JP4095393B2 - 光学素子成形用金型及び三次元形状測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてレンズ、プリズムなどの光学素子を成形加工するための金型、及びその形状を測定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズ、プリズムなどの光学素子を成形するための金型を加工する場合には、光学有効面の形状および型内における面位置および姿勢を規定するための基準（面）に対し、加工機の加工精度に依存して光学有効面を加工する方法が採られている（例えば特開平９−２３０１１１号公報）。
【０００３】
すなわち、図８に示すような型構造を、上下型として組み合わせて図示しない成形機に設置し、合成樹脂材料あるいはガラス材料を使用して光学素子の成形加工を行う場合、光学有効面１０１ａの設計形状は基準面１０１ｓ，１０１ｔ，１０１ｕに対し定義される。光学有効面１０１ａの型設計形状に対する加工形状の評価を行う際には、例えば図８に示すように、図示しない三次元形状測定装置の面形状測定手段であるプローブ１０５を、光学有効面１０１ａに対し接触させながら走査させて面形状測定を行う。ここで、この面形状測定により三次元形状測定装置の装置座標として得られた光学有効面測定形状データについて、型設計形状に対して最小二乗法などを用いてフィッティングし、設計形状に対する測定形状の形状誤差を導出することが可能であり、一般にこのような形状評価方法が採用されている。このとき、同時に被測定面である光学有効面１０１ａの面位置および姿勢に関しても、設計値に対する位置および姿勢誤差として求められる。
【０００４】
図８に示す型構造において、上述した方法により光学有効面１０１ａの形状評価を行い、設計形状の公差規格に対し十分な加工精度で光学有効面１０１ａが加工されていた場合には、同評価結果に基づき上型または下型として図示しない成形機に取り付けられる。一方、光学有効面１０１ａに対する測定形状評価において、導出された形状誤差（位置および姿勢誤差を含む）が設計形状の公差規格内に収まっていない、すなわち公差規格を満足していない場合には、形状誤差データをもとに光学有効面１０１ａに対し修正加工を行う。そして、再度上記の方法により光学有効面１０１ａについて測定形状評価を実施する。この一連の行為（形状測定評価および修正加工）を繰り返すことで公差規格を満足するような光学有効面形状が得られた後に、同様に上型または下型として図示しない成形機に取り付けられる。
【０００５】
以上より、上下型ともに基準面１０１ｓ〜１０１ｕに対し規定される設計形状の公差規格を満足する光学有効面１０１ａが形状創成された型構造を使用して光学素子を成形加工することで、従来所望の光学素子製作を可能にしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術による上下型に分離可能な型構造を採用し、合成樹脂材料あるいはガラス材料を使用して光学素子の成形加工を行う場合、型に形成された基準面を成形機の基準に対し取り付けることで上下型ともに成形機内での位置決めを行う。したがって、上下型それぞれに形状創成されている光学有効面型形状の相対的な面位置関係（上下型を組み合わせた構造における相対的な面位置および姿勢）は、前記型構造を成形機内に取り付けた際の上下型それぞれの基準面が共通の基準として取り扱い可能な場合において、光学有効面形状測定結果をもとに把握することが出来る。すなわち、成形機に対する型構造の取付状態について、上下型の基準面位置が完全に一致するような状態を実現し、同状態において光学素子の成形加工を行う場合には、上下型に形成された光学有効面の相対的な位置ずれは、前記した上下型それぞれの光学有効面について実施した形状測定の結果より、光学素子の設計形状に対する公差規格が保証されることになる。
【０００７】
しかしながら、従来技術による型構造において光学素子を成形加工する場合、上下型を組み合わせて成形機に設置する際に、両型の加工誤差などが原因となり取付誤差が必ず発生する。すなわち、光学素子成形用上下型について、厳密には両型に形成されている基準面の位置が相対的にずれた状態となり、この状態では共通の基準（面）に対し上下型それぞれの光学有効面を規定することが不可能となる。言いかえると、前記型構造を成形機に取り付けた状態における上下型で共通となる基準に対し、前記光学有効面の面形状測定が予め行われていないため、上下型に形成されている光学有効面の相対位置について厳密には規定できないという課題がある。
【０００８】
近年、光学素子の形状は高精度化してきており、素子内に形成される光学有効面の相対的な位置関係に関する公差規格についても、数μｍ以下の位置精度が要求されるものがある。このような光学素子を合成樹脂材料またはガラス材料を成形加工して製造する場合、前記した光学有効面の相対位置について共通の基準に対する規定ができないことが原因となり、光学有効面形状を高精度に形状創成（成形加工）することが困難であるという課題があった。
【０００９】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上下別々の型に形成された光学有効面の相対位置精度を向上させることが出来るようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる光学素子成形用金型は、光学素子を成形するための成形面をそれぞれ有する第１及び第２の金型部材を備える光学素子成形用金型であって、前記第１の金型部材は、前記光学素子の第１の光学有効面を成形するための第１の成形面と、該第１の成形面以外の部位に位置する３つの凸面の球面形状部とを有し、前記第２の金型部材は、前記光学素子の第２の光学有効面を成形するための第２の成形面と、該第２の成形面以外の部位に位置し前記凸面の球面形状部と組み合わされる３つの凹面の球面形状部とを有し、前記３組の凸面の球面形状部と凹面の球面形状部のうちの少なくとも２組の凸面の球面形状部と凹面の球面形状部の曲率は互いに等しく、前記第１の金型部材と前記第２の金型部材を組み合わせたときに、前記凸面の球面形状部の曲率中心の位置と、前記凹面の球面形状部の曲率中心の位置とが一致するように形成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる光学素子成形用金型において、前記３組の球面形状部のうちの一組が、凸面の球面形状部の曲率半径が凹面の球面形状部の曲率半径よりも小さく設定されていることを特徴としている。
【００１５】
また、この発明に係わる光学素子成形用金型において、前記第１及び第２の金型部材の少なくとも一方は、前記光学素子の複数の光学有効面を成形するための複数の成形面を有することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係わる三次元形状測定方法は、上記の光学素子成形用金型の成形面の形状を測定するための三次元形状測定方法であって、前記３つの球面形状部の全ての面形状を測定する球面形状測定工程と、該球面形状測定工程の測定結果に基づいて、それぞれの前記球面形状部の中心の座標を算出する中心座標算出工程と、前記球面形状測定工程を実施する測定装置から前記光学素子成形用金型を着脱することなく、前記成形面の形状を測定する成形面測定工程と、前記中心座標算出工程で算出された前記球面形状部の１つの中心の座標を原点とし、他の２つの球面形状部の中心の座標を基に座標系を設定し、前記成形面測定工程で得られた測定結果から、前記設定した座標系における前記成形面の面位置を算出する面位置算出工程と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００２０】
まず、実施形態の概要について説明する。
【００２１】
本実施形態における光学素子成形用金型の型構造では、上下型二つに分離可能な型構造であり、どちらか一方の型内に凸面の球面形状を有し、さらにもう一方の型内に凹面の球面形状を有し、さらに前記した凹凸面それぞれの球面形状について、球の中心位置が各型内において、上下型を成形機に取り付ける際の組み付け状態において一致するような配置となっている。
【００２２】
また、本実施形態における前記金型を測定対象とした三次元形状測定方法では、上下型それぞれについて型内に形状創成された光学有効面の面形状測定を行う際に、同一段取りで、すなわち三次元形状測定装置から被測定物である型を着脱することなく、前記球面形状についても面形状測定を行う。
【００２３】
以上より、前記上下型を成形機に設置した状態における上下型それぞれに形成された光学有効面の相対的な位置関係（位置および姿勢）について、従来技術では困難であった上下型共通の基準に対する各光学有効面の形状測定評価が可能となる。
【００２４】
また、本実施形態における型構造を使用して成形加工を実施し製作される光学素子において、同光学素子内に形状創成された複数の光学有効面について、各面の相対的な位置関係が従来技術と比較して高精度に形成されている。
【００２５】
その結果、従来技術では公差規格が厳しいために製作困難であった光学素子を製造可能とし、また、従来製作可能であった光学素子に関しても、本実施形態によればより高精度な光学有効面形状の形状創成が可能となることから、光学素子の製造不良率の低下が図られる。
【００２６】
次ぎに上記型部材の構成において、上下型部材共通の基準に対する光学有効面の形状測定及び評価が可能となる作用について説明する。
【００２７】
まず、前記球面形状に対し面形状測定を行うことで、三次元形状測定装置に固定された座標系（装置座標系）で表された座標データ群（点群データ）として球面測定形状データが得られる。この球面測定形状について、同球面の設計形状に対し最小二乗法などによるフィッティング処理演算を行うことで、球面形状の中心位置を三次元形状測定装置の装置座標系における座標値として、球面測定形状データから導出される。
【００２８】
ここで得られた球面形状の中心座標値は、前述した型構造の特徴から、上下型を組み合わせた状態において、上下型に形成されている凹凸面のそれぞれの球面の中心位置について、両中心位置が一致する。従って、上下型それぞれにおいて形成された光学有効面の面形状測定を行う際に、前記球面中心座標を基準とした上下型共通の被測定物基準座標系を考えることができ、それぞれの型内に形成された被測定面となる光学有効面形状は、共通の被測定物基準座標系において表すことができる。
【００２９】
次に、型構造内において球面形状と光学有効面形状の位置関係は、型構造の設計形状として規定する。つまり、前記した球面形状中心位置より規定可能な被測定物基準座標系において、光学有効面形状をこの座標系上の座標データとして表すことが可能である。この球面形状中心位置と光学有効面形状の位置関係（座標変換）を用いることで、前記した方法で取得した測定装置座標系における球面形状の中心座標に対し、光学有効面形状の面位置および姿勢を測定装置座標系において規定される。
【００３０】
このようにして、球面形状測定により得られた球面中心座標をもとに、三次元形状測定装置内において被測定面である光学有効面の面位置が明確となる。
【００３１】
次に、前記座標変換の演算処理を行うことにより、三次元形状測定装置座標データ群として得られた光学有効面測定形状を、被測定物基準座標系で表される座標データ群に変換する。被測定物基準座標系において規定されている光学有効面の設計形状に対し、光学有効面測定形状を最小二乗法などによるフィッティング処理演算を行うことで、上下型で共通となる被測定物基準座標系における形状誤差および面位置、姿勢誤差について測定形状評価を行う。
【００３２】
前述したとおり本実施形態における型構造は、成形機に取り付ける際の組み付け状態において、上下型それぞれに形成された凹凸面の球面形状がちょうど一致する、すなわち上下型の位置決め基準として機能し、その際凹凸面の球面形状それぞれの中心位置は一致する構造となっている。これより、本実施形態によれば前記上下型を成形機に取り付けた状態において、それぞれの型に形成されている光学有効面の測定形状は同一座標系で測定評価可能であることから、同光学有効面の相対的な位置関係（位置誤差）についても高精度に評価可能となる。
【００３３】
次に、本実施形態における型構造を使用して光学素子を成形加工し製造することにより、複数面存在する光学有効面の相対的な位置関係が、従来技術と比較して高精度に形成可能となる作用について説明する。
【００３４】
本実施形態における型構造を加工する際には、上下型それぞれに形成される光学有効面形状について、前記共通基準座標系における測定形状評価が可能であることから、光学有効面の相対的な位置関係に関する公差規格を満足するように、光学有効面の測定形状データをフィードバックしながら金型の修正加工を繰り返すことで形状を追い込む。
【００３５】
したがって、修正加工の実施によりできあがった公差規格を満足する本実施形態における型構造を使用し、光学素子の成形加工を行うことにより、各光学有効面の相対的な位置関係が従来技術と比較して高精度に形成できることは言うまでもない。その結果、本実施形態によれば従来技術では公差規格が厳しいために製作困難であった光学素子についても製造可能となる。また、従来より製造可能であった光学素子形状に関しても、本実施形態で提供する型構造によれば、上下型共通となる基準座標系を規定する球面形状を、成型時の型組み状態において上下型の位置決めに利用する構造であることから、上下型を組み合わせた状態で常に上下型それぞれに形成された光学有効面形状の位置関係が保証される。したがって、従来技術では上下型を光学素子成形後に一度ばらし、再度組み合わせる際に発生していた両型の位置ずれによる光学素子成形不良といった問題を解決し、常に高精度な光学有効面を成形加工により形成可能となる。このように、本実施形態によれば、従来技術でも製造可能であった光学素子に関しても、従来と比較して製造不良率の低下が図られる。
【００３６】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の形状を示した図である。
【００３８】
図１において、１は光学素子を成形する下型である。下型１は、光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面１ａの他に、下型１内における光学有効面１ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状３ａ、３ｂを有する。
【００３９】
ここで球面形状３ａ、３ｂは、後述する図２に示す上型２と組み合わせる際の接合面（基準面）１ｓ上に形成されており、図１に示すとおりその形状は凸面形状である。さらに、球面形状３ａ、３ｂの各中心位置は、接合面１ｓ上に存在する構造となっている。
【００４０】
なお、図１では下型１に対し光学有効面１ａが直接形成されている型構造としているが、本実施形態における型構造においては、光学有効面１ａが形状創成されている下型１とは別体の型を、球面形状３ａ、３ｂが形成されている下型１に組み込んだ構造であってもよい。いずれの場合においても、型構造の設計形状において球面形状３ａ、３ｂと光学有効面１ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００４１】
以上説明した下型１に対し、本実施形態における三次元形状測定装置を使用して光学有効面１ａの面形状測定を行う方法について以下に説明する。
【００４２】
本実施形態における三次元形状測定方法では、図１に示す下型１を図示しない三次元形状測定装置に取り付けた後、初めに球面形状３ａ又は３ｂに対しプローブ５を走査することにより、球面形状３ａ又は３ｂの面形状測定を実施する。球面形状測定後に得られる、三次元形状測定装置の装置座標系における座標データ群である球面測定形状データについて、下型１の設計形状として規定されている球面形状に対し、最小二乗法などによるフィッティング処理演算を行うことで、装置座標系における球面形状の中心座標値が得られる。なお、本実施形態における三次元形状測定装置は、上記のフィッティング処理演算を行なう手段を有する。
【００４３】
上記球面形状測定および球面中心座標導出処理を、図１に示す球面形状３ａ、３ｂともに実施する。これより、両球面形状の中心位置を三次元形状測定装置内で規定することができる。
【００４４】
次に、下型１を三次元形状測定装置から着脱することなく、すなわち段取り変更することなく、引き続き図１に示す上型との接合面１ｓ上にあり球面形状３ａ、３ｂの中心位置を結ぶ直線上にない任意の一点について、プローブ５を使用して点座標測定を実施する。これより、接合面１ｓ上の一点の座標データが、三次元形状測定装置の装置座標系における座標データとして得られる。
【００４５】
次に前述の球面形状測定および接合面上の一点に対する座標測定の測定結果をもとに、つぎに被測定物基準座標系を規定する。
【００４６】
まず、形状測定により得られた球面形状３ａ又は３ｂの中心位置を被測定物基準座標系の原点に設定する。本実形態においては、一例として球面形状３ａの中心位置測定座標値を原点として定める。
【００４７】
次に、球面形状３ａ、３ｂの中心位置を通り３ａから３ｂの中心位置へ向かう方向を被測定物座標系のｙ軸方向として定める。さらに、球面形状３ａ、３ｂの中心位置二点および接合面１ｓ上の一点を含む平面が一意に求まり、同平面の法線方向で図１において下型１から上側に向かう方向を被測定物基準座標系のｚ軸方向として設定する。被測定物基準座標系をｘｙｚ直交三軸座標系とする場合、既に規定されたｙ、ｚ軸方向をもとに残りの直交一軸であるｘ軸方向が一意に求まる。以上より、球面形状３ａの中心位置を原点とする被測定物基準座標系が導出され、同時に三次元測定装置座標系から被測定物基準座標系への座標変換についても求まる。
【００４８】
ここで、本実施形態における型構造においては、図１に示す下型１における球面形状３ａ、３ｂと上型との接合面１ｓ、および光学有効面１ａの相対的な位置関係が設計値として規定されている。これより同設計情報をもとにして、光学有効面１ａの面位置および姿勢が被測定物基準座標系において求められる。
【００４９】
次に、設計形状で規定されている面有効範囲についてプローブ５を走査させることで面形状測定を行う。この時、三次元測定装置座標系に対する被測定物基準座標系の位置関係については、前記座標変換する事により既に求められているため、被測定物である下型１を図示しない三次元形状測定装置からここでも着脱せずに同一段取り状態を保つことで、被測定面となる光学有効面１ａに対し、高精度な測定が可能となる。ことが可能である。
【００５０】
光学有効面１ａの面形状測定後に、三次元形状測定装置座標系における座標データ群として得られた光学有効面測定形状データについて、光学有効面１ａの設計形状に対し、最小二乗法などによるフィッティング処理演算を行うことで、光学有効面１ａの測定形状について設計形状に対する形状誤差が求められる。なお、本実施形態における三次元形状測定装置は、光学有効面測定形状に対するフィッティング処理演算手段を有する。
【００５１】
上記のとおり、光学有効面１ａに対する面形状測定の実施により、図１に示す下型１内に形成された球面形状３ａ、３ｂおよび接合面１ｓにより規定される被測定物基準座標系において、光学有効面１ａに関する形状誤差および位置、姿勢誤差を評価可能となる。ここで導出された形状誤差および位置、姿勢誤差について、光学有効面１ａに対し設計値として与えられている公差規格（要求精度）を満足していない場合には、面形状測定より得られる形状誤差データをもとに光学有効面形状の修正加工を行う。加工後、再度上記の方法により光学有効面１ａを対象とした面形状測定を実施し、修正加工後の形状誤差を求める。このように、測定および修正加工の一連の行為を、光学有効面１ａの面形状が公差規格を満足するまで繰り返す。その結果、最終的に公差規格を満足する光学有効面形状を下型１に形成することが可能である。
【００５２】
図２は、上下型二つに分離可能な型構造における上型の構造について示した図である。
【００５３】
図２において、１は光学素子を成形する上型である。上型２は本実施形態における型構造は、図１に示す下型と同様に上型の型構造についても、光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面２ａの他に、光学有効面２ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状４ａ、４ｂを有する。
【００５４】
ここで球面形状４ａ、４ｂは、図１に示す下型１と組み合わせる際の接合面（基準面）２ｓ上に形成されており、図２に示すとおりその形状は凹面形状である。さらに、球面形状４ａ、４ｂの各中心位置は、接合面２ｓ上に存在する構造となっている。また、球面形状４ａの曲率（球半径）は図１に示す球面形状３ａの曲率と等しく、球面形状４ｂの曲率は図１に示す球面形状３ｂの曲率と等しい。
【００５５】
なお、図１に示す下型構造と同様に図２に示す上型構造についても、光学有効面２ａが形成されている上型２とは別体の型を、球面形状４ａ、４ｂが形成されている上型２に組み込んだ構造であってもよい。いずれの型構造においても、上型２の設計形状において球面形状４ａ、４ｂと光学有効面２ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００５６】
以上説明した上型２に対し、本実施形態における三次元形状測定装置を使用して図２における光学有効面２ａの面形状測定を行う際の、形状測定方法について以下に説明する。
【００５７】
図１に示す下型１に対する形状測定方法と同様、図２に示す上型２についても図示しない三次元形状測定装置に上型２を取り付けた後、初めに球面形状４ａ、４ｂに対しプローブ５を走査することにより、球面形状４ａ、４ｂの面形状測定を実施する。そして、三次元形状測定装置座標系における座標データ群として得られた球面測定形状データについて、図１における下型１内に形成された球面形状３ａ、３ｂの中心位置を導出する方法と同様な方法により、球面形状４ａ、４ｂの中心座標位置が得られる。
【００５８】
上記の球面形状測定に引き続き、下型との接合面２ｓ上にあり球面形状４ａ、４ｂの中心位置を結ぶ直線上にない任意の一点について、プローブ５を使用して点座標測定する際も、下型測定時と同様な方法を採用する。これより、接合面２ｓ上の一点の座標データが、三次元形状測定装置座標系における座標データとして得られる。
【００５９】
次に前述の球面形状測定および接合面上の一点の座標測定の測定結果をもとに、下型１内に形成された光学有効面１ａの面形状測定時と同様の方法により、図２に示す上型２内においても被測定物基準座標系を規定する。ここで被測定物基準座標系の座標軸方向は、図２に示すｘｙｚ直交三軸座標系の各軸方向と一致するように規定する。また、被測定物基準座標系の原点については、球面形状４ａの中心位置となるように規定する。これより、図２において球面形状４ａの中心位置を原点とする被測定物基準座標系が導出され、同時に三次元測定装置座標系から被測定物基準座標系への座標変換についても求められる。
【００６０】
つぎに、図１に示す下型１内の光学有効面１ａに対する面形状測定と同様にして、図２に示す光学有効面２ａについて面形状測定を実施する。面形状測定終了後には、光学有効面１ａを対象とした測定形状解析手法と同一の方法により、光学有効面２ａについても設計形状に対する形状誤差および位置、姿勢誤差が導出可能である。これより、被測定物基準座標系において光学有効面２ａに関する形状誤差および位置、姿勢誤差について評価し、同誤差について設計値として与えられている公差規格（要求精度）を満足していない場合には、下型内光学有効面１ａを対象とした場合と同様に修正加工を実施する。以上より、最終的に公差規格を満足する光学有効面形状を、上型２においても形成することが可能である。
【００６１】
図３は、図１および図２に示した上下型を成形機に設置する際の、上下型の組み合わせ状態を説明するための図である。図３では、ｙｚ平面に平行な断面を示している。図３において、本実施形態における型構造では、成形機に設置する際に、図３に示すとおり上下型それぞれに形成されている球面形状３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂを上下型の位置決めとして使用する。このとき、下型１に形成されている凸面の球面形状３ａが上型２に形成されている凹面の球面形状４ａに、下型１に形成されている凸面の球面形状３ｂが上型２に形成されている凹面の球面形状４ｂに矢印の方向に組み合わされる。
【００６２】
このような型構造を採用することにより、図１に示す下型１において規定した被測定物基準座標系と図２に示す上型２において規定した被測定物基準座標系を、図３に示す上下型を組んだ状態において一致させることが可能となる。これより、上下型それぞれに規定されている被測定物基準座標系において既に形状評価済みである光学有効面１ａおよび２ａは、上下型を組み合わせた状態、すなわち成形機に対し取付状態において、球面形状３ａおよび４ａの中心位置を原点とし、下型１または上型２において規定されている被測定物基準座標系と同一姿勢である共通の基準座標系に対して測定形状評価が行われている。このように本実施形態における型構造、三次元形状測定方法および三次元形状測定装置によれば、上下型組み合わせ状態において光学有効面１ａと２ａの相対的な位置関係を高精度に把握することが可能となる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態によれば光学素子成形用金型の型構造において、上下型それぞれの接合面上に球面形状を形成し、同形状を上下型組み合わせ時の位置決めに使用することにより、従来技術においては発生していた成形機取付状態における上下型の位置ずれ誤差発生を抑制できる。さらに、上下型にそれぞれ形成された光学有効面は、成形機取付状態において共通の基準座標系に対し公差規格を満足することから、上下型組み合わせ状態における上下型それぞれの光学有効面形状は、従来技術に比べ高精度に相対位置が規定されていることになる。このことは、この型構造を用い合成樹脂材料またはガラス材料などの材料を使用して光学素子を成形する際に、高精度な光学有効面の形状精度を有する光学素子を成形可能となることに結びつく。
【００６４】
なお、図１および図２に示した型構造に対する被測定物基準座標系の規定方法の詳細は前述したとおりであるが、この座標系の各軸方向および原点位置については上記の説明に限定されるものではない。
【００６５】
例えば、図１において被測定物基準座標系のｙ軸方向を球面形状３ｂの中心位置から球面形状３ａの中心位置に向かう方向に設定してもよい。同座標系の原点位置に関しても、上記の説明では球面形状３ａの中心位置に設定すると記したが、球面形状３ｂの中心位置に設定するのでもよいことは言うまでもない。すなわち本実施形態においては、図３に示す上下型の組み合わせ状態において、上下型それぞれに対し規定した被測定物基準座標系が一致し、組み合わせ状態において共通の座標系として取り扱える条件を満足する規定方法であればよい。
【００６６】
また、上記の説明では図１に示す型構造を下型とし、図２に示す型構造を上型として述べたが、本実施形態においては図１に示す型構造を上型とし、図２に示す型構造を下型とする型構造であってもよく、この場合についても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００６７】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の構造について示した図である。
【００６８】
図４に示すように、本実施形態における型構造は、光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面１１ａの他に、下型１１内における光学有効面１１ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有する。
【００６９】
ここで、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、後述する図５に示す上型２と組み合わせる際の接合面（基準面）１１ｓ上に形成されており、図４に示すとおりその形状は凸面形状である。さらに、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各中心位置は、接合面１１ｓ上に存在する構造となっている。また、球面形状１３ｃのみ後述する図５に示す凹面の球面形状１４ｃの曲率（球半径）に対し小さい曲率で形成されている。球面形状１３ａ、１３ｂに関しては、第１の実施形態と同様、後述する図５に示す球面形状１４ａ、１４ｂに対しそれぞれ等しい曲率で形成されている。
【００７０】
なお、図４では下型１１に対し光学有効面１１ａが直接形成されている型構造としているが、第１の実施形態と同様、光学有効面１１ａが形成されている下型１１とは別体の型を、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されている下型１１に組み込んだ構造であってもよい。いずれの場合においても、型構造の設計形状において球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃと光学有効面１１ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００７１】
以上説明した型構造に対し、本実施形態における三次元形状測定装置を使用して光学有効面１１ａの面形状測定を行う方法について以下に説明する。
【００７２】
本実施形態では、球面形状１３ａ、１３ｂに対し第１の実施形態と同様な手法により、球面形状測定を行う。さらに本実施形態においては、図４に示す球面形状１３ｃに対しても同様にプローブ５を走査させることで球面形状測定を実施する。球面形状測定終了後、第１の実施形態において球面形状３ａ、３ｂの中心位置を三次元形状測定装置座標系における座標データとして導出した方法にしたがい、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃについて中心位置を求める。
【００７３】
三次元形状測定装置内で規定された球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中心位置をもとに、第１の実施形態と同様、図４に示す下型１１内に被測定物基準座標系を規定する。
【００７４】
以下に、この規定方法について詳細を説明する。
【００７５】
まず、第１の実施形態と同様にして、被測定物基準座標系原点として、形状測定により得られた球面形状１３ａの中心位置測定座標値を設定する。なおこれは一例であり、原点は球面形状１３ｂまたは１３ｃの中心位置であってもよい。ここでは球面形状１３ａの中心位置を座標系原点とした場合について説明する。
【００７６】
この場合、次に被測定物基準座標系のｙ軸方向を第１の実施形態と同様に設定する。また、この座標系のｚ軸方向については、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中心位置三点を含む平面が一意に決まり、この平面の法線方向で図４において下型１１から上側に向かう方向をｚ軸方向として設定する。これより、ｘｙｚ直交三軸座標系で表される被測定物基準座標系において、ｘ軸方向についても一意に求まる。以上より、本実施形態においても球面形状１３ａの中心位置を原点とする被測定物基準座標系が導出され、同時に三次元形状測定装置座標系から被測定物基準座標系への座標変換についても求まる。
【００７７】
上記の通り導出された被測定物基準座標系に基づき、第１の実施形態と同様にして図４に示す光学有効面１１ａに対し面形状測定を行う。ここで、図示するプローブ１５を使用した面形状測定方法、および図示しない三次元形状測定装置の演算手段による測定形状処理方法（フィッティング処理演算）に関しては、全て第１の実施形態と同様の方法で実施可能である。したがって、本実施形態においても、図４において設計値として規定された公差規格を満足する光学有効面形状を下型１１において形成することができる。
【００７８】
図５は、上下型二つに分離可能な型構造における上型の構造について示した図である。
【００７９】
図５に示すように、図４に示す下型と同様に上型の型構造についても、光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面１２ａの他に、上型１２内における光学有効面１２ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有する。
【００８０】
ここで、球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、図４に示す下型１１と組み合わせる際の接合面（基準面）１２ｓ上に形成されており、図５に示すとおりその形状は凹面形状である。さらに、球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各中心位置は、接合面１２ｓ上に存在する構造となっている。また、球面形状１４ｃのみ図４に示す球面形状１３ｃの曲率（球半径）に対し大きい曲率で形成されている。球面形状１４ａ、１４ｂに関しては、前記したとおり図４に示す球面形状１３ａ、１３ｂに対しそれぞれ等しい曲率で形成されている。
【００８１】
なお、図４に示す下型構造と同様、図５に示す上型構造についても、光学有効面１２ａが形成されている上型１２とは別体の型を、球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃが形成されている上型１２に組み込んだ構造であってもよい。いずれの型構造においても、上型１２の設計形状において球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃと光学有効面１２ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００８２】
以上説明した上型構造に対し、本実施形態における三次元形状測定装置を使用して光学有効面１２ａの面形状測定を行う方法について以下に説明する。
【００８３】
本実施形態では、球面形状１４ａ、１４ｂに対し第１の実施形態で説明した方法と同様な手法により、球面形状測定を行う。さらに、本実施形態においては、図５に示す球面形状１４ｃに対しても同様にプローブ１５を走査させることで球面形状測定を実施する。球面形状測定終了後、第１の実施形態において図２に示す球面形状４ａ、４ｂの中心位置を三次元形状測定装置座標系における座標データとして導出した方法にしたがい、図５に示す球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対し同形状の中心位置を求める。
【００８４】
三次元形状測定装置内で規定された球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃの中心位置をもとに、下型１１内に形成された光学有効面１１ａの面形状測定時と同様の方法により、上型１２内においても被測定物基準座標系を規定する。ここで、被測定物基準座標系の座標軸方向は、図５に示すｘｙｚ直交三軸座標系の各軸方向と一致するように規定する。また、被測定物基準座標系の原点については、球面形状１４ａの中心位置となるように規定する。これより、図５において球面形状１４ａの中心位置を原点とする被測定物基準座標系が導出され、同時に三次元測定装置座標系から被測定物基準座標系への座標変換についても求められる。
【００８５】
上記の通り導出された被測定物基準座標系に基づき、第１の実施形態と同様にして図５に示す光学有効面１２ａに対し面形状測定を行う。ここで、図示するプローブ１５を使用した面形状測定方法、および図示しない三次元形状測定装置の演算手段による測定形状処理方法（フィッティング処理演算）に関しては、全て第１の実施形態と同様の方法で実施可能である。したがって、本実施形態においても、図５において設計値として規定された公差規格を満足する光学有効面形状を上型１２において形状創成することができる。
【００８６】
以上より、本実施形態では、図４に示す下型１１と図５に示す上型１２とを組み合わせて図示しない成形機に取り付け、所望の光学素子を成形加工する。このとき、上下型の組み合わせ方法については第１の実施形態として図３に示した方法に従う。すなわち、図４に示す下型１１に形成された球面形状１３ａ、１３ｂおよび図５に示す上型１２に形成された球面形状１４ａ、１４ｂを上下型の位置決めとして使用する。ここで、下型１１に形成されている凸面の球面形状１３ａが上型１２に形成されている凹面の球面形状１４ａに、同様に凸面の球面形状１３ｂが凹面の球面形状１４ｂに組み合わされる。
【００８７】
前述したとおり、図４に示す球面形状１３ｃと図５に示す球面形状１４ｃは、球面形状の中心位置が一致しており、かつ球面形状１３ｃに対し球面形状１４ｃの曲率が大きい。したがって、上下型組み合わせ状態において干渉することなく接合面１１ｓおよび１２ｓを合わせることが可能となる。
【００８８】
このような型構造を採用することにより、第１の実施形態と同様に、上下型組み合わせ状態において、光学有効面１１ａと１２ａの相対的な位置関係を高精度に把握することが可能となる。また、本実施形態についても、図４および図５に示す型構造を採用することにより、高精度な光学有効面の形状精度を有する光学素子を成形可能となる。
【００８９】
なお、本実施形態に関しても、被測定物基準座標系の規定方法については、この座標系の各軸方向および原点位置について上記の説明に限定されるものではない。すなわち本実施形態においても、上下型組み合わせ状態において上下型それぞれに対し規定した被測定物基準座標系が一致し、その状態において共通の座標系として取り扱える条件を満足する規定方法であればよい。
【００９０】
また、上記の説明では図４に示す型構造を下型とし、図５に示す型構造を上型として説明したが、本実施形態においては図４に示す型構造を上型とし、図５に示す型構造を下型とする構造であってもよく、この場合についても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００９１】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の構造について示した図である。
【００９２】
図６に示すように、本実施形態で説明する型構造は、図４に示す型構造と同じく光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面２１ａの他に、下型２１内における光学有効面２１ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄを有する。
【００９３】
ここで球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄは、既に説明した図５に示す上型１２と組み合わせる際の接合面（基準面）２１ｓ上に形成されており、図６に示すとおりその形状は凸面形状である。さらに、球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄの各中心位置は、接合面２１ｓ上に存在する構造となっている。また本実施形態においては、球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄ全てについて、図５に示す球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対しそれぞれ等しい曲率で形成されている。
【００９４】
なお、図６では下型２１に対し光学有効面２１ａが直接形成されている型構造としているが、第１及び第２の実施形態と同様、光学有効面２１ａが形状創成されている下型２１とは別体の型を、球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄが形成されている下型２１に組み込んだ構造であってもよい。いずれの場合においても、型構造の設計形状において球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄと光学有効面２１ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００９５】
以上説明した型構造に対し、第２の実施形態と同様な形状測定装置および形状測定方法により、図６における光学有効面２１ａの面形状測定を行う。その結果、図６において光学有効面２１ａに対し設計値として規定された公差規格を満足する光学有効面形状を、下型２１に形成可能となる。この詳細については図４に示す第２の実施形態において説明したとおりであるため、ここでは説明を省略する。
【００９６】
また、本実施形態における型構造の内、上型構造については、図５に示す上型１２において、接合面１２ｓと球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各中心位置の位置関係のみ異なる型構造を使用する。具体的には、図５において接合面１２ｓが球面形状の中心位置三点を含む平面よりもｚプラス方向に平行にずれた位置に存在するような上型構造を採用する。このような構造の上型と図６に示す下型２１を組み合わせて図示しない成形機に取り付け、所望の光学素子を成形加工する。
【００９７】
最後に図７は、本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、上下型を成形機に取り付ける際の組み合わせ状態を説明するための図である。
【００９８】
図７に示すように、本実施形態における上下型の組み合わせ方法においては、図６に示す下型２１に形成された球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、および前述の上型構造において、図５に示す上型１２に形成された球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃに相当する球面形状を上下型の位置決めとして使用する。ここで、下型２１に形成されている凸面の球面形状２３ａが上型１２に形成されている凹面の球面形状１４ａに、同様に凸面の球面形状２３ｂが凹面の球面形状１４ｂに、２３ｄが１４ｃに組み合わされる。
【００９９】
このとき、上下型の組み合わせ状態（各型の姿勢）は球面形状の中心位置三点により一意に定まる。また、前述の上型の型構造における球面形状の中心位置と下型との接合面１２ｓの位置関係から、厳密には図７に示すとおり上下型の接合面間に隙間が存在する構造となる。
【０１００】
このような本実施形態における型構造においても、第１及び第２の実施形態と同様に、図７に示す上下型組み合わせ状態において光学有効面２１ａと１２ａの相対的な位置関係を高精度に把握することが可能となる。なお、本実施形態における型構造に対し、ガラス材料を用いて光学素子を成形加工することにより、前記隙間部分に相当するはみ出し部を有する光学素子が形成されることになる。このとき、上下型それぞれに形成されている光学有効面２１ａ、１２ａの形状が転写されて形成される光学素子の光学有効面は、他の実施形態と同様に高精度な形状精度を有する。
【０１０１】
なお、本実施形態に関しても、被測定物基準座標系の規定方法については、この座標系の各軸方向および原点位置について上記の説明に限定されるものではない。すなわち本実施形態においても、上下型組み合わせ状態において上下型それぞれに対し規定した被測定物基準座標系が一致し、その状態において共通の座標系として取り扱える条件を満足する規定方法であればよい。
【０１０２】
また、上記の説明では図６に示す型構造を下型とし、図５に示す型構造とは球面形状中心位置と接合面の位置関係のみ異なる型構造を上型として説明したが、本実施形態においては、図６に示す型構造を上型とし、もう一方の型構造を下型とする構造であってもよく、この場合についても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態では、光学素子成形用金型の型構造において上下型二つに分離可能な構造となっており、上下型それぞれの接合面に球面形状を有する型構造を提供し、さらに前記球面形状に対する面形状測定と光学有効面に対する面形状測定を、同一段取り下で測定する手段およびそれを実現する演算手段を有する三次元形状測定装置と、同装置を使用して被測定物である型構造の光学有効面形状測定を行うための形状測定方法を提供する。これより、本実施形態における型構造を成形機に取り付けた状態において、前記二つの型内にそれぞれ形成されている光学有効面の相対的な位置関係について、従来技術と比較して高精度に構成することが可能となる。
【０１０４】
また、前記型構造を用いて光学素子を成形加工することにより、従来技術に比べ高精度な光学有効面の形状精度を有する光学素子が製造可能となり、さらには同光学素子の製造不良率の低下が図られる。
【０１０５】
以上、本発明の実施形態について図１〜図７を用いて説明した。上記の説明ではプローブ５を接触式として説明したが、本発明においてはプローブは非接触式プローブであってもよい。いずれの方式を備える三次元形状測定装置であっても、本発明によれば前述した効果が同様に得られる。
【０１０６】
また、上記の説明では型構造として二つに分離可能な構造となっており、それぞれの型を上下型として説明したが、本発明においては上下方向の分離に限らず単に二つに分離可能となっている型構造であればよい。このとき、本発明による効果が同様に得られることは言うまでもない。
【０１０７】
また、上記の説明では、上下の型がそれぞれ１面の光学有効面を有するように説明したが、それぞれの型が複数面の光学有効面を有していてもよい。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上下別々の型に形成された光学有効面の相対位置精度を向上させることができ、その型により製造する光学素子の形状精度を向上させることができる。
【０１０９】
また、本発明によれば、球面形状部を３つ有する上下型の構成をとる事により、基準座標系を規定するための３点が全て球面形状の中心座標となるため、球面形状を２組有する上下型の構成よりも更に高精度に上下型共通の基準座標系を一致させることができる。
【０１１０】
また、本発明によれば、３組の内任意の１組だけ、球面形状部の中心位置は同じで曲率値が凹球面形状の曲率値よりも凸球面形状の曲率値が小さく設定することにより、球面形状部については上下型の凹凸球面形状の中心位置のみを一致させるだけでよいため、球面形状部の形状創成が簡易となる。
【０１１１】
また、本発明によれば、球面形状部の中心位置を接合面上からずらして配置することにより、球面形状部のみによる上下型の位置決めを行うことになり、安定した位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の形状を示した図である。
【図２】上下型二つに分離可能な型構造における上型の構造について示した図である。
【図３】図１および図２に示した上下型を成形機に設置する際の、上下型の組み合わせ状態を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の構造について示した図である。
【図５】上下型二つに分離可能な型構造における上型の構造について示した図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の構造について示した図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、上下型を成形機に取り付ける際の組み合わせ状態を説明するための図である。
【図８】従来技術における型構造、及びその光学有効面形状測定評価方法について説明する図である。
【符号の説明】
１ 下型
１ａ 光学有効面
１ｓ 基準面
２ 上型
２ａ 光学有効面
２ｓ 基準面
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 球面形状
４ａ、４ｂ、４ｃ 球面形状
５ プローブ
１１ 下型
１１ａ 光学有効面
１１ｓ 基準面
１２ 上型
１２ａ 光学有効面
１２ｓ 基準面
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 球面形状
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 球面形状
２１ 下型
２１ａ 光学有効面
２１ｓ 基準面
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 球面形状
１０１ａ 光学有効面
１０１ｓ、１０１ｔ、１０１ｕ 基準面
１０５ プローブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてレンズ、プリズムなどの光学素子を成形加工するための金型、及びその形状を測定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズ、プリズムなどの光学素子を成形するための金型を加工する場合には、光学有効面の形状および型内における面位置および姿勢を規定するための基準（面）に対し、加工機の加工精度に依存して光学有効面を加工する方法が採られている（例えば特開平９−２３０１１１号公報）。
【０００３】
すなわち、図８に示すような型構造を、上下型として組み合わせて図示しない成形機に設置し、合成樹脂材料あるいはガラス材料を使用して光学素子の成形加工を行う場合、光学有効面１０１ａの設計形状は基準面１０１ｓ，１０１ｔ，１０１ｕに対し定義される。光学有効面１０１ａの型設計形状に対する加工形状の評価を行う際には、例えば図８に示すように、図示しない三次元形状測定装置の面形状測定手段であるプローブ１０５を、光学有効面１０１ａに対し接触させながら走査させて面形状測定を行う。ここで、この面形状測定により三次元形状測定装置の装置座標として得られた光学有効面測定形状データについて、型設計形状に対して最小二乗法などを用いてフィッティングし、設計形状に対する測定形状の形状誤差を導出することが可能であり、一般にこのような形状評価方法が採用されている。このとき、同時に被測定面である光学有効面１０１ａの面位置および姿勢に関しても、設計値に対する位置および姿勢誤差として求められる。
【０００４】
図８に示す型構造において、上述した方法により光学有効面１０１ａの形状評価を行い、設計形状の公差規格に対し十分な加工精度で光学有効面１０１ａが加工されていた場合には、同評価結果に基づき上型または下型として図示しない成形機に取り付けられる。一方、光学有効面１０１ａに対する測定形状評価において、導出された形状誤差（位置および姿勢誤差を含む）が設計形状の公差規格内に収まっていない、すなわち公差規格を満足していない場合には、形状誤差データをもとに光学有効面１０１ａに対し修正加工を行う。そして、再度上記の方法により光学有効面１０１ａについて測定形状評価を実施する。この一連の行為（形状測定評価および修正加工）を繰り返すことで公差規格を満足するような光学有効面形状が得られた後に、同様に上型または下型として図示しない成形機に取り付けられる。
【０００５】
以上より、上下型ともに基準面１０１ｓ〜１０１ｕに対し規定される設計形状の公差規格を満足する光学有効面１０１ａが形状創成された型構造を使用して光学素子を成形加工することで、従来所望の光学素子製作を可能にしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術による上下型に分離可能な型構造を採用し、合成樹脂材料あるいはガラス材料を使用して光学素子の成形加工を行う場合、型に形成された基準面を成形機の基準に対し取り付けることで上下型ともに成形機内での位置決めを行う。したがって、上下型それぞれに形状創成されている光学有効面型形状の相対的な面位置関係（上下型を組み合わせた構造における相対的な面位置および姿勢）は、前記型構造を成形機内に取り付けた際の上下型それぞれの基準面が共通の基準として取り扱い可能な場合において、光学有効面形状測定結果をもとに把握することが出来る。すなわち、成形機に対する型構造の取付状態について、上下型の基準面位置が完全に一致するような状態を実現し、同状態において光学素子の成形加工を行う場合には、上下型に形成された光学有効面の相対的な位置ずれは、前記した上下型それぞれの光学有効面について実施した形状測定の結果より、光学素子の設計形状に対する公差規格が保証されることになる。
【０００７】
しかしながら、従来技術による型構造において光学素子を成形加工する場合、上下型を組み合わせて成形機に設置する際に、両型の加工誤差などが原因となり取付誤差が必ず発生する。すなわち、光学素子成形用上下型について、厳密には両型に形成されている基準面の位置が相対的にずれた状態となり、この状態では共通の基準（面）に対し上下型それぞれの光学有効面を規定することが不可能となる。言いかえると、前記型構造を成形機に取り付けた状態における上下型で共通となる基準に対し、前記光学有効面の面形状測定が予め行われていないため、上下型に形成されている光学有効面の相対位置について厳密には規定できないという課題がある。
【０００８】
近年、光学素子の形状は高精度化してきており、素子内に形成される光学有効面の相対的な位置関係に関する公差規格についても、数μｍ以下の位置精度が要求されるものがある。このような光学素子を合成樹脂材料またはガラス材料を成形加工して製造する場合、前記した光学有効面の相対位置について共通の基準に対する規定ができないことが原因となり、光学有効面形状を高精度に形状創成（成形加工）することが困難であるという課題があった。
【０００９】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上下別々の型に形成された光学有効面の相対位置精度を向上させることが出来るようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる光学素子成形用金型は、光学素子を成形するための成形面をそれぞれ有する第１及び第２の金型部材を備える光学素子成形用金型であって、前記第１の金型部材は、前記光学素子の第１の光学有効面を成形するための第１の成形面と、該第１の成形面以外の部位に位置する３つの凸面の球面形状部とを有し、前記第２の金型部材は、前記光学素子の第２の光学有効面を成形するための第２の成形面と、該第２の成形面以外の部位に位置し前記凸面の球面形状部と組み合わされる３つの凹面の球面形状部とを有し、前記３組の凸面の球面形状部と凹面の球面形状部のうちの少なくとも２組の凸面の球面形状部と凹面の球面形状部の曲率は互いに等しく、前記第１の金型部材と前記第２の金型部材を組み合わせたときに、前記凸面の球面形状部の曲率中心の位置と、前記凹面の球面形状部の曲率中心の位置とが一致するように形成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる光学素子成形用金型において、前記３組の球面形状部のうちの一組が、凸面の球面形状部の曲率半径が凹面の球面形状部の曲率半径よりも小さく設定されていることを特徴としている。
【００１５】
また、この発明に係わる光学素子成形用金型において、前記第１及び第２の金型部材の少なくとも一方は、前記光学素子の複数の光学有効面を成形するための複数の成形面を有することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係わる三次元形状測定方法は、上記の光学素子成形用金型の成形面の形状を測定するための三次元形状測定方法であって、前記３つの球面形状部の全ての面形状を測定する球面形状測定工程と、該球面形状測定工程の測定結果に基づいて、それぞれの前記球面形状部の中心の座標を算出する中心座標算出工程と、前記球面形状測定工程を実施する測定装置から前記光学素子成形用金型を着脱することなく、前記成形面の形状を測定する成形面測定工程と、前記中心座標算出工程で算出された前記球面形状部の１つの中心の座標を原点とし、他の２つの球面形状部の中心の座標を基に座標系を設定し、前記成形面測定工程で得られた測定結果から、前記設定した座標系における前記成形面の面位置を算出する面位置算出工程と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００２０】
まず、実施形態の概要について説明する。
【００２１】
本実施形態における光学素子成形用金型の型構造では、上下型二つに分離可能な型構造であり、どちらか一方の型内に凸面の球面形状を有し、さらにもう一方の型内に凹面の球面形状を有し、さらに前記した凹凸面それぞれの球面形状について、球の中心位置が各型内において、上下型を成形機に取り付ける際の組み付け状態において一致するような配置となっている。
【００２２】
また、本実施形態における前記金型を測定対象とした三次元形状測定方法では、上下型それぞれについて型内に形状創成された光学有効面の面形状測定を行う際に、同一段取りで、すなわち三次元形状測定装置から被測定物である型を着脱することなく、前記球面形状についても面形状測定を行う。
【００２３】
以上より、前記上下型を成形機に設置した状態における上下型それぞれに形成された光学有効面の相対的な位置関係（位置および姿勢）について、従来技術では困難であった上下型共通の基準に対する各光学有効面の形状測定評価が可能となる。
【００２４】
また、本実施形態における型構造を使用して成形加工を実施し製作される光学素子において、同光学素子内に形状創成された複数の光学有効面について、各面の相対的な位置関係が従来技術と比較して高精度に形成されている。
【００２５】
その結果、従来技術では公差規格が厳しいために製作困難であった光学素子を製造可能とし、また、従来製作可能であった光学素子に関しても、本実施形態によればより高精度な光学有効面形状の形状創成が可能となることから、光学素子の製造不良率の低下が図られる。
【００２６】
次ぎに上記型部材の構成において、上下型部材共通の基準に対する光学有効面の形状測定及び評価が可能となる作用について説明する。
【００２７】
まず、前記球面形状に対し面形状測定を行うことで、三次元形状測定装置に固定された座標系（装置座標系）で表された座標データ群（点群データ）として球面測定形状データが得られる。この球面測定形状について、同球面の設計形状に対し最小二乗法などによるフィッティング処理演算を行うことで、球面形状の中心位置を三次元形状測定装置の装置座標系における座標値として、球面測定形状データから導出される。
【００２８】
ここで得られた球面形状の中心座標値は、前述した型構造の特徴から、上下型を組み合わせた状態において、上下型に形成されている凹凸面のそれぞれの球面の中心位置について、両中心位置が一致する。従って、上下型それぞれにおいて形成された光学有効面の面形状測定を行う際に、前記球面中心座標を基準とした上下型共通の被測定物基準座標系を考えることができ、それぞれの型内に形成された被測定面となる光学有効面形状は、共通の被測定物基準座標系において表すことができる。
【００２９】
次に、型構造内において球面形状と光学有効面形状の位置関係は、型構造の設計形状として規定する。つまり、前記した球面形状中心位置より規定可能な被測定物基準座標系において、光学有効面形状をこの座標系上の座標データとして表すことが可能である。この球面形状中心位置と光学有効面形状の位置関係（座標変換）を用いることで、前記した方法で取得した測定装置座標系における球面形状の中心座標に対し、光学有効面形状の面位置および姿勢を測定装置座標系において規定される。
【００３０】
このようにして、球面形状測定により得られた球面中心座標をもとに、三次元形状測定装置内において被測定面である光学有効面の面位置が明確となる。
【００３１】
次に、前記座標変換の演算処理を行うことにより、三次元形状測定装置座標データ群として得られた光学有効面測定形状を、被測定物基準座標系で表される座標データ群に変換する。被測定物基準座標系において規定されている光学有効面の設計形状に対し、光学有効面測定形状を最小二乗法などによるフィッティング処理演算を行うことで、上下型で共通となる被測定物基準座標系における形状誤差および面位置、姿勢誤差について測定形状評価を行う。
【００３２】
前述したとおり本実施形態における型構造は、成形機に取り付ける際の組み付け状態において、上下型それぞれに形成された凹凸面の球面形状がちょうど一致する、すなわち上下型の位置決め基準として機能し、その際凹凸面の球面形状それぞれの中心位置は一致する構造となっている。これより、本実施形態によれば前記上下型を成形機に取り付けた状態において、それぞれの型に形成されている光学有効面の測定形状は同一座標系で測定評価可能であることから、同光学有効面の相対的な位置関係（位置誤差）についても高精度に評価可能となる。
【００３３】
次に、本実施形態における型構造を使用して光学素子を成形加工し製造することにより、複数面存在する光学有効面の相対的な位置関係が、従来技術と比較して高精度に形成可能となる作用について説明する。
【００３４】
本実施形態における型構造を加工する際には、上下型それぞれに形成される光学有効面形状について、前記共通基準座標系における測定形状評価が可能であることから、光学有効面の相対的な位置関係に関する公差規格を満足するように、光学有効面の測定形状データをフィードバックしながら金型の修正加工を繰り返すことで形状を追い込む。
【００３５】
したがって、修正加工の実施によりできあがった公差規格を満足する本実施形態における型構造を使用し、光学素子の成形加工を行うことにより、各光学有効面の相対的な位置関係が従来技術と比較して高精度に形成できることは言うまでもない。その結果、本実施形態によれば従来技術では公差規格が厳しいために製作困難であった光学素子についても製造可能となる。また、従来より製造可能であった光学素子形状に関しても、本実施形態で提供する型構造によれば、上下型共通となる基準座標系を規定する球面形状を、成型時の型組み状態において上下型の位置決めに利用する構造であることから、上下型を組み合わせた状態で常に上下型それぞれに形成された光学有効面形状の位置関係が保証される。したがって、従来技術では上下型を光学素子成形後に一度ばらし、再度組み合わせる際に発生していた両型の位置ずれによる光学素子成形不良といった問題を解決し、常に高精度な光学有効面を成形加工により形成可能となる。このように、本実施形態によれば、従来技術でも製造可能であった光学素子に関しても、従来と比較して製造不良率の低下が図られる。
【００３６】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の形状を示した図である。
【００３８】
図１において、１は光学素子を成形する下型である。下型１は、光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面１ａの他に、下型１内における光学有効面１ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状３ａ、３ｂを有する。
【００３９】
ここで球面形状３ａ、３ｂは、後述する図２に示す上型２と組み合わせる際の接合面（基準面）１ｓ上に形成されており、図１に示すとおりその形状は凸面形状である。さらに、球面形状３ａ、３ｂの各中心位置は、接合面１ｓ上に存在する構造となっている。
【００４０】
なお、図１では下型１に対し光学有効面１ａが直接形成されている型構造としているが、本実施形態における型構造においては、光学有効面１ａが形状創成されている下型１とは別体の型を、球面形状３ａ、３ｂが形成されている下型１に組み込んだ構造であってもよい。いずれの場合においても、型構造の設計形状において球面形状３ａ、３ｂと光学有効面１ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００４１】
以上説明した下型１に対し、本実施形態における三次元形状測定装置を使用して光学有効面１ａの面形状測定を行う方法について以下に説明する。
【００４２】
本実施形態における三次元形状測定方法では、図１に示す下型１を図示しない三次元形状測定装置に取り付けた後、初めに球面形状３ａ又は３ｂに対しプローブ５を走査することにより、球面形状３ａ又は３ｂの面形状測定を実施する。球面形状測定後に得られる、三次元形状測定装置の装置座標系における座標データ群である球面測定形状データについて、下型１の設計形状として規定されている球面形状に対し、最小二乗法などによるフィッティング処理演算を行うことで、装置座標系における球面形状の中心座標値が得られる。なお、本実施形態における三次元形状測定装置は、上記のフィッティング処理演算を行なう手段を有する。
【００４３】
上記球面形状測定および球面中心座標導出処理を、図１に示す球面形状３ａ、３ｂともに実施する。これより、両球面形状の中心位置を三次元形状測定装置内で規定することができる。
【００４４】
次に、下型１を三次元形状測定装置から着脱することなく、すなわち段取り変更することなく、引き続き図１に示す上型との接合面１ｓ上にあり球面形状３ａ、３ｂの中心位置を結ぶ直線上にない任意の一点について、プローブ５を使用して点座標測定を実施する。これより、接合面１ｓ上の一点の座標データが、三次元形状測定装置の装置座標系における座標データとして得られる。
【００４５】
次に前述の球面形状測定および接合面上の一点に対する座標測定の測定結果をもとに、つぎに被測定物基準座標系を規定する。
【００４６】
まず、形状測定により得られた球面形状３ａ又は３ｂの中心位置を被測定物基準座標系の原点に設定する。本実形態においては、一例として球面形状３ａの中心位置測定座標値を原点として定める。
【００４７】
次に、球面形状３ａ、３ｂの中心位置を通り３ａから３ｂの中心位置へ向かう方向を被測定物座標系のｙ軸方向として定める。さらに、球面形状３ａ、３ｂの中心位置二点および接合面１ｓ上の一点を含む平面が一意に求まり、同平面の法線方向で図１において下型１から上側に向かう方向を被測定物基準座標系のｚ軸方向として設定する。被測定物基準座標系をｘｙｚ直交三軸座標系とする場合、既に規定されたｙ、ｚ軸方向をもとに残りの直交一軸であるｘ軸方向が一意に求まる。以上より、球面形状３ａの中心位置を原点とする被測定物基準座標系が導出され、同時に三次元測定装置座標系から被測定物基準座標系への座標変換についても求まる。
【００４８】
ここで、本実施形態における型構造においては、図１に示す下型１における球面形状３ａ、３ｂと上型との接合面１ｓ、および光学有効面１ａの相対的な位置関係が設計値として規定されている。これより同設計情報をもとにして、光学有効面１ａの面位置および姿勢が被測定物基準座標系において求められる。
【００４９】
次に、設計形状で規定されている面有効範囲についてプローブ５を走査させることで面形状測定を行う。この時、三次元測定装置座標系に対する被測定物基準座標系の位置関係については、前記座標変換する事により既に求められているため、被測定物である下型１を図示しない三次元形状測定装置からここでも着脱せずに同一段取り状態を保つことで、被測定面となる光学有効面１ａに対し、高精度な測定が可能となる。ことが可能である。
【００５０】
光学有効面１ａの面形状測定後に、三次元形状測定装置座標系における座標データ群として得られた光学有効面測定形状データについて、光学有効面１ａの設計形状に対し、最小二乗法などによるフィッティング処理演算を行うことで、光学有効面１ａの測定形状について設計形状に対する形状誤差が求められる。なお、本実施形態における三次元形状測定装置は、光学有効面測定形状に対するフィッティング処理演算手段を有する。
【００５１】
上記のとおり、光学有効面１ａに対する面形状測定の実施により、図１に示す下型１内に形成された球面形状３ａ、３ｂおよび接合面１ｓにより規定される被測定物基準座標系において、光学有効面１ａに関する形状誤差および位置、姿勢誤差を評価可能となる。ここで導出された形状誤差および位置、姿勢誤差について、光学有効面１ａに対し設計値として与えられている公差規格（要求精度）を満足していない場合には、面形状測定より得られる形状誤差データをもとに光学有効面形状の修正加工を行う。加工後、再度上記の方法により光学有効面１ａを対象とした面形状測定を実施し、修正加工後の形状誤差を求める。このように、測定および修正加工の一連の行為を、光学有効面１ａの面形状が公差規格を満足するまで繰り返す。その結果、最終的に公差規格を満足する光学有効面形状を下型１に形成することが可能である。
【００５２】
図２は、上下型二つに分離可能な型構造における上型の構造について示した図である。
【００５３】
図２において、１は光学素子を成形する上型である。上型２は本実施形態における型構造は、図１に示す下型と同様に上型の型構造についても、光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面２ａの他に、光学有効面２ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状４ａ、４ｂを有する。
【００５４】
ここで球面形状４ａ、４ｂは、図１に示す下型１と組み合わせる際の接合面（基準面）２ｓ上に形成されており、図２に示すとおりその形状は凹面形状である。さらに、球面形状４ａ、４ｂの各中心位置は、接合面２ｓ上に存在する構造となっている。また、球面形状４ａの曲率（球半径）は図１に示す球面形状３ａの曲率と等しく、球面形状４ｂの曲率は図１に示す球面形状３ｂの曲率と等しい。
【００５５】
なお、図１に示す下型構造と同様に図２に示す上型構造についても、光学有効面２ａが形成されている上型２とは別体の型を、球面形状４ａ、４ｂが形成されている上型２に組み込んだ構造であってもよい。いずれの型構造においても、上型２の設計形状において球面形状４ａ、４ｂと光学有効面２ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００５６】
以上説明した上型２に対し、本実施形態における三次元形状測定装置を使用して図２における光学有効面２ａの面形状測定を行う際の、形状測定方法について以下に説明する。
【００５７】
図１に示す下型１に対する形状測定方法と同様、図２に示す上型２についても図示しない三次元形状測定装置に上型２を取り付けた後、初めに球面形状４ａ、４ｂに対しプローブ５を走査することにより、球面形状４ａ、４ｂの面形状測定を実施する。そして、三次元形状測定装置座標系における座標データ群として得られた球面測定形状データについて、図１における下型１内に形成された球面形状３ａ、３ｂの中心位置を導出する方法と同様な方法により、球面形状４ａ、４ｂの中心座標位置が得られる。
【００５８】
上記の球面形状測定に引き続き、下型との接合面２ｓ上にあり球面形状４ａ、４ｂの中心位置を結ぶ直線上にない任意の一点について、プローブ５を使用して点座標測定する際も、下型測定時と同様な方法を採用する。これより、接合面２ｓ上の一点の座標データが、三次元形状測定装置座標系における座標データとして得られる。
【００５９】
次に前述の球面形状測定および接合面上の一点の座標測定の測定結果をもとに、下型１内に形成された光学有効面１ａの面形状測定時と同様の方法により、図２に示す上型２内においても被測定物基準座標系を規定する。ここで被測定物基準座標系の座標軸方向は、図２に示すｘｙｚ直交三軸座標系の各軸方向と一致するように規定する。また、被測定物基準座標系の原点については、球面形状４ａの中心位置となるように規定する。これより、図２において球面形状４ａの中心位置を原点とする被測定物基準座標系が導出され、同時に三次元測定装置座標系から被測定物基準座標系への座標変換についても求められる。
【００６０】
つぎに、図１に示す下型１内の光学有効面１ａに対する面形状測定と同様にして、図２に示す光学有効面２ａについて面形状測定を実施する。面形状測定終了後には、光学有効面１ａを対象とした測定形状解析手法と同一の方法により、光学有効面２ａについても設計形状に対する形状誤差および位置、姿勢誤差が導出可能である。これより、被測定物基準座標系において光学有効面２ａに関する形状誤差および位置、姿勢誤差について評価し、同誤差について設計値として与えられている公差規格（要求精度）を満足していない場合には、下型内光学有効面１ａを対象とした場合と同様に修正加工を実施する。以上より、最終的に公差規格を満足する光学有効面形状を、上型２においても形成することが可能である。
【００６１】
図３は、図１および図２に示した上下型を成形機に設置する際の、上下型の組み合わせ状態を説明するための図である。図３では、ｙｚ平面に平行な断面を示している。図３において、本実施形態における型構造では、成形機に設置する際に、図３に示すとおり上下型それぞれに形成されている球面形状３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂを上下型の位置決めとして使用する。このとき、下型１に形成されている凸面の球面形状３ａが上型２に形成されている凹面の球面形状４ａに、下型１に形成されている凸面の球面形状３ｂが上型２に形成されている凹面の球面形状４ｂに矢印の方向に組み合わされる。
【００６２】
このような型構造を採用することにより、図１に示す下型１において規定した被測定物基準座標系と図２に示す上型２において規定した被測定物基準座標系を、図３に示す上下型を組んだ状態において一致させることが可能となる。これより、上下型それぞれに規定されている被測定物基準座標系において既に形状評価済みである光学有効面１ａおよび２ａは、上下型を組み合わせた状態、すなわち成形機に対し取付状態において、球面形状３ａおよび４ａの中心位置を原点とし、下型１または上型２において規定されている被測定物基準座標系と同一姿勢である共通の基準座標系に対して測定形状評価が行われている。このように本実施形態における型構造、三次元形状測定方法および三次元形状測定装置によれば、上下型組み合わせ状態において光学有効面１ａと２ａの相対的な位置関係を高精度に把握することが可能となる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態によれば光学素子成形用金型の型構造において、上下型それぞれの接合面上に球面形状を形成し、同形状を上下型組み合わせ時の位置決めに使用することにより、従来技術においては発生していた成形機取付状態における上下型の位置ずれ誤差発生を抑制できる。さらに、上下型にそれぞれ形成された光学有効面は、成形機取付状態において共通の基準座標系に対し公差規格を満足することから、上下型組み合わせ状態における上下型それぞれの光学有効面形状は、従来技術に比べ高精度に相対位置が規定されていることになる。このことは、この型構造を用い合成樹脂材料またはガラス材料などの材料を使用して光学素子を成形する際に、高精度な光学有効面の形状精度を有する光学素子を成形可能となることに結びつく。
【００６４】
なお、図１および図２に示した型構造に対する被測定物基準座標系の規定方法の詳細は前述したとおりであるが、この座標系の各軸方向および原点位置については上記の説明に限定されるものではない。
【００６５】
例えば、図１において被測定物基準座標系のｙ軸方向を球面形状３ｂの中心位置から球面形状３ａの中心位置に向かう方向に設定してもよい。同座標系の原点位置に関しても、上記の説明では球面形状３ａの中心位置に設定すると記したが、球面形状３ｂの中心位置に設定するのでもよいことは言うまでもない。すなわち本実施形態においては、図３に示す上下型の組み合わせ状態において、上下型それぞれに対し規定した被測定物基準座標系が一致し、組み合わせ状態において共通の座標系として取り扱える条件を満足する規定方法であればよい。
【００６６】
また、上記の説明では図１に示す型構造を下型とし、図２に示す型構造を上型として述べたが、本実施形態においては図１に示す型構造を上型とし、図２に示す型構造を下型とする型構造であってもよく、この場合についても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００６７】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の構造について示した図である。
【００６８】
図４に示すように、本実施形態における型構造は、光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面１１ａの他に、下型１１内における光学有効面１１ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有する。
【００６９】
ここで、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、後述する図５に示す上型２と組み合わせる際の接合面（基準面）１１ｓ上に形成されており、図４に示すとおりその形状は凸面形状である。さらに、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各中心位置は、接合面１１ｓ上に存在する構造となっている。また、球面形状１３ｃのみ後述する図５に示す凹面の球面形状１４ｃの曲率（球半径）に対し小さい曲率で形成されている。球面形状１３ａ、１３ｂに関しては、第１の実施形態と同様、後述する図５に示す球面形状１４ａ、１４ｂに対しそれぞれ等しい曲率で形成されている。
【００７０】
なお、図４では下型１１に対し光学有効面１１ａが直接形成されている型構造としているが、第１の実施形態と同様、光学有効面１１ａが形成されている下型１１とは別体の型を、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されている下型１１に組み込んだ構造であってもよい。いずれの場合においても、型構造の設計形状において球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃと光学有効面１１ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００７１】
以上説明した型構造に対し、本実施形態における三次元形状測定装置を使用して光学有効面１１ａの面形状測定を行う方法について以下に説明する。
【００７２】
本実施形態では、球面形状１３ａ、１３ｂに対し第１の実施形態と同様な手法により、球面形状測定を行う。さらに本実施形態においては、図４に示す球面形状１３ｃに対しても同様にプローブ５を走査させることで球面形状測定を実施する。球面形状測定終了後、第１の実施形態において球面形状３ａ、３ｂの中心位置を三次元形状測定装置座標系における座標データとして導出した方法にしたがい、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃについて中心位置を求める。
【００７３】
三次元形状測定装置内で規定された球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中心位置をもとに、第１の実施形態と同様、図４に示す下型１１内に被測定物基準座標系を規定する。
【００７４】
以下に、この規定方法について詳細を説明する。
【００７５】
まず、第１の実施形態と同様にして、被測定物基準座標系原点として、形状測定により得られた球面形状１３ａの中心位置測定座標値を設定する。なおこれは一例であり、原点は球面形状１３ｂまたは１３ｃの中心位置であってもよい。ここでは球面形状１３ａの中心位置を座標系原点とした場合について説明する。
【００７６】
この場合、次に被測定物基準座標系のｙ軸方向を第１の実施形態と同様に設定する。また、この座標系のｚ軸方向については、球面形状１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中心位置三点を含む平面が一意に決まり、この平面の法線方向で図４において下型１１から上側に向かう方向をｚ軸方向として設定する。これより、ｘｙｚ直交三軸座標系で表される被測定物基準座標系において、ｘ軸方向についても一意に求まる。以上より、本実施形態においても球面形状１３ａの中心位置を原点とする被測定物基準座標系が導出され、同時に三次元形状測定装置座標系から被測定物基準座標系への座標変換についても求まる。
【００７７】
上記の通り導出された被測定物基準座標系に基づき、第１の実施形態と同様にして図４に示す光学有効面１１ａに対し面形状測定を行う。ここで、図示するプローブ１５を使用した面形状測定方法、および図示しない三次元形状測定装置の演算手段による測定形状処理方法（フィッティング処理演算）に関しては、全て第１の実施形態と同様の方法で実施可能である。したがって、本実施形態においても、図４において設計値として規定された公差規格を満足する光学有効面形状を下型１１において形成することができる。
【００７８】
図５は、上下型二つに分離可能な型構造における上型の構造について示した図である。
【００７９】
図５に示すように、図４に示す下型と同様に上型の型構造についても、光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面１２ａの他に、上型１２内における光学有効面１２ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有する。
【００８０】
ここで、球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、図４に示す下型１１と組み合わせる際の接合面（基準面）１２ｓ上に形成されており、図５に示すとおりその形状は凹面形状である。さらに、球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各中心位置は、接合面１２ｓ上に存在する構造となっている。また、球面形状１４ｃのみ図４に示す球面形状１３ｃの曲率（球半径）に対し大きい曲率で形成されている。球面形状１４ａ、１４ｂに関しては、前記したとおり図４に示す球面形状１３ａ、１３ｂに対しそれぞれ等しい曲率で形成されている。
【００８１】
なお、図４に示す下型構造と同様、図５に示す上型構造についても、光学有効面１２ａが形成されている上型１２とは別体の型を、球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃが形成されている上型１２に組み込んだ構造であってもよい。いずれの型構造においても、上型１２の設計形状において球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃと光学有効面１２ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００８２】
以上説明した上型構造に対し、本実施形態における三次元形状測定装置を使用して光学有効面１２ａの面形状測定を行う方法について以下に説明する。
【００８３】
本実施形態では、球面形状１４ａ、１４ｂに対し第１の実施形態で説明した方法と同様な手法により、球面形状測定を行う。さらに、本実施形態においては、図５に示す球面形状１４ｃに対しても同様にプローブ１５を走査させることで球面形状測定を実施する。球面形状測定終了後、第１の実施形態において図２に示す球面形状４ａ、４ｂの中心位置を三次元形状測定装置座標系における座標データとして導出した方法にしたがい、図５に示す球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対し同形状の中心位置を求める。
【００８４】
三次元形状測定装置内で規定された球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃの中心位置をもとに、下型１１内に形成された光学有効面１１ａの面形状測定時と同様の方法により、上型１２内においても被測定物基準座標系を規定する。ここで、被測定物基準座標系の座標軸方向は、図５に示すｘｙｚ直交三軸座標系の各軸方向と一致するように規定する。また、被測定物基準座標系の原点については、球面形状１４ａの中心位置となるように規定する。これより、図５において球面形状１４ａの中心位置を原点とする被測定物基準座標系が導出され、同時に三次元測定装置座標系から被測定物基準座標系への座標変換についても求められる。
【００８５】
上記の通り導出された被測定物基準座標系に基づき、第１の実施形態と同様にして図５に示す光学有効面１２ａに対し面形状測定を行う。ここで、図示するプローブ１５を使用した面形状測定方法、および図示しない三次元形状測定装置の演算手段による測定形状処理方法（フィッティング処理演算）に関しては、全て第１の実施形態と同様の方法で実施可能である。したがって、本実施形態においても、図５において設計値として規定された公差規格を満足する光学有効面形状を上型１２において形状創成することができる。
【００８６】
以上より、本実施形態では、図４に示す下型１１と図５に示す上型１２とを組み合わせて図示しない成形機に取り付け、所望の光学素子を成形加工する。このとき、上下型の組み合わせ方法については第１の実施形態として図３に示した方法に従う。すなわち、図４に示す下型１１に形成された球面形状１３ａ、１３ｂおよび図５に示す上型１２に形成された球面形状１４ａ、１４ｂを上下型の位置決めとして使用する。ここで、下型１１に形成されている凸面の球面形状１３ａが上型１２に形成されている凹面の球面形状１４ａに、同様に凸面の球面形状１３ｂが凹面の球面形状１４ｂに組み合わされる。
【００８７】
前述したとおり、図４に示す球面形状１３ｃと図５に示す球面形状１４ｃは、球面形状の中心位置が一致しており、かつ球面形状１３ｃに対し球面形状１４ｃの曲率が大きい。したがって、上下型組み合わせ状態において干渉することなく接合面１１ｓおよび１２ｓを合わせることが可能となる。
【００８８】
このような型構造を採用することにより、第１の実施形態と同様に、上下型組み合わせ状態において、光学有効面１１ａと１２ａの相対的な位置関係を高精度に把握することが可能となる。また、本実施形態についても、図４および図５に示す型構造を採用することにより、高精度な光学有効面の形状精度を有する光学素子を成形可能となる。
【００８９】
なお、本実施形態に関しても、被測定物基準座標系の規定方法については、この座標系の各軸方向および原点位置について上記の説明に限定されるものではない。すなわち本実施形態においても、上下型組み合わせ状態において上下型それぞれに対し規定した被測定物基準座標系が一致し、その状態において共通の座標系として取り扱える条件を満足する規定方法であればよい。
【００９０】
また、上記の説明では図４に示す型構造を下型とし、図５に示す型構造を上型として説明したが、本実施形態においては図４に示す型構造を上型とし、図５に示す型構造を下型とする構造であってもよく、この場合についても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００９１】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の構造について示した図である。
【００９２】
図６に示すように、本実施形態で説明する型構造は、図４に示す型構造と同じく光学素子成形時に光学有効面形状を転写するための光学有効面２１ａの他に、下型２１内における光学有効面２１ａの位置および姿勢を規定し、かつ成形時における上下型の位置決め基準となる球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄを有する。
【００９３】
ここで球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄは、既に説明した図５に示す上型１２と組み合わせる際の接合面（基準面）２１ｓ上に形成されており、図６に示すとおりその形状は凸面形状である。さらに、球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄの各中心位置は、接合面２１ｓ上に存在する構造となっている。また本実施形態においては、球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄ全てについて、図５に示す球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対しそれぞれ等しい曲率で形成されている。
【００９４】
なお、図６では下型２１に対し光学有効面２１ａが直接形成されている型構造としているが、第１及び第２の実施形態と同様、光学有効面２１ａが形状創成されている下型２１とは別体の型を、球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄが形成されている下型２１に組み込んだ構造であってもよい。いずれの場合においても、型構造の設計形状において球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄと光学有効面２１ａの相対的な位置関係に関しては規定されている。
【００９５】
以上説明した型構造に対し、第２の実施形態と同様な形状測定装置および形状測定方法により、図６における光学有効面２１ａの面形状測定を行う。その結果、図６において光学有効面２１ａに対し設計値として規定された公差規格を満足する光学有効面形状を、下型２１に形成可能となる。この詳細については図４に示す第２の実施形態において説明したとおりであるため、ここでは説明を省略する。
【００９６】
また、本実施形態における型構造の内、上型構造については、図５に示す上型１２において、接合面１２ｓと球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各中心位置の位置関係のみ異なる型構造を使用する。具体的には、図５において接合面１２ｓが球面形状の中心位置三点を含む平面よりもｚプラス方向に平行にずれた位置に存在するような上型構造を採用する。このような構造の上型と図６に示す下型２１を組み合わせて図示しない成形機に取り付け、所望の光学素子を成形加工する。
【００９７】
最後に図７は、本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、上下型を成形機に取り付ける際の組み合わせ状態を説明するための図である。
【００９８】
図７に示すように、本実施形態における上下型の組み合わせ方法においては、図６に示す下型２１に形成された球面形状２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、および前述の上型構造において、図５に示す上型１２に形成された球面形状１４ａ、１４ｂ、１４ｃに相当する球面形状を上下型の位置決めとして使用する。ここで、下型２１に形成されている凸面の球面形状２３ａが上型１２に形成されている凹面の球面形状１４ａに、同様に凸面の球面形状２３ｂが凹面の球面形状１４ｂに、２３ｄが１４ｃに組み合わされる。
【００９９】
このとき、上下型の組み合わせ状態（各型の姿勢）は球面形状の中心位置三点により一意に定まる。また、前述の上型の型構造における球面形状の中心位置と下型との接合面１２ｓの位置関係から、厳密には図７に示すとおり上下型の接合面間に隙間が存在する構造となる。
【０１００】
このような本実施形態における型構造においても、第１及び第２の実施形態と同様に、図７に示す上下型組み合わせ状態において光学有効面２１ａと１２ａの相対的な位置関係を高精度に把握することが可能となる。なお、本実施形態における型構造に対し、ガラス材料を用いて光学素子を成形加工することにより、前記隙間部分に相当するはみ出し部を有する光学素子が形成されることになる。このとき、上下型それぞれに形成されている光学有効面２１ａ、１２ａの形状が転写されて形成される光学素子の光学有効面は、他の実施形態と同様に高精度な形状精度を有する。
【０１０１】
なお、本実施形態に関しても、被測定物基準座標系の規定方法については、この座標系の各軸方向および原点位置について上記の説明に限定されるものではない。すなわち本実施形態においても、上下型組み合わせ状態において上下型それぞれに対し規定した被測定物基準座標系が一致し、その状態において共通の座標系として取り扱える条件を満足する規定方法であればよい。
【０１０２】
また、上記の説明では図６に示す型構造を下型とし、図５に示す型構造とは球面形状中心位置と接合面の位置関係のみ異なる型構造を上型として説明したが、本実施形態においては、図６に示す型構造を上型とし、もう一方の型構造を下型とする構造であってもよく、この場合についても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態では、光学素子成形用金型の型構造において上下型二つに分離可能な構造となっており、上下型それぞれの接合面に球面形状を有する型構造を提供し、さらに前記球面形状に対する面形状測定と光学有効面に対する面形状測定を、同一段取り下で測定する手段およびそれを実現する演算手段を有する三次元形状測定装置と、同装置を使用して被測定物である型構造の光学有効面形状測定を行うための形状測定方法を提供する。これより、本実施形態における型構造を成形機に取り付けた状態において、前記二つの型内にそれぞれ形成されている光学有効面の相対的な位置関係について、従来技術と比較して高精度に構成することが可能となる。
【０１０４】
また、前記型構造を用いて光学素子を成形加工することにより、従来技術に比べ高精度な光学有効面の形状精度を有する光学素子が製造可能となり、さらには同光学素子の製造不良率の低下が図られる。
【０１０５】
以上、本発明の実施形態について図１〜図７を用いて説明した。上記の説明ではプローブ５を接触式として説明したが、本発明においてはプローブは非接触式プローブであってもよい。いずれの方式を備える三次元形状測定装置であっても、本発明によれば前述した効果が同様に得られる。
【０１０６】
また、上記の説明では型構造として二つに分離可能な構造となっており、それぞれの型を上下型として説明したが、本発明においては上下方向の分離に限らず単に二つに分離可能となっている型構造であればよい。このとき、本発明による効果が同様に得られることは言うまでもない。
【０１０７】
また、上記の説明では、上下の型がそれぞれ１面の光学有効面を有するように説明したが、それぞれの型が複数面の光学有効面を有していてもよい。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上下別々の型に形成された光学有効面の相対位置精度を向上させることができ、その型により製造する光学素子の形状精度を向上させることができる。
【０１０９】
また、本発明によれば、球面形状部を３つ有する上下型の構成をとる事により、基準座標系を規定するための３点が全て球面形状の中心座標となるため、球面形状を２組有する上下型の構成よりも更に高精度に上下型共通の基準座標系を一致させることができる。
【０１１０】
また、本発明によれば、３組の内任意の１組だけ、球面形状部の中心位置は同じで曲率値が凹球面形状の曲率値よりも凸球面形状の曲率値が小さく設定することにより、球面形状部については上下型の凹凸球面形状の中心位置のみを一致させるだけでよいため、球面形状部の形状創成が簡易となる。
【０１１１】
また、本発明によれば、球面形状部の中心位置を接合面上からずらして配置することにより、球面形状部のみによる上下型の位置決めを行うことになり、安定した位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の形状を示した図である。
【図２】上下型二つに分離可能な型構造における上型の構造について示した図である。
【図３】図１および図２に示した上下型を成形機に設置する際の、上下型の組み合わせ状態を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の構造について示した図である。
【図５】上下型二つに分離可能な型構造における上型の構造について示した図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、上下型二つに分離可能な型構造における下型の構造について示した図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、上下型を成形機に取り付ける際の組み合わせ状態を説明するための図である。
【図８】従来技術における型構造、及びその光学有効面形状測定評価方法について説明する図である。
【符号の説明】
１ 下型
１ａ 光学有効面
１ｓ 基準面
２ 上型
２ａ 光学有効面
２ｓ 基準面
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 球面形状
４ａ、４ｂ、４ｃ 球面形状
５ プローブ
１１ 下型
１１ａ 光学有効面
１１ｓ 基準面
１２ 上型
１２ａ 光学有効面
１２ｓ 基準面
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 球面形状
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 球面形状
２１ 下型
２１ａ 光学有効面
２１ｓ 基準面
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 球面形状
１０１ａ 光学有効面
１０１ｓ、１０１ｔ、１０１ｕ 基準面
１０５ プローブ
Claims (4)
- 光学素子を成形するための成形面をそれぞれ有する第１及び第２の金型部材を備える光学素子成形用金型であって、
前記第１の金型部材は、前記光学素子の第１の光学有効面を成形するための第１の成形面と、該第１の成形面以外の部位に位置する３つの凸面の球面形状部とを有し、
前記第２の金型部材は、前記光学素子の第２の光学有効面を成形するための第２の成形面と、該第２の成形面以外の部位に位置し前記凸面の球面形状部と組み合わされる３つの凹面の球面形状部とを有し、
前記３組の凸面の球面形状部と凹面の球面形状部のうちの少なくとも２組の凸面の球面形状部と凹面の球面形状部の曲率は互いに等しく、前記第１の金型部材と前記第２の金型部材を組み合わせたときに、前記凸面の球面形状部の曲率中心の位置と、前記凹面の球面形状部の曲率中心の位置とが一致するように形成されていることを特徴とする光学素子成形用金型。 - 前記３組の球面形状部のうちの一組が、凸面の球面形状部の曲率半径が凹面の球面形状部の曲率半径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用金型。
- 前記第１及び第２の金型部材の少なくとも一方は、前記光学素子の複数の光学有効面を成形するための複数の成形面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用金型。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子成形用金型の成形面の形状を測定するための三次元形状測定方法であって、
前記３つの球面形状部の全ての面形状を測定する球面形状測定工程と、
該球面形状測定工程の測定結果に基づいて、それぞれの前記球面形状部の中心の座標を算出する中心座標算出工程と、
前記球面形状測定工程を実施する測定装置から前記光学素子成形用金型を着脱することなく、前記成形面の形状を測定する成形面測定工程と、
前記中心座標算出工程で算出された前記球面形状部の１つの中心の座標を原点とし、他の２つの球面形状部の中心の座標を基に座標系を設定し、前記成形面測定工程で得られた測定結果から、前記設定した座標系における前記成形面の面位置を算出する面位置算出工程と、
を備えることを特徴とする三次元形状測定方法。
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