光学元件的加工用工具和光学元件的制造方法与流程

本发明涉及光学元件的加工用工具和光学元件的制造方法。

背景技术：

在对透镜等光学元件进行磨削或抛光的光学元件的加工用工具中具有使用了块粒(pellet)状的磨具的加工用工具，其中，该磨具是将磨粒固定而成形为圆柱形状而得到的。例如，提出有如下的光学元件的加工用工具：使用上表面成形为与光学元件的加工目标球面形状对应的球面形状的磨具，通过在球面状的磨具粘贴面上设置磨具固定用的锪孔来提高磨具的配置精度，从而实现了所加工的光学元件的球面形状的稳定化(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-084820号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，存在以下这样的问题：由于反复进行光学元件的加工而导致磨具逐渐磨损，但有时外侧的磨具和内侧的磨具的磨损量不同，并且，随着粘贴在球面状的磨具粘贴底座上的磨具的损耗，加工用工具的加工工具直径从目标直径发生变化，无法将光学元件的加工面品质维持为恒定。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供即使磨具磨损也能够将加工后的光学元件的加工面品质维持为恒定的光学元件的加工用工具和光学元件的制造方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述的课题并达成目的，本发明的光学元件的加工用工具用于光学元件的磨削或抛光，其特征在于，该光学元件的加工用工具具有：底座，其具备具有规定的曲率的固定区域；以及多个磨具，它们分别形成初始高度相同的柱状体，所述柱状体的一个端面具有成形为与所述光学元件的加工目标球面形状对应的第一球面形状的初始形状，所述柱状体的另一端面被固定在所述底座的固定区域内，所述多个磨具中的不符合由该加工用工具的加工工具直径决定的条件的磨具即条件外磨具以至少与所述底座的中心轴平行的方式被切除了外端部从而符合所述条件。

并且，本发明的光学元件的加工用工具的特征在于，所述第一球面形状的第一球心位于所述底座的中心轴上并且所述第一球面形状具有第一曲率半径，所述底座的所述固定区域具有成形为球心位于该底座的中心轴上的球面形状的形状，所述条件外磨具是一部分包含在超出投影区域的区域中的所述磨具，该条件外磨具的超出所述投影区域的部分被切除，其中，所述投影区域是将以所述中心轴为中心并且直径为所述加工工具直径的圆沿所述中心轴平行地投影而得到的区域。

并且，本发明的光学元件的加工用工具的特征在于，所述条件外磨具的外端部一直被切除到第二球面形状与所述投影区域相交的位置的紧挨着的正上方，其中，该第二球面形状具有第二球心并且具有所述第一曲率半径，该第二球心是将所述第一球心沿着所述中心轴向从所述磨具的一个端面朝向另一个端面的方向移动了所述磨具的初始高度而得到的。

并且，本发明的光学元件的加工用工具的特征在于，所述条件外磨具以该条件外磨具的所述一个端面的中心位于所述投影区域的内侧的方式被固定在所述固定区域内。

并且，本发明的光学元件的制造方法的特征在于，包含以下工序：使光学元件的加工用工具所具有的各磨具的高度方向的一个端面与作为加工对象的光学元件材料抵接的工序，其中，所述光学元件的加工用工具用于光学元件的磨削或抛光，该光学元件的加工用工具具有：底座，其具备具有规定的曲率的固定区域；以及多个磨具，它们分别形成初始高度相同的柱状体，所述柱状体的一个端面具有成形为与所述光学元件的加工目标球面形状对应的第一球面形状的初始形状，所述柱状体的另一端面被固定在所述底座的固定区域内，所述多个磨具中的不符合由该加工用工具的加工工具直径决定的条件的磨具即条件外磨具以至少与所述底座的中心轴平行的方式被切除了外端部从而符合所述条件；以及加工工序，通过使所述光学元件的加工用工具以所述底座的中心轴为旋转轴进行旋转，而对所述光学元件材料进行磨削或抛光。

发明效果

根据本发明，由于光学元件的加工用工具具有：底座，其具备具有规定的曲率的固定区域；以及多个磨具，它们分别形成初始高度相同的柱状体，柱状体的一个端面具有成形为与光学元件的加工目标球面形状对应的第一球面形状的初始形状，柱状体的另一端面被固定在底座的固定区域内，多个磨具中的不符合由该加工用工具的加工工具直径决定的条件的磨具即条件外磨具以至少与底座的中心轴平行的方式被切除了外端部从而符合条件，因此即使磨具磨损也能够将加工工具直径保持为恒定，从而能够使加工后的光学元件的加工面品质稳定，能够将光学元件的品质维持为恒定。

附图说明

图1是实施方式1的光学元件的加工用工具的俯视图。

图2是沿图1的a-a线的剖视图。

图3是图2所示的加工用工具的主要部分的放大图。

图4是对图1所示的光学元件的加工用工具的制造方法进行说明的图。

图5是用于对使用图1所示的加工用工具来制造光学元件的方法进行说明的局部剖视图。

图6是使用通过该加工用工具的底座的中心轴的平面来剖开实施方式2的光学元件的加工用工具而得到的图。

图7是图6所示的加工用工具的主要部分的放大图。

图8是对实施方式2的光学元件的加工用工具的制造方法进行说明的图。

图9是用于对使用图6所示的加工用工具来制造光学元件的方法进行说明的局部剖视图。

具体实施方式

在以下的说明中，作为用于实施本发明的方式(以下，称为“实施方式”)，对光学元件的磨削或抛光用的光学元件的加工用工具进行说明。并且，本发明不限于该实施方式。而且，在附图的记载中对相同的部分标注相同的标号。而且，需要注意附图是示意性的，各部件的厚度与宽度的关系、各部件的比例等与现实不同。并且，在附图彼此之间也包含有彼此的尺寸或比例不同的部分。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1的光学元件的加工用工具的俯视图。图2是沿图1的a-a线的剖视图。图3是图2所示的加工用工具的主要部分(区域s1)的放大图。

图1和图2所示的光学元件的加工用工具1是为了将光学元件材料的被加工面加工成形成球面的一部分的形状(以下，称为“球面形状”。)而使用的工具。加工用工具1用于将光学元件材料加工成凸球面形状。

本实施方式1的加工用工具1具有底座2和多个磨具3，该多个磨具3被粘接剂6固定在底座2的上表面2a(固定区域)上。作为加工对象的光学元件材料的加工目标球面形状是球心位于底座2的中心轴la上的曲率半径r1的球面形状。加工用工具1的加工工具直径被设定为d1。在图1的例子中，多个磨具3非均等地配置在底座2的上表面2a上。

底座2的上表面2a具有成形为球面形状的形状，该球面形状具有规定的曲率并且球心o1位于该底座2的中心轴la上。上表面2a的曲率半径是将后述的磨具3的初始高度ha和粘接剂6的厚度与曲率半径r1相加而得到的值r2。即，当像图2所示那样在截面上观察底座2的情况下，上表面2a形成沿着圆弧a2的形状，该圆弧a2与以中心轴la上的点o1为球心的曲率半径r2的球面形状对应。底座2例如由铜、黄铜、不锈钢等金属或合金制成。

磨具3是将块粒的两底面成形为规定的形状而得到的，其中，该块粒是将由金刚石等制成的磨粒固定而成形为圆柱形状而得到的。磨具3以金属为基体或以天然树脂(resin)等树脂为基体。

多个磨具3分别形成具有相同的初始高度ha的柱状体。磨具3各自的作为高度方向的一个端面的上部端面具有成形为与光学元件的加工目标球面形状对应的球面形状(第一球面形状)的形状。各磨具3的上部端面的初始形状成形为球心o1位于底座2的中心轴la上的曲率半径r1的球面形状，当像图2那样在截面上观察的情况下，形成沿着圆弧a3的形状，该圆弧a3与以中心轴la上的点o1为球心的曲率半径r1的球面形状对应。各磨具3的作为高度方向的另一端面的下部端面分别被粘接剂6固定在底座2的上表面2a上。多个磨具3均为相同形状。

在加工用工具1中，为了使多个磨具3中的不符合由加工工具直径d1决定的条件的磨具即条件外磨具(例如，磨具3b、3c)符合条件，以至少与中心轴la平行的方式切除其外端部。

为了进行说明，设将以中心轴la为中心并且直径为加工工具直径d1的圆沿中心轴la平行地投影而得到的投影区域为投影区域c1(参照图1)。该投影区域c1是直径为加工工具直径d1并且中心轴为轴la的圆柱形状，在图2中使用虚线sc1表示该圆柱形状的投影区域c1的侧面。条件外磨具是一部分包含在超出该投影区域c1的区域中的磨具。

图2所示的磨具3b、3c的外端部被切除以使得磨面不会位于比投影区域c1靠外侧的区域。其中，关于磨具3b，如图3所示，超出投影区域c1的部分5b以沿着投影区域c1的侧面sc1与中心轴la平行的方式被切除。关于磨具3c也是，超出投影区域c1的部分同样地以沿着投影区域c1的侧面sc1与中心轴la平行的方式被切除。因此，磨具3b的切除面4a和磨具3c的切除面4c成为沿着侧面sc1的形状。

条件外磨具被一直切除到第二球面形状与投影区域c1相交的位置的紧挨着的正上方，其中，该第二球面形状的球心位于位置o2并且具有曲率半径r1，该位置o2是将球心o1沿着中心轴la向从磨具3a的上部端面pa朝向下部端面pb的方向移动了磨具3的初始高度ha后的位置。圆弧a3s与该第二球面形状对应。磨具3b、3c的外端部被一直切除到该圆弧a3s与投影区域c1的侧面sc1相交的位置的紧挨着的正上方。磨具3b的切除面4b是与侧面sc1垂直的面，被切除的端部对应于圆弧a3s与侧面sc1相交的位置。

在加工用工具1中，以使磨具的上部端面的中心位于投影区域c1的内侧的方式调节各磨具3的固定位置，使得外端部被切除的条件外磨具也能够确保一定面积的磨面。例如，在磨具3b、3c的情况下，固定位置是以磨具3b的上部端面的中心tb(参照图1)和磨具3c的上表面端面的中心tc(参照图1和图2)位于投影区域c1的内侧的方式设定的。

图4是对图1所示的光学元件的加工用工具1的制造方法进行说明的图。加工用工具1是通过如下方式而完成的：在像图4的(1)那样使用粘接剂6将各磨具3固定在底座2的上表面2a上后，像图4的(2)那样以沿着投影区域c1的侧面sc1与中心轴la平行的方式切除条件外磨具(例如，磨具3bp、3cp)的超出投影区域c1的部分。该切除工序是使用曲线产生(cg)机或锉刀等磨削切削工具而执行的。

但是，磨具3由于反复进行光学元件的加工而逐渐磨损，高度逐渐降低。磨具3的磨损量根据该磨具3相对于底座2的上表面2a的配置位置而不同，根据以往的经验可知，内侧的磨具3(例如中央的磨具3a)比外侧的磨具3(例如外端的磨具3bp、3cp)磨损得更快。在磨损最快的中央的磨具3a磨损到下部端面pb的情况下，无法将光学元件材料加工成目标球面形状。并且，关于各磨具3的上部端面的形状，可知：虽然球心沿中心轴la方向逐渐移动，但还是保持着具有曲率半径r1的球面形状的状态而磨损的。当像图2那样在截面上观察的情况下，各磨具3的上部端面随着逐渐磨损而从沿着圆弧a3的初始形状变为沿着圆弧a3s的形状。

如图4的(1)所示，侧面部包含在超出投影区域c1的侧面sc1的区域中的外端的磨具3bp、3cp以与底座2的曲率对应地相对于中心轴la倾斜的方式被固定。因此，当在中心轴la方向上逐渐磨损时，磨具3bp、3cp的上部端面的外端部从投影区域c1的侧面sc1向外侧扩展，从而加工用工具的加工工具直径从加工工具直径d1逐渐变大。在磨损进行到中央的磨具3a的下部端面pb的情况下，各磨具3的上部端面变为与圆弧a3s对应的球面形状。在该情况下，由于外端的磨具3bp、3cp的上部端面也沿着圆弧a3s向侧面sc1的外侧扩展，因此加工用工具的加工工具直径从目标直径(d1)发生变化，变为d11(＞d1)。

在本实施方式1中，对于一部分包含在超出投影区域c1的区域中的外端部的磨具(例如，磨具3bp、3cp)，通过像图4的(2)所示那样以至少与中心轴la平行的方式切除超出了投影区域c1的外端部，即使逐渐磨损，磨具3b、3c的上部端面的外端部也是保持着沿着投影区域c1的侧面sc1的状态而磨损的。

并且，在本实施方式1中，也可以以即使在用尽中心的磨具3a的情况下也能够将条件外磨具(例如，磨具3b、3c)的切除面(例如切除面4a、4c)维持为沿着投影区域c1的侧面sc1的形状的方式设定磨具3的初始高度等。图2和图3所示的长度hb在条件外磨具(例如，磨具3b)中是以与中心轴la平行的方式将投影区域c1的侧面sc1与圆弧a3相交的位置和圆弧a3s与侧面sc1相交的位置连接起来的直线的长度。在本实施方式1中，也可以以在条件外磨具的中心轴la的高度方向上将第一球面形状与投影区域的交点和第二球面形状与投影区域的交点连接起来的直线的长度hb为磨具3的初始高度ha以上的方式设定各磨具3的初始高度ha或底座2的上表面2a的大小等。在这样设定的情况下，即使在将加工用工具1一直使用到中央的磨具3a磨损至下部端面pb的情况下(即，在将加工用工具1一直使用到中央的磨具3a磨损了初始高度ha的情况下)，外端部的磨具3b、3c的切除面4a、4c也能够维持沿着投影区域c1的侧面sc1的形状，加工用工具1也能够维持加工工具直径d1。

这样，在本实施方式1中，通过将不符合由加工用工具1的加工工具直径d1决定的条件的条件外磨具以至少与中心轴la平行的方式切除其外端部以使其符合条件，即使磨具3逐渐磨损，也能够将加工用工具1的加工工具直径d1保持为恒定，因此能够使光学元件的加工面品质稳定，能够将光学元件的品质维持为恒定。

而且，本实施方式1的加工用工具1能够仅由相同形状的磨具3构成，并且能够通过仅将多个磨具3中的条件外磨具的外端部切除以符合条件的简单的工序而制造。另外，关于磨具3，只要上部端面以与第一球面形状对应的方式成形并且是具有初始高度ha的柱状体，也可以使用多种直径不同的磨具。并且，在本实施方式1中，以将磨具3不规则地固定在底座2的上表面2a上的情况为例进行了说明，当然，也可以规则地进行固定。

接下来，参照图5对使用了加工用工具1的光学元件的制造方法进行说明。图5是用于对使用加工用工具1来制造光学元件的方法进行说明的局部剖视图。

首先，进行如下的工序：将加工用工具1安装到未图示的抛光装置或磨削装置上，并且将作为加工对象的光学元件材料10安装到设置于该抛光装置或磨削装置的治具(未图示)上，使加工用工具1的作为磨削面的各磨具3的上表面与光学元件材料10的被加工面10a抵接。接着，进行如下的加工工序：抛光装置或磨削装置通过使加工用工具1以底座2的中心轴la为旋转轴进行旋转并且使加工用工具1摆动，而对光学元件材料10进行磨削或抛光。即，抛光装置或磨削装置使加工用工具1像箭头y2那样旋转并且像箭头y3那样摆动。之后，通过从治具卸下加工后的光学元件，能够得到被加工面10a成形为与磨具3的上表面对应的形状即曲率半径为r1的球面形状的光学元件。根据加工用工具1，即使磨具3逐渐磨损，也能够将加工用工具1的加工工具直径维持为d1，因此能够使光学元件的加工面品质稳定。另外，在图5中，例示了将加工用工具1设置在光学元件之下并且将加工工具直径d1设定为大于光学元件直径的情况，但在将加工用工具1设置在光学元件之上的情况下，将加工工具直径d1设定为小于光学元件直径。并且，在图5的例子中，加工用工具1倾斜，但有时也将设置于上轴的光学元件或设置于上轴的加工用工具设定为倾斜。

(实施方式2)

接下来，对实施方式2进行说明。图6是使用通过加工用工具的底座的中心轴的平面来剖开实施方式2的该光学元件的加工用工具而得到的图。图7是图6所示的加工用工具的主要部分(区域s2)的放大图。图6所示的实施方式2的加工用工具21用于将光学元件材料加工成凹球面形状。

如图6所示，加工用工具21具有底座22和多个磨具23，该多个磨具23被粘接剂6固定在底座22的上表面22a(固定区域)上。作为加工对象的光学元件材料的加工目标球面形状的球心位于底座22的中心轴lb上并且具有曲率半径r3。加工用工具21的加工工具直径被设定为d2。在图6中，使用虚线sc2表示将以中心轴lb为中心并且直径为加工工具直径d2的圆沿中心轴lb平行地投影而得到的投影区域的侧面。在图6的例子中，多个磨具23均等地配置在底座22的上表面22a上。

底座22的上表面22a具有成形为球面形状的形状，该球面形状具有规定的曲率且球心o3位于该底座22的中心轴lb上。上表面22a的曲率半径是从曲率半径r3减去后述的磨具23的初始高度hc和粘接剂6的厚度而得到的值r4。当在截面上观察底座22的情况下，上表面22a形成沿着圆弧a22的形状，该圆弧a22与以中心轴lb上的点o3为球心的曲率半径r4的球面形状对应。底座22由与底座2相同的材料形成。

磨具23由与磨具3相同的材料形成。多个磨具23分别是具有相同的初始高度hc的柱状体。磨具23各自的上部端面的初始形状是成形为球面形状的形状，该球面形状的球心o3位于底座22的中心轴lb上并且具有曲率半径r3，即，磨具23各自的上部端面的初始形状形成沿着圆弧a23的形状，该圆弧a23与以中心轴lb上的点o3为球心的曲率半径r3的球面形状对应。各磨具23的下部端面分别被粘接剂6固定在底座22的上表面22a上。

在磨损最快的中央的磨具23a的上部端面pc磨损到下部端面pd的情况下，各磨具23的上部端面从沿着圆弧a23的形状变为沿着圆弧a23s的形状。圆弧a23s与球心为球心o4的具有曲率半径r3的球面形状对应，其中，该球心o4是将球心o3沿着中心轴lb向从磨具23a的上部端面pc朝向下部端面pd的方向移动了磨具23的初始高度hc后的位置。在实施方式2中，与实施方式1同样地，对于一部分位于比投影区域的侧面sc2靠外的区域的磨具23b，如图7所示，超出投影区域的侧面sc2的部分25b至少被一直切除到圆弧a23s与侧面sc2相交的位置的紧挨着的正上方。被切除的部分的切除面24b变为沿着侧面sc2的形状。并且，对于磨具23c也是，如图6所示，超出投影区域的侧面sc2的部分至少被一直切除到圆弧a23s与侧面sc2相交的位置的紧挨着的正上方，形成了沿着侧面sc2的切除面24c。

并且，在加工用工具21中，也可以以即使在用尽中心的磨具23a的情况下也能够将切除面(例如切除面24b、24c)维持为沿着投影区域的侧面sc2的形状的方式设定切除面的高度等。图6和图7所示的长度hd是以与中心轴lb平行的方式将投影区域的侧面sc2与圆弧a23相交的位置和圆弧a23s与侧面sc2相交的位置连接起来的直线的长度。在本实施方式2中也是与实施方式1同样地，能够以该长度hd为磨具23的初始高度hc以上的方式进行设定，在该情况下，即使在将加工用工具21一直使用到中央的磨具23a磨损至下部端面pd的情况下，作为条件外磨具的磨具23b、23c的切除面24b、24c也能够维持沿着投影区域的侧面sc2的形状，从而能够维持加工工具直径d2。

并且，在实施方式2中也是，关于条件外磨具，以使条件外磨具的中心位于投影区域的内侧的方式调节该各磨具23的固定位置，使得能够确保一定面积的磨面。具体而言，像磨具23b、23c那样，磨具23b、23c的固定位置是以使磨具23b的上部端面的中心te(参照图6)和磨具23c的上表面端面的中心tf(参照图6)位于比投影区域的侧面sc2靠内侧的位置的方式设定的。

图8是对图6所示的光学元件的加工用工具21的制造方法进行说明的图。加工用工具21是通过如下方式而完成的：在像图8的(1)那样使用粘接剂6将各磨具23固定在底座22的上表面22a上后，像图8的(2)那样以沿着投影区域的侧面sc2与中心轴lb平行的方式切除条件外磨具(例如，磨具23bp、23cp)的超出投影区域的侧面sc2的部分。该切除工序与实施方式1同样地是使用cg机或锉刀等磨削切削工具而执行的。

像在实施方式1中说明那样，在不切除外侧的磨具23bp、23cp的情况下，当中央的磨具23a磨损到下部端面pd时，各磨具23的上部端面变为与圆弧a23s对应的球面形状，外端的磨具23bp、23cp的上部端面的外端伴随着加工而从投影区域的侧面sc2的外侧接近侧面sc2侧，即投影区域的直径变小。因此，加工用工具的加工工具直径缩窄为d2(＜d21)。在本实施方式2中也是，对于一部分包含在超出投影区域的区域中的外端部的条件外磨具(例如，磨具23b、23c)，以至少与中心轴lb平行的方式切除投影区域的外侧的部分。并且，对于加工用工具21也是，即使磨具23逐渐磨损，外侧的磨具23b、23c的上部端面的外端部也是保持着沿着投影区域的侧面sc2的状态而磨损的，能够这样将加工用工具21的加工工具直径d2保持为恒定。因此，在本实施方式2的加工用工具21中也实现与实施方式1相同的效果。

另外，图9是用于对使用了加工用工具21的光学元件的制造方法进行说明的局部剖视图。首先，进行如下的工序：将加工用工具21安装到未图示的抛光装置或磨削装置上，并且将作为加工对象的光学元件材料13安装到设置于该抛光装置或磨削装置的治具(未图示)上，使加工用工具21的作为磨削面的各磨具23的上表面与光学元件材料13的被加工面13a抵接。接着，进行如下的加工工序：抛光装置或磨削装置通过使加工用工具21以底座22的中心轴lb为旋转轴像箭头y5那样旋转并且使加工用工具21像箭头y6那样摆动，而对光学元件材料13进行磨削或抛光。之后，通过从治具卸下加工后的光学元件，能够得到被加工面13a成形为曲率半径为r3的球面形状的光学元件。根据加工用工具21，即使磨具23逐渐磨损，也能够将加工用工具21的加工工具直径维持为d2，因此能够使光学元件的加工面品质稳定。另外，与实施方式1同样地，在将加工用工具21设置在光学元件之上的情况下，有时也将加工工具直径d2设定为小于光学元件直径，将设置于上轴的光学元件或设置于上轴的加工用工具设定为倾斜。

标号说明

1、21：加工用工具；2、22：底座；2a、22a：上表面；3、3a、3b、3c、3bp、3cp、23、23a、23b、23c、23bp、23cp：磨具；4a～4c、24b、24c：切除面；10、13：光学元件材料。