JP4633815B2

JP4633815B2 - 球面研磨装置

Info

Publication number: JP4633815B2
Application number: JP2008067957A
Authority: JP
Inventors: 良三富田
Original assignee: ニシコ光機株式会社
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: TW200940250A; CN101537588A; CN101537588B; KR20090099489A; JP2009220226A; KR101584177B1

Description

本発明は、レンズ等の球面を研磨する球面研磨装置に関して、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、傾斜させた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、軸心が、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連続回転させる回転駆動部と、当該回転駆動部と前記研磨シャフトとの間に設けられ、前記研磨目標球面の曲率中心を中心とする球面の一部又は円筒面の一部である曲面を有し、この曲面に沿って前記研磨シャフトをずらすことで当該研磨シャフトをその軸心又は軸心の延長線が前記曲率中心を常に通るように傾けて支持して当該研磨シャフトの先端が前記曲率中心を支点として円運動し、当該研磨シャフトの先端の円運動に伴って当該研磨シャフトに支持された前記光学素子を前記研磨目標球面に沿って、前記傾斜した球面研磨皿上を移動させる支持機構とを備えたことを特徴とする。

レンズ等の光学素子の運動が連続になると共に光学素子に加わる圧力も一定に保つことができ、高い精度で球面を研磨することができる。

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は球面研磨装置の動作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中心として、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に示すように主に、研磨シャフト２と、回転駆動部３と、支持機構４と、研磨皿回転駆動部５とから構成されている。

なお、被研磨レンズ７の表面の前記研磨目標球面の曲率中心を中心Ｇとする。ここでは、支持機構４が後述する球面状のスライド面を有するため、中心Ｇは前記研磨目標球面の球心となる。

研磨シャフト２は、被研磨レンズ７を球面研磨皿８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、その軸心又は軸心の延長線が前記中心Ｇを常に通るように設定されている。研磨シャフト２の先端には、レンズホルダー１０の支持凹部１１に嵌合して被研磨レンズ７を１点で支持するための支持ピン１２が設けられている。研磨シャフト２は伸縮可能に形成されている。これにより、研磨シャフト２は、被研磨レンズ７が凸レンズの場合はその凸面を研磨することになるが、この場合は図１の実線のように、前記研磨目標球面の曲率中心である前記中心Ｇよりも長く伸ばされる。また、被研磨レンズ７が凹レンズの場合は図１の仮想線のように、前記中心Ｇよりも短く縮められる。

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。この回転駆動部３は、その回転軸(図示せず)の軸心が前記中心Ｇを通るように設定されている。回転駆動部３は、駆動モータ等を備えて構成されている。なお、回転駆動部３としては、公知の種々のものを用いることができる。例えば、外部の駆動源からベルト等でトルクが伝達される構造でもよい。この回転駆動部３には、加圧装置(図示せず)が設けられる。この加圧装置としては既存の球面研磨装置に設けられている全ての加圧装置を用いることができる。

この回転駆動部３によって、研磨シャフト２が中心Ｇを基準にして回転すると共に設定圧力で加圧されるようになっている。この設定圧力は、被研磨レンズ７や研磨シャフト２の回転速度等の諸条件に応じて適宜設定される。

支持機構４は、前記研磨シャフト２をずらすことでこの研磨シャフト２を前記中心Ｇを中心として傾けるための機構である。具体的には支持機構４は、回転駆動部３と研磨シャフト２との間に設けられて、前記研磨目標球面の曲率中心を中心とする球面状の曲面を有し、この曲面に沿って研磨シャフト２をずらすことでこの研磨シャフト２をその軸心又は軸心の延長線が前記曲率中心を常に通るように傾けて支持し、回転駆動部３による研磨シャフト２の回転に伴ってこの研磨シャフト２に支持された被研磨レンズ７を前記研磨目標球面に沿って移動させるための機構である。

支持機構４は主に、基板４Ａと、可動板４Ｂとから構成されている。基板４Ａは可動板４Ｂをスライド可能に支持するための部材である。基板４Ａは、回転駆動部３の回転軸に連結されて、回転駆動部３によって定位置で回転されるようになっている。基板４Ａの下側面には、可動板４Ｂとスライド可能に接触するための基板側スライド面４Ｃが形成されている。この基板側スライド面４Ｃは、前記研磨目標球面Ｓ１の曲率中心である中心Ｇを中心とする曲面状に形成されている。基板側スライド面４Ｃは具体的には、球面状に（球面Ｓ２の一部として）形成されている。

可動板４Ｂは、基板４Ａにスライド可能に支持され、この基板４Ａに対してスライドさせることで研磨シャフト２を中心Ｇを中心として傾けるための部材である。可動板４Ｂの上側面には、基板４Ａの基板側スライド面４Ｃとスライド可能に接触するための可動板側スライド面４Ｄが形成されている。この可動板側スライド面４Ｄは、基板４Ａの基板側スライド面４Ｃと同様に、前記研磨目標球面の曲率中心である中心Ｇを中心とする球面状に形成されている。可動板４Ｂの下側面には、研磨シャフト２が一体的に固定されている。この研磨シャフト２は、その軸心が前記研磨目標球面の曲率中心である前記中心Ｇを通るように設定して取り付けられている。

基板４Ａと可動板４Ｂとの間は固定手段で固定される。この固定手段としては、種々のものを用いることができる。例えば、通しボルトと、座金で構成しても良い。基板４Ａと可動板４Ｂに、通しボルトの直径よりも大きい内径のボルト穴を設けて、基板４Ａと可動板４Ｂとが互いにずらすことができるようにして、ボルト穴よりも広い座金を取り付けた通しボルトで基板４Ａと可動板４Ｂとを互いに固定するようにしても良い。他の構成の固定手段を設けても良く、公知手段を全て用いることができる。

研磨皿回転駆動部５は、球面研磨皿８を支持して回転させるための装置である。研磨皿回転駆動部５は、球面研磨装置本体に取り付けられて、研磨シャフト２の下方に位置している。研磨皿回転駆動部５は、球面研磨皿８を回転可能に支持すると共に、上下に移動可能に設けられている。球面研磨皿８は、研磨シャフト２の伸縮に合わせてその高さが調整される。この機構の具体的な構成は例えば、球面研磨皿８に回転軸が取り付けられた駆動モータ(図示せず)と、この駆動モータを上下に移動させる昇降機構(図示せず)とから構成される。球面研磨皿８は、研磨皿回転駆動部５に着脱可能に取り付けられている。球面研磨皿８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。

さらに、研磨皿回転駆動部５には、その回転軸を適宜傾斜させる傾斜機構(図示せず)が設けられている。この傾斜機構は、研磨皿回転駆動部５に取り付けられた球面研磨皿８の研磨面が、中心Ｇを中心とした前記研磨目標球面Ｓ１に沿った移動するように構成される。傾斜機構の具体的な構成は、この動作ができる既存の機構すべてを用いることができる。

球面研磨皿８は、被研磨レンズ７の前記研磨目標球面の曲率の違い及び表面の凹凸の違いに合わせて複数用意される。各球面研磨皿８は、研磨皿回転駆動部５に適宜付け替えられる。

以上のように構成された球面研磨装置１では、次のようにして使用される。

まず、被研磨レンズ７の研磨目標球面Ｓ１の曲率に合わせて研磨シャフト２の長さを調整する。即ち、被研磨レンズ７の研磨目標球面Ｓ１の曲率半径と、中心Ｇから被研磨レンズ７の研磨面までの距離が一致するように、研磨シャフト２の長さを設定する。さらに、支持機構４の基板側スライド面４Ｃと可動板側スライド面４Ｄとをスライドさせることで基板４Ａに対して可動板４Ｂをずらして、研磨シャフト２の角度を傾ける。この研磨シャフト２の傾斜角度は、球面研磨皿８の研磨面から被研磨レンズ７が完全に、はみ出してしまわない範囲で広くまんべんなく摺り合う角度に設定される。

さらに、研磨皿回転駆動部５で球面研磨皿８の高さを、中心Ｇから球面研磨皿８の研磨面までの距離が前記研磨目標球面Ｓ１の曲率半径に一致するように、調整する。球面研磨皿８の傾斜角度は研磨シャフト２の傾斜角度との兼ね合いで設定する。

この状態で、レンズホルダー１０に取り付けた被研磨レンズ７を球面研磨皿８に設置し、レンズホルダー１０の支持凹部１１に研磨シャフト２の支持ピン１２を嵌合させる。

この状態で、回転駆動部３と研磨皿回転駆動部５を作動させる。これにより、研磨シャフト２は図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示しように動作する。具体的には、回転駆動部３で支持機構４の基板４Ａが回転されると、この基板４Ａに対してずれた位置の可動板４Ｂが、回転駆動部３の回転軸を中心として公転する。これにより、可動板４Ｂに取り付けられた研磨シャフト２が中心Ｇを基点として傾斜した状態で回転する。

図２（Ａ）から９０°回転して図２（Ｂ）となり、１８０°回転して図２（Ｃ）となる。そして、この回転の間中、中心Ｇの位置では研磨シャフト２がぶれずにその位置で回転する。これにより、研磨シャフト２の支持ピン１２が中心Ｇを中心に回転する。即ち、図３に示すように、中心Ｇからぶら下げられた振り子が、中心Ｇを球心にした球面に沿って円を描くように回転するのと同じ動作で、研磨シャフト２の支持ピン１２が中心Ｇを中心に回転する。

これにより、被研磨レンズ７の被研磨面が、球面研磨皿８に摺り合わされながら、前記研磨目標球面Ｓ１に沿って回転する。

この動作を図４に示す。なお、図４は研磨シャフト２が回転駆動部３によって９０°、１８０°、２７０°、３６０°回転した４つの状態を示している。図４中の円１４は定位置で右回転する球面研磨皿８を示している。図４中の円１５は中心Ｇを中心に振り子運動をして回転する被研磨レンズ７の動きを示している。ここでは、研磨皿回転駆動部５が多少傾斜した状態に設定されているため、球面研磨皿８の回転運動の円１４に対して、中心Ｇを中心に振り子運動する被研磨レンズ７の円１５は偏心している。即ち、被研磨レンズ７は、球面研磨皿８に対して偏心した位置で公転している。

この球面研磨皿８の回転運動に対して、被研磨レンズ７が円１５のように中心Ｇを中心に振り子運動をするため、被研磨レンズ７の被研磨面に対して均等な圧力で、しかも前記研磨目標球面に沿って移動しながら、研磨される。

なお、被研磨レンズ７が凹レンズの場合は、図１の仮想線のようになるが、基本的な動作は上述の場合と全く同じである。

これにより、被研磨レンズ７の研磨面を、前記研磨目標球面Ｓ１に沿って正確に移動させることができ、被研磨レンズ７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１では、被研磨レンズ７の研磨面を、前記研磨目標球面Ｓ１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。

［変形例］
前記実施形態では、支持機構４の基板４Ａの基板側スライド面４Ｃ及び可動板４Ｂの可動板側スライド面４Ｄを球面状にしたが、前記研磨目標球面の曲率中心Ｇを中心とする円筒面の一部で構成しても良い。研磨シャフト２は、中心Ｇを基準にして傾斜することができる構成であればよいため、球面に限らず、円筒面でも良い。この場合も、前記同様の作用、効果を奏することができる。

研磨シャフト２ではその先端に支持ピン１２を設けたが、他の構成に支持手段でもよい。被研磨レンズ７を支持できる全ての構成を用いることができる。

本発明の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、中心Ｇを基準にした動作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。

符号の説明

１：球面研磨装置、２：研磨シャフト、３：回転駆動部、４：支持機構、４Ａ：基板、４Ｂ：可動板、４Ｃ：基板側スライド面、４Ｄ：可動板側スライド面、５：研磨皿回転駆動部、７：被研磨レンズ、８：球面研磨皿、１０：レンズホルダー、１１：支持凹部、１２：支持ピン。

Claims

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、傾斜させた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、
軸心が、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連続回転させる回転駆動部と、
当該回転駆動部と前記研磨シャフトとの間に設けられ、前記研磨目標球面の曲率中心を中心とする球面の一部又は円筒面の一部である曲面を有し、この曲面に沿って前記研磨シャフトをずらすことで当該研磨シャフトをその軸心又は軸心の延長線が前記曲率中心を常に通るように傾けて支持して当該研磨シャフトの先端が前記曲率中心を支点として円運動し、当該研磨シャフトの先端の円運動に伴って当該研磨シャフトに支持された前記光学素子を前記研磨目標球面に沿って、前記傾斜した球面研磨皿上を移動させる支持機構と
を備えたことを特徴とする球面研磨装置。
請求項１に記載の球面研磨装置であって、
前記研磨シャフトが伸縮可能に形成され、前記光学素子の凸面を研磨するとき前記研磨目標球面の曲率中心よりも長く伸ばされ、前記光学素子の凹面を研磨するとき前記曲率中心よりも短く縮められることを特徴とする球面研磨装置。
請求項１又は２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と共に、前記研磨シャフトの伸縮に合わせて高さを調整する研磨皿回転駆動部と、当該研磨皿回転駆動部に取り付けられ前記球面研磨皿の研磨面を前記研磨目標球面に沿って移動させて当該研磨皿回転駆動部の回転軸を適宜傾斜させる傾斜機構とをさらに備えたことを特徴とする球面研磨装置。