(57)【要約】【課題】回折格子の材質の屈折率の不均一性及び複屈折の発生からの残歪を抑え、更に格子形状を精度良く成形し、簡便にして良好なる結像性能を得ることができる回折格子の製造方法及びそれによって製造した回折格子を得ること。【解決手段】回折格子を型を用いて成形する回折格子の製造方法において、該型３１の外周側面にゲート部３２を、その注入方向が該型の中心Ｏから外れるように設け、該ゲート部よりインジェクション材料を注入することによって、該回折格子を成形すること。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子を型を用いて成形する回折格子の製造方法において、
該型の外周側面にゲート部を、その注入方向が該型の中心から外れるように設け、該ゲート部よりインジェクション材料を注入することによって、該回折格子を成形することを特徴とする回折格子の製造方法。
【請求項２】
前記ゲート部は、その注入方向が前記型の半径をｒとするとき、該型の中心からｒ／２以上離れた方向に向くように設けられていることを特徴とする請求項１記載の回折格子の製造方法。
【請求項３】
前記ゲート部は、前記型の外周側面に複数個設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の回折格子の製造方法。
【請求項４】
前記回折格子は、光学プラスチック樹脂を材料として成形されることを特徴とする請求項１、２又は３記載の回折格子の製造方法。
【請求項５】
前記ゲート部よりインジェクション材料を注入した後、ゲート部を含む回折格子の一部を切り、外形状を偏平型にすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の回折格子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の回折格子の製造方法で製造したことを特徴とする回折格子。
【請求項７】
請求項６に記載の回折格子を１以上有することを特徴とする光学系。
【請求項８】
請求項６に記載の回折格子を２以上有し、このうち２つの回折格子は空気層を介して互いに格子面を向かい合わせにし、ゲート部の向きを合わせて接合していることを特徴とする光学系。
【請求項９】
請求項７又は８の光学系を用いて原稿の画像情報を読取手段に結像させることを特徴とする光学系。
【請求項１０】
原稿を照明する光源手段、該光源手段により照明された原稿の画像情報を結像させる結像レンズ、そして結像レンズの結像位置に配置された読取手段を有する画像読取装置において、
該結像レンズは、請求項７、８又は９の光学系を有していることを特徴とする画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回折格子の製造方法及びそれによって製造した回折格子に関し、特にＣＣＤなどの撮像素子を用いて画像情報を線順次で読取る際、インジェクション成形で製造された回折格子を結像レンズ内に導入することにより、高精度な画像読取りが行えるようにした、例えばイメージスキャナー、デジタル複写機、そしてファクシミリなどの装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学系の色収差を補正する方法の１つとして、例えば分散の異なる２つの材質の硝材（レンズ）を組み合わせる方法がある。この硝材の組み合わせにより色収差を減じる方法に対して、レンズ面やあるいは光学系の一部に回折作用を有する回折光学素子を用いて色収差を減じる方法がある（例えば非特許文献１、特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
これら文献は光学系中の屈折面と回折面とではある基準波長の光線に対する色収差の出方が逆方向になると言う物理的現象を利用したものである。
【０００４】
さらに、このような回折光学素子は、その回折格子の周期的構造の周期を変化させることで非球面レンズ的な効果を持たせることができ、収差の低減に大きな効果がある。
【０００５】
以上のような、効果から特に色収差を精度よく補正することが必要であるカラー画像読取装置などの撮像光学系では注目を浴びている。
【０００６】
一般にデジタル複写機やイメージスキャナーなどでは照明装置により照明された原稿の画像情報を原稿読取用レンズ（結像レンズ）により読取素子面上に縮小結像させて順次原稿面をスキャンしていき、該画像情報をデジタルデータとして読取り、電気的に処理できる信号に変換している。このデジタル複写機やイメージスキャナーなどの読取素子としては１次元固体撮像素子（ラインセンサー）が多く採用されている。
【０００７】
またデジタル複写機やイメージスキャナーなどに用いられる原稿読取用レンズにおいて、カラー用の読取素子としては、例えば３つのラインセンサー（ＣＣＤ）を同一基板上に配置した３ラインセンサーを多く採用している。これは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色フィルターを有した受光素子が１チップ上に３列に並んで配置されており、この受光素子面上にカラー画像の画像情報を信号化している。
【０００８】
このデジタル複写機やイメージスキャナーなどに用いられる原稿読取用レンズにおいて、カラー原稿を良好に読み取るためには受光素子面上のＲＧＢの３原色の各色光の結像位置を光軸方向に合致させる必要があり、このため各色について良好に色収差補正をしなければならない。この色収差は極めて精度良く補正させる必要がある。
【０００９】
更に原稿読取用レンズは、一般に画像において高空間周波数領域での高いコントラストが要求されるとともにコンパクト化及び高速読取りという点から高画角で、かつ開口効率が画角周辺部まで１００％近くであることが要求される。また当然ながら簡易な構成で、しかも低コストであることも要求される。
【００１０】
このため従来よりガウスタイプが用いられているが、該ガウスタイプの原稿読取用レンズはレンズ枚数が少なくとも６枚で構成されており、更に高解像度且つ高速対応を目指すとレンズ径が大きくなり、低コストと言う点で問題となっている。このためレンズ枚数が少ないトポゴンタイプの絞り近傍に積層タイプの回折光学素子を搭載した原稿読取用レンズが知られている（例えば特許文献４参照）。
【非特許文献１】
ＳＰＩＥ　Ｖｏｌ．１３５４　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌｅｎｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　（１９９０）
【特許文献１】
特開平４−２１３４２１号公報
【特許文献２】
特開平６−３２４２６２号公報
【特許文献３】
米国特許第５０４４７０６号明細書
【特許文献４】
特開２０００−６６０９３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この積層タイプの回折光学素子ＧＰは、図６に示すように両側ともガラス基板１０１，１０２上に格子部１０３，１０４をレプリカ成形しているため、原稿読取用レンズで考えると、読取用レンズに使用するガラス枚数に対し、更に２枚のガラスを使用する事になり、低コストという点で問題となる。
【００１２】
また図７に示すようにプラスチック光学材料２０１，２０２を使用した成形により回折光学素子ＧＰを製造する場合には、レンズ内部の屈折率の不均一性や複屈折の発生防止など、解決すべき課題が多いのが現状である。
【００１３】
通常、図８に示すように射出成形によるインジェクション材料（例えばプラスチックを高熱、または圧力などにより流動体にしたもの）を注入して、回折格子を成形する場合、該回折格子を成形するキャビティ（型）３０１に対し、注入口であるゲート部３０２にノズル３０３から該インジェクション材料を注入して製造している。
【００１４】
この場合、当初高温である流動的な材料が固化していく過程で、冷却環境を整備し、時間配分の管理を適切に行っても内部流動の歪が残り、その結果、回折格子部が以下に厳密に成形されていたとしても、回折光学素子内部での屈折率の不均一性や複屈折の発生などの残歪により、この回折光学素子を通過する光束を乱す要因となる。特に空気層を介して格子部を向かい合わせにしている積層タイプの回折光学素子では、少なくともこのような構成のものを２枚使用するために、更に光束を乱す要因となる。
【００１５】
また図８に示す通り、従来、ゲート部３０２を格子部に対し垂直方向にゲート部を取るためにインジェクション材料を注入する際、最外格子輪帯部に対し垂直方向に注入する為、格子部の先端まで精度良く充填することが困難であると考えられていた。
【００１６】
このため、原稿読取用レンズとしての結像性能を悪化させ，しいては製品全体の光学性能を低下させてしまう要因となっていた。更に回折格子のような複雑な形状で残歪や格子形状の不具合は、その影響が大きく材料の均一性や高精度な格子形状が切望されていた。
【００１７】
本発明は回折格子の材質の屈折率の不均一性や複屈折の発生からの残歪を抑え、更に格子形状を精度良く成形し、簡便にして良好なる結像性能を得ることができる回折格子の製造方法及びそれによって製造した回折格子の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の回折格子の製造方法は、
回折格子を型を用いて成形する回折格子の製造方法において、
該型の外周側面にゲート部を、その注入方向が該型の中心から外れるように設け、該ゲート部よりインジェクション材料を注入することによって、該回折格子を成形することを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記ゲート部は、その注入方向が前記型の半径をｒとするとき、該型の中心からｒ／２以上離れた方向に向くように設けられていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記ゲート部は、前記型の外周側面に複数個設けられていることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、
前記回折格子は、光学プラスチック樹脂を材料として成形されることを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか１項の発明において、
前記ゲート部よりインジェクション材料を注入した後、ゲート部を含む回折格子の一部を切り、外形状を偏平型にすることを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明の回折格子は、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の回折格子の製造方法で製造したことを特徴としている。
【００２４】
請求項７の発明の光学系は、
請求項６に記載の回折格子を１以上有することを特徴としている。
【００２５】
請求項８の発明の光学系は、
請求項６に記載の回折格子を２以上有し、このうち２つの回折格子は空気層を介して互いに格子面を向かい合わせにし、ゲート部の向きを合わせて接合していることを特徴としている。
【００２６】
請求項９の発明の光学系は、
請求項７又は８の光学系を用いて原稿の画像情報を読取手段に結像させることを特徴としている。
【００２７】
請求項１０の発明の画像読取装置は、
原稿を照明する光源手段、該光源手段により照明された原稿の画像情報を結像させる結像レンズ、そして結像レンズの結像位置に配置された読取手段を有する画像読取装置において、
該結像レンズは、請求項７、８又は９の光学系を有していることを特徴としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１の後述する製造方法によって製造した回折格子を有する結像レンズ（原稿読取用レンズ）のレンズ断面図である。
【００２９】
同図における結像レンズＰＬは、物体（原稿面）Ｔ側より順に、正レンズＧ１、負レンズＧ２、回折光学素子ＧＰ、絞りＳＰ、正レンズＧ３、そして負レンズＧ４のレンズを有したトポゴンタイプの絞りＳＰ近傍に回折光学素子ＧＰを配置した構成になっている。Ｔは物体、ＩＰは結像面である。
【００３０】
本実施形態における回折光学素子ＧＰは、凹（負）のパワー（屈折力）を有する第１の回折格子ＧＰ１と凸（正）のパワーを有する第２の回折格子ＧＰ２を空気層を介して格子面を向かい合わせに配置し、ゲート部の向きを合わせて接合した積層タイプの回折光学素子より成っている。この第１、第２の回折格子ＧＰ１、ＧＰ２は、光学プラスチック樹脂を材料として成形されている。
【００３１】
また本実施形態では、第１の回折格子ＧＰ１と第２の回折格子ＧＰ２とを型（キャビティ）を用いて成形する際には、該型の外周側面にゲート部を、その注入方向が該型の中心から外れるように設け、該ゲート部よりインジェクション材料（例えばプラスチックを高熱、または圧力などにより流動体にしたもの）を注入することによって成形している。
【００３２】
本実施形態における結像レンズＰＬは、例えば後述するようにデジタルカラー複写機の画像読取装置に使用されるものであり、解像度は６００ｄｐｉ、焦点距離は８３．８６（ｍｍ）、Ｆｎｏ（Ｆナンバー）は４．０となっており、結像倍率は０．２２倍である。
【００３３】
この高解像度と明るいＦｎｏで可視光全域における色収差を補正するために本実施形態では絞りＳＰ近傍に第１、第２の回折格子ＧＰ１、ＧＰ２を有する回折光学素子ＧＰを配置し、各々の第１、第２の回折格子ＧＰ１、ＧＰ２のインジェクション材料と色収差補正量から適切な格子深さとピッチを設定している。
【００３４】
次にこの第１、第２の回折格子ＧＰ１、ＧＰ２を光学プラスチック材料で製造する方法について説明する。
【００３５】
プラスチックを高熱、もしくは圧力などにより流動体にした光学樹脂のインジェクション材料を型（キャビティ）に注入する際、ノズルを通ってきたその材料をゲート部よりキャビティに注入する。
【００３６】
前述した通り、この時、型（キャビティ）内部での材料の流動性が回折格子の材質の不均一性（局所的な変動や複屈折率の発生）を抑えることや格子形状の安定した成形をする上で重要な要因となる。
【００３７】
その際の回折格子の製造方法について図２を用いて説明する。同図は回折格子の製造方法を示す説明図である。
【００３８】
同図においてノズル３３より材料となるインジェクション材が注入される。この時の材料は高温で流動状態となっており、適切な圧力と注入時間などの制御部（不図示）により制御し、良好なる条件で注入が行われるようになっている。インジェクション材料はゲート部３２を境に回折格子を形成するキャビティ３１に入り、十分な量が充填される。
【００３９】
ここでゲート部３２は回折格子の最外格子輪帯部との接線方向の外周側面に設けられており、その注入方向はキャビティ３１の中心Ｏから外れている。具体的にはゲート部３２の注入方向はキャビティ３１の半径ｒの１／２よりも外側に向けているのが良い。
【００４０】
次にこのゲート部３２の位置を回折格子の最外格子輪帯部との接線方向の外周側面に設けている事について説明する。
【００４１】
キャビティ３１内部で満たされた状態の直後はインジェクション材料がまだ流動の状態であり、加圧、冷却されることにより固化していく。このとき、ゲート部３２の位置から一番遠い格子中心部ａより固化が始まり、そこを中心にａ→ｂ→ｃ→ｄといった順に固化する部分が広がってくる。つまり、格子有効部は格子部中心を中心の屈折率分布となる。このため格子有効部全域でどの方向においても最小限度の同等な屈折率分布を持つ事が可能となる。
【００４２】
また格子輪帯方向の流れに沿う方向に流動性を持たせることにより格子先端部まで充填することができ、格子形状の安定した成形が可能となる。
【００４３】
更にゲート部３２をカットする際に、該ゲート部３２に一番近い有効部外の一部と該ゲート部３２を共にカットし、外形状を偏平型にすることにより、流動性が一番激しい部分ｄを除去でき、さらにレンズ系の小型化にも適用できる。
【００４４】
また積層型の回折光学素子として使用する場合、ゲート部３２をカットした方向に合わせることにより、同方向の内部歪（屈折率分布）を持つ方向で合わせられるため、積層型の回折光学素子を精度良く作成することができる。
【００４５】
よって、ゲート部３２の位置を回折格子の最外格子輪帯部との接線方向の外周側面に設けたことで、良好なる画像を提供しうる回折格子を製作することができ、更にこの回折格子を用いることで高性能なレンズ系を提供することができる。
【００４６】
尚、本実施形態では回折格子の形状を製造時に円形としたが、これに限らず、例えば矩形でも良い。また本実施形態では第１、第２の回折格子ＧＰ１、ＧＰ２を２つ接合して回折光学素子ＧＰを構成したが、これに限らず、１つもしくは３つ以上で構成しても良い。
【００４７】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２の回折格子の製造方法を示す説明図である。同図において図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００４８】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点はゲート部を型（キャビティ）の外周側面の対向する２箇所（尚、３箇所以上でも良い。）に設けたことである。その他の構成及び光学的作用であり、これにより同様な効果を得ている。
【００４９】
即ち、本実施形態においては図３に示すように回折格子を型（キャビティ）４１を用いて成形する際には、該型４１の外周側面の対向する２箇所にゲート部４２，４３を、その注入方向が該型４１の中心Ｏから外れるように設け、該２つのゲート部４２，４３よりインジェクション材料を注入することによって成形している。
【００５０】
このように本実施形態では２方向から充填する為に、１方向から充填する際に比べて半分の時間で注入が完了する。この際、対向する２箇所のゲート部４２，４３から注入する為、更に内部歪の少ない高品質な回折格子を提供することができる。
【００５１】
また注入方向を２方向にすることにより、ゲート部の径に対し自由度ができ、より小さいゲート部を構成することも可能となり、コバ厚の少ない回折格子へも対応することが可能である。
【００５２】
更に実施形態１と同様にゲート部４２，４３をカットし、外形状を偏平型にすることで、該ゲート部４２，４３付近でできる対流によって発生する内部歪を除去でき、更なるレンズ系の小型化に対応することができる。
【００５３】
［画像読取装置］
図４は上記実施形態１又は２の製造方法で製造された回折格子を有する結像レンズをデジタルカラー複写機の画像読取装置に適用したときの要部概略図である。
【００５４】
同図において２は原稿台ガラスであり、その面上に原稿１の画像情報が載置されている。４は光源手段（照明光源）であり、例えばハロゲンランプや蛍光灯やキセノンランプ等によって成っている。３は反射笠であり、照明光源４からの光束を反射させ、効率よく原稿を照明している。５，６，７は各々の順に第１、第２、第３の反射ミラーであり、原稿１からの光束の光路を本体内部で折り曲げている。８は実施形態１又は２の製造方法で製造された回折格子を有する結像レンズ（原稿読取用レンズ）であり、原稿１の画像情報に基づく光束をその結像位置に配置された読取手段９面上に結像させている。９は読取手段としてのラインセンサー（ＣＣＤ）である。１０は本体、１１は圧板である。
【００５５】
本実施形態において照明光源４から放射された光束は直接あるいは反射笠３を介して原稿１を照明し、該原稿１からの反射光を第１、第２、第３の反射ミラー５，６，７を介して本体内部でその光束の光路を折り曲げ、結像レンズ８によりＣＣＤ９面上に結像させている。この時、第１、第２、第３の反射ミラー５，６，７が副走査方向に移動しながら主走査方向を電気的に走査することで原稿１の画像情報を読み取っている。この時、第２，３の反射ミラー６，７は、第１の反射ミラー５の移動量の半分移動することで原稿１とＣＣＤ９との距離を一定としている。
【００５６】
［画像読取装置］
尚、本実施形態では１：２走査光学系を有する画像読取装置に実施形態１又は２の製造方法で製造された回折格子を有する結像レンズを適用したが、これに限らず、例えば図５に示す一体型（フラットベッド型）の画像読取装置に適用しても良い。
【００５７】
即ち、図５において光源手段（照明手段）２４から放射された光束は直接あるいは反射笠２３を介して原稿２１を照明し、該原稿２１からの反射光束を第１、第２、第３、第４反射ミラー２５，２６，２７，２８を介してキャリッジ３１内部でその光路を折り曲げ、結像レンズ２９により１次元ＣＣＤ等のリニアイメージセンサ３０（以下「ＣＣＤ」と称す。）面上に結像させている。そしてキャリッジ３１を副走査モーター（不図示）により図中に示す矢印Ｃ方向（副走査方向）に移動させることにより原稿２１の画像情報を読み取っている。同図におけるＣＣＤ３０は複数の受光素子を１次元方向（主走査方向）に配列した構成により成っている。
【００５８】
以上のように本発明の回折格子は上記の如く簡単な製造方法で作成することができるので結像レンズ（原稿読取用レンズ）としては量産性に優れた安価なレンズを提供することができる。
【００５９】
尚、上記実施形態では、デジタルカラー複写機のリーダー光学系の場合を示したが、これに限定するものではなく、カメラの撮影レンズ、ビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナー、半導体デバイス製造用の露光装置などに使用しても同様の効果が得られる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く型の外周側面にゲート部を、その注入方向が該型の中心から外れるように設け、該ゲート部よりインジェクション材料を注入することによって、回折格子を成形することにより、該回折格子の材質の屈折率の不均一性及び複屈折の発生からの残歪を抑え、更に格子形状を精度良く成形し、簡便にして良好なる結像性能を得ることができる回折格子の製造方法及びそれによって製造した回折格子を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の結像レンズのレンズ断面図
【図２】本発明の実施形態１の回折格子の製法を示す説明図
【図３】本発明の実施形態２の回折格子の製法を示す説明図
【図４】本発明の回折格子を有する結像レンズを画像読取装置に適用した場合の要部概略図
【図５】本発明の回折格子を有する結像レンズを画像読取装置に適用した場合の要部概略図
【図６】従来例の回折格子の説明図
【図７】従来例の回折格子の説明図
【図８】従来例の回折格子の製法を示す説明図
【符号の説明】
ＰＬ　結像レンズ
Ｇｉ　　第ｉレンズ
ＧＰｉ　第ｉの回折格子
ＧＰ　積層型回折光学素子
ＳＰ　絞り
Ｔ　原稿面
ＩＰ　読み取り素子（像面）
１　原稿
２　原稿台ガラス
３　反射笠
４　照明光源
５　第１の反射ミラー
６　第２の反射ミラー
７　第３の反射ミラー
８　原稿読取用レンズ
９　読取手段
１０　本体
１１　圧板
３１，４１　型（キヤビティ）
３２，４２，４３　ゲート部
３３，４４，４５　ノズル
１０１，１０２　ガラス基板
１０３，１０４　格子部（レプリカ成形）
２０１，２０２　回折格子（射出成形）
３０１　型（キヤビティ）
３０２　ゲート部
３０３　ノズル
【図１】
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【図２】
2004117520.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004117520.tif 000007
【図６】
2004117520.tif 000008
【図７】
2004117520.tif 000009
【図８】
2004117520.tif 000010