JP2000263408A

JP2000263408A - 研磨方法及び光学素子

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Publication number: JP2000263408A
Application number: JP6898499A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ando; 学安藤; Akinobu Deguchi; 明信出口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP3652163B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】被加工面に規則的なリップルを残すことを防止
できる研磨方法を提供する。【解決手段】小径な研磨工具８４をｘ軸方向に揺動さ
せ、その揺動方向と直交するｙ方向に研磨工具８４を走
査させて被加工物を研磨する研磨方法であって、研磨工
具８４の揺動振幅をランダムに変化させるながら研磨を
行う。前記走査は、前記研磨工具を前記被加工物に対し
てラスター状に走査することにより行われ、また、初期
条件として前記研磨工具の揺動の最大振幅、前記研磨工
具の移動速度、揺動端部での運動条件を事前に定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高精度な光学素子の
製造に必要な研磨方法に関する。詳しくは高精度な光学
素子の形状が回転楕円面、楕円筒面、放物面、双曲面、
または、子線と母線の曲率半径差が比較的大きく、かつ
母線の曲率半径も比較的短いトロイダル面、または高次
の次数を持つ回転対称非球面など、従来の被加工面とほ
ぼ同等な大きさを持つ全面皿研磨工具を被加工面に対し
て相対運動させる研磨方法では加工が困難な形状の光学
素子を研磨加工する方法に関する。また、その光学素子
材料としては、石英ガラス、低熱膨張ガラス、ＣＶＤ−
ＳｉＣなど、短波長光用光学素子材料が使われることが
多い。

【０００２】

【従来の技術】従来、合成石英ガラス、低熱膨張ガラ
ス、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は高価であるにもかかわらず、そ
の物理化学特性が優れているために高エネルギー短波長
光用ミラーとして採用されている。これらのミラーの形
状としては、平面、シリンドリカル面、球面、など単純
な形状が使用されてきたが、近年のＳＯＲ施設、エキシ
マレーザ光源等の発達により子線の曲率半径と母線の曲
率半径との差が大きく、かつ母線の曲率半径も比較的短
いトロイダル面、楕円筒面、回転楕円体面、放物面、双
曲面、そして高次の次数を持つ回転対称非球面などの複
雑な形状のミラー、レンズの要求も増してきている。こ
れらの光学素子の代表的な構造を、ＣＶＤ−ＳｉＣ材を
用いた場合を例に挙げて説明する。ＣＶＤ−ＳｉＣ材を
短波長光用のミラーとする工程は、β−ＳｉＣの焼結体
基板を、最終形状、または近似最終形状にする研削、そ
の基板にＣＶＤ法により、主にβ−ＳｉＣ緻密質多結晶
膜を形成、そして、その面を再び形状創成する研削、そ
して、形状誤差、リップル（うねりのことである）、表
面粗さ等を低減し表面品質を向上する研磨からなる。

【０００３】この最終工程の研磨では、通常、研磨工具
（シリンドリカル面を創成しようとする場合にはそのシ
リンドリカル面と絶対値が同じで符号が反対の（凹凸が
逆の）曲率半径を持つ研磨工具）を、ＣＶＤ−ＳｉＣミ
ラー基板と相対運動をさせ、酸化クロム微粉、シリカ微
粉、ダイアモンド微粉等の研磨材を水に分散した研磨液
を介在させて研磨を行い、所定の曲率のシリンドリカル
面を鏡面に仕上げていく。

【０００４】使用上、これらのミラーは高い形状精度が
要求される。しかしながら、研削により仕上げられた形
状は通常リップルと呼ばれる、周期が約１ｍｍから１０
ｍｍ程度のうねりを持つ。また、形状精度も研削加工の
みでは達成することは困難である。そして、子線の曲率
半径と母線の曲率半径との差が大きく、かつ母線の曲率
半径も比較的短いトロイダル面、楕円筒面、回転楕円体
面、放物面、双曲面、そして高次の次数を持つ回転対称
非球面などの複雑な形状では、研磨加工では研削の形状
精度を維持することさえも困難であり、設計要求形状に
対する誤差形状を測定し、その誤差形状を選択的に研磨
除去するプロセスを繰り返す修正研磨法で、徐々に形状
精度を高める手段が通常では取られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高精度な形状精度を要
求される、子線の曲率半径と母線の曲率半径との差が大
きく、かつ母線の曲率半径も比較的短いトロイダル面、
楕円筒面、回転楕円体面、放物面、双曲面、そして高次
の次数を持つ回転対称非球面などの複雑な形状の光学素
子の加工には、仕上げの研磨に習熟した加工者が酸化セ
リウム、酸化ジルコニウム、コロイダルシリカ、酸化ク
ロム、ダイアモンドなどの研磨材と被加工面よりも小径
な研磨工具を用いて、研磨面の形状状態を測定しながら
細かく研磨工具、研磨条件を設定し、加工を進め（形状
測定と部分修正研磨を交互に行う）ていた。このため、
加工時間も長くなり、また、加工コストも高いものとな
っている。そして、従来のこのような小径な研磨工具を
用いる修正研磨法では、特にリップルの除去修正が困難
であり、形状精度の絶対値は小さくなるにもかかわら
ず、多数のリップルのために設計値の光学性能が発揮さ
れない非球面ミラー、レンズなどが製作されることがあ
った。このため、例えば特開平４−２５６５６２号公報
のように、被加工面に対向してリップル周期Ｐの２倍以
上の直径Ｄを有する研磨工具が配置され、研磨工具と被
加工物との間には研磨工具に密着したアスファルトピッ
チが介在し、被加工物を研磨するにあたり研磨工具を被
加工物に押圧しながらリップル周期の２分の１以上の揺
動幅でリップルの山谷を横切る方向に毎秒１ｍｍの平均
揺動速度以上で揺動させて研磨することでリップルを除
去し、短波長光学素子として要求される高い形状精度を
研磨により得ようとしていた。

【０００６】しかし、このようなリップル除去法では図
１１（ａ）のように被加工面に対して小さな研磨工具を
一定の条件で揺動させながら被加工面上をスパイラル走
査、またはラスター走査させるため、その走査軌跡の送
り幅がわずかに残り、新たなリップル（ラスター走査の
場合にはラスター走査の定送り量が顕著に現れやすい、
また、スパイラル走査の場合にはワーク１回転当たりの
送り量が現れやすい）となり、そのリップルの深さは小
さいにもかかわらず、一般的なリップルよりも規則的な
周期を持つために、光学素子性能を悪化させることがあ
った。

【０００７】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、被加工面に規則的なリ
ップルを残すことを防止できる研磨方法及び光学素子を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる研磨方法は、小
径な研磨工具を１軸方向に揺動させ、その揺動方向と直
交する方向に前記研磨工具を走査させて被加工物を研磨
する研磨方法であって、前記研磨工具の揺動振幅をラン
ダムに変化させるながら研磨を行うことを特徴としてい
る。

【０００９】また、この発明に係わる研磨方法におい
て、前記研磨工具の揺動振幅は、乱数発生部から発生さ
れる信号に基づいて決定されることを特徴としている。

【００１０】また、この発明に係わる研磨方法におい
て、初期条件として前記研磨工具の揺動の最大振幅、前
記研磨工具の移動速度、揺動端部での運動条件を事前に
定めることを特徴としている。

【００１１】また、この発明に係わる研磨方法におい
て、前記研磨工具の揺動の所定周期毎に、前記研磨工具
の揺動振幅を、前の周期の揺動振幅と異なる振幅に設定
することを特徴としている。

【００１２】また、この発明に係わる研磨方法におい
て、前記走査は、前記研磨工具を前記被加工物に対して
ラスター状に走査することにより行われることを特徴と
している。

【００１３】また、本発明に係わる光学素子は、研磨加
工された光学素子であって、微小な凹凸の研磨痕跡がラ
ンダムに分布していることを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態
について、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】本発明の一実施形態は高脆性多結晶材料で
あるＣＶＤ−ＳｉＣや高価格材料である合成石英ガラ
ス、低熱膨張ガラスを高い信頼性で形状を高精度に研磨
する方法を提供するものである。詳しくは、今まで被加
工物の光学性能に悪影響を与えていた一定周期で形成さ
れる残存リップルをその深さを小さくさせるだけではな
くその周期を一定値に収束することなく発散させること
で被加工物を高精度に研磨し、高度な光学性能を発揮さ
せるものである。また、本実施形態の研磨方法は、シリ
ンドリカル面、子線、母線の曲率半径差が比較的小さな
トロイダル面などの、面上の位置による曲率半径変化が
少ない非球面ばかりではなく、面上の位置により曲率半
径が大きく変化するような、子線方向の曲率半径が無限
大である楕円筒面、そして回転楕円体面などの複雑な形
状、また子線の曲率半径と母線の曲率半径との差が大き
く、かつ母線の曲率半径も比較的短いトロイダル面、放
物面、双曲面、そして高次の次数を持つ回転対称非球面
などにも適用できる汎用性の高い新規な研磨法である。

【００１６】本実施形態の特徴は、図１１（ｂ）に示す
ようにこれら複雑な形状の被加工面に対して小径な研磨
工具を１軸方向に揺動し、その揺動と直行する方向に研
磨工具を走査し、その走査パターンがたとえばラスター
パターンである研磨時に、研磨工具の揺動振幅を一定と
せずに乱数発生部による信号に基づいてランダムに変化
させ制御することにある。本実施形態は、リップルの除
去修正を目的としたラスター走査の走査速度が一定であ
り、ラスター走査の送り量が一定であるときに、小径研
磨工具の揺動振幅を乱数発生部によりランダムな振幅と
する。これにより、通常の一定揺動振幅での研磨ではラ
スター走査の送り量に関連したいわゆる一定周期状のリ
ップルがその高さは低くとも残存しやすかったが、本方
法によれば規則的なリップルは残存せず、また、その高
さも低くなる。

【００１７】なお、本実施形態を実現するためには、例
えば特開平６−１３４６６６号公報に開示されているよ
うな、揺動幅を自在に設定できる研磨ヘッドが必要であ
る。この研磨装置は、被加工物に研磨液をかけ流す、ま
たは被加工物を研磨液中に設置し、被加工物よりも小さ
い径をもつ研磨工具を被加工物に任意の荷重で押しつ
け、かつ被加工物に対して研磨工具を相対運動させて被
加工物から必要な部分を研磨除去する加工に使用し、研
磨工具、研磨工具の保持手段及び荷重を発生する手段が
固定された、アクチュエータを駆動源とする移動軸を有
する。また、移動軸の現在位置を検出する位置検出手段
と、目標位置を設定する位置設定手段と、移動軸を駆動
する制御手段とを有し、位置検出手段からの位置信号と
位置設定手段の値とを比較し、この比較結果に基づいて
移動軸の目標位置を演算し、この演算結果により制御手
段へ制御信号を送る演算器を有する。

【００１８】そして、本実施形態の研磨装置では、位置
設定手段に乱数発生部により次の周期の振幅をランダム
に決定する次周期決定手段が設けてあり、事前に入力さ
れた研磨工具の揺動の最大振幅を１とし、また、乱数発
生部から発生する乱数の最大値を同様に１として、次周
期以降の揺動の振幅をランダムに決めるために乱数発生
部から発生する乱数の大きさを最大振幅に対して比例配
分する。こうすることによって次周期以降の研磨工具の
揺動振幅を定める。このとき、単位時間毎の除去量を一
定にするために、揺動端部（揺動運動のターン部分）以
外の研磨工具の揺動速度を一定とし（以下、この値を研
磨工具の揺動速度と呼ぶ、また、この値は初期値として
入力される）、揺動端部での運動パターンを数種類記憶
しておき、研磨工具の揺動速度、研磨工具の揺動の最大
振幅ごとに、揺動端部での運動パターンを選択すること
で、移動軸の基本的な揺動条件を変更することができ
る。

【００１９】さらに、本実施形態の研磨装置は、荷重を
発生する手段においてはアクチュエータを駆動源とする
移動機構を有し、この移動機構の位置を検出し位置信号
を出力する検出器と、アクチュエータを駆動する制御手
段とを有し、検出器からの位置信号をもとに移動機構の
出力を演算し制御手段へ制御信号を送る演算器を有する
ことが可能である。

【００２０】本実施形態は、研磨面上のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸上を研磨工具が移動するように研磨工具を移動制御す
る。

【００２１】また、本実施形態は、アクチュエータを駆
動源とした移動軸を使用し、この移動軸の現在位置を検
出した検出器から出力される位置信号と位置設定手段の
値とを比較し、この比較結果に基づいて移動軸の移動量
を演算、制御するのであるから、研磨工具の運動、すな
わち移動軸の運動（揺動の最大振幅、揺動速度、端部で
の運動パターン）について、自由度を大きくとれる。す
なわち、これらのパラメータを入力するだけで移動軸の
運動を変更することが可能であり、研磨工具のサイズの
変更に伴う移動軸の運動を容易に変更することができ
る。

【００２２】さらに本実施形態は、アクチュエータを駆
動源とした荷重のための移動機構を有し、この移動機構
の現在位置を検出した検出器から出力される位置信号を
もとに移動機構の移動量を演算することで、移動機構の
移動方向に発生する合力を一定に保つ。

【００２３】つぎに、本実施形態の具体的な内容につい
て図面を参照して説明する。

【００２４】図１は本発明の研磨装置の一実施形態を示
す斜視図、図２は図１中の研磨ヘッド１を示す図であ
り、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿
った横断面図、図３は図２中のリニアモータ５ａを示す
説明図である。

【００２５】図１は本発明の研磨方法を実施するための
研磨装置の一実施形態を示す概略構成図である。

【００２６】図１において、５０はベッドであり、ベッ
ド５０上にはベッド５０に対して相対的にｙ方向に往復
移動可能なｙテーブル５２が取り付けられている。５４
はｙテーブル５２の移動を駆動するためのモータであ
り、モータ５４にはエンコーダ５６が付設されており、
エンコーダ５６によりｙテーブル５２のｙ方向移動量が
検出される。ｙテーブル５２上にはｙテーブル５２に対
して直交方向に相対的に往復移動可能なｘテーブル５８
が取り付けられている。６０はｘテーブル５８の移動を
駆動するためのモータであり、モータ６０にはエンコー
ダ６２が付設されており、エンコーダ６２によりｘテー
ブル５８のｘ方向移動量が検出される。

【００２７】ｘテーブル５８上には研磨槽６４が固設さ
れている。研磨槽６４中には支持体６６が固定されてお
り、支持体６６には軸６８により被研磨物保持体７０が
取り付けられている。保持体７０はＬ字形状をなしてお
り、その垂直面部分に軸６８が接続されている。軸６８
はｘ軸方向を向いていて、従って保持体７０はｘ軸のま
わりに回動可能である。支持体６６にはモータ７２が取
り付けられており、その駆動回転軸は軸６８に結合され
ている。

【００２８】一方、ｘテーブル５８には研磨槽６４の外
側にコラム７４が固定されている。コラム７４には上下
方向すなわちｚ方向のガイド７６が形成されており、ガ
イド７６に沿って上下方向に往復移動可能なように研磨
工具ヘッド保持体７８が取り付けられている。保持体７
８にはｘ方向に１軸揺動可能な研磨ヘッド８０が支持さ
れている。研磨ヘッド８０の揺動軸８２の下端には研磨
工具８４が取り付けられている。保持体７８にはモータ
８６が取り付けられており、その駆動回転軸は研磨ヘッ
ド８０に接続されていて、研磨ヘッド８０のｙ軸のまわ
りの回動を駆動することができる。８８は保持体７８を
ガイド７６に沿って上下方向に移動させるための駆動手
段たるエアシリンダーであり、エアシリンダー８８のロ
ッド９０の先端が保持体７８と連結されている。９２は
制御装置であり、エンコーダ５６，６２からのｙテーブ
ル移動量およびｘテーブル移動量が入力され、モータ５
４，６０，７２，８６、研磨ヘッド８０中の不図示の研
磨ヘッド駆動モータ、およびエアシリンダー８８または
その動きを代換するモータを駆動する。

【００２９】上述した研磨装置を用いて研磨を行う際に
は、保持体７０上に被加工物１００を積載固定する。被
加工物１００は適切な前加工により所定の表面粗さ、形
状精度に仕上げられている。

【００３０】次に、図２（ａ），（ｂ）に示すように、
研磨ヘッド８０の基準フレーム１８はアングル形状で、
その端部は、保自体７８に接続されている。基準フレー
ム１８の内側には、リニアモータ５ａがネジなどの固着
手段によって取り付けられている。

【００３１】リニアモータ５ａについて説明する。図２
に示すように、基準フレーム１８にテーブルベース３４
が固定されている。テーブルベース３４には、図３に示
すように、矩形の板のヨーク２３ａが固定されている。
ヨーク２３ａにはテーブルガイド１９ａのレール部が固
定され、テーブルガイド１９ａの可動部とコイル２０ａ
がリニアモータテーブル１０ａに固定されている。コイ
ル２０ａは、通電時にはヨーク２３ａに固定されたマグ
ネット２２ａと磁気回路を形成する。ヨークバー２１ａ
は、角柱形状の磁性体でヨーク２３ａの内側に固定さ
れ、コイル２０ａを貫通している。コイル２０ａに流す
電流によって、リニアモータテーブル１０ａは図２にお
けるＢ方向およびその逆方向に移動可能である。光学式
のリニアスケールヘッド１２ａはリニアモータテーブル
１０ａにブラケット４６を介して装着され、また、スケ
ール１３ａはヨーク２３ａに固定され、リニアモータテ
ーブル１０ａの位置を検出する。リニアモータテーブル
１０ａには原点リファレンス１４ａおよびリミットリフ
ァレンス１６ａが装着されている。原点検出器１５ａお
よびリミット検出器１７ａは公知のフォトスイッチで、
テーブルベース３４の側面に装着されたセンサプレート
４５に固定されており、リニアモータテーブル１０ａの
原点およびリミットを検出する。リニアモータテーブル
１０ａには、荷重を発生する定圧機構２が固定されてい
る。また、定圧機構２にはその下方に、研磨工具８４を
保持する研磨工具保持機構３が装着されている。

【００３２】定圧機構２において、定圧ベース３６はリ
ニアモータテーブル１０ａにネジで固定され、さらに荷
重軸ガイド（公知のリニアガイド）３２のレール、ブロ
ック３７が固定されている。荷重軸２８は荷重軸ガイド
３２の可動部に固定され、ブロック３７に設けられた穴
を貫通し、図２におけるＣ方向およびその逆方向に移動
可能である。

【００３３】定圧ベース３６にはボイスコイルモータ
（ＶＣＭ）２７のマグネット２９、および変位計ブラケ
ット４７が固定されている。変位計リファレンス２６が
マグネット２９を貫通して荷重軸２８に固定され、変位
計ブラケット４７に固定された変位計２５が加工中に生
じる荷重軸２８の上下方向変位を検出する。荷重軸２８
には一端をブロック３７に固定された荷重スプリング３
１が圧縮装着されている。さらに荷重軸２８の上部には
ＶＣＭ２７のボビン３０が固定され、ＶＣＭ２７に通電
することにより、スプリング３１とともに研磨荷重を発
生する。研磨工具８４の保持部は磁性体で構成され、研
磨工具保持機構に設けられたマグネットにより吸引固定
されている。

【００３４】次に、揺動運動の制御について説明する。

【００３５】図４は本実施形態中の研磨ヘッドの揺動を
制御する制御部を示すブロック図、図５乃至図７は揺動
の制御を説明するための図であり、図５はランダムな揺
動振幅を示す説明図、図６は位置および時刻を示す説明
図、図７はインデックス４２の内容を示す説明図であ
る。

【００３６】図４に示すようにリニアモータ５ａはコン
トロールボックス４０のアンプ４１ａにより電流Ｉ１ｓ
が与えられて移動する。図６に示すように、リニアモー
ターテーブル１０ａの位置Ｐ１，Ｐ２は、単位時間（２
ｍｓ）毎に、すなわち時刻ｔ１，ｔ２，…でリニアスケ
ールヘッド１２ａによって検出される。時刻ｔ１，ｔ
２，…でのリニアモータテーブル１０ａの位置Ｐ１，Ｐ
２…は、それぞれ位置信号Ｐ１ａ’としてコントローラ
４０ａに入力される。コントローラ４０ａは、事前に入
力されている研磨工具の揺動速度、指定最大振幅と、乱
数発生部により演算された乱数値から算出された予定揺
動幅から、一周期以前に予め算出した単位時間毎の揺動
周期の１周期分の目標位置が格納されている、たとえば
インデックス４２ａ（メモリ）の値Ｐ１ａと、位置信号
Ｐ１ａ’とを比較し、その差がゼロになるように、アン
プ４１ａに制御信号Ｃ１ａを入力することにより、ＰＩ
Ｄ制御を行う。アンプ４１ａが制御信号Ｃ１ａに基づ
き、リニアモータ５ａに電流Ｉ１ａを与えて、リニアモ
ータ５ａの軌跡が制御される。これにより、荷重軸２８
および研磨工具８４は、図５、図６に示すように、揺動
幅Ｗ１、周期Ｔ１で揺動する。ただし、揺動動作前に
は、原点を検出するようリニアモータテーブル１０ａを
駆動する。原点を検出する（原点検出器１５ａのスリッ
トを原点リファレンス１４ａが通過する）と同時に、ス
ケールの現在値カウンター４３ａをリセットし、ゼロと
する。

【００３７】インデックス４２には、メモリ領域が複数
箇所（ａ，ｂ，ｃ…）ある。事前に入力されている研磨
工具の揺動速度、指定最大振幅と、揺動端部での運動パ
ターン（例えば、正弦状、矩形状、台形状、三角状な
ど）と、乱数発生部により演算された揺動幅ファクタか
ら算出される予定揺動幅から、メモリ領域の複数箇所
に、順番に一周期以前に予め算出した単位時間毎の揺動
周期の１周期分の目標位置が格納されており、そのそれ
ぞれに単位時間毎の、図７に示す時刻ｔ１，ｔ２，・・
・とその目標位置Ｐ１，Ｐ２，・・・が記憶されてい
る。したがって、実際の研磨加工時にはすでに計算の終
了しているたとえばインデックス４２ａを読み、コント
ローラ４０ａは、次周期、または次次周期の揺動振幅が
ランダムに変更された揺動１周期分の図７に示す時刻ｔ
１，ｔ２，・・・とその目標位置Ｐ１，Ｐ２，・・・を
前もって計算しインデックス４２の使われていない他の
領域の部分、たとえばインデックス４２ｂ、インデック
ス４２ｃに書き込んでいる。

【００３８】次に、荷重の制御について説明する。

【００３９】図８は本実施形態中の研磨ヘッドの荷重を
制御する制御部を示すブロック図である。図８に示すよ
うに、ＶＣＭ２７はコントロールボックス４０のアンプ
４１ｃにより電流Ｉ１ｃが与えられて推力を発生する。
変位計２５で検出された荷重軸２８の位置は、位置信号
Ｐ１ｃとしてバッファ４３ｃを介してコントローラ４０
ｃに入力される。コントローラ４０ｃでは位置信号Ｐ１
ｃから荷重スプリング３１の反力の変化を演算し、予め
設定された荷重との差がゼロとなるように、アンプ４１
ｃに制御信号Ｃ１ｃを入力することにより、ＰＩＤ制御
を行う。アンプ４１ｃが制御信号Ｃ１ｃに基づきＶＣＭ
２７に電流Ｉ１ｃを与えて、ＶＣＭ２７により発生され
る推力が制御され、常に設定された荷重に保たれる。な
お、変位センサ２５に代えて荷重センサを用いても良
い。

【００４０】次に荷重の補正について説明する。

【００４１】図９（ａ），（ｂ）は荷重の補正の概要を
示す説明図、図１０はこの補正のフローチャートであ
る。例えば、図９（ａ）に示すように、初期設定が、荷
重スプリングのバネ加圧力４００ｇｆ、ＶＣＭ２７の作
用推力１００ｇｆで、研磨工具４の加圧力が５００ｇｆ
であり、被加工物１００からの反力が５００ｇｆとし
て、研磨工具８４をＸ，Ｙ軸面内で走査したとする。こ
のときに何らかの原因により図９（ｂ）に示すように研
磨工具８４の位置が変化量δだけ変位したときに、荷重
スプリング３１のバネ加圧力が４５０ｇｆに変わる。こ
の時、コントロールボックス４０では、ＶＣＭ２７の位
置を変位計２５からの位置信号Ｐ１ｃとして検出し、そ
の値に応じてＶＣＭの作用推力を補正し、この場合には
５０ｇｆとすることで、研磨工具８４のトータルの加圧
力を一定となるように制御する。

【００４２】コントロールボックス４０での補正につい
て説明する。

【００４３】図１０において、まず、荷重軸２８の基準
位置での荷重スプリング３１の反力Ｆ０および、バネ定
数ｋとＶＣＭの推力定数Ｃを入力する（ステップ１１
１）。次に、変位計２５で荷重軸２８の現在位置（荷重
スプリング３１の変位δ）を読み込む（ステップ１１
２）。読み込んだ現在位置と荷重軸２８の基準位置との
位置差ΔＺとバネ定数ｋより、この現在位置でのスプリ
ング反力をＦｓ＝Ｆ０＋ｋ・ΔＺとして計算する（ステップ１１３）。つぎに、目標押し
付け力Ｆとスプリング反力Ｆｓとの差Ｆｖ（Ｆ＝Ｆｓ＋
Ｆｖ）をＶＣＭ２７が発生するように指令する。すなわ
ち、ＶＣＭ２７の推力定数Ｃより、ＶＣＭ電流Ｉ（図８
の電流Ｉ１ｃに相当する）をＦｖ＝Ｃ・ＩとしてＶＣＭ２７に与える（ステップ１１４）。ステッ
プ１１２〜１１４の計算および指令を研磨が終了するま
で行い（ステップ１１５）、研磨が終了したら、ＶＣＭ
２７に推力ゼロ指定を与える（ステップ１１６）。

【００４４】以上説明したように、小径な研磨工具を１
軸方向に揺動し、その揺動と直行する方向に研磨工具を
走査し、その走査パターンがラスターパターンである研
磨時に、研磨工具の揺動振幅を一定とせずに乱数発生器
による信号に基づいてランダムに変化させ制御すること
により、被加工面に規則的なリップルを残すことを防止
できる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被加工面に規則的なリップルを残すことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置の一実施形態を示す斜視図で
ある。

【図２】図１中の研磨ヘッドを示す図であり、（ａ）は
縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図
である。

【図３】図２中のリニアモータの構造を示す説明図であ
る。

【図４】研磨ヘッドの荷重を制御する制御部を示すブロ
ック図である。

【図５】研磨ヘッドの揺動幅を示す説明図である。

【図６】研磨ヘッドの位置および時刻を示す説明図であ
る。

【図７】インデックスの内容を示す説明図である。

【図８】研磨ヘッドの荷重を制御する制御部を示すブロ
ック図である。

【図９】荷重の補正の概要を示す説明図である。

【図１０】図９の補正動作のフローチャートである。

【図１１】従来の研磨法による被加工物上での研磨工具
の揺動軌跡と、本発明による研磨工具の揺動軌跡の説明
図である。

【符号の説明】

２定圧機構３工具保持機構５ａリニアモータ１０ａリニアモータテーブル１２ａリニアスケールヘッド１３ａスケール１４ａ原点リファレンス１５ａ原点センサ１６ａリミットリファレンス１７ａリミットセンサ１８基準フレーム１９ａテーブルガイド２０ａコイル２１ａヨークバー２２ａマグネット２３ａヨーク２４カバー２５変位計２６変位計リファレンス２７ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２８荷重軸２９マグネット３０ボビン３１荷重スプリング３２荷重軸ガイド３３研磨アーム取付部３６定圧ベース３７ブロック４０コントロールボックス４０ａコントローラ４１ａアンプ４２インデックス４３ａ現在値カウンタ４３ｂ現在値カウンタ４５センサプレート４６ブラケット４７変位計ブラケット８４研磨工具１００被加工物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3C049 AA04 AA11 AB05 BA02 BB06 3C058 AA07 AA11 AA12 AA14 AB01 BA02 BA05 BA07 BB06 BC01 BC02 CA01 CA03 CA06 CB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】小径な研磨工具を１軸方向に揺動させ、
その揺動方向と直交する方向に前記研磨工具を走査させ
て被加工物を研磨する研磨方法であって、前記研磨工具の揺動振幅をランダムに変化させるながら
研磨を行うことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】前記研磨工具の揺動振幅は、乱数発生部
から発生される信号に基づいて決定されることを特徴と
する請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】初期条件として前記研磨工具の揺動の最
大振幅、前記研磨工具の移動速度、揺動端部での運動条
件を事前に定めることを特徴とする請求項１に記載の研
磨方法。
【請求項４】前記研磨工具の揺動の所定周期毎に、前
記研磨工具の揺動振幅を、前の周期の揺動振幅と異なる
振幅に設定することを特徴とする請求項１に記載の研磨
方法。
【請求項５】前記走査は、前記研磨工具を前記被加工
物に対してラスター状に走査することにより行われるこ
とを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項６】研磨加工された光学素子であって、微小
な凹凸の研磨痕跡がランダムに分布していることを特徴
とする光学素子。