(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が光学素子の球面に接触する接触端子を設けた測定子を、先端が前記光学素子の球面にリング状に接触する測定治具の該先端内側に設けた端子用穴内に前記測定子の接触端子が収容されるようにして前記測定治具と一体化し、前記測定子と一体化された測定治具の前記先端に光学素子の球面を押し付けて、光学素子の球面形状を測定する球面測定方法において、
前記測定治具は、上下方向に貫通する取付穴を形成したハウジングの前記取付穴を貫通させて前記ハウジングに対し傾動可能に保持し、
前記光学素子の球面形状測定時に光学素子の球面と測定治具の先端とが倣うように光学素子又は／及び測定治具に直接又は間接に振動を与えることを特徴とする球面測定方法。
【請求項２】
先端が光学素子の球面に接触する接触端子を設けた測定子と、先端が前記光学素子の球面にリング状に接触するとともに該先端内側の端子用穴内に前記測定子の接触端子を収容して前記測定子と一体化された測定治具と、上下方向に貫通して形成した取付穴を貫通させて前記測定治具を傾動可能に保持するハウジングと、前記光学素子の球面の測定時に光学素子の球面と測定治具の先端とが倣うように光学素子又は／及び測定治具に直接又は間接に振動を付与する振動付与手段と、を備えていることを特徴とする球面測定装置。
【請求項３】
前記測定治具は球面軸受を介してハウジングに傾動可能に保持されていると共に、前記ハウジングが測定治具と光学素子との当接によって水平方向及び上下方向に移動可能なように前記ハウジングに形成した貫通穴を貫通する案内軸に取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の球面測定装置。
【請求項４】
前記案内軸は測定治具と光学素子との当接方向に向かって径が小さくなるテーパ部を有し、前記ハウジングはこのテーパ部に取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の球面測定装置。
【請求項５】
前記測定治具が光学素子と離れているときに、測定治具を測定前の定位置に位置決めする位置決め手段を備えていることを特徴とする請求項２又は３記載の球面測定装置。
【請求項６】
前記測定治具を光学素子に押し付ける押し付け手段又は測定治具を光学素子に押し付けると共に当該押し付け力を調整する押し付け力調整手段を備えていることを特徴とする請求項２又は３記載の球面測定装置。
【請求項７】
前記ハウジングは前記ハウジングの取付穴を貫通した測定治具の後端を上下方向に挿通させるための挿通穴を設けたベースの下面側に、該ベース下面から垂下した案内軸により水平に保持されて取り付られていることを特徴とする請求項２又は３記載の球面測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズなどの光学素子の加工や成形の際に、光学素子の曲率または曲率半径などの球面形状を測定する球面測定方法及び球面測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７はレンズの光学表面の曲率半径を測定するための、特公平７−５２０８１号公報に記載された従来の球面測定装置を示す。この装置では、被測定レンズ７５の球面に接触する接触端子７１ｂを有した測定子７１がねじからなる固定部材７４によってレンズ受け部材７２と一体化されている。レンズ受け部材７２はその外周面の先端で被測定レンズ７５の球面を受ける部材である。このレンズ受け部材７２は弾性体７３を介してベース部材７０に支持されている。測定子７１には嵌合部７１ｃが設けられており、この嵌合部７１ｃと嵌合する嵌合穴７０ａがベース部材７０に設けられている。
【０００３】
このような構成では、測定前に嵌合部７１ｃと嵌合穴７０ａとが嵌合しており、この状態に対し、ある一定の圧力で被測定レンズ７５がレンズ受け部材７２に圧接されると弾性体７３が縮む。この弾性体７３が縮むことによって、測定子７１の嵌合部７１ｃとベース部材７０の嵌合穴７０ａとの嵌合が外れて、ベース部材７０に対して測定子７１が自由に動くようになる。このため、偏心、傾きを有する被測定レンズ７５の球面に倣って測定子７１が傾動して安定位置まで移動し、この位置で被測定レンズ７５を安定して保持し、被測定レンズ７５の曲率半径を測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の球面測定装置では、弾性体７３による支持によりレンズ受け部材７２の位置出しを行っているため、レンズ受け部材７２の位置出しが困難となっている。又、初期当て付け条件が安定しないため、被測定レンズ７５の当て付きが安定せず、測定値がばらついている。さらに、摩擦発生により測定子７１の倣い移動が途中で止まって測定ができない問題を有している。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、レンズなどの光学素子に押し付ける際に、安定した押しつけが可能でしかも、正確な位置出しを行うことができ、さらには、測定子の倣い移動を良好に行うことができ、これにより正確に測定することが可能な球面測定法法及び球面測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の球面測定方法は、先端が光学素子の球面に接触する接触端子を設けた測定子を、先端が前記光学素子の球面にリング状に接触する測定治具の該先端内側に設けた端子用穴内に前記測定子の接触端子が収容されるようにして前記測定治具と一体化し、前記測定子と一体化された測定治具の前記先端に光学素子の球面を押し付けて、光学素子の球面形状を測定する球面測定方法において、前記測定治具は、上下方向に貫通する取付穴を形成したハウジングの前記取付穴を貫通させて前記ハウジングに対し傾動可能に保持し、前記光学素子の球面形状測定時に光学素子の球面と測定治具の先端とが倣うように光学素子又は／及び測定治具に直接又は間接に振動を与えることを特徴とする。この発明では、光学素子又は／及び測定治具に振動を与えることにより、光学素子と測定治具との倣い移動を促進させることができ、光学素子と測定治具とが確実に倣い移動することができる。このため、光学素子の球面形状を正確に測定することができる。
【０００７】
請求項２の発明の球面測定装置は、先端が光学素子の球面に接触する接触端子を設けた測定子と、先端が前記光学素子の球面にリング状に接触するとともに該先端内側の端子用穴内に前記測定子の接触端子を収容して前記測定子と一体化された測定治具と、上下方向に貫通して形成した取付穴を貫通させて前記測定治具を傾動可能に保持するハウジングと、前記光学素子の球面の測定時に光学素子の球面と測定治具の先端とが倣うように光学素子又は／及び測定治具に直接又は間接に振動を付与する振動付与手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この発明では、振動付与手段が光学素子又は／及び測定治具に直接又は間接に振動を与えるため、光学素子及び測定治具が確実に倣い移動し、光学素子の球面測定を正確に行うことができる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２記載の発明であって、前記測定治具は球面軸受を介してハウジングに傾動可能に保持されていると共に、前記ハウジングが測定治具と光学素子との当接によって水平方向及び上下方向に移動可能なように前記ハウジングに形成した貫通穴を貫通する案内軸に取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
この発明では、球面軸受によって測定治具がハウジングに傾動可能に保持されており、しかもハウジングが水平方向及び上下方向に移動可能となっているため、測定治具と光学素子との倣い移動の移動量を増加させることができ、正確な測定が可能となる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３記載の発明であって、前記案内軸は測定治具と光学素子との当接方向に向かって径が小さくなるテーパ部を有し、前記ハウジングはこのテーパ部に取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明では、案内軸に径が小さくなるテーパ部を形成するため、案内軸の径が小さな部分によってハウジングの水平方向の移動量が増大する。このため、倣い移動の移動量が増加して正確な測定を行うことができる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項２又は３記載の発明であって、前記測定治具が光学素子と離れているときに、測定治具を測定前の定位置に位置決めする位置決め手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この発明では、光学素子の測定時に傾いた測定治具の位置を位置決め手段が測定前の定位置に矯正するため、光学素子と測定治具との当て付け精度が向上し、正確な測定を行うことができる。
【００１５】
請求項６の発明は、前記測定治具を光学素子に押し付ける押し付け手段又は測定治具を光学素子に押し付けると共に当該押し付け力を調整する押し付け力調整手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この発明では、押し付け手段が測定治具を光学素子に押し付けるため、安定した押し付けができる。又、押し付け力調整手段が押し付け力を調整するため、測定時の接触荷重を調整でき、光学素子の変形を防止することができる。
また、請求項７の発明は、前記ハウジングは前記ハウジングの取付穴を貫通した測定治具の後端を上下方向に挿通させるための挿通穴を設けたベースの下面側に、該ベース下面から垂下した案内軸により水平に保持されて取り付られていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させることにより重複する説明を省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１及び図２は本発明の実施の形態１であり、図１は球面測定装置の全体断面図を示す。この球面測定装置は測定治具５と、ハウジング９と、ベース１１と、振動付与手段１５とを備えており、光学素子としてのレンズ１はレンズ治具２上に載置されている。
【００１９】
レンズ治具２は基台２ｂ上に載置台２ａが載置されており、この載置台２ａにはまり込むことにより、レンズ１がレンズ治具２に取り付けられている。このレンズ１は測定される球面１ａが上方を向くように取り付けられる。
【００２０】
測定治具５は測定子４が軸方向から内部に挿入されることにより測定子４と一体化されている。この一体化は測定治具５の側面に形成した固定用ねじ穴５ｂにねじなどの固定部材（図示省略）を螺合させて、その先端を測定子４の外面に押圧させることにより行うことができる。かかる測定子４の先端には、レンズ１の球面１ａと接触する接触端子３が設けられている。この接触端子３は測定治具５の軸方向に設けた端子用穴５ａ内に収容されている。
【００２１】
レンズ１に臨む測定治具５の先端は、レンズ１の球面１ａに線接触によって接触するリング状となっている。これに限らず、測定治具５の先端は、少なくとも３点でレンズ１の球面１ａに点接触する突起を等分位置に形成したリング状としても良い。かかる測定治具５はハウジング９を上下方向に貫通した取付穴９ｂを貫通することによりハウジング９に保持されている。
【００２２】
ハウジング９への測定治具５の保持は、ハウジング９の取付穴９ｂ内に球面軸受６を設けてハウジング９と抑え板８とによって挟持し、この球面軸受６を測定治具５とカラー７とによって挟持することにより行われる。このため、測定治具５は球面軸受６を介してハウジング９に対し傾動することができる。
【００２３】
ハウジング９はシャフト状の案内軸１０を介してベース１１に対し水平方向及び上下方向に移動可能に取り付けられる。次に、このハウジング９の取り付け構造を説明する。ハウジング９の外周側のフランジ部には貫通穴９ａが少なくとも３箇所に形成されている。案内軸１０は軸部１０ｂがハウジング９の貫通穴９ａを貫通するようにベース１１下面から垂下しており、その頭部１０ａがハウジング９の下面に当接することにより、ハウジング９の上下方向の位置決めを行っている。このように案内軸１０が３箇所でハウジング９を貫通することにより、ハウジング９は水平を保つように案内軸１０に取り付けられる。
【００２４】
又、案内軸１０の軸部１０ｂの径はハウジング９の貫通穴９ａの穴径よりも小さくなっており、軸部１０ｂと貫通穴９ａとの間には隙間が形成されている。従って、ハウジング９は軸部１０ｂと貫通穴９ａとの間の隙間の分だけ水平方向に移動することができる。又、軸部１０ｂと貫通穴９ａとの間に隙間があるため、ハウジング９は上下方向にも移動することができる。なお、案内軸１０の頭部１０ａがハウジング９を傾かないように水平状に保持することができる場合には、案内軸１０は２本であっても良い。
【００２５】
ベース１１には、測定治具５が上下方向に挿通する挿通穴１１ａが形成されている。このベース１１には、測定治具５を定位置に位置決めする位置決め手段が取り付けられている。この位置決め手段はベース１１上に取り付けられたチャック１２とチャック１２の先端に連結された一対の挟持爪１３とを備えている。
【００２６】
図２は挟持爪１３による挟持状態を示し、一対の挟持爪１３には測定治具５に挿入されている測定子４の外面を挟持する三角状の挟持面１３ａが形成されており、挟持面１３ａによって挟持されることによって測定子４が定位置に位置決めされ、これにより測定治具５が定位置に位置決めされる。この測定治具５の定位置への位置決めは、測定治具５がレンズ１から離れているときに行われ、測定治具５は測定前の定位置に強制的に矯正される。この実施の形態では、挟持爪１３が測定子４を挟持することにより、ベース１１に対する測定治具５の垂直姿勢を位置決めするようになっている。
【００２７】
振動付与手段１５はシリンダや振動子などのアクチュエータからなり、図示を省略した構造物に固定或いは移動可能に取り付けられていると共に、進退自在の振動ヘッド１５ａを有している。この振動付与手段１５は測定前または測定時に、レンズ１と測定治具５とが倣い移動するようにレンズ１又は／及び測定治具５に振動を与えるものである。このため、振動ヘッド１５ａが測定治具５又は／及びレンズ１に直接に接触して振動させる。又、レンズ治具２やベース１１などを介して間接に振動を与えても良い。従って、振動付与手段１５としては設置場所や振動を付与するための機構は問わない。例えば、シリンダにより衝撃振動を付与したり、振動子により振動を付与したり、単にシリンダや振動子などのアクチュエータの作動振動を伝搬させても良い。
【００２８】
以上に加えて、この実施の形態では異物除去手段１４が設けられている。この異物除去手段１４はレンズ１の球面１ａ上の異物を除去するものであり、エアブローやワイピングなどからなり、図示を省略した構造物に固定又は移動可能となっている。かかる異物除去手段１４がエアブローの場合には、空気、不活性ガスのような気体や水、洗浄液等の液体でも良い。又、異物除去手段１４は必要に応じて測定治具５側にも設けることもできる。
【００２９】
次に、この実施の形態によるレンズ１の球面１ａの測定を説明する。レンズ１はレンズ治具２上に載置されており、測定前には異物除去手段１４がレンズ１表面に付着した異物を除去する。そして、図示しない昇降手段がレンズ治具２を上昇させることにより、レンズ１が測定治具５の先端に接触する。
【００３０】
これにより、レンズ１は測定治具５を上方へ移動させると共に、ハウジング９を案内軸１０の頭部１０ａから上方へ移動させる。上述したように、測定治具５の先端はレンズ１に線接触するか、少なくとも３点で点接触するため、測定治具５はレンズ１の球面に倣って接触する。
【００３１】
このとき、位置決め手段のチャック１２が開動作し、挟持爪１３が測定子４を開放するので、測定治具５がレンズ１の球面１ａに倣おうとすると、球面軸受６を介して測定治具５が傾動する。このため、レンズ１の微小量の傾きや偏心に対応することができると共に、ハウジング９が水平方向に移動可能なので最も倣い易い角度方向と位置方向に測定治具５が姿勢を変え易く、レンズ１の球面１ａに対する測定治具５の倣いがより確実となる。
【００３２】
さらに、振動付与手段１５が衝撃振動をレンズ治具２に作用させることにより、測定治具５及び接触端子３とレンズ１との摩擦抵抗が軽減される。このため、測定治具５と接触端子３の倣い移動をより確実に行うことができる。以上のようにして測定治具５とレンズ１の倣いが終了した時点で、上方側に押圧された接触端子３の初期の位置からの変動量でレンズ１の球面測定を行う。
【００３３】
測定が終了した時点では、昇降手段の逆駆動により測定治具５とレンズ１とが引き離される。この状態では、位置決め手段のチャック１２が閉動作することにより、挟持爪１３が測定子４を挟持する。このため、レンズ１の球面測定時に傾動した測定治具５を元の定位置と元の姿勢に強制的に矯正する。
【００３４】
なお、測定子４を元の位置と元の姿勢に強制的に矯正する位置決め手段としては、挟持爪１３とチャック１２によるメカ的な挟持による位置決めだけでなく、測定治具５を磁石とし、測定治具５を囲むように最低３ヵ所に電磁石を配置すると共に、挟持爪１３の位置に電磁石を配置し、電磁石の反発力を利用して非接触で測定子４の中心を位置決めしても良い。又、レンズ治具２を昇降させることなく、ベース１１の全体を昇降させても良い。
【００３５】
このような実施の形態によれば、異物除去手段１４がレンズ１の球面１ａから異物を除去するため、異物による測定への悪影響がなくなる。又、振動付与手段１５が測定治具５又は／及びレンズ治具２に振動を付与し、さらに、ハウジング９が水平方向に移動可能なため、レンズに対する測定治具５の倣い移動を促進させることができ、簡単な構成で確実に高精度なレンズ１の球面形状測定を行うことができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２を示す。この実施の形態２では、実施の形態１の構成に加えて、錘１６を用いるものであり、錘１６は測定治具５に取り付けられている。この錘１６は測定治具５が挿通する貫通穴１６ａを有し、測定治具５の挿通状態でねじ孔１６ｂにねじ（図示省略）を螺合させ、その先端で測定治具５を押圧することにより、測定治具５に取り付けられる。
【００３７】
錘１６は押し付け手段を構成するものであり、錘１６を取り付けることにより、測定治具５の下方向への荷重が大きくなり、測定治具５がレンズ１の球面１ａに押し付けられる。このため、測定治具５を安定してレンズ１に押し付けることができる。なお、錘１６は測定治具５に直接に取り付ける必要はなく、例えば、ハウジング９に取り付けても良い。
【００３８】
図４はこの実施の形態の変形々態を示す。この形態では、押し付け手段としてばね１７を使用するものであり、ばね１７は案内軸１０の軸部１０ｂに設けられている。このばね１７はハウジング９とベース１１との間に位置しており、ハウジング９を下方向に付勢している。従って、測定治具５を安定してレンズ１に押し付けることができる。この場合、ばね１７が圧縮ばねの場合には、測定時に自重以外に任意の荷重をかけることができ、引っ張りばねの場合には自重キャンセルができる。
【００３９】
このような実施の形態では、ばねや錘などの簡単な機構を用いることにより、レンズ１の測定時に測定接触荷重を変化させることができるので、接触したレンズ１を歪ませることなくしかも測定時には定荷重を作用させることができるので測定値にバラツキが少ない安定した測定が可能となる。
【００４０】
（実施の形態３）
図５は実施の形態３を示す。この実施の形態では、実施の形態１の構成に加えて、ボイスコイル１８を用いるものである。このボイスコイル１８はベース１１上に立設されており、その作動プレート２０がハウジング９の上面に連結されている。又、ボイスコイル１８には図示を省略した電流制御装置が接続されており、その作動が制御される。
【００４１】
これらのボイスコイル１８及び電流制御装置は、測定治具５をレンズ１に押し付ける力を調整する押し付け力調整手段を構成する。すなわち、レンズ１の球面１ａの測定時に、ボイスコイル１８を電流制御装置により連続的に変化させることができ、これにより、ハウジング９等の自重をキャンセルすることや、ハウジング９に荷重を加えることができる。従って、測定時の接触荷重を調整することができる。
【００４２】
この実施の形態では、レンズ１の測定時にボイスコイル１８により正確な荷重を印加したり、或いは測定治具５等の自重キャンセルすることにより、接触したレンズ１を歪ませることがなく、安定したレンズ１の測定が可能となる。又、電流値により荷重や動作制御ができるため、球面測定装置を自動機等へ組み込むことにより段取りを改善することができる。
【００４３】
（実施の形態４）
図６は実施の形態４を示す。この実施の形態では、ハウジング９をベース１１に取り付ける案内軸１９にテーパ部１９ｃを形成している。案内軸１９はハウジング９の貫通穴９ａに軸部１９ｂが貫通すると共に、頭部１９ａがハウジング９の下面に当接することにより、ハウジング９をベース１１に取り付けている。この案内軸１９のテーパ部１９ｃは、測定治具５とレンズ１との当接方向に向かって径が大きくなっており、その上部は軸部１９ｂに連設している。
【００４４】
このように案内軸１９にテーパ部１９ｃを設けることにより、レンズ１と測定治具５が接触したとき、ハウジング９の貫通穴９ａがテーパ部１９ｃの径が小さな部分に達するため案内軸１９との隙間が大きくなる。従って、ハウジング９が水平方向へ動き易くなり、偏心や傾きの大きなレンズに対しても、測定治具５とレンズ１の倣い移動が十分となって安定した測定を行うことができる。
【００４５】
以上の実施の形態から本発明は以下の発明を包含している。
（１）  光学素子に接触する測定子と一体化されて光学素子に当接する測定治具と、前記光学素子の球面の測定時に光学素子と測定治具とが倣うように光学素子又は／及び測定治具に直接又は間接に振動を付与する振動付与手段と、前記光学素子表面の異物を除去する異物除去手段と、を備えていることを特徴とする球面測定装置。
【００４６】
この発明では、異物除去手段が光学素子表面から異物を除去するため、異物付着による測定誤差をなくすことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、光学素子又は／及び測定治具に振動を与えるため、光学素子と測定治具との倣い移動を促進させることができ、光学素子の球面形状を正確に測定することができる。
【００４８】
請求項２の発明によれば、振動付与手段が光学素子又は／及び測定治具に直接又は間接に振動を与えるため、光学素子及び測定治具が確実に倣い移動し、光学素子の球面測定を正確に行うことができる。
【００４９】
請求項３の発明によれば、測定治具がハウジングに傾動可能に保持されると共に、ハウジングが水平方向及び上下方向に移動可能となっているため、測定治具と光学素子との倣い移動の移動量を増加させることができ、正確な測定が可能となる。
【００５０】
請求項４の発明によれば、案内軸に形成したテーパ部によってハウジングの水平方向の移動量が増大するため、倣い移動の移動量が増加して正確な測定を行うことができる。
【００５１】
請求項５の発明によれば、位置決め手段が測定治具の位置を測定前の定位置に矯正するため、光学素子と測定治具との当て付け精度が向上し、正確な測定を行うことができる。
【００５２】
請求項６の発明によれば、押し付け手段が測定治具を光学素子に押し付けるため、安定した押し付けができ、押し付け力調整手段が押し付け力を調整するため、測定時の接触荷重を調整でき、光学素子の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の全体の断面図である。
【図２】位置決め手段の部分平面図である。
【図３】本発明の実施の形態２の全体の断面図である。
【図４】実施の形態２の変形々態の全体の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３の全体の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４の全体の断面図である。
【図７】従来の球面測定装置の断面図である。
【符号の説明】
１  レンズ
１ａ  レンズの球面
４  測定子
５  測定治具
６  球面軸受
９  ハウジング
１０  案内軸
１２  チャック
１３  挟持爪
１９  案内軸
１９ｃ  案内軸のテーパ部
【図１】
0003809021.tif 000002
【図２】
0003809021.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003809021.tif 000007
【図７】
0003809021.tif 000008