JPH1110502A - 屈折率分布型レンズの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 屈折率分布型光学材料の研磨加工により、精
度の高い光学レンズを製造する。 【解決手段】 被加工物を保持して回転軸の周りに回転
する回転保持手段、被加工物を研削する手段、被加工物
を研削する側と反対側の面から被加工物の回転軸を視野
に含んで観察する光学系を有する回転軸上の被加工物内
の任意の点に焦点を合わせる手段、被加工物の屈折率分
布の中心軸を回転軸の位置に移動可能な被加工物の保持
手段を有する屈折率分布型レンズの製造装置を用いて、
回転軸の中心と屈折率分布の中心軸のずれを被加工物の
回転によって得られる像から検知して両者を一致させて
加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラスあるいはプラ
スチックよりなる屈折率分布型レンズの製造装置及び加
工方法に関するものであり、特に分布中心軸と加工回転
軸を一致させる装置及び方法と、屈折率分布型レンズを
所定の厚さに研磨する装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレンズ素材は均質な透明媒質、例
えば均質でムラのないガラスやプラスチック等が用いら
れ、それを球面研磨することによって作製されていた。

【０００３】従来では、このような均質な媒質をレンズ
として用いるために研磨する場合には、例えば両平面の
母材の両面を球面研磨した後、両球面の曲率中心を通る
軸を検出し、その後外周を削ることによってレンズを形
成していた。媒質に屈折率分布を有する材質を用いた屈
折率分布型光学素子が提案されている。たとえば、円筒
状のガラス媒質中に、中心軸から半径方向に屈折率が徐
々に小さくなった、中心部と外縁との間に屈折率の差を
有したガラスの場合には、両端面が平面であっても凸レ
ンズ作用を持つ。また、ガラスのみではなくプラスチッ
ク材質で屈折率分布を持った屈折率分布型プラスチック
が提案されている。このような屈折率分布型レンズを光
学系に用いることにより、レンズ枚数の低減、光学系の
小型化等、より高性能なレンズ設計が可能となってお
り、ＴＶカメラ、電子カメラ等の電子的撮像装置、顕微
鏡、内視鏡等をはじめとして各種の光学装置に用いられ
る。

【０００４】しかし、屈折率分布型レンズを光学系に利
用するためには両面を研磨したり、また、光学系の設計
によっては球面加工する必要が生じる場合もある。均質
材料を球面加工する場合は、球面加工した後でも心取り
することが可能であったが、屈折率分布型材料を球面加
工を施す場合は加工を施す時点で、球面の曲率中心を屈
折率分布の中心軸と合致させることが不可欠である。

【０００５】また、両面が平面である屈折率分布型レン
ズの場合には、その焦点距離は、中心部と外縁部の屈折
率差とともに、厚みに依存するするので、所定の焦点距
離のものを得るためには、屈折率差に応じて所定の厚み
に正確に加工することが必要であった。

【０００６】また、特開平８−１９２３４７号公報に
は、光軸方向に垂直に屈折率分布を有する屈折率分布型
プラスチックロッドの外径から光学中心を決定し端面を
切削したり、あるいは外径を研削して光学中心と外径の
中心をほぼ一定に加工した後に球面形状を形成すること
が開示されているが、光学中心は透過光を用いて検出し
ているので、両端面を透過像が観察可能な程度に研磨す
る必要があるとともに、屈折率分布の中心から検出した
正確な外径にプラスチックロッドを研削する必要があっ
た。

【０００７】また、屈折率分布型レンズは、均質な媒質
を用いたレンズとは異なり両面が平面であってもレンズ
効果を持っており、レンズの特性は屈折率分布特性によ
って決定される。しかし、一般にＧＲＩＮロッドは屈折
率の分布を精密に調整することが難しく、中心軸部と外
縁部の屈折率差：Δｎがばらついたり、また、分布中心
が外周中心からずれるなどした場合には、加工が困難に
なる等の問題があった

【０００８】。

【発明が解決しようとする課題】本発明は、屈折率分布
型光学材料を研磨加工して、屈折率分布型レンズを製造
する際に、屈折率分布の中心軸とレンズの球面あるいは
非球面の中心軸を一致した精度の高い光学レンズ、およ
び所定の焦点距離を有するレンズを製造することが可能
なレンズ加工装置および加工方法を提供することを課題
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、屈折率分布型
レンズの製造装置において、被加工物の屈折率分布型光
学素子を回転軸の周りに回転可能に支持する支持手段
と、前記光学素子の屈折率分布の中心軸と交差する第１
面に対し前記回転軸に沿った方向から該光学素子の内部
へ向けて光を入射させるための光学系と、前記光学素子
の前記第１面に対向する第２面の外側に、前記回転軸方
向に沿って移動可能に設けた反射部材と、前記光学系か
ら該光学素子に入射し、前記反射部材で反射した戻り光
の位置を検知するための手段と、前記光学素子を研削ま
たは研磨加工する手段とを備え、前記光学素子の屈折率
分布の中心軸が前記回転軸と平行になるように前記支持
手段に取り付け、前記戻り光の位置が前記回転軸に一致
するように前記光学素子の取り付け位置を調整し、前記
光学素子の前記第２面または屈折率分布の中心軸と交差
しない側面を研削または研磨するようにした屈折率分布
型光学素子の製造装置である。また、屈折率分布型レン
ズの製造装置において、被加工物の屈折率分布型光学素
子を回転軸の周りに回転可能に支持する支持手段と、前
記光学素子の屈折率分布の中心軸と交差する第１面に向
けて、該中心軸の位置を表す指標を投影する手段と、前
記光学素子の前記第１面に対向する第２面を介して、前
記指標像の位置を検知するための手段と、前記光学素子
を研削または研磨加工する手段とを備え、前記光学素子
をその屈折率分布の中心軸が前記回転軸と平行となるよ
うに前記支持手段に取り付け、 前記指標像の位置が前
記回転軸と一致するように前記光学素子の取り付け位置
を調整し、前記光学素子の前記第１面または屈折率分布
の中心軸と交差しない側面を研削または研磨するように
した屈折率分布型光学素子の製造装置である。

【００１０】屈折率分布型レンズの製造装置において、
被加工物の屈折率分布型光学素子を回転軸の周りに回転
可能に支持する支持手段と、前記光学素子の屈折率分布
の中心軸と交差する第１面上に、該中心軸の位置を表す
指標を現出させる手段と、前記光学素子の前記第１面に
対向する第２面を介して、前記指標像の位置を検知する
ための手段と、前記光学素子を研削または研磨加工する
手段とを備え、前記光学素子をその屈折率分布の中心軸
が前記回転軸と平行となるように前記支持手段に取り付
け、前記指標像の位置が前記回転軸と一致するように前
記光学素子の取り付け位置を調整し、前記光学素子の前
記第１面または屈折率分布の中心軸と交差しない側面を
研削または研磨するようにした屈折率分布型光学素子の
製造装置である。また、屈折率分布型レンズの製造装置
が、被加工物の屈折率分布型光学素子を支持手段に支持
した際に前記光学素子の内部に焦点を有する光学系を備
えており、前記光学素子の加工面の位置が前記焦点の位
置に達するまで研削または研磨加工する前記の屈折率分
布型レンズの製造装置である。なお、本発明において、
光学素子の屈折率分布の中心軸と回転軸とを平行に保持
することは、両者の軸が厳密な意味で平行でなくても、
屈折率分布型光学素子の加工が実質的に可能である程度
の誤差がある場合も含む。

【００１１】また、屈折率分布型レンズの製造方法にお
いて、被加工物を研削する側と反対側の面から、加工軸
と一致した光軸の光を入射する工程、入射させた光を被
加工物の加工面で反射させる工程、反射させた光の光軸
と加工軸とのズレを検知する工程と、検知されたズレに
応じて、被加工物の屈折率分布の中心軸を加工軸に移動
して両者を一致させる工程と、被加工物を加工軸周りに
軸対象の加工を行う工程よりなる屈折率分布型レンズの
製造方法である。

【００１２】屈折率分布型レンズの製造方法において、
被加工物の加工面に加工軸の位置を示す指標を設ける工
程、被加工物を研削する側と反対側の面から被加工物の
加工軸を視野に含んで観察し、被加工物の加工面の加工
軸を示す指標と、加工軸のズレを検知する工程、検知し
たズレに応じて被加工物の屈折率分布の中心軸を加工軸
に移動して両者を一致させる工程、被加工物を加工軸周
りに軸対象の加工を行う工程よりなる屈折率分布型レン
ズの製造方法である。

【００１３】屈折率分布型レンズの製造方法において、
被加工物を回転軸の周りに回転する回転保持手段に取り
付け、被加工物を研削する側と反対側の面から、加工軸
と同一方向の光軸の光を入射する工程と、入射させた光
を被加工物の加工面で反射させながら、被加工物を加工
軸周りに回転させることにより、反射させた光の投影点
が移動するかどうかを検知する工程、検知した反射光の
投影点が回転と共に移動している場合は、検知した光が
回転と共に移動しなくなるまで被加工物の位置を調整さ
せる工程、被加工物を加工軸周りに軸対象の加工を行う
工程よりなる屈折率分布型レンズの製造方法である。ま
た、被加工物の研削すべき厚さの位置に焦点を設定し、
焦点位置を検知しながら研削し、焦点が合致したことを
検知して研削を停止する前記の屈折率分布型レンズの製
造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面を参照して
説明する。図１は、本発明のレンズ製造装置の一例を説
明する図である。図１（ａ）は、本発明のレンズ製造装
置の動作を説明する図であり、図１（ｂ）は、本発明の
レンズ製造装置の動作を説明する図であって、顕微鏡像
を示している。本発明のレンズ製造装置では、屈折率分
布型レンズ素材（以下、ＧＲＩＮロッド、あるいは被加
工物とも称す）１を透明な接着剤２によって、透明な貼
り付け台３に接着されている。被加工物の接着面は屈折
率の分布中心軸と精度良く垂直になるような加工されて
おり、貼り付け台の接着面及びその反対面は精度良く平
行に作製されており、貼り付け台３はチャック４によっ
て着脱自在に固定されており、両面がチャックの回転軸
（以下単に回転軸とも称す）５に垂直になるように配置
されている。貼り付け台３の被加工物１を接着した面と
は反対側には、ハーフミラー６とレーザー７が設置され
ており、レーザー光８がチャック４の回転軸５と一致し
た経路で被加工物１へ入射するように配置されている。
さらにハーフミラー６の背面には半透明性のスクリーン
９が設置されており、投影面は回転軸に垂直になるよう
に配置されている。さらにスクリーン９の背面には、ス
クリーンの投影面の反対側からレーザー光の投影点１０
を作業者１１が観察できるように顕微鏡１２が設置され
ている。また、被加工物の加工面側には回転軸方向に移
動可能な反射板１３が設置されている。反射板１３の反
射面１４は回転軸と垂直である。被加工物の屈折率分布
の中心軸と回転軸を一致させるためには、以下のように
操作する。まず、反射面１４を、被加工物の加工面に対
して油膜１５を介して密着させる。次いで、レーザー７
からハーフミラー６を介し回転軸と一致した経路を経て
レーザー光８を貼り付け台３に入射させる。このレーザ
ー光８は被加工物と貼り付け台の間に介在する接着剤２
を経て被加工物１に入射する。屈折率分布型素材である
被加工物中へ入射したレーザー光８は、屈折率分布にし
たがって進む。

【００１５】顕微鏡像１７において、屈折率分布の中心
軸と回転軸５が一致していない場合には、レーザー光８
は、被加工レンズに入射すると次第に回転軸５から外れ
る方向に徐々に曲がりながら加工側内面に到達し、反射
板１３により鏡面反射される。加工側内面は荒加工後の
粗面であるが、油膜を介しているため反射板１３により
鏡面反射される。さらに回転軸５から離れながら被加工
物内部を進み再び貼り付け台中を通過し出射する。出射
したレーザー光はハーフミラー６を通過し、スクリーン
９へ到達する。スクリーン上では回転軸から離れた位置
にレーザー光８の投影点１０が観察される。一方、屈折
率分布中心軸と回転軸が一致していれば、レーザー光
は、被加工物へ入射しても前記の場合と異なり、回転軸
と一致した経路を直進し、反射面で垂直に反射した後、
回転軸と一致した経路を経てスクリーン９へ到達する。
このような場合はスクリーン上では、回転軸とレーザー
光の投影点は一致している。作業者は回転軸と反射した
レーザ光の投影点が一致するような状態となるまで、被
加工物を貼り付け台に接着された状態のまま移動させ
る。被加工物を移動させる。両者が一致する状態が達成
できたら接着剤を固化させ、被加工物を貼り付け台に固
定し、反射板を研削砥石１６の動作に障害とならない位
置へ回避させ、チャックを回転させ、研削砥石１６を被
加工物に押し当てることにより、被加工物を所定の形状
に加工する。

【００１６】なお、以上は、ＧＲＩＮロッドの回転軸に
垂直な面、すなわちレンズとして完成した場合の光入射
面または射出面となる面を加工する場合の説明である
が、ＧＲＩＮロッドの外周面の加工、例えば通常のレン
ズの心取りに相当する加工を行う場合には、研削砥石１
６をＧＲＩＮロッドの側面に当接させ、回転軸に沿って
移動させればよい。

【００１７】以上のように、本発明の装置及び方法を用
いることによって、ＧＲＩＮロッドの心出し加工、すな
わち加工の回転軸と屈折率分布の中心軸を一致させた加
工が可能である。しかも、本発明では、荒加工後の粗面
状態からの心出し加工が可能で、さらにチャート等を用
いる必要もないため、簡単な構成で済む。また、砥石を
回転軸方向に移動させるようにすれば、レンズの外周部
を円形状に加工する外周加工機として用いることがで
き、また回転軸と垂直方向の研磨を行えば平面研削機と
して用いることもできる。

【００１８】図２は、本発明の他のレンズ製造装置を説
明する図である。図２（ａ）は、本発明のレンズ製造装
置の動作を説明する図であり、図２（ｂ）は、図２
（ａ）の装置を用いた場合の顕微鏡像を説明する図であ
る。レーザーの配置及びレーザー光の入射方向以外の構
成は、図１と同じである。ずなわち、図２（ａ）に示す
装置では、レーザー光の入射方向は、屈折率分布軸と同
一方向の光軸をもって入射する。本発明において、同一
方向とは、厳密な意味で平行な方向に限らず、反射板で
反射してスクリーンに映るような入射の方向であれば、
回転軸と一致した経路に限らず、任意の方向を意味す
る。

【００１９】貼り付け台３に入射したレーザー光８は、
貼り付け台内部を直進し、被加工物１へ入射する。被加
工物内へ入射したレーザー光８は、被加工物内部の屈折
率分布にしたがい、連続的に屈折して経路を曲げながら
進み、反射板１３に到達して反射され、再び被加工物内
部を屈折しながら進み、接着面へ到達し、再び貼り付け
台へ入射し内部を直進し、貼り付け台外へ出射され、ス
クリーン９ヘ到達する。レーザー光８の投影点１０がス
クリーンに映った状態で、チャックを被加工物及び貼り
付け台を徐々に回転させる。

【００２０】顕微鏡像１７において、回転軸５と屈折率
分布の中心軸が一致している場合には、被加工物内部の
屈折率分布は分布の中心軸を中心に回転対称になってい
るため、レーザー光を回転軸と一致しない経路で入射さ
せた状態で被加工物を回転軸周りに回転させても、内部
を通過する軌跡は変化しない。したがって、スクリーン
９に映るレーザー光の投影点１０は、被加工物を回転さ
せても動かない。一方、回転軸５と屈折率分布中心軸が
一致していない場合は、内部を通過するレーザー光に対
して、屈折率が回転に伴い連続的に変化することにな
り、内部を通過するレーザー光の軌跡も回転に伴い変化
する。したがって、スクリーンの投影点１０は、被加工
物の回転に伴いスクリーン上を移動する。

【００２１】このような方法に基づき、被加工物１を加
工上適切な位置に調整する。すなわち、顕微鏡によりス
クリーン上に投影されるレーザー光を、被加工物と共に
チャックを回転させながら観察し、スクリーン上に映る
レーザー光の投影点１０を観察する。もしその観察像
が、回転に伴いレーザー光の投影点がスクリーン上を移
動するようであれば、貼り付け台上の被加工物を適宜移
動させ、再び回転させながら観察する。そして、回転さ
せてもスクリーン９上の投影点１０が停止して見える状
態になるまで、上記操作を繰り返す。回転させてもスク
リーン上の投影点が止まっていれば、回転軸と屈折率分
布中心軸が一致していることが確認できる。以降の操作
は図１の方法と同様にできる。

【００２２】図２に示した方法では、レーザー光の入射
方向は反射光が光学系によって観察可能な方向であれば
任意の方向で良いため、回転軸と精度良く一致させると
いう労力を必要としない。しかも本例では、レーザー光
を斜め方向から入射させているため、回転軸と一致した
軌跡で入射させる場合よりも精度の高い心出しを行うこ
とができる。すなわち、回転軸とレーザー光の光軸を一
致させて入射させる方法では、ほぼ心出しがされている
状態では、屈折率分布の放物線の頂点付近をレーザー光
が通過する。この場合、レーザー光が通過する領域の屈
折率の変化率は比較的小さく、したがって微妙なずれを
検知するには、各部材の配置の精度がかなり高くなけれ
ばならない。一方、本例のようにレーザー光を被加工物
へ斜めに入射させると、ほぼ心出しされている状態で
も、図１の例よりもより広い範囲の屈折率の変化率の領
域をレーザー光が通過することになる。したがって、微
妙なずれを検知することができ、より精度の高い心出し
を行うことができる。

【００２３】図３は、本発明の他のレンズ製造装置を説
明する図である。図３（ａ）は、本発明のレンズ製造装
置の動作を説明する図であり、図３（ｂ）は、図３
（ａ）の装置を用いた場合の、顕微鏡像を説明する図で
ある。被加工物１は貼り付け台３に接着され、貼り付け
台３は脱着可能なチャック４によって固定されているチ
ャック４は回転軸５の周りに回転可能である。貼り付け
台の被加工物と反対側には顕微鏡１２が配置されてい
る。顕微鏡１２は、視野の中心、すなわち顕微鏡の光学
系の光軸がチャックの回転軸と一致している。顕微鏡の
視野の中心には、回転軸を示す指標１９を有している。
また、被加工物の加工面側には、チャート投影装置２０
が配置されており、チャートがチャートの中心が回転軸
と一致するように被加工物１の加工面２２に投影され
る。

【００２４】被加工物の加工面は粗面であるため、加工
面はいわゆる投影スクリーンと同様の作用を有し、ここ
にチャートを投影することができる。作業者１１は顕微
鏡１２により被加工物の加工面に投影されたチャート２
１を、被加工物内面側から観察する。回転軸と屈折率分
布中心軸が一致している場合は、顕微鏡に設けた回転中
心の指標１９と、加工面に投影されたチャートの中心２
３が一致して見える。一方、回転軸と屈折率分布中心軸
が一致していない場合は、顕微鏡の中心とチャートの中
心がずれて見える。そこで、作業者は、顕微鏡を観察し
ながら、顕微鏡の回転中心の指標１９とチャートの中心
２３が一致するまで、被加工物を移動する。その後、図
１に示した装置と同様に加工を行うことができる。

【００２５】図４は、本発明の他のレンズ製造装置を説
明する図である。図４（ａ）は装置を説明する図であ
る。図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）の装置を用いた
場合の、顕微鏡像を説明する図である。被加工物、貼り
付け台、チャック、顕微鏡の配置は図３に示した装置と
同様である。被加工物１の加工面に反射板１３が油膜１
４を介して接して配置されている。作業者は、反射板と
貼り付け台の間を、被加工物を動かすことができる。反
射板１３は、研削砥石１６を被加工物に押し当てて加工
する際、加工の妨げとならないように回転軸方向に移動
可能である。反射板の被加工物加工面と接する面にはチ
ャート２１が設けられている。チャート２１は反射面に
刻印もしくは貼付されている。チャートの中心は回転軸
と一致している。

【００２６】作業者は、顕微鏡により被加工物の加工面
に接している反射板１３のチャートを被加工物を通じて
観察する。チャートは被加工物の加工面と油を介して接
しているため、被加工物の加工面が粗面であっても観察
することができる。顕微鏡の視野の中心には、回転軸を
示す指標１９を有している。

【００２７】図４（ｂ）は、ＧＲＩＮロッドの屈折率分
布中心軸と回転軸とが一致している場合の顕微鏡像、図
４（ｃ）は、ＧＲＩＮロッドの屈折率分布中心軸と回転
軸とが一致していない場合の顕微鏡像を、それぞれ示し
ている。ＧＲＩＮロッドの屈折率分布中心軸と回転軸と
が一致している場合には、チャートの中心と指標１９と
が一致して見える。一方、屈折率分布中心軸と回転軸が
一致してない場合には、チャートの中心が指標１９の中
心からずれて見える。そこで、作業者は、顕微鏡を観察
しながら、顕微鏡中心とチャート中心が一致するまで適
宜被加工物を移動させる。一致させることができたら、
接着剤で固化させ、被加工物をチャックに固定する。次
いで、反射板を加工の妨げにならない位置まで移動さ
せ、図１〜３に示した装置と同様にして加工を行う。

【００２８】以上のようにして、心出し加工を行うこと
ができる。また、顕微鏡の回転中心を示す指標を円形に
して、回転軸と屈折率分布中心軸のずれの許容量に応じ
てその円の径を決めることにより、ずれの許容範囲に応
じた心出し加工を行うことができる。

【００２９】例えば、精密な光学系に用いるＧＲＩＮレ
ンズの場合は、円の径を小さくするなどして、許容され
るずれに応じた加工をすることができる。また、顕微鏡
の指標のみに限らず、反射板のチャートの線をズレの許
容量に応じた間隔の二重線にしたり、線の太さでそれを
表すなどすることもできる。

【００３０】図５は、ＧＲＩＮロッドの底面が分布中心
軸に対して垂直となるように加工する方法を説明する図
である。図５（ａ）は、歯車型のヤトイ３０を用いた方
法であり、ヤトイの側面３１に所定の長さに切断された
ＧＲＩＮロッド１を接着し平面研磨を行うものである。
ＧＲＩＮロッドの切断は、ダイヤモンドカッター、レー
ザー切断機、水圧切断機などにより行い、切断したＧＲ
ＩＮロッドを歯車型ヤトイの側面に外周が密着するよう
に接着する。歯車型のヤトイの側面はヤトイの底面に対
して精度良く垂直に加工されているので、円筒型のＧＲ
ＩＮロッド１は、正確な円筒状の容器中でゲル化して製
造しているので、屈折率分布の中心軸は、円筒の中心軸
に平行であるので、円筒外周に対して垂直な面は同時に
屈折率分布の中心軸に対しても垂直になる。したがっ
て、この方法によれば、分布中心軸に対して垂直な底面
に加工する。また、図５（ｂ）〜（ｄ）に示す方法は、
狭角６０度のくさび形のヤトイを用いる方法である。図
５（ｂ）で示すように、くさび形のヤトイ３２のクサビ
部分３３にＧＲＩＮロッド１を充填し、図５（ｃ）に示
すように、押さえ板３４で押さえるとともに、ＧＲＩＮ
ロッド１相互の隙間に充填した接着剤３５を固着する
と、図５（ｄ）に側面図を示すように、ＧＲＩＮロッド
１がくさび型ヤトイ固着したものが得られる。そして、
クサビ型ヤトイ、ＧＲＩＮロッド、押さえ板を互いに固
定した状態で研磨する。クサビ型ヤトイは、クサビ面に
対して底面が精度良く直角に加工されている。また、同
一半径の円筒形のＧＲＩＮロッドは、クサビ型ヤトイの
狭角６０度のくさび部分に緩みなく充填することができ
る。したがって、くさび部分に充填したＧＲＩＮロッド
を、押さえ板、接着剤によりくさび型ヤトイに強固に固
定することができる。

【００３１】以上のように、本発明の装置および方法を
用いることによって、ＧＲＩＮロッドの心出し加工、す
なわち加工の回転軸と屈折率分布の中心軸を一致させた
加工が可能である。しかも、本発明では、荒加工後の粗
面状態からの心出し加工が可能であり、また砥石を回転
軸方向に移動させるようにすれば、レンズの外周部を円
形状に加工する外周加工機ととして用いることができ、
また回転軸と垂直方向の研磨を行えば平面研削機として
用いることもできる。

【００３２】また、本発明は、屈折率分布型ガラス、屈
折率分布型プラスチックスのいずれの加工にも適用する
ことが可能である。本発明は、ＧＲＩＮロッドの表面を
球面あるいは非球面等に曲面加工をする場合のみではな
く、本発明の方法によって芯出し加工をしたＧＲＩＮロ
ッドから所定の焦点距離のレンズを得るために、平面研
削する場合にも適用することができる。

【００３３】図６は、平面研磨機の一例を説明する図で
ある。図１ないし４に記載の装置によって芯出し加工さ
れたＧＲＩＮロッドを取り付けた貼り付け台３は、押さ
え板４１により研磨機の電磁チャック付きステージ４２
（以下、単にステージとも称す）に固定されている。Ｇ
ＲＩＮロッド１は取り付け台に接着した面の反対側か
ら、研磨砥石駆動装置４３に取り付けた研磨砥石４４に
よって研磨される。貼り付け台のＧＲＩＮロッドを貼り
付けた側とは反対側には、顕微鏡１２が設置されてい
る。顕微鏡は、被加工物の研磨側内面を観察することが
でき、研磨中も観察可能である。ＧＲＩＮロッド１は、
その屈折率分布の中心軸が顕微鏡視野の中心の顕微鏡の
光軸と一致するように配置している。顕微鏡の焦点４５
は、ＧＲＩＮロッド１が所定の仕上がり厚さのときに、
ＧＲＩＮロッドの加工側内面の屈折率分布中心に合致す
るように設定されている。

【００３４】焦点４５の設定方法としては、所定厚さに
研磨済みの完成品を分布中心軸と視野中心が一致するよ
うに設置し、その内面に顕微鏡の焦点を合わせる方法、
あるいは貼り付け台、接着剤及びＧＲＩＮロッドの屈折
率から焦点位置を算出して設定する方法等によって行う
ことができる。そのように焦点位置を設定した状態で、
作業者１１が顕微鏡像を観察しながら研磨を行う。研磨
初期で所望の厚さより厚い場合には顕微鏡像の焦点は合
っていないが、次第に研磨が進み研磨厚さが所望の厚さ
になると、像の焦点が合う。これにより所望厚さまで研
磨したことを検知できる。また、平面研磨機を例に説明
を行ったが、研磨砥石として分布中心軸上に球面中心が
ある球面砥石を用い、光軸を中心に回転させれば、球面
研磨を行うことができる。さらに、砥石の位置の調節に
よって非球面加工も可能である。

【００３５】図７は、本発明の他の平面研磨機を説明す
る図であり、平面研磨機において芯出しとともに研削加
工をすることができる装置を説明する図である。電磁チ
ャック付きステージ４２上に設けた、ステンレス等の金
属製の貼り付け台４６の中央付近には被加工物保持穴４
７が設けられている。被加工物保持穴４７は、被加工物
１の外周よりも若干大きい径の穴と、さらにその穴の下
部の被加工物が穴から抜け落ちないために設けられた段
差４８から構成されている。被加工物は貼り付け台の被
加工物保持穴に取り付けられ、被加工物保持穴の下部の
段差に押し当てた状態で接着剤が穴と被加工物外周との
隙間に流しこまれ、被加工物保持穴に固定される。ま
た、研磨砥石駆動装置４３に取り付けた研磨砥石４４が
揺動することにより、被加工物１が研磨される。

【００３６】ステージは研磨砥石の揺動面と平行な平面
内で２軸方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動、および固定可能
で、前記平面に対し垂直な軸（図７ではＡ軸）のまわり
に回転、かつ、固定可能である。ステージ上面、貼り付
け台下面及び被加工物保持穴下部の段差面は、研磨砥石
の揺動面と精度良く平行になるように配置されている。
さらに、ステージの研磨部の反対側には、研磨砥石の揺
動面と垂直な光軸を持つ光学系を有する顕微鏡が設置さ
れており、顕微鏡の視野には光軸位置に光軸を示す指標
が示されている。顕微鏡は、ステージの穴、貼り付け台
の被加工物保持穴及び被加工物本体を通して、被加工物
の加工側内面を観察することができ、さらに研磨中も観
察可能である。

【００３７】反射板１３を加工面に油膜を介して接す
る。反射板で反射してスクリーンに映るレーザー投影点
１０を観察しながら、ステージを回転させる。もし、ス
クリーンのレーザー光の投影点１０が動くようなら、回
転軸と一致した顕微鏡の光軸と被加工物の屈折率分布中
心軸は一致していない。スクリーンのレーザー光の投影
点が、ステージ４２を回転させても動かなくなるまで、
ステージ４２をＸ−Ｙ方向に移動して調整する。レーザ
ー光の投影点が回転軸に一致したら反射板を移動させ、
替わりに研磨砥石を被加工物上に移動させる。また図の
点線で囲まれた部分で示されるレーザー、ハーフミラ
ー、スクリーン等からなる芯出し用の機構を顕微鏡視野
に入らない位置まで待避させる。

【００３８】次いで、顕微鏡視野の中心の焦点位置を、
被加工物が所望の仕上がり厚さ時の被加工物の加工側内
面に合致するように設定する。そのように設定すると、
研磨初期で所定の厚さより厚い場合には顕微鏡像の焦点
は合っていないが、次第に研磨が進み研磨厚さが所望の
厚さになると、像の焦点が合う。これにより、所望の厚
さまで研磨したことを検知することができる。

【００３９】図８は、本発明の他のレンズ製造装置を説
明する図である。

【００４０】図８に示す装置は、図７の装置と同様のレ
ンズ製造装置であり、ステージ４２は研磨砥石４４の揺
動面と平行な平面内で２軸方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動お
よび固定可能で、前記平面に対し垂直な軸のまわりに回
転、あるいは固定可能である。ステージ上面、取付け台
下面および被加工物保持穴４７下部の段差４８面は、研
磨砥石の揺動面と精度良く平行になるように配置されて
いる。

【００４１】ハーフミラー６の被加工物１とは反対側に
は、自動焦点調節機構付き顕微鏡４９が設置されてお
り、さらにその背後には、ＣＣＤカメラ５０が設置され
ており、レンズ加工装置の各種の動作を制御する制御装
置５１、レンズ加工装置への動作を指示する入力装置５
２、表示装置５３が設けられている。

【００４２】次いで、図７に示す装置と同様に、被加工
物１を貼り付け台４６に取り付けて、入力装置５１によ
って制御装置５２へ動作の指示を行うと、制御装置５２
は反射板１３を被加工物の加工面へ移動させ、反射面は
油を介して加工面と接触する。

【００４３】次いで、レーザー７はレーザー光を発光
し、レーザー光はハーフミラー６により反射され、被加
工物１へ入射する。レーザー光８の入反射の作用は図７
と同じである。反射板１３で反射され、再び被加工物か
ら出射してきたレーザー光はハーフミラー６を通過し、
自動焦点調節機構付き顕微鏡４９を通過しＣＣＤカメラ
５０に到達する。制御装置５１は、ＣＣＤカメラ５０へ
のレーザー光の入射を検知した後、ステージ４２を回転
させる。表示装置５３上のレーザー光の投影点５４で示
すように、屈折率分布中心軸とステージ４２の回転軸の
指標５５が一致していない場合、レーザー光の投影点５
４はステージの回転に伴いＣＣＤ上を移動する。この場
合制御装置は、ＣＣＤ上のレーザー光の投影点の移動を
検知し、ステージをＸ−Ｙ方向へ移動させる。被加工物
と反射板の間には油膜が存在しているために、被加工物
は反射板の反射面を円滑に移動することができる。制御
装置５１は、ステージを回転させてもレーザー光の投影
点５４と回転軸の指標５５上を動かなくなるまで、ステ
ージを移動させ、レーザー光の投影点が動かない状態に
なったら、制御装置は心出し完了を検知する。

【００４４】心出しの完了後、制御装置は、レーザー光
を停止させ、ステージを固定させる。 さらに、自動焦
点調節機構付き顕微鏡４９の焦点位置を、第４図の例と
同様にして、被加工物の加工すべき厚さの焦点位置に設
定し、そのときの焦点位置を表すデータを制御装置に入
力する。制御装置５１は反射板に代えて研磨砥石４４を
被加工物上へ移動させ、研磨を開始する。この例では、
自動焦点調節機構により顕微鏡の焦点は常に被加工物の
加工面に合致している。したがって、研磨の初期には実
際の焦点位置は予め入力されているデータより遠い位置
にあるが、研磨が進むにしたがいズレが小さくなる。実
際の焦点位置が予め入力されている焦点位置と一致した
ところで、被加工物は所定の厚さになるので、制御装置
は研磨砥石の駆動を停止させる。

【００４５】図８の装置によって、自動焦点調節機構に
より、芯出し工程と共に、研削工程を自動的に行うこと
ができるために、顕微鏡を絶えず観察している必要がな
い。また、より客観的で正確な検知を行うことができ
る。したがって、完成したＧＲＩＮレンズの加工誤差を
小さくすることができる。また本発明は、ＧＲＩＮロッ
ドの表面を球面あるいは非球面等に曲面加工をする場合
のみではなく、所定の焦点距離のレンズを得るために、
平面研削する場合にも同様に適用することができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、回転中心軸と屈折率分
布中心軸を一致させてレンズ加工したり、所定の厚さに
研磨してレンズ特性を調整することが可能であるので、
広範な特性のＧＲＩＮロッドから光学レンズを製造する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のレンズ製造装置の一例を説明
する図である。

【図２】図２は、本発明のレンズ製造装置の一例を説明
する図である。

【図３】図３は、本発明のレンズ製造装置の一例を説明
する図である。

【図４】図４は、本発明のレンズ製造装置の一例を説明
する図である。

【図５】図５は、ＧＲＩＮロッドの底面が分布中心軸に
対して垂直とするように加工する方法を説明する図であ
る。

【図６】図６は、平面研磨機の一例を説明する図であ
る。

【図７】図７は、本発明の他の平面研磨機を説明する図
である。

【図８】図８は、本発明の他の平面研磨機を説明する図
である。

【符号の説明】

１…屈折率分布型レンズ素材（ＧＲＩＮロッド、被加工
物）、２…接着剤、３…貼り付け台、４…チャック、５
…チャックの回転軸（回転軸）、６…ハーフミラー、７
…レーザー、８…レーザー光、９…スクリーン、１０…
レーザー光の投影点、１１…作業者、１２…顕微鏡、１
３…反射板、１４…反射面、１５…油膜、１６…研削砥
石、１７…顕微鏡像、１９…回転軸を示す指標、２０…
チャート投影装置、２１…チャート、２２…加工面、２
３…チャートの中心、３０…歯車型のヤトイ、３１…ヤ
トイの側面、３２…くさび形のヤトイ、３３…クサビ部
分、３４…押さえ板、３５…接着剤、４１…押さえ板、
４２…電磁チャック付きステージ（ステージ）、４３…
研磨砥石駆動装置、４４…研磨砥石、４５…顕微鏡の焦
点、４６…貼り付け台、４７…被加工物保持穴、４８…
段差、４９…自動焦点調節機構付き顕微鏡、５０…ＣＣ
Ｄカメラ、５１…制御装置、５２…入力装置、５３…表
示装置、５４…レーザー光の投影点、５５…回転軸の指
標

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西岡 公彦 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈折率分布型レンズの製造装置におい
   て、被加工物の屈折率分布型光学素子を回転軸の周りに
   回転可能に支持する支持手段と、 前記光学素子の屈折率分布の中心軸と交差する第１面に
   対し前記回転軸に沿った方向から該光学素子の内部へ向
   けて光を入射させるための光学系と、 前記光学素子の前記第１面に対向する第２面の外側に、
   前記回転軸方向に沿って移動可能に設けた反射部材と、 前記光学系から該光学素子に入射し、前記反射部材で反
   射した戻り光の位置を検知するための手段と、 前記光学素子を研削または研磨加工する手段とを備え、 前記光学素子をその屈折率分布の中心軸が前記回転軸と
   平行になるように前記支持手段に取り付け、 前記戻り光の位置が前記回転軸に一致するように前記光
   学素子の取り付け位置を調整し、 前記光学素子の前記第２面または屈折率分布の中心軸と
   交差しない側面を研削または研磨するようにしたことを
   特徴とする屈折率分布型光学素子の製造装置。
2. 【請求項２】 屈折率分布型レンズの製造装置におい
   て、被加工物の屈折率分布型光学素子を回転軸の周りに
   回転可能に支持する支持手段と、 前記光学素子の屈折率分布の中心軸と交差する第１面に
   向けて、該中心軸の位置を表す指標を投影する手段と、 前記光学素子の前記第１面に対向する第２面を介して、
   前記指標像の位置を検知するための手段と、 前記光学素子を研削または研磨加工する手段とを備え、 前記光学素子をその屈折率分布の中心軸が前記回転軸と
   平行となるように前記支持手段に取り付け、 前記指標像の位置が前記回転軸と一致するように前記光
   学素子の取り付け位置を調整し、 前記光学素子の前記第１面または屈折率分布の中心軸と
   交差しない側面を研削または研磨するようにしたことを
   特徴とする屈折率分布型光学素子の製造装置。
3. 【請求項３】 屈折率分布型レンズの製造装置におい
   て、被加工物の屈折率分布型光学素子を回転軸の周りに
   回転可能に支持する支持手段と、 前記光学素子の屈折率分布の中心軸と交差する第１面上
   に、該中心軸の位置を表す指標を現出させる手段と、 前記光学素子の前記第１面に対向する第２面を介して、
   前記指標像の位置を検知するための手段と、 前記光学素子を研削または研磨加工する手段とを備え、 前記光学素子をその屈折率分布の中心軸が前記回転軸と
   平行となるように前記支持手段に取り付け、 前記指標像の位置が前記回転軸と一致するように前記光
   学素子の取り付け位置を調整し、 前記光学素子の前記第１面または屈折率分布の中心軸と
   交差しない側面を研削または研磨するようにしたことを
   特徴とする屈折率分布型光学素子の製造装置。
4. 【請求項４】 屈折率分布型レンズの製造装置が、被加
   工物の屈折率分布型光学素子を支持手段に支持した際に
   前記光学素子の内部に焦点を有する光学系を備えてお
   り、前記光学素子の加工面の位置が前記焦点の位置に達
   するまで研削または研磨加工することを特徴とする請求
   項１、２、３のいずれか１項に記載の屈折率分布型レン
   ズの製造装置。
5. 【請求項５】 屈折率分布型レンズの製造方法におい
   て、被加工物を研削する側と反対側の面から、加工軸と
   一致した光軸の光を入射する工程、入射させた光を被加
   工物の加工面で反射させる工程、反射させた光の光軸と
   加工軸とのズレを検知する工程と、検知されたズレに応
   じて、被加工物の屈折率分布の中心軸を加工軸に移動し
   て両者を一致させる工程と、被加工物を加工軸周りに軸
   対象の加工を行う工程よりなることを特徴とする屈折率
   分布型レンズの製造方法。
6. 【請求項６】 屈折率分布型レンズの製造方法におい
   て、被加工物の加工面に加工軸の位置を示す指標を設け
   る工程、被加工物を研削する側と反対側の面から被加工
   物の加工軸を視野に含んで観察し、被加工物の加工面の
   加工軸を示す指標と、加工軸のズレを検知する工程、検
   知したズレに応じて被加工物の屈折率分布の中心軸を加
   工軸に移動して両者を一致させる工程、被加工物を加工
   軸周りに軸対象の加工を行う工程よりなることを特徴と
   する屈折率分布型レンズの製造方法。
7. 【請求項７】 屈折率分布型レンズの製造方法におい
   て、被加工物を回転軸の周りに回転する回転保持手段に
   取り付け、被加工物を研削する側と反対側の面から、加
   工軸と同一方向の光軸の光を入射する工程と、入射させ
   た光を被加工物の加工面で反射させながら、被加工物を
   加工軸周りに回転させることにより、反射させた光の投
   影点が移動するかどうかを検知する工程、検知した反射
   光の投影点が回転と共に移動している場合は、検知した
   光が回転と共に移動しなくなるまで被加工物の位置を調
   整させる工程、被加工物を加工軸周りに軸対象の加工を
   行う工程よりなることを特徴とする屈折率分布型レンズ
   の製造方法。
8. 【請求項８】 被加工物の研削すべき厚さの位置に焦点
   を設定し、焦点位置を検知しながら研削し、焦点が合致
   したことを検知して研削を停止することを特徴とする請
   求項５ないし７のいずれか１項に記載の屈折率分布型レ
   ンズの製造方法。