JP2008030160A - Method for centering circular lens and method for manufacturing circular lens using the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円形レンズの心取り方法と該方法を用いた円形レンズの製造方法に関し、特に、光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面を有する円形レンズの心取り方法と該方法を用いた円形レンズの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for centering a circular lens and a method for manufacturing a circular lens using the method, and more particularly to a method for centering a circular lens having a free-form surface composed of an asymmetric surface with respect to the center of the optical axis, and the method. The present invention relates to a method of manufacturing a used circular lens.
レンズの製造方法には、従来からいろいろな方法があるが、高精度、低コストの製造方法として、ガラス成形がある。これは、超硬合金やセラミック材等によりつくられた型に、耐蝕性や耐酸化性を向上させるために保護コートを施し、ガラスをその軟化点近傍で加圧して光学面やフランジ面部を成形転写してつくられる。 Conventionally, there are various methods for manufacturing a lens, and glass molding is one of high-precision and low-cost manufacturing methods. This is because a mold made of cemented carbide or ceramic material is coated with a protective coating to improve its corrosion resistance and oxidation resistance, and the optical surface and flange surface are molded by pressing the glass near its softening point. Made by transcription.
この加圧成形方法には、さらに2つの方法がある。1つは、成形レンズの両光学面を転写するための光学面を有する2つの入れ子と胴型部品により構成される成形キャビティ内に、加熱されたガラスを入れて2つの入れ子の距離を縮める事で加圧充填して成形する充填成形、もう1つは胴型部品がないかもしくはガラスとは接触しない位置にあり、光学面を有する2つの入れ子部品の距離を縮める事で加圧成形するが、外周方向についてはガラスのプレス時の拡がりを規制せずに成形転写を行なわない、例えばはみ出し成形と呼ばれる方式である。 There are two further methods of pressure molding. One is to reduce the distance between the two nestings by putting heated glass in a molding cavity composed of two nestings and optical parts for transferring both optical surfaces of the molded lens. Filling molding is performed by pressure filling with the other, and the other is in the position where there is no barrel part or in contact with the glass, and the pressure molding is performed by reducing the distance between the two nested parts having the optical surface. In the outer peripheral direction, molding transfer is not performed without restricting the expansion of the glass during pressing, for example, a method called extrusion molding.
充填成形は、外周部と光学面の偏心を小さく押えておけば成形レンズの外周まで確実に成形転写されるため、成形レンズ外周部の後加工なしで成形後の実装におけるレンズの位置決め基準をそのままつきあてや嵌合部として用いる事ができ、成形レンズ組みあげまで、機械加工が全く必要なくなる。しかしこの方式は、型内のキャビティ容積が決まっているため、ガラスの体積は成形時にキャビティ容積よりも必ず小さくなければならず、通常、球や円板形状で供給されるガラス材料(プリフォーム)の体積管理に精度を要し、コスト高になるという欠点がある。また、成形した外周部は胴型と密着するため貼りつき等が発生し易く、成形レンズを確実に型から取り出すには、入れ子を胴型に対して突き出す等の機械的な取出し機構を型に施す必要がある。 In filling molding, if the eccentricity between the outer periphery and the optical surface is kept small, the molding and transfer to the outer periphery of the molded lens is ensured, so the lens positioning reference for mounting after molding is maintained without post-processing of the outer periphery of the molded lens. It can be used as a contact or fitting part, and no machining is required until the molded lens is assembled. However, this method has a fixed cavity volume in the mold, so the glass volume must be smaller than the cavity volume at the time of molding, and is usually a glass material (preform) supplied in the form of a sphere or disk. However, there is a drawback in that the volume management requires accuracy and the cost is high. In addition, since the molded outer periphery is in close contact with the barrel mold, sticking or the like is likely to occur, and in order to reliably remove the molded lens from the mold, a mechanical take-out mechanism such as protruding the insert against the barrel mold is used in the mold. It is necessary to apply.
しかしながら型は、プリフォームを加圧成形する際、ガラスの軟化点近傍という高温にさらされるため、入れ子の駆動機構の摺動部は酸化やガラス粉の混入等により作動不良を発生し易く、極めて信頼性の低いものとなる。また、摺動を行うにはスキ間が必要であるから、入れ子の駆動を行う場合は嵌合公差によって両型の偏心精度が悪くなる。それを補うために、偏心に影響する他の型部品の加工精度を高くせねばならず、型のコストも高くなる。 However, the mold is exposed to a high temperature in the vicinity of the softening point of the glass when the preform is pressure-molded. Therefore, the sliding portion of the drive mechanism of the insert is prone to malfunction due to oxidation or mixing of glass powder. The reliability will be low. In addition, since a gap is required for sliding, the eccentric accuracy of both molds is deteriorated due to the fitting tolerance when driving the insert. In order to compensate for this, the machining accuracy of other mold parts that affect eccentricity must be increased, and the cost of the mold also increases.
一方、加圧成形時に外周部の規制を行なわないはみ出し成形法では、プリフォームの体積精度が緩くて良く、また型に複雑な駆動機構を持たないため、プリフォーム、型とも安価になる。従って、はみ出し成形法が現在では一般的である。ただはみ出し成形法は、成形後に心取り加工をおこなう必要があるが、この心取り加工には、光学的に心出しして行う方法、ダイヤルゲージにより心出しして行う方法、ベルクランプ法で心出しして行う方法などがあり、このうちベルクランプ法は、比較的短時間で低コストの加工が可能であるため、光学レンズの心取り加工法として一般化している。 On the other hand, in the extrusion molding method in which the outer peripheral portion is not regulated during pressure molding, the volume accuracy of the preform may be loose, and the mold and the mold do not have a complicated drive mechanism, so both the preform and the mold are inexpensive. Therefore, the extrusion molding method is now common. However, it is necessary to perform centering after molding, but this centering process involves optical centering, centering with a dial gauge, and bell clamp method. Among them, the bell clamp method is generalized as a centering method for optical lenses because it can be processed at a low cost in a relatively short time.
このベルクランプ法は、一例として図5(A)に示したように、成形されたレンズ100を固定軸101とクランプ軸102の間に送り込み、図5(B)に示したようにクランプ軸102をレンズ100の方に動かし、固定軸101とクランプ軸102が完全にレンズ100の表面に接するようにする。そして固定軸101とクランプ軸102がレンズ100を保持した状態で、図5(C)に示したように固定軸101とクランプ軸102を回転させると、レンズ100が103で示したように、固定軸101とクランプ軸102の回転軸105とレンズ100の光軸104とが一致する方向に滑り、心出しを行うことができる。
In this bell clamp method, as shown in FIG. 5 (A) as an example, the molded
そのためこの状態で、図5(D)に示したように加工具106で固定軸101とクランプ軸102と共に回転しているレンズ100の周囲を加工することで、心出しされたレンズ100を得ることができる。
Therefore, in this state, the centering
一方、映像分野において使用されるレンズの中には、こういったベルクランプ法による加工が困難なレンズも存在する。例えば特許文献1には、内視鏡に用いる光学系内に回転非対称な表面形状を有する光学素子である光位相変調マスクを配し、光束を規則的に分散してデジタル処理で復元させることで、被写界深度の深い画像撮影を可能にする撮像装置が提案されている。
On the other hand, among lenses used in the image field, there are lenses that are difficult to process by the bell clamp method. For example, in
ここに用いられている光位相変調マスクは、軸非対称な表面形状を有しているが、前記したベルクランプ法による心出しは、レンズの表面に光軸に対して対称で、半径方向に厚みが異なる部位が存在しないと正確な心出しができない。この特許文献1に示されている光位相変調マスクは表面形状が光軸に対して軸非対称な面であり、ベルクランプ法を用いることができない。
The optical phase modulation mask used here has an axially asymmetric surface shape. However, the centering by the above-described bell clamp method is symmetrical with respect to the optical axis on the surface of the lens and has a thickness in the radial direction. If there are no different parts, accurate centering cannot be performed. The optical phase modulation mask shown in
このような問題に対しては、例えば特許文献2に、R1、R2をレンズの曲率半径、r1、r2をベルクランプに用いるベルホルダーの半径としたとき、
Z=|(r1/R1)±(r2/R2)|/2 ……(1)
で算出されるZが小さいとベルクランプが難しいので、このZの値が小さいモールドレンズのレンズとして用いる有効径部分の外側にクランプ面を設定し、このクランプ面の表裏の曲率の差を、有効径部分の設計形状を延長した仮想曲面の表裏の曲率の差より大きくしてベルクランプを可能としたモールドレンズが示されている。
For such a problem, for example, in Patent Document 2, when R1 and R2 are the radius of curvature of the lens and r1 and r2 are the radius of the bell holder used for the bell clamp,
Z = | (r1 / R1) ± (r2 / R2) | / 2 (1)
Since the bell clamp is difficult if the Z calculated in (3) is small, a clamp surface is set outside the effective diameter portion used as the lens of the mold lens having a small Z value, and the difference in curvature between the front and back surfaces of this clamp surface is effective. There is shown a molded lens that can be bell clamped by making it larger than the difference in curvature between the front and back surfaces of a virtual curved surface in which the design shape of the diameter portion is extended.
また同様に特許文献3には、通常のベルクランプ式心取りが不可能である曲率の浅いレンズに対してベルクランプを可能とするため、成形レンズの成形面の回転対称軸と同軸で有効径部外周に曲率部を設け、同軸上に対向配置した第1、第2のベルホルダーをこの曲率部に当接させて芯出しを行った後、第1、第2のベルホルダーと同軸で、かつ、その内径部に軸方向に移動操作可能に配置した第3、第4のホルダーにより芯出ししてレンズを固定し、その後、第1、第2のベルホルダーをレンズ当接状態から退避させて心取り加工を行うようにしたレンズ心出し方法が示されている。 Similarly, Patent Document 3 discloses that an effective diameter is coaxial with the rotational symmetry axis of the molding surface of the molded lens in order to enable the bell clamp to a lens having a shallow curvature, which is impossible to perform a normal bell clamp type centering. After the first and second bell holders, which are provided with a curvature portion on the outer periphery of the portion and coaxially arranged opposite to each other, are brought into contact with the curvature portion and are centered, they are coaxial with the first and second bell holders, In addition, the lens is fixed by centering with the third and fourth holders arranged so as to be movable in the axial direction on the inner diameter portion, and then the first and second bell holders are retracted from the lens contact state. A lens centering method in which centering is performed is shown.
同様に特許文献4には、有効部の厚さの変化が小さいかまたは厚さが一定である光学素子における、光軸に関して回転対称な形状の有効部の外側に径方向に厚さが変化する外縁部を設け、この外縁部の両面を基準面としてベルクランプ方式によって調芯を行うようにした、光学素子ならびに光学素子の調芯方法および製造方法が示され、前記外縁部は、外側に向かって厚くなる形状と薄くなる形状の両方が可能であり、有効部に連続する曲率を有していても、有効部と異なる曲率を有していてもよいとしている。 Similarly, in Patent Document 4, the thickness of the effective portion changes in the radial direction outside the effective portion having a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis in an optical element in which the change in the thickness of the effective portion is small or constant. An optical element and an optical element alignment method and manufacturing method in which an outer edge portion is provided and centering is performed by a bell clamp method using both surfaces of the outer edge portion as reference surfaces are shown. The outer edge portion faces outward. Both the shape that becomes thicker and the shape that becomes thinner are possible, and even if the effective portion has a continuous curvature, the effective portion may have a different curvature.
さらに特許文献5には、シリンドリカルレンズ(円筒面レンズ)の芯出し、ないしは芯取りを自動的に行なうため、まず、円筒面レンズを固定側レンズホルタ上に真空吸着して対向面を弾性体などの治具で挟圧し、測定子移動テーブル上の電気マイクロメータゲージヘッドを介してレンズの測定面上に移動させ、レンズ軸を回転させて当レンズの偏芯量を角度毎に測定して記憶させると共に、当記憶値のうちの最高値2ヶ所を解析して稜線方向を導出し、更に稜線の直角方向の2個所の数値を抽出してその平均値を算出する。この平均値における数値の大きな方向を砥石の回転中心線上で、かつ進行方向になるようにレンズ軸を回転させて停止させ、ここで砥石を押し出して、前記測定平均値になるまでフィードバック制御でレンズの偏芯を修正することを繰り返し、測定平均値が規格値内になった時点で芯出しが完了したとする、レンズ芯取機における円筒面レンズの自動芯出し方法とその装置が示されている。 Further, in Patent Document 5, in order to automatically center or center the cylindrical lens (cylindrical lens), first, the cylindrical surface lens is vacuum-adsorbed on the fixed lens holder, and the opposing surface is made of an elastic body or the like. It is clamped with a jig, moved onto the measurement surface of the lens via an electric micrometer gauge head on a probe moving table, and the lens shaft is rotated to measure and store the eccentricity of the lens for each angle. At the same time, the two highest values of the stored values are analyzed to derive the ridge line direction, and the numerical values at two points in the direction perpendicular to the ridge line are extracted and the average value is calculated. The lens axis is rotated and stopped so that the direction in which the average value is large is on the rotation center line of the grindstone and the traveling direction, and the grindstone is pushed out here, and the lens is controlled by feedback control until the measured average value is reached. A method and an apparatus for automatically centering a cylindrical surface lens in a lens centering machine are shown in which it is assumed that centering is completed when the measured average value is within the standard value by repeatedly correcting the eccentricity of the lens. Yes.
しかしながら特許文献2、特許文献3、特許文献4に示されたクランプ方法は、回転対称な表面形状を有する光学素子に対するものであって、前記したような回転非対称な表面形状を有する光学素子については言及が無く、また、特許文献3に示されたレンズ心出し方法は、合計4つのベルホルダーが必要で、心出し具そのものが高価となる。 However, the clamping methods shown in Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4 are for optical elements having a rotationally symmetric surface shape, and for optical elements having a rotationally asymmetric surface shape as described above. There is no mention, and the lens centering method disclosed in Patent Document 3 requires a total of four bell holders, and the centering tool itself is expensive.
さらに特許文献5に示された自動芯出し方法とその装置は、真空吸着装置やシリンドリカルレンズを挟圧するための弾性体を備えた治具、電気マイクロメータゲージなどを用意する必要があって高価となり、さらにレンズの偏芯量を角度毎に測定し、稜線方向の導出やフィードバック制御等が必要で心出しまでに時間が掛かる上、回転非対称な表面形状を有する光学素子では測定結果によりどのように光学素子を動かしたらよいかの判断が難しい、という問題がある。 Furthermore, the automatic centering method and apparatus disclosed in Patent Document 5 are expensive because it is necessary to prepare a vacuum suction device, a jig equipped with an elastic body for clamping a cylindrical lens, an electric micrometer gauge, and the like. In addition, the amount of eccentricity of the lens is measured for each angle, and it is necessary to derive the ridge line direction and feedback control, which takes time until centering, and for optical elements with rotationally asymmetric surface shapes, depending on the measurement results There is a problem that it is difficult to determine whether to move the optical element.
そのため本発明においては、光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面を有するレンズでも複雑な装置を用いず、簡単に短時間で、しかも高精度に心取りできるようなレンズの心取り方法と、その心取り方法を用いたレンズの製造方法を提供することが課題である。 Therefore, in the present invention, a lens centering method that can easily center in a short time and with high accuracy without using a complicated device even with a lens having a free-form surface that is asymmetric with respect to the center of the optical axis. And it is a subject to provide the manufacturing method of the lens using the centering method.
上記課題を解決するため本発明における円形レンズの心取り方法は、
光学面のうちの少なくとも1つに、光透過域を形成する光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面を有した円形レンズの心取り方法であって、
前記自由曲面周囲を囲繞する前記光透過域外に、光軸中心から対称であると共に光入射側と光出射側とで異なる曲率で肉厚が増加または減少するクランプ用曲面を形成し、該クランプ用曲面でベルクランプして心取りすることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the centering method of the circular lens in the present invention,
A centering method of a circular lens having a free-form surface composed of an asymmetric surface with respect to the optical axis center forming a light transmission region on at least one of the optical surfaces,
A clamping curved surface is formed outside the light transmission region surrounding the free curved surface, and is symmetric from the center of the optical axis and has a thickness that increases or decreases with different curvatures on the light incident side and the light emitting side. It is characterized by centering by bell-clamping on a curved surface.
また、上記課題を解決するため本発明における円形レンズの製造方法は、
光学面のうちの少なくとも1つに光透過域を形成する光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面を有した円形レンズの製造方法であって、
前記円形レンズの前記自由曲面周囲を囲繞する前記光透過域外に、光学面光軸中心に対して対称であり、光入射側と光出射側とで異なる曲率で肉厚が増加または減少するクランプ用曲面を配し、該クランプ用曲面をベルクランプして心取りして加工し、製造することを特徴とする。
In addition, in order to solve the above-mentioned problem, the manufacturing method of the circular lens in the present invention,
A method for producing a circular lens having a free-form surface comprising an asymmetric surface with respect to the optical axis center forming a light transmission region in at least one of the optical surfaces,
For clamping with a thickness that increases or decreases with a different curvature on the light incident side and the light exit side, which is symmetric with respect to the optical axis center of the optical surface, outside the light transmission region surrounding the free curved surface of the circular lens. A curved surface is arranged, the curved surface for clamping is bell-clamped, processed by being centered, and manufactured.
このように、円形レンズに前記特許文献1に示されているような回転非対称な表面形状を有する光学素子のように、光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面の光学面を形成し、かつ、その自由曲面周囲にクランプ用曲面を配し、そのクランプ用曲面でクランプしながら心取りすることで、例え光透過域が自由曲面であっても正確にベルクランプ法でレンズの心取りをすることが可能となるから、円形レンズ周囲の加工は複雑な装置を用いずとも短時間で簡単に、しかも高精度におこなうことができ、複雑な形状を有するレンズであってもコストも抑えて製造することができる。
In this way, a free-form optical surface consisting of an asymmetric surface with respect to the center of the optical axis is formed on the circular lens, like an optical element having a rotationally asymmetric surface shape as shown in
また、前記円形レンズ成形用に2つの入れ子を用意し、少なくとも1の入れ子に前記光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面に対応する光学面を形成すると共に、該自由曲面周囲を囲繞する前記クランプ用曲面を配し、該入れ子で加圧成形して円形レンズを製造することで、自由曲面を持つ円形レンズを容易に製造することができる。 Further, two nestings are prepared for forming the circular lens, and an optical surface corresponding to a free curved surface formed of an asymmetric surface with respect to the optical axis center is formed on at least one nesting, and the periphery of the free curved surface is surrounded. A circular lens having a free curved surface can be easily manufactured by arranging the curved surface for clamping and press-molding with the insert to produce a circular lens.
そして、前記自由曲面が対物側である場合、前記自由曲面周囲に形成したクランプ用曲面を凹形状としたことで、レンズに入射してきた周辺の光を更にレンズ外周に屈折させることができ、外乱光によるゴーストやフレアを軽減することができると共に、こうして製造した円形レンズを鏡筒などに固定する際、固定側(コバ部分)が広くなるから光軸合わせが容易になり、また固定も確実に行えるレンズとすることができる。 When the free curved surface is on the objective side, the curved surface for clamping formed around the free curved surface has a concave shape, so that the peripheral light incident on the lens can be further refracted to the outer periphery of the lens. It is possible to reduce ghost and flare caused by light, and when fixing a circular lens manufactured in this way to a lens barrel, etc., the fixed side (edge part) is widened so that the optical axis can be easily aligned and fixed securely. The lens can be made.
さらにこのような円形レンズの心取り方法と円形レンズの製造方法が、ガラス成形レンズに用いられることで、より精度の高い円形レンズの心取り方法及び円形レンズの製造方法とすることができる。 Furthermore, by using such a circular lens centering method and circular lens manufacturing method for a glass molded lens, a more accurate circular lens centering method and circular lens manufacturing method can be obtained.
このように本発明になる円形レンズの心取り方法と該方法を用いた円形レンズの製造方法は、従来は困難であった光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面を有する円形レンズを簡単、高精度に心出しして製造することができ、前記したような光位相変調マスクを高精度に供給することができる。 As described above, the centering method of the circular lens according to the present invention and the manufacturing method of the circular lens using the method include a circular lens having a free curved surface having an asymmetric surface with respect to the optical axis center, which has been difficult in the past. The optical phase modulation mask as described above can be supplied with high accuracy.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
図1は、本発明になる円形レンズの心取り方法と該方法を用いた円形レンズの製造方法を用いて心取りし、製造した、光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面を有する円形レンズの一例で、ここに示した自由曲面は、分かり易くするため誇張して示してあり、(A)はこの円形レンズを対物側から見た図、(B)は断面図、図2は(A)が本発明になる円形レンズの心取り方法と該方法を用いた円形レンズの製造方法を用いて製造した、対物側に光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面とその周囲を囲繞するクランプ用曲面を形成した円形レンズの例、(B)は自由曲面を持たないレンズの例、図3は本発明になる円形レンズの製造方法におけるガラス成形する入れ子を概略的に示した図、図4は円形レンズの対物側に形成したクランプ用曲面を凹として周辺の有害光を減らせるようにした場合の例である。 FIG. 1 shows a free-form surface composed of a surface that is asymmetric with respect to the center of the optical axis, which is centered and manufactured using the method for centering a circular lens according to the present invention and the method for manufacturing a circular lens using the method. In the example of the circular lens, the free curved surface shown here is exaggerated for easy understanding, (A) is a view of the circular lens as viewed from the objective side, (B) is a sectional view, and FIG. (A) is a free-form surface comprising an asymmetric surface with respect to the center of the optical axis on the object side, and its surroundings, manufactured using the circular lens centering method according to the present invention and the circular lens manufacturing method using the method FIG. 3 schematically shows a glass molding nesting in the method for manufacturing a circular lens according to the present invention. FIG. 3B shows an example of a lens having a curved surface for clamping that surrounds the lens. 4 and 4 are formed on the objective side of a circular lens. An example in which so as to reduce the harmful light around a curved lamp as concave.
図1において10は本発明になる円形レンズの心取り方法と該方法を用いた円形レンズの製造方法を用いて心取りし、製造した、光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面を有する円形レンズ、11は通常の球面または非球面からなる光学面、12は光透過域が光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面であり、この自由曲面は、前記特許文献1に示された光位相変調マスクのように、回転非対称な表面形状を有して円形レンズ10の光軸13に対して非対称(軸非対称)な面であり、ある位置における光軸に垂直な線の左右に対称な面はあるが、例えば球面又は非球面のような面対称がある面を有してレンズの光軸を単に偏心したものなどは含まれず、光軸中心に対して非対称な面である。14は、この光透過域である自由曲面12の周囲を囲繞し、光軸13に中心を持つと共に円形レンズ10の光入射側と光出射側とで異なる曲率となるよう半径方向に向け、肉厚が減少(または増加でもよい)するベルクランプ用曲面、15は加工後のレンズ外周、16は円形レンズ10をベルクランプ法でクランプする際のベルホルダーの概略位置である。
In FIG. 1,
本発明になる円形レンズの心取り方法と該方法を用いた円形レンズの製造方法で作られた円形レンズ10は、このように光透過域に光軸中心に対して非対称な面からなる自由曲面12があり、それによってこの自由曲面12の部分では前記したベルクランプ法による心取りができない。そのため本発明においては、その自由曲面12の周囲を囲繞する光透過域外に、光軸13に中心を持つと共に、円形レンズ10の光入射側と光出射側とで、正、負を含む異なる曲率で半径方向に向け、肉厚が増加または減少するクランプ用曲面14を形成するよう、レンズ成型用入れ子の光学転写面を形成し、それによって成形された円形レンズ10のクランプ用曲面14の例えば16で示した位置でベルクランプして心取りし、レンズ外周を15のように加工して製造するものである。
The
図2は(A)が本発明になる円形レンズの心取り方法を用いて製造した、対物側に光軸中心に対して非対称な面からなる光透過域である自由曲面と、その周囲を囲繞する光透過域外にクランプ用曲面を形成した円形レンズの例、(B)は自由曲面を持たないレンズの例である。なお、上段の(A)に示す(a)と下段(B)に示す(b)、同様に(c)と(d)、(e)と(f)、(g)と(h)、(k)と(m)、(n)と(p)は、それぞれ同様なレンズにおける自由曲面を有するレンズと有しないレンズをそれぞれ示している。 FIG. 2A shows a free-form surface that is a light transmission region that is an asymmetric surface with respect to the center of the optical axis on the objective side, which is manufactured using the centering method of the circular lens according to the present invention of FIG. (B) is an example of a lens that does not have a free curved surface. (A) and (b) shown in the upper stage (A), (c) and (d), (e) and (f), (g) and (h), ( k) and (m), and (n) and (p) respectively indicate a lens having a free curved surface and a lens not having the same lens.
図中、(A)における20a、20c、20e、20g、20k、20nはそれぞれのレンズにおける前記したような自由曲面、21a、21c、21e、21g、21k、21nは通常の球面若しくは非球面からなるレンズ面、22a、22c、22e、22g、22k、22nは自由曲面20の周囲を囲繞するクランプ用曲面、23、24は自由曲面の範囲を示す線、25は各レンズの光軸である。また、(B)における26b、26d、26f、26h、26m、26pはそれぞれのレンズにおける光入射側曲面、27b、27d、27、27h、27m、27pはそれぞれのレンズにおける光射出側曲面、28は各レンズの光軸である。また、(B)におけるR付きの数字は、それぞれの曲面における半径を示していて、正・負の符号は、光入射側に対して曲面が凸(正)であるか凹(負)であるかを示している。なお、これら図1、図2に示したレンズ曲面や自由曲面はそれぞれ一例であり、ここに示した数値や形状に限定されないことは当然である。
In the drawing, 20a, 20c, 20e, 20g, 20k, and 20n in (A) are free-form surfaces as described above in the respective lenses, and 21a, 21c, 21e, 21g, 21k, and 21n are formed of ordinary spherical surfaces or aspheric surfaces. Lens surfaces 22a, 22c, 22e, 22g, 22k, and 22n are clamping curved surfaces surrounding the free
まず(a)と(b)に示したレンズは、光入射側も出射側も曲面が凸(正)であるレンズで全体として凸レンズを構成し、(c)と(d)のレンズも光入射側と出射側の曲面が凸(正)ではあるが、全体として凹レンズを構成している。(e)と(f)のレンズは、光入射側が凹(負)で出射側が凸(正)と逆の曲面を有して全体として凹レンズを構成し、(g)と(h)のレンズは光入射側が凸(正)で出射側が凹(負)と(e)と(f)の場合と同様逆の曲面を有してはいるが、全体として凸レンズを構成している。(k)と(m)のレンズは光入射側も出射側も曲面が凹(負)であるレンズで全体として凸レンズを構成し、(n)と(p)のレンズも光入射側と出射側の曲面が凹(負)ではあるが、全体として凹レンズを構成している。 First, the lenses shown in (a) and (b) are convex lenses as a whole with convex (positive) curved surfaces on both the light incident side and the light exit side, and the lenses (c) and (d) are also light incident. Although the curved surfaces on the side and the output side are convex (positive), a concave lens is formed as a whole. The lenses (e) and (f) are concave (negative) on the light incident side and have a curved surface opposite to the convex (positive) on the output side to constitute a concave lens as a whole, and the lenses (g) and (h) are Although the light incident side is convex (positive) and the output side is concave (negative) and has the opposite curved surface as in (e) and (f), it constitutes a convex lens as a whole. The lenses (k) and (m) are convex lenses as a whole with concave (negative) curved surfaces on both the light incident side and the output side, and the lenses (n) and (p) are also formed on the light incident side and the output side. Although this curved surface is concave (negative), it constitutes a concave lens as a whole.
この図2(A)に示した自由曲面20a、20c、20e、20g、20k、20nは、前記特許文献1に示された光位相変調マスクのように回転非対称な表面形状ではあるが、(B)に示した通常の球面若しくは非球面からなるレンズ面の図と比較してみれば明らかなように、通常の面との差異は小さなものである。しかしこれらの自由曲面は、前記したように光軸に対して非対称であると共に光軸中心に対して非対称であり、かつ、半径方向の厚みが異なるから、ベルクランプによる心取りはできない。
The free-
そのため各レンズには、22a、22c、22e、22g、22k、22nで示したクランプ用曲面が設けられ、このクランプ面と、相対する光射出側の曲面21a、21c、21e、21g、21k、21nとの半径方向の厚さは、増加または減少するよう設けられているが、ベルクランプのためには図2(A)において(e)、(g)のようにそれぞれの曲面が負と正、または正と負のように、逆方向の曲率であると容易である。それに対し、(a)、(c)、(k)、(n)のように正と正、負と負のように同方向の曲率の場合は負と正、または正と負のような逆方向の曲率の場合に比較して心取りに時間が掛かかり、また、(c)のように一面が光軸25に対して垂直あるいは垂直に近い場合、対面する面の曲率を大きくしないと心取りが困難になる。
Therefore, each lens is provided with a curved surface for clamping indicated by 22a, 22c, 22e, 22g, 22k, and 22n, and the
また、図2(A)の(e)、(n)のように、クランプ用曲面22と光射出側の曲面とで凹レンズが形成されている場合、レンズに入射してきた周辺の光を更にレンズ外周に屈折させることができ、外乱光によるゴーストやフレアを軽減することができると共に、円形レンズを鏡筒などに固定する際、固定側(コバ面)が広くなるから心出しが容易になると共に固定を確実に行えるレンズとすることができる。 2A, when a concave lens is formed by the curved curved surface 22 and the curved surface on the light exit side as shown in FIGS. The lens can be refracted to the outer periphery, reducing ghosts and flares caused by ambient light, and when fixing a circular lens to a lens barrel, the fixed side (edge surface) becomes wider, making it easier to center. The lens can be securely fixed.
すなわち、図4に示したように、通常の球面または非球面からなる光学面11に対して前記した自由曲面12を有し、この自由曲面12の周囲を囲繞するクランプ用曲面17を光軸中心から対称な形状にすることで、クランプ用曲面を自由曲面の基準Rより大きくすることになり、周辺部の有害光を減らすことができると共に、コバ面を厚く取ることができ、レンズの組み込み精度を向上させることができる。
That is, as shown in FIG. 4, the
このようにクランプ用曲面の取り方により、光学面の曲率との差を大きく取れば心取り精度が向上し、コバ面を厚く取るようにすれば組み込み精度が向上し、肉厚を薄くなるようにすれば体積が減ってコストダウンすることになり、目的に応じてクランプ用曲面の形状を選択するとより効果的である。なお、加圧成形により円形レンズを成形するため、自由曲面の平均R(曲率)と正負を一致させた方が無理のない成形とすることができる。 In this way, depending on how the curved surface for clamping is taken, the centering accuracy will be improved if the difference from the curvature of the optical surface is large, and the mounting accuracy will be improved and the wall thickness will be reduced if the edge surface is made thicker. In this case, the volume is reduced and the cost is reduced, and it is more effective to select the shape of the curved surface for clamping according to the purpose. In addition, since a circular lens is shape | molded by pressure molding, it can be set as a reasonable shaping | molding by making the average R (curvature) and positive / negative of a free-form surface correspond.
以上が本発明になる円形レンズの心取り方法を用いて製造することのできるレンズの説明であるが、次に図3を用い、はみ出し成形によりレンズを成形する方法について説明する。前記したようにはみ出し成形は、胴型部品を図3に示したように用いないか、もしくは加熱したガラス材料(プリフォーム)30とは接触しない位置に設け、このガラス材料を例えば図1に示した自由曲面12に対応した面を形成しながら成形するため、一の入れ子である上型31に、自由曲面12に対応した光学面33とベルクランプ用曲面14に対応させた光学面35を設け、他の入れ子である下型32に、通常の光学面11に対応した光学面34を設けてある。
The above is the description of the lens that can be manufactured by using the centering method of the circular lens according to the present invention. Next, a method of molding the lens by extrusion molding will be described with reference to FIG. As described above, in the extrusion molding, the barrel part is not used as shown in FIG. 3, or is provided in a position where it does not come into contact with the heated glass material (preform) 30. This glass material is shown in FIG. In order to perform molding while forming a surface corresponding to the free
そして、上型31と下型32とによりガラス材料30を加圧成形し、成形されて自由曲面12とベルクランプ用曲面14、通常の光学面11が形成されてガラス材料が周囲にはみ出したレンズを、前記図5(A)における成形されたレンズ100として固定軸101とクランプ軸102の間に送り込む。その上で図5(B)に示したようにクランプ軸102をレンズ100(レンズ10)の方に動かし、完全にレンズ100の表面に接するようにして、固定軸101とクランプ軸102がレンズ100を保持した状態で、図5(C)に示したように固定軸101とクランプ軸102を回転させ、固定軸101とクランプ軸102の回転軸105とレンズ100の光軸104とが一致する方向に滑るようにして心出しを行う。
Then, the
そして図2(D)に示したように、加工具106で固定軸101とクランプ軸102と共に回転しているレンズ100(レンズ10)の周囲を加工することで、図1に示したような心出しされたレンズ10を得るわけである。
Then, as shown in FIG. 2D, by processing the periphery of the lens 100 (lens 10) rotating together with the fixed
このようにして自由曲面12を持つ円形レンズ10の成形、心出し、加工を行うことで、光軸に対して非対称な有効面をもつレンズにおいても、設計値に対する誤差が非常に小さいレンズを得ることができる。そのため、自由曲面をもつレンズであっても、調整工程など経なくても精度の高い組込みが可能になり、結果的に安価なレンズユニットを構成することができる。
By forming, centering, and processing the
また、自由曲面12がベルクランプする面より凸になるようにし、立ち上がり面をマスクや墨塗り等によって反射を無くすことで、段差による反射を無くすことができる。
ベルクランプ法においては、光入射側と光出射側の両面の曲率(R)が同じまたは略同じ場合、心取り精度が悪くなるが、そのようなレンズにおいても光透過領域外に本発明のクランプ用曲面を形成することで、周辺部で安定してベルクランプすることが可能となる。
Further, by making the free-
In the bell clamp method, when the curvatures (R) of both the light incident side and the light emission side are the same or substantially the same, the centering accuracy is deteriorated. Even in such a lens, the clamp of the present invention is provided outside the light transmission region. By forming the curved surface, it is possible to stably perform bell clamping at the peripheral portion.
本発明によれば、光透過域が自由曲面であっても正確にベルクランプ法でレンズの心取りをすることが可能であり、円形レンズ周囲の加工を複雑な装置を用いずとも短時間で簡単に、しかも高精度におこなうことができ、複雑な形状を有するレンズをコストも抑えて製造することができる。 According to the present invention, even if the light transmission region is a free-form surface, it is possible to accurately center the lens by the bell clamp method, and processing around the circular lens can be performed in a short time without using a complicated device. A lens having a complicated shape can be easily manufactured with high accuracy and at a low cost.
10 円形レンズ
11 球面または非球面からなる光学面
12 自由曲面
13 光軸
14 ベルクランプ用曲面
15 レンズ外周
16 ベルホルダー位置
20 自由曲面
21 通常の球面若しくは非球面
22 クランプ用曲面
23、24 自由曲面の範囲を示す線
25 光軸
26 光入射側曲面
27 光射出側曲面
28 光軸
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記自由曲面周囲を囲繞する前記光透過域外に、光軸中心から対称であると共に光入射側と光出射側とで異なる曲率で肉厚が増加または減少するクランプ用曲面を形成し、該クランプ用曲面でベルクランプして心取りすることを特徴とする円形レンズの心取り方法。 A centering method of a circular lens having a free-form surface composed of an asymmetric surface with respect to the optical axis center forming a light transmission region on at least one of the optical surfaces,
A clamping curved surface is formed outside the light transmission region surrounding the free curved surface, and is symmetric from the center of the optical axis and has a thickness that increases or decreases with different curvatures on the light incident side and the light emitting side. A centering method for a circular lens, wherein the center is centered by bell clamping on a curved surface.
前記円形レンズの前記自由曲面周囲を囲繞する前記光透過域外に、光学面光軸中心に対して対称であり、光入射側と光出射側とで異なる曲率で肉厚が増加または減少するクランプ用曲面を配し、該クランプ用曲面をベルクランプして心取りして加工し、製造することを特徴とする円形レンズの製造方法。 A method for producing a circular lens having a free-form surface comprising an asymmetric surface with respect to the optical axis center forming a light transmission region in at least one of the optical surfaces,
For clamping with a thickness that increases or decreases with a different curvature on the light incident side and the light exit side, which is symmetric with respect to the optical axis center of the optical surface, outside the light transmission region surrounding the free curved surface of the circular lens. A method for producing a circular lens, characterized in that a curved surface is arranged, the curved surface for clamping is bell-clamped and processed by centering.
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