JPH1114306A - 偏心測定装置、偏心測定方法、及び加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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と測定方法、及びこれを用
いた加工装置を提供する。 【解決手段】 回転している被測定面8’に対して、二
つの光束2a、2bを集光光学手段5により被測定面の見か
けの曲率中心13の近傍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
る際に、前記二つの光束の集光交叉する角度を可変とし
た。

Description

【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,2
b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ｄ
δ、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2
a、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2
a、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、S1
02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’，２４，２
４’，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

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。