(57)【要約】      （修正有）【課題】非球面レンズの偏心を小さくできるように、非球面レンズの心取りを行える、非球面レンズの心取り装置および心取り方法を提供する。【解決手段】被加工光学レンズの一方の光学面を回転軸に垂直な面内で支持した状態で回転させる回転手段と、所定の面に投影した時の分布形状が既知の光束を照射する偏心測定用送光手段２１と、該偏心測定用送光手段から発せられ、上記被加工レンズを介した像を受光し、該像を検出する像検出手段３１と、上記被加工レンズを上記回転手段に対して不動にする固定手段Ｓと、上記回転軸に対して離接する方向に往復移動自在であり、記被加工レンズから離間した位置から上記回転軸側に近づき、上記回転軸回りに回転中の被加工レンズの外周面に接触して該外周面を削る加工手段Ｂと、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工レンズの一方の光学面を回転軸に垂直な面内で支持した状態で回転させる回転手段と、
所定の面に投影した時の分布形状が既知の光束を照射する偏心測定用送光手段と、
該偏心測定用送光手段から発せられ、上記被加工レンズを介した像を受光し、該像を検出する像検出手段と、
上記被加工レンズを上記回転手段に対して不動にする固定手段と、
上記回転軸に対して離接する方向に往復移動自在であり、記被加工レンズから離間した位置から上記回転軸側に近づき、上記回転軸回りに回転中の被加工レンズの外周面に接触して該外周面を削る加工手段と、
を備えることを特徴とする光学レンズの心取り装置。
【請求項２】
請求項１記載の光学レンズの心取り装置において、上記偏心測定用送光手段が発する光束を上記回転軸と垂直な面に投影した時の分布形状は、上記回転軸を中心とする真円形状である光学レンズの心取り装置。
【請求項３】
請求項１記載の光学レンズの心取り装置において、上記回転手段と上記偏心測定用送光手段の光源との間に、上記偏心測定用送光手段が発する光束を上記回転軸と垂直な面に投影した時の分布形状を真円形状にし、かつ、その中心位置を上記回転軸上に位置するように調整する調整光学系を配設した光学レンズの心取り装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学レンズの心取り装置において、上記回転手段と上記像検出手段の間に、上記光学レンズを介した光束を上記像検出手段に適当な集光状態で導く為、その光軸が上記回転手段の回転軸と一致した補正光学系を配設した光学レンズの心取り装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の光学レンズの心取り装置において、上記固定手段が接着剤である光学レンズの心取り装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の光学レンズの心取り装置において、上記像検出手段が検出した像を表示する表示手段を備える光学レンズの心取り装置。
【請求項７】
被加工レンズの一方の光学面を回転軸に垂直な面内で支持した状態で回転させる回転ステップ、
所定の面に投影した時の分布形状が既知の光束を照射する照射ステップ、
上記照射ステップによって照射され、上記被加工レンズを介した像を検出する検出ステップ、
該像検出ステップによって検出された像の分布形状が、上記既知の分布形状と最も相似形となるように、上記被加工レンズの位置を微調整するステップ、
上記被加工レンズを上記回転手段に対して不動にする固定ステップ、及び
上記被加工レンズから離間した位置から上記回転軸側に近づけ、上記被加工レンズの外周面に接触させて該外周面を削る加工ステップ、
を備えることを特徴とする光学レンズの心取り方法。
【請求項８】
請求項７記載の光学レンズの心取り方法において、さらに、上記回転ステップより前に、
上記光束を、上記回転軸と垂直な面に投影した時の分布形状を真円形状にし、かつ、その中心位置を上記回転軸上に位置させる調整光学系により調整するステップ、
を有する光学レンズの心取り方法。
【請求項９】
請求項７または８記載の光学レンズの心取り方法において、上記検出ステップより前に、
上記被加工レンズを介した像が適当な集光状態で像検出手段に集光するよう、補正光学系を回転軸と同軸に光路内に挿入する補正ステップ、
を有する光学レンズの心取り方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項記載の光学レンズの心取り方法において、
上記固定ステップが、接着剤により被加工レンズを上記回転手段に固定させるステップである光学レンズの心取り方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか１項記載の光学レンズの心取り方法において、さらに、
上記像検出手段が検出した像を表示する表示ステップ、
を有する光学レンズの心取り方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、光学レンズについて、その光学系を組み込む光学系全体の収差の劣化と関係付けて偏心を小さくすることができる、光学レンズの心取り装置および心取り方法に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
二面の光学面に対応する成型形で透明樹脂等に光学面を転写して製造される光学レンズ（少なくとも片面が非球面のレンズである場合が多い）は、例えば片面非球面の場合、一方の面をなす非球面の非球面軸上に他方の面の曲率中心が乗っていない場合がある。または両面非球面の場合、各非球面軸がねじれの関係にある場合がある。いずれにしても心取りする際の基準となる非球面レンズの軸を単純に決めることはできないが、非球面レンズをそれを組み込む光学系の中に入れた場合にレンズ系全体の収差の劣化を最も小さくするように心取りできれば良い。
【０００３】
しかしながら、従来の心取り装置は、非球面レンズの各面の中心部でオートコリメーション反射させた点像の位置から、各面の近軸の曲率中心位置を検出し、それらを結ぶ光軸をレンズホルダの回転軸と一致させた状態で非球面レンズをレンズホルダにより保持し、この状態で非球面レンズの外周面を削って心取りを行うものだったので、その非球面レンズを光学系の中に入れた場合に光学系全体の収差の劣化が最も小さくなるような心取りは出来なかった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、光学レンズ（特に非球面レンズ）をそれを光学系の中に組み込んだ場合に光学系全体の収差の劣化が最も小さくなるように心取りを行える、光学レンズの心取り装置および心取り方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の光学レンズの心取り装置は、被加工レンズの一方の光学面を回転軸に垂直な面内で支持した状態で回転させる回転手段と、所定の面に投影した時の分布形状が既知の光束を照射する偏心測定用送光手段と、該偏心測定用送光手段から発せられ、上記被加工レンズを介した像を受光し、該像を検出する像検出手段と、上記被加工レンズを上記回転手段に対して不動にする固定手段と、上記回転軸に対して離接する方向に往復移動自在であり、記被加工レンズから離間した位置から上記回転軸側に近づき、上記回転軸回りに回転中の被加工レンズの外周面に接触して該外周面を削る加工手段と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
上記偏心測定用送光手段が発する光束を上記回転軸と垂直な面に投影した時の分布形状は、上記回転軸を中心とする真円形状であるのが好ましい。
【０００７】
さらに、上記回転手段と上記偏心測定用送光手段の光源との間に、上記偏心測定用送光手段が発する光束を上記回転軸と垂直な面に投影した時の分布形状を真円形状にし、かつ、その中心位置を上記回転軸上に位置するように調整する調整光学系を配設するのが好ましい。
【０００８】
被加工レンズが単体では設計上大きな対称収差を有していて、偏心測定用送光手段や調整光学系だけでは被加工レンズを介した像の分布形状を像検出手段で検出できる程度の集光状態にすることができない場合には、上記回転手段と上記像検出手段の間に、上記光学レンズを介した光束を上記像検出手段に適当な集光状態で導く為、その光軸が上記回転手段の回転軸と一致した補正光学系を配設する。
【０００９】
具体的には、上記固定手段が接着剤であるのが実際的である。
【００１０】
さらに、上記像検出手段が検出した像を表示する表示手段を備えるのが好ましい。
【００１１】
本発明の光学レンズの心取り方法は、被加工レンズの一方の光学面を回転軸に垂直な面内で支持した状態で回転させる回転ステップ、所定の面に投影した時の分布形状が既知の光束を照射する照射ステップ、上記照射ステップによって照射され、上記被加工レンズを介した像を検出する検出ステップ、該像検出ステップによって検出された像の分布形状が、上記既知の分布形状と最も相似形となるように、上記被加工レンズの位置を微調整するステップ、上記被加工レンズを上記回転手段に対して不動にする固定ステップ、及び上記被加工レンズから離間した位置から上記回転軸側に近づけ、上記被加工レンズの外周面に接触させて該外周面を削る加工ステップ、を備えることを特徴としている。
【００１２】
さらに、上記回転ステップより前に、上記光束を、上記回転軸と垂直な面に投影した時の分布形状を真円形状にし、かつ、その中心位置を上記回転軸上に位置させる調整光学系により調整するステップ、を有するのが好ましい。
【００１３】
さらに、上記検出ステップより前に、上記被加工レンズを介した像が適当な集光状態で像検出手段に集光するよう、補正光学系を回転軸と同軸に光路内に挿入する補正ステップ、を有するのが好ましい。
【００１４】
具体的には、上記固定ステップは、接着剤により被加工レンズを上記回転手段に固定させるステップであるのが実際的である。
【００１５】
さらに、上記像検出手段が検出した像を表示する表示ステップ、を有するのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図５を参照しながら説明する。
この実施形態は、一方の面が球面ｒ１をなし、他方の面が非球面ｒ２をなす非球面レンズＬ１の心取りを行うものである。
なお、本実施形態の偏心とは、非球面軸Ａ２の中心軸Ａ１に対する傾きのことである。
また、非球面軸Ａ２とは、非球面レンズＬ１の非球面ｒ２の各点の曲率中心を結んだ軸をいう。
【００１７】
まず、本実施形態の非球面レンズＬ１の心取り装置の構成について説明する。
中空箱状の基台１の上面には、取付孔１ａが穿設されている。基台１の内部には、上下方向を向く中心孔３ａが形成され、かつ底部がガラス板Ｇによって閉塞された固定部材３が配設されている。固定部材３の上部には、モータ（図示略）に連係された略円筒状の第１回転部材５が、軸受を介して上下方向の軸回りに回転自在に嵌合している。第１回転部材５の上部は取付孔１ａから基台１の上方に突出しており、第１回転部材５には中心孔３ａと同心をなすとともに連通する中心孔５ａが設けられている。第１回転部材５の上面には環状をなす第２回転部材７が固着されており、第２回転部材７には中心孔５ａと同心をなすとともに連通する中心孔７ａが穿設されている。第２回転部材７の底面は、基台１の上面に固定された環状の固定部材９の上面に回転自在に支持されている。
第２回転部材７の上面には、非球面レンズＬ１の球面ｒ１の周辺部よりやや内側を支持する略円筒状のレンズホルダ（回転手段）１１が固着されている。
このレンズホルダ１１の上端縁の形状は、レンズホルダ１１の中心軸Ａ１（回転軸）と同心をなす円形をなしている。さらに、レンズホルダ１１の内部には、中心孔７ａと同心をなすとともに連通する中心孔１１ａが穿設されている。
【００１８】
基台１の内部の底面には、吸引パイプ１３を介して固定部材３の中心孔３ａと連通する真空装置１５が設置されている。この真空装置１５は、各中心孔３ａ、５ａ、７ａ、１１ａ内を真空にすることにより、レンズホルダ１１の上面に載置された被加工レンズである非球面レンズＬ１を、レンズホルダ１１に吸着するものである。
【００１９】
また、基台１の内部の底面には、取付孔１ａと採光孔１ｂの直下にそれぞれ位置する左右一対の反射プリズム１７、１９が設置されている。
【００２０】
採光孔１ｂの上方には、所定の面に投影した時の分布形状が既知の光束を発する偏心測定用送光装置（偏心測定用送光手段）２１が配設されている。
この偏心測定用送光装置２１は、下面に孔２３ａが穿設されたケース２３と、ケース２３の内部に配設された光源２５と、ミラーＭと、３枚のレンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５とからなるものである。
なお、以下に説明する実施形態では全て、光源２５から発射される光束の分布形態は、回転軸Ａ１に対して垂直な面に投影したとき、回転軸Ａ１を中心とする真円形状を有しているものとしている。これは例えば、光源２５から反射プリズム１７までの光学素子を調整光学系として位置調整することにより可能である。
【００２１】
レンズホルダ１１の直上には、その光軸が回転軸Ａ１と同心をなす拡大再結像光学系（補正光学系）２７が配設されており、拡大再結像光学系２７の直上にはデジタルカメラ２９が配設されている。このデジタルカメラ２９は、ＣＣＤ（撮像素子）（像検出手段）３１を具備しており、プロセッサーとケーブルＣを介してテレビモニタＴＭ（表示手段）に接続されている。
【００２２】
レンズホルダ１１の側方かつレンズホルダ１１より若干高い位置には、各中心孔３ａ、５ａ、７ａ、１１ａの中心軸Ａ１と平行な回転軸Ｂ１を有する円盤状の回転式研削具（加工手段）Ｂが配設されている。この回転式研削具Ｂは、図示を省略したスイッチがＯＦＦの時は、非球面レンズＬ１から離間する停止位置（図１の位置）に位置しており、スイッチをＯＮにすると、図示を省略したモータの駆動力を受けて、回転軸Ｂ１回りに回転しつつ、中心軸Ａ１側に向かって非球面レンズＬ１の径方向に直線的に移動し、その外周面Ｂ２が非球面レンズＬ１の外周面Ｌ１ａに接触する接触位置（図示略）まで移動する。さらに、この後にスイッチをＯＦＦに戻すと、回転式研削具Ｂは回転を停止するとともに、停止位置に向かって直線的に移動する。
【００２３】
次に、非球面レンズＬ１の心取り要領について説明する。
【００２４】
レンズホルダ１１の上面に、非球面ｒ２が非球面形状をなすように加工された非球面レンズＬ１の球面ｒ１を載せた後、真空装置１５を作動させて各中心孔３ａ、５ａ、７ａ、１１ａ内を真空状態にして、非球面レンズＬ１の球面ｒ１をレンズホルダ１１に吸着させる。球面ｒ１とレンズホルダ１１の間の摩擦抵抗は極めて小さく設計されているので、このとき非球面レンズＬ１は自重により、球面ｒ１の曲率中心Ｏｓが各中心孔３ａ、５ａ、７ａ、１１ａの中心軸（回転軸）Ａ１上に位置する状態に、自動的に移動する。
この状態でモータを作動させて、第１回転部材５、第２回転部材７、レンズホルダ１１、非球面レンズＬ１を、中心軸Ａ１回りに回転させる。
【００２５】
光源２５から光を発射すると、光はミラーＭにより反射され、レンズＬ３、レンズＬ４、レンズＬ５、ケース２３の孔２３ａを通って、反射プリズム１９、１７によって反射され、球面ｒ１の広い範囲に照射される。球面ｒ１に光が照射されると、非球面レンズＬ１、拡大再結像光学系２７を介してＣＣＤ３１の受光面に達する。受光面に達した点像は、ＣＣＤ３１により電気信号に変換され、図１及び図２に示すようにテレビモニタＴＭに表示される。
【００２６】
さらに、プロセッサー（強度分布検出手段）は、図２の像のＩＶ−ＩＶ線断面における強度分布を検出し、図４に示すようにテレビモニタＴＭに表示する。この際プロセッサーは、ノイズの影響を受けないようにするために敷きい値を設定し、その両端の値とピーク値との差から透過光の点像の非対称性を数値化して、テレビモニタＴＭに、ピーク値からそれぞれの端部までの距離ｄ１、ｄ２の比ｄ２／ｄ１を表示する。
【００２７】
さらに、プロセッサー（強度分布検出手段）は、図２の像のＩＶ−ＩＶ線断面に直交するＶ−Ｖ線断面における強度分布を検出し、図５に示すように、テレビモニタＴＭに表示する。この場合もプロセッサーは、ノイズの影響を受けないようにするために敷きい値を設定する。そして、図４の強度分布図の敷きい値の両端間距離ｄＡと、図５の強度分布図の両端間距離ｄＢの比ｄＢ／ｄＡを表示する。
そして、この比ｄＢ／ｄＡが１であれば、本実施形態では球面ｒ１に照射させる光束の回転軸Ａ１に垂直な面の形状が真円なので、この非球面レンズＬ１の偏心量がゼロである（非球面軸Ａ２と中心軸Ａ１が一致している）ことを意味する。
一方、比ｄＢ／ｄＡが１でなければ、まだ偏心量が残存している（非球面軸Ａ２が中心軸Ａ１に対して傾斜している）状態であることを意味する。
なお、球面ｒ１に照射させる光束の、回転軸Ａ１に垂直な面の形状が真円でない場合には、この比ｄＢ／ｄＡが１であれば、この非球面レンズＬ１の偏心量が最も小さい（非球面軸Ａ２と中心軸Ａ１がほぼ一致している）状態であることを意味する。
【００２８】
このようにして測定された偏心量は、この非球面レンズＬ１を図示を省略した光学系の中に入れた場合の光学系全体の収差の劣化と深い関係がある。
そして、偏心量がまだ残存している場合は、非球面レンズＬ１をレンズホルダ１１に対して動かし、偏心量が最も小さくなったら非球面レンズＬ１をその状態に保持する。
【００２９】
このようにして偏心量（収差）を最も小さくしたら、レンズホルダ１１と非球面レンズＬ１の接触部に接着剤（固定手段）Ｓを塗布して、非球面レンズＬ１をレンズホルダ１１に固定し、非球面レンズＬ１をレンズホルダ１１に対して不動状態にする。
非球面レンズＬ１がレンズホルダ１１に完全に固定されたら、レンズホルダ１１を回転させたまま、スイッチをＯＮにして、停止位置にある回転式研削具Ｂを回転させながら接触位置に移動させ、回転式研削具Ｂの外周面Ｂ２を非球面レンズＬ１の外周面Ｌ１ａに接触させて、非球面レンズＬ１の外周面Ｌ１ａ全体を削る。非球面レンズＬ１の外周面Ｌ１ａ全体を削り終えたら、スイッチをＯＦＦにして、回転式研削具Ｂを停止位置に戻す。
【００３０】
最後に、モータを停止させてレンズホルダ１１を静止させた後に、レンズホルダ１１を第２回転部材７から取り外し、図示を省略した溶剤に浸して接着剤Ｓを溶かし、非球面レンズＬ１をレンズホルダ１１から取り外す。なお、接着剤Ｓの種類によっては、レンズホルダ１１を温めて接着剤Ｓを溶かすこともある。
【００３１】
このように非球面レンズＬ１の外周面Ｌ１ａ全体を削ると、この非球面レンズＬ１は、偏心量が小さくなり、レンズ系の中に組ん込でも、レンズ系全体の収差劣化に対して殆ど影響を与えることがない。
【００３２】
なお、図３のようにテレビモニタＴＭに表示された像の形が真円であれば、偏心量はゼロであることを意味し、図２のように真円でなければ（だ円であれば）偏心量はゼロでなく、像の形が真円から遠ざかるほど偏心量は大きいことを意味するので、像の形からも偏心量を大まかに把握することができる。
従って、像の形が真円である場合は、非球面レンズＬ１をその状態に保持しままレンズホルダ１１に接着し、一方、像の形が真円でない場合は、非球面レンズＬ１をレンズホルダ１１に対して動かし、像の形を真円に最も近づけた後に、レンズホルダ１１に接着し、その後に心取りを行なうことにより、非球面レンズＬ１の偏心量を小さくすることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照しながら説明する。
なお、第１の実施形態と同じ部材には同じ符号を付すに止めて、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
本実施形態の非球面レンズＬ１の心取り装置は、第１の実施形態のものと基本構成は同じであるが、拡大再結像光学系（補正光学系）２７の直下に、その光軸が中心軸Ａ１と同心をなす収差補正光学系（補正光学系）３３を配設している点が異なる。
【００３５】
この心取り装置は、第１の実施形態と同じ要領により、偏心量を小さくするように非球面レンズＬ１の心取りを行える。
さらに、収差補正光学系３３は、非球面レンズＬ１が単体では設計上大きな対称収差を有していて拡大再結像光学系２７だけでは非球面レンズＬ１を介した像の分布形状をＣＣＤ３１の受光面で検出できる程度の集光状態にすることができない場合に、その対称収差を補正する役目を担う。
【００３６】
次に、本発明の第３の実施形態について図７を参照しながら説明する。
なお、第１の実施形態と同じ部材には同じ符号を付すに止めて、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施形態の心取り装置は、両面ｒ３、ｒ４が凹面をなす（ｒ３は球面、ｒ４は非球面）負の非球面レンズＬ２を心取りするものであり、拡大再結像光学系２７の直下に、その光軸が拡大再結像光学系（補正光学系）２７の光軸と同心をなす収束補正光学系（補正光学系）３５を備えている。
【００３８】
次に、上記構成からなる心取り装置を用いた、非球面レンズＬ２の心取り要領について説明する。
非球面レンズＬ２の球面ｒ３をレンズホルダ１１に載せると、球面ｒ３の曲率中心Ｏｏは中心軸Ａ１上に位置する。光源２５から光を発射すると、この光は非球面レンズＬ２の広い範囲を透過して拡散するが、収束補正光学系３５と拡大再結像光学系２７によって適当な大きさの像がＣＣＤ３１の受光面に達する。この際、非球面レンズＬ２が単体では設計上大きな対称収差を有している場合には、収束補正光学系３５によって、非球面レンズＬ２の対称収差も補正される。
そして、第１の実施形態と同じく、点像の形状を真円に最も近づけた状態で固定し、非球面レンズＬ１の心取りを行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、光学レンズをそれを光学系の中に組み込んだ場合に光学系全体の収差の劣化が最も小さくなるように心取りすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の心取り装置の全体図である。
【図２】テレビモニタに写された点像の拡大図である。
【図３】非球面レンズを動かすことにより形状が円形となった点像の拡大図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面における点像の強度分布である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面における点像の強度分布である。
【図６】本発明の第２の実施形態の心取り装置の全体図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の心取り装置の全体図である。
【符号の説明】
１      基台
１ａ    取付孔
１ｂ    採光孔
３      固定部材
３ａ    中心孔
５      第１回転部材
５ａ    中心孔
７      第２回転部材
７ａ    中心孔
９      固定部材
１１    レンズホルダ（回転手段）
１１ａ  中心孔
１３    吸引パイプ
１５    真空装置
１７  １９  反射プリズム
２１    偏心測定用送光装置（偏心測定用送光手段）
２３    ケース
２３ａ  ２３ｂ  孔
２５    光源
２７    拡大再結像光学系（補正光学系）
２９    デジタルカメラ
３１    ＣＣＤ（撮像素子）（像検出手段）
３３    収差補正光学系（補正光学系）
３５    収束補正光学系（補正光学系）
Ａ１    中心軸（回転軸）
Ｂ      回転式研削具（加工手段）
Ｂ１    回転軸
Ｂ２    外周面
Ｃ      ケーブル
Ｇ      ガラス板
Ｌ１  Ｌ２  非球面レンズ
Ｌ１ａ  Ｌ２ａ  外周面
Ｌ３  Ｌ４  Ｌ５  レンズ
Ｍ      ミラー
ｒ１    球面
ｒ２  ｒ３  ｒ４  非球面
Ｓ      接着剤（固定手段）
ＴＭ    テレビモニタ（表示手段）
【図１】
2004294179.tif 000003
【図２】
2004294179.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004294179.tif 000006
【図５】
2004294179.tif 000007
【図６】
2004294179.tif 000008
【図７】
2004294179.tif 000009