WO2015151830A1 - 光学素子の測定用ジグ、偏芯測定装置及び偏芯測定方法 - Google Patents

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WO2015151830A1
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measurement
measuring
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橋本直樹
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コニカミノルタ株式会社
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    • G01M11/0221—Testing optical properties by determining the optical axis or position of lenses

Definitions

  • the present invention relates to a measuring jig for measuring the eccentricity of an optical element such as a lens, and an eccentricity measuring apparatus and an eccentricity measuring method using the measuring jig.
  • the optical element As a measurement method for measuring the eccentricity of a pair of front and back optical surfaces of an optical element using a three-dimensional coordinate measuring device, the optical element is placed in an appropriate position in the three-dimensional coordinate measuring device, so that an optical element having a special structure is held.
  • jigs are known.
  • three spheres hereinafter also referred to as jig reference spheres
  • jig reference spheres serving as a reference are fixed on the jig substrate.
  • Openings are provided that allow measurement of the optical surfaces of the optical element and the shape of the jig reference sphere from both the front and back surfaces of the jig substrate (Patent Documents 1 and 2).
  • the shape coordinate data of each jig reference sphere and the optical element of the optical element are calculated so as to be calculated as the position coordinates of the three jig reference spheres.
  • it can be expressed as an optical surface position amount of the optical element with respect to the jig reference sphere when viewed from the surface side of the jig substrate.
  • the shape coordinate data of each jig reference sphere and the optical surface of the optical element are calculated so that the position coordinates of the three jig reference spheres can be calculated.
  • the shape coordinate data it is possible to obtain data expressed as the optical surface position of the optical element with respect to the jig reference sphere when viewed from the back side of the jig substrate.
  • the relative positions of the optical surfaces on the front and back sides of the optical element can be obtained by combining the positions of the jig reference spheres on the front and back sides in the same coordinate system.
  • the relationship is derived, and data representing the positional deviation as the eccentricity of the optical element can be obtained.
  • an outer shape reference sphere three spheres that contact the outer shape of the optical element (hereinafter referred to as an outer shape reference sphere) are further arranged, and are defined from the spherical center coordinates of the three outer shape reference spheres that contact the outer shape of the optical element.
  • the center of the circle is the center of the outer shape of the optical element, and the decentering of the optical surfaces on the front and back of the optical element based on the outer shape of the optical element (outer shape decentering) can be evaluated (Patent Documents 3 to 6).
  • the eccentricity measurement of a pair of optical surfaces of an optical element by a jig as in the preceding example is usually performed by a three-dimensional coordinate measuring apparatus in which a probe capable of acquiring vertical coordinates is a single head. It is common. This is because when measuring with two heads facing each other in the vertical direction, the eccentricity can be obtained only by measuring a pair of optical surfaces with the two heads without inverting the optical element. In this way, when the probe has a single head configuration, the three-dimensional coordinate measuring apparatus can be made highly accurate at low cost, but the optical element must be inverted in order to measure the front and back optical surfaces of the optical element. . As described above, when the jig is moved in order to invert the optical element in the three-dimensional coordinate measuring apparatus, three jig reference spheres that can be observed from the front and back sides are provided to associate the front and back optical surfaces.
  • the three-dimensional coordinate measuring device when the axis is measured by the three-dimensional coordinate measuring device using the jig as in the preceding example, the three-dimensional coordinate measuring device usually has XYZ orthogonal to move the probe and the workpiece relatively. A stage having a drive shaft, a support portion, and the like exist, but a squareness error always exists on these drive shafts. Such squareness error is observed as an axial misalignment of the optical element according to the amount. Normally, in a three-dimensional coordinate measuring device, the squareness error as described above is highly adjusted and corrected, and the error is in the order of seconds, so this error affects the eccentricity measurement result of the optical element. There is little to do.
  • the squareness error of the XY axis which is the horizontal axis of the three-dimensional coordinate measuring apparatus, can be corrected relatively easily with high accuracy, but generally the perpendicularity error of the vertical axis compared to the horizontal axis is Correction is difficult and causes measurement error of axial misalignment.
  • the present invention has been made in view of the above-described background art, and an object thereof is to provide a measurement jig that can suppress measurement error of axial misalignment even if a certain degree of squareness error exists in the drive shaft.
  • an object of the present invention is to provide an eccentricity measuring apparatus and an eccentricity measuring method using the measuring jig as described above.
  • an optical element measurement jig is a measurement jig that can be used when measuring the eccentricity of the optical surface of an optical element, and is used for an element on which the optical element is placed.
  • a holder a substrate having an opening for attaching an element holder, a first direction of the substrate fixed to the substrate and corresponding to one measurement in a state where the substrate is set in the measuring apparatus, and the substrate is inverted.
  • At least three first reference spheres that can be measured from the second direction of the substrate corresponding to the other measurement, a holding unit that holds the optical element on the element holder, and the first and second substrates.
  • the height at which the spherical core of the first reference sphere and the center between the vertices of the pair of optical elements of the optical element substantially coincide with each other with respect to the vertical direction in the measuring device.
  • an adjustment unit is a measurement jig that can be used when measuring the eccentricity of the optical surface of an optical element, and is used for an element on which the optical element is placed
  • the height adjusting unit uses the center of the first reference sphere and the center between the vertices of the pair of optical surfaces of the optical element in the vertical direction in the measuring apparatus. Since the direction is almost the same, even if there is a squareness error on the drive shaft of the measuring device, the influence of the squareness error before and after the inversion of the optical element can be eliminated, and the measurement error of the axial misalignment can be reduced. Can be suppressed.
  • the three first reference spheres are positioned at the apexes of a substantially equilateral triangle with the optical axis position of the optical element placed on the substrate as the center of gravity. Arranged and one side of the equilateral triangle is set parallel to the X axis or Y axis corresponding to the horizontal driving axis of the measuring apparatus. In this case, the sphere core position measurement error at the time of measurement by the measurement device is dispersed, and the measurement value can be stabilized.
  • the height adjusting portion is at least partially formed integrally with the substrate, or formed separately from the substrate and assembled to the substrate.
  • the element holder has a closing that enables measurement from the first and second directions with respect to the substrate in a state where the optical element is placed and held, and at least the horizontal of the measurement apparatus.
  • a position restricting member capable of restricting the position in two directions is provided. In this case, reproducibility of placement of the optical element can be improved.
  • the holding unit holds the optical element on the element holder by urging the optical element, which is fixed to the substrate and placed on the element holder, toward the element holder. It has a biasing member. In this case, even if the optical element is reversed together with the substrate and the element holder, the arrangement of the optical element with respect to the substrate is stably maintained.
  • the urging member is an elongated leaf spring extending linearly.
  • variation in processing can be reduced, deterioration of the leaf spring such as bending of the leaf spring can be visually determined, and measurement can be stabilized.
  • a slide member that is guided by a guide member fixed to a substrate and is slidable and can come into contact with the outer shape of the optical element placed on the element holder is integrated with the slide member. It further includes a fixed second reference sphere. In this case, the center of the outer shape of the optical element can be measured using the second reference sphere.
  • three second reference spheres are provided in association with the three slide members, and the spherical cores of the three second reference spheres are optical elements placed on the substrate. Are arranged at the apex position of a substantially regular triangle with the optical axis position as the center of gravity, and one side of the regular triangle is set parallel to the X axis or Y axis corresponding to the horizontal driving axis of the measuring apparatus.
  • the sphere core position measurement error is dispersed and the measurement value can be stabilized.
  • a first slide urging portion for urging the slide member with respect to the outer shape of the optical element, and a second for urging the slide member against the guide member or the substrate. And a slide urging portion.
  • reproducibility regarding the placement of the optical element can be improved.
  • the slide urging portion is constituted by a plunger that generates an urging force by compression of a spring.
  • Still another aspect of the present invention further includes a mounting table for positioning and mounting the substrate in the measuring apparatus.
  • a mounting table for positioning and mounting the substrate in the measuring apparatus.
  • an elastic member is disposed on either the substrate or the mounting table at a location where the substrates first contact each other when the substrate is mounted on the mounting table.
  • an eccentricity measuring apparatus includes the above-described optical element measuring jig and a measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape.
  • an eccentricity measuring method uses an optical element measuring jig, and the optical element is placed on the measuring jig of the optical element described above in a measuring apparatus.
  • the measuring jig is reversed by rotating it around two orthogonal horizontal drive shafts of the measuring device, and the measuring jig is reversed in the direction of each reversing axis.
  • the eccentricity measurement result is treated as the eccentricity amount of the optical element.
  • the above-described measuring jig since the above-described measuring jig is used, even if there is a squareness error on the drive shaft of the measuring apparatus, it is possible to eliminate the influence of the squareness error before and after the inversion of the optical element. It becomes easy.
  • the measurement jig is inverted by rotating it around two orthogonal horizontal reference axes, and the eccentricity measurement result in the direction of each inversion axis obtained by inverting the measurement jig is used as the amount of eccentricity of the optical element. By handling it, it is possible to perform eccentricity measurement with minimal influence of squareness error.
  • FIG. 3A is a view of the center portion of the jig body viewed from the first direction
  • FIG. 3B is a view of the center portion of the jig body viewed from the second direction.
  • It is a partial sectional side view of a jig main body.
  • It is a partial expansion perspective view of the lens periphery mounted in this among jig bodies.
  • It is an expansion perspective view explaining arrangement and structure of a slide energizing part among jig bodies.
  • FIG. 7A is a diagram for explaining a measurement state from the first direction
  • FIG. 7A is a diagram for explaining a measurement state from the first direction
  • FIG. 7B is a diagram for explaining a measurement state from the second direction.
  • 8A and 8B are diagrams for explaining an initial stage of setting the jig main body on the mounting table
  • FIG. 8C is a diagram for explaining a modified example of attaching the elastic member.
  • 9A to 9D are views for explaining the continuation of the setting of the jig main body on the mounting table.
  • 10A and 10B are a front view and a side view for explaining the structure of the surface shape measuring apparatus. It is a flowchart explaining the measuring method using the surface shape measuring apparatus shown in FIG. It is a flowchart explaining the measuring method using the surface shape measuring apparatus shown in FIG.
  • an optical element measurement jig 100 includes a jig body 1 for supporting the optical element and a mounting table 2 for supporting the jig body 1.
  • the former jig body 1 is a unit-shaped member having a rectangular plate-like appearance, and includes a substrate 11, an element holder 20, a reference portion 4, a holding portion 5, and the like.
  • the urging unit 6 is provided.
  • the latter mounting table 2 is a metal member having a rectangular block-like appearance, and can be mounted at an appropriate position in the measuring apparatus with the jig body 1 positioned.
  • the substrate 11 includes a rectangular support plate 11 a and height adjustment members 24 erected at the four corners.
  • An opening 11h is formed in the center of the support plate 11a (see FIG. 4), and the element holder 20 is fitted to the substrate 11 on the back surface 11j side (second side) so that the center portion 20b of the element holder 20 is fitted into the opening 11h.
  • the direction side is fixed.
  • the holding portion 5 is fixed facing the element holder 20, and the lens 27 as an optical element placed on the element holder 20 is removed. It is preventing.
  • the element holder 20 is configured separately from the substrate 11.
  • the second reference sphere 14 of the urging portion 6 that abuts on the outer side surface of the lens 27 can abut on the outer side surface of the lens 27 according to the size of the lens (optical element) 27. Since the lens 27 is disposed at the height position, the lens 27 is provided so as to be replaceable.
  • the element holder 20 is fixed to the substrate 11 by an annular plate member 29.
  • the element holder 20 has an observation opening 20h in a central mounting portion 20c on which a lens (optical element) 27, which is an object to be measured, is mounted. The edge portion of the opening 20 h supports the flange 27 g of the lens 27.
  • one optical surface 27a of the lens 27 is moved from the first direction D1 corresponding to the surface 11i of the substrate 11 in a state where the lens 27 is placed and held on the central placement portion 20c of the element holder 20.
  • the second optical surface 27b of the lens 27 can be observed from the second direction D2 because it corresponds to the back surface 11j (see FIG. 3B).
  • the opening 20h has a cutout portion 20k that is expanded in the periphery, and enables observation from the back side of the second reference sphere 14 that abuts the outer side surface of the lens 27 (see FIG. 3B).
  • the two position control members 23 are arrange
  • the position restricting member 23 restricts the movement of the lens (optical element) 27 in the xy direction to ensure the positioning of the lens 27.
  • the reference unit 4 includes three first reference spheres 12 and three sphere holding units 13.
  • the first reference sphere 12 is held in a stable state by the sphere holder 13 and is fixed to the substrate 11 through the sphere holder 13.
  • the three first reference spheres 12 are arranged at the apex positions of equilateral triangles whose center of gravity is the optical axis position of the lens 27 placed on the substrate 11, and one side of the equilateral triangle is used for the element.
  • the holder 20 is set in parallel to the X axis or Y axis corresponding to the horizontal driving axis of the measuring apparatus.
  • the sphere holding part 13 has a pair of openings 13a and 13b, and the first reference sphere 12 from the first and second directions D1 and D2 indicating directions when viewed from the front surface 11i and the back surface 11j side of the substrate 11. Can be observed.
  • the first reference sphere 12 is formed of a material having a high hardness, such as a ruby, silicon nitride, or a cemented carbide.
  • the first reference sphere 12 is relatively large and is a true sphere having a diameter of about 3 to 10 mm.
  • the vertical height H ⁇ b> 1 of the spherical core 12 c of the first reference sphere 12 is substantially equal to the vertical height H ⁇ b> 2 of the center 27 c of the lens 27 placed on the element holder 20.
  • the vertical height of the spherical core 12c of the first reference sphere 12 and the center 27c of the lens 27 are substantially the same.
  • the height position in the z direction of the spherical core 12c of the first reference sphere 12 is on the optical axis OA connecting the surface vertices of the pair of front and back optical surfaces 27a, 27b of the lens 27 on the element holder 20.
  • substantially coincidence refers to within 2 mm in the case of a general three-dimensional coordinate measuring machine or other, for example, a contour shape measuring apparatus.
  • the direction is reversed around the x axis and the y axis (X axis and Y axis) as described above. Even if the measurement step for specifying is not performed, a measurement value in which the squareness error is eliminated can be obtained as a subsequent measurement.
  • the central mounting portion 20 c of the element holder 20 and the sphere holding portion 13 for the first reference sphere 12 function as a height adjusting portion together with the height adjusting member 24 of the substrate 11. That is, the center mounting portion 20c and the sphere holding portion 13 can substantially match the spherical core 12c of the first reference sphere 12 and the center 27c of the lens (optical element) 27 with respect to the vertical direction in the measuring apparatus. . Furthermore, even if the jig body 1 is reversed on the mounting table 2 by the height adjusting member 24, the height H1 of the spherical core 12c of the first reference sphere 12 and the lens (optical element) in the vertical Z-axis direction.
  • the height H2 ( ⁇ H1) of the center 27c of 27 is not changed.
  • the center mounting part 20c and the sphere holding part 13 are formed separately from the substrate 11 in the illustrated example, a part or all of these are formed integrally with the substrate 11 and integrally formed. Can be fixed.
  • the holding part 5 has three urging members 21 and a triangular frame member 22.
  • the three urging members 21 are arranged at three equal angles (120 degrees) around the placement portion of the element holder 20 so as to alternate with the three urging units 19 constituting the urging portion 6.
  • Each urging member 21 is an elongated leaf spring that extends linearly, and is fixed to the frame-shaped member 22 via a spacer 22 t on the base side, and is fixed to the substrate 11 via the frame-shaped member 22.
  • the three biasing members 21 are set to have appropriate mounting heights, and by appropriately biasing the lens (optical element) 27 placed on the element holder 20 toward the element holder 20 side. The lens 27 is kept stably held on the element holder 20.
  • moderately biasing means that the distortion exerted on the optical surface (surface to be measured) of the lens 27 by the biasing force by a technique such as a finite element method (FEM) is applied to the measurement result of the eccentricity by this jig. It is preferable to set so that the influence is sufficiently small.
  • the tips 21a of the three urging members 21 abut against the three flat surfaces of the flange 27g provided on the outer periphery of the lens 27 and press it toward the element holder 20 side, that is, the -z side.
  • the urging member 21 has a single-plate structure that does not have a bent portion, so that it is easy to judge the appearance of deterioration and other conditions. Further, by using the spacer 22t when supporting the biasing member 21, the force (biasing force) by which the tip 21a of the biasing member 21 presses the flange 27g can be adjusted.
  • each urging unit 19 constituting the urging unit 6 includes a rod-shaped slide member 15 having a second reference sphere 14 fixed to the tip, and guides the slide member 15 in the axial direction.
  • the first and second guide members 16 and 17 to be fixed, the first slide urging portion 18 containing a spring for urging the slide member 15 toward the distal end side, and the first slide urging portion 18 are fixed on the substrate 11. And a fixed portion 6b.
  • the three slide members 15 urge the lens 27 placed on the element holder 20 toward the center.
  • the second reference sphere 14 fixed to the tip of each slide member 15 abuts against the three side surfaces of the flange provided on the outer periphery of the lens 27 and presses in the direction toward the center perpendicular to the side surfaces.
  • These three second reference spheres 14 are arranged at the apex positions of equilateral triangles with the optical axis position of the lens 27 placed on the substrate 11 as the center of gravity, and one side of the equilateral triangles is the element holder 20. Is set parallel to the X axis or Y axis corresponding to the horizontal drive axis of the measuring apparatus after being set in the measuring apparatus described later.
  • Each slide member 15 includes a rod-end holding member 15a that supports the second reference sphere 14, a root-side sliding portion 15b that is accommodated in a hole formed by the first and second guide members 16 and 17.
  • a rod-end holding member 15a that supports the second reference sphere 14
  • a root-side sliding portion 15b that is accommodated in a hole formed by the first and second guide members 16 and 17.
  • surface treatments such as DLC, can be given.
  • the second reference sphere 14 supported by the slide member 15 is formed of a material having a high hardness, such as a ruby, silicon nitride, or a cemented carbide.
  • the second reference sphere 14 is a relatively small true sphere having a diameter of about ⁇ 2 to 0.33 mm.
  • the first and second guide members 16, 17 surround the side surface of the base side sliding portion 15 b of the slide member 15 in cooperation with the substrate 11.
  • the inner surfaces of the first and second guide members 16 and 17 facing the base side sliding portion 15b can be subjected to a surface treatment such as DLC in order to improve the slidability and wear resistance.
  • the first and second guide members 16 and 17 are fixed so as to embed second slide urging portions 19a and 19b, and the direction of the first guide member 16 and the substrate 11 facing the root portion of the slide member 15 is fixed.
  • the sliding member 15 can be slid precisely and stably.
  • the second slide urging portions 19a and 19b are constituted by a plunger that generates an urging force by a compression force of a spring.
  • the first slide biasing portion 18 hits the rear end of the base side sliding portion 15b of the slide member 15 and presses the slide member 15 toward the front end side.
  • the second reference sphere 14 can press the outer periphery of the lens 27 with a desired force.
  • the first slide urging unit 18 is configured by a plunger that generates an urging force by a compression force of a spring.
  • the first slide biasing portion 18 is fixed by the fixing portion 6b so that the position in the longitudinal direction can be adjusted, and the second reference ball 14 releases or finely adjusts the force that presses the outer periphery of the lens 27. You can also.
  • the biasing force applied to one slide member 15 sandwiched between the pair of position restricting members 23 shown in FIG. 3A or the like is relatively weaker than that applied to the other two slide members 15. By doing so, the lens (optical element) 27 moves closer to the pair of position regulating members 23 in the xy plane, and the support of the lens 27 can be stabilized.
  • the mounting table 2 includes a bottom plate portion 2a, a support portion 2b, and a positioning portion 2c.
  • an opening 2h is formed corresponding to the opening 11h provided in the substrate 11 of the jig body 1.
  • the support portions 2 b corresponding to the four corners of the bottom plate portion 2 a support the back surface of the four corners of the substrate 11 or the upper surface of the height adjusting member 24.
  • a restriction wall 2e is provided on the support portion 2b of the mounting table 2 to restrict the movement of the jig body 1 in the direction of the Y drive shaft, and a positioning portion 2c is fixed to the support portion 2b.
  • a shock absorbing sheet 25 which is an elastic member made of an elastic body, is attached to the upper surface of the support portion 2b on the side of the limiting wall 2e on the side away from the limiting wall 2e.
  • the shock absorbing sheet (elastic member) 25 is provided at a position where the jig body 1 first contacts when the jig body 1 is placed on the placing table 2. Absorption prevents the lens (optical element) 27 from being displaced due to the reversal of the jig body 1 or the like.
  • the shock absorbing sheet 25 rubber, a spring, a shock absorber or the like can be used.
  • FIG. 7A shows a state in which the jig body 1 is placed on the placing table 2 so as to be observable in the first direction D1
  • FIG. 7B shows that the jig body 1 can be seen on the placing table 2 in the second direction D2. Shows the state of being placed on the screen.
  • the back surfaces of the four corners of the substrate 11 are supported by the support 2b of the mounting table 2.
  • the jig body 1 is rotated 180 degrees around its own y-axis from the state of FIG.
  • the four height adjustment members 24 of the substrate 11 are supported by the support portion 2 b of the mounting table 2. In any case, the movement of the substrate 11 in the lateral direction is restricted by the restriction wall 2e and the positioning portion 2c of the mounting table 2.
  • FIG. 8A shows a state immediately before placing the jig body 1 on the mounting table 2
  • FIG. 8B is an enlarged view of the state immediately before placing the jig body 1 on the mounting table 2.
  • a shock absorbing sheet 25 is provided at a location where the height adjusting member 24 of the jig body 1 first comes into contact with the support portion 2 b of the mounting table 2. It has been.
  • the corner 1w of the jig body 1 is formed with an R shape to further reduce the contact impact.
  • a shock absorbing sheet 125 can be provided on the jig body 1 side instead of the mounting table 2 side.
  • shock absorbing sheets 125 are attached to the upper and lower corners 1w of the jig body 1, and the jig body 1 is placed with the front side up, or the jig body 1 is placed with the back side up. In any case, the impact when the jig body 1 first contacts the mounting table 2 is reduced.
  • FIG. 9A to 9D show a process of placing the jig main body 1 upside down on the mounting table 2, and the corner 1w of the jig main body 1 greatly inclined in the process shown in FIG. 25, the inclination of the jig main body 1 is decreased while the corner 1w is fixed in the step shown in FIG.
  • the corner 1w is slid to the restriction wall 2e side while keeping the jig body 1 slightly inclined, and the opposite side of the jig body 1 away from the restriction wall 2e in the step shown in FIG. 9D.
  • the corner 1w is slid to the restriction wall 2e side while keeping the jig body 1 slightly inclined, and the opposite side of the jig body 1 away from the restriction wall 2e in the step shown in FIG. 9D.
  • FIGS. 10A and 10B are front and side conceptual views illustrating the structure of a surface shape measuring apparatus 200 that measures a three-dimensional shape using the measuring jig 100 shown in FIG.
  • the surface shape measuring device 200 is a measuring device that enables eccentricity measurement, and has a structure in which an XY stage device 82 and a Z driving device 84 are fixed on a surface plate 81. The operations of the XY stage device 82 and the Z drive device 84 are controlled by the control device 99.
  • the XY stage device 82 operates by being driven by a drive mechanism that is not described, and the jig body 1 placed on the placement table 2 fixed to the upper part of the XY stage device 82 is two-dimensionally arranged in a horizontal XY plane. Therefore, it can be smoothly moved to an arbitrary position.
  • the position of the jig body 1 is detected using an X mirror 83a and a Y mirror 83b provided on the mounting table 82a. That is, the position of the mounting table 82a in the X-axis direction can be determined by using the laser interferometer 83d mounted on the surface plate 81 so as to face the X mirror 83a. Further, the position of the mounting table 82a in the Y-axis direction can be determined using a laser interferometer 83e mounted on the surface plate 81 so as to face the Y mirror 83b.
  • the Z drive device 84 has a lifting mechanism 86 fixed on a frame 85.
  • the lifting mechanism 86 is fixed to the upper part of the frame 85 and extends in the Z direction, and is supported by the support shaft 86a to be in the Z axis direction.
  • Elevating member 86b that moves up and down, elevating drive means (not shown) that elevates and lowers elevating member 86b, stylus holding portion 86d supported by elevating member 86b, and touch supported by elevating member holding portion 86d so that it can be raised and lowered A needle PR.
  • the elevating mechanism 86 moves up and down smoothly with the elevating member 86b supported by the support shaft 86a in a non-contact manner.
  • the stylus holding portion 86d holds the stylus PR and moves up and down smoothly along with this.
  • a raising / lowering drive means (not shown) is operated by applying feedback so that the tip can be raised and lowered smoothly with high accuracy in a state where a constant load is applied to the tip.
  • the stylus The tip of the PR can be moved two-dimensionally along the optical surface of the lens 27 placed on the jig body 1.
  • the tip position of the stylus PR is detected by using a Z mirror 91a provided at the upper end of a member that moves up and down together with the stylus PR. That is, the position of the lower end of the stylus PR in the Z-axis direction can be determined using the laser interferometer 91b mounted on the frame 85 so as to face the Z mirror 91a.
  • FIG. 11 and 12 are flowcharts for explaining the procedure of the measuring method using the surface shape measuring apparatus (measuring apparatus) 200 shown in FIG. 10A and the like.
  • the jig body (jig body) 1 that supports the lens 27 is set on the mounting table 2 that is attached in advance to the surface shape measuring apparatus 200 shown in FIG. 10A (step S10).
  • the surface 11i of the substrate 11 faces upward so that observation from the first direction D1 is possible.
  • the coordinate system (front side coordinate system) of the spherical core is measured by measuring the surface shapes of the three first reference spheres 12 arranged in the peripheral portion of the substrate 11 (step S11).
  • the coordinates of the spherical core are measured by measuring the surface shapes of the three second reference spheres 14 arranged around the lens 27 (step S12).
  • a surface contour reference position corresponding to the center of the side surface of the flange 27g of the lens 27 is calculated (step S13).
  • the surface shape of the optical surface 27a on the front side of the lens 27 is measured (step S14). Specifically, in a state where the stylus PR is disposed above the optical surface 27a of the lens 27, the XY stage device 82 is operated to drive the stylus PR while scanning the lens 27 in a two-dimensional manner. The device 84 is operated to move the tip of the stylus PR so as not to leave the optical surface 27a. Thereby, two-dimensional surface shape data is obtained. Next, coordinate transformation for fitting the surface shape data obtained in step S14 with design values is performed, and the surface contour eccentricity of the lens 27 is calculated based on the surface contour reference position obtained in step S13 (step S15).
  • the jig body 1 is set on the mounting table 2 in an inverted state by reversing it around an axis (or reversal axis) parallel to the horizontal Y drive axis (step S21). That is, the rear surface 11j of the substrate 11 is directed upward so that observation in the second direction D2 is possible.
  • the coordinates of the back side spherical core (back side coordinate system) are measured (step S22).
  • the coordinate system (front side coordinate system) of the spherical core obtained in step S11 is compared with the coordinate system (back side coordinate system) of the spherical core obtained in step S22, and the front side coordinate system and the back side coordinate system are compared.
  • the relationship is calculated (step S23).
  • the back surface outer shape reference position corresponding to the center of the flange 27g of the lens 27 is determined (step S24).
  • the back surface external reference position is obtained by performing coordinate conversion of the front surface external reference position obtained in step S13 using the relationship between the front side coordinate system and the back side coordinate system obtained in step S23. It can be obtained directly by measuring the surface shape of the reference sphere 14 from the back side.
  • step S25 the surface shape of the optical surface 27b on the back side of the lens 27 is measured (step S25).
  • step S25 coordinate transformation for fitting the surface shape data obtained in step S25 with design values is performed (step S26).
  • step S26 the coordinate conversion data obtained in step S15 and the coordinate conversion data obtained in step S26 are compared using the relationship obtained in step S23, and the relative optical surfaces 27a and 27b of the lens 27 are compared.
  • the eccentricity is calculated (step S27). Of the obtained eccentricity, a highly reliable eccentricity in the Y drive axis direction is employed.
  • the jig body 1 is rotated halfway around an axis parallel to the Z drive axis and set in a holding part (not shown) of the surface shape measuring device (step S31). That is, the back surface 11j of the substrate 11 is kept upward so that observation in the second direction D2 is possible, but the jig body 1 is parallel to the horizontal X drive axis with reference to the state in step S10. It is set on the mounting table 2 as being turned upside down by reversing around an axis (or reversing axis).
  • the coordinates of the spherical core are measured by measuring the surface shapes of the three first reference spheres 12 arranged in the peripheral portion of the substrate 11 (step S32).
  • step S11 the coordinate system (front side coordinate system) of the spherical core obtained in step S11 is compared with the coordinate system (back side coordinate system) of the front side spherical core obtained in step S32, and the front side coordinate system and the back side coordinate system are compared.
  • Step S33 the rear surface outer shape reference position corresponding to the center of the flange 27g of the lens 27 is determined (step S34).
  • step S35 the surface shape of the optical surface 27b on the back side of the lens 27 is measured (step S35).
  • step S36 coordinate transformation for fitting the surface shape data obtained in step S35 with design values is performed.
  • step S15 and the coordinate conversion data obtained in step S36 are compared using the relationship obtained in step S33, and the relative optical surfaces 27a and 27b of the lens 27 are compared.
  • the eccentricity is calculated (step S37). Of the obtained eccentricity, the eccentricity in the X drive axis direction with high reliability is adopted.
  • the position of the sphere core 12c of the first reference sphere 12 and the position of the center 27c of the lens 27 do not need to be exactly matched with respect to the vertical Z direction in the measuring apparatus. Increased reliability.

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Abstract

駆動軸にある程度の直角度誤差が存在しても軸芯ズレの測定誤差を抑制できる測定用ジグを提供する。光学素子の光学面の偏芯を測定する際に利用可能な測定用ジグであって、光学素子を載置する素子用ホルダーと、素子用ホルダーを取付けるための開口を有する基板と、基板にそれぞれ固定され、基板を測定装置内にセットした状態での一方の測定に対応する基板の第１の方向と、基板を反転させた他方の測定に対応する基板の第２の方向とから測定可能な少なくとも３つの第１の基準球と、光学素子を素子用ホルダー上に保持する保持部と、基板を第１及び第２の方向から測定するため測定装置内にセットする際に、第１の基準球の球芯と光学素子の一対の光学面の頂点間の中心とを測定装置内の鉛直方向に関して略一致させる高さ調整部とを備える。

Description

光学素子の測定用ジグ、偏芯測定装置及び偏芯測定方法
　本発明は、レンズなどの光学素子の偏芯を測定するための測定用ジグ、並びに、かかる測定用ジグを用いた偏芯測定装置及び偏芯測定方法に関する。
　３次元座標測定装置を用いた光学素子の表裏一対の光学面の偏芯を測定する測定方法として、光学素子を３次元座標測定装置内の適所に載置するため、特殊な構造の光学素子保持ジグを用いるものが知られている。
　先行例の光学素子保持ジグ（以下、ジグ又は治具とも記載する場合がある）には、ジグ基板上に基準となる３つの球（以下、ジグ基準球とも呼ぶ）が固定されており、そのジグ基板の表裏両面から光学素子の表裏の光学面とジグ基準球の形状とを測定可能にする開口が設けられている（特許文献１、２）。これにより、３次元座標測定装置によってジグ基板の表面側から光学素子を測定する場合、３つのジグ基準球の位置座標として算出可能となるように各ジグ基準球の形状座標データと、光学素子の光学面の形状座標データとを取得することで、ジグ基板の表面側から見たときのジグ基準球に対する光学素子の光学面位置量として表すことができる。同様に、光学素子を固定したジグを反転させジグ基板の裏面側から測定する場合、３つのジグ基準球の位置座標として算出可能なようにジグ基準球それぞれの形状座標データと光学素子の光学面の形状座標データとを取得することで、ジグ基板の裏面側から見たときのジグ基準球に対する光学素子の光学面位置として表したデータを得ることができる。ここで、上記のジグ基準球は裏表で同一の基準球を測定しているため、表裏のジグ基準球の位置を同じ座標系内に合成することで、光学素子の表裏の光学面の相対位置関係が導かれ、その位置ズレを光学素子の偏芯として表したデータを得ることができる。
　また、別の先行例では、光学素子の外形に当接する３つの球（以下、外形基準球）をさらに配置し、光学素子の外形に当接した３つの外形基準球の球芯座標から規定される円の中心を光学素子外形の中心とし、その光学素子外形を基準とした光学素子の表裏の光学面の偏芯（外形基準偏芯）を評価可能としている（特許文献３～６）。
　上記先行例のようなジグによる光学素子の一対の光学面の偏芯測定は、通常、鉛直方向の座標を取得可能なプローブが単一ヘッドの構成である３次元座標測定装置より行われることが一般的である。これは、鉛直方向に対向した２つのヘッドで測定する場合は、光学素子を反転させるまでもなく、２つのヘッドで一対の光学面を測定するだけで偏芯を取得できるからである。
　このようにプローブが単一ヘッドの構成である場合、３次元座標測定装置を低コストで高精度とできる反面、光学素子の表裏の光学面を測定するためには光学素子を反転させなければならない。このように、３次元座標測定装置内で光学素子を反転させるためにジグを動かすと、表裏の光学面を関連付けるため、表裏から観察可能な３つのジグ基準球を設けることになる。
　しかしながら、先行例のようなジグを用いて３次元座標測定装置で軸芯の測定を行う場合、３次元座標測定装置には、通常プローブとワークとを相対的に移動させるために直交するＸＹＺの駆動軸を有するステージ、支持部などが存在するが、それらの駆動軸には、必ず直角度誤差が存在する。この様な直角度誤差は、その量に応じて光学素子の軸芯ズレとして観察されてしまう。
　通常、３次元座標測定装置では、上記のような直角度誤差が高度に調整・補正されており、その誤差は、秒オ一ダーであるため、この誤差が光学素子の偏芯測定結果に影響することは少ない。しかし、３次元座標測定装置の経年劣化によって、ステージやプロ一ブの直進性の劣化などが発生してくると、直角度誤差の補正が難しくなり測定精度も劣化する。この際、３次元座標測定装置の水平軸であるＸＹ軸の直角度誤差は、比較的容易に高精度な補正が行えるが、一般的に水平軸に比較して鉛直軸の直角度誤差は、補正が困難であり、軸芯ズレの測定誤差を生じさせる。
特開２００２－７１３４４号公報 特開２００６－７８３９８号公報 特許第４８３５１４９号公報 特許第４８３９７９８号公報 特許第５３３３５３１号公報 特許第４９８６５３０号公報
　本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、駆動軸にある程度の直角度誤差が存在しても軸芯ズレの測定誤差を抑制できる測定用ジグを提供することを目的とする。
　また、本発明は、上記のような測定用ジグを用いた偏芯測定装置及び偏芯測定方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る光学素子の測定用ジグは、光学素子の光学面の偏芯を測定する際に利用可能な測定用ジグであって、光学素子を載置する素子用ホルダーと、素子用ホルダーを取付けるための開口を有する基板と、基板にそれぞれ固定され、基板を測定装置内にセットした状態での一方の測定に対応する基板の第１の方向と、基板を反転させた他方の測定に対応する基板の第２の方向とから測定可能な少なくとも３つの第１の基準球と、光学素子を素子用ホルダー上に保持する保持部と、基板を第１及び第２の方向から測定するため測定装置内にセットする際に、第１の基準球の球芯と光学素子の一対の光学面の頂点間の中心とを測定装置内の鉛直方向に関して略一致させる高さ調整部とを備える。
　上記測定用ジグでは、基板を測定装置内にセットする際に、高さ調整部が第１の基準球の球芯と光学素子の一対の光学面の頂点間の中心とを測定装置内の鉛直方向に関して略一致させるので、測定装置の駆動軸に直角度誤差が存在していても、光学素子の反転の前後での直角度誤差の影響を排除することができ、軸芯ズレの測定誤差を抑制できる。
　本発明の具体的な側面又は観点では、上記測定用ジグにおいて、３つの第１の基準球は、基板上に載置された光学素子の光軸位置を重心とする略正三角形の頂点位置に配置され、当該正三角形の１辺は、測定装置の水平方向の駆動軸に対応するＸ軸又はＹ軸と平行に設定される。この場合、測定装置による計測に際しての球芯位置測定誤差が分散され測定値を安定させることができる。
　本発明の別の側面では、高さ調整部は、少なくとも一部が基板に一体に形成され、又は基板と別体で形成されて基板に組み付けられる。
　本発明のさらに別の側面では、素子用ホルダーは、光学素子を載置し保持した状態で基板について第１及び第２の方向からの測定を可能にする閉口を有し、少なくとも測定装置の水平方向の２方向に関して位置規制が可能な位置規制部材が設けられている。この場合、光学素子の載置の再現性を向上させることができる。
　本発明のさらに別の側面では、保持部は、基板に固定され、素子用ホルダー上に載置された光学素子を素子用ホルダー側に付勢することによって光学素子を素子用ホルダー上に保持する付勢部材を有する。この場合、基板や素子用ホルダーとともに光学素子を反転させても、基板に対する光学素子の配置が安定して維持される。
　本発明のさらに別の側面では、付勢部材は、直線的に延びる細長い板バネである。この場合、加工のバラつきを低減でき、板バネが曲がるといった板バネの劣化を視覚的に判断でき、測定の安定化を図ることができる。
　本発明のさらに別の側面では、基板に固定されているガイド部材に案内されて摺動可能で素子用ホルダー上に載置された光学素子の外形に当接可能であるスライド部材に一体的に固定された第２の基準球をさらに備える。この場合、第２の基準球を利用して光学素子の外形の中心を計測することができる。
　本発明のさらに別の側面では、第２の基準球は、３つのスライド部材に付随して３つ設けられ、３つの第２の基準球の球芯は、基板上に載置された光学素子の光軸位置を重心とする略正三角形の頂点位置に配置され、当該正三角形の１辺は、測定装置の水平方向の駆動軸に対応するＸ軸又はＹ軸に平行に設定される。この場合、測定装置による第２の基準球の計測に際して、球芯位置測定誤差が分散され測定値を安定させることができる。
　本発明のさらに別の側面では、スライド部材を光学素子の外形に対して付勢するための第１のスライド付勢部と、スライド部材をガイド部材又は基板に対して付勢するための第２のスライド付勢部とを備える。この場合、光学素子の載置に関する再現性を向上させることができる。
　本発明のさらに別の側面では、スライド付勢部は、ばねの圧縮により付勢力を発生させるプランジャで構成される。
　本発明のさらに別の側面では、基板を測定装置内で位置決めして載置する載置台をさらに備える。載置台を利用することで基板を第１の方向からの観察から第２の方向からの観察に切り替える際の反転を簡易にして作業性を高めることができる。
　本発明のさらに別の側面では、基板と載置台とのいずれかに、基板を載置台へ載せる際に両者が最初に接触する箇所に弾性部材が配置されている。基板及び素子用ホルダーのユニットを反転させて再度載置台上に載置する時に衝撃によって光学素子の配置にズレが生じることを抑制し、測定を安定化させることができる。
　上記目的を達成するため、本発明に係る偏芯測定装置は、上述した光学素子の測定用ジグと、３次元形状を測定する測定装置とを備える。
　上記目的を達成するため、本発明に係る偏芯測定方法は、光学素子の測定用ジグを用いたものであって、上述した光学素子の測定用ジグ上に光学素子を載置し測定装置にセットして偏芯測定を行う際に、測定用ジグを測定装置の２つの直交する水平方向の駆動軸のまわりに回転させることによって反転させ、測定用ジグを反転させた各反転軸の方向の偏芯測定結果を光学素子の偏芯量として扱う。
　上記偏芯測定方法では、上述した測定用ジグを用いるので、測定装置の駆動軸に直角度誤差が存在していても、光学素子の反転の前後での直角度誤差の影響を排除することが容易となる。特に、測定用ジグを２つの直交する水平方向の基準軸のまわりに回転させることによって反転させ、測定用ジグを反転させた各反転軸の方向の偏芯測定結果を光学素子の偏芯量として扱うことにより、直角度誤差の影響を最小限に抑えた偏芯測定が可能になる。
実施形態の測定用ジグを説明する斜視図である。 実施形態の測定用ジグのうちジグ本体を説明する斜視図である。 図３Ａは、ジグ本体の中心部を第１の方向から見た図であり、図３Ｂは、ジグ本体の中心部を第２の方向から見た図である。 ジグ本体の部分的な側方断面図である。 ジグ本体のうちこれに載置されたレンズ周辺の部分拡大斜視図である。 ジグ本体のうちスライド付勢部の配置及び構造を説明する拡大斜視図である。 図７Ａは、第１の方向からの測定状態を説明する図であり、図７Ｂは、第２の方向からの測定状態を説明する図である。 図８Ａ及び８Ｂは、ジグ本体の載置台へのセットの初期段階を説明する図であり、図８Ｃは、弾性部材の取付けの変形例を説明する図である。 図９Ａ～９Ｄは、ジグ本体の載置台へのセットの続きを説明する図である。 図１０Ａ及び１０Ｂ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１０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。 図１０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。
　以下、本発明の一実施形態に係る光学素子の測定用ジグ、これを用いた偏芯測定方法などを、図面を参照しつつ具体的に説明する。
　図１に示すように、本実施形態に係る光学素子の測定用ジグ１００は、光学素子を支持するためのジグ本体１と、ジグ本体１を支持するための載置台２とを備える。
　図１及び図２に示すように、前者のジグ本体１は、矩形板状の外観を有するユニット状の部材であり、基板１１と、素子用ホルダー２０と、基準部４と、保持部５と、付勢部６とを備える。後者の載置台２は、矩形ブロック状の外観を有する金属製の部材であり、ジグ本体１を位置決めした状態で測定装置内の適所に載置できるようになっている。
　ジグ本体１において、基板１１は、矩形の支持板１１ａと、４隅に立設された高さ調整部材２４とを有する。支持板１１ａの中央には、開口１１ｈが形成され（図４参照）、この開口１１ｈに素子用ホルダー２０の中央部２０ｂを嵌め込むようにして、素子用ホルダー２０が基板１１に裏面１１ｊ側（第２の方向側）から固定されている。基板１１の表面１１ｉ側（第１の方向側）には、素子用ホルダー２０に対向して保持部５が固定され、素子用ホルダー２０上に載置された光学素子としてのレンズ２７の脱落を防止している。基板１１において、保持部５の周囲には、付勢部６を構成する３つの付勢ユニット１９が素子用ホルダー２０の中央載置部２０ｃの周囲に３等配の角度（１２０度）で取り付けられている。基板１１において、３つの付勢ユニット１９の間には、基準部４を構成する３つの球保持部１３が取り付けられている。
　図４、５などに示すように、素子用ホルダー２０は、基板１１とは別体で構成されている。素子用ホルダー２０は、レンズ（光学素子）２７のサイズに応じ、レンズ２７の外形側面に当接する付勢部６の第２の基準球１４がレンズ２７の外形側面に当接可能となるような高さ位置にレンズ２７を配置するため、交換可能に設けられている。素子用ホルダー２０は、環状の板部材２９によって基板１１に固定されている。素子用ホルダー２０は、被測定物であるレンズ（光学素子）２７を載置する中央載置部２０ｃに観察用の開口２０ｈを有する。開口２０ｈの縁部分は、レンズ２７のフランジ２７ｇを支持している。この開口２０ｈにより、レンズ２７を素子用ホルダー２０の中央載置部２０ｃに載置し保持した状態で、基板１１の表面１１ｉに対応する第１の方向Ｄ１からレンズ２７の一方の光学面２７ａを観察することができ（図３Ａ参照）、裏面１１ｊに対応するから第２の方向Ｄ２からレンズ２７の他方の光学面２７ｂを観察することができる（図３Ｂ参照）。開口２０ｈは、周囲に拡張された切欠き部分２０ｋを有し、レンズ２７の外形側面に当接する第２の基準球１４の裏面側からの観察を可能にしている（図３Ｂ参照）。つまり、後述する第１の基準球１２だけでなく、第２の基準球１４についても、表裏に相当する第１及び第２の方向Ｄ１，Ｄ２から測定可能となっている。なお、開口２０ｈを囲む外側には、異なる方位に２つの位置規制部材２３が配置され、中央部２０ｂの表側に固定されている。位置規制部材２３は、レンズ（光学素子）２７のｘｙ方向への移動を制限してレンズ２７の位置決めを確実にする。
　基準部４は、３つの第１の基準球１２と、３つの球保持部１３とを有する。第１の基準球１２は、球保持部１３に安定した状態で保持され、球保持部１３を介して基板１１に固定される。この際、３つの第１の基準球１２は、基板１１上に載置されたレンズ２７の光軸位置を重心とする正三角形の頂点位置に配置され、この正三角形の１辺は、素子用ホルダー２０の水平基準軸ｘに平行であり、後述する測定装置にセットされた後は、測定装置の水平方向の駆動軸に対応するＸ軸又はＹ軸と平行に設定される。球保持部１３は、一対の開口１３ａ、１３ｂを有し、基板１１の表面１１ｉ及び裏面１１ｊ側から見た時の方向を示す第１及び第２の方向Ｄ１，Ｄ２から第１の基準球１２を観察可能にしている。第１の基準球１２は、高硬度の材料、例えばルビー、窒化珪素、超硬合金などの材料で形成される。第１の基準球１２は、比較的大きく、Φ３～１０ｍｍ程度の真球である。
　図４に示すように、第１の基準球１２の球芯１２ｃの鉛直方向の高さＨ１は、素子用ホルダー２０上に載置されたレンズ２７の中心２７ｃの鉛直方向に関する高さＨ２と略等しくなっている。つまり、第１の基準球１２の球芯１２ｃとレンズ２７の中心２７ｃとは、鉛直方向の相対的高さが略一致している。より正確には、第１の基準球１２の球芯１２ｃのｚ方向に関する高さ位置は、素子用ホルダー２０上のレンズ２７の表裏一対の光学面２７ａ，２７ｂの面頂点を結ぶ光軸ＯＡ上の線分を２分割した中心２７ｃのｚ方向に関する高さ位置と略一致している。ここで略一致とは、一般的な３次元座標測定機や、それ以外の例えば輪郭形状測定装置などの場合、２ｍｍ以内とする。ジグを反転させて測定する際の反転軸と平行な方向の偏芯測定に関しては、測定装置の直角度誤差の影響を概ね排除できるため、測定用ジグ１００を反転させる際の反転軸をそれ自身のｘ軸及びｙ軸まわり（又は載置台２を基準とする水平方向のＸ軸及びＹ軸まわり）として表裏の測定を行うことで、水平駆動軸に対する鉛直軸の直角度誤差を排除した測定値を得られる。また、その測定値と、直角度誤差を排除できていない測定値との差分を補価値とするならば、上記のようなｘ軸及びｙ軸（Ｘ軸及びＹ軸）まわりに反転させて方向を特定する測定ステップを踏まずとも、以降の測定としては直角度誤差が排除された測定値を得ることができる。
　素子用ホルダー２０の中央載置部２０ｃと第１の基準球１２用の球保持部１３とは、基板１１の高さ調整部材２４とともに、高さ調整部として機能する。つまり、中央載置部２０ｃと球保持部１３とによって、第１の基準球１２の球芯１２ｃとレンズ（光学素子）２７の中心２７ｃとを測定装置内の鉛直方向に関して略一致させることができる。さらに、高さ調整部材２４により、ジグ本体１を載置台２上で反転させても鉛直のＺ軸方向に関して、第１の基準球１２の球芯１２ｃの高さＨ１と、レンズ（光学素子）２７の中心２７ｃの高さＨ２（≒Ｈ１）とが変化しないようにしている。なお、中央載置部２０ｃと球保持部１３とは、図示の例では基板１１と別体で形成されているが、これらの一部又は全部を基板１１と一体的に形成され、一体的に固定されたものとできる。
　保持部５は、３つの付勢部材２１と、３角の枠状部材２２とを有する。３つの付勢部材２１は、素子用ホルダー２０の載置部の周囲に、付勢部６を構成する３つの付勢ユニット１９と互い違いとなるように、３等配の角度（１２０度）で配置されている。各付勢部材２１は、直線的に延びる細長い板バネであり、根元側でスペーサー２２ｔを介して枠状部材２２に固定され、この枠状部材２２を介して基板１１に固定されている。３つの付勢部材２１は、その取り付け高さが適度に設定されており、素子用ホルダー２０上に載置されたレンズ（光学素子）２７を素子用ホルダー２０側に適度に付勢することによってレンズ２７を素子用ホルダー２０上に安定して保持された状態に維持する。ここで、適度に付勢とは、有限要素法（ＦＥＭ）等の手法により、その付勢力がレンズ２７の光学面（被測定面）に与える歪みがこのジグによる偏芯の測定結果に対して十分影響が小さくなるように設定されるのが好ましい。３つの付勢部材２１の先端２１ａは、レンズ２７の外周に設けたフランジ２７ｇの３箇所の平坦面に当接して素子用ホルダー２０側すなわち－ｚ側に押圧する。なお、付勢部材２１は、曲げ部を有しない一枚板構造を有しており、劣化その他の状態を外観的に判断しやすくなっている。また、付勢部材２１の支持に際してスペーサー２２ｔを用いることで、付勢部材２１の先端２１ａがフランジ２７ｇを押圧する力（付勢力）を調整することができる。
　図２、６に示すように、付勢部６を構成する各付勢ユニット１９は、先端に第２の基準球１４を固定したロッド状のスライド部材１５と、スライド部材１５を軸方向に案内する第１及び第２ガイド部材１６，１７と、スライド部材１５を先端側に付勢するバネを内蔵する第１スライド付勢部１８と、第１スライド付勢部１８を基板１１上に固定する固定部６ｂとを有する。
　３つのスライド部材１５は、素子用ホルダー２０上に載置されたレンズ２７を中心に向けて付勢する。この際、各スライド部材１５の先端に固定された第２の基準球１４が、レンズ２７の外周に設けたフランジの３箇所の側面に当接して側面に垂直な中心向きの方向に押圧する。これら３つの第２の基準球１４は、基板１１上に載置されたレンズ２７の光軸位置を重心とする正三角形の頂点位置に配置され、この正三角形の１辺は、素子用ホルダー２０の水平基準軸ｘに平行であり、後述する測定装置にセットされた後は、測定装置の水平方向の駆動軸に対応するＸ軸又はＹ軸と平行に設定される。各スライド部材１５は、第２の基準球１４を支持するロッドの先端側保持部材１５ａと、第１及び第２ガイド部材１６，１７によって形成される孔に収納される根元側摺動部１５ｂとを有する。根元側摺動部１５ｂの外周側面については、摺動性及び耐摩耗性を向上させるため、ＤＬＣなどの表面処理を施すことができる。
　スライド部材１５に支持された第２の基準球１４は、高硬度の材料、例えばルビー、窒化珪素、超硬合金などの材料で形成される。第２の基準球１４は、比較的小さく、Φ２～０．３３ｍｍ程度の真球である。
　第１及び第２ガイド部材１６，１７は、基板１１と協働してスライド部材１５の根元側摺動部１５ｂの側面を囲む。第１及び第２ガイド部材１６，１７の根元側摺動部１５ｂに対向する内面については、摺動性及び耐摩耗性を向上させるため、ＤＬＣなどの表面処理を施すことができる。第１及び第２ガイド部材１６，１７には、第２スライド付勢部１９ａ，１９ｂが埋め込むように固定されており、スライド部材１５の根元部分を対向する第１ガイド部材１６や基板１１の方向に付勢して、スライド部材１５の精密で安定した摺動を可能にしている。第２スライド付勢部１９ａ，１９ｂは、バネの圧縮力により付勢力を発生させるプランジャにより構成される。第２スライド付勢部１９ａ，１９ｂの先端は、スライド部材１５の側面と摺動するように接触するので、第２スライド付勢部１９ａ，１９ｂの先端の接触部には、滑らかに転動するボールやローラーを設けることが望ましい。また、ガイド部材１６，１７やスライド部材１５には、クロスドローラーガイドなどを用いても構わない。
　第１スライド付勢部１８は、スライド部材１５の根元側摺動部１５ｂの後端に当椄してスライド部材１５を先端側に押圧する。これにより、第２の基準球１４がレンズ２７の外周を所望の力で押圧する状態とできる。第１スライド付勢部１８は、バネの圧縮力により付勢力を発生させるプランジャにより構成される。なお、第１スライド付勢部１８は、固定部６ｂによって長手方向の位置を調整可能に固定されており、第２の基準球１４がレンズ２７の外周を押圧する力を解除したり微調整したりできるようになっている。
　なお、３つのスライド部材１５のうち、図３Ａなどに示す一対の位置規制部材２３に挟まれた１つのスライド部材１５に付与する付勢力を他の２つのスライド部材１５に対するものより相対的に弱くすることで、レンズ（光学素子）２７がｘｙ面内で一対の位置規制部材２３側に寄り、レンズ２７の支持を安定化させることができる。
　図１に戻って、載置台２は、底板部２ａと支持部２ｂと位置決め部２ｃとを備える。底板部２ａには、ジグ本体１の基板１１に設けられた開口１１ｈに対応して開口２ｈが形成されている。支持部２ｂのうち、底板部２ａの４隅に対応する支持部２ｄは、基板１１の４隅の裏面又は高さ調整部材２４の上面を支持する。載置台２の支持部２ｂには制限壁２ｅが設けられており、ジグ本体１のＹ駆動軸の方向への移動を制限し、支持部２ｂには位置決め部２ｃが固定されており、ジグ本体１のＸ駆動軸の方向への移動を制限する。つまり、支持部２ｂによって、鉛直のＺ駆動軸の方向に関してジグ本体１がアライメントされ、制限壁２ｅ及び位置決め部２ｃによって、水平のＸＹ駆動軸の方向に関してジグ本体１がアライメントされ、載置台２に対して３次元的な位置決めが達成される。なお、制限壁２ｅ側の支持部２ｂの上面のうち制限壁２ｅから離れた側には、弾性体製の弾性部材であるショック吸収シート２５が貼り付けられている。このショック吸収シート（弾性部材）２５は、載置台２上にジグ本体１を載置する際にジグ本体１が最初に接触する箇所に設けられており、ジグ本体１を設置する際の衝撃を吸収することにより、ジグ本体１の反転などに伴ってレンズ（光学素子）２７の配置ずれが生じることを防止している。なお、ショック吸収シート２５としては、ゴム、バネ、ショックアブソーバなどを用いることができる。
　図７Ａは、載置台２上にジグ本体１を第１の方向Ｄ１で観察可能に載置した状態を示し、図７Ｂは、載置台２上にジグ本体１を第２の方向Ｄ２で観察可能に載置した状態を示す。図７Ａの場合、載置台２の支持部２ｂによって基板１１の４隅の裏面が支持され、図７Ｂの場合、図７Ａの状態からジグ本体１をそれ自身のｙ軸のまわりに１８０度回転させて反転させた状態であり、載置台２の支持部２ｂによって基板１１の４つの高さ調整部材２４が支持されている。いずれの場合も、載置台２の制限壁２ｅ及び位置決め部２ｃによって、基板１１の横方向への移動が制限されている。
　図８Ａは、載置台２上にジグ本体１を裏返して載置する直前の状態を示し、図８Ｂは、載置台２上にジグ本体１を載置する直前の状態を拡大視したものである。載置台２上にジグ本体１を載置する際に、ジグ本体１の高さ調整部材２４などが載置台２の支持部２ｂに対して最初に接触する箇所には、ショック吸収シート２５が設けられている。ジグ本体１の角部１ｗには、Ｒ形状が形成されており、接触の衝撃をより低減している。
　なお、図８Ｃに示すように、載置台２側でなくジグ本体１側にショック吸収シート１２５を設けることもできる。すなわち、ジグ本体１の上下の角部１ｗには、ショック吸収シート１２５が貼り付けられており、ジグ本体１を表側を上にして配置する場合、或いは、ジグ本体１を裏側を上にして配置する場合のいずれにおいても、ジグ本体１が載置台２に対して最初に接触する際の衝撃が緩和されるようにしている。
　図９Ａ～９Ｄは、載置台２上にジグ本体１を裏返して載置する工程を示しており、図９Ａに示す工程で大きく傾けたジグ本体１の角部１ｗが載置台２にショック吸収シート２５を介して接触し、図９Ｂに示す工程で角部１ｗを固定したままでジグ本体１の傾斜を減少させて水平に近い状態にする。図９Ｃに示す工程でジグ本体１の若干の傾斜姿勢を保ったままで角部１ｗを制限壁２ｅ側にスライド移動させ、図９Ｄに示す工程でジグ本体１のうち制限壁２ｅから離れた反対側を載置台２に近接させて、載置台２の支持部２ｂ又は支持部２ｄによって基板１１の４つの高さ調整部材２４が支持されるようにする。これにより、ジグ本体１を載置台２上で水平に配置することができる。
　図１０Ａ及び１０Ｂは、図１に示す測定用ジグ１００を用いて３次元形状を測定する面形状測定装置２００の構造を説明する正面及び側面の概念図である。この面形状測定装置２００は、偏芯測定を可能にする測定装置であり、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の上部に固定された載置台２に載置されたジグ本体１を、水平な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。ジグ本体１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方向に延びる支持軸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。触針保持部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については、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を適宜動作させてジグ本体１上に載置したレンズ２７を２次元的に走査するように移動させるならば、触針ＰＲの先端をジグ本体１上に載置したレンズ２７の光学面に沿って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１１及び１２は、図１０Ａなどに示す面形状測定装置（測定装置）２００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、レンズ２７を支持するジグ本体（治具本体）１を、図１０Ａなどに示す面形状測定装置２００に予め取り付けられている載置台２上にセットする（ステップＳ１０）。この際、基板１１の表面１１ｉが上側に向いて第１の方向Ｄ１からの観察が可能になるようにする。次に、基板１１の周辺部に配置された３つの第１の基準球１２の表面形状を計測することによって、球芯の座標系（表側座標系）を測定する（ステップＳ１１）。次に、レンズ２７の周囲に配置された３つの第２の基準球１４の表面形状を計測することによって、球芯の座標を測定する（ステップＳ１２）。次に、レンズ２７のフランジ２７ｇ側面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）。次に、レンズ２７の表側の光学面２７ａの表面形状を測定する（ステップＳ１４）。具体的には、レンズ２７の光学面２７ａの上方に触針ＰＲを配置した状態で、ＸＹステージ装置８２を動作させてレンズ２７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２７ａ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とともに、ステップＳ１３で得た表面外形基準位置に基づいてレンズ２７の表面外形偏芯を算出する（ステップＳ１５）。
　次に、ジグ本体１を水平なＹ駆動軸に平行な軸（又は反転軸）のまわりに反転させることで裏返した状態として載置台２上にセットする（ステップＳ２１）。つまり、基板１１の裏面１１ｊが上側に向いて第２の方向Ｄ２の観察が可能になるようにする。次に、基板１１の周辺部に配置された３つの第１の基準球１２の表面形状を計測することによって、裏側の球芯の座標（裏側座標系）を測定する（ステップＳ２２）。次に、ステップＳ１１で得た球芯の座標系（表側座標系）と、ステップＳ２２で得た球芯の座標系（裏側座標系）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Ｓ２３）。次に、レンズ２７のフランジ２７ｇの中心に対応する裏面外形基準位置を決定する（ステップＳ２４）。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Ｓ２３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が、第２の基準球１４の表面形状を裏側から計測することによって直接的に得ることができる。次に、レンズ２７の裏側の光学面２７ｂの表面形状を測定する（ステップＳ２５）。次に、ステップＳ２５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Ｓ２６）。次に、ステップＳ１５で得た座標変換データと、ステップＳ２６で得た座標変換データとを、ステップＳ２３で得た関係を利用して比較して、レンズ２７の両光学面２７ａ，２７ｂの相対的偏芯を算出する（ステップＳ２７）。得られた偏芯のうち信頼度の高いＹ駆動軸方向の偏芯が採用される。
　次に、ジグ本体１をＺ駆動軸に平行な軸のまわりに半回転させ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Ｓ３１）。つまり、基板１１の裏面１１ｊが上側に向いて第２の方向Ｄ２の観察が可能になるように保たれるが、ジグ本体１は、ステップＳ１０の状態を基準として、水平なＸ駆動軸に平行な軸（又は反転軸）のまわりに反転させることで裏返した状態として載置台２上にセットされたことになる。次に、基板１１の周辺部に配置された３つの第１の基準球１２の表面形状を計測することによって、球芯の座標を測定する（ステップＳ３２）。次に、ステップＳ１１で得た球芯の座標系（表側座標系）と、ステップＳ３２で得た表側の球芯の座標系（裏側座標系）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Ｓ３３）。次に、レンズ２７のフランジ２７ｇの中心に対応する裏面外形基準位置を決定する（ステップＳ３４）。次に、レンズ２７の裏側の光学面２７ｂの表面形状を測定する（ステップＳ３５）。次に、ステップＳ３５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Ｓ３６）。次に、ステップＳ１５で得た座標変換データと、ステップＳ３６で得た座標変換データとを、ステップＳ３３で得た関係を利用して比較して、レンズ２７の両光学面２７ａ，２７ｂの相対的偏芯を算出する（ステップＳ３７）。得られた偏芯のうち信頼度の高いＸ駆動軸方向の偏芯が採用される。
　以上で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。
　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、すべてのスライド部材１５を可動としているが、スライド部材１５の１つ又は２つを基板１１上に固定されたものとできる。
　第１の基準球１２の球芯１２ｃの位置とレンズ２７の中心２７ｃの位置とは、測定装置内の鉛直のＺ方向に関して正確に一致させる必要はないが、両者の差が少ない方が精度や信頼度が高まる。

Claims (14)

  1. 　光学素子の光学面の偏芯を測定する際に利用可能な測定用ジグであって、
    　光学素子を載置する素子用ホルダーと、
    　前記素子用ホルダーを取付けるための開口を有する基板と、
    　前記基板にそれぞれ固定され、前記基板を測定装置内にセットした状態での一方の測定に対応する前記基板の第１の方向と、前記基板を反転させた他方の測定に対応する前記基板の第２の方向とから測定可能な少なくとも３つの第１の基準球と、
    　光学素子を前記素子用ホルダー上に保持する保持部と、
    　前記基板を前記第１及び第２の方向から測定するため前記測定装置内にセットする際に、前記第１の基準球の球芯と光学素子の一対の光学面の頂点間の中心とを前記測定装置内の鉛直方向に関して略一致させる高さ調整部と
    を備える光学素子の測定用ジグ。
  2. 　３つの前記第１の基準球は、前記基板上に載置された光学素子の光軸位置を重心とする略正三角形の頂点位置に配置され、当該正三角形の１辺は、前記測定装置の水平方向の駆動軸に対応するＸ軸又はＹ軸に平行に設定される、請求項１に記載の光学素子の測定用ジグ。
  3. 　前記高さ調整部は、少なくとも一部が前記基板に一体に形成され、又は前記基板と別体で形成されて前記基板に組み付けられる、請求項１及び２のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
  4. 　前記素子用ホルダーは、光学素子を載置し保持した状態で前記基板について前記第１及び第２の方向からの測定を可能にする閉口を有し、少なくとも前記測定装置の水平方向の２方向に関して位置規制が可能な位置規制部材が設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
  5. 　前記保持部は、前記基板に固定され、前記素子用ホルダー上に載置された光学素子を前記素子用ホルダー側に付勢することによって光学素子を前記素子用ホルダー上に保持する付勢部材を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
  6. 　前記付勢部材は、直線的に延びる細長い板バネである、請求項５に記載の光学素子の測定用ジグ。
  7. 　前記基板に固定されているガイド部材に案内されて摺動可能で前記素子用ホルダー上に載置された光学素子の外形に当接可能であるスライド部材に一体的に固定された第２の基準球をさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
  8. 　前記第２の基準球は、３つのスライド部材に付随して３つ設けられ、３つの前記第２の基準球の球芯は、前記基板上に載置された光学素子の光軸位置を重心とする略正三角形の頂点位置に配置され、当該正三角形の１辺は、前記測定装置の水平方向の駆動軸に対応するＸ軸又はＹ軸に平行に設定される、請求項７に記載の光学素子の測定用ジグ。
  9. 　前記スライド部材を光学素子の外形に対して付勢するための第１のスライド付勢部と、前記スライド部材を前記ガイド部材又は前記基板に対して付勢するための第２のスライド付勢部とを備える、請求項７及び８のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
  10. 　前記スライド付勢部は、ばねの圧縮により付勢力を発生させるプランジャで構成される、請求項９に記載の光学素子の測定用ジグ。
  11. 　前記基板を前記測定装置内で位置決めして載置する載置台をさらに備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
  12. 　前記基板と前記載置台とのいずれかに、前記基板を前記載置台へ載せる際に両者が最初に接触する箇所に弾性部材が配置されている、請求項１１に記載の光学素子の測定用ジグ。
  13. 　請求項１～１２のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグと、
    　３次元形状を測定する前記測定装置と
    を備える偏芯測定装置。
  14. 　光学素子の測定用ジグを用いた偏芯測定方法であって、
    　請求項１～１２のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ上に光学素子を載置し前記測定装置にセットして偏芯測定を行う際に、前記測定用ジグを前記測定装置の２つの直交する水平方向の駆動軸のまわりに回転させることによって反転させ、前記測定用ジグを反転させた各反転軸の方向の偏芯測定結果を光学素子の偏芯量として扱う偏芯測定方法。
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