are aggregated is taken as an example, but the shape of the adaptive workpiece of the present invention is this. The number is not limited to the above, and the number is not limited. The setting of the workpiece is attached to the spindle 4 on the basis of the rotation reference 1a of the workpiece.
[0012]
The processing principle of a microlens array mold in which a number of spherical (concave) holes are dug with the pitch ΔX in the X-axis direction and the pitch ΔY in the Y-axis direction using the above apparatus will be described. FIG. 4 is a principle diagram (three-dimensional) for machining one spherical shape (concave surface) hole in the microlens array with high accuracy, and FIG. 5 is a front view of the workpiece viewed from the direction of the rotation axis. The processing principle will be described with reference to FIG.
[0013]
As the main shaft (rotation direction is the C direction) 4 rotates, the workpiece 1 also rotates. Accordingly, the grinding wheel 2 is also driven while simultaneously controlling the X axis and the Y axis to draw a locus in an arc shape. Here, driving is performed while synchronizing so that the rotation of the machining trace (spherical hole) accompanying the rotation of the workpiece and the driving locus of the grinding wheel coincide. At the same time, by giving further incision in the Z-axis direction, the spherical hole can be processed with a perfect sphericity and a good surface. In addition, it is possible to perform grinding with higher precision by adding loose abrasive grains between the grinding wheel and the workpiece by appropriate means.
[0014]
Such hole drilling is equivalent to cutting the grinding wheel in the Z-axis direction while turning one grinding mark (spherical hole) as the center, and the cutting direction of the abrasive grains on the grinding wheel is 360. A very good surface roughness is obtained. Similarly, the positions of the grinding wheel and the workpiece are changed, and the same scanning is repeated to create a large number of processing marks (spherical holes), and the microlens array mold is processed with high accuracy.
[0015]
The locus of the grinding wheel will be described mathematically with reference to FIG.
If the coordinates of one (i, j) -th machining mark (spherical hole) on the workpiece are (Xoi, Yoj), the rotation radius rij and the rotation angle Coij on the main axis are expressed by the following equations. The
[0016]
[Expression 1]

[0017]
[Expression 2]

The coordinates (X _ij , Y _ij ) of the grinding wheel at an arbitrary rotation angle C _ij of the workpiece spindle are expressed by the following equations.
[0018]
[Equation 3]

Therefore, the grinding wheel may be simultaneously controlled in four axes (X, Y, Z, C) so as to cut the grinding wheel in the Z direction so as to satisfy the above formulas (1), (2), and (3). The above control is performed by a control means such as a computer (not shown).
[0019]
The grinding wheel shape to be used will be described with reference to FIG.
When the angle formed by the rotation axis of the workpiece spindle 4 and the rotation axis of the grinding spindle 2 (rotation axis of the grinding wheel 2) is a right angle, as shown in FIGS. An ellipsoidal grindstone and a spherical grinding grindstone may be used. When the angle formed by the rotation axis of the workpiece spindle 4 and the rotation axis of the grinding spindle 2 (rotation axis of the grinding wheel 2) is 45 degrees, as shown in FIGS. A body-like and spherical grindstone may be used. In both cases, the workpiece is a highly accurate spherical surface (concave surface).
[0020]
Next, conditions for performing the grinding method of the mold for forming the microlens array will be described.
An example of grinding the same shape on a cemented carbide, which is a glass lens molding material, on the workpiece will be described. An aerostatic pressure bearing with a maximum of 100,000 rpm was used as the grinding spindle, and the grinding wheel was tilted 45 degrees, and a diamond grinding stone having an outer diameter of 1.6 mm was formed into a spherical shape. Each pitch of the lens array on the workpiece was ΔX = 1.0 mm, ΔY = 1.0 mm, and the number of lenses was 5 × 3 (15 in total). The curvature radius was 0.8 mm. FIG. 8 shows the three-dimensional topography of the microlens array mold and the results of measurement with a non-contact surface roughness meter after processing. As can be seen from this result, a highly accurate microlens array mold can be obtained.
[0021]
Although the embodiment according to the present invention has been described above, the workpiece is not limited to the cemented carbide described above, and various materials can be targeted. Also, the grinding wheel is not limited to a diamond wheel. Various mechanisms can be employed for driving the grinding wheel while simultaneously controlling the X axis and the Y axis to draw a locus in an arc shape.
In addition, the present invention can be implemented in any other form without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner.
[0022]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, a grinding wheel provided on a grinding spindle mounted on a spindle (workpiece spindle) and installed at a right angle or inclined with respect to the rotation axis of the spindle is provided. The grinding wheel is swung in the same direction and at the same speed as the rotating workpiece while keeping the distance between the rotation axis of the spindle and the center of the machining point of the workpiece constant. Since the concave spherical surface is precisely machined and the position on the workpiece is changed and the above series of operations is repeated a plurality of times, the microlens array mold can be made with high precision and good surface roughness. In addition, precision grinding can be performed with good pitch accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus used in a grinding method for a mold of a microlens array according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the workpiece and the grindstone of the apparatus of FIG.
FIG. 3 is an example of the shape of a target workpiece (microlens array mold). FIG. 4 is a principle diagram (three-dimensional view) for machining one spherical shape (concave surface) hole in the microlens array with high accuracy. ).
FIG. 5 is a front view of the workpiece as viewed from the direction of the rotation axis.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a locus of a grindstone.
FIG. 7 is a diagram of a grindstone shape.
FIG. 8 is an example of microlens array mold processing results.
FIG. 9 is an explanatory view of a conventional precision processing method of a typical microlens array mold.
[Explanation of symbols]
1 Workpiece 1a Workpiece rotation reference 2 Grinding wheel 3 Grinding spindle 4 Spindle (workpiece spindle)
5 Spindle motor 6 X-axis table 7 Y-axis table 8 Z-axis table 9 Grinding marks (spherical holes)

Claims

A workpiece is mounted on a workpiece spindle, a grinding wheel provided on a grinding spindle installed at a right angle or inclined with respect to the rotation axis of the workpiece spindle is pressed against the workpiece, and the rotation axis of the workpiece spindle and the grinding are While maintaining a constant distance from the center of the machining mark on the workpiece side by the grinding wheel, the grinding wheel is controlled and rotated while synchronizing the rotation of the machining mark of the workpiece and the driving locus of the grinding wheel to be coincident with each other. A method of grinding a mold for a microlens array, wherein a concave spherical hole is ground on a work piece so as to simultaneously cut the machining trace.

2. The method for grinding a molding die of a microlens array according to claim 1, wherein the hole machining is constituted by a plurality of concave surfaces by repeating a series of operations a plurality of times while changing the position of the workpiece.

When the angle formed by the rotation axis of the workpiece spindle and the rotation axis of the grinding spindle is a right angle, the grinding wheel is ground using either a disk-shaped or spherical grinding wheel as a grinding wheel. A method for grinding a mold for forming a microlens array according to claim 1 or 2.

When the angle formed by the rotation axis of the workpiece spindle and the rotation axis of the grinding spindle is 45 degrees, the grinding wheel is ground using any one of a cylindrical, elliptical, or spherical grinding wheel as the grinding wheel. The method for grinding a mold for a microlens array according to claim 1 or 2, wherein:

5. The method for grinding a mold for a microlens array according to claim 1, wherein processing is performed by adding loose abrasive grains between the grinding wheel and the workpiece.

A grinding apparatus for use in the grinding method according to any one of claims 1 to 5, wherein the apparatus is a workpiece spindle for holding a workpiece and a table moving in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. And a grinding spindle that can be disposed at a right angle or inclined with respect to the rotation axis of the workpiece spindle, and a grinding wheel that can be pressed against the workpiece while attached to the grinding spindle, While maintaining a constant distance between the rotation axis of the spindle and the center of the processing mark on the workpiece side by the grinding wheel, the grinding wheel is synchronized while synchronizing the rotation of the processing mark of the workpiece and the driving track of the grinding wheel. An apparatus for grinding a molding die for a microlens array, characterized by comprising control means for controlling and simultaneously cutting a processing mark .