JP2012088601A - Method for manufacturing optical element and optical element manufactured by the method - Google Patents

Method for manufacturing optical element and optical element manufactured by the method Download PDF

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博樹 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an optical element capable of accurately manufacturing an optical element with injection molding.SOLUTION: The method for manufacturing the optical element which manufactures an optical element that is used for an optical scanning device and has refractive power by molding the optical element with a mold includes: an injection molding step; a step of measuring optical performance; a step of evaluating optical performance; a step of measuring a shape; a step of modeling a shape error; a step of simulating the shape; a step of checking consistency; a step of correcting a shape error function; a step of calculating a processing value of the mold; a step of processing the correction; and a step of remolding.

Description

本発明は、光学素子の製造方法に関し、特に電子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ、等の画像形成装置に搭載される光走査装置における光学素子の製造に好適なものである。   The present invention relates to a method for manufacturing an optical element, and particularly suitable for manufacturing an optical element in an optical scanning apparatus mounted on an image forming apparatus such as a laser beam printer having an electrophotographic process, a digital copying machine, or a multifunction printer. It is.

従来、レーザービームプリンター(LBP)等の光走査装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば、回転多面鏡(ポリゴンミラー)より成る光偏向器により周期的に偏向させている。そして光偏向器で偏向された光束をfθ特性を有する結像光学素子によって感光性の記録媒体(感光ドラム)面上にスポット状に集束させ、その感光ドラム面上を光走査して画像記録を行っている。   Conventionally, in an optical scanning device such as a laser beam printer (LBP), a light beam modulated and emitted from a light source means according to an image signal is periodically deflected by, for example, an optical deflector formed of a rotating polygon mirror (polygon mirror). I am letting. Then, the light beam deflected by the optical deflector is focused in a spot shape on the surface of the photosensitive recording medium (photosensitive drum) by the imaging optical element having the fθ characteristic, and image recording is performed by optically scanning the surface of the photosensitive drum. Is going.

近年、結像光学素子を構成する光学素子を製造が容易なため樹脂より構成することが行われるようになった。樹脂は成形が容易な材料であり、また研削や研磨が必要なガラスに対して製造が容易である。一方、高画質の画像形成のため、光学素子には高い製作制度が求められている。特に成形時における光学素子の光学面の面形状を精度良く制御できることが求められている。このため光走査装置に用いられる光学素子には以下に挙げた点が重要になってきている。   In recent years, since an optical element constituting an imaging optical element is easy to manufacture, it has been made from resin. Resin is a material that can be easily molded, and is easy to manufacture for glass that requires grinding and polishing. On the other hand, a high production system is required for optical elements in order to form high-quality images. In particular, it is required that the surface shape of the optical surface of the optical element during molding can be accurately controlled. For this reason, the following points have become important for optical elements used in optical scanning devices.

(1)射出成形された光学素子の実際の光学面の正確な関数近似
(2)ピント位置などの光学性能の実測結果と光学面形状から予想される光学性能のシミュレーション結果が不一致な場合行われる、光学面形状の修正の簡便性
(1)に関しては以下の通りである。射出成形された光学素子の測定された光学面の面形状は通常、点列データとして得られる。これに対して光学面形状から予想される光学性能をシミュレーションしたり、型の補正形状を求めたりするには、光学面を何らかの関数で表現する必要がある。
(1) Accurate function approximation of actual optical surface of injection molded optical element (2) Performed when actual measurement result of optical performance such as focus position and simulation result of optical performance expected from optical surface shape do not match The simplicity of optical surface shape correction (1) is as follows. The surface shape of the measured optical surface of the injection-molded optical element is usually obtained as point sequence data. On the other hand, in order to simulate the optical performance expected from the optical surface shape or to obtain the corrected shape of the mold, it is necessary to express the optical surface by some function.

その際、上記の点列データと関数表現された光学面の間で差異があると、正しい結果が得られなくなる。よって精度良く鏡面駒の面形状の補正を行うためには、実際の光学面の面形状をより正確に関数表現することが重要になる。   At this time, if there is a difference between the above point sequence data and the optical surface expressed as a function, a correct result cannot be obtained. Therefore, in order to correct the surface shape of the mirror piece with high accuracy, it is important to express the surface shape of the actual optical surface more accurately as a function.

(2)に関しては以下の通りである。ピント位置などの光学性能の実測結果と面形状から予想される光学性能のシミュレーション結果は、測定誤差や光学面形状以外の要因の為、一致しないことがある。例えばプラスチックレンズの場合、レンズ内部と周辺部で屈折率差が生じ易く、屈折率差によって発生するパワーの影響で形状が設計値どおりでもピント位置がずれてしまうことがある。測定形状をもとにしたシミュレーション結果と実測の結果とが一致しない場合、上記のような原因が考えられる。このため、測定された面形状を表す関数を修正することで両者を一致させることが重要になってくる。   Regarding (2), it is as follows. The actual measurement result of the optical performance such as the focus position and the simulation result of the optical performance expected from the surface shape may not match due to factors other than the measurement error and the optical surface shape. For example, in the case of a plastic lens, a difference in refractive index is likely to occur between the inside and the periphery of the lens, and the focus position may shift even if the shape is as designed due to the influence of power generated by the difference in refractive index. If the simulation result based on the measurement shape does not match the actual measurement result, the cause as described above is considered. For this reason, it is important to match the two by correcting the function representing the measured surface shape.

しかしながら関数を修正するにあたり 初めから計算を行うことは手間が掛かる上に誤りを生じ易い。よって、関数の各項が特定の光学性能と相関を持つような表現式にすることで、例えば特定の光学性能を一致させるにあたり 特定の項の部分を修正するだけですむような 関数の修正の簡便性が重要になってくる。   However, calculating the function from the beginning is time consuming and error prone. Therefore, it is easy to modify the function so that each term of the function has a correlation with the specific optical performance, for example, it is only necessary to modify the specific term part to match the specific optical performance. Sex is important.

金型を用い射出成形によって光学素子を製造するとき、型から取り出された光学素子は直後に収縮するため、金型の形状と実際の光学素子の形状が一致しない。従来よりこのときの誤差を金型の形状を補正することによって、所定形状の光学素子を製造する方法が知られている(特許文献1、2)。   When an optical element is manufactured by injection molding using a mold, the optical element taken out from the mold contracts immediately, so that the shape of the mold does not match the actual shape of the optical element. Conventionally, there has been known a method of manufacturing an optical element having a predetermined shape by correcting the shape of the mold for the error at this time (Patent Documents 1 and 2).

特開2002−254490号公報JP 2002-254490 A 特開2003−094441号公報JP 2003-094441 A

従来、光学素子を金型を用いて製造するとき子線断面に関しては円弧で設計することがほとんどであったこともあり、面形状をモデリングする際にも子線断面に関しては円弧でフィッティングしてきた。実際の面形状は円弧とは異なる形状になっていることがほとんどであり、フィッティング誤差の程度によっては、補正後の光学性能、例えば像面上でのスポット形状や光線の照射位置が所望の状態からずれてしまうことがあった。   Conventionally, when manufacturing an optical element using a mold, it was almost always designed with a circular arc for the cross section of the strand, and when the surface shape was modeled, the cross section of the strand was fitted with a circular arc. . The actual surface shape is often different from the circular arc, and depending on the degree of fitting error, the optical performance after correction, for example, the spot shape on the image surface and the irradiation position of the light beam are in the desired state. There were times when it was off.

また、画質の高精細化の流れを受けて子線断面に関しても非円弧で設計するようになってきている。そのような光学素子に対して円弧フィッティングによる形状のモデリングは、不十分であるが、かといって闇雲に非球面係数を増やしても、フィッティングの際にローカルミニマムに陥り易くなり、何らかのフィッティング方法を確立する必要がある。更に形状誤差から予想される光学性能と実測値との間でズレが生じたときに、容易に面形状を修正できるようなモデリング方法になっていないと、補正量を求めるのに複雑な計算が必要になり、誤りを生む。   In addition, in response to the trend toward higher definition of image quality, the cross section of the child wire is also designed with a non-arc shape. For such optical elements, modeling of the shape by arc fitting is insufficient, but even if the aspheric coefficient is increased in the dark cloud, it becomes easy to fall into the local minimum at the time of fitting, and some fitting method can be used. Need to be established. Furthermore, if there is a modeling method that can easily correct the surface shape when there is a discrepancy between the optical performance expected from the shape error and the actual measurement value, a complicated calculation is required to determine the correction amount. It becomes necessary and makes an error.

このため高精度の光学素子を製造するには成形した光学素子の実際の光学面のより正確な関数近似を行なうことが重要である。更に、ピント位置などの光学性能の実測結果と面形状から予想される光学性能のシミュレーション結果が不一致な場合行われる、金型の面形状の修正を適切に行なうことが重要である。   Therefore, in order to manufacture a high-precision optical element, it is important to perform a more accurate function approximation of the actual optical surface of the molded optical element. Further, it is important to appropriately correct the surface shape of the mold, which is performed when the actual measurement result of the optical performance such as the focus position and the simulation result of the optical performance predicted from the surface shape are inconsistent.

本発明は、射出成形により光学素子を精度良く製造することができる光学素子の製造方法及びその方法を用いて製造された光学素子の提供を目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the optical element which can manufacture an optical element with high precision by injection molding, and the optical element manufactured using the method.

本発明の光学素子の製造方法は、光走査装置で使用する屈折力を有する光学素子を金型を用いて成形して製造する光学素子の製造方法において、金型を用いて光学素子を射出成形する射出成形工程、射出成形した光学素子の光学性能を測定する光学性能の測定工程、射出成形した光学素子の光学性能が許容値に入っているか否か評価し、許容値に入っていれば金型の鏡面駒の型補正を終了し、許容値外であれば次の工程をすすむ光学性能評価工程、許容値に入っていない射出成形された光学素子については、副走査方向に複数箇所で光学面の形状を測定する形状測定工程、形状測定工程での測定結果より光学素子の2次元の形状誤差関数を複数の子線断面に対して形状誤差を各々多項式で近似し、多項式の同じ次数の係数同士を主走査方向の関数として近似して求める形状誤差のモデリング工程、形状誤差のモデリング工程で得られた形状誤差関数を用いて光学素子の光学性能をシミュレーションする形状シミュレーション工程、形状シミュレーション工程での光学性能と光学性能の測定工程での測定値を比較し、測定結果の整合性をチェックする整合性チェック工程、整合性チェック工程での整合性がないときは形状誤差関数を修正し、形状シミュレーション工程に戻す形状誤差関数の修正工程、整合性チェック工程で整合性があれば形状シミュレーション工程での形状誤差関数する補正値を用いて金型の鏡面駒の形状を算出する型加工値の算出工程、型加工値の算出工程で得た補正値を用いて鏡面駒の形状を補正加工する補正加工工程、補正加工工程を行った金型を用いて光学素子を再成形する再成形工程、再成形工程で得られた光学素子の光学性能を測定するため光学性能の測定工程に戻し、その後一連の工程を繰り返す各工程を有することを特徴としている。   An optical element manufacturing method of the present invention is an optical element manufacturing method in which an optical element having refractive power used in an optical scanning device is molded using a mold, and the optical element is injection molded using a mold. Injection molding process, optical performance measurement process to measure the optical performance of injection molded optical elements, whether the optical performance of injection molded optical elements is within the allowable value, and if it is within the allowable value, gold Finish the mold correction of the specular piece of the mold and proceed to the next step if it is outside the allowable value, for the injection molded optical elements that are not within the allowable value, the optical surface at multiple locations in the sub-scanning direction The shape measurement process for measuring the shape of the optical element, the two-dimensional shape error function of the optical element is approximated by a polynomial for each cross section of the optical element based on the measurement results in the shape measurement process, and the coefficients of the same order of the polynomial In the main scanning direction The shape error modeling process obtained by approximation as a number, the shape simulation process that simulates the optical performance of the optical element using the shape error function obtained in the shape error modeling process, and the optical performance and optical performance of the shape simulation process A shape error function that compares the measured values in the measurement process and checks the consistency of the measurement results. If there is no consistency in the consistency check process, the shape error function is corrected and returned to the shape simulation process. If there is consistency in the correction process, the consistency check process, the mold machining value calculation process, the mold machining value calculation process, which calculates the shape of the mirror surface piece of the mold using the correction value that functions as the shape error in the shape simulation process Correction process that corrects the shape of the specular piece using the correction value obtained in step 5, and optical using the mold that has undergone the correction process. Reshaping process of reshaping the child back to the step of measuring the optical performance for measuring the optical performance of the optical element obtained by reshaping process is characterized by comprising the steps of subsequently repeating the series of steps.

本発明によれば、射出成形により光学素子を精度良く製造することができる光学素子の製造方法が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the optical element which can manufacture an optical element with high precision by injection molding is obtained.

本発明における実施例1の光学素子の製造方法のフロー図FIG. 5 is a flowchart of a method for manufacturing the optical element of Example 1 according to the present invention. 本発明における実施例1の光学素子の製造方法の詳細フロー図Detailed flow chart of manufacturing method of optical element of embodiment 1 in the present invention 本発明における光学素子の形状測定箇所を示す図The figure which shows the shape measurement location of the optical element in this invention 本発明における光学素子の形状測定箇所を示す別の図Another figure which shows the shape measurement location of the optical element in this invention 本発明の光学素子の製造方法で作成した光学素子を用いた光走査装置の実施例1の主走査断面図FIG. 1 is a main scanning sectional view of Example 1 of an optical scanning device using an optical element created by the optical element manufacturing method of the present invention. 本発明の光学素子の製造方法で作成した光学素子を用いた光走査装置の実施例2の主走査断面図Main scanning sectional view of Example 2 of the optical scanning device using the optical element produced by the optical element manufacturing method of the present invention 結像手段の形状誤差の説明図Illustration of shape error of imaging means 光学素子を段階的に近似した場合の近似誤差の説明図Illustration of approximation error when optical elements are approximated step by step 光学素子を一括して近似した場合の近似誤差の説明図Illustration of approximation error when optical elements are approximated collectively

本発明では、成形によって形成された光学素子の光学面をより精度良く、かつ光学性能の測定結果を鑑み後から容易に面形状を補正することができる方法である。本発明では先ず成形された光学素子の光学面を副走査断面方向にフィッティングした後、主走査断面方向にフィッティングし、最終的に二次元の形状誤差関数を求め、補正形状を算出している。   In the present invention, the optical surface of the optical element formed by molding can be corrected more accurately and the surface shape can be easily corrected later in view of the measurement result of the optical performance. In the present invention, the optical surface of the molded optical element is first fitted in the sub-scanning cross-sectional direction, then fitted in the main-scanning cross-sectional direction, and finally a two-dimensional shape error function is obtained to calculate a corrected shape.

本発明の光走査装置で使用する屈折力を有する光学素子を金型を用いて成形して製造する光学素子の製造方法においては、次の各工程を用いている。金型を用いて光学素子を射出成形する射出成形工程(ステップ1)を有する。射出成形した光学素子の光学性能を測定する光学性能の測定工程(ステップ2)を有する。射出成形した光学素子の光学性能が許容値に入っているか否か評価する。このとき許容値に入っていれば、この金型による射出成形は問題ないとして金型の鏡面駒の型補正を終了する。許容値外であれば次の工程をすすむ光学性能評価工程(ステップ3)を有する。   The following steps are used in the method of manufacturing an optical element in which an optical element having a refractive power used in the optical scanning apparatus of the present invention is molded using a mold. It has an injection molding process (step 1) in which an optical element is injection molded using a mold. An optical performance measuring step (step 2) for measuring the optical performance of the injection-molded optical element; It is evaluated whether or not the optical performance of the injection-molded optical element is within an allowable value. If the value is within the allowable value at this time, the mold correction of the mirror surface piece of the mold is finished because there is no problem in the injection molding by the mold. If it is outside the allowable value, an optical performance evaluation process (step 3) that proceeds to the next process is included.

光学性能評価工程で評価した結果、許容値に入っていない射出成形された光学素子については光学面の形状を測定する形状測定工程(ステップ4)を有する。このとき光学素子の副走査方向に複数箇所で測定する。形状測定工程での測定結果より光学素子の2次元の形状誤差関数を求める形状誤差のモデリング(算出)工程(ステップ5)を有する。ここで複数箇所で副走査方向に測定した結果を下に複数の子線断面に対して形状誤差を各々多項式で近似する。   As a result of the evaluation in the optical performance evaluation process, the injection molded optical element that does not fall within the allowable value has a shape measurement process (step 4) for measuring the shape of the optical surface. At this time, measurement is performed at a plurality of locations in the sub-scanning direction of the optical element. It has a shape error modeling (calculation) step (step 5) for obtaining a two-dimensional shape error function of the optical element from the measurement result in the shape measurement step. Here, the shape error is approximated by a polynomial for each of the plurality of sub-line cross-sections based on the results measured in the sub-scanning direction at a plurality of locations.

次に多項式の同じ次数の係数同士を主走査方向の関数として近似する。最終的に得られる多項式は主走査方向の座標をY、副走査方向の座標をZ、光学面の形状誤差をX(Y、Z)、A(Y)以下を係数とするとき
X(Y、Z)
=A(Y)+B(Y)・Z+C(Y)・Z2+D(Y)・Z3+E(Y)・Z4+・・・
である。
Next, coefficients of the same order of the polynomial are approximated as a function in the main scanning direction. The final polynomial is obtained when the coordinate in the main scanning direction is Y, the coordinate in the sub-scanning direction is Z, the shape error of the optical surface is X (Y, Z), and the coefficient is A (Y) or less X (Y, Z)
= A (Y) + B (Y) · Z + C (Y) · Z 2 + D (Y) · Z 3 + E (Y) · Z 4 +
It is.

形状誤差のモデリング工程で得られた形状誤差関数を用いて光学素子の光学性能を
シミュレーションする形状シミュレーション工程(ステップ6)を有する。形状シミュレーション工程での光学性能と光学性能の測定工程(ステップ2)での測定値を比較し、測定結果の整合性をチェックする整合性チェック工程(ステップ7)を有する。整合性チェック工程(ステップ7)での整合性がないときは形状誤差関数を測定し、形状シミュレーション工程(ステップ6)に戻す形状誤差関数の修正工程(ステップ8)を有する。
A shape simulation step (step 6) for simulating the optical performance of the optical element using the shape error function obtained in the shape error modeling step. It has the consistency check process (step 7) which compares the optical performance in a shape simulation process, and the measured value in an optical performance measurement process (step 2), and checks the consistency of a measurement result. When there is no consistency in the consistency check step (step 7), the shape error function is measured and the shape error function is corrected (step 8) to be returned to the shape simulation step (step 6).

整合性チェック工程(ステップ7)で整合性があれば形状シミュレーション工程(ステップ6)での形状誤差関数する補正値を用いて金型の鏡面駒の形状を算出する型加工値の算出工程(ステップ9)を有する。補正値には光学素子の射出成形したときの収縮率を入れて算出する。型加工値の算出工程(ステップ9)で得た補正値を用いて鏡面駒の形状を補正加工する補正加工工程(ステップ10)を有する。補正加工工程(ステップ10)を行なった金型を用いて光学素子を再成形する再成形工程(ステップ11)を有する。再成形工程(ステップ11)で得られた光学素子の光学性能を測定するため光学性能の測定工程(ステップ2)に戻し、その後一連の工程を繰り返す。   If there is consistency in the consistency check process (step 7), a mold machining value calculation process (step 9) that calculates the shape of the mirror surface piece of the mold using the correction value that functions as a shape error in the shape simulation process (step 6). ). The correction value is calculated by including the shrinkage rate when the optical element is injection molded. A correction processing step (step 10) for correcting the shape of the mirror piece using the correction value obtained in the mold processing value calculation step (step 9); It has a re-molding process (step 11) which re-molds an optical element using the metallic mold which performed a correction processing process (step 10). In order to measure the optical performance of the optical element obtained in the reshaping process (step 11), the process returns to the optical performance measurement process (step 2), and then a series of processes are repeated.

[実施例1]
図1、図2は本発明の結像光学素子の製造方法における実施例1のフロー図である。図2は形状誤差の算出に関わる工程を詳細に書いたフロー図である。本実施例の光学素子の製造方法の各工程は次のとおりである。本実施例の光学素子は、例として光走査装置で用いる入射光学系やfθ特性を有する結像光学素子を対象としている。
[Example 1]
1 and 2 are flowcharts of Embodiment 1 in the method for manufacturing an imaging optical element of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing in detail the steps involved in calculating the shape error. Each process of the manufacturing method of the optical element of a present Example is as follows. As an example, the optical element of the present embodiment is intended for an incident optical system used in an optical scanning device and an imaging optical element having fθ characteristics.

(ステップ1)イニシャル成形工程(射出成形工程)
まず、鏡面駒を設計形状もしくは設計形状相当になるように加工し、金型を作成する。射出成形するときの離形量や収縮率が予想できる場合は、その影響を打ち消すことができるように鏡面駒の加工形状を決めてもよい。次にこの加工し作成した金型を用いて光学素子を射出成形する。このとき、成形品の形状の光学素子が安定して同じ形状で射出成形できるように成形条件を十分に精査して記憶しておく。
(Step 1) Initial molding process (injection molding process)
First, a mirror surface piece is processed so as to have a design shape or a design shape, and a die is created. When the mold release amount and shrinkage rate at the time of injection molding can be predicted, the machining shape of the mirror piece may be determined so as to cancel the influence. Next, an optical element is injection-molded by using this processed mold. At this time, the molding conditions are thoroughly examined and stored so that the optical element in the shape of the molded product can be stably injection-molded with the same shape.

(ステップ2)光学性能の測定工程
射出成形された光学素子を光学測定装置に組み込み、光学性能を測定する。具体的な測定項目としては例えば、主走査方向および副走査方向のスポット径や像面湾曲、部分倍率、全体倍率、走査線湾曲、走査線のピッチ間隔、スポット形状の歪さの程度などを測定する。必ずしもこれらの測定項目を全てを評価する必要はなく、目的に応じて必要な項目を測定する。測定は像面上(被走査面上)で主走査方向(以後、Y方向とする)に対して10mm間隔程度に複数箇所で行うことが望ましい。測定範囲は光走査装置で使用する範囲と同等かそれより広い範囲を測定することが望ましい。
(Step 2) Optical Performance Measuring Step The optical element that has been injection-molded is incorporated into an optical measuring device, and the optical performance is measured. Specific measurement items include, for example, spot diameters in the main scanning direction and sub-scanning direction, field curvature, partial magnification, overall magnification, scanning line curvature, scanning line pitch interval, and the degree of spot shape distortion. To do. It is not always necessary to evaluate all of these measurement items, and necessary items are measured according to the purpose. The measurement is desirably performed at a plurality of locations on the image plane (on the surface to be scanned) at intervals of about 10 mm with respect to the main scanning direction (hereinafter referred to as Y direction). It is desirable to measure a measurement range that is equal to or wider than the range used in the optical scanning device.

例えば光学素子の像面湾曲に関する測定は以下のようにして行う。測定装置の像面相当位置にCCDカメラ等の画像取得装置を配置し、光線進行方向と平行に画像取得装置を移動しつつ主走査断面および副走査断面のスポット径を測定する。別途定めたスポット径が規格以下となるデフォーカス領域を求め、その中心を像面位置として評価する。スポット径の規格はおおよそ、設計値における最小スポット径の1.2倍程度とするのが良い。   For example, the measurement regarding the field curvature of the optical element is performed as follows. An image acquisition device such as a CCD camera is arranged at a position corresponding to the image plane of the measurement device, and the spot diameters of the main scanning section and the sub-scanning section are measured while moving the image acquisition apparatus in parallel with the light beam traveling direction. A defocus area where the separately determined spot diameter is equal to or less than the standard is obtained, and the center is evaluated as the image plane position. The standard of the spot diameter is preferably about 1.2 times the minimum spot diameter in the design value.

また光学素子の部分倍率、全体倍率に関する測定は以下のようにして行う。偏向手段(ポリゴンミラー)に相当する光学素子を等間隔で回転し、像面上における光線通過位置を測定する。別途fθ係数から求められる設計上の光線通過位置を求めておき、部分倍率は実際の光線通過位置の間隔の比より、また全体倍率は最周辺の2点の間隔の比よりそれぞれ評価する。   Further, the measurement regarding the partial magnification and the overall magnification of the optical element is performed as follows. An optical element corresponding to a deflecting means (polygon mirror) is rotated at equal intervals, and a light beam passing position on the image plane is measured. Separately, a design light passage position obtained from the fθ coefficient is obtained, and the partial magnification is evaluated from the ratio of the distance between the actual light passage positions, and the overall magnification is evaluated from the ratio of the distance between the two most peripheral points.

また、スポット形状の歪さに関する測定は以下のようにして行う。像面湾曲の測定に用いた主走査断面および副走査断面のスポット径ではなく、主走査断面や副走査断面を光学素子の光軸周りに45度前後回転した断面でスポット径を測定する。測定された各断面のスポット径の差分をスポット径の歪さと定義し、測定する。スポット径の歪さはデフォーカスしていない状態では発生していなくてもデフォーカスすることで現れることがある。このためデフォーカス位置ごとにスポット径の歪さを計算し、デフォーカスに対するスポット径の歪さを評価することがより好ましい。各測定は各項目ごとに単独で測定しても、同時に測定してもよい。   Further, the measurement regarding the distortion of the spot shape is performed as follows. The spot diameter is measured with a section obtained by rotating the main scanning section and the sub-scanning section about 45 degrees around the optical axis of the optical element, not the spot diameters of the main scanning section and the sub-scanning section used for measuring the field curvature. The measured spot diameter difference of each cross section is defined as the spot diameter distortion and measured. The distortion of the spot diameter may appear by defocusing even if it does not occur in a state where it is not defocused. Therefore, it is more preferable to calculate the spot diameter distortion for each defocus position and evaluate the spot diameter distortion with respect to the defocus. Each measurement may be performed independently for each item or simultaneously.

(ステップ3)光学性能評価工程
光学素子単体に許容できる光学性能を項目ごとに前もって求めておく。そして、全項目が許容範囲内にあるかどうかを判断する。その結果、全項目が許容範囲内にある場合は、型補正は完了とする。一項目でも許容範囲外にある場合は後述するステップ4の形状測定工程以降の各工程を順じ行う。
(Step 3) Optical Performance Evaluation Step Optical performance that can be allowed for a single optical element is determined in advance for each item. Then, it is determined whether all items are within the allowable range. As a result, when all items are within the allowable range, the mold correction is completed. If even one item is out of the allowable range, the steps after the shape measuring step in step 4 to be described later are sequentially performed.

(ステップ4)形状測定工程
成形された光学素子の光学面の形状の測定を行う。形状の測定に用いる光学素子はステップ2の光学性能測定工程で用いた光学素子と同一であることが望ましい。ただし、ステップ2の光学性能測定工程と平行して作業を行うなど、測定の都合上同一の光学素子で形状の測定ができない場合がある。このときは同一条件で成形した、ステップ2の光学性能測定工程で用いた光学素子と成形のタイミングがほぼ同時期の光学素子に対して形状の測定を行ってもよい。
(Step 4) Shape Measurement Step The shape of the optical surface of the molded optical element is measured. It is desirable that the optical element used for the shape measurement is the same as the optical element used in the optical performance measurement step in Step 2. However, there are cases where the shape cannot be measured with the same optical element for the convenience of measurement, for example, work is performed in parallel with the optical performance measurement step of Step 2. At this time, the shape may be measured for the optical element molded under the same conditions and the optical element used in the optical performance measurement step of Step 2 and the optical element whose molding timing is substantially the same.

成形で形成された光学素子は樹脂であることが多いため、光学面の表面は傷つきやすい。よって形状測定機は非接触式であることが望ましい。ただし、形状の測定の後、光学性能の評価を行わない前提で接触式の形状測定機を用いても良い。測定方向は図3のように副走査断面に沿って副走査方向の複数箇所で測定することが好ましい。図3の光学素子の外形を示す細線に対して、短い太線が測定箇所を示している。光学素子の中央部分も測定しているがここでは点々で省略している。副走査断面に沿って測定しているのは後述する形状フィッティングの際、先ず副走査断面に対してフィッティング計算をするためである。   Since the optical element formed by molding is often a resin, the surface of the optical surface is easily damaged. Therefore, it is desirable that the shape measuring machine is a non-contact type. However, a contact-type shape measuring machine may be used on the premise that the optical performance is not evaluated after the shape measurement. The measurement direction is preferably measured at a plurality of locations in the sub-scanning direction along the sub-scanning section as shown in FIG. In contrast to the thin line indicating the outer shape of the optical element in FIG. Although the central part of the optical element is also measured, it is omitted here. The reason for measuring along the sub-scanning section is to first perform the fitting calculation on the sub-scanning section at the time of shape fitting described later.

一般に主走査方向に対して副走査方向の方がクセが発生し易く、光学素子の高さによっては光学性能に大きく影響を与え易い。これに対して主走査方向は局所的に変化することは少なく、仮に発生したとしても光学素子端に近いことが多い。よって主走査方向に対して副走査方向の測定精度及びフィティング精度がより求められる。本実施形態では副走査断面に沿って複数箇所を測定し、先ず副走査方向に関してフィッティングを行っている。主走査方向に沿って複数箇所を測定する方法の場合、一般に副走査方向に関する点列データが少なくなるため特に副走査方向に関する面のフィッティング精度が悪化することが懸念される。   In general, habit is more likely to occur in the sub-scanning direction than in the main-scanning direction, and depending on the height of the optical element, the optical performance is likely to be greatly affected. On the other hand, the main scanning direction hardly changes locally, and even if it occurs, it is often close to the end of the optical element. Therefore, the measurement accuracy and fitting accuracy in the sub-scanning direction with respect to the main scanning direction are further required. In the present embodiment, a plurality of locations are measured along the sub-scanning section, and fitting is first performed in the sub-scanning direction. In the case of the method of measuring a plurality of locations along the main scanning direction, there is a concern that the accuracy of fitting of the surface particularly in the sub-scanning direction is deteriorated because the point sequence data in the sub-scanning direction is generally reduced.

本実施例では副走査方向に近似し、その後各次数の係数に対して主走査方向に近似するといった段階的な近似を行っている。これに対して一括して近似を行う方法もあるが、この場合、膨大なデータを多くの変数を使ってフィッティング計算する。このため、計算が終了するまでに多くの時間がかかり、更にローカルミニマムにつかまり易いため、必ずしも最適な解にたどり着くとは限らない。   In this embodiment, approximation in the sub-scanning direction is performed, and thereafter, stepwise approximation is performed such that each order coefficient is approximated in the main scanning direction. On the other hand, there is a method of performing approximation in a lump, but in this case, fitting calculation is performed on a large amount of data using many variables. For this reason, it takes a lot of time until the calculation is completed, and it is easy to catch the local minimum. Therefore, the optimal solution is not always reached.

図7は後述する「光走査装置1」で用いる結像光学系を構成する結像光学素子(光学素子)6bの入射面側の形状誤差の一例の説明図である。図7において左右方向が光学素子の長手方向(主走査方向)を、上下方向が光学素子の短手方向(副走査方向)を示しており、形状誤差を等高線上に示している。単位は上下左右方向がmm、形状誤差がμmである。この例での形状誤差は幅で36.9μmであった。図8はこの形状誤差に対して前述したように副走査方向に近似し、その後、各次数の係数に対して主走査方向に近似するといった段階的な近似を行った場合のフィッティング誤差の一例を示している。単位は図7と同じである。このときの近似誤差は幅で2.9μmであった。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the shape error on the incident surface side of the imaging optical element (optical element) 6b constituting the imaging optical system used in the “optical scanning device 1” described later. In FIG. 7, the horizontal direction indicates the longitudinal direction (main scanning direction) of the optical element, and the vertical direction indicates the short direction (sub-scanning direction) of the optical element, and the shape error is indicated on the contour lines. The unit is mm in the vertical and horizontal directions, and the shape error is μm. The shape error in this example was 36.9 μm in width. FIG. 8 shows an example of the fitting error in the case where the shape error is approximated in the sub-scanning direction as described above, and thereafter, the coefficients of the respective orders are approximated in the main scanning direction. Show. The unit is the same as in FIG. The approximate error at this time was 2.9 μm in width.

これに対して、図9は一括してフィッティングした場合のフィッティング誤差を示している。このときの近似誤差は幅で15.7μmであった。図8、図9を比較すると一括してフィッティングした場合のほうが誤差が大きいことが分かる。よって本実施例のように段階を置いて近似するほうが望ましいことが分かる。   On the other hand, FIG. 9 shows the fitting error when fitting all at once. The approximate error at this time was 15.7 μm in width. Comparing FIG. 8 and FIG. 9, it can be seen that the error is larger when the fitting is performed collectively. Therefore, it can be seen that it is preferable to approximate in stages as in this embodiment.

(ステップ5)形状誤差のモデリング工程(算出工程)
ステップ4の形状測定工程で測定した、光学素子の形状データから設計形状を差し引くことで形状誤差を算出する。次に形状誤差を多項式で近似する。このとき形状誤差関数の次数は設計で用いている次数と同じかそれよりも大きい次数を用いることが望ましい。一般に実際の光学素子の形状はクセ等の影響のため設計値の面形状に比べて複雑な形状になっている場合が多い。特に光学面端部において急激な変化をしている場合があり、このような形状誤差も含めて多項式近似を行うには設計値以上の高次関数で表現する必要がある。
(Step 5) Shape error modeling process (calculation process)
A shape error is calculated by subtracting the design shape from the shape data of the optical element measured in the shape measurement step in step 4. Next, the shape error is approximated by a polynomial. At this time, the order of the shape error function is preferably the same as or larger than the order used in the design. In general, the shape of an actual optical element is often a complicated shape compared to the surface shape of a design value due to the influence of habit and the like. In particular, there may be abrupt changes at the end of the optical surface, and in order to perform polynomial approximation including such a shape error, it is necessary to express it with a higher-order function than the design value.

設計時の面形状は必要十分な次数の非球面係数で光学面が表されていることが一般的であり、誤差形状を表現する多項式が設計値と同程度未満の次数しか持たない場合、必要としている精度が得られないことが容易に予想できる。また、フィッティング精度が悪い場合は、組み立て精度などの公差も考慮した上での光線通過範囲に限定してフィッティングを行っても良い。図4は組み立て精度などの公差も考慮した光学素子の光学面上での光線通過範囲を示したものであり、図中点線で囲まれた領域が該当する。   The surface shape at the time of design is generally expressed as an optical surface with an aspherical coefficient of the necessary and sufficient order, and is necessary when the polynomial that expresses the error shape has an order less than the design value. It can be easily predicted that the accuracy is not obtained. When the fitting accuracy is poor, the fitting may be performed by limiting the light beam passing range in consideration of tolerances such as assembly accuracy. FIG. 4 shows a light beam passing range on the optical surface of the optical element in consideration of tolerances such as assembly accuracy, and a region surrounded by a dotted line in the figure corresponds.

形状のフィッティング範囲を測定領域全域から図4の点線で囲まれた本当に必要な領域のみに限定することで、光学面端部の形状誤差のような急激な形状誤差をフィッティングする必要がなくなるため、フィッティング精度の向上が期待できる。本実施形態では副走査断面方向に関しては4次までの非球面係数を用いて設計したため、以下に示すような4次関数で近似した。   By limiting the shape fitting range from the entire measurement region to only the really necessary region surrounded by the dotted line in FIG. Improvement of fitting accuracy can be expected. In this embodiment, the sub-scanning cross-sectional direction is designed using aspherical coefficients up to the fourth order, and thus approximated by a quartic function as shown below.

X = Ay + By・Z + Cy・Z+ Dy・Z + Ey・Z
ただし X:形状誤差 Z:副走査断面方向の座標 添え字y:光学面上における主走査断面方向の座標
以上の式が測定位置yごとに得られた。また、副走査断面が円弧で設計されている場合は、上記に記載したような多項式を用いて近似しても良いし、曲率もしくは曲率半径でフィッティングしても良い。ただし、光学面のクセがひどくて曲率ではフィッティングできない場合は多項式で近似することでフィッティング精度を上げることができる。このため、副走査方向(子線断面)に対して形状誤差を多項式で近似することが望ましい。尚、フィッティング精度を上げるため次数を4次より多くしても良い。
X = Ay + By · Z + Cy · Z 2 + Dy · Z 3 + Ey · Z 4
However, X: Shape error Z: Coordinate in the sub-scanning cross-sectional direction Subscript y: Coordinate in the main-scanning cross-sectional direction on the optical surface The above equation was obtained for each measurement position y. In addition, when the sub-scan section is designed as an arc, it may be approximated using a polynomial as described above, or may be fitted with a curvature or a radius of curvature. However, if the optical surface is bad and cannot be fitted by curvature, fitting accuracy can be improved by approximating with a polynomial. For this reason, it is desirable to approximate the shape error with a polynomial in the sub-scanning direction (child line cross section). Note that the order may be increased from the fourth order in order to increase the fitting accuracy.

以上の形状誤差の近似を全走査領域に渡り行う。その結果、測定位置ごとに前述の形状誤差関数が得られる。続いて、形状誤差関数の同じ次数にかかる係数を取り出し、主走査断面方向に関する多項式を近似して求める。例えばZの一次の係数B50、 B49、B48、…、B-50やZの二次の係数C50、 C49、C48、…、C-50といった係数に対して
B(Y) = P1 + Q1・Y2 + R1・R4 +S1・R6
C(Y) = P2 + Q2・Y2 + R2・Y4 +S2・Y6
といった多項式で近似し、Zの各係数をYの関数として表現する。この近似をZの全次数に対して行うことで光学面上の形状誤差を以下のような1つの式で表現することが可能になる。
The above shape error approximation is performed over the entire scanning region. As a result, the aforementioned shape error function is obtained for each measurement position. Subsequently, a coefficient relating to the same order of the shape error function is taken out and approximated by a polynomial related to the main scanning section direction. For example, for primary coefficients B 50 , B 49 , B 48 , ..., B -50 and Z secondary coefficients C 50 , C 49 , C 48 , ..., C -50
B (Y) = P 1 + Q 1・ Y 2 + R 1・ R 4 + S 1・ R 6
C (Y) = P 2 + Q 2・ Y 2 + R 2・ Y 4 + S 2・ Y 6
And each coefficient of Z is expressed as a function of Y. By performing this approximation for all orders of Z, the shape error on the optical surface can be expressed by the following one expression.

X(Y,Z) = A(Y) + B(Y)・Z + C(Y)・Z2+ D(Y)・Z3 + E(Y)・Z4
本実施形態では主走査方向(Y方向)に関して光軸を境にそれぞれの領域で上記の多項式で近似した。設計値にあわせて次数は16次までの偶関数とした。その際Yの二次以下の関数に関しては各領域で同じ係数を用いている。フィッティングに用いる関数は偶関数である必要は必ずしもなく、例えば領域を分けずに偶数項、奇数項をともに用いて形状誤差を1つの関数で表現しても良い。
X (Y, Z) = A (Y) + B (Y) ・ Z + C (Y) ・ Z 2 + D (Y) ・ Z 3 + E (Y) ・ Z 4
In the present embodiment, the polynomial is approximated by the above polynomial in each region with the optical axis as a boundary in the main scanning direction (Y direction). The order is an even function up to the 16th order according to the design value. At that time, the same coefficient is used in each region for the function of the second order or less of Y. The function used for the fitting does not necessarily need to be an even function. For example, the shape error may be expressed by one function using both even and odd terms without dividing the region.

このような表現式を採用することで以下のような利点が発生する。一つは一関数で形状誤差を表現しているため、形状誤差による光学性能の変化をシミュレーションすることが容易になる。他の一つとしてはA(Y)は光学素子の母線形状誤差、B(Y)は副走査断面の傾き誤差、C(Y)は副走査断面の曲率誤差相当を意味している。このため、シミュレーション結果とステップ2の光学性能の測定工程の結果が一致しないとき、どの係数の関数を修整すればよいか容易に判断できる。例えば走査線湾曲が一致しない場合、走査線湾曲は光学面の傾きに大きく影響されるため、B(Y)を修整すればよいことがわかる。   Employing such an expression yields the following advantages. One expresses the shape error with a function, so it is easy to simulate changes in optical performance due to the shape error. As another one, A (Y) means the bus shape error of the optical element, B (Y) means the inclination error of the sub-scanning section, and C (Y) means the curvature error of the sub-scanning section. For this reason, when the simulation result and the result of the optical performance measurement process in step 2 do not match, it is possible to easily determine which coefficient function should be corrected. For example, when the scanning line curvatures do not match, the scanning line curvature is greatly affected by the inclination of the optical surface, and thus it is understood that B (Y) may be modified.

なお、形状誤差の算出はステップ2の光学性能測定工程で評価した光学素子の全光学面に対して行う必要がある。例えば光学性能を評価する際、二枚のレンズを一組にして評価した場合は4面分の形状誤差の関数を算出する必要がある。なぜならば、全ての光学面に対して行わないと、形状シミュレーションの結果とステップ2の光学性能測定工程の測定値とを比較できないためである。   The calculation of the shape error needs to be performed on all the optical surfaces of the optical elements evaluated in the optical performance measurement process in Step 2. For example, when evaluating optical performance, if two lenses are evaluated as a set, it is necessary to calculate a function of shape error for four surfaces. This is because the result of the shape simulation cannot be compared with the measurement value of the optical performance measurement process in Step 2 unless it is performed for all optical surfaces.

(ステップ6)形状シミュレーション工程
前記ステップ5の形状誤差の算出工程で得られた2次元の形状誤差関数X(Y,Z)を元に、光学シミュレータで形状誤差を加味した光学性能をシミュレーションする。その際、前述したように算出した全光学面の誤算関数を用いて光学性能をシミュレーションする。
(Step 6) Shape Simulation Step Based on the two-dimensional shape error function X (Y, Z) obtained in the shape error calculation step in Step 5, the optical performance with the shape error is simulated by an optical simulator. At that time, the optical performance is simulated using the error calculation function of all the optical surfaces calculated as described above.

(ステップ7)形状シミュレーションと測定結果の整合性チェック工程
ステップ6の形状シミュレーション工程で得られた形状誤差を加味した光学性能とステップ2の光学性能測定工程の測定値を比較し、各評価項目における差が、少なくとも許容できる程度以下になっていることを確認する。尚、ステップ6の形状シミュレーション工程で得られた形状誤差を加味した光学性能とステップ2の光学性能測定工程の測定値との差は型補正後も依然として残ることが予想される。このため、差が大きい場合は、再度型補正が必要になることが予想されるため、形状誤差のフィッティングからやり直すか、形状誤差関数を修正する必要がある。
(Step 7) Consistency Check Process of Shape Simulation and Measurement Result The optical performance taking into account the shape error obtained in the shape simulation process of Step 6 is compared with the measured value of the optical performance measurement process of Step 2, and each evaluation item Make sure that the difference is at least acceptable. Note that it is expected that the difference between the optical performance taking into account the shape error obtained in the shape simulation process in Step 6 and the measurement value in the optical performance measurement process in Step 2 will remain after the mold correction. For this reason, when the difference is large, it is expected that the mold correction is necessary again. Therefore, it is necessary to start again from the fitting of the shape error or to correct the shape error function.

(ステップ8)形状誤差関数の修正工程
形状誤差関数をステップ5の形状誤差の算出工程で述べたように、
X(Y,Z) = A(Y) + B(Y)・Z + C(Y)・Z2+ D(Y)・Z3 + E(Y)・Z4
と表したとき、A(Y)は光学素子の母線形状誤差、B(Y)は副走査断面の傾き誤差、C(Y)は副走査断面の曲率誤差相当を意味する。このため、シミュレーション結果とステップ2の光学性能測定工程の結果が一致しないとき、どの係数の関数を修整すればよいか容易に判断できる。例えば走査線湾曲が不一致な場合、走査線湾曲は光学面の傾きに大きく影響されるため、B(Y)を修整すればよいことがわかる。以下、走査線湾曲を例として具体的な補正方法について述べる。
(Step 8) Correction process of shape error function As described in the calculation process of shape error in step 5, the shape error function is as follows.
X (Y, Z) = A (Y) + B (Y) ・ Z + C (Y) ・ Z 2 + D (Y) ・ Z 3 + E (Y) ・ Z 4
A (Y) means the bus shape error of the optical element, B (Y) means the tilt error of the sub-scan section, and C (Y) means the curvature error of the sub-scan section. For this reason, when the simulation result and the result of the optical performance measurement process in step 2 do not match, it is possible to easily determine which coefficient function should be modified. For example, when the scanning line curvature does not match, the scanning line curvature is greatly influenced by the inclination of the optical surface, and thus it is understood that B (Y) may be corrected. Hereinafter, a specific correction method will be described taking scanning line curvature as an example.

先ず副走査方向の照射位置と副走査断面の倒れを関連付ける敏感度を算出する。次に修正する面を決定する。特に補正対象の光学面の中で敏感度が高い面がある場合は、その面の誤差関数を修整することが望ましい。なぜならば、一つは他の面の係数を修整する場合と比較し、形状を大きく変えないで修整することが可能になり、他の光学性能への影響を極力抑えることが可能になることが挙げられる。他の一つは敏感度が高いが故に、フィッティング誤差の影響が現れ易く、敏感度が高い面のフィッティング誤差が不一致の原因を作り出している可能性が高いことが挙げられる。   First, the sensitivity that relates the irradiation position in the sub-scanning direction and the tilt of the sub-scanning section is calculated. Next, the surface to be corrected is determined. In particular, when there is a highly sensitive surface among the optical surfaces to be corrected, it is desirable to correct the error function of that surface. This is because, compared to the case where the coefficients of other surfaces are modified, it is possible to modify the shape without greatly changing the shape and to suppress the influence on other optical performances as much as possible. Can be mentioned. The other is because of the high sensitivity, the effect of the fitting error is likely to appear, and there is a high possibility that the fitting error of the highly sensitive surface is causing the mismatch.

求めた副走査方向の照射位置の敏感度と、補正すべき照射位置の量より、形状誤差関数のB(Y)に対して修整すべき傾き量が各Yに対して求められる。この修整すべき傾き量をB(Y)を求めたときと同じ手法を用いてフィッティングすることで修整傾き関数dB(Y)が求まる。よって、
B(Y) → B(Y) + dB(Y)
として誤算関数X(Y,Z)に組み込むことで傾きの修正が可能になる。主走査方向の像面湾曲や、部分倍率はA(Y)を、副走査像面湾曲はC(Y)を走査線湾曲と同様の手法を用いて以下のように形状誤差関数を修整すればよい。
From the obtained sensitivity of the irradiation position in the sub-scanning direction and the amount of irradiation position to be corrected, an inclination amount to be corrected for B (Y) of the shape error function is obtained for each Y. The corrected inclination function dB (Y) is obtained by fitting the amount of inclination to be corrected using the same method as that for determining B (Y). Therefore,
B (Y) → B (Y) + dB (Y)
Incorporation into the miscalculation function X (Y, Z) makes it possible to correct the inclination. If the shape error function is modified as follows using the same method as the scanning line curve, the field curvature in the main scanning direction, the partial magnification is A (Y), and the sub-scanning field curvature is C (Y). Good.

X(Y,Z) = A(Y) + B(Y)・Z + C(Y)・Z2+ D(Y)・Z3 + E(Y)・Z4
→ X(Y,Z) = { A(Y) +d A(Y) } + { B(Y) + dB(Y) }・Z + { C(Y) + dC(Y) }・Z2+ { D(Y) + dD(Y) }・Z3 + { E(Y) + dE(Y) }・Z4

修正する面は敏感度を考慮し、係数ごとに任意に選択することが望ましい。これは評価項目によっては敏感度の高い面がことなるためである。また修正する面数は任意の1面を選択することが望ましい。これは計算を複雑にしないためである。但し修正量が大きく、面形状を大きく変えてしまう場合は複数面で修正を分担してもよい。この後、再びステップ7の形状シミュレーションと測定結果の整合性チェック工程を再度実施し、測定値と形状誤差関数を用いたシミュレーション値との差が、少なくとも許容できる程度以下になっていることを確認する。もし許容値以下になっていない場合は改めてステップ8の形状誤差関数の修正工程の手法を用い、修正関数の修正関数を求め、形状誤差関数を修正すればよい。
X (Y, Z) = A (Y) + B (Y) ・ Z + C (Y) ・ Z 2 + D (Y) ・ Z 3 + E (Y) ・ Z 4
→ X (Y, Z) = {A (Y) + d A (Y)} + {B (Y) + dB (Y)} ・ Z + {C (Y) + dC (Y)} ・ Z 2 + {D (Y) + dD (Y)} ・ Z 3 + {E (Y) + dE (Y)} ・ Z 4

The surface to be corrected is desirably selected for each coefficient in consideration of sensitivity. This is because a highly sensitive surface varies depending on the evaluation item. Further, it is desirable to select any one surface to be corrected. This is because the calculation is not complicated. However, when the amount of correction is large and the surface shape is greatly changed, the correction may be shared by a plurality of surfaces. After this, the shape simulation in step 7 and the consistency check process of the measurement result are performed again, and it is confirmed that the difference between the measured value and the simulation value using the shape error function is at least acceptable. To do. If it is not less than the allowable value, the shape error function may be corrected by obtaining the correction function of the correction function again by using the method of the shape error function correction step in step 8.

(ステップ9)型加工値の算出工程
これまでの工程を実施することでステップ2の光学性能の測定工程で得られた測定値をほぼ再現した形状誤差関数を得ることができる。光学素子にとっての補正形状とは、ちょうど形状誤差の符号を反転した形状となる。ただし型から光学素子を取り出す際、光学素子内部の応力や、型と外気の温度差の影響により型の形状と光学素子の形状は厳密には異なる。このため、補正形状どおりに型の形状を補正しても、光学素子の形状は思い通りに補正されないことがある。このときの形状のずれが光学性能にほとんど影響しなければ問題ない。しかしながら補正量が大きい場合や敏感度の高い光学面を補正する場合は、光学性能に影響が現れ易いため、上記の影響を加味して型加工値を求める(算出する)必要がある。
(Step 9) Mold Machining Value Calculation Step By performing the steps so far, a shape error function that substantially reproduces the measurement value obtained in the optical performance measurement step in Step 2 can be obtained. The corrected shape for the optical element is a shape obtained by inverting the sign of the shape error. However, when the optical element is taken out from the mold, the shape of the mold and the shape of the optical element are strictly different due to the stress inside the optical element and the influence of the temperature difference between the mold and the outside air. For this reason, even if the shape of the mold is corrected according to the corrected shape, the shape of the optical element may not be corrected as desired. There is no problem if the shape shift at this time hardly affects the optical performance. However, when the correction amount is large or when an optical surface with high sensitivity is corrected, the optical performance is likely to be affected. Therefore, it is necessary to obtain (calculate) the die machining value in consideration of the above effects.

具体的な方法としては、現在の型の形状と光学素子の形状を比較して収縮率を求め、この収縮率で収縮させたときに、ちょうど光学素子が補正形状となるような型の補正形状を逆算して求めればよい。   A specific method is to compare the shape of the current mold with the shape of the optical element to obtain the shrinkage rate, and when it is shrunk at this shrinkage rate, the correct shape of the mold is such that the optical element becomes the corrected shape. Can be obtained by calculating back.

収縮率を求める方法としては、以下に挙げる方法がある。計算機上で型形状を任意な収縮率で変形し、このとき得られた形状と、実際に成形された光学素子の光学面形状とを比較する。収縮率を変えながらこの比較を行い、最も差が小さくなるような収縮率を探索する。この差が最も小さいときの収縮率をこの光学面に対する収縮率とする。他の方法としては光学素子の光学面に対応する型の面に対して複数の印を設ける。そして型に設けた印の間隔と、光学素子側に転写された印の間隔を比較することで収縮率を求めてもよい。もしくは光学素子の光学面を転写する型側のパーツの長さと、このパーツのエッジ部分に対応する光学素子側の両端の幅を比較することで収縮率を求めても良い。   As a method for obtaining the shrinkage rate, there are the following methods. The shape of the mold is deformed at an arbitrary shrinkage rate on a computer, and the shape obtained at this time is compared with the optical surface shape of the actually molded optical element. This comparison is performed while changing the shrinkage rate, and the shrinkage rate that minimizes the difference is searched. The shrinkage rate when this difference is the smallest is taken as the shrinkage rate for this optical surface. As another method, a plurality of marks are provided on the surface of the mold corresponding to the optical surface of the optical element. The shrinkage rate may be obtained by comparing the interval between the marks provided on the mold and the interval between the marks transferred to the optical element side. Alternatively, the contraction rate may be obtained by comparing the length of the part on the mold side to which the optical surface of the optical element is transferred and the width of both ends on the optical element side corresponding to the edge portion of the part.

(ステップ10)補正加工工程
ステップ9の型加工値の算出工程で導出された補正形状(補正量)を元に、現在の鏡面型形状に重畳した新たな面形状(光学機能面)を元に金型の鏡面駒を作成(補正加工)する。
(Step 10) Correction processing step Based on the corrected shape (correction amount) derived in the die machining value calculation step in Step 9, based on the new surface shape (optical function surface) superimposed on the current mirror surface shape Create (correction process) the mirror surface piece of the mold.

(ステップ11)再成形工程
最後に補正加工工程で補正加工した鏡面駒でステップ1のイニシャル成形工程と同一の成形条件で射出成形を行う。これにより光学素子の光学性能や面形状を精度よく補正することが可能になる。また、再成形した結果、離形量が補正前後で異なる場合は、改めて成形品の形状が安定して同じ形状で射出成形できるように成形条件を検討し直してもよい。
(Step 11) Re-molding process Finally, injection molding is performed under the same molding conditions as the initial molding process of Step 1 with the mirror piece corrected in the correction process. As a result, the optical performance and surface shape of the optical element can be accurately corrected. Further, when the remolding results in different mold release amounts before and after the correction, the molding conditions may be re-examined so that the shape of the molded product can be stably molded with the same shape.

以上、ステップ3の光学性能評価工程でOKが出るまでステップ2〜ステップ11の工程を繰り返し行うことで所望の光学性能を持つ光学素子を成形することができる。   As described above, an optical element having a desired optical performance can be formed by repeatedly performing the steps 2 to 11 until OK is obtained in the optical performance evaluation step of step 3.

[実施例2]
実施例1は主として光軸もしくは母線上を光線が通過する光学素子の補正方法に関する。もちろん、母線上を光線が通らないような光学素子に対しても実施例1で述べた方法は有効である。本実施例では母線上を光線が通らないような光学素子に対し、ステップ8の形状誤差関数の修正工程において式を変形することでより精度よく、かつ容易に形状誤差を修整する。次にその方法について述べる。
[Example 2]
The first embodiment mainly relates to a method for correcting an optical element in which a light beam passes on an optical axis or a bus. Of course, the method described in the first embodiment is also effective for an optical element in which light does not pass on the bus. In this embodiment, the shape error can be corrected more accurately and easily by changing the equation in the shape error function correcting step in Step 8 for the optical element in which the light beam does not pass on the bus. Next, the method will be described.

本実施例において、実施例1と異なる点は、ステップ8での形状誤差関数の表現方法である。下記で詳細に説明するように母線基準ではなく光線通過位置基準で形状誤差関数の表現方法をする。これにより形状誤差関数の補正による光線通過位置のズレが軽減され、より精度良く補正を行っている。よって、図1に示す全工程のうちステップ1のイニシャル成形工程〜ステップ7の形状シミュレーションと測定結果の整合性チェック工程までの工程は実施例1の工程と全く同じである。   The present embodiment is different from the first embodiment in the shape error function expression method in step 8. As will be described in detail below, the shape error function is expressed not on the basis of the bus but on the basis of the light beam passage position. Thereby, the deviation of the light beam passing position due to the correction of the shape error function is reduced, and the correction is performed with higher accuracy. Therefore, the processes from the initial molding process of Step 1 to the shape simulation of Step 7 and the consistency check process of the measurement results among all processes shown in FIG.

(ステップ8)形状誤差関数の修正工程
この時点では形状誤差関数はステップ5の形状誤差の算出工程で述べたように、
X(Y,Z) = A(Y) + B(Y)・Z + C(Y)・Z2+ D(Y)・Z3 + E(Y)・Z4
と表されている。上記の式のまま形状誤差関数の修正を行うと、Zの1次項以上の高次係数を修正する場合、光線が母線を通過していない場合は、光線の入射位置が変わってしまう。
(Step 8) Shape Error Function Correction Process At this time, the shape error function is the same as described in the shape error calculation process in Step 5,
X (Y, Z) = A (Y) + B (Y) ・ Z + C (Y) ・ Z 2 + D (Y) ・ Z 3 + E (Y) ・ Z 4
It is expressed. If the shape error function is corrected while maintaining the above equation, the incident position of the light beam changes when the higher-order coefficient of the first-order term of Z is corrected or when the light beam does not pass through the bus.

以下、走査線湾曲を補正した場合の弊害について述べる。実施例1で述べたように走査線湾曲を補正するには
B(Y) → B(Y) + dB(Y)
とすることで光学面の傾きを変えて補正する。このとき光学面は母線を中心に傾くため母線以外の場所は後述する図5の偏向手段5から見て奥もしくは手前に移動する。走査中、一般的に光学面に入射する光束は面法線に対して傾いて入射するため、光学面の位置が奥手前方向にずれると光線通過位置もずれる。
Hereinafter, the adverse effects of correcting the scanning line curvature will be described. To correct scanning line curvature as described in the first embodiment
B (Y) → B (Y) + dB (Y)
By changing the inclination of the optical surface, correction is performed. At this time, since the optical surface is tilted around the generatrix, the area other than the generatrix moves to the back or near as viewed from the deflecting means 5 shown in FIG. During scanning, a light beam incident on the optical surface is generally inclined with respect to the surface normal, so that the light beam passing position is also shifted when the position of the optical surface is shifted in the forward direction.

よって、この状態で走査線湾曲を補正すると、光線通過位置ズレの影響受けて、像面湾曲などの他の光学性能が変わってしまう可能性がある。よって、他の光学性能を補正するときは走査線湾曲補正に伴う影響を加味して形状誤差関数を修正する必要がある。但し像面湾曲を補正すると光線通過位置が変わり、再び走査線湾曲の性能が変わってしまうことが予想され、とりとめのない計算が必要になる。   Therefore, if the scanning line curvature is corrected in this state, other optical performance such as field curvature may be changed due to the influence of the deviation of the light beam passing position. Therefore, when correcting other optical performances, it is necessary to correct the shape error function in consideration of the influence of the scanning line curvature correction. However, if the curvature of field is corrected, the light beam passing position changes, and it is expected that the performance of the scanning line curve will change again, so that a rough calculation is required.

そこで本実施例では形状誤差関数の修正に伴う光線通過位置ズレによる影響を受けない方法を用いている。光線通過位置ズレを発生させないためには、各係数を修正する際、光線通過位置を基準として修正すればよい。先ず、実施例1では副走査断面に関する形状誤差関数を以下のように表した。   Therefore, in the present embodiment, a method that is not affected by the deviation of the light passing position accompanying the correction of the shape error function is used. In order to prevent the deviation of the light beam passing position, it is only necessary to correct the coefficient with reference to the light beam passing position when correcting each coefficient. First, in Example 1, the shape error function related to the sub-scanning cross section is expressed as follows.

Xy(Z) = Ay + By・Z + Cy・Z2+ Dy・Z3 + Ey・Z4
これに対して、本実施形態では光線通過高さをkyとする時、副走査断面に関する形状誤差関数を
Xy(Z) = Ay’ + By’・( Z - Ky ) + C y’・( Z - Ky )2+ D y’・( Z - Ky )3 + E y’・ (Z - Ky )4
のように光線通過位置を基準とした表現式に改める。
Xy (Z) = Ay + By ・ Z + Cy ・ Z 2 + Dy ・ Z 3 + Ey ・ Z 4
On the other hand, in this embodiment, when the light beam passing height is ky, the shape error function related to the sub-scanning cross section is
Xy (Z) = Ay '+ By' ・ (Z-Ky) + C y '・ (Z-Ky) 2 + D y' ・ (Z-Ky) 3 + E y '・ (Z-Ky) 4
The expression is changed based on the light passage position as follows.

形状誤差関数の修正する場合は上記のAy’、 By’、 C y’、 D y’、 E y’を修正することで、Zの一次項以上の係数項に関しては光線通過位置をずらすことなく各光学性能を修正することが可能になる。   When correcting the shape error function, correct the above Ay ', By', Cy ', Dy', and Ey 'so that the ray passage position is not shifted for coefficient terms higher than the first order term of Z. Each optical performance can be modified.

各光学性能と各係数を関連付ける敏感度を算出する際は、母線を基準として係数を変えるのではなく光線通過位置を基準として敏感度を求める必要がある。例えば副走査方向の照射位置と副走査断面の倒れを関連付ける敏感度を求める場合は、母線を中心に傾けるのではなく、光線通過位置を中心として傾け、そのときの照射位置ズレをもとに敏感度を求めればよい。尚、最終的に得られる修正後の形状誤差関数は以下のように表される。
X(Y,Z) = { A(Y) +d A(Y) } + { B(Y) + dB(Y) }・(Z - + { C(Y) + dC(Y) }・Z2+ { D(Y) + dD(Y) }・Z3 + { E(Y) + dE(Y) }・Z4
(ステップ9)型加工値の算出工程
実施例1と同じである。
(ステップ10)補正加工工程
実施例1と同じである。
(ステップ11)再成形工程
実施例1と同じである。
When calculating the sensitivity for associating each optical performance with each coefficient, it is necessary to obtain the sensitivity based on the light passing position instead of changing the coefficient based on the bus. For example, when finding the sensitivity that correlates the irradiation position in the sub-scanning direction with the tilt of the sub-scanning section, it is not tilted around the generatrix but is tilted around the light beam passing position and is sensitive based on the irradiation position deviation at that time. Find the degree. The corrected shape error function finally obtained is expressed as follows.
X (Y, Z) = {A (Y) + d A (Y)} + {B (Y) + dB (Y)} ・ (Z-+ {C (Y) + dC (Y)} ・ Z 2 + {D (Y) + dD (Y)} ・ Z 3 + {E (Y) + dE (Y)} ・ Z 4
(Step 9) Mold machining value calculation step The same as in the first embodiment.
(Step 10) Correction processing step The same as in the first embodiment.
(Step 11) Remolding Step The same as in Example 1.

以上のように各実施例によれば、実際の光学面を極力正しくモデリングし、ピント位置などの光学性能の実測値と、面形状から予想される光学性能を対応付けられるようにしている。そして仮に実測とシミュレーション結果が一致しなかった場合、極力容易に面形状を修正できるようにすることで所望の光学性能や面形状に対して精度良く製造することが可能になる。またこのような製造方法で成形された光学素子を用いることで、高精度な性能を持つ光走査装置を提供することが可能となる。   As described above, according to each embodiment, an actual optical surface is modeled as accurately as possible so that an actual measurement value of optical performance such as a focus position can be associated with an optical performance predicted from the surface shape. If the actual measurement and the simulation result do not coincide with each other, the surface shape can be corrected as easily as possible so that the desired optical performance and the surface shape can be accurately manufactured. Further, by using an optical element molded by such a manufacturing method, it is possible to provide an optical scanning device having high-precision performance.

この他本発明によれば、
(イ)各ステップをおいてフィッティング作業を行う。このため、一度に二次元の形状フィッティングを行う場合と比べ、ローカルミニマムに陥りにくく、またローカルミニマムに陥った場合でも他の断面のフィッティング誤差の程度を比較することで発見が容易となる。このため、形状フィッティング開始の状態を変えることで精度よく形状フィッティングが可能になる。
In addition, according to the present invention,
(B) Fitting work is performed at each step. For this reason, compared with the case where two-dimensional shape fitting is performed at a time, it is difficult to fall into the local minimum, and even when falling into the local minimum, it is easy to find out by comparing the degree of fitting errors of other cross sections. For this reason, the shape fitting can be performed with high accuracy by changing the state of the shape fitting start.

(ロ)主走査断面方向にフィッティングする際、副走査断面の複数のフィッティング関数を次数ごとにフィッティングする。このため、一度に全次数のフィッティングをする場合と比べ、ローカルミニマムに陥りにくく、またローカルミニマムに陥った場合でも、発見が容易である。この結果、形状フィッティング開始のスタート状態を変えることで精度よく形状フィッティングが可能になる。   (B) When fitting in the main scanning section direction, a plurality of fitting functions of the sub-scanning section are fitted for each order. For this reason, compared to the case of fitting all orders at once, it is less likely to fall into the local minimum, and even if it falls into the local minimum, discovery is easy. As a result, the shape fitting can be performed with high accuracy by changing the start state of the shape fitting start.

(ハ)走査光学系の場合は、光束は光学面上を主走査方向に走査するため、像面湾曲や走査線湾曲など光学的な評価は一般的に主走査方向に対して複数箇所で行われる。よって形状フィッティングした結果から予想される光学性能と光学性能の実測値が一致せず、フィッティングした形状に対して何らかの修整を行う必要が生じた場合、はじめから副走査方向の次数ごとに主走査の関数で表現されている。このため容易にフィッティング形状に対して補正が行い易い。例えば走査線湾曲を補正する場合は、副走査方向の一次項に関わる関数のみを修整すればよく、また副走査方向の像面湾曲を補正する場合は、副走査方向の二次項に関わる関数のみを修整すればよい。   (C) In the case of a scanning optical system, since the light beam scans on the optical surface in the main scanning direction, optical evaluation such as field curvature and scanning line curvature is generally performed at a plurality of locations in the main scanning direction. Is called. Therefore, if the optical performance expected from the result of shape fitting does not match the measured value of the optical performance, and it is necessary to perform some correction on the fitted shape, the main scanning is performed for each order in the sub-scanning direction from the beginning. It is expressed as a function. For this reason, it is easy to correct the fitting shape. For example, when correcting the scanning line curvature, only the function related to the primary term in the sub-scanning direction needs to be modified. When correcting the field curvature in the sub-scanning direction, only the function related to the secondary term in the sub-scanning direction is required. You just have to fix it.

[光走査装置1]
図5は本発明の光走査装置の実施例1の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。以下の説明において、主走査方向(Y方向)とは偏向手段の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向(偏向手段で光束が反射偏向(偏向走査)される方向)である。副走査方向(Z方向)とは偏向手段の回転軸と平行な方向である。また主走査断面とは主走査方向と結像手段の光軸を含む平面である。また、副走査断面とは、主走査断面と垂直な断面である。図中、1は光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。本実施例の半導体レーザ1より発振される光の波長は780nmである。
[Optical scanning device 1]
FIG. 5 is a sectional view (main scanning sectional view) of the principal part in the main scanning direction of the optical scanning apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the following description, the main scanning direction (Y direction) is a direction perpendicular to the rotation axis of the deflecting unit and the optical axis of the imaging optical system (the direction in which the light beam is reflected and deflected (deflected and scanned) by the deflecting unit). The sub-scanning direction (Z direction) is a direction parallel to the rotation axis of the deflecting unit. The main scanning section is a plane including the main scanning direction and the optical axis of the imaging means. The sub-scanning section is a section perpendicular to the main scanning section. In the figure, reference numeral 1 denotes a light source means, which is composed of, for example, a semiconductor laser. The wavelength of light oscillated from the semiconductor laser 1 of this embodiment is 780 nm.

コリメータレンズ21は光源手段1から出射された発散光束を略平行光に変換する。その後、副走査方向のみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ22に入射した光束は副走査断面に関して光偏向器5の偏向面(反射面)5aに線像として結像させる。3は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。コリメータレンズ21、シリンドリカルレンズ22、開口絞り3等の各光学素子は入射光学手段LAの一要素を構成している。5は入射光学系LAより導光された光束を主走査方向に偏向走査する偏向手段としての光偏向器である。光偏向器5は例えば外径20mmの4面構成のポリゴンミラー(回転多面鏡)よりなっており、モータ等の駆動手段により図中矢印PA方向に一定速度で回転している。   The collimator lens 21 converts the divergent light beam emitted from the light source means 1 into substantially parallel light. Thereafter, the light beam incident on the cylindrical lens 22 having refractive power only in the sub-scanning direction is formed as a line image on the deflection surface (reflection surface) 5a of the optical deflector 5 with respect to the sub-scanning section. Reference numeral 3 denotes an aperture stop which shapes the beam shape by limiting the passing light flux. Each optical element such as the collimator lens 21, the cylindrical lens 22, and the aperture stop 3 constitutes one element of the incident optical means LA. An optical deflector 5 serves as a deflecting unit that deflects and scans the light beam guided from the incident optical system LA in the main scanning direction. The optical deflector 5 is composed of, for example, a four-sided polygon mirror (rotating polygonal mirror) having an outer diameter of 20 mm, and is rotated at a constant speed in the direction of arrow PA in the figure by a driving means such as a motor.

6は集光機能とfθ特性を有する結像光学系であり、プラスチック材料よりなる結像レンズ6a、6bより成る。結像手段6は偏向器5により反射偏向された画像情報に基づく光束を主走査断面内において被走査面としての感光ドラム面8上にスポット状に結像させる。そしてかつ副走査断面上において光偏向器5の偏向面5a及びその近傍と感光ドラム8との間を共役関係にすることにより、倒れ補正を行っている。8は被走査面としての感光ドラムである。   Reference numeral 6 denotes an imaging optical system having a condensing function and an fθ characteristic, and includes imaging lenses 6a and 6b made of a plastic material. The image forming means 6 forms a light beam based on the image information reflected and deflected by the deflector 5 in a spot shape on the photosensitive drum surface 8 as the surface to be scanned in the main scanning section. In addition, the tilt correction is performed by providing a conjugate relationship between the deflection surface 5a of the optical deflector 5 and the vicinity thereof and the photosensitive drum 8 on the sub-scan section. Reference numeral 8 denotes a photosensitive drum as a surface to be scanned.

本実施例において画像情報に応じて半導体レーザー1から出射した発散光束はコリメータレンズ21により略平行光され、シリンドリカルレンズ22により、副走査断面内においては光偏向器5の偏向面5aに線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。また開口絞り3を光束が通過する際 光束は被走査面上で所望のスポット径になるように光束幅を制限される。   In this embodiment, the divergent light beam emitted from the semiconductor laser 1 according to the image information is substantially collimated by the collimator lens 21, and the cylindrical lens 22 produces a line image (on the deflection surface 5 a of the optical deflector 5 in the sub-scan section). The image is formed as a longitudinal line image in the main scanning direction. Further, when the light beam passes through the aperture stop 3, the light beam width is limited so that the light beam has a desired spot diameter on the surface to be scanned.

そして光偏向器5の偏向面5aで反射偏向された光束は結像レンズ6a、6bを介して感光ドラム面8上にスポット状に結像され、光偏向器5を矢印PA方向に回転させることによって、感光ドラム面7上を矢印PB方向(主走査方向)に等速度で光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面8上に画像記録を行っている。本実施例では結像レンズ6a、6bを実施例1又は2に記載の光学素子の製造方法で成形することで、高精度の光走査装置として所望の性能を有している。   The light beam reflected and deflected by the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 is imaged in a spot shape on the photosensitive drum surface 8 through the imaging lenses 6a and 6b, and the optical deflector 5 is rotated in the direction of the arrow PA. Thus, optical scanning is performed on the photosensitive drum surface 7 in the arrow PB direction (main scanning direction) at a constant speed. Thereby, an image is recorded on the photosensitive drum surface 8 as a recording medium. In the present embodiment, the imaging lenses 6a and 6b are molded by the optical element manufacturing method described in the first or second embodiment, thereby having desired performance as a high-precision optical scanning device.

[光走査装置2]
図6は本発明の光走査装置の実施例2の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。なお、図中の添え数字は実施例1と同様の機能を持つものに対しては同じ添え数字を与えている。
[Optical scanning device 2]
FIG. 6 is a sectional view (main scanning sectional view) of the main part in the main scanning direction of the optical scanning apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same suffix numbers are given to those having the same functions as those in the first embodiment.

図中、1は光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。本実施形態では波長は790nmである。2はプラスチック材料からなるアナモフィックなパワーを有するカップリングレンズである。このカップリングレンズ2は本発明のいずれか1つの実施例の光学素子の製造方法で製造されたものである。カップリングレンズ2は光源手段1から出射された発散光束を主走査断面に関しては略平行光に変換する。そして副走査断面に関しては後述する光偏向器5の偏向面(反射面)5aに線像として結像させる。またカップリングレンズの入射面側には回折格子が設けられており、温度変動によるピントの移動を軽減している。   In the figure, reference numeral 1 denotes a light source means, which is composed of, for example, a semiconductor laser. In this embodiment, the wavelength is 790 nm. Reference numeral 2 denotes a coupling lens made of a plastic material and having an anamorphic power. The coupling lens 2 is manufactured by the optical element manufacturing method according to any one of the embodiments of the present invention. The coupling lens 2 converts the divergent light beam emitted from the light source means 1 into substantially parallel light with respect to the main scanning section. The sub-scan section is formed as a line image on a deflection surface (reflection surface) 5a of the optical deflector 5 described later. Further, a diffraction grating is provided on the incident surface side of the coupling lens to reduce the movement of the focus due to temperature fluctuation.

3は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。 尚、カップリングレンズ2は主走査方向と副走査方向で同じパワーを持つコリメータレンズとシリンドリカルレンズに分けて構成しても良い。またカップリングレンズ2、開口絞り3等の各光学素子は入射光学系LAの一要素を構成している。5は入射光学系LAより導光された光束を主走査方向に偏向走査する偏向手段としての光偏向器である。光偏向器5は例えば外径34mmの5面構成のポリゴンミラー(回転多面鏡)よりなっており、モータ等の駆動手段により図中矢印PA方向に一定速度で回転している。尚、入射光学手段LAからの光束は副走査断面において3°の角度で入射している。   Reference numeral 3 denotes an aperture stop which shapes the beam shape by limiting the passing light flux. The coupling lens 2 may be divided into a collimator lens and a cylindrical lens having the same power in the main scanning direction and the sub-scanning direction. Each optical element such as the coupling lens 2 and the aperture stop 3 constitutes an element of the incident optical system LA. An optical deflector 5 serves as a deflecting unit that deflects and scans the light beam guided from the incident optical system LA in the main scanning direction. The optical deflector 5 is composed of, for example, a polygon mirror (rotating polygonal mirror) having an outer diameter of 34 mm and is rotated at a constant speed in the direction of arrow PA in the figure by a driving means such as a motor. The light beam from the incident optical means LA is incident at an angle of 3 ° in the sub-scan section.

6は集光機能とfθ特性を有する結像光学系であり、プラスチック材料よりなる結像レンズ6a、6bより成る。結像手段6は偏向器5により反射偏向された画像情報に基づく光束を主走査断面内において被走査面としての感光ドラム面8上にスポット状に結像させる。そして副走査断面上において光偏向器5の偏向面5a及びその近傍と感光ドラム8との間を共役関係にすることにより、倒れ補正を行っている。7は防塵ガラスであり、光走査装置内部に埃、トナー等が侵入しないようにしている。8は被走査面としての感光ドラムである。   Reference numeral 6 denotes an imaging optical system having a condensing function and an fθ characteristic, and includes imaging lenses 6a and 6b made of a plastic material. The image forming means 6 forms a light beam based on the image information reflected and deflected by the deflector 5 in a spot shape on the photosensitive drum surface 8 as the surface to be scanned in the main scanning section. Then, the tilt correction is performed by providing a conjugate relationship between the deflection surface 5a of the optical deflector 5 and the vicinity thereof and the photosensitive drum 8 on the sub-scan section. A dust-proof glass 7 prevents dust, toner, and the like from entering the optical scanning device. Reference numeral 8 denotes a photosensitive drum as a surface to be scanned.

本実施例において画像情報に応じて半導体レーザー1から出射した発散光束はカップリングレンズ2により主走査断面内においては略平行光に、副走査断面内においては光偏向器5の偏向面5aに線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。また開口絞り3を光束が通過する際、光束は被走査面上で所望のスポット径になるように光束幅を制限される。そして光偏向器5の偏向面5aで反射偏向された光束は結像レンズ6a、6bを介して感光ドラム面8上にスポット状に結像され、光偏向器5を矢印PA方向に回転させることによって、感光ドラム面7上を矢印PB方向(主走査方向)に等速度で光走査している。   In this embodiment, the divergent light beam emitted from the semiconductor laser 1 in accordance with image information is converted into substantially parallel light in the main scanning section by the coupling lens 2 and is lined to the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 in the sub-scanning section. An image is formed as an image (line image elongated in the main scanning direction). When the light beam passes through the aperture stop 3, the light beam width is limited so that the light beam has a desired spot diameter on the surface to be scanned. The light beam reflected and deflected by the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 is imaged in a spot shape on the photosensitive drum surface 8 through the imaging lenses 6a and 6b, and the optical deflector 5 is rotated in the direction of the arrow PA. Thus, optical scanning is performed on the photosensitive drum surface 7 in the arrow PB direction (main scanning direction) at a constant speed.

これにより記録媒体としての感光ドラム面8上に画像記録を行っている。偏向面5aに光束が副走査方向に3°の角度をもって入射しているため、結像レンズ6a、6bを光束が通過する際、軸上以外は母線に対して上側を通過している。本実施例では結像レンズ6a、6bを実施例1又は2に記載の光学素子の製造方法で成形することで、高精度の光走査装置として所望の性能を有することが可能になった。   Thereby, an image is recorded on the photosensitive drum surface 8 as a recording medium. Since the light beam is incident on the deflecting surface 5a at an angle of 3 ° in the sub-scanning direction, when the light beam passes through the imaging lenses 6a and 6b, the light beam passes above the generatrix except for the axis. In this embodiment, the imaging lenses 6a and 6b are molded by the optical element manufacturing method described in the first or second embodiment, so that it is possible to have desired performance as a high-precision optical scanning device.

1 光源手段 2 カップリング 3 絞り
5 光偏向器 6 結像光学系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source means 2 Coupling 3 Aperture 5 Optical deflector 6 Imaging optical system

Claims (5)

光走査装置で使用する屈折力を有する光学素子を金型を用いて成形して製造する光学素子の製造方法において、金型を用いて光学素子を射出成形する射出成形工程、射出成形した光学素子の光学性能を測定する光学性能の測定工程、射出成形した光学素子の光学性能が許容値に入っているか否か評価し、許容値に入っていれば金型の鏡面駒の型補正を終了し、許容値外であれば次の工程をすすむ光学性能評価工程、許容値に入っていない射出成形された光学素子については、副走査方向に複数箇所で光学面の形状を測定する形状測定工程、形状測定工程での測定結果より光学素子の2次元の形状誤差関数を複数の子線断面に対して形状誤差を各々多項式で近似し、多項式の同じ次数の係数同士を主走査方向の関数として近似して求める形状誤差のモデリング工程、形状誤差のモデリング工程で得られた形状誤差関数を用いて光学素子の光学性能をシミュレーションする形状シミュレーション工程、形状シミュレーション工程での光学性能と光学性能の測定工程での測定値を比較し、測定結果の整合性をチェックする整合性チェック工程、整合性チェック工程での整合性がないときは形状誤差関数を修正し、形状シミュレーション工程に戻す形状誤差関数の修正工程、整合性チェック工程で整合性があれば形状シミュレーション工程での形状誤差関数する補正値を用いて金型の鏡面駒の形状を算出する型加工値の算出工程、型加工値の算出工程で得た補正値を用いて鏡面駒の形状を補正加工する補正加工工程、補正加工工程を行った金型を用いて光学素子を再成形する再成形工程、再成形工程で得られた光学素子の光学性能を測定するため光学性能の測定工程に戻し、その後一連の工程を繰り返す各工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。   In an optical element manufacturing method for manufacturing an optical element having a refractive power used in an optical scanning device by molding using a mold, an injection molding process for injection molding the optical element using a mold, an optical element molded by injection molding The optical performance measurement process for measuring the optical performance of the evaluation, whether or not the optical performance of the injection-molded optical element is within the allowable value, and if it is within the allowable value, the mold correction of the specular piece of the mold is terminated, An optical performance evaluation process that proceeds to the next step if it is outside the allowable value, and a shape measuring step that measures the shape of the optical surface at multiple locations in the sub-scanning direction for injection molded optical elements that are not within the allowable value, the shape From the measurement results in the measurement process, the two-dimensional shape error function of the optical element is approximated by a polynomial for each of the cross sections of the plurality of child lines, and the coefficients of the same order of the polynomial are approximated as a function in the main scanning direction. Shape error Comparison of measured values in the optical performance and optical performance measurement processes in the shape simulation process and shape simulation process that simulates the optical performance of the optical element using the shape error function obtained in the modeling process and the shape error modeling process If there is no consistency in the consistency check process or consistency check process for checking the consistency of measurement results, the shape error function is corrected and returned to the shape simulation process. If there is consistency, use the correction value obtained in the mold machining value calculation step to calculate the shape of the mirror surface piece of the mold using the correction value that is the shape error function in the shape simulation step, and the correction value obtained in the mold machining value calculation step. A correction process for correcting the shape of the mirror piece, a re-molding process for re-molding the optical element using the mold subjected to the correction process, Method of manufacturing an optical element, characterized in that the return to the step of measuring the optical performance for measuring the optical performance of the optical element obtained in the form step comprises the steps of thereafter repeating the series of steps. 前記型加工値の算出工程において、補正値には光学素子の射出成形したときの収縮率を入れて算出することを特徴とする請求項1に記載の光学素子の製造方法。   2. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein, in the step of calculating the die machining value, the correction value is calculated by including a shrinkage rate when the optical element is injection-molded. 前記形状誤差のモデリング工程における多項式は主走査方向の座標をY、副走査方向の座標をZ、光学面の形状誤差をX(Y、Z)、A(Y)以下を係数とするとき、
X(Y、Z)
=A(Y)+B(Y)・Z+C(Y)・Z2+D(Y)・Z3+E(Y)・Z4+...
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子の製造方法。
In the shape error modeling step, the polynomial in the main scanning direction is Y, the sub-scanning direction coordinate is Z, the optical surface shape error is X (Y, Z), and A (Y) or less is a coefficient.
X (Y, Z)
= A (Y) + B (Y) .Z + C (Y) .Z 2 + D (Y) .Z 3 + E (Y) .Z 4 +. . .
The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein
請求項1乃至4の何れか1項に記載の光学素子の製造方法で製造されたことを特徴とする光学素子。   An optical element manufactured by the method for manufacturing an optical element according to claim 1. 請求項4に記載の光学素子を用いていることを特徴とする光走査装置。   An optical scanning device using the optical element according to claim 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017124498A (en) * 2016-01-12 2017-07-20 財團法人精密機械研究發展中心 Method of acquiring manufacturing parameters used for injection molding
US10599124B2 (en) 2015-11-16 2020-03-24 Makino Milling Machine Co., Ltd. Tool path generating method

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