JP3599671B2 - レンズ系組立方法およびレンズ系組立装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ用レンズあるいはビデオカメラ用レンズ等の、複数枚のレンズで構成されるレンズ系の組立時に用いられるレンズ系組立方法およびレンズ系組立装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年では、カメラ用レンズや8ミリビデオ用レンズ等の光学エレメントのコンパクト化の要求が高まるとともに、非球面レンズが多用されるようになっている。このようなレンズ系では、1枚のレンズに許容される偏芯量は数ミクロン以内であり、部品(鏡筒、レンズ)の加工精度だけではこのような光学性能の保証は不可能であるため、レンズ系の組立時に光軸調整が必要となっている。
【0003】
従来のレンズ系組立方法としては、予めレンズの間隔および位置が出るように設計されたレンズ鏡筒に、芯取りされたレンズを外径基準で入れてゆくいわゆる投げ込み式のレンズ組立方法や、レンズの光軸が旋盤の回転軸に合うように鏡筒を取り付け、芯取りしたレンズの外径に合うように鏡筒を削り、レンズの反射光が揺れないような位置であることを確かめて組み立ててゆく玉押し法と呼ばれるレンズ系組立方法が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術によれば、玉押し法等は熟練の技能が要求され、しかも組立作業では光軸を直接見ていないので、どれほどの精度で組み立てられているか判らず、また精度にも限界がある。
【0005】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、レンズの2つの球面の曲率中心を基準に光軸を求めて、光軸の傾きおよび偏芯を修正することで、極めて高い組立精度を得ることのできるレンズ系組立方法およびレンズ系組立装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のレンズ系組立方法は、光軸調整部に保持された2つの球面を有するワークレンズの各球面の曲率中心を算出する工程と、算出された各球面の曲率中心に向けて計測光を集光し、各球面から逆進する反射光をP・S・D素子に結像させ、前記2つの球面の曲率中心の結像位置を検出する工程と、検出された2つの球面の曲率中心の結像位置に基づいてワークレンズの光軸ずれを検知する工程と、前記光軸ずれに基づいてワークレンズの光軸調整をする工程とを有することを特徴とする。
【0007】
前記光軸調整は、検知されたワークレンズの光軸の傾きを修正するあおり調整を行なったうえで、平行偏芯量を補正するとよい。
【0008】
前記光軸調整部は、複数のワークレンズを保持しており、各ワークレンズの球面から逆進する反射光に基づいて前記球面の位置を検出し、各レンズ間隔を調整する工程を有するとよい。
【0009】
前記光軸調整後のワークレンズを接着によって鏡筒部材に固定するとよい。
【0010】
前記計測光としてレーザ光を用いるとよい。
【0011】
本発明のレンズ系組立装置は、2つの球面を有するワークレンズを保持する光軸調整部と、前記ワークレンズの2つの球面のそれぞれの曲率中心に計測光を集光させるための対物レンズを有する結像光学系と、前記結像光学系を経て前記ワークレンズの各球面に照射された前記計測光の反射光を前記結像光学系を逆進させてP・S・D素子に結像させるP・S・D光学系と、前記P・S・D素子に結像された前記2つの曲率中心の結像位置に基づいて前記ワークレンズの光軸ずれを算出する演算手段とを有し、前記演算手段の出力に基づいて前記ワークレンズの光軸の傾きと偏芯とを、前記光軸調整部により補正することを特徴とする。
【0013】
【作用】
レンズは一般的に2つの球面をもち、各球面の曲率中心に集光する光は各球面に垂直に当たり、一部は反射されて同じ光路を逆進する。これを利用して、反射光をP・S・D素子に導き結像させれば、2つの球面のそれぞれの曲率中心の位置を検出することができる。
【0014】
そこで、レンズ系組立工程において、ワークレンズの2つの球面のそれぞれの曲率中心を、各球面の曲率半径、ワークレンズの肉厚および屈折率等の設計値から求めて、計測光を対物レンズによって各球面の曲率中心に集光し、前記対物レンズを含む結像光学系を逆進する反射光をP・S・D素子に結像させて、結像位置を読み取り、対物レンズの位置(繰り出し量)から倍率を求めて、各曲率中心の位置を算出する。
【0015】
このようにして検知された2つの曲率中心を結ぶ直線がワークレンズの光軸位置を表わしており、その傾きを調整するあおり調整によって、ワークレンズの光軸を前記結像光学系の光軸に対して平行にしたうえで、平行偏芯量を求めてこれを補正する。
【0016】
光軸調整終了後、ワークレンズを鏡筒部材に接着等の公知の方法で固定する。
【0017】
レンズ系を構成する複数のワークレンズのそれぞれについて上記の工程を繰り返し、レンズ系の組立を完了する。
【0018】
このように、ワークレンズの光軸の傾きと偏芯量を求めて光軸調整を行なうものであるため、従来の玉押し法のように熟練した技能を必要とせず、しかも組立精度を大幅に改善できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
図1は一実施の形態によるレンズ系組立装置を示す。これは、図示しない固定台に立設された支持枠1と、その上部に支持された光軸監視部2と、光軸調整を終えて鏡筒部材に接着された組立済みレンズR0 を保持する保持台3と、光軸監視部2と保持台3の間に支持された光軸調整部4を有する。
【0021】
光軸監視部2は、波長780nmの半導体レーザである光源5、テレビカメラ6、ハーフミラー7、8、対物レンズ9、フォトダイオードの表面抵抗を利用して光スポットの位置を測定するP・S・D素子(ポジション・センシング・ディテクタ)10を備えており、これらは、光源5から発生された計測光であるレーザ光を、レンズ5aを経て対物レンズ9の焦点に集光したうえで光軸調整部4に保持されたワークレンズR1 に照射する結像光学系と、ワークレンズR1 によって反射されて前記結像光学系を逆進する反射光をP・S・D素子10に結像させるP・S・D光学系を構成する。
【0022】
調整手段である光軸調整部4は、前述のように、光軸調整を行なうワークレンズR1 を保持し、その傾きを調整するためのいわゆるあおり調整部と、あおり調整後にワークレンズR1 を平行移動して光軸の平行偏芯量をゼロにするための偏芯修正部を備えている。
【0023】
一般的にレンズは2つの球面をもち、各球面の曲率中心はレンズの光軸上にある。各曲率中心に集光する光の一部は、球面に当って垂直に反射され、反射光は入射光と同じ光路を戻るため、反射光をP・S・D素子に結像させれば曲率中心の位置を検知できる。
【0024】
そこで、図2に示すように、ワークレンズR1 の2つの球面S1 、S2 のそれぞれの曲率中心の位置を、各球面S1 、S2 の曲率、レンズの肉厚および屈折率から予め求めておき、対物レンズ9を移動させて、まず一方の球面S1 の曲率中心O1 にレーザ光を結像させ、球面S1 の反射光をハーフミラー7、8を経てP・S・D素子10に導き、光スポットの位置(結像位置)を読み取り、演算手段である演算部11において、このときの対物レンズ9の繰り出し量D1 から倍率M1 を求めて、図3に示すように、球面S1 の曲率中心O1 の偏芯位置(M1 X1 、M1 Y1 )を算出する。
【0025】
同様に、対物レンズ9を移動させて、他方の球面S2 の曲率中心O2 にレーザ光を結像させ、球面S2 の反射光をハーフミラー7、8を経てP・S・D素子10に導き、光スポットの位置を読み取り、演算部11において、このときの対物レンズ9の繰り出し量D2 から倍率M2 を求めて、球面S2 の曲率中心O2 の偏芯位置(M2 X2 、M2 Y2 )を算出する。
【0026】
このように、2つの球面S1 S2 の曲率中心O1 、O2 をP・S・D素子10上で計測し、曲率中心O1 、O2 の間隔Lから、ワークレンズR1 の光軸ずれを求めることができる。すなわち、
【0027】
球面S1 の曲率中心O1 のP・S・D素子出力座標(X1 、Y1 )
球面S2 の曲率中心O2 のP・S・D素子出力座標(X2 、Y2 )
倍率M1 =f/D1 、M2 =f/D2 とすると、
光軸の傾きは以下の式で表わされる。
【0028】
【数1】
【0029】
まずこの光軸の傾きを光軸調整部4であおり調整し、ワークレンズR1 の光軸の傾きを0としたうえで、光軸偏芯量を平行移動によって修正する。
【0030】
これによりワークレンズの光軸は対物レンズの光軸と一致する。この状態で接着剤を用いてワークレンズを鏡筒部材に固定する。
【0031】
レンズ系のすべてのレンズについて同様に簡単かつ高精度に光軸調整を行なうことができる。
【0032】
この装置の光源5として半導体レーザのようなコヒーレンスの良い光源を使用した場合は、図4に示すようにシャッタ12を開け、ワークレンズR1 を通して組立済みのワークレンズR0 の後面にフォーカスを合わせると、オプチカルフラット13からの平行光束と干渉してテレビカメラ6に図5の(a)に示すような干渉縞が現れる。この干渉縞を見て図5の(b)に示すようにフォーカス調整し、光軸監視部2を所定の間隔上下方向にずらしワークレンズR1 を移動し同時に干渉縞によってフォーカスを調整する。これによりレンズ間隔をだすことができる。
【0033】
従って、部品であるレンズが設計値どおりにできれば、いままでレンズの外径基準で組立工(作業者)の熟練の技術により組み立てていたレンズ系の組立作業を、誰でも簡単に行なうことができるようになる。
【0034】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【0035】
レンズ系の各レンズの光軸をP・S・D素子上で検知し、演算によって得られた光軸の傾きや偏芯を補正して各レンズの組立を行なうものであるため、熟練した技能を必要とせず、組立精度も大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施の形態によるレンズ系組立装置を示す図である。
【図2】光軸調整の工程を説明する図である。
【図3】光軸の傾きと偏芯量を算出する方法を説明する図である。
【図4】干渉縞によってレンズ間隔を調整する方法を説明する図である。
【図5】干渉縞を示す図である。
【符号の説明】
1 支持枠
2 光軸監視部
3 保持台
4 光軸調整部
5 光源
6 テレビカメラ
9 対物レンズ
10 P・S・D素子
11 演算部
12 シャッタ
13 オプチカルフラット
Claims (6)
- 光軸調整部に保持された2つの球面を有するワークレンズの各球面の曲率中心を算出する工程と、算出された各球面の曲率中心に向けて計測光を集光し、各球面から逆進する反射光をP・S・D素子に結像させ、前記2つの球面の曲率中心の結像位置を検出する工程と、検出された2つの球面の曲率中心の結像位置に基づいてワークレンズの光軸ずれを検知する工程と、前記光軸ずれに基づいてワークレンズの光軸調整をする工程とを有するレンズ系組立方法。
- 前記光軸調整は、検知されたワークレンズの光軸の傾きを修正するあおり調整を行なったうえで、平行偏芯量を補正することを特徴とする請求項1記載のレンズ系組立方法。
- 前記光軸調整部は、複数のワークレンズを保持しており、各ワークレンズの球面から逆進する反射光に基づいて前記球面の位置を検出し、各レンズ間隔を調整する工程を有することを特徴とする請求項1または2記載のレンズ系組立方法。
- 前記光軸調整後のワークレンズを接着によって鏡筒部材に固定することを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載のレンズ系組立方法。
- 前記計測光としてレーザ光を用いることを特徴とする請求項1ないし4いずれか1項記載のレンズ系組立方法。
- 2つの球面を有するワークレンズを保持する光軸調整部と、前記ワークレンズの2つの球面のそれぞれの曲率中心に計測光を集光させるための対物レンズを有する結像光学系と、前記結像光学系を経て前記ワークレンズの各球面に照射された前記計測光の反射光を前記結像光学系を逆進させてP・S・D素子に結像させるP・S・D光学系と、前記P・S・D素子に結像された前記2つの曲率中心の結像位置に基づいて前記ワークレンズの光軸ずれを算出する演算手段とを有し、前記演算手段の出力に基づいて前記ワークレンズの光軸の傾きと偏芯とを、前記光軸調整部により補正することを特徴とするレンズ系組立装置。
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