JP2011056586A - 球面研磨装置及び球面研磨装置の芯出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで容易に、高い精度の球面を研磨する。
【解決手段】光学素子の表面を球面研磨皿に摺り合わせてその表面を球面状に研磨する球面研磨装置において、前記光学素子を前記球面研磨皿に当てた状態で支持する研磨シャフトと、軸芯が、前記光学素子の表面の研磨目標球面の曲率中心を通り前記研磨シャフトを回転させる回転駆動部とを備え、
前記研磨シャフトが、前記研磨目標球面の曲率中心で前記回転駆動部に連結されたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ等の球面を研磨する球面研磨装置及び球面研磨装置の芯出し方法に関して、特に真球度の高い研磨加工面を熟練度を要することなく得る事に好適な球面研磨装置及び球面研磨装置の芯出し方法に関するものである。

近年、デジタル技術の進展により高精細な撮像システムが求められている。これに伴って、光学設計、機構設計に基づいた各々のレンズエレメントに対しても、要求精度が厳しくなっている。

更には高倍率ズームシステムの一般化によりその構成レンズエレメントも増大する一方である。従って、安価で高精度なレンズエレメントが求められている。

これに対応する研磨装置の一例として特許文献１のレンズ研磨装置がある。このレンズ研磨装置は、回転する研磨皿の上面に研磨対象のレンズを載せて、揺動機構でそのレンズを前後左右に揺動させて、レンズを研磨するものである。

特開２００４−２５５４９２号公報

ところで、前記従来の研磨装置では、これまで要求されてきたような精度のレンズを研磨するのには特に問題なく対応することができる。

しかし、要求精度が厳しくなってくると、前記の研磨装置では対応できなくなる。この研磨装置の場合、研磨皿の上面でレンズを前後左右へ往復運動させて研磨するが、この場合、運動の方向が変化する。このため、往復運動の両端部で静止点が２つ生じてしまい、不連続な運動になる。また、往復運動の途中と両端部で、レンズに加わる圧力も微妙に変化して、正確に一定値にはならない。

レンズ加工においては、部分的ストレスをレンズに与えないことが、レンズ球面の精度を高める上で重要であるが、従来の研磨装置では、レンズの運動が不連続になると共にレンズに加わる圧力も微妙に変化してしまい、厳しい要求精度に対応することが難しいという問題がある。

本発明の球面研磨装置は、前記課題を解決するためになされたもので、光学素子の表面を球面研磨皿に摺り合わせてその表面を球面状に研磨する球面研磨装置において、前記光学素子を前記球面研磨皿に当てた状態で支持する研磨シャフトと、軸芯が前記光学素子の表面の研磨目標球面の曲率中心を通り前記研磨シャフトを回転させる回転駆動部とを備え、前記研磨シャフトが、前記研磨目標球面の曲率中心で前記回転駆動部に連結されたことを特徴とする。

また、本発明の球面研磨装置の芯出し方法は、前記光学素子を前記球面研磨皿に当てた状態で支持する研磨シャフトと、軸芯が前記光学素子の表面の研磨目標球面の曲率中心を通り前記研磨シャフトを回転させる回転駆動部と、前記球面研磨皿を支持して回転させる回転軸を備えて前記研磨シャフトの長さの変更に合わせて前記球面研磨皿を支持する回転軸の高さを調整すると共に前記回転軸の角度を調整する研磨皿回転駆動部とを備え、回転軸の芯出しに際して、前記研磨目標球面の球芯位置及び当該球芯位置から前記研磨目標球面までの距離が予め設定された球芯距離設定棒と、当該球芯距離設定棒に取り付けられてその取り付け位置から接触面までの距離の変化を検出する計器とを用いて、前記光学素子の表面を球面状に研磨する球面研磨装置の回転軸の芯出しをする球面研磨装置の芯出し方法において、前記芯出しの際に前記回転駆動部の代わりに前記球芯距離設定棒を取り付けて、前記研磨皿回転駆動部に支持された前記球面研磨皿の中心に前記球芯距離設定棒の先端を接触させると共に、前記計器の先端を前記球面研磨皿の中心からずれた位置に接触させて当該球面研磨皿を回転させる工程と、前記球面研磨皿を回転させて前記計器で検出した前記取り付け位置から接触面までの距離の変化を抑えるように前記研磨皿回転駆動部の回転軸の角度を調整する工程と、角度調整が済んだ前記球面研磨皿を固定して前記球芯距離設定棒を回転し前記計器で検出した前記取り付け位置から接触面までの距離の変化を抑えるように前記球芯距離設定棒の角度を調整する工程とを備えたことを特徴とする。

前記球面研磨装置の芯出し方法により、前記球芯距離設定棒及び計器を用いて、前記球面研磨皿の回転軸及び前記回転駆動部の芯出しを行うため、この球面研磨皿及び回転駆動部の位置を容易にかつ正確に調整することができる。

これにより、前記研磨シャフトの先端の前記光学素子と前記球面研磨皿とが正確に位置の調整をされて、前記光学素子が前記研磨目標球面上を正確にかつ連続的に運動して、光学素子に加わる圧力も一定に保つことができるため、低コストで容易に、高い精度の球面を研磨することができる。

本実施形態に係る球面研磨装置を示す概略構成図である。 本実施形態に係る球面研磨装置を示す要部拡大図である。 本実施形態に係る球面研磨装置の芯出し作業を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る球面研磨装置の研磨シャフトの動作に基づく被研磨レンズの球面研磨皿に対する相対運動を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る球面研磨装置について図面を参照しながら詳述する。図１は本実施形態に係る球面研磨装置を示す概略構成図、図２は球面研磨装置を示す要部拡大図、図３は芯出し作業を示す模式図である。

本実施形態の球面研磨装置は、光学素子の表面を球面研磨皿に摺り合わせてその表面を球面状に研磨するための装置である。研磨する光学素子としては、球面レンズや球面鏡等がある。ここでは、レンズを例に説明する。また、本発明の特徴は、レンズの表面を研磨仕上げした状態の表面（レンズの回転速度等の諸条件に応じて僅かに目標寸法を変える場合はその寸法の表面）である研磨目標球面の曲率中心を球芯として、研磨シャフト、球面研磨皿等を配設した点にある。このため、他の構成部分は公知の全ての球面研磨装置を用いることができる。

本実施形態の球面研磨装置１は、図１，２に示すように主に、研磨シャフト２と、回転駆動部３と、研磨皿回転駆動部４（図３参照）と、球面研磨皿５とから構成されている。なお、被研磨レンズ６の表面の研磨目標球面Ｓの球芯（曲率中心）をＧとする。

研磨シャフト２は、被研磨レンズ６を球面研磨皿５に当てた状態で支持するためのシャフトである。この研磨シャフト２は、研磨目標球面Ｓの曲率中心である球芯Ｇで回転駆動部３に連結されている。これにより、回転駆動部３で研磨シャフト２が球芯Ｇを中心にして研磨目標球面Ｓ上を回転されることにより、被研磨レンズ６が球面研磨皿５に摺り合わされながら研磨目標球面Ｓ上を移動して、その表面を球面状に研磨するようになっている。研磨シャフト２の先端には、被研磨レンズ６を１点で支持するレンズホルダー（図示せず）が設けられ、被研磨レンズ６を回転可能に支持する。被研磨レンズ６は、１本だけ支持される場合と、２本以上支持される場合がある。

研磨シャフト２はその長さが可変に構成されている。具体的には、研磨シャフト２は、伸縮可能に形成されたり、長さの異なる複数の研磨シャフト２が適宜付け替えられたりする。研磨目標球面Ｓの曲率の違う複数の被研磨レンズ６に合わせて、研磨シャフト２の長さが変更される。

回転駆動部３は研磨シャフト２を回転させる駆動部である。回転駆動部３は、回転軸８と、駆動モータ９と、調整機構１０とから構成されている。

回転軸８は、研磨シャフト２を直接支持して回転させるための軸である。回転軸８はその軸芯が研磨目標球面Ｓの曲率中心である球芯Ｇを通るように設定されている。回転軸８は、調整機構１０側に回転可能に支持されている。回転軸８の基部（図１中の上部）にはプーリ１２が設けられている。このプーリ１２は駆動モータ９に連結されて、この駆動モータ９で回転駆動される。

回転軸８の先部（図１中の下部）には、研磨シャフト２を支持するためのシャフト取付部１３が設けられている。このシャフト取付部１３は、研磨シャフト２を任意の角度に調整した状態で固定して支持するようになっている。これにより、球面研磨皿５の大きさ等に合わせて、研磨シャフト２の角度が調整される。

駆動モータ９は、回転軸８を回転させるためのモータである。駆動モータ９は、調整機構１０側に固定されて、ベルト１５で回転軸８に連結されている。駆動モータ９の駆動プーリ１６と回転軸８のプーリ１２にベルト１５が架け渡されて、駆動モータ９が回転軸８に連結されている。

調整機構１０は、回転軸８を調整するための装置である。調整機構１０は、基板１８と、軸受１９と、基板移動機構部２０とから構成されている。

基板１８は、回転軸８や駆動モータ９等を支持するための部材である。軸受１９は、基板１８に支持された状態で回転軸８を回転可能に支持するための部材である。軸受１９で回転可能に支持された回転軸８が、駆動モータ９に連結されて、回転駆動される。

基板移動機構部２０は、回転軸８の位置や角度を調整するための機構である。基板移動機構部２０は、直接的には基板１８を支持して、その高さや角度を調整することで、この基板１８に支持された回転軸８の位置や角度を間接的に調整するようになっている。基板移動機構部２０は、種々の構成を用いることができる。例えば、装置本体側のフレームに固定されたナット部（図示せず）にねじ込まれた３本のボルト（図示せず）を用いる。３本のボルトの先端は、基板１８にピボット軸受で連結される。これにより、３本のボルトの高さを適宜調整して、基板１８の位置や角度を直接的に調整し、この基板１８を介して回転軸８の位置や角度を間接的に調整することで、回転軸８の先端部を球芯Ｇに合わせるようになっている。また、基板移動機構部２０は、ＸＹＺ軸方向に配設した３本のレールと、ＸＹＺ軸を中心に回転させる回転駆動部とから構成してもよい。また、他の構成でもよい。回転軸８を３次元的に移動して回転させることができる装置であればよい。

研磨皿回転駆動部４は、球面研磨皿５を支持して回転させると共に、その高さ及び角度を調整するための装置である。即ち、研磨皿回転駆動部４は、球面研磨皿５を支持して回転させる回転軸（図示せず）を備え、研磨シャフト２の長さの変更に合わせて球面研磨皿５を支持する前記回転軸の高さを調整すると共に前記回転軸の角度を調整する。

研磨皿回転駆動部４は、図３に示すように、回転部２３と、調整部２４とから構成されている。回転部２３は、球面研磨皿５を支持して回転させるための装置である。回転部２３で球面研磨皿５が設定速度で回転される。

調整部２４は、回転部２３を支持してその高さ及び角度を調整するための装置である。調整部２４は、直接的には回転部２３の高さ及び角度を調整して、間接的に球面研磨皿５の高さ及び角度を調整する。

回転軸８に支持された研磨シャフト２の長さの変更に合わせて、球面研磨皿５の位置を調整しなおすため、調整部２４で、球面研磨皿５を支持する回転部２３の回転軸（図示せず）の高さ及び角度を調整する。また、回転軸８の軸芯に球面研磨皿５を整合させるため、調整部２４で回転部２３の回転軸の角度を調整する。

調整部２４は、固定板２６と、可動板２７と、３本の調整ネジ２８と、支持ステー２９と、固定ネジ３０とから構成されている。

固定板２６は、球面研磨装置本体側に固定されて可動板２７を支持する板材である。可動板２７は、固定板２６に支持されて、高さや角度が調整される板材である。３本の調整ネジ２８は、固定板２６にピボット支持されて可動板２７にねじ込まれたネジである。固定板２６にピボット支持された３本の調整ネジ２８を適宜回して、可動板２７の角度を調整したり、高さを調整したりする。支持ステー２９は、回転部２３を回動可能に支持するステーである。固定ネジ３０は、支持ステー２９で回動可能に支持された回転部２３を、任意の角度で固定支持するためのネジである。

球面研磨皿５は、被研磨レンズ６の表面を研磨して球面状にするための部材である。球面研磨皿５は、被研磨レンズ６の研磨目標球面Ｓの曲率に合わせた皿状に形成されている。球面研磨皿５は、研磨皿回転駆動部４に着脱可能に取り付けられている。球面研磨皿５の着脱手段としては、公知の全ての手段を用いることができる。球面研磨皿５は、被研磨レンズ６の研磨目標球面Ｓの曲率の違い等に合わせて複数用意される。各球面研磨皿５は、研磨皿回転駆動部４に適宜付け替えられる。

回転駆動部３側と球面研磨皿５側の回転軸の芯出しに際しては、球芯距離設定棒３２と、計器３３とが用いられる。

球芯距離設定棒３２は、研磨目標球面Ｓの球芯Ｇの位置及び球芯Ｇの位置から研磨目標球面Ｓまでの距離を予め設定された棒材である。球芯距離設定棒３２は、回転軸８の代わりに、調整機構１０の軸受１９に取り付けられる。球芯距離設定棒３２は、ベルト１５に架け渡されて回転される。

計器３３は、この計器３３の取り付け位置から接触面までの距離の変化を検出するための測定器である。計器３３は、メモリ部３４と、接触棒部３５とから構成されている。メモリ部３４は、接触棒部３５の変化をメモリの変化に変換するための部分である。接触棒部３５は、その先端部が球面研磨皿５の表面に接触して、球面研磨皿５の回転により球面研磨皿５の表面の変化（波打つような変化）を検出してメモリ部３４の目盛りの変化に変換する。メモリ部３４の目盛りの変化が小さくなれば、球面研磨皿５の位置合わせ精度が高まったことを意味する。計器３３は、球芯距離設定棒３２に取り付けられて、接触棒部３５が計器３３の取り付け位置から球面研磨皿５の接触面までの距離の変化を検出する。なお、計器３３は、取り付け位置から接触面までの距離の変化を検出できる構造であればよく、メモリ部３４及び接触棒部３５に限らず、レーザ光線を使用した距離測定装置等でもよい。

次に、球面研磨装置の芯出し方法について説明する。即ち、上述の構成の球面研磨装置の使用に際して行われる、回転軸の芯出し方法について説明する。この芯出しは、球面研磨皿５の研磨面と、研磨目標球面Ｓとを整合させるための調整作業である。

この芯出し作業では、まず球面研磨皿５を、球芯距離設定棒３２に対して位置合わせし、次に、位置合わせされた球面研磨皿５に対して球芯距離設定棒３２を位置合わせすることで、回転軸８の軸芯と球面研磨皿５の回転軸の軸芯とを整合させて、正確に芯出しする作業できる。

まず、前工程として、前記芯出し作業の前に、前記回転駆動部３の代わりに前記球芯距離設定棒３２を軸受１９に取り付ける。このとき、回転駆動部３と球芯距離設定棒３２は、軸受１９にそれぞれ取り付けられた状態で、それぞれの軸芯が整合するようになっている。この軸芯は球芯Ｇを通るようになっている。次いで、研磨皿回転駆動部４に支持された球面研磨皿５の中心に前記球芯距離設定棒３２の先端を接触させる。これにより、球面研磨皿５の中心が球芯Ｇを通る軸芯に一致する。次いで、前記計器３３の接触棒部３５の先端を球面研磨皿５の中心からずれた位置、例えば球面研磨皿５の周縁部に接触させて、当該球面研磨皿５を回転させる。

次に、研磨皿角度調整工程として、回転されている前記球面研磨皿５に対して前記計器３３で検出した前記取り付け位置から接触面までの距離の変化をメモリ部３４で見ながら、その目盛りの変化が小さくなるように、研磨皿回転駆動部４で回転軸の角度を調整する。

次いで、設定棒角度調整工程として、角度調整が済んだ前記球面研磨皿５を固定して、前記球芯距離設定棒３２を回転し前記計器３３で検出した前記取り付け位置から接触面までの距離の変化を抑えるように調整機構１０で前記球芯距離設定棒３２の角度を調整する。

これにより、球面研磨装置の芯出し作業を終了し、研磨作業に移る。研磨作業においては、回転駆動部３で研磨シャフト２を回転させると共に、研磨皿回転駆動部４で球面研磨皿５を回転させる。このとき、図４に示すように、研磨シャフト２と球面研磨皿５とを逆方向に回転させる。

これにより、被研磨レンズ６は、研磨目標球面Ｓに沿って球面研磨皿５とすり合わされると共に、球面研磨皿５の回転と逆方向に公転しながら自転して、研磨される。

これにより、被研磨レンズ６の研磨面を、前記研磨目標球面Ｓに沿って正確に移動させることができ、被研磨レンズ６の研磨面を、高い真球度を保って高精度に仕上げることができる。真球度の高い研磨加工面を、熟練度を要することなく容易に得る事ができる。

レンズ加工においては、部分的ストレスをレンズに与えないことが、レンズ球面の精度を高める上で重要であるが、球面研磨装置では、被研磨レンズ６の研磨面を、前記研磨目標球面Ｓに沿って正確に且つ連続的に移動させることができるため、レンズの運動が不連続になることがなく、レンズに加わる圧力も一定に保たれて、高い精度で球面を研磨することができる。

また、前記球面研磨装置の芯出し方法により、前記球芯距離設定棒３２及び計器３３を用いて、前記球面研磨皿５の回転軸の軸芯及び前記回転駆動部３の回転軸８の軸芯を整合させる芯出しを行うため、この球面研磨皿５及び回転駆動部３の位置を容易にかつ正確に調整することができる。この場合、絶対的な基準はなく、球面研磨皿５と回転駆動部３の位置が相対的に調整される。

これにより、前記研磨シャフト２の先端の被研磨レンズ６と前記球面研磨皿５とが正確に位置の調整をされて、被研磨レンズ６が前記研磨目標球面Ｓ上を正確にかつ連続的に運動すると共に、被研磨レンズ６に加わる圧力も一定に保たれる。この結果、低コストで容易に、高い精度の球面を研磨することができる。

本発明の球面研磨装置及び球面研磨装置の芯出し方法は、レンズに限らず、表面を球面状に研磨する必要があるすべての光学素子に用いることができる。

１：球面研磨装置、２：研磨シャフト、３：回転駆動部、４：研磨皿回転駆動部、５：球面研磨皿、６：被研磨レンズ、８：回転軸、９：駆動モータ、１０：調整機構、１２：プーリ、１３：シャフト取付部、１５：ベルト、１６：駆動プーリ、
１８：基板、１９：軸受、２０：基板移動機構部、２３：回転部、２４：調整部、２６：固定板、２７：可動板、２８：調整ネジ、２９：支持ステー、３０：固定ネジ、３２：球芯距離設定棒、３３：計器、３４：メモリ部、３５：接触棒部。

Claims (5)

1. 光学素子の表面を球面研磨皿に摺り合わせてその表面を球面状に研磨する球面研磨装置において、
   前記光学素子を前記球面研磨皿に当てた状態で支持する研磨シャフトと、
   軸芯が、前記光学素子の表面の研磨目標球面の曲率中心を通り前記研磨シャフトを回転させる回転駆動部とを備え、
   前記研磨シャフトが、前記研磨目標球面の曲率中心で前記回転駆動部に連結されたことを特徴とする球面研磨装置。
2. 請求項１に記載の球面研磨装置であって、
   前記研磨シャフトで支持された前記光学素子の研磨面が描く曲面が、前記研磨目標球面の一部であることを特徴とする球面研磨装置。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の球面研磨装置であって、
   前記研磨シャフトの長さが可変に構成され、前記研磨目標球面の曲率の違う複数の光学素子に合わせて前記研磨シャフトの長さを変えることを特徴とする球面研磨装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の球面研磨装置であって、
   前記球面研磨皿を支持して回転させる回転軸を備え、前記研磨シャフトの長さの変更に合わせて前記球面研磨皿を支持する回転軸の高さを調整すると共に前記回転軸の角度を調整する研磨皿回転駆動部を備えたことを特徴とする球面研磨装置。
5. 前記光学素子を前記球面研磨皿に当てた状態で支持する研磨シャフトと、軸芯が前記光学素子の表面の研磨目標球面の曲率中心を通り前記研磨シャフトを回転させる回転駆動部と、前記球面研磨皿を支持して回転させる回転軸を備えて前記研磨シャフトの長さの変更に合わせて前記球面研磨皿を支持する回転軸の高さを調整すると共に前記回転軸の角度を調整する研磨皿回転駆動部とを備え、
   回転軸の芯出しに際して、前記研磨目標球面の球芯位置及び当該球芯位置から前記研磨目標球面までの距離が予め設定された球芯距離設定棒と、当該球芯距離設定棒に取り付けられてその取り付け位置から接触面までの距離の変化を検出する計器とを用いて、前記光学素子の表面を球面状に研磨する球面研磨装置の回転軸の芯出しをする球面研磨装置の芯出し方法において、
   前記芯出しの際に前記回転駆動部の代わりに前記球芯距離設定棒を取り付けて、前記研磨皿回転駆動部に支持された前記球面研磨皿の中心に前記球芯距離設定棒の先端を接触させると共に、前記計器の先端を前記球面研磨皿の中心からずれた位置に接触させて当該球面研磨皿を回転させる工程と、
   前記球面研磨皿を回転させて前記計器で検出した前記取り付け位置から接触面までの距離の変化を抑えるように前記研磨皿回転駆動部の回転軸の角度を調整する工程と、
   角度調整が済んだ前記球面研磨皿を固定して前記球芯距離設定棒を回転し前記計器で検出した前記取り付け位置から接触面までの距離の変化を抑えるように前記球芯距離設定棒の角度を調整する工程と
   を備えたことを特徴とする球面研磨装置の芯出し方法。

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