(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の長手方向に不均一なピッチで格子が形成された長尺の光学素子を成形するための成形型において、
前記成形型は固定型と可動型からなり、型締め状態で内部にキャビティを形成し、該キャビティに連通されるゲートを前記格子ピッチが他所に比較して長い部分の近傍に設けたことを特徴とする成形型。
【請求項２】
前記光学素子は不均一なピッチで回折格子が形成された走査光学系のレンズであることを特徴とする請求項１に記載の成形型。
【請求項３】
長手方向に不均一なピッチで格子を形成する長尺の光学素子を成形する方法において、
固定型と可動型からなり、型締め状態で内部にキャビティを形成し、該キャビティに連通されるゲートを前記格子ピッチが他所に比較して長い部分の近傍に設けた成形型における前記ゲートを通して前記キャビティ内に溶融した光学素材を注入して加圧し、
前記光学素材の温度が該素材のガラス転移点よりも低下して離型する際に、前記格子の形状を転写する転写面を他面に優先して離型することを特徴とする成形方法。
【請求項４】
前記光学素子は不均一なピッチで回折格子が形成された走査光学系のレンズであることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の成形方法。
【請求項５】
前記格子の形状を転写する転写面のみを離型した後、他面を離型することを特徴とする請求項３又は４に記載の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の成形型及び成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機等の走査光学系やスキャナ等の読取光学系に使用される光学素子にはプラスチック製のものが使用されてきたが、光学的性能の向上、コンパクト化、コストダウンの目的から回折光学に基づき設計された、表面に複雑微細な回折格子パターンが形成されたプラスチックモールドの回折光学素子（射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形により成形）が用いられるようになってきた（例えば、特表平９−５０５２４５号公報や実公平４−５５２８２公報参照）。
【０００３】
上記回折光学素子の回折格子は、光学機能面である２面のうち片面もしくは両面に０．１〜１０μｍの高さを持つ格子が略平行に幾条にも設けられるか、楕円形の格子が幾重にも設けられるのが一般的であり、各格子形状は平面が階段状に設けられたものや鋸歯状のものなど各種の形状がある。また、回折格子は、格子の間隔が長手方向において変化している場合が多い。
【０００４】
そして、近年になって光学系のコンパクト化、走査精度の更なる向上が求められ、回折光学素子に求められる形状精度は厳しくなっている。
【０００５】
また、回折光学素子の形状は平板形状の上に回折格子が形成されるだけでなく、通常の光学レンズのような肉厚に分布を持った厚肉な形状のものも求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、長尺の回折光学素子の成形の場合、ゲートから離れた光学機能面においても金型からの良好な転写性を得るために保圧力を高めに設定するため、特にゲート近傍においては保圧力が高すぎることになり、また回折光学素子全体においても保圧力が高めの設定となる。このように、回折光学素子のゲートの部分が保圧力が高すぎる場合の問題としては、ゲート部分がオーバーパックとなり、型から取り出す時点で大きな内部応力を持っているので、離型性が悪くなり回折格子の変形がおこる。
【０００７】
例えば、走査光学系の回折光学素子（ｆθレンズ等）の細長い形状で回折光学素子の長手方向の中央部よりも長手方向の端部の回折格子の間隔が小さい場合、ゲート付近はオーバーパックによる圧縮量が大きく、金型からエジェクトされた瞬間に回折光学素子が変形しながら離型するために、当該光学機能面が型に対して滑りながら離型されることになり、図１５に示す如く回折格子の形状を変形させ、回折光学機能面の形状精度が悪化して光学性能が低下する。
【０００８】
また、回折光学素子全体において保圧力が高すぎる場合では、光学素子全体がオーバーパックによる圧縮量が大きく、金型からエジェクトされた瞬間に回折光学素子が主に長手方向に変形しながら離型するために、当該光学機能面が型に対して滑りながら離型されることになり、図１５の如く回折格子の形状を変形させ、回折光学機能面の形状精度が悪化して光学性能が低下する。
【０００９】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、離型時の光学素子の変形による光学性能の悪化を防止できる光学素子の成形型及び成形方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し目的を達成するために、本発明の光学素子の成形型は、光学素子の長手方向に不均一なピッチで格子が形成された長尺の光学素子を成形するための成形型において、前記成形型は固定型と可動型からなり、型締め状態で内部にキャビティを形成し、該キャビティに連通されるゲートを前記格子ピッチが他所に比較して長い部分の近傍に設けた。
【００１２】
また、本発明の光学素子の成形方法は、長手方向に不均一なピッチで格子を形成する長尺の光学素子を成形する方法において、固定型と可動型からなり、型締め状態で内部にキャビティを形成し、該キャビティに連通されるゲートを前記格子ピッチが他所に比較して長い部分の近傍に設けた成形型における前記ゲートを通して前記キャビティ内に溶融した光学素材を注入して加圧し、前記光学素材の温度が該素材のガラス転移点よりも低下して離型する際に、前記格子の形状を転写する転写面を他面に優先して離型する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態の回折光学素子を射出成形する際に使用される金型を示し、プラスチック樹脂を注入するゲート６側から見た図である。図２は、図１の金型により射出成形される回折光学素子を回折光学機能面から見た正面図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、金型から回折光学素子を取り出すために設けられたパーティングライン５上には、射出成形時におけるプラスチック樹脂材料を注入するためのランナ７とゲート６が形成されている。（図１では、点線で回折光学素子）の中央に示している。型３には回折光学素子の回折光学機能面を転写させるため所望形状に鏡面仕上げされた回折転写面１が形成されている。
【００１５】
また、パーティングライン５を挟んでもう一方には、この回折光学素子の平面の光学機能面を転写させるための形状に鏡面仕上げされた平面転写面２を構成する型４と、本実施形態の場合、図２に示す如く型３に設けられた回折光学機能面の形状が、回折光学素子中央部において回折格子間隔が長く２０００μｍであり、長手方向端部になるほど回折格子間隔が短くなり１００μｍである。また、回折格子は回折光学素子の短手方向に略直線の形状である。
【００１６】
パーティングライン５を境界として回折光学機能面側の型３、平面側の型４を組み合わせ、回折光学素子を成形するためのキャビティ８を形成し、ゲート６が回折光学素子の回折素子間隔が長い長手方向の中央に設けられている。
【００１７】
上記構成の金型を用いた射出成形工程を説明する。型３と型４に型締め力をかけ、溶融したプラスチック樹脂材料をゲート６を通してキャビティ８に充填させプラスチック樹脂材料に圧力をかける。キャビティ内のプラスチック樹脂材料は金型への放熱で冷却され収縮する。このとき、プラスチック樹脂材料の収縮が起こっても回折光学素子の光学機能面、特に回折光学機能面の部分を型３の形状に近い高精度な鏡面として転写させるためにプラスチック樹脂材料には十分な圧力をかける必要がある。
【００１８】
プラスチック樹脂材料の温度が放熱によりプラスチック樹脂材料のガラス転移点よりも十分低くなったら金型を開いて回折光学素子を取り出すが、このときキャビティ内の回折光学素子はオーバーパックなため高い内部応力が残っており、特に回折光学素子のゲート６近傍（長手方向の中央）は圧縮量が大きいため、パーティングライン５を境にして型３、型４が開き回折光学素子の型３側の光学機能面を含む面が離型した瞬間に図１５の如く形状精度が悪化するが、本実施形態の回折光学素子のゲート付近の回折格子間隔は２００μｍと長いために、図１５のように回折効率ｂ／ａの低下という点で評価した場合には、回折格子間隔ａは２０００μｍと短く、変形部分ｂは５０μｍであり光学性能を十分満足できる光学素子が得られる。
［従来例］
図３は、従来例の回折光学素子を射出成形する際に使用される金型をパーティングライン１０５側から見た図である。図４は、従来例の回折光学素子を回折光学機能面から見た正面図である。
【００１９】
図３及び図４に示すように、金型には樹脂を注入するゲート１０６とそれに続いて型１０３上には回折光学素子の回折光学機能面を転写させるため所望形状に鏡面仕上げされた回折転写面１０１が形成されている。
【００２０】
また、パーティングライン１０５を挟んでもう一方には、回折光学素子の平面の光学機能面を転写させるための形状に鏡面仕上げされた平面転写面２を構成する型１０４が形成されている。
【００２１】
従来例では、型１０３に設けられた回折光学機能面の形状が、回折光学素子中央部において回折格子間隔が２０００μｍと長く、長手方向端部になるほど回折格子間隔が１００μｍと短くなっている。また回折格子は回折光学素子の短手方向に略直線の形状である。パーティングライン１０５を境界として回折光学機能面側の型１０３、平面側型１０４を組み合わせ、回折光学素子を成形するためのキャビティ１０８を形成し、ゲート１０６が回折光学素子の回折格子間隔が短い短手方向側面に設けられている。
【００２２】
上記構成の金型を用いた射出成形工程では、型１０３と型１０４に型締め力をかけ、溶融したプラスチック樹脂材料をゲート１０６を通してキャビティ１０８に充填させプラスチック樹脂材料に圧力をかける。キャビティ内のプラスチック樹脂材料は金型への放熱で冷却され収縮する。このとき、プラスチック樹脂材料の収縮が起こっても回折光学素子の光学機能面、特に回折光学機能面の部分を型１０３の形状に近い高精度な鏡面として転写させるためにプラスチック樹脂材料には十分な圧力をかける必要がある。
【００２３】
プラスチック樹脂材料の温度が放熱によりプラスチック樹脂材料のガラス転移点よりも十分低くなったら金型を開いて回折光学素子を取り出すが、このときキャビティ内の回折光学素子はオーバーパックなため高い内部応力が残っており、特に回折光学素子のゲート近傍（長手方向の端部＝短手側面）は圧縮量が大きいため、型１０３、１０４を開いて回折光学素子の型１０３側の光学機能面を含む面が離型した瞬間に図１５の如く形状精度が悪化する、従来例の回折光学素子のゲート付近の回折格子間隔は１００μｍと短く、回折効率の低下という点で評価した場合には、ａ＝１００μｍ，ｂ＝５０μｍと光学性能を十分満足できる光学素子を得ることができず光学性能上問題を起こしてしまう。
［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態の回折光学素子を射出成形する際に使用される金型の断面図である。図６は、図５の金型により射出成形される回折光学素子を回折光学機能面から見た正面図である。
【００２４】
以下では、第１の実施形態との相違点が明確になるように、異なる部分にのみ新たな番号を付し、その他は同一番号を付して説明する。
【００２５】
図５及び図６に示すように、金型に設けられたパーティングライン５を挟んで、樹脂を注入するゲート６が設けられ、型３には回折光学素子の回折光学機能面を転写させるため所望形状に鏡面仕上げされた回折転写面３１が形成されている。
【００２６】
また、パーティングライン５を挟んでもう一方には、この回折光学素子の平面の光学機能面を転写させるための形状の鏡面仕上げされた平面転写面２を構成する型４が配置されている。
【００２７】
本実施形態の場合、型３に設けられた回折光学機能面の形状が、回折光学素子両端部において回折格子間隔が１８００μｍと長く、長手方向中央に行くほど回折格子間隔５０μｍと短くなっている。また回折光学素子の短手方向には格子は略直線の形状である。パーティングライン５を境界として回折光学機能面側の型３、平面側型４を組み合わせ、回折光学素子を成形するためのキャビティ８を形成し、ゲート６が回折光学素子の回折格子間隔が長い短手側面に設けられている。
【００２８】
上記構成の金型を用いた射出成形工程は型３と型４に型締め力をかけ、溶融したプラスチック樹脂材料をゲート６を通してキャビティ８に充填させプラスチック樹脂材料に圧力をかける。キャビティ内のプラスチック樹脂材料は金型への放熱で冷却され収縮する。このとき、プラスチック樹脂材料の収縮が起こっても回折光学素子の光学機能面、特に回折光学機能面の部分を型３の形状に近い高精度な鏡面として転写させるためにプラスチック樹脂材料には十分な圧力をかける必要がある。
【００２９】
プラスチック樹脂材料の温度が放熱によりプラスチック樹脂材料のガラス転移点よりも十分低くなったら金型を開いて回折光学素子を取り出すが、このときキャビティ内の回折光学素子はオーバーパックなため高い内部応力が残っており、特に回折光学素子のゲート近傍（長手方向の中央）は圧縮量が大きいため、型３、型４が開き回折光学素子の型３側の光学機能面を含む面が離型した瞬間に図１５の如く形状精度が悪化するが、本実施形態の回折光学素子のゲート近辺の回折格子間隔は長い為に、回折効率の低下という点で評価した場合には、光学性能を十分満足できる光学素子を得ることができる。
［第３の実施形態］
図７〜図１０は、第３の実施形態の光学素子を成形する際に使用される型の断面であり、成形から型開きまでを示す図である。図１１は、図７の金型をパーティングライン１０で開いた時の可動側金型から見た図である。
【００３０】
図７及び図１１に示すように、金型に設けられたパーティングライン１０の一方には、固定側金型を構成する固定側型板１３とこの固定側型板１３に挿入装着された固定側型駒１１が配置されている。固定側型板１３と固定側型駒１１には、本光学素子の形状を転写させるための形状が形成され特に固定側型駒１１の面には、光学素子の光学機能面を転写させるため所望形状に鏡面仕上げされた平面転写面１１ａが形成されている。
【００３１】
また、パーティングライン１０のもう一方には、可動側金型を構成する可動側型板１４とこの可動側型板１４に挿入装着された可動側型駒１２と、可動側型駒１２を可動側型板１４に対して移動させる摺動装置２１とエジェクタピン１８が配置されている。可動側型板１４と可動側型駒１２には、本光学素子の形状を転写させるための凹部が形成され、特に可動側型駒１２の面には、光学素子の回折光学機能面を転写させるための所望形状に鏡面仕上げされた回折転写面１２ａが形成されている。また、可動側型板１４には図１１の如くプラスチック樹脂材料を注入するためのスプール２４、ランナ２３、ゲート２２が形成されている。
【００３２】
本実施形態の場合、パーティングライン１０を境界として固定側金型、可動側金型を組み合わせ、光学素子を成形するためのキャビティ２５を形成し、摺動装置２１によって可動側型駒１２を可動側型板１４に対して移動させることができる。
【００３３】
上記構成の金型を用いた射出成形工程を説明する。
【００３４】
図７乃至図１０に示すように、固定側金型と可動側金型に型締め力をかけ、溶融したプラスチック樹脂材料をスプール２４、ランナ２３、ゲート２２を通してキャビティ２５に充填させプラスチック樹脂材料に圧力をかける。キャビティ内のプラスチック樹脂材料は金型への放熱で冷却され収縮する。このとき、プラスチック樹脂材料の収縮が起こっても光学素子の光学機能面、特に回折光学機能面の格子間隔が狭い部分を可動側型駒１２の形状に近い高精度な鏡面として転写させるためにプラスチック樹脂材料には十分な圧力をかける必要がある。
【００３５】
プラスチック樹脂材料の温度が放熱によりプラスチック樹脂材料のガラス転移点よりも十分低くなったら金型を開いて光学素子を取り出すが、このときキャビティ内の光学素子はオーバーパックであるため高い内部応力が残っており、特に光学素子長手方向は圧縮量が大きいため、図８に示す如く、金型が開き光学素子の固定側金型側の光学機能面を含む面が離型する前に、可動側型駒１２が摺動装置２１によって可動側型板１４に対してスライドして、光学素子全体の形状が固定側型駒１１及び固定側型板１３によって拘束された状態で回折光学機能面を離型させる。これにより、離型工程中の光学素子の変形を防止することができるために図１６の如く回折光学機能面の離型中の変形を抑制することが可能になる。
【００３６】
このように、型に対する滑りが生じないために回折格子の変形は最小限に抑えられ、変形部分ｂは１μｍ程度、最小格子間隔ａが１００μｍ程度となり回折効率上問題ないレベルの成形品が得られる。
【００３７】
続いて、図９に示す如くパーティングライン１０を境に金型を開き、射出成形機のエジェクタロッドがエジェクタプレート１９、２０を押し、それに連結されたエジェクタピン１８が光学素子の可動側金型側の光学機能面を除く端部面を離型させ、図１０のように光学素子を金型から離型させる。
【００３８】
これにより、離型時に回折光学機能面の形状不良を起こすことなく回折光学性能を満足する回折光学素子を成形することが出来る。
［第４の実施形態］
図１３、図１４は、第４の実施形態の光学素子を成形する際に使用される型の断面であり、成形から型開きまでを示す図である。図１２は、図１３の金型をパーティングライン１０で開いた時の可動側金型から見た図である。
【００３９】
図１３、図１４に示すように、金型に設けられたパーティングライン１０の一方には、固定側金型を構成する固定側型板１３とこの固定側型板１３に挿入装着された固定側型駒１１が配置されている。固定側型板１３と固定側型駒１１には、光学素子の外形を転写するための転写面が形成され、特に固定側型駒１１の面には、光学素子の回折光学機能面を転写させるための所望形状に鏡面仕上げされた回折転写面１１ａが形成されている。
【００４０】
また、パーティングライン１０のもう一方には、可動側金型を構成する可動側型板１４とこの可動側型板１４に挿入装着された可動側型駒１２が配置されている。可動側型板１４と可動側型駒１２には、光学素子の外形を転写するための転写面が形成され、特に可動側型駒１２の面には、光学素子の光学機能面を転写させるため所望形状に鏡面仕上げされた平面転写面１２ａが形成されている。また、可動側型板１４には図１２の如くプラスチック樹脂材料を注入するためのスプール２４、ランナ２３、ゲート２２が形成されている。
【００４１】
本実施形態の場合、パーティングライン１０を境界として固定側金型、可動側金型を組み合わせ、光学素子を成形するためのキャビティ２５を形成し、射出成形機の型開き動作に伴い光学素子の回折光学機能面を優先的に離型させることができる。
【００４２】
固定側金型と可動側金型に型締め力をかけ、溶融したプラスチック樹脂材料をスプル２４、ランナ２３、ゲート２２を通してキャビティ２５に充填させプラスチック樹脂材料に圧力をかけ、プラスチック樹脂材料が冷却されガラス転移点よりも十分低くなったら金型を開いて光学素子を取り出すが、図１４に示す如く、金型が開く動作によって回折転写面１１ａ以外の光学素子全体の外形が可動側型駒１２及び可動側型板１４によって拘束された状態で固定側金型を離型させる。これにより、図１６の如く離型工程中の光学素子の変形を抑制して回折光学機能面の離型中の変形を抑制することが可能になり、変形部分ｂが１０μｍ程度、最小格子間隔ａが１００μｍ程度となり回折効率上問題ないレベルの成形品が得られる。
【００４３】
この時、可動側型板及び、固定側型板の型開き動作が精密に位置ずれすることなく行われる必要があり、射出成形機の型開き精度によっては、可動側型板と固定側型板に精密に位置決めを行わせるガイドピンを必要とすることもある。
【００４４】
これにより、離型時に回折光学機能面の形状不良を起こすことなく回折光学性能を満足する回折光学素子を成形することができる。
【００４５】
以上説明した各実施形態によれば、光学機能面の回折格子間隔が粗の部分にゲートを設けることにより、離型時の回折光学機能面の変形による光学性能の悪化を防止できる。
【００４６】
離型時の回折格子の変形は、概ね圧力が局部的に高い部分に著しく発生する。一方レーザービーム等の走査光学系の場合には、長尺の光学素子の回折光学機能面を通過するレーザービームの径は長手方向の各点で同程度であるにもかかわらず、回折格子の間隔は異なる場合が多い。つまり長手方向の位置によって１つのビームが光学素子を通過する際の、ビーム径内に存在する回折格子の本数が異なるということである。
【００４７】
本実施形態では、ゲート付近において回折格子の変形量が多いことに着目し、回折格子間隔が粗であり、１つのビーム径当たりの回折格子数が少ない部分にゲートを設けることにより、ゲート近傍の変形による光学素子の光学性能の低下を防止できる。
【００４８】
また、本実施形態の光学素子の成形では、光学素子を金型から取り出す際、回折格子を有する光学機能面をその他の光学機能面若しくは構成面より優先的に離型することにより、離型する時の回折光学機能面の変形による光学性能の悪化を防ぐことができる。
【００４９】
離型時の回折格子は、概ね圧力が全体的に高いために金型から離型された瞬間に０．５mmから１．０mm程度伸びることがある。本実施形態では、離型時に光学素子が伸びるのを最小限に抑えるために、光学素子を金型から離型して取り出す工程において、回折光学機能面の離型を他面に比べて優先的に行うことにより、他面（特に回折光学機能面の反対側の光学機能面）が金型によって拘束され、光学素子の全体的な変形（伸び）が抑制された状態で回折光学機能面の離型を行え変形による光学素子の光学性能の低下を防止することができる。
【００５０】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、回折光学素子の樹脂を注入するゲートを、回折格子の間隔が長い部分に設け、回折光学機能面を他の面より優先的に離型させることにより、離型時の回折素子の回折光学機能面の変形を抑制することができる。
【００５２】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の回折光学素子を射出成形する際に使用される金型を示し、樹脂を注入するゲート６側から見た図である。
【図２】図１の金型により射出成形される回折光学素子を回折光学機能面から見た正面図である。
【図３】従来例の回折光学素子を射出成形する際に使用される金型をパーティングライン１０５側から見た図である。
【図４】従来例の回折光学素子を回折光学機能面から見た正面図である。
【図５】第２の実施形態の回折光学素子を射出成形する際に使用される金型の断面図である。
【図６】図５の金型により射出成形される回折光学素子を回折光学機能面から見た正面図である。
【図７】第３の実施形態の光学素子を成形する際に使用される型の断面であり、成形から型開きまでを示す図である。
【図８】第３の実施形態の光学素子を成形する際に使用される型の断面であり、成形から型開きまでを示す図である。
【図９】第３の実施形態の光学素子を成形する際に使用される型の断面であり、成形から型開きまでを示す図である。
【図１０】第３の実施形態の光学素子を成形する際に使用される型の断面であり、成形から型開きまでを示す図である。
【図１１】図７の金型をパーティングライン１０で開いた時の可動側金型から見た図である。
【図１２】図１３の金型をパーティングライン１０で開いた時の可動側金型から見た図である。
【図１３】第４の実施形態の光学素子を成形する際に使用される型の断面であり、成形から型開きまでを示す図である。
【図１４】第４の実施形態の光学素子を成形する際に使用される型の断面であり、成形から型開きまでを示す図である。
【図１５】回折効率に問題のある回折格子の変形状態を示す図である。
【図１６】回折効率が問題にならない程度の回折格子の変形状態を示す図である。
【符号の説明】
１  回折光学機能面
２  光学機能面
３  型（回折光学機能面）
４  型（光学機能面）
５  パーティングライン
６  ゲート
７  ランナ
８  キャビティ
１０  パーティングライン
１１  固定側型駒
１２  可動側型駒
１３  固定側型板
１４  可動側型板
１５  固定側取付板
１６  可動側受け板
１７  可動側取付板
１８  エジェクタピン
１９  エジェクタプレート
２０  エジェクタプレート
２１  摺動機構
２５  キャビティ
【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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【図１５】
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【図１６】
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