JP2001322063A - 光学素子の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズやミラー等の光学素子の光線有効範囲
全面にわたって所定の形状精度を出すことができるとと
もに光線有効範囲と外径の差を小さくして材料を効率よ
く使うことができるようにする光学素子の加工方法を提
供する。 【解決手段】 光学素子１の研磨工程時に、被研磨面１
ａの外周部分において光学素子１の大きさに比べて小さ
い研磨工具５が完全に通過しきれないために生じる取り
残し形状と光学設計形状との差から形状誤差ｅを前もっ
て求め、光学素子１の研磨加工前の研削工程においてあ
るいは研磨加工の前段階で、光学素子１の外周部分から
形状誤差ｅに相当する形状ｆを事前に除去する補正加工
（研削加工または研磨加工）を行ない、その後に、研磨
工具５による光学素子１の研磨加工を行ない、光線有効
範囲Ｃの全面にわたって所定の形状精度を出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズやミラー等
の光学素子を研削工程および研磨工程を経て加工する光
学素子の加工方法に関し、特に、小径の研磨工具で被研
磨面を走査しながら研磨を行ない被研磨面の光線有効範
囲全面にわたって所定の形状精度を得るための光学素子
の加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レンズやミラー等の高精度な光学素子、
特に非球面光学素子を研削加工後に研磨加工するには、
被加工物の大きさに比べて充分に小さい研磨工具を用
い、該研磨工具で被加工物の被研磨面を走査しながら全
面を研磨し、被加工物の形状を高精度に成形している。

【０００３】この種の研磨方法について、図１ないし図
３を参照して説明すると、光学素子等の被加工物１は、
保持治具２に保持されて研磨機主軸３を介して回転駆動
され、この被加工物１の大きさに比べて充分に小さく形
成された研磨工具５は、ポリウレタンシートやピッチ
（アスファルトピッチ）からなる研磨面を有し、この研
磨面を揺動軸６を介して被加工物１の被研磨面１ａに押
し付けながら、被研磨面１ａを沿って走査させることに
より、被加工物１の被研磨面１ａの全面を研磨してい
る。

【０００４】このような研磨加工に際して、研磨工具５
の被研磨面１ａを走査する研磨軌跡ｐは、通常、図２に
示すような走査開始点ｐｓから走査終了点ｐｆに至る走
査パターンに設定されており、また、研磨軌跡ｐに沿っ
て走査する研磨工具５は、図３の（ａ）に示すように、
走査方向ａに直角な方向（揺動方向）ｂに±３ｍｍの揺
動運動を行なうように構成されている。このときの研磨
工具５のもつ単位時間当たりの固有の研磨除去形状（単
位除去形状）ｄ（ｄ₁ 、ｄ₂ ）は、図３の（ｂ）および
（ｃ）に示すようになる。なお、図３の（ｂ）に示す研
磨除去形状ｄ₁は走査方向ａの中央部の断面形状であ
り、図３の（ｃ）に示す研磨除去形状ｄ₂は揺動方向ｂ
の中央部の断面形状である。この研磨除去形状ｄ（ｄ
₁ 、ｄ₂ ）から分かるように、研磨工具５の外周部で
は、研磨工具５が滞留する時間と通過する面積の違いか
ら、研磨除去量が少なく、全体としてＶ字型もしくはＵ
字型の断面形状となる。

【０００５】このような単位時間当たりの固有の研磨除
去形状をもつ研磨工具５による研磨加工に際して、研磨
工具５が被加工物１の被研磨面１ａの外周部に向かって
走査して行くときに、図１に示すように、研磨工具５が
光線有効範囲Ｃを完全に通過することができない（すな
わち、研磨工具５が光線有効範囲Ｃから完全に抜けきれ
ない）と、その部分（領域Ｂ）における研磨除去量は他
の部分に比べ不足するために、形状の乱れや取り残し形
状が光線有効範囲Ｃに残ることとなる。すなわち、光線
有効範囲Ｃの内側から形状誤差が生じて完全な光学設計
形状に加工できない現象が生じる。

【０００６】そこで、このような光学設計形状に加工で
きない現象を回避すべく、被加工物の外周部分での取り
残しや形状の乱れをなくすために、研磨工具が被加工物
の光線有効範囲から外に完全に抜け切れるような研磨工
具の逃げ部分を見越して被加工物の外径を大きくした
り、被加工物の外側に被加工物と面が連続するようなダ
ミーブランク（ダミーワーク）を保持して研磨工具の走
査時に光線有効範囲から完全に抜けられるようにして研
磨する方法がとられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の研磨方法では、次のような問題点があった。

【０００８】高価な材料を用いる光学素子では、なるべ
く外径と光線有効範囲の差を小さくし、材料を効率的に
使う要請が強く、被加工物の外周部に研磨工具の逃げ部
を余裕をもって形成することが困難である。

【０００９】また、光学設計上余裕がなく、光学素子の
外径と光線有効範囲の差を小さくせざるを得ない場合も
ある。

【００１０】このように被加工物の外径と光線有効範囲
の差を小さくしなければならない場合には、被加工物の
外周にダミーブランクを段差や隙間が生じないように取
り付ける必要があるけれども、ダミーブランクの取り付
けに際しては、段差あるいは隙間が生じる可能性が大き
く、その場合、研磨工具が被加工物とダミーブランクを
跨いだときに、研磨除去量を制御することが困難とな
り、新たな形状誤差が生じる可能性がある。

【００１１】また、研磨加工前にダミーブランクを被加
工物および被加工物保持治具に接着等により固定する必
要があるため、被加工物に固定時の変形を与える可能性
があり、研磨後の形状精度を悪化させる可能性がある。

【００１２】そこで、本発明は、前述した従来技術の有
する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、レン
ズやミラー等の光学素子の光線有効範囲全面にわたって
所定の形状精度を出すことができるとともに光線有効範
囲と外径の差を小さくして材料を効率よく使うことがで
きるようにする光学素子の加工方法を提供することを目
的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学素子の加工方法は、光学素子を研削工
具により研削加工する研削工程の後に、被加工物の大き
さに比べて小さい研磨工具を該光学素子の被研磨面に沿
って走査させながら該被研磨面全面を研磨加工して光学
素子を形成する光学素子の加工方法において、前記光学
素子の研磨加工時に被研磨面の外周部において前記研磨
工具を用いるために生じる取り残し形状と光学設計形状
との差から形状誤差を前もって求め、前記光学素子の研
磨加工前に前記光学素子の外周部分から前記形状誤差に
相当する形状を事前に除去する補正加工を行ない、その
後に、前記光学素子の研磨加工を行なうことを特徴とす
る。

【００１４】本発明の光学素子の加工方法において、前
記補正加工は、前記研削工程あるいは前記研磨加工の前
段階で行なうことが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明によれば、光学素子を研削工具により研
削加工する研削工程の後に、被加工物の大きさに比べて
小さい研磨工具を光学素子の被研磨面に沿って走査させ
ながら被研磨面全面を研磨加工して所望の光学素子を形
成する光学素子の加工方法において、光学素子の研磨加
工時に被研磨面の外周部で研磨工具が完全に通過しきれ
ないために生じる取り残し形状と光学設計形状との差か
ら形状誤差を前もって求め、光学素子の研磨加工前の研
削工程においてあるいは研磨加工の前段階で、光学素子
の外周部分から形状誤差に相当する形状を事前に除去す
る補正加工（研削加工または研磨加工）を行ない、その
後に、研磨工具による光学素子の研磨加工を行なうこと
により、光学素子の外径と光線有効範囲の差が小さくて
も、光線有効範囲の全面にわたって所定の形状精度を出
すことができ、さらに、光学素子材料を効率よく使うこ
とを可能にする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１７】本発明に係る光学素子の加工方法について
図４を用いて説明する。なお、研磨加工に関しては、従
来技術として説明した図１および図２も参照し、同様の
部材には同一符号を付して説明する。

【００１８】本発明の加工方法により加工される被加工
物（光学素子）１として、レンズ径がφ１００ｍｍ、光
線有効範囲がφ８０ｍｍのガラスレンズを用いて説明
し、この被加工物１の研磨加工に使用する研磨工具５
は、被加工物１の大きさに比べて充分に小さい小径の研
磨工具であり、例えば、φ１０ｍｍのポリウレタンシー
トを先端部に貼り付けて研磨面を形成する。また、研磨
面としては、例えばピッチ（アスファルトピッチ）等の
一般的にガラスを研磨する場合に使用される工具材料を
用いることができる。

【００１９】前工程で研削加工された被加工物（光学素
子）１（以下、単に光学素子という）の被研磨面１ａを
研磨工具５を用いて研磨する研磨加工は、従来技術とし
て前述したと同様に、図１および図２に示すように、光
学素子１は研磨機の保持治具２に装着されて研磨機主軸
３を介して回転駆動され、一方、研磨工具５は、その研
磨面を揺動軸６を介して光学素子１の被研磨面１ａに押
し付けられ、事前に設定される滞留時間分布にしたがっ
て、図２に示すような研磨軌跡ｐに沿って被研磨面１ａ
上を走査し、かつ研磨走査方向ａに直角な方向ｂに±３
ｍｍの揺動運動を行ないながら、被研磨面１ａ全面の研
磨を行なう。

【００２０】ところで、このような研磨加工に際して
は、前述したように、固有の単位時間当たりの研磨除去
形状をもつ研磨工具５が光学素子１の外周部に向かって
走査するときに、研磨工具５が光学素子１の光線有効範
囲Ｃ（図１や図２において破線で示す）を完全に通過す
ることができないと、光線有効範囲Ｃの内側から外周部
にかけて、研磨工具５が完全に通過しきれない領域Ｂが
生じ、この領域Ｂでは取り残しができ、光学設計形状に
対する形状誤差が生じる。

【００２１】この現象を図４の（ａ）〜（ｃ）を用いて
さらに説明すると、図４の（ａ）には、研磨工具５と光
学素子１の外周部との位置関係を示し、光学素子１の外
径をＤ、光学素子１の光線有効範囲をＣ、そして、研磨
工具５の揺動中心の走査域をＰとするとき、研磨工具５
の揺動中心が最外周の走査域Ｐ上を走査する際に研磨工
具５は光線有効範囲Ｃから完全に抜けきれず、完全に研
磨除去できない部分が生じる。すなわち、取り残し形状
が生じる。このような加工形状の光学設計形状に対する
誤差分布は、図４の（ｂ）に示すように、目標とする光
学設計形状に対して、光学素子の外周部分に取り残し
（目標とする光学設計形状より高い誤差）ができ、光線
有効範囲Ｃの内側から形状誤差ｅが生じ、完全な光学設
計形状に加工できない。なお、図４の（ｂ）において、
斜線を施した部分が研磨工具により研磨除去される部分
に相当する。

【００２２】そこで、本発明に係る光学素子の加工方法
は、研磨工程において被研磨面１ａの外周部で研磨工具
５が完全に通過しきれないために生じる取り残し形状と
光学設計形状の差から形状誤差ｅ（図４の（ｂ）参照）
を研磨工程前に予め求め、被研磨面１ａの外周部分から
形状誤差ｅに相当する形状ｆ（図４の（ｃ）参照）を研
磨工程前に事前に除去する補正加工を行なうことを特徴
とするものである。

【００２３】この事前に除去する形状誤差ｅに相当する
形状ｆは、研磨工具５がもつ固有の単位時間当たりの研
磨除去形状や研磨工具５の研磨軌跡（走査パターン）や
揺動運動、および光学素子１の外径Ｄや光線有効範囲Ｃ
等から、被研磨面１ａの外周部で研磨工具５が完全に通
過しきれないために生じる取り残し形状を求め、この取
り残し形状と光学設計形状の差から求めることができ
る。

【００２４】そして、この形状誤差ｅに相当する形状ｆ
を除去する補正加工は、研磨加工の前工程である研削工
程において、設計形状から形状誤差分ｅに相当する形状
ｆを前もって除去するように行なうことができる。この
研削工程における補正加工に際しては、図５に示すよう
に、研削盤主軸１３に保持治具１２を介して同軸芯に保
持されて回転駆動される光学素子１に対して、研削工程
における光学設計形状ｇを先に研削して形成し、その後
に、研削砥石１５で、光学素子１の外周部分における形
状誤差ｅに相当する形状ｆを研削除去する補正加工によ
り補正加工形状ｈを成形する。

【００２５】このように形状誤差ｅに相当する形状ｆを
除去する補正加工を行なった後に、前述した研磨工具５
による研磨加工を行なう。このような補正加工を行なう
ことにより、光学素子１の表面は図５に実線で示す形状
に成形されており、研磨加工において研磨工具５が通過
しきれない領域Ｂは、図４の（ｃ）に光学設計形状に対
する一点鎖線で示すように、研磨加工での除去量が前も
って低減されているので、研磨工程において、研磨工具
５が、図４の（ａ）に示すように、研磨工具５は完全に
光線有効範囲Ｃから抜けきらず、研磨工具５が光線有効
範囲Ｃに最大で３ｍｍ残るとしても、被研磨面上に取り
残し形状が残ることはない。このように、研磨加工の前
に上述した補正加工を行なうことによって、光学素子の
外径と光線有効範囲の差が小さくても、研磨工具が完全
に通過した場合と同様の光学設計形状に対応する加工形
状を得ることができ、光学素子の光線有効範囲全面にわ
たって所定の形状精度を出すことができる。

【００２６】また、前述した実施例では、形状誤差ｅに
相当する形状ｆを除去する補正加工を研削工程で行なっ
ているが、この補正加工は、研削工程後であって研磨工
程の前段階で行なうこともできる。

【００２７】本実施例においても、前述したと同様に、
レンズ径がφ１００ｍｍ、光線有効範囲がφ８０ｍｍの
ガラスレンズである光学素子１を、φ１０ｍｍのポリウ
レタンシートを先端部に貼り付けて研磨面を形成する研
磨工具５で、事前に求めてある滞留時間分布にしたがっ
て走査し、そして、研磨工具を研磨走査方向に直角な方
向に±３ｍｍの揺動をさせながら研磨を行なうものとす
る。

【００２８】本実施例では、研削工程後であって研磨工
程の前段階で、光学素子１の外周部における形状誤差ｅ
に相当する形状ｆの除去研磨を行なうものであり、図６
において、研削加工が終了した光学素子１を保持治具２
に装着して研磨機主軸３を介して軸芯周りに回転させ、
揺動軸１８に装着された専用の研磨工具１７によって、
光学設計形状ｇから取り残しとして予想される形状誤差
ｅに相当する形状ｆを前もって研磨除去して補正加工形
状ｈを形成するように補正加工する。この補正加工によ
り、研磨工程での研磨工具５が通過しきれない部分Ｂに
ついては、研磨工程での除去量が前もって低減され、研
磨工具５が光線有効範囲Ｃに最大で３ｍｍ残るとして
も、光学素子１の外周部分に取り残し形状が残ることは
ない。このように、本実施例においても、光学素子の外
径と光線有効範囲の差が小さくても、研磨工具が完全に
通過した場合と同様の光学設計形状に対応する加工形状
を得ることができ、光学素子の光線有効範囲全面にわた
って所定の形状精度を出すことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学素子
の加工方法によれば、光学素子の外径と光線有効範囲の
差を小さくし、材料を効率よく使うことを可能にし、ま
た、被加工物の外周部分にダミーブランクを取り付ける
ことなく、研磨工具が被加工物の光線有効範囲から完全
に通過しきれなくても、光線有効範囲内側に誤差形状を
発生させることがなく、被研磨面の光線有効範囲全面に
わたって所定の形状精度を出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な研磨装置の概略構成図である。

【図２】研磨装置における研磨ヘッドの走査パターンを
示す模式図である。

【図３】（ａ）は研磨装置における研磨工具の運動方向
を示し、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ研磨工具による
走査方向と揺動方向の研磨除去形状を示す断面図であ
る。

【図４】（ａ）は研磨工具と被加工物の外周部での位置
関係を説明するための模式図であり、（ｂ）は研磨工具
による研磨加工によって得られる被加工物の外周部分に
おける加工形状の誤差分布を示す図であり、（ｃ）は本
発明に係る加工方法に基づいて補正加工を行なった後に
研磨加工を行ない、その結果得られる被加工物の外周部
分における加工形状の誤差分布を示す図である。

【図５】本発明に係る加工方法に基づいて研削工程で補
正加工を行なう態様を示す概略図である。

【図６】本発明に係る加工方法に基づいて研磨工程の前
段階で補正加工を行なう態様を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 被加工物（光学素子） １ａ 被研磨面 ２ 保持治具 ３ 研磨機主軸 ５ 研磨工具 ６ 揺動軸 １２ 保持治具 １３ 研削盤主軸 １５ 研削砥石 １７ 専用研磨工具 １８ 揺動軸 Ａ 研磨工具が完全に通過する領域 Ｂ 研磨工具が完全に通過しきれない領域 Ｃ 光線有効範囲 Ｄ 被加工物の外径 Ｐ 研磨工具の揺動中心の走査域 ｐ 走査軌跡 ｅ 形状誤差 ｆ 形状誤差ｅに相当する（補正）形状 ｇ 光学設計形状 ｈ 補正加工形状

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学素子を研削工具により研削加工する
   研削工程の後に、被加工物の大きさに比べて小さい研磨
   工具を該光学素子の被研磨面に沿って走査させながら該
   被研磨面全面を研磨加工して光学素子を形成する光学素
   子の加工方法において、 前記光学素子の研磨加工時に被研磨面の外周部において
   前記研磨工具を用いるために生じる取り残し形状と光学
   設計形状との差から形状誤差を前もって求め、前記光学
   素子の研磨加工前に前記光学素子の外周部分から前記形
   状誤差に相当する形状を事前に除去する補正加工を行な
   い、その後に、前記光学素子の研磨加工を行なうことを
   特徴とする光学素子の加工方法。
2. 【請求項２】 前記補正加工が前記研削工程で行なわれ
   ることを特徴とする請求項１記載の光学素子の加工方
   法。
3. 【請求項３】 前記補正加工が前記研磨加工の前段階で
   行なわれることを特徴とする請求項１記載の光学素子の
   加工方法。
4. 【請求項４】 前記補正加工が専用の研磨工具を用いて
   行なわれることを特徴とする請求項３記載の光学素子の
   加工方法。