JP2013056399A - レンズ研磨方法およびレンズ研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動回転型のレンズ研磨装置を用いて１０ミクロン以下の精度でレンズ研磨を行うことのできるレンズ研磨方法を提案すること。
【解決手段】レンズ研磨装置１は、ホルダーシャフト１３が第１位置Ｔ１に至るまで、第１押圧力Ｐ１、第１回転速度Ｎ１の研磨条件で被加工レンズ１５の研磨を行う（ＳＴ２，３，４）。ホルダーシャフト１３が第１位置Ｔ１から第２位置Ｔ２に至るまで、第２押圧力Ｐ２（＜Ｐ１）、第２回転速度Ｎ２（＜Ｎ１）の研磨条件で被加工レンズ１５の研磨を行う（ＳＴ５，６，７）。第１位置Ｔ１は、第１押圧力Ｐ１の下で被加工レンズ１５のレンズ中心肉厚が目標レンズ中心肉厚よりも予め定めた量だけ厚い肉厚となるまで研磨が行われた時点のホルダーシャフト１３の移動位置であり、第２位置Ｔ２は、第２押圧力Ｐ２の下でレンズ中心肉厚が目標レンズ中心肉厚となるまで研磨が行われた時点のホルダーシャフト１３の移動位置である。
【選択図】図２

Description

本発明は被加工レンズのレンズ面に対して加工皿の球状加工面を押し付けた状態で当該加工皿を揺動および回転させながらレンズ面を研磨するレンズ研磨方法およびレンズ研磨装置に関する。

加工皿を被加工レンズに押し付けた状態で揺動および回転させながら研磨（研削、切削）を行うレンズ研磨方法およびレンズ研磨装置が知られている。本願出願人は特許文献１〜３において、このような揺動回転式のレンズ研磨装置を提案している。

特許文献１の図７に表示されているレンズ研磨装置は、加工皿を揺動および回転させることができると共に、その回転速度を変更できるようになっている。また、レンズホルダーに取り付けた被加工レンズを加工皿に押圧するために、レンズホルダーが取り付けられているフリー回転式のスピンドル、スピンドルを回転自在の状態で支持しているホルダーシャフトおよび押圧力を発生するエアーシリンダを備えている。ホルダーシャフトには、その移動方向と平行に調節ネジが取り付けられており、この調節ネジに対して測定子が接触する位置にダイヤルゲージが設置されている。被加工レンズの切削目標位置をダイヤルゲージの目盛が「０」となる位置に設定し、切削の進行に伴ってダイヤルゲージ測定子が移動して目盛が「０」になると、切削加工が終了するようになっている。

特開２００４−２９８９８５号公報 特開２００３−３４０７０２号公報 特開２０１１−９３０４４号公報

近年においては、このような揺動回転式のレンズ研磨装置に対しては１０ミクロン以下の高いレンズ肉厚精度が要求されるようになってきている。しかし、従来の揺動回転式のレンズ研磨装置では、このような高い精度の研磨を行うには性能が不足する場合がある。この主な理由は、レンズ研磨装置の測定レスポンスと加工時の振動による測定誤差のために、加工完了時点を精度良く検出できないことであると推察される。

例えば、揺動回転式のレンズ研磨装置のレンズ切削量を７０ミクロンとし、切削時間を２０秒とし、加工皿の回転数を３０００ｒｐｍとし、加工皿１回転当りの切削量を０．７ミクロンとする。この場合、加工終了時点において加工皿の回転停止指令が発せられてから実際に加工皿が停止するまでに要する時間が２秒程度である。回転停止指令が発せられてから加工皿が停止するまでの間に加工皿が５０回転くらい回転するので、この間の切削量が３．５ミクロン程度になる。

一方、加工中における振動幅を３０ミクロンとすると、加工位置からホルダーシャフトに伝わる振動によってダイヤルゲージ測定子も振動するので、ダイヤルゲージの測定値も３０ミクロンの幅で推移するはずである。しかしながら、加工位置からダイヤルゲージによる測定子までの間には、被加工レンズの保護緩衝材、レンズホルダー、ホルダーシャフトなどが存在している。これらの各部材の伸縮、各部材の間の隙間、ガタツキ等に起因して、加工位置における振動が正確に測定子まで伝達されないことが多い。特に、被加工レンズを高い押圧力で加工皿に押し付けている加工状態の場合には、実際の振動幅に対してダイヤルゲージの測定値の変動幅が大きくなる傾向がある。また、ダイヤルゲージの構造上からくる測定子による測定レスポンスが、実際に発生している加工振動速度よりも遅い場合には、加工が終了したにも拘わらず測定値が「０」にならない加工完了不検出状態に陥るおそれがある。これらの要因によるダイヤルゲージの測定誤差は１０〜２０ミクロン位であると想定される。

本発明の課題は、揺動回転式のレンズ研磨装置を用いて１０ミクロン以下の精度でレンズ研磨を行うことのできるレンズ研磨方法およびレンズ研磨装置を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のレンズ研磨方法およびレンズ研磨装置では、従来の揺動回転式のレンズ研磨装置における研磨量の測定誤差増加の要因となる加工振動速度を低減するために加工皿の回転速度を遅くしている。また、測定誤差増加の要因となる加工皿に対する被加工レンズの押圧力を低減している。さらに、加工時間の増加を抑制するために、加工終了近くの時点で加工皿の回転速度を高速から低速に切り替えると共に押圧力を高圧から低圧に切り替えるようにしている。これに加えて、押圧力の切り替えに伴う測定誤差の発生を回避するために、加工終了位置を表す測定値として、低い押圧力で研磨した場合において被加工レンズが目標加工厚さになった時点のものを採用している。

すなわち、本発明のレンズ研磨装置は、前記加工皿をその加工皿中心軸線回りに回転駆動する加工皿回転機構と、前記加工皿を前記球状加工面の球心を中心として揺動させる加工皿揺動機構と、前記レンズホルダーをそのホルダー中心軸線回りに回転自在の状態で支持しているホルダーシャフトと、前記ホルダーシャフトおよび前記レンズホルダーを介して、前記レンズホルダーに保持された前記被加工レンズの前記レンズ面を前記加工皿の前記球状加工面に押圧する押圧力を与える押圧シリンダーと、前記ホルダーシャフトが前記ホルダー中心軸線に沿った方向における第１位置および第２位置に移動したことを検出する検出器とを備えている。

前記レンズ研磨装置は、前記ホルダーシャフトの移動位置が研磨開始位置から前記第１位置に至るまでは、前記押圧力を第１押圧力、前記加工皿の回転速度を第１回転速度に設定した研磨条件の下で、前記レンズ面の研磨動作を行う。また、前記ホルダーシャフトの前記移動位置が前記第１位置から前記第２位置に至るまでは、前記押圧力を第２押圧力、前記回転速度を第２回転速度に設定した研磨条件の下で、前記被加工レンズ面の研磨動作を行う。

ここで、前記第２押圧力は前記第１押圧力よりも低い値であり、前記第２回転速度は前記第１回転速度よりも低い値である。また、前記第１位置は、前記第１押圧力の下で、前記被加工レンズのレンズ中心肉厚が、目標レンズ中心肉厚よりも予め定めた量だけ厚い肉厚となるまで前記研磨動作が行われた時点における前記ホルダーシャフトの前記移動位置である。前記第２位置は、前記第２押圧力の下で、前記被加工レンズのレンズ中心肉厚が、前記目標レンズ中心肉厚となるまで前記研磨動作が行われた時点における前記ホルダーシャフトの前記移動位置である。

本発明のレンズ研磨方法およびレンズ研磨装置はレンズ研磨量の測定誤差に起因する精度低下を抑制できる。本発明者らの実験によれば、レンズ加工精度を１０ミクロン以下に高めることが可能なことが確認された。したがって、揺動回転式のレンズ研磨装置を用いて、レンズ肉厚精度の高精度化の要求に応えるレンズ研磨加工を行うことが可能になる。

本発明を適用した揺動回転式のレンズ研磨装置を示す概略構成図である。 図１のレンズ研磨装置を用いたレンズ研磨動作の一例を示す概略フローチャートである。

以下に、図面を参照して本発明を適用した揺動回転型のレンズ研磨装置の実施の形態を説明する。

図１を参照して本実施の形態に係る揺動回転型のレンズ研磨装置の全体構成を説明する。レンズ研磨装置１は、下ユニット２、上ユニット３およびコントローラー４を有している。下ユニット２は、加工皿５、加工皿回転機構６および加工皿揺動機構７を備えている。加工皿５は、半球状の頭部５ａの表面に形成されている球状加工面５ｂと、頭部５ａの背面から同軸状態で延びている円柱状の回転軸部５ｃとを備えている。加工皿回転機構６は加工皿回転用モーター８と減速機ユニット９を備えており、減速機ユニット９から出力される減速回転によって加工皿５はその加工皿中心軸線５ｄを中心として回転駆動される。また、加工皿揺動機構７は、加工皿５の球状加工面５ｂの球心Ｏを中心として加工皿５を所定の振幅で所定方向に揺動させるための機構である。

上ユニット３は、レンズホルダー１１、スピンドル１２、ホルダーシャフト１３およびエアーシリンダ１４を備えている。レンズホルダー１１の下面には加工対象の被加工レンズ１５がその凹球面状のレンズ面１５ａを下向きにした状態で同芯状に保持可能となっている。レンズホルダー１１はスピンドル１２の下端に同軸状態に取り付けられている。スピンドル１２は、中空型のホルダーシャフト１３の下端部分に軸受１６を介して同軸状態で、回転自在の状態で取り付けられている。ホルダーシャフト１３はシャフト保持スリーブ１７によって同軸状態でスライド可能に保持されている。シャフト保持スリーブ１７およびエアーシリンダ１４は不図示の昇降機構によって支持されており、一体となって昇降させることが可能である。エアーシリンダ１４を駆動して、ホルダーシャフト１３をシャフト保持スリーブ１７に対して上下方向にスライドさせることが可能である。レンズホルダー１１のホルダー中心線、スピンドル１２のスピンドル中心軸線、ホルダーシャフト１３のシャフト中心軸線は、加工皿５の球心Ｏを通る垂線Ｌ上に位置しており、以下の説明においては、この垂線Ｌを「中心軸線Ｌ」と呼ぶ。

被加工レンズ１５の研磨動作においては、レンズホルダー１１の下面に被加工レンズ１５が保持され、この状態で上ユニット３を降下させて下ユニット２に対して位置決めする。そして、エアーシリンダ１４によってホルダーシャフト１３を下方にスライドさせて、被加工レンズ１５のレンズ面１５ａを加工皿５の球状加工面５ｂに対して所定の押圧力で押圧した状態を形成する。この状態で、加工皿５を揺動および回転させながらレンズ面１５ａの研磨が開始される。研磨量の増加に応じて、被加工レンズ１５を保持しているレンズホルダー１１、スピンドル１２およびホルダーシャフト１３が下方に移動する。コントローラー４は、電空レギュレーター１８（電子式真空レギュレーター）を介してエアーシリンダ１４による押圧力を制御する。また、研磨時における加工皿５の揺動、回転を制御する。なお、電空レギュレーター１８の代わりに２台のレギュレーター（後述の第１押圧力を発生するための第１レギュレーターと後述の第２押圧力を発生するための第２レギュレーター）を用いることも可能である。

ホルダーシャフト１３の上端にはホルダーシャフトアーム２１が水平に取り付けられている。ホルダーシャフトアーム２１の先端部には垂直な姿勢でマイクロメーターヘッド２２が取り付けられている。マイクロメーターヘッド２２の真下には、上向き姿勢で測長ユニット２３が定まった位置に配置されている。ホルダーシャフト１３が中心軸線Ｌに沿って降下すると、これと一体となって降下するマイクロメーターヘッド２２の下端が、測長ユニット２３から上方に垂直に突出している測定子２３ａを押し下げる。被加工レンズ１５の研磨時には、マイクロメーターヘッド２２を調整して、研磨開始位置が測長ユニット２３の原点位置となるように設定される。被加工レンズ１５の研磨時には研磨量に対応してレンズホルダー１１が移動するので、レンズホルダー１１の研磨開始位置からの移動位置を測長ユニット２３によって検出することができる。

本例では、測長ユニット２３によってホルダーシャフト１３が予め設定された第１位置Ｔ１および第２位置Ｔ２に移動したことが検出される。コントローラー４の制御の下に、検出されるホルダーシャフト１３の移動位置が第１位置Ｔ１に至るまでは、被加工レンズ１５のレンズ面１５ａと加工皿５の球状加工面５ｂの間の押圧力を第１押圧力Ｐ１、加工皿５の回転速度を第１回転速度Ｎ１に設定した研磨条件の下で、レンズ面１５ａの研磨動作が行われる。また、ホルダーシャフト１３の移動位置が第１位置Ｔ１から第２位置Ｔ２に至るまでは、押圧力を第２押圧力Ｐ２、回転速度を第２回転速度Ｎ２に設定した研磨条件の下で、レンズ面１５ａの研磨動作が行われる。

第２押圧力Ｐ２は第１押圧力Ｐ１よりも低い値であり、第２回転速度Ｎ２は第１回転速度Ｎ１よりも低い値である。また、第１位置Ｔ１は、第１押圧力Ｐ１の下で、被加工レンズ１５のレンズ中心肉厚が、目標レンズ中心肉厚よりも予め定めた量、例えば数十ミクロンだけ厚い肉厚となるまで研磨動作が行われた時点におけるホルダーシャフト１３の移動位置である。同様に、第２位置Ｔ２は、第２押圧力Ｐ２の下で、被加工レンズ１５のレンズ中心肉厚が、目標レンズ中心肉厚となるまで研磨動作が行われた時点におけるホルダーシャフト１３の移動位置である。

ここで、第１押圧力Ｐ１の下でのホルダーシャフト１３の第１位置Ｔ１に対して、第２押圧力Ｐ２の下でのホルダーシャフト１３の第２位置Ｔ２は、被加工レンズ１５の加工位置に接近した位置となる場合もあるが、逆に被加工レンズ１５の加工位置よりも離れた位置となる場合もある。押圧力を緩めると、測長ユニット２３による測定位置から、レンズホルダー１１に保持されている被加工レンズ１５の加工位置までの間に配置されている各部材間の隙間あるいはガタツキ、緩衝部材などが広がり、中心軸線Ｌの方向の長さが長くなり、これに伴って、第２押圧力Ｐ２の下での第２位置Ｔ２は、第１押圧力Ｐ１の下での第１位置Ｔ１よりも加工位置から離れた側の位置となる場合がある。いずれの場合においても、実際に研磨動作を行って、これらの位置Ｔ１、Ｔ２を事前に設定しておけばよい。設定した位置Ｔ１、Ｔ２は測長ユニット２３にセットされ、ホルダーシャフト１３が設定した位置Ｔ１、Ｔ２に至ると、検出信号がコントローラー４に出力される。また、第１押圧力Ｐ１、第２押圧力Ｐ２、第１回転速度Ｎ１、第２回転速度Ｎ２も事前にコントローラー４の内蔵メモリに設定される。

なお、本例では、測長ユニット２３を用いて第１位置Ｔ１および第２位置Ｔ２を検出しているが、測長ユニット２３の代わりに２台の検出ダイヤルゲージを用いても良い。この場合には、第１検出ダイヤルゲージに第１位置Ｔ１をセットし、第２検出ダイヤルゲージに第２位置Ｔ２をセットして、ホルダーシャフト１３が第１位置Ｔ１および第２位置Ｔ２に到達したことを検出できるようにすればよい。

（研磨動作）
図２に示す概略フローチャートを参照して揺動回転式のレンズ研磨装置１の研磨動作例を説明する。まず、上記の各値が設定されたレンズ研磨装置１に被加工レンズ１５が取り付けられた後に上ユニット３を降下させて下ユニット２に対して位置決めし、しかる後に、エアーシリンダ１４によってレンズホルダー１１を降下させて被加工レンズ１５のレンズ面１５ａを下側の加工皿５の球状加工面５ｂに押圧する（ステップＳＴ１：ホルダーシャフトアーム下降）。また、加工皿揺動機構７および加工皿回転機構６を駆動して加工皿５の揺動および回転を開始する（ステップＳＴ２：加工皿回転、揺動）。研磨開始位置は、測長ユニット２３の原点位置として設定されており、その測定子２３ａにマイクロメーターヘッド２２の先が接触した状態の位置である。

次に、電空レギュレーター１８を操作してエアーシリンダ１４を加圧して、被加工レンズ１５のレンズ面１５ａを加工皿５の球状加工面５ｂに対して第１押圧力Ｐ１で押圧し（ステップＳＴ３：加圧入り）、加工皿５を所定の揺動速度で揺動させると共に第１回転速度Ｎ１で回転させながら、被加工レンズ１５のレンズ面１５ａの研磨を開始する。

第１研磨条件（第１押圧力Ｐ１、第１回転速度Ｎ１）の下での研磨が進み、これに伴ってホルダーシャフト１３が研磨開始位置から徐々に降下して第１位置Ｔ１に至ると、測長ユニット２３から検出信号が出力されてコントローラー４に入力される（ステップＳＴ３、ＳＴ４）。なお、測長ユニット２３からの測定信号に基づきコントローラー４の側で第１位置Ｔ１に至ったことを判別してもよい。

この後は、押圧力を第１押圧力Ｐ１よりも低い第２押圧力Ｐ２に低減すると共に、加工皿５の回転速度を第１回転速度Ｎ１から第２回転速度Ｎ２に落とす。加工皿５の揺動速度は変更せずに同一速度を維持する。この第２研磨条件（第２押圧力Ｐ２、第２回転速度Ｎ２）の下での研磨が進み、これに伴ってホルダーシャフト１３が第２位置Ｔ２に至ると、測長ユニット２３から検出信号が出力されてコントローラー４に入力される（ステップＳＴ５、ＳＴ６）。この検出信号が入力されると、コントローラー４は被加工レンズ１５のレンズ中心肉厚が目標肉厚になったと判断して、加工皿５の揺動および回転を停止し、エアーシリンダ１４による加圧を止める（ステップＳＴ７：加工皿回転停止、揺動停止）。なお、測長ユニット２３からの測定信号に基づきコントローラー４の側で第２位置Ｔ２に至ったことを判別してもよい。

しかる後に、上ユニット３を上昇させて初期位置に戻すと共に、レンズホルダー１１から加工済みの被加工レンズ１５を取り外して所定の場所に移す（ステップＳＴ８：ホルダーシャフトアーム上昇）。これにより一連の研磨動作が終了する。

１ レンズ研磨装置
２ 下ユニット
３ 上ユニット
４ コントローラー
５ 加工皿
５ａ 頭部
５ｂ 球状加工面
５ｃ 回転軸部
５ｄ 加工皿中心軸線
６ 加工皿回転機構
７ 加工皿揺動機構
８ 加工皿回転用モーター
９ 減速機ユニット
１１ レンズホルダー
１２ スピンドル
１３ ホルダーシャフト
１４ エアーシリンダ
１５ 被加工レンズ
１５ａ レンズ面
１６ 軸受
１７ シャフト保持スリーブ
１８ 電空レギュレーター
２１ ホルダーシャフトアーム
２２ マイクロメーターヘッド
２３ 測長ユニット
２３ａ 測定子

Claims (5)

1. レンズホルダーに保持した被加工レンズのレンズ面を加工皿の球状加工面に押圧した状態で、当該加工皿を揺動および回転させながら前記レンズ面を研磨するレンズ研磨装置を用いたレンズ研磨方法であって、
   前記レンズ研磨装置は、
   前記加工皿をその加工皿中心軸線回りに回転駆動する加工皿回転機構と、
   前記加工皿を、その球状加工面の球心を中心として揺動させる加工皿揺動機構と、
   前記レンズホルダーをそのホルダー中心軸線回りに回転自在の状態で支持しているホルダーシャフトと、
   前記ホルダーシャフトおよび前記レンズホルダーを介して、前記レンズホルダーに保持された前記被加工レンズの前記レンズ面を前記加工皿の前記球状加工面に押圧する押圧力を与える押圧シリンダーと、
   前記ホルダーシャフトが前記ホルダー中心軸線に沿った方向における第１位置および第２位置に移動したことを検出する検出器とを備えており、
   前記ホルダーシャフトの移動位置が前記第１位置に至るまでは、前記押圧力を第１押圧力、前記加工皿の回転速度を第１回転速度に設定した研磨条件の下で、前記被加工レンズ面の研磨動作を行い、
   前記ホルダーシャフトの前記移動位置が前記第１位置から前記第２位置に至るまでは、前記押圧力を第２押圧力、前記回転速度を第２回転速度に設定した研磨条件の下で、前記被加工レンズ面の研磨動作を行い、
   前記第２押圧力は前記第１押圧力よりも低い値であり、
   前記第２回転速度は前記第１回転速度よりも低い値であり、
   前記第１位置は、前記第１押圧力の下で、前記被加工レンズのレンズ中心肉厚が、目標レンズ中心肉厚よりも予め定めた量だけ厚い肉厚となるまで前記研磨動作が行われた時点における前記ホルダーシャフトの前記移動位置であり、
   前記第２位置は、前記第２押圧力の下で、前記被加工レンズのレンズ中心肉厚が、前記目標レンズ中心肉厚となるまで前記研磨動作が行われた時点における前記ホルダーシャフトの前記移動位置であることを特徴とするレンズ研磨方法。
2. 請求項１において、
   前記第２位置は、前記第１位置に対して、前記加工皿の前記球状加工面から離れた側の位置であることを特徴とするレンズ研磨方法。
3. 請求項１または２において、
   前記検出器として、前記第１位置を検出するための第１検出ダイヤルゲージと、前記第２位置を検出するための第２検出ダイヤルゲージとを用いることを特徴とするレンズ研磨方法。
4. レンズホルダーに保持した被加工レンズのレンズ面を加工皿の球状加工面に押圧した状態で、当該加工皿を揺動および回転させながら前記レンズ面を研磨するレンズ研磨装置であって、
   前記加工皿をその加工皿中心軸線回りに回転駆動する加工皿回転機構と、
   前記加工皿を、その球状加工面の球心を中心として揺動させる加工皿揺動機構と、
   前記レンズホルダーをそのホルダー中心軸線回りに回転自在の状態で支持しているホルダーシャフトと、
   前記ホルダーシャフトおよび前記レンズホルダーを介して、前記レンズホルダーに保持された前記被加工レンズの前記レンズ面を前記加工皿の前記球状加工面に押圧する押圧力を与える押圧シリンダーと、
   前記ホルダーシャフトが前記ホルダー中心軸線に沿った方向における第１位置および第２位置に移動したことを検出する検出器と、
   前記検出器の検出結果に基づき前記加工皿による前記被加工レンズの研磨動作を制御するコントローラーとを備えており、
   前記コントローラーは、
   前記ホルダーシャフトの移動位置が前記第１位置に至るまでは、前記押圧力を第１押圧力、前記加工皿の回転速度を第１回転速度に設定した研磨条件の下で、前記レンズ面の研磨動作を行わせ、
   前記ホルダーシャフトの前記移動位置が前記第１位置から前記第２位置に至るまでは、前記押圧力を第２押圧力、前記回転速度を第２回転速度に設定した研磨条件の下で、前記レンズ面の研磨動作を行わせ、
   前記第２押圧力は前記第１押圧力よりも低い値であり、
   前記第２回転速度は前記第１回転速度よりも低い値であり、
   前記第１位置は、前記第１押圧力の下で、前記被加工レンズのレンズ中心肉厚が、目標レンズ中心肉厚よりも予め定めた量だけ厚い肉厚となるまで前記研磨動作が行われた時点における前記ホルダーシャフトの前記移動位置であり、
   前記第２位置は、前記第２押圧力の下で、前記被加工レンズのレンズ中心肉厚が、前記目標レンズ中心肉厚となるまで前記研磨動作が行われた時点における前記ホルダーシャフトの前記移動位置であることを特徴とするレンズ研磨装置。
5. 請求項４において、
   前記検出器として、前記第１位置を検出するための第１検出ダイヤルゲージと、前記第２位置を検出するための第２検出ダイヤルゲージとを備えていることを特徴とするレンズ研磨装置。

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