JP2003010797A - レンズ洗浄方法および洗浄機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、レンズ基板の表面粗さを劣化させ
ないメガヘルツ帯の周波数を使用し、かつ効率の良い洗
浄ができるレンズ洗浄方法および洗浄機を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 レンズを洗浄液中に浸漬し、このレンズ
のあらゆる表面から等距離にメガヘルツ周波数帯の超音
波発振源の発振表面を設置し、前記洗浄液を介して前記
レンズ表面に前記メガヘルツ周波数帯の超音波振動を作
用させることを特徴とするレンズ洗浄方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度、高機能な
光学素子等に用いることのできる高い表面精度を有する
レンズを、その表面特性を損なうことなく洗浄すること
のできるレンズ用洗浄方法および洗浄機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、高級カメラ、テレビジョ
ンカメラなどの、高精度、高機能な光学製品用の光学素
子として、光学的特性および精度の高いレンズが用いら
れている。このようなレンズとして、従来、ＣａＦ_２、
ＭｇＦ_２等のフッ化物系結晶材料からなるレンズが用い
られている。それは、このレンズが極めて広範囲の波長
帯にわたって良好な透過率を持ち、しかも低分散性が高
いという光学特性を有するためである。そして、このレ
ンズの良好な透過率はエキシマレーザー等の短波長の光
においても発揮されるため、最近では、このレンズを短
波長用のレンズとして使用することが検討され始めてい
る。

【０００３】ところで、光学素子として用いられるレン
ズは、使用に供される前に表面洗浄をしておくことが重
要であり、この洗浄は、従来、洗浄液を入れた洗浄槽の
中にレンズを浸漬させて、超音波として通常の周波数帯
にある２８ＫＨｚや４０ＫＨｚの超音波を洗浄液に印加
して洗浄している。この超音波洗浄に当たっては、一般
に、洗浄槽を数槽設けておき、洗浄液として界面活性
剤、純水等を用いてレンズを超音波洗浄した後、最終的
にはイソプロピルアルコール等の蒸気乾燥により仕上げ
ていた。

【０００４】この方法によれば、レンズ径が小さい場合
には洗浄用の治具に多数のレンズを入れることができる
ため、１度にたくさんのレンズを効率的に洗浄できると
いう利点があった。

【０００５】従来の高級カメラレンズ、テレビジョンカ
メラレンズでは、その光学特性は、可視光の領域で保証
されていれば良く、上述の洗浄によって、そのような光
学特性はなんら劣化されるようなことはない。しかしな
がら、この洗浄後のレンズを短波長の領域の光を用いる
光学製品に適用しようとすると、実用上、問題が発生し
てしまうことがわかってきた。

【０００６】特にそのような問題点の重要な項目とし
て、レンズ表面の表面粗さが洗浄により劣化しているこ
とが挙げられる。これは、通常の２８ＫＨｚや４０ＫＨ
ｚの超音波を用いる洗浄機では、液共振作用により洗浄
が行われていることに原因がある。液共振作用は超音波
エネルギーとそれに抗するキャビテイション（槽内洗浄
液）の圧縮作用とにより生じ、この作用により被洗浄物
であるレンズの表面で激しい物理エネルギーを生成す
る。この作用によりレンズ表面の汚染物を取り除く訳で
あるが、同時にレンズ表面にいくばくかのダメージを与
えることになる。その結果、ＣａＦ_２レンズ表面の表面
精度がある程度の劣化を受ける。この劣化の程度は、レ
ンズの使用波長域が可視光領域である場合は問題ない
が、短波長領域で使用する場合には問題となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の事情に鑑み
て、洗浄によって表面精度に軽度の劣化でも生じては困
る前述のようなレンズを洗浄する方式として、同じ超音
波洗浄であるが、超音波の周波数帯をメガヘルツ帯にし
た洗浄方式が、提案されている。これは、洗浄エネルギ
ーの発生に用いる超音波周波数帯を大きくすれば、すな
わち、波長を小さくすれば、液共振作用が生じず、超音
波エネルギーが直接的にレンズ表面に作用して洗浄作用
を生じるであろうとの考察に基づいたものである。しか
しながら、従来の超音波洗浄機の超音波発生源である超
音波振動子をメガヘルツ周波数帯の発振が可能な振動子
に交換してみても、懸案のレンズの洗浄は良好に行うこ
とができない。

【０００８】したがって、本発明の課題は、液共振作用
を生じないメガヘルツ周波数帯の超音波振動子を用い、
レンズの表面精度を劣化させることなく、しかも効率的
にレンズの洗浄を行うことのできる高精度光学素子用レ
ンズの超音波洗浄方法および洗浄機を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、前述の
課題を解決するために、従来の超音波洗浄機において超
音波振動子をメガヘルツ周波数帯発振が可能な振動子に
交換しただけの洗浄機での洗浄の状況を詳しく検討し、
様々な改良を重ねつつ、良好な洗浄が可能な構成を追求
した。その結果、以下のような要件が重要であることが
判明した。

【００１０】（ｉ） 洗浄エネルギーは、従来の液共振
作用と異なり、分子加速度エネルギーが洗浄液を介して
レンズ表面に直接作用するので、超音波発生源とレンズ
表面との間に洗浄液以外の物体が存在してはならない。
従来の洗浄機では、洗浄をしようとするレンズを洗浄液
中の洗浄かごなどの洗浄用治具に入れて洗浄していた
が、この方式であると、治具に洗浄エネルギーであるメ
ガヘルツ帯の振動エネルギーが作用してしまい、レンズ
表面には作用しなくなってしまう。したがって、このよ
うな治具にレンズを多数入れて洗浄するという方式は採
用することはできない。

【００１１】（ii） レンズ表面の洗浄は、前述のよう
に超音波発生源から分子加速度エネルギーがレンズ表面
に直接作用することによって行われるので、超音波発生
源の超音波発生表面からレンズ表面までの距離が、レン
ズのあらゆる表面で均等であることが必要である。この
距離が部分的にばらつくようであると、洗浄の程度もば
らつくことになる。

【００１２】（iii） 前記（ii）の条件を満足させる
ためには、超音波発生源も固定されいることが必要であ
るのはもちろんであるが、洗浄時のレンズも揺動するこ
となく、固定状態に置かれていなければならない。その
ような具体的構成としては、レンズを洗浄槽内の所定位
置に挿入し、固定しておくためのレンズ固定手段が必要
である。

【００１３】（iv） 凸曲面または凹曲面を持つレンズ
のあらゆる表面から超音波発振面が等距離にあるために
は、超音波発振源の振動面が洗浄対称であるレンズの表
面形状に近似した形状である必要がある。したがって、
レンズの形状によって洗浄機を別々に用意するか、レン
ズの形状に従って超音波発信源を交換可能に構成する必
要がある。

【００１４】（ｖ） 前述のレンズ固定具は、片面のみ
が曲面であるレンズ、両面とも曲面であるレンズによっ
て、最適化されている必要がある。

【００１５】（vi） 前述のレンズ固定具は、レンズを
超音波発振源から等距離にあるように洗浄槽の液中に挿
入し、固定する機能を持つ必要があることからレンズを
縦置きに固定し、固定したレンズを槽の上部から槽内に
昇降できるように構成することが、必要となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】前述のように、本発明に係るレン
ズ洗浄方法は、レンズを洗浄液中に浸漬し、このレンズ
のあらゆる表面から等距離にメガヘルツ周波数帯の超音
波発振源の発振表面を設置し、前記洗浄液を介して前記
レンズ表面に前記メガヘルツ周波数帯の超音波振動を作
用させることを特徴とするものである。

【００１７】また、本発明に係るレンズ洗浄機は、レン
ズ洗浄液と、この洗浄液を満たす洗浄槽と、前記洗浄液
中に浸漬するレンズのあらゆる表面から等距離にその発
振表面が位置するように前記洗浄槽内に設置されたメガ
ヘルツ周波数帯の超音波発振源とを有してなることを特
徴とするものである。

【００１８】係る構成を特徴とする本願発明において
は、下記のような実施の形態が可能である。

【００１９】すなわち、前記レンズを前記洗浄液を満た
す洗浄槽に対して縦置きに固定することが、望ましい。

【００２０】また、前記超音波発振源は前記洗浄槽の対
向する内壁に設置し、これら超音波発振源の発振表面を
それぞれ対向する前記レンズの表面に沿う形状にするこ
とが、望ましい。

【００２１】また、レンズの外周縁を挟持することによ
ってレンズを保持するレンズ固定手段により前記レンズ
を前記洗浄液中に前記超音波発振源の発振表面から該レ
ンズのあらゆる表面が等距離になるように固定すること
が、望ましい。

【００２２】また、前記レンズが片面が曲面で他面が平
面である片面レンズである場合、該レンズの曲面に対向
する前記超音波発振源の発振表面を曲面に形成するとと
もに、前記レンズの他面に対向する前記超音波発振源の
発振表面を平面に形成することが、望ましい。

【００２３】さらに、前記洗浄液を洗浄効果の異なる複
数の洗浄液から構成し、それぞれに対応する洗浄槽に充
填しておき、これら洗浄槽に前記超音波発振源を設置
し、これら洗浄槽を用いて連続的に洗浄することが、効
率的で望ましい。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、以下の実施例は、本発明を好適に説明できる
具体例であって、なんら本発明を限定するものではな
い。

【００２５】（実施例１）説明をわかりやすくするため
に図面を用いて説明する。図１、２は本発明に係るレン
ズ用洗浄機の概略構成を示すものである。図１、２には
洗浄機本体を単独で示した。図１（Ｃ）図は、本発明に
係る凸レンズ用洗浄機の一部断面視した側面図であり、
図２（Ｃ）図は、本発明に係る凹レンズ用洗浄機の一部
断面視した側面図である。

【００２６】図１（Ｃ）図の凸レンズ用の洗浄機は、洗
浄槽本体１、１’、超音波振動子２、２’、凸レンズ
３、洗浄液４、洗浄ヤトイ５、およびネジ式レンズ固定
治具５’から構成される。

【００２７】洗浄液４には、いわゆる界面活性剤を純水
を用いて１％程度に希釈した溶液を用いた。

【００２８】図１（Ａ）図および（Ｂ）図は、（Ｃ）図
中に示されるヤトイ部分の正面図および側面図である。
ヤトイ５は、洗浄機本体１に溝が切ってあり、そこにヤ
トイ５を落とし込むことによって固定する。ヤトイ本体
の材料は、プラスチック、またはアルミニウム等の金属
でも良い。

【００２９】図１、２で示したようにヤトイ本体にレン
ズを置き、その後ネジ式レンズ固定冶具でレンズとヤト
イを固定する。レンズの固定には、レンズのコバを基本
的に支持する方法を取るため、レンズが片面のみ曲面の
場合でも、両面が曲面の場合でもレンズの固定方法は同
じである。

【００３０】超音波振動子２、２’は面状素子なのでこ
れを曲面上に固定する。

【００３１】メガヘルツ帯の超音波は、超音波が高い直
線性を示すため、超音波振動子２、２’から出た超音波
は、レンズ面に垂直に入射することにより、効率よくレ
ンズ表面を洗浄することができる。さらに、レンズは超
音波振動子からなるべく近い方が条件的には良い。ま
た、レンズ面とこの振動素子とが平行な位置関係にあれ
ば最も効率が高くなる。

【００３２】従って、図からもわかるように、凸レンズ
３を洗浄機にセットしたときに、超音波振動子２、２’
の形状が凸レンズ３の表面形状に近い形状になるように
超音波振動子２、２’を配設した。

【００３３】超音波振動子表面とレンズ基板表面との距
離は５ｃｍ程度が好ましく、振動子の表面は３ｃｍ角の
板状素子であることが好ましい。

【００３４】これにより、超音波振動子２、２’から発
生したメガヘルツ帯の超音波は凸レンズ３の基板表面に
直接当たるため、効率的にレンズ基板表面の汚れを除去
することができる。

【００３５】メガヘルツ帯の超音波は、洗浄槽本体１、
１’の壁や洗浄液４による反射がないため、このように
レンズ基板表面に直接当てることが重要であり、本発明
で示したような超音波振動子を配設することにより効率
的な洗浄を行うことができる。

【００３６】図１（Ｃ）図は、洗浄機本体の側面から見
たものを示しているが、超音波振動子の形状としては、
横方向にも同じようにレンズ表面形状に近くすればなお
良いことは明白である。また、前述のように、レンズ面
と振動子が平行になれば最も効率が良いので、横方向に
ついてもレンズ面と平行になるようにすればなお良いこ
とは明白である。

【００３７】図２（Ｃ）図の凹レンズ用の洗浄機は、洗
浄槽本体６、６’、超音波振動子７，７’、凹レンズ
８、洗浄液９、洗浄ヤトイ１０、およびネジ式レンズ固
定治具１０’から構成される。図２（Ａ）図および
（Ｂ）図は、図２（Ｃ）図中に示されるヤトイ部分の正
面図および側面図である。

【００３８】図１は凸レンズ用の洗浄機、図２は凹レン
ズ用の洗浄機の概略構成を示すが、どちらの場合も基本
的な考え方は同じであり、メガヘルツ帯の超音波がレン
ズ基板表面に効率的に当たるように配慮されたものであ
る。

【００３９】図１および２に示した洗浄機は、本発明に
係る枚葉式洗浄機の最初の工程のチャンバーを単独で示
した。枚葉式洗浄機は複数のチャンバーにより構成さ
れ、本発明に係る洗浄機を用いた洗浄プロセスとして
は、本発明で示したような洗浄機とリンス槽とを６から
１０槽程度まで多段化して洗浄を行い、最終的には有機
溶剤等により仕上げる。他のチャンバーも図１および２
に示す構造と同様の構造を有するため、他のチャンバー
を示す図は省略する。

【００４０】このようなレンズ洗浄機により、従来発生
していた洗浄によるレンズ基板表面のトラブルを回避す
ることができる。

【００４１】以下に従来の洗浄機との比較結果を示す。

【００４２】従来の洗浄機として、島田理化製、超音波
洗浄機４０ＫＨｚを用いた。

【００４３】表面粗さはＡＦＭにより測定し評価した。

【００４４】洗浄効果はレンズの透過率により評価し、
レンズ透過率が理論値になれば洗浄としては完璧とし
た。

【００４５】理論透過率の計算透過率の理論値計算の根
拠を以下に示す。

【００４６】今１９３ｎｍでのＣａＦ_２基板（1ｔ平
板）の屈折率をｎとする。１９３ｎｍの垂直入射光に対
するこの基板での反射率Ｒは次式で書ける。 Ｒ＝｛（1−ｎ）/（1＋ｎ）｝^２ ｎ=1.47とするとＲ＝
0.0362となる。

【００４７】ところで透過率ＴはＴ＝1-2Ｒ-Ａ（Ａは基
板の193ｎｍでの吸収率）と書ける。

【００４８】従ってＡ＝0.0096と仮定するとＴ＝1-0.07
24-0.0096＝0.918＝91.8％となる。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
るレンズ洗浄機または洗浄方法によって、従来２８ＫＨ
ｚや４０ＫＨｚの周波数帯の超音波で発生していた、レ
ンズ基板の表面粗さの劣化を防止することができ、さら
にレンズ基板表面の汚れを効率的に除去できるため、レ
ンズ製造歩溜りをさらに向上でき、製造コスト低減に効
果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による凸レンズ用洗浄機の概略構成を示
すもので、（Ａ）図は本発明に係る凸レンズ用洗浄機の
要部であるヤトイ部分の一部断面視した正面図、（Ｂ）
図はＡ図に示したヤトイ部分の側面図、（Ｃ）図は本発
明に係る凸レンズ用洗浄機の一部断面視した側面図であ
る。

【図２】本発明による凹レンズ用洗浄機の概略構成を示
すもので、（Ａ）図は本発明に係る凹レンズ用洗浄機の
要部であるヤトイ部分の一部断面視した正面図、（Ｂ）
図はＡ図に示したヤトイ部分の側面図、（Ｃ）図は本発
明に係る凹レンズ用洗浄機の一部断面視した側面図であ
る。

【符号の説明】

１、１’、６、６’ 洗浄槽本体 ２、２’、７、７’ 超音波振動子 ３ 凸レンズ ４、９ 洗浄液 ５、１０ 洗浄ヤトイ ５’、１０’ ネジ式レンズ固定冶具 ８ 凹レンズ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズを洗浄液中に浸漬し、このレンズ
   のあらゆる表面から等距離にメガヘルツ周波数帯の超音
   波発振源の発振表面を設置し、前記洗浄液を介して前記
   レンズ表面に前記メガヘルツ周波数帯の超音波振動を作
   用させることを特徴とするレンズ洗浄方法。
2. 【請求項２】 前記レンズを前記洗浄液を満たす洗浄槽
   に対して縦置きに固定することを特徴とする請求項１に
   記載のレンズ洗浄方法。
3. 【請求項３】 前記超音波発振源を前記洗浄槽の対向す
   る内壁に設置し、これら超音波発振源の発振表面をそれ
   ぞれ対向する前記レンズの表面に沿う形状にして、超音
   波を発振することを特徴とする請求項１または２に記載
   のレンズ洗浄方法。
4. 【請求項４】 レンズの外周縁を挟持することによって
   レンズを保持するレンズ固定手段により前記レンズを前
   記洗浄液中に前記超音波発振源の発振表面から該レンズ
   のあらゆる表面が等距離になるように固定することを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレンズ洗
   浄方法。
5. 【請求項５】 前記レンズが片面が曲面で他面が平面で
   ある片面レンズである場合、該レンズの曲面に対向する
   前記超音波発振源の発振表面を曲面に形成するととも
   に、前記レンズの他面に対向する前記超音波発振源の発
   振表面を平面に形成して、超音波を発振することを特徴
   とする請求項１ないし４のいずれかに記載のレンズ洗浄
   方法。
6. 【請求項６】 前記洗浄液を洗浄効果の異なる複数の洗
   浄液から構成し、それぞれに対応する洗浄槽に充填して
   おき、これら洗浄槽に前記超音波発振源を設置し、これ
   ら洗浄槽を用いて連続的に洗浄することを特徴とする請
   求項１ないし５のいずれかに記載のレンズ洗浄方法。
7. 【請求項７】 レンズ洗浄液と、この洗浄液を満たす洗
   浄槽と、前記洗浄液中に浸漬するレンズのあらゆる表面
   から等距離にその発振表面が位置するように前記洗浄槽
   内に設置されたメガヘルツ周波数帯の超音波発振源とを
   有してなるレンズ洗浄機。
8. 【請求項８】 前記レンズを前記洗浄液を満たす洗浄槽
   に対して縦置きに固定するレンズ固定手段をさらに有す
   ることを特徴とする請求項７に記載のレンズ洗浄機。
9. 【請求項９】 前記超音波発振源は前記洗浄槽の対向す
   る内壁に設置され、これら超音波発振源の発振表面はそ
   れぞれ前記洗浄液中に浸漬される前記レンズの表面に沿
   う形状に形成されていることを特徴とする請求項７また
   は８に記載のレンズ洗浄機。
10. 【請求項１０】 前記レンズ固定手段は、レンズの外周
    縁を挟持することによってレンズを保持する機能を有す
    ることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載
    のレンズ洗浄機。
11. 【請求項１１】 前記一対の超音波発振源の一方の発振
    表面が曲面に形成されるとともに、他方の発振表面が平
    面に形成され、洗浄すべきレンズが片面が曲面で他面が
    平面である片面レンズである場合に特化されていること
    を特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載のレ
    ンズ洗浄機。
12. 【請求項１２】 前記洗浄槽が複数槽から構成され、こ
    れら洗浄槽にはそれぞれ洗浄効果の異なる洗浄液が充填
    され、これら洗浄槽にはそれぞれ前記超音波発振源が設
    置されるとともに、これら洗浄槽が連続洗浄工程を実施
    可能に配置されていることを特徴とする請求項７ないし
    １１のいずれかに記載のレンズ洗浄機。