JP2010032793A - レンズの芯出し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの芯出しを高精度かつ安価な構造で行う。
【解決手段】レンズ２０及びこれを微調整可能に収容する筒状枠１９を有するワーク１３を固定保持するワーククランプ部１４と、偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏを有しワーク１３の偏芯を測定可能な偏芯測定部１１と、ワーククランプ部１４を載置して偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏと平行な軸を中心として回転可能な回転テーブル１５と、レンズ２０の芯押し位置Ｐをレンズの光軸と平行な方向に押圧して鏡枠１９に対しレンズ２０の光軸を移動させるレンズ押し部１２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鏡枠に収容されたレンズの位置を調整して芯出しするレンズの芯出し装置に関する。

レンズ等の光学素子の組み立て分野では、鏡枠にレンズを固定する場合、鏡枠とレンズ、又はレンズが複数の場合はレンズとレンズとの芯出しを行ってから固定することが行われている。

例えば、特許文献１には、鏡枠に複数のレンズの芯出しを行ってから固定する技術が提案されている。
この特許文献１によれば、レンズが挿入された鏡枠は、回転可能でかつ上下に移動可能な保持機構に保持されている。また、鏡枠には、外部から鏡枠内に収容されたレンズの側面を押すための調整孔が穿設されている。この調整孔に、ピンを差し込み、レンズを押すことでレンズの芯を移動させている。
特開平３−１１４０１２号公報

しかしながら、特許文献１によれば、鏡枠にその外部からレンズ位置を調整するための調整孔を穿設する必要がある。また、この調整孔からレンズの側面を突くための複数のピンを必要とする。さらに、これら複数のピンを移動させるための移動機構も必要である。

さらにまた、調整孔は、レンズの芯の調整以外には全く有用ではなく、他に付加価値を有しないものである。一方、複数のピン又はこれを移動させる移動機構の動きがそのままレンズの移動量となる。

このため、高精度なレンズ芯出しを行う場合は、移動機構の分解能は角度換算で秒単位の精度が要求される。そして、その分解能は、水平方向の移動量に換算するとｎｍ（ナノメートル）オーダとなる。

これらを考慮すると、鏡枠に調整孔を設けるのは無駄であり、また、複数のピンとその移動機構を設けることは、高価な調整装置になるという課題を有する。
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、レンズの芯出しを高精度かつ安価な構造で行うことのできるレンズの芯出し装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、
レンズの光軸を調整して芯出しを行うレンズの芯出し装置において、
前記レンズ及びこれを微調整可能に収容する鏡枠を有するワークを固定保持するワーククランプ機構と、
基準光軸を有し前記ワークの偏芯を測定可能な偏芯測定手段と、
前記ワーククランプ機構を載置して前記基準光軸と平行な軸を中心として回転可能な回転機構と、
前記レンズの所定位置をレンズの光軸と平行な方向に押圧して前記鏡枠に対し前記レンズの光軸を移動させるレンズ押し機構と、を備えるものである。

また、前記レンズは、曲率半径Ｒ１の第１の光学面及び曲率半径Ｒ２の第２の光学面を有し、
前記レンズの光軸から前記鏡枠による前記レンズの支持位置までの距離をＢ１、
前記レンズの光軸から前記レンズの所定位置までの距離をＢ２とし、
ＺＳ＝（（Ｂ１／Ｒ１）＋（Ｂ２／Ｒ２））×０．５
としたとき、
前記ＺＳの値と前記レンズ押し機構により前記所定位置を押圧する回数とによって前記レンズの光軸の移動量を制御するのが好ましい。

さらに、前記レンズ押し機構はエアーシリンダを有することが好ましい。

本発明によれば、鏡枠に微調整可能に収容されたレンズの所定位置を押圧することでレンズを移動させ、レンズの芯出しを高精度かつ安価な構造で行うことができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態のレンズの芯出し装置１０の部分断正面図である。
図１に示すように、レンズの芯出し装置１０は偏芯測定手段としての偏芯測定部１１を有している。この偏芯測定部１１は、測定物からの反射光によって偏芯測定を行う（反射偏芯測定を行う）ものであり、台座２３と、この台座２３に支持され上下方向（重力方向）に延びる支柱２１と、この支柱２１の上部に配設された観測部２２と、を有している。観測部２２は不図示の対物レンズを有し、この対物レンズの中心を通る偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏが上下方向に延びている。

台座２３には、偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏに沿って上方から、ワーク１３、ワーククランプ機構としてのワーククランプ部１４、回転機構としての回転テーブル１５が積層状に載置されている。ワーク１３は、レンズ２０及びこれを微調整可能に収容する鏡枠１９を有している。

鏡枠１９は円筒状をなし、上端開口側から挿入されたレンズ２０を下方から支持している。本実施形態ではレンズ２０は両凸レンズである。
また、本実施形態では、鏡枠１９はレンズ２０を微調整可能に収容するとしたが、例えば、鏡枠１９とレンズ２０を接着により固定する場合であって、その接着剤の粘度が低く、かつレンズ２０の移動に障害を与えない場合には、接着剤を塗布した状態であってもよい。

ワーク１３は、ワーククランプ部１４に固定保持されている。このワーククランプ部１４によるクランプに際しては、ワーク１３に光学歪を与えないように把持すべき点に留意する。

回転テーブル１５は、ワーククランプ部１４を載置し偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏと平行な軸を中心として回転可能な構造となっている。この回転テーブル１５は、偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏに対し平行な軸上でワーク１３をガタなく円滑に回転することができる。

また、支柱２１の長手方向の中途部から、偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏと直交方向に横フレーム２４が片持ち状態で張設されている。この横フレーム２４の先端部には、ワーク１３に対向するようにレンズ押し機構としてのレンズ押し部１２が配置されている。

さらに、偏芯測定部１１の近傍には、制御部１７及び表示部１８が配置されている。
また、レンズ押し部１２は、レンズ２０を押圧する芯押し部１２ｂと、この芯押し部１２ｂを偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏと直交する平面内で移動させてレンズ２０への押圧位置を調整する駆動手段としての駆動部１２ａとを有している。芯押し部１２ｂとしては、市販のエアーシリンダが用いられる。

そして、芯押し部１２ｂにより、レンズ２０の光学面２０ｂ（図２及び図３参照）の所定位置としての芯押し位置Ｐ（図２及び図３参照）を上方から押圧する。こうして、後述するように、鏡枠１９に対してレンズ２０の光軸を移動させることができる。

なお、このレンズ押し部１２は、次のような特性を有している。
第１に、芯押し位置Ｐ（図２及び図３参照）の高さが変化してもレンズ２０への押圧力が変化しない。第２に、押圧力は一定であってその圧力を調整することが可能である。第３に、押圧する速度は一定であってその速度を調整することが可能である。

また、制御部１７は、偏芯測定部１１等の制御を行うものであり、レンズ押し部１２の制御機能をも有している。また、表示部１８では偏芯量等の測定結果の画像表示を行う。
以下、鏡枠１９の外形の中心と、回転テーブル１５の回転中心と、偏芯測定機の基準光軸Ｏ−Ｏとが一致しているとして、次に、ワーク１３の鏡枠１９の外形の中心に対して、レンズ２０の光学芯（光軸）を一致させるための調整について説明する。

鏡枠１９に対するレンズ２０の偏芯量を偏芯測定部１１によって測定し、その測定結果に基づいて、レンズ押し部１２により、鏡枠１９に対してレンズ２０の光軸を移動させて傾き調整を行う。そのために、レンズ押し部１２の駆動部１２ａを用いて、レンズ２０の中心と芯押し部１２ｂの中心とを一致させる。

ここで、図２には、鏡枠１９にレンズ２０が移動可能に収容支持されたワーク１３の断面図が示されている。
この図２に示すように、鏡枠１９には大径のレンズ挿入孔１９ａとこれに連通する小径の孔１９ｂとが同軸状に形成されている。また、レンズ挿入孔１９ａと小径の孔１９ｂとの境界の段差面１９ｃは平坦に形成されている。

この段差面１９ｃの周縁は、連続した円周状に形成されている。この周縁が、レンズ挿入孔１９ａから挿入されたレンズ２０を微調整可能に下方から支持する支持位置としての支持縁部１９ｄとなっている。なお、レンズ挿入孔１９ａはレンズ２０の外周部と適度なクリアランスをもって嵌合可能な大きさに形成されている。

ここで、レンズ２０は、曲率半径Ｒ１の第１の光学面２０ａと曲率半径Ｒ２の第２の光学面２０ｂとを有している。
そして、第１の光学面２０ａは鏡枠１９により下方から支持され、第２の光学面２０ｂは芯押し位置Ｐを芯押し部１２ｂによって上方から光軸と平行な方向に押圧されるようになっている。

ここで、レンズ２０の光軸から鏡枠１９による支持縁部１９ｄまでの距離をＢ１とし、レンズ２０の光軸からレンズ２０の所定位置としての芯押し位置Ｐまでの距離をＢ２としたとき、
ＺＳ＝（（Ｂ１／Ｒ１）＋（Ｂ２／Ｒ２））×０．５
を定義する。

すると、ＺＳの値と芯押し位置Ｐを押圧する回数とによってレンズ２０の光軸の移動量を制御することができる。
図３は、鏡枠１９に収容されたレンズ２０と芯押し位置Ｐとの関係を示している。なお、説明の都合上、芯押し位置ＰをＸ軸上に設定する。

芯押し部１２ｂの位置は、Ｙ軸方向はレンズ２０の中心と一致させ、Ｘ軸方向は、中心から距離Ｂ２だけオフセットさせる。従って、このオフセット量Ｂ２が、図２における、レンズ２０の光軸から芯押し位置Ｐまでの距離Ｂ２に相当する。

このオフセット量Ｂ２をいかに設定するかについては、後述する。
図３において、芯押し部１２ｂを作動させた場合、詳しくは後述するが、レンズ２０の光軸は光軸とＸ軸とを含む平面内を傾くことになる。一方、回転テーブル１５を回転させることで、レンズ２０及び鏡枠１９が回転するため、鏡枠１９に対するレンズ２０の光軸の移動方向（傾き方向）を任意の方向に調整することができる。

次に、前述したオフセット量Ｂ２の設定について説明する。
図４は、レンズ２０の光軸の移動量と芯出し回数との関係を示す図である。
すなわち、縦軸はレンズ２０の光軸の移動量を分単位で示している。また、横軸は芯出し回数を示している。なお、芯出し回数とは、芯押し部１２ｂを作動させてレンズ２０の芯押し位置Ｐを押した回数をいう。

図４のＺＳ係数は、０．３８〜０．４４４の間の数値を示している。
この図４から以下のことがわかる。
第１に、レンズ２０の光軸の移動量は、ＺＳ係数が特定の領域でＺＳ係数と相関関係がある。例えば、この特定領域ではＺＳ係数が小さいほど、芯押し動作１回あたりのレンズ２０の光軸の移動量が小さくなっている。

第２に、ＺＳ係数を適切に設定すれば、芯押し動作１回あたりのレンズ２０の光軸の移動量を調整することができる。
第３に、ＺＳ係数を適切に設定すれば、レンズ２０の光軸の移動量から、芯押し位置Ｐ（オフセット量Ｂ２）を推定することができる。

よって、芯押し位置Ｐ（オフセット量Ｂ２）と芯出し回数を設定すれば、レンズ２０の光軸を任意に位置調整できることがわかる。
さらに、ここで重要なことは、市販のエアーシリンダを用いたレンズ押し部１２によっても、芯押し動作１回あたりレンズ２０の光軸を０．０５分程度移動させることができるということである。しかも、実験によればその再現性はきわめて高い。さらに、レンズ２０の光軸の移動精度が、エアシリンダのレンズ２０を押す位置精度よりも１桁から２桁（数倍から数十倍）向上する。

例えば、図４において、ＺＳ＝０．３８の場合、レンズ２０の光軸の移動量の平均＝０．０５分、最大０．０８分、最小０．０４分である。
本実施形態によれば、偏芯測定部１１の測定結果に基づいてレンズ２０の光学面２０ｂを上方から押圧して鏡枠１９に対しレンズ２０の光軸を移動させることにより、レンズ２０の芯出しを高精度かつ安価な構造で行うことができる。

また、ＺＳ係数としてＺＳ＝（（Ｂ１／Ｒ１）＋（Ｂ２／Ｒ２））×０．５
と定義したとき、このＺＳ係数を適切に設定することで芯押し動作１回あたりのレンズ２０の光軸の移動量を任意に調整することができる。

さらに、本実施形態では、レンズ押し部１２はエアーシリンダを有し、このエアーシリンダを用いてレンズ２０の光学面２０ｂを押すことで、安価な構造でレンズ２０の光軸を高精度に移動させることができる。

なお、本実施の形態では、鏡枠１９の外形（外面）を基準としてレンズ２０の芯出しを行ったが、例えば鏡枠１９の内形（内面）を基準としても良い。
また、本実施の形態では、レンズ２０として両凸レンズを用いたが、例えば平凸レンズを用いても良い。この場合、平凸レンズの凸面をレンズ押し機構で押圧することにより、平凸レンズを光軸に対して直交する方向に移動させて芯出しすることが可能となる。

本発明の実施の形態のレンズの芯出し装置の部分断正面図である。 鏡枠にレンズが収容支持されたワークの断面図である。 レンズと芯押し位置との関係を示す図である。 芯出し回数とレンズの光軸の移動量との関係を示す図である。

符号の説明

１０ レンズの芯出し装置
１１ 偏芯測定部（偏芯測定手段）
１２ レンズ押し部（レンズ押し機構）
１２ａ 駆動部
１２ｂ 芯押し部
１３ ワーク
１４ ワーククランプ部（クランプ機構）
１５ 回転テーブル（回転機構）
１７ 制御部
１８ 表示部
１９ 鏡枠
１９ａ レンズ挿入孔
１９ｂ 小径の孔
１９ｃ 段差面
１９ｄ 支持縁部
２０ レンズ
２０ａ 第１の光学面
２０ｂ 第２の光学面
２１ 支柱
２２ 観測部
２３ 台座
２４ 横フレーム
Ｏ−Ｏ軸 偏芯測定機の基準光軸
Ｐ 芯押し位置

Claims (3)

1. レンズの光軸を調整して芯出しを行うレンズの芯出し装置において、
   前記レンズ及びこれを微調整可能に収容する鏡枠を有するワークを固定保持するワーククランプ機構と、
   基準光軸を有し前記ワークの偏芯を測定可能な偏芯測定手段と、
   前記ワーククランプ機構を載置して前記基準光軸と平行な軸を中心として回転可能な回転機構と、
   前記レンズの所定位置をレンズの光軸と平行な方向に押圧して前記鏡枠に対し前記レンズの光軸を移動させるレンズ押し機構と、を備える
   ことを特徴とするレンズの芯出し装置。
2. 前記レンズは、曲率半径Ｒ１の第１の光学面及び曲率半径Ｒ２の第２の光学面を有し、
   前記レンズの光軸から前記鏡枠による前記レンズの支持位置までの距離をＢ１、
   前記レンズの光軸から前記レンズの所定位置までの距離をＢ２とし、
   ＺＳ＝（（Ｂ１／Ｒ１）＋（Ｂ２／Ｒ２））×０．５
   としたとき、
   前記ＺＳの値と前記レンズ押し機構により前記所定位置を押圧する回数とによって前記レンズの光軸の移動量を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズの芯出し装置。
3. 前記レンズ押し機構はエアーシリンダを有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズの芯出し装置。