JP3699501B2

JP3699501B2 - 走査レンズ系の設計／製造方法

Info

Publication number: JP3699501B2
Application number: JP4137095A
Authority: JP
Inventors: 光規飯間
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JPH08206950A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、正の研磨トーリック面を有するガラストーリックレンズを含む走査レンズ系の設計方法、および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ｆθレンズ等の走査レンズ系には、主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径とが異なるトーリック面を有するレンズが使用されている。ガラス製のトーリックレンズの製造工程では、図６に示すように、主走査方向の曲率半径に対応した半径を有する円形の回転皿２０の周面に複数のレンズ２１，２１を貼り付け、回転皿２０を回転させつつ、副走査方向に曲率を持つ凹面状の研磨皿(図示せず)を往復動させて研磨する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方法でトーリック面を研磨すると、副走査方向の曲率半径が、主走査方向の中心部より周辺部で小さくなる傾向がある。これは、レンズに対する研磨皿の接触状態が主走査方向の中心部と周辺部とで異なることに起因すると考えられる。すなわち、主走査方向の中心部では、研磨皿が全体的にレンズに接触するのに対し、周辺部では、研磨皿がレンズ間の境界の部分にさしかかった際に一部がレンズから離れ、研磨皿が部分的にレンズに接触する。この接触状態の違いにより、中心部と周辺部とで研磨作用に違いが生じると考えられる。
【０００４】
したがって、従来の方法により製造されたトーリックレンズを有する走査レンズ系は、主走査方向の周辺部における副走査方向のパワーが中心部より大きくなり、図７に破線で示すように副走査方向の像面湾曲が設計値よりアンダーになる。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、トーリック面の研磨工程で発生する誤差により生じる像面湾曲を低減することができる走査レンズ系の設計方法、製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる走査レンズ系の設計方法は、上記の目的を達成させるため、要求される仕様に基づいてレンズデータを決定する際に、研磨トーリック面の研磨誤差を見込んで像面湾曲がオーバーとなるよう設計することを特徴とする。また、この発明にかかる走査レンズ系の製造方法は、上記の設計方法で求められたレンズデータに基づいて研磨する加工段階を有することを特徴とする。
【０００７】
【実施例】
以下、この発明にかかる走査レンズ系の設計方法、製造方法の実施例を説明する。図１は、実施例の走査レンズ系の設計、製造方法を示すフローチャートである。ここでは２種類の方法を説明する。第１の方法は、トーリックレンズの研磨誤差を見込んで一段階でレンズデータを設定する。第２の方法は、基本設計により加工したレンズの誤差を測定し、これに基づいて基本設計を修正することにより、二段階でレンズデータを設定する。
【０００８】
第１の方法では、図１(Ａ)に示されるように、ステップ１で仕様が決定されると、ステップ２で予め研磨トーリック面で発生する研磨誤差を見込んで評価する。研磨トーリック面の研磨工程で発生する誤差は、周辺部の過剰研磨による副走査方向の曲率半径のバラツキであり、このバラツキによる副走査方向のアンダーの像面湾曲をステップ３の評価段階で予め求めておく。
【０００９】
トーリックレンズの屈折率をｎとし、副走査方向の断面内での光束の実効ＦナンバーをＦ、光束の光軸からの高さをｈ、高さｈでの過剰研磨量をＳとすると、副走査方向の像面湾曲量Ｃは、以下の式(１)で求められる。
【００１０】
【数１】
Ｃ＝８(ｎ−１)・Ｓ・Ｆ² …(１)
【００１１】
したがって、過剰研磨量Ｓが予め予測できれば、発生するアンダーの像面湾曲が求められ、かつ、これを相殺するために必要なオーバーの像面湾曲の量も求められる。なお、個々のレンズにより過剰研磨量Ｓにもバラツキはあるが、平均的な値を基準に設計することにより、全体的に良品率を向上させることができる。
【００１２】
ステップ４の決定段階では、ステップ３の評価段階で求められるアンダーの像面湾曲を相殺するオーバーの像面湾曲を発生させるようレンズデータを決定し、ステップ５の加工段階では、決定されたレンズデータに基づいてレンズを加工する。
【００１３】
第２の方法では、図１(Ｂ)に示されるように、ステップ１１で仕様が決定されると、ステップ１２でこの仕様に基づいて研磨誤差を考慮に入れずに基本設計値を決定する。ステップ１３では、この基本設計に基づいてレンズを加工し、ステップ１４で加工されたレンズの像面湾曲を測定する。
【００１４】
続いて、ステップ１５の決定段階において、ステップ１４の評価段階で求められるアンダーの像面湾曲を相殺するオーバーの像面湾曲を発生させるよう基本設計値を修正し、ステップ１６では修正された値に基づいてレンズデータを決定する。ステップ１７の加工段階では、ステップ１６で決定されたレンズデータに基づいてレンズを加工する。
【００１５】
【実施例１】
次に、上記の第１の方法により設計されたｆθレンズ系の実施例を２例示す。図２は、実施例１のｆθレンズ系を含む走査光学系の要部を示す主走査方向の説明図である。
【００１６】
図示せぬ半導体レーザー等の光源から発した光束は、副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズ１により収束され、ポリゴンミラー２で偏向され、走査レンズ系であるｆθレンズ系１０により像面４上に結像する。
【００１７】
ｆθレンズ系１０は、主走査面内において、像面４側に凸面を向けた正メニスカスの第１レンズ１１と、平凸の第２レンズ１２とから構成されている。第２レンズ１２はガラスレンズであり、その像面４側の面が研磨トーリック面１２ｂである。
【００１８】
研磨トーリック面１２ｂは、前述したように図６に示す回転皿と研磨皿とを用いて研磨されるため、副走査方向の曲率半径が設計上は一定であっても、加工すると主走査方向の中心部より周辺部が小さくなる。したがって、研磨トーリック面は、結果的に副走査方向の像面湾曲がアンダーとなる形状に加工される。
【００１９】
研磨トーリック面１２ｂを除く面、すなわち、第１レンズ１１の両面１１ａ，１１ｂと第２レンズ１２のポリゴンミラー２側の面１２ａとは、研磨トーリック面１２ｂの副走査方向の曲率半径の分布により発生するアンダーの像面湾曲を相殺するオーバーの像面湾曲を発生するよう設計されている。
【００２０】
実施例１では、トーリックレンズの屈折率ｎ=1.51072、副走査方向の実効ＦナンバーＦ=1:50.0、光束の光軸からの高さｈ=1.44、高さｈでの過剰研磨量Ｓ=2.90×10^-4としており、副走査方向の像面湾曲量の最大量は前述の式(１)によりＣ=
2.96となる。
【００２１】
実施例１にかかるｆθレンズ系の具体的構成は表１に示される。表中、第１、第２面がｆθレンズの第１レンズ１１、第３、第４面が第２レンズ１２を示す。表中の記号ｄ0はポリゴンミラー２の基準偏向点(反射光がｆθレンズ系の光軸と平行になる際の偏向点)から第１面までの距離、Ｒｙは主走査方向の曲率半径、Ｒｚは副走査方向の曲率半径、ｄは面間の光軸上の距離、ｎはレンズの屈折率である。偏心量は、主走査方向における平行移動量であり、符号は光軸より図中の上側、すなわちシリンドリカルレンズが設けられていない側をプラス、下側をマイナスとしている。
【００２２】
なお、実施例１のｆθレンズの第１面および第２面は、レンズ面が主走査面内で形成するカーブの主走査方向の曲率半径が、光軸からの高さにより変化するようとして構成されている。光軸からの高さがＹとなる非円弧カーブ上のレンズ面頂点の接平面からの距離(サグ量)をＸ、頂点の曲率(1/r)をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次の非球面係数をＡ4，Ａ6，Ａ8として、以下の式で表される。なお、表１における主走査方向の曲率半径は、レンズ面頂点の曲率半径であり、これらの面の円錐係数、非球面係数は表２に示される。
【００２３】
【数２】
X= CY²／(1+√(1-(1+K)C²Y²)) + A4Y⁴ + A6Y⁶ + A8Y⁸
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
図３は上記実施例１の構成による走査レンズ系の像面湾曲を示し、(Ａ)が誤差がない場合の理論値、(Ｂ)は研磨誤差を含む実測値である。図中、Ｍが主走査方向の焦点、Ｓが副走査方向の焦点位置を示す。図３の縦軸は主走査方向における像高、横軸は光軸方向の焦点位置のずれを示す。各軸の単位はｍｍである。
【００２７】
設計値としては副走査方向の像面湾曲はオーバーであるが、加工後はこのオーバー分がトーリック面の研磨誤差により発生する像面湾曲のアンダー分と相殺され、結果として生じる像面湾曲は低く抑えられている。
【００２８】
【実施例２】
図４は、実施例２にかかるｆθレンズ系を適用した走査光学系の要部を示す主走査方向の説明図であり、その具体的構成は表３に示される。この例でも、実施例１と同様に第２レンズ１２がガラストーリックレンズであり、像面４側の面１２ｂが研磨トーリック面である。
【００２９】
実施例２では、トーリックレンズの屈折率ｎ=1.78569、副走査方向の実効ＦナンバーＦ=1:58.5、光束の光軸からの高さｈ=1.30、高さｈでの過剰研磨量Ｓ=1.06×10^-4としており、副走査方向の像面湾曲量の最大量は前述の式(１)によりＣ=
2.28となる。
【００３０】
【表３】

【００３１】
図５は、実施例２の構成による走査光学系の像面湾曲を示し、(Ａ)が誤差がない場合の理論値、(Ｂ)は研磨誤差を含む実測値である。実施例２においても、設計値としてのオーバーの像面湾曲が研磨誤差によるアンダー分と相殺され、結果として生じる像面湾曲は低く抑えられている。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、研磨工程で発生する誤差による影響を予め見込んで設計することにより、加工後の走査レンズ系の像面湾曲を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる走査レンズ系の設計、製造方法を示すフローチャートである。
【図２】実施例１にかかる走査レンズ系を含む光学系の主走査方向の説明図である
【図３】実施例１にかかる走査レンズ系の像面湾曲を示すグラフであり、(Ａ)が誤差がない場合の理論値、(Ｂ)は研磨誤差を含む実測値を示す
【図４】実施例２にかかる走査レンズ系を含む光学系の主走査方向の説明図である
【図５】実施例２にかかる走査レンズ系の像面湾曲を示すグラフであり、(Ａ)が誤差がない場合の理論値、(Ｂ)は研磨誤差を含む実測値を示す
【図６】トーリックレンズの研磨方法を示す説明図である。
【図７】トーリックレンズの研磨誤差により生じる副走査方向の像面湾曲を示す説明図である。
【符号の説明】
１シリンドリカルレンズ
２ポリゴンミラー
４像面
１０ｆθレンズ系
１１第１レンズ
１２第２レンズ
１２ｂ研磨トーリック面

Claims

正の研磨トーリック面を有するガラストーリックレンズを含む走査レンズ系の設計方法において、
要求される仕様に基づいてレンズデータを決定する際に、前記研磨トーリック面の研磨誤差を見込んで像面湾曲がオーバーとなるよう設計することを特徴とする走査レンズ系の設計方法。
正の研磨トーリック面を有するガラストーリックレンズを含む走査レンズ系の設計方法において、
前記研磨トーリック面の研磨工程で発生する副走査方向の曲率半径のバラツキによる副走査方向のアンダーの像面湾曲を求める評価段階と、
前記評価段階で求められるアンダーの像面湾曲を相殺するオーバーの像面湾曲を発生させるようレンズデータを決定する決定段階とを有することを特徴とする走査レンズ系の設計方法。
前記評価段階では、研磨されたトーリックレンズの像面湾曲を測定して評価することを特徴とする請求項２に記載の走査レンズ系の設計方法。
前記評価段階では、研磨された複数のトーリックレンズの像面湾曲を測定し、その平均値を求めることを特徴とする請求項３に記載の走査レンズ系の設計方法。
請求項４の設計方法で求められた前記レンズデータに基づいて研磨する加工段階を有することを特徴とする走査レンズ系の製造方法。
前記加工段階において、前記トーリックレンズは、主走査方向の曲率半径に対応した半径を有する円形の回転皿の周面に複数貼り付けられ、前記回転皿を回転させつつ、副走査方向に曲率を持つ凹面状の研磨皿を往復動させて研磨されることを特徴とする請求項５に記載の走査レンズ系の製造方法。
請求項５の製造方法により製造された走査レンズ系。
正の研磨トーリック面を有するガラストーリックレンズを含む走査レンズ系であって、
前記研磨トーリック面の副走査方向の曲率半径は、主走査方向の中心部より周辺部が小さく、
前記研磨トーリック面を除く面は、前記研磨トーリック面の副走査方向の曲率半径の分布により発生するアンダーの像面湾曲を相殺するオーバーの像面湾曲を発生するよう設計されていることを特徴とする走査レンズ系。
正の研磨トーリック面を有するガラストーリックレンズを含む走査レンズ系であって、
前記研磨トーリック面は、副走査方向の像面湾曲がアンダーとなる形状に加工され、
前記研磨トーリック面を除く面は、前記研磨トーリック面の副走査方向の像面湾曲を相殺するオーバーの像面湾曲を発生するよう設計されていることを特徴とする走査レンズ系。