(57)【要約】【課題】  非回転対称な非球面形状を有する光学有効面の回転方向の位置を、簡単な構成で高精度に計測することができる非球面光学素子を提供すること。【解決手段】  非回転対称な非球面で形成された光学有効面１０１と、光学有効面１０１の表面に設けられた複数の凸部又は複数の凹部１０２、１０３と、を有し、  光学有効面１０１において、複数の凸部又は複数の凹部１０２、１０３が設けられた部分以外は連続した形状であることを特徴とする非球面光学素子１００。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非回転対称な非球面で形成された光学有効面と、該光学有効面の表面に設けられた複数の凸部又は複数の凹部と、を有し、
前記光学有効面において、前記複数の凸部又は複数の凹部が設けられた部分以外は連続した形状であることを特徴とする非球面光学素子。
【請求項２】
前記複数の凸部又は複数の凹部のうちの１つは、前記光学有効面の中心部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の非球面光学素子。
【請求項３】
前記非球面光学素子の位置決めを行うための突き当て部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の非球面光学素子。
【請求項４】
前記複数の凸部又は複数の凹部の夫々の面積は、前記光学有効面の面積の１％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非球面光学素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非球面光学素子を有する結像光学系と、原稿を照射する照明手段と、該結像光学系により集光された該原稿からの光束を受光する複数の受光部と、該結像光学系と該原稿との相対的位置を移動させる駆動部と、を有することを特徴とする画像読取装置。
【請求項６】
駒に対して非回転対称な非球面を形成するステップと、該駒における該非球面が形成される領域に凹部又は凸部を複数形成するステップと、を含み、金型を製作する第１の工程と、
前記金型により、前記非球面で形成される光学有効面と、前記光学有効面の表面に設けられる複数の凸部又は複数の凹部と、を有する非球面光学素子を射出成形する第２の工程と、を有し、
前記第１の工程において、前記凹部又は凸部を複数形成する部分以外が連続した形状となるように、前記非球面を形成していることを特徴とする非球面光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記複数の凸部又は複数の凹部の夫々の位置関係に基づいて、前記非球面光学素子又は前記光学有効面の光軸方向を軸とした回転方向の位置を計測する第３の工程を有することを特徴とする請求項６に記載の非球面光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１の工程において、前記駒に形成する前記複数の凹部又は複数の凸部のうちの１つを、前記駒における前記非球面が形成される領域の中心部に形成し、
前記第２の工程において、前記光学有効面の中心部に設けられる１つの凸部又は凹部を射出成形することを特徴とする請求項６又は７に記載の非球面光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記光学有効面の中心部に設けられる１つの凸部又は凹部に基づいて、前記光学有効面の面頂点を判別する第４の工程を有することを特徴とする請求項８に記載の非球面光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記複数の凸部又は複数の凹部のうち、前記光学有効面の中心部に設けられる１つの凸部又は凹部と、それ以外の凸部又は凹部との位置関係に基づいて、前記光学有効面の長さ又は偏心量を計測する第５の工程を有することを特徴とする請求項９に記載の非球面光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の工程は、前記駒における同一の面で且つ前記非球面が形成される領域以外の部分に凹部又は凸部を形成するステップを含み、
前記第２の工程において、前記非球面光学素子の位置決めを行うための突き当て部を射出成形することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の非球面光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記複数の凸部又は複数の凹部と前記突き当て部との位置関係に基づいて、前記光学有効面の偏心量を計測する第６の工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の非球面光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非球面光学素子に関し、例えば、画像読取装置が備える結像光学系に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
非球面光学素子においては、光学有効面の形状（非球面量）や偏心量、非球面光学素子を他部材に組み込んだ時の光学有効面の位置などを計測することが求められている。特許文献１には、回折面の中心部に突起部を設けた透過型回折光学素子が開示されており、その突起部を光学素子の中心部の位置合わせや計測の基準位置として使用している。また、特許文献２には、反射型光学素子の裏面（反射面とは反対側の面）に鏡面を設け、その鏡面を面形状の計測に用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７４７０５号公報
【特許文献２】特開２００９−２７１３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、非球面光学素子の光学有効面が非回転対称な非球面である場合は、非球面の形状だけでなく、非球面光学素子における光学有効面の回転方向や、他部材に対する非球面光学素子の回転方向の位置を精密に計測する必要がある。なお、ここでの回転方向とは、面法線を軸とする回転方向（アジマス方向）のことを示している。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の光学素子は、その中心部に１つの突起部を有するのみの構成であるため、この構成を非回転対称な非球面を有する非球面光学素子に適用したとしても、その非球面の回転方向の位置の測定において十分な精度を出すことができない。また、特許文献２においては、光学有効面としての反射面の裏面を計測に用いているため、光学有効面を成形するための金型と裏面を成形するための金型との位置誤差等の影響により、光学有効面の形状や位置の測定における精度が出しにくいという課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、非回転対称な非球面形状を有する光学有効面の回転方向の位置を、簡単な構成で高精度に計測することができる非球面光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての非球面光学素子は、非回転対称な非球面で形成された光学有効面と、該光学有効面の表面に設けられた複数の凸部又は複数の凹部と、を有し、前記光学有効面において、前記複数の凸部又は複数の凹部が設けられた部分以外は連続した形状であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、非回転対称な非球面形状を有する光学有効面の回転方向の位置を、簡単な構成で高精度に計測することができる非球面光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る非球面光学素子の要部概略図である。
【図２】実施例１に係る非球面光学素子を備える結像光学系の概要図である。
【図３】実施例１に係る非球面光学素子による付加波面形状を説明する図である。
【図４】実施例１に係る非球面光学素子の製造方法を示すフローチャート。
【図５】実施例２に係る非球面光学素子の要部概略図である。
【図６】実施例２に係る非球面光学素子の製造方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１は、実施例１に係る非球面光学素子１００の要部概略図である。非球面光学素子１００は、非回転対称な反射非球面で形成された光学有効面１０１と、光学有効面１０１の表面に設けられた不連続部１０２及び１０３と、突き当て部１０４ａ，１０４ｂ，１０５，１０６ａ，１０６ｂ及び１０６ｃと、を備えている。なお、本実施例において、「非球面」とは「非球面作用を有する面」のことを示している。
【００１３】
光学有効面１０１において、不連続部１０２及び１０３が設けられた部分以外は連続した形状となっている。不連続部１０２及び１０３の夫々は、光学有効面１０１の表面の中心部（面頂点）及び周辺部に１つずつ設けられており、光学有効面１０１の面形状の計測時に検出可能なように、Ｚ方向に突出した突起形状（凸部）となっている。突き当て部１０４ａ〜１０６ｂは、非球面光学素子１００を結像光学系等に組み込む際の位置決めの基準となる部分である。
【００１４】
図２は、本実施例に係る非球面光学素子１００をオフアキシャル結像光学系に組み込んだ時の構成を示したものである。オフアキシャル結像光学系は、物点２０１からの光線を、反射結像素子２０２の第一反射面２０２ａ、非球面光学素子１００の光学有効面１０１、反射結像素子２０２の第二反射面２０２ｂ、の順に反射させて像点２０３に集光する。
【００１５】
ここで、オフアキシャル結像光学系における非球面光学素子１００は、パワー（屈折力）が略０（略ノンパワー）の絞りとして機能しており、画角の違いやピントずれが結像性能に与える影響を抑制するように、光束の波面を変化させている。図３は、本実施例に係る非球面光学素子１００が、光学有効面１０１で反射した光束に対して付加する波面形状を、干渉計により計測したものを示しており、この波面形状は光学有効面１０１の非球面形状に対応している。なお、図３においては、不連続部１０２及び１０３による波面形状の変化は省略している。
【００１６】
本実施例に係る非球面光学素子１００の光学有効面１０１及びそれが付加する波面形状は、面法線を軸として３６°回転させる毎に自らと重なる（１０回対称）形状である。また、波面の中心部（面頂点）に対する径方向（Ｙ方向）に稜線及び谷部を有し、周辺部では光軸方向（Ｚ方向）に約±５００ｎｍの凹凸を有している。なお、本実施例における光学有効面１０１のように、面法線を軸とした自然数回対称性を持つ面も、非回転対称な面であるとしている。すなわち、「非回転対称な面」とは、「面法線を軸としてどのような角度で回転させても自らと重なる回転対称性を持たない面」のことを示している。
【００１７】
本実施例に係る非球面光学素子１００は、量産性に優れる射出成形によって製造される場合を想定している。具体的な製造方法について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、工程Ｓ４０１では、駒に対して非回転対称な非球面（鏡面）を形成し、さらにその非球面上に凹部を複数形成することにより、金型（鏡面駒）を製作する。そして、工程Ｓ４０２において、その金型を用いることにより、光学有効面１０１と不連続部１０２及び１０３とを同時に射出成形することができる。
【００１８】
ここで、工程Ｓ４０１において金型を製作する際には、凹部を複数形成する部分以外が連続した形状となるように非球面を形成している。また、複数の凹部は、不連続部１０２及び１０３が干渉計等で明瞭に検出可能な突起形状となるように形成することが望ましい。具体的には、不連続部１０２及び１０３の突起の高さが、非球面光学素子１００の光学有効面１０１に対して、計測において一般的に用いられる波長の５倍程度以上（本実施例では３μｍ程度）となるように凹部を形成している。これにより、干渉計等の計測器によって各不連続部を明瞭に検出することができる（詳細は後述）。
【００１９】
なお、本実施例では、突起形状（凸形状）である不連続部（凸部）を光学有効面上に複数備えた構成としたが、凹形状の不連続部（凹部）を複数備える構成としてもよい。この場合、不連続部が干渉計などで明瞭に検出可能な凹形状となるように、工程Ｓ４０１において、駒における非球面が形成される領域に対して凸部を形成すればよい。
【００２０】
さらに、非球面光学素子１００の光学有効面１０１の形状（非球面量）及び位置の計測、すなわち、光学有効面１０１の非球面形状の設計値に対する誤差や、非球面光学素子１００における光学有効面１０１の偏心量の計測について説明する。
【００２１】
光学有効面１０１の非球面形状は、干渉計を用いて干渉縞を観測することにより計測することができ、この方法が最も簡便な方法の一つである。また、干渉計を用いる場合、干渉計から出射する光束のスポット径を光学有効面１０１の有効径サイズに合わせることにより、非球面光学素子１００における光学有効面１０１の位置を計測する方法が考えられる。しかし、この方法においては、非球面光学素子毎に光束のスポット径を変えるために、干渉計の開口を変換するマスクやレンズが必要となる。
【００２２】
そこで、本実施例では、図４に示したように、非球面光学素子１００に設けた不連続部１０２及び１０３を用いて光学有効面１０１の位置を計測している。具体的には、工程Ｓ４０３において、干渉計で得られた波面形状において、不連続部１０２による波面の変化箇所に基づいて光学有効面１０１の面頂点を判別する。そして、工程Ｓ４０４において、不連続部１０２と不連続部１０３との位置関係、すなわち不連続部１０２よる波面の変化箇所と不連続部１０３よる波面の変化箇所との距離に基づいて、光学有効面１０１内の長さを計測している。これにより、計測した面頂点の位置や面内の長さに基づいて、光学有効面１０１の偏心量などを求めることができる。このように、光学有効面１０１上に不連続部１０２及び１０３を設けることにより、干渉計に対してマスクやレンズを設けることなく、容易に光学有効面１０１の位置を計測することができる。
【００２３】
また、本実施例に係る非球面光学素子１００の光学有効面１０１のように、非回転対称な非球面においては、その回転方向（アジマス方向）の位置を高精度に計測する必要がある。そこで、工程Ｓ４０５において、不連続部１０２と不連続部１０３との位置関係に基づいて、光学有効面１０１の回転方向の位置を計測している。具体的には、不連続部１０２と不連続部１０３を結ぶ直線を基準とすることにより、光学有効面１０１の回転方向の位置を計測している。このように、本実施例の構成によれば、非球面光学素子１００を結像光学系等に組み込んだ後でも、干渉計等を用いて波面を計測することで、容易に非球面光学素子１００の光軸方向を軸とした回転方向の位置ずれを検出することができる。
【００２４】
（実施例２）
以下、本発明の実施例２について説明するが、実施例１と同一または同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
【００２５】
図５は、実施例２に係る非球面光学素子５００の要部概略図である。本実施例に係る非球面光学素子５００は、光学有効面５０１上の不連続部５０２及び５０３と、突き当て部５０４ａ，５０４ｂ，５０５，５０６ａ，５０６ｂ及び５０６ｃと、を有している。ここで、不連続部５０２及び５０３と、光学有効面５０１側の、突き当て部５０６ａ〜５０６ｃと、は同一の駒で形成されており、突き当て部５０６ａ〜５０６ｃが凸形状を有している。本実施例に係る非球面光学素子５００によれば、実施例１で説明した計測だけでなく、突き当て部５０６ａ〜５０６ｃを用いた計測により、非球面光学素子５００における光学有効面５０１の位置を求めることができる。
【００２６】
本実施例に係る非球面光学素子５００の具体的な製造方法について、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】
まず、工程Ｓ６０１では、実施例１における工程Ｓ４０１と同様に、駒に対して非回転対称な非球面（鏡面）を形成し、その非球面上に凹部を複数形成することにより、金型（鏡面駒）を製作する。さらに、本実施例では、駒における同一の面で且つ非球面（鏡面）が形成される領域以外の部分に凹部を形成している。この金型を用いることにより、工程Ｓ６０２において、光学有効面５０１と不連続部５０２及び５０３と突き当て部５０４ａ〜５０６ｃとの夫々を一体成形しているため、夫々を別の駒で成形する時の型組みによる誤差等の発生を抑制することができる。なお、本実施例では、突き当て部を凸形状として形成したが、突き当て部を凹形状として形成してもよい。すなわち、工程Ｓ６０１において、駒における同一の面で且つ非球面が形成される領域以外の部分に凸部を形成してもよい。
【００２８】
次に、図５（ａ）に示した不連続部５０２と突き当て部５０５との距離ｄＸを計測することにより、非球面光学素子５００における光学有効面５０１の面頂点の偏心量を求めることができる。また、図５（ｂ）に示した、不連続部５０２近傍における光学有効面５０１に対する突き当て部５０６ａ〜５０６ｃの高さｄＺを計測することにより、光学有効面５０１と突き当て部５０６ａ〜５０６ｃとの光軸（面法線）方向の相対位置を求めることができる。
【００２９】
このように、本実施例に係る非球面光学素子５００によれば、不連続部５０２と突き当て部５０６ａ〜５０６ｃとの位置関係に基づいて、光学有効面５０１の偏心量や光軸方向の高さなどの位置を簡単な構成で高精度に計測することができる。なお、実施例１における工程Ｓ４０３〜Ｓ４０５と同様に、不連続部５０２及び５０３のみを用いた計測（工程Ｓ６０４〜Ｓ６０６）をさらに行なってもよい。
【００３０】
また、非球面光学素子５００を結像光学系に組み込んだ際に、不連続部５０２及び５０３が光束の結像性能に影響を与えてフレアの発生や開口効率の低下等を引き起こすことを抑制するために、各不連続部のＸＹ断面内での面積を極力小さく設計することが好ましい。具体的には、ＸＹ断面内において、不連続部５０２及び５０３の面積が、光学有効面５０１の面積の１％以下となるように設計することが好ましい。本実施例に係る光学有効面５０１は、ＸＹ断面内においては直径５．４ｍｍの円形状であり、その面積は２２．９ｍｍ２である。対して、不連続部５０２及び５０３のＸＹ断面内における面積は、光学有効面５０１の面積の約１％である０．２ｍｍ２となっており、各不連続部は直径２５０μｍ程度の円錐形状となる。
【００３１】
（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００３２】
例えば、上述した各実施例における計測においては、干渉計の代わりに接触式の３次元計測器等を用いてもよい。その際の不連続部の夫々は、実施例１と同様に３μｍ程度の高さがあれば計測可能であるが、接触式の計測器により適した構成として、各不連続部の高さを１０μｍ以上とすることが望ましい。
【００３３】
また、上述した各実施例においては、光学有効面の中心部及び周辺部に不連続部が１つずつ設けられている構成について説明したが、不連続部の数やそれを設ける位置はこの構成に限定さない。すなわち、光学有効面上の少なくとも２箇所に不連続部を有する構成であれば、非球面光学素子における光学有効面の回転方向の位置を計測することが可能である。
【００３４】
また、図４及び図６に示した工程Ｓ４０１及びＳ６０１において、光学有効面と不連続部と突き当て部とを成形するための駒の加工ステップの夫々は、順番を入れ替えて行なってもよい。さらに、工程Ｓ４０２及びＳ６０２において非球面光学素子を射出成形した後、計測工程の夫々（工程Ｓ４０３〜Ｓ４０５及び工程Ｓ６０３〜Ｓ６０６）に関しても、順番を入れ替えて行なってもよい。
【００３５】
なお、上述した各実施例に係る非球面光学素子は、反射面である光学有効面を有する反射型の光学素子であるが、これに限らず、透過型の非球面光学素子に対して本発明を適用してもよい。すなわち、透過面（屈折面）としての非球面である光学有効面を有する非球面光学素子において、その光学有効面上に不連続部を複数設けることにより、上述した各実施例と同様の方法で光学有効面の形状や位置を計測することができる。
【００３６】
［画像読取装置］
上述した各実施例に係る非球面光学素子を、画像読取装置が備える結像光学系に適用してもよい。すなわち、前述した非球面光学素子を有する結像光学系と、複数の受光部とを備える画像読取装置を構成することができる。ここで、非球面光学素子を結像光学系に組み込む際に、上述したような方法で光学有効面の位置を計測することで、高精度な位置決めを行うことができる。複数の受光部としては、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のラインセンサを用いることができる。この構成においては、光源を含む照明手段により原稿を照射し、その原稿からの複数の光束（反射光又は透過光）を結像光学系により集光し、複数の受光部のセンサ面により受光することができる。そして、駆動部によって原稿と結像光学系との相対的位置を移動させることにより、原稿を順次読み取ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００  非球面光学素子
１０１  光学有効面
１０２、１０３  不連続部
【図１】
2014098762.tif 000003
【図２】
2014098762.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014098762.tif 000008