JP5039129B2 - レンズ加工方法およびレンズ加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、同心円状または螺旋状に旋回する加工軌跡を描きながらレンズの光学面を非球面に旋盤加工するレンズ加工方法およびレンズ加工装置に関する。
旋盤加工によるレンズの加工方法としては、例えば特開平１１−３００５０１号公報に開示されている加工方法が知られている。この加工方法は、バイトの刃先を加工順またはワークの加工部位によって使い分けることにより、１本のバイトで各種の切削加工を可能にしている。
ところで、旋盤によるレンズ加工では、図２０および図２１に示すように、旋盤加工機１の回転軸（スピンドル）１２に保持されて回転駆動されるレンズ２１に対し、加工具により、回転軸１２の軸線と直交する方向から、回転軸１２を中心に同心円状または螺旋状に旋回する加工軌跡ｔを描きながら３次元レンズ曲面を切削または研削加工する。
レンズ２１は、旋盤加工機１の回転軸の軸線方向であるＺ軸方向に厚みを有するとともに、そのＺ軸に直交するＸ、Ｙの２軸方向に面状の広がりをもつ円盤状であって、そのＸ、Ｙ面が回転軸１２の端面と一致するように保持される。このとき、レンズ２１は、その中心（Ｚｏ）が回転軸１２と同心となるように位置決めされる。
レンズ２１の旋盤加工は、Ｘ軸および／またはＹ軸方向に送り移動されるとともに、Ｚ軸方向に移動制御される加工具を用いて行われる。加工具は、一定の曲率半径を有するバイトを１枚または複数枚用いて構成され、レンズを回転軸１２の軸線と直交する方向および軸線方向から切削加工する。
この旋盤加工に際し、加工具による加工位置がレンズ２１の周縁から中心に向けて順次送り移動させられるとともに、その移動位置に応じてＺ軸方向への加工位置が数値制御されることにより、所定の光学面が切削または研削加工される。
レンズ２１の旋盤加工は、外周から中心に向かって行われる。つまり、加工軌跡ｔはレンズ２１の周縁から開始されて中心（Ｚｏ）で終了する。この工程（パス）を必要回数繰り返すことによって所定のレンズ曲面を形成する。
この旋盤によるレンズ加工では加工位置の数値制御により多種多様な曲面加工を行うことができるので、例えば、累進屈折力レンズなどの非球面レンズの加工にも適している。
しかしながら、従来の旋盤によるレンズ加工方法は、次のような問題があった。すなわち、レンズの旋盤加工は、加工具の所定部位がレンズに一定角度で当接しながら両者が相対移動することによって行われる。
旋盤による加工では、レンズに対する研削工具の当接位置、すなわち加工位置が旋盤の回転軸を中心に旋回移動するとともに、その旋回半径を徐々に縮小させることにより、レンズ２１の端面全体を所定の３次元レンズ曲面形状に切削または研削加工することができる。
この３次元レンズ曲面形状の加工は、加工位置がレンズ２１上を旋回移動（トレース）するときには所定の精度で行わせることができる。しかし、加工具の加工位置が回転軸１２の中心位置Ｚｏに至ったときには、加工具とレンズ間の相対移動速度が極端に低下あるいはゼロになる特異条件が生じる。また、レンズに対する加工具の当接位置や角度もその中心位置で特異的に変化する。このため、図２２に示すように、レンズの中心部に加工精度が特異的に低下する欠陥が発生する。すなわち、レンズの中心部が欠陥発生箇所となる。
レンズの中心部の欠陥は、加工具の傾斜角制御などによって軽減させることができるが、その制御は煩雑で容易ではなく、またその制御を行っても欠陥を完全に除去することはできない。このため、図２２に示したように、レンズの中心部だけ加工精度が特異的に低くなることは避けられない。
しかし、眼鏡レンズ等の光学レンズにおいては、視野の中心部における透過像がとくに重視されるため、中心部での加工欠陥は大きな問題となる。この加工欠陥は後工程である研磨工程によって除去あるいは修正することも可能であるが、それは欠陥の程度が小さい場合に限られる。
また、後工程の研磨加工で除去または修正が可能な欠陥であっても、後工程の負担が増大して生産効率を阻害するという問題が生じる。さらに、欠陥を除去するための研磨加工によって新たな形状誤差が生じてしまうこともある。
上記のような問題により、従来の旋盤によるレンズ加工では、欠陥のない高精度のレンズ加工が困難であるとともに、その欠陥の抑制や修正のために製造効率が低下してしまうという問題があった。
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って、その目的とするところは、旋盤加工によるレンズ加工方法において、特異的な欠陥のない高精度のレンズ加工を効率的に行えるようにし、これにより、累進屈折力レンズなどの非球面レンズを簡単かつ高効率に製造することが可能なレンズ加工方法およびレンズ加工装置を提供することにある。
本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面にて明らかにする。
上記目的を達成するために本発明に係るレンズ加工方法は、旋盤加工機の回転軸に保持されて回転駆動するレンズに対し、加工具が前記回転軸の軸線と直交する方向および軸線方向から、前記レンズの光学面に前記回転軸を中心に同心円状と螺旋状のいずれかに旋回する加工軌跡を描きながら前記光学面を非球面形状に加工するレンズ加工方法であって、レンズを配置する工程を備え、前記工程は、予め眼鏡レンズの玉型情報を得て、前記回転軸を少なくともレンズの玉型形状領域の外部に位置させ、前記レンズが複数であって、前記旋回中心を取り囲むように配置され、各レンズに対してそれぞれに独立した３次元レンズ曲面を形成するように回転軸の軸線方向における加工位置をレンズごとに数値制御し、全てのレンズを同時に加工する工程を備え、前記加工位置をレンズごとに数値制御する工程は、前記回転軸を中心に旋回する旋回加工軌跡の進行方向で隣り合う２つのレンズ間の前記回転軸の軸線方向における加工軌跡を、前記旋回加工軌跡の先行側に位置するレンズの加工軌跡終端部における勾配と前記旋回加工軌跡の後行側に位置するレンズの加工軌跡開始部における勾配とに基づいて設定する工程を含み、前記隣り合う２つのレンズ間の回転軸の軸線方向における加工軌跡を設定する工程は、前記加工軌跡終端部における勾配と前記加工軌跡開始部における勾配の一次微分係数が略同一であるとともに、前記加工軌跡終端部と前記加工軌跡開始部との間の中間部分での回転軸の軸線方向における加工軌跡を円弧と平面の少なくともいずれか一方を含む滑らかな軌跡とすることを特徴とするレンズ加工方法である。
また、本発明は、旋盤加工機の回転軸に保持されて回転駆動するレンズに対し、加工具が前記回転軸の軸線と直交する方向および軸線方向から、前記レンズの光学面に前記回転軸を中心に同心円状と螺旋状のいずれかに旋回する加工軌跡を描きながら前記光学面を非球面形状に加工するレンズ加工方法であって、レンズを配置する工程を備え、前記工程は、予め眼鏡レンズの玉型情報を得て、前記レンズを少なくともレンズの玉型形状領域の外部に回転軸が位置するように配置する工程を備え、レンズが複数であって、前記旋回中心を取り囲むように配置され、各レンズに対してそれぞれに独立した３次元レンズ曲面を形成するように回転軸の軸線方向における加工位置をレンズごとに数値制御し、全てのレンズを同時に加工する工程を備え、前記加工位置をレンズごとに数値制御する工程は、前記回転軸を中心に旋回す回加工軌跡の進行方向で隣り合う２つのレンズ間の前記回転軸の軸線方向における加工軌跡を、前記旋回加工軌跡の先行側に位置するレンズの加工軌跡終端部における勾配と前記旋回加工軌跡の後行側に位置するレンズの加工軌跡開始部における勾配とに基づいて設定する工程を含み、前記隣り合う２つのレンズ間の回転軸の軸線方向における加工軌跡を設定する工程は、前記加工軌跡終端部における勾配と前記加工軌跡開始部における勾配の一次微分係数が略同一であるとともに、前記加工軌跡終端部と前記加工軌跡開始部との間の中間部分での回転軸の軸線方向における加工軌跡を円弧と平面の少なくともいずれか一方を含む滑らかな軌跡とすることを特徴とするレンズ加工方法である。
本発明によるレンズ加工方法およびレンズ加工装置によれば、レンズの幾何中心または光学中心を加工軌跡の旋回中心から離間させているので、レンズの中心部に加工精度が特異的に低下する欠陥が生じず、高精度のレンズ加工を効率的に行うことができ、これにより、累進屈折力レンズなどの非球面レンズを簡単かつ高効率に製造することができる。
本発明のこのような作用効果以外の効果については、本明細書の実施例の記述および添付図面から明らかになるであろう。
図１は、本発明にて使用される旋盤加工機の構成を示す概念図である。 図２は、本発明によるレンズ加工方法の概念を模式的に示す平面図である。 図３は、本発明によって加工されたレンズ表面の形状状態を示すグラフである。 図４は、複数のレンズの配置例を示す平面図である。 図５は、回転軸方向における加工軌跡の好適例を模式的に示す平面図である。 図６は、近用／遠用の屈折力基準位置の配置例を示す平面図である。 図７は、乱視軸の配置例を示す平面図である。 図８は、玉型形状の異なる複数のレンズの配置例を示す平面図である。 図９は、本発明の実施例で使用したレンズ加工装置の構成概念図である。 図１０Ａは、本発明の実施例で使用した加工具の構成例を示す平面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａの加工具のＡ矢視図である。 図１１は、本発明の実施例で使用した加工具の別の構成例を示す平面図である。 図１２は、図１１に示した加工具の正面図である。 図１３は、本発明の実施例による加工工程の前段階での要部工程図である。 図１４は、図１３に示した加工工程の後段階での要部工程図である。 図１５は、図１３に示した加工工程の後段階での他の実施例を示す要部工程図である。 図１６は、本発明における回転軸の配置例の変形例を示す図である。 図１７は、プリズム無しのブロックと切削形状を示す断面図である。 図１８は、プリズム有りの切削形状と水平ブロックを示す断面図である。 図１９は、プリズム有りの形状とプリズムブロックを示す断面図である。 図２０は、旋盤によるレンズ加工装置の一般概念を示す図である。 図２１は、従来の旋盤によるレンズ加工方法の概念を模式的に示す平面図である 。 図２２は、従来の旋盤によって加工されたレンズ表面の形状状態を示るグラフである。
図１および図２において、旋盤加工機（以下、レンズ加工装置ともいう）２は、複数のレンズ２１を保持する回転軸（スピンドル）１２と、この回転軸１２を回転駆動する駆動装置１３と、回転軸１２の軸線と直交する方向（Ｘ、Ｙ軸方向）および軸線方向（Ｚ方向）から、各レンズ２１の光学面を、回転軸１２を中心に同心円状または螺旋状に旋回する加工軌跡ｔを描きながら非球面からなる３次元レンズ曲面形状に加工する加工具３０（図９）を備えている。なお、本発明において、レンズ２１の加工は、使用する加工具３０の種類によって切削加工と研削加工の両方を含むものである。また、本実施例においては、複数のレンズ２１を回転軸１２に取付け、これらのレンズ２１を同時に加工する場合について示しているが、本発明は１つのレンズ２１を取付けて加工する場合も含むものである。
レンズ２１の加工は、加工具３０を回転軸１２の軸線方向であるＺ軸に直交するＸ軸および／またはＹ軸方向に送り移動させるとともに、Ｚ軸方向に移動制御することにより行われる。加工具３０は一定の曲率半径を有するバイトを１枚または複数枚用いて構成され、レンズ２１を回転軸１２の軸線と直交する方向および軸線方向から加工する。
旋盤加工機２の加工具３０による加工領域２０内には、図２に示すように、予め眼鏡フレームの玉型情報を有する複数、例えば４つののレンズ２１が配置され、回転軸１２に保持される。各レンズ２１はそれぞれ加工軌跡ｔの旋回中心（Ｚｏ）から離間した位置に回転軸１２を取り囲むように配置され、この状態でＺ軸の周りを旋回する。そして、加工具３０は、その旋回面の平行方向に送り移動されるとともに垂直方向に移動制御されることにより、加工領域２０内の複数のレンズ２１を同時に加工する。
この加工に際し、加工具３０の加工位置は、複数のレンズ２１を含む加工領域２０の周縁から中心に向けて順次移動し、その移動位置に応じてＺ軸方向への位置が数値制御されることにより、各レンズ２１の光学面をそれぞれ所定の非球面の３次元レンズ曲面に切削または研削加工する。
このようなレンズ加工方法によれば、複数のレンズ２１の光学面をそれぞれ加工欠陥が生じ易い旋回中心Ｚｏを避けた位置で所定の３次元レンズ曲面に高精度に切削または研削加工することができる。この加工により、図３に示すように、レンズ２１の中心部における形状も高精度に形成される。また、レンズ２１の中心部と周辺部の性状変化が少なく、視野の全体に一定以上のレンズ精度を安定に確保することができる。
これにより、後工程での修正を簡略化あるいは不要にして、加工の精度と効率を大幅に高めることができる。また、上述したように複数のレンズ２１を同時に加工することにより、製造効率を大幅に向上させることができる。
また、このようなレンズ加工において、累進屈折力レンズなどの非球面レンズの加工を、レンズ２１全体にわたって欠陥を生じさせることなく高精度に加工し、光学精度の高いレンズを高効率に作製することができる。
加工軌跡の旋回中心（Ｚｏ）を取り囲むように回転軸１２の周りに配置した複数のレンズ２１に対する加工は、同時に行うことができるが、各レンズ２１に対しては、回転軸（Ｚ）方向における加工位置をレンズ２１ごとに数値制御することにより、各レンズ２１のそれぞれに独立した３次元レンズ曲面を加工することができる。つまり、各レンズ２１に対する厚み切削または研削量を個別に数値制御することにより複数の独立したレンズを同時に製造することができる。
この場合、例えば図４に示すように、４つのレンズ２１を回転方向に互いに離間させて配置する。また、回転軸１２を中心に旋回する旋回加工軌跡の進行方向で隣り合う２つのレンズ間の回転軸方向における加工軌跡を、旋回加工軌跡の先行側に位置するレンズ２１の加工軌跡終端部における勾配と旋回加工軌跡の後行側に位置するレンズ２１の加工軌跡開始部における勾配とに基づいて設定する。すなわち、図５に示すように、回転軸を中心に旋回する旋回加工軌跡ｔの進行方向で隣り合う２つのレンズ２１、２１間の回転軸の軸線方向（Ｚ方向）および回転方向における加工軌跡を、旋回加工軌跡ｔの先行側に位置するレンズ２１の加工軌跡終端部における勾配θ１と旋回加工軌跡ｔの後行側に位置するレンズ２１の加工軌跡開始部における勾配θ２とに基づいて設定することにより、各レンズ２１に対する加工をそれぞれ円滑化させることができる。
この場合、先行側に位置するレンズ２１の加工軌跡終端部における勾配θ１と、後行側に位置するレンズ２１の加工軌跡開始部における勾配θ２の一次微分係数が略同一になるとともに、先行側に位置するレンズ２１の加工軌跡終端部と、後行側に位置するレンズ２１の加工軌跡開始部との間の中間部分での回転軸の軸線方向における加工軌跡ｔを円弧または平面を含む滑らかな軌跡とすることが特に望ましい。
中間部分での加工軌跡ｔは、勾配θ１，θ２と、２つのレンズ２１、２１間の間隔等に基づいて算出されるダミーデータによって数値制御される。このダミーデータを適切に設定することにより、隣り合うレンズ２１、２１の加工条件をそれぞれ確実に独立させることができる。これにより、その隣り合うレンズ２１、２１にそれぞれ独立した３次元レンズ曲面を高精度に形成することができる。
本発明は、複数のレンズ２１にそれぞれ累進屈折力レンズ曲面を加工するのに適しているが、その累進屈折力レンズの加工に際しては近用屈折力測定基準位置および／または遠用屈折力基準位置を定める必要がある。この場合、その基準位置は、旋回中心からレンズ２１の中心を通る放射線（子午線）Ｒ（図６）に沿って設定するとよい。すなわち、レンズに累進屈折力レンズ曲面を加工するとともに、その累進屈折力レンズの近用屈折力測定基準位置および遠用屈折力基準位置の少なくとも一方を旋回中心からレンズの光学中心を通る放射線に沿って設定する。なお、本発明が好適に実施される光学面は、累進屈折力レンズを含む中心対称性のない非球面形状であり、特に球面形状にプリズム量に相当する傾斜を加算した形状も非球面形状に含める。
レンズ２１の近用／遠用の屈折力（プリズム量）の変化基準を放射線Ｒに沿って定めることにより、隣り合うレンズ２１間の加工軌跡を単純化することができる。また、加工具３０の加工位置の回転軸方向（Ｚ）への移動量が低減し、加工時間を短縮化させることができる。
また、レンズ２１の両面に対して加工を行う場合には、基準位置を放射線Ｒ上に定めることにより、両面間での加工の位置合わせを行い易くすることができるという利点も得られる。
同様の理由により、レンズ２１の乱視屈折力表示がマイナス表示のときには、図７に示すように、乱視軸の方向を放射線Ｒと直交する線Ｓの方向を設定することが望ましい。
上述したレンズ加工に用いる旋盤加工機２は、予め眼鏡フレームの玉型情報を有する複数のレンズ２１を加工軌跡ｔの旋回中心Ｚｏから離間した状態で加工領域２０に保持する手段と、加工具３０の加工位置を加工軌跡ｔに直交する方向に送り移動するとともに、回転軸の軸線方向（Ｚ軸方向）および回転方向における加工位置を、少なくとも送り移動位置と加工軌跡ｔの旋回角度との２つの位置パラメータに基づいて数値制御する手段とをさらに備えている。
以下、本発明によるレンズ加工方法の具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
本実施例は、玉型情報のない場合で、アダプタを介してレンズ２１を旋盤加工機２に設置する場合であり、以下、その場合における（１）レンズ２１の配置、（２）レンズ間加工軌跡と加工データ作成、（３）レンズ設計データの配置、（４）補間曲面データ作成、（５）加工データ作成の変形例、（６）加工データの送信および加工データの形式、（７）スプライン関数による曲面データ平滑化、（８）加工装置、（９）加工刃および加工条件、（１０）加工手順、（１１）面創成加工などの要部について説明する。
（１）レンズの配置
レンズ２１は、未加工の円形のレンズからなり、この円形レンズ２１を旋盤加工機２の回転軸１２（図１）の周囲に、例えば４個等角度に配置する（図４参照）。そして、旋盤加工機２の回転軸１２を移動させてレンズ２１より外側に位置させる。ただし、円形レンズ２１を回転軸１２に対して移動させて、回転軸１２の外側に位置させてもよい。
この場合、レンズ間の最小となる間隔は、５〜１０ｍｍ以上あると好ましいが、０．１〜５０ｍｍ程度も好適である。また、円形レンズ２１の周縁部（例えば、外周５〜１０ｍｍ程度）の品質を放棄するならば、レンズ同士が一部で隣接する配置も可能である。ただし、レンズ間の間隔が５ｍｍ以下であって、隣り合うレンズ周縁部の形状、例えば勾配や位置座標が極端に異なる場合は除く。
（２）レンズ間加工軌跡と加工データ作成
レンズ間加工軌跡と加工データＫＤ（図１３）とを合成する方法は、垂直方向の振幅運動を極力押さえた加工軌跡が好適であり、例えば平面加工データと円弧補間、またはナーバス補間、スプライン補間等の公知技術による自由曲面データを作成する。
この場合、レンズ間加工軌跡は平面と円弧補間による軸対象となるように形成することが好ましい。そして、レンズ間の加工軌跡の両端、すなわちレンズ間加工軌跡とレンズの加工データとの接続部分は、Ｚ方向の振幅の少ない、より滑らかな加工軌跡とした。
これによって加工装置の垂直方向（Ｙ方向）の移動量を小さくすることが可能となり、加工時間の短縮が容易になる。
（３）レンズ設計データの配置
加工データＫＤの作成は、予め１または複数のレンズの光学設計値を配置するための仮想の加工データを準備する。この仮想加工データは１または複数のレンズを配置するためのレンズ光学面形状データとレンズが存在せず形状データがないブランク部分とからなる。加えて、仮想データは加工のため加工刃が通過する加工軌跡を含むことが好ましい。この場合、加工軌跡上の点列データのみの計算ですむことになり、全面での形状データの算出を行う必要がないため計算プロセスの省力化となる。
次に、仮想データ上にレンズ光学面データを配置する。レンズ光学面データの配置位置は、後で加工することになるレンズ配置と対応するように仮想の加工データ上に各々配置する。したがって、レンズ２１の光学面形状データは、仮想加工データ上のレンズ配置と加工装置上の未加工レンズの配置とが対応する位置に配置される。
まとめると加工データの作成は、まず各レンズ２１のレンズ形状データ（３次元形状データ）をそれぞれ作成する。そして仮想データ上に前記レンズ形状データを配置する。形状データの配置は、各レンズのレンズ設計値を加工領域２０のうちの各レンズ２１がそれぞれ配置される領域（仮想の加工データ）における加工データを配置（置換）することにより行う。そして、加工領域２０の各加工データが与えられた領域に各レンズ２１を配置する。
（４）補間曲面データ作成
レンズ設計値の形式は、例えば高さデータのマトリックス、またはスプライン関数にて表示される曲面データとした。そして、レンズ設計データを仮想の加工データ上に配置した後、レンズ間を加工軌跡ｔによって連結するための補間曲面データを作成する。補間曲面データとしては、レンズ設計面との境界において連続でかつ滑らかに接合される曲面が好ましい。以下、具体的な作成方法について説明する。
レンズ設計値のみが配置された仮想加工データ上に、旋盤加工機２の回転軸１２を中心とする螺旋状の加工軌跡ｔまたは複数の同心円を作成する。同心円の数は、例えば２００ｍｍ程度の直径を有する領域であれば３０〜７０程度とする。
加工軌跡ｔ上または同心円上にあたるレンズ設計データの周縁部の３次元座標値、および勾配Ｋｉ（周縁部勾配）を算出する。隣り合うＫｉの間にて頂点または変曲点となり、かつＫｉにて滑らかに接続する曲面を特定する。
ここで、本発明において、「滑らか」とは、レンズ設計面と補間曲面データの境界面で３次元の位置座標値が一致し、かつ１次微分および２次微分係数が補間曲面データ側およびレンズ設計データ側から一致していることを意味する。
さらに、レンズ間を結ぶ加工軌跡上の補間曲面データは、２次微分係数の符号が変更される変曲点を少なくとも一つ含むことが好ましい（３次元座標値および勾配の算出方法については後述するスプライン関数による曲面データ平滑化を参照）。
（５）加工データ作成の変形例（補間データの接続部分に外挿を行う）
一方、変形例としてレンズ設計値の周囲に適宜（例えば１０ｍｍ程度）のデータを追加して外挿を行うことも好ましい。ここで、「外挿」とは、既に実験または計算により確定した値を得られている、幾つかの実験値（算出値）から実験値または算出値の存在しない部分について、それを推定してして求めるという、数学用語である。その場合、補間曲面データの境界面はレンズ設計面と差し替えて、外挿データの周縁部に基づき、３次元座標値、ならびに勾配を算出して補間を作成する。
また、補完曲面データの作成に先立ち、配置された設計データ領域上のみで螺旋状の加工軌跡を生成し、螺旋軌跡の存在しない位置を補完して補間曲面データを作成してもよい。
（６）加工データの送信および加工データの形式
上記のようにして算出された加工データ（レンズ設計データ、および補間曲面データ）は、相互に情報交換可能な状態で旋盤加工機２に送られる。加工データの形式は、高さデータのマトリックス、スプライン関数による曲面データ、または加工軌跡ｔを含む加工点列データとすることが好適である。
（７）スプライン関数による曲面データの平滑化
スプライン関数による曲面データの平滑化には、２次元のスプライン関数（吉本 富士市ら著 「スプライン関数とその応用」第５版 １９８５―２―１ 教育出版などを参照）を用い、２次元の離散データについてスプライン関数をフィッティングする方法を採った。２次元のスプライン関数は、次式（１）によって定義される正規化されたｍ階のＢ―スプライン関数である。
Figure 0005039129
上記式（１）において、ｍは階数、ｈ＋２ｍはｘ方向の節点の本数、ξｉはｘ方向の節点定義位置、ｋ＋２ｍはｙ方向の節点の本数、ηｉはｙ方向の節点定義位置、ｃｉｊは係数である。
カーブジェネレータ（曲面加工装置）によって加工される眼鏡レンズ２１の凸面または凹面のいずれか一方の加工面を、上述した形式のスプライン関数によってフィッティングする。凸面の形状関数をＦ（Ｙ，Ｚ）、凹面の形状関数をＧ（Ｙ，Ｚ）とすると、ある点（Ｙ１，Ｚ１）での凸面、凹面の高さ（Ｘ座標位置）は、下記のＦ（Ｙ１、Ｚ１）で表すことができる。
Ｆ（Ｙ１，Ｚ１）＝ΣＣｉｊ Ｎｍｉ（Ｙ１）Ｎｍｊ（Ｚ１）
ここで、Ｎｍｉ（Ｙ）Ｎｍｊ（Ｚ）は、スプライン関数の特徴である、節点に依存する関数である。また、Ｃｉｊは、形状をフィッテイングする際に得られる係数で、この係数を求める際には最小２乗法を使用して求める。
形状関数Ｆの３次元形状データよりレンズ設計面の任意の位置での３次元位置座標、および勾配を算出する。
（８）加工装置
本実施例では、図９に示すＮＣ制御のカーブジェネレータを使用した。同図において、加工具３０は切削刃（バイト）３１を有している。
レンズ２１、すなわちレンズ素材を切削加工する場合、加工具３０の切削刃３１として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使用している。
加工具３０によるレンズであるレンズ２１の切削加工では、加工領域２０にレンズ２１を取付ける。レンズ２１は移動せずに回転軸１２と一体に回転する。切削刃３１は、レンズ外周から半径方向（Ｘ、Ｙ方向）とＺ方向の２軸制御、合計３軸の制御によってレンズ２１を加工する。
光学面創成のためには、Ｘ、Ｙ位置に対応したＺ位置のマトリックスで表されたレンズ２１の設計形状高さデータをカーブジェネレータのＮＣ制御部に転送すれば加工が自動的に行われる。このようなカーブジェネレータの加工精度は３μｍ以内（レンズ径５０ｍｍでの評価）、最大表面粗さＲｍａｘは０．１〜０．９μｍ程度である。なお、表面粗さの測定はＪＩＳ Ｂ ０６０１（ＩＳＯ４２８７）またはＪＩＳ Ｂ ０６３３（ＩＳＯ４２８８）、ＪＩＳ Ｂ０６５１（ＩＳＯ３２７４）に準ずる方法で行った。
（９）切削刃および加工条件
切削刃３１が鋭利な先端（例えば針や注射針の先端程度）を有する場合、レンズ２１の回転中心Ｚｏでの欠陥は比較的小さく抑えることができる。ところが、レンズ２１が眼鏡等の比較的大きな外径を有するレンズ（例えば８０φ）を加工する場合は、加工時間、切削刃３１の耐久性等の問題から小さな切削刃を用いることができず、一定の大きさの切削刃（例えば曲率半径５ｍｍ、切削面角度６０度、厚みは１〜５ｍｍ）を用いることが一般的である。
例えば、本実施例では粗加工のための切削刃３１として、切削部の曲率半径がＲ５ｍｍ〜１２ｍｍ、有効切削面角度３６０度、厚み５ｍｍの多結晶ダイヤモンドを単独で用いた。ただし、粗加工用の切削刃３１は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すような単独のバイトトール３０Ａ、もしくは図１１および図１２に示すような同一円周上に配置された複数枚の刃切削３１を有するミリングツール３０Ｂを用いても構わない。なお、バイトトール３０Ａを用いた場合は、切削加工になり、ミリングツール３０Ｂを用いた場合は、研削加工になる。
仕上げ加工のための切削刃３１としては、切削部の曲率半径がＲ１ｍｍ〜５ｍｍ、有効切削面角度２０度〜１２０度、厚み３ｍｍの単結晶ダイヤモンドを用いた。
なお、本実施例においては玉型情報がないため、通常のアンカットレンズ（円形レンズ）をレンズ２１として使用するが、この場合も、回転軸１２はレンズ２１の外部に位置している。玉型情報がある場合については、後述の実施例２において説明する。
（１０）加工手順
レンズ２１の加工は、図１３〜図１４に示すような工程手順によって行う。まず、図１３に示すように、準備工程（ブロック工程）として、ブランクス選択、ブランクス固定、ブロッキング、レンズのアダプタへのセッティングなどを行う。
ブランクス（レンズ２１）の選択に際しては、フレーム玉型情報および処方値により必要なブランクスの大きさ（径、厚み、凹凸形状）を選択する。ブランクスをピックアップし、その非加工面に固定材４２である保護テープを貼り付ける。この固定材４２を介してブランクス２１に保持部材４１を取り付ける。なお、固定材４２には、保護テープ以外に、例えば粘着剤、接着剤、低融点合金などを用いてもよい。
具体的には、公知の技術により予めレンズブランクス２１を保持部材４１によってブロッキングする。そして、ブロッキングされたレンズブランクス２１は、保持部材４１を介してアダプタ（保持治具）４３に固定される。
アダプタ４３は、複数の保持部材４２が嵌合するための孔を有している。レンズブランクス２１の配置数は、本実施例では２〜４としたが、５以上も好適である。レンズブランクス２１を固定したアダプタ４３を加工装置（カーブジェネレータ）の所定の位置に装着する。
この場合、加工装置側に予めアダプタ４３が固定されていて、ここにブロッキングされたレンズブランクス２１をセットするようにしても構わない。つまり、レンズブランクス２１を加工装置に直接セットする方式でもよい。
レンズブランクス２１を加工装置のアダプタ４３にセッティングするに際し、レンズブランクス２１の配置は２以上の複数が好適である。その配置方法は、図１４または図１５に示すように、加工中心（回転中心Ｚｏ）以外であれば特に限定されないが、加工中心に対称となる配置が好適である。なお、図１４はミリングツール３０Ｂを用いた例を示し、図１５はバイトトール３０Ａを用いた例を示している。
レンズブランクス２１の配置方向は、乱視屈折力レンズの場合、乱視軸の方向が加工中心軸方向と直交するように配置することが好適である。また、累進屈折力レンズの場合は、加工中心軸方向に遠用屈折路力測定基準点、または近用屈折路力測定基準点を配置すると好適である。共にレンズ間加工軌跡をできるだけ単純化して加工装置の移動量を低減させて加工時間の短縮が可能となるためである。
（１１）面創成加工
面創成加工は、図１４または図１５に示すように、加工データに基づき回転軸１２から最も離れた位置から螺旋状に加工を行う。そして、加工刃３１がレンズ面データと補間データを順次トレースしレンズ２１の回転中心Ｚｏに至り面創成加工が完了する。
この場合、加工領域の中心から外周へ螺旋状に加工することも好適である。
加工が完了したら加工装置からレンズ２１を除去する。
ここで、加工欠陥の発生メカニズムについて補足する。
幾何中心にアレジェプリズムを有する累進屈折力レンズや、処方値にプリズム量が含まれる単焦点レンズや、アレジェプリズムおよびプリズム量の両方が含まれるレンズの場合、旋盤での加工では下記の対応をしなければプリズム量に応じた大きさの欠陥が必然的に発生する。
特に、眼鏡レンズではレンズ外形が円形であるためレンズの円形の幾何中心に加工装置の回転軸を一致させて加工を行うことが一般的である。特に、累進屈折力レンズは一般にアレジェプリズムを、例えばレンズ幾何中心に有する。したがって、累進屈折力レンズ、プリズムを含む単焦点レンズまたはアレジェプリズムおよびプリズム量の両方が含まれるレンズの加工では、中心部欠陥がレンズ幾何中心部のプリズム（勾配）量に対応して発生していた。
そこで、従来は、レンズ幾何中心部に生じる欠陥を回避するために、中心部が水平になるように予めレンズ２１を傾斜させて保持することも行われていた。しかし、傾斜させて保持すると、加工ごとに傾斜量が異なるため、保持部材による傾斜制御が煩雑であることに加えて、傾斜量の制御を正確に行う必要があり、容易ではない。
例えば、図１７に示すように、プリズム量を含まないレンズ４０１を水平なブロック４０２により保持して切削加工を行った場合、加工形状にプリズムがないため水平なブロックでもレンズ回転軸と交差するレンズ４０１のレンズ加工面４０３の法線方向が回転軸４０６と一致しており加工刃との干渉は発生しない。
また、図１８に示すようにプリズム量を含むレンズ４０１を水平なブロック４０２により保持し切削加工を行った場合、加工形状にプリズムがあるため水平なブロックではレンズ回転軸と交差するレンズ加工面４０３の法線方向４０７が回転軸４０６と一致しておらず、回転軸付近の加工では加工刃との干渉が発生する。ちなみに、水平となるレンズ面上の位置は符号４０４で示す位置である。したがって、この位置４０４に回転軸４０６を配置することも加工刃の干渉回避に有効である。
さらに、図１９に示すようにプリズム量を含むレンズ４０１を傾斜付きのブロック４０２によって保持し切削加工を行った場合、加工形状のプリズムに対応した傾斜をブロック４０２で形成しているため回転軸４０６と交差するレンズ加工面４０３の法線方向は、回転軸４０６と一致しており、加工刃との干渉は発生しない。ただし、レンズ４０１上の位置４０３での傾斜角度の計算、ブロック４０２の傾斜角度制御、および回転軸４０６とレンズ上の位置４０３との正確な一致は容易でない。
一方、プリズム量が小さいレンズの場合には、欠陥も小さくなるため、従来技術ではレンズ中心部に欠陥が発生した場合は、後工程である研磨工程でその欠陥部分の除去が可能となるように除去量を制御した研磨加工を行なっていた。
この場合、必要な具体的対応として、欠陥よりも十分に大きな研磨量により欠陥を除去することが必要となる。ところが、研磨量を大きくすると研磨による形状誤差も増大し、レンズの形状制御が困難になったり、加工時間が長くなったりするなどの問題が生じる。
加工欠陥についてさらに説明する。３軸旋盤による光学面の加工では、回転軸となる加工中心においてレンズ（レンズともいう）の加工形状が直交する（図９ＸＹ平面上に含まれる）場合には、欠陥が発生しない。
ところが、Ｘ、Ｙ平面に対して勾配を有し（Ｚ方向に対して直交しない）、回転軸と交差する位置においてレンズの加工表面が回転軸の法線方向に対して傾斜を有する場合、その中心部において旋盤加工特有の加工欠陥が発生する。推測であるが、この加工欠陥は、加工刃が一定の厚みを有するため、中心部の加工時に加工刃の裏側がレンズの一部と干渉するためと思われる。
本発明は、このような問題を克服し、レンズの中心部に欠陥の発生しない加工を容易に行うことを可能にするものである。
（実施例２）
本実施例は、玉型情報がある場合で、アダプタを介してレンズを加工機に設置する場合であり、以下、（１）玉型形状データ、（２）加工データ演算、（３）フレーム玉型配置、（４）加工装置の回転軸配置などの要部について説明する。
（１）玉型形状データ
玉型形状データは、眼鏡店からの発注により製造メーカに送られる。眼鏡店は、その顧客の被検眼の処方データ、フレーム玉型データ、フレームセンター間距離、その他のレンズの設計に必要な眼鏡レンズの仕様情報を入力する。
ここで、仕様情報には、ヤゲン種、ヤゲン位置、３次元フレーム形状情報、反射防止膜の種類、レンズカラーの種類、眼鏡レンズの種類を特定する商品コード等が含まれる。処方データには、顧客の左右眼の球面屈折力、円柱屈折力、乱視軸、加入度、瞳孔間距離、裸眼視力等が含まれる。
入力された眼鏡レンズ情報、処方値、眼鏡フレーム枠情報は、通信回線を介して製造メーカ（以下工場ともいう）の眼鏡レンズ設計装置にオンラインで転送される。フレーム玉型情報は、例えば極座標形式で角度と長さにより表示され、一般的には３６０点からなる点列データである。
（２）加工データ演算
眼鏡レンズ設計装置は、転送されたデータよりレンズ加工装置で使用する加工データを演算し、各加工機へＬＡＮ回線を通じて転送する。そして演算完了と同時に受注内容、および加工指示を含む加工指示書が工場で発行される。
演算処理は、レンズ上のフレーム玉型配置、加工装置への円形レンズ配置、加工装置回転軸配置、加工データ生成を含むレンズ加工関連情報を算出する。以下演算処理について概要を説明する。
（３）フレーム玉型配置
受注に応じて円形レンズ上の玉型位置を仮想の加工データ上で特定する。玉型位置はレンズ関連情報ではレンズの光学中心、レンズ外径、フレーム関連情報ではフレームセンター間距離、玉型情報、処方関連情報では瞳孔間距離に基づき特定し、仮想の加工データ上に配置する。なお、配置の方法については、例えば、特開2006-47782号公報等に開示されているため、ここではその説明を省略する。
（４）加工装置の回転軸配置
実施例１では玉型形状ＳＯ（図１６）の情報がない場合を説明したが、実施例２では玉型情報に基づいてアンカットレンズの玉型形状情報の外側になるように回転軸を配置する方法を説明する。
まず、受注したフレーム枠形状より玉型形状を算出する。そして、玉型形状の外部に位置する領域（以降玉型外領域ともいう）を特定する。
特定された領域がレンズの幾何中心またはフレームセンターとなる玉型最大外径距離を算出する。玉型最大外径距離の算出後は、レンズの幾何中心またはフレームセンターを基準として、玉型最大外径距離より離れた位置に回転軸を配置する。または、玉型との最小内接円の半径より小径な円内に回転軸を配置する。
回転軸の配置は、具体的には、レンズと切削刃の相対的移動により制御する。さらに、本発明では、実施例１にて説明したように、遠用部測定基準位置または近用部測定位置が回転軸中心方向に配置されるため、玉型形状のＢサイズ方向が回転軸中心と平行になる。
一方、フレーム枠は、Ｂサイズに比してＡサイズが大きくなることが一般的であり、Ａサイズ方向を回転軸中心方向に配置することにより、回転軸を玉型形状の外部領域に配置することが容易となる。
また、本実施例では、個別に玉型形状の外部領域に回転軸の中心が位置するようにしたが、受注データの傾向を分析し、受注の大部分において回転軸の中心が玉型領域の外部に位置する玉型最大外径距離を特定して、レンズの配置位置を固定とすることも好適である。この場合、個々の受注に対して、玉型最大外径距離を基準として回転軸の中心位置とレンズ幾何中心位置との距離を算出し、加工が可能であるか否かを判定する。
具体的には、レンズ上の玉型位置より縁摺加工によって削り取られるレンズ領域を特定する。そして、玉型形状の外部領域（玉型外領域）に回転軸を配置する。この配置方法は、回転軸が配置された仮想の加工データを予め準備し、玉型外領域で最もフレームセンター、またはレンズ幾何中心に近い位置に回転軸がレイアウトされるようにレンズ設計値を配置する。
この場合、回転軸１２はレンズより離間した位置に配置することが好適であるが、変形例として、図１６に示すように、回転軸１２はレンズ２１内でも、玉型外領域２２ｂの任意の位置（配置例１）でも好適である。さらに別の変形例として、同図に示すように、回転軸１２は、少なくともレンズ幾何中心から離間させておけば、玉型外領域２２ｂに限らず、玉型内領域２２ａ、またはレンズ領域外に配置してもよい（配置例２）。
また、一つのアンカットレンズに対して玉型形状は一つを配置したが、１つのレンズに２つ以上の玉型を配置する変形例も好適である。例えば、眼鏡はペアリングされていることが多いため、左右のレンズをペアで一つのレンズに配置することも好適である。
上述した加工に用いる加工装置は、従来の旋盤によるレンズ加工装置が本来備えている機能に、レンズの保持機構部分やその制御条件等に若干の変更を加えるだけで構成することができる。したがって、従来の加工装置の資源をほぼ活かしながら、従来の加工装置では達成できなかった高精度のレンズ加工および高効率のレンズ製造を行うことができる。
また、本実施例によれば、例えば図８に示すように、玉型形状が異なる複数のレンズ２１、２１、・・・に対してそれぞれに独立した光学面を同時に形成することができる。
さらに、上記した実施例によれば、複数のレンズを加工軌跡の旋回中心を取り囲むように配置し、各レンズに対してそれぞれに独立した３次元レンズ曲面を形成するように回転軸方向における加工位置をレンズごとに数値制御し、全てのレンズを同時に加工するようにしたので、迅速に加工することができ、生産性を向上させることができる。
本発明に係るレンズ加工方法は、特異的な欠陥のない高精度のレンズ形成を効率的に行えることができ、これにより、累進屈折力レンズなどの非球面レンズを簡単かつ高効率に製造することができる。

Claims (5)

  1. 旋盤加工機の回転軸に保持されて回転駆動するレンズに対し、加工具が前記回転軸の軸線と直交する方向および軸線方向から、前記レンズの光学面に前記回転軸を中心に同心円状と螺旋状のいずれかに旋回する加工軌跡を描きながら前記光学面を非球面形状に加工するレンズ加工方法であって、
    レンズを配置する工程を備え、前記工程は、予め眼鏡レンズの玉型情報を得て、前記回転軸を少なくともレンズの玉型形状領域の外部に位置させ、
    前記レンズが複数であって、前記旋回中心を取り囲むように配置され、各レンズに対してそれぞれに独立した３次元レンズ曲面を形成するように回転軸の軸線方向における加工位置をレンズごとに数値制御し、全てのレンズを同時に加工する工程を備え、
    前記加工位置をレンズごとに数値制御する工程は、前記回転軸を中心に旋回する旋回加工軌跡の進行方向で隣り合う２つのレンズ間の前記回転軸の軸線方向における加工軌跡を、前記旋回加工軌跡の先行側に位置するレンズの加工軌跡終端部における勾配と前記旋回加工軌跡の後行側に位置するレンズの加工軌跡開始部における勾配とに基づいて設定する工程を含み、
    前記隣り合う２つのレンズ間の回転軸の軸線方向における加工軌跡を設定する工程は、前記加工軌跡終端部における勾配と前記加工軌跡開始部における勾配の一次微分係数が略同一であるとともに、前記加工軌跡終端部と前記加工軌跡開始部との間の中間部分での回転軸の軸線方向における加工軌跡を円弧と平面の少なくともいずれか一方を含む滑らかな軌跡とすることを特徴とするレンズ加工方法。
  2. 旋盤加工機の回転軸に保持されて回転駆動するレンズに対し、加工具が前記回転軸の軸線と直交する方向および軸線方向から、前記レンズの光学面に前記回転軸を中心に同心円状と螺旋状のいずれかに旋回する加工軌跡を描きながら前記光学面を非球面形状に加工するレンズ加工方法であって、
    レンズを配置する工程を備え、前記工程は、予め眼鏡レンズの玉型情報を得て、前記レンズを少なくともレンズの玉型形状領域の外部に回転軸が位置するように配置する工程を備え、
    レンズが複数であって、前記旋回中心を取り囲むように配置され、各レンズに対してそれぞれに独立した３次元レンズ曲面を形成するように回転軸の軸線方向における加工位置をレンズごとに数値制御し、全てのレンズを同時に加工する工程を備え、
    前記加工位置をレンズごとに数値制御する工程は、前記回転軸を中心に旋回す回加工軌跡の進行方向で隣り合う２つのレンズ間の前記回転軸の軸線方向における加工軌跡を、前記旋回加工軌跡の先行側に位置するレンズの加工軌跡終端部における勾配と前記旋回加工軌跡の後行側に位置するレンズの加工軌跡開始部における勾配とに基づいて設定する工程を含み、
    前記隣り合う２つのレンズ間の回転軸の軸線方向における加工軌跡を設定する工程は、前記加工軌跡終端部における勾配と前記加工軌跡開始部における勾配の一次微分係数が略同一であるとともに、前記加工軌跡終端部と前記加工軌跡開始部との間の中間部分での回転軸の軸線方向における加工軌跡を円弧と平面の少なくともいずれか一方を含む滑らかな軌跡とすることを特徴とするレンズ加工方法。
  3. 請求項１または２記載のレンズ加工方法において、
    前記レンズが累進屈折力レンズであって、その近用屈折力測定基準位置および遠用屈折力基準位置の少なくとも一方を前記旋回中心からレンズの光学中心を通る放射線に沿って設定する工程をさらに備えていることを特徴とするレンズ加工方法。
  4. 請求項１または２記載のレンズ加工方法において、
    前記レンズが累進屈折力眼鏡レンズ、プリズム量を含む眼鏡レンズおよび累進屈折力とプリズム量を含む眼鏡レンズのうちのいずれか一つであって、乱視屈折力成分を含み、前記レンズの乱視屈折力表示がマイナス表示のときに、乱視軸の方向を前記放射線と直交する方向に設定する工程をさらに備えていることを特徴とするレンズ加工方法。
  5. 請求項１または２記載のレンズ加工方法を用いてレンズを加工することを特徴とするレンズ加工装置。
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