JP7098149B2 - アライメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、簡易な構成で、高精度に平面間の平行出しが可能なアライメント装置に関する。

一眼レフカメラやミラーレスカメラ用の交換レンズの性能測定のために、出荷前にＭＴＦ等の光学性能試験を行うことが一般的である。性能試験によって正しく光学性能の評価を行うためには、当然のことながら被検レンズが正しく測定されることが必要となる。

正しく測定を行うための要素の１つとして平行出しがある。平行出しが重要な測定として、例えば、被検レンズによる測定チャートの撮影が考えられる。すなわち、被検レンズと測定チャートとを正しく正対させるアライメントの作業が重要となる。

この場合のアライメント作業としては、レーザー光源から照射したレーザー光を対向する反射鏡でレーザー光源に反射させ、反射光のスポット位置を確認しながらレーザー光源若しくは反射鏡の位置と角度を調整する作業が一般的である。最終的に、反射光がレーザー光源の射出口と重なれば平行出しのアライメント作業が完了となる。

このような、反射光を用いたアライメントに関する発明が多数存在する。

例えば、特許文献１に記載の発明では、レーザビームを発する光源と、このレーザビームの光路中挿脱可能に設けられた回折パターン生成素子と、物体で反射したレーザビームの戻り光路中に指標パターンを挿脱可能に設け、回折パターンが指標パターン上で所定の位置に来るように反射手段を調整することにより、物体との位置合わせを行うようにした光学系のアライメント方法と装置が開示されている。

この発明によれば、アライメント用回折パターン生成素子により生成された回折パターンは、レーザから射出されたままのビームに比べると光軸に垂直な方向に広がりを持つため、反射光のビーム全てがレーザの射出窓、或いは射出孔に入射するようなことはなくなる、としている。また、生成された回折パターンは、光軸中心の形のため射出窓、或いは射出孔に入射していない部分のパターンから容易にその中心が分かるので、光軸が射出窓、或いは射出孔のどの部分を通っているかが極めて容易に分かる、としている。

特開平５－３０２８２５号公報

しかしながら、上述した従来技術では以下のような問題点があった。

すなわち、特許文献１に開示の発明では、レーザービームが入射する移動ミラーの角度が大きく傾いていた場合、反射光が指標パターンから大きく外れてしまう。そうなると、アライメント作業者が反射光のスポットを探すのに時間がかかってしまう。

また、反射光に光軸に垂直な方向に広がりを持たせる方法として、回折パターン生成素子ではなく、移動ミラーとして曲率を有する凹面鏡又は凸面鏡を用いることも考えられる。このような構成としても、反射光に広がりを持たせることが可能となり、反射光のビーム全てがレーザの射出窓、或いは射出孔に入射してしまうことを防ぐことができる。

その一方で、図４に示すように、反射鏡に入射するレーザー光の光軸上にたまたま反射鏡の曲率中心があった場合、レーザー光源と反射鏡とが正対していなかったとしても、レーザー光が真っ直ぐに反射されてしまう。そうなると、反射光がレーザー光源の射出孔に反射されるので、作業者にはあたかも両者が正しく正対されているように見えてしまい、誤ったアライメント作業が行われてしまうおそれがあった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、高精度に平面間の平行出しが可能なアライメント装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、対向する第１の平面治具と第２の平面治具の平行出しを行う本発明を実施のアライメント装置において、レーザー光源ユニットは、前記第１の平面治具に対してレーザーの光軸が略垂直となるように固定され、反射鏡ユニットは、凸面鏡又は凹面鏡からなる拡散反射鏡と、前記拡散反射鏡の前面に固定されたピンホール板と、を有し、前記拡散反射鏡は、曲率中心から前記第２の平面治具に下ろした垂線と前記ピンホール板のピンホール中心とが一致するように固定され、前記ピンホール板は、前記第２の平面治具に対して略平行になるように固定され、前記レーザー光源ユニットのレーザー光射出面は、前記拡散反射鏡からの反射光が当たるターゲット面であることを特徴とする。

また、本発明を実施のアライメント装置は、好ましくは、前記ピンホール板の前記レーザー光源ユニットと対向する面は平面反射鏡であることを特徴とする。

本発明を実施のアライメント装置によれば、簡易な構成で、高精度に平面間の平行出しを行うことが可能となる。

本発明の適用された測定システムの概略図である。 アライメント作業の成功状態を示した模式図である。 アライメント作業の失敗状態を示した模式図である。 アライメント作業の誤った成功状態を示した模式図である。 ピンホールにより規定される許容角度θを示した模式図である。

以下、添付の図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明のアライメント装置が適用された測定システムの概略図を示している。測定システムとしては、不図示の被検レンズが取り付けられる第１の平面治具１００と、不図示の測定チャートが取り付けられる第２の平面治具２００とで大まかに構成される。実際の測定に際しては、被検レンズを用いて測定チャートを撮影し、ＭＴＦの測定等が行われる。

この測定システムの平面出しについてアライメント作業を行う際には、第１の平面治具１００にはレーザー光源ユニット１１０が、第２の平面治具２００には反射鏡ユニット２１０が、それぞれ装着される。

レーザー光源ユニット１１０は、内部に半導体レーザーを備え、半導体レーザーが照射したレーザー光が射出される射出孔１１１と、射出孔１１１と同一平面にターゲット面１１２と、を有している。ターゲット面１１２は、後述する反射鏡からの反射光が当たる面として機能する。

レーザー光源ユニット１１０は、レーザー光軸と第１の平面治具１００の平面とが直交するように保持されている。

反射鏡ユニット２１０は、拡散反射鏡２１１と、ピンホール板２１２と、を有している。拡散反射鏡２１１は、対向するレーザー光源ユニット１１０から照射されたレーザー光を拡散反射する。本実施例では拡散反射鏡２１１として凹面鏡を用いているが、凸面鏡であっても構わない。

ピンホール板２１２は、中央に所定の径のピンホール２１３を有する部材であり、反射鏡ユニット２１０のレーザー光源ユニット１１０と対向する面に固定されている。このとき、拡散反射鏡２１１の曲率中心から第２の平面治具２００に下ろした垂線とピンホール２１３の中心とが一致するように位置調整がなされている。

各ユニットが、それぞれ装着される平面治具に対して垂直が維持されるように取り付けられている。このため、ユニット同士のアライメントが達成されれば、すなわち各平面治具の平行出しが行われたことを意味する。

アライメント作業を行うために、第１の平面治具１００と第２の平面治具２００の少なくとも一方には、平面治具の水平／垂直位置や角度を微調整可能な位置調整ユニット３００が備えられており、これを使ってアライメントを行う。本実施例に置いては、位置調整ユニット３００は第２の平面治具２００に備えられている。

次に、第１の平面治具１００と第２の平面治具２００との間の平行出しを行うためのアライメント作業について詳しく説明する。

まず最初に、アライメント対象である第１の平面治具１００にレーザー光源ユニット１１０を取り付ける。同様に、第２の平面治具２００には反射鏡ユニット２１０を取り付ける。これらの取り付けに際しては、上述したように、平面治具との間で所定の位置関係となるように正しく装着する。

次に、レーザー光源ユニット１１０を起動し、大まかに対向している反射鏡ユニット２１０に向けてレーザー光を照射する。作業者は、照射されたレーザー光のスポットとピンホール板２１２のピンホール２１３との位置関係を確認しつつ、位置調整ユニット３００を操作する。

さらに位置調整を続け、ピンホール２１３に入射したレーザー光が内部の拡散反射鏡２１１で反射されていること確認する。

図２は、拡散した反射光がレーザー光源ユニット１１０のターゲット面１１２中央に正しく戻ってきている状態を示す模式図であり、これはアライメント作業の成功状態の例を表している。この例では、第１の平面治具１００と第２の平面治具とが正しく正対されており、レーザー光源ユニット１１０から照射されたレーザー光が反射鏡ユニット２１０で反射されてターゲット面１１２中央に戻ってきている。

この反射光は、拡散反射鏡２１１によって拡散されており、ターゲット面１１２に現れる反射光のスポットは半径方向に拡大されている。そのため、反射光のスポットが正しくターゲット面１１２の中央、すなわちレーザー光源ユニット１１０の射出孔と重なり合っている場合でも射出孔の中に入り込んでしまうことがなく、作業者からはターゲット面１１２の中央に戻ってきていることが容易に確認可能である。

また、このとき反射光スポットの形状がなるべく正円に近いことが望ましい。正円に近ければ近いほど、レーザー光が拡散反射鏡２１１に対して垂直に入射していると言える。

次に、２平面間の平行出しができていない例を説明する。図３は、反射光が正しくターゲット面１１２中央に到達できていない例を説明する模式図であり、図３ａはレーザー光がピンホール板２１２に当たってしまっている状態、図３ｂは拡散反射鏡２１１で反射しているもののピンホール板２１２に当たってしまっている状態、をそれぞれ示している。

図３ａｂいずれの場合にも、レーザー光がピンホール板２１２に当たることで、反射光が不用意に反射鏡ユニット２１０から出てくることはない。これにより、作業者は、アライメントが大外れの状態では常に反射鏡ユニット２１０側のレーザー光のスポットに注意を向けて作業をすることができる。

次に、本発明の反射鏡ユニット２１０のように、拡散反射鏡２１１として凸レンズや凹レンズを用いる場合に発生し得る、アライメント作業を行ううえで特に注意が必要なケースについて説明する。

図４はそのようなケースを説明するための模式図であって、ピンホール板２１２を有さないアライメント装置において、平行出しが完了していないにも関わらず、レーザー光源ユニット１１０のターゲット面１１２中央にレーザーの反射光が戻ってきてしまっている状態を表している。図中の光線ａ、光線ｂ、及び光線ｃは、それぞれ異なる位置関係にあるレーザー光源ユニット１１０から拡散反射鏡２１１に入射するレーザー光を表していて、拡散反射鏡２１１に入射する入射角がそれぞれ異なっている。

光線ａは、正対されたレーザー光源ユニット１１０から照射されたレーザー光である。光線ｂは、正対状態から大きく傾いたレーザー光源ユニット１１０から照射されたレーザー光、光線ｃは、正対状態から小さく傾いたレーザー光源ユニット１１０から照射されたレーザー光である。また、これらの光線は、いずれも、拡散反射鏡２１１の曲率中心を通過している点で共通している。

本図からわかるように、このような拡散反射鏡２１１の曲率中心を通る光線は、拡散反射鏡２１１で反射したときの反射角が入射角と等しくなる特徴を持つ。そのため、レーザー光源ユニット１１０と反射鏡ユニット２１０とが正対していなくても、反射光が真っ直ぐに反射されてターゲット面１１２の中央に入射されるので、作業者にはあたかも両者が正しく正対されているように見えてしまう。最悪の場合、誤ったアライメント作業が行われてしまうというおそれがある。

そこで、本発明を実施のアライメント装置では、反射鏡ユニット２１０の上面、すなわちレーザー光源ユニット１１０と対向する面にピンホール板２１２を設置している。上述したように、このピンホール板２１２は、拡散反射鏡２１１の曲率中心から第２の平面治具２００に降ろした垂線とピンホール２１３の中心とが一致するように位置調整がなされている。

図５は、上述した図４にピンホール板２１２を組み込んだ状態を示している。光線ａは、ピンホール板２１２のピンホール２１３中央を通過するので何ら影響を受けず、光線ｂは、拡散反射鏡２１１に入射する前にピンホール板２１２に当たるので不用意な反射が防止される。

一方で、光線ｃは、組み込まれたピンホール板２１２のピンホール２１３内周縁付近を通過し、拡散反射鏡２１１で反射されて、再度ピンホール２１３内周縁付近を通過してレーザー光源ユニット１１０の射出孔１１１に戻っている。この光線ｃの入射角をθとすると、この角度θは、第１の平面治具１００と第２の平面治具とが正対してアライメントが成功するときの最大の傾きとなっている。

換言すれば、ピンホール板２１２によって、許容される２つの平面治具の最大の角度ずれを角度θに規定している。

このピンホール２１３の径は、許容可能な角度ずれの範囲で任意に設定することができる。また、角度θはピンホール２１３の径だけでなく、ピンホール板２１２から拡散反射鏡２１１までの距離にも依存するため、アライメント作業に際しては、当該距離を一定に保つか、または、当該距離が変更された場合にはピンホール２１３の径も適宜変更することが望ましい。

以上、説明したように、本発明を実施のアライメント装置によれば、反射鏡ユニット２１０にピンホール板２１２を設けたので、明らかに大きく外れた入射光の不用意な反射を防ぐことができ、また、誤った角度で入射したレーザー光が真っ直ぐ反射されるエラーケースを適切に防ぐことができる。さらに、ピンホール２１３を適切な径とすることで、許容されるアライメント成功の最大の傾きθを容易に規定することができる。

なお、ピンホール板２１２の、レーザー光源ユニット１１０と対向する前面を平面反射鏡として構成してもよい。この場合、平面反射鏡で反射したレーザー光を見ることで、ユニットが相対的にどの方向にずれているのかを大まかに判別できる。また、反射光を目安に位置調整をすることで、大まかな正対を取ることが容易になる。

１００ 第１の平面治具、１１０ レーザー光源ユニット、１１１ 射出孔、１１２ ターゲット面、２００ 第２の平面治具、２１０ 反射鏡ユニット、２１１ 拡散反射鏡、２１２ ピンホール板、２１３ ピンホール、３００ 位置調整ユニット

Claims (2)

1. 対向する第１の平面治具と第２の平面治具の平行出しを行うアライメント装置において、
   レーザー光源ユニットは、前記第１の平面治具に対してレーザーの光軸が略垂直となるように固定され、
   反射鏡ユニットは、凸面鏡又は凹面鏡からなる拡散反射鏡と、前記拡散反射鏡の前面に固定されたピンホール板と、を有し、
   前記拡散反射鏡は、曲率中心から前記第２の平面治具に下ろした垂線と前記ピンホール板のピンホール中心とが一致するように固定され、
   前記ピンホール板は、前記第２の平面治具に対して略平行になるように固定され、
   前記レーザー光源ユニットのレーザー光射出面は、前記拡散反射鏡からの反射光が当たるターゲット面である
   ことを特徴とするアライメント装置。
2. 前記ピンホール板の前記レーザー光源ユニットと対向する面は平面反射鏡である
   ことを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。

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