KR20090099489A

KR20090099489A - 구면 연마장치

Info

Publication number: KR20090099489A
Application number: KR1020090022235A
Authority: KR
Inventors: 료조 토미타
Original assignee: 니시코 코키 가부시키가이샤
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2009-09-22
Also published as: JP4633815B2; TW200940250A; KR101584177B1; JP2009220226A; CN101537588A; CN101537588B

Abstract

본 발명은, 광학소자의 표면에 대하여, 진구도(眞球度)가 높은 연마 가공면을 용이하게 얻을 수 있게 하기 위한 것이다. 본 발명은, 광학소자의 표면을 구면 연마접시에 맞춰 갈아서 그 표면을 구면상으로 연마하는 구면 연마장치이다. 상기 광학소자를 상기 구면 연마접시에 댄 상태로 지지하는 연마 샤프트와, 축심이 상기 광학소자의 표면의 연마 목표 구면의 곡률 중심을 지나 상기 연마 샤프트를 회전시키는 회전 구동부와, 상기 회전 구동부와 상기 연마 샤프트와의 사이에 설치되고, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심을 중심으로 하는 구면상 또는 원통상의 곡면을 갖고, 상기 곡면을 따라 상기 연마 샤프트를 옮김으로서 그 연마 샤프트를 그 축심 또는 축심의 연장선이 상기 곡률 중심을 항상 지나도록 기울여 지지하고, 상기 연마 샤프트의 회전에 따라 그 연마 샤프트에 지지된 상기 광학소자를 상기 연마 목표 구면을 따라 이동시키는 지지기구를 갖추었다.

연마장치, 광학소자, 구면, 곡률 중심, 연마 샤프트, 연마접시

Description

구면 연마장치{Spherical Surface Polishing Device}

도1은 본 발명의 실시형태에 따른 구면 연마장치를 나타낸 개략 구성도이다.

도2는 본 발명의 실시형태에 따른 구면 연마장치의 연마 샤프트의 동작을 나타내는 모식도이다.

도3은 본 발명의 실시형태에 따른 구면 연마장치의 연마 샤프트의, 중심 G를 기준으로 한 동작을 나타낸 모식도이다.

도4는 본 발명의 실시형태에 따른 구면 연마장치의 연마 샤프트의 동작에 기초한 피연마 렌즈의 구면 연마접시에 대한 상대운동을 나타내는 모식도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

1: 구면(球面) 연마장치 2: 연마 샤프트

3: 회전 구동부 4: 지지기구

4A: 기판 4B: 가동판

4C: 기판쪽 슬라이드면 4D: 가동판쪽 슬라이드면

5: 연마접시 회전 구동부 7: 피(被)연마 렌즈

8: 구면 연마접시 10: 렌즈 홀더

11: 지지 오목부(凹部) 12: 지지 핀

발명의 분야

본 발명은, 렌즈 등의 구면을 연마하는 구면 연마장치에 관하여, 특히 진구도가 높은 연마 가공면을 숙련도를 요하지 않고 얻는데 적절한 구면 연마장치에 관한 것이다.

발명의 배경

최근, 디지털 기술의 진전에 의해 고정밀 촬영 시스템이 요구되고 있다. 이에 따라, 광학설계, 기구설계에 기초한 각각의 렌즈 요소에 대해서도 요구 정밀도가 엄격해지고 있다.

게다가 고배율 줌 시스템의 일반화에 의해 그 구성 렌즈 요소도 증대하고만 있다. 따라서 싸고 고정밀도의 렌즈 요소가 요구되고 있다.

이에 대응하는 연마장치의 한 예로서 특허문헌 1의 렌즈 연마장치가 있다. 상기 렌즈 연마장치는, 회전하는 연마접시의 윗면에 연마대상인 렌즈를 놓고, 요동기구로 그 렌즈를 전후좌우로 요동시켜 렌즈를 연마하는 것이다.

[특허문헌 1] 일본 특개2004-255492호 공보

그런데 상기 종래의 연마장치에서는, 이제까지 요구되어 온 것과 같은 정밀도의 렌즈를 연마하는 데는 특별히 문제없이 대응할 수 있다.

그러나 요구 정밀도가 엄격해져 가면, 상기 연마장치로는 대응할 수 없어진다. 상기 연마장치의 경우, 연마접시의 윗면에서 렌즈를 전후좌우로 왕복 운동시켜 연마하지만, 이 경우 운동방향이 변화한다. 이 때문에, 왕복운동의 양 단부에서 정지점이 2곳 발생하여 불연속 운동이 된다. 또, 왕복운동의 도중과 양 단부에서, 렌즈에 가해지는 압력도 미세하게 변화하여, 정확하게 일정 값은 되지 않는다.

렌즈 가공에 있어서, 부분적 스트레스를 렌즈에 부여하지 않는 것이, 렌즈 구면의 정밀도를 높이는데 중요하지만, 종래의 연마장치에서는 렌즈의 운동이 불연속이 됨과 동시에 렌즈에 가해지는 압력도 미세하게 변화하여, 엄격한 요구 정밀도에 대응하는 것이 어려운 문제가 있다.

발명의 요약

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 광학소자의 표면을 구면 연마접시에 맞춰 갈아서 그 표면을 구면상으로 연마하는 구면 연마장치에 있어서, 상기 광학소자를 상기 구면 연마접시에 댄 상태로 지지하는 연마 샤프트와, 축심이 상기 광학소자의 표면의 연마 목표 구면의 곡률 중심을 지나 상기 연마 샤프트를 회전시키는 회전 구동부와, 상기 회전 구동부와 상기 연마 샤프트와의 사이에 설치되고, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심을 중심으로 하는 구면상 또는 원통상의 곡면(曲面)을 갖고, 상기 곡면을 따라 상기 연마 샤프트를 옮김으로써 그 연마 샤프트를 그 축심 또는 축심의 연장선이 상기 곡률 중심을 항상 지나도록 기울여 지지하고, 상기 연마 샤프트의 회전에 따라 그 연마 샤프트에 지지된 상기 광학소자를 상기 연마 목표 구면을 따라 이동시키는 지지기구를 갖춘 것을 특징으로 한다.

발명의 상세한 설명

이하, 본 발명의 실시형태에 따른 구면 연마장치에 대해서 도면을 참조하면서 상술한다. 도1은 본 발명의 실시형태에 따른 구면 연마장치를 나타내는 개략 구성도, 도2는 구면 연마장치의 동작을 나타내는 모식도이다.

본 실시형태의 구면 연마장치는, 광학소자의 표면을 구면 연마접시에 맞춰 갈아서 그 표면을 구면상으로 연마하기 위한 장치이다. 연마하는 광학소자로는, 구면 렌즈나 구면경 등이 있다. 여기에서는, 렌즈를 예로 설명한다. 또, 본 발명의 특징은, 렌즈의 표면을 다 연마한 상태의 표면(렌즈의 회전속도 등의 모든 조건에 따라 약간 목표 치수를 변경하는 경우는 그 치수의 표면)인 연마 목표 구면의 곡률 중심을 중심으로 하여, 연마 샤프트, 구면 연마접시 등을 배설한 점에 있다. 이 때문에, 다른 구성부분은 공지의 모든 구면 연마장치를 이용할 수 있다.

본 실시형태의 구면 연마장치(1)는, 도1에 나타낸 바와 같이 주로, 연마 샤프트(2)와, 회전 구동부(3)와, 지지기구(4)와, 연마접시 회전 구동부(5)로 구성되어 있다.

또한, 피(被)연마 렌즈(7)의 표면의 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심을 중심(G)으로 한다. 여기에서는, 지지기구(4)가 후술하는 구면상의 슬라이드면을 갖기 때문에, 중심(G)은 상기 연마 목표 구면의 구심이 된다.

연마 샤프트(2)는, 피연마 렌즈(7)를 구면 연마접시(8)에 댄 상태로 지지하기 위한 샤프트이다. 상기 연마 샤프트(2)는, 그 축심 또는 축심의 연장선이 상기 중심(G)을 항상 지나도록 설정되어 있다. 연마 샤프트(2)의 선단에는, 렌즈 홀더(10)의 지지 오목부(11)에 끼워져 피연마 렌즈(7)를 한 점에서 지지하기 위한 지지 핀(12)이 설치되어 있다. 연마 샤프트(2)는 신축 가능하게 형성되어 있다. 이에 의해, 연마 샤프트(2)는, 피연마 렌즈(7)가 볼록렌즈인 경우는 그 볼록면을 연마하게 되는데, 이 경우는 도1의 실선과 같이, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심인 상기 중심(G)보다도 길게 연장된다. 또, 피연마 렌즈(7)가 오목렌즈인 경우는 도1의 가상선과 같이, 상기 중심(G)보다도 짧게 줄어든다.

회전 구동부(3)는 연마 샤프트(2)를 회전시키는 구동부이다. 상기 회전 구동부(3)는, 그 회전축(도시하지 않음)의 축심이 상기 중심(G)을 지나도록 설정되어 있다. 회전 구동부(3)는, 구동모터 등을 갖추어 구성되어 있다. 또한, 회전 구동부(3)로는, 공지된 각종의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, 외부의 구동원으로부터 벨트 등으로 토크가 전달되는 구조라도 좋다. 상기 회전 구동부(3)에는 가압장 치(도시하지 않음)가 설치된다. 상기 가압장치로는 기존의 구면 연마장치에 설치되어 있는 모든 가압장치를 이용할 수 있다.

상기 회전 구동부(3)에 의해, 연마 샤프트(2)가 중심(G)을 기준으로 하여 회전함과 동시에 설정압력으로 가압되도록 되어 있다. 상기 설정압력은, 피연마 렌즈(7)나 연마 샤프트(2)의 회전속도 등의 모든 조건에 따라 적절히 설정된다.

지지기구(4)는, 상기 연마 샤프트(2)를 옮김으로써 그 연마 샤프트(2)를 상기 중심(G)를 중심으로 하여 기울이기 위한 기구이다. 구체적으로는 지지기구(4)는, 회전 구동부(3)와 연마 샤프트(2)와의 사이에 설치되고, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심을 중심으로 하는 구면상의 곡면을 갖고, 그 곡면을 따라 연마 샤프트(2)를 옮김으로써 상기 연마 샤프트(2)를 그 축심 또는 축심의 연장선이 상기 곡률 중심을 항상 지나도록 기울여 지지하고, 회전 구동부(3)에 의한 연마 샤프트(2)의 회전에 따라 그 연마 샤프트(2)에 지지된 피연마 렌즈(7)를 상기 연마 목표 구면을 따라 이동시키기 위한 기구이다.

지지기구(4)는 주로, 기판(4A)과, 가동판(4B)으로 구성되어 있다. 기판(4A)은 가동판(4B)을 슬라이드 가능하게 지지하기 위한 부재이다. 기판(4A)은, 회전 구동부(3)의 회전축에 연결되고, 회전 구동부(3)에 의해 정(定)위치에서 회전되도록 되어 있다. 기판(4A)의 아래쪽 면에는, 가동판(4B)과 슬라이드 가능하게 접촉하기 위한 기판쪽 슬라이드면(4C)이 형성되어 있다. 상기 기판쪽 슬라이드면(4C)은, 상기 연마 목표 구면(S1)의 곡률 중심인 중심(G)을 중심으로 하는 곡면상으로 형성되어 있다. 기판쪽 슬라이드면(4C)은 구체적으로는 구면상으로(구면(S2)의 일부로서) 형성되어 있다.

가동판(4B)은, 기판(4A)에 슬라이드 가능하게 지지되고, 상기 기판(4A)에 대하여 슬라이드시킴으로써 연마 샤프트(2)를 중심(G)을 중심으로 하여 기울이기 위한 부재이다. 가동판(4B)의 위쪽 면에는, 기판(4A)의 기판쪽 슬라이드면(4C)과 슬라이드 가능하게 접촉하기 위한 가동판쪽 슬라이드면(4D)이 형성되어 있다. 상기 가동판쪽 슬라이드면(4D)은, 기판(4A)의 기판쪽 슬라이드면(4C)과 동일하게, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심인 중심(G)을 중심으로 하는 구면상으로 형성되어 있다. 가동판(4B)의 아래쪽 면에는, 연마 샤프트(2)가 일체로 고정되어 있다. 상기 연마 샤프트(2)는, 그 축심이 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심인 상기 중심(G)을 지나도록 설정하여 설치되어 있다.

기판(4A)과 가동판(4B) 사이는 고정수단으로 고정된다. 상기 고정수단으로는, 각종의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, 관통볼트와, 와셔(washer, 座金)로 구성해도 좋다. 기판(4A)과 가동판(4B)에, 관통볼트의 직경보다도 큰 내경의 볼트구멍을 설치하여, 기판(4A)과 가동판(4B)이 서로 어긋날 수 있도록 하고, 볼트구멍보다도 넓은 와셔를 설치한 관통볼트로 기판(4A)와 가동판(4B)을 서로 고정하도록 해도 좋다. 다른 구성의 고정수단을 설치해도 좋고, 공지수단을 모두 이용할 수 있다.

연마접시 회전 구동부(5)는, 구면 연마접시(8)를 지지하여 회전시키기 위한 장치이다. 연마접시 회전 구동부(5)는, 구면 연마장치 본체에 설치되고, 연마 샤프트(2)의 아래쪽에 위치해 있다. 연마접시 회전 구동부(5)는, 구면 연마접시(8)를 회전 가능하게 지지함과 동시에, 상하로 이동 가능하게 설치되어 있다. 구면 연마접시(8)는, 연마 샤프트(2)의 신축에 맞추어 그 높이가 조정된다. 이 기구의 구체적인 구성은 예를 들어, 구면 연마접시(8)에 회전축이 설치된 구동 모터(도시하지 않음)와, 상기 구동 모터를 상하로 이동시키는 승강기구(도시하지 않음)로 구성된다. 구면 연마접시(8)는, 연마접시 회전 구동부(5)에 탈착 가능하게 설치되어 있다. 구면 연마접시(8)의 탈착수단으로는, 공지의 모든 수단을 이용할 수 있다.

게다가, 연마접시 회전 구동부(5)에는, 그 회전축을 적절히 경사시키는 경사기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 상기 경사기구는, 연마접시 회전 구동부(5)에 설치된 구면 연마접시(8)의 연마면이, 중심(G)을 중심으로 한 상기 연마 목표 구면(S1)을 따라 이동하도록 구성된다. 경사기구의 구체적인 구성은, 그 동작이 가능한 기존의 기구 모두를 이용할 수 있다.

구면 연마접시(8)는, 피연마 렌즈(7)의 상기 연마 목표 구면의 곡률의 차이 및 표면의 요철의 차이에 맞추어 복수개 준비된다. 각 구면 연마접시(8)는, 연마접시 회전 구동부(5)에 적절히 교체된다.

이상과 같이 구성된 구면 연마장치(1)는, 다음과 같이 사용된다.

우선, 피연마 렌즈(7)의 연마 목표 구면(S1)의 곡률에 맞추어 연마 샤프트(2)의 길이를 조정한다. 즉, 피연마 렌즈(7)의 연마 목표 구면(S1)의 곡률반경과, 중심(G)으로부터 피연마 렌즈(7)의 연마면까지의 거리가 일치하도록, 연마 샤프트(2)의 길이를 설정한다. 게다가, 지지기구(4)의 기판쪽 슬라이드면(4C)과 가동판쪽 슬라이드면(4D)을 슬라이드시킴으로써 기판(4A)에 대하여 가동판(4B)을 옮겨, 연마 샤프트(2)의 각도를 기울인다. 상기 연마 샤프트(2)의 경사각도는, 구면 연마접시(8)의 연마면으로부터 피연마 렌즈(7)가 완전히 나오지 않는 범위에서 넓고 고르게 맞춰 갈리는 각도로 설정된다.

게다가, 연마접시 회전 구동부(5)로 구면 연마접시(8)의 높이를, 중심(G)으로부터 구면 연마접시(8)의 연마면까지의 거리가 상기 연마 목표 구면(S1)의 곡률반경과 일치하도록 조정한다. 구면 연마접시(8)의 경사각도는 연마 샤프트(2)의 경사각도와의 균형으로 설정한다.

이 상태로, 렌즈 홀더(10)에 설치한 피연마 렌즈(7)를 구면 연마접시(8)에 설치하고, 렌즈 홀더(10)의 지지 오목부(11)에 연마 샤프트(2)의 지지 핀(12)을 끼운다.

이 상태로, 회전 구동부(3)와 연마접시 회전 구동부(5)를 작동시킨다. 이에 의해, 연마 샤프트(2)는 도2(A), (B), (C)에 나타낸 바와 같이 동작한다. 구체적으로는, 회전 구동부(3)로 지지기구(4)의 기판(4A)이 회전되면, 그 기판(4A)에 대하여 어긋난 위치의 가동판(4B)이 회전 구동부(3)의 회전축을 중심으로 하여 공전한다. 이에 의해, 가동판(4B)에 설치된 연마 샤프트(2)가 중심(G)을 기점으로 하여 경사진 상태로 회전한다.

도2(A)에서 90° 회전하여 도2(B)가 되고, 180° 회전하여 도2(C)가 된다. 그리고 상기 회전 중, 중심(G)의 위치에서는 연마 샤프트(2)가 벗어나지 않고 그 위치에서 회전한다. 이에 의해, 연마 샤프트(2)의 지지 핀(12)이 중심(G)을 중심으로 회전한다. 즉, 도3에 나타낸 바와 같이, 중심(G)으로부터 매달린 진자(振子)가, 중심(G)을 구심으로 한 구면을 따라 원을 그리도록 회전하는 것과 같은 동작으로, 연마 샤프트(2)의 지지 핀(12)이 중심(G)을 중심으로 회전한다.

이에 의해, 피연마 렌즈(7)의 피연마면이, 구면 연마접시(8)에 맞춰 갈리면서, 상기 연마 목표 구면(S1)을 따라 회전한다.

상기 동작을 도4에 나타내었다. 또한, 도4는 연마 샤프트(2)가 회전 구동부(3)에 의해 90°, 180°, 270°, 360° 회전한 4개의 상태를 나타내고 있다. 도4 중의 원(14)은 정위치에서 우회전하는 구면 연마접시(8)를 나타내고 있다. 도4 중의 원(15)은 중심(G)을 중심으로 진자운동을 하여 회전하는 피연마 렌즈(7)의 움직임을 나타내고 있다. 여기에서는, 연마접시 회전 구동부(5)가 다소 경사진 상태로 설정되어 있기 때문에, 구면 연마접시(8)의 회전운동의 원(14)에 대하여, 중심(G)을 중심으로 진자운동하는 피연마 렌즈(7)의 원(15)은 편심(偏心)해 있다. 즉, 피연마 렌즈(7)는, 구면 연마접시(8)에 대하여 편심한 위치에서 공전하고 있다.

상기 구면 연마접시(8)의 회전운동에 대하여, 피연마 렌즈(7)가 원(15)과 같이 중심(G)을 중심으로 진자운동을 하기 때문에, 피연마 렌즈(7)의 피연마면에 대하여 균등한 압력으로, 게다가 상기 연마 목표 구면을 따라 이동하면서 연마된다.

또한, 피연마 렌즈(7)가 오목렌즈인 경우는, 도1의 가상선과 같이 되지만, 기본적인 동작은 상술한 경우와 완전히 동일하다.

이에 의해, 피연마 렌즈(7)의 연마면을, 상기 연마 목표 구면(S1)을 따라 정확하게 이동시킬 수 있고, 피연마 렌즈(7)의 연마면을, 높은 진구도를 유지하여 고정밀도로 완성할 수 있다. 진구도가 높은 연마 가공면을, 숙련도를 요하지 않고 용 이하게 얻을 수 있다.

렌즈 가공에 있어서는, 부분적 스트레스를 렌즈에 주지 않는 것이, 렌즈 구면의 정밀도를 높이는데 중요한데, 구면 연마장치(1)에서는, 피연마 렌즈(7)의 연마면을, 상기 연마 목표 구면(S1)을 따라 정확하고 연속적으로 이동시킬 수 있기 때문에, 렌즈의 운동이 불연속으로 되지 않고, 렌즈에 가해지는 압력도 일정하게 유지되어, 높은 정밀도로 구면을 연마할 수 있다.

[변형예]

상기 실시형태에서는, 지지기구(4)의 기판(4A)의 기판쪽 슬라이드면(4C) 및 가동판(4B)의 가동판쪽 슬라이드면(4D)을 구면상으로 하였지만, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심(G)을 중심으로 하는 원통면의 일부로 구성해도 좋다. 연마 샤프트(2)는, 중심(G)을 기준으로 하여 비스듬히 할 수 있는 구성이면 되기 때문에, 구면에 한정되지 않고, 원통면이어도 좋다. 이 경우도, 상기와 같은 작용, 효과를 가질 수 있다.

연마 샤프트(2)에서는 그 선단에 지지 핀(12)을 설치하였지만, 다른 구성의 지지수단이어도 좋다. 피연마 렌즈(7)를 지지할 수 있는 모든 구성을 이용할 수 있다.

렌즈 등의 광학소자의 운동이 연속이 됨과 동시에 광학소자에 가해지는 압력 도 일정하게 유지할 수 있어, 높은 정밀도로 구면을 연마할 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

광학소자의 표면을 구면 연마접시에 맞춰 갈아서 그 표면을 구면상으로 연마하는 구면 연마장치에 있어서,

상기 광학소자를 상기 구면 연마접시에 댄 상태로 지지하는 연마 샤프트;

축심이, 상기 광학소자의 표면의 연마 목표 구면의 곡률 중심을 지나 상기 연마 샤프트를 회전시키는 회전 구동부; 및

상기 회전 구동부와 상기 연마 샤프트와의 사이에 설치되고, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심을 중심으로 하는 구면상 또는 원통상의 곡면을 갖고, 그 곡면을 따라 상기 연마 샤프트를 옮김으로써 그 연마 샤프트를 그 축심 또는 축심의 연장선이 상기 곡률 중심을 항상 지나도록 기울여 지지하고, 상기 연마 샤프트의 회전에 따라 그 연마 샤프트에 지지된 상기 광학소자를 상기 연마 목표 구면을 따라 이동시키는 지지기구;

를 갖춘 것을 특징으로 하는 구면 연마장치.
제1항에 있어서, 상기 지지기구의 곡면이, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심을 중심으로 하는 구면의 일부인 것을 특징으로 하는 구면 연마장치.
제1항에 있어서, 상기 지지기구의 곡면이, 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심을 중심으로 하는 원통면의 일부인 것을 특징으로 하는 구면 연마장치.
제1항에 있어서, 상기 연마 샤프트가 신축 가능하게 형성되어, 상기 광학소자의 볼록(凸)면을 연마할 때 상기 연마 목표 구면의 곡률 중심보다도 길게 늘어나고, 상기 광학소자의 오목(凹)면을 연마할 때 상기 곡률 중심보다도 짧게 줄어드는 것을 특징으로 하는 구면 연마장치.
제1항에 있어서, 상기 구면 연마접시를 지지하여 회전시킴과 동시에, 상기 연마 샤프트의 신축에 맞추어 높이를 조정하는 연마접시 회전 구동부를 갖춘 것을 특징으로 하는 구면 연마장치.