JPH0627404A - Scanning optical device and production of hybrid scanning lens to be used for this device - Google Patents

Scanning optical device and production of hybrid scanning lens to be used for this device

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JPH0627404A
JPH0627404A JP18072592A JP18072592A JPH0627404A JP H0627404 A JPH0627404 A JP H0627404A JP 18072592 A JP18072592 A JP 18072592A JP 18072592 A JP18072592 A JP 18072592A JP H0627404 A JPH0627404 A JP H0627404A
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JP
Japan
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lens
workpiece
aspherical
resin
grindstone
Prior art date
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Pending
Application number
JP18072592A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Nishimura
孝司 西村
Yoshimasa Kondo
芳正 近藤
Fumihiko Uchida
史彦 内田
Shigeo Moriyama
茂夫 森山
Akira Arimoto
昭 有本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koki Holdings Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Koki Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/950,687 priority patent/US5411430A/en
Publication of JPH0627404A publication Critical patent/JPH0627404A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the hybrid lens having good mass productivity, excellent shape accuracy, surface accuracy and environmental resistance and an axially non-symmetrical aspherical shape. CONSTITUTION:A UV curing resin 3 of a transparent org. high-polymer material having the refractive index nearly equal to the refractive index of a basic lens 5 having micro-ruggedness over the entire area of its surface or in a part thereof is applied on the surface of this basic glass lens 5 and the lens is pressed to the male mold surface 4 of a mold 2 having a toric shape in such a manner that the resin 3 fills closely between the basic lens 5 and the female mold surface 4. The resin 3 is then irradiated with UV rays through the basic lens 5 and is thereby cured. The desired hybrid lens 6 is obtd, when the basic lens 5 is pulled apart from the mold 2 having the toric shape after the above- mentioned curing. The mold 2 is worked to the aspherical female mold by controlling the spacial positional relation between a work piece and a grinding wheel spindle by a polar coordinate system, then rotating the work piece and moving the grinding wheel spindle to an arc shape within the plane orthogonal with the rotating direction thereof.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複雑な形状を有する非
軸対称非球面Fθレンズ及びその製造方法、及びそのレ
ンズを用いたレーザビームプリンタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-axisymmetric aspherical F.theta. Lens having a complicated shape, a method for manufacturing the same, and a laser beam printer using the lens.

【0002】[0002]

【従来の技術】図を用いて、レーザプリンタの構成を説
明する。レーザビームプリンタは、主に光源39から放
射されたレーザ光を変調,偏向して感光体43上に光パ
ターンを形成するための走査光学系(図21)と、走査
光学系で感光体43上に形成された光パターンを、電子
写真プロセスを用いてハードコピー化するための画像形
成系(図22)から構成されている。
2. Description of the Related Art The configuration of a laser printer will be described with reference to the drawings. The laser beam printer mainly uses a scanning optical system (FIG. 21) for modulating and deflecting the laser light emitted from the light source 39 to form an optical pattern on the photoconductor 43, and a scanning optical system on the photoconductor 43. It is composed of an image forming system (FIG. 22) for making a hard copy of the light pattern formed on the substrate by an electrophotographic process.

【0003】図21において、一般的に光源39には、
ガスレーザかまたは半導体レーザが用いられる。また、
変調器47としては、音響光学(A/O)素子を利用し
たA/O変調器が一般に用いられている。A/O変調器
は、A/O素子内に超音波を通過させ、これにより生じ
た屈折率の同期的変化により、入射したレーザ光を回折
させて強度変調を行う。A/O素子による変調速度を高
くとるために、入射ビーム径を絞るビームコンプレッサ
48a,感光体上で小さな結像スポットを得るために用
いられるビームエキスパンダ48bを用い,半導体から
出射される発散ビームを平行ビームに変換するコリメー
タレンズを用いる。また、レーザ光で感光体を走査する
ための偏向器として、回転多面鏡(ポリゴンミラー)4
2が用いられている。なお、回転多面鏡の代りに、ホロ
グラムを用いたレーザプリンタも提案されている。
In FIG. 21, the light source 39 is generally
A gas laser or a semiconductor laser is used. Also,
As the modulator 47, an A / O modulator using an acousto-optic (A / O) element is generally used. The A / O modulator allows ultrasonic waves to pass through the A / O element, and diffracts the incident laser beam by the synchronous change in the refractive index generated thereby to perform intensity modulation. A divergent beam emitted from a semiconductor using a beam compressor 48a for narrowing the incident beam diameter and a beam expander 48b used for obtaining a small image spot on the photosensitive member in order to increase the modulation speed by the A / O element. A collimator lens that converts the light into a parallel beam is used. A rotary polygon mirror (polygon mirror) 4 is used as a deflector for scanning the photosensitive member with laser light.
2 is used. A laser printer using a hologram has been proposed instead of the rotating polygon mirror.

【0004】回転多面鏡42は定速回転しているため、
反射されてくるレーザ光は等角速度で偏向される。結像
レンズ(Fθレンズ)38は、偏向されたレーザ光を感
光体面上の一平面内に結像する作用を持つ他に、等角速
度の入射光に光学的ディストーションを与えて等速度で
感光体面上を走査するように変換する作用(fθ特性)
を持っている。
Since the rotary polygon mirror 42 rotates at a constant speed,
The reflected laser light is deflected at a constant angular velocity. The image forming lens (Fθ lens) 38 has an action of forming an image of the deflected laser light on one plane on the surface of the photoconductor, and also imparts optical distortion to incident light of a constant angular velocity so that the surface of the photoconductor becomes uniform. Function to convert to scan on top (fθ characteristic)
have.

【0005】感光体43は、導電性の支持体の上に光導
電体層を設けた二層構造である。予め、暗所で感光体表
面をプラスコロナ49の放電等により均一に帯電してお
き、これにレーザ光を与えると、光の当った部分の光導
体の抵抗が低下して帯電していた電荷がアースに流れ
て、感光体43の表面には電荷の残っている部分と残っ
ていない部分が生じる。
The photoconductor 43 has a two-layer structure in which a photoconductor layer is provided on a conductive support. In advance, the surface of the photoconductor was uniformly charged by the discharge of the positive corona 49 in a dark place, and when laser light was applied to this, the resistance of the photoconductor in the part exposed to the light was lowered and the charge was charged. Flow to the ground, and the surface of the photoconductor 43 has a portion where electric charge remains and a portion where electric charge does not remain.

【0006】感光体43上に形成された潜像は、プラス
またはマイナスに帯電されたトナーにより現像される。
図22に示すように、感光体43に対して、コロナ放電
により絶縁層表面を除電すると同時に、レーザ光を結像
レンズ38を通して照射する。レーザ光が照射した明部
は、光導電層の抵抗が低下して導電性になり、絶縁層表
面および裏面の電荷は速やかに減衰する。レーザ光が照
射しない暗部は、絶縁層表面の電位が交流コロナ放電5
0にさらされることにより、ほぼ0電位となるが、絶縁
層と光導電層の界面に形成されている電荷は保持され
る。
The latent image formed on the photoconductor 43 is developed with positively or negatively charged toner.
As shown in FIG. 22, the surface of the insulating layer is discharged to the photoconductor 43 by corona discharge, and at the same time, laser light is irradiated through the imaging lens 38. In the bright portion irradiated with the laser light, the resistance of the photoconductive layer is reduced to be conductive, and the charges on the front and back surfaces of the insulating layer are rapidly attenuated. In the dark area where laser light is not applied, the electric potential of the insulating layer surface is AC corona discharge.
When exposed to 0, the potential becomes almost 0, but the electric charge formed at the interface between the insulating layer and the photoconductive layer is retained.

【0007】このようにして、一次帯電により、絶縁層
と光導電層の界面に帯電層を形成した後、コロナ除電に
より絶縁層表面を除電すると同時に、レーザ光を照射し
て露光する。次に、全面露光器51により感光体43の
全面を一様に露光し、これにより暗部の表面電位を増大
させる。感光体43上に形成された潜像は、プラスまた
はマイナスに帯電された現像器52のトナーにより現像
される。現像工程の後、感光体43上のトナー像は、給
紙カセット53から給紙ローラ54を介して送られてき
た普通紙に静電的に転写され、定着器55による定着工
程により安定した永久像となる。転写された普通紙は、
スタッカ56に送り込まれる。転写工程後、感光体は転
写しきれなかった残留トナーをクリーニング57および
クリーニングブレード58によるクリーニング工程によ
って除去し、再び潜像形成プロセスに備える。なお、レ
ーザビームプリンタについては、例えば、北村、平山:
『レーザビームプリンタ』(写真工業)1976年2
月、pp.89〜92に記載がある。
In this way, after the charging layer is formed at the interface between the insulating layer and the photoconductive layer by the primary charging, the surface of the insulating layer is discharged by corona discharging, and at the same time, laser light is irradiated for exposure. Next, the entire surface of the photoconductor 43 is uniformly exposed by the whole surface exposure device 51, thereby increasing the surface potential of the dark portion. The latent image formed on the photoconductor 43 is developed by the toner of the developing device 52 which is positively or negatively charged. After the developing process, the toner image on the photoconductor 43 is electrostatically transferred to the plain paper sent from the paper feeding cassette 53 through the paper feeding roller 54, and is stabilized by the fixing process by the fixing device 55. Become a statue. The transferred plain paper is
It is sent to the stacker 56. After the transfer step, the residual toner that has not been transferred to the photoconductor is removed by the cleaning step using the cleaning 57 and the cleaning blade 58 to prepare for the latent image forming process again. Regarding the laser beam printer, for example, Kitamura and Hirayama:
"Laser beam printer" (Photo Industry) 1976 2
Month, pp. 89-92.

【0008】このような、レーザプリンタでは、部品点
数を増やさずに高品質の印字を達成するため、以下のよ
うな提案がなされている。
In such a laser printer, the following proposals have been made in order to achieve high-quality printing without increasing the number of parts.

【0009】例えば、特開平2−23313号公報に
は、Fθレンズの面倒れ方向(副走査方向)の曲率半径
が、光軸の中心から離れるに伴って大きくなるような非
対称非球面形状にする構成が開示されている。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-23313, an asymmetrical aspherical shape is adopted in which the radius of curvature of the Fθ lens in the plane tilt direction (sub-scanning direction) increases as the distance from the center of the optical axis increases. A configuration is disclosed.

【0010】また、そのような非軸対称非球面レンズを
加工する方法は例えば、特開平2−53557号明細書に開示
されている。これはNC制御による研削でレンズを加工
する方法であり、この方法によれば、任意の非球面形状
を創成することができる。しかし、この方法では、加工
時間が非常に長く(3時間で七個)、量産性に問題があ
った。
A method of processing such a non-axisymmetric aspherical lens is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-53557. This is a method of processing a lens by grinding under NC control, and according to this method, an arbitrary aspherical surface shape can be created. However, with this method, the processing time is very long (7 pieces in 3 hours), and there is a problem in mass productivity.

【0011】更に、量産性に優れた非球面レンズ加工法
として、プラスチックを素材とするモールド加工法に加
えて形状精度および表面精度に優れたプラスチックレン
ズを得る方法が提案された(例えば、特開昭59−20
4001号公報参照)。
Further, as an aspherical lens processing method excellent in mass productivity, a method of obtaining a plastic lens excellent in shape accuracy and surface accuracy in addition to a molding method using plastic as a material has been proposed (see, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-242242). Sho 59-20
4001 publication).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところが、モールド加
工に必要な雌型に関して、現在得ることができる光学面
はほとんどが平面か球面である。また、たとえ非球面で
あっても1眼レフカメラのレンズのような軸対称の非球
面であり、非軸対称非球面の凹面を加工することができ
ない。すなわち、軸対称非球面レンズをモールド成形す
ることはできても非軸対称非球面レンズをモールド成形
により量産することができないのが現状である。また、
プラスチックレンズは使用時の温度変化により変形が生
じ易く、収差や光軸ずれの原因となる。また、プラスチ
ックレンズは湿度や大気中の化学物質の影響を受け易
い。この点については、レンズ表面に保護膜を形成する
方法(例えば特開昭56−28023)や有機シリコン
保護膜を蒸着によって形成するレンズの保護膜形成方法
(例えば特開昭56−25701)が提案されている。
しかし、これらの方法は保護膜厚の制御の点や蒸着膜を
焼き付けるというプロセスが必要なため、高品質で量産
できる非軸対称非球面レンズの加工を行なうことはでき
なかった。そこで非軸対称非球面形状を有する凹面創成
技術を開発し、高精度な非軸対称非球面雌型を得ること
が、解決すべき重要な課題となる。
However, with respect to the female mold required for the molding process, most of the optical surfaces that can be obtained at present are flat surfaces or spherical surfaces. Further, even if it is an aspherical surface, it is an axisymmetrical aspherical surface like a lens of a single-lens reflex camera, and it is impossible to process a concave surface of the axisymmetrical aspherical surface. That is, at present, although it is possible to mold an axisymmetric aspherical lens, it is not possible to mass-produce an axisymmetric aspherical lens by molding. Also,
A plastic lens is likely to be deformed due to temperature change during use, which causes aberration and optical axis shift. Also, plastic lenses are susceptible to humidity and chemical substances in the atmosphere. In this regard, a method for forming a protective film on the lens surface (for example, JP-A-56-28023) and a method for forming a lens protective film by forming an organic silicon protective film by vapor deposition (for example, JP-A-56-25701) are proposed. Has been done.
However, since these methods require control of the protective film thickness and a process of baking the deposited film, it is impossible to process a non-axisymmetric aspherical lens that can be mass-produced with high quality. Therefore, it is an important issue to be solved to develop a concave surface creation technique having an axisymmetric aspherical shape and obtain a highly accurate axisymmetric aspherical female mold.

【0013】したがって本発明の目的は、これら従来の
課題を解決し、量産性がよく、かつ形状精度,表面精度
および耐環境性に優れかつ、非軸対称非球面形状を有す
るハイブリッドレンズ及びその製造方法及びそのハイブ
リッドレンズを用いたレーザビームプリンタを提供する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve these conventional problems, to have good mass productivity, to be excellent in shape accuracy, surface accuracy and environmental resistance, and to have a non-axisymmetric aspherical shape, and to manufacture the same. A method and a laser beam printer using the hybrid lens are provided.

【0014】本願発明の他の目的は、非軸対称非球面形
状の凹面を利用して、ハイブリッドレンズを提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is to provide a hybrid lens utilizing a concave surface having an axisymmetric aspherical shape.

【0015】また、本願発明の他の目的は、非軸対称非
球面形状の凹面を高精度に製造し、高精度な非軸対称非
球面雌型及びその製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a highly accurate non-axisymmetric aspherical female mold and a method for manufacturing the same, by manufacturing a concave surface having a non-axisymmetric aspherical shape with high accuracy.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、レンズ表面全域またはその一部にわたり微小な凹凸
をもつ基本ガラスレンズの表面上に基本レンズと屈折率
がほぼ等しい透明な有機高分子材料からなる樹脂を、非
軸対称非球面形状に積層し、基本ガラスレンズと樹脂が
一体接合構造を有する走査レンズを作製する。また、基
本レンズと屈折率がほぼ等しい透明な有機高分子材料と
して紫外線硬化樹脂を用いて、基本ガラスレンズに積層
して構成する。また、紫外線硬化樹脂を表面に積層して
形成されたレンズは、主軸と副軸の曲率半径が異なると
ともに、上記副軸の曲率半径が軸外になるに伴って非対
称に増加する非球面を有することにも特徴がある。さら
に形状転写法により基本ガラスレンズ表面に、所望する
レンズ形状を転写する。形状転写法で用いる雌型は、非
軸対称非球面形状を有している。そして紫外線硬化樹脂
からなるプラスチックレンズ部分と基本ガラスレンズ部
分を一体接合成形することに特徴がある。さらにレンズ
表面に真空蒸着法などの薄膜形成法を用いてSiOまた
はSiO2からなる保護膜を形成する。
In order to achieve the above object, a transparent organic polymer material having a refractive index substantially equal to that of the basic lens is formed on the surface of a basic glass lens having minute irregularities over the entire surface of the lens or a part thereof. A resin made of is laminated in a non-axisymmetric aspherical shape to produce a scanning lens having a basic glass lens and resin integrally bonded structure. Further, an ultraviolet curable resin is used as a transparent organic polymer material having a refractive index substantially equal to that of the basic lens, and is laminated on the basic glass lens. In addition, the lens formed by laminating the ultraviolet curable resin on the surface has different curvature radii of the main axis and the sub-axis, and has an aspherical surface that asymmetrically increases as the radius of curvature of the sub-axis becomes off-axis. There is also a feature. Further, a desired lens shape is transferred to the surface of the basic glass lens by the shape transfer method. The female die used in the shape transfer method has a non-axisymmetric aspherical shape. It is characterized in that a plastic lens portion made of an ultraviolet curable resin and a basic glass lens portion are integrally joined and molded. Further, a protective film made of SiO or SiO 2 is formed on the lens surface by using a thin film forming method such as a vacuum evaporation method.

【0017】さらに雌型加工においては、被加工物と砥
石スピンドルとの空間的位置関係を極座標形式で高速に
制御し、被加工物を回転させその回転方向と直交する面
内で砥石スピンドルを円弧状に運動させ、被加工物の回
転軸と砥石スピンドルを円弧運動させる回転軸との軸間
距離を被加工物の回転角に対応して変化させることによ
り所望の非球面雌型を加工したことに特徴がある。
Further, in female die machining, the spatial positional relationship between the workpiece and the grindstone spindle is controlled at high speed in a polar coordinate system, the workpiece is rotated, and the grindstone spindle is rotated in a plane orthogonal to the direction of rotation. A desired aspherical female die is machined by moving in an arc shape and changing the axial distance between the rotary shaft of the workpiece and the rotary shaft that makes the spindle of the grindstone to move in an arc according to the rotation angle of the workpiece. Is characterized by.

【0018】さらに砥石スピンドルの円弧運動に伴う、
研削点の移動に応じて研削液の噴射量及び噴射方向を制
御することにより、研削仕上げ面の面粗さが向上し、高
精度の非球面雌型を得ることができる。
Further, with the arc movement of the grindstone spindle,
By controlling the spraying amount and spraying direction of the grinding fluid according to the movement of the grinding point, the surface roughness of the ground finished surface is improved and a highly accurate aspherical female mold can be obtained.

【0019】[0019]

【作用】本発明では、ガラスからなる基本レンズ上に、
屈折率が基本レンズとほぼ等しい樹脂を積層し、これら
を一体接合成型することにより、ハイブリッドレンズを
製造する。ガラスの屈折率とほぼ等しい屈折率の樹脂を
積層するので、接合面において光路変化を伴うことがな
い。また、このようなハイブリッドレンズを用いてレー
ザビームプリンタの回転多面鏡の反射面の傾きによる走
査ピッチむらを補正するための非軸対称非球面形状を有
するハイブリッドレンズを量産できるので、極めて高精
度で安価なレーザビームプリンタを容易に実現すること
ができる。非軸対称非球面形状を有するハイブリッドレ
ンズを得るため、本発明では非軸対称非球面形状の凹面
を有する雌型を用い、この雌型によって、ガラスからな
る基本レンズに合成樹脂を積層すると同時に、雌型の非
軸対称非球面形状をレプリカ法で転写する。合成樹脂と
しては紫外線硬化樹脂を用い、レプリカ法により成型さ
れるので、高精度な雌型を用いれば複雑な形状のレーザ
ビームプリンタ用非球面Fθレンズも極めて容易に製造
することができる。
In the present invention, on the basic lens made of glass,
A hybrid lens is manufactured by laminating resins having a refractive index substantially equal to that of the basic lens, and integrally joining and molding these. Since the resin having a refractive index almost equal to that of glass is laminated, the optical path does not change at the joint surface. Further, since it is possible to mass-produce a hybrid lens having a non-axisymmetric aspherical shape for correcting the scanning pitch unevenness due to the inclination of the reflecting surface of the rotary polygon mirror of the laser beam printer using such a hybrid lens, it is possible to mass-produce it with extremely high accuracy. An inexpensive laser beam printer can be easily realized. In order to obtain a hybrid lens having a non-axisymmetric aspherical shape, the present invention uses a female mold having a concave surface of a non-axisymmetric aspherical shape, and by this female mold, at the same time laminating a synthetic resin on a basic lens made of glass, A female non-axisymmetric aspherical shape is transferred by the replica method. Since an ultraviolet curable resin is used as the synthetic resin and is molded by the replica method, an aspherical Fθ lens for a laser beam printer having a complicated shape can be extremely easily manufactured by using a highly accurate female mold.

【0020】また、基本レンズの仕上げ状態が悪く、表
面が鏡面でない場合でも、雌型の転写面がほぼ鏡面状に
加工されているため、得られるハイブリッドレンズの表
面は鏡面となる。さらに積層形成される樹脂の屈折率は
基本レンズのそれとほぼ同一の値であるため、完成した
ハイブリッドレンズはガラスレンズの場合と全く同じ光
学的性能を得ることができる。
Further, even when the basic lens is poorly finished and the surface is not a mirror surface, the surface of the obtained hybrid lens is a mirror surface because the female transfer surface is processed into a mirror surface. Further, since the refractive index of the laminated resin is almost the same as that of the basic lens, the completed hybrid lens can obtain the same optical performance as that of the glass lens.

【0021】基本レンズと積層される樹脂層との間の接
合性については、基本レンズの表面に微小な凹凸を形成
し、その上に樹脂を積層形成することによりレンズの光
学特性を損なうことなく基本レンズと樹脂層の接着性を
向上させることができる。
Regarding the bondability between the basic lens and the resin layer to be laminated, by forming minute irregularities on the surface of the basic lens and laminating the resin thereon, the optical characteristics of the lens are not impaired. The adhesiveness between the basic lens and the resin layer can be improved.

【0022】本発明のハイブリッドレンズは、ガラスか
らなる基本レンズ表面に合成樹脂による非軸対称非球面
形状の薄膜層が積層されている。合成樹脂からなるプラ
スチックレンズ部分の平均膜厚は20μm以下であって
非常に薄い。そして、プラスチックレンズ材には紫外線
硬化樹脂を用いており、その紫外線の照射によりガラス
レンズ上にプラスチックレンズを成型するため、レンズ
成型時に樹脂に高圧を加える必要がない。従って、プラ
スチック素材だけを用いてモールド加工して非軸対称非
球面レンズを作製した場合と比較して、成型後のプラス
チックレンズ中に発生する残留応力を小さく押えること
ができるとともに、残留応力によりレンズに変形を招い
たり、光学特性の劣化を招くことがほとんどない。
In the hybrid lens of the present invention, a non-axisymmetric aspherical thin film layer made of synthetic resin is laminated on the surface of the basic lens made of glass. The average film thickness of the plastic lens portion made of synthetic resin is 20 μm or less, which is very thin. An ultraviolet curable resin is used for the plastic lens material, and since the plastic lens is molded on the glass lens by the irradiation of the ultraviolet rays, it is not necessary to apply a high pressure to the resin when molding the lens. Therefore, as compared with the case where a non-axisymmetric aspherical lens is manufactured by molding using only plastic material, the residual stress generated in the molded plastic lens can be suppressed and the residual stress causes Almost no deformation or deterioration of optical characteristics is caused.

【0023】さらにレンズ表面にSiOまたはSiO2
からなる保護膜を形成するので、耐候性及び防水性を含
めたハイブリッドレンズの信頼性を向上させることがで
きる。SiOまたはSiO2保護膜を真空蒸着法により
レンズ表面に形成する際、レンズは真空中にさらされ
る。もしもプラスチックレンズ層内部に水が残存してい
ると保護膜形成中にレンズ内部から水が放出され、それ
がレンズ表面に付着するため保護膜とレンズ表面との接
着性が低下するおそれがある。そこで保護膜とレンズ表
面との接着性を向上させるために次のような手段を用い
る。まず、レンズ内部に残存している水を除去するため
に成形硬化したハイブリッドレンズに一定時間熱処理を
施し、レンズ内部の水が完全に除去されたところで、レ
ンズ表面にオゾンを照射し洗浄処理を施すことによりレ
ンズ表面に付着している汚れを除去し保護膜とレンズ表
面との接着性を向上させ、レンズ表面に保護膜を形成す
る。上記方法により作製したレンズ表面には水分子も通
過させないような非常に緻密で表面エネルギーの小さな
保護膜が存在するため、撥水性が向上し、かつ外部から
レンズ内部に水が浸透することは全く無くなり、信頼性
に優れたレンズを実現することができる。
Further, SiO or SiO 2 is formed on the lens surface.
Since the protective film made of is formed, the reliability of the hybrid lens including weather resistance and waterproofness can be improved. When the SiO or SiO 2 protective film is formed on the lens surface by the vacuum deposition method, the lens is exposed to vacuum. If water remains inside the plastic lens layer, water is released from the inside of the lens during the formation of the protective film and adheres to the lens surface, which may reduce the adhesiveness between the protective film and the lens surface. Therefore, in order to improve the adhesiveness between the protective film and the lens surface, the following means are used. First, heat treatment is applied to the hybrid lens that has been molded and cured for a certain period of time to remove the water remaining inside the lens, and when the water inside the lens is completely removed, the lens surface is irradiated with ozone and subjected to a cleaning treatment. As a result, the dirt adhering to the lens surface is removed, the adhesiveness between the protective film and the lens surface is improved, and the protective film is formed on the lens surface. The lens surface produced by the above method has a very dense protective film with a small surface energy that does not allow water molecules to pass through. Therefore, the water repellency is improved and water does not penetrate into the lens from the outside. It is possible to realize a lens that has no loss and is highly reliable.

【0024】また、成形硬化したハイブリッドレンズに
熱処理を施すことにより、樹脂を均一に硬化させること
ができ、全域にわたり均質なハイブリッドレンズを得る
ことができる。
By heat-treating the molded and hardened hybrid lens, the resin can be uniformly hardened, and a hybrid lens that is homogeneous over the entire area can be obtained.

【0025】さらに前述の雌型加工方法において、非加
工物の回転角に対応して被加工物の回転軸心と砥石スピ
ンドルの円弧運動用の回転軸心との軸間距離を変化させ
ながら研削を行なう。さらに、砥石スピンドルを単位ス
テップづつ微動させ、そのつど加工データを更新し研削
を継続すれば、トーリック形状からわずかに偏差を持っ
た変形トーリック形状、すなわち非軸対称非球面形状を
有する雌型が加工できる。また、図23に示すような雌
型59を創成する研削加工装置において、砥石15は被
加工物の周りを創成すべき曲面の軌道300に沿って移
動しながら研削を行なう。この時、研削点でノズル60
を砥石15の接線と平行に設け、研削液を噴射するのが
よいが、実際にはノズルと被加工物が干渉したりあるい
は高速で回転する砥石の表面には、高速の空気層が存在
し、研削液の多くが跳ね返されるために、研削部に到達
する研削液の量は減少する。そこで、ノズルと被加工物
の干渉を防ぎかつ研削液を研削点まで供給する効率を高
めるためには、図24に示すように、ノズル60を砥石
15の接線方向より少し傾けて設ける。ところがこの状
態で砥石15をある軌道300に沿って、移動させなが
ら研削を行なうと、砥石15と被加工物59の相対的な
位置関係によって研削液の噴射方向が微妙に変化し、研
削液の供給状態に微妙な差が生じ、仕上げ面の状態が場
所によって異なる。この問題を解決するためには、研削
点の移動に伴い、研削液の噴射方向を最適化する必要が
ある。そこで、本発明では図25に示すように、複数の
ノズル35を副走査方向の軌道に沿って配置することで
相対的な研削位置が異なっても、常に同じ状態で研削点
に研削液を噴射することができるので、均一の仕上げ面
を実現することができる。
Further, in the above-mentioned female machining method, grinding is performed while changing the inter-axis distance between the rotational axis of the workpiece and the rotational axis for the arc movement of the grindstone spindle in accordance with the rotational angle of the non-machined object. Do. Furthermore, if the grindstone spindle is finely moved step by step, and each time the machining data is updated and grinding is continued, a deformed toric shape with a slight deviation from the toric shape, that is, a female die with a non-axisymmetric aspherical shape is machined. it can. Further, in the grinding apparatus for creating the female die 59 as shown in FIG. 23, the grindstone 15 performs grinding while moving around the workpiece along the curved path 300 to be created. At this time, the nozzle 60 at the grinding point
It is better to dispose the grinding fluid in parallel with the tangent line of the grindstone 15 and spray the grinding fluid, but in reality, there is a high-speed air layer on the surface of the grindstone where the nozzle interferes with the workpiece or rotates at a high speed. However, since most of the grinding liquid is repelled, the amount of the grinding liquid reaching the grinding portion is reduced. Therefore, in order to prevent the interference between the nozzle and the workpiece and to increase the efficiency of supplying the grinding liquid to the grinding point, the nozzle 60 is provided slightly tilted from the tangential direction of the grindstone 15 as shown in FIG. However, when grinding is performed while moving the grindstone 15 along a certain track 300 in this state, the jetting direction of the grinding liquid slightly changes due to the relative positional relationship between the grindstone 15 and the workpiece 59, and the grinding liquid There are subtle differences in the supply state, and the state of the finished surface differs depending on the location. In order to solve this problem, it is necessary to optimize the jet direction of the grinding fluid as the grinding point moves. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 25, by disposing a plurality of nozzles 35 along the trajectory in the sub-scanning direction, even if the relative grinding positions are different, the grinding liquid is always ejected to the grinding point in the same state. Therefore, it is possible to realize a uniform finished surface.

【0026】またハイブリッドレンズを製造する際に、
雌型を紫外線硬化樹脂で作製することにより、任意の形
状の雌型を高精度で量産性良く得ることができる。
When manufacturing a hybrid lens,
By forming the female mold with the ultraviolet curable resin, it is possible to obtain the female mold of any shape with high accuracy and high mass productivity.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0028】図1および図2は、形状転写法(レプリカ
法)によるハイブリッド非球面レンズの製造方法の工程
説明図である。
1 and 2 are process explanatory views of a method for manufacturing a hybrid aspherical lens by a shape transfer method (replica method).

【0029】本発明においては、図2(a)に示すよう
に、先ず、成型したいガラスレンズ(ガラス製非軸対称
非球面レンズ)を準備し、これを原型レンズ1とする。
すなわち、原形となる非軸対称非球面レンズ1は例え
ば、特開平2−53557号公報に記載された加工装置
によって製造されたものを利用すればよい。
In the present invention, as shown in FIG. 2A, first, a glass lens to be molded (a non-axisymmetric aspherical lens made of glass) is prepared, and this is used as a prototype lens 1.
That is, as the original non-axisymmetric aspherical lens 1, for example, the one manufactured by the processing device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2-53557 may be used.

【0030】次に、この非軸対称非球面レンズ(原形レ
ンズ)1を元にして雌型を作製する。この時、雌型表面
を形成する紫外線硬化樹脂層は、膜厚が高々数十ミクロ
ン程度で極めて薄いために、膜の機械的強度は弱い。従
って、原形レンズ1の曲率半径に近い値を持つ逆のトー
リック形状の型2を樹脂製雌型の土台として用いる。土
台となる型2の材質は、熱や外力や湿度等により、殆ん
ど変形しないものが望ましい。また、この雌型は繰り返
し使用されるので、表面を形成する樹脂層4は土台とな
る型2との接着性に優れた材料であることが望まれる。
ここでは、土台となる型材質として、しんちゅうを用い
る。このしんちゅうの型の表面を、あらかじめ粗加工し
ておく。これは型表面と樹脂層4の接着性を向上させる
ためである。
Next, a female mold is produced based on this non-axisymmetric aspherical lens (original lens) 1. At this time, since the thickness of the ultraviolet curable resin layer forming the female mold surface is several tens of microns at most, the mechanical strength of the film is weak. Therefore, the opposite toric mold 2 having a value close to the radius of curvature of the original lens 1 is used as the base of the resin female mold. It is desirable that the material of the mold 2 as the base is one that is hardly deformed by heat, external force, humidity or the like. Further, since this female mold is repeatedly used, it is desired that the resin layer 4 forming the surface is a material having excellent adhesiveness to the base mold 2.
Here, brass is used as a base material. The surface of the brass mold is rough-processed in advance. This is to improve the adhesiveness between the mold surface and the resin layer 4.

【0031】例えば型表面の粗加工には、六百番の紙や
すりを用いると、最大面粗さ3μm程度の表面を得るこ
とができる。なお、樹脂の膜厚は、平均30μm程度あ
るので、型表面の凹凸が完成した雌型表面の面粗さに影
響を及ぼすことはない。
For example, if rough sanding of the mold surface is performed by using No. 600 sandpaper, a surface having a maximum surface roughness of about 3 μm can be obtained. Since the average film thickness of the resin is about 30 μm, the unevenness of the mold surface does not affect the surface roughness of the completed female mold surface.

【0032】次に、アセトン,イソプロピルアルコール
等の有機溶剤を用いて、土台となる型2を十分に洗浄す
る。さらに、型2の表面に紫外線照射オゾン処理を約5
分間行った後、紫外線硬化樹脂3との接着性を促進させ
るために表面処理剤を塗布して、80℃で十分間の加熱
処理を行う。
Next, the base mold 2 is thoroughly washed with an organic solvent such as acetone or isopropyl alcohol. Further, the surface of the mold 2 is subjected to ultraviolet irradiation ozone treatment for about 5 times.
After the treatment for a minute, a surface treatment agent is applied in order to promote the adhesiveness with the ultraviolet curable resin 3, and a heat treatment is performed at 80 ° C. for a sufficient time.

【0033】次に、図2(b)に示すように、型2に対
して、適量の紫外線硬化樹脂3を滴下して、その上に原
形レンズ1をのせ、脱泡処理を行う。
Next, as shown in FIG. 2 (b), an appropriate amount of the ultraviolet curable resin 3 is dropped onto the mold 2, the original lens 1 is placed thereon, and defoaming treatment is performed.

【0034】次に、図2(c)に示すように、紫外線を
30秒照射する。ここで、紫外線硬化樹脂3は原形レン
ズ1と型2の間に挿入され、一層の状態になっている。
Next, as shown in FIG. 2 (c), ultraviolet rays are irradiated for 30 seconds. Here, the ultraviolet curable resin 3 is inserted between the original lens 1 and the mold 2 to form a single layer.

【0035】次に、図2(d)に示すように、原形レン
ズ1を紫外線硬化樹脂3と型2からなる雌型表面4’か
ら取り外す。
Next, as shown in FIG. 2D, the original lens 1 is removed from the female mold surface 4 ′ composed of the ultraviolet curable resin 3 and the mold 2.

【0036】さらに図1(a)に示すように、紫外線硬
化樹脂からなる雌型表面4’に対して、接着性を向上さ
せるために、上記と同じ表面処理を行い、原型レンズ1
と雌型との形状差がなくなるまで、樹脂層4を積層す
る。すなわち、型2上の樹脂層4上に紫外線硬化樹脂3
を滴下して、その上から原形レンズ1を載せて脱泡処理
を行い、紫外線を照射することにより、幾層もの樹脂層
4を形成する。少なくとも2層の樹脂層を形成する。
Further, as shown in FIG. 1 (a), the same surface treatment as above is applied to the female mold surface 4'made of an ultraviolet curable resin in order to improve the adhesion, and the prototype lens 1
The resin layer 4 is laminated until there is no difference in shape between the female mold and the female mold. That is, the ultraviolet curable resin 3 is formed on the resin layer 4 on the mold 2.
Is dropped, and the original lens 1 is placed thereon to perform defoaming treatment, and ultraviolet rays are irradiated to form a number of resin layers 4. At least two resin layers are formed.

【0037】以上の工程により雌型2は完成する。The female mold 2 is completed by the above steps.

【0038】出来上がった雌型(図1(a))の表面形
状を基本レンズ5に転写する方法を図1(b)から図1
(d)に示す。図1(b)に移る前処理として、ハイブ
リッドレンズの土台となる基本レンズ5を用意する。紫
外線硬化樹脂3と基本レンズ5との接着性を向上させる
ために、雌型作製時と同様に基本レンズ5に表面処理を
行う。表面を粗加工する方法は、例えば固定砥粒を用い
て所定の面粗さを得る方法、プラズマアッシャを行なう
方法、フッ酸を用いてエッチングする方法などがある。
さらに、雌型と完成したハイブリッドレンズ6との離型
性をよくするために、雌型表面に離型剤を塗布した後、
図1(b)に示すように、土台となる基本レンズ5上に
適量の紫外線硬化樹脂3を滴下する。
A method for transferring the surface shape of the completed female mold (FIG. 1A) to the basic lens 5 is shown in FIGS.
It shows in (d). As a pre-process for moving to FIG. 1B, a basic lens 5 as a base of the hybrid lens is prepared. In order to improve the adhesiveness between the ultraviolet curable resin 3 and the basic lens 5, the basic lens 5 is surface-treated in the same manner as in the production of the female mold. Examples of the method for roughening the surface include a method of obtaining a predetermined surface roughness using fixed abrasive grains, a method of performing plasma asher, and a method of etching using hydrofluoric acid.
Furthermore, in order to improve the mold releasability between the female mold and the completed hybrid lens 6, after applying a mold release agent to the female mold surface,
As shown in FIG. 1B, an appropriate amount of the ultraviolet curable resin 3 is dropped on the basic lens 5 that is the base.

【0039】次に、図1(c)に示すように、これを雌
型表面4に押し付けた後、紫外線を約30秒間照射して
樹脂3を硬化させる。
Next, as shown in FIG. 1 (c), this is pressed against the female mold surface 4 and then irradiated with ultraviolet rays for about 30 seconds to cure the resin 3.

【0040】そして、図1(d)に示すように、雌型か
ら非軸対称非球面形状層が転写されたハイブリッドレン
ズ6を離型する。すなわち、基本レンズ5には、紫外線
硬化樹脂3が接着されて、その樹脂の表面は数値制御に
より作製されたガラス製非軸対称非球面レンズの原形1
と同一表面を持つ紫外線硬化樹脂層が積層されたハイブ
リッドレンズ6が得られる。
Then, as shown in FIG. 1D, the hybrid lens 6 to which the non-axisymmetric aspherical surface layer has been transferred is released from the female mold. That is, the ultraviolet curable resin 3 is adhered to the basic lens 5, and the surface of the resin is numerically controlled to be the original shape 1 of the glass non-axisymmetric aspherical lens.
A hybrid lens 6 in which an ultraviolet curable resin layer having the same surface as that is laminated is obtained.

【0041】なお、雌型表面を構成する紫外線硬化樹脂
は、硬化後の樹脂の硬度が小さく、原型レンズ1の形状
になじみ易いものがよい。例えば、STM4(大日本イ
ンキ社製)、あるいはR6602(日本合成ゴム社製)
が好適である。また、ハイブリッドレンズ6用の紫外線
硬化樹脂は、土台となる基本ガラスレンズ5の屈折率に
極めて近く、かつ耐環境性に優れた樹脂であることが望
ましい。
It is preferable that the ultraviolet curable resin constituting the surface of the female mold has a low hardness after curing and is easily adapted to the shape of the prototype lens 1. For example, STM4 (manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) or R6602 (manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.)
Is preferred. Further, it is desirable that the ultraviolet curable resin for the hybrid lens 6 is a resin that is extremely close to the refractive index of the base glass lens 5 that is the base and has excellent environmental resistance.

【0042】雌型を作製の際に原型として用いられた非
軸対称非球面レンズ1と完成したハイブリッドレンズ6
及び基本レンズ5の形状を三次元形状測定機を用いて測
定した結果を図3(a)に示す。原形レンズ1の曲率半
径X1は、レンズ中央部で45.251mmであり、表面の
最大面粗さは0.152μmであった。一方、図3
(b)に示すように、本発明により製作されたハイブリ
ッドレンズ6の曲率半径X2は、レンズ中央部で45.2
53mmであり、最大面粗さは0.139μmであった。
なおハイブリッドレンズ6の母体となった基本レンズ5
の曲率半径X3はレンズ中央部で44.115mmであり、
最大面粗さは3.426μmであった。これにより、本
発明のレンズ製造方法では、転写精度が非常によいこと
がわかった。また、樹脂層表面にカッターを用いて1mm
間隔で縦横11本のクロスハッチ状の傷をつけ、セロハ
ンテープをもちいてクロスハッチ傷部を引き剥がそうと
したところ一枚も剥がれることはなかった。これに対し
て非常に平滑に仕上げられた基本レンズ表面に樹脂を積
層形成したハイブリッドレンズを用いてこの実験を行な
った場合、縦横11本クロスハッチ傷により構成された
百枚のピースのうち、四十枚がセロハンテープにより剥
がれてしまった。
A non-axisymmetric aspherical lens 1 used as a prototype for producing the female mold and the completed hybrid lens 6
And the result of measuring the shape of the basic lens 5 using a three-dimensional shape measuring machine is shown in FIG. The radius of curvature X 1 of the original lens 1 is 45.251mm at the center of the lens, the maximum surface roughness of the surface was 0.152Myuemu. On the other hand, FIG.
As shown in (b), the radius of curvature X 2 of the hybrid lens 6 manufactured according to the present invention is 45.2 at the center of the lens.
The surface roughness was 53 mm and the maximum surface roughness was 0.139 μm.
The basic lens 5 that is the base of the hybrid lens 6
Has a radius of curvature X 3 of 44.115 mm at the center of the lens,
The maximum surface roughness was 3.426 μm. This proves that the lens manufacturing method of the present invention has very good transfer accuracy. In addition, 1mm by using a cutter on the resin layer surface
When 11 crosshatch-like scratches were made at intervals, and the crosshatch scratches were to be peeled off using cellophane tape, no single piece was peeled off. On the other hand, when this experiment was carried out using a hybrid lens in which resin was laminated on the surface of the basic lens that was finished to be extremely smooth, four out of 100 pieces composed of 11 cross-hatch scratches in the vertical and horizontal directions were used. Ten pieces were peeled off with cellophane tape.

【0043】なお、上述の実施例では、雌型をレプリカ
法により作製したが、この雌型をレンズと同質のガラス
を用いて作製することにより、雌型の形状精度および面
精度をガラスレンズと同じレベルに維持することが可能
である。
In the above embodiment, the female mold was manufactured by the replica method. However, by manufacturing this female mold using glass of the same quality as that of the lens, the shape accuracy and surface accuracy of the female mold are the same as those of the glass lens. It is possible to maintain the same level.

【0044】次に、雌型を凹型のガラスから研削加工に
よって直接作製する方法及び装置の実施例を説明する。
図4は、本発明に係る非軸対称非球面物体の加工方法に
基づく加工装置の構成を示している。ワーク(被加工物
である凹型ガラス)7は、DCサーボモータにより回転
する回転テーブル8上に取り付けられている。
Next, an embodiment of a method and apparatus for directly producing a female mold from concave glass by grinding will be described.
FIG. 4 shows the configuration of a processing apparatus based on the processing method for an axisymmetric aspherical object according to the present invention. The work (concave glass that is a workpiece) 7 is mounted on a rotary table 8 that is rotated by a DC servo motor.

【0045】この回転テーブル8はアンギュラコンタク
トボールベアリングで支えられており、0.1μmの回
転振れ精度で回転する。また、この回転テーブル8の軸
には、ロータリーエンコーダ9が直結されており、回転
角の検出を行なう。さらに、この回転テーブル8は、ク
ロスローラガイドを用いた直進テーブル10上に設けら
れている。この直進テーブル10はガイド11を介しベ
ース12に取り付けられている。この直進テーブル10
を駆動するために、ピエゾアクチュエータ13が用いら
れる。0.01μmの精度で直進テーブル10を数値制
御するために、テーブル位置検出器として、静電容量型
変位検出器14を用い、閉ループ制御する。
The rotary table 8 is supported by angular contact ball bearings and rotates with a rotational runout accuracy of 0.1 μm. A rotary encoder 9 is directly connected to the shaft of the rotary table 8 to detect the rotation angle. Further, the rotary table 8 is provided on the linear table 10 using a cross roller guide. The linear table 10 is attached to a base 12 via a guide 11. This straight going table 10
A piezo actuator 13 is used to drive the. In order to numerically control the rectilinear table 10 with an accuracy of 0.01 μm, a capacitance type displacement detector 14 is used as a table position detector, and closed loop control is performed.

【0046】一方、ワーク7を加工するために、砥石1
5が用いられるが、この砥石15は、高周波モータをビ
ルトインしたエアスピンドル16に取り付けられて、3
0000rpmほどの回転数で、高精度に回転する。ま
た、エアスピンドル16は、その回転軸と直交するよう
に設置されたエアスピンドル保持軸17を中心として、
ウォーム18、ウォームフォイール19により、円弧状
に揺動できるように構成されている。エアスピンドル保
持軸17は支持部材20a及び20bにより、その両端
が固定されている。ワーク7の加工精度を高めるために
は、エアスピンドル16の揺動運動用軸受21の回転振
れをほとんど0にする必要がある。このため回転軸の振
れを静電容量型変位検出器14を用いて検出し、転がり
軸受(軸受21)を支持する支持部材20aをピエゾア
クチュエータ13で弾性変形させることにより軸振れを
小さく押さえることが可能な制御型の回転機構を組み込
んでいる。
On the other hand, in order to process the work 7, the grindstone 1
5 is used, and this grindstone 15 is attached to an air spindle 16 with a built-in high frequency motor,
It rotates with high accuracy at a rotation speed of about 0000 rpm. Further, the air spindle 16 is centered on the air spindle holding shaft 17 installed so as to be orthogonal to the rotation axis thereof.
The worm 18 and the worm wheel 19 are configured to swing in an arc shape. Both ends of the air spindle holding shaft 17 are fixed by supporting members 20a and 20b. In order to improve the processing accuracy of the work 7, it is necessary to make the rotational runout of the rocking motion bearing 21 of the air spindle 16 almost zero. Therefore, the shake of the rotary shaft can be detected by using the capacitance type displacement detector 14, and the support member 20a that supports the rolling bearing (bearing 21) can be elastically deformed by the piezo actuator 13 to suppress the shake of the shaft to a small extent. It incorporates a possible controlled rotation mechanism.

【0047】次に、非球面加工について説明する。前述
のトーリック面を加工する場合と同様に、研削開始点で
あるワーク7の下端に、あらかじめ砥石15を移動させ
ておく。ここで、回転テーブル8を回転させるが、非球
面加工の場合には、砥石15がワーク7の表面上の、研
削位置を正確に検出する必要がある。そのためには、回
転テーブル8の回転軸に直結したロータリエンコーダ9
で、高精度に回転テーブル8の回転角θを測定する。一
方、エアスピンドル16はトーリック面加工の時と同様
に、回転テーブル8の一回転ごとに、ステップ送りさ
れ、その位置を変えて行く。すなわち、砥石15とワー
ク7の接触位置が変わって行く。そこで、あらかじめ、
エアスピンドル16のそれぞれの位置での回転角θをパ
ラメータとして計算された加工データをメモリから呼出
し、ロータリーエンコーダ9からのパルスを検出し、そ
のパルスをもとに加工データをピエゾアクチュエータ1
3に供給し、直進テーブル10を連続的に制御する。そ
して、回転テーブル8が一回転した所で、エアスピンド
ル16をステップ的に動かし、砥石15をワーク7の新
しい面へ持って行く。同時に、その位置に対応する新し
い加工データをメモリから呼出し、前述したような動作
を繰り返しながら、砥石15がワーク7の上端に移動し
終ると、ワーク7の表面はすべて研削されたことにな
り、その面は副軸方向の半径rが場所によって異なる非
球面となり、トーリック面から偏差dを持たせた変形ト
ーリック面(すなわち非軸対称非球面)となっている。
なお、加工データはレンズの副軸方向の半径について
は、エアスピンドル16の揺動の1ステップごと、主軸
方向の半径については、ロータリーエンコーダ9の1パ
ルスごとに、レンズ表面を格子状に分解し、各点におけ
る偏差量を計算機により計算して得られた数値制御デー
タである。
Next, the aspherical surface processing will be described. Similar to the case of processing the toric surface described above, the grindstone 15 is moved in advance to the lower end of the work 7 which is the grinding start point. Here, the rotary table 8 is rotated, but in the case of aspherical surface processing, the grindstone 15 needs to accurately detect the grinding position on the surface of the work 7. To this end, the rotary encoder 9 directly connected to the rotary shaft of the rotary table 8
Then, the rotation angle θ of the rotary table 8 is measured with high accuracy. On the other hand, the air spindle 16 is step-fed for each revolution of the rotary table 8 and changes its position as in the case of the toric surface processing. That is, the contact position between the grindstone 15 and the work 7 changes. So, in advance,
The machining data calculated by using the rotation angle θ at each position of the air spindle 16 as a parameter is called from the memory, the pulse from the rotary encoder 9 is detected, and the machining data is obtained based on the pulse.
3, and the straight advance table 10 is continuously controlled. Then, when the rotary table 8 makes one rotation, the air spindle 16 is moved stepwise to bring the grindstone 15 to a new surface of the work 7. At the same time, the new machining data corresponding to the position is called from the memory, and when the grindstone 15 has moved to the upper end of the work 7 while repeating the above-mentioned operation, it means that the surface of the work 7 is all ground. The surface is an aspherical surface whose radius r in the sub-axis direction differs depending on the location, and is a deformed toric surface having a deviation d from the toric surface (that is, an axisymmetric aspherical surface).
The processing data is that the lens surface is decomposed into a lattice shape for each step of the swing of the air spindle 16 for the radius of the lens in the sub-axis direction, and for each pulse of the rotary encoder 9 for the radius of the main axis. , Numerical control data obtained by calculating the deviation amount at each point by a computer.

【0048】また、エアスピンドル16は支持アーム2
2の中で微動でき、エアスピンドル軸とエアスピンドル
保持軸17間の距離は変更できる。従って、ワーク7と
砥石15との関係は、図6における砥石15の半径r’
がドレッシング等によって減少しても、R−r=l(一
定)である回転テーブル8をエアスピンドル保持軸17
の回転中心より常にlだけ離れた場所に位置付けてお
き、そこを原点として、長さRの基準ゲージを砥石側に
出し、エアスピンドル16をエアスピンドル保持軸17
に向かって微動させ、砥石15を基準ゲージに接触させ
れば、ワーク7と砥石15との関係(l=一定)は常に
満たされる。実際には、砥石15の摩耗による半径r’
の減少以外にワーク7に研削代εが存在する。この研削
量も前加工等によって異なる。この場合はワーク7を回
転テーブル8に設置した際に、基準ゲージの先端を電気
マイクロメータの触針にしておき、基準位置からワーク
7表面までの距離を測定することにより、研削代εをあ
らかじめ求めておく。そして回転テーブル8を研削代ε
だけ後退させた位置にセットし、ゲージをR+εにし前
述の方法により砥石15の位置を決めれば、研削量を考
慮したワーク7と砥石15の位置決めが容易に行なえ
る。
Further, the air spindle 16 is the support arm 2
2 and the distance between the air spindle shaft and the air spindle holding shaft 17 can be changed. Therefore, the relationship between the work 7 and the grindstone 15 is the radius r ′ of the grindstone 15 in FIG.
Is reduced by dressing or the like, the rotary table 8 with R-r = 1 (constant) is attached to the air spindle holding shaft 17
It is always positioned at a position distant from the center of rotation of 1 by 1 and the reference gauge of length R is brought out to the grindstone side with that position as the origin, and the air spindle 16 is fixed to the air spindle holding shaft 17
If the grindstone 15 is brought into contact with the reference gauge by moving the grindstone 15 toward, the relationship between the work 7 and the grindstone 15 (l = constant) is always satisfied. Actually, the radius r ′ due to the wear of the grindstone 15
There is a grinding allowance ε on the work 7 in addition to the decrease of This grinding amount also differs depending on the preprocessing and the like. In this case, when the work 7 is installed on the rotary table 8, the tip of the reference gauge is used as a stylus of an electric micrometer, and the distance from the reference position to the surface of the work 7 is measured to obtain the grinding allowance ε in advance. I ask for it. Then, the rotary table 8 is ground by ε.
The workpiece 7 and the grindstone 15 can be easily positioned in consideration of the grinding amount by setting the position of the grindstone 15 by setting the gauge to R + ε and setting the gauge to R + ε.

【0049】上記基本機能に加え、加工力補正機能、回
転テーブルの回転振れ補正機能、砥石高さ可変機能、研
磨機能についての実施例について説明する。図7に示す
ように回転テーブル8の回転軸23は転がり軸受24を
介してxy方向をピエゾアクチュエータ13で保持され
ている。回転軸23の回転振れを静電容量型変位検出器
14を用いて検出し、転がり軸受24で保持されている
回転軸23をピエゾアクチュエータ13で微小量移動さ
せることにより回転振れを小さく押さえることができる
制御型の回路機構を組み込んでいる。
In addition to the above-mentioned basic functions, an embodiment of a processing force correction function, a rotary shake correction function of a rotary table, a grindstone height variable function, and a polishing function will be described. As shown in FIG. 7, the rotary shaft 23 of the rotary table 8 is held by the piezo actuator 13 in the xy directions via rolling bearings 24. Rotational runout of the rotary shaft 23 can be detected by using the capacitance type displacement detector 14, and the rotary shaft 23 held by the rolling bearing 24 can be slightly moved by the piezo actuator 13 to suppress the rotary runout small. It incorporates a controllable circuit mechanism.

【0050】一方図8に示すように、砥石15を回転さ
せるためのエアスピンドル16は、直進テーブル25上
に設けられている。この直進テーブル25はガイド26
を介して支持アーム22に取り付けられている。この直
進テーブル25は、ピエゾアクチュエータ13を用いて
直進運動の微調整を行なうことができる。その結果、エ
アスピンドル16は支持アーム22の取付け面に対して
垂直方向に移動することが可能となり、ワーク7に対す
る砥石15の垂直方向の取付け高さを調整することがで
きる。本実施例に示す加工機で使用している砥石15は
図6に示すような凸曲面を有している。したがって砥石
15を他の砥石15’に交換した場合、エアスピンドル
16への砥石27の取付け方により図9に示すように砥
石15’表面の加工点が加工点29に変わる可能性があ
る。この状態で加工を継続すると、副軸方向の創成形状
が変わるため、ワーク7の加工精度は著しく低下する。
On the other hand, as shown in FIG. 8, an air spindle 16 for rotating the grindstone 15 is provided on the linear table 25. This straight table 25 is a guide 26
It is attached to the support arm 22 via. The linear movement table 25 can finely adjust the linear movement using the piezo actuator 13. As a result, the air spindle 16 can move in the vertical direction with respect to the mounting surface of the support arm 22, and the vertical mounting height of the grindstone 15 with respect to the work 7 can be adjusted. The grindstone 15 used in the processing machine shown in this embodiment has a convex curved surface as shown in FIG. Therefore, when the grindstone 15 is replaced with another grindstone 15 ′, the machining point on the surface of the grindstone 15 ′ may change to the machining point 29 as shown in FIG. 9 depending on how the grindstone 27 is attached to the air spindle 16. If machining is continued in this state, the wound molding shape in the sub-axis direction changes, so that the machining accuracy of the work 7 is significantly reduced.

【0051】本発明の装置のように砥石の取付け高さを
調整する機能があれば、砥石交換時に生じる加工精度の
低下を防ぐことができる。
If the apparatus of the present invention has the function of adjusting the mounting height of the grindstone, it is possible to prevent the deterioration of the machining accuracy that occurs when the grindstone is replaced.

【0052】さらに、このエアスピンドル16が、加工
力計測用ピエゾアクチュエータ30と加工力制御用ピエ
ゾアクチュエータ31とを介して、四方から取付け部材
32に保持されている例を図10に示す。図11に加工
力計測に用いたピエゾアクチュエータ30に加えた力f
と、発生電圧との関係について調べた結果の例を示す。
ピエゾアクチュエータは力が加わると圧電効果によって
電圧を発生する性質がある。図11に示すように、加え
る力fと発生電圧のVとの間には線形性があるので、逆
に発生電圧を検出すれば、ピエゾアクチュエタに加わっ
ている力を知ることができる。加工力fを加工力計測用
ピエゾアクチュエータ30で検出し、この時の発生電圧
Vと加工力指令電圧V0を比較して差が0になるように
加工力制御用ピエゾアクチュエータ31を変位させる。
この結果、研削中に加工力が変動しても加工力指令値を
一定にすれば、研削加工力を一定に制御することが可能
となる。このように加工力を一定に保ちながら加工する
ことにより、加工力の変動により生ずる装置の振動やワ
ークの弾性変形等の撹乱現象を抑えることができる。
Further, FIG. 10 shows an example in which the air spindle 16 is held by the mounting member 32 from four directions via the machining force measuring piezo actuator 30 and the machining force controlling piezo actuator 31. FIG. 11 shows the force f applied to the piezo actuator 30 used for measuring the processing force.
The following is an example of the results of the investigation of the relationship between the generated voltage and the generated voltage.
The piezo actuator has a property of generating a voltage by a piezoelectric effect when a force is applied. As shown in FIG. 11, since there is linearity between the applied force f and the generated voltage V, the force applied to the piezoactuator can be known by detecting the generated voltage. The machining force f is detected by the machining force measuring piezo actuator 30, the generated voltage V at this time is compared with the machining force command voltage V 0 , and the machining force controlling piezo actuator 31 is displaced so that the difference becomes zero.
As a result, if the machining force command value is kept constant even if the machining force fluctuates during grinding, the grinding force can be controlled to be constant. By performing the processing while keeping the processing force constant, it is possible to suppress the disturbance phenomenon such as the vibration of the device and the elastic deformation of the work caused by the variation of the processing force.

【0053】さらに本装置では図12に示すように砥石
15と平行にポリッシャ33を取り付けている。ポリッ
シャ33の材質にはフェルトを用いているが、これはワ
ーク7の材質により適宜変える。フェルトのような繊維
材料の他に、例えばテフロンのような化学樹脂、スズの
ような軟質金属材料でも良い。上述したように本装置に
は砥石の取付け高さ調整機能があるため、研磨加工の際
はエアスピンドル16を上下方向に移動させワーク7に
ポリッシャー33を当てた状態で研磨を行なう。研磨中
は,研削液の代わりにダイヤモンドペーストのような遊
離砥粒が含まれた研磨液がワークに掛かるようになって
いる。本装置には非球面創成機能と加工力制御機能があ
るため、ワーク7の形状を全く損なうことなく研磨を行
なうことができる。
Further, in this apparatus, as shown in FIG. 12, a polisher 33 is attached in parallel with the grindstone 15. Although felt is used as the material of the polisher 33, this may be appropriately changed depending on the material of the work 7. Besides a fiber material such as felt, a chemical resin such as Teflon or a soft metal material such as tin may be used. As described above, since the present apparatus has a grindstone mounting height adjusting function, during polishing, the air spindle 16 is moved in the vertical direction and polishing is performed with the polisher 33 applied to the work 7. During polishing, the polishing liquid containing free abrasive grains such as diamond paste is applied to the work instead of the polishing liquid. Since this device has an aspherical surface generating function and a processing force control function, polishing can be performed without damaging the shape of the work 7.

【0054】本実施例では、砥石スピンドル軸34が支
持アーム22の面に対して垂直な場合について説明した
が、図13に示すように、砥石スピンドル軸34を支持
アーム22の面に対して角度ξだけ傾けて設定した場合
にも、加工は可能である。この場合、砥石15とワーク
7の接触部が大きくなるため、加工マークを低減させる
ことができる。
In this embodiment, the case where the grindstone spindle shaft 34 is perpendicular to the surface of the support arm 22 has been described. However, as shown in FIG. Even if the angle is set only by ξ, processing is possible. In this case, since the contact portion between the grindstone 15 and the work 7 becomes large, the number of processing marks can be reduced.

【0055】次に、ノズルの部分が固定されている研削
加工装置で上記のガラスを研削し、仕上げ面の様子を調
べた。他の研削加工装置では、ノズルは固定されている
ため砥石がワーク中央部から離れるのに従い、研削部へ
の研削液の供給状態が不十分になる。その結果、研削不
良が起こり仕上げ面の面粗さが低下する。仕上げ面の端
面付近の表面の様子を観察した結果を、図14に示す。
図14から分かるように、研削液の供給状態が不十分で
あっても、ワーク材質がやわらかい場合は、平滑な仕上
げ面が得られるが、材質の硬度が大きくなると研削液供
給状態の影響を大きく受け、仕上げ面の面粗さは大きく
なる。
Next, the above glass was ground by a grinding machine in which the nozzle portion was fixed, and the appearance of the finished surface was examined. In other grinding apparatus, since the nozzle is fixed, the supply of the grinding liquid to the grinding section becomes insufficient as the grindstone moves away from the center of the work. As a result, grinding failure occurs and the surface roughness of the finished surface decreases. FIG. 14 shows the results of observing the appearance of the surface near the end surface of the finished surface.
As can be seen from FIG. 14, even if the supply of the grinding fluid is insufficient, a smooth finished surface can be obtained when the work material is soft, but the greater the hardness of the material, the greater the influence of the supply state of the grinding fluid. The surface roughness of the receiving and finishing surface becomes large.

【0056】本発明においては、以下に説明するような
研削液の供給方法を用いる。図15は、NC制御により
非軸対称非球面雌型を研削加工するための加工装置の構
成を示している。内径1.5mmのノズル35を研削点の
円弧運動の軌道に沿って二十本配置し、研削点の移動に
従って、動作するノズル35を逐次変えることにより研
削点における研削液の掛かり方が常に同一状態になるよ
うにした。この方法により研削した結果を図16に示
す。本方法によればワークのいずれの面でも研削液は十
分にかかっているため、研削性の悪い硬いガラスでも鏡
面に研削することが可能となる。
In the present invention, a method for supplying a grinding fluid as described below is used. FIG. 15 shows the configuration of a processing apparatus for grinding a non-axisymmetric aspherical female mold by NC control. Twenty nozzles 35 with an inner diameter of 1.5 mm are arranged along the trajectory of the circular arc motion of the grinding point, and the operating nozzles 35 are sequentially changed according to the movement of the grinding point to constantly apply the same amount of grinding fluid at the grinding point. I was in a state. The result of grinding by this method is shown in FIG. According to this method, since the grinding liquid is sufficiently applied to any surface of the work, it becomes possible to grind hard glass having poor grindability to a mirror surface.

【0057】他の例として、設備の簡便化を図るため研
削液供給用コントローラを設けない場合には、ノズル形
状を研削点の揺動軌跡と同一形状とする。こうすれば研
削液は研削点の揺動軌跡に沿って噴射されるため、研削
点における研削液の掛かり方は常に一定になる。
As another example, if the controller for supplying the grinding fluid is not provided in order to simplify the equipment, the nozzle shape is made the same as the swing locus of the grinding point. In this way, the grinding fluid is sprayed along the swing locus of the grinding point, so that the way the grinding fluid is applied at the grinding point is always constant.

【0058】次にレプリカ法によりレンズを実際に試作
し、本発明に用いたSiO保護膜の防水性を確認した。
本実施例で作製したレンズの構成を図17に示す。本図
面はレンズ形状を分かりやすく示すために曲率半径等各
種寸法は強調している。本レンズはトーリック形状を有
する基本レンズ5の表面に紫外線硬化樹脂層36を積層
することにより非球面を形成しさらにその上にSiOか
らなる保護膜37を有する構造を持つハイブリッド非球
面レンズである。図18に本レンズの製造工程を示す。
非球面形状をした雌型表面4に離型剤として含フッ素ア
ジド潤滑剤を塗布する。離型剤の膜厚は1000Å程度
あるいはそれ以上大きくても良い。次に雌型表面4に紫
外線硬化樹脂3を均一に塗りその上からガラス製トーリ
ックレンズ5を一定荷重Wで押しつける。次に紫外線を
数分間照射し、樹脂を硬化させて非球面形状をガラスレ
ンズ表面に転写した後、レンズ6を雌型59から抜き取
る。最後に非球面レンズ6表面にSiOからなる保護膜
37をスパッタリング法により形成する。この時の膜厚
は10Åである。膜厚が1000Å程度までであればレ
ンズの光学特性に及ぼす影響は無視できる。このレンズ
を100%湿度中に100時間放置し、その重量変化を
測定することにより吸水性を評価したところ、吸水率は
0%を示し、非常に耐候性に優れたレンズを実現するこ
とができた。本発明における保護膜の効果を確認するた
め、以下の実験を行なった。
Next, a lens was actually prototyped by the replica method, and the waterproof property of the SiO protective film used in the present invention was confirmed.
The configuration of the lens manufactured in this example is shown in FIG. In this drawing, various dimensions such as a radius of curvature are emphasized in order to clearly show the lens shape. The present lens is a hybrid aspherical lens having a structure in which an ultraviolet curable resin layer 36 is laminated on the surface of a basic lens 5 having a toric shape to form an aspherical surface, and a protective film 37 made of SiO is further formed on the aspherical surface. FIG. 18 shows the manufacturing process of the present lens.
A fluorine-containing azide lubricant is applied as a release agent to the aspherical surface 4 of the female mold. The film thickness of the release agent may be about 1000Å or more. Next, the ultraviolet curable resin 3 is uniformly applied to the female mold surface 4, and the glass toric lens 5 is pressed thereon with a constant load W. Next, after irradiating ultraviolet rays for several minutes to cure the resin and transfer the aspherical shape to the glass lens surface, the lens 6 is pulled out from the female mold 59. Finally, a protective film 37 made of SiO 2 is formed on the surface of the aspherical lens 6 by a sputtering method. The film thickness at this time is 10Å. If the film thickness is up to about 1000Å, the influence on the optical characteristics of the lens can be ignored. When this lens was left in 100% humidity for 100 hours and the water absorption was evaluated by measuring the weight change, the water absorption rate was 0%, and a lens with extremely excellent weather resistance could be realized. It was The following experiment was conducted to confirm the effect of the protective film in the present invention.

【0059】実験は50mm四方のガラス基板上に20
0mgの紫外線硬化樹脂をのせて硬化させたものを基本
サンプルとした。次に防水効果を得るために、基本サン
プル表面にフッ素系の撥水処理剤を塗布したもの、基本
サンプル表面にSiO保護膜を50Åの薄厚にスパッタ
リングにより形成したものを用意した。次にそれらのサ
ンプルを100%湿度中に長時間放置した後の、サンプ
ルの重量変化を測定することにより、吸水性を評価し
た。放置時間は65時間及び90時間とした。結果を表
1に示す。
The experiment was carried out on a 50 mm square glass substrate for 20
A basic sample was prepared by placing 0 mg of an ultraviolet curable resin and curing the resin. Next, in order to obtain a waterproof effect, a basic sample surface coated with a fluorine-based water repellent agent, and a basic sample surface coated with a SiO 2 protective film with a thickness of 50 Å by sputtering were prepared. Next, the water absorption was evaluated by measuring the weight change of the samples after leaving the samples in 100% humidity for a long time. The standing time was 65 hours and 90 hours. The results are shown in Table 1.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】実験の結果、樹脂のみの基本サンプル及び
樹脂表面にフッ素系撥水処理剤を塗布したサンプルとも
に高湿度中に長時間放置すると樹脂内部に水が浸透する
が樹脂表面にSiO保護膜を形成したサンプルは水の侵
入が全く認められないことが分かった。ただし、樹脂表
面にフッ素系撥水処理剤を塗布したサンプルは表面エネ
ルギが樹脂のみの基本サンプルのそれと比べて小さくな
っているために撥水性は基本サンプルより優れている。
すなわち水滴や汚れは付着しにくい表面となっている。
したがって、SiO保護膜の上に撥水処理剤をさらに付
着させることは防水性及び撥水性を向上させるためには
有効な手段である。ここで用いる撥水処理剤はフッ素系
撥水処理剤の他にシリコン系撥水処理剤でも有効であ
る。
As a result of the experiment, both the basic sample containing only the resin and the sample obtained by coating the surface of the resin with the fluorine-based water repellent treatment, when left in high humidity for a long time, penetrates into the resin, but the SiO protective film is formed on the surface of the resin. It was found that no water intrusion was observed in the formed sample. However, the sample in which the resin surface is coated with the fluorine-based water repellent treatment has a surface energy smaller than that of the basic sample containing only the resin, and thus the sample is superior in water repellency to the basic sample.
That is, the surface is such that water droplets and dirt are unlikely to adhere.
Therefore, further adhering the water repellent treatment agent on the SiO protective film is an effective means for improving the waterproof property and the water repellent property. As the water repellent treatment agent used here, a silicone water repellent treatment agent is also effective in addition to the fluorine water repellent treatment agent.

【0062】図19は、本発明の他の実施例を示すレー
ザビームプリンタの要部構成図である。図19におい
て、38は本発明によるハイブリッド型走査レンズを含
むFθレンズ、39はレーザ光源、40はコリメータレ
ンズ、41はシリンダレンズ、42は回転多面鏡、43
は感光ドラム面である。
FIG. 19 is a block diagram of the essential parts of a laser beam printer showing another embodiment of the present invention. In FIG. 19, 38 is an Fθ lens including a hybrid scanning lens according to the present invention, 39 is a laser light source, 40 is a collimator lens, 41 is a cylinder lens, 42 is a rotary polygon mirror, and 43.
Is the photosensitive drum surface.

【0063】レーザ光源39から出射されたレーザ光1
00は、コリメータレンズ40を通過し、平行光束とな
る。シリンダレンズ41は、副走査方向にのみ作用する
ように配置されている。ここでは、主走査方向はx方向
(紙面に水平方向)であり、副走査方向はy方向(紙面
に垂直方向)である。これにより回転多面鏡42の反射
面200上では、副走査方向にレーザ光が集光されるよ
うになっている。副走査方向に関して、回転多面鏡42
の反射面200と感光ドラム43とが配置されるが、こ
れらの面200と面43とは幾何光学的に共役関係にあ
る。
Laser light 1 emitted from the laser light source 39
00 passes through the collimator lens 40 and becomes a parallel light flux. The cylinder lens 41 is arranged so as to act only in the sub-scanning direction. Here, the main scanning direction is the x direction (horizontal direction to the paper surface), and the sub scanning direction is the y direction (vertical direction to the paper surface). As a result, the laser light is focused on the reflecting surface 200 of the rotary polygon mirror 42 in the sub-scanning direction. In the sub-scanning direction, the rotary polygon mirror 42
The reflecting surface 200 and the photosensitive drum 43 are arranged, and these surfaces 200 and 43 are geometrically and optically conjugate with each other.

【0064】レーザ光走査のための走査レンズ(Fθレ
ンズ)38は、球面あるいは平面からなる回転対称軸を
もつレンズ面44,45を両面に持つ第一のレンズと、
回転軸非対称なレンズ面46を一端に持つ第二のレンズ
(本発明による製造されたハイブリッドレンズ)から構
成される。この走査レンズ(Fθレンズ)38は、主走
査方向(x方向)の結像に関しては、平行光束を感光ド
ラム面43上に絞り込む機能を備えている。本実施例で
は、回転多面鏡42の半径は32mm、面数は8であり、
入射レーザ光の入射角度は66°である。
A scanning lens (Fθ lens) 38 for scanning a laser beam is a first lens having lens surfaces 44 and 45 on both sides, which have a rotational symmetry axis formed of a spherical surface or a plane.
It is composed of a second lens (a hybrid lens manufactured according to the present invention) having a lens surface 46 asymmetric about the rotation axis at one end. The scanning lens (Fθ lens) 38 has a function of narrowing a parallel light flux onto the photosensitive drum surface 43 for image formation in the main scanning direction (x direction). In the present embodiment, the radius of the rotary polygon mirror 42 is 32 mm and the number of surfaces is 8,
The incident angle of the incident laser light is 66 °.

【0065】図20は、図19におけるFθレンズの結
像特性を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing the image forming characteristics of the Fθ lens in FIG.

【0066】図19に示す回転多面鏡42で走査された
レーザ光を、本発明により製造された走査レンズ(Fθ
レンズ)38で結像したときの結像特性は、図20の実
線で示すように、走査画角±29°の範囲で像面わん曲
を2mm以内に抑えることができる。実験では、60×1
00μmの均一な絞り込みスポットを得ることができ
た。また、図20の破線は、非対称の面形状を加えない
時、つまり、対称のシリンダレンズによりレーザ光を感
光ドラム上に偏向走査する時の副走査方向の像面位置で
ある。図20からも分かるように、非対称の面形状を加
えない場合には、29°の走査画角の範囲で像面わん曲
が20mm近くまで広がってしまう。以上の結果から本発
明によるレーザ光の像面わん曲が微小であることが分か
る。
The laser beam scanned by the rotary polygon mirror 42 shown in FIG. 19 is converted into a scanning lens (Fθ
As for the image forming characteristics when an image is formed by the lens 38, as shown by the solid line in FIG. 20, the field curvature can be suppressed within 2 mm within the range of the scanning angle of view ± 29 °. In the experiment, 60 × 1
It was possible to obtain a uniform focused spot of 00 μm. The broken line in FIG. 20 represents the image plane position in the sub-scanning direction when an asymmetric surface shape is not added, that is, when the symmetrical cylinder lens deflects and scans the laser light onto the photosensitive drum. As can be seen from FIG. 20, when the asymmetrical surface shape is not added, the image plane curvature spreads to nearly 20 mm within the scanning angle of view of 29 °. From the above results, it can be seen that the image plane curvature of the laser light according to the present invention is minute.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上のように本発明によれば非軸対称非
球面形状を有する凹面を高精度かつ量産性良く創成する
ことが可能となる。本発明の加工装置ではワークの材質
を光学ガラスとすることにより非軸対称非球面の凹面レ
ンズを直接に研削加工することができる。また、ワーク
に硬質のセラミックスを選べば、モールド成形用雌型を
加工することができ、光学特性に優れた非軸対称非球面
レンズをモールド成形により安価に量産することが可能
となる。さらに、本発明の非軸対称非球面レンズをレー
ザビームプリンタに用いることで、像面わん曲が少ない
高品質な印字を行なうことができる。また、本発明の非
軸対称非球面レンズはレーザファックス、ディジタル型
複写機、イメージリーダ、カメラ等のレンズとしても用
いることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to create a concave surface having an axisymmetric aspherical surface shape with high accuracy and mass productivity. In the processing apparatus of the present invention, a non-axisymmetric aspherical concave lens can be directly ground by using optical glass as the material of the work. Further, if hard ceramics is selected for the work, the female mold for molding can be processed, and it becomes possible to mass-produce the non-axisymmetric aspherical lens having excellent optical characteristics at low cost by molding. Furthermore, by using the non-axisymmetric aspherical lens of the present invention in a laser beam printer, it is possible to perform high-quality printing with little image plane distortion. Further, the non-axisymmetric aspherical lens of the present invention can be used as a lens for a laser fax, a digital copying machine, an image reader, a camera or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す非軸対称非球面ハイブ
リッドレンズの製造方法を示す工程説明図。
FIG. 1 is a process explanatory view showing a manufacturing method of an axisymmetric aspherical hybrid lens showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を示す非軸対称非球面雌型の
製造方法を示す工程説明図。
FIG. 2 is a process explanatory view showing a method for manufacturing a non-axisymmetric aspherical female mold showing one embodiment of the present invention.

【図3】非軸対称非球面を有する原形ガラスレンズ及び
ハイブリッドレンズの形状を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing shapes of an original glass lens and a hybrid lens having an axisymmetric aspherical surface.

【図4】非軸対称非球面雌型加工装置の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a non-axisymmetric aspherical female processing apparatus.

【図5】非軸対称非球面雌型の形状を示す図。FIG. 5 is a view showing the shape of a non-axisymmetric aspherical female mold.

【図6】砥石、ワーク、揺動中心及及び回転中心との関
係を示す図。
FIG. 6 is a view showing a relationship between a grindstone, a work, a swing center, and a rotation center.

【図7】本発明の一実施例を示す回転テーブルの回転振
れ補正機構を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a rotational shake correction mechanism of a rotary table showing an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例を示すエアスピンドル移動機
構を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing an air spindle moving mechanism showing an embodiment of the present invention.

【図9】砥石取付け時の取付け誤差を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a mounting error when the grindstone is mounted.

【図10】本発明の一実施例を示す加工力制御機構を示
す図。
FIG. 10 is a diagram showing a processing force control mechanism showing an embodiment of the present invention.

【図11】本発明に適用される加工力検出用ピエゾアク
チュエータの力と発生電圧の関係。
FIG. 11 shows the relationship between the force and the generated voltage of the machining force detecting piezo actuator applied to the present invention.

【図12】本発明の一実施例を示す研磨機構を示す図。FIG. 12 is a view showing a polishing mechanism showing one embodiment of the present invention.

【図13】本発明の一実施例を示す研削軸が傾いた場合
の非軸対称非球面雌型の加工装置を示す構成図。
FIG. 13 is a configuration diagram showing a non-axisymmetric aspherical female processing device when a grinding shaft is tilted according to an embodiment of the present invention.

【図14】研削仕上げ面の面粗さと素材硬度の関係。FIG. 14 shows the relationship between the surface roughness of the ground finished surface and the material hardness.

【図15】本発明の一実施例を示す噴射制御ノズルを有
する非軸対称非球面雌型加工装置を示す構成図。
FIG. 15 is a configuration diagram showing a non-axisymmetric aspherical female machining apparatus having an injection control nozzle according to an embodiment of the present invention.

【図16】研削仕上げ面の面粗さと素材硬度の関係。FIG. 16 shows the relationship between the surface roughness of the ground finished surface and the material hardness.

【図17】保護膜付きレンズの構造を示す図。FIG. 17 is a diagram showing the structure of a lens with a protective film.

【図18】保護膜付きレンズの製造工程を示す図。FIG. 18 is a diagram showing the manufacturing process of the lens with the protective film.

【図19】本発明の一実施例を示すレーザビームプリン
タの要部構成図。
FIG. 19 is a configuration diagram of a main part of a laser beam printer showing an embodiment of the present invention.

【図20】Fθレンズの結像特性を示す図。FIG. 20 is a diagram showing the imaging characteristics of an Fθ lens.

【図21】一般的なレーザビームプリンタの走査光学系
を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing a scanning optical system of a general laser beam printer.

【図22】一般的なレーザビームプリンタの画像形成系
を示す図。
FIG. 22 is a diagram showing an image forming system of a general laser beam printer.

【図23】雌型加工装置におけるワークとノズルの位置
関係を示す図。
FIG. 23 is a diagram showing a positional relationship between a work and a nozzle in the female processing apparatus.

【図24】雌型加工装置におけるワークとノズルの位置
関係を示す図。
FIG. 24 is a diagram showing a positional relationship between a workpiece and a nozzle in the female processing apparatus.

【図25】雌型加工装置におけるワークとノズルの位置
関係を示す図。
FIG. 25 is a view showing a positional relationship between a work and a nozzle in the female processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…非軸対称非球面レンズ(原形レンズ)、2…トーリ
ック形状の型、3…紫外線硬化樹脂、4…雌型表面、5
…基本レンズ、6…ハイブリッドレンズ、7…ワーク
(凹型ガラス)、8…回転テーブル、9…ロータリーエ
ンコーダ、10…直進テーブル、11…ガイド、12…
ベース、13…ピエゾアクチュエータ、14…静電容量
型変位検出器、15…砥石、16…エアスピンドル、1
7…エアスピンドル保持軸、18…ウォーム、19…ウ
オームフォイール、20a…支持部材、20b…支持部
材、21…揺動運動用軸受、22…支持アーム、23…
回転軸、24…転がり軸受、25…直進テーブル、26
…ガイド、27…砥石、28…加工点、29…加工点、
30…加工力計測用ピエゾアクチュエータ、31…加工
力制御用ピエゾアクチュエータ、32…取付け部材、3
3…ポリッシャー、34…砥石スピンドル軸、35…複
数のノズル、36…紫外線硬化樹脂、37…保護膜、3
8…結像レンズ(Fθレンズ)、39…光源、40…コ
リメータレンズ、41…シリンダレンズ、42…回転多
面鏡(ポリゴンミラー)、43…感光体、44…レンズ
面、45…レンズ面、46…レンズ面、47…変調器、
48a…ビームコンプレッサ、48b…ビームエキスパ
ンダ、49…プラスコロナ、50…交流コロナ電流、5
1…露光器、52…現像器、53…給紙カセット、54
…給紙ローラ、55…定着器、56…スタッカ、57…
クリーニング、58…クリーニングブレード、59…雌
型、60…ノズル、100…レーザ光、200…反射
面、300…軌道。
1 ... Axisymmetric aspherical lens (original lens), 2 ... Toric mold, 3 ... UV curable resin, 4 ... Female surface, 5
... Basic lens, 6 ... Hybrid lens, 7 ... Work (concave glass), 8 ... Rotating table, 9 ... Rotary encoder, 10 ... Linear table, 11 ... Guide, 12 ...
Base, 13 ... Piezo actuator, 14 ... Capacitive displacement detector, 15 ... Grinding stone, 16 ... Air spindle, 1
7 ... Air spindle holding shaft, 18 ... Worm, 19 ... Worm wheel, 20a ... Support member, 20b ... Support member, 21 ... Oscillating motion bearing, 22 ... Support arm, 23 ...
Rotating shaft, 24 ... Rolling bearing, 25 ... Linear table, 26
… Guide, 27… Whetstone, 28… Machining point, 29… Machining point,
30 ... Piezo actuator for measuring processing force, 31 ... Piezo actuator for controlling processing force, 32 ... Mounting member, 3
3 ... Polisher, 34 ... Whetstone spindle shaft, 35 ... Plural nozzles, 36 ... UV curable resin, 37 ... Protective film, 3
8 ... Imaging lens (Fθ lens), 39 ... Light source, 40 ... Collimator lens, 41 ... Cylinder lens, 42 ... Rotating polygon mirror (polygon mirror), 43 ... Photoconductor, 44 ... Lens surface, 45 ... Lens surface, 46 … Lens surface, 47… Modulator,
48a ... Beam compressor, 48b ... Beam expander, 49 ... Plus corona, 50 ... AC corona current, 5
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exposure device, 52 ... Developing device, 53 ... Paper feed cassette, 54
... Paper feed roller, 55 ... Fixing device, 56 ... Stacker, 57 ...
Cleaning, 58 ... Cleaning blade, 59 ... Female type, 60 ... Nozzle, 100 ... Laser light, 200 ... Reflecting surface, 300 ... Orbit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 史彦 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 森山 茂夫 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 有本 昭 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Fumihiko Uchida 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Shigeo Moriyama 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Akira Arimoto 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Hitachi Research Laboratory, Central Research Laboratory

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、上記光源から出射された光を走査
する走査手段と、上記走査手段によって走査された光を
媒体上に絞り込む走査レンズからなる走査光学装置にお
いて、上記走査レンズは基本ガラスレンズに上記基本ガ
ラスレンズと屈折率がほぼ等しい透明な有機高分子材料
からなる樹脂を積層して一体接合構造になっていること
を特徴とする走査光学装置。
1. A scanning optical device comprising a light source, a scanning means for scanning the light emitted from the light source, and a scanning lens for narrowing the light scanned by the scanning means onto a medium, wherein the scanning lens is a basic glass. A scanning optical device, wherein a resin made of a transparent organic polymer material having a refractive index substantially equal to that of the basic glass lens is laminated on the lens to form an integrally bonded structure.
【請求項2】レーザ光源と、上記レーザ光源からの光を
走査する回転多面鏡と、上記回転多面鏡によって走査さ
れた光を感光ドラム面上に絞り込む走査レンズを備えた
レーザビームプリンタにおいて、上記走査レンズの上記
感光ドラム側の表面は、少なくとも有機高分子材料から
なる樹脂で形成されていることを特徴とするレーザビー
ムプリンタ。
2. A laser beam printer comprising a laser light source, a rotary polygon mirror for scanning light from the laser light source, and a scanning lens for narrowing the light scanned by the rotary polygon mirror onto a photosensitive drum surface. A laser beam printer, wherein a surface of the scanning lens on the side of the photosensitive drum is formed of at least a resin made of an organic polymer material.
【請求項3】上記走査レンズは、基本ガラスレンズ上に
上記樹脂を積層されてなり、上記樹脂は上記基本ガラス
の屈折率とほぼ等しく、上記基本ガラスが上記樹脂を積
層しているの表面は微小な凹凸で粗らされてあり上記凹
凸は最大面粗さで0μmから20μmである請求項2に
記載のレーザビームプリンタ。
3. The scanning lens is formed by laminating the resin on a basic glass lens, the resin having substantially the same refractive index as the basic glass, and the surface of the basic glass laminating the resin is The laser beam printer according to claim 2, wherein the laser beam printer is roughened by minute irregularities, and the irregularities have a maximum surface roughness of 0 μm to 20 μm.
【請求項4】上記走査レンズは、上記樹脂で形成された
レンズ層の主軸と副軸の曲率半径が異なり、上記副軸の
曲率半径が軸外になるに伴って非対称に増加する非球面
形状を有する請求項1から3のいずれかに記載のレーザ
ビームプリンタ。
4. The aspherical shape of the scanning lens, wherein the main layer and the sub-axis of the resin layer of the resin layer have different radii of curvature, and asymmetrically increases as the radius of curvature of the sub-axis becomes off-axis. The laser beam printer according to claim 1, further comprising:
【請求項5】上記レンズ層の表面にSiO又はSiO2
からなる保護膜を設けた請求項4に記載のレーザビーム
プリンタ。
5. SiO or SiO 2 is formed on the surface of the lens layer.
The laser beam printer according to claim 4, wherein a protective film made of is provided.
【請求項6】上記保護膜厚が1000Å以下である請求
項5に記載のレーザビームプリンタ。
6. The laser beam printer according to claim 5, wherein the protective film thickness is 1000 Å or less.
【請求項7】上記樹脂は紫外線硬化樹脂である請求項2
から6のいずれかに記載のレーザビームプリンタ。
7. The resin according to claim 2, which is an ultraviolet curable resin.
7. The laser beam printer according to any one of 6 to 6.
【請求項8】表面に微小な凹凸を有するガラスレンズ
と、所定のレンズ形状の雌型とを準備し、上記雌型に上
記ガラスレンズとほぼ等しい屈折率をもつ有機高分子材
料の樹脂を滴下し、上記ガラスレンズを上記雌型に押し
あて、上記樹脂をレンズ形状に加工し、上記レンズ部分
と上記ガラスレンズ部分を一体接合成形するハイブリッ
ド走査レンズの製造方法。
8. A glass lens having minute irregularities on the surface and a female mold having a predetermined lens shape are prepared, and a resin of an organic polymer material having a refractive index substantially equal to that of the glass lens is dropped on the female mold. Then, the glass lens is pressed against the female mold, the resin is processed into a lens shape, and the lens portion and the glass lens portion are integrally joined and molded, thereby producing a hybrid scanning lens.
【請求項9】上記樹脂は紫外線硬化樹脂である請求項8
に記載のハイブリッド走査レンズの製造方法。
9. The resin is an ultraviolet curable resin.
A method of manufacturing the hybrid scanning lens according to 1.
【請求項10】上記樹脂上にSiO又はSiO2からな
る保護膜を形成する請求項8又は9に記載のハイブリッ
ド走査レンズの製造方法。
10. The method for manufacturing a hybrid scanning lens according to claim 8, wherein a protective film made of SiO or SiO 2 is formed on the resin.
【請求項11】有機高分子材料からなる樹脂あるいはレ
ンズ本体の一部に有機高分子材料からなる樹脂を含むレ
ンズの製造方法において、熱処理を施し、レンズ表面に
一定時間オゾンを照射した後、保護膜を形成することを
特徴とするレンズの製造方法。
11. A method of manufacturing a lens, which comprises a resin made of an organic polymer material or a resin made of an organic polymer material in a part of a lens body, is heat-treated, and the lens surface is irradiated with ozone for a certain period of time and then protected. A method for manufacturing a lens, which comprises forming a film.
【請求項12】非軸対称非球面走査レンズの形状転写に
用いる非軸対称非球面雌型の加工方法において、被加工
物を回転させると共に、上記被加工物を加工する砥石ス
ピンドルの回転軸となる砥石スピンドル軸を上記被加工
物の回転軸を含む面内に円弧運動させて該被加工物を加
工する方法において、上記被加工物の回転軸を含む平面
とは所定の角度を有する砥石スピンドル軸を持ち、上記
砥石スピンドル軸が上記被加工物の回転中心と上記被加
工物の間に位置し、かつ上記該被加工物の回転角位置に
対応させて、上記砥石スピンドル軸と上記被加工物との
空間的位置関係が変化するように制御することを特徴と
する非球面雌型の加工方法。
12. A method for processing a non-axisymmetric aspherical female die used for transferring the shape of a non-axisymmetric aspherical scanning lens, in which a workpiece is rotated and a rotation axis of a grindstone spindle for machining the workpiece. In the method of processing a workpiece by circularly moving a grinding stone spindle axis in a plane including the rotation axis of the workpiece, the grinding stone spindle having a predetermined angle with the plane including the rotation axis of the workpiece. An axis, the grindstone spindle axis is located between the center of rotation of the workpiece and the workpiece, and the grindstone spindle axis and the workpiece are associated with the rotation angle position of the workpiece. A method for processing an aspherical female die, which is controlled so that a spatial positional relationship with an object changes.
【請求項13】上記回転角位置に対応させて、上記被加
工物の回転中心軸位置が変化するように制御することを
特徴とする請求項12記載の非球面雌型の加工方法。
13. The method for machining an aspherical female die according to claim 12, wherein the rotation center axis position of the workpiece is controlled so as to change corresponding to the rotation angle position.
【請求項14】上記所定の角度は平行である請求項12
又は13に記載の非球面雌型の加工方法。
14. The predetermined angles are parallel to each other.
Or the processing method for an aspherical female die according to item 13.
【請求項15】上記被加工物と上記砥石スピンドルが接
する研削点の移動軌跡に沿って複数本の研削液噴射ノズ
ルを設けた請求項12から14のいずれかに記載の非球
面雌型の加工方法。
15. The machining of an aspherical female die according to claim 12, wherein a plurality of grinding fluid injection nozzles are provided along a movement locus of a grinding point where the workpiece and the grindstone spindle are in contact with each other. Method.
【請求項16】被加工物を回転させる回転手段と、上記
被加工物を加工する砥石を備えた砥石スピンドルと、上
記砥石スピンドル軸を円弧運動させる手段と、上記被加
工物の回転角に対応させて、上記被加工物の回転軸と上
記砥石スピンドルの円弧運動の中心軸間の距離を変化さ
せる手段を有し、上記砥石スピンドルの回転由を被加工
物の回転中心と該被加工物の間に配置したことを特徴と
する非球面雌型加工装置。
16. A rotating means for rotating a workpiece, a grindstone spindle equipped with a grindstone for machining the workpiece, a means for circularly moving the grindstone spindle axis, and a rotation angle of the workpiece. And a means for changing the distance between the rotation axis of the work piece and the center axis of the circular arc movement of the grindstone spindle, and the cause of rotation of the grindstone spindle is the rotation center of the work piece and the work piece. An aspherical female machining device characterized by being arranged between them.
【請求項17】上記被加工物と上記砥石との接点に研削
液を噴射するノズルを備え、上記研削液の噴射位置を制
御する手段を有する請求項16に記載の非球面雌型加工
装置。
17. The aspherical surface female machining apparatus according to claim 16, further comprising a nozzle for ejecting a grinding fluid at a contact point between the workpiece and the grindstone, and a means for controlling a jetting position of the grinding fluid.
【請求項18】上記被加工物の副軸方向に砥石スピンド
ル軸を円弧運動させる手段と、上記円弧運動の軌跡を補
正する手段を有する請求項17に記載の非球面雌型加工
装置。
18. The aspherical surface female machining apparatus according to claim 17, further comprising means for making an arc motion of the grindstone spindle axis in the sub-axis direction of the workpiece and means for correcting the locus of the arc motion.
【請求項19】上記砥石スピンドルをその支持部材の平
面に対して垂直方向に移動させる手段を有する請求項1
8に記載の非球面雌型加工装置。
19. A means for moving said grindstone spindle in a direction perpendicular to a plane of its supporting member.
8. The aspherical female processing device according to item 8.
【請求項20】上記砥石に加わる加工力の検出手段と、
上記砥石の位置移動手段とを有し、あらかじめ設定した
加工力信号と上記加工力検出手段の信号との差をなくす
ように、上記位置移動手段によって砥石位置を制御する
手段を有する請求項18に記載の非球面雌型加工装置。
20. A means for detecting a processing force applied to the grindstone,
The grinding wheel position moving means is provided, and the grinding wheel position is controlled by the position moving means so as to eliminate a difference between a preset machining force signal and a signal of the machining force detecting means. The aspherical female processing device described.
【請求項21】上記被加工物の回転装置の回転振れ検出
手段と、回転装置の回転振れ補正手段とを有する請求項
18又は20に記載の非球面雌型加工装置。
21. The aspherical female machining apparatus according to claim 18, further comprising a rotational shake detecting means of the rotating device of the workpiece and a rotational shake correcting means of the rotating device.
【請求項22】上記砥石スピンドルと同軸上に研磨用ポ
リッシャーを配し、研磨加工を行なう機能を有する請求
項18、20又は21に記載の非球面雌型加工装置。
22. The aspherical surface female machining apparatus according to claim 18, 20 or 21, wherein a polishing polisher is arranged coaxially with said grindstone spindle to perform polishing.
【請求項23】被加工物の回転装置と、上記被加工物を
加工する砥石を備えた砥石スピンドルと、上記砥石スピ
ンドルの軸を円弧運動させる手段と、上記被加工物の回
転軸と上記砥石スピンドルの円弧運動の中心軸間の距離
を変化させる手段と、上記被加工物の回転角位置を検出
する検出器と、上記砥石スピンドルの円弧運動の角位置
を検出する手段と、これら検出された2つの角位置信号
に対応させて、あらかじめ蓄積手段に蓄積された制御デ
ータに基づいて上記の軸間距離及び研削液の噴射位置を
変化すべく構成した制御装置を有し、上記砥石スピンド
ルは上記被加工物の回転中心と上記被加工物の間に配置
されていることを特徴とする非球面形状物体の加工装
置。
23. A rotating device for a workpiece, a grindstone spindle having a grindstone for machining the workpiece, means for moving the axis of the grindstone spindle in an arc, a rotary shaft for the workpiece and the grindstone. A means for changing the distance between the central axes of the circular arc movements of the spindle, a detector for detecting the rotational angular position of the work piece, a means for detecting the angular position of the circular arc movements of the grindstone spindle, and these detected The grindstone spindle includes a control device configured to change the inter-axis distance and the injection position of the grinding fluid based on the control data stored in advance in the storage means in correspondence with the two angular position signals. A processing device for an aspherical object, which is arranged between the center of rotation of a workpiece and the workpiece.
【請求項24】微小な凹凸を有する基本雌型表面に所定
のレンズ形状を有するレンズを用いて形状転写法により
有機高分子材料の樹脂からなるプラスチック雌型部分と
基本雌型部分を一体接合成形することを特徴とする加工
方法により加工した雌型を用いたハイブリッド走査レン
ズの製造方法。
24. A plastic female part made of a resin of an organic polymer material and a basic female part are integrally joined and molded by a shape transfer method using a lens having a predetermined lens shape on the surface of the basic female mold having minute irregularities. A method for manufacturing a hybrid scanning lens using a female die processed by a processing method characterized by:
【請求項25】少なくとも非軸対称非球面形状を有する
曲面がプラスチックで形成されていることを特徴とする
走査レンズ。
25. A scanning lens, wherein at least a curved surface having an axisymmetric aspherical shape is formed of plastic.
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