JP4028082B2 - 凹面の中心位置測定方法、偏心量測定方法及び測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば凹面レンズ、或は凹面鏡等の光学部品の凹面の中心位置を特定し、正しい中心位置を測定する凹面の中心位置測定方法、偏心量測定方法及びこれらの測定方法に用いる測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来の心出し、心取加工装置を示す。凹面Ａを具備した光学部品１０をパイプ状のベルチャック１１によって挟み付け、ベルチャック１１に対して光学部品１０をベルチャック１１の軸線１２とは直交する方向に滑らせてベルチャック１１の先端が凹面Ａに対して均一に接触する状態を探す。ベルチャック１１の先端が凹面Ａに対して均一に接触する状態を検出することにより、その状態ではベルチャック１１に挟まれている光学部品１０の厚みが表裏方向に対して均一になっていることを意味し、凹面Ａの軸心がベルチャック１１の軸線に一致したことを意味する。
【０００３】
この状態で外径研削盤１３を回転させ、光学部品１０の外周を切削することにより、光学部品１０の偏心部分を除去することができる。ここで光学部品１０は例えばガラス等で形成される凹面レンズ或は凹面鏡等とされる。
図６は従来の凹面の中心位置測定方法の他の例を示す。この例ではオートコリーメータ１４と、このオートコリーメータ１４と同軸心上で回転する支持軸１５とを用い、支持軸１５の先端にホットメルトワックス１６等によって光学部品１０を加熱して接着し、平行光線を結像させ、十字線レティクル１４Ａを介して眼で確認し、光学部品１０を軸線１２に対して直交する方向に取付位置を移動させて光学部品１０の光軸を調整し、心出しを行なう。
【０００４】
図７Ａは心出し不完全な場合の光点ＭＯの軌跡を示す。図７Ｂは心出し完了後の光点ＭＯの軌跡を示す。心出し完了後は光学部品１０を回転させても光点ＭＯは移動しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の心出し方法によれば特に図５に示した心出し方法では光学部品１０に形成された凹面Ａの曲率半径が大きい場合は心出しが不可能であった。また、曲率半径が小さな光学部品であっても、任意の量の偏心を設けることは不可能であった。更に、偏心量を定量的に計測することもできなかった。
【０００６】
また、図６に示した中心位置測定方法によれば凹面Ａの曲率半径が数百ｍｍ程度まで対応できる。然し乍ら曲率半径が数千ｍｍの光学部品には対応できない。更に支持軸１５と光学部品１０との間をホットメルトワックス１６で接着する場合、その接着時に毎回平行に貼り付けることは不可能に近く、傾き誤差が毎回入るため曲率半径が大きな光学部品１０では心出しが収束せず、発散してしまう場合が多い。
【０００７】
この発明の目的は従来の欠点を一掃し、曲率半径が数千ｍｍクラスの光学部品でも高精度に、かつ定量的に中心位置を測定することができる凹面の中心位置測定方法、偏心量測定方法及び測定装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では凹面が形成された光学部品の凹面の周縁を切削して平面を形成し、この平面で囲まれて形成された円上の少なくとも３点の座標を測定し、この座標から円の中心位置を算出し、この算出した円の中心位置を凹面の中心位置と定める凹面の中心位置測定方法を提案する。
【０００９】
この請求項１で提案した凹面の中心位置測定方法によれば、凹面（球面の一部）の切り口は真円であることから、この真円上の座標を少なくとも３点測定することにより、この凹面の中心位置を正確に算出することができる。また、光学部品を移動台に載置し、移動台の移動量を正確に測定して円上の座標を求めることにより凹面の曲率半径が大きくても、その心位置を正確に求めることができる。
【００１０】
この発明の請求項２では請求項１で提案した中心位置測定方法に加えて、光学部品の周縁の座標を少なくとも３点測定し、光学部品の外縁の中心位置を算出し、この中心位置と凹面の中心位置との偏差を求めて偏心量を測定する。
従ってこの請求項２によれば偏心量も正確に求めることができるため、偏心部分を切除する機械加工を正確に行なうことができる利点が得られる。
【００１１】
また、この発明の請求項４ではガラスのように透明体の表面に存在する凹凸を観測することができる微分干渉型顕微鏡と、移動量を正確に求めることができる測距装置を具備した移動台とによって構成し、移動台に光学部品を載置し、移動台を移動させることによって凹面の外周に形成される円の座標を測定するから、円の中心位置を正確に求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明による中心位置測定装置と偏心量測定装置の構成を示す。この測定装置の構成と動作を説明することにより、この発明による凹面の中心位置測定方法と偏心量測定方法を合せて説明することにする。
図１において、２１は微分干渉顕微鏡を示す。この微分干渉顕微鏡２１は周知のように測定工具顕微鏡に十字線入り接眼レンズ２１Ａと、対物レンズ２１Ｂと、発光強度が強い光源２１Ｃと、ポラライザ２１Ｄと、アナライザ２１Ｅと、ノマルスキプリズム２１Ｆとを付加して構成し、これらの構成を付加することにより、測定工具顕微鏡に微分干渉機能が得られる。この微分干渉機能によればガラスのように透明体であっても、その表面の凹凸を色の違い、色の濃淡等によって視認することができる。
【００１３】
２２は移動台を示す。この例ではＸ方向に移動する移動台２２Ｘと、Ｙ方向に移動する移動台２２Ｙとを具備して構成した２軸移動台を用いた場合を示す。この移動台２２の移動台２２Ｘと２２Ｙにはそれぞれに移動量を測定し、その移動量に対応した例えばパルスを発信する測距装置２３Ｘと２３Ｙとが付設され、これらの各測距装置２３Ｘと２３Ｙから発信される座標信号をコンピュータによって構成される演算装置２４に入力する。２５は演算装置２４に接続したプリンタを示す。
【００１４】
移動台２２の上に光学部品１０を載置し、この光学部品１０の面を微分干渉顕微鏡２１によって観測する。図２に凹面Ａの外周に平面２６を形成した光学部品１０の一例を示す。微分干渉顕微鏡２１でその光学部品１０を観測すると、図２に示すように、凹面Ａの部分と平面２６の部分が区別して視え、凹面Ａと平面２６との境界を円２７として視認することができる。図２に示す符号２８は接眼レンズ２１Ａに装着した十字線を示す。
【００１５】
従って移動台２２を移動させ円２７上の任意の少なくとも３点をそれぞれ十字線２８の交点に合致させ、そのときの座標を求める。この例では座標Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ の４点を求めた場合を示す。この４点の座標Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ を演算装置２４に入力することにより、演算装置２４に格納した中心位置算出用ソフトウェア（最小２乗法により中心位置を算出する）が起動され、円２７の中心位置Ｃ₁ を算出し、この算出結果及び入力した各座標Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ をプリンタ２５に打ち出す。
【００１６】
更に、この発明では光学部品１０の外周上の任意の座標Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ を演算装置２４に入力し、光学部品１０の中心位置Ｍ₁ を求める。
このように円２７の中心位置Ｃ₁ と光学部品１０の中心位置Ｍ₁ の各座標が求められることにより、中心位置Ｃ₁ と中心位置Ｍ₁ とを結ぶ線長が凹面Ａの偏心量ｒとして求めることができる。また、この中心位置Ｃ₁ とＭ₁ を結ぶ線と基準となる座標軸との交叉角θ（図２）を求めることにより、偏心方向を規定することができる。基準となる座標軸としては例えば中心位置Ｍ₁ を原点とする直交座標を設定し、この直交座標上の中心位置間を結ぶ線の方向θを求めることにより偏心方向を定めることができる。
【００１７】
以上により心出作業が終了し、心取り加工時にθ方向に偏心量ｒだけオフセットしてから外径研削することにより光学部品１０の外径と凹面Ａの中心とを一致させることができる。
図３はこの発明による測定装置の他の例を示す。この例では移動台２２の何れか一方、この例では移動台２２Ｘを省略し、一方の移動台２２Ｙの上にエアーベアリング２２Ｃのような高精度な回転テーブル２２Ｃを用いて傾き誤差を減少させる。エアーベアリング２２Ｃにはロータリエンコーダが付設され、現在の角度を角度表示器２３Ｃに表示させることができ、また演算装置２４に入力することができる。エアーベアリング２２Ｃの回転軸心と同軸上に光学部品１０を保持するチャック２９を設け、このチャック２９に光学部品１０を保持して凹面Ａと平面２６の境界に表われる円２６上の座標と光学部品１０の外周上の座標を移動台２２Ｙとエアーベアリング２２Ｃを移動させて測定し、この測定した座標から各中心位置Ｃ₁ とＭ₁ を求めることができる。
【００１８】
図４に図３に示した接眼レンズ２１Ａから見た光学部品１０の視認状況を示す。現実には図１の場合も同じであるが顕微鏡には光学部品１０の例えば凹面Ａの一部が見えるだけで図示するように光学部品１０の全形が見えるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば光学部品１０の凹面Ａ側に一時的に平面２６を形成し、この光学部品１０の面を微分干渉顕微鏡２１により観測することにより凹面Ａと平面２６との境界を円２７として視認することができ、この円２７上の任意の３点の座標を測定することにより凹面Ａの中心位置Ｃ₁ を求めることができる。
【００２０】
更に光学部品１０の外周上の３点の座標を測定すれば光学部品１０の中心位置Ｍ₁ を求めることができる。この結果中心位置Ｃ₁ と中心位置Ｍ₁ との間の偏心量ｒと、基準とする直交座標軸上の角度θを求めることにより偏心量ｒと偏心方向θを求めることができる。
これらの偏心量ｒと偏心方向θを求めることにより、心取り作業時は光学部品１０の中心位置Ｍ₁ から偏心方向θに偏心量ｒだけ移動させた中心位置Ｃ₁ を中心に心取り作業を行なえばよく、簡単且つ確実に心取り作業を行なうことができる。
【００２１】
更に、この発明によれば凹面Ａの曲率半径が大きくても中心位置を正確に求めることができる利点が得られる。また、この発明によれば偏心量ｒを定量的に算出することができるから、逆に光軸を任意の量だけ偏心させた位置に設定することもできる。更に、光学部品の外形は円形に限らず任意の形状の場合でも中心位置Ｃ₁ とＭ₁ を求めることができ、その効果は実用に供して頗る大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の測定装置の一例を説明するための側面図。
【図２】図１の動作を説明するための平面図。
【図３】この発明による測定装置の他の例を示す側面図。
【図４】図３の動作を説明するための平面図。
【図５】従来の技術を説明するための側面から見た断面図。
【図６】従来の技術の他の例を説明するための側面から見た断面図。
【図７】図６の動作を説明するための図。
【符号の説明】
１０ 光学部品
Ａ 凹面
２１ 微分干渉顕微鏡
２２ 移動台
２３Ｘ，２３Ｙ 測距装置
２４ 演算装置
２５ プリンタ
２６ 平面

Claims (4)

1. 凹面が形成された光学部品の上記凹面の周縁を切削して平面を形成し、この平面で囲まれて形成された切削後の凹面の周縁円の輪郭を微分干渉顕微鏡を用いて明確にし、上記円上の少なくとも３点の座標を測定し、この座標から上記円の中心位置を算出し、この算出した中心位置を上記凹面の中心位置と定める凹面の中心位置測定方法。
2. 凹面が形成された光学部品の上記凹面の周縁を切削して平面を形成し、この平面で囲まれて形成された切削後の凹面の周縁円の輪郭を微分干渉顕微鏡を用いて明確にし、上記円上の少なくとも３点の座標を測定し、この座標から上記円の中心位置を算出し、この算出した中心位置を上記凹面の中心位置と定めると共に、上記光学部品の外周の少なくとも３点の座標を測定し、この座標から上記光学部品の外周の中心位置を算出し、この外周の中心位置と上記円の中心位置との間の距離を偏心量と定めることを特徴とする偏心量測定方法。
3. 請求項２記載の偏心量測定方法において、上記光学部品の外周の中心位置と上記切削後の凹面の周縁円の中心位置を結ぶ線の方向を偏心方向と定めることを特徴とする偏心量測定方法。
4. Ａ．凹面が形成された光学部品の、上記凹面の周縁を切削して形成された平面で囲まれた切削後の凹面の周縁円の輪郭を、平面部分と凹面部分との境界として視認することができる微分干渉顕微鏡と、
   Ｂ．この微分干渉顕微鏡で観測する部材をＸ方向及びＹ方向に概知の量だけ移動させることができる移動台と、
   Ｃ．この移動台の移動位置を座標信号として出力する測距装置と、
   Ｄ．この測距装置が発生する座標信号を取り込んで上記円の中心位置及び上記光学部品の外周の中心位置を算出する演算装置と、
   によって構成したことを特徴とする測定装置。

Images