JPH0647486B2 - レンズの心出し保持方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レンズを鏡枠（保持枠）に心出しをした状態
で固定保持するためのレンズの心出し保持方法に関す
る。

［従来の技術］ レンズを鏡枠に心出しをした状態で固定保持させる方法
としては、ねじリングやカシメにより機械力学的に固定
保持させる手段が知られている。即ち、かかる方法は、
鏡枠におけるレンズ収納部の内径寸法をレンズの外形寸
法よりも0.02mm〜0.2mm程度大径に形設しておき、この
レンズ収納部内に外形寸法で０〜0.1mm程度の小さな範
囲内で心取り研削加工されたレンズを収納し、しかる後
に、レンズ収納部内周面のねじ部と螺合するねじリング
を介してレンズを固定保持させるか、もしくはカシメ手
段にてレンズを固定保持させるものである。

しかしながら、上記レンズの固定保持方法においては、
機械力学的にレンズを鏡枠に固定保持させる手段である
ためにレンズの保持力が強制的な固定力となり、この固
定力のためにレンズに光学歪が発生し、光学特性が著し
く劣化するという問題点があった。又、ねじリングを介
してレンズを固定保持させる方法においては、ねじリン
グを回動操作（螺入操作）する際にレンズが摩擦力によ
り動いてしまうので、高精度に心出しをした状態で固定
保持するのは不可能である。又、カシメ手段にてレンズ
を固定保持させる方法においても、既知のごとく高精度
に心出しをした状態でレンズを固定保持させるのは不可
能に近い。

そこで、高精度の心出し調整が要求される光学系におい
ては、心出し調整をした後に接着剤を介してレンズを鏡
枠に固定保持させる方法が採用されている。即ち、この
方法は、第６図ａ，ｂにて示すごとく、まず被保持体で
あるレンズ１を鏡枠２におけるレンズ収納部３内に収納
し、次に、レンズ保持部４にて支持されているレンズ１
の心出し調整を行ない、そして最後にレンズ１外周部と
鏡枠２との間に接着剤５を充填，固化（硬化）させるこ
とにより、レンズ１を鏡枠２に心出しをした状態で固定
保持させるものである。接着剤５の充填方法は、第６図
ａにて示すごとくレンズ１の外周面全体にわたって充填
する方法と、レンズ１の外周面を複数等配した位置に充
填する方法とが採られている。又、接着剤５の種類とし
ては、紫外線硬化型の接着剤が多く使用されている。そ
の理由は、紫外線硬化型の接着剤５を用いることによ
り、レンズ１心出し調整後のレンズ１の鏡枠２に対する
固定保持に要する時間を短縮化し、接着剤５の硬化時間
内におけるレンズ１の位置ずれ（心ずれ）を防止するた
めである。又、第６図ａ，ｂと同様の技術は、実開昭５
９−１６１１０８号公報に開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 第６図ａ，ｂにて示す従来技術（実開昭５９−１６１１
０８号公報の従来技術も同様である）においては、接着
剤５を介してレンズ１を鏡枠２に固定保持しているの
で、レンズ１の固定時にレンズ１に光学歪が生ずること
がない。又、レンズ１の心出し調整をした後に接着剤５
にて固定保持する方法であるので、心出しをした状態で
レンズ１を鏡枠２に固定保持し得るものである。

しかしながら、上記従来技術においては、次のような問
題点があった。即ち、レンズ１と鏡枠２との間に充填さ
れた接着剤５は、固化時に体積比で４〜１０％未満の固
化収縮を生ずることが知られており、この接着剤５の固
化収縮のために、いかに高精度に心出し調整をしておい
てもレンズ１の偏心（心ずれ）が生じてしまうという極
めて重大な問題点があった。又、レンズ１と鏡枠２との
間に充填される接着剤５を全体的に均一に充填するのは
極めて困難であり、この接着剤５の充填量のバラツキか
ら固化時の収縮量に差が生じ、この収縮量の差のために
レンズ１の偏心は避けがたいものとなっていた。この問
題点は、鏡枠２におけるレンズ保持部４と当接する側の
面１ａの曲率半径Ｒが小さければ小さいほど顕著なもの
となるものであり、以下、その理由を第７図ａ，ｂを用
いて説明する。

第７図ａは、レンズ保持部４と当接する側の面１ａの曲
率半径Ｒが小さいレンズ１を固定保持する状態を示す断
面図であり、第７図ｂは、同曲率半径Ｒが大きいレンズ
１を固定保持する状態を示す断面図である。想像線にて
示すのは、接着剤５の固化収縮によりレンズ１が偏心
（心ずれ）を生じた状態を示すものである。図におい
て、接着剤５の固化収縮によるレンズ１の偏心量（心ず
れ量）をε（ｒａｄ），接着剤５の固化収縮によるレン
ズ１の傾き量（クリアランス）をｅ，レンズ１における
レンズ保持部４との当接面１ａ側の曲率半径をＲとする
と、レンズ１の偏心量εは、 なる式で求められることが証明されている。即ち、レン
ズ１は、接着剤５の固化収縮により上式で求められる偏
心量εだけ心ずれを生じ、この心ずれのために、レンズ
保持部４との当接面１ａが球心Ｏを中心として矢印６方
向にずれを生ずるのである。この状態を偏心量検査器の
光源Ｐで追ってみると、レンズ保持部４との当接面１ａ
側からの光源Ｐの反射像は動かないが、当接面１ａと反
対側のレンズ面１ｂからの光源Ｐの反射像は、偏心量ε
に対応して偏心した位置Ｐ_１となることが確認できる。
このことから、又、前記 の式から、第７図ａにて示すようにレンズ保持部４との
当接面１ａの曲率半径Ｒが小さければ小さいほど、偏心
量εの値は大きくなり、又、第７図ｂにて示すようにレ
ンズ保持部４との当接面１ａの曲率半径Ｒが大きければ
大き程、偏心量εの値は小さくなることが理解できる。
従って、特にレンズ１におけるレンズ保持部４との当接
側のレンズ面１ａの曲率半径Ｒが小さいレンズにおい
て、レンズ１の光学心が接着剤５の固化収縮により偏心
（心ずれ）するという問題点があったのである。実測に
よれば、平均でε＝４０″〜１′という数値が確認され
ている。これでは、一般光学系には適用できても、例え
ば特開昭６１−６９１３２号公報に開示されているＩＣ
等製造用の露光装置における光学系のごとき高精度光学
系（高精度が必要とされる理由については、ＬＳＩハン
ドブック−社団法人 電子通信学会１９８４年発行−の
第４２６頁〜第４２７頁に開示されている）には適用す
ることができない。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもの
であって、レンズを鏡枠（保持枠）に固定保持させた際
のレンズの偏心量（心ずれ量）を極めて小さくして高精
度光学系にも適用できるようにしたレンズの心出し保持
方法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段及び作用］ 本発明は、レンズ保持枠におけるレンズ保持面に第１の
接着剤を塗布もしくは充填した後に、レンズ保持枠に収
納されたレンズの心出しを行なう工程と、前記第１の接
着剤を固化させてレンズを保持枠に仮固定保持する工程
と、レンズにおける前記仮固定保持面と反対側の面付近
のレンズ外周面とレンズ保持枠との間に第２の接着剤を
充填する工程と、前記第２の接着剤を固化させてレンズ
を保持枠に本固定する工程とよりなるレンズの心出し保
持方法を提供することにより、偏心量の極めて小さい高
精度の光学系を提供できるものである。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の１実施例について詳細に説
明する。

第１図〜第４図は、本発明に係るレンズの心出し保持方
法の１実施例の作業工程図を示すものであり、以下、第
１図〜第４図を用いて本実施例の作業工程について説明
する。なお、第１図〜第４図にて示す各構成は、第６
図、第７図にて示したものと同様であるので、第６図，
第７図にて示した構成と同一の構成部には同一符号を付
して説明する。

（第１工程） まず、第１図ａ，ｂにて示すごとく、鏡枠２におけるレ
ンズ保持部４のレンズ保持面４ａに紫外線硬化型接着剤
１０を適量塗布する。接着剤１０の塗布は、レンズ保持
面４ａ全周に行ってもよく、又、レンズ保持面４ａを複
数等分した位置に塗布してもよい。レンズ保持面４ａの
形状は、第１図ａ，ｂにて示すごとく当接するレンズ面
１ａに対して接線となるように形設するのが望ましい
が、この形状に限定されるものではなく、例えば第１図
ｃ，ｄ，ｅで示すような形状に形設してもよい。即ち、
第１図ｃにて示すのは、レンズ保持面４ａの一部を段部
４ｂを介して一段低く形設し、段部４ｂの先端部４ｃに
てレンズ１を保持するとともに、段差部の空隙部に紫外
線硬化型接着剤１０を塗布（充填）し得るように形設し
たものである。又、第１図ｄにて示すのは、レンズ保持
面４ａの中央部に断面半円状（半円状に限定されない）
の突起部４ｄを突出形成し、この突起部４ｄの先端部に
てレンズ１を保持するとともに、突起部４ｄとレンズ保
持面４ａとの間の空隙部に紫外線硬化型接着剤１０を塗
布（充填）しうるように形設したものである。又、第１
図ｅで示すのは、レンズ保持面４ａに適宜深さの凹部４
ｅを形設し、凹部４ｅの両側の壁面上端部４ｆにてレン
ズ１を保持するとともに、凹部４ｅ内に紫外線硬化型接
着剤１０を塗布（充填）しうるように形設したものであ
る。

レンズ保持部４のレンズ保持面４ａに紫外線硬化型接着
剤１０を塗布した後に、被保持体であるレンズ１をレン
ズ収納部３内に挿入し、レンズ１をレンズ保持部４にて
保持させる。

次に、第５図にて示すごとき偏心量測定装置１１を用い
てレンズ１の偏心量（心ずれ量）ε（第７図ａ，ｂ参
照）が最小になるようにレンズ１の心出し調整を行な
う。この偏心量測定装置１１によれば、以下に示すごと
く極めて微小な偏心量も高精度に求めることができ、従
って、高精度光学系に要求される許容偏心量３″〜６″
の範囲内にて心出し調整を得るものである。

レンズ１の心出し調整するための偏心量測定装置１１に
ついて第５図を用いて説明する。図において１２で示す
のはレーザ光源で、このレーザ光源１２からの光はコリ
メータレンズ１３を介して平行光となり、この平行光は
ビームスプリッタ１４を透過し、第１の集光レンズ系１
５によりその焦点位置に集光されるようになっている。
ここで、被検レンズ１に偏心がなく、その反射球面の曲
率中心を第１の集光レンズ系１５の焦点位置に一致させ
ると、被検レンズ１の反射球面による反射光は再び焦点
位置に集光することになる。そして、光軸に対して被検
レンズ１が偏心していると、焦点位置上で近似的に光軸
から偏心量の２倍だけずれた位置に集光することにな
る。被検レンズ１の反射球面からの反射光は、再び第１
の集光レンズ系１５を通り、ビームスプリッタ１４の半
透過面で反射して第２の集光レンズ系１６により集光さ
れて点像になり、さらに、拡大レンズ系１７によりこの
点像が拡大されて光位置検出素子１８上に結像されるよ
うに設定してある。この光位置検出素子１８は、集光し
た点像のＸ，Ｙの２方向の重心位置をこれとリニアな
Ｘ，Ｙの電圧に変換するものであり、光位置検出素子１
８からのＸ，Ｙ電圧は、増幅器１９にて増幅され、増幅
器１９にて増幅されたＸ，Ｙ出力はＡ／Ｄ変換器２０を
介してデジタル出力に変換されてコンピュータ２１に入
力されるようになっている。

従って、第５図にて示す状態で鏡枠２を基準として被検
レンズ１を回転させると、被検レンズ１が鏡枠２に対し
て偏心している場合には、光位置検出素子１８上に集光
した点像は円を描く。従って、光位置検出素子１８の
Ｘ，Ｙ出力は点像が円を描くことにより変化し、コンピ
ュータ２１によりその円の面積を計算し、次いで円の半
径を計算することにより被検レンズ１の偏心量を求める
ことができる。このコンピュータ２１における偏心量の
計算方法の原理を説明する。コンピュータ２１のデジタ
ル入力のうち、Ｘ入力を横軸にＹ入力を縦軸にとると、
偏心状態にある被検レンズ１を回転させると円を描くこ
とになり、この円の半径をｒ，偏心した被検レンズ１の
偏心量をεとして、拡大レンズ系１７，光位置検出素子
１８，増幅器１９及びＡ／Ｄ変換器２０の総合的な倍率
をｍとすると、ｒ＝ｍ・ε，ε＝ｒ／ｍとなる。従っ
て、倍率ｍを知り、半径ｒを求めれば偏心量εが算出で
きることとなる。

ここで、時刻ｔ_ｎに（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ）のデジタル入力があ
り、時刻ｔ_n+1に（Ｘ_n+1，Ｙ_n+1）のデジタル入力があ
ったとする。そして、Ｓ_n+1＝Ｓ_ｎ＋Ｙ_n+1（Ｘ_n+1，Ｙ
_n+1）：（但し、ｎは整数）とすると、Ｘ_n+1が増加して
いるときにはＳ_n+1は増加し、Ｘ_n+1が減少しているとき
にはＳ_n+1は減少する。これにより、被検レンズ１が１
回転するとＳ_n+1はＸ，Ｙ入力が描く円の面積を示すこ
とにより、これにより半径ｒが求められる。

以上のことから、コンピュータ２１に入力されるＸ，Ｙ
の入力により被検レンズ１の偏心量を計算することがで
きるものであり、特に、微小な偏心量を数値化して高精
度に求めることができるのである。

（第２工程） 偏心量測定装置１１にて高精度に心出しされたレンズ１
に対して、第２図にて示すごとく紫外線発生装置（図示
省略）内で紫外線２２を照射し、レンズ保持部４のレン
ズ保持面４ａに塗布された接着剤１０を固化（硬化）さ
せる。紫外線２２は、大容量照射を行ない、短時間で接
着剤１０の固化を完了させるのが望ましい。この接着剤
１０の固化により、レンズ１は鏡枠２に仮保持される。

（第３工程） 第２工程にて仮保持されているレンズ１のレンズ面１ａ
側と反対側のレンズ面付近の外周面部と鏡枠２における
レンズ収納部３内周面との間に、第３図にて示すごとく
紫外線硬化型接着剤２３を充填する。この紫外線硬化型
接着剤２３の充填手段は、第１工程の場合と同様にレン
ズ１の全周に充填してもよく、又はレンズ１の周回り複
数等配した位置に点滴してもよい。

（第４図工程） そして、最後に、第３工程にてレンズ１外周面と鏡枠２
との間に充填もしくは点滴した紫外線硬化型接着剤２３
に、第４図にて示すごとく紫外線発生装置（図示省略）
内で紫外線２４を照射し、接着剤２３を固化させる。紫
外線２４は、第２工程の場合と同様に大容量照射を行な
い、短時間で接着剤２３の固化を完了させるのが望まし
い。

接着剤２３の固化により、レンズ１は高精度に心出しを
された状態を維持して鏡枠２に確実に固定保持される。
特に、本実施例においては、第１，第２工程においてレ
ンズ１を鏡枠２のレンズ保持部４に接着剤１０を介して
仮固定しているので、接着剤２３の固化収縮時にレンズ
１が動くことがなく、レンズ１は高精度に心出しされた
状態を維持して固定保持されるのである。出願人は、同
一のレンズ１に対して、第７図ａにて示す従来の固定保
持方法と本実施例に係る固定保持方法とのレンズ１の偏
心量についてそれぞれ実験（測定）してみた。その結果
によれば、第７図ａにて示す従来技術の場合の偏心量ε
を１とすれば、本実施例の場合の偏心量は０〜１／１２
になることが実測された。従って、本実施例の方法によ
れば、極めて偏心量の小さい高精度のレンズの心出し保
持が安定的に可能となり、高精度の光学系にも適用でき
るものである。その結果、光学系の品質の向上，組付け
品の信頼性の向上が図れるものである。又、本実施例の
方法によれば、極めてバラツキの少ない安定した保持強
度にてレンズ１を保持できる利点がある。さらに、本実
施例の方法においては、接着剤１０，２３を固化させた
状態で高精度のレンズの心出し保持が可能となるので、
従来の心出し保持工数に比して１／７以下の工数とな
り、工数の大幅削減を図ることができるものである。

なお、上記実施例においては、凸レンズの心出し保持方
法について説明したが、凹レンズに対しても適用できる
のは勿論である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、偏心量の極めて小さい
高精度のレンズの心出し保持が可能となり、しかも安定
した心出し保持精度が得られるので、高精度光学系のレ
ンズの心出し保持方法として最適のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、本発明に係る方法の実施例の第１工程を示
す説明図、 第１図ｂは、第１図ａの要部の拡大図、 第１図ｃ，第１図ｄ及び第１図ｅは、第１図ｂにて示す
構成の他の実施例を示す説明図， 第２図，第３図及び第４図は、それぞれ本発明に係る方
法の実施例の第２工程、第３工程及び第４工程を示す説
明図、 第５図は、第１図にて示す第１工程にて用いるレンズの
偏心量測定装置を示す説明図、 第６図ａ，ｂ、第７図ａ，ｂは、従来技術を示す説明図
である。 １…レンズ ２…鏡枠（保持枠） ３…レンズ収納部 ４…レンズ保持部 １０，２３…接着剤 ２２，２４…紫外線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズ保持枠におけるレンズ保持面に第１
   の接着剤を塗布もしくは充填した後に、レンズ保持枠に
   収納されたレンズの心出しを行なう工程と、 前記第１の接着剤を固化させてレンズを保持枠に仮固定
   保持する工程と、 レンズにおける前記仮固定保持面と反対側の面付近のレ
   ンズ外周面とレンズ保持枠との間に第２の接着剤を充填
   する工程と、 前記第２の接着剤を固化させてレンズを保持枠に本固定
   する工程と、 よりなるレンズの心出し保持方法。