JP2006130634A - 光学レンズ、光学レンズの面取り面設計方法および面取り加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角部が生じないように面取り加工することにより、レンズの周縁部の欠損や怪我などを確実に防止することができる光学レンズ、光学レンズの面取り面設計方法および光学レンズの面取り加工方法を提供する。
【解決手段】レンズ１の凹面側光学面２ｂとコバ面２ｃとの接合部を面取り加工し、面取り面３を形成する。面取り面３は、光学面２ｂに滑らかに連続する半径Ｒの円弧面に形成されている。また、光学面２ｂにおける面取り面側接合部（点Ｐ）での一次微分係数（接線Ｍ₁ の傾きα）と、面取り面３における光学面側接合部（点Ｐ）での一次微分係数（接線Ｍ₂ の傾きα）は、一致している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光学レンズ、光学レンズの面取り面設計方法および面取り加工方法に関するものである。

眼鏡レンズを製造する際、レンズの周縁部、特に凹面側の周縁部は尖鋭な形状をしているため、作業者が不用意に触ると怪我をすることがある。また、レンズを加工装置に対して着脱する際に、レンズの周縁部が工具等に接触することにより周縁部が欠損することがある。さらに、研磨パッドによってレンズの光学面を研磨する際、パッドがレンズの周縁部に当たるとパッドが損傷し、光学面を高精度に研磨することができなくなる。このため、レンズの周縁部を面取り加工することにより、上記した周縁部の欠損、作業者の怪我、研磨具の損傷の発生等を防止するようにしている。レンズの面取り加工は、通常カーブジェネレータ等の専用の加工装置によって行っている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特許文献１に記載されているレンズ加工方法は、レンズ面の曲率半径より大きい曲率半径の凸形状の総型皿状工具を用いて凹面からなるレンズ面の周縁部を面取り加工するようにしたものである。

特許文献２に記載されているレンズ用面取り工具は、同じく半球状に形成した研削面によってレンズの凹面側周縁部を面取り加工することにより、面取り部分の形状を凹曲面状にするようにしたものである。

特許文献３に記載されているレンズ用面取り工具は、円錐面からなる研削面によってレンズの凹面側角部を面取り加工することにより、面取り部分を平面にするようにしたものである。

特許文献４に記載されているレンズ用面取り工具は、凹状に形成した研削部によってレンズの凹面側周縁部を面取り加工することにより、面取り部分の形状を凸曲面状にするようにしたものである。このような面取り工具によれば、面取りした部分の角部をより緩やかに仕上げることができるとしている。

特開２００２−１２６９８６号公報 特開平５−１３１３５０号公報 特開平７−１８６０２５号公報 実用新案登録第３０２５２１９号

しかしながら、特許文献１〜４に記載された従来のレンズの面取り加工方法は、いずれも光学面と面取り面とが所要角度で交叉しているため連続した滑らかな面を形成しておらず、依然として角部が残るという問題があった。特に、角部は光学面の研磨時に研磨加工に使用する研磨パッドを傷つけることがあり、研磨パッドを破損させたり、パッドの研磨力が低下し所望の光学面が得られなくなる。また、研磨パッドが破損しないまでも角部に研磨パッドが引っ掛かると、レンズ周辺部での研磨パッドとレンズとの密着性が損なわれるため、光学面を所定の曲面に研磨することができなくなるという問題もあった。

本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは角部が生じないように面取り加工することにより、レンズの周縁部の欠損や作業者の怪我などを確実に防止することができる光学レンズ、光学レンズの面取り面設計方法および光学レンズの面取り加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するために第１の発明は、光学面の外側に面取り面を形成した光学レンズにおいて、前記面取り面が前記光学面に滑らかに連続した凸曲面に形成されているものである。

第２の発明は、前記面取り面を円弧面としたものである。

第３の発明は、前記面取り面の半径Ｒを１．０〜２．０ｍｍとしたものである。

第４の発明は、前記面取り面における前記光学面側接合部での一次微分係数と前記光学面における前記面取り面側接合部での一次微分係数が一致するものである。

第５の発明は、前記面取り面が、二次微分係数の符号が固定である曲面に形成されているものである。

第６の発明は、光学レンズの一方の光学面の周縁部を面取り加工することにより前記光学面と滑らかに連続した凸曲面からなる面取り面を設計する光学レンズの面取り面設計方法であって、前記光学面における前記面取り面側接合部での一次微分係数を算出する工程と、前記面取り面における前記光学面側接合部での一次微分係数が前記光学面における前記一次微分係数と一致する面取り面とその中心位置を算出する工程と、前記面取り面の加工範囲を決定する工程とを備えたものである。

第７の発明は、光学レンズの一方の光学面の周縁部を面取り加工することにより前記光学面と滑らかに連続した凸曲面からなる面取り面を形成する光学レンズの面取り加工方法であって、前記光学面における前記面取り面側接合部での一次微分係数を算出する工程と、前記面取り面における前記光学面側接合部での一次微分係数が前記光学面における前記一次微分係数と一致する面取り面とその中心位置を算出する工程と、前記面取り面の加工範囲を決定する工程と、前記光学レンズの周縁部で前記加工範囲決定工程によって決定した加工範囲を面取り加工する工程とを備えたものである。

第８の発明は、光学レンズの一方の光学面の周縁部を面取り加工することにより前記光学面と滑らかに連続した凸曲面からなる面取り面を形成する光学レンズの面取り加工方法であって、レンズ関連情報および面取り面関連情報を取得する情報取得工程と、前記光学面における前記面取り面との接合部位置を特定する位置特定工程と、前記光学面における前記面取り面側接合部での一次微分係数を算出する工程と、前記面取り面における前記光学面側接合部での一次微分係数が前記光学面における前記一次微分係数と一致する面取り面とその中心位置を算出する工程と、前記面取り面の加工範囲を決定する工程と、前記面取り面を加工するための加工データを形成する加工データ作成工程と、前記加工データ作成工程によって作成された加工データに基づいて前記光学レンズの一方の周縁部を面取り加工することにより前記面取り面を形成する工程とを備えたものである。

本発明においては、面取り面が光学面に対して滑らかに連続した凸曲面に形成されているので、角部が形成されることがなく、レンズ周縁部を欠損させたり作業者の怪我を防止することができる。また、角部がなければ研磨時に研磨パッドを傷つけることがないため、周縁部を含む光学面全体を高い精度で研磨することができる。また、研磨パッドの長期使用を可能にし、パッドの交換頻度を低減することができる。
ここで、面取り面における光学面側接合部での一次微分係数は、面取り面における光学面側端部での接線の傾き（勾配）、光学面における面取り面側接合部での一次微分係数は光学面における面取り面側端部での接線の傾き（勾配）である。面取り面と光学面における一次微分係数が一致していれば、光学面と面取り面との接合部に角部や段部が形成されることがなく、滑らかに連続した面を形成する。
面取り面の二次微分係数の符号が固定ということは、面取り面が全長にわたって変曲点のない凸曲面であることを意味する。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は面取り加工された眼鏡レンズの平面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は面取り部の拡大図である。
これらの図において、符号１で示す眼鏡レンズ（以下、単にレンズという）は外径Ｄの円形に形成されたプラスチックレンズで、凸面からなる光学面２ａと、凹面からなる光学面２ｂと、これらの光学面２ａ，２ｂの外周縁を接続する円筒面からなるコバ面２ｃとを有している。レンズ１の凹面側外周縁部は、面取り加工によって図３に示す斜線部４が除去することにより、前記光学面２ｂと前記コバ面２ｃとを接続する面取り面３が形成されている。このため、光学面２ｂは、面取り面３より内側の直径がＤ１の円の部分である。面取り面３は、図４に示すように曲率半径がＲで光学面２ｂの外縁（面取り面との接合部ともいう）Ｐとコバ面２ｃの点Ｓとを結ぶ凸状の円弧面に形成されている。また、面取り面３は、光学面２ｂの外縁Ｐに対して滑らかに連続している。面取り面３の曲率半径Ｒはレンズ１の外径Ｄ、光学面２ｂの外径Ｄ₁ 、曲率半径等に依存するが、１．０〜２．０ｍｍ程度が好適である。

ここで、本発明において、「面取り面３が光学面２ｂと滑らかに連続した曲面」とは、図３に示すように光学面２ｂの外縁（点Ｐ）における接線Ｍ₁ と、面取り面４の光学面２ｂ側接合部（Ｐ点）における接線Ｍ₂ が略同一の直線となる曲面であることを意味する。なお、コバ面２ｃと面取り面３は交叉角度α（９０°≦α≦１８０°）で接続している。コバ面２ｃと面取り面３の交叉角度αが１８０°の場合、図４に示すように面取り面３のコバ面側接合部（Ｔ点）における接線Ｍ₃はコバ面２ｃと一致する。

レンズ１の光学面２ａ，２ｂは、球面、トーリック面または累進面、非球面等の自由曲面である。このような光学面２ａ，２ｂの表面形状は、数式またはレンズ表面を図１のｘ，ｙ方向に縦横に分割した格子状行列の各格子上のｚ方向の数値で設計される（以下、行列設計値という）。さらに、本発明において行列設計値は、例えばＢ−スプライン関数等で補間された関数に変換することもある。

次に、光学面２ｂと面取り面３との接続方法について説明する。
光学面２ｂの外縁上の点Ｐにおける座標値をレンズ形状より算出する。また、レンズ１の中心Ｏと点Ｐを通る直線で切断した断面での点Ｐにおけるレンズ形状の一次微分係数Ｚ₁ を算出する。この一次微分係数Ｚ₁ は、図３に示す接線Ｍ₁ の傾き（勾配＝α）である。また、光学面２ｂと面取り面３を滑らかに接続するには点Ｐとレンズ中心Ｏを通る断面上の点Ｐにおける面取り面３の断面形状を表現する円の方程式の一次微分係数Ｚ₂ が、前記一次微分係数Ｚ₁ と一致する半径Ｒの面取り面３とその中心座標位置Ａ₁ ，Ｂ₁ を算出する。一次微分係数Ｚ₂ は、面取り面３の点Ｐ（図３）における接線Ｍ₂ の傾き（勾配＝α）である。

以下、面取り面３とその中心座標位置の算出方法について詳述する。
図５に示すｘ方向に対して角度θ傾斜した直線１５の面取り面３上におけるある任意の点Ｓ（Ｘｓ，Ｙｓ）のＺｓ座標値を、以下の手順（ａ）〜（ｄ）によって算出する。点Ｑは、直線１５と光学面２ｂの外縁との交点である。
（ａ）点ＱのＸ，Ｙ，Ｚ座標値を式（１）〜（６）によって算出する。
（ｂ）点Ｑにおける光学面２ｂの断面の一次微分係数Ｚ₁ を式（４）〜（７）によって算出する。
（ｃ）面取り面３の断面形状を表現する方程式の第一次導関数から求まる一次微分係数Ｚ₂ と（ｂ）で求めた一次微分係数Ｚ₁ が一致するように面取り面３の断面形状を表現する方程式の係数を次式（８）〜（１１）によって算出する。
（ｄ）（ｃ）で求めた面取り面３の断面形状を表現する方程式よりＺｓを式（１２）、（１３）によって算出する。

計算の詳細
レンズ中心Ｏと点Ｓを結ぶ線分ＯＳと直径Ｄ₁ の円との交点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）の座標値は、直径Ｄ₁ の円の半径をＨ、点Ｑの方向の角度をθｑとすると、

Ｘｑ＝Ｈ・ｃｏｓθ ・・・・（２）
Ｙｑ＝Ｈ・ｓｉｎθ ・・・・（３）
となる。
また、この点Ｑにおける座標上のレンズ形状の高さおよび断面における一次微分係数Ｚ₁ を算出するには、
レンズ形状を表す式（中心Ｏから距離ｒと角度θで表現される式）を
Ｚ＝ｆ（ｒ，θ） ・・・・（４）
とすると、導関数は

で表すことができる。
したがって、点Ｑにおける高さＺｑと一次微分係数Ｍｑは
Ｚｑ＝ｆ（Ｈ，θｑ） ・・・・（６）
Ｍｑ＝Ｆ’（Ｈ，θｑ） ・・・・（７）
となる。
また、面取り面３を半径Ｒの円弧、その中心座標をＡｑ，Ｂｑとした場合の断面を表す式は

であり、導関数は

となる。
（８）、（９）式のＡｑ，Ｂｑを求めることにより面取り面３の点Ｓの位置を確定することができる。

光学面２ｂにおける面取り面側接続点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）での一次微分係数Ｚ₁ と、面取り面３における光学面側接続点Ｑでの一次微分係数Ｚ₂ が一致することが条件であるから、レンズ形状から算出した一次微分係数Ｍｑと（８）、（９）式より

となる。中心Ｏから点Ｓまでの距離をＷｓとすると、

となるので、点Ｓ（Ｘｓ，Ｙｓ）における座標値Ｚｓは次のようになる。

上記のようにして面取り加工を行うに必要な位置の座標値を算出する。

表１に実際の計算例を示す。
表１において、レンズ１の表面形状は、曲率半径１２０ｍｍと、曲率半径１００ｍｍの乱視面、レンズの直径は７０．０ｍｍ、面取り面が接続する円（凹面２ｂ）の直径は６８．０ｍｍ、面取り面の曲率半径Ｒは１．０ｍｍである。そして、表１はスパイラル状の軌跡に沿った加工制御数値上の座標値で、スパイラル上の点は、１０度ピッチで移動し、１周で１．０ｍｍ内側に入るようにしている。なお、ｎは座標点番号、Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓはスパイラル上の座標値、Ｚｑは接続点の座標値、Ｍｐは接続点の勾配である。

次に、レンズの面取り加工の手順を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
先ず、レンズ１の面取り関連情報を取得する（ステップS1）。面取り関連情報は、例えばレンズ面形状値、レンズ外径、面取り幅、面取り断面形状（円弧の場合、曲率半径Ｒ）等である。次に、面取り面３の範囲を特定し（ステップS2）、面取り面３と光学面２ｂとの接続位置（点Ｐの位置）を算出する（ステップS3）。

さらに、前記接続位置（点Ｐ）における光学面２ｂ上の一次微分係数Ｚ₁ を算出する（ステップS4）。さらに、面取り関連情報およびステップS3の接続位置（点Ｐ）、ステップS4で算出した一次微分係数Ｚ₁ より面取り面３を算出する（ステップS5）。算出した面取り面３から加工データを算出する（ステップS6）。

次に、加工装置によってレンズ１の面取り加工を行う。加工装置としては、例えば図６に示すカーブジェネレータ（シュナイダー社製 HSC100-A）２０が用いられる。

カーブジェネレータ２０は、レンズ１が装着される下軸２２と、左右方向（Ｘ方向）および上下方向（Ｚ方向）に移動する上軸２３と、この上軸２３の取付部２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ取付けられた荒削り用切削ツール（バイト）２４および仕上げ用切削ツール２５を備えている。切削ツール２４，２５は、焼結した多結晶ダイヤモンドや単結晶の天然ダイヤモンドを切削刃２４Ａ，２５Ａとしてそれぞれ用いている。

レンズ１の光学面２ｂの切削加工では、下軸２２にレンズ１を装着し、下軸２２を所定の回転数で回転させる。上軸２３についてはＸ方向およびＺ方向の２軸制御を行い、切削ツール２４によってレンズ１の凹面を荒削りし、次いで仕上げ用の切削ツール２５によって切削し所定の光学面２ｂを形成する。光学面２ｂは単純な凹面形状をしている。カーブジェネレータ２０の加工精度は３μｍ以内（レンズ口径５０ｍｍ）、最大表面粗さＲｙは０．３〜０．５μｍ程度である。

レンズ１の光学面２ｂを切削加工すると、光学面２ｂとコバ面２ｃとの接合部は鋭利な形状をしている。そこで、引き続きカーブジェネレータ２０によりレンズ１の面取り加工を行う。面取り加工は仕上げ用の切削ツール２５によって行う。このとき、切削ツール２５の切削刃２５Ａは、ステップS6で算出した加工データに基づいて図８に示すようにレンズのコバ面２ｃ上の面取り面３との接合点Ｔから光学面２ｂの外縁との接合点Ｐまでの間を面取り形状に沿って繰り返し往復移動して図３に示した斜線部を切削除去することにより所望の面取り面３を形成する。

このように本発明においては、レンズ１の外周縁部に形成される面取り面３を光学面２ｂと滑らかに連続した円弧面としたので、研磨装置によって光学面２ｂを研磨するとき、レンズ１の面取り部が研磨パッドを傷つけることがなく、研磨パッドの耐久性を向上させることができ、高い面精度の光学面を得ることができる。
また、研磨パッドの損傷が少なければレンズの研磨枚数を増加させることができるため、研磨パッドの交換頻度を少なくすることができる。
また、研磨部が鋭角に尖っていないので、作業者が手を怪我することもなく、安全である。

本発明は、眼鏡レンズの凹面からなる光学面側の縁部を面取り加工する例について説明したが、これに限らず眼鏡レンズ以外の光学レンズにも適用することができる。
また、凹面に限らず凸面側の光学面の縁部を面取り加工する場合にも適用することができる。
さらに、面取り面３は円の一部に限らず、例えば楕円等の凸面状の滑らかな曲線の一部であってもよい。

面取り加工される眼鏡レンズの平面図である。 図１のII−II線断面図である。 面取り部の拡大図である。 面取り部の他の例を示す拡大図である。 面取り方法を説明するための図である。 面取り加工のフローチャートである。 カーブジェネレータの概略構成図である。 面取り加工における切削刃の移動の様子を示す図である。

符号の説明

１…レンズ、２ａ，２ｂ…光学面、２ｃ…コバ面、３…面取り面、２０…カーブジェネレータ、Ｍ₁ ，Ｍ₂ …接線、Ｐ，Ｔ…接合部。

Claims (8)

1. 光学面の外側に面取り面を形成した光学レンズにおいて、
   前記面取り面は、前記光学面に滑らかに連続する凸曲面に形成されていることを特徴とする光学レンズ。
2. 前記光学面は凹面に形成され、
   前記面取り面は、円弧面であることを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
3. 前記面取り面の半径Ｒは１．０〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の光学レンズ。
4. 前記面取り面における前記光学面側接合部での一次微分係数と前記光学面における前記面取り面側接合部での一次微分係数が一致することを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
5. 前記面取り面は、二次微分係数の符号が固定である曲面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
6. 光学レンズの一方の光学面の周縁部を面取り加工することにより前記光学面と滑らかに連続した凸曲面からなる面取り面を設計する光学レンズの面取り面設計方法であって、
   前記光学面における前記面取り面側接合部での一次微分係数を算出する工程と、
   前記面取り面における前記光学面側接合部での一次微分係数が前記光学面における前記一次微分係数と一致する面取り面とその中心位置を算出する工程と、
   前記面取り面の加工範囲を決定する工程と、
   を備えたことを特徴とする光学レンズの面取り面設計方法。
7. 光学レンズの一方の光学面の周縁部を面取り加工することにより前記光学面と滑らかに連続した凸曲面からなる面取り面を形成する光学レンズの面取り加工方法であって、
   前記光学面における前記面取り面側接合部での一次微分係数を算出する工程と、
   前記面取り面における前記光学面側接合部での一次微分係数が前記光学面における前記一次微分係数と一致する面取り面とその中心位置を算出する工程と、
   前記面取り面の加工範囲を決定する工程と、
   前記光学レンズの周縁部で前記加工範囲決定工程によって決定した加工範囲を面取り加工する工程と、
   を備えたことを特徴とする光学レンズの面取り加工方法。
8. 光学レンズの一方の光学面の周縁部を面取り加工することにより前記光学面と滑らかに連続した凸曲面からなる面取り面を形成する光学レンズの面取り加工方法であって、
   レンズ関連情報および面取り面関連情報を取得する情報取得工程と、
   前記光学面における前記面取り面との接合部位置を特定する位置特定工程と、
   前記光学面における前記面取り面側接合部での一次微分係数を算出する工程と、
   前記面取り面における前記光学面側接合部での一次微分係数が前記光学面における前記一次微分係数と一致する面取り面とその中心位置を算出する工程と、
   前記面取り面の加工範囲を決定する工程と、
   前記面取り面を加工するための加工データを作成する加工データ作成工程と、
   前記加工データ作成工程によって作成された加工データに基づいて前記光学レンズの一方の周縁部を面取り加工することにより前記面取り面を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする光学レンズの面取り加工方法。
   

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