JP2007170930A - 光学素子測定用治具、並びに、光学素子の面形状測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学素子を確実に固定することによって高精度の形状測定を可能にし、好ましくは、光学素子を表裏の両面から計測することができる光学素子測定用治具を提供すること。
【解決手段】 この光学素子測定用治具１０において、３つの球面部３０と、３つの当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃとは、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡに沿って等間隔で互い違いに配置されている。この結果、球面部３０と当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃとの干渉を防止しつつ両者を効率的に配置でき、基板２０上に光学素子ＯＥを安定した状態で固定することができる。つまり、球面部３０や光学素子ＯＥの光学面の計測を確実に行うことができ、その作業性を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子の面形状を測定する際に用いる光学素子測定用治具に関し、かかる光学素子測定用治具を利用しての光学素子の面形状測定装置及び方法に関するものである。

光学素子の３次元的な表面形状を高精度に測定するための技術として、ワークに触針を接触させて、その変位量を測定する接触式測定法がある。

この種の接触式測定法おいては、光学素子の表面形状を測定するばかりでなく、光学素子の外形基準に対する光学面の位置ずれ、すなわち偏芯を測定することが必要となる場合がある。このような偏心の測定を可能にするものとして、例えば、治具上に位置決め治具を配置して光学素子の位置決めを行なうことにより外形を基準とする光軸ずれを測定する形状測定装置が開発されている（特許文献１参照）。

また、偏心の測定を行うものではないが、表面形状を測定に際して光学素子を固定するため、光学素子の側面に当接する複数の半球状の突起を設けた突き当てジグと、突起の反対側の角部分に当接して角部分を押圧するプランジャとを備える形状測定装置も開示されている（特許文献２参照）。
特開２００２−７１３４４号公報 特開平１１−１７３８３５号公報

しかし、円柱状の位置決め治具を使用する前者の形状測定装置では、位置決め治具が治具ホルダ上に固定的に取り付けられているだけであり、位置決め治具が安定して外形に接触せず、計測中に光学素子が移動して測定精度が低下する可能性がある。また、円柱状の位置決め治具の先端が光学素子の上方に配置されるので、光学素子の表面に触針を近接させる際の妨げになりやすい。また、円柱状の位置決め治具によって光学素子の横方向の移動を制限するだけであるので、治具を反転して測定しようとした場合、光学素子が脱落して測定ができなくなると考えられる。

また、突き当てジグ等を使用する後者の形状測定装置では、突起やプランジャの点接触によって光学素子を固定するので、光学素子の固定が不確実となる。また、光学素子を表裏の両面から計測することは不可能である。

そこで、本発明は、光学素子を確実に固定することによって高精度の形状測定を可能にし、好ましくは、プリンタ用光学系、光ピックアップ装置用光学系等で用いられる光学素子を計測することができる光学素子測定用治具を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のような光学素子測定用治具を用いた光学素子の面形状測定装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の光学素子測定用治具は、測定対象となる光学素子を載置する、第１面と該第１面の裏面に相当する第２面とを有する基板と、基板に固定され、載置される光学素子側面部に対して当接する当接部を有する支持手段とを有する。そして、支持手段は、光学素子周囲に複数設けられるとともに、支持手段の当接部は、光学素子側面部に密着して当接可能な弾性材料で構成されていることを特徴とする。

上記光学素子測定用治具では、光学素子を基板上に載置した後、複数の支持手段によって光学素子を周囲から固定することができる。この際、支持手段は、支持手段の当接部が光学素子側面部に密着して当接可能な弾性材料で構成されているので、当接部での面接触による比較的大きな摩擦によって光学素子を確実に固定することができる。また、光軸方向での光学素子の支持が不要となり、形状測定時に光学素子の表面に対して接触走査する領域を広く取ることが可能となる。よって、各種形状を有する光学素子について高精度で形状測定等を行うことができる。

本発明の具体的な態様又は観点では、弾性材料がゴム系の材料を主成分として構成されている。この場合、光学素子側面部に対する当接部の密着性を簡易に高めることができ、光学素子の安定した支持が可能になる。

本発明のさらに別の態様では、支持手段の当接部が、光学素子の光軸方向からみた外形輪郭に沿った形状を有する。この場合、当接部と光学素子の外形との密着度を高めて、基板上における光学素子の固定をより確実なものとすることができる。

本発明のさらに別の態様では、光学素子の光軸方向からみた外形輪郭が円形であり、複数の支持手段の各当接部が円弧状の当接面を有する。ここで、円形とは、真円に限らず楕円等を含む。この場合、円形輪郭の光学素子を確実に固定することができる。

本発明のさらに別の態様では、光学素子の光軸方向からみた外形輪郭は矩形であり、複数の支持手段の各当接部が、直線状の当接面を有し、光学素子の対向する少なくとも１組の辺に沿って配置可能である。ここで、略矩形とは、正方形や長方形に限らず、角が丸まった形状を含む。この場合、矩形輪郭の光学素子を辺の部分で確実に固定することができる。

本発明のさらに別の態様では、光学素子の光軸方向からみた外形輪郭は矩形であり、複数の支持手段の各当接部が、矩形の頂点を含んで当接できるようＬ字形状の当接面を有し、光学素子の少なくとも２箇所の頂点に配置可能である。この場合も、矩形輪郭の光学素子を角の部分で確実に固定することができる。

本発明のさらに別の態様では、基板に一部が支持され、既知の球面形状を有する球面部を光学素子の側面部に光軸と垂直な方向から当接可能に備える外形基準検知手段を複数有する。そして、外形基準検知手段は、当接した球面部を測定することにより光学素子の外形基準が把握できるよう基板の複数位置に配置され、複数の外形基準検知手段の内の少なくとも一つは、光学素子を押圧するような付勢力を以って当接可能に構成されている。なお、「光軸と垂直な方向から当接」とは、実施形態に示されるような光学素子のフランジに相当する外縁部のような平坦面は勿論のこと、多少の光軸と垂直な面から傾きを持って形成された面に対する当接を意味し、要は実質的に光軸方向への押圧力が最大又はこれに準じて効率的となるような面に当接するだけでよい。この場合、光学素子の側面部に対して外形基準検知手段の球面部を安定して保持又は配置することができ、光学素子の外縁部から精度よく外形基準、すなわち光学素子の中心を定めることができる。

本発明のさらに別の態様では、複数の外形基準検知手段の内、光学素子を押圧するような付勢力を以って当接する外形基準検知手段が、基板に支持された支持部と球面部との間に弾性部材を有するとともに、弾性部材と球面部との間であって弾性部材による光学素子に対する付勢力を調整可能な調整手段を有する。この場合、外縁部の輪郭のサイズや形状が異なる光学素子の計測も高精度で行うことができる。なお、「弾性部材と球面部との間」の調整手段とは、実施形態に示されるようなバネ端部に調整手段を設ける場合の他、バネの一部の固定箇所を変えることで弾性力による付勢力を調整する調整手段であってもよい。

本発明のさらに別の態様では、外形基準検知手段と支持手段とが光学素子と当接する位置が、光学素子の光軸方向から見て互いに異なる位置に交互に配置されるよう構成した。この場合、外形基準検知手段と支持手段とがともに外周を略均等に分割した位置で外周の当接又は保持を行うことができるので、外形基準検知手段による計測を容易にしつつ、光学素子の固定を確実にすることができる。

本発明に係る第２の光学素子測定用治具は、（ａ）形状測定対象としての光学素子の有効径外部の少なくとも一部に当接して当該光学素子を光軸方向に関して一方から支持可能な支持部と、（ｂ）光学素子の有効径外部に対向する支持部に吸引口を有し、負圧によって光学素子を支持部側に吸着させる吸着装置とを備える。

上記光学素子保持治具光学素子測定用治具では、吸着装置が負圧によって光学素子を支持部側に吸着させるので、光学素子を裏面側から確実に固定することができ、各種形状の光学素子について計測精度を高めることができる。

また、本発明では、上述した様な光学素子測定用治具を備えた光学素子形状測定装置を提供できる。この場合、測定精度を高くし易い治具を用いて、精度の高い外形基準を測定できる測定装置を提供できる。

また、上述した光学素子測定用治具を用いた光学素子形状測定方法により、精度の高い外形基準測定が可能となる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る光学素子測定用治具を図面を用いて説明する。図１（ａ）は、面形状測定用の光学素子測定用治具の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の光学素子測定用治具のＡＡ矢視断面図である。また、図２（ａ）は、図１（ａ）に示す治具の中央部の部分拡大平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に対応する部分拡大断面図である。

光学素子測定用治具１０は、マイクロレンズ（光ピックアップの結像系や携帯カメラ用の撮像素子、主に外径が１０ｍｍ以下の小型光学素子を意味する）等の光学素子ＯＥを被測定対象として保持して不図示の面形状測定装置にセットするためのものであり、かかる面形状測定装置において、光学素子ＯＥの光学面の形状を表側と裏側から計測できるようにするとともに、光学素子ＯＥの偏芯を計測することができるようにしている。光学素子測定用治具１０は、以上の目的で、以下に詳述する、基板２０と、球面部３０を有する外形基準検知手段４０と、当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃと、付勢装置６０と、球状被計測部材７０とを備える。なお、各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃとこれに対応する付勢装置６０とは、光学素子ＯＥを基板２０上に固定するための挟持装置として機能する。

基板２０は、四角形の厚板上の外観を有し、第一面とその裏面に第二面を有している。中央には光学素子ＯＥを載置するための円形ステージ２１を有している。円形ステージ２１は、中央に開口２２を有しており、開口２２の縁部分で光学素子ＯＥの回転非対称な外縁部ＰＡを支持する。これにより、円形ステージ２１すなわち基板２０上に支持された光学素子ＯＥを図１（ａ）に示す表側と反対の裏側との両側から観察することができ、面形状測定装置（後述）に設けた計測用の触針を、図２（ａ）、２（ｂ）に示す光学素子ＯＥの両光学面ＯＳ１，ＯＳ２に下ろすことができる。なお、基板２０は、外形基準検知手段４０、付勢装置６０、及び球状被計測部材７０を、光学素子ＯＥの保持位置の周囲の適所に支持する際の支持体としても機能する。

球面部３０は、基板２０上に３つ配置された略同一形状の球体であり、後述する外形基準検知手段４０の先端にそれぞれ固定されている。各球面部３０は、既知の球面形状を有しており、図２に示すように、光学素子ＯＥの有効径外部である外縁部ＰＡの側面ＳＦに当接する。各球面部３０が外縁部ＰＡの側面ＳＦに当接する位置は、外縁部ＰＡを３等分した均等な位置に対応しており、光学素子ＯＥの中心から１２０°異なる３方向（光軸ＯＡのまわりに等分割された方向）に配置されている。なおここでの等分した位置には、厳密に等分された位置だけでなく、ほぼ等分となる位置も含む。各球面部３０は、外形基準検知手段４０に付勢されて、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの側面に当接するとともに、外縁部ＰＡの側面ＳＦをこれに対して垂直な方向から適当な大きさの押圧力で押圧する。各球面部３０に付与する押圧力は、光学素子ＯＥの材料やサイズにも依存するが、光学素子ＯＥの形状に歪みを与えない程度とするものとし、かつ、既知の球面形状を有する球面部３０と外縁部ＰＡ側面とが十分に密着する程度とする。具体的には、この押圧力をＦ’（Ｎ）とするとき、０．０１＜Ｆ’＜１０程度となるようにする。このようにして、３つの球面部３０を外縁部ＰＡの適所に適度に密着させることにより、外縁部ＰＡの中心を求めることができ、さらに、光学素子ＯＥの光軸ＯＡとの位置ずれ量である偏芯を算出することもできる。

なおここで複数の外形基準検知手段における各球面部３０は、全て付勢力を以って光学素子側面に押圧するよう当接するよう構成されている必要はなく、いずれか少なくとも一つがそのように当接するものであればよい。この場合、他の外形基準検知手段４０は基板に対して固定的に配置されているものであってよい。

外形基準検知手段４０は、先端に球面部３０を固定したロッド４１と、ロッド４１を軸方向に滑らかに移動させる摺動機構４２と、ロッド４１を先端側に付勢するバネ４３ａを内蔵するとともにバネ４３ａの根元位置を調節する付勢部材４３とを備える。ロッド４１は、図２（ａ）に示すように、円形ステージ２１に刻設された溝２１ａに案内された状態で溝２１ａに沿って往復移動する。摺動機構４２は、基板２０上面に固設されたガイドであり、ロッド４１の根元側が嵌合しており、ロッド４１の軸方向に沿った滑らかな移動を可能にしている。付勢部材４３は、基板２０上面に着脱可能に取り付けられた機構であり、弾性部材であるバネ４３ａに付勢されて突出しようとするピン４３ｂによって、ロッド４１を先端方向に付勢することができるとともに、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの側面ＳＦに球面部３０を所定の力で押し付けることができる。ここで、付勢部材４３は、バネ４３ａやピン４３ｂを収納し外周にネジを形成したアジャスタ部４３ｃを調整手段として備えており、アジャスタ部４３ｃのねじ込み量の調整によって、バネ４３ａの根元位置を微調整することができる。このアジャスタ部４３ｃにより、ロッド４１の標準的な位置やロッド４１に対する付勢力を適宜調整することができる。また、アジャスタ部４３ｃの調節により、被測定対象である光学素子ＯＥのサイズを変更した場合にも一定範囲で対応することができる。

当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、基板２０上に３つ配置された円弧状の可動部材であり、後述する３つの付勢装置６０の先端にそれぞれ固定されている。各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、図２に示すように、光学素子ＯＥの有効径外部である外縁部ＰＡの側面ＳＦに密着するように当接する。各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、図２（ａ）に示すように、接触体５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃと支持体５２とを有しており、各接触体５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの内側の当接面５５が外縁部ＰＡの側面ＳＦと密着する。接触体５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、外縁部ＰＡの側面ＳＦの形状になじむ形状変化が生じる弾性体すなわち弾性材料からなる当接部であり、付勢装置６０によって各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを光学素子ＯＥの外縁部ＰＡに適当な力で押し付けることにより、当接面５５と側面ＳＦとの間に摩擦力が発生し、保持が確実なものとなる。接触体５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃに用いられる弾性体の材質としては、光学素子ＯＥとの密着性に優れ、適度なゴム弾性があり、また装置内での環境による変質のないものであれば特に限定されない。かかる材質として、例えばポリウレタンゴム、ネオプレンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、シリコンゴム等の合成ゴムあるいは天然ゴムの一種あるいは二種以上の混合物等のゴムを例示することができる。

各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが外縁部ＰＡの側面ＳＦに当接する位置は、外縁部ＰＡを３等分した均等な位置に対応しており、光学素子ＯＥの中心から１２０°異なる３方向（光軸ＯＡのまわりに等分割された方向）に配置されている。なお、各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、３つの球面部３０の間に配置されており、両者の干渉を避けた配置となっている。このように、当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃと球面部３０との干渉を回避することによって、各球面部３０を確実に計測することができ、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡを高精度で検出することができる。

各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、付勢装置６０に付勢されて、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの側面に当接するとともに、外縁部ＰＡの側面ＳＦをこれに対して垂直な方向から適当な大きさの押圧力で押圧する。各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに付与する押圧力は、光学素子ＯＥの材料やサイズにも依存するが、各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが外縁部ＰＡの側面ＳＦと密着する際の摩擦力によって光学素子ＯＥの安定した支持が確保される程度とし、かつ、光学素子ＯＥの形状に歪みを与えない程度とする。具体的には、この押圧力をＦ（Ｎ）とするとき、０．１＜Ｆ＜１０程度となるようにする。この際、各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃと側面ＳＦとの摩擦係数は、１以上であることが好ましい。このようにして、３つの当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃによって外縁部ＰＡを挟持することにより、基板２０上に光学素子ＯＥを安定して固定することができ、基板２０を上下反転した場合にも光学素子ＯＥの脱落や変位を防止できる。

さらに、これら当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにより、基板２０上において、光学素子ＯＥの光軸ＯＡまわりの姿勢を特定方向（図示の場合、紙面右側）に向けることができる。なお、各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに付与する押圧力は、各球面部３０に付与する押圧力よりも大きくしてある。

３つの当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃのうち、１つの当接部材５０Ｃは、光学素子ＯＥの光軸ＯＡまわりの回転を規制する回転位置決め部材として機能する。当接部材５０Ｃは、光学素子ＯＥの側面ＳＦ側に窪んだ当接面５５を有しており、この当接面５５と光学素子ＯＥに形成された平坦部ＦＰ及び突起部ＰＰとが係合することによって光学素子ＯＥの光軸ＯＡのまわりの回転位置が調節される。以上の平坦部ＦＰ及び突起部ＰＰは、外縁部ＰＡの輪郭に関して隣接部と異なる不規則部であり、光学素子ＯＥの射出成形時によって不可避的に形成され、このうち突起部ＰＰの先端は、ゲートカット部と呼ばれる。光学素子ＯＥの形状測定において光学素子ＯＥの方向を特定することが重要となる場合があるが、上記突起部ＰＰ等をこの目的で使用することができる。つまり、突起部ＰＰ等は、光学素子ＯＥの形状測定結果を利用する際に基準となるものであり、具体的には、光学素子ＯＥを成形した金型を形状測定結果に基づいて補正する際に、金型の光学面の補正箇所を特定するために不可欠となる。このように突起部ＰＰを基準として金型補正を行うことにより、光学素子ＯＥを高精度で生産できるようになる。また、突起部ＰＰは光学素子ＯＥを撮像装置や光ピックアップ装置に組み込む際の目印となり、光学素子ＯＥの取付時における回転位置を調整するために役立つ。光学素子ＯＥの取付方向を調整することで、偏芯や収差の方向性を制御できるので、撮像装置や光ピックアップ装置の許容収差等の仕様に適合させることができる。

図３（ａ）は、当接部材５０Ｃの部分拡大図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の当接部材５０Ｃの変形例を示す。図３（ａ）に示すように、光学素子ＯＥの外周に直線状の平坦部ＦＰと矩形の突起部ＰＰとが形成されている場合、当接部材５０Ｃに設けた当接面５５は、平坦部ＦＰに対応する形状の直線部分５５ａと突起部ＰＰと嵌り合う溝部分５５ｂとを有する。なお、図３（ｂ）に示すように、光学素子ＯＥの外周に不規則部としてゲートカット部を先端に有する単なる突起部ＰＰが形成されている場合、当接部材５０Ｃに設けた凹部１５５は、このような突起部ＰＰと嵌り合う溝部分１５５ａを有する。

図１に戻って、各付勢装置６０は、各当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃとともに、光学素子ＯＥを基板２０上に外周側から固定するための支持手段として機能する。付勢装置６０は、外形基準検知手段４０と同様の構造を有し、先端に当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを固定したロッド６１と、ロッド６１を軸方向に滑らかに移動させる摺動機構６２と、ロッド６１を先端側に付勢するバネ６３ａを内蔵するとともにバネ６３ａの根元位置を調節する付勢部材６３とを備える。ロッド６１は、図２（ａ）に示すように、円形ステージ２１に刻設された溝２１ｂに案内された状態で溝２１ｂに沿って往復移動する。摺動機構６２は、基板２０上面に固設されたガイドであり、ロッド６１の根元側が嵌合しており、ロッド６１の軸方向に沿った滑らかな移動を可能にしている。付勢部材６３は、基板２０上面に着脱可能に取り付けられた機構であり、弾性部材であるバネ６３ａに付勢されて突出しようとするピン６３ｂによって、ロッド６１を先端方向に付勢することができるとともに、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの側面ＳＦに当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを所定の力で押し付けることができる。ここで、付勢部材６３は、バネ６３ａやピン６３ｂを収納し外周にネジを形成したアジャスタ部６３ｃを調整手段として備えており、アジャスタ部６３ｃのねじ込み量の調整によって、バネ６３ａの根元位置を微調整することができる。このアジャスタ部６３ｃにより、ロッド６１の標準的な位置やロッド６１に対する付勢力を適宜調整することができる。また、アジャスタ部６３ｃの調節により、被測定対象である光学素子ＯＥのサイズを変更した場合にも一定範囲で対応することができる。

球状被計測部材７０は、基板２０上に３つ配置された略同一形状の球体であり、基板２０上に設けた固定部材２５によって基板２０に位置ずれしないようにしっかりと固定されている。なお、基板２０上において球状被計測部材７０を固定した位置には、開口２３が形成されており、固定部材２５に固定された球状被計測部材７０を図１（ａ）に示す表側と反対の裏側との両側から観察することができ、面形状測定装置（後述）の触針を球状被計測部材７０の上下面に接触させて当該上下面をなぞるように移動させることができる。

以上説明した光学素子測定用治具１０において、３つの球面部３０と、３つの当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃとは、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡに沿って等間隔で互い違いに配置されている。この結果、球面部３０と当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃとの干渉を防止しつつ両者を効率的に配置でき、基板２０上に光学素子ＯＥを安定した状態で固定することができる。つまり、球面部３０や光学素子ＯＥの光学面ＯＳ１，ＯＳ２の計測を確実に行うことができ、その作業性を高めることができる。

図４（ａ）及び４（ｂ）は、図１に示す光学素子測定用治具１０を用いた面形状測定装置１００の構造を説明する正面図及び側面図である。この面形状測定装置１００は、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。ＸＹステージ装置８２やＺ駆動装置８４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、説明を省略する駆動機構に駆動されて動作し、ＸＹステージ装置８２の上部に設けた載置台８２ａ上に着脱可能に固定された光学素子測定用治具１０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ことができる。光学素子測定用治具１０の位置は、載置台８２ａに設けたＸミラー８３ａとＹミラー８３ｂとを利用して検出される。すなわち、Ｘミラー８３ａに対向して定盤８１上に取り付けたレーザ干渉計８３ｄを利用して載置台８２ａのＸ軸方向の位置が分かる。また、Ｙミラー８３ｂに対向して定盤８１上に取り付けたレーザ干渉計８３ｅを利用して載置台８２ａの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方向に伸びる支持軸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を昇降させる昇降駆動手段（不図示）と、昇降部材８６ｂに支持された触針保持部８６ｄと、触針保持部８６ｄに昇降可能に支持された触針ＰＲとを備える。

昇降機構８６は、昇降部材８６ｂが支持軸８６ａに非接触に支持されて滑らかに昇降運動する。昇降保持部８６ｄは触針ＰＲを保持しており、これに伴って滑らかに昇降運動する。なお触針ＰＲは、先端に一定の負荷を掛けた状態で高精度で滑らかに昇降することができるようにフィードバックをかけて不図示の昇降駆動手段を動作させている。結果的に、触針ＰＲを低応力で昇降させつつ、ＸＹステージ装置８２を適宜動作させて光学素子測定用治具載置した光学素子ＯＥを２次元的に走査するように移動させるならば、触針ＰＲの先端を光学素子測定用治具１０に載置した光学素子ＯＥの光学面等に沿って２次元的に移動させることができる。この際、触針ＰＲの先端位置は、触針ＰＲとともに昇降する部材の上端に設けたＺミラー９１ａを利用して検出される。すなわち、Ｚミラー９１ａに対向してフレーム８５上に取り付けたレーザ干渉計９１ｂを利用して触針ＰＲ下端のＺ軸方向の位置が分かる。

図５は、図４に示す面形状測定装置を用いた測定方法の手順を説明するフローチャートである。

最初に、光学素子ＯＥを図４の面形状測定装置１００にセットする（ステップＳ１０）。この工程は、ロボットに行わせることもできるが通常オペレータが行う。内容を具体的に説明すると、光学素子ＯＥの表側の光学面ＯＳ１を上側にして、光学素子測定用治具１０上に取り付ける（図１参照）。つまり、３つの外形基準検知手段４０と、３つの付勢装置６０とを解除状態として、光学素子ＯＥを円形ステージ２１上に載置する。その後、３つの外形基準検知手段４０及び付勢装置６０を係止状態となるように取り付ける。これにより、光学素子ＯＥの固定が完了する。この際、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡが、３つの当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃによって周囲から把持されて確実に固定され、３つの球面部３０が、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの側面ＳＦに周囲から適当な力で押しつけられる。その後、このように光学素子ＯＥを固定した光学素子測定用治具１０をＸＹステージ装置８２上の載置台８２ａに固定する。

次に、基板２０の周辺部に配置された３つの球状被計測部材６０の表面形状を計測することによって、表側の面頂点座標系を測定する（ステップＳ１１）。具体的には、各球状被計測部材６０の頂点近傍に触針ＰＲを配置した状態で、ＸＹステージ装置８２を動作させて球状被計測部材６０の表面に対して触針ＰＲを例えば十字に移動させつつ、駆動装置８４を動作させて触針ＰＲ先端を球面部３０の表面から離れないように移動させる。これにより、各球状被計測部材６０の中心が算出される。

次に、光学素子ＯＥの周囲に配置された３つの球面部３０の表面形状を計測することによって、面頂点座標を測定する（ステップＳ１２）。具体的には、各球面部３０の頂点近傍に触針ＰＲを配置した状態で、ＸＹステージ装置８２を動作させて球面部３０の表面に対して触針ＰＲを十字移動を行わせつつ、駆動装置８４を動作させて触針ＰＲ先端を球面部３０の表面から離れないように移動させる。これにより、各球面部３０の中心が算出される。

次に、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの中心に対応する表面外形基準位置を算出する（ステップＳ１３）。ここで、表面外形基準位置は、外縁部ＰＡの側面が真円であると仮定して、３つの球面部３０の中心が通る円の中心を算出して得られた座標とする。なお、外形基準位置の計算方法は、３つの球面部３０の中心が通る円を求めるものに限らず、様々な幾何的計算方法を用いることができる。

次に、光学素子ＯＥの表側の光学面ＯＳ１の表面形状を測定する（ステップＳ１４）。具体的には、光学素子ＯＥの光学面ＯＳ１上方に触針ＰＲを配置した状態で、ＸＹステージ装置８２を動作させて光学素子ＯＥに対して触針ＰＲを２次元的に走査移動させつつ、駆動装置８４を動作させて触針ＰＲ先端を光学面ＯＳ１から離れないように移動させる。これにより、２次元的な表面形状データが得られる。

次に、ステップＳ１４で得た表面形状データを設計値でフィッティングする座標変換を行う（ステップＳ１５）。具体的には、表面形状データをＺとし、設計値をＺ０とし、これらの差分であるＺｄ＝Ｚ０−Ｚの最小２乗平均値（ＲＭＳ）が最小になるように座標変換を行う。この際、座標変換に必要なデータが座標変換データとして保管される。

次に、光学素子ＯＥの表面外形偏芯を算出する（ステップＳ１６）。ここで、光学素子ＯＥの表面外形偏芯は、外縁部ＰＡの中心に相当する外形基準位置が光学素子ＯＥに関する光学面ＯＳ１の表面形状の計測値から得た光軸ＯＡからずれている量とする。なお、光学素子ＯＥの表面形状は、ステップＳ１５で得た座標変換後の表面形状データに対応するものとなっている。

次に、光学素子測定用治具１０を裏返して面形状測定装置の保持部（不図示）にセットする（ステップＳ１７）。この工程は、ロボットに行わせることもできるが通常オペレータが行ってもよい又は行うことが好ましい。内容を具体的に説明すると、光学素子ＯＥを固定した光学素子測定用治具１０をＸＹステージ装置８２上の載置台８２ａから取り外し、光学素子測定用治具１０をそのままにして上下反転させて再度載置台８２ａに固定する。

次に、基板２０の周辺部に配置された３つの球状被計測部材６０の表面形状を計測することによって、裏側の面頂点座標を測定する（ステップＳ１８）。具体的には、各球状被計測部材６０の頂点近傍に触針ＰＲを配置した状態で、ＸＹステージ装置８２を動作させて球状被計測部材６０の裏面に対して触針ＰＲを例えば十字に移動させつつ、駆動装置８４を動作させて触針ＰＲ先端を球面部３０の表面から離れないように移動させる。これにより、各球状被計測部材６０の中心が算出される。

次に、ステップＳ１１で得た表側の面頂点座標系と、ステップＳ１８で得た表側の面頂点座標系とを比較して、表側座標系と裏側座標系との関係を算出する（ステップＳ１９）。球状被計測部材６０の計測結果を利用すると、基板２０の表側座標系と裏側座標系との関係が得られる。

次に、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの中心に対応する裏面外形基準位置を算出する（ステップＳ２０）。ここで、裏面外形基準位置は、ステップＳ１３で得た表面外形基準位置をステップＳ１９で得た表側座標系と裏側座標系との関係を利用して座標変換することによって得られる。

次に、光学素子ＯＥの裏側の光学面ＯＳ２の表面形状を測定する（ステップＳ２１）。具体的には、光学素子ＯＥの光学面ＯＳ２上方に触針ＰＲを配置した状態で、ＸＹステージ装置８２を動作させて光学素子ＯＥに対して触針ＰＲを２次元的に走査移動させつつ、駆動装置８４を動作させて触針ＰＲ先端を光学面ＯＳ２から離れないように移動させる。これにより、２次元的な裏面形状データが得られえる。

次に、ステップＳ２１で得た表面形状データを設計値でフィッティングする座標変換を行う（ステップＳ２２）。具体的な手法は、表側のステップＳ１５と同様であるので説明を省略する。

次に、ステップＳ１５で得た座標変換データと、ステップＳ２２で得た座標変換データとを、ステップＳ１９で得た関係を利用して比較して、光学素子ＯＥの両光学面ＯＳ１，ＯＳ２の相対的偏芯を算出する（ステップＳ２３）。

次に、光学素子ＯＥの裏面外形偏芯を算出する（ステップＳ２４）。ここで、光学素子ＯＥの裏面外形偏芯は、外縁部ＰＡの中心に相当する外形基準位置が光学素子ＯＥの光学面ＯＳ２に関する表面形状の計測値から得た光軸ＯＡからずれている量とする。

なお、以上説明した測定方法は単なる例示であり、種々の変形が可能である。例えばステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１８，Ｓ２１の計測を最初に行って、残った計算を一括して行うことも可能である。また、ステップＳ１７以降を省略することもできる。この場合、光学素子ＯＥの表面側について表面形状と偏芯とが得られる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る光学素子測定用治具について説明する。第２実施形態の光学素子測定用治具は、第１実施形態の治具を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。

図６は、第２実施形態の光学素子測定用治具の平面図であり、図７は、図６に示す治具の中央部の部分拡大平面図である。

本実施形態の光学素子測定用治具２１０も、光学素子ＯＥを保持して面形状測定装置（図４参照）にセットすることにより、光学素子ＯＥの光学面の形状を表側と裏側とから計測することができ、光学素子ＯＥの偏芯を計測することができるようにしている。このため、基板２２０上に、球面部３０と、第１外形基準検知手段２４０Ａ，２４０Ｂと、第２外形基準検知手段２４６Ａ，２４６Ｂと、付勢装置２６０Ａ，２６０Ｂと、球状被計測部材７０とを設けている。なお、この光学素子測定用治具２１０に固定される光学素子ＯＥは、輪郭が矩形になっている。

基板２２０は、四角形の厚板上の外観を有し、中央に開口（不図示）を有しており、この開口の縁部分で光学素子ＯＥの外縁部ＰＡを支持する。これにより、基板２２０上に支持された光学素子ＯＥを表と裏の両側から計測することができる。

第１外形基準検知手段２４０Ａ，２４０Ｂは、それぞれ球面部３０を光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの側面ＳＦに当接させるとともに、各球面部３０を介して外縁部ＰＡの側面ＳＦを適当な力で押圧する役割を有する。ここで、一方の第１外形基準検知手段２４０Ａは、球面部３０を先端に固定したロッド４１と、ロッド４１を軸方向に滑らかに移動させる摺動機構２４２Ａと、ロッド４１を先端側に付勢する板バネ状の付勢部材２４３とを備える。他方の第１外形基準検知手段２４０Ｂ，２４０Ｂは、球面部３０を先端に固定したロッド４１と、ロッド４１を軸方向に滑らかに移動させる共通の摺動機構２４２Ｂと、ロッド４１を先端側に付勢する板バネ状の付勢部材２４３とを備える。

第２外形基準検知手段２４６Ａ，２４６Ｂは、３つの球面部３０を基板２２０上に適当な配置で固定する板状の部材であり、複数の輪郭段差部分２４６ａ，２４６ｂ，２４６ｃの隅に球面部３０を接着剤等によって固定している。この際、第２外形基準検知手段２４６Ａ，２４６Ｂの形状は、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡとの干渉を避け得るものとなっている。

各付勢装置２６０Ａ，２６０Ｂは、図１等で説明した付勢装置６０と同様の構造を有し、先端に当接部材２５０を固定したロッド６１と、ロッド６１を軸方向に滑らかに移動させる摺動機構６２と、ロッド６１を先端側に付勢するバネ６３ａを内蔵するとともにバネ６３ａの根元位置を調節する付勢部材６３とを備える。

一対の当接部材２５０は、光学素子ＯＥを構成する外縁部ＰＡの側面ＳＦのうち、対向する一対の辺部分に密着するように当接する。当接部材２５０は、接触体２５１と支持体２５２とを有しており、各接触体２５１の内側の当接面２５５が外縁部ＰＡの直線状の側面部分と密着する。直線状の接触体２５１は、外縁部ＰＡの側面ＳＦの形状になじむ弾性体とすることもできるが、当接面２５５が外縁部ＰＡの側面ＳＦに略一致する形状を有する場合、接触体２５１の少なくとも１つを弾性体から非弾性体に置き換えることができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る光学素子測定用治具について説明する。第３実施形態の光学素子測定用治具は、第２実施形態の治具を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第２実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。

図８は、第３実施形態の光学素子測定用治具の平面図である。本実施形態の光学素子測定用治具３１０も、光学素子ＯＥを保持して面形状測定装置（図４参照）にセットすることにより、光学素子ＯＥの光学面の形状を表側と裏側とから計測することができる。このため、基板２２０上に、第１付勢装置３６０Ａと、第２付勢装置３６０Ｂとを設けている。

第１付勢装置３６０Ａは、図６で説明した付勢装置２６０Ａと同様の構造を有し、先端に当接部材２５０を固定したロッド６１と、ロッド６１を軸方向に滑らかに移動させる摺動機構２４２Ａと、ロッド６１を先端側に付勢する板バネ状の付勢部材２４３とを備える。

一対の当接部材３５０は、光学素子ＯＥを構成する外縁部ＰＡの側面ＳＦのうち、対向する一対の角部分に密着するように当接する。当接部材３５０は、接触体３５１と支持体３５２とを有しており、各接触体３５１の内側の当接面３５５が外縁部ＰＡのＬ字状の側面部分と密着する。Ｌ字状の接触体３５１は、外縁部ＰＡの側面ＳＦの形状になじむ弾性体とすることもできるが、当接面３５５が外縁部ＰＡの側面ＳＦに略一致する形状を有する場合、接触体３５１の少なくとも１つを弾性体から非弾性体に置き換えることができる。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る光学素子測定用治具について説明する。第４実施形態の光学素子測定用治具は、第１実施形態の治具を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。

図９（ａ）は、第４実施形態の光学素子測定用治具の部分拡大平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す治具の中央部の側方拡大断面図である。

光学素子ＯＥの外縁部ＰＡは、基板４２０に設けた支持部である円形ステージ４２１に設けた開口２２の縁部分によって支持される。円形ステージ４２１上には、複数の突起４２１ｅが形成されており、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡの側面ＳＦの移動を制限することによって、光学素子ＯＥの基板４２０上における位置決めを行う。この際、一対の突起４２１ｅが、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡに形成された平坦部ＦＰ及び突起部ＰＰを挟むように配置されており、光学素子ＯＥの光軸ＯＡのまわりの回転位置が調節される。つまり、一対の突起４２１ｅは、光学素子ＯＥの光軸ＯＡまわりの回転位置を設定する回転位置決め部材として機能する。

円形ステージ４２１の内部には、３つの排気路４２１ｈが形成されており、各排気路４２１ｈの一端は、円形ステージ４２１に設けた開口２２の周りの縁部分に形成された３つの吸引口４２１ｊにそれぞれ連通している。また、各排気路４２１ｈの他端は、円形ステージ４２１の周囲に形成された通気路４２１ｍを介して吸引器９２に接続されている。吸引器９２は、排気路４２１ｈを適度の負圧にすることができ、光学素子ＯＥの外縁部ＰＡは、吸引口４２１ｊの負圧によって円形ステージ４２１に吸着される。ここで、排気路４２１ｈ、吸引口４２１ｊ、通気路４２１ｍ、及び吸引器９２は、光学素子ＯＥを円形ステージ４２１上に固定するための吸着装置となっている。

以上説明した第４実施形態の光学素子測定用治具では、吸引口４２１ｊ、吸引器９２等を備える吸着装置によって、光学素子ＯＥが基板４２０上に確実に固定されるので、光学素子ＯＥの光学面の計測を確実に行うことができ、その作業性を高めることができる。

なお、図８、９には、球状位置決め部材が特に図示されていないが、光学素子の外形基準を測定する場合は、当接部と干渉しない位置であってかかる外形基準を測定可能な位置に複数備えていても良い。

また、この実施形態の場合、円形ステージ４２１に開口２２を設けているが、円形ステージ４２１に開口２２を設ける必要はない。開口２２を設けない場合、光学素子ＯＥの表裏光学面のうち表側のみの形状を測定することができる。

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態では、すべての当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを付勢装置６０によって可動としているが、当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの１つ又は２つを円形ステージ２１上に固定されたものとできる。

また、第１実施形態では、３つの球面部３０をすべて外形基準検知手段４０によって可動としているが、１又は２つの球面部３０を円形ステージ２１上に固定し、残った球面部３０を外形基準検知手段４０によって可動に支持し光学素子ＯＥの外縁部ＰＡに付勢することもできる。

また、当接部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃや球面部３０の数は３つに限らず、目的に応じて個数を適宜増減できる。

（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の光学素子測定用治具の平面図及び断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１の光学素子測定用治具の拡大平面図及び拡大断面図である。 （ａ）は、当接部材の部分拡大図であり、（ｂ）は、当接部材の変形例を示す。 （ａ）、（ｂ）は、面形状測定装置の構造を説明する正面図及び側面図である。 図４に示す面形状測定装置を用いた測定方法を説明するフローチャートである。 第２実施形態の光学素子測定用治具の平面図である。 図６に示す治具の中央部の部分拡大平面図である。 第３実施形態の光学素子測定用治具の平面図である。 （ａ）は、第４実施形態の光学素子測定用治具の部分拡大平面図であり、（ｂ）は、治具の中央部の側方拡大断面図である。

符号の説明

１０…光学素子測定用治具、 ２０…基板、 ２２…開口、 ３０…球面部、 ４０…外形基準検知手段、 ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…当接部材、 ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ… 接触体、 ５２…支持体、 ５５…当接面、 ６０…球状被計測部材、 ６０…付勢装置、 ６１…ロッド、 ６２…摺動機構、 ６３…付勢部材、 ６３ａ…バネ、 ６３ｂ…ピン、 ６３ｃ…アジャスタ部、 ７０…球状被計測部材、 ８１…定盤、 ８２…ＸＹステージ装置、 ８３ａ，８３ｂ，９１ａ…ミラー、 ８３ｄ，８３ｅ，９１ｂ…レーザ干渉計、 ８４…Ｚ駆動装置、 ８６…昇降機構、 ９９…制御装置、１００…面形状測定装置、 ＯＡ…光軸、 ＯＥ…光学素子、 ＯＳ１，ＯＳ２…両光学面、 ＰＡ…外縁部、 ＰＲ…触針

Claims (12)

1. 測定対象となる光学素子を載置する、第１面と該第１面の裏面に相当する第２面とを有する基板と、
   前記基板に固定され、載置される光学素子側面部に対して当接する当接部を有する支持手段とを有し、
   前記支持手段は、前記光学素子周囲に複数設けられるとともに、前記支持手段の当接部は、前記光学素子側面部に密着して当接可能な弾性材料で構成されていることを特徴とする光学素子測定用治具。
2. 前記弾性材料は、ゴム系の材料を主成分として構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子測定用治具。
3. 前記支持手段の当接部は、前記光学素子の光軸方向からみた外形輪郭に沿った形状を有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一つに記載の光学素子測定用治具。
4. 前記光学素子の光軸方向からみた外形輪郭は円形であり、前記複数の支持手段の各当接部は、円弧状の当接面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光学素子測定用治具。
5. 前記光学素子の光軸方向からみた外形輪郭は矩形であり、前記複数の支持手段の各当接部は、直線状の当接面を有し、前記光学素子の対向する少なくとも１組の辺に沿って配置可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光学素子測定用治具。
6. 前記光学素子の光軸方向からみた外形輪郭は矩形であり、前記複数の支持手段の各当接部は、前記矩形の頂点を含んで当接できるようＬ字形状の当接面を有し、前記光学素子の少なくとも２箇所の頂点に配置可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光学素子測定用治具。
7. 前記基板に一部が支持され、既知の球面形状を有する球面部を前記光学素子の側面部に光軸と垂直な方向から当接可能に備える外形基準検知手段を複数有し、
   前記外形基準検知手段は、当接した球面部を測定することにより前記光学素子の外形基準が把握できるよう前記基板の複数位置に配置され、複数の外形基準検知手段の内の少なくとも一つは、前記光学素子を押圧するような付勢力を以って当接可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学素子測定用治具。
8. 前記複数の外形基準検知手段の内、前記光学素子を押圧するような付勢力を以って当接する外形基準検知手段は、前記基板に支持された支持部と前記球面部との間に弾性部材を有するとともに、前記弾性部材と球面部との間であって前記弾性部材による前記光学素子に対する付勢力を調整可能な調整手段を有することを特徴とする請求項７記載の光学素子測定用治具。
9. 前記外形基準検知手段と前記支持手段とが前記光学素子と当接する位置は、前記光学素子の光軸方向から見て互いに異なる位置に交互に配置されるよう構成したことを特徴とする請求項７又は８記載の光学素子測定用治具。
10. 形状測定対象としての光学素子の有効径外部の少なくとも一部に当接して当該光学素子を光軸方向に関して一方から支持可能な支持部と、
    前記光学素子の前記有効径外部に対向する支持部に吸引口を有し、負圧によって前記光学素子を前記支持部側に吸着させる吸着装置と、
    を備える光学素子保持治具光学素子測定用治具。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光学素子保持治具光学素子測定用治具を備える光学素子の面形状測定装置。
12. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光学素子保持治具光学素子測定用治具を用いた光学素子の面形状測定方法。
    

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