JPWO2015151830A1 - Jig for measuring optical element, eccentricity measuring device and eccentricity measuring method - Google Patents
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Abstract
駆動軸にある程度の直角度誤差が存在しても軸芯ズレの測定誤差を抑制できる測定用ジグを提供する。光学素子の光学面の偏芯を測定する際に利用可能な測定用ジグであって、光学素子を載置する素子用ホルダーと、素子用ホルダーを取付けるための開口を有する基板と、基板にそれぞれ固定され、基板を測定装置内にセットした状態での一方の測定に対応する基板の第1の方向と、基板を反転させた他方の測定に対応する基板の第2の方向とから測定可能な少なくとも3つの第1の基準球と、光学素子を素子用ホルダー上に保持する保持部と、基板を第1及び第2の方向から測定するため測定装置内にセットする際に、第1の基準球の球芯と光学素子の一対の光学面の頂点間の中心とを測定装置内の鉛直方向に関して略一致させる高さ調整部とを備える。Provided is a measurement jig capable of suppressing measurement error of axial misalignment even when a certain degree of squareness error exists in a drive shaft. A measuring jig that can be used when measuring the eccentricity of the optical surface of an optical element, an element holder for mounting the optical element, a substrate having an opening for mounting the element holder, and a substrate, respectively Measurement is possible from a first direction of the substrate corresponding to one measurement with the substrate set in the measuring apparatus and a second direction of the substrate corresponding to the other measurement in which the substrate is inverted. At least three first reference spheres, a holding unit for holding the optical element on the element holder, and a first reference when the substrate is set in the measuring apparatus for measuring from the first and second directions. A height adjusting unit that substantially matches the center of the sphere and the center between the vertices of the pair of optical surfaces of the optical element in the vertical direction in the measuring apparatus.
Description
本発明は、レンズなどの光学素子の偏芯を測定するための測定用ジグ、並びに、かかる測定用ジグを用いた偏芯測定装置及び偏芯測定方法に関する。 The present invention relates to a measuring jig for measuring the eccentricity of an optical element such as a lens, and an eccentricity measuring apparatus and an eccentricity measuring method using the measuring jig.
3次元座標測定装置を用いた光学素子の表裏一対の光学面の偏芯を測定する測定方法として、光学素子を3次元座標測定装置内の適所に載置するため、特殊な構造の光学素子保持ジグを用いるものが知られている。
先行例の光学素子保持ジグ(以下、ジグ又は治具とも記載する場合がある)には、ジグ基板上に基準となる3つの球(以下、ジグ基準球とも呼ぶ)が固定されており、そのジグ基板の表裏両面から光学素子の表裏の光学面とジグ基準球の形状とを測定可能にする開口が設けられている(特許文献1、2)。これにより、3次元座標測定装置によってジグ基板の表面側から光学素子を測定する場合、3つのジグ基準球の位置座標として算出可能となるように各ジグ基準球の形状座標データと、光学素子の光学面の形状座標データとを取得することで、ジグ基板の表面側から見たときのジグ基準球に対する光学素子の光学面位置量として表すことができる。同様に、光学素子を固定したジグを反転させジグ基板の裏面側から測定する場合、3つのジグ基準球の位置座標として算出可能なようにジグ基準球それぞれの形状座標データと光学素子の光学面の形状座標データとを取得することで、ジグ基板の裏面側から見たときのジグ基準球に対する光学素子の光学面位置として表したデータを得ることができる。ここで、上記のジグ基準球は裏表で同一の基準球を測定しているため、表裏のジグ基準球の位置を同じ座標系内に合成することで、光学素子の表裏の光学面の相対位置関係が導かれ、その位置ズレを光学素子の偏芯として表したデータを得ることができる。As a measurement method for measuring the eccentricity of a pair of front and back optical surfaces of an optical element using a three-dimensional coordinate measuring device, the optical element is placed in an appropriate position in the three-dimensional coordinate measuring device, so that an optical element having a special structure is held. Those using jigs are known.
In the preceding optical element holding jig (hereinafter sometimes referred to as a jig or jig), three spheres (hereinafter also referred to as jig reference spheres) serving as a reference are fixed on the jig substrate. Openings are provided that allow measurement of the optical surfaces of the optical element and the shape of the jig reference sphere from both the front and back surfaces of the jig substrate (
また、別の先行例では、光学素子の外形に当接する3つの球(以下、外形基準球)をさらに配置し、光学素子の外形に当接した3つの外形基準球の球芯座標から規定される円の中心を光学素子外形の中心とし、その光学素子外形を基準とした光学素子の表裏の光学面の偏芯(外形基準偏芯)を評価可能としている(特許文献3〜6)。 In another prior example, three spheres that contact the outer shape of the optical element (hereinafter referred to as an outer shape reference sphere) are further arranged, and are defined from the spherical center coordinates of the three outer shape reference spheres that contact the outer shape of the optical element. The center of the circle is the center of the outer shape of the optical element, and the eccentricity of the optical surfaces on the front and back sides of the optical element with reference to the outer shape of the optical element (outer reference eccentricity) can be evaluated (Patent Documents 3 to 6).
上記先行例のようなジグによる光学素子の一対の光学面の偏芯測定は、通常、鉛直方向の座標を取得可能なプローブが単一ヘッドの構成である3次元座標測定装置より行われることが一般的である。これは、鉛直方向に対向した2つのヘッドで測定する場合は、光学素子を反転させるまでもなく、2つのヘッドで一対の光学面を測定するだけで偏芯を取得できるからである。
このようにプローブが単一ヘッドの構成である場合、3次元座標測定装置を低コストで高精度とできる反面、光学素子の表裏の光学面を測定するためには光学素子を反転させなければならない。このように、3次元座標測定装置内で光学素子を反転させるためにジグを動かすと、表裏の光学面を関連付けるため、表裏から観察可能な3つのジグ基準球を設けることになる。The eccentricity measurement of a pair of optical surfaces of an optical element by a jig as in the preceding example is usually performed by a three-dimensional coordinate measuring apparatus in which a probe capable of acquiring vertical coordinates is a single head. It is common. This is because when measuring with two heads facing each other in the vertical direction, the eccentricity can be obtained only by measuring a pair of optical surfaces with the two heads without inverting the optical element.
In this way, when the probe has a single head configuration, the three-dimensional coordinate measuring apparatus can be made highly accurate at low cost, but the optical element must be inverted in order to measure the front and back optical surfaces of the optical element. . As described above, when the jig is moved in order to invert the optical element in the three-dimensional coordinate measuring apparatus, three jig reference spheres that can be observed from the front and back sides are provided to associate the front and back optical surfaces.
しかしながら、先行例のようなジグを用いて3次元座標測定装置で軸芯の測定を行う場合、3次元座標測定装置には、通常プローブとワークとを相対的に移動させるために直交するXYZの駆動軸を有するステージ、支持部などが存在するが、それらの駆動軸には、必ず直角度誤差が存在する。この様な直角度誤差は、その量に応じて光学素子の軸芯ズレとして観察されてしまう。
通常、3次元座標測定装置では、上記のような直角度誤差が高度に調整・補正されており、その誤差は、秒オ一ダーであるため、この誤差が光学素子の偏芯測定結果に影響することは少ない。しかし、3次元座標測定装置の経年劣化によって、ステージやプロ一ブの直進性の劣化などが発生してくると、直角度誤差の補正が難しくなり測定精度も劣化する。この際、3次元座標測定装置の水平軸であるXY軸の直角度誤差は、比較的容易に高精度な補正が行えるが、一般的に水平軸に比較して鉛直軸の直角度誤差は、補正が困難であり、軸芯ズレの測定誤差を生じさせる。However, when the axis is measured by the three-dimensional coordinate measuring device using the jig as in the preceding example, the three-dimensional coordinate measuring device usually has XYZ orthogonal to move the probe and the workpiece relatively. A stage having a drive shaft, a support portion, and the like exist, but a squareness error always exists on these drive shafts. Such squareness error is observed as an axial misalignment of the optical element according to the amount.
Normally, in a three-dimensional coordinate measuring device, the squareness error as described above is highly adjusted and corrected, and the error is in the order of seconds, so this error affects the eccentricity measurement result of the optical element. There is little to do. However, when the three-dimensional coordinate measuring apparatus deteriorates with age, the straightness of the stage or probe is deteriorated, so that it becomes difficult to correct the squareness error and the measurement accuracy also deteriorates. At this time, the squareness error of the XY axis, which is the horizontal axis of the three-dimensional coordinate measuring apparatus, can be corrected relatively easily with high accuracy, but generally the perpendicularity error of the vertical axis compared to the horizontal axis is Correction is difficult and causes measurement error of axial misalignment.
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、駆動軸にある程度の直角度誤差が存在しても軸芯ズレの測定誤差を抑制できる測定用ジグを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described background art, and an object thereof is to provide a measurement jig that can suppress measurement error of axial misalignment even when a certain degree of squareness error exists in the drive shaft.
また、本発明は、上記のような測定用ジグを用いた偏芯測定装置及び偏芯測定方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an eccentricity measuring apparatus and an eccentricity measuring method using the above measuring jig.
上記目的を達成するため、本発明に係る光学素子の測定用ジグは、光学素子の光学面の偏芯を測定する際に利用可能な測定用ジグであって、光学素子を載置する素子用ホルダーと、素子用ホルダーを取付けるための開口を有する基板と、基板にそれぞれ固定され、基板を測定装置内にセットした状態での一方の測定に対応する基板の第1の方向と、基板を反転させた他方の測定に対応する基板の第2の方向とから測定可能な少なくとも3つの第1の基準球と、光学素子を素子用ホルダー上に保持する保持部と、基板を第1及び第2の方向から測定するため測定装置内にセットする際に、第1の基準球の球芯と光学素子の一対の光学面の頂点間の中心とを測定装置内の鉛直方向に関して略一致させる高さ調整部とを備える。 In order to achieve the above object, an optical element measurement jig according to the present invention is a measurement jig that can be used when measuring the eccentricity of the optical surface of an optical element, and is used for an element on which the optical element is placed. A holder, a substrate having an opening for attaching an element holder, a first direction of the substrate fixed to the substrate and corresponding to one measurement in a state where the substrate is set in the measuring apparatus, and the substrate is inverted. At least three first reference spheres that can be measured from the second direction of the substrate corresponding to the other measurement, a holding unit that holds the optical element on the element holder, and the first and second substrates. The height at which the spherical core of the first reference sphere and the center between the vertices of the pair of optical elements of the optical element substantially coincide with each other with respect to the vertical direction in the measuring device. And an adjustment unit.
上記測定用ジグでは、基板を測定装置内にセットする際に、高さ調整部が第1の基準球の球芯と光学素子の一対の光学面の頂点間の中心とを測定装置内の鉛直方向に関して略一致させるので、測定装置の駆動軸に直角度誤差が存在していても、光学素子の反転の前後での直角度誤差の影響を排除することができ、軸芯ズレの測定誤差を抑制できる。 In the above measuring jig, when the substrate is set in the measuring apparatus, the height adjusting unit uses the center of the first reference sphere and the center between the vertices of the pair of optical surfaces of the optical element in the vertical direction in the measuring apparatus. Since the direction is almost the same, even if there is a squareness error on the drive shaft of the measuring device, the influence of the squareness error before and after the inversion of the optical element can be eliminated, and the measurement error of the axial misalignment can be reduced. Can be suppressed.
本発明の具体的な側面又は観点では、上記測定用ジグにおいて、3つの第1の基準球は、基板上に載置された光学素子の光軸位置を重心とする略正三角形の頂点位置に配置され、当該正三角形の1辺は、測定装置の水平方向の駆動軸に対応するX軸又はY軸と平行に設定される。この場合、測定装置による計測に際しての球芯位置測定誤差が分散され測定値を安定させることができる。 In a specific aspect or viewpoint of the present invention, in the measurement jig, the three first reference spheres are positioned at the apexes of a substantially equilateral triangle with the optical axis position of the optical element placed on the substrate as the center of gravity. Arranged and one side of the equilateral triangle is set parallel to the X axis or Y axis corresponding to the horizontal driving axis of the measuring apparatus. In this case, the sphere core position measurement error at the time of measurement by the measurement device is dispersed, and the measurement value can be stabilized.
本発明の別の側面では、高さ調整部は、少なくとも一部が基板に一体に形成され、又は基板と別体で形成されて基板に組み付けられる。 In another aspect of the present invention, the height adjusting portion is at least partially formed integrally with the substrate, or formed separately from the substrate and assembled to the substrate.
本発明のさらに別の側面では、素子用ホルダーは、光学素子を載置し保持した状態で基板について第1及び第2の方向からの測定を可能にする閉口を有し、少なくとも測定装置の水平方向の2方向に関して位置規制が可能な位置規制部材が設けられている。この場合、光学素子の載置の再現性を向上させることができる。 In still another aspect of the present invention, the element holder has a closing that enables measurement from the first and second directions with respect to the substrate in a state where the optical element is placed and held, and at least the horizontal of the measurement apparatus. A position restricting member capable of restricting the position in two directions is provided. In this case, reproducibility of placement of the optical element can be improved.
本発明のさらに別の側面では、保持部は、基板に固定され、素子用ホルダー上に載置された光学素子を素子用ホルダー側に付勢することによって光学素子を素子用ホルダー上に保持する付勢部材を有する。この場合、基板や素子用ホルダーとともに光学素子を反転させても、基板に対する光学素子の配置が安定して維持される。 In still another aspect of the present invention, the holding unit holds the optical element on the element holder by urging the optical element, which is fixed to the substrate and placed on the element holder, toward the element holder. It has a biasing member. In this case, even if the optical element is reversed together with the substrate and the element holder, the arrangement of the optical element with respect to the substrate is stably maintained.
本発明のさらに別の側面では、付勢部材は、直線的に延びる細長い板バネである。この場合、加工のバラつきを低減でき、板バネが曲がるといった板バネの劣化を視覚的に判断でき、測定の安定化を図ることができる。 In yet another aspect of the present invention, the biasing member is an elongated leaf spring that extends linearly. In this case, variation in processing can be reduced, deterioration of the leaf spring such as bending of the leaf spring can be visually determined, and measurement can be stabilized.
本発明のさらに別の側面では、基板に固定されているガイド部材に案内されて摺動可能で素子用ホルダー上に載置された光学素子の外形に当接可能であるスライド部材に一体的に固定された第2の基準球をさらに備える。この場合、第2の基準球を利用して光学素子の外形の中心を計測することができる。 In still another aspect of the present invention, a slide member that is guided by a guide member fixed to a substrate and is slidable and can come into contact with the outer shape of the optical element placed on the element holder is integrated with the slide member. It further includes a fixed second reference sphere. In this case, the center of the outer shape of the optical element can be measured using the second reference sphere.
本発明のさらに別の側面では、第2の基準球は、3つのスライド部材に付随して3つ設けられ、3つの第2の基準球の球芯は、基板上に載置された光学素子の光軸位置を重心とする略正三角形の頂点位置に配置され、当該正三角形の1辺は、測定装置の水平方向の駆動軸に対応するX軸又はY軸に平行に設定される。この場合、測定装置による第2の基準球の計測に際して、球芯位置測定誤差が分散され測定値を安定させることができる。 In still another aspect of the present invention, three second reference spheres are provided in association with the three slide members, and the spherical cores of the three second reference spheres are optical elements placed on the substrate. Are arranged at the apex position of a substantially regular triangle with the optical axis position as the center of gravity, and one side of the regular triangle is set parallel to the X axis or Y axis corresponding to the horizontal driving axis of the measuring apparatus. In this case, when the second reference sphere is measured by the measuring device, the sphere core position measurement error is dispersed and the measurement value can be stabilized.
本発明のさらに別の側面では、スライド部材を光学素子の外形に対して付勢するための第1のスライド付勢部と、スライド部材をガイド部材又は基板に対して付勢するための第2のスライド付勢部とを備える。この場合、光学素子の載置に関する再現性を向上させることができる。 In still another aspect of the present invention, a first slide urging portion for urging the slide member with respect to the outer shape of the optical element, and a second for urging the slide member against the guide member or the substrate. And a slide urging portion. In this case, reproducibility regarding the placement of the optical element can be improved.
本発明のさらに別の側面では、スライド付勢部は、ばねの圧縮により付勢力を発生させるプランジャで構成される。 In still another aspect of the present invention, the slide urging portion is constituted by a plunger that generates an urging force by compression of a spring.
本発明のさらに別の側面では、基板を測定装置内で位置決めして載置する載置台をさらに備える。載置台を利用することで基板を第1の方向からの観察から第2の方向からの観察に切り替える際の反転を簡易にして作業性を高めることができる。 In still another aspect of the present invention, the apparatus further includes a mounting table for positioning and mounting the substrate in the measuring apparatus. By using the mounting table, it is possible to simplify reversal when switching the observation from the first direction to the observation from the second direction, and to improve workability.
本発明のさらに別の側面では、基板と載置台とのいずれかに、基板を載置台へ載せる際に両者が最初に接触する箇所に弾性部材が配置されている。基板及び素子用ホルダーのユニットを反転させて再度載置台上に載置する時に衝撃によって光学素子の配置にズレが生じることを抑制し、測定を安定化させることができる。 In yet another aspect of the present invention, an elastic member is disposed on either the substrate or the mounting table at a location where the substrates first contact each other when the substrate is mounted on the mounting table. When the unit of the substrate and the element holder is reversed and mounted on the mounting table again, it is possible to suppress the displacement of the arrangement of the optical elements due to the impact and to stabilize the measurement.
上記目的を達成するため、本発明に係る偏芯測定装置は、上述した光学素子の測定用ジグと、3次元形状を測定する測定装置とを備える。 In order to achieve the above object, an eccentricity measuring apparatus according to the present invention includes the above-described optical element measuring jig and a measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape.
上記目的を達成するため、本発明に係る偏芯測定方法は、光学素子の測定用ジグを用いたものであって、上述した光学素子の測定用ジグ上に光学素子を載置し測定装置にセットして偏芯測定を行う際に、測定用ジグを測定装置の2つの直交する水平方向の駆動軸のまわりに回転させることによって反転させ、測定用ジグを反転させた各反転軸の方向の偏芯測定結果を光学素子の偏芯量として扱う。 In order to achieve the above object, an eccentricity measuring method according to the present invention uses an optical element measuring jig, and the optical element is placed on the measuring jig of the optical element described above in a measuring apparatus. When setting and performing eccentricity measurement, the measuring jig is reversed by rotating it around two orthogonal horizontal drive shafts of the measuring device, and the measuring jig is reversed in the direction of each reversing axis. The eccentricity measurement result is treated as the eccentricity amount of the optical element.
上記偏芯測定方法では、上述した測定用ジグを用いるので、測定装置の駆動軸に直角度誤差が存在していても、光学素子の反転の前後での直角度誤差の影響を排除することが容易となる。特に、測定用ジグを2つの直交する水平方向の基準軸のまわりに回転させることによって反転させ、測定用ジグを反転させた各反転軸の方向の偏芯測定結果を光学素子の偏芯量として扱うことにより、直角度誤差の影響を最小限に抑えた偏芯測定が可能になる。 In the above eccentricity measuring method, since the above-described measuring jig is used, even if there is a squareness error on the drive shaft of the measuring apparatus, it is possible to eliminate the influence of the squareness error before and after the inversion of the optical element. It becomes easy. In particular, the measurement jig is inverted by rotating it around two orthogonal horizontal reference axes, and the eccentricity measurement result in the direction of each inversion axis obtained by inverting the measurement jig is used as the amount of eccentricity of the optical element. By handling it, it is possible to perform eccentricity measurement with minimal influence of squareness error.
以下、本発明の一実施形態に係る光学素子の測定用ジグ、これを用いた偏芯測定方法などを、図面を参照しつつ具体的に説明する。 Hereinafter, an optical element measuring jig according to an embodiment of the present invention, an eccentricity measuring method using the jig, and the like will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、本実施形態に係る光学素子の測定用ジグ100は、光学素子を支持するためのジグ本体1と、ジグ本体1を支持するための載置台2とを備える。
As shown in FIG. 1, an optical
図1及び図2に示すように、前者のジグ本体1は、矩形板状の外観を有するユニット状の部材であり、基板11と、素子用ホルダー20と、基準部4と、保持部5と、付勢部6とを備える。後者の載置台2は、矩形ブロック状の外観を有する金属製の部材であり、ジグ本体1を位置決めした状態で測定装置内の適所に載置できるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ジグ本体1において、基板11は、矩形の支持板11aと、4隅に立設された高さ調整部材24とを有する。支持板11aの中央には、開口11hが形成され(図4参照)、この開口11hに素子用ホルダー20の中央部20bを嵌め込むようにして、素子用ホルダー20が基板11に裏面11j側(第2の方向側)から固定されている。基板11の表面11i側(第1の方向側)には、素子用ホルダー20に対向して保持部5が固定され、素子用ホルダー20上に載置された光学素子としてのレンズ27の脱落を防止している。基板11において、保持部5の周囲には、付勢部6を構成する3つの付勢ユニット19が素子用ホルダー20の中央載置部20cの周囲に3等配の角度(120度)で取り付けられている。基板11において、3つの付勢ユニット19の間には、基準部4を構成する3つの球保持部13が取り付けられている。
In the jig
図4、5などに示すように、素子用ホルダー20は、基板11とは別体で構成されている。素子用ホルダー20は、レンズ(光学素子)27のサイズに応じ、レンズ27の外形側面に当接する付勢部6の第2の基準球14がレンズ27の外形側面に当接可能となるような高さ位置にレンズ27を配置するため、交換可能に設けられている。素子用ホルダー20は、環状の板部材29によって基板11に固定されている。素子用ホルダー20は、被測定物であるレンズ(光学素子)27を載置する中央載置部20cに観察用の開口20hを有する。開口20hの縁部分は、レンズ27のフランジ27gを支持している。この開口20hにより、レンズ27を素子用ホルダー20の中央載置部20cに載置し保持した状態で、基板11の表面11iに対応する第1の方向D1からレンズ27の一方の光学面27aを観察することができ(図3A参照)、裏面11jに対応するから第2の方向D2からレンズ27の他方の光学面27bを観察することができる(図3B参照)。開口20hは、周囲に拡張された切欠き部分20kを有し、レンズ27の外形側面に当接する第2の基準球14の裏面側からの観察を可能にしている(図3B参照)。つまり、後述する第1の基準球12だけでなく、第2の基準球14についても、表裏に相当する第1及び第2の方向D1,D2から測定可能となっている。なお、開口20hを囲む外側には、異なる方位に2つの位置規制部材23が配置され、中央部20bの表側に固定されている。位置規制部材23は、レンズ(光学素子)27のxy方向への移動を制限してレンズ27の位置決めを確実にする。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
基準部4は、3つの第1の基準球12と、3つの球保持部13とを有する。第1の基準球12は、球保持部13に安定した状態で保持され、球保持部13を介して基板11に固定される。この際、3つの第1の基準球12は、基板11上に載置されたレンズ27の光軸位置を重心とする正三角形の頂点位置に配置され、この正三角形の1辺は、素子用ホルダー20の水平基準軸xに平行であり、後述する測定装置にセットされた後は、測定装置の水平方向の駆動軸に対応するX軸又はY軸と平行に設定される。球保持部13は、一対の開口13a、13bを有し、基板11の表面11i及び裏面11j側から見た時の方向を示す第1及び第2の方向D1,D2から第1の基準球12を観察可能にしている。第1の基準球12は、高硬度の材料、例えばルビー、窒化珪素、超硬合金などの材料で形成される。第1の基準球12は、比較的大きく、Φ3〜10mm程度の真球である。
The
図4に示すように、第1の基準球12の球芯12cの鉛直方向の高さH1は、素子用ホルダー20上に載置されたレンズ27の中心27cの鉛直方向に関する高さH2と略等しくなっている。つまり、第1の基準球12の球芯12cとレンズ27の中心27cとは、鉛直方向の相対的高さが略一致している。より正確には、第1の基準球12の球芯12cのz方向に関する高さ位置は、素子用ホルダー20上のレンズ27の表裏一対の光学面27a,27bの面頂点を結ぶ光軸OA上の線分を2分割した中心27cのz方向に関する高さ位置と略一致している。ここで略一致とは、一般的な3次元座標測定機や、それ以外の例えば輪郭形状測定装置などの場合、2mm以内とする。ジグを反転させて測定する際の反転軸と平行な方向の偏芯測定に関しては、測定装置の直角度誤差の影響を概ね排除できるため、測定用ジグ100を反転させる際の反転軸をそれ自身のx軸及びy軸まわり(又は載置台2を基準とする水平方向のX軸及びY軸まわり)として表裏の測定を行うことで、水平駆動軸に対する鉛直軸の直角度誤差を排除した測定値を得られる。また、その測定値と、直角度誤差を排除できていない測定値との差分を補価値とするならば、上記のようなx軸及びy軸(X軸及びY軸)まわりに反転させて方向を特定する測定ステップを踏まずとも、以降の測定としては直角度誤差が排除された測定値を得ることができる。
As shown in FIG. 4, the vertical height H <b> 1 of the
素子用ホルダー20の中央載置部20cと第1の基準球12用の球保持部13とは、基板11の高さ調整部材24とともに、高さ調整部として機能する。つまり、中央載置部20cと球保持部13とによって、第1の基準球12の球芯12cとレンズ(光学素子)27の中心27cとを測定装置内の鉛直方向に関して略一致させることができる。さらに、高さ調整部材24により、ジグ本体1を載置台2上で反転させても鉛直のZ軸方向に関して、第1の基準球12の球芯12cの高さH1と、レンズ(光学素子)27の中心27cの高さH2(≒H1)とが変化しないようにしている。なお、中央載置部20cと球保持部13とは、図示の例では基板11と別体で形成されているが、これらの一部又は全部を基板11と一体的に形成され、一体的に固定されたものとできる。
The central mounting
保持部5は、3つの付勢部材21と、3角の枠状部材22とを有する。3つの付勢部材21は、素子用ホルダー20の載置部の周囲に、付勢部6を構成する3つの付勢ユニット19と互い違いとなるように、3等配の角度(120度)で配置されている。各付勢部材21は、直線的に延びる細長い板バネであり、根元側でスペーサー22tを介して枠状部材22に固定され、この枠状部材22を介して基板11に固定されている。3つの付勢部材21は、その取り付け高さが適度に設定されており、素子用ホルダー20上に載置されたレンズ(光学素子)27を素子用ホルダー20側に適度に付勢することによってレンズ27を素子用ホルダー20上に安定して保持された状態に維持する。ここで、適度に付勢とは、有限要素法(FEM)等の手法により、その付勢力がレンズ27の光学面(被測定面)に与える歪みがこのジグによる偏芯の測定結果に対して十分影響が小さくなるように設定されるのが好ましい。3つの付勢部材21の先端21aは、レンズ27の外周に設けたフランジ27gの3箇所の平坦面に当接して素子用ホルダー20側すなわち−z側に押圧する。なお、付勢部材21は、曲げ部を有しない一枚板構造を有しており、劣化その他の状態を外観的に判断しやすくなっている。また、付勢部材21の支持に際してスペーサー22tを用いることで、付勢部材21の先端21aがフランジ27gを押圧する力(付勢力)を調整することができる。
The holding
図2、6に示すように、付勢部6を構成する各付勢ユニット19は、先端に第2の基準球14を固定したロッド状のスライド部材15と、スライド部材15を軸方向に案内する第1及び第2ガイド部材16,17と、スライド部材15を先端側に付勢するバネを内蔵する第1スライド付勢部18と、第1スライド付勢部18を基板11上に固定する固定部6bとを有する。
As shown in FIGS. 2 and 6, each urging
3つのスライド部材15は、素子用ホルダー20上に載置されたレンズ27を中心に向けて付勢する。この際、各スライド部材15の先端に固定された第2の基準球14が、レンズ27の外周に設けたフランジの3箇所の側面に当接して側面に垂直な中心向きの方向に押圧する。これら3つの第2の基準球14は、基板11上に載置されたレンズ27の光軸位置を重心とする正三角形の頂点位置に配置され、この正三角形の1辺は、素子用ホルダー20の水平基準軸xに平行であり、後述する測定装置にセットされた後は、測定装置の水平方向の駆動軸に対応するX軸又はY軸と平行に設定される。各スライド部材15は、第2の基準球14を支持するロッドの先端側保持部材15aと、第1及び第2ガイド部材16,17によって形成される孔に収納される根元側摺動部15bとを有する。根元側摺動部15bの外周側面については、摺動性及び耐摩耗性を向上させるため、DLCなどの表面処理を施すことができる。
スライド部材15に支持された第2の基準球14は、高硬度の材料、例えばルビー、窒化珪素、超硬合金などの材料で形成される。第2の基準球14は、比較的小さく、Φ2〜0.33mm程度の真球である。
第1及び第2ガイド部材16,17は、基板11と協働してスライド部材15の根元側摺動部15bの側面を囲む。第1及び第2ガイド部材16,17の根元側摺動部15bに対向する内面については、摺動性及び耐摩耗性を向上させるため、DLCなどの表面処理を施すことができる。第1及び第2ガイド部材16,17には、第2スライド付勢部19a,19bが埋め込むように固定されており、スライド部材15の根元部分を対向する第1ガイド部材16や基板11の方向に付勢して、スライド部材15の精密で安定した摺動を可能にしている。第2スライド付勢部19a,19bは、バネの圧縮力により付勢力を発生させるプランジャにより構成される。第2スライド付勢部19a,19bの先端は、スライド部材15の側面と摺動するように接触するので、第2スライド付勢部19a,19bの先端の接触部には、滑らかに転動するボールやローラーを設けることが望ましい。また、ガイド部材16,17やスライド部材15には、クロスドローラーガイドなどを用いても構わない。
第1スライド付勢部18は、スライド部材15の根元側摺動部15bの後端に当椄してスライド部材15を先端側に押圧する。これにより、第2の基準球14がレンズ27の外周を所望の力で押圧する状態とできる。第1スライド付勢部18は、バネの圧縮力により付勢力を発生させるプランジャにより構成される。なお、第1スライド付勢部18は、固定部6bによって長手方向の位置を調整可能に固定されており、第2の基準球14がレンズ27の外周を押圧する力を解除したり微調整したりできるようになっている。
なお、3つのスライド部材15のうち、図3Aなどに示す一対の位置規制部材23に挟まれた1つのスライド部材15に付与する付勢力を他の2つのスライド部材15に対するものより相対的に弱くすることで、レンズ(光学素子)27がxy面内で一対の位置規制部材23側に寄り、レンズ27の支持を安定化させることができる。The three
The
The first and
The first
Of the three
図1に戻って、載置台2は、底板部2aと支持部2bと位置決め部2cとを備える。底板部2aには、ジグ本体1の基板11に設けられた開口11hに対応して開口2hが形成されている。支持部2bのうち、底板部2aの4隅に対応する支持部2dは、基板11の4隅の裏面又は高さ調整部材24の上面を支持する。載置台2の支持部2bには制限壁2eが設けられており、ジグ本体1のY駆動軸の方向への移動を制限し、支持部2bには位置決め部2cが固定されており、ジグ本体1のX駆動軸の方向への移動を制限する。つまり、支持部2bによって、鉛直のZ駆動軸の方向に関してジグ本体1がアライメントされ、制限壁2e及び位置決め部2cによって、水平のXY駆動軸の方向に関してジグ本体1がアライメントされ、載置台2に対して3次元的な位置決めが達成される。なお、制限壁2e側の支持部2bの上面のうち制限壁2eから離れた側には、弾性体製の弾性部材であるショック吸収シート25が貼り付けられている。このショック吸収シート(弾性部材)25は、載置台2上にジグ本体1を載置する際にジグ本体1が最初に接触する箇所に設けられており、ジグ本体1を設置する際の衝撃を吸収することにより、ジグ本体1の反転などに伴ってレンズ(光学素子)27の配置ずれが生じることを防止している。なお、ショック吸収シート25としては、ゴム、バネ、ショックアブソーバなどを用いることができる。
Returning to FIG. 1, the mounting table 2 includes a
図7Aは、載置台2上にジグ本体1を第1の方向D1で観察可能に載置した状態を示し、図7Bは、載置台2上にジグ本体1を第2の方向D2で観察可能に載置した状態を示す。図7Aの場合、載置台2の支持部2bによって基板11の4隅の裏面が支持され、図7Bの場合、図7Aの状態からジグ本体1をそれ自身のy軸のまわりに180度回転させて反転させた状態であり、載置台2の支持部2bによって基板11の4つの高さ調整部材24が支持されている。いずれの場合も、載置台2の制限壁2e及び位置決め部2cによって、基板11の横方向への移動が制限されている。
7A shows a state in which the
図8Aは、載置台2上にジグ本体1を裏返して載置する直前の状態を示し、図8Bは、載置台2上にジグ本体1を載置する直前の状態を拡大視したものである。載置台2上にジグ本体1を載置する際に、ジグ本体1の高さ調整部材24などが載置台2の支持部2bに対して最初に接触する箇所には、ショック吸収シート25が設けられている。ジグ本体1の角部1wには、R形状が形成されており、接触の衝撃をより低減している。
なお、図8Cに示すように、載置台2側でなくジグ本体1側にショック吸収シート125を設けることもできる。すなわち、ジグ本体1の上下の角部1wには、ショック吸収シート125が貼り付けられており、ジグ本体1を表側を上にして配置する場合、或いは、ジグ本体1を裏側を上にして配置する場合のいずれにおいても、ジグ本体1が載置台2に対して最初に接触する際の衝撃が緩和されるようにしている。FIG. 8A shows a state immediately before placing the
As shown in FIG. 8C, a
図9A〜9Dは、載置台2上にジグ本体1を裏返して載置する工程を示しており、図9Aに示す工程で大きく傾けたジグ本体1の角部1wが載置台2にショック吸収シート25を介して接触し、図9Bに示す工程で角部1wを固定したままでジグ本体1の傾斜を減少させて水平に近い状態にする。図9Cに示す工程でジグ本体1の若干の傾斜姿勢を保ったままで角部1wを制限壁2e側にスライド移動させ、図9Dに示す工程でジグ本体1のうち制限壁2eから離れた反対側を載置台2に近接させて、載置台2の支持部2b又は支持部2dによって基板11の4つの高さ調整部材24が支持されるようにする。これにより、ジグ本体1を載置台2上で水平に配置することができる。
9A to 9D show a process of placing the
図10A及び10Bは、図1に示す測定用ジグ100を用いて3次元形状を測定する面形状測定装置200の構造を説明する正面及び側面の概念図である。この面形状測定装置200は、偏芯測定を可能にする測定装置であり、定盤81上に、XYステージ装置82と、Z駆動装置84とを固定した構造を有する。XYステージ装置82やZ駆動装置84の動作は、制御装置99によって制御されている。
10A and 10B are front and side conceptual views illustrating the structure of a surface
XYステージ装置82は、説明を省略する駆動機構に駆動されて動作し、XYステージ装置82の上部に固定された載置台2に載置されたジグ本体1を、水平なXY面内で2次元的に任意の位置に滑らかに移動させることができる。ジグ本体1の位置は、載置台82aに設けたXミラー83aとYミラー83bとを利用して検出される。すなわち、Xミラー83aに対向して定盤81上に取り付けたレーザ干渉計83dを利用して載置台82aのX軸方向の位置が分かる。また、Yミラー83bに対向して定盤81上に取り付けたレーザ干渉計83eを利用して載置台82aのY軸方向の位置が分かる。
The
Z駆動装置84は、フレーム85上に昇降機構86を固定したものであり、昇降機構86は、フレーム85上部に固定されZ方向に延びる支持軸86aと、支持軸86aに支持されてZ軸方向に移動する昇降部材86bと、昇降部材86bを昇降させる昇降駆動手段(不図示)と、昇降部材86bに支持された触針保持部86dと、触針保持部86dに昇降可能に支持された触針PRとを備える。
The
昇降機構86は、昇降部材86bが支持軸86aに非接触に支持されて滑らかに昇降運動する。触針保持部86dは触針PRを保持しており、これに伴って滑らかに昇降運動する。なお触針PRについては、先端に一定の負荷を掛けた状態で高精度で滑らかに昇降することができるように、フィードバックをかけて不図示の昇降駆動手段を動作させている。結果的に、触針PRを低応力で昇降させつつ、XYステージ装置82を適宜動作させてジグ本体1上に載置したレンズ27を2次元的に走査するように移動させるならば、触針PRの先端をジグ本体1上に載置したレンズ27の光学面に沿って2次元的に移動させることができる。この際、触針PRの先端位置は、触針PRとともに昇降する部材の上端に設けたZミラー91aを利用して検出される。すなわち、Zミラー91aに対向してフレーム85上に取り付けたレーザ干渉計91bを利用して触針PR下端のZ軸方向の位置が分かる。
The elevating
図11及び12は、図10Aなどに示す面形状測定装置(測定装置)200を用いた測定方法の手順を説明するフローチャートである。 11 and 12 are flowcharts for explaining the procedure of the measuring method using the surface shape measuring apparatus (measuring apparatus) 200 shown in FIG. 10A and the like.
最初に、レンズ27を支持するジグ本体(治具本体)1を、図10Aなどに示す面形状測定装置200に予め取り付けられている載置台2上にセットする(ステップS10)。この際、基板11の表面11iが上側に向いて第1の方向D1からの観察が可能になるようにする。次に、基板11の周辺部に配置された3つの第1の基準球12の表面形状を計測することによって、球芯の座標系(表側座標系)を測定する(ステップS11)。次に、レンズ27の周囲に配置された3つの第2の基準球14の表面形状を計測することによって、球芯の座標を測定する(ステップS12)。次に、レンズ27のフランジ27g側面の中心に対応する表面外形基準位置を算出する(ステップS13)。次に、レンズ27の表側の光学面27aの表面形状を測定する(ステップS14)。具体的には、レンズ27の光学面27aの上方に触針PRを配置した状態で、XYステージ装置82を動作させてレンズ27に対して触針PRを2次元的に走査移動させつつ、駆動装置84を動作させて触針PR先端を光学面27aから離れないように移動させる。これにより、2次元的な表面形状データが得られる。次に、ステップS14で得た表面形状データを設計値でフィッティングする座標変換を行うとともに、ステップS13で得た表面外形基準位置に基づいてレンズ27の表面外形偏芯を算出する(ステップS15)。
First, the jig main body (jig main body) 1 that supports the
次に、ジグ本体1を水平なY駆動軸に平行な軸(又は反転軸)のまわりに反転させることで裏返した状態として載置台2上にセットする(ステップS21)。つまり、基板11の裏面11jが上側に向いて第2の方向D2の観察が可能になるようにする。次に、基板11の周辺部に配置された3つの第1の基準球12の表面形状を計測することによって、裏側の球芯の座標(裏側座標系)を測定する(ステップS22)。次に、ステップS11で得た球芯の座標系(表側座標系)と、ステップS22で得た球芯の座標系(裏側座標系)とを比較して、表側座標系と裏側座標系との関係を算出する(ステップS23)。次に、レンズ27のフランジ27gの中心に対応する裏面外形基準位置を決定する(ステップS24)。ここで、裏面外形基準位置は、ステップS13で得た表面外形基準位置をステップS23で得た表側座標系と裏側座標系との関係を利用して座標変換することによって得られるが、第2の基準球14の表面形状を裏側から計測することによって直接的に得ることができる。次に、レンズ27の裏側の光学面27bの表面形状を測定する(ステップS25)。次に、ステップS25で得た表面形状データを設計値でフィッティングする座標変換を行う(ステップS26)。次に、ステップS15で得た座標変換データと、ステップS26で得た座標変換データとを、ステップS23で得た関係を利用して比較して、レンズ27の両光学面27a,27bの相対的偏芯を算出する(ステップS27)。得られた偏芯のうち信頼度の高いY駆動軸方向の偏芯が採用される。
Next, the jig
次に、ジグ本体1をZ駆動軸に平行な軸のまわりに半回転させて面形状測定装置の保持部(不図示)にセットする(ステップS31)。つまり、基板11の裏面11jが上側に向いて第2の方向D2の観察が可能になるように保たれるが、ジグ本体1は、ステップS10の状態を基準として、水平なX駆動軸に平行な軸(又は反転軸)のまわりに反転させることで裏返した状態として載置台2上にセットされたことになる。次に、基板11の周辺部に配置された3つの第1の基準球12の表面形状を計測することによって、球芯の座標を測定する(ステップS32)。次に、ステップS11で得た球芯の座標系(表側座標系)と、ステップS32で得た表側の球芯の座標系(裏側座標系)とを比較して、表側座標系と裏側座標系との関係を算出する(ステップS33)。次に、レンズ27のフランジ27gの中心に対応する裏面外形基準位置を決定する(ステップS34)。次に、レンズ27の裏側の光学面27bの表面形状を測定する(ステップS35)。次に、ステップS35で得た表面形状データを設計値でフィッティングする座標変換を行う(ステップS36)。次に、ステップS15で得た座標変換データと、ステップS36で得た座標変換データとを、ステップS33で得た関係を利用して比較して、レンズ27の両光学面27a,27bの相対的偏芯を算出する(ステップS37)。得られた偏芯のうち信頼度の高いX駆動軸方向の偏芯が採用される。
Next, the
以上で説明した測定方法は単なる例示であり、種々の変形が可能である。 The measurement method described above is merely an example, and various modifications are possible.
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第1実施形態では、すべてのスライド部材15を可動としているが、スライド部材15の1つ又は2つを基板11上に固定されたものとできる。
As described above, the present invention has been described according to the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the first embodiment, all the
第1の基準球12の球芯12cの位置とレンズ27の中心27cの位置とは、測定装置内の鉛直のZ方向に関して正確に一致させる必要はないが、両者の差が少ない方が精度や信頼度が高まる。
The position of the
Claims (14)
光学素子を載置する素子用ホルダーと、
前記素子用ホルダーを取付けるための開口を有する基板と、
前記基板にそれぞれ固定され、前記基板を測定装置内にセットした状態での一方の測定に対応する前記基板の第1の方向と、前記基板を反転させた他方の測定に対応する前記基板の第2の方向とから測定可能な少なくとも3つの第1の基準球と、
光学素子を前記素子用ホルダー上に保持する保持部と、
前記基板を前記第1及び第2の方向から測定するため前記測定装置内にセットする際に、前記第1の基準球の球芯と光学素子の一対の光学面の頂点間の中心とを前記測定装置内の鉛直方向に関して略一致させる高さ調整部と
を備える光学素子の測定用ジグ。A measuring jig that can be used when measuring the eccentricity of the optical surface of an optical element,
An element holder for mounting an optical element;
A substrate having an opening for mounting the element holder;
A first direction of the substrate that is fixed to the substrate and corresponds to one measurement in a state where the substrate is set in a measurement apparatus, and a first direction of the substrate that corresponds to the other measurement in which the substrate is inverted. At least three first reference spheres measurable from two directions;
A holding unit for holding the optical element on the element holder;
When setting the substrate in the measuring device to measure the substrate from the first and second directions, the spherical core of the first reference sphere and the center between the vertices of a pair of optical surfaces of the optical element are A jig for measuring an optical element, comprising: a height adjusting unit that is substantially matched with respect to a vertical direction in the measuring apparatus.
3次元形状を測定する前記測定装置と
を備える偏芯測定装置。A jig for measuring the optical element according to any one of claims 1 to 12,
An eccentricity measuring device comprising the measuring device for measuring a three-dimensional shape.
請求項1〜12のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ上に光学素子を載置し前記測定装置にセットして偏芯測定を行う際に、前記測定用ジグを前記測定装置の2つの直交する水平方向の駆動軸のまわりに回転させることによって反転させ、前記測定用ジグを反転させた各反転軸の方向の偏芯測定結果を光学素子の偏芯量として扱う偏芯測定方法。An eccentricity measuring method using an optical element measuring jig,
When the optical element is placed on the measuring jig of the optical element according to any one of claims 1 to 12 and set on the measuring apparatus to perform eccentricity measurement, the measuring jig is used as the measuring apparatus. Eccentricity measurement that treats the eccentricity measurement result in the direction of each reversal axis obtained by reversing by rotating around two orthogonal horizontal drive shafts and reversing the measuring jig as the decentering amount of the optical element Method.
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