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シリンドリカルレンズを使用する際の考察

シリンドリカルレンズを使用する際の考察

 シリンドリカルレンズ (シリンダーレンズ) は、円柱状のガラス製レンズを一般に指し、大抵の場合、円柱状の面がレンズとしてのパワー (曲面) を持つ光学面になります。代表的なシリンドリカルレンズは、レンズの片面側がパワーを持ち、他方の面が平面状になっており、製造や試験工程に柔軟性を与えてこれを行っています。球面レンズに対して行うのとほぼ同様、レンズとしてのパワーを持つ光学研磨面は、最終研磨工程を経た後の面精度と仕上げによって特徴づけられます。面精度や仕上げは、面のイレギュラリティや表面品質 (キズ-ブツ) によって特徴づけられ、どちらも球面レンズのそれと同様に規定されます。シリンドリカルレンズが球面レンズと違う点は、その特有の形状から、パワー面側の光軸や平面側の光軸 (Figure 1 参照) を始めとする追加の仕様を持つ点です。これらの軸は、レンズ両面間の角度を規定するために用いられます。これらの仕様は、特に照準アプリケーションの際には考慮しておく必要があります。

Example of plano and power axis in a cylinder lens
Figure 1: シリンダーレンズの平面軸とパワー軸

以下にあげた仕様は、目標とするアプリケーションに応じて一定の配慮が必要になります:

パワー軸ウエッジ (偏芯)

 パワー軸ウエッジは、パワー軸がレンズの厚さに直交していない時に生じます。球面光学素子内のパワー面の偏芯と同様、パワー軸ウエッジは実際の光軸のミス配置を意味します。シリンダーレンズ内にパワー軸ウエッジが存在すると、システム内に以下に挙げた複数の機械的誤差や光学的収差を引き起こします:

  • 焦点面に投影したライン厚さの不均一化
  • パワー軸内でのビーム偏位
Example of power axis in a cylinder lens
Figure 2: シリンダーレンズのパワー軸

平面軸ウエッジ (面傾き)

 平面軸ウエッジは、平面軸がレンズの厚さに直交していない時に生じます。この傾きは、入射ビームに偏角を与えてしまうため、重大なポインティング誤差をシステム内に引き起こします。シリンダーレンズ内に平面軸ウエッジが存在すると、システム内に以下に挙げた複数の機械的誤差や光学的収差を引き起こします:

  • 焦点面に投影したライン厚さの不均一化
  • 平面軸内でのビーム偏位
  • 焦点面のチルト
Example of plano axis in a cylinder lens
Figure 3: シリンダーレンズの平面軸

軸ツイスト (ねじれ)

 軸ツイストは、平面軸がレンズの光軸に平行でない時に生じます。軸ツイストは、シリンダーレンズの外寸に対するパワー面の回転を意味します。これは、矩形状のレンズ素子をその形状に合わせて設置する際のアプリケーションでとりわけ有害になります。シリンダーレンズ内に軸ツイストが存在すると、システム内に以下に挙げた光学的収差を引き起こします:

  • 像の光軸周りの回転
Example of axial twist in a cylinder lens
Figure 4: シリンダーレンズの軸ツイスト
シリンダーレンズ選定ガイド
センタリングエラー 照明用グレード ビーム整形用グレード 超精密グレード
平面軸ウエッジ N/A < 5’ < 2’
パワー軸ウエッジ N/A < 5’ < 2’
軸ツイスト N/A < 3’ < 2’

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