(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面の短手方向に複数ライン触針子を走査させて点列の座標データを得る形状測定行程と、
前記各ラインの近軸曲率半径と曲率中心座標を求める短手形状評価行程と、
全ての曲率中心が母線を含む平面に近づくように回転、並進の座標変換を行う第１の取り付け誤差補正行程と、
各ラインの頂点よりなる点群と長手方向の設計形状を比較し、形状誤差が最小になるように回転、並進の座標変換を行う第２の取り付け誤差補正行程と、
設計値からの形状誤差を抽出する形状評価行程と、
を備えたことを特徴とする形状評価方法。
【請求項２】
前記第１の取り付け誤差補正行程が、
曲率中心の点列を長手・短手平面内で直線回帰し、回帰直線の傾きに相当する角度を相殺するように光軸周りに回転させる行程と、
光軸・短手平面内で直線回帰し、回帰直線の傾きを相殺するように長手軸周りに回転させる行程と、
を有することを特徴とする請求項１記載の形状評価方法。
【請求項３】
被測定面がプラスチック成形品のレンズ面であることを特徴とする請求項１記載の形状評価方法。
【請求項４】
被測定面の短手方向に複数ライン触針子を走査させて点列の座標データを得る形状測定手段と、
前記各ラインの近軸曲率半径と曲率中心座標を求める短手形状評価手段と、
全ての曲率中心が母線を含む平面に近づくように回転、並進の座標変換を行う第１の取り付け誤差補正手段と、
各ラインの頂点よりなる点群と長手方向の設計形状を比較し、形状誤差が最小になるように回転、並進の座標変換を行う第２の取り付け誤差補正手段と、
設計値からの形状誤差を抽出する形状評価手段と、
を備えたことを特徴とする形状評価装置。
【請求項５】
前記第１の取り付け誤差補正手段が、
曲率中心の点列を長手・短手平面内で直線回帰し、回帰直線の傾きに相当する角度を相殺するように光軸周りに回転させる手段と、
光軸・短手平面内で直線回帰し、回帰直線の傾きを相殺するように長手軸周りに回転させる手段と、
を有することを特徴とする請求項４記載の形状評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金駒等任意のトーリック面の形状評価に係り、特にトーリック面のプラスチック成形品の形状評価に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザプリンタ等に用いられる光走査用レンズとして、トーリック面のプラスティックの成形品が用いられている。図１は走査レンズの概略図である。トーリック面とは長手方向母線上の断面形状が非球面で、この断面を長手方向軸周りに回転させた形状である。
【０００３】
また、近年の自由曲面加工、計測技術の発達とともに特開平８−１５０５４１のＢ式や、特開平１０−  ３０５１の「特殊なトーリック面」などトーリック面を基準とした非軸対称非球面形状も使われてきている。これらの面は長手方向には非球面形状であり、短手方向には球面であり、曲率半径が基準となるトーリック面の曲率半径から修正されている。
【０００４】
また、このような非軸対称非球面は特開平７−  ６０８５７に示されるように、精度良くトーリック面を作成するために、成形行程での樹脂の収縮による形状誤差を相殺するように金駒形状を補正するときにも用いられる。このような補正を行うためには成形品の形状を適切に評価する必要がある。
通常非軸対称非球面の形状評価方法としては、特開平９−  ８９７１３に示されるように、長手、短手各方向の頂点を探索し、この頂点を設計座標原点として長手方向断面形状を測定し、これを母線の非球面と比較する断面形状評価が一般的である。しかし、長尺レンズでは、光軸周りの回転による取り付け誤差の影響が大きく、金駒形状の補正量を決定するための正確な評価にはならない。
【０００５】
そこで、特開平９−１８９５４４や特開平８−２８５５７０に開示されるように、３次元形状測定装置を用いて面形状を測定し、形状誤差を最小にするように取り付け誤差補正を行った後、面として設計形状からの誤差を求める方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法にあっては、長尺レンズ成形品の場合、金型から成形品を取り出す際に微小な反り、曲がりが生じる。これは前述の形状評価方法に対して大きな影響を与え、正確な評価ができなくなる。また、この評価方法は形状評価に大きな演算量を強いるので、高価な演算装置を用いるか、長い演算時間が必要となる。
【０００７】
そこで本発明は、対象とする非軸対称非球面がトーリック面を基準とすることを用いて、より少ない演算量で、成形品の形状測定結果から形状評価・補正に必要な形状成分を抽出し、正確な形状評価を行う形状評価方法および装置を提供する。
また、取り付け誤差補正行程で傾き角をより少ない演算量で求める。
【０００８】
また、プラスチックレンズの成形行程における収縮に依存する形状変化、反り、曲がりに対応する。
さらに、同一条件で作成された成形品の評価において、２つ目以降の評価をより正確で短い処理時間で行なえる形状評価装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的達成のため、被測定面の短手方向に複数ライン触針子を走査させて点列の座標データを得る形状測定行程と、前記各ラインの近軸曲率半径と曲率中心座標を求める短手形状評価行程と、全ての曲率中心が母線を含む平面に近づくように回転、並進の座標変換を行う第１の取り付け誤差補正行程と、各ラインの頂点よりなる点群と長手方向の設計形状を比較し形状誤差が最小になるように回転、並進の座標変換を行う第２の取り付け誤差補正行程と、設計値からの形状誤差を抽出する形状評価行程と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記目的達成のため、請求項１記載の形状評価方法において、前記第１の取り付け誤差補正行程が、曲率中心の点列を長手・短手平面内で直線回帰し回帰直線の傾きに相当する角度を相殺するように光軸周りに回転させる行程と、光軸・短手平面内で直線回帰し回帰直線の傾きを相殺するように長手軸周りに回転させる行程と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、上記目的達成のため、請求項１記載の形状評価方法において、被測定面がプラスチック成形品のレンズ面であることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、上記目的達成のため、被測定面の短手方向に複数ライン触針子を走査させて点列の座標データを得る形状測定手段と、前記各ラインの近軸曲率半径と曲率中心座標を求める短手形状評価手段と、全ての曲率中心が母線を含む平面に近づくように回転、並進の座標変換を行う第１の取り付け誤差補正手段と、各ラインの頂点よりなる点群と長手方向の設計形状を比較し、形状誤差が最小になるように回転、並進の座標変換を行う第２の取り付け誤差補正手段と、設計値からの形状誤差を抽出する形状評価手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５記載の発明は、上記目的達成のため、請求項４記載の形状評価装置において、前記第１の取り付け誤差補正手段が、曲率中心の点列を長手・短手平面内で直線回帰し、回帰直線の傾きに相当する角度を相殺するように光軸周りに回転させる手段と、光軸・短手平面内で直線回帰し、回帰直線の傾きを相殺するように長手軸周りに回転させる手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、走査レンズの概略図である。図１において、走査レンズ１の長手方向、短手方向に、それぞれが垂直に交わる軸を長手軸、短手軸とし、長手軸、短手軸にそれぞれ垂直で交点を通る軸を光軸とする。トーリック面の特徴として、短手軸と光軸が作る平面に平行な任意の平面で切断した短手断面の曲率中心が、１ライン上に並んでいる。また、非軸対称非球面形状も任意の短手断面の曲率中心が少なくとも１平面状に並んでいる。本発明はこの特徴を用いて形状を評価するものである。
【００１４】
まず、３次元形状測定装置を用いて、被測定面の短手方向に複数ライン触針子を走査させて形状データを得る。図２は走査パスを示す概略図である。本実施例においては、説明のため長手方向をｘ軸、短手方向をｙ軸、光軸方向をｚ軸に合わせて面形状を（ｘ，ｙ，ｚ）の座標データの点列として得る。
各ラインのデータで頂点と曲率半径を正確に評価する必要があるため、少なくとも１ラインにつき数十点程度はとっておく方が良い。測定ラインの本数は、少なくとも長手方向非球面設計値の多項式成分の最大次数＋２本必要である。
【００１５】
これ以降の行程は、全てコンピュータ上でデータ処理演算を行なうことにより実現する。図３に形状測定によって得られた座標について、点列データの処理の流れを示す。
データ処理としてまず、測定データの入力を行い（ｓ１）、各ラインの曲率中心と近軸曲率半径を求める（ｓ２）。これは各ラインｉのｘ座標がほぼ同一の値ｘｉであるから、ｙ−ｚ  断面形状に対して最小自乗近似し、  ｙ０ｉ、ｚ０ｉ、Ｒｉ  を求めることにより頂点座標（ｘｉ，ｙ０，ｚ０＋Ｒｉ）  と曲率半径Ｒｉを得る。
【００１６】
次に、第１の取り付け誤差補正工程として、光軸周りの回転による取り付け誤差補正を行う（ｓ３）。
被測定面がトーリック面である場合は、ｘ軸周りの取り付け誤差が存在しないので、これは各ラインの曲率中心を集めた点列データと、ｘ軸に平行な１直線との距離の自乗和を最小にするような  ｙ，ｚ軸周りの回転、並進の座標変換行列を収束演算によって求める。全ての測定点について座標変換を行う。
【００１７】
被測定面がトーリック面を基準とした非軸対象非球面である場合は、曲率中心の点群とｙ＝０なる平面との距離の自乗和を最小にするように  ｘ，ｚ軸周りの回転、並進の座標変換行列を求める。そして全ての測定点について座標変換を行なう。ここで、ｘ軸周りの回転変換を行った場合、各ラインの頂点座標を求め直しておく。
【００１８】
次に、第２の取り付け誤差補正工程として、長手方向の取り付け誤差補正を行なう。更新された頂点よりなる点群の  （ｘ，ｚ）座標値と長手方向の設計形状である非球面形状を比較し、形状誤差が最小になるようにｙ軸周りの回転および並進座標変換行列を求める。これを用いて全ての測定点を座標変換する。ここで、各頂点のｙ座標を無視することにより成形品の反り、曲がりの影響を除外することができる。
【００１９】
これにより全ての取り付け誤差が補正され、金駒加工時の座標系が推定される。
次に、近軸曲率半径を求め、長手方向の形状誤差を抽出する。
最後に各ラインの近軸曲率半径と、前述の２つの取り付け誤差補正工程において補正された長手方向位置の関係を設計形状と比較して短手曲率半径誤差を求める（ｓ４）。この時の各ラインは厳密にいうと短手断面ではないが、この誤差は形状測定段階で通常の機械精度で治具を作成していれば、十分無視できるだけ小さい。
【００２０】
また、前述の第１の取り付け誤差補正工程として、以下に示す行程を行う。
まず、曲率中心の点列の  （ｘ，ｙ）座標値を用いて、  ｙ＝ａ＋ｂｘ  なる直線への回帰を行なう。そして全データをｚ軸周りに  −ａｒｃｔａｎ（ｂ）  だけ回転させる。
次に更新された曲率中心の点列の  （ｚ，ｙ）座標値を用いて  ｙ＝ａ＋ｂｚ  なる直線への回帰を行なう。そして全データをｘ軸周りに  −ａｒｃｔａｎ（ｂ）  だけ回転させる。
【００２１】
なお、測定対象をプラスチック成形品のレンズ面とすることができ、レーザプリンタ等に用いられる光走査用レンズの測定に有用である。
上記のような演算処理プログラムを備えたコンピュータと形状測定装置を組み合わせることにより、形状評価装置を実現する。
さらに、測定対象が同一の金型から生産される成形品の場合、取り付け誤差の再現性は比較的高いので、２つ目以降の評価には、１つ目の評価結果を用いて取り付け誤差が小さくなるように治具を調節するとよい。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、取り付け誤差補正において少ない演算量で正確な補正を行なうことができる。また、成形品の微小な反り、曲がりの影響を抑えて形状評価を行なうことができる。
請求項２記載の発明によれば、ｘ、ｚ軸周りの取り付け誤差がより簡単な方法で補正され、演算時間の短縮に貢献する。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、金駒等任意の面に対して形状評価を行うことに加えて、プラスチック成形品の反り、曲がり等の影響を抑え、正確な評価をするという点で、測定対象がプラスチック成形品である場合、最もその効果をあげることができる。
請求項４記載の発明によれば、取り付け誤差補正において少ない演算量で正確な補正を行なうことができる。また、成形品の微小な反り、曲がりの影響を抑えて形状評価を行なうことができる。
【００２４】
本発明によれば、取り付け誤差補正の補正量が減り、より正確な評価が行なえる。また、取り付け誤差の補正量が小さい場合、取り付け誤差補正での収束演算が早く収束することにより、演算時間の短縮にも貫献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る走査レンズの概略図である。
【図２】一実施例の被測定面の走査パスを示す概念図である。
【図３】一実施例の形状測定によって得られた座標の点列データ処理の流れを示す図である。
１  走査レンズ
２  走査パス
【図１】
0003626015.tif 000002
【図２】
0003626015.tif 000003
【図３】
0003626015.tif 000004