KR20070029662A - 성형틀의 설계 방법, 성형틀 및 성형품 - Google Patents

성형틀의 설계 방법, 성형틀 및 성형품 Download PDF

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야스노리 우에노
요시유키 사토
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호야 가부시키가이샤
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Abstract

상형 몰드, 하형 몰드의 사용면이 구면 형상인 광학 렌즈의 설계 곡면에 형성된 성형틀을 준비한다. 이 성형틀로부터 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을 측정해, 이 측정값을 비구면의 식인 식 (1) 에 근사시켜 성형된 광학 렌즈의 곡면을 비구면으로서 특정한다. 이 특정된 광학 렌즈의 곡면과 상기 설계 곡면과의 오차에 대응하는 정보를 보정 정보로서 광학 렌즈의 특성마다 데이타베이스화하고, 데이타베이스화된 보정 정보를 이용하여, 곡면이 비구면 형상인 광학 렌즈를 성형하는 성형틀의 상형 몰드, 하형 몰드에 있어서의 사용면의 설계값을 보정해 설계한다.
Figure 112006059783923-PCT00011

Description

성형틀의 설계 방법, 성형틀 및 성형품{MOLD DESIGNING METHOD, MOLD, AND MOLDED PIECE}
본 발명은 성형틀로부터 성형품 (예를 들면 광학 렌즈) 을 성형할 때 해당 성형품의 형상 변화를 보정해 목적 형상의 성형품을 성형하는 성형틀을 설계하는 성형틀의 설계 방법, 이 성형틀의 설계 방법으로 설계된 성형틀, 및 그 성형틀에 의해 성형된 성형품에 관한 것이다.
광학 렌즈를 성형하는 경우, 광학 렌즈의 설계값을 그대로 성형틀에 이용해 성형틀을 설계하고 제조하면, 그 성형틀로 제조한 광학 렌즈는 그 설계값과 동일한 형상으로 제조되지 않는 경우가 있다. 그 원인은 소재에 의존하는 성형 수축이나 광학 렌즈의 형상에 기인하는 응력 등의 때문이며, 성형틀의 성형면이 렌즈면에 고정밀도로 전사되지 않기 때문이다.
예를 들면, 구면 렌즈를 성형하기 위해 구면의 성형면을 가지는 성형틀을 이용해 성형하면, 성형된 광학 렌즈는 비구면 형상을 포함한 구면 이외의 면형상이 되어 버리는 일이 있다. 따라서 성형틀을 설계하는 경우, 이러한 모든 요인을 고려하여 성형틀에 적절한 형상 보정을 가할 필요가 있다.
이들 성형틀의 성형면의 보정량은 광학 렌즈의 굴절력, 렌즈 소재, 설계 곡 면의 형상마다 다르며, 이들의 조합에 따라 복잡한 경향을 가진다. 적절한 보정량을 결정하기 위해서는, 각 성형틀에서 실제 변형을 실험적으로 검증할 필요가 있다.
또, 보정량의 예측이나 정량화는 곤란하고, 적절한 보정량의 결정은 숙련이 필요하게 되어 있었다.
구체적인 작업은 (a) 모든 종류의 광학 렌즈를 해당하는 성형틀에 의해 테스트 성형하고, (b) 광학 렌즈의 설계값에 대한 오차를 측정한다. 그리고 (c) 측정된 오차에 여러가지 계수를 곱해 가보정량 (경험값) 을 산출해 성형틀을 다시 만든다. (d) 다시 만든 성형틀에 의해 광학 렌즈를 재차 테스트 성형해, (e) 광학 렌즈의 형상 오차를 측정한다. 상기 (c)~(e) 를 반복해 보정의 최적화를 실시하는 것이 일반적 수법이다.
그런데, 이와 같은 성형틀의 형상 보정의 최적화 작업을 실시하기 위해서는 수많은 성형 테스트를 필요로 한다. 특히 예를 들면 안경 렌즈의 경우, 다종의 성형틀을 필요로 한다. 즉, 안경 렌즈는 개개의 안경 착용자의 처방에 대응하는 렌즈를 준비하지 않으면 안된다. 예를 들면, 처방에 대응하는 안경 렌즈의 도수 범위에 대해서, 구면 도수의 정점 굴절력의 범위를 -8.00 디옵터 (D) ~ +6.00 디옵터 (D), 굴절력의 분할 단위를 0.25D 피치로 했을 경우, 구면 도수의 종류는 56 종류가 된다.
더욱이, 난시 처방에 대응하는 난시 굴절력을 0.25 디옵터 (D) ~ 2.00 디옵터 (D) 의 범위로 했을 경우, 굴절력의 분할 단위를 0.25D 피치로 하면 난시의 종 류로 8 종류가 필요하다. 따라서 구면 처방 및 난시 처방을 조합하면, 하나의 제품에서 448 종의 렌즈 도수에 대응할 필요가 있고, 또한 성형틀은 상하 2 개의 성형틀로 구성되므로, 전부 896 종이 된다.
이 때문에 성형틀의 작성에서는 전술한 바와 같은 형태 마다의 형상 보정 작업을 수반하기 때문에, 많은 제작 기간을 필요로 하고 있었다.
한편, 성형틀의 성형면에 가하는 보정 방법에 대해서는, 성형된 광학 렌즈와 이 광학 렌즈의 설계값과의 오차가 최소가 되도록 최소 제곱법을 이용해 단일 곡율을 가지는 구면 형상을 구하고, 이 구면 형상의 곡율을 평균 곡율로서 이용해 성형틀을 보정하는 방법이 알려져 있다 (제 1 종래 기술).
또, 제 2 종래 기술로서, 단순한 형상인 경우에는 수축을 고려한 변형이 예측 가능하고, 이 예측값을 보정량으로서 적용하는 방법도 있다 (특허문헌 1).
또한, 제 3 종래 기술로서, 입체 형상을 비구면 측정기에 의해서 측정하고, 설계값과의 형상 오차를 구하고 또한 측정기에 대한 세팅 오차를 제한 형상 오차 측정값에 근거해 보정하는 방법도 있다 (특허문헌 2).
특허문헌 1 : 일본 특개평 2003-117925 호 공보
특허문헌 2 : 일본 특개평 8-216272 호 공보
발명이 해결하려고 하는 과제
그렇지만 제 1 종래 기술에 있어서의 평균 곡율에 의한 오차의 평가에서는 구면 형상 이외의 형상 오차를 평가할 수 없고, 따라서 이 구면 형상 이외의 형상 오차를 보정할 수 없다.
또, 제 2 종래 기술을 이용해 광학 렌즈의 성형틀을 설계하는 경우, 예를 들면 안경 렌즈의 경우에는 볼록면(凸面) 및 오목면(凹面)으로 이루어지는 메니스커스 형상을 가져 그 형상이 복잡하기 때문에, 수축을 고려한 변형량을 예측해 성형틀을 설계하는 것은 곤란하다.
또한, 제 3 종래 기술에서는 측정 오차를 제거하고 있지만, 형상 오차 측정값은 렌즈 표면의 거칠기 및 렌즈 표면에 부착한 이물질 등의 영향을 노이즈로서 포함하고 있다. 이 때문에, 형상 오차 이외의 노이즈가 보정량에 반영되어 버려 보정의 정밀도가 저하하고, 성형틀로부터 광학 렌즈를 고정밀도로 성형할 수 없다는 우려가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 사정을 고려해서 이루어진 것으로, 성형틀로부터 성형품을 성형할 때 해당 성형품의 형상 변형을 보정하고, 곡면이 비구면인 목적 형상의 성형품을 성형하는 성형틀을 효율적으로 설계할 수 있는 성형틀 및 그 성형틀의 설계 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 성형틀을 이용한 성형품을 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
청구항 1 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 성형면이 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 성형틀을 준비하고, 이 성형틀로부터 성형된 성형품의 곡면 형상을 측정하여, 측정한 상기 성형품의 곡면과 상기 성형품의 상기 설계 곡면을 비교해 양곡면의 오차를 구하고, 이 오차에 대응하는 정보를 곡면이 구면 형상인 성형품을 성형하기 위한 보정 정보로서 특정하고, 곡면이 비구면 형상인 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면의 설계값을 해당 비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 상기 보정 정보를 이용해 보정하여 설계하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 2 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 1 에 기재된 발명에서, 비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 상기 보정 정보는 성형하려고 하는 곡면이 비구면 형상인 성형품과 동일한 렌즈 소재이며, 상기 성형품의 비구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 정점 곡율 반경, 또는 해당 성형품의 비구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 전면에서의 평균 곡율 반경과 일치하는 곡율 반경을 가지는 구면 형상의 성형품의 설계 곡면의 보정 정보인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 3 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 성형면이 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 성형틀을 준비하고, 이 성형틀로부터 성형된 성형품의 곡면 형상을 측정하여, 이 측정값을 비구면의 식에 근사시켜 상기 성형품의 곡면을 비구면으로서 특정하고, 비구면의 식에서 특정된 상기 성형품의 곡면과 상기 성형품의 상기 설계 곡면을 비교해 양곡면의 오차를 구하고, 이 오차에 대응하는 정보를 곡면이 구면 형상인 성형품을 성형하기 위한 보정 정보로서 해당 성형품의 특성마다 데이타베이스화하여, 이 데이타베이스화된 보정 정보를 이용하여 곡면이 비구면 형상인 최종 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면의 설계값을 보정해 설계하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 4 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 3 에 기재된 발명 에서, 상기 비구면의 식은 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 성분과 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외의 성분을 포함한 다항식인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 5 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 3 또는 4 에 기재된 발명에서, 상기 비구면의 식은 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 성분과 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외의 성분을 가산하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 6 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 상기 비구면의 식은 Z 를 성형품의 정점으로부터 해당 성형품의 축방향으로 측정한 거리 X, Y 를 상기 정점으로부터 상기 축과 수직인 방향으로 측정한 거리로 했을 때에 ρ를 ρ2 = X2 + Y2, R 을 정점 곡율 반경으로 했을 때에 정점 곡율 C 를 C = 1/R, K 를 원추 정수, A2i 를 비구면 계수 (i 가 정수) 로 했을 때, 다음의 식 (1) 인 것을 특징으로 하는 것이다.
Figure 112006059783923-PCT00001
청구항 7 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 6 에 기재된 발명 에서, 상기 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분에 의해, 성형된 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 성분의 오차에 대응하기 위해서 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 성형틀의 성형면의 전체 형상을 보정하는 전체 형상 보정 정보를 구하고, 또 상기 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분에 의해, 성형된 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외 성분의 오차에 대응하기 위해서 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 상기 성형틀의 상기 성형면의 국소 형상을 보정하는 국소 형상 보정 정보를 구해, 이러한 각 보정 정보의 각각을 분리 독립하고, 설계 곡면이 구면 형상을 가지는 상기 성형품의 특성마다 데이타베이스화하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 8 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 7 에 기재된 발명 에서, 상기 전체 형상 보정 정보는 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분이 나타내는 기준 구면의 곡율 반경과 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 곡율 반경과의 차이에 근거해서 결정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 9 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 7 또는 8 에 기재된 발명에서, 상기 국소 형상 보정 정보는 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분이 나타내는 성형된 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외 성분의 높이 (Z 값) 와 상기 성형품의 구면 형상의 설계 곡면의 높이 (Z 값) 를 이용해 산출되는 형상 변화율에 근거해서 결정하고, 상기 형상 변화율을 데이타베이스화하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 10 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 3 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 상기 성형품의 특성은 해당 성형품인 광학 렌즈의 렌즈 소재 및 구면 형상의 설계 곡면 형상인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 11 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 3 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 곡면이 비구면 형상인 최종 성형품을 성형하는 상기 성형틀의 성형면의 설계는 성형품의 비구면 형상의 설계 곡면에 비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 데이타베이스화된 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보를 가산함으로써 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 12 에 관련되는 성형틀의 설계 방법은, 청구항 11 에 기재된 발명 에서, 비구면 형상의 곡면을 가지는 최종 성형품에 적합한 데이타베이스화된 상기 전체 형상 보정 정보와 상기 국소 형상 보정 정보는 성형하려고 하는 곡면이 비구면 형상인 성형품과 동일한 렌즈 소재이며, 상기 성형품의 비구면 형상인 설계 곡면의 평균 곡율 반경과 일치하는 곡율 반경을 가지는 구면 형상의 성형품의 설계 곡면에 대해 데이타베이스화된 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 13 에 관련되는 성형틀은, 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 성형틀의 설계 방법을 실시해 성형된 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 14 에 관련되는 성형품은, 청구항 13 에 기재된 성형틀을 이용해 성형된 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 15 에 관련되는 성형품은, 청구항 14 에 기재된 성형품이 메니스커스 형상의 안경 렌즈인 것을 특징으로 하는 것이다.
발명의 효과
청구항 1 또는 2 에 기재된 발명에 의하면, 측정한 성형품의 곡면과 해당 성형품의 구면 형상의 설계 곡면과의 오차에 대응하는 정보를 곡면이 구면 형상인 성형품을 성형하기 위한 보정 정보로서 특정하고, 곡면이 비구면 형상인 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면의 설계값을 해당 비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 상기 보정 정보를 이용해 보정하여 설계한다. 이를 위해, 비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 보정 정보를 이용함으로써, 곡면이 비구면 형상인 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면의 설계값을 보정하는 보정 정보를 단시간에 확정할 수 있다. 이 결과, 곡면이 비구면인 목적 형상의 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면을 효율적으로 설계할 수 있다.
청구항 3 내지 6, 10 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 발명에 의하면, 성형면이 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 성형틀로부터 성형품을 성형하고, 이 성형품의 곡면 형상을 측정하여 이 측정값을 비구면의 식에 근사시켜, 해당 성형된 성형품의 곡면을 비구면으로서 특정한다. 이것으로부터, 성형된 성형품의 곡면 형상 가운데 구면 성분 뿐만 아니라 구면 이외의 성분도 비구면의 식에 근사시켜 정량화해 특정할 수 있다. 이 때문에, 비구면에 특정된 상기 성형품의 곡면과 해당 성형품의 구면 형상의 설계 곡면과의 오차가 구면 형상 성분과 구면 형상 이외의 성분을 정확하게 취입한 것이 되어, 이 오차에 대응하는 보정 정보도 정확해진다.
또, 성형된 성형품의 곡면 형상의 측정값을 비구면의 식에 근사시켜 이 성형품의 곡면 형상을 비구면으로서 정량화해 특정했으므로, 측정값에 포함되는 측정 오차나 성형품의 곡면의 표면 거칠기 등의 노이즈를 배제하고 성형된 성형품의 곡면의 표면 형상만을 추출할 수 있다.
또한, 비구면의 식에서 특정된 상기 성형품의 곡면과 해당 성형품의 구면 형상의 설계 곡면과의 오차에 대응하는 정보를 곡면이 구면 형상인 성형품을 성형하기 위한 보정 정보로서 해당 성형품의 특성마다 데이타베이스화한다. 그리고 이 데이타베이스화된 보정 정보를 이용하여, 곡면이 비구면 형상인 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면의 설계값을 보정해 설계한다. 이 때문에, 비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 보정 정보를 데이타베이스로부터 골라냄으로써, 곡면이 비구면 형상인 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면의 설계값을 보정하는 보정 정보를 단시간에 확정할 수 있다.
이들의 결과, 곡면이 비구면인 목적 형상의 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면을 효율적으로 설계할 수 있다.
청구항 7 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 발명에 의하면, 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분에 의해, 성형된 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 성분의 오차 (평균 표면 굴절력의 오차) 에 대응하기 위해서, 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 성형틀의 성형면의 전체 형상을 보정하는 전체 형상 보정 정보를 구한다. 또, 상기 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분에 의해, 성형된 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외 성분의 오차에 대응하기 위해서, 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 상기 성형틀의 상기 성형면의 국소 형상을 보정하는 국소 형상 보정 정보를 구한다. 이와 같이, 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보를 분리 독립해 구함으로써, 성형된 성형품의 오차 (구면 형상 성분의 오차와 구면 형상 이외 성분의 오차) 를 고정밀도로 보정 정보에 반영하여 적절한 보정을 실시해 성형틀의 성형면을 설계할 수 있다.
청구항 13 내지 15 에 기재된 발명에 의하면, 성형틀로부터 곡면이 비구면 형상인 성형품을 성형할 때에 해당 성형품이 변형해 버리는 경우에도 데이타베이스로부터 적합한 보정 정보를 골라냄으로써, 곡면이 비구면인 목적 형상의 성형품을 성형하는 성형틀을 효율적으로 설계할 수 있다. 이 때문에, 이 성형틀에 의해서 곡면이 비구면인 목적 형상의 성형품을 효율적으로 성형해 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태를 도면에 근거해 설명한다.
[A] 제 1 실시 형태 (도 1 ~ 도 10)
도 1 은 본 발명에 관련되는 성형틀의 설계 방법에 있어서의 제 1 실시 형태가 실시되어 제작된 상형 몰드 및 하형 몰드를 가지는 성형틀을 나타내는 측(側) 단면도이다. 도 5 는 도 1 의 성형틀로부터 테스트 성형된 성형품인 광학 렌즈의 성형 곡면 및 설계 곡면 등을 나타내는 그래프이다. 도 7 은 도 1 의 상형 몰드 및 하형 몰드의 설계 순서에서, 전체 형상 보정 정보 및 국소 형상 보정 정보의 산출 등을 나타내는 개략도이다.
(렌즈 제조용 성형 주형의 구성 설명)
도 1 에 나타내는 성형틀 (10) 은 플라스틱제 구면 렌즈를 캐스트법으로 불리는 제조법에 따라 성형하는 것으로, 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 및 개스킷 (13) 을 가져 구성된다. 상기 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 는 렌즈 모형으로 총칭된다.
개스킷 (13) 은 탄성을 가지는 수지로 원통 형상으로 형성되며, 내주면에 상 형 몰드 (11) 와 하형 몰드 (12) 를 소정 거리 이간해 액밀(液密)하게 유지한다. 이들 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 및 개스킷 (13) 에 둘러싸여 캐비티 (14) 가 구성된다. 개스킷 (13) 에는 이 캐비티 (14) 내에 광학 렌즈의 원료인 모노머를 주입하기 위한 주입부 (15) 가 일체로 설치되어 있다. 또, 개스킷 (13) 의 높이는 성형품인 광학 렌즈의 테두리부의 두께를 확보할 수 있는 치수로 설정된다.
상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 는 유리 등으로 구성된다. 상형 몰드 (11) 는 광학 렌즈의 곡면 (볼록면) 을 형성하기 위하여 오목면틀에서 형성된다. 또, 하형 몰드 (12) 는 광학 렌즈의 곡면 (오목면) 을 형성하기 위하여 볼록면틀에서 형성된다. 이러한 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에서는, 도 2에도 나타내는 바와 같이 광학 렌즈의 렌즈 곡면을 형성하는 면을 사용면 (16) 으로 칭하고, 상기 렌즈 곡면을 형성하지 않는 면을 비사용면 (17) 으로 칭한다.
(광학 렌즈의 제조 방법 설명)
상술한 성형틀 (10) 을 이용한 광학 렌즈의 제조 순서를 도 3 을 참조해 설명한다.
우선, 광학 렌즈의 원료인 모노머를 준비한다 (S1). 이 모노머는 열경화 수지이며, 이 수지에 촉매와 자외선 흡수제 등을 가해 조합하고, 필터로 여과한다 (S2).
다음에, 개스킷 (13) 에 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 조립해 성형틀 (10) 을 완성한다 (S3). 그리고, 이 성형틀 (10) 의 캐비티 (14) 내에 상술한 바와 같이 조합된 모노머를 주입하고, 전기로 내에서 가열 중합시켜 경화시킨다 (S4). 성형틀 (10) 내에서 모노머의 중합이 완료하면 플라스틱제 광학 렌즈가 성형되며, 이 광학 렌즈를 성형틀 (10) 로부터 이형한다 (S5).
광학 렌즈의 이형 후에, 중합에 의해 생긴 렌즈 내부의 일그러짐을 제거하기 위하여 어닐링으로 불리는 가열 처리를 실시한다 (S6). 그 후, 중간 검사로서 외관 검사 및 투영 검사를 광학 렌즈에 대해 실시한다.
광학 렌즈는 이 단계에서 완성품과 반제품 (세미품) 으로 구분되며, 반제품에 대해서는 처방에 따라 제 2 면을 연마한다. 완성품에 대해서는, 그 후 칼라 제품을 얻기 위한 염색 공정, 상처에 대해 강화하는 강화 코트 공정, 반사 방지용 반사 방지 코트 공정을 실시하고 (S7), 최종 검사를 실시한다 (S8). 완성품은 이 최종 검사 후에 제품이 된다 (S9).
상술한 광학 렌즈의 제조 공정에서 사용되는 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 제조 순서를 도 4 를 참조하여 다음에 설명한다.
상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 는 프레스 가공한 두꺼운 유리 블랭크의 양면을 가공함으로써 얻어지기 때문에, 우선 이 유리 블랭크를 준비한다 (S11). 이 유리 블랭크를 가공함으로써, 유리 블랭크의 프레스면의 표면 결함층을 제거하고, 사용면 (16) 및 비사용면 (17) 을 소정 정밀도의 곡율 반경으로 하는 것과 동시에 미세하고 균일한 거칠기의 고정밀도의 사용면 (16) 및 비사용면 (17) 을 얻는다. 유리 블랭크의 상기 가공은 연삭 및 연마에 의해서 실시된다.
연삭 공정은 구체적으로는 NC 제어를 실시하는 자유 곡면 연삭기에서 다이아몬드 휠을 사용해, 유리 블랭크의 양면 (사용면 (16) 및 비사용면 (17)) 을 소정의 곡율 반경으로 연삭한다 (S12). 이 연삭에 의해, 유리 블랭크로부터 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 가 형성된다.
연마 공정은 고무제 중공 접시에 폴리우레탄 또는 펠트를 첩착한 연마 접시를 사용해, 산화세륨·산화 지르코늄 등의 미세 입자를 연마제로서 연삭에 의해 형성된 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 양면을 연마한다 (S13). 이 연마 공정에 의해서, 연삭 공정에서 생긴 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 각각의 사용면 (16) 및 비사용면 (17) 에 있어서의 표면 요철을 제거하여 투명하게 한다 (모래눈 제거). 그리고, 다시 이 사용면 (16) 및 비사용면 (17) 을 효과적으로 충분한 표면 정밀도로 완성한다.
이 연마 공정 후에 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 검사하고 (S14), 사용면 (16) 에 레이어 패턴의 기준 위치가 되는 은폐 마크를 마킹한다 (S15). 레이어 패턴은 광학 렌즈의 광학적 레이어를 나타내는 것으로, 원형 모양의 광학 렌즈를 안경 프레임 틀에 넣을 때에 사용하는 것이다. 이 레이어 패턴은 광학 렌즈의 표면에 소거 가능하게 마킹된다.
은폐 마크의 마킹 후에, 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 대해 과학적인 유리 강화 처리를 실시하고 (S16), 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 완성한다 (S17). 이 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 는 광학 렌즈의 처방 굴절력에 따라 제작되기 때문에, 개스킷 (13) 과 함께 많은 종류가 필요해진다.
(몰드 설계 방법 설명)
상술한 바와 같이 하여 제조되는 성형틀 (10) 에 있어서의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 설계 순서를 도 5 및 도 7 을 참조하여 다음에 설명한다.
우선, 성형품인 광학 렌즈를 테스트 성형하는 성형틀 (10) 을 준비한다. 성형되어야 할 상기 광학 렌즈는 곡면이 구면 형상인 구면 렌즈이다. 따라서, 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 성형면인 사용면 (16) 도 구면 형상으로 형성된다. 이 경우, 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 의 곡율 반경은 광학 렌즈의 곡면의 설정값 (예를 들면 렌즈의 정점 굴절력에 있어서의 곡율 반경인 설계 정점 곡율 반경 R0) 과 동일하게 형성된다. 또한, 설계 정점 곡율 반경 R0 를 가지는 광학 렌즈의 곡면을 설계 곡면 (20) (도 5) 으로 칭한다.
다음에, 상술한 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 갖춘 성형틀 (10) 을 이용해 성형 테스트를 실시하고, 성형틀 (10) 에 모노머를 주입해 가열 중합 하여 테스트 성형품인 광학 렌즈를 성형한다. 이 테스트 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상은 모노머의 열 수축 등이 원인이 되어 구면 형상으로 형성되지 않는다. 본 발명자는 열심히 검토한 결과, 성형 후의 형상 변화에 의한 오차량의 주성분이 하기 식 (1) 로 나타내는 비구면의 식에 근사할 수 있는 것을 알아냈다. 즉 테스트 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상은 비구면 형상을 포함한 구면 이외의 형상으로 성형되어 버린다. 따라서, 이 성형된 광학 렌즈의 표면의 곡면 형상을 후술하는 전사 마킹 (32) (도 9) 을 기준으로 하여 형상 측정기를 이용해 측정한다 (도 7 의 S21). 그리고, 이 측정값을 최소 제곱법을 이용해 비구면의 식에 근사시켜 테스트 성형된 광학 렌즈의 곡면을 비구면으로서 정량화해 특정한다.
상기 비구면의 식은 Z 를 정점 O 로부터 광축 P 방향으로 측정한 거리 X, Y 를 상기 정점 O 로부터 상기 광축 P 와 수직인 방향으로 측정한 거리로 했을 때에 ρ 를 ρ2 = X2 + Y2, R 을 정점 곡율 반경으로 했을 때에 정점 곡율 C를 C = 1/R, K 를 원추 정수, A2i 를 비구면 계수 (i 가 정수) 로 했을 때, 회전 대칭인 비구면 형상을 나타내는 다음 식 (1) 이다. 이 식 (1) 은 스펜서의 식으로도 불린다.
Figure 112006059783923-PCT00002
단, 실제로는 계산을 용이하게 실시하기 위해서, 상기 식 (1) 을 변형한 다음 식 (2) 를 이용해 상기 측정값을 최소 제곱법을 이용해 식 (2) 에 근사시켜 정량화해 특정하여, 해당 식 (2) 의 계수 B2i (식 (1) 의 정점 곡율 C 및 비구면 계수 A2i 를 포함한 계수) 를 산출한다. 여기서, 계수 B2i 의 i 는 정수이다.
Figure 112006059783923-PCT00003
이 식 (1) 로부터 식 (2) 로의 변형은 다음과 같이 해서 된다. 즉, Q = 1 + K (K 는 정수) 로서 식 (1) 의 제 1 항을 유리화하면,
Figure 112006059783923-PCT00004
제곱근 부분을 급수 전개하면
Figure 112006059783923-PCT00005
이것을 식 (a) 에 대입하면,
Figure 112006059783923-PCT00006
이것을 식 (1) 에 대입해 ρ 의 다항식으로 해 정리하면, 상기 식 (1) 은 이하의 식 (2) 로 나타낼 수 있다.
Figure 112006059783923-PCT00007
다만,
Figure 112006059783923-PCT00008
상술한 바와 같이, 테스트 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상의 측정값을 식 (2) 에 근사시킴으로써 산출된 계수 B2i 로부터, 상기 식 (b) 를 이용하여 식 (1) 의 정 점 곡율 C 및 비구면 계수 A2i 를 계산한다. 이것에 의해, 테스트 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을 식 (1) 에 의해 정량화해 특정한다. 그러나, 테스트 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상의 측정값을 식 (1) 에 직접 근사시켜 정량화해 특정하여, 이 식 (1) 의 정점 곡율 C 및 비구면 계수 A2i 를 구해도 된다. 어느 경우도 식 (1) 에 의한 정량화에 있어서는, 원추 정수 K 를 K = 0 (즉 Q = 1) 으로 하고, 식 (1) 의 제 1 항을 구면을 나타내는 식으로서 정점 곡율 C 를 산출해, i = 2, 3, 4, 5 로서 비구면 계수 A4, A6, A8, A10 을 산출한다.
이 식 (1) 에 의해 특정된 테스트 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을, 도 5에 성형 곡면 (21) 으로 하여 나타낸다. 이 성형 곡면 (21) 은 비구면 형상이다. 또, 이 도 5 에서 부호 (22) 는 식 (1) 에서 정량화되어 특정된 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 가운데, 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분의 곡면 형상을 나타낸다. 이 곡면 형상 (22) 은 식 (1) 의 정점 곡율 C 의 역수인 정점 곡율 반경 R (R = 1/C) 을 곡율 반경으로 하는 구면 (기준 구면) 을 나타낸다.
또한, 도 5 에 있어서의 ZN 은 식 (1) 에 의해 정량화되어 특정된 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 중 구면 형상 이외의 성분을 나타내며, 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분을 나타낸다. 이 ZN 이 나타내는 상기 다항식 성분은 도 6 의 부호 (23) 으로 나타내는 바와 같이, 식 (1) 의 제 1 항의 기준 구면 성분에 대한 오차 성분이 되고 있다.
다음에, 테스트 성형되고 식 (1) 에서 정량화되어 특정된 광학 렌즈의 데이 터를 해석한다 (도 7 의 S22). 이 데이터 해석에서는, 식 (1) 의 정점 곡율 C (정점 곡율 반경 R) 및 비구면 계수 A4, A6, A8, A10 이 사용된다. 예를 들면, 광학 렌즈의 설계 곡면 (20) 의 설계 정점 곡율 반경 R0 을 R0 = 532.680 mm 로 했을 때, 사용면 (16) 이 상기 설계 곡면 (20) 에 형성된 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 가지는 성형틀 (10) 로부터 성형되고, 식 (1) 에 의해 정량화되어 특정된 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 의 정점 곡율 반경 R (= 1/C) 은 R = 489.001 mm, 또 비구면 계수 A4, A6, A8, A10 은 표 1 에 나타내는 바와 같이 설정된다. 이러한 정점 곡율 반경 R 및 비구면 계수 A4, A6, A8, A10 이 데이터 해석에서 사용된다.
[표 1]
(몰드 설계 방법: 오차의 구면 및 비구면 성분의 분리)
이 데이터 해석에서는, 테스트 성형된 광학 렌즈를 정량화해 특정한 식 (1) 의 제 1 항인 기준 구면 성분과 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분을 분리 독립해 취급한다.
그런데, 종래 기술은 형상 오차의 구면 성분 및 비구면 성분을 일체로 하여 보정을 실시한다. 따라서, 형상 오차의 보정 계수도 구면 성분과 비구면 성분으로 동일한 계수가 적용된다. 그런데, 후술하는 각 렌즈 형상 마다의 보정 수치는 형상 오차의 구면 성분과 비구면 성분으로 형상마다 완전히 다르다. 예를 들면, 도 12(b) 는 형상 오차의 구면 성분의 오목면측에 있어서의 보정 수치이다. 이 도 12(b) 가 나타내는 것은, 렌즈의 표면 형상이 변화해도 일부 형상을 제외하고, 오목면측의 구면 성분 보정값이 일정한 것을 나타낸다. 더욱이 도 12(a) 는 형상 오차의 구면 성분 볼록면측에 있어서의 보정 수치이다. 이 도 12(a) 가 나타내는 보정 수치는 볼록면측 형상이 굴절력 4D 이상에서는 일정해지는 것을 나타낸다. 즉, 전체 형상 보정값은 굴절력 4D 이상에서는 요철 양면에서 형상 오차의 보정 수치가 일정한 것을 나타낸다. 한편, 형상 오차의 비구면 성분은 모두 굴절력이 다른 값을 나타내며, 형상 오차 및 보정값, 및 성형품의 형상에는 경향이 없다.
그러나, 종래 기술에서는 형상 오차의 구면 성분과 비구면 성분을 일체로 보정한다. 따라서, 모든 형상에서 보정값을 변경하게 된다. 그렇지만, 본래 변경하지 않아도 되는 굴절력 4D 이상의 렌즈 형상의 형상 오차 구면 성분에 대해서도 변경하여 보정을 실시하게 되기 때문에, 보정값 확정은 더욱 복잡화한다. 결과적으로, 모든 성형틀마다 시작을 충분히 반복해, 적절한 보정값을 확정하는 일이 된다. 본 실시 형태는 형상 오차의 구면 성분과 비구면 성분을 분리시키고 보정 정보를 독립해 구함으로써, 적절한 보정을 실시해 용이하게 성형틀을 설계할 수 있다.
즉, 테스트 성형되고 식 (1) 에 의해 정량화되어 특정된 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) (도 5) 과 해당 광학 렌즈의 설계 곡면 (20) 의 오차 가운데, 구면 형상 성분의 오차에 대응하는 정보를 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분 (도 5 의 곡면 형상 (22) 이 나타내는 형상) 을 이용해 산출한다. 이 정보를 전체 형상 보정 정보로 한다 (도 7 의 S23). 이 전체 형상 보정 정보는 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 의 전면 형상을 보정하고, 상기 구면 형상 성분의 오차를 해소하는 것이다.
구체적으로는, 성형된 광학 렌즈를 정량화해 특정한 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분이 나타내는 곡면 형상 (22) (기준 구면) 의 정점 곡율 반경 R 과 광학 렌즈의 설계 곡면 (20) 에 있어서의 설계 정점 곡율 반경 R0 와의 Z 방향에 있어서의 차이 H 를, 성형된 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 에 있어서의 구면 형상 성분의 오차로서 산출한다. 이 차이 H 를 전체 형상 보정 정보로서 결정한다. 이 전체 형상 보정 정보는 성형되는 광학 렌즈가 목적하는 굴절력을 얻기 위해서 필요한 보정 정보이다.
성형된 광학 렌즈를 정량화해 특정한 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분이 나타내는 곡면 형상 (22) (기준 구면) 의 정점 곡율 반경 R 과 광학 렌즈의 설계 곡면 (20) 에 있어서의 설계 정점 곡율 반경 R0 은 소재의 수축율에 따라 일치하지 않는 경우가 있다. 또, 그 수축율은 소재마다 다르다. 이들의 정점 곡율 반경 R 과 설계 정점 곡율 반경 R0 의 차이가 후술한 식 (3) 의 면 굴절력 환산 으로 2D 이하, 바람직하게는 1D 이하이면, 상기 전체 형상 보정 정보와 후술의 국소 형상 보정 정보를 이용함으로써 성형품 (광학 렌즈) 의 성형 곡면을 목적하는 형상으로 하는 것이 가능해진다.
또, 테스트 성형되고 식 (1) 에 의해 정량화되어 특정된 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 과 해당 광학 렌즈의 설계 곡면 (20) 과의 오차 가운데 구면 형상 이외 성분의 오차에 대응하는 정보를, 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분 (도 5 의 ZN 으로 나타낸다) 을 이용해 산출한다. 이 정보를 국소 형상 보정 정보로 한다 (도 7 의 S24). 이 국소 형상 보정 정보는 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 의 국소 형상을 보정하여, 즉 사용면 (16) 을 부분적으로 보정해 상기 구면 형상 이외 성분의 오차를 해소하는 것이다.
구체적으로는, 성형된 광학 렌즈를 정량화해 특정한 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분이 나타내는, 해당 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) (도 5) 에 있어서의 구면 형상 이외 성분의 높이 (Z 값) ZN 과 광학 렌즈의 설계 곡면 (20) 에 있어서의 높이 (Z 값) ZM 을 이용해 형상 변화율을 산출한다. 이 형상 변화율은 형상 변화율 = ZN/ZM 으로서 산출되며, 테스트 성형된 광학 렌즈의 정점으로부터의 각 위치에서 산출된다. 국소 형상 보정 정보는 광학 렌즈의 정점으로부터의 각 위치에서, 해당 위치에 있어서의 형상 변화율에 해당 위치에 있어서의 광학 렌즈의 설계 곡면 (20) 의 높이 ZM 을 곱한 값으로서 산출해 결정된다.
여기서, 상기 높이 ZN 은 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 의 기준 구면 성분이 나타내는 곡면 형상 (22) (기준 구면) 과, 성형되어 식 (1) 에 의해 특정된 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 에서 광학 렌즈의 정점으로부터의 동일 위치에 있어서의 각각의 높이 (Z 값) 의 차이로 나타낸다.
마지막으로, 상술한 바와 같이 하여 산출한 국소 형상 보정 정보와 전체 형상 보정 정보를 이용해, 성형틀 (10) 에 있어서의 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 을 보정해 설계한다 (도 7 의 S25).
즉, 우선 광학 렌즈의 설계 곡면 (20) 에 형성된 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 에 있어서의 렌즈 정점으로부터의 각 위치의 설계값에, 해당 각 위치에 대응한 국소 형상 보정 정보를 Z 방향으로 가산한다. 이것에 의해, 성형되는 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 에 있어서의 구면 형상 이외 성분의 오차를 해소한다. 다음에, 국소 형상 보정 정보가 가산된 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 에 있어서의 전면의 설계값에, 전체 형상 보정 정보 (차이 H) 를 Z 방향으로 가산한다. 이것에 의해, 성형되는 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 에 있어서의 구면 형상 성분의 오차를 해소한다. 이와 같이 하여, 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 의 설계값을 보정하고, 해당 사용면 (16) 을 설계한다.
또한, 상기 전체 형상 보정 정보의 가산은 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 의 설계값에 대해서만 실시되어도 된다. 그 이유는 하형 몰드 (12) 가 각종 광학 렌즈에서 공통이며, 보정해야 할 사용면 (16) 의 수가 상형 몰드 (11) 에 비해 적기 때문이다. 또, 그 이유는 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 에 의해 성형되는 광학 렌즈의 곡면 (오목면) 의 곡율 반경을 바꿈으로서, 해당 광학 렌즈의 곡면 (볼록면) 으로의 영향이 균일하게 작용한다고 생각되기 때문이다.
상술된 바와 같이 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 을 보정해 설계하는 설계 순서를 도 8 을 참조해 더 설명한다.
상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 은 성형되는 광학 렌즈의 치수보다 커지지 않으면 안되기 때문에, 광학 렌즈의 곡면의 설계값을 확장해 사용면 (16) 의 설계값을 산출한다 (S31). 이 산출된 설계값에 근거해, 사용면 (16) 이 광학 렌즈의 설계 곡면 (설계 정점 곡율 반경 R0) 과 동일해지도록 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 제작해 성형틀 (10) 을 조립한다 (S32).
다음에, 조립되어진 성형틀 (10) 내에 모노머를 주입해 광학 렌즈를 테스트 성형하고, 성형품인 광학 렌즈의 곡면 형상을 후술하는 전사 마킹 (32) (도 9) 을 기준으로 하여 형상 측정기를 이용해 측정한다 (S33). 이 형상 측정기는 본 실시 형태에서는 예를 들면 테이라호브손사제의 포무타리서프를 주로 이용하고 있지만, 비접촉식 3 차원 측정기 (예를 들면 마츠시타전기사제 UA3P 등) 등을 이용할 수도 있고, 특별히 측정 장치에 대해 한정되는 것은 아니다. 포무타리서프는 루비 혹은 다이아몬드가 측정자의 선단에 배치되며, 측정자 선단이 렌즈의 표면상을 접촉하면서 이동하고, 렌즈 표면을 주사해 표면 형상을 측정하며, 그 측정 자취는 통상 직선만으로 되어 있다. 한편, 3 차원 측정기는 분자간력에 의해 측정면으로부터 일정한 미소량이 부상해 표면을 주사하는 방식의 것이다.
다음에, 테스트 성형된 광학 렌즈의 상기 측정값을 식 (2) 에 최소 제곱법을 이용해 근사하고, 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을 정량화해 특정하여, 계수 B2i 를 산출한다. 또한, 이 계수 B2i 로부터 식 (b) 을 이용하여, 식 (1) (K = 0) 의 정점 곡율 C 및 비구면 계수 A4, A6, A8, A10 을 산출하고, 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을 식 (1) (K = 0) 에 의해 정량화해 특정한다.
그 후, 상기 정점 곡율 C 및 비구면 계수 A4, A6, A8, A10 를 이용하여 성형되고 식 (1) 로 정량화된 광학 렌즈의 데이터를 해석한다 (S34). 이 때, 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 과 제 2 항을 분리 독립해 취급하여, 제 1 항 (K = 0) 으로부터 전체 형상 보정 정보를 산출하고 (S35), 제 2 항으로부터 국소 형상 보정 정보를 산출한다 (S36).
다음에, 산출된 국소 형상 보정 정보 및 전체 형상 보정 정보를 광학 렌즈의 설계 곡면 (설계 정점 곡율 반경 R0) 에 형성된 상형 몰드 (11), 하형 몰드 (12) 각각의 사용면 (16) 의 설계값에 가산해, 해당 사용면 (16) 을 보정하여 설계한다 (S37).
다음에, 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 비사용면 (17) 의 설계를 실행한다 (S38). 그리고, 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 과 비사용면 (17) 의 설계값으로부터 가공기용 데이터를 작성한다 (S39). 그 후, 유리 블랭크를 선택해, 연삭 가공기 및 연마 가공기에 의해 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 제작한다 (S40).
(본 실시 형태와 종래 기술과의 성형품 정밀도의 비교)
본 실시 형태에 의한 성형품의 형상 정밀도에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이 하여 제작된 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 가지는 성형틀 (10) 에 의해 성형된 광학 렌즈는 곡면이 목적하는 구면 형상이 되어 있다. 예를 들면, 도 10(A) 는 본 실시 형태에 의한 성형품의 곡면을 다른 직경 방향 (도면에서는 직교하는 2 방향) 으로 측정했을 때의 형상 오차 측정 결과이다. 또 도 10(B) 는 상기 제 1 종래 기술에 의한 성형품의 곡면을 다른 직경 방향 (도면에서는 직교하는 2 방향) 에서 측정했을 때의 형상 오차 측정 결과이다. 도 10(A) 및 도 10(B) 는 모두 면 굴절력이 5.00D (디옵터) 의 광학 렌즈를 성형틀 (10) 에 의해 성형한 성형품의 측정 결과이다. 도 10 은 가로축이 렌즈 중심 (정점) 으로부터의 거리 (mm) 이며, 그래프 중앙부의 0 이 광학 렌즈 중심을 나타낸다. 또 세로축이 굴절력 오차량을 나타내고 있고, 0.00D 는 오차가 없는 것을 가리킨다. 도 10 에 근거해 본 실시 형태와 제 1 종래 기술에 의해서 성형된 성형품의 형상 오차량에 대해 상세하게 설명한다.
최초로 렌즈 중앙부에 대해 설명한다. 렌즈 중앙부는 사용 빈도가 높고 광학 중심으로서 특히 중요하다. 광학 렌즈 중심부의 오차량은 분명하게 달라, 본 실시 형태 (도 10(A)) 에서는 오차량이 0.06D 인데 비하여, 제 1 종래 기술 (도 10(B)) 에서는 0.18D 의 오차량이다. 따라서, 본 실시 형태는 상기 종래 기술에 비해 정밀도가 3 배 향상하고 있는 것으로 나타난다.
또한, 렌즈 중앙부 이외의 주변부에 대해 설명한다. 이 주변부에서는 성형된 광학 렌즈의 곡면을 다른 직경 방향 (도면에서는 직교하는 2 방향) 에서 측정했을 때의 광학 렌즈의 설계 곡면에 대한 형상 오차는 렌즈 각부의 어느 위치에서도 본 실시 형태에 의한 성형품이 작아져 있다. 일반적인 안경 프레임에서 사용되는 안경 렌즈의 외경 50 mm 부근에서의 형상 오차를 비교하면, 본 실시 형태에서는 오차량이 0.02D 정도이지만, 제 1 종래 기술에서는 0.04D 이다. 따라서, 본 실시 형태는 상기 종래 기술에 비해 정밀도가 2 배 정도 향상하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 오차량은 제 1 종래 기술에 비해 렌즈 중심부로부터 주변부에 걸쳐 오차의 변화량이 작고 완만하다. 따라서, 시선 위치가 안구 회선(回旋)에 의해 중심부에서 주변부로 이동해도 위화감이 적은 효과도 있다.
이들 결과로부터, 본 실시 형태의 설계 방법에 따른 성형틀 (10) 로 성형된 광학 렌즈는 설계 곡면과 대략 동일한 형상이 되어 있는 것을 알 수 있다. 또, 제 1 종래 기술에 있어서의 성형틀에 의해 성형된 광학 렌즈는 설계 곡면으로부터 동떨어진 형상이 되어 있는 것을 알 수 있다.
여기서, 도 10(A) 및 (B) 에 있어서의 세로축은 굴절력 오차 (단위: D (디옵터)) 를 나타낸다. 이 굴절력 오차는 광학 렌즈의 곡면 형상을 나타내는 곡율 반경 r (단위: m) 의 오차를 다음 식 (3) 에 의해서 해당 광학 렌즈의 상기 곡면의 면 굴절력 P (단위: D (디옵터)) 의 오차로 환산한 것이다.
P = (n - 1)/r …(3)
이 식 (3) 에서, n 은 광학 렌즈의 굴절율이다. 또한, 볼록면과 오목면을 가지는 메니스커스 형상의 광학 렌즈에서는 볼록면과 오목면 각각의 면 굴절력의 합이 해당 광학 렌즈의 굴절력을 나타낸다.
(표면 형상 측정의 설명)
다음에, 도 7 의 스텝 21 및 도 8 의 스텝 33 에서, 테스트 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을 측정할 때에 기준으로 하는 전사 마크 (32) (도 9(A)) 에 대해 설명한다. 이 전사 마크 (32) 는 성형틀의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 에 형성된 마크 (도시하지 않음) 가 테스트 성형된 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에 전사해 형성된 것이다.
또한 도 9(B), 도 9(C) 로부터 알 수 있듯이, 이 전사 마크 (32) 는 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에 있어서의 정점 O 부분에 형성되는 정점 전사 마크부 (33) 와, 상기 곡면 (31) 의 테두리부인 상기 정점 O 에 대해 점대칭인 위치에 한 쌍 형성되는 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 를 가진다. 또한, 상기 정점 전사 마크부 (33) 는 곡면 (31) 의 정점 O 에 형성되는 메인 정점 전사 마크부 (35) 와, 이 메인 정점 전사 마크부 (35) 로부터 소정 거리를 떨어져 방사해 서로 직교해 형성되는 서브 정점 전사 마크부 (36) 를 가진다.
예를 들면, 메인 정점 전사 마크부 (35) 는 직경 약 0.5 mm 의 원형 볼록부이다. 또, 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 는 직경 약 1 mm 의 원형 모양 볼록부이다. 또, 서브 정점 전사 마크부 (36) 는 길이 S 가 약 2 mm, 동일 직선 모양인 서브 정점 전사 마크부 (36) 끼리의 이간 거리 T 가 약 1 mm, 이들 서브 정점 전사 마크부 (36) 의 폭 치수가 수십 ㎛ 인 장방형의 볼록부이다.
상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 에는 상기 메인 정점 전사 마크부 (35), 서브 정점 전사 마크부 (36), 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 에 대응하는 위치에, 대응하는 치수의 오목부 형상의 마킹 (도시하지 않음) 이 형 성되어 있다. 이것에 의해, 상기 정점 전사 마크 (33) (메인 정점 전사 마크부 (35), 서브 정점 전사 마크부 (36)), 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 가 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에 전사해 형성된다. 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 를 전사하는 마킹은 직경 약 1 mm 로, 수 ㎛ 의 깊이로 절삭 가공된다. 또, 메인 정점 전사 마크부 (35) 를 전사하는 마킹은 직경 약 0.5 mm 로, 약 0.5 ㎛ 이하의 깊이로 절삭 가공된다. 또, 서브 정점 전사 마크부 (36) 를 전사하는 마킹은 폭이 수십 ㎛ 로, 수 ㎛ 이하의 깊이로 선표시 가공되어 형성된다.
광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에 전사해 형성되는 정점 전사 마크부 (33) (특히 메인 정점 전사 마크부 (35)), 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 는 곡면 (31) 의 정점 O 를 통과하는 동일한 직선 L1 상에 있다. 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 의 형상을 측정하는 형상 측정기는 상기 직선 L1 에 따라 테두리부 전사 마크부 (34A), 정점 전사 마크부 (33), 테두리부 전사 마크부 (34B) 를 차례차례 통과해 상기 곡면 (31) 의 형상을 측정함으로써, 이 곡면 (31) 의 형상을 정확하게 측정하는 것이 가능해진다. 따라서, 정점 전사 마크부 (33) (특히 메인 정점 전사 마크부 (35)), 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 는 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 을 측정해야 할 개소에 위치하게 된다.
형상 측정기가 직선 L1 에 따라 테두리부 전사 마크부 (34A), 정점 전사 마크부 (33) 및 주변부 전사 마크부 (34B) 를 차례차례 통과하여 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 을 측정하는 경우에는, 정점 전사 마크부 (33), 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 는 극단적인 형상 변화를 가지므로 큰 노이즈로서 측정된다. 따라 서, 이들 정점 전사 마크부 (33), 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 의 노이즈가 측정되지 않는 경우에는, 형상 측정기에 의한 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에 있어서의 형상 측정이 정확하게 실시되어 있지 않은 것이 명확해진다. 이 경우에는 형상 측정기에 대한 광학 렌즈 (30) 의 세팅을 조정하여, 형상 측정기가 테두리부 전사 마크부 (34A), 정점 전사 마크부 (33) 및 테두리부 전사 마크부 (34B) 를 차례차례 통과해 측정하도록 대처한다.
또한, 정점 전사 마크부 (33), 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 에 기인하는 상기 측정값에 있어서의 큰 노이즈는 근방의 측정값에 영향을 주는 일 없이 제외하는 것을 용이하게 할 수 있다. 그 후, 상기 측정값을 전술한 바와 같이 최소 제곱법을 이용해 비구면의 식 (1) 또는 식 (2) 에 근사시키기 때문에, 측정값의 노이즈의 영향은 전혀 없다. 또, 정점 전사 마크부 (33), 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 의 측정 오차는 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 가 직경 약 1 mm 인 원형 모양인 것이므로, 이 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 에 대해서는 약 0.5 mm 이내이다. 또, 정점 전사 마크부 (33) 의 메인 정점 전사 마크부 (35) 가 직경 약 0.5 mm 의 원형 모양인 것이므로, 이 메인 정점 전사 마크부 (35) 에 대해서는 약 0.25 mm 이내이다.
또, 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 는 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에 있어서의 정점 O 에 대해 점대칭으로 한 쌍 설치되는 경우에 한정하지 않고, 복수쌍 설치해도 된다. 예를 들면, 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 를 포함한 직선 L1 에 대해 소정 각도 (예를 들면 90 도) 회전한 직선 L2 상에 다른 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 를 직선 L1 상의 테두리부 전사 마크부 (34A 및 34B) 와 함께 한 쌍 전사해 형성해도 된다. 형상 측정기가 상기 직선 L1 및 L2 에 따라 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 을 다른 직경 방향으로 측정함으로써, 예를 들면 토릭 렌즈 (toric lens) 등의 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 을 직교하는 양축 방향으로 정확하게 측정하는 것이 가능해진다.
또한, 전사 마크 (32) 를 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에서 임의의 방향으로 마련하고, 이 방향에서 곡면 (31) 의 곡면 형상을 형상 측정기에 의해 측정해도 된다.
(제 1 실시 형태의 효과)
이상과 같이 구성됨으로써, 상기 실시 형태에 의하면 다음의 효과 (1) ~ (5) 를 나타낸다.
(1) 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 갖춘 성형틀 (10) 로부터 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을 측정해, 이 측정값을 비구면의 식인 식 (1) 에 근사시켜 광학 렌즈의 곡면을 비구면으로서 특정한다. 이 때문에, 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상 가운데 구면 성분 뿐만 아니라 구면 이외의 성분도 비구면의 식 (1) 에 근사시켜 정량화해 특정할 수 있다. 따라서, 비구면으로 특정된 광학 렌즈의 곡면과 해당 광학 렌즈의 설계 곡면과의 오차가 구면 형상 성분과 구면 형상 이외의 성분을 정확하게 취입한 것이 된다. 이 결과, 상기 오차에 대응하는 보정 정보도 정확해지고, 성형틀 (10) 에 있어서의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 을 고정밀도로 보정하여, 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 설계할 수 있 다.
(2) 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상의 측정값을 비구면의 식인 식 (1) 에 근사시켜 상기 광학 렌즈의 곡면 형상을 비구면으로서 정량화해 특정한다. 따라서, 측정값에 포함되는 측정 오차나 광학 렌즈의 곡면의 표면 거칠기 등의 노이즈를 배제할 수 있어, 광학 렌즈의 곡면 측정값만을 추출할 수 있다. 이 때문에, 성형틀 (10) 에 있어서의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 의 보정을 고정밀도로 실시하여, 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 설계할 수 있다.
(3) 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분에 의해, 성형된 광학 렌즈의 곡면에 있어서의 구면 형상 성분의 오차 (평균 표면 굴절력의 오차) 에 대응하기 위해, 성형틀 (10) 에 있어서의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 의 전체 형상을 보정하는 전체 형상 보정 정보를 구한다. 또, 상기 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분에 의해 성형된 광학 렌즈의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외 성분의 오차에 대응하기 위해, 상기 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 의 국소 형상을 보정하는 국소 형상 보정 정보를 구한다. 이와 같이 하여 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보를 분리 독립해 구함으로써, 광학 렌즈의 오차 (구면 형상 성분의 오차와 구면 형상 이외 성분의 오차) 를 고정밀도로 보정 정보에 반영해 적절한 보정을 실시하여, 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 설계할 수 있다.
(4) 비구면의 식인 식 (2) 에 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을 측정한 측정값을 근사시켜 상기 광학 렌즈의 곡면을 특정한다. 따라서, 계산기로 취급하기 어 려운 식 (1) 을 이용해 광학 렌즈의 곡면을 특정하는 경우에 비해 그 특정을 용이하게 계산해 실시할 수 있어, 식 (2) 의 계수 B2i 를 신속히 산출할 수 있다. 이 때문에, 광학 렌즈의 변형 (오차) 에 대응하는 보정 정보를 용이하게 산출하여, 목적 형상의 광학 렌즈를 성형하는 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 용이하게 설계할 수 있다.
(5) 도 9 에 나타내는 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에는 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 에 설치된 마크 (도시하지 않음) 가 전사되고, 전사 마크 (32) (정점 전사 마크부 (33), 주변부 전사 마크부 (34A 및 34B)) 가 형성된다. 이 전사 마크 (32) 는 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 에서 측정해야 할 개소에 위치한다. 성형틀 (10) 로부터 성형된 광학 렌즈의 곡면 형상을 측정할 때에는, 측정해야 할 개소에 위치하는 상기 전사 마킹 (32) 을 기준으로 하여 상기 광학 렌즈 (30) 의 곡면 (31) 의 형상을 측정한다. 이것에 의해, 광학 렌즈 (30) 의 곡면 형상의 측정을 정확하게 실시할 수 있다. 이 결과, 측정값을 비구면의 식 (1) 또는 식 (2) 에 근사시켜 광학 렌즈의 곡면을 비구면으로서 특정해 보정 정보를 산출하고, 성형틀 (10) 에 있어서의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 을 고정밀도로 설계할 수 있다.
[B] 제 2 실시 형태 (도 11, 도 12)
(보정 정보의 데이타베이스화 설명)
도 11 은 본 발명에 관련되는 성형틀의 설계 방법에 있어서의 제 2 실시 형 태에서 이용되는 데이타베이스화된 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율 곡선을 나타내는 그래프이다. 도 12 는 본 발명에 관련되는 성형틀의 설계 방법에 있어서의 제 2 실시 형태에서 이용되는 데이타베이스화된 전체 형상 보정 정보를 나타내는 그래프이다. 이 제 2 실시 형태에서, 상기 제 1 실시 형태와 같은 부분은 동일한 부호 및 명칭을 이용함으로써 설명을 생략한다.
이 제 2 실시 형태는 상기 제 1 실시 형태에 대해 다음의 점에서 다르다. 도 8 에서, 스텝 S31 ~ S40 을 모든 종류의 성형틀에 대해서 미리 실시한다. 그 때, 각 보정 정보는 데이타베이스로 한다. 데이타베이스 작성 후에는 스텝 S31 ~ S34 를 실시하지 않고, 스텝 S35 ~ S40 를 실시한다.
즉, 제 1 실시 형태는, 광학 렌즈의 렌즈 소재 및 설계 곡면 형상에 관해 한 종류의 광학 렌즈를 테스트 성형해, 보정 정보 (전체 형상 보정 정보, 국소 형상 보정 정보) 를 구한다. 이 보정 정보를 직접 이용하여, 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 보정해 설계하는 것이다.
이것에 대해, 제 2 실시 형태는 광학 렌즈의 특성으로서의 광학 렌즈의 렌즈 소재 및 설계 곡면 형상이 다른 다종류의 광학 렌즈를 각각 미리 테스트 성형해, 그 때 얻어진 보정 정보를 광학 렌즈의 특성마다 데이타베이스화한다. 데이타베이스 작성 후에는 재차 테스트 성형하는 일 없이, 또는 간이적인 테스트 성형만으로, 이 데이타베이스화된 보정 정보를 이용하여 각각의 광학 렌즈를 양산하기 위한 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 의 사용면 (16) 의 설계값을 보정해 설계하는 것이다.
즉, 이 제 2 실시 형태에서는, 굴절율이 다른 다수의 렌즈 소재 각각에 있어서, 설계 곡면의 형상이 다른 복수 종류의 광학 렌즈 각각을 성형하는 다수의 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 을 설계한다. 이 설계된 다수의 성형틀 (10) 을 이용해 광학 렌즈를 테스트 성형해, 성형된 광학 렌즈의 각각에 대해 곡면 형상을 측정한다. 그리고, 상기 실시 형태와 같게 하여, 상기 측정값을 식 (2) 에 근사해 각 광학 렌즈의 곡면 형상을 정량화한다. 이 때, 산출한 계수 B2i 로부터 정점 곡율 C 및 비구면 계수 A2i (비구면 계수 A4, A6, A8, A10) 를 구하고, 성형된 광학 렌즈 각각의 곡면 형상을 식 (1) 에 정량화해 특정한다.
그리고, 상기 실시 형태와 같게 하여 성형되고 식 (1) 에 의해 특정된 광학 렌즈 각각의 곡면 형상에 대해 데이터 해석한다. 그리고, 각각의 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 으로부터 전체 형상 보정 정보를 구해, 각각의 식 (1) 의 제 2 항으로부터 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율 곡선을 구한다.
도 11 에서는, 설계 곡면의 형상이 다른 복수의 광학 렌즈를 성형했을 때, 이 성형된 각 광학 렌즈의 형상 변화율 곡선을 광학 렌즈에 있어서의 렌즈 정점으로부터의 각 위치에서 나타내고 있다. 이 경우, 광학 렌즈의 렌즈 소재는 굴절율이 1.699 이다. 도 11 은 가로축이 렌즈 중심으로부터의 거리 (mm) 를 나타내며, 그래프 중앙부의 0 이 광학 렌즈 중심을 나타낸다. 또, 도 11 의 세로축이 형상 변화율을 나타내고 있고, 0% 는 형상 변화가 없어 보정이 필요없는 것을 나타낸다.
이 도 11 에 일례로서 나타내는 바와 같이, 성형된 광학 렌즈의 형상 변화율 곡선은 굴절율이 다른 렌즈 소재마다 및 광학 렌즈의 설계 곡면의 형상마다 산출되고, 데이타베이스화된다. 도 11 의 부호 a, b, c, d, e 는 광학 렌즈의 설계 곡면의 형상 (곡율 반경) 이 각각 +2.00D 상당 형상, 0.00D 상당 형상, -2.00D 상당 형상, -6.00D 상당 형상, -10.00D 상당 형상의 경우의 형상 변화율 곡선을 나타낸다.
도 12 는 가로축이 렌즈 형상을 나타내는 면 굴절력 (D) 으로, 가로축상의 수치 1 은 곡율 반경이 크고 커브값이 작은 렌즈 형상을 나타내며, 가로축상의 수치 6 은 곡율 반경이 작고 커브값이 큰 렌즈 형상을 나타낸다. 또, 세로축은 전체 형상 보정값으로, 0D 는 형상 변화가 없고 보정이 필요없는 것을 나타낸다.
도 12 는 광학 렌즈의 설계 곡면의 형상이 다른 복수의 광학 렌즈를 성형했을 때, 이 성형된 광학 렌즈의 전체 형상 보정 정보와 광학 렌즈의 설계 곡면의 형상과의 관계를 볼록면측에서는 곡선 α, 오목면측에서는 곡선 β 에 의해 각각 나타내고 있다. 이 경우, 광학 렌즈는 렌즈 소재가 굴절율 1.699 이며, 볼록면 및 오목면을 가지는 메니스커스 형상의 안경용 렌즈이다. 이 도 12 에 일례로서 나타내는 바와 같이, 성형된 광학 렌즈의 전체 형상 보정 정보는 굴절율이 다른 렌즈 소재마다 및 광학 렌즈의 설계 곡면의 형상마다 산출되고, 데이타베이스화된다.
또한, 도 11 및 도 12 에서, 광학 렌즈의 설계 곡면의 형상 (곡율 반경) 은 전술한 식 (3) 을 이용해 면 굴절력 (단위: D (디옵터)) 으로 환산해 표시되고 있다.
렌즈 소재 및 설계 곡면의 형상이 다른 광학 렌즈를 양산하는 경우를 설명한 다. 우선, 상술한 바와 같이 데이타베이스화된 광학 렌즈의 형상 변화율 곡선 중에서, 양산하려고 하는 광학 렌즈와 동일한 렌즈 소재 (굴절율이 동일) 및 동일한 설계 곡면 형상의 광학 렌즈에 관한 형상 변화율 곡선을 골라낸다. 그리고, 이 형상 변화율 곡선의 렌즈 정점으로부터의 임의의 위치값에 해당하는 위치에 있어서의 광학 렌즈의 설계 곡면의 높이 (Z 값) 를 곱해 해당 위치에 있어서의 국소 형상 보정 정보를 산출한다. 이 국소 형상 보정 정보를 광학 렌즈의 모든 위치에서 산출한다. 구체적으로는 굴절율이 1.699, 곡면 형상이 -6.00D 상당한 경우에 도 11 의 형상 변화 곡선 d 를 선택한다. 그리고, 대응하는 렌즈 설계 높이 (Z 값) 를 곱해, 국소 보정 정보를 광학 렌즈의 모든 위치에서 확정한다. 마찬가지로, 곡면 형상이 -10.00D 상당이면, 도 11 의 형상 변화율 곡선 e 를 선택한다.
그런데, 도 11 은 렌즈 소재가 같아도 곡면 형상이 변화하면 형상 변화율 곡선이 다이나믹하게 변화하는 것을 나타내고 있다. 또한, 곡면 형상값 -2.00D (도 11 의 곡선 c) 는 곡면 형상값 -6.00D (도 11 의 곡선 d) 보다 형상 변화율이 작아져 있고, 형상 변화율과 곡율 형상의 커브값은 비례하고 있다. 그렇지만, 곡면 형상값 -10.00D (도 11 의 곡선 e) 는 곡면 형상값 -2.00D (도 11 의 곡선 c) 보다도 형상 변화율이 작아져 반비례하고 있다. 따라서, 렌즈와 같이 복잡한 형상의 형상 변화는 복잡한 양태를 나타내며, 종래 기술에서는 적절한 보정을 실시하는 것이 곤란하다는 것을 알았다.
다음에, 데이타베이스화된 광학 렌즈의 전체 형상 보정 정보 중에서, 양산하려고 하는 광학 렌즈와 동일한 렌즈 소재 (굴절율이 동일) 및 동일한 설계 곡면 형 상의 광학 렌즈에 관한 전체 형상 보정 정보를 골라낸다.
그런데, 도 12 는 렌즈 소재가 같아도 곡면 형상이 변화하면 전체 형상 보정값도 변칙적으로 변화하는 것을 나타내고 있다. 예를 들면, 볼록면에서는 면 굴절력 0 에서 3D 까지는 전체 형상 보정값은 면 굴절력에 비례한다. 한편, 면 굴절력이 4D 보다도 커지면, 전체 형상 보정값은 -0.05D 로 일정해진다. 또한, 오목면측에서는 일부의 면 굴절력을 제외하고 전체 형상 보정값은 일정하다. 따라서, 렌즈와 같이 복잡한 형상의 형상 변화는 현상으로 예측 불가능하고, 종래 기술에서는 적절한 보정을 실시하는 것이 곤란하다는 것을 알았다.
성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 은 양산하려고 하는 광학 렌즈의 설계 곡면에 설계된다. 광학 렌즈를 양산하는 경우에는, 상기 사용면 (16) 의 설계값에 상술된 바와 같이 하여 데이타베이스로부터 골라낸 형상 변화율 곡선에 근거해 산출한 국소 형상 보정 정보와 데이타베이스로부터 골라낸 전체 형상 보정 정보를 각각 Z 방향에서 가산한다. 이것에 의해, 이 양산화하려고 하는 광학 렌즈를 성형하기 위한 성형틀 (10) 의상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 의 설계값을 보정하여 산출해, 해당 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 를 설계한다.
(제 2 실시 형태의 효과)
상술된 바와 같이 하여 구성된 것으로부터, 상기 제 2 실시 형태에서도 상기 제 1 실시 형태에서의 효과 (1) ~ (5) 와 같은 효과를 나타내는 것 외에, 다음의 효과 (6) 를 나타낸다.
(6) 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율 곡선을 분리 독립하고, 광학 렌즈의 렌즈 소재 및 설계 곡면의 형상마다 데이타베이스화해, 이 데이타베이스화된 각 보정 정보 등을 이용하여, 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 의 설계값을 보정해 설계한다. 이것으로부터, 광학 렌즈의 렌즈 소재 및 설계 곡면의 형상에 적합한 전체 형상 보정 정보 및 국소 형상 보정 정보 (정확하게는, 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율 곡선) 를 데이타베이스로부터 골라냄으로써, 테스트 성형을 실시하는 일 없이 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 의 설계값의 보정 정보 등을 단시간에 확정할 수 있다. 이 결과, 성형틀 (10) 의 상형 몰드 (11) 및 하형 몰드 (12) 에 있어서의 사용면 (16) 을 효율적으로 설계할 수 있다.
[C] 제 3 실시 형태
(구면 보정값에 의한 비구면 형상 보정 방법의 설명)
이 제 3 실시 형태는 상기 제 2 실시 형태에서 데이타베이스화된, 곡면이 구면 형상인 성형품 (광학 렌즈) 을 성형하기 위한 보정 정보 (전체 형상 보정 정보, 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율) 를 이용하고, 곡면이 비구면 형상인 성형품 (광학 렌즈) 을 성형하는 성형틀의 상형 몰드 및 하형 몰드에 있어서의 성형면인 사용면의 설계값을 보정해 설계하는 것이다.
곡면이 구면 형상인 광학 렌즈를 성형하기 위한 전체 형상 보정 정보 및 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율을 설계 곡면이 구면 형상을 가지는 광학 렌즈의 특성마다 데이타베이스화하는 방법에 대해서는, 상기 제 2 실시 형태와 같아 설명을 생략한다. 여기서, 상기 광학 렌즈의 특성은 곡면이 구면 형상인 해당 광학 렌즈의 렌즈 소재 및 구면 형상을 가지는 설계 곡면의 형상이다.
곡면이 비구면 형상인 광학 렌즈를 성형하는 성형틀의 상형 몰드 및 하형 몰드에 있어서의 사용면의 설계는, 우선 비구면 형상을 가지는 광학 렌즈에 적합한 데이타베이스화된 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율을 골라내는 것으로부터 시작한다.
즉, 성형하려고 하는 곡면이 비구면 형상인 광학 렌즈와 동일한 렌즈 소재이며, 해당 광학 렌즈의 비구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 정점 곡율 반경 또는 평균 곡율 반경과 일치하는 곡율 반경을 가지는 구면 형상의 설계 곡면을 갖춘 광학 렌즈에 대한 데이타베이스화 된 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율을 해당 데이타베이스로부터 골라낸다. 여기서, 상기 정점 곡율 반경은, 예를 들면 성형하려고 하는 광학 렌즈의 비구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 정점에서의 곡율 반경이다. 또, 상기 평균 곡율 반경은 성형하려고 하는 광학 렌즈의 비구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 렌즈 전면에서의 평균 곡율 반경을 말한다.
(구면 보정값에 의한 비구면 형상 보정 방법: 데이타베이스로부터의 보정값 산출)
예를 들면, 성형하려고 하는 곡면이 비구면 형상인 광학 렌즈에 있어서의 설계 곡면의 정점에서의 곡율 반경이 +2.00D (디옵터) 인 경우에 대해 고려한다. 우 선 성형하려고 하는 광학 렌즈와 동일한 렌즈 소재이며, 상기 정점 곡율 반경과 일치하는 곡율 반경을 가지는 구면 형상의 설계 곡면을 갖춘 광학 렌즈에 대해서, 해당하는 데이타베이스를 참조한다. 예를 들면 도 12 에 나타내는 전체 형상 보정 정보로부터, 전체 형상 보정 정보로서 볼록면측에서는 가로축의 "볼록면측 렌즈 형상을 나타내는 굴절력”의 2D 에서, 곡선 α 상의 해당하는 전체 형상 보정값 -0.100D 를 골라낸다. 한편, 오목면측에서는 가로축의 "오목면측 렌즈 형상을 나타내는 굴절력”의 2D 에서, 곡선 β상의 해당하는 전체 형상 보정값 -0.125D 를 골라낸다. 마찬가지로 데이타베이스화된, 예를 들면 도 11 에 나타내는 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율로부터, 형상 변화율로서 곡선 a 를 골라낸다.
다음에, 골라낸 형상 변화율에 있어서의 렌즈 정점으로부터의 임의의 위치값에, 해당하는 위치에 있어서의 광학 렌즈의 비구면 형상의 설계 곡면의 높이 (Z 값) 를 곱해, 해당 위치에 있어서의 국소 형상 보정 정보를 산출한다. 그리고, 이 국소 형상 보정 정보를 곡면이 비구면 형상인 광학 렌즈의 모든 위치에서 산출한다.
(구면 보정값에 의한 비구면 형상 보정 방법: 보정값의 가산 방법)
다음에, 성형하려고 하는 광학 렌즈의 비구면 형상의 설계 곡면에 설계된 성형틀의 상형 몰드 및 하형 몰드에 있어서의 사용면의 설계값에, 상술한 바와 같게 하여 데이타베이스로부터 골라낸 형상 변화율에 근거해 산출된 국소 형상 보정 정보와 데이타베이스로부터 골라낸 전체 형상 보정 정보를 Z 방향으로 가산한다.
예를 들면, 국소 형상 보정 정보에 대해서는 곡면이 비구면 형상인 광학 렌 즈의 각 위치에서 산출한 국소 형상 보정 정보를 비구면 형상의 설계 곡면에 설계된 상기 상형 몰드 및 하형 몰드의 사용면에 있어서의 각 위치의 설계값에 Z 방향으로 가산한다. 또, 전체 형상 보정 정보에 대해서는, 데이타베이스로부터 골라낸 전체 형상 보정 정보를 비구면 형상의 설계값에 설계된 상기 상형 몰드를 및 하형 몰드의 사용면에 있어서의, 예를 들면 정점의 설계값에 Z 방향으로 가산한다.
상술된 바와 같이 하여, 곡면이 비구면 형상인 광학 렌즈를 성형하는 성형틀의 상형 몰드 및 하형 몰드에 있어서의 사용면의 설계값을 보정해 산출하고, 해당 성형틀의 상형 몰드 및 하형 몰드를 설계한다.
(제 3 실시 형태의 효과)
이상과 같이 구성된 것으로부터, 상기 제 3 실시 형태에서도 상기 제 1 실시 형태의 효과 (1) ~ (5) 를 나타내는 것 외에, 다음의 효과 (7) 를 나타낸다.
(7) 비구면의 식에서 특정된 상기 광학 렌즈의 곡면과 해당 광학 렌즈의 구면 형상의 설계 곡면과의 오차에 대응하는 정보를 곡면이 구면 형상인 광학 렌즈를 성형하기 위한 보정 정보로서 해당 광학 렌즈의 특성마다 데이타베이스화한다. 그리고, 이 데이타베이스화된 보정 정보를 이용하여, 곡면이 비구면 형상인 광학 렌즈를 성형하는 성형틀의 상형 몰드 및 하형 몰드에 있어서의 사용면의 설계값을 보정해 설계한다. 이것으로부터, 비구면 형상의 곡면을 가지는 광학 렌즈에 적합한 보정 정보를 데이타베이스로부터 골라냄으로써, 테스트 성형을 실시하는 일 없이 곡면이 비구면 형상인 광학 렌즈를 성형하는 성형틀의 상형 몰드 및 하형 몰드에 있어서의 사용면의 설계값을 보정하는 보정 정보를 단시간에 확정할 수 있다. 이 결과, 곡면이 비구면인 목적 형상의 광학 렌즈를 성형하는 성형틀의 상형 몰드 및 하형 몰드에 있어서의 사용면을 효율적으로 설계할 수 있다.
산업상의 이용 가능성
이상, 본 발명을 상기 각 실시 형태에 근거해 설명했지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 실시 형태에서는 캐스트법을 이용해 광학 렌즈를 성형해 제조하는 것을 기술했지만, 이 캐스트법 이외의 제조 방법에 따라 광학 렌즈를 제조하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 구체적으로는 플라스틱 렌즈를 직접 절삭 가공 및 연마 가공하는 경우에 있어서, 연삭 가공으로의 절삭면 형상 데이터 보정, 연마 가공에서의 연마 툴 (연마 접시) 의 형상 보정 및 굴절력 보정에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 열연화 성형틀의 보정 등에 적용 가능하다.
또, 상기 실시 형태에서는 성형틀이 유리인 경우를 기술했지만, 열 수축 비율이 높은 다른 성형틀, 예를 들면 금형에 의한 성형의 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
한편, 상기 실시 형태에서는 테스트 성형품으로서 표면이 구면 형상인 광학 렌즈의 경우를 기술했지만, 표면이 비구면 형상인 광학 렌즈를 테스트 성형품으로서 적용할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 최종 성형품으로서 표면이 구면 형상인 회전 대칭인 광학 렌즈, 또는 표면이 비구면 형상의 광학 렌즈의 경우를 기술했지만, 토릭면, 아토릭 (atoric)면 등을 가지는 광학 렌즈를 최종 성형품으로 할 수도 있다. 여기서, 토릭면이란 직교하는 2 개의 주경선을 가지며, 각 주경선은 구면 형상으로 구성되어 있는 것을 말한다. 또, 아토릭면이란 그 각 주경선이 비구면 형상으로 구성되어 있는 것을 말한다.
또, 상기 실시 형태에서는 성형품인 광학 렌즈의 표면 곡면 형상을 해당 광학 렌즈의 중심을 통과하는 하나의 경선 (즉 직경) 상에서 계측해 데이터 해석하는 것을 기술했지만, 해당 광학 렌즈의 중심을 통과하는 복수의 경선 (즉 직경) 상에서 계측해 데이터 해석하고, 이들의 평균값을 산출하는 것도 된다.
도면의 간단한 설명
[도 1] 본 발명에 관련되는 성형틀의 설계 방법에 있어서의 제 1 실시 형태가 실시되어 제작된 상형 몰드 및 하형 몰드를 가지는 성형틀을 나타내는 측 단면도이다.
[도 2] 도 1 의 하형 몰드를 나타내는 측 단면도이다.
[도 3] 도 1 의 성형틀을 이용한 광학 렌즈 (플라스틱 렌즈) 의 제조 순서를 나타내는 플로차트이다.
[도 4] 도 1 의 상형 몰드 및 하형 몰드의 제조 순서를 나타내는 플로차트이다.
[도 5] 도 1 의 성형틀로부터 테스트 성형된 성형품인 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 및 설계 곡면 (20) 등을 나타내는 그래프이다.
[도 6] 테스트 성형되어 식 (1) 에 의해 특정된 광학 렌즈의 성형 곡면 (21) 중 다항식 성분이 도 5 의 기준 구면 성분 (곡면 형상 (22)) 에 대해 어긋나는 편 차량을 해당 광학 렌즈의 각 위치에서 나타낸 그래프이다.
[도 7] 도 1 의 상형 몰드 및 하형 몰드의 설계 순서에서, 전체 형상 보정 정보 및 국소 형상 보정 정보의 산출 등을 나타내는 개략도이다.
[도 8] 도 1 의 상형 몰드 및 하형 몰드의 설계 순서를 구체적으로 나타내는 플로차트이다.
[도 9] (A) 는 도 1 의 성형틀에 의해 전사되어 광학 렌즈의 곡면에 형성된 전사 마킹을 나타내는 정면도이며, (B) 는 도 9(A) 의 정점 전사 마킹을 나타내는 부분 확대도이고, (C) 는 도 9(A) 의 테두리부 전사 마킹을 나타내는 부분 확대도이다.
[도 10] 성형품인 광학 렌즈의 성형 곡면이 설계 곡면에 대해 가지는 형상 오차를 해당 광학 렌즈의 각 위치에서 나타내며, (A) 가 제 1 실시 형태에 있어서의 성형틀의 설계 방법에 의해 설계된 성형틀을 이용해 성형된 광학 렌즈의 경우의 그래프이고, (B) 가 제 1 종래 기술에서 평균 곡율을 이용해 보정함으로써 설계된 성형틀에 의해 성형된 광학 렌즈의 경우의 그래프이다.
[도 11] 본 발명에 관련되는 성형틀의 설계 방법에 있어서의 제 2 실시 형태에서 이용되는 데이타베이스화된 국소 형상 보정 정보의 일부인 형상 변화율을 나타내는 그래프이다.
[도 12] 본 발명에 관련되는 성형틀의 설계 방법에 있어서의 제 2 실시 형태에서 이용되는 데이타베이스화된 전체 형상 보정 정보를 나타내는 그래프이다.
부호의 설명
10 성형틀
11 상형 몰드
12 하형 몰드
16 사용면 (성형면)
20 설계 곡면
21 성형 곡면
22, 23 곡면 형상
30 광학 렌즈
31 곡면
32 전사 마킹
33 정점 전사 마킹
34A, 34B 테두리부 전사 마킹
A2i 비구면 계수
B2i 계수
C 정점 곡율
R0 설계 정점 곡율 반경
R 정점 곡율 반경
O 정점
P 광축

Claims (15)

  1. 성형면이 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 성형틀을 준비하고, 이 성형틀로부터 성형된 성형품의 곡면 형상을 측정하고, 측정한 상기 성형품의 곡면과 상기 성형품의 상기 설계 곡면을 비교해 양곡면의 오차를 구하고, 이 오차에 대응하는 정보를 곡면이 구면 형상인 성형품을 성형하기 위한 보정 정보로서 특정하고, 곡면이 비구면 형상인 최종 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면의 설계값을 해당 비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 상기 보정 정보를 이용해 보정하여 설계하는 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 상기 보정 정보는 성형하려고 하는 곡면이 비구면 형상인 성형품과 동일한 렌즈 소재이며, 상기 성형품의 비구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 정점 곡율 반경, 또는 해당 성형품의 비구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 전면에서의 평균 곡율 반경과 일치하는 곡율 반경을 가지는 구면 형상의 성형품의 설계 곡면의 보정 정보인 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  3. 성형면이 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 성형틀을 준비하고, 이 성형틀로부터 성형된 성형품의 곡면 형상을 측정하고, 이 측정값을 비구면의 식에 근사시켜 상기 성형품의 곡면을 비구면으로서 특정하고, 비구면의 식에서 특정된 상기 성형품의 곡면과 상기 성형품의 상기 설계 곡면을 비교해 양곡면의 오차를 구하고, 이 오차에 대응하는 정보를 곡면이 구면 형상인 성형품을 성형하기 위한 보정 정보로서 해당 성형품의 특성마다 데이타베이스화해, 이 데이타베이스화된 보정 정보를 이용하여 곡면이 비구면 형상인 최종 성형품을 성형하는 성형틀의 성형면의 설계값을 보정해 설계하는 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비구면의 식은 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 성분과 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외의 성분을 포함한 다항식인 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 비구면의 식은 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 성분과 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외의 성분을 가산하는 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비구면의 식은 Z 를 성형품의 정점으로부터 해당 성형품의 축방향으로 측정한 거리 X, Y 를 상기 정점으로부터 상기 축과 수직인 방향으로 측정한 거리로 했을 때에 ρ 를 ρ2 = X2 + Y2, R 을 정점 곡율 반경으로 했을 때에 정점 곡율 C 를 C = 1/R, K 를 원추 정수, A2i 를 비구면 계수 (i 가 정수) 로 했을 때, 다음의 식 (1) 인 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
    Figure 112006059783923-PCT00010
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분에 의해, 성형된 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 성분의 오차에 대응하기 위해 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 성형틀의 성형면의 전체 형상을 보정하는 전체 형상 보정 정보를 구하고, 또 상기 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분에 의해, 성형된 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외 성분의 오차에 대응하기 위해 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 형성된 상기 성형틀의 상기 성형면의 국소 형상을 보정하는 국소 형상 보정 정보를 구해, 이들 각 보정 정보 각각을 분리 독립하고, 설계 곡면이 구면 형상을 가지는 상기 성형품의 특성마다 데이타베이스화하는 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전체 형상 보정 정보는 식 (1) 의 제 1 항 (K = 0) 인 기준 구면 성분이 나타내는 기준 구면의 곡율 반경과 성형품의 구면 형상의 설계 곡면에 있어서의 곡율 반경과의 차이에 근거해서 결정하는 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 국소 형상 보정 정보는 식 (1) 의 제 2 항인 다항식 성분이 나타내는 성형된 성형품의 곡면에 있어서의 구면 형상 이외 성분의 높이 (Z 값) 와, 상기 성형품의 구면 형상의 설계 곡면의 높이 (Z 값) 를 이용해 산출되는 형상 변화율에 근거해서 결정하고, 상기 형상 변화율을 데이타베이스화하는 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형품의 특성은 해당 성형품인 광학 렌즈의 렌즈 소재 및 구면 형상의 설계 곡면의 형상인 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  11. 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    곡면이 비구면 형상인 최종 성형품을 성형하는 상기 성형틀의 성형면의 설계는 성형품의 비구면 형상의 설계 곡면에 비구면 형상의 곡면을 가지는 성형품에 적합한 데이타베이스화된 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보를 가산함으로써 실시하는 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    비구면 형상의 곡면을 가지는 최종 성형품에 적합한 데이타베이스화된 상기 전체 형상 보정 정보와 상기 국소 형상 보정 정보는 성형하려고 하는 곡면이 비구면 형상인 성형품과 동일한 렌즈 소재이며, 상기 성형품의 비구면 형상의 설계 곡면의 평균 곡율 반경과 일치하는 곡율 반경을 가지는 구면 형상의 성형품의 설계 곡면에 대해 데이타베이스화된 전체 형상 보정 정보와 국소 형상 보정 정보인 것을 특징으로 하는 성형틀의 설계 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 성형틀의 설계 방법을 실시해 성형된 것을 특징으로 하는 성형틀.
  14. 제 13 항에 기재된 성형틀을 이용해 성형된 것을 특징으로 하는 성형품.
  15. 제 14 항에 있어서,
    성형품은 메니스커스 형상의 안경 렌즈인 것을 특징으로 하는 성형품.
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