JP4814430B2

JP4814430B2 - 球面測定装置および球面測定方法

Info

Publication number: JP4814430B2
Application number: JP2001021198A
Authority: JP
Inventors: 義彰村山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP2002228403A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子であるレンズの研削、研磨加工の際、光学表面の曲率半径を測定する球面測定装置および球面測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズの光学表面の曲率半径を測定する球面測定装置には、特開平８−２３３５０５号公報所載の技術がある。図９を用いてこの技術を説明する。図９において、球欠リング１０１と測定子１０２とは、測定子１０２を軸心としてハンジング１０３に一体化されている。ハウジング１０３の外周面には、横孔１０４が貫通しており、横孔１０４には軸受け１０５が固定されている。ハウジング１０３の周囲には、十字状のＸダイ１０６が配設され、Ｘダイ１０６の外周には、２つの横孔１０７、１０８が貫通している。横孔１０７には、軸１０９が嵌合し、Ｘダイ１０６と軸１０９とは一体化されている。軸１０９は軸受け１０５に嵌合し、ハウジング１０３とＸダイ１０６とが連結されている。Ｘダイ１０６の横孔１０８には軸受け１１３が固定され、軸受け１１３には軸１１２が嵌合している。Ｘダイ１０６の周囲には、Ｙダイ１１０が配設され、Ｙダイ１１０の外周には、横孔１１１が貫通している。横孔１１１には、軸１１２が固定され、Ｙダイ１１０と軸１１２とは一体化し、Ｘダイ１０６とＹダイ１１０とは連結されている。
【０００３】
Ｙダイ１１０の上方には、固定ダイ１１６が配設され、固定ダイ１１６には、シャフト１１５が垂設されている。一方、Ｙダイ１１０の上面には、軸受け１１４が立設され、軸受け１１４には、シャフト１１５が摺動自在に嵌合している。シャフト１１５の外周には、バネ１１７が巻回され、バネ１１７の弾発力により、Ｙダイ１１０を下方に付勢している。また、測定子１０２の上端には、テーパ状の嵌合部１０２ａが形成され、固定ダイ１１６の中央に穿設されたすり鉢状の嵌合孔１１６ａに嵌合し、測定子１０２の落下を防止している。
【０００４】
上記構成の球面測定装置では、ある一定の圧力で被測定物であるレンズ１１８が球欠リング１０１の縁に圧接されると、球欠リング１０１と一体化した測定子１０２は、計測と同時に上に持ち上がり、バネ１１７が縮んで固定ダイ１１６の嵌合孔１１６ａから測定子１０２の嵌合部１０２ａが外れて、位置決めが解除され、測定子１０２はスライド移動および回動し、球欠リング１０１はレンズ１１８のレンズ球面１１８ａに倣い、球欠リング１０１の縁がレンズ球面１１８ａに線接触する。このとき、測定子１０２の先端部１０２ｂは、レンズ球面１１８ａに押されて上方へ変位し、図示しない測定子アンプ部に変位量を表示する。この変位量と球欠リング１０１の縁径とにより、レンズの曲率半径を算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、球欠リング１０１に測定レンズ１１８が当て付いたときの球欠リング付近の断面図である。レンズの曲率半径は、球欠リング１０１の縁径と測定子１０２の先端部１０２ｂの変位量から計算する。すなわち、図１０に示すように、球欠リング１０１の縁点１２１、１２２、および測定子１０２と測定レンズ１１８との接点１２３ａを通る円の曲率半径から算出する。ここで、測定子変位量に誤差が生じ、接点１２３ａが点１２３ｂの位置と認識されたとすると、曲率半径計算に誤差が生じる。球欠リング１０１の縁径が大きい場合、測定子１０２の先端部の変位量誤差が、測定レンズ１１８の曲率半径計算へ与える影響は比較的少ない。しかし、球欠リング１０１の縁径が小さい場合は、大きな影響を及ぼし、変位量誤差を無視することができない。
【０００６】
しかし、上記従来技術では、軸と軸受けとの間のスライド、回転動作、およびレンズ表面上での球欠リングの移動が停止することがあり、球欠リング１０１がレンズ球面１１８ａに倣わないことがあった。図１１は、球欠リング１０１が測定レンズ１１８へ当て付いていない状態を示す図である。この場合、測定子１０２の先端部１０２ｂの変位量に誤差が発生する。しかも、球欠リング１０１の縁径が小さくなると、許される変位量の誤差は小さくなる。そのため、球欠リング１０１の縁径が小さい場合の球面測定は精度が悪かった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明の課題は、球欠リングをレンズ球面に倣わせ、球欠リングの縁径が小さい場合でも、正確に測定レンズの球面半径を測定することができる球面測定装置を提供することである。
【０００８】
請求項２に係る発明の課題は、正確かつ容易に測定レンズの球面半径を測定することができる球面測定方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、レンズの球面を測定する球面測定装置であって、測定子と、該測定子の軸心と同軸に一体化された球欠リングと、前記軸心にそれぞれ直交する２つの軸と、前記球欠リングを前記２つの軸の各々の軸方向に移動させる球欠リング移動手段と、前記球欠リングを前記２つの軸の各々の軸回りに回動させる球欠リング回動手段と、前記測定レンズをその軸心回りに回動または回転させるレンズ回転手段と、前記球欠リング回動手段による球欠リングの回動と前記レンズ回転手段によるレンズの回転とにより、前記球欠リングを前記球面に倣わせることで前記レンズの球面を計測する球面計測手段と、を設けた。
【００１１】
請求項２に係る発明は、レンズの球面を測定する球面測定方法において、球欠リングを位置決めする工程と、前記球欠リングに前記レンズを当て付ける工程と、前記球欠リングの位置決めを解除し前記球欠リングに前記レンズを当て付けつつ測定子の軸心にそれぞれ直交する２つの軸の軸方向へ前記球欠リングを移動させつつ前記２つの軸の軸回りに前記球欠リングを回動させる球欠リング移動回動工程と、前記球欠リングに前記レンズを当て付けつつ前記レンズをその軸心回りに回転または回動させるレンズ回転工程と、前記球欠リング移動回動工程による球欠リングの回動と前記レンズ回転工程によるレンズの回転とにより、前記球欠リングを前記球面に倣わせることで前記レンズの球面を計測する球面計測工程と、を備える。
【００１３】
請求項１に係る発明の球面測定装置では、測定レンズをその軸心回りに回動または回転させるレンズ回転手段と、前記球欠リング回動手段による球欠リングの回動と前記レンズ回転手段によるレンズの回転とにより、前記球欠リングを前記球面に倣わせ、球面計測手段によりレンズの球面を計測する。
【００１５】
請求項２に係る発明の球面測定方法では、球欠リング移動回動工程による球欠リングの回動と前記レンズ回転工程によるレンズの回転とにより、球欠リングをレンズの球面に倣わせ、球面計測工程においてレンズの球面を計測する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施の形態について説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１〜図５は実施の形態１を示し、図１は球面測定装置の斜視図、図２は球面測定装置の上部の測定子配置部の分解斜視図、図３は球面測定装置の下部のレンズ保持部の分解斜視図、図４は球欠リングに測定レンズを当て付け、チャックを開放した状態の球面測定装置の斜視図、図５はロッドシリンダにより測定レンズを回動した状態の球面測定装置の斜視図である。
【００１９】
図１において、球面測定装置は、主に、Ｌ字状のベース４１と、その中間部に配置された測定子配置部と、下部に配置されたレンズ保持部と、上部に配置されたチャック部と、側面部に配置されたレンズ回動部とから構成されている。
【００２０】
まず、測定子配置部から説明する。図２において、球欠リング１は、ハウジング３へ螺着されている。測定子２は、球欠リング１およびハウジング３へ嵌挿され、ネジ１４によってハウジング３へ固定されている。測定子２の先端部２ａは、図示しないアンプに変位位置が表示される。ハウジング３は、Ｘダイ６にネジ１５によって固定されている。Ｘダイ６の側面には、軸受け孔４ａ、４ｂが穿設され、軸受け孔４ａ、４ｂには、軸受け５ａ、５ｂが固着されている。軸受け５ａ、５ｂには、２つの軸の一方としての軸９ａ、９ｂが嵌挿され、軸９ａ、９ｂは、さらにコの字状のＹダイ１０に穿設された孔７ａ、７ｂに嵌挿され、ネジ１６ａ、１６ｂにより固定されている。軸９ａ、９ｂは、軸受け５ａ、５ｂに対し、その軸方向に微小移動可能かつ回動可能になっている。軸受け５ａ、５ｂと軸９ａ、９ｂとにより球欠リング移動手段および球欠リング回動手段の一方を構成している。
【００２１】
また、Ｙダイ１０には、コの字状の中間位置に孔８が穿設され、孔８には２つの軸の他方としての軸１２が嵌挿され、ネジ１７により固定されている。軸１２は、軸受け１３に嵌挿され、軸受け１３は、ベース４１（図１参照）に固着されている。軸１２は、軸受け１３に対し、その軸方向に微小移動可能かつ回動可能になっている。軸１２と軸受け１３とにより、球欠リング移動手段および球欠リング回動手段の他方を構成している。このように、測定子配置部は、軸１２および軸受け１３によりベース４１に連結されている。
【００２２】
つぎに、レンズ保持部について説明する。図１において、ベース４１のＬ字状の水平部４１ａには、昇降シリンダ４２が配設されている。昇降シリンダ４２の昇降ロッド４９は、上下方向に進退自在で、先端にはジョイント４３が固着されている。一方、ベース４１の垂直部４１ｂには、ガイドレール５０が固着され、ガイドレール５０には、ガイド４５が上下動自在に嵌装されている。ガイド４５にはＬベース２６が取着され、Ｌ字状の水平部下面には、ジョイント４３が連結されている。これにより、Ｌベース２６は、昇降シリンダ４２により上下に駆動される。
【００２３】
図３において、Ｌベース２６の垂直部下部側面には、軸バネ受け２７が螺着されている。Ｌベース２６の水平部中央には、軸受け穴３２が穿設され、軸受け穴３２には、軸受け２５が嵌着されている。軸受け２５には、レンズ受け２２が回動自在に嵌装され、レンズ受け２２には、レンズ受け穴３１が穿設されており、測定レンズ２１が装着されるようになっている。レンズ受け２２の上部外周面には、ハネ２３がネジ２４によって螺着されている。また、レンズ受け２２の下部外周面には、バネ用ハネ２８がネジ２９により螺着されている。軸バネ受け２７とバネ用ハネ２８との間には、バネ３０が張架されている。
【００２４】
つぎに、チャック部およびレンズ回動部について説明する。図１において、チャック部では、ベース４１の上部に、チャック４６が配設され、測定子２を初期位置に固定、開放するチャック爪４８が開閉自在に装備されている。また、レンズ回動部では、ベース４１の側面部に、ロッドシリンダ４４が取着され、ロッド５１が水平方向に進退自在に装備されている。ロッド５１は、レンズ保持部のレンズ受け２２に取着されたハネ２３の先端を押して、レンズ受け２２に装着された測定レンズ２１を回動させる。レンズ受け２２、ハネ２３、バネ用ハネ２８、バネ３０、軸バネ受け２７およびロッドシリンダ４４によりレンズ回転手段を構成している。
【００２５】
つぎに、上記構成の球面測定装置の作用について説明する。図１に示すように、まず、球欠リングを位置決めする工程として、チャック４６を作動させ、チャック爪４８を閉じて、測定子２を把持し、球欠リング１の位置を初期位置に固定する。レンズ受け２２に測定レンズ２１を装着する。図４に示すように、球欠リングに測定レンズを当て付ける工程として、昇降シリンダ４２を作動させて、レンズ受け２２を上昇させ、測定レンズ２１を球欠リング１及び測定子２の先端部２ａ（図２参照）に所定の圧力で圧接させる。つぎに、球欠リング移動回動工程として、チャック４６のチャック爪４８を開放し、球欠リング１、測定子２およびハウジング３を初期位置から開放する。すると、球欠リング１には、測定レンズ２１に対して、安定した位置に動こうとする力、すなわち、測定レンズ２１のレンズ球面２１ａ（図１参照）に倣おうとする外力が働き、Ｘダイ６は軸受け５ａ、５ｂ（図２参照）と軸９ａ、９ｂ（図２参照）との間の摺動により微小移動し、Ｙダイ１０は軸受け１３（図２参照）と軸１２（図２参照）との間の摺動により微小移動する。また、球欠リング１は、軸９ａ、９ｂ、軸１２を軸として微小回動する。
【００２６】
球欠リング１の倣い動作が停止したところで、図５に示すように、測定レンズ回転工程として、ロッドシリンダ４４を作動させて、ロッド５１を前進させ、ハネ２３の先端を押して、レンズ受け２２および測定レンズ２１を回転させる。このとき、バネ３０は、レンズ受け２２に取着されたバネ用ハネ２８の回転により伸ばされる。ロッドシリンダ４４を後退方向に作動させると、ロッド５１は後退し、バネ３０の引張り力により、レンズ受け２２および測定レンズ２１は逆回転し、初期の位置で停止する。この動作を１回以上行うことにより、球欠リング１の縁が測定レンズ２１のレンズ球面２１ａ（図３参照）に倣い、双方が密着し安定した状態になる。ここで、球面計測工程として、測定子２の先端部２ａ（図２参照）の変位量が、図示しないアンプに表示され、測定レンズ２１の曲率半径を算出することができる。測定終了後、昇降シリンダ４２を下方に作動させて、レンズ受け２２を下降させ、チャック４６のチャック爪４８を閉塞状態にして、球欠リング１を初期位置に固定し、測定レンズ２１を取り出す。
【００２７】
なお、球欠リング１が測定レンズ２１に倣う前に、なにらかの原因で倣い動作が停止したとしても、昇降シリンダ４２による圧接後のロッドシリンダ４４およびバネ３０の働きにより、測定レン２１が回転し、球欠リング１は移動しようとする。球欠リング１が移動しようとすると、各軸と各軸受けとの間に力が作用する。測定レンズ２１がさらに回転すると、球欠リング１と測定レンズ２１とは滑り動作を始める。すなわち、倣い動作を再び始める。球欠リング１が倣いきらなかった測定レンズ２１も、もう一度、球欠リング１が倣い動作を行い、安定した位置で停止する。これにより、確実に、球欠リング１が測定レンズ２１のレンズ球面２１ａに倣い、互いに密着し、正確な曲率半径を算出することができる。
【００２８】
本実施の形態によれば、測定レンズ２１を球欠リング１に当て付けて球欠リング２１を水平方向に微動および上下方向に微回動させた後、さらにレンズ回転手段により測定レンズ２１をその軸心回りに回転および逆回転させ、測定レンズ２１のレンズ球面２１ａと球欠リング１とを密着させるので、球欠リング２１の縁径が小さい場合でも、正確に測定レンズの球面半径を測定することができる。
【００２９】
本実施の形態では、測定レンズ２１のレンズ回転手段を、レンズ受け２２、ハネ２３、バネ用ハネ２８、バネ３０、軸バネ受け２７およびロッドシリンダ４４で構成したが、これに限るものではなく、モータ、回転シリンダ等で回動または回転させてもよい。
【００３０】
（実施の形態２）
図６〜図８は実施の形態２を示し、図６は球面測定装置の斜視図、図７は球面測定装置の下部のレンズ保持部の分解斜視図、図８は変形例の球面測定装置の斜視図である。本実施の形態は、実施の形態１とは、レンズ回転手段に替えてレンズ振動手段を、測定レンズ回転工程に替えて測定レンズ振動工程を用いている点が異なり、その他の部分は同様のため、異なる部分のみ説明し、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００３１】
図６において、Ｌベース６６は、ガイド４５に固着されている。Ｌベース６６のＬ字状の水平部上面には、図７に示すように、２つのバカ孔６６ａが穿設され、ネジ７１、７２によりレンズ受け６２が固定されている。また、ベース４１の垂直部４１ｂの中央には、レンズ振動手段としての、ロッドシリンダ４４が配設され、ロッド５１の先端がレンズ受け６２の外周面を叩くように構成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３２】
上記構成の球面測定装置の作用について、実施の形態１と異なる部分のみ説明する。図６に示すように、球欠リング１と測定レンズ２１とを圧接させ、チャック４６のチャック爪４８を開放し、球欠リング１の倣い動作が止まった後、測定レンズ振動工程として、ロッドシリンダ４４でレンズ受け６２の外周面を叩き、振動を与える。これにより、実施の形態１と同様に、昇降シリンダ４２による球欠リング１と測定レンズ２１との圧接時点で、球欠リング１が測定レンズ２１のレンズ球面２１ａ（図３参照）に密着していなくても、振動を与えることにより、球欠リング１の水平方向の微動と上下方向の微回動が発生し、球欠リング１は測定レンズ２１のレンズ球面２１ａに密着する。
【００３３】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、球面測定装置の部品点数を削減し、安価に製作することができる。
【００３４】
本実施の形態では、レンズ受け６２に与える振動を、その外周面から与えるようにしたが、図８に示すように、ロッドシリンダ４４をベース４１の水平部４１ａに縦に配置し、ロッド５１によりＬベース６６の下面を叩いて、測定レンズ２１の軸心方向に振動させてもよい。また、レンズ受け６２や測定レンズ２１に与える振動を、超音波で振動するように構成してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、測定レンズをその軸心回りに回動または回転させるレンズ回転手段と、前記球欠リング回動手段による球欠リングの回動と前記レンズ回転手段によるレンズの回転とにより、前記球欠リングを前記球面に倣わせ、球面計測手段によりレンズの球面を計測するので、球欠リングをレンズ球面に倣わせ、球欠リングの縁径が小さい場合でも、正確に測定レンズの球面半径を測定することができる。
【００３７】
請求項２に係る発明によれば、球欠リング移動回動工程による球欠リングの回動と前記レンズ回転工程によるレンズの回転とにより、球欠リングをレンズの球面に倣わせ、球面計測工程においてレンズの球面を計測するようにしているので、正確かつ容易に測定レンズの球面半径を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の球面測定装置の斜視図である。
【図２】実施の形態１の球面測定装置の上部の測定子配置部の分解斜視図である。
【図３】実施の形態１の球面測定装置の下部のレンズ保持部の分解斜視図である。
【図４】実施の形態１の球欠リングに測定レンズを当て付け、チャックを開放した状態の球面測定装置の斜視図である。
【図５】実施の形態１のロッドシリンダにより測定レンズを回動した状態の球面測定装置の斜視図である。
【図６】実施の形態２の球面測定装置の斜視図である。
【図７】実施の形態２の球面測定装置の下部のレンズ保持部の分解斜視図である。
【図８】実施の形態２の変形例の球面測定装置の斜視図である。
【図９】従来技術の球面測定装置の概略構成図である。
【図１０】従来技術の球面測定装置の問題点の説明図である。
【図１１】従来技術の球面測定装置の問題点の説明図である。
【符号の説明】
１球欠リング
２測定子
２１測定レンズ
２２レンズ受け
２３ハネ
２７軸バネ受け
２８バネ用ハネ
３０バネ
４４ロッドシリンダ

Claims

レンズの球面を測定する球面測定装置であって、
測定子と、
該測定子の軸心と同軸に一体化された球欠リングと、
前記軸心にそれぞれ直交する２つの軸と、
前記球欠リングを前記２つの軸の各々の軸方向に移動させる球欠リング移動手段と、前記球欠ングを前記２つの軸の各々の軸回りに回動させる球欠リング回動手段と、
前記測定レンズをその軸心回りに回動または回転させるレンズ回転手段と、
前記球欠リング回動手段による球欠リングの回動と前記レンズ回転手段によるレンズの回転とにより、前記球欠リングを前記球面に倣わせることで前記レンズの球面を計測する球面計測手段と、
を備えることを特徴とする球面測定装置。
レンズの球面を測定する球面測定方法において、
球欠リングを位置決めする工程と、
前記球欠リングに前記レンズを当て付ける工程と、
前記球欠リングの位置決めを解除し前記球欠リングに前記レンズを当て付けつつ測定子の軸心にそれぞれ直交する２つの軸の軸方向へ前記球欠リングを移動させつつ前記２つの軸の軸回りに前記球欠リングを回動させる球欠リング移動回動工程と、
前記球欠リングに前記レンズを当て付けつつ前記レンズをその軸心回りに回転または回動させるレンズ回転工程と、
前記球欠リング移動回動工程による球欠リングの回動と前記レンズ回転工程によるレンズの回転とにより、前記球欠リングを前記球面に倣わせることで前記レンズの球面を計測する球面計測工程と、
を備えることを特徴とする球面測定方法。