JP2006116697A - 光学素子用の保持装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より正確な研磨処理を可能にする光学素子用の保持装置を提供する。
【解決手段】 光学素子（２）の研磨処理の間、光学素子（２）を保持する光学素子用の保持装置において、光学素子（２）は、光学素子（２）の処理の間に光学素子（２）の内部に想定される力を配分するように構成された圧力片（９）に接している。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、光学素子用の保持装置に関する。本願発明はまた、光学素子の研磨加工の方法に関する。

国際公開番号ＷＯ ０１／５４８６１ Ａ１は、加工対象の光学素子がそれぞれ収納される多数の凹部を有するカバー部を備えた、光学素子を粗研磨及び／あるいは研磨するための光学素子用保持チャックを開示している。また、凹部の内部には、対応する光学素子を研磨工具に押圧するために、圧力を加えることのできる膜がそれぞれ置かれる。

同様な研磨用保持チャックは、米国特許Ｎｏ．２，７３６，９９３にも開示されている。この特許においては、加工対象の光学素子の凹面あるいは凸面用に、異なった種類の保持チャックが用いられている。

このような光学素子用の保持装置の場合、更なる先行技術に関して、国際公開番号ＷＯ ００／００３２４ Ａ１及びドイツ特許番号２９６ ０８ ８７７ Ｕ１について言及することもできる。

しかし、いずれの公知の保持装置の場合にも、加工中に光学素子が不十分にしか保持されない、具体的には規定通りに保持されないため、光学素子の無制御なゆがみが生じ、最終的には球形状の精密度に関して問題のある研磨加工になってしまうという欠点がある。

従って、本願発明の一つの目的は、それを用いることによって、より良好な加工結果を得ることができる光学素子用の保持装置を提供することである。また、そのような光学素子のための研磨加工方法を提供することである。

本願発明によれば、この目的は、光学素子の研磨加工中に研磨工具に光学素子を押圧するために設けられている加圧装置を用いた、光学素子用の保持装置によって達成される。前記加圧装置は、光学素子と接触する、研磨工具の方向に移動可能な圧力片に作用し、該圧力片は、光学素子の加工中に光学素子の内側に想定される力を配分するようになっている。

従って、本願発明による保持装置は、光学素子に作用する剛体材料からなる圧力片を有し、光学素子の加工中に想定される力の配分にこれを適合させることによって、圧力配分が制御可能となり、ひいては光学素子を実質上より良く保持することができ、その結果、加工中の光学素子のゆがみが実質上少なくなる。このようにゆがみが少ないと、より良好な加工結果を得ることが可能になり、精密度が非常に高く、中心厚がより小さい光学素子を製造することができる。

この装置は、光学素子の研磨加工中に研磨工具に光学素子を押圧するために備えられた加圧装置を有していてもよい。その加圧装置が研磨工具の方向に移動可能な圧力片に作用する場合、研磨加工に必要な力を加えることができるので好都合である。

本願発明の有用な展開において、更に、前記圧力片は、光学素子に面する側に、該圧力片による光学素子への損傷を防ぐ材料を有していてもよい。このようにすると、光学素子を保持装置内に保持している間、光学素子が非常に優しく扱われる。圧力片と接触する面が後で加工されない場合には、特にその効果がもたらされる。更に、これにより、大抵の場合回転する研磨工具によって、加工中に光学素子が共に回転させられるのを防ぐことができる。

本願発明の特に有用な実施例において、前記圧力片は、光学素子に面する側に、光学素子と接触するように設けられた多数の別々のベアリング要素を有していてもよい。圧力片全体に分布する該ベアリング要素は、光学素子の加工中に光学素子の内側に想定される圧力配分に該圧力片を適合させる、非常に実施が容易な実施例を構成する。なぜなら、圧力片から光学素子への力の導入は、該圧力片の表面全体にベアリング要素を分布させることにより制御可能だからである。

少なくとも幾つかのベアリング要素が実質上円形状である場合、ベアリング要素は圧力片に特に簡単に取り付けられる。この実施例の更なる利点は、円形のベアリング要素によって、圧力片の表面全体に非常に正確に力を配分することができる点にある。

本願発明の更なる改良例においては、前記圧力片が、光学素子の加工中に光学素子の内側に想定される圧力配分に適合した断面を有しており、小さめの力が想定される領域よりも大きめの力が想定される領域において、該圧力片の厚さがより大であってもよい。前記圧力片の剛性が該圧力片の厚さの関数として光学素子に伝えられるこの実施例は、前記ベアリング要素の使用に代わる、商業的に可能な選択肢を構成する。無論、これらの２つの実施例を組み合わせることもあり得る。

加圧装置が前記圧力片に作用する膜を有する場合、非常に商業的満足度の高い加圧装置の一実施例となる。この実施例によって得られる効果は、前記膜に空気圧をかけることができる場合、更に高めることができる。

請求項１５は、光学素子が装置によって回転研磨工具に押圧される、光学素子の研磨加工の方法を規定している。この方法は、ゆがみが僅かで精密度の高いレンズ等の光学素子を製造するのに用いることができる。

本願発明の更に有用な改良例および展開例は、その他の下位請求項に記載されている。本願発明の例示的な一実施例が、以下において基本的に図を用いて説明されている。

図１は光学素子２の保持装置１の断面図を示す。この場合、光学素子２はレンズであるが、保持装置１において、他の光学素子２、例えば鏡等を保持することも可能である。光学素子２の大きさはここでは単に補助的な役割を果たす。保持装置１は、二点鎖線で示されるように、光学素子２の研磨加工中に光学素子２を研磨具４に押付け、加工に必要な加圧をする目的で備えられた加圧装置３を有する。本実施例において「研磨処理」とは、例えば、研磨具４が既知の構成の研削あるいは研磨要素となり得るような研磨あるいは研削操作である。よって以下ではより詳細には説明されない。研磨具４は研磨具４の縦軸を中心に回転し、切削スピードを得る必要がある。

加力装置３は、保持装置１の基体５に、加圧装置３の膜７に空気圧を加えるために備えられた供給穴６を有する。供給穴６を介して保持装置１に導入され、膜７に加えられる空気圧は既知の方法で生じさせることが可能であるが、ここでは図示されていない。基体５と支持リング８との間に取付られた膜７は、加圧されると、光学素子２に当接し矢印「Ｘ」の方向に光学素子２を研磨具４に押圧可能な可動な圧力片９の方向に、アーチ型に湾曲する。この動作中、圧力片９は側面の支持リング８に案内される。さらに、支持リング８は光学素子２を周囲から支持する役割も果たす。光学素子２の損傷を防ぐため、支持リング８は樹脂で構成されることが好ましいが、アルミニウムあるいは適切な金属で構成することも可能である。

光学素子２を可能な限り最小に変形させる研磨加工において、以下の実施例で説明されるように、圧力片９は、光学素子２の加工時に光学素子２の内部に想定される力を配分するように構成される。図示された実施例において、圧力片９の光学素子２に対向する側面、すなわち、膜７から離れた側面には、複数の独立した光学素子２に当接されるベアリング要素１０が備えられている。図１に図示のように、該ベアリング要素１０は、光学素子２に当接する部分の圧力片９の一部を形成している。しかし該ベアリング要素１０間の合間においては、圧力片９は光学素子２には触れていない。圧力片９には適当な凹部１１が設けられており、該凹部１１にはベアリング要素１０が接着され保持されていることが好ましい。

図２からわかるように、ベアリング要素１０は実質的に円形であるが、環状のベアリング要素１０あるいは他の適切な形状を有するものも考えられる。また、当然のことながら、環状、楕円状、円形あるいはその他の形状を有するベアリング要素１０も、別の圧力片および本実施例の圧力片９と共に使用可能である。ベアリング要素１０は、光学素子２への損傷を防ぐと同時に研磨具４の回転中に光学素子２が不必要に動かないように確保する弾性材料であることが好ましい。ベアリング要素１０に好ましい弾性材料は、例えば、ゴムあるいは比較的に柔軟な樹脂であってもよい。

圧力片９の表面上へのベアリング要素１０の配置あるいは配列は、ベアリング要素１０の形状及びサイズと同様に、有限要素法を用いて計算し、設定することが好ましい。有限要素法を用いることにより、研磨具４を用いた光学素子２の加工中に他の領域よりも高い圧力が生じる光学素子２の部分あるいは領域を決定することが可能である。よって、正確には、より堅固に支持されるのは、光学素子２においてより高い負荷が加えられる領域であり、この領域においては、従来の処理方法と比較して、より小さな変形が見込まれる。このことは結果的に、光学素子２の研磨加工中に、光学素子２の内部に均一な圧力配分をもたらし、光学素子２をほとんど変形させない。また、光学素子２の加工中に光学素子２の内部に想定される力を配分させるため、ベアリング要素１０は別の圧力片および本実施例の圧力片９に対して異なる硬度で接することが可能である。有限要素法は既知であるため、有限要素法についてはここでは詳細には説明しない。

図示された圧力片９の表面上へのベアリング要素１０の配置は、一例であり、特定の光学素子２に適しており、所要のベアリング要素１０の配置に関して個々に計算が行われ、加工される光学素子２の幾何学的に異なった各構成が求められた時に、光学素子２を研磨加工時にできる限り小さく変形させるのに有利である。よって圧力片９は、より高い圧力が見込まれる領域に、より低い圧力が見込まれる領域よりも多くのベアリング要素１０を有することが可能である。もし異なる光学素子２に対するベアリング要素１０の配置に関する計算で非常に類似した結果が得られる場合には、当然ながら、これらの異なる光学素子２に対して１つの全く同一の圧力片９を構成することが可能である。

代わりに、あるいは図示された実施例に加えて、圧力片９の断面を、光学素子２の加工中光学素子２の内部に想定される力を配分させるのに適合した形状とすることも可能である。よって圧力片９のより高い力が想定される領域には、より低い力が想定される領域よりも、より大きな厚み、すなわちｘ方向への広がりをもたせる。加圧装置３によって圧力片９に伝えられた力を、光学素子２を大きく変形させることなく光学素子２に伝えるには、この場合には、光学素子２に対向する圧力片９の側面を光学素子２の表面に適合させる、すなわち、圧力片９に光学素子２の湾曲に対応する湾曲を与えることが有利である。この場合、圧力片９の光学素子２に対向する側面に、光学素子２への損傷を防ぐ素材、好ましくは例えば樹脂あるいはゴムなどの弾性素材を備えることにより、光学素子２への損傷を防ぐことが可能である。圧力片９が金属、好ましくはスチールあるいはアルミニウムで構成されると特に好ましい。しかし、圧力片９に適切な硬さのガラスあるいは樹脂を用いることも可能である。

上述の膜７への空気圧の加圧の代わりに、膜７への、例えば水圧による加圧も可能である。また、膜７の使用が図示されていない実施例において、例えば１つあるいは複数のバネ要素によって、圧力片９を単に機械的にｘ方向に移動させることも可能である。また、電気モータ、あるいは圧力片９を移動させて光学素子２を研磨具４に押さえつけることが可能である他の方法を用いて圧力片９を駆動させることも可能である。

図示されていない保持装置１の実施例の１つとして、加圧装置３を用いずに、研磨具４を用いて加工に必要な力を加えることも可能である。この場合圧力片９は、固定された状態で、研磨具４によって加えられる圧力に対して光学素子２を支持する。

上述の保持装置１を用い、光学素子の研磨加工方法において、回転する研磨具４に対して光学素子２を押さえつけることが可能である。

本発明の研磨具で処理された光学素子のための保持装置の断面図である。 図１の装置の平面図である。

符号の説明

１・・・保持装置
２・・・光学素子
３・・・加圧装置
４・・・研磨具
５・・・基体
６・・・供給穴
７・・・膜
８・・・支持リング
９・・・圧力片
１０・・・ベアリング要素
１１・・・凹部

Claims (15)

1. 光学素子（２）の研磨処理の間、光学素子（２）を保持する光学素子用の保持装置であって、光学素子（２）が、光学素子（２）の処理の間に光学素子（２）の内部に想定される力を配分するように構成された圧力片（９）に接していることを特徴とする保持装置。
2. 光学素子（２）の研磨処理の間、光学素子（２）を研磨具（４）に押し付けるために設けられた加圧装置（３）を備え、加圧装置（３）が圧力片（９）に作用することにより、圧力片（９）が研磨具（４）の方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 圧力片（９）が、光学素子（２）に対向する側に、圧力片（９）による光学素子（２）の損傷を防ぐ材料を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の保持装置。
4. 圧力片（９）が、光学素子（２）に対向する側に、光学素子（２）に接するために設けられたいくつかの独立したベアリング要素（１０）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の保持装置。
5. ベアリング要素（１０）の少なくともいくつかが、ほぼ丸い形状に設計されることを特徴とする請求項４に記載の保持装置。
6. ベアリング要素（１０）の少なくともいくつかが、ほぼ環状に設計されることを特徴とする請求項４または５に記載の保持装置。
7. 圧力片（９）が、光学素子（２）の処理の間に光学素子（２）の内部に想定される力を配分するように構成された断面を備え、圧力片（９）における強い力が付与される箇所が、弱い力が付与される箇所より厚みがあることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の保持装置。
8. 圧力片（９）における強い力が付与される箇所に、弱い力が付与される箇所より多数のベアリング要素（１０）が設けられることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の保持装置。
9. 圧力片（９）が、光学素子（２）に対向する側で、光学素子（２）の表面に適合することを特徴とする請求項７または８に記載の保持装置。
10. 加圧装置（３）が、圧力片（９）に作用する膜（７）を備えることを特徴とする請求項２ないし９のいずれかに記載の保持装置。
11. 膜（７）に空気圧を付与できることを特徴とする請求項１０に記載の保持装置。
12. 圧力片（９）が、金属、ガラス、またはプラスチックから構成されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の保持装置。
13. 光学素子（２）をその周辺において支持するために、光学素子（２）に対向する側に支持リング（８）が設けられることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の保持装置。
14. 支持リング（８）が、プラスチックまたは金属から構成されることを特徴とする請求項１３に記載の保持装置。
15. 光学素子の研磨処理のための方法であって、光学素子（２）が、請求項１ないし１４のいずれかに記載の保持装置により、回転する研磨具（４）に押し付けられることを特徴とする方法。

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