JP2007010941A - Optical element, its molding die, its manufacturing method, and work positioning device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve positioning accuracy in the arrangement of a mirror surface in an optical device constituted by arranging a plurality of mirror surfaces comprising an aspherical surface or a spherical surface on a plane so as to be symmetric with respect to a rotation axis, and to improve accuracy in the attaching position of the optical device when it is attached to a product. <P>SOLUTION: A PSD 54 detects the position of spot light formed by condensing reflected light by a parabolic mirror part 57 previously formed on a surface 26'a forming the aspherical mirror 28 in an aspherical mirror disk blank 26' when a laser beam is made incident on the parabolic mirror part 57. By setting a perpendicular from the position of the spot light to the surface 26'a as a rotation axis in symmetry with respect to the rotation axis, the aspherical mirror 28 is positioned on the basis of the rotation axis. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、加工技術に関し、特に、非球面または球面の超精密切削または超精密研削加工における加工ワークの位置決めの技術に関するものであって、高解像度のビデオプロジェクター等の光学系部品として用いられるような、複数の回転軸対称配置した非球面若しくは球面からなる反射光学素子、及びその成形型の加工に好適な技術に関する。   The present invention relates to a machining technique, and more particularly to a technique for positioning a workpiece in an aspherical or spherical ultraprecision cutting or ultraprecision grinding process, and is used as an optical system component such as a high-resolution video projector. In particular, the present invention relates to a plurality of reflective optical elements composed of an aspherical surface or a spherical surface arranged symmetrically with respect to a rotational axis, and a technique suitable for processing a molding die thereof.

本発明に関する部品形状を図10に示す。ここでは、複数の非球面である鏡面を平面上に回転軸対称に配置したミラーディスクの例を示す。なお、図10において、(a)は非球面ミラーディスク1の正面図、(b)は(a)にP−P’として示した切断線における断面図である。   FIG. 10 shows a part shape related to the present invention. Here, an example of a mirror disk in which a plurality of mirror surfaces that are aspherical surfaces are arranged on a plane in a rotational axis symmetry will be shown. 10, (a) is a front view of the aspherical mirror disk 1, and (b) is a cross-sectional view taken along a cutting line indicated as P-P 'in (a).

非球面ミラーディスク1は、その中心軸Aに対して対称かつ等間隔で、中心軸Aから半径rの位置に複数配置された鏡面である非球面ミラー2を有しており、中心軸Aに対して同心になるように加工された取り付け基準穴3と、その取り付け基準穴3と同時加工された裏面13と、非球面ミラーディスク1を製品本体の回転軸に固定するための固定穴4とが設けられている。   The aspherical mirror disk 1 has aspherical mirrors 2 which are a plurality of mirror surfaces arranged symmetrically at equal intervals with respect to the central axis A and at a radius r from the central axis A. A mounting reference hole 3 processed to be concentric with the mounting reference hole 3, a back surface 13 processed simultaneously with the mounting reference hole 3, and a fixing hole 4 for fixing the aspherical mirror disk 1 to the rotation shaft of the product body Is provided.

非球面ミラーディスク1を高速回転させている状態で非球面ミラー2へ画像情報を含んだ光を入射させると、その光は複数の非球面ミラー2で次々に反射される。このとき、非球面ミラー2の中心軸Aに対する位置は重要であり、特に、ラジアル方向に対してはサブミクロンの精度が求められる。このような精度を有することにより、高い解像度での画像の投射が可能になる。   When light including image information is incident on the aspherical mirror 2 while the aspherical mirror disk 1 is rotated at a high speed, the light is successively reflected by the plurality of aspherical mirrors 2. At this time, the position of the aspherical mirror 2 with respect to the central axis A is important, and in particular, submicron accuracy is required in the radial direction. By having such an accuracy, an image can be projected with a high resolution.

従来、このような部品の加工は、例えば図11に示す手法により行われていた。
図11において、超精密旋盤5における回転主軸6の端面6aに固定されている加工ワーク取り付けプレート7に、回動基準軸8を、回転主軸6の回転中心軸Bから前記半径rの位置に固定する。また、回動基準軸8の中心から前記半径rの位置に、角度割り出しピン9を固定する。
Conventionally, such parts have been processed by the technique shown in FIG. 11, for example.
In FIG. 11, the rotation reference shaft 8 is fixed to the position of the radius r from the rotation center axis B of the rotation main shaft 6 on the workpiece mounting plate 7 fixed to the end surface 6 a of the rotation main shaft 6 in the ultra-precision lathe 5. To do. Further, the angle indexing pin 9 is fixed at the position of the radius r from the center of the rotation reference shaft 8.

非球面ミラーディスクブランク1’の取り付け基準穴3と非球面ミラー2の裏面の基準ザグリ部10とは、超精密ジグボーラーによって予め同時加工されている。なお、基準ザグリ部10の割り出し角度は、加工対象である非球面ミラー2の割り出し角度であり、角度割り出しピン9に精密に嵌合するように加工しておく。   The mounting reference hole 3 of the aspherical mirror disc blank 1 ′ and the reference counterbore 10 on the back surface of the aspherical mirror 2 are processed in advance by an ultra-precision jig borer. The index angle of the reference counterbore part 10 is the index angle of the aspherical mirror 2 to be processed, and is processed so as to be precisely fitted to the angle index pin 9.

ここで、取り付け基準穴3と回動基準軸8、及び、基準ザグリ部10と角度割り出しピン9をそれぞれ嵌合して、非球面ミラーディスクブランク1’をワーク取り付けプレート7上に位置決めし、不図示のボルトで固定する。なお、図中の14は、回転主軸6の回転バランスをとるためのバランスウェイトである。   Here, the mounting reference hole 3 and the rotation reference shaft 8, the reference counterbore part 10 and the angle indexing pin 9 are respectively fitted, and the aspherical mirror disk blank 1 ′ is positioned on the work mounting plate 7, Secure with the bolts shown. Reference numeral 14 in the figure denotes a balance weight for balancing the rotation of the rotary spindle 6.

このような状態でダイヤモンドバイト11の位置をNC軸制御して、非球面ミラーディスクブランク加工面1’aを所定の非球面形状に超精密切削加工する。
以上の段取りから切削にかけての各工程を非球面の個数だけ繰り返し行うことで複数の非球面ミラー2を次々に加工して非球面ミラーディスク1を作製する。
In such a state, the position of the diamond cutting tool 11 is controlled by the NC axis, and the aspherical mirror disk blank processing surface 1′a is subjected to ultraprecision cutting into a predetermined aspherical shape.
A plurality of aspherical mirrors 2 are processed one after another by repeatedly performing the above-described steps from setup to cutting for the number of aspherical surfaces to produce an aspherical mirror disk 1.

なお、この非球面ミラーディスク1の製品への取り付けの際には、図12に示すように、製品側の回転軸12の基準端面部12aに非球面ミラーディスク1の裏面13を密着させてチルトの発生をなくすようにする。また、ラジアル方向のシフトに対しては、回転軸12の基準側面12bと非球面ミラーディスク1の取り付け基準穴3との嵌合により位置決めを行うようにする。   When attaching the aspherical mirror disk 1 to the product, as shown in FIG. 12, the rear surface 13 of the aspherical mirror disk 1 is brought into close contact with the reference end surface portion 12a of the rotation shaft 12 on the product side and tilted. To eliminate the occurrence of Further, with respect to the shift in the radial direction, positioning is performed by fitting the reference side surface 12b of the rotating shaft 12 and the mounting reference hole 3 of the aspherical mirror disk 1.

なお、このような、球面または非球面を複数配列してなるレンズアレイ等の光学素子の金型を加工する他の技術として、例えば特許文献1や特許文献2に開示されている技術が知られている。特許文献1では、加工装置の主軸端面の中央部に所定方向へ移動自在なスライドテーブルを設けてそれにワークを取り付けるようにし、そのワーク加工部が主軸回転中心に来るようにスライドテーブルで位置を合わせて加工を行う技術が開示されている。また、特許文献2には、主軸端面にワークを取り付けるようにし、主軸外に取り付けられ、主軸回転軸の軸方向に対して直交する2方向にワークを移動させる移動機構と、主軸の回転軸に対して相対的に移動する加工用工具とでワークの加工を行う技術が開示されている。
特開平11−189601号公報 特開2002−337043号公報
As another technique for processing a mold of an optical element such as a lens array in which a plurality of spherical or aspherical surfaces are arranged, for example, techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. ing. In Patent Document 1, a slide table that is movable in a predetermined direction is provided at the center of the spindle end surface of the machining apparatus, and a workpiece is attached to the slide table, and the position is aligned with the slide table so that the workpiece machining section comes to the spindle rotation center. A technique for processing is disclosed. Further, in Patent Document 2, a work is attached to the end surface of the main shaft, a moving mechanism that is attached to the outside of the main shaft and moves the work in two directions orthogonal to the axial direction of the main shaft rotation shaft, and a rotation shaft of the main shaft. A technique for machining a workpiece with a machining tool that moves relative to the workpiece is disclosed.
JP 11-189601 A JP 2002-337043 A

図11を用いて説明した従来の手法では、取り付け基準穴3と回動基準軸8、及び、基準ザグリ部10と角度割り出しピン9の嵌合精度によって、中心軸Aに対する非球面ミラー2の位置精度が決まる。ここで、この精度を上げるためにこの嵌合の隙間を小さくしていけばそれらの挿入が困難になるため、数ミクロン以上の隙間は許容せざるを得ない。そのため、中心軸Aに対する非球面ミラー2の位置精度は数ミクロンのレベルが限界であり、特に要求精度の厳しいラジアル方向の位置精度を達成することができない。また、中心軸Aの位置を検出できないので、位置ズレに対する補正を行うことができない。   In the conventional method described with reference to FIG. 11, the position of the aspherical mirror 2 with respect to the central axis A is determined by the fitting accuracy of the attachment reference hole 3 and the rotation reference shaft 8 and the reference counterbore portion 10 and the angle indexing pin 9. The accuracy is determined. Here, if this fitting gap is made small in order to increase this accuracy, it becomes difficult to insert them, so a gap of several microns or more must be allowed. For this reason, the position accuracy of the aspherical mirror 2 with respect to the central axis A is limited to a level of several microns, and the position accuracy in the radial direction, which is particularly demanding accuracy, cannot be achieved. Further, since the position of the central axis A cannot be detected, it is not possible to correct the positional deviation.

従って、設計上求められる1ミクロン以下の位置精度を持つ非球面ミラーディスクの加工を行うことは困難である。
また、所望の設計精度の非球面ミラーディスク1が得られたとしても、図12のように、製品の回転軸12と非球面ミラーディスク1の中心軸Aとを一致させて非球面ミラーディスク1を位置決めする際におけるラジアル方向のシフトズレは、回転軸12の基準側面12bと非球面ミラーディスク1の取り付け基準穴3との嵌合精度で決まるため、嵌合ガタ分のズレが生じてしまう。
Therefore, it is difficult to process an aspherical mirror disk having a positional accuracy of 1 micron or less, which is required by design.
Even if the aspherical mirror disk 1 having a desired design accuracy is obtained, the aspherical mirror disk 1 is obtained by aligning the rotation axis 12 of the product with the central axis A of the aspherical mirror disk 1 as shown in FIG. The shift in the radial direction at the time of positioning is determined by the fitting accuracy between the reference side surface 12b of the rotating shaft 12 and the mounting reference hole 3 of the aspherical mirror disk 1, so that a deviation corresponding to the fitting play occurs.

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、非球面又は球面からなる鏡面を平面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子における鏡面の配置の位置精度を向上させると共に、製品への取り付け時における当該光学素子の取り付け位置精度を向上させることである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the problem to be solved is the arrangement of mirror surfaces in an optical element in which a plurality of mirror surfaces made of aspherical surfaces or spherical surfaces are arranged on a plane in a rotational axis symmetry. In addition to improving the position accuracy, the mounting position accuracy of the optical element at the time of mounting on a product is improved.

本発明の態様のひとつである光学素子は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子であって、前記回転軸対称における回転軸に対して平行にレーザ光を入射させると当該レーザ光の反射光が当該回転軸上でスポット光を形成する反射ミラー部を、前記鏡面が形成されている面上に形成したことを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。   An optical element according to one aspect of the present invention is an optical element in which a plurality of mirror surfaces made of an aspherical surface or a spherical surface are arranged on a surface in a rotational axis symmetry, and is parallel to the rotational axis in the rotational axis symmetry. A reflection mirror portion is formed on the surface on which the mirror surface is formed. The reflection mirror portion forms a spot light on the rotation axis when the laser light is incident. The above-mentioned problems are solved by the characteristics.

なお、上述した本発明に係る光学素子において、前記反射ミラー部は放物面ミラーであるとしてもよい。
また、前述した本発明に係る光学素子において、前記反射ミラー部は回折格子ミラーであるとしてもよい。
In the optical element according to the present invention described above, the reflection mirror unit may be a parabolic mirror.
In the optical element according to the present invention described above, the reflection mirror unit may be a diffraction grating mirror.

また、本発明の別の態様のひとつである光学素子の生産方法は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子を生産する方法であって、前記鏡面を形成する面上に予め形成しておいた反射ミラー部へレーザ光を入射させたときに当該反射ミラー部が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置を検知し、前記スポット光の位置から前記面へ垂らした垂線を前記回転軸対称における回転軸とし、前記回転軸に基づいて各々の前記鏡面の位置決めを行う、ことを特徴とするものであり、この方法を使用して生産される光学素子の有する特徴によって、前述した課題を解決する。   An optical element production method according to another aspect of the present invention is a method of producing an optical element in which a plurality of mirror surfaces, which are aspherical or spherical, are arranged on the surface in a rotational axis symmetry, When the laser beam is incident on a reflection mirror portion that is formed in advance on the surface forming the mirror surface, the reflection mirror portion detects the position of the spot light formed by collecting the reflected light, and Using this method, the vertical line hanging from the position of the spot light to the surface is used as a rotation axis in the rotation axis symmetry, and each mirror surface is positioned based on the rotation axis. The above-described problems are solved by the characteristics of the optical element produced in this way.

また、本発明の更なる別の態様のひとつである成形型は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子の成形型であって、前記回転軸対称における回転軸に対して平行にレーザ光を入射させると当該レーザ光の反射光が当該回転軸上でスポット光を形成する反射ミラー部を、前記鏡面が形成されている面上に形成したことを特徴とするものであり、この成形型を使用して生産される光学素子の有する特徴によって、前述した課題を解決する。   Further, a molding die that is another aspect of the present invention is an optical element molding die in which a plurality of mirror surfaces, which are aspherical or spherical, are arranged on the surface symmetrically about the rotational axis, and the rotational shaft A reflection mirror portion is formed on the surface where the mirror surface is formed so that when the laser beam is incident in parallel to the rotational axis in symmetry, the reflected light of the laser beam forms spot light on the rotational axis. The above-described problems are solved by the characteristics of the optical element produced by using this mold.

なお、上述した本発明に係る成形型において、前記反射ミラー部は放物面ミラーであるとしてもよい。
また、前述した本発明に係る成形型において、前記反射ミラー部は回折格子ミラーであるとしてもよい。
In the above-described mold according to the present invention, the reflection mirror portion may be a parabolic mirror.
In the mold according to the present invention described above, the reflection mirror portion may be a diffraction grating mirror.

また、本発明の更なる別の態様のひとつである成形型の生産方法は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子の成形型を生産する方法であって、前記鏡面を形成する面上に予め形成しておいた反射ミラー部へレーザ光を入射させたときに当該反射ミラー部が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置を検知し、前記スポット光の位置から前記面へ垂らした垂線を前記回転軸対称における回転軸とし、前記回転軸に基づいて各々の前記鏡面の位置決めを行う、ことを特徴とするものであり、この方法を使用して生産された成形型を使用して生産される光学素子の有する特徴によって、前述した課題を解決する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a mold, which is a method for producing a mold for an optical element in which a plurality of mirror surfaces, which are aspherical or spherical, are arranged on the surface in a rotational axis symmetry. The position of the spot light formed when the reflection mirror part condenses the reflection light when the laser light is incident on the reflection mirror part formed in advance on the surface forming the mirror surface. , And a vertical line suspended from the position of the spot light to the surface as a rotational axis in the rotational axis symmetry, and positioning each mirror surface based on the rotational axis, The above-described problems are solved by the characteristics of the optical element produced using the mold produced using this method.

また、本発明の更なる別の態様のひとつであるワーク位置決め装置は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子またはその成形型の生産に用いられるワークの位置決め装置であって、超精密加工機のワーク回転主軸からその回転主軸半径方向の任意の位置に調整位置決めされる検出ユニットであって、当該回転主軸に取り付けられたワークへ照射するレーザ光を励起させるレーザ光発振部、及び、当該照射されたレーザ光のワークからの反射光によって形成されるスポット光の位置を検知する検知部を備える当該検出ユニットと、前記超精密加工機のワーク回転主軸端に取り付けられて前記ワーク回転主軸のラジアル方向へワークを微小送り可能に構成されている微小送りユニットと、前記微小送り機構上で前記ワーク回転主軸の中心から所定の位置に取り付けられて当該ワーク回転主軸と平行な回転軸を有する任意の回転角度にワークの位置決めが可能な回転位置決めユニットと、を有することを特徴とするものであり、この装置を使用して生産される光学素子の有する特徴によって、前述した課題を解決する。   A workpiece positioning apparatus according to still another aspect of the present invention is used for production of an optical element in which a plurality of mirror surfaces, which are aspherical or spherical, are arranged on a surface in a rotational axis symmetry, or a molding die thereof. A laser beam that irradiates a workpiece attached to the rotary spindle, which is a detection unit that is a workpiece positioning device that is adjusted and positioned at an arbitrary position in the radial direction of the rotary spindle from the workpiece rotation spindle of an ultra-precision machining machine. The detection unit including a laser beam oscillation unit that excites the laser beam, and a detection unit that detects the position of the spot light formed by the reflected light from the workpiece of the irradiated laser beam, and the workpiece rotation of the ultraprecision machine A microfeed unit that is attached to a spindle end and configured to be capable of microfeeding a workpiece in a radial direction of the workpiece rotation spindle, and the microfeed mechanism And a rotary positioning unit that is attached at a predetermined position from the center of the workpiece rotation spindle and has a rotation axis parallel to the workpiece rotation spindle and is capable of positioning the workpiece at an arbitrary rotation angle. The above-described problems are solved by the characteristics of the optical element produced using this apparatus.

本発明によれば、以上のようにすることにより、非球面又は球面からなる鏡面を平面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子における鏡面の配置の位置精度が向上すると共に、製品への取り付け時における当該光学素子の取り付け位置精度が向上するという効果を奏する。   According to the present invention, the positional accuracy of the arrangement of the mirror surface in the optical element in which a plurality of mirror surfaces made of an aspherical surface or a spherical surface are arranged on the plane in a rotational axis symmetry can be improved and the product can be obtained. There is an effect that the mounting position accuracy of the optical element at the time of mounting is improved.

本発明の効果として、   As an effect of the present invention,

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1〜図5を参照しながら本実施例について説明する。
図1において、超精密旋盤20の回転主軸21の端面21aに微小送り台22が固定されており、その微小送り台22の微動ステージ22aに固定されている取り付けベース23には、回動基準軸24が回転主軸21の回転中心軸Bから半径rの位置に固定されている。また、回動基準軸24から半径rの位置に角度割り出しピン25が固定されている。なお微小送り台22は後述するようにラジアル平面内で微小送りできる構成になっている。
The present embodiment will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, a fine feed base 22 is fixed to an end surface 21a of a rotation spindle 21 of an ultra-precision lathe 20, and a mounting reference base 23 fixed to a fine movement stage 22a of the fine feed base 22 has a rotation reference axis. 24 is fixed at a position of a radius r from the rotation center axis B of the rotation main shaft 21. An angle indexing pin 25 is fixed at a position of a radius r from the rotation reference shaft 24. The minute feed base 22 is configured to allow minute feed in a radial plane as will be described later.

非球面ミラーディスクブランク26’の取り付け基準穴27と非球面ミラー28の裏面の基準ザグリ部29とは、超精密ジグボーラーにより予め同時加工されている。なお、基準ザグリ部29の割り出し角度は、加工対象の鏡面である非球面ミラー28の割り出し角度であり、回転位置決めユニットである角度割り出しピン25に精密に嵌合するように加工しておく。   The mounting reference hole 27 of the aspherical mirror disc blank 26 'and the reference counterbore 29 on the back surface of the aspherical mirror 28 are simultaneously processed in advance by an ultra-precision jig borer. The index angle of the reference counterbore portion 29 is an index angle of the aspherical mirror 28 that is a mirror surface to be processed, and is processed so as to be precisely fitted to the angle index pin 25 that is a rotational positioning unit.

また、取り付け基準穴27は回動基準軸24に精密に嵌合するように加工しておく。
ここで、取り付け基準穴27と回動基準軸24、及び、基準ザグリ部29と角度割り出しピン25をそれぞれ嵌合して、非球面ミラーディスクブランク26’を微動ステージ22a上に取り付けベース23を介して位置決めし、不図示のボルトで固定する。なお、図中の30は、回転主軸の回転バランスをとるためのバランスウェイトである。
The attachment reference hole 27 is processed so as to be precisely fitted to the rotation reference shaft 24.
Here, the attachment reference hole 27 and the rotation reference shaft 24, and the reference counterbore portion 29 and the angle indexing pin 25 are fitted, and the aspherical mirror disk blank 26 'is mounted on the fine movement stage 22a via the attachment base 23. Position and fix with bolts (not shown). In the figure, reference numeral 30 denotes a balance weight for achieving a rotational balance of the rotary spindle.

このような状態でダイヤモンドバイト31の先端位置をNC2軸制御して、非球面ミラーディスクブランク加工面26’aを所定の非球面形状に超精密切削加工する。
なお、図中の32はダイヤモンドバイト31を支持するツールホルダーである。ツールホルダー32は超精密旋盤20の機械ベース34上に設置された2つのNC送りステージ35及び36上に固定されている。ここで、NC送りステージ35の送り方向は、回転主軸21の回転中心軸Bに垂直な方向であり、NC送りステージ36の送り方向は、回転中心軸Bに平行な方向である。
In this state, the tip position of the diamond cutting tool 31 is NC biaxially controlled, and the aspherical mirror disc blank processing surface 26'a is ultraprecision cut into a predetermined aspherical shape.
Reference numeral 32 in the figure denotes a tool holder that supports the diamond tool 31. The tool holder 32 is fixed on two NC feed stages 35 and 36 installed on the machine base 34 of the ultraprecision lathe 20. Here, the feed direction of the NC feed stage 35 is a direction perpendicular to the rotation center axis B of the rotation main shaft 21, and the feed direction of the NC feed stage 36 is a direction parallel to the rotation center axis B.

微小送りユニットである微小送り台22は、図2の平面図に示すように、固定ベース22bと、前記の微動ステージ22aと、これらを弾性的に連結する金属製の4本の弾性ピン37と、4つの微小送り機構38とを備えている。   As shown in the plan view of FIG. 2, the fine feed base 22 as a fine feed unit includes a fixed base 22b, the fine movement stage 22a, and four elastic pins 37 made of metal for elastically connecting them. Four fine feed mechanisms 38 are provided.

図3は、図2にA−A’として示した切断線における微小送り台22の部分断面図である。同図に示すように、固定ベース22bと微動ステージ22aとは、それらの四隅の位置において、弾性ピン37の両端部37aの焼きバメによって締結されている。また、弾性ピン37は、同図に示すように、その両端部37aからやや中央寄りの外周部に、切り欠き37bが2ケ所設けられている。   FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the micro feed base 22 taken along the cutting line indicated by A-A ′ in FIG. 2. As shown in the figure, the fixed base 22b and the fine movement stage 22a are fastened by shrinking of both end portions 37a of the elastic pin 37 at the positions of their four corners. Further, as shown in the figure, the elastic pin 37 is provided with two notches 37b on the outer peripheral portion slightly closer to the center from both end portions 37a.

ここで、弾性ピン37における切り欠き37bより中央側の部分が固定ベース22b及び微動ステージ22aのいずれとも接触しないように、逃げが設けられている。従って、微動ステージ22aの側方から力が加わったときには、弾性ピン37は微動ステージ22aを通じてせん断力を受けて微小な弾性変形を生じ、平行バネの作用により、微動ステージ22aをその平面内で微小に変位させることができる。   Here, a relief is provided so that a portion of the elastic pin 37 closer to the center than the notch 37b does not come into contact with either the fixed base 22b or the fine movement stage 22a. Accordingly, when a force is applied from the side of the fine movement stage 22a, the elastic pin 37 receives a shearing force through the fine movement stage 22a to cause a minute elastic deformation, and the action of the parallel spring causes the fine movement stage 22a to be minute in the plane. Can be displaced.

図4は、図2にB−B’として示した切断線における微小送り台22の部分断面図であり、当該切断線における微小送り機構38の断面を示している。同図において、送りネジ39は支持部材40及び41に内蔵されているベアリング42及び43を介して固定ベース22bに回動自在に取り付けられている。   FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the micro feed base 22 along the cutting line indicated by B-B ′ in FIG. 2, and shows a cross section of the micro feeding mechanism 38 along the cutting line. In the figure, a feed screw 39 is rotatably attached to the fixed base 22b via bearings 42 and 43 built in support members 40 and 41.

送りネジ39の中央付近には、その送りネジ39に螺合された押し付け部材44が設けられており、送りネジ39の回転により固定ベース22b上をネジ方向に微小送りされる。押し付け部材44の微動ステージ22a側の端面44a(図2参照)はテーパ角を有する平面となっている。そして、この端面44aに対向して接触させている、同じテーパ角の端面46aを有する当てつけ部材46が、微動ステージ22aの側面部22cに固定されている。なお、図4における45は螺合のガタを防止するためのスプリングである。   In the vicinity of the center of the feed screw 39, a pressing member 44 screwed to the feed screw 39 is provided, and the feed screw 39 is finely fed in the screw direction on the fixed base 22b. The end surface 44a (see FIG. 2) of the pressing member 44 on the fine movement stage 22a side is a flat surface having a taper angle. An abutting member 46 having an end surface 46a having the same taper angle and in contact with the end surface 44a is fixed to the side surface portion 22c of the fine movement stage 22a. In addition, 45 in FIG. 4 is a spring for preventing screwing backlash.

以上の構成の微小送り機構38は、固定ベース22b上の微動ステージ22aの側方4ケ所に設けられており、微動ステージ22aの側方から力が加えられた際には、これらによって微動ステージ22a平面内の直交する2方向に微小変位させることができる。   The fine feed mechanism 38 configured as described above is provided at four positions on the side of the fine movement stage 22a on the fixed base 22b. When force is applied from the side of the fine movement stage 22a, the fine movement stage 22a is thereby activated. It can be finely displaced in two orthogonal directions in the plane.

図1の47は、機械ベース34に固定されたスポット光検出ユニットである。このうちの検出ユニットボックス48は、回転主軸端面21aに取り付けられた非球面ミラーディスクブランク26’の加工面26’a方向へその開口部48aが向けられた状態で支持部材49に支持されている。   Reference numeral 47 in FIG. 1 denotes a spot light detection unit fixed to the machine base 34. Among these, the detection unit box 48 is supported by the support member 49 in a state in which the opening 48a is directed in the direction of the processed surface 26′a of the aspherical mirror disc blank 26 ′ attached to the rotary spindle end surface 21a. .

検出ユニットボックス48内には、レーザ発振子50、発振されたレーザ光を平行光にするコリメータレンズ51、その平行光を直角2方向に分岐させるビームスプリッタ52、そのビームスプリッタ52からの反射収束光を拡大するための拡大レンズ53、及び、その拡大レンズ53を通して収束したスポット光の位置を精密に検知できるPSD(Position Sensing Device )54が備えられている。ビームスプリッタ52を透過した平行光は開口部48aから検出ユニットボックス48外へ導かれ、非球面ミラーディスクブランク26’の加工面26’aに対して垂直に照射される。ビームスプリッタ52で直角に反射されたレーザ光はPSD54へ導かれて位置検出できるようにこれらは配置されている。   In the detection unit box 48, a laser oscillator 50, a collimator lens 51 that makes the oscillated laser light parallel light, a beam splitter 52 that branches the parallel light in two directions at right angles, and reflected and converged light from the beam splitter 52 , And a PSD (Position Sensing Device) 54 that can accurately detect the position of the spot light converged through the magnifying lens 53. The parallel light transmitted through the beam splitter 52 is guided out of the detection unit box 48 through the opening 48a, and is irradiated perpendicularly to the processing surface 26'a of the aspherical mirror disk blank 26 '. The laser beams reflected at right angles by the beam splitter 52 are guided to the PSD 54 so that the positions can be detected.

PSD54で検知されたスポット光の位置情報に関する信号はコンピュータ55へ入力される。コンピュータ55は、所定の制御プログラムを実行させることにより、予め設定した位置基準からの距離を入力信号に基づいて算出する処理を行うと共に、スポット光の位置をモニターテレビ56に表示する処理を行う。   A signal related to the position information of the spot light detected by the PSD 54 is input to the computer 55. The computer 55 performs a process of calculating a distance from a preset position reference based on an input signal by executing a predetermined control program, and a process of displaying the position of the spot light on the monitor television 56.

上記の構成の超精密旋盤20を用いて、非球面ミラーディスクを製作する手順と作用の詳細を説明する。
非球面ミラーディスクブランク26’としては、アルミ基材表面に無電解ニッケル被膜を施し、その被膜を切削加工層としたものを使用する。そして、この非球面ミラーディスクブランク26’の中心位置に、凹形状の放物面ミラー部57を予め切削加工しておく。この放物面ミラー部57は、後述するように、入射される平行レーザ光を反射してスポット光を形成するためのものであるので、設計形状からのズレ量がλ/4に収まる精度で加工しておくことが望ましい。
The details of the procedure and operation for manufacturing an aspherical mirror disk using the super-precision lathe 20 having the above-described configuration will be described.
As the aspherical mirror disk blank 26 ′, an aluminum base surface is coated with an electroless nickel coating, and the coating is used as a cutting layer. A concave paraboloid mirror portion 57 is cut in advance at the center position of the aspherical mirror disk blank 26 '. As will be described later, the parabolic mirror portion 57 is for reflecting incident parallel laser light to form spot light, so that the amount of deviation from the design shape is within λ / 4. It is desirable to process.

次に、この非球面ミラーディスクブランク26’を、前述したように回動基準軸24、角度割り出しピン25により位置決めした上で、超精密旋盤20に取り付けられている取り付けベース23に、不図示のボルトで固定する。   Next, the aspherical mirror disk blank 26 'is positioned by the rotation reference shaft 24 and the angle indexing pin 25 as described above, and then attached to the mounting base 23 attached to the ultraprecision lathe 20 (not shown). fix it with bolts.

次に、スポット光検出ユニット47のレーザ発振子50でレーザ光を励起させて、開口部48aから放物面ミラー部57へ向けてレーザ光を平行光として照射する。放物面ミラー部57で反射したレーザ光は、放物面ミラー部57の放物面の設計形状と拡大レンズ53の焦点距離とにより決まる焦点位置に、1マイクロメートル程度のスポット光となって焦点を結ぶ。   Next, the laser light is excited by the laser oscillator 50 of the spot light detection unit 47, and the laser light is irradiated as parallel light from the opening 48a toward the paraboloid mirror part 57. The laser beam reflected by the paraboloid mirror portion 57 becomes spot light of about 1 micrometer at a focal position determined by the design shape of the paraboloid of the paraboloid mirror portion 57 and the focal length of the magnifying lens 53. Focus.

ここで不図示の位置調整機構によりスポット光検出ユニット47の位置を微調整して、このスポット光をPSD54が位置検出できるようにし、モニターテレビ56にそのスポット光の像を表示させる。このときコンピュータへ指示を与え、モニターテレビ56上に併せて表示されている十字線の交点を移動させて前記スポット光位置に一致させる。この交点の位置を以降の非球面部の加工における基準位置とする。   Here, the position of the spot light detection unit 47 is finely adjusted by a position adjustment mechanism (not shown) so that the PSD 54 can detect the position of the spot light, and an image of the spot light is displayed on the monitor television 56. At this time, an instruction is given to the computer, and the intersection of the cross lines displayed on the monitor television 56 is moved to coincide with the spot light position. The position of this intersection is used as a reference position for subsequent processing of the aspherical surface.

続いて、回転主軸21を回転させると共に、ダイヤモンドバイト31の先端位置をNC2軸制御し、回転中心軸Bを中心とした非球面ミラーディスクブランク26’の加工面26’aに、所定の形状の非球面ミラー28を超精密切削加工する。   Subsequently, the rotary spindle 21 is rotated, and the tip position of the diamond tool 31 is NC2 controlled so that the processing surface 26′a of the aspherical mirror disk blank 26 ′ centered on the rotation center axis B has a predetermined shape. The aspherical mirror 28 is subjected to ultraprecision cutting.

なお、この切削加工の前に、バランスウェイト30の重量調整を行って回転バランスの調整を行うことが望ましく、これにより、回転振動による切削加工面の表面粗さや形状精度の低下が防止され、また、遠心力の偏りによる微小送り台22の変位の発生が防止される。   Prior to this cutting process, it is desirable to adjust the weight of the balance weight 30 to adjust the rotational balance, thereby preventing the surface roughness and shape accuracy of the cut surface from being deteriorated due to rotational vibrations. The occurrence of displacement of the micro feed base 22 due to the bias of the centrifugal force is prevented.

その後、非球面ミラーディスクブランク26’を一旦取り外し、隣の基準ザグリ部29と角度割り出しピン25とを嵌合させて取り付けベース23に再度固定する。
基準ザグリ部29は超精密ジグボーラーにより所定角度で加工されているので、基準ザグリ部29と角度割り出しピン25の嵌合ガタd内で角度割り出しが可能である。通常、これは数マイクロメートル程度発生するが、割り出し角度の誤差eは、
e=± tan-1(d/r)
であり、一般的な嵌合ガタ量5μm、一般的な非球面ミラーディスクブランク形状r=20mmの場合には、誤差eは±0.86分となり、必要公差である±3分に対しては十分に許容範囲内である。
Thereafter, the aspherical mirror disk blank 26 ′ is temporarily removed, and the adjacent reference counterbore portion 29 and the angle indexing pin 25 are fitted and fixed to the mounting base 23 again.
Since the reference counterbore part 29 is processed at a predetermined angle by an ultra-precision jig borer, the angle can be indexed within the fitting play d between the reference counterbore part 29 and the angle indexing pin 25. This usually occurs on the order of a few micrometers, but the error e of the index angle is
e = ± tan −1 (d / r)
In the case of a general fitting backlash amount of 5 μm and a general aspherical mirror disc blank shape r = 20 mm, the error e is ± 0.86 minutes, and for the required tolerance of ± 3 minutes It is well within the acceptable range.

回転主軸21の停止位置(角度)は、回転主軸21に内蔵されている不図示の精密エンコーダを用いて、放物面ミラー部57から反射したスポット光をモニターテレビ56の十字線交点に合わせたときの停止位置(角度)に設定する。そして、この状態で放物面ミラー部57から反射したスポット光の位置検出を行い、モニターテレビ56上にセットした基準位置を示す十字線の交点位置を目標にして、微小送り台22の送りネジ39を操作して微動ステージ22aを微小変位させることにより、スポット光と十字線の交点位置との位置合わせを行う。この位置合わせにより、放物面ミラー部57の位置を基準位置に常に一致させることができる。   The stop position (angle) of the rotation main shaft 21 is adjusted by aligning the spot light reflected from the parabolic mirror portion 57 with the cross line intersection of the monitor TV 56 using a precision encoder (not shown) built in the rotation main shaft 21. Set to the stop position (angle). In this state, the position of the spot light reflected from the parabolic mirror 57 is detected, and the cross screw position indicating the reference position set on the monitor TV 56 is set as a target, and the feed screw of the micro feed base 22 is set. 39 is operated to slightly displace fine movement stage 22a, thereby aligning the spot light and the crossing position of the crosshairs. By this alignment, the position of the parabolic mirror part 57 can be always matched with the reference position.

この後、回転主軸21を回転させ、2個目の非球面ミラーの切削加工を実施する。
以降の手順は上記の繰り返しとなり、放物面ミラー部57の位置を基準位置に常に一致させつつ、複数の非球面ミラー28の加工を行う。これにより、放物面ミラー部57によるスポット光位置を基準に位置調整させて当該加工がなされるので、全ての非球面ミラーのラジアル方向の位置は調整精度の範囲内となり、位置精度が向上する。なお、この調整精度は、スポット光の大きさ、PSD54の性能、拡大レンズ53の設定倍率、微小送り台22の送り精度等によるが、これらはいずれもスポット光の大きさに匹敵する1マイクロメートル程度での調整が可能であり、各精度を更に向上させることで1マイクロメートル以下の精度を得ることもできる。
Thereafter, the rotating main shaft 21 is rotated to cut the second aspherical mirror.
The subsequent procedure is repeated as described above, and the plurality of aspherical mirrors 28 are processed while the position of the parabolic mirror portion 57 is always matched with the reference position. As a result, the position is adjusted based on the spot light position by the parabolic mirror 57, and the processing is performed. Therefore, the positions of all the aspherical mirrors in the radial direction are within the adjustment accuracy range, and the position accuracy is improved. . This adjustment accuracy depends on the size of the spot light, the performance of the PSD 54, the set magnification of the magnifying lens 53, the feed accuracy of the minute feed base 22, etc., all of which are 1 micrometer comparable to the size of the spot light. Adjustment can be made at a degree, and by further improving each accuracy, an accuracy of 1 micrometer or less can be obtained.

このようにして加工された非球面ミラーディスク58は、ビデオプロジェクター等の映像信号のスキャンミラーとして例えば用いられ、図5に示すように、製品側の回転軸12の基準端面部12aにその裏面58aを密着させてチルトの発生をなくすと共に、前述したものと同様な構成のスポット光検出ユニット59から平行なレーザ光を放物面ミラー部57へ照射し、そこからの反射によって得られるスポット光の位置を検出し、コンピュータ60を介してモニターテレビ61に表示させることにより、ラジアル方向のシフトを検知して位置補正を行うことができる。なお、この位置補正は、回転軸12を回転させたときにモニターテレビ61上に描かれる円弧の中心位置にスポット光をシフトさせるように行えばよい。   The aspherical mirror disk 58 processed in this way is used, for example, as a scan mirror for a video signal of a video projector or the like, and as shown in FIG. 5, the back surface 58a is formed on the reference end surface portion 12a of the rotary shaft 12 on the product side. To prevent the occurrence of tilt and irradiate the parabolic mirror unit 57 with a parallel laser beam from the spot light detection unit 59 having the same configuration as described above, and the spot light obtained by reflection therefrom. By detecting the position and displaying it on the monitor television 61 via the computer 60, it is possible to detect a shift in the radial direction and perform position correction. This position correction may be performed so that the spot light is shifted to the center position of the arc drawn on the monitor television 61 when the rotating shaft 12 is rotated.

このように、放物面ミラー部57からのスポット光を検知して、その回転振れをなくすように調整することにより、製品の回転軸と複数の非球面の対称中心軸とを一致させように非球面ミラーディスク58を取り付けることができる。   In this way, by detecting the spot light from the parabolic mirror 57 and adjusting so as to eliminate the rotational shake, the rotation axis of the product and the symmetrical central axes of the plurality of aspheric surfaces are made to coincide with each other. An aspherical mirror disk 58 can be attached.

なお、本実施例における微小送り台22の微小変位を行わせるためのアクチュエータとして、微動ステージ22aの側方に圧電変位素子を設け、これに所定の電圧を付加して微小変位させる構成とすることも可能である。   In the present embodiment, as an actuator for causing the minute feed base 22 to be minutely displaced, a piezoelectric displacement element is provided on the side of the fine movement stage 22a, and a predetermined voltage is applied to the piezoelectric displacement element so as to be minutely displaced. Is also possible.

また、非球面ミラーディスクブランク26’の角度割り出し機構の変形例として、基準ザグリ部29を非球面ミラーディスクブランク26’側面に設けるように構成してもよく、また、角度割り出しピン25をラジアル方向から基準ザグリ部29に嵌合するように構成してもよい。この構成によれば、非球面ミラーディスクブランク26’を回動基準軸24から外すことなく角度割り出しの作業が実施できるので、作業性が向上する。   Further, as a modified example of the angle indexing mechanism of the aspherical mirror disk blank 26 ′, the reference counterbore portion 29 may be provided on the side surface of the aspherical mirror disk blank 26 ′, and the angle indexing pin 25 is arranged in the radial direction. Alternatively, the reference counterbore portion 29 may be fitted. According to this configuration, since the angle indexing operation can be performed without removing the aspherical mirror disk blank 26 'from the rotation reference shaft 24, workability is improved.

また、この角度割り出しのための機構として、所定の角度で互いに噛み合う形状に歯切りされた凹凸の歯からなるカップリングユニットを用いてもよく、市販されている汎用のカップリングユニットを用いた角度の割り出しであっても、5秒以内の精度の保証が可能である。   In addition, as a mechanism for calculating the angle, a coupling unit made of uneven teeth cut into a shape that meshes with each other at a predetermined angle may be used, or an angle using a commercially available general-purpose coupling unit. Can be assured of accuracy within 5 seconds.

また、放物面ミラー部57の形状は放物面に限定されることはなく、例えば軸対称の非球面や球面形状でもよい。なお、このような形状とする場合には、反射光が所定の焦点位置でスポット光を結ぶようにするために、補正レンズをスポット光検出ユニット48及び59の光学系内に設ける必要がある。   Further, the shape of the paraboloid mirror portion 57 is not limited to a paraboloid, and may be an axisymmetric aspherical surface or a spherical shape, for example. In the case of such a shape, it is necessary to provide a correction lens in the optical system of the spot light detection units 48 and 59 so that the reflected light ties the spot light at a predetermined focal position.

以上のように、本実施例により、非球面ミラーディスク58の中心軸に対する非球面ミラー28のラジアル方向の位置精度を、1マイクロメートルあるいはそれ以下の精度に加工した反射光学素子、また、その加工方法及び加工ワーク位置決め装置の提供が可能となり、更に、製品の回転軸12に対して偏心なく取り付けることができる反射光学素子の提供が可能となる。   As described above, according to this embodiment, the reflecting optical element in which the positional accuracy in the radial direction of the aspherical mirror 28 with respect to the central axis of the aspherical mirror disk 58 is processed to an accuracy of 1 micrometer or less, and the processing It is possible to provide a method and a workpiece positioning apparatus, and it is also possible to provide a reflective optical element that can be attached to the product rotation shaft 12 without eccentricity.

図6及び図7を参照しながら本実施例について説明する。
本実施例は、実施例1における放物面ミラーを回折光学ミラーとした点において、実施例1と異なっている。
The present embodiment will be described with reference to FIGS.
The present embodiment is different from the first embodiment in that the parabolic mirror in the first embodiment is a diffractive optical mirror.

図6に示す非球面ミラーディスク58の断面図において、回折ミラー62は非球面ミラーディスク58の中心部に予め切削加工されている。この回折ミラー62の断面形状は、図6の部分拡大図でもある図7に示すように、中心軸Aに対称な同心円のブレーズ(鋸歯)形状であり、ブレーズの斜面は中心軸Aに向かって傾斜するように構成されている。また、ブレーズの深さhは、回折効率を上げるため、照射されるレーザ光の波長をλとするとλ/2に設定することが望ましい。更に、ブレーズのピッチ幅Piは、入射した反射光を所望の焦点距離で1マイクロメートル程度のスポット光を形成するようにするために、一般の回折光学理論から計算された値に設定される。   In the cross-sectional view of the aspherical mirror disk 58 shown in FIG. 6, the diffraction mirror 62 is cut in advance at the center of the aspherical mirror disk 58. The cross-sectional shape of the diffraction mirror 62 is a concentric blazed (sawtooth) shape symmetrical to the central axis A as shown in FIG. 7 which is a partially enlarged view of FIG. It is comprised so that it may incline. The blaze depth h is preferably set to λ / 2, where λ is the wavelength of the irradiated laser beam, in order to increase diffraction efficiency. Further, the pitch width Pi of the blaze is set to a value calculated from a general diffractive optical theory so that incident reflected light forms spot light of about 1 micrometer at a desired focal length.

ブレーズの切削加工は、図7に示すように、鋭利な刃先を有するフレネルバイト63の切刃63aの角度と位置とのNC制御による旋削加工によって行い、ミラー面に加工する。   As shown in FIG. 7, blaze cutting is performed by turning by NC control of the angle and position of the cutting edge 63a of the Fresnel bite 63 having a sharp cutting edge, and is processed into a mirror surface.

このようにして形成した回折ミラー62へレーザ光を入射させると、この反射光は所望の焦点距離にスポット光を結ぶので、実施例1における放物面ミラーと同様の機能を持たせることができる。従って、実施例1と同様の作用を有する非球面ミラーディスクの加工、及び取り付け位置の精密調整が可能である。   When laser light is incident on the diffractive mirror 62 formed in this manner, the reflected light forms spot light at a desired focal length, so that the same function as the parabolic mirror in the first embodiment can be provided. . Therefore, it is possible to process an aspherical mirror disk having the same operation as in the first embodiment and to precisely adjust the mounting position.

以上のように、本実施例による回折ミラー62の反射スポット光の位置検出により、非球面ミラーディスク58の中心軸に対する非球面ミラー28のラジアル方向の位置精度を、1マイクロメートルあるいはそれ以下の精度に加工した反射光学素子、また、その加工方法及び加工ワーク位置決め装置の提供が可能となり、更に、製品の回転軸12に対して偏心なく取り付けることができる反射光学素子の提供が可能となる。   As described above, the position accuracy in the radial direction of the aspherical mirror 28 with respect to the central axis of the aspherical mirror disk 58 is detected by the position detection of the reflected spot light of the diffraction mirror 62 according to the present embodiment. In addition, it is possible to provide a reflective optical element that has been machined, a machining method and a workpiece positioning apparatus, and a reflective optical element that can be attached to the rotary shaft 12 of the product without decentering.

図8及び図9を参照しながら本実施例について説明する。なお、本実施例は、実施例1における加工の対象であった非球面ミラーディスク58に代えて、成形型の加工を行う例を示す。   The present embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, a present Example shows the example which processes the shaping | molding die instead of the aspherical mirror disk 58 which was the object of the process in Example 1. FIG.

本実施例における加工の対象である非球面ミラーディスク成形型の構造を図8に示す。この非球面ミラーディスク成形型64が図5に示されている非球面ミラーディスク58()と異なる点は、非球面ミラー部28の形状を、これに対応する凸形状である非球面成形部65としている点である。この非球面成形部65のみを切削加工すればよいように、非球面ミラーディスク成形型64は、ブランク状態で、非球面成形部65の部分を凸形状に予備加工しておくことが望ましい。   FIG. 8 shows the structure of the aspherical mirror disk mold that is the object of processing in this example. The aspherical mirror disk molding die 64 is different from the aspherical mirror disk 58 () shown in FIG. 5 in that the aspherical mirror part 28 has a convex shape corresponding to the shape of the aspherical mirror part 28. It is a point to be. It is desirable that the aspherical mirror disk molding die 64 be preliminarily machined into a convex shape in a blank state so that only the aspherical molding part 65 needs to be cut.

なお、成形面64aを射出成形でプラスチック面に精密転写させるために非球面ミラーディスク成形型64に必要な、入れ子としての構造はここでは省略する。
このような非球面ミラーディスク成形型64を用い、その成形面64aに形成した非球面成形部65及び放物面ミラー部57を射出成形により精密転写することにより、図9に示すような、非球面ミラー67及び凸放物面ミラー68を有する非球面ミラーディスク66のプラスチック成形品を得ることができる。
Note that the nesting structure necessary for the aspherical mirror disk molding die 64 in order to precisely transfer the molding surface 64a to the plastic surface by injection molding is omitted here.
By using such an aspherical mirror disk molding die 64 and accurately transferring the aspherical molding part 65 and the parabolic mirror part 57 formed on the molding surface 64a by injection molding, the non-spherical mirror part 65 as shown in FIG. A plastic molded product of the aspherical mirror disk 66 having the spherical mirror 67 and the convex parabolic mirror 68 can be obtained.

ラジアル方向の位置ズレを精密に調整してこの非球面ミラーディスク66を製品の回転軸12に取り付けるには、前記のスポット光検出ユニット59に代えて、スポット光検出ユニット69を用いる。   In order to precisely adjust the positional deviation in the radial direction and attach the aspherical mirror disk 66 to the rotary shaft 12 of the product, a spot light detection unit 69 is used instead of the spot light detection unit 59 described above.

このスポット光検出ユニット69は、ビームスプリッタ52から反射ミラー方向へ出射したレーザ光を、フォーカスレンズ70及び集光レンズ71を介して凸放物面ミラー68へ照射し、そこからの反射光の一部を集光レンズ71で集光した後、フォーカスレンズ70及び拡大レンズ53により、スポット光としてPSD54上に結像させるように構成している点が、前記のスポット光検出ユニット59と異なっている。   The spot light detection unit 69 irradiates the convex paraboloidal mirror 68 with the laser light emitted from the beam splitter 52 in the direction of the reflection mirror through the focus lens 70 and the condenser lens 71, and reflects one of the reflected light therefrom. This is different from the spot light detection unit 59 in that the light is focused on the PSD 54 by the focus lens 70 and the magnifying lens 53 after being condensed by the condenser lens 71. .

上述した構成の非球面ミラーディスク成形型64を射出成形型として用いることにより、凸放物面ミラー68の位置を基準としてラジアル方向に1マイクロメートルあるいはそれ以下の精度で位置決めされて形成されている複数の非球面ミラー67を有する非球面ミラーディスク66を量産することができる。   By using the aspherical mirror disk molding die 64 having the above-described configuration as an injection molding die, the aspherical mirror disc molding die 64 is formed with a precision of 1 micrometer or less in the radial direction with respect to the position of the convex parabolic mirror 68 as a reference. The aspherical mirror disk 66 having a plurality of aspherical mirrors 67 can be mass-produced.

また、この非球面ミラーディスク66を製品の回転軸12に取り付けるに際し、転写して形成した凸放物面ミラー部68へ、スポット光検出ユニット69からレーザ光を照射して、その反射光をスポット光として位置検出することにより、ラジアル方向のズレを1マイクロメートルあるいはそれ以下の精度で位置決めすることができる。   Further, when the aspherical mirror disk 66 is attached to the rotating shaft 12 of the product, a laser beam is irradiated from the spot light detection unit 69 to the convex paraboloid mirror portion 68 formed by transfer, and the reflected light is spotted. By detecting the position as light, the radial displacement can be positioned with an accuracy of 1 micrometer or less.

以上のように、本実施例により、非球面ミラーディスク66の中心軸に対する非球面ミラー67のラジアル方向の位置精度を、1マイクロメートルあるいはそれ以下として加工することのできる反射光学素子の成形型64、また、その加工方法及び加工ワーク位置決め装置の提供が可能となり、更に、製品の回転軸12に対して偏心なく取り付けることのできる反射光学素子の成形加工品の提供が可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the reflective optical element forming die 64 that can be processed with the radial positional accuracy of the aspherical mirror 67 with respect to the central axis of the aspherical mirror disc 66 being 1 micrometer or less. In addition, it is possible to provide a processing method and a workpiece positioning apparatus, and it is also possible to provide a molded product of a reflective optical element that can be attached to the rotation shaft 12 of the product without eccentricity.

なお、本発明は、上述した実施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内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、上述した各実施例は非球面ミラーが複数配置されてなる非球面ミラーディスクの作製についてのものであったが、球面ミラーを平面上に回転軸対称に複数配置されてなるミラーディスクを同様にして作製することも可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, each of the embodiments described above was for the production of an aspherical mirror disk in which a plurality of aspherical mirrors are arranged, but the same applies to a mirror disk in which a plurality of spherical mirrors are arranged on a plane in a rotational axis symmetry. It is also possible to make it.

実施例1に係る非球面ミラーディスクの加工の手法を説明する図である。It is a figure explaining the processing method of the aspherical mirror disk concerning Example 1. FIG. 微小送り台の平面図である。It is a top view of a minute feed stand. 微小送り台の部分断面図(その1)である。It is a fragmentary sectional view (the 1) of a minute feed stand. 微小送り台の部分断面図(その2)である。It is a fragmentary sectional view (the 2) of a minute feed stand. 実施例1により作製される非球面ミラーディスクの製品への取り付けの様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the attachment to the product of the aspherical mirror disk produced by Example 1. FIG. 実施例2により作製される非球面ミラーディスクの断面図である。6 is a cross-sectional view of an aspherical mirror disk manufactured according to Example 2. FIG. フレネルバイトによる図6における回折光学ミラー部分の旋削加工の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the turning process of the diffractive optical mirror part in FIG. 6 by a Fresnel bite. 実施例3により作製される非球面ミラーディスク成形型の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an aspherical mirror disk molding die produced according to Example 3. 実施例3により作製される非球面ミラーディスク成型品の製品への取り付けの様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the attachment to the product of the aspherical mirror disk molded article produced by Example 3. FIG. 非球面ミラーディスクの形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the shape of an aspherical mirror disk. 図10に示した非球面ミラーディスクの加工の手法の従来例を説明する図である。It is a figure explaining the prior art example of the processing method of the aspherical mirror disk shown in FIG. 図10に示した非球面ミラーディスクの製品への取り付けの様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the attachment to the product of the aspherical mirror disk shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、58、66 非球面ミラーディスク
1’、26’ 非球面ミラーディスクブランク
1’a、26’a 非球面ミラーディスクブランク加工面
2、28、67 非球面ミラー
3、27 取り付け基準穴
4 固定穴
5、20 超精密旋盤
6、21 回転主軸
6a、21a 回転主軸端面
7 加工ワーク取り付けプレート
8、24 回動基準軸
9、25 角度割り出しピン
10、29 基準ザグリ部
11、31 ダイヤモンドバイト
12 製品側回転軸
12a 基準端面部
12b 基準側面
13 非球面ミラーディスク裏面
14、30 バランスウェイト
22 微小送り台
22a 微動ステージ
22b 固定ベース
22c 微動ステージ側面部
23 取り付けベース
32 ツールホルダー
34 機械ベース
35、36 NC送りステージ
37 弾性ピン
37a 弾性ピン端部
37b 切り欠き
38 微小送り機構
39 送りネジ
40、41 支持部材
42、43 ベアリング
44 押し付け部材
44a 押し付け部材端面
45 スプリング
46 当てつけ部材
46a 当てつけ部材端面
47、59、69 スポット光検出ユニット
48 検出ユニットボックス
48a 検出ユニットボックス開口部
49 検出ユニットボックス支持部材
50 レーザ発振子
51 コリメータレンズ
52 ビームスプリッタ
53 拡大レンズ
54 PSD
55、60 コンピュータ
56、61 モニターテレビ
57 放物面ミラー部
58a 非球面ミラーディスク裏面
62 回折ミラー
63 フレネルバイト
63 切刃
64 非球面ミラーディスク成形型
64a 成形面
65 非球面成形部
68 凸放物面ミラー
70 フォーカスレンズ
71 集光レンズ
1, 58, 66 Aspherical mirror disc 1 ', 26' Aspherical mirror disc blank 1'a, 26'a Aspherical mirror disc blank processed surface 2, 28, 67 Aspherical mirror 3, 27 Mounting reference hole 4 Fixing hole 5, 20 Ultra-precision lathe 6, 21 Rotating spindle 6a, 21a Rotating spindle end face 7 Workpiece mounting plate 8, 24 Rotation reference axis 9, 25 Angle indexing pin 10, 29 Reference counterbore 11, 31 Diamond tool 12 Product side rotation Axis 12a Reference end face part 12b Reference side face 13 Aspherical mirror disk back face 14, 30 Balance weight 22 Fine feed base 22a Fine movement stage 22b Fixed base 22c Fine movement stage side part 23 Mounting base 32 Tool holder 34 Machine base 35, 36 NC feed stage 37 Elastic pin 37a Elastic pin end Part 37b Notch 38 Microfeed mechanism 39 Feed screw 40, 41 Support member 42, 43 Bearing 44 Pressing member 44a Pressing member end surface 45 Spring 46 Abutting member 46a Abutting member end surface 47, 59, 69 Spot light detection unit 48 Detection unit box 48a Detection unit box opening 49 Detection unit box support member 50 Laser oscillator 51 Collimator lens 52 Beam splitter 53 Magnifying lens 54 PSD
55, 60 Computer 56, 61 Monitor TV 57 Parabolic Mirror 58a Aspherical Mirror Disc Back 62 Diffraction Mirror 63 Fresnel Bite 63 Cutting Edge 64 Aspherical Mirror Disc Mold 64a Molding Surface 65 Aspherical Molding Part 68 Convex Parabolic Surface Mirror 70 Focus lens 71 Condenser lens

Claims (9)

非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子であって、
前記回転軸対称における回転軸に対して平行にレーザ光を入射させると当該レーザ光の反射光が当該回転軸上でスポット光を形成する反射ミラー部を、前記鏡面が形成されている面上に形成したことを特徴とする光学素子。
An optical element in which a plurality of mirror surfaces made of an aspherical surface or a spherical surface are arranged on the surface in a rotational axis symmetry,
When a laser beam is incident in parallel to the rotation axis in the rotational axis symmetry, a reflection mirror portion that forms a spot light on the rotation axis when the reflected light of the laser beam is incident on the surface on which the mirror surface is formed An optical element formed.
前記反射ミラー部は放物面ミラーであることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the reflection mirror unit is a parabolic mirror. 前記反射ミラー部は回折格子ミラーであることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the reflection mirror unit is a diffraction grating mirror. 非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子を生産する方法であって、
前記鏡面を形成する面上に予め形成しておいた反射ミラー部へレーザ光を入射させたときに当該反射ミラー部が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置を検知し、
前記スポット光の位置から前記面へ垂らした垂線を前記回転軸対称における回転軸とし、
前記回転軸に基づいて各々の前記鏡面の位置決めを行う、
ことを特徴とする光学素子の生産方法。
A method for producing an optical element in which a plurality of mirror surfaces made of an aspherical surface or a spherical surface are arranged on the surface in a rotational axis symmetry,
Detecting the position of the spot light formed by condensing the reflected light when the laser light is incident on the reflection mirror part formed in advance on the surface forming the mirror surface,
A perpendicular line hanging from the position of the spot light to the surface is a rotation axis in the rotation axis symmetry,
Positioning each of the mirror surfaces based on the rotation axis;
A method for producing an optical element.
非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子の成形型であって、
前記回転軸対称における回転軸に対して平行にレーザ光を入射させると当該レーザ光の反射光が当該回転軸上でスポット光を形成する反射ミラー部を、前記鏡面が形成されている面上に形成したことを特徴とする成形型。
A molding die for an optical element in which a plurality of mirror surfaces made of an aspherical surface or a spherical surface are arranged on the surface in a rotational axis symmetry,
When a laser beam is incident in parallel to the rotation axis in the rotational axis symmetry, a reflection mirror portion that forms a spot light on the rotation axis when the reflected light of the laser beam is incident on the surface on which the mirror surface is formed A mold characterized by being formed.
前記反射ミラー部は放物面ミラーであることを特徴とする請求項5に記載の成形型。   The mold according to claim 5, wherein the reflection mirror portion is a parabolic mirror. 前記反射ミラー部は回折格子ミラーであることを特徴とする請求項5に記載の成形型。   The mold according to claim 5, wherein the reflection mirror part is a diffraction grating mirror. 非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子の成形型を生産する方法であって、
前記鏡面を形成する面上に予め形成しておいた反射ミラー部へレーザ光を入射させたときに当該反射ミラー部が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置を検知し、
前記スポット光の位置から前記面へ垂らした垂線を前記回転軸対称における回転軸とし、
前記回転軸に基づいて各々の前記鏡面の位置決めを行う、
ことを特徴とする成形型の生産方法。
A method of producing a molding die for an optical element in which a plurality of mirror surfaces made of an aspherical surface or a spherical surface are arranged on the surface in a rotational axis symmetry,
Detecting the position of the spot light formed by condensing the reflected light when the laser light is incident on the reflection mirror part formed in advance on the surface forming the mirror surface,
A perpendicular line hanging from the position of the spot light to the surface is a rotation axis in the rotation axis symmetry,
Positioning each of the mirror surfaces based on the rotation axis;
A method for producing a mold characterized by the above.
非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子またはその成形型の生産に用いられるワークの位置決め装置であって、
超精密加工機のワーク回転主軸からその回転主軸半径方向の任意の位置に調整位置決めされる検出ユニットであって、当該回転主軸に取り付けられたワークへ照射するレーザ光を励起させるレーザ光発振部、及び、当該照射されたレーザ光のワークからの反射光によって形成されるスポット光の位置を検知する検知部を備える当該検出ユニットと、
前記超精密加工機のワーク回転主軸端に取り付けられて前記ワーク回転主軸のラジアル方向へワークを微小送り可能に構成されている微小送りユニットと、
前記微小送り機構上で前記ワーク回転主軸の中心から所定の位置に取り付けられて当該ワーク回転主軸と平行な回転軸を有する任意の回転角度にワークの位置決めが可能な回転位置決めユニットと、
を有することを特徴とするワーク位置決め装置。

A workpiece positioning device used for production of an optical element or a molding die thereof in which a plurality of mirror surfaces made of an aspherical surface or a spherical surface are arranged on the surface in a rotational axis symmetry,
A detection unit that is adjusted and positioned at an arbitrary position in the radial direction of the rotation spindle from the workpiece rotation spindle of the ultra-precision machining machine, and a laser beam oscillation unit that excites laser light applied to the workpiece attached to the rotation spindle, And the said detection unit provided with the detection part which detects the position of the spot light formed with the reflected light from the workpiece | work of the said irradiated laser beam,
A microfeed unit that is attached to the workpiece rotation spindle end of the ultra-precision machine and configured to allow microfeeding of the workpiece in the radial direction of the workpiece rotation spindle;
A rotational positioning unit that is attached to a predetermined position from the center of the work rotation spindle on the microfeed mechanism and that can position the work at an arbitrary rotation angle having a rotation axis parallel to the work rotation spindle;
A workpiece positioning apparatus characterized by comprising:

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104907889A (en) * 2015-07-06 2015-09-16 哈尔滨工业大学 Two-dimensional force measuring main shaft fixture based on phase-sensitive detector (PSD) principle
CN110233548A (en) * 2019-06-25 2019-09-13 苏州汇川技术有限公司 A kind of calibrator (-ter) unit, method, encoder and motor

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