(57)【要約】【課題】  レーザ走査光学等のプラスチック光学素子において、光束が通過する領域を含む面を光学面と定義した場合、非光学有効領域の少なくとも一部にひけを誘導することにより、光学面の光学有効領域の形状精度が優れ、低複屈折なプラスチック光学素子を提供し、焦点位置ずれが少なく、光学特性に優れ、従来にない高画質を達成できるレーザ走査光学装置を提供する。【解決手段】  光束が通過する領域を含む光学面を少なくとも一つ以上有するプラスチック光学素子において、該光学面のうち、光学有効領域外の非光学有効領域の少なくとも一部に、ひけを有することを特徴とする。【選択図】  図４
2006133709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束が通過、又は反射する領域を含む光学面を有するプラスチック光学素子において、該光学面のうち、光学有効領域外の非光学有効領域の少なくとも一部にひけ領域を有することを特徴とするプラスチック光学素子。
【請求項２】
前記プラスチック光学素子の非光学面の一部にひけ領域を有することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック光学素子。
【請求項３】
前記光学面の非光学有効領域の少なくとも一部と、前記非光学面の少なくとも一部に夫々ひけ領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラスチック光学素子。
【請求項４】
前記プラスチック光学素子が熱可塑性の非晶性樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のプラスチック光学素子。
【請求項５】
前記プラスチック光学素子が対向する二つの光学面を有するレンズであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のプラスチック光学素子。
【請求項６】
前記プラスチック光学素子が有する二つの光学面のうち、少なくとも一つの光学面にのみ前記ひけ領域を有することを特徴とする請求項５に記載のプラスチック光学素子。
【請求項７】
前記プラスチック光学素子が有する二つの光学面のうち、両光学面に夫々前記ひけ領域を有することを特徴とする請求項５に記載のプラスチック光学素子。
【請求項８】
前記プラスチック光学素子は、少なくとも一つの光学面を反射面として用いるミラーであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のプラスチック光学素子。
【請求項９】
請求項１乃至７の何れか一項に記載のプラスチック光学素子を走査レンズとして使用することを特徴とするレーザ走査光学装置。
【請求項１０】
請求項８記載のプラスチック光学素子を走査ミラーとして使用することを特徴とするレーザ走査光学装置。
【請求項１１】
射出成型用金型を用いて請求項１乃至１０の何れか一項に記載のプラスチック光学素子を成形する方法において、金型のキャビティ内でプラスチックレンズ光学素子の成形を完了して金型を開放する前におけるキャビティ内の樹脂残圧を０にすることを特徴とするプラスチック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、高精度な形状寸法と低複屈折を要求されるプラスチック光学素子の改良に関し、特に高精度な光学鏡面を有するプラスチックレンズ等のプラスチック光学素子、その製造方法、及びレーザ走査光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ、プリズム等の光学素子は、表面形状精度や内部の複屈折に高い精度が要求されるため、従来はガラス製のものが主であった。しかし、近年、形状の自由度や量産性に優れているなどの理由によりプラスチック製のものが増加してきている。特に、複屈折特性の低い樹脂材料が開発されたことと、形状精度が良く低複屈折の成形品を製造可能にする成形技術の向上により、プラスチック製レンズが多用されるようになっている。
従来、光学部品に用いられる樹脂材料としては、ポリカーボネートやアクリルが主であったが、ポリカーボネートは複屈折が大きく、一方、アクリルは吸水性に問題があるなどの理由から、使用範囲は限られていた。しかし近年、低吸水性でかつ低い複屈折特性の樹脂材料が開発され、使用範囲が拡大された。このような樹脂材料としては例えば、日本ゼオン社製Ｚｅｏｎｅｘ、三井石油化学製ＡＰＥＬ、ＪＳＲ社製アートンなどがある。
また、成形技術としても、複屈折を低減する目的で、低圧で成形する方法が行われている。しかし、プラスチックレンズの複屈折低減のために、低圧で成形する場合、金型内での樹脂収縮によるひけの発生が問題となる。特に、キャビティ形状が複雑であったり、厚肉・偏肉なキャビティ形状ではその影響が顕著である。
そこで、樹脂を低圧で充填し、
（１）金型全体もしくは入駒を介して圧縮を加える射出圧縮成形法
（２）圧成形時に、何らかの方法でひけを転写面以外の面に誘導する成形法
が開発されてきた。具体的には、温度制御によって選択的にひけを誘導する特許文献１記載の方法や、圧縮空気によって選択的にひけを誘導する特許文献２記載の方法や、キャビティ入れ子を樹脂から離隔させることによって選択的にひけを誘導する特許文献３記載の方法などが挙げられる。
プラスチックレンズ成形方法として、例えば特許文献１には、熱可塑性樹脂成形材料を金型に供給し、該金型を加熱することによって熱可塑性樹脂成形材料の所定部分をひけ発生の臨界温度以上に加熱した上で、該熱可塑性樹脂成形材料を所定形状に圧縮成形し、圧縮成形された熱可塑性樹脂成形材料を徐々に冷却する成形方法が提案されている。
また、プラスチック製品の射出成形において、製品非可視面側であって、ヒケを誘発しやすい金型面、あるいは転写性、形状精度の悪い部位と接触する金型表面に、ガス圧印加手段を取り付けてガス圧を加える射出成形プラスチック製品の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、溶融樹脂を軟化温度未満まで冷却するときに、キャビティ駒を樹脂から離隔するように摺動させることにより、樹脂とキャビティ駒の間に強制的に空隙を画成するプラスチック成形品の成形方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
これらの成形法の開発によって、形状精度が良く、低複屈折の成形品が得られるようになった。以上のような理由から光学素子のプラスチック化が一層促進される傾向にある。
【特許文献１】特開平１１−１９９５６号公報
【特許文献２】特開平７−２２３２４６号公報
【特許文献３】特開平１１−２８７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、低圧成形では外観から確認できるひけを発生するレベルではなくとも、光学面の中心から外側に向かうに連れて、サブミクロンレベルでの不完全転写が生じる不具合があった。また、成形法には依らず、リブ構造を有する成形品の場合には、金型内の樹脂冷却過程において、リブ周辺は金型に接する面積が樹脂体積に対して大きくなるため、樹脂冷却が促進され、その結果、リブに沿った光学面の周囲において外観から確認できるひけを発生するレベルではなくとも、光学面の中心から外側に向かうに連れてサブミクロンレベルでの不完全転写が生じる不具合があった。また、仮に、光学面に外観上のひけが確認される場合には、ひけが光学有効領域に達し、光学特性に悪影響を及ぼす不具合があった。
特に、デジタル複写機、レーザプリンタ、又はファクシミリ装置の光学走査系、ビデオカメラ等の光学機器に使用されるレーザ走査光学装置等では、複屈折が小さく、光学面の光学有効領域の形状精度が非常に優れた光学部品を必要とするために、光学面に発生するひけ領域を任意の位置、範囲に制御することが問題となる。
本発明は上記実状を考慮してなされたものであって、光束が通過する領域を含む面を光学面と定義した場合、光学有効領域を隣接する非光学有効領域の少なくとも一部にひけ（ひけ領域）を誘導することにより、光学面の光学有効領域の形状精度が非常に優れ、且つ、低複屈折なプラスチック光学素子と、その製造方法を提供することを目的とする。とりわけレーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ、又はファクシミリ装置の光学走査系、ビデオカメラ等の光学機器等に適用されるプラスチック光学素子とその製造方法を提供することを目的とする。更に、このプラスチック光学素子を利用することにより、焦点位置ずれが少なく、光学特性に優れ、従来にない高画質を達成できるレーザ走査光学装置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】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、光束が通過、又は反射する領域を含む光学面を有するプラスチック光学素子において、該光学面のうち、光学有効領域外の非光学有効領域の少なくとも一部にひけ領域を有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記プラスチック光学素子の非光学面の一部にひけ領域を有することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１、又は２において、前記光学面の非光学有効領域の少なくとも一部と、前記非光学面の少なくとも一部に夫々ひけ領域を有することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記プラスチック光学素子が熱可塑性の非晶性樹脂からなることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記プラスチック光学素子が対向する二つの光学面を有するレンズであることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５において、前記プラスチック光学素子が有する二つの光学面のうち、少なくとも一つの光学面にのみ前記ひけ領域を有することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項５において、前記プラスチック光学素子が有する二つの光学面のうち、両光学面に夫々前記ひけ領域を有することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記プラスチック光学素子は、少なくとも一つの光学面を反射面として用いるミラーであることを特徴とする。
請求項９の発明に係るレーザ走査光学装置は、請求項１乃至７の何れか一項に記載のプラスチック光学素子を走査レンズとして使用することを特徴とする。
請求項１０の発明に係るレーザ走査光学装置は、請求項８記載のプラスチック光学素子を走査ミラーとして使用することを特徴とする。
請求項１１の発明に係るプラスチック光学素子の製造方法は、射出成型用金型を用いて請求項１乃至１０の何れか一項に記載のプラスチック光学素子を成形する方法において、金型のキャビティ内でプラスチックレンズ光学素子の成形を完了して金型を開放する前におけるキャビティ内の樹脂残圧を０にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
光束が通過する領域を含む光学面を少なくとも一つ以上有するプラスチック光学素子において、該光学面のうち、光学有効領域外（以下、非光学有効領域）の少なくとも一部にひけ領域を有するように構成したことにより、光学面の光学有効領域の形状精度を向上させることができ、プラスチック光学素子の複屈折を極端に小さくすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るプラスチック光学素子１をレーザプリンタ等の光学系に使用する場合の構成を示す概略斜視図である。プラスチック光学素子１の図の上面と下面が光学面２であり、レーザプリンタに組み込まれて使用される場合には、下面から上面に向かってレーザビームが透過する。また、材質は日本ゼオン社製の熱可塑性非晶性樹脂であるシクロオレフィンポリマーＺｅｏｎｅｘ樹脂である。
上記Ｚｅｏｎｅｘ樹脂の、ＤＳＣ試験方法によるガラス転移温度は１３８℃である。走査レンズ１の形状寸法は、例えば、中央部レンズ厚さＨａ：１４ｍｍ、端部レンズ厚さＨｕ：７ｍｍ、副走査長さＤ：１４ｍｍ、光学面の副走査方向有効領域ｄ：８ｍｍ、光学面の主走査方向有効領域ｌ：１８０ｍｍ、主走査長さＬ：２２０ｍｍである。
【実施例１】
【０００７】
本実形態に係る光学素子１を製造するための射出成形用金型３のキャビティ周辺の断面概略図を図２に示す。この射出成形用金型３は、成形品としての光学素子１の光学面と非光学面の一部を形成（転写）する転写面を備えた一対の鏡面駒４、光学素子１の非光学面の一部を転写形成する転写面を備え且つ各鏡面駒４の両側面に位置する二対の側面駒５、前記非光学面の一部を転写形成する転写面を有し且つ矢印方向へ摺動自在に設けられた一対の摺動駒７と、を備え、各転写面間に形成される空間によってキャビティ８が形成されている。摺動自在に設けられた一対の摺動駒７には図示しない駆動装置を連結しておく。さらに、各側面駒５には、金型を加熱するために、カートリッジヒーター９、熱電対１０を具備し、カートリッジヒーターと熱電対は、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置に連結しておく。
ここで、成形品の光学面を含むキャビティ８周辺の詳細図を図３に示す。鏡面駒４と側面駒５との間には、０．０１ｍｍのクリアランス１１を設けている。
次に、実施例の動作について説明する。射出成形用金型３を図示しない射出成形機（ファナック社製電動射出成形機ＲＯＢＯＳＨＯＴ）にセットし、走査レンズ１の成形を行う。射出成形用金型３は使用樹脂材料のガラス転移温度直下の１３５℃になるようにカートリッジヒーター９で加熱しておき、キャビティ８に溶融樹脂を充填する。そして、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である所定の温度に保持するように、カートリッジヒーター９の温度を調節しておく。
ついで、キャビティ８内の溶融樹脂に圧力を発生させて、溶融樹脂を光学面と非光学面の一部を形成する一対の鏡面駒４の転写面に密着（転写）させる。この際、キャビティ８内の樹脂にかかる圧力が０になったところで、摺動自在に設けられた一対の摺動駒７を樹脂から離隔するように摺動させ、キャビティ８内の樹脂と摺動駒７の間に強制的に空隙を形成し、ひけ（ひけ領域）１３を摺動駒７と接する面（非光学面）１ａに誘導する。次いで、固化したプラスチック成形品を、図示しない成形品取り出し装置を用いて射出成形用金型から取り出し、室温にて放冷する。
【０００８】
本実施例では、摺動駒７と接する樹脂面にひけ（凹部）を誘導した結果、冷却時の光学面２に作用する樹脂内圧を大気圧に近づける（型開き前に、キャビティ８内の樹脂圧力が０になるように成形する）ことができるため、内部歪みの小さい成形品を得ることができる。また、光学面２の非光学有効領域（光学有効領域１４の両外側領域）にもひけ（ひけ領域）１２が誘導された構成となっている。
これは、鏡面駒４と側面駒５との間に、０．０１ｍｍのクリアランス１１（図３参照）を設けているため、キャビティ内の樹脂圧力が０になった段階で、クリアランス１１から空気が侵入し、光学面の非光学有効領域にひけ１２が生じたものと考えられる。ここで、成形品の断面概略図を図４に示す。本実施例により成形された走査レンズ１は、図５に示すキャビティ８の形状と比較して、光学面の非光学有効領域のひけ１２と、非光学面１ａのひけ１３を有している点が異なっており、ひけを有していない光学面の光学有効領域１４は優れた形状精度を有している。
この実施形態によれば、対向する二つの光学面２、２を有するプラスチック光学素子１をプラスチックレンズとして使用することができる。このプラスチックレンズは、光学面２の光学有効領域１４の形状精度が非常に優れ、また、複屈折が極端に小さい。
前記プラスチック光学素子の成形方法において、成形工程の型開き時に、残圧を０にする手順が加わることで、複屈折が極端に少ないプラスチック光学素子を得ることができる。また、光学面の非光学有効領域にひけ１２を形成させることができ、その結果、光学面の光学有効領域１４の形状精度を向上させることができる。
【０００９】
次に、図６に示した比較例１に係るプラスチック光学素子１を射出成形する為の金型では、図２に示した鏡面駒４と側面駒５との間のクリアランス１１が０であり、その他の構成、動作については、図２の金型と同様のものとして説明する。このようにクリアランス１１を有しない金型により成形された比較例１に係るプラスチック光学素子（例えば、走査レンズ）１は、図４に示す形状と比較して、図６のように非光学面１ａのひけ１３のみを有している点が異なっている。つまり、図４に示した光学面の非光学有効領域のひけ１２は形成されない。
ここで、実施例１と比較例１のレンズ長手方向の中心位置における副走査形状の測定結果を、副走査位置を横軸に、高さ方向の形状測定結果Δｈを縦軸にして図７に示す。比較例１の光学素子では、光学面２全体の形状精度は優れているが、光学有効領域１４のみの形状を比較すると、実施例１の方が形状精度に優れていることがわかる。つまり、実施例１のように、光学面の非光学有効領域にひけ１２を有するように誘導することにより、光学有効領域１４の形状精度を向上させることが可能となる。
次に、鏡面駒４と側面駒５との間のクリアランス１１と、ひけ幅及び光学有効領域の形状ＰＶ値（ねらいの形状からのずれ量）との関係を図８に示す。本実施例では、鏡面駒４と側面駒５との間のクリアランス１１を所定のサイズに設定することで、光学面の非光学有効領域のひけ１２を制御することができている。
実施例１では、光学面の非光学有効領域と非光学面に夫々ひけ（ひけ領域）１２、１３を有するように成形したが、金型内での樹脂収縮を吸収できるのであれば、図９（ａ）のように、光学面の非光学有効領域のみにひけ１２を有する形状であってもいい。また、光学面の非光学有効領域のひけ１２は、図９（ｂ）のように、レンズ面の片面にのみに存在する形状や、図９（ｃ）のように、レンズ面の副走査方向の片側にのみ存在する形状も考えられる。
【００１０】
図９（ａ）のように、プラスチックレンズが有する二つの光学面２の双方にひけ領域１２を設けることで、光学面２の非光学有効領域に設けるひけの位置及び範囲を選択しやすい。該プラスチックレンズは、光学面の光学有効領域１４の形状精度が非常に優れ、また、複屈折が極端に小さいものとなっている。
図９（ｂ）のように、プラスチックレンズ１が有する二つの光学面２のうち、一つの光学面２にのみひけ領域１２を設けることで、光学面の光学有効領域１４を入射面と出射面で変更することができるメリットがある。該プラスチックレンズ１は、光学面の光学有効領域１４の形状精度が非常に優れ、また、複屈折が極端に小さいものとなっている。
同様に、非光学面のひけ１３を、図９（ｃ）（ｄ）のように、非光学面の片側のみに設けて金型構造の簡素化を図る場合も考えられる。図９（ｃ）と（ｄ）の違いは、（ｃ）では非光学面１ａのひけ１３が両サイドにあるのに対して、（ｄ）ではひけ１３が片側にのみ設けられている点である。
さらに、走査レンズとしてのプラスチックレンズ１の副走査断面の非光学有効領域だけでなく、図１０（ａ）のように、走査レンズの主走査方向における非光学有効領域にひけ１２を発生させる場合や、図１０（ｂ）のように、走査レンズの主走査方向と副走査方向の両方の非光学有効領域にひけ１２を発生させる場合も考えられる。また、光学面の非光学有効領域のひけ１２は、本実施例１のように、成形品のリブ１ｂ（図１）に沿って発生させることで、特殊な金型構造を必要とせずに、ひけ量を制御することが可能である。
実施例１によって製造されたプラスチック走査レンズ１は、光学面の光学有効領域１４の形状精度が非常に優れ、且つ、複屈折も極端に少ないものとなっている。
なお、本実施例では、鏡面駒４と側面駒５との間のクリアランス１１により、光学面の非光学有効領域にひけ１２を形成させたが、本発明は、成形法やひけを形成させる方法とは関係なく、光学面の非光学有効領域（光学有効領域１４の外側領域）にひけ１２を発生させる構造とすることで、光学面の光学有効領域１４の形状精度を向上させることが目的である。つまり、ひけ発生方法をどのように実施するかとは関係なく、光学面の非光学有効領域にひけを有するすべてのプラスチック光学素子は、本発明に含まれるものである。
また、本実施例に係る金型構造は、図示した形状のプラスチック走査レンズに限らず、光学面の非光学有効領域にひけ１２を発生させることで、光学面の光学有効領域の形状精度を向上させることできるすべての成形品の製造に適用される。
【００１１】
本実施形態では、プラスチック光学素子１の光学面２と光学面以外の非光学面１ａとの境界において、非光学領域の少なくともひけの位置を選択しやすい一部にひけを誘導することにより、例えば、成形品のリブ１ｂ沿いに発生させることで、特殊な金型構造を必要とせずに、ひけ量を制御することが可能である。このようにして得られたプラスチック光学素子は、光学面の光学有効領域の形状精度が非常に優れ、また、複屈折が極端に小さいものとなっている。
例えば、本発明の金型による成形は、図１１に示すようなカメラレンズ１５などにも適用可能である。また、高精度な形状精度を要求される光学面形状に関しても、平面、球面、非球面、自由曲面、あらゆる形状の光学素子に適用することができる。
また、本実施例の使用樹脂としては、シクロオレフィンポリマーを例示したが、本発明は使用樹脂材料に限定されず、上記効果が得られるすべての熱可塑性の非晶性プラスチックに適用される。つまり、金型内における樹脂収縮を、光学面の非光学有効領域にひけを発生させることで吸収し、光学面の光学有効領域の形状精度を向上できるプラスチック樹脂であれば、本発明を適用可能である。
なお、使用樹脂を、熱可塑性の非晶性樹脂とすることにより、光学面の光学有効領域１４の形状精度が非常に優れ、また、複屈折が極端に小さいプラスチック光学素子を得ることができる。
本実施例は、樹脂材料を金型内で所望の成形品形状に成形加工する工程を射出成形法で行ったものであるが、本発明は、光学面の非光学有効領域にひけを発生させることで光学面の光学有効領域の形状精度を向上させることを特徴としているため、成形法に関係なく適用することが出来る。例えば、射出成形のほかに射出圧縮／プレス成形、ガスアシスト成形や押し出し成形など様々な成形法に適用可能である。
【実施例２】
【００１２】
次に、実施例２について説明する。図１２は、本発明の係るプラスチック光学素子をレーザプリンタに用いられる走査レンズ１６に適用した場合の概略図である。図１２の上面と下面が光学面２であり、レーザプリンタに組み込まれて使用される場合には、下面から上面に向かってレーザビームが透過する。また、材質は図１の場合と同様に、日本ゼオン社製のシクロオレフィンポリマーＺｅｏｎｅｘ樹脂である。走査レンズ１６の形状寸法は、中央部レンズ厚さＨａ：３５ｍｍ、端部レンズ厚さＨｕ：５ｍｍ、副走査長さＤ：８ｍｍ、光学面の副走査方向有効領域ｄ：５ｍｍ、光学面の主走査方向有効領域ｌ：１２０ｍｍ、主走査長さＬ：１６０ｍｍである。
次に、本発明の実施例２に使用した射出成形用金型３のキャビティ周辺の断面概略図を図１３に示す。この金型３は、光学面２を形成する一対の鏡面駒４、鏡面駒４の側面に位置する二対の側面駒５、非光学面の一部を形成する一対のキャビティ入れ子６により形成されたキャビティ８を有し、キャビティ入れ子６を貫通する通気口１７の一端を非光学面の一部に開口させ、通気口１７に連通して成形品に圧縮気体を付与する図示しない気体供給装置を連結しておく。さらに、鏡面駒４には、カートリッジヒーター９と熱電対１０を、側面駒５には、油温調用パイプ１８を各々具備し、カートリッジヒーター９と油温調用パイプ１８は、各々、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置に連結しておく。
【００１３】
次に、実施例２の金型の動作について説明する。
射出成形用金型３を図示しない射出成形機（ファナック社製電動射出成形機ＲＯＢＯＳＨＯＴ）にセットし、成形品としての走査レンズ１６の成形を行う。金型３は使用樹脂材料のガラス転移温度直下の１３５℃になるようにカートリッジヒーター９で加熱しておき、キャビティ８に溶融樹脂を充填する。そして、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である所定の温度に保持するように、カートリッジヒーター９及び油温調用パイプ１８の温度を調節しておく。この際、各鏡面駒４に具備された熱電対１０の設定温度には、カートリッジヒーター９と油温調用パイプ１８の温度を調節することで、副走査方向の中心位置で温度が高くなるように、中心位置と端部で０．５℃の温度差を設けている。
ついで、キャビティ８内の溶融樹脂に圧力を発生させて、該溶融樹脂を光学面２を形成する一対の鏡面駒４の転写面に密着（転写）させる。この際、キャビティ８内の樹脂圧力が０になったところで、通気口１７から所定圧力の圧縮気体を付与し、樹脂と通気口１７の一端開口間に強制的に空隙を形成し、ひけを通気口１７と接する面に誘導する。次いで、固化したプラスチック成形品を、図示しない成形品取り出し装置を用いて金型３から取り出し室温放冷する。本実施例では、通気口１７の一端開口と接する成形品面１ａに図１４に示したひけ（凹部）１３を誘導した結果、冷却時に光学面２に作用する樹脂内圧を大気圧に近づける（型開き前に、キャビティ内の樹脂圧力が０になるように成形する）ことができるため、内部歪みの小さい成形品を得ることができる。また、副走査方向の中心位置と端部で０．５℃の温度差を設けているので、キャビティ８内の樹脂圧力が０になった段階で、樹脂が収縮していく過程で、温度が低い部分から固化収縮が進行する結果、光学面の非光学有効領域にひけ１２が生じたものと考えられる。
ここで、上記金型により成形された成形品の断面概略図を図１４に示す。本実施例により成形された走査レンズ１６は、図１３のキャビティ８の形状と比較して、光学面２の非光学有効領域のひけ１２と非光学面１ａのひけ１３を有した点が相違している。光学面２の光学有効領域１４は優れた形状精度を有している。
ここで、比較例２として、実施例２の金型３を用いて、副走査方向の中心位置と端部の温度差を０℃としつつ、その他の条件を同一構成、同一動作とした場合について説明する。比較例２により成形された走査レンズ１６は、図１３のキャビティ形状に対して、図１５のように一方の非光学面１ａにのみひけ１３を有している。
【００１４】
ここで、実施例２と比較例２のレンズ長手方向の中心位置における副走査形状の測定結果を、副走査位置を横軸に、高さ方向の形状測定結果Δｈを縦軸にして図１６に示す。比較例２では、光学面全体の形状精度は優れているが、光学有効領域のみの形状を比較すると、実施例２の方が形状精度に優れていることがわかる。
つまり、実施例２のように、光学面２の非光学有効領域にひけを有することで、逆に光学有効領域１４の形状精度を向上させている。さらに、副走査方向の中心位置と端部の温度差と、ひけ幅及び光学有効領域の形状ＰＶ値（ねらいの形状からのずれ量）の関係を図１７に示す。本実施例では、副走査方向の中心位置と端部の温度差を所定の温度差に設定することで、光学面の非光学有効領域のひけ１２領域を制御することができている。本実施例によって製造されたプラスチック走査レンズは、光学面の光学有効領域の形状精度が非常に優れ、且つ、複屈折も極端に少ない。本実施例では、副走査方向の中心位置と端部の温度差により、光学面の非光学有効領域にひけ１２を形成させたが、本発明は、この成形法やひけを形成させる方法に主目的を有するのではなく、光学面の非光学有効領域にひけを発生させることで、光学面の光学有効領域の形状精度を向上させることが目的である。
つまり、本発明は、ひけ発生方法の如何に関係なく、光学面の非光学有効領域にひけを有するすべてのプラスチック光学素子に対して適用される。
【００１５】
図１８は、レーザプリンタやデジタル複写機に搭載される光学システム１９の概略図である。この光学システム１９は光源としての半導体レーザ２０、該半導体レーザ２０からの光を所定角度範囲で等角速度的に偏向する偏向面を有する変更手段としての回転多面鏡２１、回転多面鏡２１にて偏向された光を等速度的な光に変換する光学系としてのレーザ走査光学系２２、及び該レーザ走査光学系２２からの光の方向を変更する折り返しミラー２３等を備えている。
ここで、レーザ走査光学系２２には走査レンズ１６及び走査レンズ１が使用されている。光学システム１９の動作を以下に示す。半導体レーザ２０から出射された光は、回転多面鏡２１の偏向面近傍に一旦結像される。回転多面鏡２１は一定の角速度で図中の矢印Ｃ方向に回転しており、偏向面近傍に結像された光は回転多面鏡２１の回転に伴って等角速度的に偏向される。
偏向された光は、走査レンズ１６及び走査レンズ１を順次透過することで等速度的な光に変換され、折り返しミラー２３で反射されて走査対象である感光体２４表面を走査する。例えば光学システム１９がデジタル複写機に使用された場合には、半導体レーザ２０の光は、複写画像に対応する画像情報によって、その光強度が変調されており、この光が感光体２４表面に結像することによって、感光体表面に複写画像の静電潜像が形成される。
従って、走査レンズ１６、１や走査ミラー等で構成されるレーザ走査光学系２２の精度、例えば光学面の形状精度、光学素子の配置精度等が、複写画像品質に大きな影響を与えることになる。従って、本発明に係るレーザプリンタやデジタル複写機では、前述した金型３により製造された構成を備えた走査レンズ１６、１を使用しているために、光学システムに固定された実使用状態において、設計形状との形状誤差が小さく、複屈折も小さいため、設計時の光学的機能を有しており、その結果として正確な走査が可能となり、高画質の画像を形成することができる。特に、カラーレーザプリンタやカラーデジタル複写機に適用した場合に、色ずれの少ない高画質のカラー画像を形成することができる。
このように、プラスチックレンズを走査レンズとして使用することで、焦点位置ずれが少なく、光学特性に優れ、従来にない高画質を達成できるレーザ走査光学装置を製造することができる。
【実施例３】
【００１６】
図１９は、レーザプリンタに用いられるプラスチックミラー２５の概略図である。レーザプリンタに組み込まれて使用される場合には、光学面（反射面）２にアルミ蒸着を施すなどして、レーザビームを反射させる。また、材質はポリカーボネート樹脂（ＰＣ光学グレード）である。
ＰＣ（ガラス転移温度：１４５℃：試験方法ＤＳＣ）
プラスチックミラー形状寸法：中央部レンズ厚さＨａ：６ｍｍ、端部レンズ厚さＨｕ：１５ｍｍ、短手長さＤ：１４ｍｍ、長手長さＬ：２６０ｍｍである。
次に、本発明の実施例３に使用したプレス成形用金型２６の断面概略図を図２０に示す。プレス成形装置の上側ダイプレート２７には、光学面を形成する上型部材２８を有し、下側ダイプレート２９には、非光学面を形成する下型部材３０を有している。上型部材２８には、金型を加熱するための油温調用パイプ１８と熱電対１０を具備し、さらに、光学面を局所加熱するためのカートリッジヒーター９と熱電対１０を具備している。また、下型部材３０には、金型を加熱するための油温調用パイプ１８と、熱電対１０を具備し、各油温調用パイプ１８とカートリッジヒーター９は、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置に連結しておく。一方、下型部材３０の支持凹所３０ａ内には、予め射出成形によって略最終形状に加工されたポリカーボネート樹脂からなるプラスチック基材３１が備えられている。
【００１７】
次に、実施例３の動作について説明する。プレス成形用金型２６により、プラスチック基材３１を図２１に示すプラスチックミラー２５に成形する。金型２６は使用樹脂材料のガラス転移温度以上の１５０℃近傍になるように油温調用パイプ１８で加熱しておく。上型部材２８と下型部材３０の設定温度を１℃程度ずらし、下型部材３０の温度を低く保つ。この際、上型部材２８に具備された熱電対１０の設定温度は、カートリッジヒーター９と油温調用パイプ１８の温度を調節することで、副走査方向の中心位置で温度が高くなるように、中心位置と端部で温度差を設けている。
ついで、プレス成形装置の上側ダイプレート２７を下降させることで、プラスチック基材３１の樹脂に圧力を発生させ、キャビティ面（転写面）を完全に密着させる。その後、部材２８、３０と樹脂３１との密着状態を保ったまま、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である１２０℃まで１℃／分の速度で徐冷した後、金型から成形品を取り出し、室温放冷する。上記徐冷工程では、まず、上型部材２８と下型部材３０の設定温度を１℃程度ずらし、下型部材３０の温度を低く保ち、さらに、上型部材２８の光学面近傍に具備された熱電対１０の設定温度は、カートリッジヒーター９と油温調用パイプ１８の温度を調節することで、副走査方向の中心位置で温度が高くなるように、中心位置と端部で温度差を設けている。
本実施例では、上記温度制御により、金型内で、まず、光学面（反射面）２と対向した底面において選択的にひけ１３が進行し、その後、光学面２の副走査方向の端部において選択的にひけ１２を発生させている。上記手順でひけ（凹部）１２、１３を誘導した結果、冷却時に作用する樹脂内圧を大気圧に近づける（型開き前に、キャビティ内の樹脂圧力が０になるように成形する）ことができるため、内部歪みの小さい成形品を得ることができる。
【００１８】
ここで、成形品の断面概略図を図２１に示す。本実施例により成形されたプラスチックミラー２５は、図２０のキャビティ形状と比較して、光学面２に非光学有効領域のひけ１２を有し、非光学面１ａにひけ１３を有している点が異なっており、光学面２の光学有効領域１４は優れた形状精度を有している。本実施例によって製造されたプラスチック走査ミラーは、光学面の光学有効領域１４の形状精度が非常に優れ、内部歪みも極端に小さい。本実施例は、上記の走査ミラーについて実施しているが、成形品の形状、光学部品としての種類に関係なく、光学面２の非光学有効領域にひけ１２を積極的に発生させることで、光学面の光学有効領域１４の形状精度を向上させることできるすべての成形品形状に適用される。例えば、図２２に示すような、大口径ミラー３２などにも適用可能である。
プラスチック光学素子の光学面を反射面として用いることで、光学面の光学有効領域の形状精度が非常に優れたプラスチックミラーを得ることができる。
【実施例４】
【００１９】
次に、本発明の実施例４について説明する。実施例４は、図１、図４等に示した実施例１の走査レンズ１と同一材質、同一形状の成形品と、当該成形品を成形するための金型の構造に関する。また、装置の構成及び動作は鏡面駒４の形状を除いて同一である。即ち、図２、図３の金型に示した、光学面２と非光学面１ａの一部を形成する一対の鏡面駒４の形状に追加工を施している。
詳細を以下に示す。図２３には実施例４で使用する鏡面駒４の詳細図を示す。鏡面駒４の光学面を形成する転写面４ａには、集束イオンビーム装置（以下、ＦＩＢ）によりサブミクロンレベルの追加工を施した。ＦＩＢでは、ガリウム液体金属イオン源からイオンビームを照射し、スパッタ効果を利用して加工する。化学的な影響や熱的な損傷がないため、優れた加工精度を有している。具体的には、転写面４ａに、転写家伊勢宇する光学面の光学有効領域外周１ｍｍの位置に、開口部の溝幅０．２μｍ、深さ０．１５μｍのＶ字状の溝３３を形成させている。Ｖ字状の溝３３を形成させておけば、例えば、図２、図３に示した鏡面駒４と側面駒の５の間に設けたクリアランス１１の精度が金型組み付け時や成形サイクル中に変位した場合であっても、ひけ発生領域を光学有効領域１４外に制御することが可能である。
【００２０】
ここで、成形品の断面概略図を図２４に示す。本実施例により成形された走査レンズ１は、キャビティ形状と比較して、光学面２の非光学有効領域のひけ１２と非光学面１ａのひけ１３を有しており、その結果、光学面の光学有効領域１４は優れた形状精度を有することとなる。本実施例によって製造されたプラスチック走査レンズは、光学面の光学有効領域１４の形状精度が非常に優れ、且つ、複屈折も極端に少ない。本実施例では、図３に示す鏡面駒４と側面駒５の間のクリアランス１１と、図２３に示した鏡面駒４に設けたＶ字状の溝３３により、光学面の非光学有効領域にひけ１２を形成させ、ひけ領域を任意の位置及び範囲に制御したが、本発明は、成形法やひけを形成させる方法にのみ特徴がある訳ではなく、光学面の非光学有効領域にひけ１２を発生させることで、光学面の光学有効領域の形状精度を向上させることが目的である。
つまり、本発明は、ひけ発生方法の如何と関係なく、光学面２の非光学有効領域にひけ１２を有するすべてのプラスチック光学素子に対して適用することができる。また、本実施例では、光学有効領域１４を転写する転写面４ａの外周に溝３３を設けたが、この溝３３はひけ領域を制御することが目的であり、図示の形状に限らない。例えば、図２５に示すように、光学有効領域１４の外周部で、サンドブラストなどにより凹凸部３４を設け、表面粗さを数１０ｎｍ〜数１００ｎｍレベルで大きくしたり、また、図２６に示すように、さらに微小な複数の溝３５を主走査方向に数本形成し、ひけの進行方向を制御することでも同一の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のレーザ走査装置に使用した走査レンズの斜視図である。
【図２】本発明に使用の射出成形用金型のキャビティ周辺断面図である。
【図３】本発明の光学面を含むキャビティ周辺の詳細断面図である。
【図４】本発明の成形品の例の断面概略図である。
【図５】従来の鏡面、側面駒間のクリアランス０の場合の製品断面図である。
【図６】従来の非光学面にのみひけを誘導した成形品断面図である。
【図７】本発明のレンズ長手方向の出射面副走査形状測定結果を示す説明図である。
【図８】本発明のひけ幅及び形状精度ＰＶ値と駒間のクリアランスとの関係を示す説明図である。
【図９】本発明の金型内での樹脂収縮を吸収するひけの例の説明図である。
【図１０】本発明の走査レンズの非光学有効領域にひけを発生させる各種例を示す概略図である。
【図１１】本発明のカメラレンズなどに適用した例を示す断面図である。
【図１２】本発明のレーザプリンタ用走査レンズの概略図である。
【図１３】本発明の射出成形用金型のキャビティ周辺の断面図である。
【図１４】本発明の非光学有効面及び非光学面にひけを誘導した成形品の断面図である。
【図１５】本発明の非光学面にのみひけを誘導した例の断面図である。
【図１６】本発明のレンズ副走査方向中心位置の形状測定結果の説明図である。
【図１７】本発明のひけ幅及び非光学有効領域内外の形状ＰＶ値の関係を示す説明図である。
【図１８】本発明の複写機に搭載される光学システムの概略図である。
【図１９】本発明のレーザプリンタに使用されるプラスチックミラーの概略図である。
【図２０】本発明に使用したプレス成形用金型の断面概略図である。
【図２１】本発明によるプラスチックミラー成形品の断面概略図である。
【図２２】本発明による大口径ミラーの例を示す概略図である。
【図２３】本発明で使用した追加工を施した鏡面駒の詳細図である。
【図２４】本発明の光学面の非光学有効領域にひけを発生させた成形品の断面図である。
【図２５】本発明の鏡面駒外周部に凹凸部を設け表面粗さを大きくした例の概略図である。
【図２６】本発明の鏡面駒外周部に微小複数溝を形成した例の概略図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  走査レンズ、１ａ  非光学面、１ｂ  リブ、２  光学面、３  射出成形用金型、４  鏡面駒、５  側面駒、６  キャビティ入れ子、７  摺動駒、８  キャビティ、９  カートリッジヒーター、１０  熱電対、１１  クリアランス、１２  光学面の非光学有効領域のひけ（ひけ領域）、１３  非光学面のひけ（ひけ領域）、１４  光学面の光学有効領域、１５  カメラレンズ、１６  走査レンズ、１７  通気口、１８  油温調用パイプ、１９  光学システム、２０  半導体レーザ、２１  回転多面鏡、２２  レーザ走査光学系、２３  折り返しミラー、２４  感光体、２５  プラスチックミラー、２６  プレス成形用金型、２７  上側ダイプレート、２８  光学面を形成する上型部材、２９  下側ダイプレート、３０  非光学面を形成する下型部材、３１  プラスチック基材、３２  大口径ミラー、３３  Ｖ字状の溝、３４  凹凸部、３５  微小な複数の溝
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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