JPS63128219A

JPS63128219A - 非球面形状測定機

Info

Publication number: JPS63128219A
Application number: JP27449086A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masaki; 健正木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-11-18
Filing date: 1986-11-18
Publication date: 1988-05-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、高精度光学部品として用いられる非球面伊、
非球面レンズなどの非球面形状の測定評価を行うための
非球面形状測定機に関するイ・のである。

３　へ−７従来の技術従来、非球面量、非球面レンズの形状の測定方式として
は、直接形状測定方式、計算機ホログラフィ方式に代表
されるＮｕｌｌＴｅｓｔ方式、縞走査シェアリング干渉
方式に代表される光波面測定方式がある。これら測定方
式には、非球面鏡、非球面レンズの評価を行うため、測
定精度は波長オーダでの値が要求される。したがって０
１ミクロン以下の分解能が必要となる。

上記各測定方式の中、直接形状測定方式は被検面が鋼面
である必要がないので、加工プロセスの中での形状測定
に用いることができる。従来、この面接形状測定方式の
代表的な例としては、第４図伸）に示すように、被検面
１０１と測定子１０２をＸ、２の直交座標上で、非球面
形状（Ｘ、Ｚ）Ｋ位置決めし、測定子１０２の変位を測
定する方式と、第４図ｆｂｌに示すように、測定子１０
２をＲ１θ極座標上で位置決めし、基準球面１０３から
の偏差量を測定し、設計非球面の非球面量との比較を行
う方式発明が解決しようとする間和点しかし、前者の直交座標方式の場合には、接触式の測定
子１０２を用いると、測定子１０２の先端の形状の精度
が要求される。また被検面１０１の傾きによって測定子
１０２の接触する位置が異なるため、その補正をする必
要がある。被検面１０１が高精度な球状に形成されてい
る場合には、補正は容易であるが、微小球面の高精度加
工は困難であり、さらに高精度な原器をもとにして補正
値を決定するプロセスが必要となる。したがって直交座
標の位置決め精度が０．０１ミクロンであるとしても０
１ミクロンの精度の測定を行うことはできない。

一方、後者の極座標方式では、上記直交座標方式におけ
る測定誤差を小さくすることはできるが、基準Ｒの値を
設定する必要があるので、測定可能な形状に限界がある
。

また上記いずハの方式においてもＸ、Ｚ、あるいはＲ２
Ｏを単純なりローズド制御により位置決めすると、位置
決め最小単位での僅かな振動を生じろ。その際、測定子
１０２の検出にヒステリシス５　ベーンがあるので、測定誤差を生じることになる。この問題が
生じないようにするため、位置決めを行わずに、ある速
度で走査させる方式もあるが、位置のデータと検出デー
タとで時間差を起こす可能性があり、演算処理において
誤差が生じる。

そこで、本発明は、測定子の形状補正を不要とすること
かでき、しかも振動を伴うことなく、微小位置決めする
ことができ、従ってあらゆる非球面形状を高精度に測定
することができ、しかも測定の安定性を向上することが
できるようにした非球面形状測定機を提供しようとする
ものである。

問題点を解決するための手段そして上記間珈点を解決するための本発明の技術的な手
段は、ステッピングモータ、このステッピングモータの
回転運動を直線運動に変える送りねじ、直線移動量を検
出するリニアスケールを有する水平方向位置決め機構と
、この水平方向位す決め機構上に設けられ、鉛直方向に
回転軸を有するロータリテーブルと、このロータリテー
ブル上に設げらね、試料の回転軸のセンタリングとティ
６ページルト調整機構を有する試料ホルダと、上記試料の非球面
を測定するための変位計と、この変位計の位置調節機構
と、この位置調節機構が一端に取付けらハ、水平方向で
回転可能に支持された回転軸、この回転軸を回転させる
ためステッピングモータ、上記回転軸の回転位置を検出
するロータリエンコーダを有する回転位置決め機構と、
上記水平方向位置決め機構と同様に、ステッピングモー
タ、送りねじ、リニアスケールを有し、上記回転位置決
め機構を位置決めする鉛一方向位置決め機構と、設計非
球面形状データに基づいて上２水平方向位裔決め機構、
回転位置決め機構、鉛直方向位置決め機構をリニアスケ
ール、ロータリエンコーダによるクローズド制御とステ
ッピングモータの駆動パルス数のオープン制御により相
対的に位置決めする制御手段と、上記変位計の検出した
変位置を処理するデータ処理部とを備えたものである。

作　　　　用上言ｅ技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、変位計と試料を試料ホルダの調節機７ベー、
・構によるセンタリングとティルテイングにより直交座標
系上で相対的に設定し、変位計を制御手段によるクロー
ズド制御とオープン制御により水平方向位置決め機構、
鉛直方向位置決め機構、回転位置決め機構を作動させて
位置決めし、試料の非球面形状の変位置を検出するよう
にしているので、従来のような測定子の形状補正が不要
となり、しかも微小位置決めが振動なしで行わわる。ま
たあらゆる非球面形状の測定が可能となる。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。第１図及び第２図は本発明の一実施例における非
球面形状測定機を示し、第１図は全体斜親図、第２図は
変位計の拡大断面図、第３図はｆ４１＋定原理説明図で
ある。

第１図に示すように基台１上に試料２を水平方向（Ｘ軸
方向）に直線位置決めを行う水平方向位置決め機構３が
設けられている。この水平方面位置決め機構３は基台１
上に固定された固定台４に可動台５が水平方向（ＸＩ！
方向）Ｋ移動可能に支持さね、可動台５が送りねじとス
テッピングモータ６などよりなる駆動手段（図示省略）
により移動される。この移動距離は基台１上に設けらね
たリニアスケール７により読取らねる。水平方向位置決
め機構３の可動台５上にはロータリテーブル８が鉛面方
向の回転軸により回転可能に支持さね、駆動手段（図示
省略＞ＶＣより回転される。ロータリテーブル８土には
試料ホルダ９が取付けられ、この試料ホルダ９に試料２
が保持される。試料ホルダ９は試料の軸のセンタリング
とティルト調整機構を備えている。

一方、試料２の形状を測定するための変位計１０はフレ
ーム１１の内側に第２図に示すリニアガイド１２が備え
らね、このリニアガイド１２に測定１３が上下方向に微
小移動されるように支持され、その移動量が差動トラン
ス１４により検出されるようになっている。この変位計
１０はその測定子１３が試料２に対向する方向（Ｒ軸方
向）に移動さねろように位置調節機構１５に支持され、
位置調節機構１５は測定子１３を試料２の法線方向に９
　ページ回転位置決めする回転位置決め機構１６に支持され、回
転（θ軸）位置決め機構１６は鉛直（２軸）方向位置決
め機＄１７に支持されている。これらを詳細に説明する
と、基台１上に鉛直方向位置決め機構１７の支柱１８が
立設され、この支柱１８に回転位置決め機構１６の軸受
１９が鉛直方向に移動可能に支持さね、軸受１９は送り
ねじ２０と支柱１８上に取付けられたステッピングモー
タ２１よりなる駆動手段により鉛直方向に移動される。

この移動距離は支柱１８に取付けられたリニアスケール
２２により読取らねる。軸受１９には回転軸２３が水平
方向で回転可能に支持され、この回転軸２３の後端部に
は扇形のカウンタウェイト２４が取付けられ、カウンタ
ウェイト２４の下縁内側には円弧状の案内面２５が形成
されている。軸受１９にはステッピングモータ２６が取
付けられ、ステッピングモータ２６の出力軸にキャプス
タン２７が連係さね、キャプスタン２７が案内面２５に
接触さねている。従ってステッピングモータ２６の駆動
によりキャプスタン２７を回転させること１０　ページによりカウンタウェイト２４及び回転軸２３を回転させ
ることができる。回転軸２３の後端にはロタリエンコー
ダ２８が連係され、このロータリエンコーダ２８により
回転軸２３０回転位置を検出することができる。回転軸
２３の内端には位置調節機構１５の取付台２９が取付け
られ、取付台２９には固定台３０が固定され、固定台３
０には可動台３１が回転軸２３の軸と直交方向に移動可
能に支持され、可動台３１が送りねじとステッピングモ
ータなどよりなる駆動手段（図示省略）により移動され
る。可動台３１には上記変位計１０のフレーム１１の基
部が取付けられている。

上記水平方向位置決め機構３、回転位置決め機構１６、
鉛直方向位置決め機構１７の各ステッピングモータ６．
２６．２１は制御ユニット３２によりリニアスケール７
、ロータリエンコーダ２８、リニアスケール２２のフィ
ードバックによるクロズド制御とステッピングモータ６
．２６．２１の駆動パルス数によるオープン制御とが行
わわる。

また水平方向位置決め機構３、回転位置決め機構１１　
ページ１６、鉛直方向位置決め機構１７の各位置の値と変位計
１０の出力値に基づいて、試料２の設計非球面データに
対する誤差が演算処理ユニット３３により演算処理され
、処理結果が表示部３４にグラフなどとして出力される
ようになっている。

次に上記実施例による測定動作について第３図の澗定原
理図を参照しながら説明する。第３図に示すよ５に試料
２の頂点０を原点としてＸ、Ｚ座標系を決めろ。試料２
の非球面形状はＸ、Ｚの関数として表現さハろ。そして
、まず、測定子１３の先端を回転位置決め機構１６０回
転軸２３、即ちθ軸の回転中心に一致させ、測定子１７
と試料２をＸ、Ｚ座標系上で位置決めし、ロータリテー
ブル８Ｖより試料２を回転させ、変位計１０の出力を測
定し、振れないようにすることにより高精度なセンタリ
ングとティルティングが可能となる。

次に測定子１３と試料２を水平方向位置決め機構３、鉛
直方向位置決め機構１７及び回転位置決め機構１６の作
動により相対的ＫＸ、Ｚ、θに位置決めし、その時点で
の変位量を測定する。したがって任意の点（Ｘ、Ｚ）に
ついて常に測定子１３の先端の同じ位置で測定している
ことになる。上記測定の際の位置決めとしては、次のよ
うな制御を行う。Ｚ軸である鉛直方向位置決め機構１７
による位置決め精度がそのまま変位計１０の測定精度に
影響を及ぼすので、この鉛直方向位置決め機構１７につ
いてのみ説明する。鉛直方向位置決め機構１７のリニア
スケール２２の最小検出単位は１ミクロンである。設計
非球面形状データよりＸにおける２の値は算出される。

形状測定積度を０．１ミクロンとすると、少なくとも鉛
直方向位置決め機構１７の位置決めは０．１ミクロンオ
ーダで行う必要がある。そこで、２＝０からＺ＝１０．
０００５閣という値への位置決めについて説明する。ま
ず、リニアスケール２２による１ミクロンオーダーでの
位置決めにより、Ｚ　＝　１０．００１　ｔｒａｎへ移
動する。次ｖｃｏ、５ミクロンに相当するパルス数をマ
イナス方向に与えてステッピングモータ２１をオープン
制御する。これによりＺ　＝　１０．０００５　ｍの位
置へ移動１３　ページしたことになる。すなわち、リニアスケール２２の分解
能以下での位置決めが可能であることと、常に位置決め
する方向をプラス側から行うことを示している。

なお、上記実施例では、測定子として接触式のものを用
いた場合について説明したが、光学的鏡面であわば、非
接触変位計を用いることも可能であり、この非接触変位
計は特に傾き角での問題点がないので、高精度測定な実
覗、することができる。

発明の効果以上述べたように本発明によりば、測定子と試料を試料
ホルダの調節機構によるセンタリングとティルティング
により直交座標系上で相対的に設定し、変位計を制御手
段によるクローズド制御とオープン制御により水平方向
位置決め機構、鉛直方向位置決め機構、回転位置決め機
構を作動させて位置決めし、試料の非球面形状の変位量
を検出するようにしているので、従来のような測定子の
形状補正が不要となり、しかも微小位置決めが振動なし
で行わねる。従ってあらゆる非球面形状な１４　ページ高精度に測定することができ、しかも測定の安定性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例における非球面形
状測定機を示し、第１図は全体斜祈図、第２図は変位計
の拡大断面図、第３図は測定原理説明図、第４図（ａ）
、ｆｂｌはそれぞれ従来の非球面形状測定方式を示す説
明図である。２・・・試料、３・・・水平方向位置決め機構、６・・
・ステッピングモータ、７・・・リニアスケール、８・
・・ロータリテーブル、９・・・試料ホルダ、１０・・
・変位計、１３・・・測定子、１５・・・位置調節機構
、１６・・・回転位置決め機構、１７・・・鉛直方向位
置決め機構、２０・・・送りねじ、２１・・・ステッピ
ングモータ、２２・・・リニアスケール、２３・・・回
転軸、２６・・・ステッピングモータ、２８・・・ロー
タリエンコーダ、３２・・・制御ユニット、３３・・・
演算処理ユニット。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図第３図岑４図＜ａ＞

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ステッピングモータ、このステッピングモータの
回転運動を直線運動に変える送りねじ、直線移動量を検
出するリニアスケールを有する水平方向位置決め機構と
、この水平方向位置決め機構上に設けられ、鉛直方向に
回転軸を有するロータリテーブルと、このロータリテー
ブル上に設けられ、試料の回転軸のセンタリングとティ
ルト調整機構を有する試料ホルダと、上記試料の非球面
を測定するための変位計と、この変位計の位置調節機構
と、この位置調節機構が一端に取付けられ、水平方向で
回転可能に支持された回転軸、この回転軸を回転させる
ためのステッピングモータ、上記回転軸の回転位置を検
出するロータリエンコーダを有する回転位置決め機構と
、上記水平方向位置決め機構と同様に、ステッピングモ
ータ、送りねじ、リニアスケールを有し、上記回転位置
決め機構を位置決めする鉛直方向位置決め機構と、設計
非球面形状データに基づいて上記水平方向位置決め機構
、回転位置決め機構、鉛直方向位置決め機構をリニアス
ケール、ロータリエンコーダによるクローズド制御とス
テッピングモータの駆動パルス数のオープン制御により
相対的に位置決めする制御手段と、上記変位計の検出し
た変位量を処理するデータ処理部とを備えたことを特徴
とする非球面形状測定機。
（２）制御手段がリニアスケール、ロータリエンコーダ
のフィードバックによるクローズド制御と、フィードバ
ック最小単位以下のオープン制御により常に一定方向か
らの位置決めを行うようにした特許請求の範囲第１項記
載の非球面形状測定機。