JP2005114880A - レンズおよびレンズユニット、ならびにレンズの芯取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏心公差の厳しいレンズについて、外径公差がばらついても、モールド鏡筒に圧入しやすいレンズを提供
【解決手段】 モールド鏡筒の等分周の保持部内接円直径Ｄ０に対して、レンズ外周部の外接円直径Ｄ１内接円直径Ｄ２としたときに、Ｄ２＜Ｄ０＜Ｄ１となるように、加圧振動をさせながら、等分周で凸凹に芯取りを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、安価なモールド成形の鏡筒で、レンズ、特にガラス製レンズを精度よく保持するための加工技術に関するものである。

従来（例えば、特開２０００−１７６８１０号公報）、ガラス製の真円の外周を有するレンズを保持するモールド鏡筒は、保持する内周嵌合面の真円度を出すことが困難であるために、内周部のＮ箇所（Ｎは３以上）の部分の寸法精度を出しておき、この部分でレンズを保持することが行われている。たとえば、図５に示したような、鏡筒２はＮ＝３の場合のＤカットタイプを示している。Ｄカットの中央部Ａ、Ｂ、Ｃ３点の寸法精度を型精度で十分に追い込んでおき、この３点が形成する直径Ｄ０の仮想内接円を用いてレンズ１の保持精度を出そうとしている。ところで、レンズ１、特にガラスで出来たレンズ１の外周部は、通常の芯取り加工を行うことで、形状そのものの真円度は高く維持できるが、その外径Ｄの公差は、数μｍ〜１０数μｍのばらつきを有するのが一般的である。

ところで、外径公差で数μｍ〜１０数μｍのばらつきを有するガラス製のレンズ１を、モールドで成形した鏡筒２に挿入すると、次の２つのケースが起こり得る。

まず一つ目のケースは、レンズ１の外径Ｄが公差の中で大きめに出来上がった場合である。

この場合、モールド鏡筒の仮想内径Ｄ０に対して、Ｄが１０μｍを超えて大きくなると、レンズが挿入できなくなったり、仮に挿入できても、Ａ、Ｂ、Ｃの３点からの中心方向への加圧が大きくなるという問題が発生する。この際レンズ面の形状がメニス形状であったりすると、レンズ面に面歪みが生じることがある。この場合、結像性能はフレアっぽくなり、所定の性能を満足しないという事態を生む。

二つ目のケースは、図５で示したケースであり、レンズ１の外径Ｄが公差の中で小さめに出来上がった場合である。

この場合、モールド鏡筒２の仮想内径Ｄ０に対して、相対的にＤが１０μｍを超えて大きくなると、レンズ１の中心は、鏡筒の中心から５μｍ程度平行偏心するようになり、画角が広く、開口効率の高いレンズなどでは、著しく性能の劣化を引き起こし始めるようになる。

これら２つのケースは、その製造中心の目標をどこに設定しようと、工程能力のばらつき量によって発生してしまうものであり、嵌合させながら、歪ませないで安定的に保持するということを両立させることは非常に困難であった。また、歪ませず、がたつかせずという領域に製造することができたレンズを選別して使用すると、選別に要するタクトや、不良品の発生する歩留まりの低下により、大幅なコストアップを招いてしまうという不都合が生じてしまうという問題点があった。

本発明は、レンズの外径公差が加工能力のばらつき範囲でばらついても、選別することなく、レンズをがたつかせることなく、しかも歪ませることなく、安定的に保持させることを目的としている。そのためにレンズの外周部を特別な形状に加工することと、その形状を製作するための方法を開示するものである。

本発明によれば、金属で製作した鏡筒に比べて性能の出しづらかったモールド鏡筒においても、がたつきや面歪みを抑制し、適度な加圧保持力を維持したままガラスレンズが保持できるようになるため、高精度な性能を要求されるレンズにおいても本来の設計性能を損なうことなく組立することが可能になるという効果を有する。

本発明で製作されたレンズは、レンズユニットとして、主に高精細な読取を必要とする撮像装置や画像読取装置に組み込まれて使用される。そこに組み込まれるレンズの１例として、図３には、本発明で製作されたレンズの概念図を径方向の寸法に対して誇張して描いたものを載せている。Ｎ＝３のケースでは３６０°を３等分した位置に鏡筒の保持部が形成されており、Ｎ＝４のケースでは３６０°を４等分した位置に鏡筒の保持部を形成したものである。等分周点は３以上であれば、芯が出せるので、いくつであってもかまわないが、通常は鏡筒を作成する際の型割の方向の数により、その整数倍に設定するのが普通である。一例をあげると３方向に型を割る場合は、３等分もしくは６等分というようにである。本発明は、レンズを図１のごとき形状に外周部を加工し、外周部の外接円と外周部の内接円を加工能力に応じた最適な領域に収めることで、レンズを挿入して、３６０／Ｎ°回転するうちに、適度な圧力による嵌合を達成するものである。このとき、レンズの外周部のあらずり量の粒状性の変化具合から、どの方向が外接円を形成する方向に当たるかを、予め、マーキングしておくと作業効率が高い。挿入後に、回転させる場合は、ある一定以上の加圧で、空回りするラチェット機構を導入することで、安定した加圧嵌合が可能となる。

本発明の実施形を、Ｎ＝３の場合について、説明する。Ｎ＝３であるので、外径形状は図３のＮ＝３のような形状を有している。このような外周形状を有するレンズは、図４に示したような、芯取り機の砥石３をレンズ１の外周部に押圧して、外週部を検索する場合に、レンズが光軸を中心に１回転する間に、３回振動するような芯取り機の加工制御をおこなうことで得ることが可能である。このような径方向に加圧する構造を、ピエゾ素子を使用して構成した芯取り機は特開２０００−１７６８１０に調芯用として開示されているが、これと同じ加工装置を使用してもよいし、軸回転をするモータの回動に同期して振動するような機構を新たに考案しても構わない。この場合、砥石の加圧往復運動の振幅量は、レンズの硝材の硬さにもよるが、０．１ｍｍ以内で最適化を図るのが効果的である。

また芯取りの工程と外周形状を特殊形状に削る工程とは同時に行う必要もなく、別々に設定することも可能である。その際には、砥石の粗さを変えることで、出っ張りとへっこみの部分が視認しやすくなるという効果を有する。

このようにして製作されたレンズは、１２０°等分周で直径Ｄ１の外接円と直径Ｄ２の内接円を有する形状となり、レンズ鏡筒の保持内接円の直径Ｄ０との大小関係を、
０＜Ｄ２＜Ｄ０＜Ｄ１
とすることで、レンズ挿入後、回動により、かならずどこかで圧入保持されることになる。

この際、Ｄ１とＤ２の径差は０．０１ｍｍよりも大きく設定されていれば、通常の数μｍ〜十数μｍの外径加工バラツキの工程能力の範囲の中で、十分な保持精度の効果を得られ、レンズが空回りしたり、挿入が出来ないというようなことは稀になり、工程上の歩留まりも大幅に改善することが可能となる。図３ならびに図４は、鏡筒での保持場所Ａ、Ｂ、Ｃが形成する保持内接円とレンズの仕上がり径バラツキの上限・下限を表した図である。

外径が最も大きく仕上がった場合の圧入状態を示したのが、図３である。図３において、鏡筒２の保持径はＤカット面の中央部Ａ、Ｂ、Ｃが形成し、レンズ１の外周形状の外接円は直径Ｄ１で点線を用いて、内接円は直径Ｄ２で破線を用いて表している。この場合は、Ｄ０とＤ２がほとんど同じ大きさを示している。レンズ１はレンズ１の最も研削された部分で鏡筒２の保持部Ａ、Ｂ、Ｃと接している。通常はこの方向でレンズを鏡筒内に挿入し、突き当たったところで回動させる。すると、レンズの外周部の保持内接円との交点でレンズは回転がとまり、固定される。レンズの外径が最も小さく仕上がった場合には、図４に示したごとく、レンズ１の外接円が、保持内接円と当接して固定される。これよりも小さく仕上がったレンズは、上記条件式を満足できず、レンズも鏡筒に中で回転し、ガタ分の中で、偏心するようになってしまう。このように図３〜図４に示した関係の中で、レンズを保持することで、歪ませることなく確実な保持圧を実現しているのである。

外径が大きいレンズの嵌合状態を示す組付け図 外径が小さいレンズの嵌合状態を示す組付け図 Ｎ＝３と４のときのレンズの特殊外周形状の概念図 本発明の特殊外周形状を加工するための原理図 モールド鏡筒の保持部の説明図

符号の説明

１ レンズ
２ モールド鏡筒
３ 芯取り用の砥石

Claims (4)

1. レンズと該レンズを保持するモールド鏡筒とからなるレンズユニットにおいて、該モールド鏡筒は、等分周のＮ箇所（Ｎは３以上）でレンズの外周部を保持するような構造を有し、レンズを保持する該Ｎ箇所の内接円半径をＤ０としたとき、該鏡筒に組み込まれるレンズの外周形状は、レンズ外周部の外接円直径をＤ１、内接円直径をＤ２としたとき、
   ０＜Ｄ２＜Ｄ０＜Ｄ１
   の関係にあることを特徴とするレンズおよびレンズユニット。
2. 請求項１において、Ｄ２−Ｄ１＞０．０１０なる関係にあることを特徴とするレンズおよびレンズユニット。
3. 請求項１において、該レンズを保持するモールド鏡筒のＮ箇所の支持部分に対して、レンズ外周部は、直径Ｄ１の外接円から直径Ｄ２の内接円までのいずれかの外径部で等分周Ｎ箇所にて接しているように圧入保持されていることを特徴とするレンズユニット。
4. 該レンズの芯取り加工時には、外周部から外周方向に圧力を変動させられる機構を有する芯取り加工機を使用して、レンズの回転周期時間Ｔに対して、Ｔ／Ｎの周期時間で微小に往復振動しながら、外周部への加圧量を変化させつつ、芯取りを行ったレンズ、ならびにその芯取り加工方法。
   

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