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제안 방법
- Fθ 렌즈 중 1 번 렌즈의 1, 2 면은 주주사방향으로는 비구면형상(even aspheric)을 하고 부주사방향으로는 직선의 회전축을 갖는 Toric 면으로 하였다. 2 번 렌즈의 두 면은 주주사방향으로는 1 번 렌즈와 같은 비구면형상을 하지만 부주 사방향은 회전축이 상고에 따라 변하는 형상을 갖는 Special Toric 면으로 설계하였다(Fig. 2). 렌즈 재질은 Topas 사의 5013LS-01, 시뮬레이션은 Zemax 프로그램을 사용하였고 Table 1 에 정리된 것과 같이 만족스러운 성능을 얻었다.
- Fθ 렌즈 중 1 번 렌즈의 1, 2 면은 주주사방향으로는 비구면형상(even aspheric)을 하고 부주사방향으로는 직선의 회전축을 갖는 Toric 면으로 하였다.
- 이 차이가 렌즈사출시 생기는 형상 오차 등에 의해 발생하는 값이므로 이 값의 반대값으로 상면이 위치하도록 설계를 변경해야 한다. 그러기 위해 차이 값들을 연결하는 추세선의 근사식을 다항식 6 차항까지 구한 후 근사식 계수의 부호를 반대로 하는 곡선을 구한다. 각 상고에서 상면의 위치가 새로 구한 곡선 위의 값이 되도록 렌즈 설계 프로그램에서 목표값을 변경한다.
- 그 후 재설계된 렌즈면 수식을 적용하여 금형 core 가공을 다시 하였고 재가공된 core 역시 재설계된 면과 1µm 이하의 형상 오차를 가짐을 확인하였다. 또한 재가공 전과 동일한 조건으로 렌즈를 사출하여 빔경과 상면만곡을 다시 측정하였다. Fig.
- 상면만곡의 보정은 다음과 같은 과정으로 진행되었다. 먼저 사출렌즈의 빔경맵에서 각 위치의 상면만곡 값을 얻은 후 상면만곡 설계값과의 차이를 구한다. 이 차이가 렌즈사출시 생기는 형상 오차 등에 의해 발생하는 값이므로 이 값의 반대값으로 상면이 위치하도록 설계를 변경해야 한다.
- 사출렌즈는 Nanoscan beam profiler 가 탑재된 자동 빔경 측정기를 사용하여 상고 ± 110mm 영역에서 2mm 단계로, 상면(드럼면) ± 10mm 의 영역에서 1mm 단계로 빔경을 측정하였다(Fig.
- 각 상고에서 상면의 위치가 새로 구한 곡선 위의 값이 되도록 렌즈 설계 프로그램에서 목표값을 변경한다. 새로운 상면 목표값을 얻도록 렌즈 시뮬레이션을 하여 새로운 렌즈면 수식의 계수들을 얻는다. 재설계한 렌즈에서 상면만곡 값이 목표 곡면 위에 있는지 확인한다.
- 재설계한 렌즈에서 상면만곡 값이 목표 곡면 위에 있는지 확인한다. 이 방법을 적용하여 렌즈를 재설계하였고 아래 그래프처럼 수정목표값에 가까운 값을 가진 상면만곡을 얻었다(Fig. 10).
- 3)에 비하여 심하게 상면이 왜곡돼 있었다. 플라 스틱 렌즈 사출 자체의 한계 때문에 사출조건 개선만으로는 이 상면만곡을 개선하는데 한계가 있으므로 렌즈 설계를 변경하고 그에 따라 금형 core 를 수정하는 방법으로 접근하였다.
대상 데이터
- 렌즈 금형 core 의 가공은 1nm 의 분해능을 가진 Toshiba machine 사의 초정밀 고속 가공기 ULG100DF3 를 사용하였다. 제작된 core 면은 3nm 의 분해능을 가진 Panasonic 사의 UA3P-5A 를 이용하여 측정하였다(Fig.
- 렌즈 사출은 Sodick 사의 hybrid type 정밀 사출기 TR100EH2/TR140EH2 모델로 하였다(Fig. 6(a)).
- 이 방법은 수 µm 의 정밀도를 요구하는 자유곡면의 성능을 사출조건에만 의존하지 않고 만족시킬 수 있다는 점에서 의의가 있다. 이 렌즈를 사용하여 A4 사이즈 LSU 를 제작할 수 있었다. 이 기술을 바탕으로 A3 사이즈 LSU 개발도 용이할 것으로 기대하며 앞으로 다양한 렌즈의 제작 및 Laser 응용으로의 전개 역시 기대할 수 있다.
- 이번 개발에서 Fθ 렌즈는 A4 사이즈 LSU 용으로 600dpi 를 목표로 설계하였다.
- 렌즈 금형 core 의 가공은 1nm 의 분해능을 가진 Toshiba machine 사의 초정밀 고속 가공기 ULG100DF3 를 사용하였다. 제작된 core 면은 3nm 의 분해능을 가진 Panasonic 사의 UA3P-5A 를 이용하여 측정하였다(Fig. 4). Core 면의 측정 데이터와 설계 데이터 차이는 Fig.
데이터처리
- 비록 렌즈 금형 core 면은 설계면에 비하여 1µm 내외의 오차를 갖더라도 플라스틱 렌즈의 경우 사출 조건에 따라 큰 차이를 보인다. 최적의 사출조건을 찾기 위하여 Moldflow 프로그램을 활용하여 유동해석을 실시하고 해석결과를 반영한 몇 차례의 시도 후 최적의 사출조건을 선정하였다(Fig. 7). 유동해석 전과 후의 사출조건이 변화한 것은 Table 2 를 통해 확인할 수 있다.
이론/모형
- 2). 렌즈 재질은 Topas 사의 5013LS-01, 시뮬레이션은 Zemax 프로그램을 사용하였고 Table 1 에 정리된 것과 같이 만족스러운 성능을 얻었다.
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