単結晶フッ化カルシウムの超微細溝切削による高精度フレネルレンズの加工

单晶氟化钙超微细沟槽加工高精度菲涅尔透镜

• 批准号: 15760073
• 负责人: 閻 紀旺
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Kitami Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760073/
• 关键词: 超精密切削; フレネルレンズ; フッ化カルシウム; 硬脆材料; 延性モード加工; 光学部品; 赤外線; 蛍石

単結晶フッ化カルシウム(CaF_2、蛍石)は紫外域から赤外域の広範囲にわたり優れた透過性を持つため、暗視野集光デバイスや超短波長ステッパー用レンズの基板材料として使用されている。また、波長による異常分散性があり、アッベ数が大きいために、高精度光学系の色消しレンズとしても使用されている。最近、集光効率の向上やシステムの小型化と軽量化を目的として、単結晶フッ化カルシウム製フレネルレンズの加工が要求されている。本研究では、ダイヤモンドバイトを用いて単結晶CaF_2基板に微細溝を形成させ、数μmから数十μmレベルの回折面をもつフレネルレンズを製作することを目的とした。平成16年度では、下記の項目について研究開発を行った。(1)単結晶CaF_2フレネルレンズの切削実験単結晶CaF_2基板に微細溝の切削加工実験を行った。まず、平面切削の基礎実験によって得られた最適加工条件をフレネルレンズの切削に適用し、3次元切削の最適加工条件を定量的に検討した。そして、加工したフレネルレンズの形状誤差および表面粗さを測定し、誤差形成要因について検討した。(2)結晶異方性を抑制するための解析および実験まず平面切削に及ぼす結晶異方性の影響および均一な延性切削面を得るための臨界切削条件を明らかにした。そして結晶学理論を用いた解析手法によって、フレネルレンズ加工における結晶異方性の影響を解析し、均一な延性切削面を得るための臨界切削条件の予測を行った。さらに、切削実験結果との比較により解析結果の検証を行った。(3)工具摩耗を最小にする加工条件の検討異なる4種類の切削雰囲気においてフレネルレンズの切削加工を行い、ダイヤモンド工具寿命が最大となる加工雰囲気およびその供給方式を実験的に検討した。

钙（CAF_2，氟）用作夜视材料的底物材料，并且由于其从紫外线区域到基础设施的广泛渗透性，因此超出波长的镜头用于超股波长。此外，由于波长和大量的外观，由于异常分配器，它也用作高精确的光学色彩橡皮镜镜头。最近，需要对单晶钙晶状体透镜进行处理，以提高光线效率和微型化和较轻的系统。在这项研究中，目的是使用钻石字节在单晶CAF_2底物上形成细凹槽，并产生具有几个至几个μm级别的Frennel透镜。 2004年，对以下项目进行了研发。 （1）在单晶体CAF_2底物上进行了Frenel镜头的单晶CAF_2切割实验CAF_2。首先，将通过基本切割的基本实验获得的最佳加工条件应用于切割冰箱透镜，并对3D切割的最佳加工条件进行了定量。然后，测量了加工后的脑透镜的形状误差和表面粗糙度，并检查了形成误差的因素。 （2）分析抑制晶体各向异性和实验的分析阐明了晶体各向异性和均匀延伸对平坦切割的影响。使用晶体科学理论的分析方法分析了晶体透镜加工中晶体各向异性的影响，并预测了关键切割条件以获得均匀的延伸切割表面。此外，通过与切割实验结果进行比较来验证分析结果。 （3）在四种类型的切割气氛中检查了最小化工具磨损的加工条件的切割，并进行了弗伦内尔透镜的切割边缘，并且加工氛围及其供应方法，使钻石工具最大化生活，经过实验检查。

项目成果

閻 紀旺, 庄司克雄, 田牧純一, 厨川常元, 久保明彦, 清水浩貴: "単結晶フッ化カルシウムの超精密切削加工"精密工学会誌. 70・1. 106-111 (2004)

焦岩、胜司胜夫、玉木淳一、栗川常本、久保明彦、清水宏树：“单晶氟化钙的超精密切削”日本精密工程学会杂志70・1（2004）。

J.Yan, K.Syoji, J.Tamaki: "Crystallographic effects in micro/nanomachining of single-crystal calcium fluoride"Journal of Vacuum Science & Technology B : Microelectronics and Nanometer Structures. 22・1. 46-51 (2004)

J.Yan，K.Syoji，J.Tamaki：“单晶氟化钙微/纳米加工中的晶体学效应”真空科学与技术杂志B：微电子和纳米结构22・1（2004）。

特許

专利

• 发表时间: 2008

J.Yan, J.Tamaki, K.Syoji, T.Kuriyagawa: "Ductile Regime Machining of Single-Crystal CaF_2 for Aspherical Lenses"Key Engineering Materials. 257-258. 95-100 (2004)

J.Yan、J.Tamaki、K.Syoji、T.Kuriyakawa：“非球面透镜用单晶 CaF_2 的延性组织加工”关键工程材料。