CN111868595A - 间隔环及其制造方法、透镜系统及其组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供不必使用特殊的设备就能够容易地进行透镜系统的组装并且能够高精度地维持透镜中心间的距离的间隔环及其制造方法、透镜系统及其组装方法。间隔环以圆环状或矩形框状构成，至少一个主面部(1a)成为使配置于一侧的透镜(2)的透镜面(2a)周围侧的形状反转的形状，通过使一个主面部(1a)与透镜面(2a)周围侧进行面接触，进行透镜(2)的定位。
Description
技术领域
本发明涉及间隔环及其制造方法、透镜系统及其组装方法，涉及不必使用特殊的设备就能够容易地进行透镜系统的组装并且能够高精度地维持透镜中心间的距离的间隔环及其制造方法、透镜系统及其组装方法。
背景技术
以往为了将多个透镜配置于同一光轴上来构成透镜系统，如图5所示，通过使间隔环102介于各透镜101、101之间，将各透镜101、101之间的空气间隔规定为预定的间隔。但是，即使高精度地管理间隔环102的厚度，也会由于间隔环102抵接于透镜101的边缘部分进行定位，而受到边缘部分的微小的倒角、边缘部分的形状精度的影响，在透镜中心间的距离产生误差。
在近年来的透镜中心间的距离的容许误差变小的照片用透镜系统、显微镜用物镜、投影光学系统等高精度透镜系统中，由于使用间隔环102，无法谋求维持充分的精度。
在这些光学系统中，如图6所示，将各透镜101分别预先固定于圆环状的金属盘103，对插入有上述构件的镜筒104进行透视，从而把握镜筒104内的各金属盘103的位置和倾斜，将各金属盘103固定于镜筒104内的预定位置(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-219608号公报
发明内容
发明要解决的问题
在像前述那样的对镜筒104透视的组装方法中，由于必须将所有透镜101分别固定于金属盘103，因此很复杂，另外，需要特殊的透视设备。
因此，本发明的课题在于提供不必使用特殊的设备就能够容易地进行透镜系统的组装并且能够高精度地维持透镜中心间的距离的间隔环及其制造方法、透镜系统及其组装方法。
用于解决问题的方案
为了解决所述课题，本发明的技术方案1的间隔环的特征在于，
该间隔环以圆环状或矩形框状构成，至少一个主面部成为使配置于一侧的透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，通过使该一个主面部与该透镜面周围侧进行面接触，进行该透镜的定位。
根据技术方案1所述的间隔环，本发明的技术方案2的间隔环的特征在于，
一个主面部成为使配置于一侧的一个透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，另一个主面部成为使配置于另一侧的另一个透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，通过使该一个主面部与该一个透镜的透镜面周围侧进行面接触，使该另一个主面部与该另一个透镜的透镜面周围侧进行面接触，进行该一个透镜的定位和该另一个透镜的定位，还进行各透镜之间相互的定位。
根据技术方案1或2所述的间隔环，本发明的技术方案3的间隔环的特征在于，
该间隔环由玻璃材料形成。
本发明的技术方案4的透镜系统的特征在于，
该透镜系统具有：
多个透镜，该多个透镜的外周缘为圆形或矩形；以及
间隔环，该间隔环介于所述透镜中的一个透镜与相邻于该透镜的另一个透镜之间，
所述间隔环与所述透镜的外周缘的形状相对应地以圆环状或矩形框状构成，一个主面部成为使配置于一侧的所述一个透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，另一个主面部成为使配置于另一侧的所述另一个透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，通过使该一个主面部与该一个透镜的透镜面周围侧进行面接触，使该另一个主面部与该另一个透镜的透镜面周围侧进行面接触，进行该一个透镜的定位和另一个透镜的定位，还进行各透镜之间相互的定位。
根据技术方案4所述的透镜系统，本发明的技术方案5的透镜系统的特征在于，
所述间隔环由玻璃材料形成。
本发明的技术方案6的间隔环的制造方法的特征在于，
以作为定位对象的一个或两个透镜的透镜面为基准形成平板体，该平板体是一个或两个主面部为使该透镜面形状反转的形状，
在所述平板体的中央部分形成贯通孔而成为圆环状或矩形框状。
根据技术方案6所述的间隔环的制造方法，本发明的技术方案7的间隔环的制造方法的特征在于，
该间隔环由玻璃材料形成。
本发明的技术方案8的透镜系统的组装方法的特征在于，
以外周缘为圆形的一个透镜和与该一个透镜相邻的另一个透镜的透镜面为基准形成平板体，该平板体是两主面部为使所述各透镜的透镜面形状反转的形状，
按照所述一个透镜、所述平板体以及所述另一个透镜的顺序，使各个透镜的透镜面与所述平板体的主面部面接触并层叠接合而成为层叠体，
对所述层叠体的外周缘部进行磨削而成为矩形，
将所述层叠体分离为所述一个透镜、所述平板体以及所述另一个透镜，
在所述平板体的中央部分形成贯通孔而成为矩形框状的间隔环，
按照所述一个透镜、所述平板体以及所述另一个透镜的顺序，使各个透镜的透镜面与所述间隔环的主面部面接触并层叠。
发明的效果
在本发明中，间隔环的至少一个主面部成为使作为定位对象的透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，通过使该主面部与该透镜面周围侧进行面接触，进行该透镜的定位。
即，本发明能够提供不必使用特殊的设备就能够容易地进行透镜系统的组装并且能够高精度地维持透镜中心间的距离的间隔环及其制造方法、透镜系统及其组装方法。
附图说明
图1是使用本发明的间隔环组装的透镜系统的纵剖视图。
图2是本发明的间隔环的纵剖视图。
图3是说明本发明的透镜系统的组装方法的主视图和纵剖视图。
图4是说明本发明的透镜系统的组装方法的主视图、俯视图以及侧视图。
图5是使用以往的间隔环组装的透镜系统的纵剖视图。
图6是以往的高精度透镜系统的纵剖视图。
具体实施方式
以下参照附图来说明本发明的实施方式。
〔间隔环和透镜系统〕
图1是使用本发明的间隔环组装的透镜系统的纵剖视图。
如图1所示，本发明的间隔环1以圆环状或矩形框状构成，至少一个主面部1a成为使配置于一侧的透镜2的透镜面2a周围侧的形状反转的形状，通过使一个主面部1a与透镜面2a周围侧面接触，进行透镜2的定位。
使透镜面2a周围侧的形状反转的形状为，与透镜面2a周围侧的形状配合的形状，且是若透镜面2a周围侧形状为凹状则反转为凸状、若透镜面2a周围侧的形状为凸状则反转为凹状的形状。这样的形状的关系是模具与由模具形成的形状之间的关系。
该间隔环1优选为，在作为定位对象的透镜的周缘为圆形的情况下，该间隔环1以圆环状构成，在像后述那样透镜的周缘为矩形的情况下，该间隔环1以矩形框状构成。
该间隔环1在较多情况下介于两枚透镜之间，用于规定这些透镜的相对位置关系。即，如图1所示，在该间隔环1中，一个主面部1a成为使配置于一侧的一个透镜2的透镜面2a周围侧的形状反转的形状，另一个主面部1b成为使配置于另一侧的另一个透镜3的透镜面3a周围侧的形状反转的形状，通过使该一个主面部1a与该一个透镜2的透镜面2a周围侧进行面接触，使该另一个主面部1b与该另一个透镜3的透镜面3a周围侧进行面接触，进行该一个透镜2和该另一个透镜3的定位，还进行该各透镜2、3之间相互的定位。
并且，该间隔环1和各透镜2、3收纳于镜筒4内而构成透镜系统。并且，即使间隔环和透镜的枚数变多也同样。
在镜筒4的一端侧(图1中的左侧)，在开放端的内周部形成有凸缘7，开口部的内径小于最靠一端的透镜2的外径。该凸缘7进行最靠一端的透镜2在镜筒4的端部处的定位。镜筒4的另一端侧(间隔环1和各透镜2、3向镜筒4内插入的一侧)被设为开放端，被拧入螺纹环5，螺纹环5按压最靠另一端的透镜6。该凸缘7和螺纹环5的抵接于透镜2、6的部分优选为，与间隔环1同样地，预先设为与透镜2、6面接触的形状。
在该间隔环1中，不会发生像以往的间隔环那样的因抵接于透镜的边缘部分而产生的问题。因此，该间隔环能够准确且高精度地规定各透镜2、3间的空气间隔。
另外，在该间隔环1中，由于与透镜2、3面接触，因此，即使透镜2、3压接于间隔环1，也能够抑制透镜2、3的变形或破碎。
构成该间隔环1的材料只要是金属材料、合成树脂(塑料)材料、玻璃材料、陶瓷材料等具有所需的刚性(不会因来自各透镜2、3的按压力而变形的程度的刚性)的材料，则没有特别限定。在由玻璃材料形成间隔环1的情况下，也可以由与构成透镜2、3的光学材料中的任一者相同的材料形成，优选由非光学材料的不透明的“结晶化玻璃”形成间隔环1。若使用与构成透镜2、3的光学材料中的任一者相同的材料，则热膨胀率与透镜2、3中的任一者相同，因而优选。另外，在由玻璃材料构成间隔环1的情况下，能够应用透镜的加工技术(磨削和研磨、或者利用模具的成型)来构成。
此外，也优选由像玻璃材料、陶瓷材料、低膨胀金属这样热膨胀系数较低的材料构成间隔环1。例如，在光刻用的高精度透镜系统中，为了防止热膨胀、金属的(残余应力所引起的)经年变形，金框材料的热处理是不可或缺的，若由热膨胀系数较低的材料构成间隔环1，则能够实现耐受环境的热变化的透镜系统。低膨胀金属、陶瓷也能够以与玻璃材料相同的形状、精度进行加工。
并且，该间隔环1还具有以下这样的效果。即，以往的间隔环没有考虑到与透镜相接合来使用，与此相对，该间隔环1能够高精度地维持透镜间的空气间隔，并且能够与透镜相接合来使用。例如，在透镜的组装中，色像差的修正使用正负2枚透镜的组合，但将它们接合起来则性能也会更稳定，还更容易处理。
在将间隔环1与透镜相接合的情况下，需要在间隔环1的侧面形成去除空气的孔或槽。即便如此，针对偏心、间隔误差，能够预先调整并固定关键的透镜块，因此，可以预期在制造时的精度稳定方面获得显著效果。这与将透镜粘接于框之后进行切削的以往方法相比，制造明显变得容易，因此，在物镜的制造等中能够谋求较大的成本降低。
〔间隔环的制造方法〕
图2是本发明的间隔环的纵剖视图。
如图2所示，为了制造像前述那样的间隔环1、8，首先，以作为定位对象的一个或两个透镜的透镜面为基准，制作一个或两个主面部1a、1b、8a、8b为使该透镜面形状反转的形状的平板体9、10(此外，在此对两个间隔环1、8进行了说明，但制造是逐个进行的)。该平板体9、10的中心厚度与作为定位对象的透镜的透镜面间隔一致。
为了制作这样的平板体9、10，能够将作为定位对象的透镜本身用作模具(的一部分)，通过注射成型或压制成型来制作。即使不使用透镜本身，也能够将利用用于成型该透镜的模具所成型的其他构件作为模具来使用。
作为形成这样的平板体9、10的材料，如前述那样，能够使用多种材料。
接着，通过在平板体9、10的中央部分形成贯通孔11、12，并设为圆环状或矩形框状，能够制造间隔环1、8。贯通孔11、12的周围侧的两主面部1a、1b、8a、8b是使作为定位对象的透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状的面所残余的部分。
〔透镜系统的组装方法〕
接着，说明用于组装由多个矩形的透镜构成的透镜系统的本发明的透镜系统的组装方法。
现在通常使用的光学系统的大多数由外周缘为圆形的透镜和以圆筒形的镜筒为基体的保持零部件构成。其原因之一在于，在外周缘具有矩形等除圆形之外的形状的透镜中，高精度的组装较为困难。但是，摄像元件、图像显示画面(显示器)为矩形，作为摄像透镜、投影透镜，外周缘不必为圆形。例如，在立体摄影等中，欲尽量使多个摄像元件接近地配置这样的期望在为圆形透镜的情况下是有限度的。
因此，在本发明中提出了如下的组装方法，即，应用前述的间隔环，使用由玻璃等物体将透镜间的空气间隔填充的方法，能够良好地维持外周缘被设为除圆形之外的形状的透镜间的空气间隔的精度，能够良好地进行光轴校准。
图3是说明本发明的透镜系统的组装方法的主视图和纵剖视图。
图4是说明本发明的透镜系统的组装方法的主视图、俯视图以及侧视图。
在该透镜系统的组装方法中，首先，如图3的(a)所示，准备外周缘为圆形的多个透镜13、14、15。然后，如图3的(b)所示，制作与多个透镜13、14、15的预定的空气间隔相对应的形状的平板体16、17。该平板体16、17的两主面部为使透镜13、14、15的透镜面形状反转的形状，与前述的间隔环的制造工序中的平板体相同。该平板体16、17的材料如前述那样，能够使用合成树脂材料、金属材料、玻璃材料等多种材料。
然后，如图3的(c)所示，以预定的顺序层叠各透镜13、14、15和各平板体16、17，使各透镜13、14、15的透镜面与平板体16、17的主面部面接触并接合，制成层叠体18。该接合能够使用热塑性的粘接剂(烧粘胶)。
接着，对层叠体18的外周缘进行磨削加工，在层叠体18的状态下直接将各透镜13、14、15和各平板体16、17的外周缘加工为矩形。在此，也可以针对各透镜13、14、15和各平板体16、17在不接合的情况下分别将外周缘加工为矩形，但是，作为层叠体18进行加工能够使各透镜和平板体的形状一致，并且从加工工时这一点来看也是优选的。
然后，使层叠体18分离为各透镜13、14、15和各平板体16、17。如图4的(a)所示，各透镜13、14、15的外周缘为矩形。
如图4的(b)所示，各平板体16、17也能够在中央部分形成贯通孔并制成矩形框状的间隔环，也能够仅将其一部分作为间隔物来使用。在任何情况下，都使与各透镜13、14、15的透镜面面接触的主面部的至少一部分残留。
然后，如图4的(c)所示，以预定的顺序将各透镜13、14、15和由各平板体16、17形成的间隔物或间隔环以各透镜的透镜面与各间隔物或间隔环的主面部面接触的方式层叠。这时，各透镜13、14、15和各间隔物或间隔环也可以固定于基板材料(基部)19上。
此外，在本说明中示出了3枚结构的透镜系统，但透镜的构成枚数没有特别限定。
这样组装的透镜系统能够优选地应用于3D显示器等投影光学系统的光学系统单元的层叠、必须使中心间距离靠近的立体视觉光学系统。另外，也能够在用于使物体面、像面倾斜的“沙姆(Scheimpflug)光学系统”的离轴透镜配置中应用。
附图标记说明
1、间隔环；1a、1b、主面部；2、3、透镜；2a、透镜面；4、镜筒；9、10、平板体；11、12、贯通孔。
Claims (8)
1.一种间隔环，其特征在于，
该间隔环以圆环状或矩形框状构成，至少一个主面部成为使配置于一侧的透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，通过使该一个主面部与该透镜面周围侧进行面接触，进行该透镜的定位。
2.根据权利要求1所述的间隔环，其特征在于，
一个主面部成为使配置于一侧的一个透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，另一个主面部成为使配置于另一侧的另一个透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，通过使该一个主面部与该一个透镜的透镜面周围侧进行面接触，使该另一个主面部与该另一个透镜的透镜面周围侧进行面接触，进行该一个透镜的定位和该另一个透镜的定位，还进行各透镜之间相互的定位。
3.根据权利要求1或2所述的间隔环，其特征在于，
该间隔环由玻璃材料、陶瓷或低膨胀金属形成。
4.一种透镜系统，其特征在于，
该透镜系统具有：
多个透镜，该多个透镜的外周缘为圆形或矩形；以及
间隔环，该间隔环介于所述透镜中的一个透镜与相邻于该透镜的另一个透镜之间，
所述间隔环与所述透镜的外周缘的形状相对应地以圆环状或矩形框状构成，一个主面部成为使配置于一侧的所述一个透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，另一个主面部成为使配置于另一侧的所述另一个透镜的透镜面周围侧的形状反转的形状，通过使该一个主面部与该一个透镜的透镜面周围侧进行面接触，使该另一个主面部与该另一个透镜的透镜面周围侧进行面接触，进行该一个透镜的定位和另一个透镜的定位，还进行各透镜之间相互的定位。
5.根据权利要求4所述的透镜系统，其特征在于，
所述间隔环由玻璃材料、陶瓷或低膨胀金属形成。
6.一种间隔环的制造方法，其特征在于，
以作为定位对象的一个或两个透镜的透镜面为基准形成平板体，该平板体是一个或两个主面部为使该透镜面形状反转的形状，
在所述平板体的中央部分形成贯通孔而成为圆环状或矩形框状。
7.根据权利要求6所述的间隔环的制造方法，其特征在于，
该间隔环由玻璃材料、陶瓷或低膨胀金属形成。
8.一种透镜系统的组装方法，其特征在于，
以外周缘为圆形的一个透镜和与该一个透镜相邻的另一个透镜的透镜面为基准形成平板体，该平板体是两主面部为使所述各透镜的透镜面形状反转的形状，
按照所述一个透镜、所述平板体以及所述另一个透镜的顺序，使各个透镜的透镜面与所述平板体的主面部面接触并层叠接合而成为层叠体，
对所述层叠体的外周缘部进行磨削而成为矩形，
将所述层叠体分离为所述一个透镜、所述平板体以及所述另一个透镜，
在所述平板体的中央部分形成贯通孔而成为矩形框状的间隔环，
按照所述一个透镜、所述平板体以及所述另一个透镜的顺序，使各个透镜的透镜面与所述间隔环的主面部面接触并层叠。
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