(57)【要約】【課題】簡素な構成で、複雑な形状のレンズを容易に研削すること。【解決手段】被研削対象物である非球面レンズ１０を支持し、第１の回転軸Ｃ１を中心に回転する回転台１２と、非球面レンズ１０の光学機能面の形状に応じた研削面１４ａを有し、第１の回転軸Ｃ１に対して所定の傾斜角θで交差する第２の回転軸Ｃ２を中心として回転し、研削面１４ａにより非球面レンズ１０を研削する砥石１４と、を備える。これにより、複雑な表面形状を有する光学素子を共摺りにより容易に研削することが可能となる。【選択図】図２
2008168402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研削対象物である光学素子を支持し、第１の回転軸を中心に回転する回転台と、
前記光学素子の光学機能面の形状に応じた研削面を有し、前記第１の回転軸に対して所定の傾斜角で交差する第２の回転軸を中心として回転し、前記研削面により前記光学素子を研削する研削部材と、
を備えたことを特徴とする光学素子の研削装置。
【請求項２】
前記研削面が凸面であり、前記光学素子の被研削面が凹面であることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子の研削装置。
【請求項３】
前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸を含む平面に沿った断面において、前記研削面の少なくとも一部が前記第１の回転軸に対して対称形状とされたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子の研削装置。
【請求項４】
前記研削面には、前記第２の回転軸の位置から放射状に延びる複数の溝が形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の研削装置。
【請求項５】
被研削対象物である光学素子を第１の回転軸を中心に回転させる工程と、
前記光学素子を研削する研削面を有する研削部材を第２の回転軸を中心に回転させる工程と、
前記第１の回転軸に対して前記第２の回転軸を所定の傾斜角で交差させた状態で、前記研削面を前記光学素子に接触加圧し、前記光学素子を研削する工程と、
を備えたことを特徴とする、光学素子の研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の研削装置及び研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特開平９−２５４０４０号公報に記載されているように、被研削物である光学レンズと砥石の共摺りにより、光学レンズを研削、研磨する加工方法が知られている。
【０００３】
図９は、上記公報に記載された研削方法を説明するための断面図である。図９に示すように、上記公報に記載された方法は、回転軸Ｃ１０を中心として被研削物であるレンズ１００を回転させ、回転軸Ｃ１０と平行な回転軸Ｃ１１を中心として砥石１１０を回転させることで、砥石１１０でレンズ１００の表面を研削するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５４０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記公報に記載された方法では、砥石１１０の縁１１０ａを回転軸Ｃ１０の位置に合わせる必要がある。このため、レンズ１００の表面の回転軸Ｃ１０の位置に不要な突起１００ａが形成されるという問題がある。このため、レンズ１１０の表面精度が低下し、後工程で突起１００ａを研磨して除去する工程が必要となる。
【０００６】
ここで、図９に示す破線の形状１１０ｂまで砥石１１０を拡大して、レンズ１００と対向する研削面の断面形状をレンズ１００の断面形状と同一にした場合、研削の際に拡大した部分の研削面１１０ｃがレンズ１００の表面と干渉してしまうという問題が生じる。この問題は、特に回転軸Ｃ１０と回転軸Ｃ１１が近接している場合に生じ易く、レンズ１００を研削することができなくなる。
【０００７】
更に、近時においては、レンズの小型化に伴い、非球面形状などの複雑な表面形状を有するレンズが多く用いられている。そして、上記公報に記載された技術では、これらの複雑な形状のレンズを研削することができないという問題が生じている。
【０００８】
図１０は、上記公報に記載された手法により、非球面レンズ１２０を研削する場合の問題点を示す模式図である。ここで、図１０（ａ）は、表面に変曲点１２０ａが形成された非球面レンズ１２０と、この非球面レンズ１２０の断面形状と同一の断面形状を有する砥石１１０を、上記公報に記載された技術と同様の手法で回転軸Ｃ１１、回転軸Ｃ１２を平行にして配置した状態を示している。
【０００９】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す砥石１１０によって非球面レンズ１２０を研削することができない理由を説明するための模式図である。図１０（ａ）において、非球面レンズ１２０の表面における変曲点１２０ａの近傍の点Ｐ１１の研削を、砥石１１０の研削面上で点Ｐ１１と対向する点Ｐ１２の部分で行うことを想定した場合、図１０（ｂ）に示す問題が発生する。図１０（ｂ）に示すように、点Ｐ１２が回転軸Ｃ１１を回転中心として回転すると、点Ｐ１２が移動する軌跡は図１０（ｂ）に示す軌跡Ｒとなる。このため、軌跡Ｒは、点Ｐ１１よりも回転軸Ｃ１１側の領域で、変曲点１２０ａよりも外側の非球面レンズ１２０の縁と干渉してしまう。このため、砥石１１０が非球面レンズ１２０と同一の断面形状を有していたとしても、非球面レンズ１２０を研削することはできない。
【００１０】
更に、凹レンズは、中心に対して周辺の縁が盛り上がる形状であるため、図１０（ｂ）と同様の理由により、上記公報に記載された方法で凹レンズを研削することは不可能である。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡素な構成で、複雑な形状の光学素子を容易に研削することが可能な、新規かつ改良された光学素子の研削装置及び光学素子の研削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被研削対象物である光学素子を支持し、第１の回転軸を中心に回転する回転台と、前記光学素子の光学機能面の形状に応じた研削面を有し、前記第１の回転軸に対して所定の傾斜角で交差する第２の回転軸を中心として回転し、前記研削面により前記光学素子を研削する研削部材と、を備えた光学素子の研削装置が提供される。
【００１３】
上記構成によれば、被研削対象物である光学素子は、回転台に支持されて第１の回転軸を中心に回転する。また、光学素子の光学機能面の形状に応じた研削面を有する研削部材は、第１の回転軸に対して所定の傾斜角で交差する第２の回転軸を中心として回転し、研削面により光学素子が研削される。これにより、複雑な表面形状を有する光学素子を共摺りにより容易に研削することが可能となる。
【００１４】
また、前記研削面が凸面であり、前記光学素子の被研削面が凹面であっても良い。かかる構成によれば、共摺りにより表面が凹面の光学素子を研削することが可能となる。
【００１５】
また、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸を含む平面に沿った断面において、前記研削面の少なくとも一部が前記第１の回転軸に対して対称形状とされたものであっても良い。かかる構成によれば、第１の回転軸に対して対称形状の断面を有する研削面で第１の回転軸近傍の表面を研削できるため、第１の回転軸の位置に削り残りが生じてしまうことを抑止できる。
【００１６】
また、前記研削面には、前記第２の回転軸の位置から放射状に延びる複数の溝が形成されたものであっても良い。かかる構成によれば、砥石に供給された研磨液が溝を通って研削面上で流れ易くなり、研磨液を研削面の全域に効率良く供給することが可能となる。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被研削対象物である光学素子を第１の回転軸を中心に回転させる工程と、前記光学素子を研削する研削面を有する研削部材を第２の回転軸を中心に回転させる工程と、前記第１の回転軸に対して前記第２の回転軸を所定の傾斜角で交差させた状態で、前記研削面を前記光学素子に接触加圧し、前記光学素子を研削する工程と、を備えた光学素子の研削方法が提供される。
【００１８】
上記構成によれば、被研削対象物である光学素子は、第１の回転軸を中心に回転され、光学素子を研削する研削面を有する研削部材は第２の回転軸を中心に回転される。そして、第１の回転軸に対して第２の回転軸を所定の傾斜角で交差させた状態で、研削面が光学素子に接触加圧され、光学素子が研削される。これにより、複雑な表面形状を有する光学素子を共摺りにより容易に研削することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、簡素な構成で、複雑な形状の光学素子を容易に研削することが可能な光学素子の研削装置及び光学素子の研削方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る研削装置５０を示す模式図である。研削装置５０は、主としてレンズ（光学素子）の光学機能面（光屈折面）を研削するものである。なお、本実施形態において、研削とは、研磨を含むものとする。図１に示すように、研削装置５０の下部には、被研削対象である非球面レンズ１０を回転可能に支持する回転台１２が設けられている。回転台１２は、回転軸Ｃ１を中心として回転可能とされている。
【００２２】
また、回転台１２の上部には、研削用の砥石１４が配置されている。砥石１４は、回転軸Ｃ２を中心として回転可能とされている。砥石１４は、回転軸Ｃ１に対する回転軸Ｃ２の角度を所定の傾斜角に維持した状態で、図１の矢印Ａ方向（鉛直方向）に移動可能とされている。
【００２３】
砥石１４には、非球面レンズ１０に面して研削面１４ａが設けられている。非球面レンズ１０を研削する際には、回転台１２が回転軸Ｃ１を中心として回転され、また、砥石１４が回転軸Ｃ２を回転中心として回転される。そして、砥石１４を矢印Ａ方向に移動して、非球面レンズ１０の上面に砥石１４の研削面１４ａを接触させることで、非球面レンズ１０の上面が研削される。研削時には、研磨液供給手段（不図示）から砥石１４の研削面１４ａに向けて研磨液が供給される。
【００２４】
また、研削の際には、非球面レンズ１０の表面と、研削面１４ａとが互いに対向する方向に移動するように、回転台１２と砥石１４の回転方向が設定される。これにより、共擦りにより非球面レンズ１０の表面を研削することができる。
【００２５】
図２は、非球面レンズ１０と砥石１４との位置関係を示す断面図であって、回転軸Ｃ１及び回転軸Ｃ２の双方を含む平面に沿った断面図を示している。図２に示すように、非球面レンズ１０の回転軸Ｃ１と、砥石１４の回転軸Ｃ２とは、所定の角度θで交わっている。
【００２６】
図２に示す断面図において、砥石１４の研削面１４ａの断面形状は、研削後の非球面レンズ１０の表面の断面形状と同一とされている。また、図２において、砥石１４の研削面１４ａには、回転軸Ｃ１よりも下側にオーバーラップ部Ｄが設けられている。図２において、オーバーラップ部を含む研削面１４ａの断面形状は、回転軸Ｃ１に対して対称形状とされている。
【００２７】
図３は、図２の状態において砥石を矢印Ａ方向に移動し、砥石１４の研削面１４ａを非球面レンズ１０の表面に密着させた状態で、非球面レンズ１０の表面を研削している様子を示す断面図である。このように、研削面１４ａの断面形状は、研削後の非球面レンズ１０の表面の断面形状と同一とされているため、砥石１４の研削面１４ａを非球面レンズ１０の表面に密着させると、研削面１４ａが非球面レンズ１０の表面に線接触し、研削面１４ａの断面形状に倣って非球面レンズ１０の表面が研削される。これにより、非球面レンズ１０の表面を、研削面１４ａの断面形状に倣った所望の形状に研削することができる。
【００２８】
また、研削面１４ａにオーバーラップ部Ｄを設けたことにより、回転軸Ｃ１に対して線対称の断面形状を有する研削面１４ａによって非球面レンズ１０の表面を研削することができる。従って、非球面レンズ１０の表面の回転軸Ｃ１の位置に削り残りが生じてしまうことがなく、この位置に突起形状が形成されてしまうことを抑止できる。
【００２９】
図４は、砥石１４の研削面１４ａを詳細に示す斜視図である。砥石１４の本体は鉄などの金属によって構成され、研削面１４ａは、金属の表面にダイヤモンド等の砥粒を電解メッキによって電着することによって形成される。また、研削面１４ａには、中心から放射状に溝１４ｂが形成されている。従って、砥石１４に供給された研磨液が研削面１４ａ上で流れ易くなり、研磨液を研削面１４ａの全域に効率良く供給することが可能となり、研削効率を高めることができる。また、溝１４ｂのエッジで研削が行われるため、研削性を向上することが可能となる。また、非球面レンズ１０を研削したことによって発生する研削粉を、溝１４ｂを通して外部に排出することができる。
【００３０】
図５は、表面に変曲点を有する非球面レンズ１６を研削している様子を示す断面図である。図５に示す非球面レンズ１６は、図１０で説明した非球面レンズ１２０と同一形状であるものとする。このように、回転軸Ｃ１、回転軸Ｃ２を所定の角度θで交差させることにより、変曲点を有する非球面レンズ１６を容易に研削することが可能となる。
【００３１】
図６は、本実施形態の研削装置５０により、変曲点を有する非球面レンズ１６が研削可能となる原理を説明するための模式図である。図５において、非球面レンズ１６の表面のＰ１点と、研削面１４ａ上のＰ２点とが回転軸Ｃ１と平行な方向で対向しているものとする。
【００３２】
図６に示すように、Ｐ２点を回転軸Ｃ２に対して回転させて得られる軌跡Ｑは、非球面レンズ１６の表面に対してＰ１点の位置でのみ接し、非球面レンズ１６に対して他の位置で接触することはない。換言すれば、Ｐ２点の軌跡Ｑは、Ｐ１点の位置で最も非球面レンズ１６の表面と近接（接触）し、他の位置では非球面レンズ１６の表面から遠ざかることになる。従って、Ｐ２点の軌跡Ｑが、Ｐ１点の位置以外で非球面レンズ１６の他の部位と干渉してしまうことがなく、図１０（ｂ）で説明した問題が生じないため、変曲点を有する複雑な形状の非球面レンズ１６を研削することが可能となる。
【００３３】
図７は、図２に示す非球面レンズ１０を研削している様子を示す模式図であって、回転軸Ｃ１と回転軸Ｃ２とのなす角度θを図２よりも大きくした場合を示している。この場合、研削面１４ａの断面形状は図２の場合と同一となり、回転軸Ｃ１に対する研削面１４ａの位置を適正に配置することで、図２と同一形状の非球面レンズ１０を形成することができる。
【００３４】
図７に示すように、角度θの値を増加させると、研削面１４ａ上のＰ２点の軌跡Ｑが、非球面レンズ１０の表面の面方向に対してより急角度となる。従って、角度θの値を増加させることで、軌跡ＱがＰ１点の位置以外で非球面レンズ１６の他の部位と干渉する事態がより発生し難くなり、表面の形状がより複雑な非球面レンズを研削することが可能となる。従って、研削可能な非球面レンズの形状の自由度をより高めることができる。
【００３５】
一方、角度θを大きくすると、砥石１４を非球面レンズ１０に押し当てた際に砥石１４が受ける作用力として、回転軸Ｃ２方向の成分が減少し、回転軸Ｃ２と直交する方向の成分が増加する。このため、砥石１４の軸が撓む方向に力が作用し、研削時に不要な振動等が生じ易くなり、加工精度が低下することが想定される。従って、非球面レンズの研削が可能な範囲で、角度θはできるだけ小さくすることが好適である。
【００３６】
本実施形態の研削装置５０では、非球面レンズ１６の表面の任意の位置において、上述したＰ２点の軌跡Ｑが、Ｐ２点に対応するＰ１点の位置でのみ非球面レンズ１６と接し、軌跡Ｑが他の位置で非球面レンズ１６と接触することのないように、角度θの値が決定される。従って、非球面レンズの表面形状に合わせて角度θの値を決定することで、複雑な曲面で構成される非球面レンズであっても、表面を容易に研削することが可能となる。
【００３７】
図８は、本実施形態に係る研削装置５０により、凹レンズ１８の凹面１８ａを研削する場合を示す断面図である。
【００３８】
凹レンズ１６を研削する場合は、図８に示すように、砥石１４の研削面１４ａの断面形状を、凹面１８ａに倣った凸形状とすることで、凹面１８ａを研削することが可能となる。図５の場合と同様に、研削面１４ａ上の任意の位置におけるＰ２点の軌跡Ｑは、回転軸Ｃ１と平行な方向でＰ２点と対向するＰ１点の位置でのみ凹面１８ａと接触する。従って、軌跡Ｑが凹レンズ１８の他の部位と干渉してしまうことがなく、凹面１８ａを研削することが可能となる。
【００３９】
なお、非球面レンズ１６、凹レンズ１８を研削する場合においても、オーバーラップ部Ｄを設けることで、非球面レンズ１６または凹レンズ１８の表面と回転軸Ｃ１との交点に削り残りが生じることが抑えられ、表面に突起形状が形成されてしまうことを抑止できる。
【００４０】
研削時のレンズ表面に対する砥石１４の位置、および回転軸Ｃ１に対する回転軸Ｃ２の角度θは、研削後したレンズの形状のフィードバックを受けて微調整される。従って、これらの調整を行うことで、レンズ表面の精度を更に向上することができる。
【００４１】
以上説明したように本実施形態によれば、レンズの回転軸Ｃ１と砥石１４の回転軸Ｃ２を所定の傾斜角θで交差させた状態でレンズの表面を研削するため、複雑な形状の非球面レンズ１０，１６、または凹レンズ１８を容易に研削することが可能となる。従って、簡素な構成で研磨可能なレンズ形状の自由度を大幅に高めることができ、ＮＣ機などの特殊な設備を用いることなく複雑な形状のレンズを研削することが可能となり、レンズの製造コストを飛躍的に向上することが可能となる。
【００４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る研削装置５０を示す模式図である。
【図２】非球面レンズと砥石との位置関係を示す断面図であって、回転軸Ｃ１及び回転軸Ｃ２の双方を含む平面に沿った断面を示す模式図である。
【図３】図２の状態において砥石を矢印Ａ方向に移動し、砥石の研削面を非球面レンズの表面に密着させた状態で、非球面レンズの表面を研削している様子を示す断面図である。
【図４】砥石の研削面を詳細に示す斜視図である。
【図５】表面に変曲点を有する非球面レンズを研削している様子を示す断面図である。
【図６】本実施形態の研削装置により、変曲点を有する非球面レンズが研削可能となる原理を説明するための模式図である。
【図７】図２に示す非球面レンズ１０を研削している様子を示す模式図であって、回転軸Ｃ１と回転軸Ｃ２とのなす角度θを図２よりも大きくした場合を示す模式図である。
【図８】本実施形態に係る研削装置により、凹レンズの凹面を研削する場合を示す断面図である。
【図９】従来の研削方法を説明するための断面図である。
【図１０】従来の手法により非球面レンズを研削する場合の問題点を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１６  非球面レンズ
１２        回転台
１４        砥石
１４ａ      研削面
１８        凹レンズ
【図１】
2008168402.tif 000003
【図２】
2008168402.tif 000004
【図３】
2008168402.tif 000005
【図４】
2008168402.tif 000006
【図５】
2008168402.tif 000007
【図６】
2008168402.tif 000008
【図７】
2008168402.tif 000009
【図８】
2008168402.tif 000010
【図９】
2008168402.tif 000011
【図１０】
2008168402.tif 000012