JP2015027768A - 成形型の製造方法、マーク加工装置、及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】マークの視認性を確保しつつマークを光学転写面に対して高精度で形成した成形型の製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態のマーク加工装置又は成形型の製造方法では、転写面２０ｐ，３０ｐを測定するための測定用部材を用いて転写面２０ｐ，３０ｐの所定箇所に基準マーク２５，２６，３５，３６を形成するので、基準マーク２５，２６，３５，３６の形成箇所を精密なものとでき、光学素子であるレンズアレイ１０の成形の管理が容易となる。また、測定用部材として触針４１の圧子４２を用いて基準マークを形成するので、切削工具のような摩耗の問題が生じにくく、基準マーク２５，２６，３５，３６を転写した基準転写マーク１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂの視認性を確保しやすい。【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子の製造に用いられる成形型の製造方法、成形型の転写面にマークを形成するためのマーク加工装置、及び光学素子に関する。

レンズ等の光学素子の製作にあたり、研磨によるのではなく、金型形状を転写するモールド法が多く用いられている。かかるモールド法の利点として、金型を１つ作製することでレンズを大量かつ安価に生産可能である点、研磨によっては困難である非球面、自由曲面、アレイレンズ等の生産も容易になる点等があげられる。

モールド法でレンズを作製する場合、成形機に取り付けられた一対の金型の位置ズレがあると、成形されたレンズの両光学面間でズレ（偏芯）が生じる。わずかな偏芯でも、レンズの用途によっては所望のレンズ特性を達成できなくなる場合がある。したがって、成形機に固定された一対の金型の位置を微調整することが一般的に行われており、成形されたレンズの偏芯を測定し、金型の位置修正のためにフィードバックすることが行われている。レンズの偏芯を測定する方法として、回転対称の中心にマーク形状が加工された金型を用いて成形を行い、成形されたレンズの上下面のマーク座標を顕微鏡等で観察することによってレンズの偏芯を算出するものがある（特許文献１参照）。マーク形状の加工には、彫刻、エッチング、エンボス加工等の手法を用いることができる。

成形型の型面に同様の目的でマークを付与する方法として、切削用のバイトを用いて、幅数μｍ〜数１０μｍ、深さμｍ〜数１０μｍ、直径１ｍｍのリング状のマークを切削形成するものも、公知となっている（特許文献２参照）。

マークから偏芯を高精度で効率的に計測するためには、光学顕微鏡等を用いて取り込んだ画像に対して画像処理を行う必要があり、マークの視認性が重要である。このようなマークを備える金型を精度よく製造するためには、１本の工具で光学面とマークとを一括して加工する方法、２本の工具を使用して光学面とマークとを個別に加工する方法等が考えられる。

１本の工具で光学面とマークとを一括加工する場合、微小な構造物であるマークの視認性を高めるため、微小半径の先端部を有する切削工具等を用いる必要があるが、このような先端の尖った切削工具で材料を加工すると、工具摩耗が進行しやすく光学転写面の形状精度の制御が容易でなくなる。つまり、マークの視認性確保と光学転写面の精度確保との両立が容易でなくなる。
一方、２本の工具で光学面とマークとを個別加工する場合、原理的に光学面とマークとの位置関係の精度が低下しやすい。光学面用の工具とマーク用の工具とを加工機に取り付けた場合、これら両工具間の位置関係を正確に把握しつつその経時的変化を抑制する必要がある。両工具間の位置関係に誤差を生じさせる要因として、環境温度の変化、両工具による事前加工面の測定誤差等が考えられるが、これらを低減することは容易でない。

特表２００７−５１９０２０号公報 特開平８−２９４９７６号公報

本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、マークの視認性を確保しつつマークを転写面に対して高精度の配置で形成した成形型の製造方法及びマーク加工装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記成形型の製造方法等を利用して作製される光学素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る成形型の製造方法は、光学素子を成形するための成形型の製造方法であって、測定用部材を成形型の転写面に接触させ当該転写面の形状を測定する測定工程と、測定工程に引き続き、成形型と測定用部材とを取り外さずに、測定用部材を用いて転写面の所定箇所に、転写面の基準位置を特定するための基準マークを形成するマーク加工工程とを備える。ここで、転写面の基準位置とは、測定工程によって得られる空間的な基準点、基準線等であり、例えば転写面に光学転写面が設けられている場合、当該光学転写面の光軸のようなものを意味する。

上記成形型の製造方法では、転写面の形状を測定するための測定用部材を用いて転写面の所定箇所に基準マークを形成するので、基準マークの形成箇所を精密なものとでき、光学素子の成形の管理が容易となる。また、測定用部材を用いるので、切削工具のような摩耗の問題が生じにくく、基準マークを転写した基準転写マークの視認性を確保しやすい。なお、基準マークの形成を測定工程に引き続いて成形型や測定用部材を取り外す前とすることで、転写面の基準位置に対して基準マークの空間的配置関係を精密に設定することができる。

また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記成形型の製造方法において、基準マークは、基準点を直接又は間接的に示す窪みである。窪みは加工が容易であり、画像処理等によって比較的検出しやすくできる。

また、本発明の別の側面によれば、基準マークは、球面状の窪みである。この場合、窪みの中心を基準点とすることができる。

また、本発明のさらに別の側面によれば、基準マークは、転写面のうち光学面を転写するための光学転写面外の平坦な領域に形成される。この場合、基準マークが光学転写面に影響することを防止でき、基準マークを精密に形成しやすくなる。なお、基準マークは、光学転写面外に限らず、光学転写面内（具体的には、例えば光学転写面の中心すなわち光軸上）に形成してもよい。

また、本発明のさらに別の側面によれば、光学素子は、２次元的に配列された複数のレンズ要素と、当該複数のレンズ要素を周囲から支持する支持部とを有し、基準マークは、支持部に対応する転写面の領域に形成される。この場合、光学素子は、レンズアレイであり、基準マークは、レンズアレイ内の複数のレンズ間やレンズアレイの枠部に形成されることになる。

また、本発明のさらに別の側面によれば、測定用部材は、転写面の配置又は形状に関する情報を検出する測定に用いられる接触式プローブの先端に設けられた圧子であり、当該圧子を転写面に押圧することによって当該転写面を変形させる。この場合、接触式プローブの圧子によって基準マークを形成することができ、接触式プローブの測定精度で基準マークを形成することができる。

また、本発明のさらに別の側面によれば、圧子は、成形型よりも高硬度な材料で構成されている。この場合、基準マークの形成によって圧子が劣化したり損傷したりすることを防止できる。

また、本発明のさらに別の側面によれば、接触式プローブは、球状面を有する圧子と、当該圧子を下端に固定した軸部と、当該軸部を昇降可能に支持する軸受部とを有する。

また、本発明のさらに別の側面によれば、駆動機構によって、測定用部材を転写面に付勢する駆動力を与える。この場合、駆動機構に駆動された測定用部材を転写面に付勢することで、測定用部材の先端形状の転写したものとして基準マークを形成することができる。

また、本発明のさらに別の側面によれば、駆動機構は、測定用部材を転写面に衝突させる運動によって、測定用部材の先端形状を転写面に基準マークとして転写する。この場合、測定用部材の先端形状に対応する基準マークを比較的深く目立つように形成することができる。

上記目的を達成するため、本発明に係るマーク加工装置は、光学素子の成形用の成形型に基準マークを形成するためのマーク加工装置であって、転写面を測定するための測定用部材と、測定用部材の位置を監視しつつ当該測定用部材を動作させて、転写面の所定箇所に基準マークを形成させる制御部とを備える。

上記マーク加工装置では、制御部が、転写面の形状等を測定するための測定用部材の位置を監視しつつ当該測定用部材を動作させて転写面の所定箇所に基準マークを形成させることができるので、基準マークの形成箇所を精密なものとでき、光学素子の成形の管理が容易となる。また、測定用部材を用いるので、切削工具のような摩耗の問題が生じにくく、基準マークを転写した基準転写マークの視認性を確保しやすい。

上記目的を達成するため、本発明に係る第１の光学素子は、上記成形型の製造方法によって得た成形型を用いた成形によって形成されたものである。

上記目的を達成するため、本発明に係る第２の光学素子は、転写面の形状等を測定するための測定用部材によって形成された基準マークを有する成形型を用いた成形によって形成され、基準マークは、転写面に沿って異方性を有する。

実施形態のマーク加工装置を説明する概念図である。 マーク加工装置等の一部を拡大した斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１の成形型の平面図及び側方断面図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、第２の成形型の平面図及び側方断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、成形型によって形成された光学素子であるレンズアレイの平面図、側方断面図、及び裏面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１の成形型に形成された基準転写マークを拡大して示す平面図及び側方断面図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、第２の成形型に形成された基準転写マークを拡大して示す平面図及び側方断面図であり、（Ｅ）及び（Ｆ）は、レンズアレイに形成された基準マークを拡大して示す平面図及び側方断面図である。 成形型の転写面を加工する面加工装置を説明する概念的な斜視図である。 処理の手順を説明するフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、マーク加工工程を説明する概念図である。 基準マークの形成例を説明する図である。 基準マークの変形例を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るマーク加工装置について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態のマーク加工装置１００は、接触型の形状測定装置を基本として必要な機能を追加したものであり、定盤８１上に、ＸＹステージ装置８２と、Ｚ駆動装置８４とを固定した構造を有する。つまり、マーク加工装置１００は、形状測定装置を兼ねる。ここで、ＸＹステージ装置８２やＺ駆動装置８４等の動作は、制御装置９９によって制御されている。

ＸＹステージ装置８２は、制御装置９９の制御下で動作し、載置台８２ａ上に固定された被測定物等である成形型２０を、ＸＹ面内で２次元的に任意の位置に滑らかに移動させる。載置台８２ａは、成形型２０を支持するための支持基準面ＰＳを有する。載置台８２ａは、支持基準面ＰＳのチルト角等を微調整できる機構を有し、成形型２０を支持基準面ＰＳ上に位置決めした状態でかつ着脱可能に支持している。

ＸＹステージ装置８２は、Ｘ軸方向にスライド移動する可動部８２ｘと、Ｙ軸方向にスライド移動する可動部８２ｙとの上下２段で構成されている。

ＸＹステージ装置８２の上部に設けた載置台８２ａ上に固定された成形型２０の位置は、ＸＹステージ装置８２の上部に設けたＸミラー部材８３ａと、Ｙミラー部材８３ｂとを利用して検出される。すなわち、Ｘミラー部材８３ａに対向して定盤８１上に取り付けたレーザー干渉計８３ｄを利用してＸ軸方向の位置が分かる。レーザー干渉計８３ｄは、レーザー光ＬＬを発生するレーザー光源８３ｆと、図示を省略する干渉用光学系及びセンサー備え、Ｘミラー部材８３ａで反射されたレーザー光ＬＬの位相変化に基づいてＸ軸方向の位置を算出することができるようなっている。また、同様に、Ｙミラー部材８３ｂに対向して定盤８１側に取り付けたレーザー光源８３ｇを有するレーザー干渉計８３ｅを利用してＹ軸方向の位置が分かる。

Ｚ駆動装置８４は、フレーム８５上に昇降機構８６を固定したものであり、昇降機構８６は、フレーム８５上部に固定されＺ方向に延びる支持軸８６ａと、支持軸８６ａに支持されてＺ軸方向に移動する昇降部材８６ｂと、昇降部材８６ｂに支持されて昇降するプローブ装置４０とを備える。

図２にも示すように、プローブ装置４０は、触針４１によって、載置台８２ａ上に固定された成形型２０の表面形状の計測を可能にする。触針４１は、先端に測定用部材として半球状の圧子４２を有しているスタイラス状の部材である。プローブ装置４０は、触針４１の軸部４１ｓの昇降運動を許容する軸受部８９ｋを備え、触針４１は、軸受部８９ｋを介して昇降部材８６ｂに非接触で支持されてＺ軸に沿って滑らかに昇降運動可能になっている。さらに、触針４１は、バネ９２によって上方に引っ張られており、自重よりも極めて軽い状態で成形型２０の表面２ａと接触するようになっている。ここで、軸受部８９ｋは、例えば空気や電磁力を利用した非接触型の軸受けであり、軸受け駆動部８７に駆動されて触針４１の滑らかな昇降を可能にするとともに、触針４１にＺ軸に沿って上昇する力やＺ軸に沿って降下する力を与えることができ、圧子（測定用部材）４２が成形型２０の表面２ａを押圧する際の圧力を調整できるようになっている。ここで、軸受部８９ｋと軸受け駆動部８７とは、触針４１を成形型２０の表面２ａに付勢する駆動力を与える駆動機構として機能する。

プローブ装置４０に設けた触針４１の上下位置は、触針４１の上端に設けられて触針４１とともに昇降するＺミラー部材８９ａと、フレーム８５側に固定されたレーザー干渉計８９ｂとを利用して検出される。レーザー干渉計８９ｂは、レーザー光ＬＬを発生するレーザー光源８９ｇと、図示を省略する干渉用光学系及びセンサーを備え、Ｚミラー部材８９ａのミラー面で反射されたレーザー光ＬＬの位相変化に基づいてＺミラー部材８９ａのＺ軸方向の変位量を算出することができるようなっている。

制御装置９９は、レーザー干渉計８３ｄ，８３ｅ，８９ｂを監視して載置台８２ａや成形型２０やその表面２ａの３次元的な位置を監視するだけでなく、軸受け駆動部８７を介して指令を出力することにより、触針４１の圧子４２が成形型２０の表面２ａに当接する圧力を自在に調整でき、所望のタイミングで圧子４２による表面２ａに向けた付勢力を正負を含めて所望の値に切り替えることができる。なお、圧子４２の先端は、表面２ａ上で滑らかに移動するため、半球状の球状面４２ａとなっている。圧子４２、特に先端部４２ｅは、監視対象物の成形型２０の表面と衝突しても変形しないダイヤモンド等の比較的高硬度な材料で構成されている。

以上のマーク加工装置（形状測定装置）１００では、触針４１下部の尖端である圧子（測定用部材）４２が成形型２０の表面２ａに対して一定の圧力で押圧する状態で触針４１を昇降させつつ、ＸＹステージ装置８２を適宜動作させて、載置台８２ａ上に載置された成形型２０をＸＹ面内で２次元的に走査するように移動させる。これにより、触針４１の圧子４２を成形型２０の表面２ａに沿って２次元的に移動させることができる。つまり、レーザー干渉計８３ｄ，８３ｅを利用して得たＸＹステージ装置８２のＸＹ座標と、レーザー干渉計８９ｂを利用して得た触針４１のＺ座標とを、制御装置９９で対応付けしつつ必要な演算処理を行うことにより、成形型２０の表面２ａについて精密な測定が可能となっている。

図２は、プローブ装置４０の触針４１を説明する部分拡大斜視図である。触針４１の下端に形成された圧子４２は、測定モードでの動作に際して、図１に示す制御装置９９の制御下で軸受け駆動部８７に駆動されて、成形型２０の表面２ａ（例えば光学転写面２１ａ）に沿ってＺ方向に変位しつつＸＹ方向に移動可能になっている。また、圧子４２は、待避モードでの動作に際して、図１に示す制御装置９９の制御下で軸受け駆動部８７に駆動されて、Ｚ方向上側に変位し、成形型２０の表面２ａから離間する。また、圧子４２は、マーク加工モードでの動作に際して、図１に示す制御装置９９の制御下で軸受け駆動部８７に駆動されて、Ｚ方向下側に所定の速度及び加速度で変位し、成形型２０の表面２ａを変形させて表面２ａの窪みとして基準マーク（不図示）を形成する。測定モードにおいて、圧子４２の接触圧は、被加工物面である成形型２０の表面２ａに対する接触や走査によりキズ等の影響を及ぼし得ないものとしている。このような接触圧の閾値（以下、接触圧閾値）は、事前に試験的な測定を行って表面検査を行うことで確認できる。また、マーク加工モードにおいて、圧子４２の接触圧は、上記接触圧閾値の１１０％以上であって、所望のマークサイズを達成できるものとする。具体的な装置では、接触圧を１ｍｇｆ〜１０００ｍｇｆの範囲内で調整できるようになっている。

以下、図１に示すマーク加工装置１００によってマーク加工が施された成形型２０等について説明する。

図３（Ａ）及び３（Ｂ）は、図１のマーク加工装置１００によって処理された第１の成形型２０を示す平面図及び側方断面図である。図示のように、成形型２０は、Ｎｉ、銅、アルミ、超硬、ＳｉＣ等、或いはこれらの２つ以上の合金又はこれらの表面にコーティングを施したもので形成された四角柱状の部材である。成形型２０は、それぞれが光学面の転写に用いられる複数のレンズ転写部２１と、複数のレンズ転写部２１を周囲から支持する周辺転写部２２とを有する。これらのレンズ転写部２１は、ＸＹ面に平行に配列された正方の格子点（図示の例では３×３の９点）上に２次元的に配置されている。各レンズ転写部２１は、輪郭が円形で凹の光学転写面２１ａを有し、各光学転写面２１ａは、例えば非球面形状を有している。周辺転写部２２は、レンズ転写部２１を囲むように設けられており、光学転写面２１ａを囲んで軸ＡＸに垂直な平坦面２２ａとなっている。第１の成形型２０において、光学転写面２１ａと平坦面２２ａとを合わせたものは、この成形型２０の転写面２０ｐを構成している。

第１の成形型２０には、例えば対角位置（図示の例では、平坦面２２ａ、つまり光学転写面２１ａ外の平坦な領域）に一対の基準マーク２５，２６が形成されている。両基準マーク２５，２６は、同一の形状を有し、例えば図５（Ａ）に示すように平面視円形の輪郭を有し、図５（Ｂ）に示すように半球状の表面２７を有する凹部となっている。なお、基準マーク２５，２６の周囲には、加工工程に起因して低い環状の凸部２９が形成されているが、実際の製造では凸部２９が殆ど存在しない場合もある。

図３（Ｃ）及び３（Ｄ）は、図１のマーク加工装置１００によって処理された第２の成形型３０を示す平面図及び側方断面図である。図示のように、成形型３０は、Ｎｉ、銅、アルミ、超硬、ＳｉＣ等、或いはこれらの２つ以上の合金又はこれらの表面にコーティングを施したもので形成された四角柱状の部材である。成形型３０は、それぞれが光学面の転写に用いられる複数のレンズ転写部３１と、複数のレンズ転写部３１を周囲から支持する周辺転写部３２とを有する。これらのレンズ転写部３１は、ＸＹ面に平行に配列された正方の格子点（図示の例では３×３の９点）上に２次元的に配置されている。各レンズ転写部３１は、輪郭が円形で凹の光学転写面３１ａを有し、各光学転写面３１ａは、例えば非球面形状を有している。周辺転写部３２は、レンズ転写部３１を囲むように設けられており、光学転写面３１ａを囲んで軸ＡＸに垂直な平坦面３２ａとなっている。なお、周辺転写部３２の縁部３２ｄは、段差状に設けられた低い部分となっており、四角枠領域に広がる平坦面３２ｅとなっている。第２の成形型３０において、光学転写面３１ａと平坦面３２ａ，３２ｅとを合わせたものは、この成形型３０の転写面３０ｐを構成している。

第２の成形型３０には、第１の成形型２０と同様に、対角位置（図示の例では、平坦面３２ａ、つまり光学転写面２１ａ外の平坦な領域）に一対の基準マーク３５，３６が形成されている。両基準マーク３５，３６は、同一の形状を有し、例えば図５（Ｃ）に示すように平面視円形の輪郭を有し、図５（Ｄ）に示すように半球状の表面３７を有する凹部となっている。なお、基準マーク３５，３６の周囲には、加工工程に起因して低い環状の凸部３９が形成されているが、実際の製造では凸部３９が殆ど存在しない場合もある。

図４（Ａ）及び４（Ｂ）は、図３（Ａ）等に示す第１の成形型２０と、図３（Ｃ）等に示す第２の成形型３０とによって形成されるレンズアレイ１０を示す平面図及び側方断面図である。レンズアレイ１０は、軸ＡＸ方向又はｚ軸方向から見て略正方形の輪郭を有する光学素子である。レンズアレイ（光学素子）１０において、一方の第１主面１０ｐは、第１の成形型２０の転写面に対応する形状を有しており、他方の第２主面１０ｑは、第２の成形型３０の転写面に対応する形状を有している。

レンズアレイ１０は、複数のレンズ要素１１と、複数のレンズ要素１１を周囲から支持する支持部１２とを有する。第１レンズアレイ１０を構成する複数のレンズ要素１１は、ｘｙ面に平行に配列された正方の格子点（図示の例では３×３の９点）上に２次元的に配置されている。各レンズ要素１１は、一方の第１主面１０ｐにおいて凸の第１光学面１１ａを有し、他方の第２主面１０ｑにおいて凹の第２光学面１１ｂを有し、両光学面１１ａ，１１ｂは、非球面となっている。支持部１２は、平板状の部分であり、各レンズ要素１１の周りをそれぞれ囲むように形成されている。支持部１２は、一対の平行な平坦面１２ａ，１２ｂを表面として有する。支持部１２の外側に設けられた四角枠状の縁部１４は、レンズアレイ１０を他の部品に接合等するための部分となっており、その上面１４ｂは、平坦面となっている。

レンズアレイ（光学素子）１０の第１主面１０ｐ側には、平坦面１２ａ上に対角位置に一対の基準転写マーク１５ａ，１６ａが形成されている。両基準転写マーク１５ａ，１６ａは、同一の形状を有し、例えば図５（Ｅ）に示すように平面視円形の輪郭を有し、図５（Ｆ）に示すように半球状の表面１７を有する凹部となっている。レンズアレイ１０（光学素子）の第２主面１０ｑ側にも、平坦面１２ｂ上に対角位置に一対の基準転写マーク１５ｂ，１６ｂが形成されている。両基準転写マーク１５ｂ，１６ｂは、同一の形状を有し、例えば図５（Ｅ）に示すように平面視円形の輪郭を有し、図５（Ｆ）に示すように半球状の表面１７を有する凹部となっている。また、基準転写マーク１５ａ，１５ｂの周囲に低い凸部１９が形成される場合もある。なお、第１主面１０ｐの平坦面１２ａ上の一方の基準転写マーク１５ａは、第２主面１０ｑの平坦面１２ｂ上の一方の基準転写マーク１５ｂと上下に対向して配置されている。このため、レンズアレイ１０を光軸ＯＡ方向から顕微鏡観察した場合、基準転写マーク１５ａと基準転写マーク１５ｂとが略一致して重なり合うように観察され、基準転写マーク１５ａと基準転写マーク１５ｂとの位置ずれは、第１主面１０ｐと第２主面１０ｑのｘｙ面内での位置ずれを示すものとなる。第１主面１０ｐと第２主面１０ｑのｘｙ面内での位置ずれは、図３（Ａ）等に示す第１の成形型２０と図３（Ｃ）等に示す第２の成形型３０とを射出成形装置に組み込んだ際の両成形型２０，３０の位置ずれを示しており、射出成形装置の調整のためにフィードバックされる。

図６を参照して、成形型２０，３０の転写面２０ｐ，３０ｐを加工する面加工装置の一例を説明する。図示の面加工装置９０は、被加工体であるワークＷを切削加工するための切削ユニット９１と、切削ユニット９１をワークＷに対して支持する駆動装置としてのＮＣ駆動機構９２とを備える。切削ユニット９１は、例えばエンドミル等である切削工具９１ａを有し、切削工具９１ａを回転軸のまわりに回転させることもできる。切削工具９１ａの先端は、自由曲面を加工可能な形状となっている。ＮＣ駆動機構９２は、台座９４ａ上に第１ステージ９４ｂと第２ステージ９４ｃとを載置した構造の駆動装置である。ここで、第１ステージ９４ｂは、第１可動部９５ａを支持しており、この第１可動部９５ａは、不図示のチャックを介してワークＷを支持している。第１ステージ９４ｂは、ワークＷを、例えばγ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。一方、第２ステージ９４ｃは、第２可動部９５ｂを支持しており、この第２可動部９５ｂは、切削ユニット９１を支持している。第２ステージ９４ｃは、第２可動部９５ｂ及び切削ユニット９１を支持して、これらを例えばα軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができ、第２可動部９５ｂは、切削ユニット９１を支持して、これをβ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。

不図示の駆動制御装置によって、ＮＣ駆動機構９２に内蔵されたモータや位置センサー等を駆動することにより、第１及び第２ステージ９４ｂ，９４ｃや、第１及び第２可動部９５ａ，９５ｂを目的とする状態に適宜動作させる。ワークＷの表面Ｗａに自由曲面を加工する場合、例えばラスター型の走査を行いつつ切削加工を行う。具体的には、第２ステージ９４ｃによって切削ユニット９１をα軸方向に定速度で移動させる主走査を行うことができ、第１可動部９５ａによって切削ユニット９１をγ軸方向に定速度で移動させる副走査を行うことができる。これらの主走査及び副走査に際して、第２可動部９５ｂが切削ユニット９１をβ方向に適宜変位させることで、ワークＷの表面Ｗａに所望の凹凸形状を形成することができる。つまり、図３（Ａ）等に示す成形型２０と、図３（Ｃ）等に示す成形型３０とを加工することができる。なお、このような加工方法を採用する場合、切削ユニット９１によって成形型２０，３０に小さな基準マーク２５，２６，３５，３６を形成することは容易でない。

以下、図７を参照して、レンズアレイ１０の製造工程の概要について説明する。まず、図６に示す面加工装置９０を用いて、図３（Ａ）等に示す第１の成形型２０と、図３（Ｃ）等に示す第２の成形型３０とになるべき初期金型を作製する（転写面の加工工程；ステップＳ００）。具体的には、第１の成形型２０の転写面２０ｐや第２の成形型３０の転写面３０ｐを数値制御型の研削又は切削装置である面加工装置９０によって創成する。

次に、例えば第１の成形型２０を図１に示すマーク加工装置（形状測定装置）１００にセットし、プローブ装置４０の触針４１を第１の成形型２０の転写面２０ｐに沿って相対的に移動させて例えば複数の光学転写面２１ａの形状を測定し、複数の光学転写面２１ａの基準位置である中心ＣＰ（光軸ＡＸ上の点）を決定する（成形型の測定工程：ステップＳ０１5）。より詳細には、成形型２０の転写面２０ｐのうち特定の光学転写面２１ａに沿って、比較的低い接触圧を保ちつつ触針４１をＸ方向に主走査しＹ方向に副走査させるラスター走査を行うことで、この特定の光学転写面２１ａの形状を測定し、基準位置である中心ＣＰを決定することができる。他の光学転写面２１ａについても、同様に形状を測定することができ、基準位置である中心ＣＰを決定することができる。

次に、ステップＳ０１で測定後の第１の成形型２０に対して、図１に示すマーク加工装置１００をそのまま用いて、基準マーク２５，２６を追加する加工を行う（基準マークの加工工程；ステップＳ０２）。なお、この基準マークの加工工程（ステップＳ０２）は、上述した成形型の測定工程（ステップＳ０１）に引き続いて行われるが、これらの工程の間に面形状の測定結果に影響を与えない範囲で各種工程を追加することができる。

上記加工工程では、具体的には、プローブ装置４０の触針４１と第１の成形型２０とを測定工程の動作状態のままに継続させて、これら転写面２０ｐの中心ＣＰを基準とする所定位置に基準マーク２５，２６を順次形成する。つまり、触針４１や第１の成形型２０をマーク加工装置１００から取り外さずに、計測モードを維持したままの触針４１によって第１の成形型２０の適所に基準マーク２５，２６を形成する。ここで、計測モードの維持とは、計測の一貫性を確保できればよく、例えば触針４１をホームポジションに戻す程度のことは、計測モードの維持に含まれる。基準マーク２５，２６の形成についてより詳細に説明すると、図８（Ａ）に示すように、ＸＹステージ装置８２を適宜動作させて触針４１に対する成形型２０のＸＹ座標を目標値に設定する。これにより、触針４１の先端の圧子４２が成形型２０の転写面２０ｐのうち光学転写面２１ａ外に設定されたマーク形成位置まで移動する。次に、図８（Ｂ）に示すように、制御装置９９によって軸受け駆動部８７等を適宜動作させて触針４１を一旦上昇させ、触針４１の圧子４２が成形型２０の転写面２０ｐ又は平坦面２２ａから十分離れるようにする（負の接触圧状態）。その後、図８（Ｃ）に示すように、制御装置９９によって軸受け駆動部８７等を適宜動作させて触針４１を比較的高い接触圧となるように下方に付勢し（正の強い接触圧状態）、触針４１の先端の圧子４２を転写面２０ｐに衝突させる。なお、図示の例では、圧子４２を転写面２０ｐのうち光学転写面２１ａではなく平坦面２２ａに衝突させている。これにより、平坦面２２ａにおいて圧子４２の先端形状を反転させた窪みとしての基準マーク２５が形成される。図示は省略するが、基準マーク２６も、基準マーク２５の形成工程に引き続いて図８（Ａ）〜８（Ｃ）に示すものと同様の手法で形成され、結果的に得られる基準マーク２５，２６は、プローブ装置４０による転写面２０ｐの測定を反映した精密な位置に形成される。
以上において、基準マーク２５，２６の形成位置は、成形型２０の平坦面２２ａに限らず、光学転写面２１ａ上の適所（例えば光軸ＯＡ上にある中心ＣＰ）とできる。
以上において、触針４１又は圧子４２を光学転写面２１ａに沿って移動させているが、その軌跡は、例えば十字状とでき、或いはラスター走査状とできる。触針４１を移動させる軌跡のパターンは、光学転写面２１ａの測定の目的や精度に応じたものとできる。

以上と同様の工程を第２の成形型３０についても行う。すなわち、触針４１を第２の成形型３０の転写面３０ｐに沿って移動させて、転写面３０ｐの形状を測定して複数の転写面３０ｐの中心を決定し（成形型の測定工程：ステップＳ０１）、触針４１や第２成形型３０をマーク加工装置１００から取り外さずに、これら転写面３０ｐの中心を基準とする所定位置に基準マーク３５，３６を順次形成する（基準マークの加工工程；ステップＳ０２）。
以上において、基準マーク３５，３６の形成位置は、成形型３０の平坦面３２ａに限らず、光学転写面３１ａ上の適所（例えば光軸ＡＸ上にある中心ＣＰ）とできる。

次に、ステップＳ０２で基準マークを付した成形型２０，３０を利用して、レンズアレイ１０を成形する（光学素子の成形工程：ステップＳ０３）。この結果、レンズアレイ１０には、光学面１１ａ，１１ｂとともに基準転写マーク１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂが転写されている。

このようにして形成されたレンズアレイ１０は、顕微鏡観察され、基準転写マーク１５ａ，１５ｂの重なり具合や基準転写マーク１６ａ，１６ｂの重なり具合がチェックされる（レンズアレイの測定・評価の工程：ステップＳ０４）。チェックの結果は、良品及び不良品の判定に利用され、或いは成形型２０，３０の取り付け位置の調整にフィードバックされる。

図９は、成形型２０の転写面２０ｐに追加加工された基準マーク２５の一例を示す顕微鏡拡大写真である。基準マーク２５は、光学的に点又は円として明瞭に観察される。図示を省略するが、レンズアレイ１０の基準転写マーク１５ａ，１５ｂ等も、基準マーク２５と同様に光学的に明瞭に観察可能なものとなる。

以上のように、本実施形態のマーク加工装置又は成形型の製造方法では、転写面２０ｐ，３０ｐの形状を測定するための測定用部材を用いて転写面２０ｐ，３０ｐの所定箇所に基準マーク２５，２６，３５，３６を形成するので、基準マーク２５，２６，３５，３６の形成箇所を精密なものとでき、光学素子であるレンズアレイ１０の成形の管理が容易となる。また、測定用部材として触針４１の圧子４２を用いて基準マークを形成するので、切削工具のような摩耗の問題が生じにくく、基準マーク２５，２６，３５，３６を転写した基準転写マーク１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂの視認性を確保しやすい。さらに、形状測定用の触針４１を用いることで、転写面２０ｐ，３０ｐ上の所望の位置に基準マークを形成することができ、基準マークの配置の自由度が高まる。

以上、実施形態のマーク加工装置１００やこれを用いた成形型の製造方法等について説明したが、発明に係るマーク加工装置及び成形型の製造方法は上記のものには限られない。例えば、上記実施形態では、基準マーク２５，２６，３５，３６を半球状の窪みとしたが、図１０に示すように、基準マーク１２５は、角錐の先端を丸くした窪みとすることができる。この基準マーク１２５は、四角錐その他の多角錐の先端を丸くした触針４１の先端を反転させた形状に相当し、型面又は転写面の方向（深さ方向に垂直な横方向）に異方性を有することから、基準マーク１２５単独で方向性を示すものとなる。基準マーク１２５単独で方向性を示す場合、例えばレンズアレイ１０の顕微鏡観察等に際して局所観察で全体の方向性を判断でき、取り扱いの利便性を高めることができる。また、基準マーク２５，２６，３５，３６は、中心を基準点として示すものに限らず、角部を基準点として示すものであってもよく、角部をつないだ線分（対角線）の交点のように基準点を間接的に示すものであってもよい。

上記実施形態では、１つの成形型２０に２つの基準マーク２５，２６を形成したが、目的や仕様に応じて、１つの成形型２０に１つの基準マーク、又は３つ以上の基準マークを形成することができる。

上記実施形態では、測定工程（ステップＳ０１）で触針４１を成形型２０の光学転写面２１ａ等に沿うように相対的に移動させて２次元的な走査を行っているが、測定工程触において触針４１を移動させる軌跡のパターンは、光学転写面２１ａの測定の目的や精度に応じて適宜変更できる。例えば、触針４１をＸ方向とＹ方向とに直交するように移動させる十字状の走査によって、特定の光学転写面２１ａの曲率と中心座標とを決定することができる。つまり、光軸ＡＸ上にある中心ＣＰを決定することができる。この場合も、中心ＣＰに基準マークを形成でき、或いは図３（Ａ）及び３（Ｂ）に示すように、中心ＣＰを基準とする適当な基準位置に基準マーク２５，２６，３５，３６を形成することができる。

上記実施形態では、レンズアレイ１０にマーク加工を行う場合について説明したが、単独のレンズその他の光学素子にマーク加工を行うこともできる。レンズアレイ１０は、３×３のレンズ要素を含むものに限らず、４×４以上の格子配列、或いは非格子配列のレンズ要素を含む各種構成とできる。

上記実施形態では、軸受け駆動部８７を動作させて触針４１の圧子４２を成形型２０，３０の転写面２０ｐ，３０ｐに衝突させたが、昇降機構８６によって触針４１の圧子４２を成形型２０，３０に衝突させることもできる。

１０…レンズアレイ、 １１…レンズ要素、 １２…支持部、 １１ａ，１１ｂ…光学面、 １４…縁部、 １４ｂ…上面、 １５ａ，１５ｂ１，６ａ，１６ｂ…基準転写マーク、 ２０…成形型、 ２０，３０…成形型、 ２０ｐ，３０ｐ…転写面、 ２１，３１…レンズ転写部、 ２１ａ，３２ａ…光学転写面、 ２２，３２…周辺転写部、 ２２ａ，３２ａ…平坦面、 ２５，２６…基準マーク、 ２５，２６，３５，３６…基準マーク、 ３０…成形型、 ３２ａ，３２ｅ…平坦面、 ４０…プローブ装置、 ４１…触針、 ４１ｓ…軸部、 ４２…圧子、 ８２…ステージ装置、 ８２ａ…載置台、 ８４…Ｚ駆動装置、 ８６…昇降機構、 ８７…軸受け駆動部、 ８９ｋ…軸受部、 １００…マーク加工装置、 １２５…基準マーク、 ＡＸ…軸、 ＯＡ…光軸

Claims (13)

1. 光学素子を成形するための成形型の製造方法であって、
   測定用部材を前記成形型の転写面に接触させて前記転写面の形状を測定する測定工程と、
   前記測定工程に引き続き、前記成形型と前記測定用部材とを取り外さずに、前記測定用部材を用いて前記転写面の所定箇所に、前記転写面の基準位置を特定するための基準マークを形成するマーク加工工程と
   を備える成形型の製造方法。
2. 前記基準マークは、基準点を直接又は間接的に示す窪みであることを特徴とする請求項１に記載の成形型の製造方法。
3. 前記基準マークは、球面状の窪みであることを特徴とする請求項２に記載の成形型の製造方法。
4. 前記基準マークは、前記転写面のうち光学面を転写するための光学転写面外の領域に形成されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の成形型の製造方法。
5. 前記光学素子は、２次元的に配列された複数のレンズ要素と、当該複数のレンズ要素を周囲から支持する支持部とを有し、
   前記基準マークは、前記支持部に対応する前記転写面の領域に形成されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の成形型の製造方法。
6. 前記測定用部材は、前記転写面の配置又は形状に関する情報を検出する測定に用いられる接触式プローブの先端に設けられた圧子であり、当該圧子を前記転写面に押圧することによって当該転写面を変形させることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の成形型の製造方法。
7. 前記圧子は、前記成形型よりも高硬度な材料で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の成形型の製造方法。
8. 前記接触式プローブは、球状面を有する前記圧子と、当該圧子を下端に固定した軸部と、当該軸部を昇降可能に支持する軸受部とを有することを特徴とする請求項６及び７のいずれか一項に記載の成形型の製造方法。
9. 駆動機構によって、前記測定用部材を前記転写面に付勢する駆動力を与えることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の成形型の製造方法。
10. 前記駆動機構は、前記測定用部材を前記転写面に衝突させる運動によって、前記測定用部材の先端形状を前記転写面に前記基準マークとして転写することを特徴とする請求項９に記載の成形型の製造方法。
11. 光学素子の成形用の成形型に基準マークを形成するためのマーク加工装置であって、
    前記転写面を測定するための測定用部材と、
    前記測定用部材の位置を監視しつつ当該測定用部材を動作させて、前記転写面の所定箇所に基準マークを形成させる制御部と
    を備えるマーク加工装置。
12. 請求項１から１０までのいずれか一項に記載の成形型の製造方法によって得た成形型を用いた成形によって形成されたことを特徴とする光学素子。
13. 転写面を測定するための測定用部材によって形成された基準マークを有する成形型を用いた成形によって形成され、
    前記基準マークは、転写面に沿って異方性を有することを特徴とする光学素子。

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