JP4513647B2

JP4513647B2 - 光学素子の製造方法

Info

Publication number: JP4513647B2
Application number: JP2005148479A
Authority: JP
Inventors: 卓横手
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2006321697A

Description

本発明は、矩形形状の平面光学素子を高精度に平坦化する研磨加工に使用する光学素子製造用基板に関する。

通常、この種の高精度を要する光学素子用基板の研磨では、研磨皿の面を、光学素子用基板に転写する（擦り合わせる）方法で研磨が行われる。一般的に、研磨皿は、研磨ホルダあるいは光学素子用基板よりひとまわり大きいサイズを用いる。この研磨皿には、パッドやピッチ等を貼り付ける。そして、研磨ホルダに貼り付けた光学素子用基板と、パッドやピッチを貼り付けた研磨皿との間に研磨剤（例えば酸化セリウム等）を流し、擦り合わせることで研磨皿の形状を光学素子用基板に転写する。

平坦度を要する矩形形状の平面光学素子を高精度に研磨する方法は、光学素子用基板に対する、光学的に必要とする領域（以降、有効域という）の大きさによって、２通りある。第１の製作法は、光学素子用基板のサイズと比較して有効域サイズが小さく、外周と有効域の間に間隔があるため、外周付近の研磨だれによる有効域への形状精度悪化の影響がなく、製作の初期段階から最終段階まで、光学素子用基板サイズのままで研磨加工する。第２の製作法は、有効域サイズが大きく、光学素子用基板外周と有効域の間の間隔が少ないため、外周付近の研磨だれによる有効域の形状精度への影響により平坦度が悪化するために、研磨において特別な工夫が要求され、光学素子用基板サイズより大面積の基板を研磨加工で使用する場合である。以下では、この研磨加工での基板に工夫を要する第２の製作法の場合について詳述する。

図２（ａ）、（ｂ）は、上記、工夫を施した従来の基板組立品１０を示す。
図２（ａ）は従来の基板組立品１０の上面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ縦断面図である。
複数個のガラス材と研磨ホルダ２０で構成される基板組立品１０は、最終完成品の光学素子となる基板２と、基板２の周囲に均一な間隔の間隙７を設けて４個の補助基板６１〜６４を研磨ホルダ２０上に貼着されて構成される。補助基板６１〜６４は、研磨加工により基板２の外周部分に発生する研磨だれを防止するために中央に配設した基板２の周りに配設される。また、基板２、補助基板６１〜６４には、精度良く研磨できるように同一材、同一厚みの石英ガラスなどの光学ガラス材が使用され、研磨ホルダ２０に固定用ワックスなどで貼着される。
研磨ホルダ２０は、その上に研磨される基板２、補助基板６１〜６４が配設可能な大きさの形状を有し、下面には後述するカンザシの球形の先端部が滑合自在に係止する円錐形の底を持つカンザシ支持用穴８が穿設されている。この研磨ホルダ２０は、金属製でステンレスなどで作られる。

図３は従来の大面積基板９を示し、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は縦断面図であるが、この大面積基板９は、光学素子となる基板２のサイズよりも大きなサイズで、有効域４内へ研磨だれの影響が及ばない大きさの一枚板の基板が用いられ、研磨ホルダ２０に固定用ワックスなどで貼着され、後述する研磨装置に取り付けられ研磨される。
この大面積基板９は、研磨後に研磨ホルダ２０から外され、基板２で示される点線に沿って切断される。

以下この従来の基板組立品１０および大面積基板９の研磨について説明する。
図４で有効域４に接する基板中心から等距離Ｒにある半径Ｒの円内の領域においては、研磨は等しく均等に研磨が進行するため、形状精度は良好である。一方、半径Ｒの円外で四隅を通る円１１の内側の領域では、隅の領域１２を外れた部分で円が欠落しているため、図５で示す回転擦り合わせによる研磨加工において、研磨パッド１３への基板２の接触が断続的に行われ、基板２による研磨パッド１３への押圧力の付勢、解放が繰り返えされる。したがって基板２の隅の領域１２への研磨抵抗が増大し、この部分の形状が悪化する。このような状況を改善するため、欠円部分を埋めるべく基板２の周囲に図２で示す補助基板６１〜６４を配設して基板組立品１０を構成し、あるいは研磨面積を大きくした大面積基板９が利用される。
図３の大面積基板９の場合は、研磨完了後に、基板２のサイズに切断加工を施す。切断による内部応力の解放により、研磨面が歪むためこの方法を採用できるのは精度的に限定された基板である。高精度を必要とする場合などは、図２の基板組立品１０が用いられ、有効域４内を均等に、高精度に研磨できるようにする。

このようなは基板組立品１０を研磨する研磨装置の構成は図５（ａ）、（ｂ）に示される。すなわち研磨ホルダ２０に貼着された基板組立品１０は、酸化セリウム等を含有したウレタンなどで製作される研磨パット１３が貼着された研磨皿１４上に置かれる。研磨ホルダ２０の上面に設けられた図５で示すカンザシ支持用穴８にはカンザシ１５が滑合係止し、研磨ホルダ２０の位置決めをする。カンザシ１５は、カンザシ固定用治具１６にトメネジ１７で締着されている。カンザシ固定用治具１６は支持機構用アーム１８に装着されている。支持機構用アーム１８は揺動軸１９に装着されている。なお図５（ａ）は平面図、（ｂ）は正面から見た図である。

以上の図５（ａ）、（ｂ）で示される研磨装置の作動を説明する。
基板組立品１０は、研磨ホルダ２０の重みとカンザシ１５を介しての付勢により表面に研磨パット１３が貼着された研磨皿１４の上におさえられている。
基板組立品１０の研磨は、研磨皿１４の回転運動と支持機構用アーム１８の左右Ｌ―Ｒ方向への往復動による基板組立品１０と研磨パット１３を介しての研磨皿１４とのすり合わせにより研磨皿１４の面の転写が基板組立品１０に行われる。
特開２００２−１１０７５２２

上述したように基板２の研磨において基板組立品１０の場合、基板組立品１０の製作の前工程が必要である。即ち、均一な研磨精度を確保するには基板２の周囲に補助基板６１〜６４を上下、左右バランスの取れた形で配設されることが必要である。

この補助基板６１〜６４は、部品ごとに加工され研磨ホルダ２０へ貼り付けられるが、その際、平面を均等に研磨し平坦度を要し、基板２との間隔である間隙７が均一になるように貼り付けることが要求される。したがって、これらの作業にも熟練と時間を要す。また、間隙７の間隔は研磨加工できるだけ狭い方がよい。

このように基板組立品１０の製作作業には、設計技術、材料取り、加工、貼着に熟練および時間を要し、製作工程も長くなり費用発生も多い等の問題を有する。
本発明はこのような問題を解決できる基板を提供する。

上記の課題を解決するため、所定サイズの矩形形状の有効領域を有する光学素子を製造する際、基板の片面に前記所定サイズの有効領域より大きい領域を包囲する切欠き用溝を形成する工程と、前記基板の当該溝が形成された面を研磨する工程とを含む光学素子の製造方法とする。

（１）研磨が容易かつ均一に行い得るので外形サイズに対して有効域が大きい矩形形状の光学用基板を、研磨して得ることができる。
（２）補助基板の製作、貼着作業などの費用発生がなく、基板を、より安価に製作することができる。
（３）溝底を薄くすることで基板から光学用基板を平坦度精度に影響を与えることなく容易に分離することが可能である。

本発明の提供する基板の第１の特徴は矩形形状の光学素子所定サイズの大きさよりも大きく設定された点であり、第２の特徴は光学素子所定サイズの領域を包囲する溝が表面に加工された点である。第３の特徴は光学素子基板を容易に分離できる薄底の構でなされた点である。したがって、これらを備え得るものであり、かつ、所望の個数の光学素子が製作できる形状となったものが最良の形態である。

以下、図示例にしたがって説明する。図１（ａ）は本発明による基板１の上面図であり、図１（ｂ）は正面図で、基板１は所定サイズの基板２よりも大きく設定された円形状をなしている。この基板１上面には基板２を包囲する溝３が加工されている。したがって基板２とその周囲部分に、８個の補助基板５１〜５８が配設された形となっている。

この基板１は溝加工後に図２で示す基板組立品１０と同様に研磨ホルダ２０に貼着され研磨加工される。

次に、本発明の基板１についての具体的な形状について説明する。
基板１の形状は、基板面全体にわたって均等に研磨できるという点から円形が望ましい。この場合に必要とする基板２の大きさにもよるが、有効域サイズの隅の部分から外周までの寸法が５ｍｍ以上になるのが望ましい。これは、これまでの研磨加工での実績精度により外周から３ｍｍのところまでは、研磨だれが生じ、平坦度の値が要求精度の基準値を満たすことができないためである。精度に問題のない大きさのサイズとすることで基板２への研磨だれの影響を防止できる。

また、基板１上に設ける溝３の幅は、従来の基板組立品１０における間隙７が広いことによる研磨面への精度の影響をおさえるため、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍと狭くしている。機械加工による溝の平行度の確保と狭い溝幅は、研磨する上では溝のない状態に等しい効果があり、必要な平坦度の研磨精度が容易に得られる。

また、溝３の深さについては、基板の厚さ、大きさにもよるが容易に切断可能で、研磨の際、強度的に十分である必要最小限の基板厚さがあればよい。このように薄底とすることにより切断により研磨面が歪むこともなく平坦度精度が確保された光学素子用の基板２を得ることできる。

本発明品が提供する基板１は、以上詳述したとおりであるが、種々の変形例を挙げることができる。たとえば、基板１の形状は、基板面全体にわたって均等に研磨できるという点から円形にしているが必ずしもこの限りではない。矩形状の形で円形に近い形、たとえば、八角形としてもよいし六角形でもよい。要は精度を確保する形状であればよい。溝の加工は機械加工やレーザ加工などが利用できる。

精密な光学素子部品を研磨する上で有益である。

本発明の基板を示す図である。従来形の基板を示す図である。従来形の基板を示す図である。本発明を説明するための図である。研磨装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１基板
２基板
３溝
４有効域
５１〜５８補助基板
６１〜６４補助基板
７間隙
８カンザシ支持用穴
９大面積基板
１０基板組立品
１１円
１２隅の領域
１３研磨パッド
１４研磨皿
１５カンザシ
１６カンザシ固定用治具
１７トメネジ
１８支持機構用のアーム
１９揺動軸
２０研磨ホルダ

Claims

所定サイズの矩形形状の有効領域を有する光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、基板の片面に前記所定サイズの有効領域より大きい領域を包囲する切欠き用溝を形成する工程と、前記基板の当該溝が形成された面を研磨する工程とを含む、光学素子の製造方法。
前記基板が所定サイズの矩形形状を包む円形状をしていることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
前記溝が格子状をなしている矩形形状の光学素子を複数個包囲することを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。