CN1300660A - 光学元件研磨或抛光用的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学元件研磨或抛光用的夹具,其包括一夹持件和一圆筒形夹持座,该夹持件具有一支承面,该支承面通过一弹性层支承待研磨或抛光的光学元件的接触面;该圆筒形夹持座围绕所述夹持件安装,并具有与光学元件的外径相匹配的内圆周面,以夹住光学元件的外圆周面,其特征在于,在所述夹持座的所述内圆周面的一部分上形成凹面,该部分在光学元件的接触面一侧,与光学元件外圆周面的外圆周棱相对。

Description

光学元件研磨或抛光用的夹具

本发明涉及一种夹持诸如透镜之类光学元件用的光学元件夹具，尤其涉及一种光学元件研磨或抛光用的夹具，该夹具在研磨或抛光诸如透镜之类光学元件时夹持该元件。

当要研磨或抛光例如照相机或录像机等光学仪器中使用的诸如透镜之类光学元件时，传统上使用具有如图7所示结构的光学元件夹具来夹持光学元件。图7表示的光学元件夹具101具有一由硬质材料制成并具有支承如透镜之类光学元件L的支承面102a的夹持件102，围绕夹持件102安装的圆筒形夹持座103，和通过粘结固定在夹持件102的支承面102a上的弹性层104。夹持件102的支承面102a的曲率半径与待研磨或抛光的光学元件L的接触面La的曲率半径一致，并且在与支承面102a相对的支撑件的表面的中心部分形成支撑件支座105。夹持座103的内径与待研磨或抛光的光学元件L的外径相匹配，并形成一连续的内圆周面103a，用于夹持装在其中的光学元件L的外圆周面Lb。当光学元件L装配在该光学元件夹具101中时，通过圆筒形夹持座103的内圆周面103a将其夹住，同时光学元件的接触面La与弹性层104接触。

当利用这种类型的光学元件夹具101来研磨或抛光光学元件L时，促使由光学元件夹具101夹持的光学元件L与加工工具(未表示)，例如具有待加工曲率半径的抛光板接触，并且通过支撑件(未表示；能与支撑件支座105啮合的杆状件)以加工所必需的压力压住光学元件L，且支撑件压靠在夹持件102的支撑件支座105上，同时用该支撑件来支承光学元件夹具101。当驱动加工工具绕其中心轴旋转的同时支撑件摆动时，在加工工具的转动作用以及支撑件的导向下，光学元件夹具101和由其夹持的光学元件L沿加工工具的具有待加工曲率半径的加工面转动和弧形摆动，从而研磨或抛光光学元件L。

在如上所述的研磨或抛光光学元件L时，由于加工工具的加工面上的摩擦力的缘故，在光学元件L中产生了阻力。因此，由于光学元件L的转动或者在光学元件L转动过程中光学元件夹具101和光学元件L的接触面之间的滑动的变化产生了转动差。该转动差引起磨损。而且，在夹持座103的内圆周面103a和光学元件L的外圆周面Lb之间存在着间隙。这样，在摆动运动的作用下，光学元件L移动到光学元件夹具101的一侧，而且光学元件L在摆动周期中的上述行为或类似运动对光学元件L的外圆周面Lb产生不均匀地撞击或类似作用。这极易形成棱边或毛边。于是，即使非常轻微的撞击也可能在外圆周棱Lc上产生不希望的如裂纹或切口之类的损坏，因为光学元件L的外圆周棱Lc往往是脆的。

为此，需要采取一些防范措施，使得在加工期间没有撞击作用在光学元件L的易碎的外圆周棱Lc上。例如，作为采用了这种防范措施的一种技术方案，日本公开特许公报6-328355中公开的光学元件夹具是可行的。图8表示这种光学元件夹具。

参见图8，光学元件夹具111具有夹持件112、夹持座114和环形高摩擦件116，夹持件112用于通过弹性O型环113支承光学元件L；夹持座114具有能装下该夹持件112的凹槽，并用于通过弹簧115支承夹持件112，使夹持件能在凹槽内移动；环形高摩擦件116固定在夹持座114的凹槽的内圆周面的远端，并由聚氨基甲酸酯或类似材料制成。当欲利用这种光学元件夹具111研磨或抛光光学元件L时，在加工压力的作用下，由夹持件112通过弹性O型环113支承的光学元件L的外圆周棱Lc压靠在高摩擦件116的斜面上。与加工负载和高摩擦系数相应的摩擦力作用在光学元件L的外圆周棱Lc上，以产生一高夹持力。因此，可以可靠地夹持光学元件L，以使其与光学元件夹具111成为一体。这种结构能消除对光学元件L的外圆周棱Lc的撞击或类似作用，或者通过减震能减轻这种撞击。因此，能够加工光学元件L而不导致在其外圆周棱Lc上的如裂纹或切口之类的损坏。

图8所示的常规光学元件夹具在避免裂纹或切口方面是有效的，因为它减轻了作用在光学元件L的外圆周棱Lc上的撞击或类似作用。然而，这使得这种结构的光学元件夹具111变得复杂和昂贵。当新的光学元件要安装到光学元件夹具111上时，或者当由于磨损要更换高摩擦件116时，必须夹住和调整光学元件。这些固定和调整都是难于进行的。由于在光学元件夹具111中引入了复杂的机构，故在支承和压住光学元件夹具111的支撑件119和光学元件接触面La之间的厚度会增加。于是，通过支撑件119的加工支点会变高，可能会干扰加工平衡，这是不希望的。

考虑到上述现有技术未解决的问题做出了本发明，其目的在于提供一种在研磨或抛光诸如透镜之类光学元件时夹持该元件的光学元件夹具，该夹具能以简单的结构可靠地避免发生在光学元件夹具中的光学元件的外圆周棱中的诸如裂纹、切口或类似的损坏。

为了实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供一种光学元件研磨或抛光用的夹具，其包括一夹持件和一圆筒形夹持座，该夹持件具有一支承面，该支承面通过一弹性层支承待研磨或抛光的光学元件的接触面；该圆筒形夹持座围绕夹持件安装，并具有与光学元件的外径相匹配的内圆周面，以夹住光学元件的外圆周面，其特征在于，在夹持座的内圆周面的一部分上形成凹面(relief)，该部分在光学元件的接触面一侧，与光学元件外圆周面的外圆周棱的相对。

按照本发明的第二个方面，提供一种光学元件研磨或抛光用的夹具，其中研磨或抛光工具放置在光学元件待加工表面上方，通过在光学元件非加工表面一侧的弹性件，用光学元件夹持件夹住光学元件，其特征在于，稳定(regulating)光学元件外圆周面的夹持座设置在光学元件夹持件中，在与光学元件外圆周部分的一端相对的光学元件夹持座中形成凹面，并且在光学元件夹持座和光学元件的外圆周面之间形成间隙。

利用本发明的光学元件研磨或抛光用的夹具，在与光学元件的易碎外圆周棱相对的夹具的内圆周面部分中形成一凹面，以致于夹具的内圆周面不会压靠光学元件的外圆周棱。利用这种简单的结构，即使由光学元件和光学元件夹具之间的轻微反冲引起的磨蚀或变化过程、机加工或类似加工导致了重复撞击，这种撞击也不会对光学元件的外圆周棱有负面作用，从而，在光学元件的外圆周棱中不会形成类似裂纹或切口的损坏。因此，能稳定地进行诸如透镜之类光学元件的研磨或抛光。

根据随后对本发明优选实施例的说明，除上述讨论以外的其它目的和优点对本领域技术人员来说是显而易见的。在说明书中，参照了附图，附图是说明书的一部分，示意说明本发明的例子。然而，这些例子没有穷尽本发明的各种实施例，因此参照附在说明书后的权利要求来确定本发明的范围。

图1是表示按照本发明一实施例的光学元件研磨或抛光用夹具的截面图；

图2是表示按照本发明另一实施例的光学元件研磨或抛光用夹具的截面图；

图3是表示按照本发明又一实施例的光学元件研磨或抛光用夹具的截面图；

图4是表示按照本发明又一实施例的光学元件研磨或抛光用夹具的截面图；

图5是表示凸面夹持件的形状的视图；

图6是表示凹面夹持件的形状的视图；

图7是传统的光学元件研磨或抛光用夹具的截面图；

图8是表示另一传统的光学元件研磨或抛光用夹具的截面图；

现将参照附图说明本发明的优选实施例。

(第一实施例)

图1是表示按照本发明一实施例的光学元件研磨或抛光用夹具的截面图。

图1表示的光学元件研磨或抛光用夹具1具有夹持件2、圆筒形夹持座3和弹性层4。夹持件2由硬质材料，例如金属制成并具有支承面2a，该支承面以与光学元件L的接触面La相一致的曲率半径支承诸如透镜之类光学元件，并且在与支承面2a相对的支撑件表面的中心部分形成支撑件支座5；圆筒形夹持座3围绕夹持件2安装，并由诸如聚醛树脂的合成树脂材料制成；弹性层4通过粘结固定在夹持件2的支承面2a上，以便与光学元件L的接触面La接触。所形成的圆筒形夹持座3具有内圆周面3a，该内圆周面的内径与光学元件L的外径相匹配，以夹持装在其中的光学元件L的外圆周面Lb。在该内圆周面3a中形成有凹面6，以使与光学元件L接触面La一侧的、外圆周面Lb上的外圆周棱Lc对应的内圆周面3a的内圆周面部分不会与外圆周棱Lc接触。该凹面6在包括对着外圆周棱Lc的部分和对着夹持件2的侧面部分的范围内凹进去

当利用这种结构的光学元件夹具1来研磨或抛光光学元件L时，将元件L装在光学元件夹具1中，从而圆筒形夹持座3的内圆周面3a夹住元件的外圆周面Lb，同时元件的接触面La接触到弹性层4。注意，在夹持座3的内圆周面3a和光学元件L的外圆周面Lb之间形成约0.1-0.2mm的间隙7。

夹持光学元件L的光学元件夹具1放置在加工机器上，同时使光学元件L与加工工具(未图示)接触，加工工具例如具有待加工曲率半径的抛光板，并通过放置在夹持件2的支撑件支座5上的支撑件(未图示；可与支撑件支座5配合的杆状件)来支承光学元件。然后，将负载施加到光学元件夹具1上。当驱动加工工具绕其中心轴旋转及支撑件同时摆动时，在加工工具的转动作用以及支撑件的引导下，光学元件夹具1和由其夹持的光学元件沿加工工具的具有待加工曲率半径的加工面转动和弧形摆动。上述转动和摆动的组合运动对光学元件进行研磨或抛光。

在如上所述研磨或抛光光学元件L时，由于作用在加工工具的加工面上的摩擦力的缘故，产生了阻力。因此，由于光学元件L的随动转动或者在光学元件L转动过程中光学元件夹具1和光学元件L的接触部分之间的滑动的变化产生了转动差。该转动差引起磨损。在摆动运动的作用下，光学元件L移动到光学元件夹具1的一侧。这种随摆动周期而定的移动或类似运动对光学元件L的外圆周面Lb产生过度的反复撞击。然而，在本实施例中，由于光学元件夹具1具有凹面6的缘故，在光学元件L的接触面La侧的、外圆周面Lb上的外圆周棱Lc，不会与夹持座3的内圆周面3a接触。因此，上述撞击不会作用到易碎的外圆周棱Lc上，并能避免在光学元件中发生这类如裂纹或切口的损坏。

(第二实施例)

参照图2说明按照本发明另一实施例的光学元件研磨或抛光用夹具。图2是本实施例的光学元件夹具的截面图。

图2表示的本实施例的光学元件夹具11由一体的夹持座-夹持件12构成，该构件由如不锈钢等金属材料制成，通过使夹持件部分12a和圆筒形夹持座部分12b成为一体可以获得该构件。所述夹持件部分12a的支承面12c用于支承光学元件L，所述夹持座部分12b的内圆周面12d与光学元件L的外径相匹配，以夹住装在其中的光学元件L的外圆周面Lb。在支承面12c和内圆周面12d相交的部分，在光学元件L外圆周面Lb上接触面La一侧的外圆周棱Lc的对面，在一体的夹持座-夹持件12的上述位置部分斜着开出凹槽，以形成凹面16。在图2中，附图标记14表示弹性层，该弹性层通过粘结固定在一体的夹持座-夹持件12的支承面12c上，从而压靠光学元件L的接触面La；附图标记15表示支撑件支座，该支撑件支座形成在一体的夹持座-夹持件12的表面的中心部分，与支承面12c相对。

当利用上述结构的光学元件夹具11来研磨或抛光光学元件L时，由于凹面16斜着凹进去，即使过多的重复撞击作用在光学元件L的外圆周面Lb上，光学元件L的外圆周棱Lc也不会压靠夹持座部分12b的内圆周面12d。因此，能够避免在光学元件L外圆周棱Lc中发生这类如裂纹或切口的损坏。

如上所述，本实施例的光学元件夹具11的功能与第一实施例相似，由此可能获得与第一实施例相同的功能和效果。本实施例的光学元件夹具11由一体的夹持座-夹持件12构成，该构件12由例如不锈钢的金属材料制成，并且通过使夹持件部分12a和夹持座部分12b成为一体可以获得该构件。这样，能够提高夹持座部分12b的内圆周面12d相对于摩擦接触的光学元件L的外圆周面Lb的耐磨性，并能够适应根据加工机器和光学元件的尺寸、形状和类似性能限定和简化光学元件夹具的规格的需要。

图3表示适应凸面光学元件的光学元件夹具21。除了夹持件22的支承面22a是凹面以外，该夹具21的结构与图1所示的光学元件夹具1相同。

相似地，图4表示适应凸面光学元件的光学元件夹具31。除了夹持件32的支承面32c是凹面以外，该夹具31的结构与图2所示的光学元件夹具11相同。

下面说明如何确定光学元件夹具的尺寸。

图5表示具有凸面夹持件的光学元件夹具，图6表示具有凹面夹持件的光学元件夹具。

参照图5和6，按照下式通过待加工透镜的外圆周部分的高度来确定凹面间隔X：

X=(a-b)+m′+c    (1)

其中a,b,c和m′由下式表达：

a=exK

b=exL

c=txN

m′=m+Δh-Δh′(凸面夹持件)

m′=m+Δh′-Δh(凹面夹持件)

上述关系式中使用的符号含义如下：

a：夹持座与待加工透镜的外圆周部分相对的部分的长度(夹持位置)

b：夹持座与待加工透镜的外圆周部分接触的部分的长度

c：夹持座与夹持件的外圆周部分相对的凹面部分的长度

e：待加工透镜的外圆周部分的高度

t：夹持件的外圆周部分的高度

K：系数，表示夹持座与待加工透镜的外圆周部分相对的部分的长度与待加工透镜的外圆周部分的高度的比率

L：系数，表示夹持座与待加工透镜的外圆周部分接触的部分的长度与待加工透镜的外圆周部分的高度的比率的

N：系数，表示夹持座与夹持件的外圆周部分相对的凹面部分的长度与夹持件的外圆周部分的高度的比率

m：弹性层的厚度

m′：与夹持件的外圆周部分对应的弹性层部分的厚度

Δh：支撑件的支承面的中心部分和外圆周部分之间的高度差

Δh′：粘结在夹持件上的弹性层的中心部分和外圆周部分之间的高度差

将通过例举作为两个分离的零件的夹持件和夹持座，来说明凹面距离和待加工透镜的外圆周部分的高度之间的关系。

从加工稳定性着眼，要被夹住的待加工透镜的外圆周部分所在的夹持座的位置a相对于加工表面最好尽可能的低(接近加工表面)。然而，位置a受待加工曲率半径和形状，例如凸面或凹面的限制。因此，在确定夹持位置a时，根据待加工透镜的形状，将夹持位置a设置为待加工透镜的外圆周部分高度e的0.9-0.7倍。这个比率设定为系数K。系数K决定夹持位置a。

夹持座与待加工透镜外圆周部分接触的部分的长度b的目的在于减小在加工过程中伴随运动产生的撞击。因此，确定的长度b要不长于必需值，但也不要特别短，因为耐磨性和类似性能必须保持在一定程度。例如，取决于待加工透镜的形状，一些透镜具有低的外圆周部分，还必须考虑制约条件。因此，当确定夹持座与待加工透镜外圆周部分接触的部分的长度b时，根据待加工透镜的形状，将长度b设置为待加工透镜的外圆周部分高度e的0.4-0.3倍。这个比率设定为系数L。系数L决定夹持座与待加工透镜外圆周部分接触的部分的长度b。

现在说明夹持座与夹持件的外圆周部分相对的凹面部分的长度c。当加工必需的负载施加到光学元件夹具上时，即使弹性层受到负载的挤压(该弹性层被粘结到夹持件的支承面上以接受在其接触面侧的待加工透镜)，特定的凹面也必须确保待加工透镜的外圆周棱不会接触到夹持座。而且，夹持座本身必须具有足够的安装部分，使其能够可靠地安装到夹持件上。由于上述原因，当确定与夹持件的外圆周部分相对的夹持座的凹面部分的长度c时，长度c一律设为夹持件的外圆周部分的高度的0.3倍。这个比率设定为系数N。系数N决定夹持座与夹持件的外圆周部分相对的凹面部分的长度c。

下面将解释粘结到夹持件上的弹性层与夹持件的外圆周部分对应的部分的厚度m′。由于弹性层粘结到夹持件上，根据夹持件的曲率半径(夹持件的形状是无关的)，弹性层与夹持件的外圆周部分对应的部分的垂直方向的厚度m′和弹性层在自然状态的厚度m符合m≤m′。因此，从作为厚度m和高度差Δh的和的总高度中减去高度差Δh′所得到的余量就等于厚度m′，由粘结到夹持件的弹性层的接触面的曲率半径可以得到上述余量，其中厚度m是弹性层在自然状态的厚度，高度差Δh是夹持件的支承面的中心部分和外圆周部分之间的高度差，高度差Δh′是接触面的中心部分和外圆周部分之间的高度差，厚度m′是弹性层与夹持件的外圆周部分对应的部分的垂直方向的厚度。当夹持件是凸面时适用上述解释。如果夹持件是凹面的，将Δh和Δh′反过来。

因此，按照关系式(1)，由高度(夹持位置)a、长度b、长度c和厚度m′可以得到凹面间隔距离X，其中a是夹持座与待加工透镜的外圆周部分相对的部分的长度，b是夹持座与待加工透镜的外圆周部分接触的部分的长度，c是夹持座与夹持件的外圆周部分相对的凹面部分的长度，m′是与夹持件的外圆周部分对应的弹性层部分的厚度。

同样，至于第二实施例所示的，通过在一体的夹持座-夹持件与待加工透镜的外圆周棱相对的部分上斜着开凹槽而得到的凹面，以与上述的由分离的夹持件和夹持座构成的光学元件夹具相同的方法计算凹面距离。

如上所述，按照上述实施例，在例如透镜的单独的光学元件用夹具中(当研磨或抛光光学元件时使用该夹具)，在与光学元件的易碎外圆周棱相对的夹具的内圆周面部分中形成凹面，因此夹具不会靠压光学元件的外圆周棱。利用这种简单的结构，即使由光学元件和光学元件夹具之间的轻微反冲引起的磨蚀或行为、机加工或类似加工导致了重复撞击，这种撞击也不会对光学元件的外圆周棱有负面作用，从而，在光学元件的外圆周棱中不会形成类似裂纹或切口的损坏。因此，能稳定地进行诸如透镜之类光学元件的研磨或抛光。

本发明不限于上述实施例，在本发明的精神和范围内可以做各种变化和改进。因此，撰写如下权利要求以告知公众本发明的范围。

Claims (6)

1．一种光学元件研磨或抛光用的夹具，其包括一夹持件和一圆筒形夹持座，该夹持件具有一支承面，该支承面通过一弹性层支承待研磨或抛光的光学元件的接触面；该圆筒形夹持座围绕所述夹持件安装，并具有与光学元件的外径相匹配的内圆周面，以夹住光学元件的外圆周面，

其特征在于，在所述夹持座的所述内圆周面的一部分上形成凹面，该部分在光学元件的接触面一侧，与光学元件外圆周面的外圆周棱相对。

2．按照权利要求1的夹具，其特征在于，所述夹持件和夹持座是一体形成的。

3．按照权利要求1或2的夹具，其特征在于，通过在与光学元件的外圆周面相对的所述夹持座的内圆周面的一部分上开出凹槽来获得所述凹面的形状。

4．按照权利要求1或2的夹具，其特征在于，通过在与光学元件的外圆周棱相对的所述夹持座的内圆周面的一部分上斜着开出凹槽来获得所述凹面的形状。

5．一种光学元件研磨或抛光用的夹具，其中研磨或抛光工具放置在光学元件待加工表面上方，通过在光学元件非加工表面一侧的弹性件，用光学元件夹持件夹住光学元件，

其特征在于，稳定光学元件外圆周面的夹持座设置在所述光学元件夹持件中，在与光学元件的外圆周部分的一端相对的所述光学元件夹持座中形成凹面，并且在所述光学元件夹持座和光学元件的外圆周面之间形成间隙。

6．按照权利要求5的夹具，其特征在于，光学元件是弯月形透镜，限定的间隙范围是0.1mm-0.2mm。

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