(57)【要約】【課題】研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨するに際して、研磨液と結晶材料の反応による表面荒れを生じないようにすることが可能となる研磨方法、及びその研磨液、光学物品（光学素子）の製造方法を提供する。【解決手段】研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨する研磨方法において、前記物品に対する研磨を複数回の研磨工程に分割し、該分割された各研磨工程を研磨液の反応による表面荒れが生じない時間内に終えるようにし、前記複数回の研磨工程によって前記物品を研磨する。【選択図】　　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨する研磨方法において、前記物品に対する研磨を複数回の研磨工程に分割し、該分割された各研磨工程を研磨液の反応による表面荒れが生じない時間内に終えるようにし、前記複数回の研磨工程によって前記物品を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨する研磨方法において、前記物品に対する研磨を水性の研磨液の反応による表面荒れをある程度許した状態で研磨を行なった後、その仕上げ研摩を研磨液の反応による表面荒れが生じない非水性の研磨液で研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
前記物品は光学素子を製造するものであり、前記研磨方法は、前記物品の光通過面の面積よりも小さな研磨工具を移動させて当該光通過面に非球面を研磨する研磨方法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記非水溶性の研磨液は、低粘度シリコンオイルに研磨剤を混合した研磨液であることを特徴とする請求項２に記載の研磨方法。
【請求項５】
母材を切削して前記物品を得る工程と、前記物品を請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨方法により研磨する工程とを含む光学物品の製造方法。
【請求項６】
低粘度シリコンオイルに研磨剤を混合したことを特徴とする研磨液。
【請求項７】
請求項６に記載の研磨液を用いて物品を研磨する工程を含む光学物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子または光学物品の研磨方法、及びその研磨液に関し、特に、結晶材料からなる高精度な光学素子または光学物品を研磨するのに使用される物品の研磨方法、及びその研磨液、光学物品（光学素子）の製造方法に関する。例えば、真空紫外域から遠赤外域までの広い波長範囲において用いられる各種光学素子、レンズ、窓材、プリズム等の光学物品に好適であるフッ化カルシウム（蛍石）、フッ化マグネシウム等のフッ化物系結晶材料からなる高精度な光学素子または光学物品の研磨加工に好適な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蛍石結晶は白色光に対する分散性が少なく、また紫外線域から短波長領域の光透過率が良い等、他の光学材料には無い優れた特長があり、以前から高解像低収差の望遠鏡レンズに用いられている。最近では波長２４８ｎｍのＡｒＦレーザや波長１５７ｎｍのＦ２レーザ等の短波長光を光源とした露光装置の照明光学系や投影光学系のレンズへの適用が検討されている。レンズの多くは球面形状であるが、最近では放物面など非球面形状を組み込んだ光学系の設計が多くなってきており、レンズ直径は２００ｍｍを超える。
【０００３】
非球面レンズの形状を作り込む研磨工程には、直径比がレンズの１／５〜１／１０程度の小径の研磨工具が用いられ、レンズの形状測定データを基準に設計形状から厚み側に多くずれている箇所を部分的に研磨除去することにより、形状精度を向上する方法が採用されている。研磨工具は、例えば、円形のピッチ又は発泡ポリウレタン樹脂を台金に貼りつけたもので構成される。
【０００４】
研磨工程では、かかる研磨工具をダイヤモンド微粉の入った研磨液をかけながらレンズ加工面に回転しながら押しつけてレンズの端から端までを連続して移動走査する。その際、多くの除去量を必要とする箇所では走査移動速度を遅くしたり圧力を高くしたりすることによって除去量を増加する、いわゆる工具滞留時間制御又は圧力制御を採用している。
工具径の異なる複数の工具を準備して行うこの方式は、元の誤差形状の波長に見合った直径の工具を選択することにより、誤差形状の短波長から長波長までの広い範囲の波長が除去可能となり、非球面レンズの研磨に広く使用されている方式である。
【０００５】
従来、短波長光に用いる蛍石レンズの研磨には、ポリシャ（研磨工具）が超微細気孔を有するアスカ硬度８０以下のものや（特許文献１参照）、研磨剤がＳｉＯ２系の微粒子がある。
また、ダイヤ微粒子とコロイダルシリカを併用した研磨液が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、これらのいずれにも研磨剤と混合する液体の種類については、言及されていない。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２３０４４５号公報
【特許文献２】特開２０００−１１７６０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、蛍石結晶は通常の空気中では表面は安定しており、化学反応で表面が荒れることは少ない。しかしながら、ある種の液体にさらされると表面が荒れた状態になり、光透過率が低下する悪影響が出る。Ｆ２レーザ光の場合、表面粗さがｒｍｓ０．６ｎｍ以下の滑らかさが必要だとされている。
通常使用される研磨液の主成分は、研磨剤であるダイヤとそれを分散する液体の混合物からなり、液体には水を使用する。蛍石の主成分のＣａＦ２は水と反応して水酸化カルシウムを生成する。その反応速度は遅く、数時間水中に浸した状態では表面反応物は観察されない。しかしながら、最近の研究の結果、表面の干渉縞を顕微鏡で拡大してＣＣＤで形状を解析する原理の表面粗さ計や、原子間引力顕微鏡ＡＦＭで表面状態を観察すると、ごくわずかであるが時間と共に徐々に荒れていることがわかってきた。
【０００８】
実験によると研磨工具が通過した後の表面平均粗さは、研磨直後はｒｍｓ０．３ｎｍだったものが、その後２時間液中に浸された箇所は、ｒｍｓｏ０．６ｎｍに増加していた。短波長の光ではレンズ表面のごくわずかな荒れで透過率が急激に低下するため研磨中の表面荒れを少なくしなければならない。特に、非球面研磨では小面積の研磨工具を移動してレンズ全面を研磨するため研磨時間が長くなり、径の大きなレンズでは１０時間以上かかることも普通である。研磨直後の滑らかな表面を維持するために、研磨液と結晶の反応による表面荒れを少なくする手段が必要になる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨するに際して、研磨液と結晶材料の反応による表面荒れを生じないようにすることが可能となる研磨方法、及びその研磨液、光学物品（光学素子）の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の（１）〜（７）のように構成した研磨方法、及びその研磨液、光学物品（光学素子）の製造方法を提供するものである。
（１）研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨する研磨方法において、前記物品に対する研磨を複数回の研磨工程に分割し、該分割された各研磨工程を研磨液の反応による表面荒れが生じない時間内に終えるようにし、前記複数回の研磨工程によって前記物品を研磨することを特徴とする研磨方法。
（２）研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨する研磨方法において、前記物品に対する研磨を水性の研磨液の反応による表面荒れをある程度許した状態で研磨を行なった後、その仕上げ研摩を研磨液の反応による表面荒れが生じない非水性の研磨液で研磨することを特徴とする研磨方法。
（３）前記物品は光学素子を製造するものであり、前記研磨方法は、前記物品の光通過面の面積よりも小さな研磨工具を移動させて当該光通過面に非球面を研磨する研磨方法であることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の研磨方法。
（４）前記非水溶性の研磨液は、低粘度シリコンオイルに研磨剤を混合した研磨液であることを特徴とする上記（２）に記載の研磨方法。
（５）母材を切削して前記物品を得る工程と、前記物品を上記（１）〜（３）のいずれかに記載の研磨方法により研磨する工程とを含む光学物品（光学素子）の製造方法。
（６）低粘度シリコンオイルに研磨剤を混合したことを特徴とする研磨液。
（７）上記（６）に記載の研磨液を用いて物品を研磨する工程を含む光学物品（光学素子）の製造方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨するに際して、上記構成を適用することにより、表面が研磨液との反応で荒れやすい蛍石結晶でも、研磨液と結晶材料の反応による表面荒れを除去することができ、研磨表面粗さを大幅に向上させることが可能となる。また、仕上げ工程の研磨液として、研磨液と結晶材料の反応による表面荒れの生じない非水性の研磨液を用いることにより、研磨表面粗さを大幅に向上させることが可能となる。
【００１２】
具体的には、例えば従来１回の研磨で除去していた量を除去厚み方向に数回に分割し、その分割された１回の研磨時間を短くして研磨液の反応による表面荒れが生じない時間内に終えるようにすることで、表面の荒れを少なくする。実験によると、研磨後表面の荒れは最初はゆっくり進み、時間の経過と共に級数的に増加することが明らかとなっている。したがって、ある時間以内で研磨を終了すれば、表面荒れは無視できる程小さく、研磨直後の表面と同程度を維持できる。
【００１３】
また、これとは別の手段として、表面反応をある程度許した状態で高除去能率の研磨を行ない、その後に除去能率は低いが表面反応のない非水性の研磨液で研磨する研磨方法を構成する。その際、研磨液としては、液体シリコン研磨液を用いる。液体シリコンは化学的に安定物質で、蛍石との反応は皆無であり、研磨中に液反応による表面荒れがない。但し、シリコン液中では研磨除去量が少なくなり、そのままでは効率的でないので、最初は水性研磨液で研磨し、最後の仕上げはシリコン液中で行う研磨を組み合わせることで、実効を上げるることが可能となる。
【００１４】
つぎに、本発明の実施の形態を、図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施の形態における研磨装置の構成を示す図であり、図１（ｂ）は工具の移動経路を説明するための図である。図１において、１０は研磨レンズである蛍石、１２は研磨工具で円板状の台金の上にクッション材、その上に研磨シートを接着したものである。１４は研磨液で１６は研磨液を循環するためのポンプ、１８は研磨液を溜める桶で、レンズ全表面を浸すだけの研磨液量が入っている。
２０は研磨レンズを載せてＮＣ制御でＸＹ方向に移動するスライドテーブル、２２は研磨すべきレンズ表面の傾斜に応じて研磨工具に傾きを与える３軸傾斜機構、２４は工具を回転するモータ、工具からレンズ面に加圧を与えるエアーシリンダーまたはバネなどの加圧機構を含む部材である。
【００１５】
液に浸されたレンズ上に研磨工具が配置され、工具は回転しながらレンズ面上を加圧状態で全面を移動する。工具の移動経路は、図１（ｂ）に示すように矩形の折り返しをとり、一定ピッチで送り返す。非球面の形状誤差が凸方向に大きい箇所ではレンズを移動するテーブルの速度を遅くし、研磨工具の滞留時間を長くして部分的な研磨除去量を増加することにより設計形状に近ずける。
【００１６】
上記運動や、１回の研磨除去量の制御は図示しないがＮＣ制御により行われる。研磨液はレンズ周りの桶内に溜めた状態で、そのままでは研磨剤が沈殿するためポンプ１６で回転液流を発生させると同時に、汲み上げた液を研磨点に吐出して循環する。
【００１７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図２に、本発明の実施例１における研磨方法を説明するための図を示す。
図２（ａ）は従来における一度に所定の研磨除去厚みを除去する研磨方法を説明するための図であり、図２（ｂ）は従来において一度に研磨除去していた厚みを４分割して研磨するようにした本実施例の研磨方法を説明するための図である。
【００１８】
本実施例においては、径２００ｍｍの単結晶非球面蛍石を研磨するのに、直径１０ｍｍの研磨工具を使用した。工具構成は表面から発泡ポリウレタンシート、次層がスポンジ弾性体、最下層が金属円板でそれぞれを接着する。研磨剤は平均粒径０．８μｍのダイヤ微粉で、純水に重量濃度０．５％で希釈した。レンズ研磨部に十分な液があるように桶内の液をポンプで吸引滴下すると同時に、研磨剤がおけ内に沈澱しないようにレンズ回りを回転循環させる。
【００１９】
本実施例においては、４分割した研磨工程のまず最初の１回目の研磨工程において、レンズ全面を研磨するのに要する時間が３０分になるように、テーブル移動速度と工具位置送りピッチを設定して、レンズ全面を一定移動速度で研磨した。引き続き残りの工程を同じようにして３回研磨を繰り返して重ね研磨したところ、表面粗さが１ｎｍｒｍｓのものが得られた。
【００２０】
比較例として、従来における一度に所定の研磨除去厚みを除去する研磨方法を実施した。レンズ全面の形状修正研磨に４時間を要し、研磨後の表面粗さは平均粗さで３ｎｍｒｍｓであることが確認された。これらの結果により、分割研磨により研磨表面粗さをより向上させることが可能となるということが確認された。
【００２１】
［実施例２］
実施例２においては、表面反応をある程度許した状態で高除去能率の研磨を行なう研磨工程として、実施例１と同様に研磨剤は平均粒径０．８μｍのダイヤ微粉で、純水に重量濃度０．５％で希釈したものを使用した。
【００２２】
上記研磨工程によりレンズ全面の形状修正研磨が終了後、研磨液を仕上げ用に交換した。仕上げ研磨液の組成は、溶媒液はＳｉオイル粘度１０〜５０ｍｍ２／ｓｅｃで、研磨剤は平均粒径１００ｎｍの単結晶ダイヤ微粉を重量濃度０．１％で混合したものを１リッター調合した。研磨剤の分散を良くするために、超音波撹拌機で１０分間撹拌し、その後Ｓｉオイルを３リッター追加して計４リッターの液を密閉容器に入れ、直径２０ｍｍ毎分１５０００ｒｐｍの羽根で１０分間撹拌した。密閉容器は冷却水で温度調節をした。
【００２３】
研磨工具はスポンジゴムの表面に研磨ピッチを網目状に貼ったもので、仕上げ用研磨液中に浸した蛍石レンズ全面を厚み４０ｎｍで均等に除去研磨したところ、研磨後の平均表面粗さは０．３ｎｍｒｍｓと、良好な表面粗さのものが得られた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨工具によりフッ化物系結晶材料からなる物品を研磨するに際して、研磨液と結晶材料の反応による表面荒れを生じないようにすることが可能となる研磨方法、及びその研磨液、光学物品（光学素子）の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための図であり、（ａ）は本実施の形態における研磨装置の構成を示す図であり、（ｂ）は工具の移動経路説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１における研磨方法を説明するための図であり、（ａ）は従来における一度に所定の研磨除去厚みを除去する研磨方法を説明するための図、（ｂ）は従来において一度に研磨除去していた厚みを４分割して研磨するようにした本実施例の研磨方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０：研磨レンズ
１２：研磨工具
１４：研磨液
２０：スライドテーブル
【図１】
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【図２】
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