JP2006150526A - 光学レンズの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非回転対称な被研磨面を全面にわたって良好に研磨することができる光学レンズの研磨方法を提供する。
【解決手段】レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向を算出し特定する工程Ｓ１と、レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向が研磨治具の長軸方向と一致するようにレンズを研磨装置に取付ける工程Ｓ２と、レンズの被研磨面が研磨パッドと接触した状態で前記研磨治具と前記研磨パッドを首振り旋回運動させ、レンズを被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向に往復移動させるとともに前記軸方向と直交する方向に往復回動させることにより、研磨の軌跡が１周毎に少しずつずれる無軌道研磨軌跡で被研磨面を研磨する工程Ｓ３とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学レンズの研磨方法に関し、特に被研磨面が非回転対称な光学レンズの研磨方法に関するものである。

従来、ＮＣ制御のカーブジェネレータで球面やトーリック面形状に切削されたレンズの凹面を研磨装置によって研磨するには、研磨したい凹面の形状と略一致する凸面を有する金属製の研磨治具に研磨パッドを貼付け、これを研磨したい凹面に押し付けた状態で研磨治具とレンズとを相対的に摺動させることにより行っていた。しかしながら、このような方法で研磨する場合、研磨したいレンズの凹面の形状毎に異なった研磨治具を用意する必要がある。例えば、乱視矯正用のトーリックレンズの場合、トーリック面（円弧を、その円弧と同一面内にあり円弧の曲率中心を通らない軸の回りに回転させて得られる面の一部）が３０００〜４０００種類にも及ぶため、その数だけの研磨治具を用意する必要があった。このため、研磨治具の製造コストが嵩むばかりか、保管のために広い収納スペースを必要とし、その管理が煩雑であった。

また、球面、トーリック面だけではなく、非球面（頂点から周辺にかけて曲率が連続的に変化する回転面の一部）形状、非トーリック面（曲率が異なる互いに垂直な主経線をもつ面で、少なくとも一方の主経線の断面が円ではない面）形状、累進多焦点レンズのような自由曲面形状など複雑な形状の凹面を形成する場合があり、このような場合には研磨治具が複雑な凹面形状に対応できず研磨できないという問題があった。

そこで、このような問題を解決するための方法として、弾性材料からなり内部に流体を封入して膨らませた状態で研磨するようにした研磨治具が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、本発明は 特許文献１に記載された研磨治具を用いて研磨する方法の改良に関するものである。

特許文献１に記載された研磨治具は、弾性材料によって平面視形状が楕円でカップ状に形成され内部に流体が導入されることにより上面側がドーム状に膨張するバルーン部材を備え、このバルーン部材の上面に設けた研磨パッドによりレンズの被研磨面を研磨するようにしたものである。レンズの凹面がトーリック面で互いに直交する方向での曲率が大幅に異なる場合、球面状のドームではこのような凹面に追随できないおそれがある。このため、バルーン部材を平面視楕円形状としてバルーン部材の上面の曲率を互いに直交する短軸方向と長軸方向で異ならせ、レンズのトーリック面に近づけるようにしている。研磨に際しては、レンズを左右方向に往復移動させるとともに前後方向に往復回動させ、研磨治具を首振り旋回運動させることにより、研磨軌跡が１周毎に少しずつずれる無軌道研磨軌跡でレンズの被研磨面を研磨するようにしている。

このような研磨治具によれば、バルーン部材の内圧を変化させることで、ドームの曲率を変化させることができるため、被研磨面の曲率に応じてドームの曲率を変更するために格別な部品や手段を設ける必要がなく、研磨治具の種類を大幅に削減することができ、また確実に研磨することができるとしている。

特開２００３−２６６２８７号公報

従来の累進屈折力レンズは、一般に２つの光学面のうちいずれか一方の面に累進面を有している。また、累進屈折力レンズは累進面と対になる面に球面形状とトーリック成分を融合させたトーリック面を光学面としている。球面形状は回転対称であり、トーリック成分は回転対称である。したがって、トーリック面は回転対称となっており、このような眼鏡レンズを上記した特許文献１に記載の研磨治具と研磨装置を用いて研磨する場合、乱視軸の方向と研磨治具の長軸を一致させて研磨していた。ここで、トーリック成分は乱視の程度により適宜必要な大きさが処方される。乱視の大きさとその軸方向は処方に含まれており、レンズ受注時の処方箋より参照することができるため、乱視軸の方向と研磨治具の長軸を一致させることは容易である。

ところが、近年累進屈折力レンズは累進面形状とトーリック成分との融合面で光学面を形成したり、回転対称でない非球面形状（累進要素の一部）とトーリック成分をレンズの各光学面に配分して、両面での透過屈折力によって所望の累進屈折力や乱視矯正屈折力を構成している。これらの光学面は単純な回転対称な面ではない（以下、回転対称でないことを非回転対称という）。ここで、「非回転対称なレンズ」とは、レンズの一部または全体にわたって屈折力が連続的に変化する非回転対称面を有するレンズ、例えば累進屈折力レンズ、累進要素を有する非球面屈折力レンズ等である（ISO13666.JP REV.030 眼鏡レンズ）。

さらに、トーリック成分が両面に配分されるため片面当たりのトーリック成分が小さくなったり、トーリック成分の処方値の絶対値が小さくなる場合がある。しかしながら、トーリック成分による形状変化がトーリック成分以外の累進面等の回転対称でない変化と比較して小さくなると、トーリック成分の軸方向と研磨治具の長軸とを一致させて研磨した場合、レンズの被研磨面と研磨治具の曲率の相違により被研磨面全体を高い精度で研磨することができなくなるという問題があった。すなわち、被研磨面が非回転対称な面の場合、トーリック成分の軸方向を研磨治具の長軸方向と一致させてレンズを研磨装置に装着すると、レンズの最小曲率とその軸方向がトーリック成分の曲率とその軸方向と相違し、最小曲率がトーリック成分の曲率より小さくなるため、レンズの被研磨面の外周縁部と研磨治具の外周部との間に隙間が生じ、被研磨面全体を均一に研磨することができなくなる。

そこで、本発明者らは特に光学レンズの非回転対称な被研磨面を上記した特許文献１に記載されている研磨治具を用いて研磨する際には、レンズを研磨治具に対してどのように配置して研磨すればよいかを検討し種々の実験を行った結果、レンズ毎に最小曲率の軸方向を算出し、この最小曲率の軸方向を研磨治具の長軸方向と一致させて研磨すると、レンズの被研磨面の外周縁部と研磨治具の外周部との間に隙間が生じさせることなく、被研磨面全体を良好に研磨することができることを確認した。

本発明は上記した知見に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、非回転対称な被研磨面を全面にわたって良好に研磨することができる光学レンズの研磨方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、弾性材料によって平面視形状が楕円でカップ状に形成され内部に流体が導入されることにより上面側が曲面形状に膨張するバルーン部材と、このバルーン部材の上面に取付けた研磨パッドとを用いて光学レンズの非回転対称な被研磨面を研磨する光学レンズの研磨方法であって、前記光学レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向を算出し特定する工程と、前記光学レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向が前記バルーン部材の長軸方向と一致するように前記光学レンズを研磨装置に取付ける工程と、前記光学レンズの被研磨面が前記研磨パッドと接触した状態で前記バルーン部材を首振り旋回運動させ、前記光学レンズを前記被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向に往復移動させるとともに前記軸方向と直交する方向に往復回動させることにより、研磨の軌跡が１周毎に少しずつずれる無軌道研磨軌跡で前記被研磨面を研磨する工程とを備えたものである。

また、本発明は、前記光学レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向を算出し特定する工程が、前記被研磨面上の幾何学中心と外周縁の点対称な２点とを結ぶ前記被研磨面に沿った仮想曲線を前記被研磨面の周方向に所要角度ずつずらして複数本定め、各仮想曲線上に少なくとも任意の３点を定め、これらの点の座標から当該仮想曲線の平均曲率をそれぞれ算出し、そのうちの最も小さい平均曲率となる仮想曲線を選択してその軸方向を特定するものである。

さらに、本発明は、光学レンズがメニスカスレンズに適用したものである。

本発明においては、光学レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向と、バルーン部材の長軸方向とを一致させて研磨するようにしたので、レンズの被研磨面の外周縁部とバルーン部材の外周部との間に隙間が生じるようなことはなく、被研磨面全体を研磨パッドに接触させることができる。したがって、被研磨面全体を確実に研磨することができる。

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（ａ）、（ｂ）は本発明による研磨方法によって研磨されるレンズの平面図および、同レンズの断面図である。同図において、１は円形に形成された乱視矯正用のプラスチックレンズ（以下、レンズと略称する）で、凸面２ａと、凹面２ｂと、これら両面２ａ，２ｂの外周縁を接続する円筒状のコバ面２ｃとにより、メニスカスレンズを形成している。また、レンズ１は、凸面２ａのみが所定の光学面に仕上げられ、凹面２ｂが切削加工されたウレタン系またはエピチオ系の樹脂からなるセミフィニッシュレンズである。そして、凹面２ｂは、トーリック成分の軸方向３と凹面２ｂの最小曲率の軸方向４が異なる非回転対称な被研磨面を形成しており、本発明による研磨方法によって研磨され所定の光学面に仕上げられるものである。

図２は本発明に係る光学レンズの研磨方法の手順を示すフローチャートである。同図において、本発明に係る光学レンズの研磨方法は、レンズ１の被研磨面２ｂの平均曲率が最小となる軸方向４を算出し特定する工程（ステップＳ１）を備えている。レンズ１の最小曲率を算出しその軸方向４を特定するには、図３に示すように先ず被研磨面２ｂ上に複数の仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・を定める。これらの仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・は、被研磨面２ｂ上の幾何学中心Ｏと外周縁の点対称な２点（点Ｑ₁ と点Ｑ₁ 、点Ｑ₂ と点Ｑ₂ ・・）とをそれぞれ結ぶ、被研磨面２ｂの周方向に所要角度（θ）ずつずれた曲線である。各仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・を水平面に投影した投影線は、直線である。

次に、各仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・上に少なくとも任意の３点（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ）を定め、これらの点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ から各仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・の平均曲率をそれぞれ算出する（算出方法についてはさらに後述する）。そして、算出した平均曲率のうち最も小さい平均曲率の仮想曲線を選び、その軸方向を特定する。各仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・の平均曲率は、その仮想曲線上に距離Ｓだけ離れた２点（例えば、点Ｐ₁ と点Ｐ₃ ）をとり、これらの点Ｐ₁ と点Ｐ₃ における接線の方向の差ψ（＝接線の角度α₁ ，−α₂ ）と、点Ｐ₁ 〜点Ｐ₃ 間の弧の長さＳとの比（ψ／Ｓ）である。

また、本発明による光学レンズの研磨方法は、後述する研磨治具の長軸方向とレンズ１の被研磨面２ｂの平均曲率が最小となる軸方向４とを一致させる工程（ステップＳ２）と、被研磨面２ｂを研磨装置によって研磨する工程（ステップＳ３）とを備えている。被研磨面２ｂの研磨は、前述した特許文献１に記載されている研磨治具と研磨装置によって行う。

研磨治具の長軸方向とレンズ１の被研磨面２ｂの平均曲率が最小となる軸方向４とを一致させる工程は、被研磨面２ｂの平均曲率が最小となる軸方向４が研磨治具の長軸方向と一致するようにレンズ１を研磨装置に装着することである。この場合、レンズ１はレンズ保持体によって保持され、研磨装置に装着される。

研磨装置によってレンズ１の被研磨面２ｂを研磨する工程は、研磨治具に取付けた研磨パッドにレンズ１の被研磨面２ｂを接触させた状態で研磨治具と研磨パッドを首振り旋回運動させ、レンズ１を被研磨面２ｂの平均曲率が最小となる軸方向に往復移動させるとともに前記軸方向と直交する方向に往復回動させることにより、研磨の軌跡が１周毎に少しずつずれる無軌道研磨軌跡で前記被研磨面２ｂを前記研磨パッドによって研磨する工程である。研磨治具としては、弾性材料によって平面視形状が楕円でカップ状に形成され内部に流体が導入されることにより上面側が所定の曲面形状に膨張するバルーン部材が用いられる。そして、このバルーン部材は、研磨時に長軸と短軸の方向を一定に保ったままの状態で首振り旋回運動する。なお、研磨治具と研磨装置についてはさらに後述する。

次に、レンズの被研磨面２ｂの最小曲率の軸方向を算出し特定する方法について詳述する。
レンズ１の被研磨面２ｂの最小曲率ｋを算出する方法としては、前記各仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・上の少なくとも任意の３点（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ）の座標より連立方程式を解いて算出する方法と、３点以上（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ・・）の座標より最小二乗法によって算出する方法がある。前者の算出方法は、座標点が少ないため被研磨面２ｂの形状によっては後者の算出方法に比べて誤差が大きくなる。このため、本発明においては、レンズ毎にその被研磨面２ｂの最小曲率を前者の連立方程式と後者の最小二乗法によってそれぞれ算出してその結果を比較し、研磨精度に問題ない場合は前者の簡易な計算方法による算出結果に基づいて研磨し、研磨精度に問題がある場合は後者の方法による算出結果に基づいて研磨するようにしている。

レンズ１の表面（被研磨面）形状は、縦横に分割した格子状行列（例えば１１０×１１０）の各格子上にレンズ表面の高さを数値として与えることにより表される。この場合、被研磨面２ｂの形状は、累進形状も含めた自由曲面である。この被研磨面２ｂ上の（Ｘ，Ｙ）点における高さＺは、式１で表される。式１は、点列データの補間データを算出することができる公知の補間関数を用いることが可能であり、本発明においてはＢ−スプライン関数を使用する。

Ａ．３点の座標値より連立方程式を解いて平均曲率を算出する方法
図３において、被研磨面２ｂの近似曲率半径ｒを円の方程式の連立方程式から算出する。曲率半径ｒは曲率ｋの逆数である。したがって、レンズ１の中心Ｏを通る各仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・上の任意の３点（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ）の座標を使って各仮想曲線Ｕ₁ ，Ｕ₂ ，Ｕ₃ ・・・の平均曲率を算出する。この場合、被研磨面２ｂの最小曲率とその軸方向を検出する必要があるので、角度θのピッチで周方向の全周にわたって複数の仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ_m を被研磨面２ｂ上に設定し、各仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ_m 上の任意の３点（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ）の座標を使用してその仮想曲線における被研磨面２ｂの平均曲率を算出する。本発明においては、隣り合う仮想曲線の角度ピッチ（θ）を１°とした。したがって、＞０°から１７９°までの１８０本の仮想曲線Ｑ₁〜Ｑ₁₈₀についてその平均曲率ｒを算出すれば、３６０°にわたる全方向の平均曲率を求めたことになる。

図４において、Ｘ軸に対して角度θだけ傾斜した第ｉ番目の仮想曲線をＵｉとし、その平均曲率を算出する方法を説明する。
仮想曲線Ｕｉ上に任意の３点をＰ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，），Ｐ₂ （Ｘ₂ ，Ｙ₂ ），Ｐ₃ （Ｘ₃ ，Ｙ₃ ）とする。また、仮想曲線Ｕｉ の方向の座標軸をＷ軸とすると、ＺＷ断面での点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ の座標値は、Ｐ₁ （Ｗ₁ ，Ｚ₁ ），Ｐ₂ （Ｗ₂ ，Ｚ₂ ），Ｐ₃ （Ｗ₃ ，Ｚ₃ ）となる。Ｗ₁ ，Ｗ₂ ，Ｗ₃ の座標値の設定は、前述したように直径Ｄのレンズ１の幾何学中心Ｏを通り両端の点（点Ｐ₁ ，Ｐ₃ ）を結んだ仮想曲線Ｕｉ上の三点（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ）として予め行っておく。Ｗ₁ ，Ｗ₂ ，Ｗ₃ の座標値は、どの方向について計算するときも同じ値である。以上設定したＷ座標値を基にＸＹ座標を算出する式と、算出したＸＹ座標からＺを算出する式は上記式１より次式となる。

したがって、ＺＸ断面にける３点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ を通る円の方程式を求めるには、以下の連立方程式を解けばよい。ただし、この３点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ がＺＷ断面において直線上にないことを条件とする。

ａ，ｂはそれぞれ円の中心のＷ，Ｚ値の座標値、ｒは円の半径である。
ａ，ｂ，ｒは式４、式５、式６によってそれぞれ求められる。

さらに、求める平均曲率ｋは、曲率半径ｒの逆数なので、次式

となる。
このようにして各仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ₁₈₀ の平均曲率ｋを順次算出し、そのうちの最も小さい平均曲率（ｋ_O ）を選択する。

上記方法による平均曲率ｋの算出例を下記の表１に示す。

算出対象レンズは、非回転対称レンズである累進屈折力レンズである。
表１は非研磨面の幾何学中心Ｏを通り周方向にθ＝１０°のピッチでずれた１８本の仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ₁₈についての平均曲率の算出例である。点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ は被研磨面の各仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ₁₈上の座標値を示す。表１より最小曲率ｋ_O は１．１０３×１０^-0.2、その軸方向はθ＝１７０°である。

Ｂ．３点以上の座標値より最小二乗法によって平均曲率を算出する方法
図５において、レンズ１の被研磨面２ｂ上の幾何学中心Ｏを通り３点以上の点、例えば９つの点Ｐ₁ 〜Ｐ₉ を通る被研磨面２ｂ上の座標値を使って仮想曲線Ｕ₁ の近似曲率半径を円の方程式から最小二乗法で算出する。

また、最小曲率とその方向を検出する必要があるので、所要の角度ピッチで周方向の全周にわたって複数の仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ_m を被研磨面２ｂ上に設定し、各仮想曲線上の点Ｐ₁ 〜Ｐ₉ の座標を使用してその仮想曲線における被研磨面２ｂの平均曲率を算出する。ここで、隣り合う仮想曲線の角度ピッチθを１°とした。したがって、この場合も０°から１８０°までの１８０本の仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ₁₈₀ についてその平均曲率を算出すれば、３６０°にわたる全方向の平均曲率を求めたことになる。

次に、角度θの方向を第ｉ番目の仮想曲線Ｕ_i とし、その平均曲率を算出する方法を説明する。
３点以上の座標値としては、例えば図５（ｂ）に示すように仮想曲線Ｕ_i 上でレンズ直径を８等分する９つの点Ｐ₁（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，），Ｐ₂ （Ｘ₂ ，Ｙ₂ ）・・・Ｐ₉ （Ｘ₉ ，Ｙ₉ ）とする。また、仮想曲線Ｕ_i の方向の座標軸をＷ軸とすると、ＺＷ断面での点Ｐ₁ 〜Ｐ₉ の座標値は、Ｐ₁ （Ｗ₁ ，Ｚ₁ ），Ｐ₂ （Ｗ₂ ，Ｚ₂ ）・・・Ｐ₉ （Ｗ₉ ，Ｚ₉ ）となる。Ｗ₁ 〜Ｗ₉ の座標値の設定は、レンズ１の直径Ｄを等間隔に分ける仮想曲線Ｕ_i 上の位置（点Ｐ₁ 〜Ｐ₉ ）に予め行っておく。Ｗ₁ 〜Ｗ₉ の座標値は、どの方向について計算するときも同じ値である。以上設定したＷ座標値を基にＸＹ座標を算出する式と、算出したＸＹ座標からＺを算出する式は、次式（８）となる。

ＺＷ断面において、これらの点Ｐ₁ 〜Ｐ₉ の座標値に最も近い円の方程式を求めるには、最小二乗法（式９）を使用して式（１０）の連立方程式を解く。ただし、全ての点Ｐ₁ 〜Ｐ₉ がＺＷ断面において直線上にないことを条件とする。

式９のＳが最小となるときが最も近似した円の方程式となる。したがって、Ｓを最小にするａ，ｂ，ｒを求めるにはＳをａ，ｂ，ｒでそれぞれ微分して０とおくと、次式（１０）

となり、これらを連立して解くと以下のようになる。

と置いて、
ａ，ｂ，ｒを式１２、式１３、式１４によってそれぞれ求める。

さらに、求める平均曲率ｋは、曲率半径ｒの逆数なので、

となる。このようにして各仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ₁₈₀ の平均曲率ｋを順次算出し、そのうちの最も小さい平均曲率ｋ_O を選択する。

上記算出方法による平均曲率の算出例を下記の表２に示す。

算出対象レンズは、非回転対称レンズである累進屈折力レンズである。
表２は非研磨面の幾何学中心Ｏを通り周方向にθ＝１０°のピッチでずれた１８本の仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ₁₈についての算出例である。点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ は被研磨面の各仮想曲線Ｕ₁ 〜Ｕ₁₈上の座標値を示す。表２より最小曲率ｋ_O は１．１０３×１０^-0.2、その軸方向はθ＝１７０°である。

また、表１と表２の結果を比較すると、最小曲率ｋ_O とその軸方向は一致している。レンズ形状にも依存するが、本発明の形態では３点Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ による簡易計算でも十分な精度で最小曲率ｋ_O とその軸方向が算出可能である。

次に、研磨装置によるレンズの研磨について説明する。
図６は本発明に係る研磨方法に用いられる研磨装置の概略構成図である。
同図において、全体を符号３０で示す研磨装置は、床面に設置された装置本体３２と、この装置本体３２に紙面において左右方向（矢印Ｘ方向）に移動自在でかつ水平な軸３３を中心として紙面と直交する方向（矢印ＡＢ方向）に回動自在に配設されたアーム３４と、このアーム３４を左右方向に往復移動させるとともに紙面と直交する方向に回動させる図示しない駆動装置と、前記アーム３４に設けられレンズ１の凸面２ａをレンズ保持体３７を介して保持するレンズ取付部３６と、このレンズ取付部３６の下方に位置するように前記装置本体３２に配設され、図示しない駆動装置により垂直な軸線Ｋを中心として首振り旋回運動（自転はしない）を行う揺動装置３８等を備えている。また、前記揺動装置３８上に着脱自在に設けられた研磨治具３９、この研磨治具３９に着脱自在に取付けられた研磨パッド４０、前記レンズ取付部３６を昇降させる昇降装置４１等を備えている。このような研磨装置３０は、上記した特許文献１に記載されている研磨装置と同一のものである。

レンズ１は前述した通り、凸面だけが仕上げられた乱視矯正用のプラスチック製セミフィニッシュレンズからなり、凹面２ｂが非回転対称な被研磨面である。この被研磨面２ｂは、予め３次元ＮＣ制御を行うカーブジェネレータによって所定の面形状に切削加工されている（加工精度３μｍ以内：外径５０φ、表面粗さＲｙ０．３〜０．５μｍ）。

図７は前記レンズをレンズ保持体３７に取付けた状態を示す断面図である。
同図において、レンズ１を保持するレンズ保持体３７は、金属製（工具鋼等）のヤトイ４４と、このヤトイ４４とレンズ１を接合する接着剤４５とで構成されている。ヤトイ４４の背面側には、前記レンズ取付部３６に対して嵌合する嵌合凹部４７が形成されている。この嵌合凹部４７は、ハメアイの方向性を有している。接着剤４５としては、通常低融点のアロイ（例えば、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｇａの合金、融点約４９℃）が用いられる。レンズ１の凸面２ａと接着剤４５との間には、傷防止用の保護フィルム４６が介在されている。接着剤４５によってレンズ１をヤトイ４４に接合するには、例えばＬＯＨ社製のレイアウトブロッカーと呼ばれる装置が用いられる。また、レンズ１は、上述した連立方程式または最小二乗法によって算出した被研磨面２ｂの最小曲率の軸方向を考慮してヤトイ４４に取付けられる。具体的には、ヤトイ４４をレンズ取付部３６に取付けたとき、被研磨面２ｂの最小曲率の軸方向が研磨治具の３９の長軸方向と一致するように、レンズ１をヤトイ４４に取付ける。なお、ヤトイ４４は、レンズ１の度数、外径、凸面２ａの曲率に応じて大きさの異なるものが用いられる。

図６において、前記揺動装置３８は、垂直な回転軸２１の上端に垂直方向に所要角度（α）傾斜して取付けられており、上端面に前記研磨治具３９が着脱可能に設置されている。回転軸４８は研磨時に軸線周りに回転する。揺動装置３８は回転軸４８が回転すると、回転軸４８の軸線周りを首振り旋回運動するように構成されている。回転軸４８に対する揺動装置３８の傾斜角度αは、例えば、５°である。図８は揺動装置３８と研磨治具３９の首振り旋回運動の軌跡５０を示す。揺動装置３８は、首振り旋回運動において回転軸４８の周りを公転するだけで自転はしない。

図９〜図１２において、前記研磨治具３９は、弾性材料によってカップ状に形成された下面側が開放するバルーン部材５１と、このバルーン部材５１の下面側開口部を閉塞し内部を気密に保持する固定具５２と、前記バルーン部材５１の内部に圧縮空気を供給するバルブ５３とで構成されている。

前記バルーン部材５１は、平面視形状が楕円形で表面が扁平または緩やかな凸曲面からなるドーム部５１Ａと、このドーム部５１Ａの外周より下方に向かって一体に延設された略楕円形の筒部５１Ｂと、この筒部５１Ｂの下端に一体に延設された環状の内フランジ５１Ｃとで構成されている。

バルーン部材５１の材質としては、例えば硬度が２０〜５０度の天然ゴムに近い合成ゴム（例えば、ＩＩＲ）または天然ゴムが用いられる。バルーン部材５１の厚さは全体にわたって均一で、約０．５〜２ｍｍ（通常１ｍｍ程度の等厚）である。

前記固定具５２は、内側固定具５５と外側固定具５６の２部材からなり、これらによってバルーン部材５１の内フランジ５１Ｃを内側と外側から挟持することにより、バルーン部材５１の下面側開口部を気密に封止している。このため、バルーン部材５１の内部は、密閉空間５７を形成している。内側固定具５５は、バルーン部材５１の筒部５１Ｂの内側の形状と略同一の大きさの楕円板からなり、下面外周部に前記内フランジ５１Ｃが嵌合する環状溝５８が形成されている。

前記外側固定具５６は、上方が開放するカップ状に形成されていることにより、円板状の底板５６Ａと、この底板５６Ａの上面外周に一体に突設された円筒部５６Ｂとからなり、この円筒部５６Ｂ内に前記内側固定具５５が前記バルーン部材５１の筒部５１Ｂとともに嵌挿される。円筒部５６Ｂは、外形が円形で、内形がバルーン部材５１の筒部５１Ｂの外形と略同一の大きさの楕円形に形成されている。そして、外側固定具５６は、内側固定具５５が複数個の止めねじ６０によって一体的に結合された後、前記揺動装置３８の上面に、前記バルーン部材５１の長軸方向（図９の矢印Ｆ方向）を前記アーム３４の往復移動方向（図６のＸ方向）と一致させて取付けられる。

前記バルブ５３は逆止弁からなり、前記内側固定具５５に取付けられている。

前記ドーム部材５１の密閉空間５７に圧縮空気を前記バルブ５３を介して供給すると、ドーム部５１Ａは上方に膨張し、ドーム部５１Ａの中心軸を含む断面の曲率半径が楕円の短軸方向（図９の矢印Ｇ方向）で最小、長軸方向（矢印Ｆ方向）で最大なトーリック面に近い形状となる。この場合、ドーム部５１Ａの曲率半径は、図１３に示すようにドーム部５１Ａの中央高さ（頂点高さ）に対応して変化するため、適宜な装置によってドーム中央の高さを測定し調整することにより、ドーム部５１Ａの曲率半径を所望の曲率半径とすることができる。なお、ドーム部５１Ａの形状をレンズ１の凹面２ｂにより近づけるには長軸と短軸の寸法またはその比率が異なるドーム部材を複数種用意しておき、レンズ１の凹面２ｂの形状に近いものを選択して使用することが好ましい。この場合、ドーム部５１Ａの長軸方向の曲率半径は、レンズ１の凹面２ｂの最大曲率半径（最小曲率）と略等しく設定されていることが好ましい。

ここで、本実施の形態においては、凹面２ｂがトーリック面でレンズ径６５φ、７０φ、７５φ、８０φ（ｍｍ）、屈折率１．７、凹面２ｂのベースカーブ０．００〜１１．２５〔Ｄ〕、乱視度数範囲０．００〜４．００〔Ｄ〕のレンズの研磨を行うのに、バルーン部材５１の短軸の長軸に対する比率が０．９で、長軸の寸法が６５φ、７０φ、７５φ、８０φ、８５φ、９０φ、９５φ、１００φ（ｍｍ）の８種類と、バルーン部材５１が略円形で外径が１００ｍｍの１種類の計９種類の研磨治具３９を用意しておき、これらをレンズ１径に対応させて適宜選定し使い分ける。

研磨治具３９の選定は、レンズ径と被研磨面２ｂの曲率によって適宜選定されるが、同一径のレンズの場合、曲率が大きくなる程長軸が短い研磨治具を使用するとよい。例えば、直径が７０ｍｍのトーリックレンズを研磨する場合、ベースカーブ０．００〜１．５０〔Ｄ〕で乱視度数０．００〜２．００〔Ｄ〕の場合は長軸１００φ（ｍｍ）の研磨治具、同ベースカーブで乱視度数２．２５〜４．００〔Ｄ〕以上の場合は９０φの研磨治具、ベースカーブ１．７５〜６．００〔Ｄ〕で乱視度数０．００〜４．００〔Ｄ〕の場合は長軸９０φの研磨治具（ただし、ベースカーブ２．７５〜６．００〔Ｄ〕でかつ乱視度数が２．２５〜４．００〔Ｄ〕の場合は８０φ）、ベースカーブ６．２５〜１１．２５〔Ｄ〕で乱視度数０．００〜４．００〔Ｄ〕の場合は長軸８０φの研磨治具（ただし、ベースカーブ１０．００〜１１．２５〔Ｄ〕でかつ乱視度数が２．２５〜４．００〔Ｄ〕の場合は除く）を使用する。

図１０および図１４において、レンズ１の凹面２ｂの研磨に用いられる前記研磨パッド４０は、例えば発泡ポリウレタン、フェルト、または不織布等の繊維性の布や合成樹脂等を材料とする厚さ１ｍｍ程度のシート材によって形成されたもので、前記バルーン部材５１のドーム部５１Ａの正面視形状と略同一の大きさの楕円形に形成された研磨部７０と、この研磨部７０の外周から外側に伸びる複数本の固定片７１とで一体に形成されている。研磨部７０は、外周より中心に向かって形成された複数の溝７２により放射状に分割形成された８個の花弁片７３で構成されている。各花弁片７３は、中心側の幅が狭く、外周側の幅が広くなるように平面視台形状に形成されており、中央において互いに連結している。前記固定片７１は、８個の花弁片７３のうち、長軸方向（Ｆ方向）と短軸方向（Ｇ方向）に位置する合計４つの花弁片７３の外縁に径方向にそれぞれ延設されている。固定片７１の幅は、花弁片７３の外縁の幅より狭く設定されている。これは、研磨中にバルーン部材５１の変形や固定片７１が図１５に示す締付部材７６から引き出された際、固定片７１の撓みを容易にするためである。

前記固定片７１は、幅が広すぎると柔軟性に欠けて撓み難くなり、狭すぎると強度的に弱くなるため研磨時に破断し易くなる。したがって、固定片７１の幅は強度と柔軟性を考慮して決められる。例えば、厚さ１ｍｍのフェルトを使用した場合、幅は５〜１５ｍｍ程度とすることが望ましい。５ｍｍ以下では耐久性が低下し、１５ｍｍ以上であると柔軟性が低下して、バルーン部材５１の変形に追随しなくなる。固定片７１の数としては、２つ以上で一定の間隔をおいて設けられることが好ましい。なお、固定片７１の数が多すぎると、固定片７１と締付部材７６との接触面積が大きくなり、固定片７１にかかる締付部材７６の圧力が分散して小さくなるため外れ易くなる。反対に少なすぎると研磨パッド４０の研磨治具３９に対する安定した固定が得られなくなる。したがって、固定片７１の数としては３〜５つ程度であるとより好ましい。

このような研磨パッド４０は、前記締付部材７６によって前記研磨治具３９に着脱自在に取付けられる。前記締付部材７６は、適宜な太さの線ばねをリング状に塑性変形させて両端部を重ね合わせたもので、自然状態では前記外側固定具５６の外径より小さい直径を有し、両端部７６ａ，７６ｂが外側にそれぞれ略直角に折り曲げられている。

前記研磨パッド４０を研磨治具３９に取付けるには、先ず圧縮空気の供給によってバルーン部材５１のドーム部５１Ａを所定のドーム形状に膨張させた後、その上に研磨パッド４０の研磨部７０を載置する。次に、締付部材７６の両端部７６ａ，７６ｂを指先で挟んでその間隔を弾性に抗して狭めることにより締付部材７６を拡径化し、この状態で締付部材７６を研磨パッド４０の固定片７１に上方から押しつけてこれらの固定片７１を下方に折り曲げ外側固定具５６の外周に接触させる。そして、両端部７６ａ，７６ｂから指先を離すと、締付部材７６は元の形状に復帰して固定片７１を外側固定具５６の外周に締付け固定し、もって研磨パッド４０の取付けが終了する。

このような構造からなる研磨装置３０によるレンズ１の研磨は、以下の手順によって行われる。
先ず、アーム３４のレンズ取付部３６にレンズ１をレンズ保持体３７を介して装着する。次に、揺動装置３８の上面に研磨パッド４０が取付けられた研磨治具３９を設置する。レンズ取付部３６にレンズ１を取付ける際には、レンズ１の被研磨面２ｂの最小曲率の軸方向がアーム３４の往復移動方向（図６の矢印Ｘ方向）と一致するように取付ける。研磨治具３９を揺動装置３８に設置する際には、バルーン部材５１の長軸方向（Ｆ方向）をアーム３４の往復移動方向（矢印Ｘ方向）と一致させて設置する。

レンズ１がレンズ取付部３６に取付けられると、昇降装置４１によってレンズ１を下降させ、凹面２ｂを研磨パッド４０の表面に押し付ける。この状態で研磨剤を研磨パッド４０の表面に供給し、アーム３４を左右方向に往復移動させるとともに軸３３を中心として前後方向に回動させる。このようなアーム３４の動きによるレンズ１の運動軌跡を図１６に示す。

また、回転軸２１の回転によって揺動装置３８を図８に示すように首振り旋回運動させる。このようなレンズ１と揺動装置３８の運動により、研磨の軌跡が１周毎に少しずつずれる無軌道研磨軌跡でレンズ１の凹面２ｂを前記研磨パッド４０と研磨剤によって研磨し、所望のトーリック面に仕上げる。研磨パッド４０による研磨代は５〜９μｍ程度である。研磨剤としては、例えば酸化アルミナ、ダイヤモンドパウダー等の研磨材（砥粒）を研磨液に分散させた溶液状のものが用いられる。

カーブジェネレータによって切削加工された凹面２ｂには、ＮＣ制御によるバックラッシュ等に起因する加工段差が含まれているので、この段差を研磨によって除去する必要がある。このため、凹面２ｂの研磨工程を荒研磨と仕上げ研磨の２工程にわけて研磨することが好ましい。例えば、荒研磨においては、研磨材の平均粒径が１．６〜１．８μｍのものを用い、温度を８〜１４℃に制御して研磨する。また、研磨時間は２〜６分、研磨圧は５〜４００ミリバール、回転速度は４００〜１０００ｒｐｍとする。

次に、仕上げ研磨においては、研磨材の平均粒径が０．８μｍ程度のものを用いて研磨する。研磨時間は３０秒〜１分程度、研磨圧は５〜４００ミリバール、回転速度は４００〜１０００ｒｐｍとする。このように研磨条件を変えて研磨すると、加工段差を確実に取り除くことができる。

このように本発明においては、レンズ１の被研磨面２ｂの最小曲率ｋ_O を算出し、その軸方向をバルーン部材５１の長軸方向と一致させて被研磨面２ｂを研磨するようにしたので、被研磨面が非回転対称な曲面であっても、被研磨面２ｂの最小曲率とその軸方向をバルーン部材５１の長軸方向の曲率とその長軸方向と略一致させることができる。したがって、非研磨面２ｂの最小曲率の長軸方向における外周縁部と研磨治具３９の長軸方向外周部との間に隙間が生じず、被研磨面全体を良好かつ均一に研磨することができ、所望の光学面を得ることができる。

上記した実施の形態においては、累進要素を有する非球面の乱視矯正用眼鏡レンズのトーリック面からなる凹面２ｂを研磨する例について説明したが、本発明はこれに何ら特定されるものではなく、球面、非球面、非トーリック面、累進面や累進面とトーリック成分の融合面、さらには累進要素を有する非球面、これらの複合面など自由曲面からなる凹面、さらには凸面の研磨に用いることができる。なお、凸面を研磨する場合は、圧搾空気の注入によって上面が楕円の凹面状に弾性変形するバルーン部材を用いればよい。

（ａ）、（ｂ）は眼鏡レンズの平面図および断面図である。 レンズの研磨工程を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は被研磨面上の仮想曲線と座標位置を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は３点から最小曲率を求めるときの仮想曲線と座標位置を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は９点から最小曲率を求めるときの仮想曲線と座標位置を示す図である。 本発明に係るレンズの研磨方法に用いられる研磨装置の概略構成図である。 レンズをレンズ保持体に取付けた状態を示す断面図である。 揺動装置と研磨治具の首振り旋回運動を示す図である。 研磨治具の平面図である。 研磨パッドが取付けられた同研磨治具の平面図である。 同研磨治具の底面図である。 図１０のXII−XII線断面図である。 研磨治具の高さと曲率半径の関係を示す図である。 研磨パッドの平面図である。 締付部材の斜視図である。 レンズの運動軌跡を示す図である。

符号の説明

１…レンズ、２ａ…凸面、２ｂ…凹面（被研磨面）、２ｃ…コバ面、 ３０…研磨装置、３２…装置本体、３４…アーム、３６…レンズ保持部、３７…レンズ保持体、３８…揺動装置、３９…研磨治具、４０…研磨パッド、５１…バルーン部材。

Claims (3)

1. 弾性材料によって平面視形状が楕円でカップ状に形成され内部に流体が導入されることにより上面側が曲面形状に膨張するバルーン部材と、このバルーン部材の上面に取付けた研磨パッドとを用いて光学レンズの非回転対称な被研磨面を研磨する光学レンズの研磨方法であって、
   前記光学レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向を算出し特定する工程と、
   前記光学レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向が前記バルーン部材の長軸方向と一致するように前記光学レンズを研磨装置に取付ける工程と、
   前記光学レンズの被研磨面が前記研磨パッドと接触した状態で前記バルーン部材を首振り旋回運動させ、前記光学レンズを前記被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向に往復移動させるとともに前記軸方向と直交する方向に往復回動させることにより、研磨の軌跡が１周毎に少しずつずれる無軌道研磨軌跡で前記被研磨面を研磨する工程と、
   を備えていることを特徴とする光学レンズの研磨方法。
2. 前記光学レンズの被研磨面の平均曲率が最小となる軸方向を算出し特定する工程は、前記被研磨面上の幾何学中心と外周縁の点対称な２点とを結ぶ前記被研磨面に沿った仮想曲線を前記被研磨面の周方向に所要角度ずつずらして複数本定め、各仮想曲線上に少なくとも任意の３点を定め、これらの点の座標から当該仮想曲線の平均曲率をそれぞれ算出し、そのうちの最も小さい平均曲率となる仮想曲線を選択してその軸方向を特定することを特徴とする請求項１記載の光学レンズの研磨方法。
3. 前記光学レンズがメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１または２記載の光学レンズの研磨方法。
   

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