KR101063362B1 - 링렌즈의 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈를 링에 고정하는 링렌즈의 조립방법에 관한 것으로서, 특히 렌즈의 편심을 우선 조정한 후, 렌즈와 링을 결합하고 링의 수평을 조정하여 고정함으로써, 편심이 없는 링렌즈의 조립을 용이하고 신속하게 하며 정밀성을 향상시키도록 하는 링렌즈의 조립방법에 관한 것이다. 구성은 양볼록렌즈, 메니스커스렌즈, 양오목렌즈 중, 어느 하나의 렌즈를 편심측정 및 조정장치에 형성된 척에 장착하는 단계와; 상기 척에 장착된 렌즈는 편심 현미경으로 편심 정도를 측정하고, 편심을 제로로 조정하는 단계와; 상기 편심이 제로로 조정된 렌즈에 링을 안착시켜 결합하는 단계와; 상기 렌즈와 결합된 링을 회전시키면서 윈도우에서 수직 입사후 반사하는 상이 움직이지 않도록 링의 수평을 맞춘 후, 렌즈와 링을 고정하여 편심을 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어진다.

링렌즈, 무편심, 조립방법

Description

링렌즈의 조립방법{a processing method of ring lens}

본 발명은 렌즈를 링에 고정하는 링렌즈의 조립방법에 관한 것으로서, 특히 렌즈의 편심을 우선 조정한 후, 렌즈와 링을 결합하고 링의 수평을 조정하여 고정함으로써, 편심이 없는 링렌즈의 조립을 용이하고 신속하게 하며 정밀성을 향상시키도록 하는 링렌즈의 조립방법에 관한 것이다.

일반적으로 광학제품에는 렌즈를 보관 유지하는 링이 있다. 그리고, 렌즈의 경우에는 렌즈재료의 오차로서 굴절률(한 매질(媒質)에서 다른 매질로 광선(光線)이 움직일 때 그 꺾이는 정도)오차가 있고, 또 렌즈의 가공시 발생하는 곡률 가공오차와 두께 가공오차가 있다.

또, 렌즈 재료의 굴절률 오차나, 가공시 발생하는 곡률 가공오차 및 두께 가공오차 없이 완벽하게 제작된 렌즈라 하더라도 링에 렌즈를 삽입하기 위하여 끼워 맞춤 공차 즉, 조립 공차를 상기 렌즈와 링 등에 부여하여 가공한다.

예컨대, 통상의 중간 크기인 외경이 30mm ∼ 50mm인 렌즈의 경우, 렌즈 외경 공차는(-0.01mm ∼ -0.03mm)의 공차를 부여하고, 링 등의 내경은 (+0.01mm ∼ +0.03mm)의 공차를 부여하게 되어 최소 0.02mm, 최대 0.06mm의 차이가 발생하여 이 것이 조립 편심으로 작용하게 된다.

여기서, 편심이란 링에 삽입되는 렌즈 양면의 곡률 중심을 연결하는 선(광축)과 렌즈 외경의 중심을 이루는 선(기계 축)이 다른 현상을 말한다.(즉, 어떤 물체의 중심이 한쪽으로 치우쳐 있어 중심이 서로 맞지 않은 상태임)

이러한 조립 공차에 의해 렌즈를 링에 조립할 경우, 렌즈의 광축이 링의 중심 축에 대해서 일치하지 않게 되는 현상 즉, 편심을 갖게 되고, 또 이러한 편심이 발생된 링렌즈를 렌즈 경통에 조립할 경우 조립되는 다른 링렌즈(또는 광학계)의 광축에 대해서 편심이 더욱더 심하게 발생하게 된다.

뿐만 아니라, 광학제품에 사용되는 렌즈는 형상에 따라 편심에 관계되는 요소도 달라질 수 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈(100)를 이루는 양볼록렌즈(110)는, 렌즈 1면(111)과 렌즈 2면(112)이 이루는 광축(lc)에 대하여 외경(113)이 틀어져 발생하는 제 1 편심이 있고, 메니스커스렌즈(Meniscus Lens : 렌즈의 양면이 접시 모양을 이루면서 같은 방향으로 휘어진 1매의 렌즈로서, 렌즈의 중심부분이 주변 가장자리에 비해 더 두꺼운 볼록렌즈 형태로 된 것을 볼록 메니스커스라 하고, 중심 쪽이 더 얇은 오목렌즈 형태를 오목 메니스커스라 함.)(120)는, 렌즈 1면(121)과 렌즈 2면(122)이 이루는 광축(lc)에 대하여 외경(123)이 틀어지는 제 1 편심과 면취면(124)이 틀어져 발생하는 제 2 편심이 있으며, 양오목렌즈(130)는 렌즈 1면(131)과 렌즈 2면(132)이 이루는 광축(lc)에 대하여 외경(133)이 틀어지는 제 1 편심과 면취면(134)이 틀어져 발생하는 제 2 편심 및 면취면(135)이 틀어져 발생하는 제 3 편심이 있다.

그리고, 상기한 렌즈들 중, 도 2에 도시된 바와 같이 양볼록렌즈(110)는 외경에 관한 제 1 편심 밖에 없기 때문에, 광축(lc)을 갖는 렌즈를 링(150)에 삽입한 후, 좌우측으로 조정하여 상기 링(150)의 중심 축(151)에 대하여 편심 없이 렌즈 안착 면(152)에 고정할 수 있다.

그러나, 상기 메니스커스렌즈(120)는 면취면(124)이 광축(lc)과 편심을 갖게 되면 상기 면취면(124)이 링(150)의 렌즈 안착 면(152)에 완전히 밀착되지 않거나, 또는 면취면(124)이 완전히 밀착되게 되면 메니스커스렌즈(120)의 광축(lc)과 링(150)의 중심축(151)이 일치되지 않고 편심을 이루게 된다.

또, 상기 양오목렌즈(130)는, 면취면(134),(135)이 광축(lc)과 편심을 갖게 되면 상기 면취면(134),(135)이 링(150)의 렌즈안착면(152)에 완전하게 밀착되지 않거나, 또는 면취면(134),(135)이 완전하게 밀착되면 양오목렌즈(130)의 광축(lc)과 링(150)의 중심축(151)이 일치되지 않고 편심을 이루게 된다.

그리고, 상기 양볼록렌즈(110), 메니스커스렌즈(120) 또는 양오목렌즈(130)가 편심이 없이 완벽하게 제작되었더라도 각 렌즈의 외경과 링 내경의 끼워 맞춤 공차 등에 의해 조립시 렌즈가 기울어져 조립 편심이 발생하게 된다.

이와 같이, 광학계의 편심은 촬상소자의 촬상 면에 결상되는 피사체 상에 있어서 부분적으로 생기는 초점의 흐려짐, 이른바 부분적 흐려짐의 원인이 되어 광학제품의 성능과 품질의 저하를 불러오게 된다.

또, 설계시에 렌즈와 링 등의 제작 공차와 조립 공차를 감안하여 공차 내에 서 편심 발생이 방지될 수 있는 부품을 제작하도록 노력하고 있으나, 성능이 좋은 렌즈인 경우에는 부품 제작의 난이성과 불량 발생으로 인한 제작비용 상승 및 제작기간이 오래 소요되는 등의 문제점이 있다.

한편, 일본 특개평 6-273650호에서는 렌즈를 링에 조립할 때 편심을 없애기 위하여 렌즈를 x, y 방향으로 기울여(tilt) 조정하도록 하는 자동 편심측정 조정장치가 알려져 있다.

그러나, 이러한 종래의 자동 편심측정 조정장치 또한 렌즈가 링에 삽입될 때 렌즈가 안착 되는 부위가 곡면으로 되는 양볼록렌즈인 경우에는 가능하나, 상기 메니스커스렌즈(120)나 양오목렌즈(130)와 같이 면취면(124),(134),(135)을 갖는 렌즈는 링(150)의 렌즈 안착면(152)에 완전하게 밀착되지 못하는 등의 문제로 인해 조립시 편심이 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 편심측정 및 조정장치를 이용한 링렌즈의 조립방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 양볼록렌즈, 메니스커스렌즈, 양오목렌즈 중, 어느 하나의 렌즈(210)를 링(250)에 삽입한 링렌즈(200)를 편심측정 및 조정장치(300)의 공기베어링(340)의 상부에 형성된 x, y 조정대 또는 기울기 조정대(tilt stage)(330)의 상면에 안착시키는 단계와; 상기 기울기 조정대(330)에 안착된 링렌즈(200)의 렌즈 1면(211)과 렌즈 2면(212)을 통해 반사되는 광원(350)의 반사상을 공기베어링(340)의 회전축(000)에 일치시키는 단계와; 상기 공기베어링(340)의 회전축(rc)에 광축(lc)을 일치시킨 링렌즈(200)를 본드로 접합, 고정하는 단계; 를 포함하여 이루어진다.

즉, 종래에는 렌즈(200)를 링(250)에 조립한 링렌즈(200)를 편심측정 및 조정장치(300)에 안착시켜 다이알 게이지(320)와 기울기 조정대(330)를 이용하여 편심을 측정 및 조정하도록 하고 있다.

그러나, 이러한 링렌즈의 조립방법은 광원(350)에서 조사된 광이 렌즈(210)의 렌즈 1면(211)과 렌즈 2면(212)을 진행하는 광축(lc)을 일치시키기 위해 렌즈(210)의 반사상을 보면서 렌즈(210)를 움직이기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.

또, 상기 렌즈(210)를 링(250)에 삽입 후 편심을 조정하였다 하더라도 접착제로 접착, 고정시 접착제의 주입이 어려울 뿐만 아니라, 접착제의 경화시 수축에 의하여 편심이 발생하게 되어 정밀한 광학 성능을 얻기 어려운 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 렌즈 편심측정 및 조정장치의 척에 렌즈를 먼저 장착하여 편심을 측정하고 편심을 제로로 조정한 후, 렌즈와 링을 결합하여 링의 수평을 맞추고 접착제로 접착 고정함으로써, 용이하고 신속하게 편심을 없앨 수 있도록 함과 동시에 가공시간을 단축하고 정밀한 광학 성능을 얻을 수 있도록 한 링렌즈의 조립방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 양볼록렌즈, 메니스커스렌즈, 양오목렌즈 중, 어느 하나의 렌즈를 편심측정 및 조정장치에 형성된 척에 장착하는 단 계와; 상기 척에 장착된 렌즈는 편심 현미경으로 편심 정도를 측정하고, 편심을 제로로 조정하는 단계와; 상기 편심이 제로로 조정된 렌즈에 링을 안착시켜 결합하는 단계와; 상기 렌즈와 결합된 링을 회전시키면서 윈도우에서 수직 입사후 반사하는 상이 움직이지 않도록 링의 수평을 맞춘 후, 렌즈와 링을 고정하여 편심을 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어진다.

상기 렌즈를 척에 장착하는 단계는, 가공물을 진공으로 흡착하거나, 또는 분리하기 쉬운 접착제를 사용하여 장착하는 것을 특징으로 한다.

상기 척은 편심을 제로로 조정한 것 또는 편심을 조정하지 않은 것 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 렌즈를 링에 조립시 편심이 뒤틀리거나, 접착제 경화시 수축 등에 의해 편심이 발생하는 종래방법에 비해 편심 조정 후, 편심이 발생하지 않아 정밀한 광학 성능을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 렌즈 편심을 측정 및 조정하는 장치를 간단하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래 렌즈와 링을 조립한 링렌즈의 편심을 제로로 조정하기 위해 링을 가공하는 방식에 비하여 작업 공정이 간단하고 신속하게 렌즈를 링에 조립하여 편심을 조정할 수 있기 때문에 작업속도의 개선과 함께 생산량을 향상시키는 등의 효과를 도모할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 렌즈를 편심측정 및 조정장치에 장착하여 편심을 측정하고 조정하는 사용 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 렌즈와 링을 조립 고정하여 링렌즈의 편심을 제거하는 상태를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 링렌즈의 조립방법을 나타낸 플로우챠트이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의해 렌즈와 링이 조립된 링렌즈를 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명은, 편심이 있는 양볼록렌즈, 메니스커스렌즈, 양오목렌즈 중, 어느 하나의 렌즈(510)를 편심측정 및 조정장치(400)에 형성된 가공물을 물리게 하는 척(450)에 장착(척킹)한다.(S1)

여기서, 상기 렌즈(510)를 척(450)에 장착시, 진공으로 흡착하거나, 또는 분리하기 쉬운 접착제를 사용하여 장착시키는 것이 바람직하나, 필요에 따라서는 상기한 장착 방식외에 다양한 방식으로 장착할 수 있다.

상기 척(450)에 장착된 렌즈(510)는 편심 현미경(410)으로 편심 정도를 측정하고, 편심을 제로로 조정한다.(S2)

이때, 상기 척(450)을 편심측정 및 조정장치(400)에 셋팅할 시, 척(450)의 편심을 제로(zero)로 맞추어 두면(상기 척의 렌즈가 장착되는 부분이 척의 회전에 대하여 수직으로 이미 가공되어 있어 공기베어링과 x,y 조정대 또는 기울기 조정대의 회전축과 수직을 이루도록 보정) 렌즈(510)의 편심 조정(렌즈의 광축과 공기베 어링의 회전축 일치)시, x, y 조정대 또는 기울기 조정대(430)를 사용하지 않고 렌즈(510)의 일면을 척(450)의 기준단에 밀착한 상태에서 렌즈(510)를 움직이는 것만으로 편심을 제로로 조정할 수 있게 된다.

그러나, 상기 척(450)을 편심측정 및 조정장치(400)에 셋팅할 시, 편심을 제로로 맞추지 않았을 경우에는, 상기 척(450)에 장착된 렌즈(510)의 편심측정 후, 조정을 위해 공기베어링(440)을 회전시키면서 상기 편심측정 및 조정장치(400)의 상부와 하부에 형성된 편심 현미경(410)으로 렌즈 1면(511)과 렌즈 2면(512)의 편심을 각각 측정하면서 x, y 조정대 또는 기울기 조정대(430)를 움직여서 상기 렌즈(510)의 광축(lc)을 공기베어링(440)의 회전축(rc)에 일치시켜 편심을 제로로 조정하게 된다.

여기서, 상기 편심 현미경(410)은 오토콜리메이터(412)의 앞단에 편심 측정렌즈(411)를 붙인 구성으로 이루어지며, 오토콜리메이터(412)의 표판에서 출사한 십자상은 오토콜리메이터(412)를 출사하면서 평행으로 시준되지만 편심 측정렌즈(411)를 통과하면서 렌즈(510)를 향하여 수렴 혹은 확산되는데, 이때 광선을 측정하고자 하는 렌즈(510) 면의 곡률중심으로 입사시키면 렌즈(510) 표면에는 수직으로 입사후 반사하는 상의 움직임을 오토콜리메이터(412)로 측정한다.

상기 렌즈(510)의 광축(lc)을 공기베어링(440)의 회전축(rc)에 일치시킨 후에는 렌즈 링(550)을 상기 렌즈(510)에 안착시켜 결합한다.(S3)

여기서, 상기 링(550)은 상면(552)과 하면(553) 및 렌즈 안착면(555)의 평행도가 좋은 것을 사용하여야 한다. 그렇지 않을 경우 오토콜리메이터(412)로 상 면(552)을 맞추면 하면(553)의 제 3 편심이 나쁘게 된다.

상기 렌즈(510)와 결합된 링(550)의 윗부분에 평행 평판 윈도우(520)를 설치한 후, 렌즈(510)와 링(550)을 함께 공기베어링(440)으로 회전시키면서 편심현미경(410)에서 편심 측정렌즈(411)를 제거한 오토콜리메이터(412)를 이용하여 상기 평행 평판 윈도우(520)에서 수직 입사후 반사하는 상을 보면서 상이 움직이지 않도록 링(550)의 수평을 맞춘후, 접착제를 이용하여 렌즈(510)와 링(550)을 접착 고정하여 편심을 제거한다.(S4)

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 편심이 제거된 양볼록렌즈로 이루어진 렌즈(510)와 링(550)을 결합하여 고정하면 상면(552)인 제 2 편심과 하면(553)인 제 3 편심이 제거된 링렌즈(500)를 획득할 수 있게 된다. 그리고, 측면(554)인 제 1 편심의 제거는 링(550)의 외경에 도 5에서 알 수 있듯이 다이알게이지(420)와 같은 변위를 측정할 수 있는 변위계를 사용하여 회전시 변위가 일어나지 않도록 조정한 후, 접착제로 고정하게 된다.

이때, 상기 렌즈(510)와 링(550)을 고정하는 것은 본드 예컨대, 자외선 경화 수지 등의 접착제를 접착제 삽입구멍(551)으로 삽입하여 접착 고정한다. 이와 같이 렌즈(510)와 링(550)의 고정에 자외선 경화 수지를 적용하는 것은 자외선 경화수지가 링(550)의 조정(움직임) 중에는 굳지 않으나 조정 후, 자외선을 조사(빛을 비추는 것)하면 경화되기 때문에 조정이 용이하고, 경화시 수축 편심이 방지되므로 정밀한 광학 성능을 획득할 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 양오목렌즈로 이루어진 렌 즈(510)를 링(550)과 조립한 상태를 나타낸 것으로서, 렌즈 안착면(555)이 렌즈면이 아니고 평면 면취면이며 편심이 있는 경우에는 빈공간(556)에 접착제를 채워서 링렌즈(500)의 편심을 제로로 조정한 것이다.

이러한 경우, 상기 빈공간(556)에 채워지는 접착제를 일반적인 본드로 적용할 경우, 경화시에 수축에 의해 편심이 발생할 가능성이 커므로, 실리콘과 같은 접착제를 채워 편심을 조정하고, 링(550)의 측면에서 별도로 자외선 경화수지와 같은 접착제로 고정하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명에 따른 링렌즈(500)를 사용하여 조립 생산한 광학제품은 해상력이 향상됨과 동시에 정밀한 측정이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 종래의 양볼록렌즈, 메니스커스렌즈, 양오목렌즈의 편심 발생 요소를 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 각 렌즈를 링에 삽입한 상태에서 발생된 편심을 나타낸 도면이다.

도 3은 종래에 링렌즈를 편심측정 및 조정장치에 장착하여 편심을 없애는 사용 상태를 나타낸 도면이다.

도 4은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 렌즈를 편심측정 및 조정장치에 장착하여 편심을 측정하고 조정하는 사용 상태를 나타낸 도면이다.

도 5는 렌즈와 링을 결합 고정하여 링렌즈의 편심을 제거하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 링렌즈의 조립방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 양볼록렌즈와 링이 결합된 링렌즈를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 양오목렌즈와 링이 결합된 링렌즈를 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

400 : 편심측정 및 조정장치 410 : 편심 현미경

411 : 편심측정렌즈 412 : 오토콜리메이터

420 : 다이알게이지 430 : 기울기 조정대

440 : 공기베어링 450 : 척(chuck)

500 : 링렌즈 510 : 렌즈

511 : 렌즈 1면 512 : 렌즈 2면

520 : 평행평판 윈도우 550 : 링

551 : 접착제 삽입구멍 552 : 상면(제 2 편심)

553 : 하면(제 3 편심) 554 : 측면(제 1 편심)

555 : 렌즈 안착면 556 : 빈공간

lc : 광축 rc : 회전축

Claims (3)

1. 양볼록렌즈, 메니스커스렌즈, 양오목렌즈 중, 어느 하나의 렌즈를 편심 측정 및 조정장치에 형성된 척에 장착하는 단계와;

   상기 척에 장착된 렌즈는 편심 현미경으로 편심 정도를 측정하고, 편심을 제로로 조정하는 단계와;

   상기 편심이 제로로 조정된 렌즈에 링을 안착시켜 결합하는 단계와;

   상기 렌즈와 결합된 링을 회전시키면서 윈도우에서 수직 입사후 반사하는 상이 움직이지 않도록 링의 수평을 맞춘 후, 렌즈와 링을 고정하여 편심을 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 무편심 링렌즈의 조립방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈를 척에 장착하는 단계는, 가공물을 진공으로 흡착하거나, 또는 분리하기 쉬운 접착제를 사용하여 장착하는 것을 특징으로 하는 무편심 링렌즈의 조립방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 척은 편심을 제로로 조정한 것 또는 편심을 조정하지 않은 것 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무편심 링렌즈의 조립방법.

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