(57)【要約】【課題】  非球面又は球面からなる鏡面を平面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子における鏡面の配置の位置精度を向上させると共に、製品への取り付け時における当該光学素子の取り付け位置精度を向上させる。【解決手段】  非球面ミラーディスクブランク２６’における非球面ミラー２８を形成する面２６’ａ上に予め形成しておいた放物面ミラー部５７へレーザ光を入射させたときに放物面ミラー部５７が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置をＰＳＤ５４が検知し、当該スポット光の位置から面２６’ａへ垂らした垂線を回転軸対称における回転軸とし、この回転軸に基づいて非球面ミラー２８各々の位置決めを行う。【選択図】      図１
2007010941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子であって、
前記回転軸対称における回転軸に対して平行にレーザ光を入射させると当該レーザ光の反射光が当該回転軸上でスポット光を形成する反射ミラー部を、前記鏡面が形成されている面上に形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記反射ミラー部は放物面ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記反射ミラー部は回折格子ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子を生産する方法であって、
前記鏡面を形成する面上に予め形成しておいた反射ミラー部へレーザ光を入射させたときに当該反射ミラー部が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置を検知し、
前記スポット光の位置から前記面へ垂らした垂線を前記回転軸対称における回転軸とし、
前記回転軸に基づいて各々の前記鏡面の位置決めを行う、
ことを特徴とする光学素子の生産方法。
【請求項５】
非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子の成形型であって、
前記回転軸対称における回転軸に対して平行にレーザ光を入射させると当該レーザ光の反射光が当該回転軸上でスポット光を形成する反射ミラー部を、前記鏡面が形成されている面上に形成したことを特徴とする成形型。
【請求項６】
前記反射ミラー部は放物面ミラーであることを特徴とする請求項５に記載の成形型。
【請求項７】
前記反射ミラー部は回折格子ミラーであることを特徴とする請求項５に記載の成形型。
【請求項８】
非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子の成形型を生産する方法であって、
前記鏡面を形成する面上に予め形成しておいた反射ミラー部へレーザ光を入射させたときに当該反射ミラー部が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置を検知し、
前記スポット光の位置から前記面へ垂らした垂線を前記回転軸対称における回転軸とし、
前記回転軸に基づいて各々の前記鏡面の位置決めを行う、
ことを特徴とする成形型の生産方法。
【請求項９】
非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子またはその成形型の生産に用いられるワークの位置決め装置であって、
超精密加工機のワーク回転主軸からその回転主軸半径方向の任意の位置に調整位置決めされる検出ユニットであって、当該回転主軸に取り付けられたワークへ照射するレーザ光を励起させるレーザ光発振部、及び、当該照射されたレーザ光のワークからの反射光によって形成されるスポット光の位置を検知する検知部を備える当該検出ユニットと、
前記超精密加工機のワーク回転主軸端に取り付けられて前記ワーク回転主軸のラジアル方向へワークを微小送り可能に構成されている微小送りユニットと、
前記微小送り機構上で前記ワーク回転主軸の中心から所定の位置に取り付けられて当該ワーク回転主軸と平行な回転軸を有する任意の回転角度にワークの位置決めが可能な回転位置決めユニットと、
を有することを特徴とするワーク位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工技術に関し、特に、非球面または球面の超精密切削または超精密研削加工における加工ワークの位置決めの技術に関するものであって、高解像度のビデオプロジェクター等の光学系部品として用いられるような、複数の回転軸対称配置した非球面若しくは球面からなる反射光学素子、及びその成形型の加工に好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関する部品形状を図１０に示す。ここでは、複数の非球面である鏡面を平面上に回転軸対称に配置したミラーディスクの例を示す。なお、図１０において、（ａ）は非球面ミラーディスク１の正面図、（ｂ）は（ａ）にＰ−Ｐ’として示した切断線における断面図である。
【０００３】
非球面ミラーディスク１は、その中心軸Ａに対して対称かつ等間隔で、中心軸Ａから半径ｒの位置に複数配置された鏡面である非球面ミラー２を有しており、中心軸Ａに対して同心になるように加工された取り付け基準穴３と、その取り付け基準穴３と同時加工された裏面１３と、非球面ミラーディスク１を製品本体の回転軸に固定するための固定穴４とが設けられている。
【０００４】
非球面ミラーディスク１を高速回転させている状態で非球面ミラー２へ画像情報を含んだ光を入射させると、その光は複数の非球面ミラー２で次々に反射される。このとき、非球面ミラー２の中心軸Ａに対する位置は重要であり、特に、ラジアル方向に対してはサブミクロンの精度が求められる。このような精度を有することにより、高い解像度での画像の投射が可能になる。
【０００５】
従来、このような部品の加工は、例えば図１１に示す手法により行われていた。
図１１において、超精密旋盤５における回転主軸６の端面６ａに固定されている加工ワーク取り付けプレート７に、回動基準軸８を、回転主軸６の回転中心軸Ｂから前記半径ｒの位置に固定する。また、回動基準軸８の中心から前記半径ｒの位置に、角度割り出しピン９を固定する。
【０００６】
非球面ミラーディスクブランク１’の取り付け基準穴３と非球面ミラー２の裏面の基準ザグリ部１０とは、超精密ジグボーラーによって予め同時加工されている。なお、基準ザグリ部１０の割り出し角度は、加工対象である非球面ミラー２の割り出し角度であり、角度割り出しピン９に精密に嵌合するように加工しておく。
【０００７】
ここで、取り付け基準穴３と回動基準軸８、及び、基準ザグリ部１０と角度割り出しピン９をそれぞれ嵌合して、非球面ミラーディスクブランク１’をワーク取り付けプレート７上に位置決めし、不図示のボルトで固定する。なお、図中の１４は、回転主軸６の回転バランスをとるためのバランスウェイトである。
【０００８】
このような状態でダイヤモンドバイト１１の位置をＮＣ軸制御して、非球面ミラーディスクブランク加工面１’ａを所定の非球面形状に超精密切削加工する。
以上の段取りから切削にかけての各工程を非球面の個数だけ繰り返し行うことで複数の非球面ミラー２を次々に加工して非球面ミラーディスク１を作製する。
【０００９】
なお、この非球面ミラーディスク１の製品への取り付けの際には、図１２に示すように、製品側の回転軸１２の基準端面部１２ａに非球面ミラーディスク１の裏面１３を密着させてチルトの発生をなくすようにする。また、ラジアル方向のシフトに対しては、回転軸１２の基準側面１２ｂと非球面ミラーディスク１の取り付け基準穴３との嵌合により位置決めを行うようにする。
【００１０】
なお、このような、球面または非球面を複数配列してなるレンズアレイ等の光学素子の金型を加工する他の技術として、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている技術が知られている。特許文献１では、加工装置の主軸端面の中央部に所定方向へ移動自在なスライドテーブルを設けてそれにワークを取り付けるようにし、そのワーク加工部が主軸回転中心に来るようにスライドテーブルで位置を合わせて加工を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、主軸端面にワークを取り付けるようにし、主軸外に取り付けられ、主軸回転軸の軸方向に対して直交する２方向にワークを移動させる移動機構と、主軸の回転軸に対して相対的に移動する加工用工具とでワークの加工を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１８９６０１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３７０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１１を用いて説明した従来の手法では、取り付け基準穴３と回動基準軸８、及び、基準ザグリ部１０と角度割り出しピン９の嵌合精度によって、中心軸Ａに対する非球面ミラー２の位置精度が決まる。ここで、この精度を上げるためにこの嵌合の隙間を小さくしていけばそれらの挿入が困難になるため、数ミクロン以上の隙間は許容せざるを得ない。そのため、中心軸Ａに対する非球面ミラー２の位置精度は数ミクロンのレベルが限界であり、特に要求精度の厳しいラジアル方向の位置精度を達成することができない。また、中心軸Ａの位置を検出できないので、位置ズレに対する補正を行うことができない。
【００１２】
従って、設計上求められる１ミクロン以下の位置精度を持つ非球面ミラーディスクの加工を行うことは困難である。
また、所望の設計精度の非球面ミラーディスク１が得られたとしても、図１２のように、製品の回転軸１２と非球面ミラーディスク１の中心軸Ａとを一致させて非球面ミラーディスク１を位置決めする際におけるラジアル方向のシフトズレは、回転軸１２の基準側面１２ｂと非球面ミラーディスク１の取り付け基準穴３との嵌合精度で決まるため、嵌合ガタ分のズレが生じてしまう。
【００１３】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、非球面又は球面からなる鏡面を平面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子における鏡面の配置の位置精度を向上させると共に、製品への取り付け時における当該光学素子の取り付け位置精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の態様のひとつである光学素子は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子であって、前記回転軸対称における回転軸に対して平行にレーザ光を入射させると当該レーザ光の反射光が当該回転軸上でスポット光を形成する反射ミラー部を、前記鏡面が形成されている面上に形成したことを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００１５】
なお、上述した本発明に係る光学素子において、前記反射ミラー部は放物面ミラーであるとしてもよい。
また、前述した本発明に係る光学素子において、前記反射ミラー部は回折格子ミラーであるとしてもよい。
【００１６】
また、本発明の別の態様のひとつである光学素子の生産方法は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子を生産する方法であって、前記鏡面を形成する面上に予め形成しておいた反射ミラー部へレーザ光を入射させたときに当該反射ミラー部が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置を検知し、前記スポット光の位置から前記面へ垂らした垂線を前記回転軸対称における回転軸とし、前記回転軸に基づいて各々の前記鏡面の位置決めを行う、ことを特徴とするものであり、この方法を使用して生産される光学素子の有する特徴によって、前述した課題を解決する。
【００１７】
また、本発明の更なる別の態様のひとつである成形型は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子の成形型であって、前記回転軸対称における回転軸に対して平行にレーザ光を入射させると当該レーザ光の反射光が当該回転軸上でスポット光を形成する反射ミラー部を、前記鏡面が形成されている面上に形成したことを特徴とするものであり、この成形型を使用して生産される光学素子の有する特徴によって、前述した課題を解決する。
【００１８】
なお、上述した本発明に係る成形型において、前記反射ミラー部は放物面ミラーであるとしてもよい。
また、前述した本発明に係る成形型において、前記反射ミラー部は回折格子ミラーであるとしてもよい。
【００１９】
また、本発明の更なる別の態様のひとつである成形型の生産方法は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子の成形型を生産する方法であって、前記鏡面を形成する面上に予め形成しておいた反射ミラー部へレーザ光を入射させたときに当該反射ミラー部が反射光を集光させることによって形成されるスポット光の位置を検知し、前記スポット光の位置から前記面へ垂らした垂線を前記回転軸対称における回転軸とし、前記回転軸に基づいて各々の前記鏡面の位置決めを行う、ことを特徴とするものであり、この方法を使用して生産された成形型を使用して生産される光学素子の有する特徴によって、前述した課題を解決する。
【００２０】
また、本発明の更なる別の態様のひとつであるワーク位置決め装置は、非球面又は球面からなる鏡面を面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子またはその成形型の生産に用いられるワークの位置決め装置であって、超精密加工機のワーク回転主軸からその回転主軸半径方向の任意の位置に調整位置決めされる検出ユニットであって、当該回転主軸に取り付けられたワークへ照射するレーザ光を励起させるレーザ光発振部、及び、当該照射されたレーザ光のワークからの反射光によって形成されるスポット光の位置を検知する検知部を備える当該検出ユニットと、前記超精密加工機のワーク回転主軸端に取り付けられて前記ワーク回転主軸のラジアル方向へワークを微小送り可能に構成されている微小送りユニットと、前記微小送り機構上で前記ワーク回転主軸の中心から所定の位置に取り付けられて当該ワーク回転主軸と平行な回転軸を有する任意の回転角度にワークの位置決めが可能な回転位置決めユニットと、を有することを特徴とするものであり、この装置を使用して生産される光学素子の有する特徴によって、前述した課題を解決する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、以上のようにすることにより、非球面又は球面からなる鏡面を平面上に回転軸対称に複数配置してなる光学素子における鏡面の配置の位置精度が向上すると共に、製品への取り付け時における当該光学素子の取り付け位置精度が向上するという効果を奏する。
【００２２】
本発明の効果として、
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１〜図５を参照しながら本実施例について説明する。
図１において、超精密旋盤２０の回転主軸２１の端面２１ａに微小送り台２２が固定されており、その微小送り台２２の微動ステージ２２ａに固定されている取り付けベース２３には、回動基準軸２４が回転主軸２１の回転中心軸Ｂから半径ｒの位置に固定されている。また、回動基準軸２４から半径ｒの位置に角度割り出しピン２５が固定されている。なお微小送り台２２は後述するようにラジアル平面内で微小送りできる構成になっている。
【００２５】
非球面ミラーディスクブランク２６’の取り付け基準穴２７と非球面ミラー２８の裏面の基準ザグリ部２９とは、超精密ジグボーラーにより予め同時加工されている。なお、基準ザグリ部２９の割り出し角度は、加工対象の鏡面である非球面ミラー２８の割り出し角度であり、回転位置決めユニットである角度割り出しピン２５に精密に嵌合するように加工しておく。
【００２６】
また、取り付け基準穴２７は回動基準軸２４に精密に嵌合するように加工しておく。
ここで、取り付け基準穴２７と回動基準軸２４、及び、基準ザグリ部２９と角度割り出しピン２５をそれぞれ嵌合して、非球面ミラーディスクブランク２６’を微動ステージ２２ａ上に取り付けベース２３を介して位置決めし、不図示のボルトで固定する。なお、図中の３０は、回転主軸の回転バランスをとるためのバランスウェイトである。
【００２７】
このような状態でダイヤモンドバイト３１の先端位置をＮＣ２軸制御して、非球面ミラーディスクブランク加工面２６’ａを所定の非球面形状に超精密切削加工する。
なお、図中の３２はダイヤモンドバイト３１を支持するツールホルダーである。ツールホルダー３２は超精密旋盤２０の機械ベース３４上に設置された２つのＮＣ送りステージ３５及び３６上に固定されている。ここで、ＮＣ送りステージ３５の送り方向は、回転主軸２１の回転中心軸Ｂに垂直な方向であり、ＮＣ送りステージ３６の送り方向は、回転中心軸Ｂに平行な方向である。
【００２８】
微小送りユニットである微小送り台２２は、図２の平面図に示すように、固定ベース２２ｂと、前記の微動ステージ２２ａと、これらを弾性的に連結する金属製の４本の弾性ピン３７と、４つの微小送り機構３８とを備えている。
【００２９】
図３は、図２にＡ−Ａ’として示した切断線における微小送り台２２の部分断面図である。同図に示すように、固定ベース２２ｂと微動ステージ２２ａとは、それらの四隅の位置において、弾性ピン３７の両端部３７ａの焼きバメによって締結されている。また、弾性ピン３７は、同図に示すように、その両端部３７ａからやや中央寄りの外周部に、切り欠き３７ｂが２ケ所設けられている。
【００３０】
ここで、弾性ピン３７における切り欠き３７ｂより中央側の部分が固定ベース２２ｂ及び微動ステージ２２ａのいずれとも接触しないように、逃げが設けられている。従って、微動ステージ２２ａの側方から力が加わったときには、弾性ピン３７は微動ステージ２２ａを通じてせん断力を受けて微小な弾性変形を生じ、平行バネの作用により、微動ステージ２２ａをその平面内で微小に変位させることができる。
【００３１】
図４は、図２にＢ−Ｂ’として示した切断線における微小送り台２２の部分断面図であり、当該切断線における微小送り機構３８の断面を示している。同図において、送りネジ３９は支持部材４０及び４１に内蔵されているベアリング４２及び４３を介して固定ベース２２ｂに回動自在に取り付けられている。
【００３２】
送りネジ３９の中央付近には、その送りネジ３９に螺合された押し付け部材４４が設けられており、送りネジ３９の回転により固定ベース２２ｂ上をネジ方向に微小送りされる。押し付け部材４４の微動ステージ２２ａ側の端面４４ａ（図２参照）はテーパ角を有する平面となっている。そして、この端面４４ａに対向して接触させている、同じテーパ角の端面４６ａを有する当てつけ部材４６が、微動ステージ２２ａの側面部２２ｃに固定されている。なお、図４における４５は螺合のガタを防止するためのスプリングである。
【００３３】
以上の構成の微小送り機構３８は、固定ベース２２ｂ上の微動ステージ２２ａの側方４ケ所に設けられており、微動ステージ２２ａの側方から力が加えられた際には、これらによって微動ステージ２２ａ平面内の直交する２方向に微小変位させることができる。
【００３４】
図１の４７は、機械ベース３４に固定されたスポット光検出ユニットである。このうちの検出ユニットボックス４８は、回転主軸端面２１ａに取り付けられた非球面ミラーディスクブランク２６’の加工面２６’ａ方向へその開口部４８ａが向けられた状態で支持部材４９に支持されている。
【００３５】
検出ユニットボックス４８内には、レーザ発振子５０、発振されたレーザ光を平行光にするコリメータレンズ５１、その平行光を直角２方向に分岐させるビームスプリッタ５２、そのビームスプリッタ５２からの反射収束光を拡大するための拡大レンズ５３、及び、その拡大レンズ５３を通して収束したスポット光の位置を精密に検知できるＰＳＤ（Position Sensing Device ）５４が備えられている。ビームスプリッタ５２を透過した平行光は開口部４８ａから検出ユニットボックス４８外へ導かれ、非球面ミラーディスクブランク２６’の加工面２６’ａに対して垂直に照射される。ビームスプリッタ５２で直角に反射されたレーザ光はＰＳＤ５４へ導かれて位置検出できるようにこれらは配置されている。
【００３６】
ＰＳＤ５４で検知されたスポット光の位置情報に関する信号はコンピュータ５５へ入力される。コンピュータ５５は、所定の制御プログラムを実行させることにより、予め設定した位置基準からの距離を入力信号に基づいて算出する処理を行うと共に、スポット光の位置をモニターテレビ５６に表示する処理を行う。
【００３７】
上記の構成の超精密旋盤２０を用いて、非球面ミラーディスクを製作する手順と作用の詳細を説明する。
非球面ミラーディスクブランク２６’としては、アルミ基材表面に無電解ニッケル被膜を施し、その被膜を切削加工層としたものを使用する。そして、この非球面ミラーディスクブランク２６’の中心位置に、凹形状の放物面ミラー部５７を予め切削加工しておく。この放物面ミラー部５７は、後述するように、入射される平行レーザ光を反射してスポット光を形成するためのものであるので、設計形状からのズレ量がλ／４に収まる精度で加工しておくことが望ましい。
【００３８】
次に、この非球面ミラーディスクブランク２６’を、前述したように回動基準軸２４、角度割り出しピン２５により位置決めした上で、超精密旋盤２０に取り付けられている取り付けベース２３に、不図示のボルトで固定する。
【００３９】
次に、スポット光検出ユニット４７のレーザ発振子５０でレーザ光を励起させて、開口部４８ａから放物面ミラー部５７へ向けてレーザ光を平行光として照射する。放物面ミラー部５７で反射したレーザ光は、放物面ミラー部５７の放物面の設計形状と拡大レンズ５３の焦点距離とにより決まる焦点位置に、１マイクロメートル程度のスポット光となって焦点を結ぶ。
【００４０】
ここで不図示の位置調整機構によりスポット光検出ユニット４７の位置を微調整して、このスポット光をＰＳＤ５４が位置検出できるようにし、モニターテレビ５６にそのスポット光の像を表示させる。このときコンピュータへ指示を与え、モニターテレビ５６上に併せて表示されている十字線の交点を移動させて前記スポット光位置に一致させる。この交点の位置を以降の非球面部の加工における基準位置とする。
【００４１】
続いて、回転主軸２１を回転させると共に、ダイヤモンドバイト３１の先端位置をＮＣ２軸制御し、回転中心軸Ｂを中心とした非球面ミラーディスクブランク２６’の加工面２６’ａに、所定の形状の非球面ミラー２８を超精密切削加工する。
【００４２】
なお、この切削加工の前に、バランスウェイト３０の重量調整を行って回転バランスの調整を行うことが望ましく、これにより、回転振動による切削加工面の表面粗さや形状精度の低下が防止され、また、遠心力の偏りによる微小送り台２２の変位の発生が防止される。
【００４３】
その後、非球面ミラーディスクブランク２６’を一旦取り外し、隣の基準ザグリ部２９と角度割り出しピン２５とを嵌合させて取り付けベース２３に再度固定する。
基準ザグリ部２９は超精密ジグボーラーにより所定角度で加工されているので、基準ザグリ部２９と角度割り出しピン２５の嵌合ガタｄ内で角度割り出しが可能である。通常、これは数マイクロメートル程度発生するが、割り出し角度の誤差ｅは、
ｅ＝± tan-1（ｄ／ｒ）
であり、一般的な嵌合ガタ量５μｍ、一般的な非球面ミラーディスクブランク形状ｒ＝２０ｍｍの場合には、誤差ｅは±０．８６分となり、必要公差である±３分に対しては十分に許容範囲内である。
【００４４】
回転主軸２１の停止位置（角度）は、回転主軸２１に内蔵されている不図示の精密エンコーダを用いて、放物面ミラー部５７から反射したスポット光をモニターテレビ５６の十字線交点に合わせたときの停止位置（角度）に設定する。そして、この状態で放物面ミラー部５７から反射したスポット光の位置検出を行い、モニターテレビ５６上にセットした基準位置を示す十字線の交点位置を目標にして、微小送り台２２の送りネジ３９を操作して微動ステージ２２ａを微小変位させることにより、スポット光と十字線の交点位置との位置合わせを行う。この位置合わせにより、放物面ミラー部５７の位置を基準位置に常に一致させることができる。
【００４５】
この後、回転主軸２１を回転させ、２個目の非球面ミラーの切削加工を実施する。
以降の手順は上記の繰り返しとなり、放物面ミラー部５７の位置を基準位置に常に一致させつつ、複数の非球面ミラー２８の加工を行う。これにより、放物面ミラー部５７によるスポット光位置を基準に位置調整させて当該加工がなされるので、全ての非球面ミラーのラジアル方向の位置は調整精度の範囲内となり、位置精度が向上する。なお、この調整精度は、スポット光の大きさ、ＰＳＤ５４の性能、拡大レンズ５３の設定倍率、微小送り台２２の送り精度等によるが、これらはいずれもスポット光の大きさに匹敵する１マイクロメートル程度での調整が可能であり、各精度を更に向上させることで１マイクロメートル以下の精度を得ることもできる。
【００４６】
このようにして加工された非球面ミラーディスク５８は、ビデオプロジェクター等の映像信号のスキャンミラーとして例えば用いられ、図５に示すように、製品側の回転軸１２の基準端面部１２ａにその裏面５８ａを密着させてチルトの発生をなくすと共に、前述したものと同様な構成のスポット光検出ユニット５９から平行なレーザ光を放物面ミラー部５７へ照射し、そこからの反射によって得られるスポット光の位置を検出し、コンピュータ６０を介してモニターテレビ６１に表示させることにより、ラジアル方向のシフトを検知して位置補正を行うことができる。なお、この位置補正は、回転軸１２を回転させたときにモニターテレビ６１上に描かれる円弧の中心位置にスポット光をシフトさせるように行えばよい。
【００４７】
このように、放物面ミラー部５７からのスポット光を検知して、その回転振れをなくすように調整することにより、製品の回転軸と複数の非球面の対称中心軸とを一致させように非球面ミラーディスク５８を取り付けることができる。
【００４８】
なお、本実施例における微小送り台２２の微小変位を行わせるためのアクチュエータとして、微動ステージ２２ａの側方に圧電変位素子を設け、これに所定の電圧を付加して微小変位させる構成とすることも可能である。
【００４９】
また、非球面ミラーディスクブランク２６’の角度割り出し機構の変形例として、基準ザグリ部２９を非球面ミラーディスクブランク２６’側面に設けるように構成してもよく、また、角度割り出しピン２５をラジアル方向から基準ザグリ部２９に嵌合するように構成してもよい。この構成によれば、非球面ミラーディスクブランク２６’を回動基準軸２４から外すことなく角度割り出しの作業が実施できるので、作業性が向上する。
【００５０】
また、この角度割り出しのための機構として、所定の角度で互いに噛み合う形状に歯切りされた凹凸の歯からなるカップリングユニットを用いてもよく、市販されている汎用のカップリングユニットを用いた角度の割り出しであっても、５秒以内の精度の保証が可能である。
【００５１】
また、放物面ミラー部５７の形状は放物面に限定されることはなく、例えば軸対称の非球面や球面形状でもよい。なお、このような形状とする場合には、反射光が所定の焦点位置でスポット光を結ぶようにするために、補正レンズをスポット光検出ユニット４８及び５９の光学系内に設ける必要がある。
【００５２】
以上のように、本実施例により、非球面ミラーディスク５８の中心軸に対する非球面ミラー２８のラジアル方向の位置精度を、１マイクロメートルあるいはそれ以下の精度に加工した反射光学素子、また、その加工方法及び加工ワーク位置決め装置の提供が可能となり、更に、製品の回転軸１２に対して偏心なく取り付けることができる反射光学素子の提供が可能となる。
【実施例２】
【００５３】
図６及び図７を参照しながら本実施例について説明する。
本実施例は、実施例１における放物面ミラーを回折光学ミラーとした点において、実施例１と異なっている。
【００５４】
図６に示す非球面ミラーディスク５８の断面図において、回折ミラー６２は非球面ミラーディスク５８の中心部に予め切削加工されている。この回折ミラー６２の断面形状は、図６の部分拡大図でもある図７に示すように、中心軸Ａに対称な同心円のブレーズ（鋸歯）形状であり、ブレーズの斜面は中心軸Ａに向かって傾斜するように構成されている。また、ブレーズの深さｈは、回折効率を上げるため、照射されるレーザ光の波長をλとするとλ／２に設定することが望ましい。更に、ブレーズのピッチ幅Ｐｉは、入射した反射光を所望の焦点距離で１マイクロメートル程度のスポット光を形成するようにするために、一般の回折光学理論から計算された値に設定される。
【００５５】
ブレーズの切削加工は、図７に示すように、鋭利な刃先を有するフレネルバイト６３の切刃６３ａの角度と位置とのＮＣ制御による旋削加工によって行い、ミラー面に加工する。
【００５６】
このようにして形成した回折ミラー６２へレーザ光を入射させると、この反射光は所望の焦点距離にスポット光を結ぶので、実施例１における放物面ミラーと同様の機能を持たせることができる。従って、実施例１と同様の作用を有する非球面ミラーディスクの加工、及び取り付け位置の精密調整が可能である。
【００５７】
以上のように、本実施例による回折ミラー６２の反射スポット光の位置検出により、非球面ミラーディスク５８の中心軸に対する非球面ミラー２８のラジアル方向の位置精度を、１マイクロメートルあるいはそれ以下の精度に加工した反射光学素子、また、その加工方法及び加工ワーク位置決め装置の提供が可能となり、更に、製品の回転軸１２に対して偏心なく取り付けることができる反射光学素子の提供が可能となる。
【実施例３】
【００５８】
図８及び図９を参照しながら本実施例について説明する。なお、本実施例は、実施例１における加工の対象であった非球面ミラーディスク５８に代えて、成形型の加工を行う例を示す。
【００５９】
本実施例における加工の対象である非球面ミラーディスク成形型の構造を図８に示す。この非球面ミラーディスク成形型６４が図５に示されている非球面ミラーディスク５８（）と異なる点は、非球面ミラー部２８の形状を、これに対応する凸形状である非球面成形部６５としている点である。この非球面成形部６５のみを切削加工すればよいように、非球面ミラーディスク成形型６４は、ブランク状態で、非球面成形部６５の部分を凸形状に予備加工しておくことが望ましい。
【００６０】
なお、成形面６４ａを射出成形でプラスチック面に精密転写させるために非球面ミラーディスク成形型６４に必要な、入れ子としての構造はここでは省略する。
このような非球面ミラーディスク成形型６４を用い、その成形面６４ａに形成した非球面成形部６５及び放物面ミラー部５７を射出成形により精密転写することにより、図９に示すような、非球面ミラー６７及び凸放物面ミラー６８を有する非球面ミラーディスク６６のプラスチック成形品を得ることができる。
【００６１】
ラジアル方向の位置ズレを精密に調整してこの非球面ミラーディスク６６を製品の回転軸１２に取り付けるには、前記のスポット光検出ユニット５９に代えて、スポット光検出ユニット６９を用いる。
【００６２】
このスポット光検出ユニット６９は、ビームスプリッタ５２から反射ミラー方向へ出射したレーザ光を、フォーカスレンズ７０及び集光レンズ７１を介して凸放物面ミラー６８へ照射し、そこからの反射光の一部を集光レンズ７１で集光した後、フォーカスレンズ７０及び拡大レンズ５３により、スポット光としてＰＳＤ５４上に結像させるように構成している点が、前記のスポット光検出ユニット５９と異なっている。
【００６３】
上述した構成の非球面ミラーディスク成形型６４を射出成形型として用いることにより、凸放物面ミラー６８の位置を基準としてラジアル方向に１マイクロメートルあるいはそれ以下の精度で位置決めされて形成されている複数の非球面ミラー６７を有する非球面ミラーディスク６６を量産することができる。
【００６４】
また、この非球面ミラーディスク６６を製品の回転軸１２に取り付けるに際し、転写して形成した凸放物面ミラー部６８へ、スポット光検出ユニット６９からレーザ光を照射して、その反射光をスポット光として位置検出することにより、ラジアル方向のズレを１マイクロメートルあるいはそれ以下の精度で位置決めすることができる。
【００６５】
以上のように、本実施例により、非球面ミラーディスク６６の中心軸に対する非球面ミラー６７のラジアル方向の位置精度を、１マイクロメートルあるいはそれ以下として加工することのできる反射光学素子の成形型６４、また、その加工方法及び加工ワーク位置決め装置の提供が可能となり、更に、製品の回転軸１２に対して偏心なく取り付けることのできる反射光学素子の成形加工品の提供が可能となる。
【００６６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、上述した各実施例は非球面ミラーが複数配置されてなる非球面ミラーディスクの作製についてのものであったが、球面ミラーを平面上に回転軸対称に複数配置されてなるミラーディスクを同様にして作製することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施例１に係る非球面ミラーディスクの加工の手法を説明する図である。
【図２】微小送り台の平面図である。
【図３】微小送り台の部分断面図（その１）である。
【図４】微小送り台の部分断面図（その２）である。
【図５】実施例１により作製される非球面ミラーディスクの製品への取り付けの様子を示す図である。
【図６】実施例２により作製される非球面ミラーディスクの断面図である。
【図７】フレネルバイトによる図６における回折光学ミラー部分の旋削加工の様子を示す図である。
【図８】実施例３により作製される非球面ミラーディスク成形型の断面図である。
【図９】実施例３により作製される非球面ミラーディスク成型品の製品への取り付けの様子を示す図である。
【図１０】非球面ミラーディスクの形状の例を示す図である。
【図１１】図１０に示した非球面ミラーディスクの加工の手法の従来例を説明する図である。
【図１２】図１０に示した非球面ミラーディスクの製品への取り付けの様子を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１、５８、６６  非球面ミラーディスク
１’、２６’  非球面ミラーディスクブランク
１’ａ、２６’ａ  非球面ミラーディスクブランク加工面
２、２８、６７  非球面ミラー
３、２７  取り付け基準穴
４  固定穴
５、２０  超精密旋盤
６、２１  回転主軸
６ａ、２１ａ  回転主軸端面
７  加工ワーク取り付けプレート
８、２４  回動基準軸
９、２５  角度割り出しピン
１０、２９  基準ザグリ部
１１、３１  ダイヤモンドバイト
１２  製品側回転軸
１２ａ  基準端面部
１２ｂ  基準側面
１３  非球面ミラーディスク裏面
１４、３０  バランスウェイト
２２  微小送り台
２２ａ  微動ステージ
２２ｂ  固定ベース
２２ｃ  微動ステージ側面部
２３  取り付けベース
３２  ツールホルダー
３４  機械ベース
３５、３６  ＮＣ送りステージ
３７  弾性ピン
３７ａ  弾性ピン端部
３７ｂ  切り欠き
３８  微小送り機構
３９  送りネジ
４０、４１  支持部材
４２、４３  ベアリング
４４  押し付け部材
４４ａ  押し付け部材端面
４５  スプリング
４６  当てつけ部材
４６ａ  当てつけ部材端面
４７、５９、６９  スポット光検出ユニット
４８  検出ユニットボックス
４８ａ  検出ユニットボックス開口部
４９  検出ユニットボックス支持部材
５０  レーザ発振子
５１  コリメータレンズ
５２  ビームスプリッタ
５３  拡大レンズ
５４  ＰＳＤ
５５、６０  コンピュータ
５６、６１  モニターテレビ
５７  放物面ミラー部
５８ａ  非球面ミラーディスク裏面
６２  回折ミラー
６３  フレネルバイト
６３  切刃
６４  非球面ミラーディスク成形型
６４ａ  成形面
６５  非球面成形部
６８  凸放物面ミラー
７０  フォーカスレンズ
７１  集光レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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