(57)【要約】【課題】  光学素子を取り外すことなく加工面の計測と加工が可能な加工装置および加工装置を用いた製造方法を提供する。【解決手段】  ホルダー１２に光学素子２０を保持した状態で、部分修正用スモールツール１３による光学素子２０の加工が可能な加工装置１に、シャック−ハルトマンの原理による測定光学系２と照明光学系３を設けて、このホルダー１２に光学素子２０を保持した状態で加工と形状精度（波面収差）の測定を可能とする。【選択図】  図１
2007069283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工部材を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記被加工部材を加工する加工部と、
前記被加工部材の形状精度を測定する測定部とを有する加工装置。
【請求項２】
前記被加工部材が、光を透過する素材で形成され、
前記測定部が、点光源と、前記点光源から出射した光線を平行光束に変換する第１の変換部と、前記第１の変換部により変換された平行光束を前記被加工部材に照射し、前記被加工部材を透過した光線を平行光束に変換する第２の変換部と、二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有し、前記第２の変換部で変換された平行光束を各々の前記マイクロレンズで結像させるマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイで結像された像を検出する撮像素子とを有するシャック−ハルトマンの原理による波面測定光学系であることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記点光源が、可視光を放射するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記被加工部材を前記保持部材で保持した状態で、前記加工部による前記被加工部材の加工と、前記測定部による前記被加工部材の形状精度の測定が可能なことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加工装置。
【請求項５】
前記測定部で測定された前記被加工部材の形状精度に基づいて前記加工部を制御して前記被加工部材を加工する制御部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加工装置。
【請求項６】
前記保持部が回転可能に構成され、
前記保持部の回転方向の位置決めを行う位置決め部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加工装置。
【請求項７】
保持部、加工部、および、測定部を有する加工装置を用いて被加工部材を加工する製造方法であって、
前記保持部で前記被加工部材を保持するステップと、
前記保持部に保持された前記被加工部材を前記加工部で加工するステップと、
前記測定部で前記被加工部材の形状精度を測定するステップとを有する製造方法。
【請求項８】
前記被加工部材が、光を透過する素材で形成され、
前記測定部が、点光源と、前記点光源から出射した光線を平行光束に変換する第１の変換部と、前記第１の変換部により変換された平行光束を前記被加工部材に照射し、前記被加工部材を透過した光線を平行光束に変換する第２の変換部と、二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有し、前記第２の変換部で変換された平行光束を各々の前記マイクロレンズで結像させるマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイで結像された像を検出する撮像素子とを有するシャック−ハルトマンの原理による波面測定光学系であることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の精度測定および研磨加工が可能な加工装置および加工装置を用いた製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子の製作には、表面の余剰部分を研磨によって除去する方法があり、様々な方式の加工装置が用いられている。加工面が平面や球面であり、必要精度の確認をニュートン原器で行える場合は、加工装置に光学素子を取り付けたままでの測定は可能である。しかし、加工面が非球面形状である場合や必要精度が更に高まると、加工装置に取り付けたままでの測定は不可能で、干渉計や超高精度の三次元測定機上で測定しなくてはならない。干渉計や超高精度の三次元測定機を用いて測定した結果をフィードバックし、修正加工を行えるようにした加工装置は実用に供されているが、加工と測定は別々の装置で行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９７６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、加工面が非球面形状である場合や球面でもニュートン原器の使用限界を超える精度の場合には、干渉計や超高精度の三次元測定機を使用せざるを得ないが、加工装置と測定装置との間で光学素子の取り付け及び取り外しを行わなければならず作業効率が悪くなるという課題がある。また、光学素子の着脱に伴う誤差及び測定毎の位置決め誤差が発生し、加工精度の向上が難しいという課題もある。加工装置に干渉計や超高精度の三次元測定機を搭載することも可能であるが、いずれの測定方法も可動部や接触部を有しており（干渉計はフリンジスキャンの場合）、研磨加工を行う環境には適していない。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光学素子を取り外すことなく加工面の計測と加工が可能な加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る加工装置は、被加工部材（例えば、実施形態における光学素子２０）を保持する保持部（例えば、実施形態におけるホルダー１２）と、保持部に保持された被加工部材を加工する加工部（例えば、実施形態における部分修正用スモールツール１３）と、被加工部材の形状精度を測定する測定部（例えば、実施形態における測定光学系２および照明光学系３）とを有して構成される。
【０００７】
このような本発明に係る加工装置においては、被加工部材が光を透過する素材で形成され、測定部が、点光源（例えば、実施形態における白色光源４およびスリット板５）と、この点光源から出射した光線を平行光束に変換する第１の変換部（例えば、実施形態におけるコリメータレンズ６）と、第１の変換部により変換された平行光束を被加工部材に照射し、被加工部材を透過した光線を平行光束に変換する第２の変換部（例えば、実施形態における球面ミラー１０）と、二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有し、第２の変換部で変換された平行光束を各々のマイクロレンズで結像させるマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイで結像された像を検出する撮像素子とから構成されたシャック−ハルトマンの原理による波面測定光学系であることが好ましい。さらにこのとき、点光源が可視光を放射するように構成されることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る加工装置は、被加工部材を保持部材で保持した状態で、加工部による被加工部材の加工と、測定部による被加工部材の形状精度の測定が可能なことが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る加工装置は、測定部で測定された被加工部材の形状精度に基づいて加工部を制御して被加工部材を加工する制御部（例えば、実施形態における解析装置１４）を有することが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明に係る加工装置は、保持部が回転可能に構成され、保持部の回転方向の位置決めを行う位置決め部（例えば、実施形態における位置決め機構１５）を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る製造方法は、保持部、加工部、および、測定部を有する加工装置を用いて被加工部材を加工する製造方法であって、保持部で被加工部材を保持するステップと、保持部に保持された被加工部材を加工部で加工するステップと、測定部で被加工部材の形状精度を測定するステップとから構成される。このとき、被加工部材が、光を透過する素材で形成され、測定部が、点光源と、この点光源から出射した光線を平行光束に変換する第１の変換部と、第１の変換部により変換された平行光束を被加工部材に照射し、被加工部材を透過した光線を平行光束に変換する第２の変換部と、二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有し、第２の変換部で変換された平行光束を各々のマイクロレンズで結像させるマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイで結像された像を検出する撮像素子とから構成されたシャック−ハルトマンの原理による波面測定光学系であることが好ましい。
【００１２】
なお、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態の構成要素を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものでないことは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る加工装置を以上のように構成すると、被加工部材の加工と形状精度の測定が可能な加工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本発明に係る加工装置１の構成について説明する。この加工装置１は、仕上げ加工段階（光が透過する状態）にある光学素子２０を透過する透過波面の波面収差を測定し、その測定結果に応じて仕上げ加工（部分修正）を行うものである。まず、この加工装置１の光学系について説明すると、光学素子２０を挟んで上下方向に配置される測定光学系２と、その側方に配置される照明光学系３とから構成されている。
【００１５】
照明光学系３は、左右方向に並んで配置されており、その光軸上に順に白色光源４、スリット板５、コリメータレンズ６、及び、ハーフミラー７が配設されて構成されている。スリット板５の略中央部には板厚方向に貫通するピンホールが形成されており、このピンホールが照明光学系３の光軸上に位置している。白色光源４から放射された白色光線は光ファイバー４ａを介してスリット板５に照射される。そして、スリット板５のピンホールを通過した白色光線はコリメータレンズ６により平行光束に変換され、ハーフミラー７に入射する。なお、ハーフミラー７は、照明光学系３と測定光学系２との光軸が交差する点に配設されており、白色光線の一部を反射して残りを透過するものである。このハーフミラー７は、後述するように測定光学系２でも共用されており、ハーフミラー７に入射した平行光束の一部はこのハーフミラー７で上方に反射されて測定光学系２に入射する。
【００１６】
測定光学系２は、上方からその光軸上に順に、球面ミラー１０、光学素子２０、ハーフミラー７、マイクロレンズアレイ８、および、撮像素子９が配設されている。ハーフミラー７で反射された平行光束は光学素子２０に入射して集光され、一旦結像してから球面ミラー１０で反射する。この球面ミラー１０で反射した光線は再度光学素子２０を透過して平行光束となりハーフミラー７に入射し、一部の光線が透過してマイクロレンズアレイ８に入射する。マイクロレンズアレイ８は、微細な複数のレンズ（マイクロレンズ）を二次元的に配列したレンズ集合体であり、各々のマイクロレンズを透過した光線は各々のマイクロレンズの焦点面に配置された撮像素子９に各点像として結像する。この撮像素子９から出力される画像信号は解析装置１４で解析される。
【００１７】
ここで、簡単に本実施例に係る加工装置１における光学素子２０の波面収差の測定方法について説明する。測定光学系２および照明光学系３は、シャック−ハルトマンの原理による透過波面の測定光学系の一例であり、スリット板４のピンホールより出射した点光源からの光をコリメータレンズ５で平行光束に変換して光学素子２０を透過させ、更にマイクロレンズアレイ８によりマイクロレンズの焦点面にある撮像素子９上に結像した各点像の位置により光学素子２０の波面収差量とその分布を解析装置１４で算出できるようにしたものである。ここで、点像の位置とは、光学素子２０がホルダー１２に取り付けられていない状態で球面ミラー１２を平面ミラーに置き換えて上記測定を行ったときのマイクロレンズアレイ８により形成される点像の位置からのずれをいう。
【００１８】
なお、球面ミラー１０を除き、測定光学系２および照明光学系３を構成する部材は筐体１１に固定保持されている。この筐体１１の内部には、図１に示すように、上下に延びて上端が開口した第１測定空間部１１ａとこの第１測定空間部１１ａの上下方向略中間部と連通して側方に延びた第２測定空間部１１ｂとが形成されており、第１測定空間部１１ａにハーフミラー７、マイクロレンズアレイ８、および、撮像素子９が配設され、第２測定空間部１１ｂに白色光源４の発光部に一端が接続された光ファイバー４ａの他端、スリット板５，および、コリメータレンズ６が配設されている。
【００１９】
また、光学素子２０は、筐体１１の上端部に取り付けられたホルダー１２に保持されている。このホルダー１２には、上下に貫通する貫通孔１２ａが形成されており、この貫通孔１２ａの上端部に光学素子２０が固定保持され、下端部が筐体１１の第１測定空間部１１ａの上端開口部と連通している。また、このホルダー１２は、測定光学系２の光軸と同軸上で筐体１１に対して相対回転可能に構成されており、部分修正用スモールツール１３により研磨加工が行われるときに図示しない駆動部により回転して保持している光学素子２０を回転させる。なお、ホルダー１２の回転方向の位置、すなわち、光学素子２０の回転方向の位置は位置決め機構１５により位置決めされるように構成されている。この位置決め機構１５は、例えば、エンコーダによりホルダー１２の回転方向位置が正確に測定されて位置決めするように構成される。
【００２０】
それでは、このように構成された加工装置１により光学素子２０の仕上げ加工をする場合の手順について説明する。仕上げ加工段階にある光学素子２０をホルダー１２に固定保持し、このホルダー１２の回転方向の位置を固定した状態で、上述の方法により透過波面の測定を開始する。解析装置１４により撮像素子９の各点像の位置から光学素子２０の波面収差量と分布を算出するとともに、研磨により除去すべき量および箇所を決定する。そして、加工装置１の上方に配置されている部分修正用スモールツール１３を解析装置１４により制御して光学素子２０の研磨が行われる。このとき、上述の球面ミラー１２が部分修正用スモールツール１３と干渉するため、球面ミラー１２は図示しない駆動機構により上方に移動されて待避される。研磨加工の後に光学素子２０の計測を再度行うときは、部分修正用スモールツール１３を光学素子２０の上方から待避させ、球面ミラー１２を下方に移動させて測定を行う。なお、光学素子２０の波面収差の計測は、光学素子２０の加工面の洗浄が行われた後に行われる。
【００２１】
なお、以上の実施例においては、光学素子２０を透過した光線を球面ミラー１２で反射させるように構成した場合について説明したが、図２に示すように、ハーフミラー７と光学素子２０の間に第２のコリメータレンズ１７を配置し、球面ミラー１２を平面ミラー１６に置き換えた加工装置１′でも波面収差の測定は可能である。この場合、ハーフミラー７で反射して測定光学系２′に入射した平行光束を第２のコリメータレンズ１７で光学素子２０の焦点に一旦結像させてこの光学素子２０を透過させ、光学素子２０で平行光束に変換して平面ミラー１６で反射させるように構成される。なお、図２においては、図１で示した加工装置１と同じ構成要件は同一の符号を付して説明を省略する。このような加工装置１′においては、光学素子２０を透過した光線は平行光束となるため、平面ミラー１６の配置位置に制限は受けず、光学素子２０と平面ミラー１６との間に、部分修正用スモールツール１３の加工空間を十分確保できるため、光学素子２０の加工時に平面ミラー１６を上方に待避させることができるように構成する必要はない。
【００２２】
また、図３に示す加工装置１″のように、光学素子２０の下方から平行光束を照射して、この光学素子２０を透過した光線を上方で計測するように構成することも可能である。この場合、照明光学系３″と測定光学系２″とは光学素子２０の上下に光軸上に並んで配置され、コリメータレンズ６から出射した平行光束を光学素子２０で一旦結像させて第２のコリメータレンズ１８で平行光束にし、この平行光束をマイクロレンズアレイ８で結像させて各点像を撮像素子９で検出するように構成される。なお、この加工装置１″においても、加工装置１と同様に加工時の部分修正用スモールツール１３の加工空間を光学素子２０の上方に確保する必要があるため、図３に示すように、第２のコリメータレンズ１８、マイクロレンズアレイ８、および、撮像素子９を検出用筐体１９に格納して保持し、加工時には、この検出用筐体１９を図示しない駆動機構で上方に待避するように構成される。また、この図３においても、図１で示した加工装置１と同じ構成要件は同一の符号を付して説明を省略する。
【００２３】
以上のように仕上げ加工段階にある光学素子２０を加工（研磨）するための加工装置１に、シャック−ハルトマンの原理による透過波面の測定光学系２を組み込むことにより達成される効果をまとめると次のようになる。第１に、シャック−ハルトマンの原理による透過波面の測定光学系２は可動部分がないため、加工装置１に光学素子２０を取り付けた状態で加工面の波面収差の計測を行うことができる。そのため、光学素子２０のホルダー１２に対する着脱による誤差が無くなり、計測時の位置決め精度を向上させるとともに、測定結果に基づく光学素子２０の加工精度を向上させることができる。
【００２４】
第２に、本実施例に係る加工装置１における測定においては、紫外光等の特殊な光源は必要でなく、可視光（白色光）を使用して測定することができるため、高精度で安価な非球面形状や球面形状の光学素子２０を加工する装置を提供することができる。なお、図３に示すような加工装置１″の構成によれば、ハーフミラー７や球面ミラー１２（平面ミラー１６）が不要となり、測定光学系２″および照明光学系３″を簡単にして、加工装置１″をさらに安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る加工装置を示す構成図である。
【図２】光学素子の加工空間を十分に有した加工措置を示す構成図である。
【図３】照明光学系を光学素子の下方に配置し、測定光学系を光学素子の上方に配置した加工装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  加工装置
２  測定光学系（測定部）
３  照明光学系（測定部）
４  白色光源（点光源）
５  スリット板（点光源）
６  コリメータレンズ（第１の変換部）
８  マイクロレンズアレイ
９  撮像素子
１０  球面ミラー（第２の変換部）
１２  ホルダー（保持部）
１３  部分修正用スモールツール（加工部）
１４  解析装置（制御部）
１５  位置決め機構（位置決め部）
２０  光学部材（被加工部材）
【図１】
2007069283.tif 000003
【図２】
2007069283.tif 000004
【図３】
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