JP5258484B2

JP5258484B2 - レンズの研磨装置及び非球面用研磨皿

Info

Publication number: JP5258484B2
Application number: JP2008252184A
Authority: JP
Inventors: 晋太郎木村; 政志大村
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010082718A

Description

本発明は非球面レンズ用の研磨装置及び研磨皿に関するものである。

少ないレンズ構成枚数で諸収差を改善する目的で、様々な光学系中に非球面レンズが多用されている。プラスチックレンズや外径が数ミリ程度のガラスレンズでは、射出成形やプレス成形などの手法により非球面レンズを比較的容易に得られるが、例えば外径が数十ミリ以上になるとガラスレンズの非球面化は非常に困難になる。従来、このようなガラス製の非球面レンズは、特許文献１，２で知られるように特別な工具を用い、レンズ面を部分的に加工しながら所期の非球面形状を得ている。また、特許文献３には、非球面レンズに仕上げる前段階のプリフォームレンズを研削により整形する手法が開示されている。
特開２００２−３７０１４７号公報特開２００３−０４８１５３号公報特開２００８−１６８４０２号公報

特許文献１，２に記載された手法では、基本的に非球面全体に座標設定を行い、各々の座標位置ごとに光軸方向の非球面データを対応づけて座標位置ごとに加工を施していかなければならず、製造に時間がかかるだけでなく設備コストも高いという欠点がある。また、部分的な加工の累積で最終的な非球面形状が決まるため、滑らかな非球面形状を得ようとするとデータ量が膨大になるという難点がある。

一方、特許文献３記載の手法は、レンズ素材を光軸中心に回転させ、その被加工面に非球面形状に倣った研削面を有する砥石を回転させながら押し当てて切削を行うようにしているが、研削によるレンズ表面には筋状の研削痕や微細な凹凸、又はクラックが入り、プリフォームレンズに要求される非球面形状を得るには有用であるが、そのまま光学面として用いることは難しい。また、被加工面全体に砥石を一律に摺接させると、被加工面上で研削方向が変化して研削痕が交差してしまい、レンズ面が粗くなる。このため、被加工面に対して砥石を部分的に摺接させなくてはならず、そのまま光学面として利用しできるような滑らかで連続性のある非球面に仕上げることができず、また凹形状の非球面を整形することができないという難点がある。

本発明は上記背景を考慮してなされたもので、その目的は、膨大なデータ管理を必要とせずに、簡便かつ効率的に光学面として利用できる非球面が得られるレンズ研磨装置及び研磨皿を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するにあたり、被研磨面が予備整形されたレンズ素材を光軸回りに回転させ、前記被研磨面にスラリーを供給しながら研磨皿をその中心軸まわりに回転して前記研磨皿の研磨面の形状に対応した非球面を前記被研磨面に形成するレンズ研磨装置を改良し、特に、前記研磨面が、前記非球面の光軸を通る直径分の断面形状線を研磨皿の中心軸回りに回転させた回転面で構成され、前記研磨皿の半径分の研磨面に前記レンズ素材の直径分の被研磨面を摺接させて研磨を行い、前記研磨皿が回転したときに、前記被研磨面に形成される非球面の頂点部分と摺接する研磨面の帯状領域にのみ、非球面の頂点部分に摺接しない非摺接部が離散的に配列されるようにしたことを特徴とする。

本発明によるレンズ研磨装置は、前記レンズ素材の光軸と研磨皿の中心軸とが交差している。前記研磨皿は、前記非球面の直径分に近似する曲線を中心軸回りに回転させた貼付面が表面に形成され前記中心軸回りに回転されるパッド台座と、このパッド台座の表面に貼付されたシート状の研磨パッドとからなり、前記研磨パッドにはその中心から周辺に向かって幅が漸増する複数本の螺旋状の切込みが形成されている。

本発明による非球面用研磨皿は、レンズ素材に予備整形された被研磨面に摺接する研磨面を備え、スラリーの供給下で前記レンズ素材の回転とともに回転して前記研磨面の形状に対応した非球面を前記被研磨面に形成する非球面用研磨皿であって、前記非球面の光軸を通る直径分の断面形状線に近似する曲線を中心軸回りに回転させたときに形成される貼付面が表面に形成され、前記中心軸回りに回転されるパッド台座と、前記貼付面に貼付された後に表面が目的とする非球面に形成され、前記表面が前記研磨面として用いられる研磨パッドと、を備え、回転したときに、前記被研磨面に形成される非球面の頂点部分と摺接する研磨面の帯状領域にのみ、非球面の頂点部分に摺接しない非摺接部が離散的に配列されていることを特徴とする。

本発明によれば、膨大なデータ管理を必要とせずに、簡便かつ効率的に光学面として利用できる非球面が得られるレンズ研磨装置及び研磨皿を提供することができる。

図１及び図２に示すように、本発明によるレンズ研磨装置１０は、被研磨面１１が予備整形されたレンズ素材１２を光軸１３回りに回転させ、前記被研磨面１１にスラリー供給ノズル１４からスラリーを供給しながら研磨皿１５をその中心軸１６まわりに回転して前記研磨皿１５の研磨面１７の形状に対応した非球面を前記被研磨面１１に形成するレンズ研磨装置であって、前記研磨皿１５は、前記非球面の直径分の断面形状線２０に近似する曲線を中心軸回りに回転させて形成された貼付面３７が表面に設けられたパッド台座１８と、このパッド台座１８の表面に貼付されたシート状の研磨パッド１９とから構成される。前記研磨皿１５は、前記研磨面１７を、前記非球面の光軸１３を通る直径分の断面形状線２０を前記中心軸１６回りに回転させた回転面で構成し、前記研磨皿１５の半径分の研磨面１７に前記レンズ素材１２の直径分の被研磨面１１を摺接させて研磨を行うようにした非球面用研磨皿であり、前記研磨パッド１９の表面が前記被研磨面１１に摺接する研磨面１７として用いられる。なお、前記貼付面３７を作製する断面形状線２０に近似する曲線は、円弧であることが好ましいが、円弧でなくても良く、ＮＣ加工機で加工し易い形状であるほど好ましい。

レンズ研磨装置１０は、前記レンズ素材１２を支持して回転するレンズ支持台２１を備え、レンズ支持台２１はバネ２２によって矢印で示す方向に押圧され、前記レンズ素材１２を前記研磨皿１５に押し付けている。また、前記レンズ素材１２の光軸１３と研磨皿１５の中心軸１６とは交差しており、前記研磨皿１５が回転したときに、前記被研磨面１１に形成される非球面の頂点部分２４と摺接する研磨面１７の帯状領域２５に、非球面の頂点部分２４に摺接しない凹部（非摺接部）２６が離散的に配列される。前記研磨パッド１９にはその中心から周辺に向かって幅が漸増する複数本の螺旋状の切込み２７が形成されている（図４参照）。

図３に示すように、前記非球面形状に対してメッキ厚を考慮した形状をＮＣ加工機によって研削工具に加工形成し、表面にダイヤモンド粒を含むメッキを施して前記非球面形状が形成された研磨パッド加工用の研削工具を作製する。パッド台座１８に研磨パッド１９を貼り付けた後に、この切削工具を図１に示したレンズ素材１２の位置に配置して用い、研磨パッド１９の表面に非球面形状を形成して研磨皿１５を完成させる。

図４及び図５に示すように、研磨パッド１９は、前記帯状領域２５に離散的に配列される凹部２６を形成するための孔２８が予め設けられており、孔２８は、大きさ又は形状の異なるものが含まれている。また、研磨パッド１９が前記パッド台座１８に貼り付けられた状態では、前記切込み２７の両側の縁は近接し、回転中心部から周辺に向かって螺旋状を描く溝２９が形成される。前記研磨パッド１９は、１枚の円盤状シートに切込み２７を入れて形成したものであるが、三日月のように湾曲した８枚のウレタンシートによって形成されるようにしても良い。

次に、前記レンズ研磨装置１０の作用について説明する。図２に示すように、レンズ研磨装置１０を構成する研磨皿１５の中心軸１６はレンズ素材１２を回転させるレンズ支持台２１の回転軸（レンズ素材１２の光軸１３と同じ）と角度θで交差しており、これによって前記中心軸１６及び光軸１３と同一の面に、前記研磨面１７と被研磨面１１の接触する被研磨領域３０が帯状に存在する（図６参照）。

図６に示すように、前記研磨面１７と被研磨面１１は時計回りの方向に回転する。前記被研磨領域３０において、研磨面１７の前記光軸１３より外側では、研磨面１７の移動方向Ａと被研磨面１１の移動方向Ｂが同じ方向になるため相対移動量は両者の差になり、研磨面１７の前記光軸１３より内側では、研磨面１７の移動方向Ｃと被研磨面１１の移動方向Ｄが逆方向になるので相対移動量は両者の和になる。移動方向ＡとＣの移動速度の関係はＡ≧Ｃであり、相対移動量は外側の方が大きいが、研磨面１７と被研磨面１１の回転速度を調節することによって外側と内側の相対移動量を同程度にすることができる。このように、本発明による研磨皿１５は、非球面を形成するレンズの直径に跨って研磨するので前記頂点部分２４に研磨皿のエッヂ位置の誤差による凸部や凹部の発生がなく、このことは前記特許文献３に示されたような非球面の片側（半径部分）を研磨する方法では困難なことである。

また、前記被研磨面１１の中心部は常に研磨面１７と接触して研磨され続けるのに対して、周辺部はレンズ素材１２が１回転するうちに２回しか前記被研磨領域３０を通過しないので研磨される量が中心部に比べて少ない。これによってレンズ素材１２の中心部に凹み３１（図７参照）が発生する。この凹みは、非常に小さいレンズ、例えば、直径１ｍｍの極小レンズなどでは問題とならないが、大きなレンズ、例えば、直径が数十ミリもあるレンズの場合は、中心部の凹みは問題となる。しかし、本発明によれば前記研磨パッド１９に設けられた孔２８によって、中心部の研磨量は制御され、問題のない程度の凹み３２（図７参照）となるように改善される。

前記実施形態では、研磨皿１５の中心軸１６とレンズ素材１２を回転させるレンズ支持台２１の回転軸とが角度θで交差するように構成したが、研磨する非球面の形状によっては、交差せずに平行となるように配置しても良い。

本発明による非球面レンズの研磨装置の概観図である。研磨装置を側面から見た一部断面図である。研磨皿を作成する工程を示す図である。研磨パッドを示す図である。研磨面を回転軸方向から見た模式図である。研磨面と被研磨面の接触を説明する図である。本発明による効果を説明するための非球面レンズの中心部を示す模式図である。

符号の説明

１０レンズ研磨装置
１１被研磨面
１２レンズ素材
１３光軸（レンズ素材の光軸、非球面の光軸）
１４スラリー供給ノズル
１５研磨皿
１６中心軸
１７研磨面（回転面）
１８パッド台座
１９研磨パッド
２０断面形状線
２１レンズ支持台
２２バネ
２４頂点部分
２５帯状領域
２６凹部（非摺接部）
２７切込み
２８孔
２９溝
３０被研磨領域
３７貼付面

Claims

被研磨面が予備整形されたレンズ素材を光軸を中心に回転させ、前記被研磨面にスラリーを供給しながら研磨皿をその中心軸まわりに回転して前記研磨皿の研磨面の形状に対応した非球面を前記被研磨面に形成するレンズ研磨装置であって、
前記研磨面が、前記非球面の光軸を通る直径分の断面形状線を研磨皿の中心軸回りに回転させた回転面で構成され、前記研磨皿の半径分の研磨面に前記レンズ素材の直径分の被研磨面を摺接させて研磨が行われ、
前記研磨皿が回転したときに、前記被研磨面に形成される非球面の頂点部分と摺接する研磨面の帯状領域にのみ、非球面の頂点部分に摺接しない非摺接部が離散的に配列されていることを特徴とするレンズ研磨装置。
前記レンズ素材の光軸と研磨皿の中心軸とが交差していることを特徴とする請求項１記載のレンズ研磨装置。
前記研磨皿が、前記断面形状線に近似する曲線を中心軸回りに回転させた貼付面が表面に形成され前記中心軸回りに回転されるパッド台座と、このパッド台座の表面に貼付されたシート状の研磨パッドとからなり、前記研磨パッドにはその中心から周辺に向かって幅が漸増する複数本の螺旋状の切込みが形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ研磨装置。
レンズ素材に予備整形された被研磨面に摺接する研磨面を備え、スラリーの供給下で前記レンズ素材の回転とともに回転して前記研磨面の形状に対応した非球面を前記被研磨面に形成する非球面用研磨皿であって、
前記非球面の光軸を通る直径分の断面形状線に近似する曲線を中心軸回りに回転させたときに形成される貼付面が表面に形成され、前記中心軸回りに回転されるパッド台座と、
前記貼付面に貼付された後に表面が目的とする非球面に形成され、前記表面が前記研磨面として用いられる研磨パッドと、
を備え、
回転したときに、前記被研磨面に形成される非球面の頂点部分と摺接する研磨面の帯状領域にのみ、非球面の頂点部分に摺接しない非摺接部が離散的に配列されていることを特徴とする非球面用研磨皿。