KR200372906Y1 - 렌즈 초점거리 및 편심 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 노달 슬라이드 방식으로 레일(10) 상의 일직선 광 경로에서 피측정렌즈(L)를 측정하는 장치에 있어서: 상기 벤치(10) 상에 이동 및 회동 가능하게 설치되고, 피측정렌즈(L)를 내부에 수용하는 렌즈홀더(50); 상기 렌즈홀더(50)의 일측으로 이격되어 고정되고, 광섬유다발(65)을 구비하는 콜리메타(60); 상기 렌즈홀더(50)의 타측으로 이동가능하게 장착되고, 광섬유다발(75)을 구비하는 현미경(70); 및 상기 현미경(70)의 영상을 CCD카메라(80)로 획득하여 모니터(90)로 디스플레이하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

렌즈 홀더(50)를 광경로 동축 회전이 가능하게 하고, 광섬유 출광부 단면 모양을 오브젝트로 하여 영상을 모니터로 디스플레이 함에 따라 측정의 용이성과 신뢰성을 향상할 뿐 아니라 기존의 장비에 비하여 경제적이고, 초점거리는 물론 편심 측정도 가능한 효과가 있다.

Description

렌즈 초점거리 및 편심 측정장치 {Apparatus for measuring lens focal length and eccentricity}

본 고안은 렌즈 초점거리 및 편심 측정장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 렌즈의 유효초점거리(Effective Focal Length)와 뒤 초점거리(Back Focal Length)를 측정함에 있어서 측정의 용이성과 신뢰성을 향상하는 렌즈 초점거리 및 편심 측정장치에 관련된 것이다.

제조현장에서 일련의 공정을 거쳐 완성된 렌즈는 굴절률, 초점거리, 분해능, 배율, 각종 수차, 간섭무늬 등으로 그 성능이 평가된다. 이 중 초점거리를 측정하는 방법으로 Neutralization Test, Auto-Collimation Technique, Geneva Gauge(Spherometer)를 사용한 측정, Newtonian Distances를 이용한 측정, Reciprocal Magnification Method에 의한 측정, 그리고 노달 슬라이드(Nodal Slide)를 이용한 측정 등이 있다. 이중 노달 슬라이드를 이용한 초점거리 측정은 다른 방법들보다 더욱 정확하고, 넓은 범위의 초점거리를 측정할 수 있어 고정밀 렌즈의 성능을 측정하는 데 있어 가장 적합하다.

도 1은 종래의 측정장치를 개략적으로 나타내는 도식도이다.

종래의 노달 슬라이드는 레일(10) 상에 피측정렌즈(L)를 수용하는 렌즈홀더(20), 평행 광을 발생하는 콜리메타(30), 접안렌즈(46)로 관찰하는 현미경(40)이 일직선으로 구비된다. 렌즈홀더(20)와 현미경(40)은 각각의 스테이지(22)(42)에 의해 마이크로미터 단위로 미세한 이동이 가능하고, 초점을 맞추기 위해 이동한 거리는 레일(10) 후면에 장착되는 리니어스케일(15)에 의해 측정이 가능하다.

이때, 콜리메타(30)는 광원(35)과 차트(38)가 설치되고, 현미경(40)에는 또 다른 광원(45)과 차트(48)가 설치된다. 콜리메타(30)의 차트(38)는 렌즈(L)의 뒤 초점거리 측정과 유효초점거리 측정에 사용되는 것으로서, 광원(35)에서 조사되는빛은 차트(38), 핀홀, 콜리메이션 렌즈를 통과하여 평행 광으로 진행하다 피검사렌즈(L)를 지나 상을 맺는다. 현미경(40)의 챠트(48)는 피측정렌즈(L)의 뒤 초점거리 측정에 사용되는 것으로서, 광원(45)을 출발한 빛은 차트(48)를 통과하여 렌즈홀더(20)로 입사된다. 차트(38)(48)에는 임의의 패턴이 있어 패턴이 있는 부분의 빛은 차단하고 패턴이 없는 부분의 빛만을 통과한다. 이와 같은 차트(38)(48)의 패턴은 반도체 공정을 거쳐 정밀하게 제작되는데, 현미경(40)의 차트(48)가 상대적으로 정밀도가 낮지만 양자가 모두 고비용이 들게 된다.

본 고안은 콜리메타와 현미경의 광원을 광섬유로 대체하면서 콜리메타 차트와 현미경 차트를 생략하고 광섬유 모양을 오브젝트로 하여 측정이 가능한 렌즈 초점거리 및 편심 측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 고안의 다른 목적은 상호 구조적인 유사성을 이용하여 초점거리 뿐 아니라 편심 측정이 가능하도록 한다.

본 고안의 또 다른 목적은 현미경에 카메라를 장착하고 영상을 모니터로 디스플레이하여 보다 정밀한 측정이 가능하도록 한다.

도 1은 종래의 측정장치를 개략적으로 나타내는 도식도,

도 2는 본 고안에 따른 측정장치를 개략적으로 나타내는 도식도,

도 3은 본 고안에 따른 렌즈홀더의 변형예를 나타내는 부분 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

10: 레일 15: 리니어스케일

20, 50: 렌즈홀더 30, 60: 콜리메타

40, 70: 현미경 52, 72: 스테이지

54: 회전자 55: 보조링

56: 베어링 65, 75: 광섬유다발

80: CCD카메라 85: 릴레이렌즈

90: 모니터

이러한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 노달 슬라이드 방식으로 레일(10) 상의 일직선 광 경로에서 피측정렌즈(L)를 측정하는 장치에 있어서: 상기 벤치(10) 상에 이동 및 회동 가능하게 설치되고, 피측정렌즈(L)를 내부에 수용하는 렌즈홀더(50); 상기 렌즈홀더(50)의 일측으로 이격되어 고정되고, 광섬유다발(65)을구비하는 콜리메타(60); 상기 렌즈홀더(50)의 타측으로 이동가능하게 장착되고, 광섬유다발(75)을 구비하는 현미경(70); 및 상기 현미경(70)의 영상을 CCD카메라(80)로 획득하여 모니터(90)로 디스플레이하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 변형예로서, 상기 렌즈홀더(50)는 베어링(56)을 개재하여 외주면을 상하로 감싸는 보조링(55)을 더 구비하여 광 경로와 동축상에서 회전 가능하도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 측정장치를 개략적으로 나타내는 도식도, 도 3은 본 고안에 따른 렌즈홀더의 변형예를 나타내는 부분 단면도이다.

본 고안은 노달 슬라이드 방식으로 레일(10) 상의 일직선 광 경로에서 피측정렌즈(L)의 초점거리를 측정하는 장치에 관련된다. 본 고안의 목적에 따라 고가의 차트(38)(48)를 배제하기 위해서는 광원에서 자체적으로 패턴을 발생하면서 충분한 광량을 얻을 수 있는 구조가 도입되어야 한다. 레일(10) 상에서 렌즈홀더(50)를 중심으로 양측에 각각 콜리메타(60)와 현미경(70)이 배치되어 일직선의 광 경로가 형성되는 구성에 있어서 전술한 도 1과 동일하다.

본 고안에 따르면 피측정렌즈(L)를 내부에 수용하는 렌즈홀더(50)가 상기 레일(10) 상에 이동 및 회전 가능하게 설치된다. 렌즈홀더(50)는 스테이지(52)를 개재하여 레일(10) 상에 설치되어 마이크로미터 단위로 이동이 가능하고, 수직으로연장되는 축상에 회전자(54)를 개재하여 설치되어 좌우 일정 각도로 회전(회동)이 가능하다.

또, 본 고안에 따르면 광섬유다발(65)을 구비하는 콜리메타(60)가 상기 렌즈홀더(50)의 일측으로 이격되어 고정되고, 광섬유다발(75)을 구비하는 현미경(70)이 상기 렌즈홀더(50)의 타측으로 이동가능하게 장착된다. 콜리메타(60)는 레일(10) 상에 움직이지 않도록 고정하고, 현미경(70)은 스테이지(72)를 개재하여 미세 이동가능하게 설치한다. 종래의 광원(35)(45)은 통상 백열등과 같은 램프를 사용하지만 본 고안은 광섬유다발(65)(75)을 도입한다. 광섬유다발(65)(75)은 콜리메타(60)와 현미경(70)에서 각각 소요되는 조도가 발생될 수 있는 수량으로 결속하되, 가급적 그 수량을 적게 하면 점광원을 유지하여 측정 오차를 줄이는데 유리하다.

본 고안에 따라 콜리메타(60)의 광원에 광섬유를 사용하면 광섬유 다발의 단면 형태가 직접 차트로 대체 사용되기 때문에 고비용의 차트 없이 뒤 초점거리를 측정할 수 있다. 위와 같은 비용절감 효과 뿐 아니라 충분한 광량을 얻을 수 있어 이미지가 더욱 밝고 크기 때문에 측정의 정밀도가 높아진다. 동일한 방식으로 현미경(70)의 광원에 광섬유를 사용하여 차트 이미지로 대체하면 저렴하고 정밀하게 뒤 초점거리와 유효초점거리를 측정할 수 있다.

또, 본 고안에 따르면 상기 현미경(70)의 영상을 CCD카메라(80)로 획득하여 모니터(90)로 디스플레이하는 제어수단을 포함한다. CCD카메라(80)는 현미경(70)의 접안렌즈(46)(도 1 참조) 위치에 릴레이렌즈(85)를 개재하여 결합되도록 한다. CCD카메라(80)의 영상은 모니터 또는 별도의 장비에 의해 디스플레이 된다. 종래와 같이 작업자가 접안렌즈(46)에 밀착하여 상을 관찰하면서 뒤 초점거리와 유효초점거리를 측정하게 되면 장시간 작업으로 인해 눈에 피로가 가중된다. 더구나 렌즈홀더(50)를 회전하면서 이미지의 회전을 정확하게 관찰하는 경우 측정오차가 더욱 커지게 된다.

이러한 측정 오차를 방지하고 더욱 정확한 값을 얻기 위해 현미경(70)의 접안렌즈(46) 대신 릴레이렌즈(85)와 CCD카메라(80)를 사용하여 모니터(90)로 통해 이미지를 출력한다. 10배 접안렌즈의 경우 10배로 확대해서 보여주지만, CCD카메라(80)는 CCD 센서의 크기가 1/3″고 모니터(90)가 14″일 때 40배(모니터크기/센서크기) 이상으로 확대하여 볼 수 있게 된다. 접안렌즈에 눈을 대고 측정하는 것과 비교하여 모니터를 관찰하면 편안한 환경에서 측정이 가능하므로, 작업자의 피로를 줄이고, 작업자에 의한 측정 오차를 최소화 할 수 있다.

통상 초점거리 측정기는 편심 측정기와 동일한 구조를 갖는다. 도시에는 없으나 편심 측정기는 광원, 차트, 렌즈홀더, 현미경으로 구성되고, 렌즈홀더의 렌즈를 회전하였을 때 현미경에 맺히는 차트 이미지의 이동 정도에 따라 편심을 측정한다. 렌즈는 렌즈를 지나는 광 경로를 중심축으로 하여 회전하며, 현미경에 맺힌 상의 한눈금당 편심 정도는 렌즈와 현미경 렌즈의 거리에 반비례한다.

이때, 본 고안의 상기 렌즈홀더(50)는 베어링(56)을 개재하여 외주면을 상하로 감싸는 보조링(55)을 더 구비하여 광 경로와 동축상에서 회전 가능하다. 렌즈홀더(50)가 수직축의 회전자(54) 상에 탑재되어 좌우 회전하는 구조는 유효초점거리 측정에 필수적이다. 본 고안은 여기에 더하여 렌즈홀더(50)가 광 경로를 중심축으로 회전 가능하도록 베어링(56)과 보조링(55)을 구비한다. 보조링(55)은 원통형의 렌즈홀더(50)의 외주면을 동축으로 감싸도록 설치되는데, 베어링(56)이 개재되도록 하여 렌즈홀더(50)의 원활한 회전을 돕는다. 이러한 보조링(55)의 하단에 회전자(54)를 고정하면 렌즈홀더(50)의 수직축 회전과 광 경로 동축 회전이 가능하다.

본 고안에 따른 장치를 이용한 뒤 초점거리 측정은 다음 순서와 같다.

1) 피검사렌즈(L)를 렌즈홀더(50)에 장착한다. 이때, 피검사렌즈(L)의 이미지 면이 현미경(70)을 향하도록 한다.

2) 콜리메타(60)의 광섬유다발(65)은 오프(Off)하고, 현미경(70)의 광섬유다발(75)은 온(On)한 후 현미경(70)을 렌즈에 근접시킨다. 가장 바깥 면이 아닌 다른 면에 반사되어 생기는 허상으로 인해 측정 오류가 발생할 수 있으나 렌즈 면에 펜으로 무늬를 그려 넣으면 정확한 측정을 할 수 있다.

3) 현미경(70)의 광섬유다발(75)이 선명하게 보일 때까지 현미경을 렌즈에 근접시킨 후 리니어스케일(15)로부터 현미경(70)의 위치(A)를 기록한다.

4) 콜리메타(60)의 광섬유다발(65)은 온, 현미경(70)의 광섬유다발(75)은 오프하고 현미경(70)을 렌즈로부터 멀어지게 이동시킨다.

5) 콜리메타(60)의 광섬유다발(65)이 선명하게 보일 때까지 이동한 후 리니어스케일(15)로부터 현미경(70)의 위치(B)를 기록한다.

6) |현미경 위치 B - 현미경 위치 A| 를 연산하여 피검사렌즈(L)의 뒤 초점거리를 구한다.

이어서 유효초점거리 측정은 다음 순서와 같이 행해진다.

1) 기준 렌즈를 렌즈홀더(50)에 장착한다. 도시에는 생략되나 기준 렌즈는 평면 차트를 사용한다.

2) 콜리메타(60)의 광원을 온, 현미경(70)의 광원을 오프 후 광섬유다발(65)이 선명하게 보일 때까지 현미경(70)을 렌즈에 근접시킨다.

3) 회전자(54)로 렌즈홀더(50)를 좌, 우로 회전하여 광섬유다발(65)의 이미지가 움직이는 방향을 관찰한다. 같은 방향으로 움직인다면 기준 렌즈의 위치가 콜리메타(60) 쪽으로 치우쳐 있는 것이므로 스테이지(52)를 이용하여 렌즈홀더(50)를 콜리메타(60)의 반대방향으로 이동한다. 현미경(70)을 같은 방향으로 광섬유다발(65)의 이미지가 선명하게 보일 때 까지 이동시킨 후 렌즈홀더(50)의 회전 방향과 콜리메타(60)의 이미지의 회전 방향을 관찰한다. 서로 반대 방향으로 이동한다면 렌즈홀더(50)를 콜리메타(60) 방향으로 이동하여 관찰하며 기준 렌즈가 노달 포인트에 위치하게 되었을 때 렌즈홀더(50)를 회전하여도 콜리메타(60)의 광섬유다발(65)의 이미지는 움직이지 않게 된다. 이때의 현미경 위치(A)를 기록한다.

4) 기준 렌즈를 빼고 피검사렌즈(L)를 장착하여 2)~3)과 같은 방법으로 피검사 렌즈(L)를 노달 포인트에 위치시킨 후 콜리메타(60)의 광섬유다발(65)의 이미지가 선명하게 보이는 현미경 위치(B)를 기록한다.

5) |현미경 위치B - 현미경 위치A| 를 연산하여 피검사렌즈(L)의 유효초점거리를 구한다.

종래의 경우 유효초점거리와 뒤 초점거리를 측정할 때 사용되는 현미경(40)의 대물렌즈의 배율을 조절하여 검사자에 보여지는 차트 이미지의 크기를 조절할수 있다. 물론 고배율의 대물렌즈를 사용하면 이미지를 크게 볼 수는 있지만 상을 찾기 힘들어 측정이 어렵고 저배율의 대물렌즈를 사용하면 측정하기는 용이하지만 측정오차가 커지게 된다. 반면 본 고안에서는 모니터(90) 상으로 표시되므로 이미지를 찾거나 측정 작업을 지속하기 편리하다.

상술한 본 고안의 구성 및 작용에 의하면 수직축 및 광경로 동축 회전이 가능한 렌즈홀더와 광섬유 모양을 오브젝트로 하고 영상을 모니터로 디스플레이함에 따라 측정의 용이성과 신뢰성을 향상할 뿐 아니라 초점거리는 물론 편심 측정도 가능한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 노달 슬라이드 방식으로 레일(10) 상의 일직선 광 경로에서 피측정렌즈(L)를 측정하는 장치에 있어서:

   상기 벤치(10) 상에 이동 및 회동 가능하게 설치되고, 피측정렌즈(L)를 내부에 수용하는 렌즈홀더(50);

   상기 렌즈홀더(50)의 일측으로 이격되어 고정되고, 광섬유다발(65)을 구비하는 콜리메타(60);

   상기 렌즈홀더(50)의 타측으로 이동가능하게 장착되고, 광섬유다발(75)을 구비하는 현미경(70); 및

   상기 현미경(70)의 영상을 CCD카메라(80)로 획득하여 모니터(90)로 디스플레이하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 및 편심 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 렌즈홀더(50)에 베어링(56)을 개재하고 외주면을 상하로 감싸는 보조링(55)을 더 구비하여 광 경로와 동축상에서 회전 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 및 편심 측정장치.