(57)【要約】      （修正有）【課題】光学面内における反射率分布が良好なトーリックレンズの製造方法の提供。【解決手段】凹面の第１の型１０７と、凸面の第２の型１０９と、抱き駒１１０，１１１との間に形成されたキャビティに樹脂材料を充填した後に、固化してトーリックレンズを射出成形によって作製するトーリックレンズの製造方法であって、凹面の第１の型及び／又は凸面の第２の型に、微細構造１０６が形成されており、微細構造が形成されている前記第１の型又は前記第２の型は、前記微細構造が形成されている面に隣接して、表面粗さが０．０１μｍ以上０．１μｍ以下の面を有していることを特徴とするトーリックレンズの製造方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹面の第１の型と、凹面の第２の型と、抱き駒との間に形成されたキャビティに樹脂材料を充填した後に、固化してトーリックレンズを射出成形によって作製するトーリックレンズの製造方法であって、
凹面の第１の型及び／又は凸面の第２の型に、微細構造が形成されており、
微細構造が形成されている前記第１の型又は前記第２の型は、前記微差構造が形成されている面に隣接して、表面粗さが０．０１μｍ以上０．１μｍ以下の面を有していることを特徴とするトーリックレンズの製造方法。
【請求項２】
微細構造が形成されている前記第１の型又は前記第２の型は、前記微細構造が形成されている面に隣接して、前記微細構造が形成されていない部分を有し、
前記微細構造が形成されていない部分の表面粗さが、０．００１μｍ以上０．０１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のトーリックレンズの製造方法。
【請求項３】
前記樹脂材料は、ポリカーボネート樹脂、ポリメタクリル酸アクリル樹脂又はシクロオレフィンポリマー樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のトーリックレンズの製造方法。
【請求項４】
微細構造を有する光学面と前記光学面の周囲を囲む補強部を有する光学素子において、
前記補強部の前記光学面を囲む内側の表面粗さが０．０１μｍ以上０．１μｍ以下であることを特徴とするトーリックレンズ。
【請求項５】
ゲート跡部を有していることを特徴とする請求項４に記載のトーリックレンズ。
【請求項６】
前記トーリックレンズは、ポリカーボネート樹脂、ポリメタクリル酸アクリル樹脂又はシクロオレフィンポリマー樹脂を主成分とする樹脂で構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のトーリックレンズ。
【請求項７】
レーザ光学系を有する電子写真装置であって、
前記レーザ光学系は、請求項４乃至６のいずれか一項に記載のトーリックレンズを有することを特徴とする電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矩形状の少なくとも長辺に補強部を有して表面に微細構を有するトーリックレンズの製造方法、トーリックレンズ及び電子写真装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラの撮像系レンズや、複写機等の走査光学系トーリックレンズや、スキャナ等の読取光学系レンズに使用される光学素子にはプラスチック製の光学レンズが使用されてきた。近年、光学的性能の向上、コンパクト化、コストダウンの目的で、用いる波長よりも小さい微細構造パターンが表面に形成されたプラスチックモールドの光学素子が用いられている。このプラスチックモールドの光学素子は射出成型、射出圧縮成形、圧縮成形等により作成されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、射出成形で微細構造を有するプラスチックの光学素子を製造する場合に、冷却工程でゲート部付近の硬化収縮量が大きいので、ゲート部付近の微細構造を他の部分と異なるようにした形成したプラスチックの製造方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−４０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、転写する微細構造に対応した型の形状を規定しているだけで、それ以外の型の形状については開示をしていない。
【０００６】
本発明は、微細構造の反転構造が形成されている型部分の近傍の型形状を規定することにより、光学面内における反射率分布が良好な光学素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のトーリックレンズの製造方法は、凹面の第１の型と、凹面の第２の型と、抱き駒との間に形成されたキャビティに樹脂材料を充填した後に、固化してトーリックレンズを射出成形によって作製するトーリックレンズの製造方法であって、凹面の第１の型及び／又は凸面の第２の型に、微細構造が形成されており、微細構造が形成されている前記第１の型又は前記第２の型は、前記微差構造が形成されている面に隣接して、表面粗さが０．０１μｍ以上０．１μｍ以下の面を有していることを特徴とする。
【０００８】
本発明のトーリックレンズは、微細構造を有する光学面と前記光学面の周囲を囲む補強部を有する光学素子において、前記補強部の前記光学面を囲む内側の表面粗さが０．０１μｍ以上０．１μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電子写真装置は、レーザ光学系を有する電子写真装置であって、前記レーザ光学系は、上記のトーリックレンズを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のトーリックレンズの製造方法は、光学面内における反射率分布が良好なトーリックレンズを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態のトーリックレンズの概略を示す斜視図である。
【図２】本実施形態のトーリックレンズの上面図（図２（ａ））、横方向の図（図２（ｂ））、断面図（図２（ｃ））である。
【図３】本実施形態における電子写真装置の概略図である。
【図４】本実施形態のトーリックレンズ（光学素子）の製造方法に用いる射出成形装置の一例を示す概略断面図である。
【図５】本実施形態の成形型を示す概略図である。
【図６】実施例１で用いた型を示す概略図である。
【図７】実施例１で用いた成形型を示す概略図である。
【図８】実施例１のトーリックレンズの一部を拡大した概略図である。
【図９】実施例１および実施例２のトーリックレンズの反射率を示す図である。
【図１０】実施例２のトーリックレンズの一部を拡大した概略図である。
【図１１】実施例２で用いた成形型を示す概略図である。
【図１２】実施例２で用いた成形型を示す概略図である。
【図１３】比較例１で用いた型を示す概略図である。
【図１４】比較例１のトーリックレンズの一部を拡大した概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１３】
（光学素子）
本実施形態の光学素子は、ミラー、レンズ、フィルタ、回折格子等に用いることができる。レンズとしては、トーリックレンズに用いることができる。トーリックレンズは、レンズの一面が円環（トーリック）面で構成されたレンズを言う。このようなトーリックレンズは、レーザ走査光学系で、面倒れ補正のために，Ｆ−θレンズの構成要素として用いられる。
【００１４】
以下、本実施形態としてトーリックレンズを例に説明する。
【００１５】
１は、本実施形態のトーリックレンズの概略を示す斜視図である。
【００１６】
本実施形態のトーリックレンズ１０は、光学面を有するレンズ部１と、レンズ部１の周囲に補強部２を有している。トーリックレンズ１０は、射出成形で製造した場合、ゲート跡部３を有している。
【００１７】
図２（ａ）は、図１のトーリックレンズの上面図である。図２（ｂ）は、図１のトーリックレンズを横方向（図１の矢印の方向）から見た図である。
【００１８】
図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡＡ´断面での断面図である。トーリックレンズ１０のレンズ部１は、凸形状の光学面１ａと、凹形状の光学面１ｂを有している。凸形状の光学面１ａ及び／又は凹面状の光学面１ｂに微細構造（不図示）が形成されている。以下に、凸形状の光学面１aに微細構造が形成されている例で説明する。補強部２は、光学面１ａの外側に設けられている。補強部２は、光学面１aに隣接して少なくとも一部が平坦化された側面２ａと、平坦化された側面２ａよりも表面粗さが大きい粗面部２ｂを平坦化された側面２ａの外側に有している。
【００１９】
本実施形態のトーリックレンズ（光学素子）は、光学面１ａの微細構造から近い順に、光学面１aと隣接している平坦化された側面２ａと、粗面部２ｂとを有している。
【００２０】
本実施形態のトーリックレンズ１０は、単一な部材で構成されていることが好ましい。トーリックレンズ１０は、ポリカーボネート樹脂、ポリメタクリル酸アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー樹脂等の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂でできていることが好ましい。これらの中で、吸水性が少ないシクロオレフィンポリマー樹脂を用いることがより好ましい。ここで、主成分とは、質量割合で５１％以上、好ましくは９０％以上含有していることをいう。
【００２１】
微細構造は、円柱、円柱穴、角柱、角柱穴、ラインアンドスペース等を用いることができる。微細構造のピッチは、１００ｎｍ以上９００ｎｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２２】
光学面１ａは、微細構造（不図示）に隣接している微細構造を有していない光学面の平均粗さ（Ｒａ１）は、０．００１μｍ以上０．０１μｍ以下が好ましい。
【００２３】
補強部２の光学面１aを囲む内側は、平坦化された側面２ａになっている。平坦化された側面２ａの平均粗さ（Ｒａ２）は、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が好ましい。
【００２４】
粗面部２ｂの平均粗さ（Ｒａ３）は、０．２μｍ以上１．０μｍ以下が好ましい。
【００２５】
また、下記式（１）を満たすことが好ましい。
Ｒａ１≦Ｒａ２＜Ｒａ３      （１）
【００２６】
（電子写真装置）
本実施形態の電子写真装置は、上記のトーリックレンズ等の光学素子を用いたレーザ光学系を有する複写機および複合機に用いることができる。図３は、電子写真装置として、複写機を示す。複写機２１は、画像読み取り部２２と画像形成部２３を有する。画像形成部２３は、レーザ光学系２４を有している。上記のトーリックレンズは、レーザ光学系２４のＦ−θレンズに用いることができる。
【００２７】
本実施形態の電子写真装置は、レーザ光学系に２４に上記のトーリックレンズ２４を有しているので、ゴースト等が少なく高品質化を実現することができる。
【００２８】
（光学素子の製造方法）
本実施形態の光学素子の製造方法について、トーリックレンズ１０を例に説明する。
【００２９】
トーリックレンズ１０（光学素子）は、射出成形で製造することができる。
【００３０】
図４は、本実施形態のトーリックレンズ（光学素子）の製造方法に用いる射出成形装置の一例を示す概略断面図である。図４で、ホッパー３２に樹脂材用３１を投入する。投入された樹脂材料３１は、射出成形装置３０は、樹脂材料３１で計量されながら加熱され溶融される。溶融された樹脂材料３１は、スプリュー３５、ランナー３６、ゲート３７を通って成形型３８のキャビティに射出充填される。その後、冷却されることにより、キャビティに充填された樹脂材料３１は固化する。その後、成形型３８から光学素子を取り出すことにより、トーリックレンズ１０（光学素子）が製造できる。
【００３１】
樹脂材料は、ポリカーボネート樹脂、ポリメタクリル酸アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー樹脂等の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂を用いることが好ましい。
【００３２】
図５は、図４の成形型について、詳しく示した図である。成形型１００は、微細構造１０６が形成された凹面の型（第１の型）１０７と、凸型の型（第２の型）１０９と、抱き駒１１０、１１１でキャビティを形成する。微細構造１０６が形成された型１０７は、平坦化された型側面１０８を有している。キャビティに樹脂材料が充填された後に冷却されて、トーリックレンズ１０が製造される。
【００３３】
本実施形態の型を用いることで、ゲート部から樹脂材料３１が充填されて微細構造１０６が転写される。型１００は、微細構造１０６が形成されている面と、平坦化されている型側面１０８の表面粗さが小さい。これにより、表面エネルギーによる樹脂の浸透速度が均一になる。これにより、樹脂材料の射出速度差による微細構造１０６の転写バラツキを抑制できる。
【００３４】
微細構造が形成された型１０７は、凹面を有する型でありステンレス、ニッケル、銅などの金属から作製することが好ましい。また、微細構造が形成された型１０７は、金属上に金属膜をめっきした構成の金型用駒を用いても良い。
【００３５】
微細構造が形成された型１０７は、円柱、円柱穴、角柱、角柱穴、ラインアンドスペース等の微細構造が形成されている。微細構造のピッチは、１００ｎｍ以上９００ｎｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００３６】
微差構造１０６は、微半導体のフォトリソ工程による、ドライエッチングプロセスにより形成することができる。また、微細構造１０６は、転写層を用いたインプリント方式により形成することもできる。
【００３７】
微細構造が形成された型１０７は、微細構造（不図示）に隣接している微細構造を有していない凹面面の平均粗さ（Ｒａ４）は、０．００１μｍ以上０．０１μｍ以下が好ましく、０．００２以上０．００５以下がより好ましい。
【００３８】
微細構造が形成された型１０７は、平坦化された型側面１０８を有している。平坦化された型側面１０８は、機械加工により研磨して作製することができる。また、平坦化された型側面１０８は、型側面に塗布材料を塗布することによっても作製できる。平坦化された側面の平均粗さ（Ｒａ５）は、（０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が好ましく、０．０２μｍ以上０．０８μｍ以下がより好ましい。
【００３９】
型１０７は、平坦化された面以外は粗面となっていても良い。
【００４０】
抱き駒１１０、１１１は、ステンレス、ニッケル、銅などの金属から作製することができる。抱き駒１１０、１１０の表面粗さ（Ｒａ６）は、０．２μｍ以上１．０μｍ以下が好ましい。
【００４１】
また、下記式（２）を満たすことが好ましい。
Ｒａ４≦Ｒａ５＜Ｒａ６      （２）
【００４２】
本実施形態のトーリックレンズ（光学素子）の製造方法は、微細構造が形成された凹形状の型１０７の外側に、表面粗さが０．０１μｍ以上０．１μｍ以下の面を有している。これにより、射出成形でトーリックレンズを製造した場合に、ゲート部付近で、微細構造に樹脂が充填され難くなることに起因する反射率特性の低下を防止することができる。本実施形態のトーリックレンズ（光学素子）の製造方法は、型形状を規定するだけなので、簡便に反射率の低下を防止することができる。
【００４３】
上記のトーリックレンズの製造方法は、凸形状の光学面に微細構造が形成されているトーリックレンズで説明したが、凹形状の光学面に微細構造が形成されていても、凸形状の光学面及び凹形状の光学面に微細構造が形成されていても良い。
【実施例】
【００４４】
以下に、実施例を用いて本実施形態の発明について説明する。
【００４５】
（実施例１）
実施例１は、長尺のトーリックレンズ（光学素子）を製造した。図６は、実施例１で用いた型の概略図である。実施例１では、まず、図６（ａ）のようにステンレスを機械加工により凹面の曲面加工した型２０１をステンレスで作成した。次に、機械加工により成形型の曲面加工した側面を研磨して図６（ａ）の光学面の外側の平坦化された側面２０２を形成した。研磨後、光学面の外側の平坦化された側面２０２は、表面粗さ（Ｒ５）が０．０３μｍ、幅は曲面下部から５ｍｍであった。
【００４６】
次に、曲面加工された成形金型の曲面上にフォトリソ工程によりマスクを形成して、ドライエッチングプロセスにより金属をエッチングして、マスクを除去することで図６（ｂ）の微細構造２０４を形成した。この微細構造の寸法は深さ２００ｎｍ、Φ３００ｎｍ、ピッチ５００ｎｍのピラー形状であった。光学面の表面粗さ（Ｒａ４）は、０．００２５μであった。
【００４７】
その後、図６（ｃ）のように微細構造２０５を形成した凹面の型と、凸面の型２０６を抱き駒２０７にセットして射出成形を行った。
【００４８】
実施例１では、図７ように微細構造３０３と平坦部３０４を有する型３０１と、粗面部３０５を有する抱き駒３０２で成形型が構成されている。この粗面部の表面粗さは０．４５μｍであった。
【００４９】
実施例１は、図４に示す射出成形機を用いて、射出成形を行った。実施例１は、樹脂材料として、シクロオレフィン系ポリマーを用いた。図７は、型の一部を拡大した概略図である。型内にシクロオレフィンポリマーが充填される時の微細構造３０３上での樹脂の移動速度は９ｍｍ／ｓｅｃで平坦化された側面３０４の樹脂の移動速度は１１ｍｍ／ｓｅｃであった。移動速度に差が無いので微細構造３０３に樹脂が浸透したのちに補強部に浸透した。
【００５０】
図８に、実施例１で製造されたトーリックレンズの一部の拡大図を示す。図８で、トーリックレンズには、微細構造４０１が均一に転写されていた。そして、シクロオレフィンポリマーに成形保圧をかけた状態で冷却することで冷却固化させてし、成形品面上にサブ波長サイズからなる微細構造４０１を成形した。
【００５１】
実施例１で製造したトーリックレンズは、反射率は図９に示すように中央と周辺部の反射率差が０．１％以下に抑制できた。
【００５２】
（実施例２）
実施例２は、実施例１と異なり、光学面の両面に微細構造を有するトーリックレンズを製造した。
【００５３】
図１０に、実施例２で製造したトーリックレンズの概略図を示す。トーリックレンズ１０００は、レンズ部１００１の両面に微細構造１００２、１００３を有し、レンズ部１００１の外側に隣接して補強部１００４を有している。
【００５４】
実施例２では、実施例１と同様にして、図６（ａ）に示す型を作製した。研磨後、光学面の外側の平坦化された側面２０２は、表面粗さ（Ｒ５）が０．０２μｍ、幅は曲面下部から６ｍｍであった。
【００５５】
次に、実施例２で、異なる微細構造を作製した以外は実施例１と同様に微細構造を作製した。微細構造の寸法は、深さ１８０ｎｍ、Φ２８０ｎｍ、ピッチ４５０ｎｍのピラー形状であった。光学面の表面粗さ（Ｒａ４）は、０．００２５μであった。
【００５６】
次に、図１１に示すように、ステンレスを機械加工により凸面の曲面加工した成形金型を作成した。光学面の表面粗さ（Ｒａ４）は、０．００１３μｍであった。機械加工により型の曲面加工した側面を研磨して、平坦化された側面７０３を形成した。この研磨後の表面粗さ（Ｒａ５）は、０．０２μｍで、幅は曲面中央部から１２ｍｍであった。次に、曲面加工された型の曲面上に同様にフォトリソ工程、ドライエッチングプロセスにより金属をエッチングして、微細構造７０２を形成した。この微細構造の寸法は、深さ１８０ｎｍ、Φ２８０ｎｍ、ピッチ４５０ｎｍのピラー形状であった。光学面の表面粗さ（はＲａ０．００３μであった。
【００５７】
図１２に示すように、上記で作製した微細構造を形成した凹面の型８０１と微細構造を形成した凸面の型８０２を抱き駒（８０３）にセットして射出成形型とした。このときの抱き駒の粗面部の表面粗さは０．５μｍであった。
【００５８】
この射出成形型を用いて実施例１と同様に射出成形を行った。ゲート部から充填されるシクロポリオレフィンポリマーの微細構造上での樹脂の移動速度は９．５ｍｍ／ｓｅｃで、側面平坦部の樹脂の移動速度は１０ｍｍ／ｓｅｃであった。移動速度により差が無いので凹面の微細構造、凸面の微細構造に樹脂が浸透したのちに補強部に樹脂材料が充填された。シクロオレフィンポリマーに成形保圧をかけた状態で冷却することで冷却固化させてシクロオレフィンポリマーの成形品面上にサブ波長サイズからなる微細構造を凹面、凸面の両面に成形した。その後、型から離型して凹面、凸面両面に微細構造が形成された長尺プラスチックレンズを作製した。
【００５９】
この両面に微細構造が形成された長尺プラスチックレンズのトーリックレンズの反射率は、実施例１と同様に、中央と周辺部の反射率差が両面ともに０．１％以下に抑制できた。
【００６０】
（比較例１）
比較例１は、実施例１と異なり側面を平坦化せずに凹面状の型を作製して、トーリックレンズを製造した。
【００６１】
図１３は、比較例１で用いた型の一部を拡大した概略図である。型５０１は表明に微細構造５０３が設けられており、型の側面５０４は平坦化されておらず粗面であった。型５０１は、抱き駒５０２にセットした。抱き駒５０２の表面も、粗面であった。
【００６２】
この型を用いて射出成形を行うと、微細構造５０３の有る光学面から樹脂が充填され、その後補強部に充填される。比較例１では、光学面の表面粗さ（Ｒａ４）が０．００３μｍで、型の側面５０４の表面粗さ（Ｒａ）が０．４μｍと大きかった。光学面では樹脂の充填が遅くなり、型の側面では樹脂の充填が速くなる。この時の光学面の樹脂の移動速度は９ｍｍ／ｓｅｃで型の側面の樹脂の移動速度は２６ｍｍ／ｓｅｃであった。
【００６３】
図１４は、比較例２で作製したトーリックレンズの一部の拡大模式図である。比較例１で作製したトーリックレンズは、図１４に示すように、微細構造６０１が転写されない状態で粗面６０４を有する補強部６０２に樹脂が充填されていた。結果として、補強部に隣接している微細構造６０１の転写性が悪くなり、微細構造６０１の高さが低くなっていた。
【００６４】
比較例１のトーリックレンズは、図９に示すように、中央では反射率が低くなっているが周辺部では反射率が高くなっていた。
【００６５】
（評価）
実施例１および実施例２で作製したトーリックレンズは、中央と周辺部の反射率差が両面ともに０．１％以下に抑制できた。これに対して、比較例１で作製したトーリックレンズは、光学面の中央では反射率が低くなっているが周辺では高くなっていた。
【００６６】
これより、転写する微細構造の反転形状の外側の型の形状を規定することにより、光学面内における反射率分布が良好な光学素子を製造することができた。
【符号の説明】
【００６７】
１  レンズ部
２  補強部
１０  トーリックレンズ
２１  複写機
２４  レーザ光学系
１００  成形型
１０６  微細構造
１０７  型
１０８  平坦化されている型側面
１１０  抱き駒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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