(57)【要約】【課題】フライアイレンズの品質を向上させる。【解決手段】フライアイレンズが有する複数の凸曲面に応じた配列でフライアイレンズ成形型２１に形成される凹曲面２２を、所定の加工方向で加工する際に、所定のラインに並ぶ凹曲面２２列を加工し、フライアイレンズ成形型２１と加工方向とを相対的に回転させ、その隣のラインに並ぶ凹曲面２２列を加工し、フライアイレンズ成形型２１と加工方向とを相対的に回転させることを繰り返して行う。本発明は、例えば、試料を観察する顕微鏡装置の照明光学系に使用されるフライアイレンズに適用できる。【選択図】図５
2010214696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の凸曲面が配列されたフライアイレンズの成形加工に使用される、フライアイレンズ成形型の加工方法において、
複数の前記凸曲面に応じた配列で前記フライアイレンズ成形型に形成される凹曲面を加工する際に、前記フライアイレンズ成形型と前記加工方向との相対角度を相対的に回転させた複数の角度状態で加工する
ことを特徴とするフライアイレンズ成形型の加工方法。
【請求項２】
前記フライアイレンズ成形型に形成される複数の前記凹曲面のうちの、所定の列に並ぶ前記凹曲面を加工するごとに、前記フライアイレンズ成形型と前記加工方向とを相対的に回転させる
ことを特徴とする請求項１に記載のフライアイレンズ成形型の加工方法。
【請求項３】
同一の前記加工方向で加工された前記凹曲面の配置が不規則となるように加工する
ことを特徴とする請求項１に記載のフライアイレンズ成形型の加工方法。
【請求項４】
同一の前記加工方向で加工された前記凹曲面の個数が略均等となるように加工する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフライアイレンズ成形型の加工方法。
【請求項５】
複数の凸曲面が配列されたフライアイレンズの成形加工に使用されるフライアイレンズ成形型であって、
請求項１乃至４に記載のいずれかの加工方法で加工されたフライアイレンズ成形型。
【請求項６】
複数の凸曲面が配列されたフライアイレンズにおいて、
請求項５に記載のフライアイレンズ成形型を使用して成形加工されたフライアイレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライアイレンズ成形型の加工方法、フライアイレンズ成形型、およびフライアイレンズに関し、特に、品質を向上させることができるようにしたフライアイレンズ成形型の加工方法、フライアイレンズ成形型、およびフライアイレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡における観察対象の照明方法として、フライアイレンズを使用した照明光学系を用いて、視野を一様な強度で照明することができる照明方法がある。フライアイレンズは、透明な光学基板（樹脂やガラスなど）に複数の凸曲面が形成された光学素子であり、それらの凸曲面がそれぞれ独立したレンズとして機能する。
【０００３】
フライアイレンズは、一般的に、金型を用いた射出成形により製造され、フライアイレンズの成形加工に用いられるフライアイレンズ成形型には、フライアイレンズが有する複数の凸曲面に応じた配列の複数の凹曲面が形成されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、フライアイレンズ成形型の複数の凹曲面を研削および研磨により加工し、凹曲面とほぼ同じ曲率を持つ凸面の研磨工具を用いて研磨仕上げする加工方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１８１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般的に、フライアイレンズ成形型が有する複数の凹曲面を加工する際に、加工ツールの加工方向に応じた加工痕（所謂、ツールマーク）が凹曲面にそれぞれ形成され、フライアイレンズを成形加工する際に、それらの凹曲面の加工痕が、フライアイレンズの凸曲面に転写されることがある。
【０００７】
そして、フライアイレンズ成形型の複数の凹曲面に形成される加工痕は、加工ツールの当たり具合に起因する場合があり、その場合、凹曲面それぞれで共通している（各凹曲面で同一の位置、かつ同一の方向に形成される）ため、フライアイレンズの複数の凸曲面に転写される加工痕も、凸曲面それぞれで共通するものとなる。このように、フライアイレンズの複数の凸曲面に共通の加工痕が転写されると、そのフライアイレンズを使用した照明光学系では、それらの加工痕が視野面で重畳するため、観察像において微妙な照明ムラが発生してしまう。即ち、一様な強度で視野を照明することができなくなり、例えば、目視観察において、加工痕が影のように視認されることがある。
【０００８】
このように、照明ムラが発生することによって観察に悪影響が及ぼされることがあるため、良好な観察を行うためには、加工痕のない高品質なフライアイレンズを用いる必要がある。即ち、フライアイレンズの品質の向上が求められている。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、フライアイレンズの品質を向上させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のフライアイレンズ成形型の加工方法は、複数の凸曲面が配列されたフライアイレンズの成形加工に使用されるフライアイレンズ成形型の加工方法であって、複数の前記凸曲面に応じた配列で前記フライアイレンズ成形型に形成される凹曲面を加工する際に、前記フライアイレンズ成形型と前記加工方向との相対角度を相対的に回転させた複数の角度状態で加工することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のフライアイレンズ成形型は、上述の加工方法で加工されたことを特徴とする。また、本発明のフライアイレンズは、上述のフライアイレンズ成形型を使用して成形加工されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のフライアイレンズ成形型の加工方法およびフライアイレンズ成形型、およびフライアイレンズにおいては、複数の凸曲面に応じた配列でフライアイレンズ成形型に形成される凹曲面を加工する際に、フライアイレンズ成形型と加工方向との相対角度を相対的に回転させた複数の角度状態で加工される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のフライアイレンズ成形型の加工方法、フライアイレンズ成形型、およびフライアイレンズによれば、品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】フライアイレンズを使用した照明光学系を示す図である。
【図２】フライアイレンズ１１の単位レンズ１４に転写される加工痕について説明する図である。
【図３】単位レンズ１４に転写される加工痕の方向が一様でないフライアイレンズ１１の例を示す図である。
【図４】フライアイレンズ成形型２１と加工方向とを相対的に回転させるフライアイレンズ成形型２１の加工方法を説明する図である。
【図５】フライアイレンズ成形型２１と加工方向とを相対的に回転させるフライアイレンズ成形型２１の加工方法を説明する図である。
【図６】フライアイレンズ成形型を加工する加工装置の構成例を示す斜視図である。
【図７】単位レンズ１４に転写される加工痕の方向がランダムであるフライアイレンズ１１の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、図１を参照して、フライアイレンズを使用した照明光学系について説明する。
【００１７】
フライアイレンズ１１を使用した照明光学系は、例えば、試料を観察する顕微鏡装置に適用され、光源１２から放射状に放射される照明光が、コリメータレンズ１３により屈折され、ほぼ平行な光束となって、光軸Ｌに沿ってフライアイレンズ１１に入射する。
【００１８】
フライアイレンズ１１は、透明な光学基板（樹脂やガラスなど）により構成され、その光学基板の光軸Ｌに直交する側面の両側に、複数の凸曲面が形成されている。コリメータレンズ１３を介してフライアイレンズ１１に入射する照明光は、フライアイレンズ１１に形成されている複数の凸曲面によりそれぞれ集光され、フライアイレンズ１１の射出端面（照明光が射出される側の側面）には、凸曲面の数に応じた複数の光源像が結像された疑似面光源が形成される。
【００１９】
即ち、フライアイレンズ１１に形成されている複数の凸曲面は、それぞれ独立したレンズとして機能し、フライアイレンズ１１において１つのレンズとして機能する部分を、以下、適宜、単位レンズ１４と称する。なお、図１では、３つの単位レンズ１４ａ乃至１４ｃを有するフライアイレンズ１１が示されているが、後述する図２に示すように、フライアイレンズ１１は、３つ以上の単位レンズ１４が一面に配列されて構成される。
【００２０】
フライアイレンズ１１の単位レンズ１４ａ乃至１４ｃそれぞれを通過した照明光は、コンデンサレンズ１５により集光され、フライアイレンズ１１の射出端面に形成される疑似面光源と共役な視野面１６で重畳される。このように、フライアイレンズ１１の単位レンズ１４ａ乃至１４ｃを通過した照明光が視野面１６で重畳されるので、例えば、光源１２に配光特性があったとしても、一様な強度で視野面１６を照明することができ、ムラのない均一な照明が可能になる。
【００２１】
ところで、上述したように、フライアイレンズ１１を製造する際に、単位レンズ１４に対応する凹曲面に加工痕が形成されたフライアイレンズ成形型が用いられると、単位レンズ１４に加工痕が転写される。
【００２２】
次に、図２を参照して、フライアイレンズ１１の単位レンズ１４に転写される加工痕について説明する。
【００２３】
図２は、図１の光軸Ｌに沿って見たフライアイレンズ１１（の一部）が示されており、フライアイレンズ１１には、複数の六角形の単位レンズ１４がハニカム状に配列されている。図２Ｂでは、単位レンズ１４に転写された加工痕が点線で示されており、従来の加工方法で加工されたフライアイレンズ成形型により成形されたフライアイレンズ１１’では、単位レンズ１４のそれぞれで共通する（各単位レンズ１４で同一の位置、かつ同一の方向に形成される）加工痕が転写される。
【００２４】
このように、単位レンズ１４それぞれに共通する加工痕が転写されたフライアイレンズ１１’を使用した照明光学系では、それらの加工痕を通過した照明光が視野面で重畳されるため、加工痕が影のように現れてしまい、照明の一様性が著しく損なわれることになる。
【００２５】
ところで、加工痕が形成されないようにフライアイレンズ成形型の凹曲面を加工することができれば、フライアイレンズ１１に加工痕が転写されることがなく、そのようなフライアイレンズ１１を使用した光学系であれば、一様な強度で視野面を照明することができる。しかしながら、加工痕が形成されないように凹曲面を加工することは困難である。
【００２６】
そこで、例えば、図３に示すように、フライアイレンズ１１に配列される複数の単位レンズ１４に転写される加工痕の方向が一様とならないようにすることで、加工痕を通過した照明光の重畳を分散させることができる。これにより、加工痕が共通している場合よりも、照明ムラの発生を抑制することができる。
【００２７】
従って、例えば、フライアイレンズ１１の成形に使用するフライアイレンズ成形型を加工する際に、凹曲面を加工するごとに、フライアイレンズ成形型と加工方向とを相対的に回転させることで、フライアイレンズ成形型に形成される複数の凹曲面に共通する加工痕が形成されることを回避することができる。そして、そのように加工されたフライアイレンズ成形型を用いることで、フライアイレンズ１１の単位レンズ１４に転写される加工痕の方向が一様とならないようにすることができる。
【００２８】
次に、図４を参照して、加工痕の方向が一様とならないようなフライアイレンズ成形型の加工方法について説明する。
【００２９】
図４には、フライアイレンズ１１の成形に用いられるフライアイレンズ成形型２１が示されており、フライアイレンズ成形型２１には、フライアイレンズ１１に配列される複数の単位レンズ１４に対応して、複数の六角形の凹曲面２２がハニカム状に配列されている。
【００３０】
例えば、フライアイレンズ成形型２１の凹曲面２２を加工する際に、図４に示すラインＬ１に並ぶ凹曲面２２列を所定の加工方向で加工し、その後、フライアイレンズ成形型２１と加工方向（フライアイ成形型２１に対する加工ツールの向き）とを相対的に６０度回転させ、ラインＬ２に並ぶ凹曲面２２列を加工する。そして、ラインＬ２に並ぶ凹曲面２２列の加工後、フライアイレンズ成形型２１と加工方向とを相対的に６０度回転させ、ラインＬ３に並ぶ凹曲面２２列を加工する。
【００３１】
このように、各ラインに並ぶ凹曲面２２列を加工するたびに、フライアイレンズ成形型２１と加工方向とを相対的に６０度回転させて加工することで、凹曲面２２に形成される加工痕の方向が一様となることを回避することができる。従って、このように加工したフライアイレンズ成形型２１を使用することで、図３に示したように、単位レンズ１４に転写される加工痕の方向が一様でないフライアイレンズ１１を成形することができる。
【００３２】
次に、図５を参照して、凹曲面２２列を加工するたびに、フライアイレンズ成形型２１と加工方向とを相対的に回転させるフライアイレンズ成形型２１の加工方法について、さらに説明する。
【００３３】
例えば、図５に示すように、Step１からStep６までの６ステップで、フライアイレンズ成形型２１の凹曲面２２の加工が行われる。また、図５では、図３と同様に、凹曲面２２に形成される加工痕が点線で示されている。
【００３４】
まず、Step１では、右上から左下に向かうラインうちの一番上のライン（図４のラインＬ１に対応するライン）に並ぶ凹曲面２２列と、この凹曲面２２列から７列離れた凹曲面２２列とが加工される。
【００３５】
Step１での加工後、フライアイレンズ成形型２１が反時計回りに６０度回転され、Step２において、Step１で加工された凹曲面２２列に隣接するライン（図４のラインＬ２に対応するライン）に並ぶ凹曲面２２列が加工される。その後、フライアイレンズ成形型２１が反時計回りに６０度回転され、Step３において、Step２で加工された凹曲面２２列に隣接するライン（図４のラインＬ３に対応するライン）に並ぶ凹曲面２２列が加工される。
【００３６】
以下、同様に、凹曲面２２列の加工と、フライアイレンズ成形型２１の回転とが繰り返して行われ、順次、直前のステップで加工された凹曲面２２列に隣接するライン（Step４乃至６で、図４のラインＬ４乃至Ｌ６にそれぞれ対応するライン）に並ぶ凹曲面２２列が加工される。
【００３７】
このような加工方法により加工されたフライアイレンズ成形型２１では、同一の方向の加工痕が形成される凹曲面２２の個数がほぼ均等になり、同一の方向の加工痕が形成される凹曲面２２の個数は、それぞれ全個数の約１／６となる。そして、フライアイレンズ成形型２１を使用して成形加工されたフライアイレンズ１１を使用した照明光学系では、単位レンズ１４それぞれの加工痕を通過した照明光の視野面での重畳を１／６ずつに分散することができる。即ち、例えば、目視観察において、視認される加工痕の影を、従来よりも１／６の薄さにすることができる。これにより、従来よりも均一な強度で視野面を照明することができ、より良好な観察を行うことができる。
【００３８】
次に、図６は、フライアイレンズ成形型を加工する加工装置の構成例を示す斜視図である。
【００３９】
図６に示すように、加工装置３１は、枠台３２の上面に、ステージ３３および支柱３４が配設されて構成されている。
【００４０】
ステージ３３には、フライアイレンズ成形型２１が取り付け可能であり、フライアイレンズ成形型２１の上面が水平となるように、フライアイレンズ成形型２１がステージ３３に取り付けられる。また、ステージ３３は、水平方向（図３中の矢印Ｘおよび矢印Ｙで示される方向）、および鉛直方向（図３中の矢印Ｚで示される方向）に移動可能であるとともに、水平面に沿って回転可能とされている。
【００４１】
支柱３４の上部には、ステージ３３が配設されている方向へほぼ水平に張り出す梁腕３５が設けられており、梁腕３５の先端に、加工ヘッド３６が設けられている。加工ヘッド３６の下端部には、工具駆動部３７が設けられており、工具駆動部３７は、加工ヘッド３６の中心を通る鉛直軸Ｖに対して所定の傾斜角度をもつ回転軸Ｃを中心に、その先端に装着される工具を回転駆動する。
【００４２】
例えば、図６では、工具駆動部３７の先端には、研磨工具３８が装着されており、ステージ３３上のフライアイレンズ成形型２１に対して研磨加工が行われる。研磨工具３８は、フライアイレンズ成形型２１に形成される凹曲面２２とほぼ同じ曲率をもつ半球形状の工具であり、その下方の先端が、図６に示されている鉛直軸Ｖに一致するように、工具駆動部３７の先端に装着される。
【００４３】
このように構成されている加工装置３１では、回転軸Ｃを中心として回転駆動する研磨工具３８による研磨方向に沿って、フライアイレンズ成形型２１の凹曲面２２に加工痕が形成される。そして、図５を参照して説明したように、所定のラインに並ぶ凹曲面２２列を加工するごとに、ステージ３３によりフライアイレンズ成形型２１を回転させる加工方法により、フライアイレンズ成形型２１が製造される。
【００４４】
このような加工方法によりフライアイレンズ成形型２１を加工することで、フライアイレンズ成形型２１に配列される複数の凹曲面２２それぞれで、加工痕が形成されるものの全体としては加工痕の方向が一様ではなくなる。そして、そのフライアイレンズ成形型２１を使用してフライアイレンズ１１を成形加工することで、図３に示したように、単位レンズ１４に転写される加工痕の方向が一様でないフライアイレンズ１１を得ることができる。なお、フライアイレンズ１１を成形するには、フライアイレンズ成形型２１と他方のレンズ面用の成形型（不図示）と２つのレンズ面成形型との間の部分の成形型を組み合わせ、アクリルやＰＭＭＡ等の熱可塑性樹脂を用いインジェクション成形型を用いることができる。
【００４５】
従って、複数の単位レンズ１４の加工痕の方向が一様でないフライアイレンズ１１を、図１を参照して説明したような照明光学系に使用することで、従来よりも照明ムラの発生を抑制することができる。即ち、従来よりも、一様な強度で視野面を照明することができる高品質なフライアイレンズ１１を得ること、つまり、フライアイレンズ１１の品質を向上させることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、所定のラインに並ぶ凹曲面２２列を加工するごとに、フライアイレンズ成形型２１を回転させる加工方法について説明したが、凹曲面２２の加工方向が一様なものとなることを回避することができれば、このような凹曲面２２列ごとの回転に限られるものではない。
【００４７】
例えば、少なくとも１つの凹曲面２２を加工するたびに、フライアイレンズ成形型２１を、任意の角度で回転させるようにしてフライアイレンズ成形型２１を加工するようにしてもよい。また、所定のラインに並ぶ凹曲面２２列を加工するごとに、フライアイレンズ成形型２１を回転させる加工方法では、同一の加工方向で加工された凹曲面２２の配置に規則性が現れるが、規則性が現れないように、同一の加工方向で加工された凹曲面２２の配置がランダムとなるように、フライアイレンズ成形型２１を加工してもよい。例えば、加工装置３１を制御する制御装置において乱数を発生させ、その乱数に従って、凹曲面２２それぞれの加工方向を決定してもよい。
【００４８】
例えば、図７には、同一の加工方向で加工された凹曲面２２の配置がランダムとなるように加工されたフライアイレンズ成形型２１を使用して成形加工されたフライアイレンズ１１が示されている。図７のフライアイレンズ１１では、単位レンズ１４それぞれに転写された加工痕の方向がランダムとなっている。
【００４９】
このように、単位レンズ１４の加工痕の方向がランダムとなっているフライアイレンズ１１を照明光学系に使用することで、単位レンズ１４の加工痕の方向が規則的な場合よりも、例えば、フライアイレンズ１１を通過する照明光の光軸がずれたときの照明ムラの発生を抑制することができる。
【００５０】
また、例えば、それぞれ加工方向が異なる複数の加工工具を有する加工装置を用いることで、フライアイレンズ成形型の凹曲面に形成される加工痕の方向が一様にならないようにすることができるが、そのような加工装置は、装置自体が大型化するとともに、フライアイレンズ成形型の製作コストが高くなる恐れがある。
【００５１】
これに対し、フライアイレンズ成形型２１を回転させて凹曲面２２に形成される加工痕の方向が一様にならないよな加工方法を採用することにより、小型の加工装置でフライアイレンズ成形型２１を加工することができるとともに、低コストでフライアイレンズ成形型２１を製作することができる。
【００５２】
なお、本発明は、図１に示したような両面に凸曲面が形成されるフライアイレンズ１１の他、例えば、片面に凸曲面が形成されるフライアイレンズに適用することができる。また、フライアイレンズに形成される凸曲面の配列は、例えば、図３に示したようなハニカム状に限られるものではなく、行列（マトリクス）状でもよい。
【００５３】
また、フライアイレンズ成形型２１と加工方向とを相対的に回転させることができればよく、図６のステージ３３を利用して、フライアイレンズ成形型２１を回転させる他、フライアイレンズ成形型２１を固定したまま、加工ヘッド３６による加工方向を回転させてフライアイレンズ成形型２１を加工してもよい。
【００５４】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  フライアイレンズ，  １２  光源，  １３  コリメータレンズ，  １４ａ乃至１４ｃ  単位レンズ，  １５  コンデンサレンズ，  １６  視野面，  ２１  フライアイレンズ成形型，  ２２  凹曲面，  ３１  加工装置，  ３２  枠台，  ３３  ステージ，  ３４  支柱，  ３５  梁腕，  ３６  加工ヘッド，  ３７  工具駆動部，  ３８  研磨工
【図１】
2010214696.tif 000003
【図２】
2010214696.tif 000004
【図３】
2010214696.tif 000005
【図４】
2010214696.tif 000006
【図５】
2010214696.tif 000007
【図６】
2010214696.tif 000008
【図７】
2010214696.tif 000009