(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面をある軸を中心に回転させる機構と、二つの可干渉性光束を発生させる手段と、該二つの可干渉性光束を該被測定面の見かけの曲率中心付近に集光交叉させる形で前記被測定面に照射させるための集光光学手段と、回転する前記被測定面から反射する前記二つの可干渉性光束を干渉させて得られる干渉情報より前記被測定面の偏心を測定するための測定手段とを有し、少なくとも前記二つの光束の集光交叉する角度が可変であることを特徴とする偏心測定装置。
【請求項２】
前記二つの可干渉性光束が集光交叉する角度を可変とする手段として、前記集光光学手段に入射する二つの可干渉性光束の間隔を可変とする間隔変換手段を有することを特徴とする請求項1記載の偏心測定装置。
【請求項３】
前記間隔変換手段は、前記二つの可干渉性光束を偏向させるための複数の反射面を有し、前記反射面の少なくとも一部を移動することで、集光光学手段に入射する二つの可干渉性光束の間隔を連続可変とすることを特徴とする請求項２記載の偏心測定装置。
【請求項４】
回転している被測定面に対して、二つの光束を集光光学手段により前記被測定面の見かけの曲率中心付近に集光交叉させる形で前記被測定面上に照射し、その被検面から反射する二つの光束を干渉させて得られる干渉情報から被測定面の偏心を測定する方法であって、前記二つの光束の集光交叉する角度が可変であることを特徴とする偏心測定方法。
【請求項５】
前記二つの光束が集光交叉する角度を可変とするために、集光光学手段に入射する二つの光束の間隔を可変としたことを特徴とする請求項4記載の偏心測定方法。
【請求項６】
前記二つの光束の間隔を可変とするために、前記二つの光束を偏向させ、且つ該偏向の位置を連続的に変更可能としたことを特徴とする請求項5記載の偏心測定方法。
【請求項７】
請求項4から6のいずれかに記載の偏心測定方法を用いて得られた偏心情報を基に、前記被測定面を有する物体の外形加工を実行することを特徴とする加工装置。
【請求項８】
請求項1から3のいずれかに記載の偏心測定装置と、前記被検面を有する物体の外形加工を行う加工手段とを有することを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は偏心測定装置、偏心測定方法に関する。本発明は、例えば単体レンズ或いは複数の光学要素で構成された光学系の各面の偏心を金物に組こんだまま測定するのに好適なものである。又本発明は、この様な装置又は方法を用いた加工装置に関する
【０００２】
【従来の技術】
レンズ等の偏心を測定する装置は種々提案されている。高精度の測定方法としては、昭和51年特許出願公告第51-42495号公報に開示された2光束干渉を利用した偏心測定方法がある。これを図１に示す。
【０００３】
この方法は、レーザー光源１より出射され、光束分割素子3で分けられた干渉性のある2光束2a,2bを、集光レンズ5により被測定面8'の曲率中心位置13の近傍で集光交差するように被測定面に入射させ、被測定面で反射したこれらの光を重ね合せることにより干渉縞を生じさせ、被検物8を回転させた時に発生する干渉縞の変動を光検出手段9で検出して反射２光束の位相差を測定し、その結果から被測定面の偏心を検知するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成では、以下のような問題があった。
【０００５】
傾き偏心量εは、2光束の被測定面入射時の間隔をD、被測定面の面ぶれ量をδとして、ε＝δ／Ｄとなるので、被測定面入射時の２光束間の間隔Dが大きい方が傾き偏心測定を精度よく行えることになる。即ち、傾き偏心測定精度ｄεは、干渉装置の測長精度をｄδ、被測定面の曲率半径をR、集光レンズの開口数（この場合は集光レンズによって交叉されるビームの交叉半角の正弦）をNA、被測定面入射時の2つの光束の間隔をDとして、Dは被測定面の曲率半径をRとして、D=2×R・NAとなるので、ｄε=ｄδ／ Ｄ=ｄδ／(2・R・NA)、と表わされる。従来の焦点距離が固定の集光レンズを用いる方法ではNAが固定されてしまっているので、使用する集光レンズのNAの値によっては測定精度が、期待される値に対して十分ではない場合があった。即ち、被測定面の曲率半径Rが決まるとDが一意的に決定するので、曲率半径の小さい被測定面では、偏心測定精度が十分でない場合があった。また、一方で被測定面自身の径が小さい場合には光束がはみ出してしまうので、この場合は装置そのものを変更する必要があった。
【０００６】
この様に、集光レンズ５が一種類では焦点位置が固定となるために、曲率半径の異なるワークを測定する場合は、問題であった。
【０００７】
本発明は、上記の問題の解決を図ったもので、被測定面の曲率半径、有効径によらず高精度な偏心測定を実行できる測定装置と測定方法を提供する事を目的としている。又これとは別に、更に、装置コストが安価で、作業効率性の高い測定装置と測定方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための第１発明は、被測定面をある軸を中心に回転させる機構と、二つの可干渉性光束を発生させる手段と、該二つの可干渉性光束を該被測定面の見かけの曲率中心付近に集光交叉させる形で前記被測定面に照射させるための集光光学手段と、回転する前記被測定面から反射する前記二つの可干渉性光束を干渉させて得られる干渉情報より前記被測定面の偏心を測定するための測定手段とを有し、少なくとも前記二つの光束の集光交叉する角度が可変であることを特徴とする偏心測定装置である。
【０００９】
第２発明は更に、前記二つの可干渉性光束が集光交叉する角度を可変とする手段として、前記集光光学手段に入射する二つの可干渉性光束の間隔を可変とする間隔変換手段を有することを特徴とする。
【００１０】
第３発明は更に、前記間隔変換手段は、前記二つの可干渉性光束を偏向させるための複数の反射面を有し、前記反射面の少なくとも一部を移動することで、集光光学手段に入射する二つの可干渉性光束の間隔を連続可変とすることを特徴とする。
【００１１】
上述の目的を達成するための第４発明は、回転している被測定面に対して、二つの光束を集光光学手段により前記被測定面の見かけの曲率中心付近に集光交叉させる形で前記被測定面上に照射し、その被検面から反射する二つの光束を干渉させて得られる干渉情報から被測定面の偏心を測定する方法であって、前記二つの光束の集光交叉する角度が可変であることを特徴とする偏心測定方法である。
【００１２】
第５発明は更に、前記二つの光束が集光交叉する角度を可変とするために、集光光学手段に入射する二つの光束の間隔を可変としたことを特徴とする。
【００１３】
第６発明は更に、前記二つの光束の間隔を可変とするために、前記二つの光束を偏向させ、且つ該偏向の位置を連続的に変更可能としたことを特徴とする。
【００１４】
上述の目的を達成するための第７発明は、第４〜６発明のいずれかの偏心測定方法を用いて得られた偏心情報を基に、前記被測定面を有する物体の外形加工を実行することを特徴とする加工装置である。
【００１５】
上述の目的を達成するための第８発明は、第１〜３発明のいずれかの偏心測定装置と、前記被検面を有する物体の外形加工を行う加工手段とを有することを特徴とする加工装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１実施例に係る偏心測定装置の構成を示す説明図である。
【００１７】
図中、1はレーザー光源、2は光束、3は光束2を二つの光束2a、2bに分割し、被検面反射後の２光束を重ね合せる光束分割素子である。光束分割素子3はここでは光束分割面と光束反射面が平行なプリズムを用いている。
【００１８】
4は２光束幅変換部である。この部材の詳細については後述する。
【００１９】
5は集光位置可変レンズ（集光レンズ）であり、２光束2a、2bを被測定面8'の曲率中心位置13に集光交差させる。なお、集光レンズ5は被測定面8'の曲率中心位置13に対応できるように、集光レンズの光軸11の方向（図面上下方向）に移動可能となっている。
【００２０】
9は光検出手段（受光手段）であり、戻ってきた二つの光束2a、2bの干渉縞を検出する。
【００２１】
6は回転台、8は被測定光学系（レンズ筐筒）であり、回転台6は被測定レンズ系8を回転させる。7は回転台の回転方位検出手段で、12は回転台の回転軸である。前述したように、8'は被測定光学系8の中の測定中の被測定面で、13は被測定面8'の曲率中心である。
【００２２】
10はワークステーション等の演算装置であり、光検出手段9と回転方位検出手段7からの信号から、後述するようにして被測定面8'の偏心量を算出する。
【００２３】
本実施例の作用を説明する。
【００２４】
光源であるレーザー1からの光束2は、光束分割素子3により、集光レンズ5の光軸11に平行な光束2a、2bに分割され、２光束幅変換部4に入る。
【００２５】
２光束幅変換部4の詳細を図３に示す。
【００２６】
光束分割素子3で分割された２光束2a、2bはまず、45°直角ミラー20に向かう。45°直角ミラー20の底辺は入射２光束2a、2bに対して垂直になるように設置されているので、2光束は45°直角ミラー入射方向に対して直角に向きが変わる。
【００２７】
入射方向に対して直角に向きが変わった２光束2a、2bは、さらに、反射面が互いに直角で且つそれぞれが対向する45°直角ミラー20の反射面に平行に配置されたミラー21、21'、で、各々反射する。これにより２光束2a、2bは互いに平行なまま間隔が広げられて出射することになる。
【００２８】
このとき、ミラー21、21'を2光束2a、2bの2光束変換部4入射時の方向に対して45°の角度に設置してあるので、45°直角プリズム20を2光束2a、2bの2光束変換部4への入射直前のビーム進行方向に沿って連続的に移動させることにより、２光束の集光レンズ入射時の間隔が連続的に変化することになる。直角プリズム20は不図示の駆動機構によって、このように図面上下方向に上下の破線位置まで移動可能な構成になっており、位置は演算装置10によって制御されている。
【００２９】
2光束変換部4で間隔が広げられた2光束2a、2bは集光レンズ5の光軸11に平行な光束となって集光レンズ5に入射し、2光束の間隔に応じたNAで集光レンズ5から射出する。
【００３０】
集光レンズ5の位置は、集光レンズ5入射時の2光束の間隔に応じたNAで、2光束が被測定光学系8の被測定面8'の曲率中心位置13にだいたい集光交差するように、集光レンズの光軸11方向に沿って予め移動・調整される。このとき、1種類の集光レンズで、測定すべき全ての面の曲率中心の位置に一致させることができない場合は、焦点距離の可変範囲の異なる複数の集光レンズを用意して、被測定面8'の曲率半径に応じて適切な集光レンズに取り替えて使用する。
【００３１】
２光束2a、2bが集光交差する位置は被測定面8'の曲率中心位置13にだいたい一致しているので、被測定面8'で反射した2光束はそれまでの経路とほぼ同一光路を逆進して光束分割素子3まで戻り、重ね合わされ、干渉縞を生じる。
【００３２】
２光束の干渉縞は光検出手段9で検出され、出力信号が演算手段10に送られる。
【００３３】
光検出手段10の出力信号を観測して、干渉縞のコントラストが最大になるように集光レンズ5を集光レンズの光軸11方向に沿って微調整を行えば、２光束2a、2bが集光交差する位置は被測定8'の曲率中心にほぼ完全に一致させることができる。
【００３４】
この状態で回転台6を回転させて、光検出手段9からの信号と回転方位検出手段7からの信号を演算手段10で処理する。即ち光検出手段９からはその位置の変位分に応じた干渉光の強度変化信号が得られるので、これと測定方位を示す回転方位検出手段7の検出信号とを対応づけて記憶し、最終的に全周の変位量データを得ることによって、被測定面8'の偏心の大きさと方位を求める。
【００３５】
本実施例では上述のように、集光レンズ入射時の2光束の間隔を連続可変とする手段を設けて、NAを連続可変とすることで、被測定面の曲率半径が小さい場合もNAを大きくとって十分な測定精度を確保でき、また有効径の異なる被測定面を多種測定する場合も、集光レンズを多種用意することなく、それぞれで所望の測定精度が達成できるようになる。
【００３６】
図2では被測定面として集光レンズ５に一番近い面8'を測定しているが、2番面に近い面8"を測定する場合には、まず最も近い面8'の偏心を測定した後、2番目の面8"のみかけの曲率中心の位置、すなわち、集光レンズ5側から見た該被測定面の曲率中心の像点の位置において二つの光束2a、2bが交差するよう集光レンズ5を調整して測定を行う。この際、同時に45°直角プリズム20の位置を調節して、Ｄを光束がけられない最大間隔になるようにしておく。
【００３７】
そして、ここで得られた偏心量は手前にある面の偏心の影響を受けているので、これを演算手段10により減算補正することで2番目の面8"の正味の偏心量を求めることができる。
【００３８】
同様にして順次奥の面の偏心を測定する。その際には手前のすべての面の偏心分を減算補正する。
【００３９】
奥の面の測定の場合も被測定面入射時の2光束の間隔Dが最大になるように、二つの光束の集光交差する角度を変えることにより、高精度で偏心測定を行えることになる。
【００４０】
このように、精度よく各面の偏心を測定することで、各面の偏心量を元に被測定光学系の光軸も精度よく決定することができる。上記測定では、各面の偏心は、回転軸12基準で、測定されているので、被測定光学系の光軸も、回転軸基準で表わされることになる。
【００４１】
本装置は更にレンズ筐筒の加工装置を兼ねており、レンズが金物筐筒31に入っていて、光学系8の光軸と金物31の中心軸をあわせる際には、更に以下の行程を実行する。測定された光軸の偏心量を元に、回転軸12と、光学系8の光軸が一致するように、回転台6もしくは、光学系8そのものの位置を調整する。この状態で再測定を行い、回転軸12と被測定光学系8の光軸のずれを見る。回転軸12と被測定光学系8の光軸が一致するまで、この偏心測定とそれに基づく回転軸−光軸合わせを行っていく。両軸が一致したら、金物31に入った光学系8を回軸軸12を中心に回転させたまま、切削手段30により、金物31の切削を行う。これにより金物の中心軸と、光学系光軸が一致することになる。
【００４２】
被測定光学系の偏心測定を行い、金物もしくは、外径を切削するまでの行程をフローにしたのが、図8である。
【００４３】
以下図8のフローに沿って説明していくと、S101において、被測定光学系を回転台に保持し、S102において、まず、光軸と回転軸をおおむね一致させる。S103において、被測定光学系を回転させ、S104において、被測定光学系の各面の偏心測定を行い、S105において、各面の偏心量から被測定光学系の光軸を決定する。S106において、光軸と回転軸が一致しているかいないか判断し、一致していれば、S107において、金物、又は、外径を切削し、一致していなければ、S102に戻ってS106までの行程を、回転軸と光軸が一致するまで繰り返す。このフローに従い、演算装置10で回転台6や切削手段30の位置等を制御しながらこれらの行程を自動で実行するようにしてもよい。
【００４４】
このような光学系の偏心測定、切削の行程において、本発明の偏心測定装置および、方法では、全ての測定面を精度よく測定でき、光軸の回転軸に対する偏心も精度よく測定できるので、被測定光学系の光軸と金物、もしくは、外径の中心軸を高精度で一致させることができる。
【００４５】
被測定光学系を単レンズとし、金物切削の代わりに外径切削を同様にして行うようにしてもよい。
【００４６】
また、外径切削を実行しない単なる偏心測定装置としてもよい。
【００４７】
図4に２光束幅変換部4の変形例を示す。
【００４８】
本例は、第1の実施例における2光束幅変換部４に加えて、新たに、ミラー25、25'や45°直角ミラー24等を設けることで、２光束の間隔を45°直角ミラー20の幅以下に変換できるようにしたものである。ただし、ミラー25、25'、は各々、ミラー21、21'に対して直角に、45°直角ミラー24は、その底辺が45°直角ミラー20の底辺と平行になるように設置される。この例では、２光束の間隔をある程度まで広げると、ミラー25、25'の作用で今度は狭められることになる。
【００４９】
このような構成にすることで、２光束を45°直角ミラー20の幅以下にすることができ、2光束の間隔の可変範囲を拡げることことができる。
【００５０】
図5に２光束幅変換部4の別の変形例を示す。
【００５１】
本例は第1の実施例における2光束幅変換部の45°直角ミラー20をペンタプリズム2枚により構成されるツインペンタプリズム26に置き換えたものである。
【００５２】
このような構成にすることで、45°直角ミラー20の駆動や、回転台6の回転等によりツインペンタリズム26が振動しても、ペンタプリズムがピッチング、ヨーイング、ローリングをしても、ペンタプリズムからの射出光束は、入射光束に対して常に直角となるという光学的特徴のために、二つの光束2a、2bはツインペンタプリズムの振動の影響が受けにくくなり、測定再現精度が向上することになる。
【００５３】
図６に2光束幅変換部4の更なる変形例を示す。
【００５４】
本例は第1の実施例における2光束幅変換部において、45゜直角ブリズム20を固定とする代わりに、ミラー23、23’を、2光束2a、2bの2光束幅変換部4への入射方向に対して直角方向に移動可能とすることで、2光束の間隔を連続可変としたものである。
【００５５】
このような構成とすることで、例えばミラー23、23’を個別に移動制御すれば、二つの光束の間隔を、左右非対称にも変換することができる。
【００５６】
図７に2光束幅変換部4の更なる別の変形例を示す。
【００５７】
本例は図６の例における2光束幅変換部4において、ミラー23、23’を、ペンタプリズム27、27’に置き換えたものである。
【００５８】
このような構成にすることで、ペンタプリズムがビッチング、ヨーイング、ローリングをしても、ペンタプリズムからの射出光束は、入射光束に対して常に直角となるという光学的特徴のため、二つの光束はペンタプリズムの振動の影響が受けにくくなり、測定再現精度が向上することになる。
【００５９】
【発明の効果】
以上、第1発明によれば、被測定面の曲率半径、有効径によらず偏心測定を高精度で行える測定装置が実現される。
【００６０】
又、第2発明によれば更に、集光光学手段に入射する二つの光束の間隔を可変とする手段を設けたことで、少ない集光光学手段の種類で有効径が異なる多種の被測定面の偏心測定が可能となり、光学手段交換の負荷が軽減でき、装置コストが安価で、作業効率の高い偏心測定装置が実現される。
【００６１】
又、第3発明によれば更に、この様な二つの可干渉性光束の間隔を可変とする手段を、簡素な形で構成できる。
【００６２】
又、第4発明によれば、被測定面の曲率半径、有効径によらず偏心測定を高精度で行える測定方法が実現される。
【００６３】
又、第5発明によれば更に、集光光学手段に入射する二つの光束の間隔を可変としたことで、少ない集光光学手段の種類で有効径が異なる多種の被測定面の偏心測定が可能となり、光学手段交換の負荷が軽減でき、装置コストが安価で、作業効率の高い偏心測定方法が実現される。
【００６４】
又、第6発明によれば更に、この様な二つの可干渉性光束の間隔を、簡素な構成で可変にできる。
【００６５】
更に第7、第8発明によれば、この様にして高精度に測定された偏心情報によって正確に外形加工が出来る装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例説明図
【図２】本発明の偏心測定装置の構成を示す図
【図３】第１の実施例を示す図
【図４】２光束幅変換部の変形例を示す図
【図５】２光束幅変換部の変形例を示す図
【図６】２光束幅変換部の変形例を示す図
【図７】２光束幅変換部の変形例を示す図
【図８】偏心測定、金物切削のフローチャート
【符号の説明】
１  レーザー
２  光束
２ａ，２ｂ  ２分割された光束
３  光束分割素子
４  ２光束幅変換部
５  集光レンズ
６  回転台
７  回転方位検出手段
８  被測定光学系
８’  被測定面
９  光検出手段（受光手段）
１０  演算装置
１１  集光レンズ光軸
１２  回転台回転軸
１３  被測定面の見かけの曲率中心位置
２０  ４５°直角ミラー
２１，２１’，２２，２２’，２３，２３’，２４，２４’，２５，２５’  ミラー
２６，２６’  ツインペンタプリズム
２７，２７’  ペンタプリズム
３０  切削手段
３１  金物
【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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