JPWO2015151830A1 - 光学素子の測定用ジグ、偏芯測定装置及び偏芯測定方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

特開２００２−７１３４４号公報 特開２００６−７８３９８号公報 特許第４８３５１４９号公報 特許第４８３９７９８号公報 特許第５３３３５３１号公報 特許第４９８６５３０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

実施形態の測定用ジグを説明する斜視図である。 実施形態の測定用ジグのうちジグ本体を説明する斜視図である。 図３Ａは、ジグ本体の中心部を第１の方向から見た図であり、図３Ｂは、ジグ本体の中心部を第２の方向から見た図である。 ジグ本体の部分的な側方断面図である。 ジグ本体のうちこれに載置されたレンズ周辺の部分拡大斜視図である。 ジグ本体のうちスライド付勢部の配置及び構造を説明する拡大斜視図である。 図７Ａは、第１の方向からの測定状態を説明する図であり、図７Ｂは、第２の方向からの測定状態を説明する図である。 図８Ａ及び８Ｂは、ジグ本体の載置台へのセットの初期段階を説明する図であり、図８Ｃは、弾性部材の取付けの変形例を説明する図である。 図９Ａ〜９Ｄは、ジグ本体の載置台へのセットの続きを説明する図である。 図１０Ａ及び１０Ｂは、面形状測定装置の構造を説明する正面図及び側面図である。 図１０に示す面形状測定装置を用いた測定方法を説明するフローチャートである。 図１０に示す面形状測定装置を用いた測定方法を説明するフローチャートである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (14)

1. 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、
   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。
2. ３つの前記第１の基準球は、前記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、前記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、請求項１に記載の光学素子の測定用ジグ。
3. 前記高さ調整部は、少なくとも一部が前記基板に一体に形成され、又は前記基板と別体で形成されて前記基板に組み付けられる、請求項１及び２のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
4. 前記素子用ホルダーは、光学素子を載置し保持した状態で前記基板について前記第１及び第２の方向からの測定を可能にする閉口を有し、少なくとも前記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、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
5. 前記保持部は、前記基板に固定され、前記素子用ホルダー上に載置された光学素子を前記素子用ホルダー側に付勢することによって光学素子を前記素子用ホルダー上に保持する付勢部材を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
6. 前記付勢部材は、直線的に延びる細長い板バネである、請求項５に記載の光学素子の測定用ジグ。
7. 前記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前記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、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
8. 前記第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つの前記第２の基準球の球芯は、前記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、前記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、請求項７に記載の光学素子の測定用ジグ。
9. 前記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、前記スライド部材を前記ガイド部材又は前記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、請求項７及び８のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
10. 前記スライド付勢部は、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、請求項９に記載の光学素子の測定用ジグ。
11. 前記基板を前記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、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学素子の測定用ジグ。
12. 前記基板と前記載置台とのいずれかに、前記基板を前記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、請求項１１に記載の光学素子の測定用ジグ。
13. 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と、
    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。
14. 光学素子の測定用ジグを用いた偏芯測定方法であって、
    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。

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