ポリゴン鏡角度形状の超精密測定用差動プローブの試作研究

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差動レーザオートコリメーションを発展させた差動角度検出法を原理とした差動プローブを試作し,ポリゴン鏡の360度全周に渡る角度変化を表示し得る校正システムを構築することを目的に研究を進めた.まず,目的の差動プローブを開発した.差動プローブは新たに試作した1800″の測定範囲で0.02″の分解能を有する二つの臨界角プリズムを用いた角度センサからなる.角度センサには,精度および安定性の向上を目的に,光源の指向角ドリフトの影響を小さくするための光学系を追加した.それにより,角度検出の安定性は約30%向上することができた.次に,ポリゴン鏡独特の形状を活かして,ポリゴン鏡の隣接面の割出し角度誤差と各面の角度形状を特別の基準を使わず,試作した差動プローブで連続的に同時測定できる新しい校正システムを構築した.校正システムは,差動プローブと回転円盤とX軸ステージからなる.ポリゴン鏡を回転円盤の上に置き,X軸ステージの上に二つの角度センサを基準反射面及びその反時計方向の隣接反射面に正対させる.差動プローブの2個の角度センサの内の一個を固定した目標点に向け,他方を面を走査する形で移動する.それによって,走査の移動誤差(ピッチング)を除いてポリゴンの各面の正しい角度形状測定が実現でる.また,外乱振動や温度ドリフトと走査の際のピッチングの除去に極めて有効である.本システムでの一つの断面の角度形状の校正作業はポリゴン鏡をセッチングする操作を除いて自動化されている.校正システムで実際にポリゴン鏡の割出し角度と各面の角度形状を同時に測定した.割出し角度測定の繰返し誤差は約±0.1″であり,JISの測定法による結果ともほぼ一致することを確認した.また,ほぼ同じ繰り返し精度で角度形状を測定することもでき,当初の目的に十分かなう精度が得られた.