JP2010019685A - 曲率半径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲率半径測定装置において、大気の揺らぎに起因するレーザ干渉測長器の測定誤差を低減することができ、曲率半径の測定精度を向上することができるようにする。
【解決手段】曲率半径測定装置１００は、可干渉性の光束を参照面で参照光と測定光とに分割し、この測定光を曲面からなる被検面８ａに向けて集光位置Ｐに収束するように照射し、被検面８ａの被検面反射光Ｌ_３と参照光とを干渉させて干渉縞を観察する干渉計２と、干渉計２の光軸Ｃ方向に沿って集光位置Ｐに対する被検面８ａの相対位置を変化させる移動機構１４と、移動機構１４によって移動される反射鏡に測長光を照射して移動距離測定を行うレーザ干渉測長器１０と、レーザ干渉測長器１０と反射鏡との間で、測長光の光路に沿う方向に伸縮可能とされ、測長光の光路を側方から囲繞する蛇腹カバー９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、曲率半径測定装置に関する。

従来、曲面形状を有する被検面、例えば、レンズ面やミラー面の曲率半径を測定するため、干渉計とレーザ干渉測長器とを用いた曲率半径測定装置が知られている。
このような曲率半径測定装置の一例として、例えば、特許文献１には、被検物の被検面と反対側に反射鏡を設け、干渉計のフィゾーレンズに対する被検物の光軸方向の位置を支持装置によって移動し、この移動の際の被検物の位置を、レーザ干渉測長器から反射鏡に向かってレーザ光を照射することによって測定するようにした曲率半径測定装置が記載されている。
特開２０００−２２１０１７号公報

しかしながら、上記のような従来の曲率半径測定装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、曲率半径の測定精度はレーザ干渉測長器の測定精度に依存するが、レーザ干渉測長器では、被測定物に照射したレーザ光とその反射光との干渉による輝度変化をパルス信号として取り出し、このパルス信号をカウントすることで移動量を測定するため、レーザ光の光路に大気の揺らぎが発生すると光路長が変化して移動量の測定値が変動するため、移動量を正確に測定できなくなってしまうという問題がある。
レーザ干渉測長器に代えて、例えばガラススケールなどを用いることも考えられるが、測定レンジの広さや測定分解能が劣ってしまうという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、大気の揺らぎに起因するレーザ干渉測長器の測定誤差を低減することができ、曲率半径の測定精度を向上することができる曲率半径測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、可干渉性の光束を参照面で参照光と測定光とに分割し、該測定光を曲面からなる被検面に向けて集光位置に収束するように照射し、前記被検面の反射光と前記参照光とを干渉させて干渉縞を観察する干渉計と、該干渉計の光軸方向に沿って、前記参照面および前記被検面のいずれかと一体に移動可能に設けられた可動体部を移動させることにより、前記測定光の集光位置に対する前記被検面の相対位置を変化させる相対移動機構と、該相対移動機構によって移動される前記可動体部に測長用レーザ光を照射して前記可動体部の移動距離測定を行うレーザ干渉測長器と、該レーザ干渉測長器と前記可動体部との間で、前記測長用レーザ光の光路に沿う方向に伸縮可能とされ、前記測長用レーザ光の光路を側方から囲繞する筒状部材とを備える構成とする。
この発明によれば、筒状部材により、レーザ干渉測長器と可動体部との間で、レーザ干渉測長器から可動体部に照射される測長用レーザ光の光路が側方から囲繞されるので、筒状部材の内方の大気の移動が抑制される。このため、大気の移動による大気の揺らぎが抑制され、大気の揺らぎに起因するレーザ干渉測長器の測定誤差が低減される。
また、筒状部材は伸縮可能とされているため、可動体部が移動して、測長用レーザ光の光路の長さが変化しても、それに合わせて筒状部材を伸縮させることで、移動中でも測長用レーザ光の光路における大気の揺らぎを抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の曲率半径測定装置において、前記筒状部材は、前記筒状部材の一方の端部が前記レーザ干渉測長器を支持する支持体に固定され、前記筒状部材の他方の端部が前記可動体部に固定された構成とする。
この発明によれば、筒状部材の一方の端部がレーザ干渉測長器を支持する支持体に固定され、筒状部材の他方の端部が可動体部に固定されるので、相対移動機構による可動体部の移動に伴って筒状部材が伸縮される。このため、簡素な装置構成とすることができる。

本発明の曲率半径測定装置によれば、筒状部材により測長用レーザ光の光路における大気の移動を抑制することができるので、レーザ干渉測長器を用いても大気の揺らぎに起因する測定誤差を低減することができ、曲率半径の測定精度を向上することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る曲率半径測定装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る曲率半径測定装置の干渉計の概略構成を示す模式的な光路図である。図３は、図１におけるＡ部の部分拡大図である。

本発明の第１の実施形態に係る曲率半径測定装置について説明する。
本実施形態の曲率半径測定装置１００は、レンズや反射ミラーなどの光学素子の曲面からなる光学面を被検面として、その曲率半径を測定する装置である。
被検面としては、凸面、凹面のいずれでもよいが、以下では、一例として、図１に示すように、凸凹レンズからなる被検レンズ８の凹球面である被検面８ａの曲率半径を測定する場合の例で説明する。被検面８ａが凸球面からなる場合の配置、構成については当業者には容易に理解される。
曲率半径測定装置１００の概略構成は、図１に示すように、架台部１、干渉計２、被検レンズ保持部７、移動台６、移動機構１４（相対移動機構）、レーザ干渉測長器１０、および蛇腹カバー９（筒状部材）からなる。

架台部１は、板状の基台１ａと、基台１ａ上に立設され互いに水平方向に離間して配置された支持壁１ｂ、１ｃと、支持壁１ｂ、１ｃの上端部に架設された天板１ｄとを備える枠体である。

干渉計２は、その筐体２ａが、図１に示すように、天板１ｄに固定されており、干渉計２からは、鉛直方向に沿う光軸Ｃに沿って、天板１ｄの下方における光軸Ｃ上の一定位置である集光位置Ｐに収束する可干渉性の測定光Ｌ_２Ａが出射されるようになっている。
干渉計２の種類は、特に限定されないが、本実施形態ではフィゾー型干渉計の場合の例で説明する。
干渉計２の概略構成は、図２に示すように、レーザ光源２１、集光レンズ２２、ピンホール２３、ビームスプリッタ２４、コリメータレンズ２６、参照レンズ２７、レンズ２９、および撮像部３０が、筐体２ａ内に設けられてなる。

レーザ光源２１は、図２に示すように、干渉縞を形成するために、直線偏光された可干渉性の光束をレーザ光Ｌ_１として発生する光源で、例えば、直線偏光タイプのＨｅ−Ｎｅレーザ等を採用することができる。レーザ光源２１から出力されたレーザ光Ｌ_１は、光軸Ｃに交差する方向に出射され、レーザ光Ｌ_１の光路上に配置された集光レンズ２２によって、一度集光させた後に発散される。
集光レンズ２２による集光位置には、ノイズ光を除去するため、集光されたレーザ光Ｌ_１以外の光を遮光するピンホール２３が配置されている。

ビームスプリッタ２４は、ピンホール２３を透過したレーザ光Ｌ_１の直線偏光の偏光成分を光軸Ｃに沿う方向に向けて略１００％反射させるとともに、光軸Ｃに沿って入射するレーザ光Ｌ_１の直線偏光の偏光方向が９０°ずれた偏光成分を透過させるビームスプリッタ面２４ａを有する光分岐素子である。
以下では、一例として、ピンホール２３を透過してビームスプリッタ２４に入射するレーザ光Ｌ_１の偏光がビームスプリッタ面２４ａに対してＳ偏光であるとして説明する。この場合、ビームスプリッタ面２４ａにはＳ偏光成分を略１００％反射しＰ偏光成分を略１００％透過させる反射透過率特性が付与される。

コリメータレンズ２６は、その焦点位置が、集光レンズ２２によるレーザ光Ｌ_１の集光位置に一致するように、光軸Ｃ上で位置調整して配置された集光レンズであり、これにより、ビームスプリッタ面２４ａで反射されて発散しつつ進むレーザ光Ｌ_１が集光され、レーザ光Ｌ_１は光軸Ｃに沿って進む平行光とされる。
ビームスプリッタ２４とコリメータレンズ２６との間の光路上には、偏光を直線偏光と円偏光との間で変換する１／４波長板２５が設けられている。このため、１／４波長板２５を透過したレーザ光Ｌ_１は、Ｓ偏光から円偏光に変換される。

参照レンズ２７は、コリメータレンズ２６で平行光とされたレーザ光Ｌ_１の一部を透過して集光位置Ｐに集光する測定光Ｌ_２Ａを形成するとともに、レーザ光Ｌ_１の他を、参照波面を形成するために精度よく仕上げられた球面からなる参照面２７ｂによって反射してビームスプリッタ２４に向かう参照面反射光Ｌ_２Ｂ（参照光）を形成するレンズである。
本実施形態の参照レンズ２７では、参照面２７ｂは、コリメータレンズ２６と反対側に設けられ、コリメータレンズ２６側の入射面２７ａは、反射防止コーティングが施されている。

参照レンズ２７を透過した測定光Ｌ_２Ａは、光軸Ｃ上に配置された被検レンズ８の被検面８ａによって反射されると被検面反射光Ｌ_３として、参照レンズ２７に再入射し、参照面２７ｂにおいて、参照面反射光Ｌ_２Ｂと合成され、参照面２７ｂと被検面８ａとの間の光路差に応じて参照面反射光Ｌ_２Ｂと干渉を起こし、干渉縞を形成する。
このとき、干渉縞本数が最小となるのは、被検面８ａの曲率中心Ｏと集光位置Ｐとが一致する位置（図２の実線の被検面８ａの位置、以下、第１測定位置と称する）と、被検面８ａの光軸Ｃ方向の頂点の位置である面頂位置Ｑと集光位置Ｐとが一致する位置（図２の破線の被検面８ａの位置、以下、第２測定位置と称する）とである。また、光軸Ｃ上において、被検面８ａがこれらの第１および第２測定位置の近傍にある場合、良好なコントラストを有する複数本の干渉縞が形成される。
被検面反射光Ｌ_３は、被検面８ａが第１測定位置、第２測定位置のいずれの近傍にある場合でも、参照レンズ２７に入射すると略平行光となり、参照面２７ｂで反射された参照面反射光Ｌ_２Ｂとともに、コリメータレンズ２６によって集光されつつ１／４波長板２５を透過する。このとき、被検面反射光Ｌ_３、参照面反射光Ｌ_２Ｂはいずれも、一度反射された円偏光光であるため、１／４波長板２５を透過するとＰ偏光の直線偏光に変換され、ビームスプリッタ面２４ａを透過して、コリメータレンズ２６の焦点位置に集光される。

レンズ２９は、焦点位置をコリメータレンズ２６の光軸Ｃ上の焦点位置に合わせて配置されたレンズであり、参照面２７ｂ上での参照面反射光Ｌ_２Ｂおよび被検面反射光Ｌ_３の干渉による干渉縞画像を撮像部３０の撮像面に投影するものである。
なお、ビームスプリッタ２４とレンズ２９との間の光路上には、ノイズ光を除去するためコリメータレンズ２６の焦点位置近傍で開口する絞り２８が設けられている。

撮像部３０は、レンズ２９によって投影された像を撮像して、撮像部３０に接続されたモニタ１１に表示し、測定者が干渉縞を観察できるようにするもので、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子などからなる。

被検レンズ保持部７は、図１、３に示すように、被検レンズ８をレンズ光軸方向およびレンズ光軸に直交する方向に位置決めして保持するためのものであり、適宜の位置決め保持部や固定部を有している。そして、被検レンズ保持部７によって位置決めされた状態の被検レンズ８のレンズ光軸を光軸Ｃに一致させる調整ができるように、例えば、ＸＹステージとチルトステージとの組合せからなる調整ステージ１２を介して、移動台６上に設けられている。
被検レンズ保持部７は、被検レンズ８単品を保持するようにしてもよいし、被検レンズ８がレンズ鏡筒に組み立てられている場合には、レンズ鏡筒を保持するようにしてもよい。

移動台６は、図１に示すように、干渉計２の下方側に配置された板状もしくはブロック状の部材であり、移動台６の水平方向の端部に設けられた移動係合部６ｃが、支持壁１ｂ上に設けられた移動機構１４に係合されることによって、移動台６は、光軸Ｃ方向に移動可能になっている。
図３に示すように、移動台６の上面６ａには、被検レンズ保持部７を位置調整して保持した調整ステージ１２が固定されている。
移動台６の下面６ｂには光軸Ｃと交差する位置に、レーザ干渉測長器１０によって光軸Ｃ方向での移動台６の位置検出を行うための反射鏡３１が一体に設けられている。
本実施形態の反射鏡３１は、図３に示すように、下方側に向けて９０°の角度に開いたＶ字状の反射面３１ａを備え、下方側から入射する光を反射面３１ａで反射して、入射方向と同方向に反射することができるようになっている。反射面３１ａのＶ字の頂部は、光軸Ｃが通る位置に配置されることが好ましい。

移動機構１４は、移動台６を光軸Ｃに沿って直動移動させることができれば、どのような構成の移動機構でもよいが、本実施形態では、送りねじ機構を採用している。
移動機構１４は、支持部５ａ、５ｂ、送りねじ４、モータ３、コントローラ１３、および図示しない直動ガイドを備える。

支持部５ａ、５ｂは、送りねじ４の両端の軸部を回転可能に支持するもので、それぞれ架台部１の内部側の支持壁１ｂの上部および下部において、鉛直方向に対向して設置されている。
送りねじ４は、両端の軸部が支持部５ａ、５ｂによって回転可能に支持され、支持部５ａ、５ｂの間に形成されたねじ部が、移動台６の移動係合部６ｃに螺合状態に係合されている。これにより、送りねじ４を回転させることで、移動台６を送りねじ４の回転中心軸に沿う方向に駆動することが可能となっている。送りねじ４の回転中心軸の配置姿勢は、光軸Ｃに平行とされている。

モータ３は、支持部５ａから上方に延在された送りねじ４の軸部に連結され、送りねじ４を回転駆動するものである。
コントローラ１３は、モータ３と電気的に接続され、モータ３の起動、停止、回転方向、回転速度、および回転量を制御する制御手段である。
直動ガイドは、移動台６の送りねじ４の回転中心軸回りの回転を規制し、移動台６の移動方向を光軸Ｃに沿う方向に案内するガイド部材である。例えば、図１の紙面奥行き方向の裏面側において、送りねじ４と重なる位置に送りねじ４と平行に配置され、移動台６に摺動可能に挿通された棒状のガイド軸や、リニアガイドなどの構成を採用することができる。

このような構成により、被検レンズ８、被検レンズ保持部７、調整ステージ１２、移動台６、および反射鏡３１は、移動機構１４によって移動される可動体部を構成している。

レーザ干渉測長器１０は、レーザ光の干渉を利用して距離測定を行うものであれば、適宜の構成を採用することができるが、本実施形態では、測長用レーザ光を測長光と参照光に分割して測長光を測定対象に照射し、その反射光を取得して、参照光と干渉させ、測定対象の移動量に対応する光路差に応じて発生する干渉による輝度変化を出力信号として取り出し、出力信号のパルス数を計数することによって、測定対象の相対移動距離を算出する構成のものを採用している。
本実施形態では、図１、３に示すように、ヘッド部１０ａ、ケーブル部１０ｂ、および本体部１０ｃからなる。

ヘッド部１０ａは、不図示のレーザ干渉光学系および受光部が内蔵され反射鏡３１に測長光Ｌ_Ｍ（測長用レーザ光）を出射口１０ｄから照射し、反射鏡３１で反射された測長光Ｌ_Ｍを受光口１０ｅから入射させ、内部に発生された不図示の参照光と干渉させて輝度変化の出力信号を生成するものである。
そして、ヘッド部１０ａは、出射口１０ｄおよび受光口１０ｅが、反射鏡３１に対して鉛直方向に対向する位置関係となるように、レーザ測長器ヘッド固定板３５を介して基台１ａ上に固定されている。このため、基台１ａは、レーザ干渉測長器を支持する支持体を構成している。

ケーブル部１０ｂは、ヘッド部１０ａに測長光Ｌ_Ｍ、参照光を生成するための測長用レーザ光を供給する光ファイバケーブルと、受光部からの出力信号を本体部１０ｃに伝送する信号ケーブルとを備える。
本体部１０ｃは、架台部１の外部に配置され、ケーブル部１０ｂを介して、ヘッド部１０ａに測長用レーザ光を供給するレーザ光源と、ケーブル部１０ｂから伝送される出力信号のパルス数を計数して移動距離に換算する演算処理部とを内蔵している。演算処理部で換算された移動距離は、表示部１０ｆに表示できるようになっている。
また、本体部１０ｃには、現在位置を、移動距離の原点に設定するための原点リセットスイッチ１０ｇが設けられている。

蛇腹カバー９は、レーザ干渉測長器１０と移動台６との間で、測長光Ｌ_Ｍの光路に沿う方向に伸縮可能とされ、測長光Ｌ_Ｍの光路を側方から囲繞する筒状部材である。
本実施形態の蛇腹カバー９は、例えば、筒状の軸方向に直交する断面が円状とされ、軸方向に沿う断面がジグザグ状に屈曲され、この屈曲角が変化することで軸方向に伸縮変形が可能とされた蛇腹状の筒状部材からなる。蛇腹の形状は、提灯のような蛇腹でもよいし、螺旋状の蛇腹でもよい。
蛇腹カバー９の材質は、蛇腹カバー９の内周側での大気の移動を抑制することができる材質であれば、特に限定されない。例えば、軟質の合成樹脂成形品などの通気性を有しない材質を採用することができる。

蛇腹カバー９の最小内径は、ヘッド部１０ａから出射される測長光Ｌ_Ｍ、および反射鏡３１で反射されてからヘッド部１０ａに入射する測長光Ｌ_Ｍのいずれの光路をも含む領域を、少なくとも囲繞できる大きさとされている。ただし、蛇腹カバー９の伸縮時に蛇腹カバー９の内周部が変形する際に内周部近傍で空気の乱れが発生する場合には、この空気の乱れが測長光Ｌ_Ｍの光路までの間で減衰する程度の間隔を確保できる程度の最小内径とするものとする。

移動台６の下面６ｂには、反射鏡３１よりもわずかに下方となる基台１ａ側の位置で反射鏡３１の下方側に延ばされたカバー取付面３２ｂを備える屈曲したカバー固定板３２が固定されている。反射鏡３１を下方側で覆う状態となるこのカバー取付面３２ｂには、反射鏡３１と対向する位置に、各測長光Ｌ_Ｍを透過させることができる開口を形成する孔部３２ａが設けられている。
また、基台１ａ上には、ヘッド部１０ａよりもわずかに上方となる移動台６側の位置でヘッド部１０ａの上方側に延ばされたカバー取付面３３ｂを備える屈曲したカバー固定板３３が固定されている。ヘッド部１０ａを上方側で覆う状態となるこのカバー取付面３３ｂには、レーザ干渉測長器１０のヘッド部１０ａに対向する位置に、レーザ干渉測長器１０の出射口１０ｄから出射される測長光Ｌ_Ｍ、およびレーザ干渉測長器１０の受光口１０ｅに入射する測長光Ｌ_Ｍを透過させることができる開口を形成する孔部３３ａが設けられている。
蛇腹カバー９の上端は、カバー固定板３２のカバー取付面３２ｂの孔部３２ａを包囲するようにして、カバー取付面３２ｂに固定されている。また、蛇腹カバー９の下端は、カバー固定板３３のカバー取付面３３ｂの孔部３３ａを包囲するようにして、カバー取付面３３ｂに固定されている。
なお、カバー取付面３２ｂ、３３ｂは、それぞれカバー固定板３２、３３を屈曲させて形成したが、これに限らず、各カバー固定板をそれぞれブロック体形状として、その一面に板状のカバー取付面を配設した構成としてもよい。

本実施形態では、カバー固定板３２、３３によって蛇腹カバー９の端部が、反射鏡３１の下方側、およびレーザ干渉測長器１０のヘッド部１０ａの上方側に配置されているため、反射鏡３１、レーザ干渉測長器１０のヘッド部１０ａの側方では蛇腹カバー９に覆われていないので、反射鏡３１、レーザ干渉測長器１０を、調整したり、交換したりする場合に、それらの作業を容易に行うことができる。

次に、本実施形態の曲率半径測定装置１００の動作について説明する。
測定者が、曲率半径測定装置１００の不図示の電源スイッチを入れると、不図示の電源がオンとなり各装置部分に電力が供給される。
コントローラ１３では、電源がオンされると移動機構１４の初期化動作を行う。これにより、移動台６の位置が予め設定された初期位置、例えば、基台１ａ側の最下降位置などに初期化される。
また、レーザ干渉測長器１０では、電源がオンされると本体部１０ｃからケーブル部１０ｂを介してヘッド部１０ａに測長用レーザ光が供給される。ヘッド部１０ａの内部では、この測長用レーザ光が分割されて、参照光（不図示）と測長光Ｌ_Ｍ（図３参照）とが生成され、測長光Ｌ_Ｍが、出射口１０ｄから反射鏡３１に向けて上方に出射される。

この測長光Ｌ_Ｍは、カバー固定板３３の孔部３３ａの開口を通過し、対向するカバー固定板３２の孔部３２ａの開口を通過して、一方の反射面３１ａに入射し、他方の反射面３１ａに向かって反射され、この他方の反射面３１ａによって入射方向と同方向に反射される。
このように反射された測長光Ｌ_Ｍは、カバー固定板３２の孔部３２ａの開口を通過し、対向するカバー固定板３３の孔部３３ａの開口を通過して、ヘッド部１０ａの受光口１０ｅに入射する。そして、ヘッド部１０ａに内蔵されたレーザ干渉光学系によって、参照光と干渉した状態で受光部に到達する。
受光部では、測長光Ｌ_Ｍと参照光の光路差に応じた干渉により輝度が変化した光が受光され、その輝度値が測定される。

このとき、ヘッド部１０ａと反射鏡３１との間を往復する測長光Ｌ_Ｍは、側方から蛇腹カバー９によって囲繞されている。このため測長光Ｌ_Ｍの光路を横切る方向の空気流が発生したとしても、蛇腹カバー９を透過できないため、蛇腹カバー９の内周側の大気は、揺らぐことなく、したがって、大気の粗密が生じない安定した状態を保つことができる。
このため、測長光Ｌ_Ｍの媒質の屈折率の変動が生じないため、ヘッド部１０ａと反射鏡３１との間の相対距離が変化しないかぎり、受光部では一定の輝度値が測定される。

測定者は、次に、被検レンズ保持部７に、被検面８ａを上方に向けた状態の被検レンズ８を保持させ、必要に応じて、調整ステージ１２によって、被検面８ａの位置を調整し、被検面８ａの光軸が干渉計２の光軸Ｃに一致するように、水平面内の位置および水平面に対するチルト調整を行う。

そして、コントローラ１３の速度切り替えツマミ１３ａおよびモータ回転スイッチ１３ｂを操作し、被検面８ａが第１測定位置の下方側の近傍位置に移動するように、移動台６を上方に移動させる。この移動に要する移動距離は、移動台６の初期位置と集光位置Ｐとの位置関係、および被検面８ａの設計上の曲率半径から予め求めることができる。
このような移動動作に伴って、ヘッド部１０ａと反射鏡３１との間の相対距離が変化すると、光路差が１波長分変化するのに応じて、受光部で検出される輝度の明暗が１回変化する。ヘッド部１０ａは、この明暗変化に対応するパルス状の出力信号を生成し、この出力信号を、ケーブル部１０ｂを通して本体部１０ｃに伝送する。
本体部１０ｃでは、伝送された出力信号をカウントし、測長用レーザ光の波長から、移動量に換算し、表示部１０ｆに表示する。
したがって、測定者は、表示部１０ｆに表示される移動距離を見ながら、予め求めておいた移動距離が得られるように移動動作を行うことができる。

このようにして移動台６を上方に移動させると、カバー取付面３３ｂおよびカバー取付面３２ｂに取り付けられている蛇腹カバー９は、移動台６の移動に伴って移動方向に伸長される。このため、移動台６の移動中でも測長光Ｌ_Ｍの光路は、蛇腹カバー９によって囲繞された状態を保つので、移動台６の移動中であっても、蛇腹カバー９の内周側では大気の粗密が生じない安定した状態が保たれる。
したがって、レーザ干渉測長器１０は、移動台６の移動中でも大気の揺らぎに起因する測定誤差が低減され、移動距離を正確に測定、表示することができる。

このようにして、被検面８ａが第１測定位置近傍に移動されたら、測定者は、干渉計２のレーザ光源２１を発振させ、被検面８ａに向けて測定光Ｌ_２Ａを照射させる操作を行う。
レーザ光源２１から出射されたレーザ光Ｌ_１は、図２に示すように、集光レンズ２２で集光してから、ビームスプリッタ２４に入射する。
このレーザ光Ｌ_１は、ビームスプリッタ面２４ａに対してＳ偏光であるため、略１００％反射されて光軸Ｃ上を進み、コリメータレンズ２６により集光され、平行光とされる。そして平行光とされたレーザ光Ｌ_１は、参照レンズ２７に入射し、入射面２７ａを透過し、参照面２７ｂに到達する。
参照面２７ｂでは、レーザ光Ｌ_１の一部が測定光Ｌ_２Ａとして透過され、集光位置Ｐに集光される。一方、レーザ光Ｌ_１の他は、参照面反射光Ｌ_２Ｂとしてコリメータレンズ２６側に反射される。

測定光Ｌ_２Ａは、集光位置Ｐで集光されると発散して被検面８ａに照射され、被検面８ａで被検面反射光Ｌ_３として反射される。
被検面反射光Ｌ_３は、被検面８ａの曲率中心Ｏの近傍に集光され、さらに発散して、参照面２７ｂに入射して、略平行光となって、コリメータレンズ２６側に進む。このため、参照面２７ｂで、被検面反射光Ｌ３と参照面反射光Ｌ_２Ｂとが合成され、それぞれの光路差に応じて干渉縞が形成される。
被検面反射光Ｌ_３と参照面反射光Ｌ_２Ｂとはコリメータレンズ２６で集光されて１／４波長板２５を透過して、ビームスプリッタ２４に入射する。このとき、被検面反射光Ｌ_３、参照面反射光Ｌ_２Ｂは、いずれもＰ偏光に変換されているため、ビームスプリッタ面２４ａを透過して、集光され、絞り２８を透過し、レンズ２９によって撮像部３０の撮像面に投影される。
このため、撮像部３０では、参照面２７ｂ上の干渉縞の画像信号が取得され、モニタ１１に干渉縞画像が表示される。

被検面反射光Ｌ_３と参照面反射光Ｌ_２Ｂとの干渉縞画像は、被検面８ａの位置が第１測定位置に一致するとき、被検面８ａの波面収差のみとなって、干渉縞の本数が最小となり、第１測定位置からずれた位置では、光軸Ｃに沿う方向の位置ずれ量が光路差に加算されて干渉縞の本数が増大する。このため、移動台６を移動させて、モニタ１１に表示される干渉縞の本数が最小となった位置を第１測定位置と判定する。
すなわち、測定者は、干渉縞をモニタ１１に表示させた状態で、速度切り替えツマミ１３ａを適宜調整して移動台６の移動速度が低速となるようにして、移動機構１４によって移動台６をさらに上方にゆっくりと移動させる。
そして、モニタ１１に表示される干渉縞を観察しつつ、移動機構１４による移動台６の移動量、移動方向を微調整して、干渉縞本数が最小となる位置を探索し、干渉縞本数が最小となる位置で移動機構１４を停止させる。
そして、本体部１０ｃの原点リセットスイッチ１０ｇを操作して、この位置を移動原点にリセットする。

次に、測定者は、第２測定位置を移動目標位置として、被検面８ａの設計上の曲率半径分だけ、移動台６をさらに上方に移動させる。そして、その位置から、移動機構１４による移動台６の移動量、移動方向を微調整して、干渉縞本数が最小となる位置を探索し、干渉縞本数が最小となる位置で移動機構１４を停止させる。
そして、測定者は、このとき表示部１０ｆに表示されている距離を、被検面８ａの曲率半径の測定値として記録する。
以上で、曲率半径測定装置１００による曲率半径測定が終了する。
他の被検レンズ８を測定する場合には、移動機構１４によって移動台６を初期位置に移動させ、被検レンズ８を他の被検レンズ８と交換して、上記と同様の工程を繰り返すことにより行う。

このように、曲率半径測定装置１００によれば、蛇腹カバー９によりレーザ干渉測長器１０の測長光Ｌ_Ｍの光路における大気の移動を抑制することができるので、大気の揺らぎに起因する測定誤差を低減することができ、曲率半径の測定精度を向上することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態の変形例の曲率半径測定装置に用いる筒状部材を示す断面図である。

本変形例は、図４に示すように、上記第１の実施形態の曲率半径測定装置１００において、蛇腹カバー９を可動筒カバー３６に代えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
可動筒カバー３６は、レーザ干渉測長器１０のヘッド部１０ａと移動台６との間で、測長光Ｌ_Ｍの光路に沿う方向に伸縮可能とされ、測長光Ｌ_Ｍの光路を側方から囲繞する筒状部材である。
可動筒カバー３６は、４つの円筒部材である筒部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄが、内周側からこの順に、軸方向にスライド移動可能に連結され、軸方向に伸縮可能とされた多段の筒状部材からなる。
そして、可動筒カバー３６の材質は、可動筒カバー３６の内周側での大気の移動を抑制することができる材質であれば、特に限定されない。例えば、合成樹脂成形品や、管状の金属などの通気性を有しない材質を採用することができる。
可動筒カバー３６の最小内径、すなわち、筒部３６ａの最小内径は、上記第１の実施形態の蛇腹カバー９の最小内径と同条件に設定される。
また、可動筒カバー３６は、筒部３６ａの上端部が、カバー取付面３２ｂに接合され、筒部３６ｄの下端部が、カバー取付面３３ｂに接合されている。このため、カバー固定板３３とカバー固定板３２とが、光軸Ｃ方向の相対位置が変化すると、可動筒カバー３６が伸縮できるようになっている。

このような可動筒カバー３６によれば、上記第１の実施形態の蛇腹カバー９と全く同様に、移動台６を光軸Ｃ方向に移動させても、測長光Ｌ_Ｍの光路を側方から囲繞した状態を維持することができるため、測長光Ｌ_Ｍの光路の大気の揺らぎを抑制して、大気の揺らぎによるレーザ干渉測長器１０の距離測定の誤差を抑制することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る曲率半径測定装置について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る曲率半径測定装置の概略構成を示す模式的な構成図である。

本実施形態の曲率半径測定装置１１０は、図５に示すように、上記第１の実施形態の曲率半径測定装置１００のモータ３をハンドル３７に代え、コントローラ１３を削除したものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

曲率半径測定装置１１０では、送りねじ４の支持部５ａ側の軸端部がハンドル３７と連結されており、測定者がハンドル３７を回転させることによって、送りねじ４を回転させ、移動台６の光軸Ｃに沿う方向の位置を移動させることができる。
このため、上記第１の実施形態において、コントローラ１３を介してモータ３によって行うのと同様の移動動作を、測定者がハンドル３７の回転方向、回転量を適宜調整して回転させて行うことができる。
このような構成により、曲率半径測定装置１１０は、曲率半径測定装置１００に比べてコンパクトかつ安価な構成とすることができる。

なお、上記の説明では、干渉計として、フィゾー型干渉計を用いた例で説明したが、干渉縞画像が取得できれば、干渉計の種類は、これらの干渉計には限定されない。例えば、トワイマングリーン型干渉計、マッハツェンダー型干渉計などを好適に採用することができる。

また、上記の説明では、レーザ干渉測長器１０の測定誤差は、大気の揺らぎによって発生するものとして説明したが、例えば、温度、気圧、湿度などの雰囲気の条件が変化する場合にも測定誤差が発生しうる。このような場合、これらの一部または全部を測定する雰囲気測定センサを備え、その出力によってレーザ干渉測長器１０の測定値を補正するようにしてもよい。
この場合、雰囲気測定センサは、筒状部材の内部に配置することが好ましい。
雰囲気測定センサを筒状部材の内部に配置することによって、雰囲気測定センサが測長光Ｌ_Ｍの光路の近傍に配置されるとともに、筒状部材の外部の雰囲気の変化の影響を受けにくくなるため、筒状部材がない場合に比べて、より高精度な補正を行うことができる。

また、上記の第１の実施形態の説明では、コントローラ１３の操作を測定者が行う場合の例で説明したが、コントローラ１３を、制御プログラムを内蔵したコンピュータなどから構成し、例えば、被検面８ａの設計上の曲率半径を入力すると、第１および第２測定位置の近傍へ自動的に移動する構成としてもよい。

また、上記の説明では、干渉縞の本数が最小になる位置を、モニタ１１の画像から測定者が判定するようにした場合の例で説明したが、撮像部３０の画像を画像処理して、干渉縞の本数を判定する画像処理部を追加することによって、判定を自動化した構成としてもよい。

また、上記の説明では、相対移動機構である移動機構１４によって被検レンズ８が搭載されている移動台６を移動させ、レーザ干渉測長器１０によって、移動台６の移動距離を測定する場合の例で説明したが、相対移動機構は、参照面反射光Ｌ_２Ｂの集光位置Ｐと被検面８ａとを相対移動できればよく、例えば、被検面８ａを固定した状態で干渉計２や参照レンズ２７を移動させる構成としてもよい。
この場合、レーザ干渉測長器は、相対移動機構によって移動される可動体部である干渉計２や参照レンズ２７、もしくはそれらを一体化された部材に反射鏡３１と同様な反射部材を設け、これに向けて測長用レーザ光を照射する構成とすればよい。

また、上記の説明では、筒状部材の一方の端部がレーザ干渉測長器のヘッド部を支持する支持体に固定され、筒状部材の他方の端部が可動体部に固定された場合の例で説明したが、筒状部材は、可動体部と固定されていなくてもよい。
例えば、筒状部材の他方の端部が、可動体部の移動量に同期された可動体部とは別体の移動機構によって可動保持された構成としてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る曲率半径測定装置の概略構成を示す模式的な構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る曲率半径測定装置の干渉計の概略構成を示す模式的な光路図である。 図１におけるＡ部の部分拡大図である。 本発明の第１の実施形態の変形例の曲率半径測定装置に用いる筒状部材を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る曲率半径測定装置の概略構成を示す模式的な構成図である。

符号の説明

１ 架台部
１ａ 基台（支持体）
２ 干渉計
３ モータ
６ 移動台
７ 被検レンズ保持部
８ 被検レンズ
８ａ 被検面
９ 蛇腹カバー（筒状部材）
１０ レーザ干渉測長器
１０ａ ヘッド部
１１ モニタ
１３ コントローラ
１４ 移動機構（相対移動機構）
３１ 反射鏡
３２、３３ カバー固定板
３６ 可動筒カバー（筒状部材）
１００、１１０ 曲率半径測定装置
Ｃ 光軸
Ｌ_１ レーザ光（可干渉性の光束）
Ｌ_２Ａ 測定光
Ｌ_２Ｂ 参照面反射光（参照光）
Ｌ_３ 被検面反射光
Ｌ_Ｍ 測長光（測長用レーザ光）
Ｏ 曲率中心
Ｐ 集光位置
Ｑ 面頂位置

Claims (2)

1. 可干渉性の光束を参照面で参照光と測定光とに分割し、該測定光を曲面からなる被検面に向けて集光位置に収束するように照射し、前記被検面の反射光と前記参照光とを干渉させて干渉縞を観察する干渉計と、
   該干渉計の光軸方向に沿って、前記参照面および前記被検面のいずれかと一体に移動可能に設けられた可動体部を移動させることにより、前記測定光の集光位置に対する前記被検面の相対位置を変化させる相対移動機構と、
   該相対移動機構によって移動される前記可動体部に測長用レーザ光を照射して前記可動体部の移動距離測定を行うレーザ干渉測長器と、
   該レーザ干渉測長器と前記可動体部との間で、前記測長用レーザ光の光路に沿う方向に伸縮可能とされ、前記測長用レーザ光の光路を側方から囲繞する筒状部材とを備えることを特徴とする曲率半径測定装置。
2. 前記筒状部材は、
   前記筒状部材の一方の端部が前記レーザ干渉測長器を支持する支持体に固定され、前記筒状部材の他方の端部が前記可動体部に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の曲率半径測定装置。

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