CN101537588A - 球面研磨装置 - Google Patents

Abstract

一种球面研磨装置，用于将光学组件的表面在球面研磨盘进行磨合，以将光学组件的表面研磨成球面状。具有：研磨轴杆，用来支承光学组件使其保持抵靠在球面研磨盘的状态；旋转驱动部，用来使研磨轴杆旋转，且该旋转驱动部的轴心通过光学组件的表面的研磨目标球面的曲率中心；支承机构，设在旋转驱动部与研磨轴杆之间，具有以研磨目标球面的曲率中心为中心的球面状或圆筒状的曲面，通过使研磨轴杆沿着这个曲面挪移，而将研磨轴杆倾斜支承成使研磨轴杆的轴心或轴心的延长线始终通过曲率中心，随着该研磨轴杆的旋转而使被支承在该研磨轴杆上的光学组件沿着研磨目标球面移动。本发明能够很容易地获得圆球度很高的研磨加工面。

Description

球面研磨装置

技术领域

本发明是关于用来研磨透镜等的球面的球面研磨装置，尤其是有关适合于：不必要求熟练度即可制得圆球度很高的研磨加工面的球面研磨装置。

背景技术

近年来，随着数字技术的进展，高精细的摄影系统的需求增加。因此，对于依据光学设计、机构设计的各种透镜组件的精度要求也愈趋严格。

再者，随着高倍率伸缩镜头系统的普及化，构成该伸缩镜头系统的透镜组件也不断增大。因此，期待能够获得价廉的高精度透镜组件。

专利文献1的透镜研磨装置就是对应这种需求的研磨装置的其中一例。这种透镜研磨装置是将作为研磨对象的透镜载置于会旋转的研磨盘的上面，利用摆动机构使得该透镜进行前后左右摆动来对透镜进行研磨。

【专利文献1】日本特开2004-255492号公报

前述的传统研磨装置在研磨以往所要求的精度的透镜时并无太大的问题。

但是，随着所要求的精度愈趋严格，前述的研磨装置就无法对应了。这种研磨装置是让透镜在研磨盘的上面朝前后左右做往复运动来进行研磨，这种情况下，其运动的方向会改变。因此，在往复运动的两端部会产生两个静止点，而成为不连续的运动。而且在往复运动的中途与两端部，施加在透镜上的压力也会微妙地改变，不能正确地维持在一定值。

在透镜加工的过程中，避免局部性的应力施加到透镜上对于提高透镜球面的精度非常重要，然而，传统的研磨装置，除了透镜的运动不连续之外，施加在透镜上的压力也会微妙地改变，因此难以对应严格的精度要求，这是其问题点。

发明内容

本发明是为了解决前述课题而开发完成的，是一种将光学组件的表面在球面研磨盘进行磨合，以将光学组件的表面研磨成球面状的球面研磨装置，其特征在于：

具有：研磨轴杆，是用来支承前述光学组件使其保持抵靠在前述球面研磨盘的状态；旋转驱动部，是用来使前述研磨轴杆旋转，且该旋转驱动部的轴心通过前述光学组件的表面的研磨目标球面的曲率中心；支承机构，是设在该旋转驱动部与前述研磨轴杆之间，具有以前述研磨目标球面的曲率中心作为中心的球面状或圆筒状的曲面，通过使前述研磨轴杆沿着这个曲面挪移，而将该研磨轴杆倾斜支承成该研磨轴杆的轴心或轴心的延长线始终通过前述曲率中心，且随着该研磨轴杆的旋转而使被支承在该研磨轴杆上的前述光学组件沿着前述研磨目标球面移动。

发明的效果

根据本发明，能够使得透镜之类的光学组件的运动变成连续性的运动，并且使施加于光学组件上的压力也保持一定，因而能够以很高的精度来研磨球面。

附图说明

图1是显示本发明的实施方式的球面研磨装置的概略结构图。

图2是显示本发明的实施方式的球面研磨装置的研磨轴杆的动作的示意图。

图3是显示本发明的实施方式的球面研磨装置以研磨轴杆的中心G作为基准时的动作的示意图。

图4是显示本发明的实施方式的球面研磨装置的研磨轴杆的动作使被研磨透镜所作的相对于球面研磨盘的相对运动的示意图。

符号说明

1 球面研磨装置   2  研磨轴杆        3  旋转驱动部

4 支承机构       4A 基板            4B 可动板

4C基板侧滑动面   4D 可动板侧滑动面  5  研磨盘旋转驱动部

7 被研磨透镜     8  球面研磨盘      10 透镜固定夹具

11支承凹部       12 支承销

具体实施方式

以图面来详细说明本发明一实施方式的球面研磨装置。图1是显示本实施方式的球面研磨装置的概略结构图。图2是显示球面研磨装置的动作的示意图。

本实施方式的球面研磨装置，是用来使光学组件的表面与球面研磨盘相互摩擦、以将光学组件的表面研磨成球面状的装置。作为要研磨的光学组件，有球面透镜、球面镜等。此处以透镜为例说明。又，本发明的特征在于：以对透镜的表面予以精磨后的表面(当由于透镜的旋转速度等各种条件而稍微改变目标尺寸的情况下，则是指该尺寸的表面)、也就是研磨目标球面的曲率中心为中心，来配设研磨轴杆、球面研磨盘等。因此，其它的构成部分可以采用公知的所有的球面研磨装置。

本实施方式的球面研磨装置1是如图1所示，主要是由：研磨轴杆2、旋转驱动部3、支承机构4、研磨盘旋转驱动部5所构成的。

此外，将被研磨透镜7的表面的前述研磨目标球面的曲率中心作为中心G。此处，因为支承机构4具有后述的滑动面，因此，中心G将成为前述研磨目标球面的球心。

研磨轴杆2用来将被研磨透镜7支承成抵靠在球面研磨盘8上的状态。这个研磨轴杆2被设定成其轴心或者轴心的延长线始终通过前述中心G。在研磨轴杆2的前端设有支承销12，该支承销12嵌合在透镜固定夹具10的支承凹部11而以单点方式来支承被研磨透镜7。研磨轴杆2做成可伸缩。如此一来，当被研磨透镜7是凸透镜的情况下就研磨其凸面，在这种情况下，如图1中的实线所示，研磨轴杆2伸展成超过前述研磨目标球面的曲率中心也就是前述中心G。此外，当被研磨透镜7是凹透镜的情况下，则是如图1中的假想线所示，研磨轴杆2缩短成不到前述中心G。

旋转驱动部3是用来使研磨轴杆2旋转的驱动部。这个旋转驱动部3被设定成：其旋转轴(未图标)的轴心通过前述中心G。旋转驱动部3是具有驱动马达等而构成的。旋转驱动部3可采用各种公知的装置。例如：亦可采用从外部的驱动源经由皮带等来传递转矩的构造。在这个旋转驱动部3设置了加压装置(未图标)。作为这个加压装置，可以采用设在既有的球面研磨装置上的所有的加压装置。

通过这个旋转驱动部3，研磨轴杆2以中心G为基准进行旋转，并且被施加预先设定的压力。这个设定压力根据被研磨透镜7、研磨轴杆2的旋转速度等各种条件而适度设定。

支承机构4是通过使前述研磨轴杆2挪移而使这个研磨轴杆2以前述中心2为中心而倾斜的机构。更具体地说，支承机构4设在旋转驱动部3与研磨轴杆2之间，具有以前述研磨目标球面的曲率中心为中心的球面状的曲面，通过使研磨轴杆2沿着这个曲面挪移，而将该研磨轴杆2倾斜支承成该研磨轴杆2的轴心或轴心的延长线始终通过前述曲率中心，且随着由旋转驱动部3所驱动的研磨轴杆2的旋转而使得被支承在该研磨轴杆2上的被研磨透镜7沿着前述研磨目标球面移动。

支承机构4主要是由基板4A和可动板4B所构成的。基板4A用来支承可动板4B而使其可以滑动。基板4A是连结在旋转驱动部3的旋转轴上，受到旋转驱动部3的驱动而在一固定位置进行旋转。在基板4A的下侧面形成可与可动板4B做滑动接触的基板侧滑动面4C。这个基板侧滑动面4C形成以前述研磨目标球面S1的曲率中心、也就是中心G为中心的曲面状。更具体地说，基板侧滑动面4C形成球面状(作为球面S2的一部分)。

可动板4B是可滑动地被支承于基板4A上，是通过相对于这个基板4A滑动而使研磨轴杆2以中心G为中心来倾斜的构件。在可动板4B的上侧面形成用来与基板4A的基板侧滑动面4C可滑动地接触的可动板侧滑动面4D。这个可动板侧滑动面4D与基板4A的基板侧滑动面4C同样，形成以前述研磨目标球面的曲率中心、也就是中心G为中心的球面状。在可动板4B的下侧面，一体地固定着研磨轴杆2。这个研磨轴杆2被设定安装成其轴心通过前述研磨目标球面的曲率中心、也就是中心G。

基板4A与可动板4B之间利用固定装置固定。这个固定装置可采用各种结构。例如可用贯穿螺栓和垫圈构成的。也可在基板4A与可动板4B上穿设内径大于贯穿螺栓直径的螺栓孔，以基板4A与可动板4B可以互相挪移的方式用安装了较螺栓孔更大的垫圈的贯穿螺栓来将基板4A与可动板4B互相固定。当然也可以设置其它结构的固定装置，所有的公知方法都可以采用。

研磨盘旋转驱动部5用于支承球面研磨盘8而使之旋转，研磨盘旋转驱动部5安装于球面研磨装置本体上而位于研磨轴杆2的下方。研磨盘旋转驱动部5支承球面研磨盘8且能使之旋转，同时可上下移动。球面研磨盘8配合轴杆2的伸缩而调节高度。该机构的具体结构譬如可由旋转轴安装于球面研磨盘8上的驱动马达(未图标)和使该驱动马达上下移动的升降机构(未图标)来构成。球面研磨盘8可装拆地安装于研磨盘旋转驱动部5。球面研磨盘8的装拆结构可采用各种公知方式。此外，在研磨盘旋转驱动部5设有倾斜机构(未图标)，用来使其旋转轴适度地倾斜。这种倾斜机构制作成可使安装在研磨盘旋转驱动部5的球面研磨盘8的研磨面沿着以中心G作为中心的前述研磨目标球面S1移动。至于倾斜机构的具体的结构，可采用能够进行这种动作的所有公知的机构。

关于球面研磨盘8，为了配合被研磨透镜7的前述研磨目标球面的曲率的不同以及表面的凹凸的不同，要预先准备多种球面研磨盘8。各种球面研磨盘8可以适度地更换安装到研磨盘旋转驱动部5。

具有上述结构的球面研磨装置1是以下列说明的方式来使用。

首先，配合被研磨透镜7的研磨目标球面S1的曲率来调整研磨轴杆2的长度。亦即，以使被研磨透镜7的研磨目标球面S1的曲率半径与从中心G起到被研磨透镜7的研磨面为止的距离一致的方式来设定研磨轴杆2的长度。然后，通过使支承机构4的基板侧滑动面4C与可动板侧滑动面4D滑动来使可动板4B相对于基板4A挪移，以使研磨轴杆2的角度倾斜。这个研磨轴杆2的倾斜角度被设定成：被研磨透镜7在进行磨合时，在完全不会超越出球面研磨盘8的研磨面的范围内，被研磨透镜7的整个被研磨面都可以受到磨合。

此外，以研磨盘旋转驱动部5来调整球面研磨盘8的高度，使得从中心G至球面研磨盘8的研磨面为止的距离与前述研磨目标球面S1的曲率半径一致。球面研磨盘8的倾斜角度可以兼作为研磨轴杆2的倾斜角度设定。

在这种状态下，将已经安装在透镜固定夹具10上的被研磨透镜7设置于球面研磨盘8，且将研磨轴杆2的支承销12嵌合到透镜固定夹具10的支承凹部11。

在这种状态下，使旋转驱动部3与研磨盘旋转驱动部5工作。由此使研磨轴杆2如图2(A)、(B)、(C)那样动作。具体而言，一旦支承机构4的基板4A受到旋转驱动部3的驱动而旋转，位于与这个基板4A互相错开的位置上的可动板4B将会以旋转驱动部3的旋转轴为中心来公转。由此使安装在可动板4B上的研磨轴杆2用以中心G为基点倾斜的状态来旋转。

从图2(A)旋转90度后变成图2(B)，旋转180度则变成图2(C)。而且在这种旋转的过程中，在中心G的位置处，研磨轴杆2不会摆动地在该位置上旋转。由此使研磨轴杆2的支承销12以中心G为中心旋转。亦即，如图3所示，研磨轴杆2的支承销12以中心G为中心旋转，其旋转动作与从中心G垂吊下来的钟摆沿着以中心G为球心的球面画出圆轨迹的旋转动作相同。

如此一来，被研磨透镜7的被研磨面一面与球面研磨盘8磨合，一面沿着前述研磨目标球面S1旋转。

将这个动作显示于第4图。第4图是显示出将研磨轴杆2利用旋转驱动部3予以旋转90度、180度、270度、360度后的4种状态。第4图中的圆14是表示在固定位置进行右旋转的球面研磨盘8。第4图中的圆15是表示以中心G作为中心来做钟摆运动而进行旋转的被研磨透镜7的动作。此处，因为研磨盘旋转驱动部5被设定成稍微有一点倾斜的状态，所以相对于球面研磨盘8的旋转运动的圆14，以中心G作为中心来做钟摆运动的被研磨透镜7的圆15是呈偏心。亦即，被研磨透镜7是在对于球面研磨盘8呈偏心的位置进行公转。

相对于这个球面研磨盘8的旋转运动，被研磨透镜7是如圆15所示般地以中心G为中心来做钟摆运动，因此被研磨透镜7的被研磨面受到均等的压力，而且是一边沿着前述研磨目标球面移动一边受到研磨。

此外，当被研磨透镜7为凹透镜时，就变成图1的假想线所示的那样，但基本的动作是与上述的情况完全相同。

如此一来，可使得被研磨透镜7的研磨面沿着前述研磨目标球面S1正确地移动，而且可将被研磨透镜7的研磨面保持高圆球度而予以高精度地精制研磨完成。不必要求熟练度就可以很容易获得高圆球度的研磨加工面。

在透镜加工过程中，避免透镜承受局部性的应力对于提高透镜球面的精度很重要。而球面研磨装置1可使被研磨透镜7的研磨面沿着前述研磨目标球面S1正确且连续地移动，所以透镜的运动不会有不连续的现象，施加在透镜上的压力也保持一定，因此能够以高精度来研磨球面。

在前述实施方式中，是将支承机构4的基板4A的基板侧滑动面4C以及可动板4B的可动板侧滑动面4D做成球面状，但也可以由以前述研磨目标球面的曲率中心G为中心的圆筒面的一部分来构成。研磨轴杆2只要是能够以中心G为基准而倾斜的结构即可，所以并不限于球面，亦可为圆筒面。这种情况下也可以达到与前述同样的作用和效果。

此外，本实施方式是将支承销12设在研磨轴杆2的前端，但是亦可采用其它的结构来作为支承手段。能够支承被研磨透镜7的所有的结构都可以采用。

Claims (5)

1.一种球面研磨装置，是将光学组件的表面在球面研磨盘进行磨合，以将光学组件的表面研磨成球面状的球面研磨装置，其特征在于：具备有：研磨轴杆，是用来支承前述光学组件使其保持抵靠在前述球面研磨盘的状态；旋转驱动部，是用来使前述研磨轴杆旋转，且该旋转驱动部的轴心通过前述光学组件的表面的研磨目标球面的曲率中心；支承机构，是设在该旋转驱动部与前述研磨轴杆之间，具有以前述研磨目标球面的曲率中心为中心的球面状或圆筒状的曲面，通过使前述研磨轴杆沿着这个曲面挪移，而将该研磨轴杆倾斜支承成该研磨轴杆的轴心或轴心的延长线始终通过前述曲率中心，且随着该研磨轴杆的旋转而使被支承在该研磨轴杆上的前述光学组件沿着前述研磨目标球面移动。

2.如权利要求1所述的球面研磨装置，其特征在于，前述支承机构的曲面是以前述研磨目标球面的曲率中心为中心的球面的一部分。

3.如权利要求1所述的球面研磨装置，其特征在于，前述支承机构的曲面是以前述研磨目标球面的曲率中心为中心的圆筒面的一部分。

4.如权利要求1所述的球面研磨装置，其特征在于，前述研磨轴杆做成可以伸缩，当研磨前述光学组件的凸面时，伸长成超过前述研磨目标球面的曲率中心，当研磨前述光学组件的凹面时，缩短成不到前述研磨目标球面的曲率中心。

5.如权利要求1所述的球面研磨装置，其特征在于，具有研磨盘旋转驱动部，用来支承前述球面研磨盘而使其旋转，并且配合前述研磨轴杆的伸缩来调整高度。

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