JPH038901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は非球面の近似円の中心に軸着した第
１ガイドの長手方向に沿い摺動する第１スライダ
ーの先端で非球面の軌跡を描かせ、上記第１スラ
イダーに枢着した第２スライダーを加工面の法線
方向に位置させ、上記第２スライダーの位置変動
をそのまま工具に与えることにより光学非球面を
形成するようにしたことを特徴とする光学非球面
の創成法に関するものである。

周知のように光学技術分野、その他の技術分野
においては、非球面レンズ、非球面鏡などの要請
が高い。

従来の光学非球面の創成法としては、第１図ａ
で示すように高速回転する被加工物１の表面に、
高速回転する工具２の先端部３を接触させ、被加
工物の半径方向に工具２を移動して形成する方法
がある。この場合、工具２の先端部３の移動軌跡
が非球面形状となるのであるが、工具の移動軌跡
を被加工物１の光軸に沿うＸ軸方向と、該Ｘ軸方
向に直交するＹ軸方向とに高精度に制御しなけれ
ばならない。したがつて両軸方向の制御では工具
２が移動する範囲が広くて誤差を生じやすく、予
め設定された形状の非球面になり難い。

また、工具２はＸ軸方向に平行に位置してＹ軸
方向（径方向）に移動するが、この場合には工具
２の先端部３の一部が被加工物１の加工面１′に
接触する。この状態で工具２を移動すると、被加
工物１の１回転毎の工具２の送り量によつて加工
面１′に微細な波形が形成されるので高精度の非
球面にならない。

また、第１図ｂは工具２を常に加工面１′の近
似円（図示の場合は外接円）の法線方向に一致さ
せて、非球面を加工する場合を示すものである
が、加工面１′と近似円ａとの間に差Δrが存在す
るために依然として微細な波形を生じて高精度が
得られない。

本発明は上記に鑑み提案されたもので、回転す
る被加工物の加工面に工具の先端部を接触させて
非球面を加工処理する非球面の創成法において、
目的の被加工物と同一ないし相似形の仮想被加工
物を想定して、この仮想被加工物の仮想加工面に
近似する円の中心に、長さ方向に沿つて摺動自在
な第１スライダーを有する第１ガイドを回転可能
に設け、上記第１スライダーの下方部分に第２ス
ライダーの先端部を枢着すると共に、該第２スラ
イダーを摺動自在に第２ガイドで支持し、また上
記仮想加工面に近似する円の中心に外周縁を仮想
被加工物の非球面形状に形成した第１カムを設
け、該第１カムには上記第１スライダーの上方部
分に設けたローラを臨ませ、第１ガイド及び第１
スライダーを上記第１カムに追従させて、両スラ
イダーの枢着点が描く移動軌跡を仮想加工物の仮
想加工面に一致させ、また上記第２ガイドに当該
第２ガイドを仮想加工面の法線方向に位置させる
第２カムを臨ませ、かつ被加工物を切削する工具
の先端部を前記枢着点に対応させ、上記第２ガイ
ドと工具との間に連結機構を介在させて工具を第
２スライダーと同一状態で移動させることによ
り、被加工物の加工面を前記第１カムの非球面形
状に加工処理するようにしたものである。

以下、本発明を図面の実施例について説明す
る。

第２図は本発明の概略説明図であつて、被加工
物１１として非球面の凸レンズを創成する場合を
示している。被加工物１１を回転するターンテー
ブル１２上に載置して、該被加工物１１の加工面
１３に工具１４の先端部１５を接触させる。先端
部１５は中空円筒状ダイヤモンド砥石、フライカ
ツターなどである。この工具１４を高速回転させ
ると共に、常に加工面１３の法線方向に位置させ
ながら被加工物１１の径方向に移動させれば、工
具１４の先端部１５によつて加工面１３を非球面
に加工処理することができる。この場合、工具１
４を加工面１３の法線方向に位置させるのは先端
部１５の全面を常に加工面１３に接触させること
によつて加工精度を高めるためである。また工具
１４が被加工物１１の径方向に沿つて移動する場
合、工具１４の長さ方向に沿う位置を変えると加
工面１３の非球面形状を変えることができる。即
ち、工具１４を長さ方向に下降させると先端部１
５による加工面１３の切削代が大きくなり、逆に
工具１４を長さ方向にあまり下降させなければ先
端部１５による加工面１３の切削代が小さくな
る。

したがつて、先端部１５の方向と位置、換言す
れば工具１４の方向と位置とが高精度な非球面を
創成する場合の要素となり、この要素を高精度に
制御すれば、工具１４の先端部１５によつて加工
面１３を所望の非球面に高精度で加工することが
できる。

よつて、本発明においては上記工具１４の方向
や位置を制御するために、仮想加工面１３′を検
出設定する制御手段１６を設ける。この制御手段
１６は第１ガイド１７、第２ガイド２１などを有
している。また本発明では目的の被加工物１１と
同一ないし相似形の仮想被加工物１１′を想定し
てこの仮想被加工物１１′の仮想加工面１３′に近
似する仮想近似円ａ（第２図の場合は外接円）の
中心Ｏに、上記第１ガイド１７を軸着して、第１
ガイド１７を仮想被加工物１１′のＸ軸方向（光
軸方向）に対して角度θ1だけ回動可能とする。

上記した第１ガイド１７は中心Ｏから仮想近似
円ａの径方向に延在する細い筒状または溝状部材
で、この第１ガイド１７には長さ方向に沿つて摺
動することができる第１スライダー１８を設け
る。そして、該第１スライダー１８の下方部分に
は、第２ガイド２１の長さ方向に摺動可能に支持
された第２スライダー１９の先端部２０を枢着す
る。上記第２スライダーは先端部２０の枢着点２
２を支点にして仮想被加工物１１′のＸ軸方向に
対して角度θ2だけ回動可能で、θ2を０度から90度
とする。

そして、上記した第２スライダー１９と被加工
物１１の加工面１３を切削する工具１４とを連結
機構２３で接続する。この連結機構２３は電気
的、機械的、光学的装置で、第２スライダー１９
の位置及び方向をそのまま工具１４に伝えて座標
的に同一位置、同一方向とするもので、第２スラ
イダー１９が仮想被加工物１１′の仮想加工面１
３′に沿つて移動すると同一状態で工具１４にも
移動することができる。

よつて、第２スライダー１９の先端部２０の枢
着点２２を工具１４の先端部１５と座標的に同一
位置に設定し、枢着点２２が描く移動軌跡を仮想
被加工物１１′の仮想加工面１３′の形状に一致さ
せれば、即ち、枢着点２２を仮想被加工物１１′
の加工面１３′に沿つて移動させれば、工具１４
の先端部１５が描く移動軌跡を仮想加工面１３′
と同一形状にすることができる。この場合、中心
Ｏを支点にして第１ガイド１７を回動させること
により、枢着点２２のＹ軸方向の位置を設定し、
また第１スライダー１８を第１ガイド１７の長さ
方向に摺動させることにより枢着点２２のＸ軸方
向の位置を設定する。更に、第２スライダー１９
を枢着点２２で回動させることにより、該第２ス
ライダーを仮想加工面１３′の法線方向に位置さ
せることができる。

上記のような制御手段１６と工具１４との関係
において、被加工物１１と工具１４とを高速回転
させると、工具１４の先端部１５は枢着点２２と
同一軌跡になり、被加工物１１の加工面１３を仮
想加工面１３′と同一形状に処理することができ
る。また工具１４は加工面１３に対して常に法線
方向に向くので先端部１５の全面で加工面１３を
処理することができ、高精度な加工が可能にな
る。

上記した説明は被加工物１１が非球面の凸レン
ズの場合であるが、第３図で示すように非球面が
凹面の場合も上記とほとんど同様に処理すること
ができる。即ち、凹面の場合には仮想加工物１
１′の仮想加工面１３′に近似する仮想近似円ａの
中心Ｏは仮想加工面１３′の上方に位置する。し
たがつて第１ガイド１７の長さの途中を支点Ｏに
軸着し、両スライダー１８，１９を夫々所望の角
度に変化しながら第１スライダー１８を長さ方向
に位置調節することにより枢着点２２を仮想加工
面１３′の軌跡に一致させることができる。また
第２スライダーの位置、方向、移動状態などを連
結機構２３で工具１４に伝えれば、工具１４の先
端部１５は枢着点２２と同一状態となり、被加工
物１１の加工面１３を仮想加工面１３′と同一形
状に処理することができる。

尚、第３図で説明していない符号は第２図の説
明における同一符号と同一構成である。

次に、本発明を実施するにあたり好適な一例を
第４図に示す。同図は被加工物１１を凸レンズと
した場合を示すもので、仮想被加工物１１′に近
似する仮想近似円ａの中心Ｏに、第１ガイド１７
の下方と第１ギヤー２４とを一体状にして回転可
能に設ける。この第１ギヤー２４には第２ギヤー
２５が噛合し、第２ギヤー２５と同軸の第３ギヤ
ー２６が第１ギヤー２４と同軸であつて自由に回
転できる第４ギヤー２７に噛合する。この第４ギ
ヤー２７には、外周縁を仮想被加工物１１′の非
球面形状の複数倍（例えば100倍）に形成した第
１カム２８を同軸に設ける。第２ギヤー２５、第
３ギヤー２６及び第４ギヤー２７は増速用の歯車
群であるから、モータなどの駆動源により回動す
る第１ギヤー２４の回動は増速されて第１カム２
８に伝達される。また上記第１ギヤー２４には増
速用の第５ギヤー２９を噛合し、該第５ギヤー２
９に噛合する第６ギヤー３０と同軸に第２カム３
１を設ける。したがつて、上記第１ギヤー２４が
回転すると、増速して第１カム２８及び第２カム
３１が回転する。

第１ガイド１７には、第１スライダー１８′と
第３スライダー３２とを長さ方向に夫々摺動可能
に直線上に設ける。尚、第４図における第１スラ
イダー１８′と第３スライダー３２とを合せたも
のが第２図における第１スライダー１８に相当す
る。そして第３スライダー３２の下方部分には第
２スライダー１９の先端部２０を枢着し、第３ス
ライダー３２と先端部２０との枢着点２２を仮想
被加工物１１′の仮想加工面１３′に一致させるの
である。また、第１スライダー１８′の上端には
上記第１カム２８の上面に臨むローラ３３を設
け、第２スライダー１９を摺動可能に支持する第
２ガイド２１には第２カム３１の外面に臨むロー
ラ３４を設ける。

そして、第１スライダー１８′と第３スライダ
ー３２との間には縮小機構３５を介在させる。こ
の縮小機構３５は、第１カム２８を仮想被加工物
１１′の複数倍としたものを元の大きさに復元さ
せるためのもので、第１スライダー１８′に基端
を軸着した第１レバー３７と第３スライダー３２
に基端を軸着した第２レバー３９とからなり、第
１レバー３７は先端付近の支点３６で揺動可能で
あつて、第２レバー３９は基端付近の支点３８で
揺動可能である。そして、両レバー３７，３９の
先端同志を連結する。尚、この縮小機構３５の両
レバー３７，３９のレバー比を夫々10：１に設定
すれば、全体として100分の１に縮小することが
でき、第１スライダー１８′の摺動量を100分の１
にして第３スライダー３２に伝達することができ
る。

第５図は上記した制御手段１６の作動系統図を
示し、モータＭの駆動により、第１ギヤー２４を
回転すると、第１ガイド１７が中心Ｏを支点に低
速で回動する。また第１ギヤー２４の回転により
第２ギヤー２５、第３ギヤー２６及び第４ギヤー
２７を介して第１カム２８が回転し、第１カム２
８に臨むローラ３３により第１スライダー１８′
が第１ガイド１７内を摺動し、第１レバー３７が
支点３６で傾動し、この第１レバー３７と接続し
てある第２レバー３９が支点３８で傾動し、第２
レバー３９と接続してある第３スライダー３２が
第１ガイド１７に支持されて摺動する。よつて、
第３スライダー３２が仮想加工面１３′に沿つて
摺動する。そして、この第３スライダー３２の摺
動により、枢着点２２の上下方向の位置を設定で
きる。

一方、第１ギヤー２４の回転は第５ギヤー２
９、第６ギヤー３０に伝達されて第２カム３１を
回転し、ローラ３４により第２ガイド２１が傾動
して、第２スライダー１９の方向が決定される。
この第２スライダー１９の方向は第２カム３１の
形状により仮想加工面１３′に対して常に法線方
向を向くように設定されている。

要するに、第１カム２８は第３スライダー３２
と第２スライダー１９との枢着点２２の位置を設
定するものであり、第２カム３１は第２スライダ
ー１９の方向を設定するものである。これらの設
定は歯車列及びカムの形状により適宜に行なうこ
とができる。

そして、上記した第２スライダー１９の方向及
び位置は光学的、電気的あるいは機械的手段など
からなる連結機構２３により検出されて工具１４
に伝えられる。また工具１４をエアータービン４
０などで高速回転させ、モータ４１で回転する被
加工物１１に上記工具１４を接触させる。よつ
て、枢着点２２の移動状態がそのまま工具１４に
伝わるので被加工物１１を仮想被加工物１１′と
同様の形状に高精度で加工処理することができ
る。

上記した説明は被加工物１１を凸レンズとした
場合であるが、凹レンズであつても全く同様にし
て加工処理することができる。そして、第１カム
２８、第２カム３１の形状を変えたり歯車列を適
宜に選択することによりどのような形状の非球面
でも創成することができ、レンズばかりではなく
鏡面創成としても応用することができる。

以上要するに本発明によれば、仮想加工面の形
状を検出設定する第１スライダーの位置と方向と
を第１カムに追従させて制御すると共に、第２ス
ライダーを常に非球面の法線方向に位置させるこ
とにより、この第２スライダーに連動する工具の
先端部を全て加工面に接触させることができ、高
精度な非球面を創成することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図ａ，ｂは
従来の非球面創成法の概略説明図、第２図は本発
明の概略説明図、第３図は本発明の他の例を示す
概略説明図、第４図は具体的機構を示す一部断面
図、第５図は第４図の作動系統図である。 １１……被加工物、１３……加工面、１４……
工具、１５……先端部、１７……第１ガイド、１
８……第１スライダー、１９……第２スライダ
ー、２１……第２ガイド、２２……枢着点、２８
……第１カム、３１……第２カム、３３……ロー
ラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転する被加工物の加工面に工具の先端部を
   接触させて非球面を加工処理する非球面の創成法
   において、目的の被加工物と同一ないし相似形の
   仮想被加工物を想定して、この仮想被加工物の仮
   想加工面に近似する円の中心に、長さ方向に沿つ
   て摺動自在な第１スライダーを有する第１ガイド
   を回動可能に設け、上記第１スライダーの下方部
   分に第２スライダーの先端部を枢着すると共に、
   該第２スライダーを摺動自在に第２ガイドで支持
   し、また上記仮想加工面に近似する円の中心に外
   周縁を仮想被加工物の非球面形状に形成した第１
   カムを設け、該第１カムには上記第１スライダー
   の上方部分に設けたローラを臨ませ、第１ガイド
   及び第１スライダーを上記第１カムに追従させ
   て、両スライダーの枢着点が描く移動軌跡を仮想
   加工物の仮想加工面に一致させ、また上記第２ガ
   イドには当該第２ガイドを仮想加工面の法線方向
   に位置させる第２カムを臨ませ、かつ被加工物を
   切削する工具の先端部を前記枢着点に対応させ、
   上記第２ガイドと工具との間に連結機構を介在さ
   せて工具を第２スライダーと同一状態で移動させ
   ることにより、被加工物の加工面を前記第１カム
   の非球面形状に加工処理するようにしたことを特
   徴とする光学非球面の創成法。