JP2001334460A

JP2001334460A - 研磨方法

Info

Publication number: JP2001334460A
Application number: JP2000159435A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ando; 学安藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子等の軸対称な非球面形状を高い信頼
性でかつ高精度に研磨することができる研磨方法を提供
する。【解決手段】軸対称な非球面を有する光学素子等の被
加工面を小径の研磨工具を用いて研磨する際に、被加工
面の前加工（研削）形状を計測して目標形状に対する誤
差形状を求め、該誤差形状を研磨除去して目標形状とす
るために必要な所定のパターンで研磨運動する研磨工具
の滞留時間分布を算出し、滞留時間分布を実現するため
の形状修正研磨加工用プログラムを算出するに際して、
該滞留時間分布をスパイラル走査で実施する部分とラス
ター走査で実施する部分とに分割して、スパイラル走査
とラスター走査をさらにそれぞれ複数のサブプログラム
に分割して算出し、これらのサブプログラムを交互に順
次実施して、スパイラル走査およびラスター走査による
形状修正研磨加工を行う。

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
の研磨方法に関し、特に、高次の次数をもつ軸対称な非
球面、あるいは放物面、双曲面、回転楕円体面等の複雑
な形状を有する光学素子を研磨加工する研磨方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】レンズ、ミラー等の光学素子には、従来
から、合成石英ガラス、低熱膨張ガラス、ＣＶＤ−Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ単結晶、ＣａＦ₂ 単結晶、Ｓｉ単結晶等の材料
が用いられている。これらの材料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、短波長
光用のレンズ、ミラー等の光学素子として採用されてい
る。これらの光学素子の形状は、従来、平面や球面等の
単純な形状が使用されてきたが、近年では、高次の次数
をもつ軸対称な非球面レンズの要求が増してきており、
さらに、高い形状精度が要求されている。しかしなが
ら、被加工面とほぼ同等の形状をもつ全面皿研磨工具を
被加工面に対して相対運動させて研削加工により仕上げ
られた形状を平滑な表面に研磨することは、平面や球面
等のような工具形状転写型の単純な形状の光学素子では
可能であるが、高次の次数をもつ軸対称な非球面、ある
いは放物面、双曲面、回転楕円体面等の複雑な形状にお
いては、前記のような工具形状転写によって研磨加工す
ることは困難であり、前加工となる研削の形状精度を維
持することも困難であって、形状精度を向上させること
はできなかった。

【０００３】このような軸対称な非球面等の形状では、
研磨工具の形状追随性を高めるために、小径な工具を用
いた部分研磨（ローカル研磨）加工法が知られている。
この種の部分研磨加工法においては、研磨工具を被加工
面上でどのような軌跡で移動させるかが、加工条件の一
つとなる。この軌跡の設定法の従来技術としては、特開
平９−２６７２４４号公報に開示された方法があり、こ
の従来技術では、接触領域の小さい研磨工具を被加工面
上でラスター走査させ、ラスター走査の方向を変えて複
数回の研磨工程を行うことにより研磨するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、短波長用の
光学素子として要求される形状はほとんど軸対称非球面
でありかつ高い形状精度が要求される。このような軸対
称非球面の研磨を、前述した従来技術のように、複数の
ラスター走査の方向を逐次変えて研磨を行う研磨方法で
は、次のような問題点があった。

【０００５】１）通常、軸対称非球面形状を創成する前
加工は研削工程であり、この研削工程では、被加工物を
対称軸（光軸）で回転させ、研削砥石を半径上で軌道を
制御して研削を行っている。この形状創成原理により、
被加工物の非球面上には対称軸（光軸）を中心とした同
心円状の誤差形状が残存することがほとんどである。こ
れらの同心円状の形状誤差を除去するには、部分研磨
（ローカル研磨）加工法の工具の走査方式としてはラス
ター走査は適切ではなく、研磨の取り残し（加工の残
差）が発生しやすい。

【０００６】２）被研磨面上での工具通過方向の等方
性、異方性を表すパラメータと表面粗さを評価すること
で、工具の通過軌跡の偏りが表面粗さに影響を与えるこ
とは、精密工学会「１９９０年度秋季大会学術講演会講
演論文集」（６５３〜６５４頁）等で既に報告されてい
る。部分研磨（ローカル研磨）において運動条件で表面
粗さに影響を与えるのは研磨軌跡の異方性の度合いであ
り、研磨軌跡の等方性を保てば良好な表面粗さを維持す
ることができる。しかし、複数のラスター走査の方向を
逐次変えて研磨加工を進める方式は、原理的に研磨工具
の直進走査の重ね合わせであり、全ての走査が直進であ
るため、直進走査パターン自体が被加工面に新たに残存
し、その方向を変えた重ね合わせのために格子状の新た
なうねり（このうねりの空間周期は表面粗さよりも長い
領域）が発生しやすい。

【０００７】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、合成
石英ガラス、ＣａＦ₂ 単結晶、低熱膨張ガラス等の高脆
性材料からなる光学素子等の軸対称な非球面形状を高い
信頼性でかつ高精度に研磨することができる研磨方法を
提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の研磨方法は、軸対称な非球面を有する被加
工物の被加工面を比較的小径の研磨工具を用いて研磨す
る研磨方法において、被加工面の前加工形状を目標形状
に対する誤差形状として計測する工程と、誤差形状を研
磨除去して目標形状とするために必要な所定のパターン
で研磨運動する研磨工具の被加工面上での滞留時間分布
を算出する研磨工具の滞留時間分布算出工程と、研磨工
具の滞留時間分布を実現する研磨工具の被加工面上での
形状修正研磨加工用プログラムを算出するに際して、滞
留時間分布をスパイラル走査で実施する部分とラスター
走査で実施する部分とに分割して、スパイラル走査とラ
スター走査のそれぞれのサブプログラムを算出する形状
修正研磨加工用のプログラム算出工程と、算出された形
状修正研磨加工用のサブプログラムに基づいて、スパイ
ラル走査およびラスター走査による研磨加工をそれぞれ
実施して、形状修正研磨加工を行う研磨加工工程とから
なることを特徴とする。

【０００９】本発明の研磨方法においては、研磨加工工
程の後に、研磨加工後の形状の形状計測を行い、該研磨
加工後の形状の目標形状に対する誤差形状を求め、該誤
差形状が設計公差内か否か判定し、該誤差形状が設計公
差内でない場合には、研磨工具の滞留時間分布算出工
程、形状修正研磨加工用のプログラム算出工程および研
磨加工工程を継続して繰り返すことが好ましい。

【００１０】本発明の研磨方法においては、スパイラル
走査およびラスター走査の各サブプログラムをそれぞれ
複数のサブプログラムにさらに分割することが好まし
く、スパイラル走査およびラスター走査のそれぞれのサ
ブプログラムを交互に実施することが好ましい。

【００１１】本発明の研磨方法においては、スパイラル
走査およびラスター走査のそれぞれのサブプログラムは
それぞれ加工開始点が異なるように設定されることが好
ましい。

【００１２】本発明の研磨方法においては、軸対称な非
球面を有する自由曲面光学素子、あるいは、光学有効面
および外形が略円形の光学素子を高精度に研磨加工する
ことができる。

【００１３】

【作用】本発明によれば、前工程から残存する誤差形状
を除去するような研磨工具の滞留時間分布を求め、それ
を実行する形状修正研磨加工プログラムの算出に際し
て、滞留時間分布を２分割して、それぞれ異なる方式の
スパイラル走査とラスター走査で実行することにより、
軸対称非球面や自由曲面を有する光学素子等を高精度に
研磨加工することができ、合理的に輪帯状に残る誤差形
状を平滑化し、表面粗さも良好にすることができる。さ
らに、新たに走査パターン自体を残存させる可能性も低
減できる。

【００１４】また、小径な研磨工具をスパイラル走査す
ることで同心円状の誤差形状を効率よく除去でき、ラス
ター走査することで同心円状以外の長空間波長の誤差形
状（面全体のゆがみ等）を効率よく研磨除去でき、その
結果、研磨プロセス自体の短縮化が可能となり、さら
に、円弧状のスパイラルパターンと直線状のラスターパ
ターンを組み合わせることで走査パターン自体が被加工
面上に顕在化することを防止でき、中空間波長領域で発
生しやすい格子状の誤差の発生が低減され、また、２分
割したスパイラル走査とラスター走査のそれぞれのサブ
プログラムをそれぞれ交互に実施することにより、走査
パターン自体の被加工面上への顕在化をより一層防止で
きる。したがって、能率の高い形状修正と走査パターン
が残存しない高品質、高精度な修正研磨加工が可能とな
る。

【００１５】以上のように、本発明によれば、軸対称非
球面を有する光学素子を高精度にかつ合理的に能率よく
加工でき、さらに、本発明の研磨方法は、高次の次数を
もち高次の係数が比較的大きな軸対称非球面、あるいは
放物面、双曲面等にも適用できる汎用性の高い研磨方法
である。

【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】先ず、本発明の研磨方法を実施するための
研磨装置について、図１を参照して説明する。

【００１８】図１において、研磨装置のベッド１０上に
は、ベッド１０に対して相対的にＹ方向に往復移動可能
なＹテーブル１１が取付けられ、Ｙテーブル１１の移動
はＹモーター１２により駆動され、Ｙモーター１２には
エンコーダー１３が付設されており、エンコーダー１３
によりＹテーブル１１のＹ方向移動量が検出される。ま
た、Ｙテーブル１１の上には、Ｙテーブル１１に対して
直交するＸ方向に相対的に往復移動可能なＸテーブル１
４が取付けられ、Ｘテーブル１４の移動はＸモーター１
５により駆動され、Ｘモーター１５にはエンコーダー１
６が付設されており、Ｘテーブル１４のＸ方向移動量は
エンコーダー１６により検出される。

【００１９】Ｘテーブル１４の上に研磨槽１７が固設さ
れ、この研磨槽１７中には、被加工物Ｗを保持する側断
面視略Ｌ字状の保持体２０を回動自在に支持する支持体
１８が固定されている。支持体１８に取付けられたモー
ター２２の駆動回転軸は保持体２０の垂直部片２０ａの
軸１９に結合され、保持体２０はモーター２２の駆動に
よりＸ方向の軸１９の回りに回転可能に支持されてい
る。また、保持体２０の水平部片２０ｂの上には被加工
物Ｗを保持する回転テーブル２１が設置され、回転テー
ブル２１は図示しないモーターおよびエンコーダーによ
りその回転駆動および回転位置の検出がなされる。

【００２０】Ｘテーブル１４上で研磨槽１７の外側にコ
ラム２３が立設され、コラム２３には、上下方向（Ｚ方
向）のガイド２４が形成され、ガイド２４に沿ってＺ方
向に往復移動可能な研磨ヘッド保持体２５は、コラム２
３の上端部に取付けられた駆動手段としてのエアーシリ
ンダー３１のロッド３２の先端に連結されており、研磨
ヘッド保持体２５はエアーシリンダー３１の駆動により
コラム２３のガイド２４に沿ってＺ方向に移動する。ま
た、研磨ヘッド保持体２５には傾斜位置決め機構２７を
介して研磨ヘッド２６が取付けられ、研磨ヘッド２６は
周転円運動可能に設けられた工具軸２８を有し、その下
端部に研磨工具Ｔが取付けられている。研磨ヘッド保持
体２５には傾斜位置決め機構２７を駆動するモーター３
０が取付けられ、モーター３０の駆動により傾斜位置決
め機構２７を介して研磨ヘッド２６の傾斜位置を決定す
ることができる。

【００２１】また、制御装置３３は、研磨装置の作動を
制御するためのものであり、各エンコーダー１３、１６
等からＹテーブル１１の移動量やＸテーブル１４の移動
量および回転テーブル２１の移動量が入力され、さらに
モーター１２、１５、２２、３０、被加工物Ｗを回転す
る回転テーブル２１の駆動モーター（不図示）、そして
研磨ヘッド２６の駆動モーター（不図示）、およびエア
ーシリンダー３１、あるいはそれらの動きを代換するモ
ーターに指令を出し、それぞれのモーターを駆動する。

【００２２】また、研磨槽１７は、その中に適当量の研
磨液が注入され、特に、研磨液中の酸化セリウム砥粒の
粒径を調整することで研磨プロセスの安定性を向上させ
ることができ、研磨剤砥粒の分散剤を撹拌した研磨液を
用いることが望ましい。

【００２３】以上のように構成される研磨装置を用いて
研磨を行う際には、適切な前加工（研削加工）により所
定の表面粗さおよび所定の形状精度に仕上げられている
被加工物Ｗが、保持体２０上の回転テーブル２１に積載
され固定される。本実施例においては、被加工物Ｗは、
直径２２６ｍｍの合成石英ガラス製の軸対称非球面レン
ズとし、その形状は凸面状であり、光線有効部は中央の
直径１８０ｍｍである。そして、被加工物Ｗとしての合
成石英ガラス材は、前加工として、対称軸（光軸）周り
に被加工面を回転させて高精度に非球面研削して、所定
の表面粗さおよび所定の形状精度に仕上げられている。
本実施例の研磨方法に用いる研磨工具Ｔは小径の研磨工
具であり、特に、直径１６ｍｍの研磨工具を用いる。ま
た、被加工物Ｗの研削面を完全に除去するために４μｍ
程度の均等な研磨が必要となるので、小径研磨工具Ｔの
被加工面に対する研磨運動が周転円となる研磨ヘッド
（２６）を用いる。すなわち、小径の研磨工具Ｔを周転
円運動させながら所定の走査パターンに沿って移動させ
て部分研磨（ローカル研磨）を進めることが可能な研磨
ヘッドである。また、研磨工具Ｔの研磨軌跡は、被加工
面のＸ方向、Ｙ方向ともに光線有効部から完全に外に出
るようにした。そして、研磨槽（１７）に注入する研磨
液は、溶媒としての精製水４０リットルに平均粒径０．
２５μｍの酸化セリウム砥粒を重量濃度で０．１％含
み、同様にヘキサメタリン酸ナトリウムの微粉末０．８
ｇを加えて撹拌した研磨液を用意して使用した。

【００２４】次に、本発明の研磨方法について、図２に
示す加工手順のフローに沿って説明する。

【００２５】先ず、被加工物の被加工面の前加工形状を
計測して、この前加工形状の目標形状（設計形状）に対
する誤差形状を求める（ステップＳ１）。

【００２６】次いで、得られた誤差形状を研磨除去して
目標形状とするために必要な所定のパターンで研磨運動
する研磨工具の被加工面上での滞留時間分布を算出し
（ステップＳ２）、誤差形状に対応する研磨工具の滞留
時間分布をスパイラル走査用とラスター走査用に分割す
る（ステップＳ３）。このとき、誤差成分に着目して、
同心円状の誤差成分はスパイラル走査で重点的に除去
し、同心円状以外の長空間周期の被加工面全域にわたる
誤差成分（面全体のゆがみ：多項式で近似した場合に低
次の奇数項成分で示されるものに代表される）について
はラスター走査で重点的に除去するようにする。

【００２７】そして、ステップＳ４およびステップＳ５
において、スパイラル走査用とラスター走査用に分割さ
れた滞留時間分布をそれぞれ実現する研磨工具の被加工
面上での運動制御プログラム（形状修正研磨加工用ＮＣ
プログラムあるいは研磨加工プログラムともいう）を算
出する。すなわち、滞留時間分布は被加工面でスパイラ
ル走査を実施する部分とラスター走査を実施する部分と
に分割されており、分割された滞留時間分布をそれぞれ
実現するためのスパイラル走査用およびラスター走査用
の研磨工具の研磨加工プログラムを算出する。

【００２８】なお、ここでいう運動制御プログラムある
いは研磨加工プログラムは、小径研磨工具を一定のオフ
セット位置において回転速度一定で周転円駆動させ、被
加工面上をある走査パターンに従って変速走査すること
で被加工面上での滞留時間を実現するための加工プログ
ラム、あるいは、小径研磨工具を一定のストロークと速
さで一軸揺動させ、その揺動方向と直交する方向に変速
走査することで被加工面上での滞留時間を実現するため
の加工プログラムである。

【００２９】スパイラル走査とラスター走査の各研磨加
工プログラムの算出に際して、それぞれ、一本のまたは
複数本のサブプログラムを算出する。ここでは、２本の
サブプログラムとする場合について説明すると、スパイ
ラル走査はそれぞれ等分の滞留時間分布となる２本のサ
ブプログラムとし、１本目は被加工面の外側（外周部）
から内側（中心部）へ向かう走査ライン（図３において
実線で示すスパイラル走査ライン）のスパイラル研磨、
２本目は内側（中心部）から外側（外周部）へ向かう走
査ライン（図３に示すスパイラル走査ラインと逆方向の
走査ライン）のスパイラル研磨とし、それぞれのサブプ
ログラムをS.Sb.P１、S.Sb.P２とする。また、ラスター
走査もそれぞれ等分の滞留時間分布となる２本のサブプ
ログラムとし、１本目は被加工面上のＹ方向の走査ライ
ン（図３において一点鎖線で示すラスター走査ライン）
によるラスター研磨、２本目は被加工面上のＸ方向の走
査ラインによるラスター研磨とし、それぞれのサブプロ
グラムをR.Sb.P１、R.Sb.P２とする。なお、これらの４
本のサブプログラムによって実現される被加工面上の各
位置での研磨工具の滞留時間の和は当初の（ステップＳ
２において算出した）研磨工具の滞留時間分布に一致
し、当初の誤差形状を平滑化することができる。

【００３０】次に、以上のように形状修正研磨加工用の
プログラムの算出で得られたスパイラル走査およびラス
ター走査のそれぞれのサブプログラムを順次交互に形状
修正研磨として実施する（ステップＳ６〜ステップＳ１
０）。

【００３１】なお、スパイラル走査のサブプログラムS.
Sb.P１の実施（ステップＳ６）に際しては、被加工物Ｗ
を保持する回転テーブル２１を一定速度で回転させ、ス
パイラルの送り方向（被加工面半径方向）には滞留時間
制御がかかるようにＹ方向に移動可能なＹテーブル１１
を駆動するＹモーター１２と被加工物Ｗを傾斜可能に保
持する回転テーブル２１を駆動するモーター２２で制御
する。このとき、同時に、工具軸２８が常に被加工部に
おいて被加工面に垂直となるようにＹテーブル１１と回
転テーブル２１をそれぞれＹモーター１２とモーター２
２で制御する。また、同心円状の誤差形状を除去するた
めに誤差が高いところで滞留時間が長くなるようにスパ
イラルの送りピッチ（図３参照）を小さくし、誤差形状
が少ないところでは送りを速くしてスパイラル送りピッ
チを大きくする。また、外周部と中心部付近での除去量
の変化を補正するために、滞留時間分布に半径方向にし
たがって補正値をかけるようにする。なお、この補正値
は研磨工具の周転円速度や被加工物を保持する回転テー
ブルの回転速度から事前に検証加工などをして求めてお
く。

【００３２】次いで、ラスター走査のサブプログラムR.
Sb.P１の実施（ステップＳ７）に際しては、研磨工具を
Ｙ方向に走査し、Ｙ方向の送りが終端に達すると一定量
のＸ方向の送り（本実施例では、送り量（図３参照）を
１ｍｍとする。なお、この送り量は、工具の有効径の１
／１０以下が好ましい）が行われ、そしてＹ方向に先の
ラインとは反対方向に駆動されることによって先に加工
ラインと平行に次のラインの研磨がなされる。そしてこ
れを繰り返すことで（Ｙ方向走査の）ラスター走査研磨
が遂行されていく。このとき、除去量の多少によりＹ方
向の送り速度を変速させる。すなわち、誤差量が多く、
除去量の多いところでは走査速度を遅く、少ないところ
では速くする。このように研磨工具の走査速度を変速す
ることにより研磨除去量をコントロールし被加工面を任
意の形状に形状修正研磨することが可能となる。スパイ
ラル走査と同様に、工具軸２８が常に被加工部において
被加工面に垂直となるようにＹテーブル１１をＹモータ
ー１２で、被加工物を傾斜可能に保持する回転テーブル
２１をモーター２２でそれぞれ制御する。

【００３３】続いて、スパイラル走査の２本目のサブプ
ログラムS.Sb.P２を実施する（ステップＳ９）。なお、
このスパイラル走査においては、１本目の走査方向とは
逆に内側（中心部）から外側（外周部）へ向かうスパイ
ラル研磨とする。その後、ラスター走査の２本目のサブ
プログラムR.Sb.P２を実施し、１本目の走査方向とは異
なったＸ方向走査のラスター走査とする（ステップＳ１
０）。以上のように、形状修正研磨加工用のプログラム
の算出で得られたスパイラル走査およびラスター走査の
それぞれのサブプログラムを形状修正研磨として交互に
順次実施し、そして、スパイラル走査およびラスター走
査のそれぞれのサブプログラムが全て実施されるまで繰
り返し実施する（ステップＳ６〜Ｓ１０）。本実施例で
は、サブプログラムをS.Sb.P１→R.Sb.P１→S.Sb.P２→
R.Sb.P２の順に研磨加工を実施した。

【００３４】形状修正研磨加工用の前述したサブプログ
ラムがすべて実施され、研磨加工が終了する。その後、
研磨加工が終了した被加工物の形状計測を行い（ステッ
プＳ１１）、被加工面の現形状を目標形状（設計形状）
に対する誤差形状を求め、その誤差形状量が設計公差内
であるか判定し（ステップＳ１２）、公差内であれば研
磨加工を終了して被加工物を次の工程に送る（ステップ
Ｓ１３）。一方、誤差形状が未だ公差内に到達していな
ければ、継続して、ステップＳ２（工具の滞留時間分布
の算出）以下の工程を繰り返す。

【００３５】以上のように、前工程から残存する誤差形
状を除去するような研磨工具の滞留時間分布を求め、そ
れを実行するための形状修正研磨加工プログラムを算出
する際に、滞留時間分布を２分割し、それぞれ異なる方
式の走査で研磨を実行することにより、研磨工具の滞留
時間分布を１パスで加工する方式や複数のラスター走査
に分けそれらを重ねるときに方向を変える方式に比べ、
輪帯状に残る誤差形状を精度よく平滑化することがで
き、表面粗さも良好にすることができる。さらに、スパ
イラル走査とラスター走査による研磨を交互に順次行う
ことにより、新たに走査パターン自体を残存させる可能
性も低減できる。そして、小径な研磨工具をスパイラル
走査することで同心円状の誤差形状を効率よく除去で
き、ラスター走査により同心円状以外の長空間波長の誤
差形状を効率よく研磨除去できることから、研磨プロセ
ス自体の短縮化が可能となり、高精度でかつ平滑な軸対
称非球面形状を得ることができる。

【００３６】次に、本発明の研磨方法の他の実施例につ
いてさらに説明する。

【００３７】本実施例においては、直径２００ｍｍ、参
照曲率半径２０２ｍｍの合成石英ガラス材製の凹面非球
面レンズを研磨加工した。光線有効部は中央の直径１６
０ｍｍである。そして、加工手順は前述した実施例と同
様に非球面研削を行った研削面状態から非球面研磨を開
始した。

【００３８】本実施例における小径研磨工具は、前述し
た実施例と同様に研磨工具の直径を１６ｍｍとし、ま
た、最大除去深さが約４．５μｍ程度と多いので、前述
した実施例と同様に小径研磨工具の被加工面に対する研
磨運動が周転円駆動となる研磨ヘッドを用いた。また、
被加工面のＸ方向、Ｙ方向ともに小径工具が光線有効部
から完全に外に出るようにした。

【００３９】本実施例においても、被加工物の形状計測
から算出される誤差形状に対応する滞留時間分布をスパ
イラル走査用とラスター走査用に分割する。このとき、
前述した実施例と同様に、誤差成分に着目し、同心円状
の誤差成分はスパイラル走査で重点的に除去し、同心円
状以外の長空間周期の被加工面全域にわたる誤差成分
（面全体のゆがみ等）はラスター走査で重点的に除去す
るようにした。

【００４０】そして、スパイラル走査は、それぞれ等分
の滞留時間分布となる４本のサブプログラムとし、１本
目のサブプログラムは外側から内側へ向かうスパイラル
研磨、２本目は内側から外側へ向かうスパイラル研磨、
３本目は外側から内側へ向かうスパイラル研磨、４本目
は内側から外側へ向かうスパイラル研磨とした。それぞ
れのサブプログラムをS.Sb.P１、S.Sb.P２、S.Sb.P３、
S.Sb.P４とした。なお、スパイラル走査の各サブプログ
ラムの工具の走査送りピッチをそれぞれ異なるように設
定することもでき、スパイラルパターンでの研磨に際し
て同一のライン上を複数回小径研磨工具が走査すること
を防ぐことができ、走査パターン自体の被加工面上への
顕在化を防止できる。

【００４１】また、ラスター走査もそれぞれ等分の滞留
時間分布となる４本のサブプログラムとし、１本目のサ
ブプログラムは、被加工面上Ｙ方向に走査するラスター
研磨で開始位置をＸ方向のプラス側とし、２本目は被加
工面上Ｘ方向に走査するラスター研磨で開始位置をＹ方
向のプラス側とし、３本目は被加工面上Ｙ方向に走査す
るラスター研磨で開始位置をＸ方向のマイナス側とし、
４本目は被加工面上Ｘ方向に走査するラスター研磨で開
始位置をＹ方向のマイナス側とした。そして、それぞれ
のサブプログラムをR.Sb.P１、R.Sb.P２、R.Sb.P３、R.
Sb.P４とする。これらの合計８本のサブプログラムの合
計の滞留時間により、当初の誤差形状の平滑化を目指
し、これらのサブプログラムをS.Sb.P１→R.Sb.P１→S.
Sb.P２→R.Sb.P２→S.Sb.P３→R.Sb.P３→S.Sb.P４→R.
Sb.P４の順で順次研磨加工を実施した。

【００４２】本実施例においても、前述した実施例と同
様に、高精度でかつ平滑な非球面形状を得ることができ
た。

【００４３】以上のように、本発明によれば、スパイラ
ル走査とラスター走査のそれぞれのサブプログラムによ
って加工開始点を異なった位置に設定することで、同一
ライン上を複数回小径研磨工具が走査することを防ぎ、
走査パターン自体の被加工面上への顕在化を防止でき、
中空間波長領域で発生しやすい格子状の誤差の発生が一
層低減される。また、スパイラル走査のそれぞれのサブ
プログラムの工具の走査送りピッチをそれぞれ異なるよ
うに設定することができ、スパイラルパターンでの研磨
に際して同一のライン上を複数回小径研磨工具が走査す
ることを防ぐことができ、走査パターン自体の被加工面
上への顕在化を防止できる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高精度な非球面、自由曲面の研磨加工が可能となる。す
なわち、前工程から残存する誤差形状を除去するような
研磨工具の滞留時間分布を求め、それを実行する形状修
正研磨加工プログラムの算出に際して、この滞留時間分
布を２分割して、それぞれ異なる方式のスパイラル走査
とラスター走査で実行することにより、合理的に輪帯状
に残る誤差形状を平滑化でき、また表面粗さも良好にす
ることができる。さらに、新たに走査パターン自体を残
存させる可能性も低減できる。

【００４５】また、小径な研磨工具をスパイラル走査す
ることで同心円状の誤差形状を効率よく除去でき、そし
て、ラスターパターンで走査ラインを送ることで、同心
円状以外の長空間波長の誤差形状（面全体のゆがみ等）
を効率よく研磨除去でき、その結果、研磨プロセス自体
の短縮化が可能となる。

【００４６】さらに、円弧状のスパイラルパターンと直
線状のラスターパターンを組み合わせることで走査パタ
ーン自体が被加工面上に顕在化することを防止でき、中
空間波長領域で発生しやすい格子状の誤差の発生が低減
され、さらに、２分割したスパイラル走査とラスター走
査のそれぞれのサブプログラムをそれぞれ交互に実施す
ることにより、走査パターン自体の被加工面上への顕在
化をより一層防止できる。したがって、能率の高い形状
修正と走査パターンが残存しない高品質、高精度な修正
研磨加工が可能となる。

【００４７】また、スパイラル走査とラスター走査のそ
れぞれのサブプログラムによって加工開始点を異なった
位置に設定することで、同一ライン上を複数回小径研磨
工具が走査することを防ぎ、走査パターン自体の被加工
面上への顕在化を防止でき、中空間波長領域で発生しや
すい格子状の誤差の発生が一層低減される。

【００４８】また、スパイラル走査のそれぞれのサブプ
ログラムの工具の走査送りピッチをそれぞれ異なるよう
に設定することができ、スパイラルパターンでの研磨に
際して同一のライン上を複数回小径研磨工具が走査する
ことを防ぐことができ、走査パターン自体の被加工面上
への顕在化を防止できる。

【００４９】以上のように、本発明は、軸対称非球面を
有する光学素子を高精度かつ合理的に能率よく加工で
き、さらに、高次の次数をもち高次の係数が比較的大き
な軸対称非球面、あるいは放物面、双曲面等にも適用で
きる汎用性の高い研磨方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨方法を実施するための研磨装置の
一例を示す概略構成図である。

【図２】本発明の研磨方法の一実施例の加工手順を示す
フロー図である。

【図３】本発明の研磨方法によるスパイラル走査とラス
ター走査の態様を説明するための模式図である。

【符号の説明】

Ｔ研磨工具Ｗ被加工物１１Ｙテーブル１２Ｙモーター１４Ｘテーブル１５Ｘモーター１７研磨槽２１回転テーブル２２モーター２５研磨ヘッド保持体２６研磨ヘッド２７傾斜位置決め機構２８工具軸３０モーター３１エアーシリンダー３３制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸対称な非球面を有する被加工物の被加
工面を比較的小径の研磨工具を用いて研磨する研磨方法
において、被加工面の前加工形状を目標形状に対する誤差形状とし
て計測する工程と、誤差形状を研磨除去して目標形状とするために必要な所
定のパターンで研磨運動する研磨工具の被加工面上での
滞留時間分布を算出する研磨工具の滞留時間分布算出工
程と、研磨工具の滞留時間分布を実現する研磨工具の被加工面
上での形状修正研磨加工用プログラムを算出するに際し
て、滞留時間分布をスパイラル走査で実施する部分とラ
スター走査で実施する部分とに分割して、スパイラル走
査とラスター走査のそれぞれのサブプログラムを算出す
る形状修正研磨加工用のプログラム算出工程と、算出された形状修正研磨加工用のサブプログラムに基づ
いて、スパイラル走査およびラスター走査による研磨加
工をそれぞれ実施して、形状修正研磨加工を行う研磨加
工工程とからなることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】研磨加工工程の後に、研磨加工後の形状
の形状計測を行い、該研磨加工後の形状の目標形状に対
する誤差形状を求め、該誤差形状が設計公差内か否か判
定し、該誤差形状が設計公差内でない場合には、研磨工
具の滞留時間分布算出工程、形状修正研磨加工用のプロ
グラム算出工程および研磨加工工程を継続して繰り返す
ことを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】スパイラル走査およびラスター走査の各
サブプログラムをそれぞれ複数のサブプログラムにさら
に分割することを特徴とする請求項１または２記載の研
磨方法。
【請求項４】スパイラル走査およびラスター走査のそ
れぞれのサブプログラムを交互に実施することを特徴と
する請求項３記載の研磨方法。
【請求項５】スパイラル走査およびラスター走査のそ
れぞれのサブプログラムは、それぞれ加工開始点が異な
るように設定されることを特徴とする請求項３または４
記載の研磨方法。
【請求項６】軸対称な非球面を有する被加工物が自由
曲面光学素子であることを特徴とする請求項１ないし５
のいずれか１項に記載の研磨方法。
【請求項７】軸対称な非球面を有する被加工物が光学
有効面および外形が略円形の光学素子であることを特徴
とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の研磨方
法。