(57)【要約】【課題】本発明は、小ビームスポット径の光走査装置に用いる高精度なレンズにも適用可能で、屈折率分布の経時変化により光学特性が劣化することがなく、安定して高精度な光学系を満足することができる。【解決手段】本発明のプラスチック光学素子の製造方法は、成型用金型を用いて、プラスチック光学素子である成型品の表面形状が安定して形成されるように成型条件を設定する。そして、成型品を離型後に、所定の温度範囲において所定の速度で冷却する冷却条件を設定する。次に、成型品の屈折率分布を測定し、当該測定値から結像位置ずれを相殺するように形状誤差を算出する。更に、形状誤差を低減するように成型用金型の表面形状を修正加工する。最後に、表面形状を修正加工した成型用金型を用いて、第１の工程で設定した成型条件で成型を行った後、離型後に第２の工程で設定した冷却条件で成型品を得る。【選択図】        図４
2004223928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成型用金型を用いて、プラスチック光学素子である成型品の表面形状が安定して形成されるように成型条件を設定する第１の工程と、
前記成型品を離型後に、所定の温度範囲において所定の速度で冷却する冷却条件を設定する第２の工程と、
前記成型品の屈折率分布を測定し、当該測定値から結像位置ずれを相殺するように形状誤差を算出する第３の工程と、
前記形状誤差を低減するように前記成型用金型の表面形状を修正加工する第４の工程と、
前記表面形状を修正加工した前記成型用金型を用いて、前記第１の工程で設定した成型条件で成型を行った後、離型後に前記第２の工程で設定した冷却条件で前記成型品を得る第５の工程とを有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。
【請求項２】
前記第３の工程で、前記成型品の屈折率分布の測定値から求めた前記形状誤差に、表面形状の測定値と設計形状の寸法差から求めた形状誤差を付加して前記形状誤差を算出する請求項１記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程で、前記成型用金型から前記成型品を離型後に連続して前記所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却する請求項１記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程で、前記成型用金型から前記成型品を離型後に室温まで冷却された前記成型品を再度昇温した後、前記所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却する請求項１記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程で、前記成型用金型から前記成型品を離型後に連続して前記所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却する工程と、室温まで冷却された前記成型品を再度昇温した後前記所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却する工程とを各々組み合わせて冷却する請求項１記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２の工程で、所定の温度範囲において、一定温度を保持する請求項３〜５のいずれかに記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記第２の工程で、所定の温度範囲が使用する樹脂の（ガラス転移温度−４０℃）以上、ガラス転移温度以下の範囲である請求項１記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程で、所定の冷却速度が３（℃／ｍｉｎ）以下である請求項１記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２の工程を、内部温度を制御可能な装置内に前記成型品を収納して行う請求項１、３〜８のいずれかに記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の工程を、前記成型品が内部を移動可能で、移動方向に対して内部温度を制御可能な装置内に前記成型品を収納して行う請求項１、３〜８のいずれかに記載のプラスチック光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記成型用金型の表面形状を修正加工する面が光学機能面であって、請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法で製造されたプラスチック光学素子。
【請求項１２】
請求項１１記載のプラスチック光学素子を用いたことを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラスチック光学素子の製造方法、プラスチック光学素子及び光走査装置に関し、詳細には複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタ等の光走査装置に用いられる高度なプラスチック光学素子の製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許第３、２５２、７０８号明細書
結像レンズの屈折率分布による結像位置ずれを、結像レンズの被走査面側のレンズ面形状を補正することで屈折力を増して、結像位置の設計値を回転多面鏡側におく。その結果、実使用時には被走査面上にビームを結像させることができる。
【０００３】
従来のレーザ方式のデジタル複写機、プリンタの光走査装置には、レーザビームの結像及び各種補正機能を有する矩形状のレンズが用いられている。この光走査装置に用いられるレンズは、製品のコストダウンの要求でガラスからプラスチック製へと変化し、また複数の機能を最小限の素子で補うため、その転写面形状も球面のみならず複雑な非球面形状を有するようになってきている。そのレンズ形状はレンズ厚が厚く、長手方向でレンズ厚が一定ではない偏肉形状である場合が多くなってきている。また、近年のデジタル複写機、プリンタ等の高画質化に伴い、光走査装置のビームスポット径も小径化が要求されてきているため、プラスチックレンズに要求される精度（レンズ面の形状精度、屈折率の均一性）も高くなってきている。
【０００４】
このプラスチックレンズの製造方法は、製造コストが低く、大量生産に適した射出成型法を用いることが一般的となっている。この射出成型法は、加熱溶融状態の樹脂材料を、油、水、ヒータ等の温度調節手段により一定温度に保持された金型内に射出充填し、樹脂を冷却固化させた後に金型から取りだして成型品を得る方法である。しかし、一般的な射出成型法では、金型温度を樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ点）以下に設定しているため、金型内に射出充填された樹脂は、金型に接している部分から急激に冷却され、大きな温度分布を持ちながら冷却・固化される。その結果、金型内に射出充填された樹脂の温度分布図である図１１に示すように、冷却の速いレンズ周辺部の密度が、冷却の遅い中心部の密度に対して相対的に高くなり、レンズ中心部よりも周辺部の屈折率が高くなるような分布が生じる。そのため、設計通りの位置に集光せず、必要な光学特性を満足できなくなる欠点がある。
【０００５】
この問題に対して、金型温度を樹脂のガラス転移点温度（Ｔｇ点）以上に高く設定して、射出充填された樹脂が金型に接している部分から急激に冷却されないようにし、各部で温度分布をできるだけ小さくした状態で熱変形温度以下になるまでゆっくり冷却する方法もある。しかし、この方法は成型サイクルが長くなるため生産性が悪く、コストが非常に高くなる欠点がある。
【０００６】
また、このレンズ内部の屈折率分布を低減する他の方法として、射出成型法によって得られたレンズをアニールすることによって低減する方法がある。これはレンズをオーブンや恒温槽などを用いて、一定温度に昇温・保持することによって、成型工程にて生じたレンズ内部の屈折率分布を低減する。この方法は、生産性の劣化やコストアップがあまり大きくない点が優れているため有効である。しかし、この方法でも走査光学装置の小ビームスポット径化が進むにつれて、レンズ仕様を満足できなくなってきた。図１２にアニール前後における屈折率分布の測定結果を示す。この結果は、アニール条件を詳細に検討したものであるが、屈折率分布は完全に解消されずに、わずかに残存（約１．５×１０−５）することが判った。
【０００７】
図１３に、このアニール工程済みのわずかに屈折率分布が残存したレンズを、小ビーム径（約３０μｍ）対応の光走査装置に用いた場合を示す。光走査装置における光学系の設計は、レンズ内部に屈折率分布が無く、屈折率が均一であるとして被走査面位置（実体的には感光体表面）でビーム径が最小になるように行われている。しかし、上述のようにレンズ内部に屈折率分布が残存していると、図１３に示すように、１．５×１０−５で約０．５ｍｍの位置ずれが生じ、ビーム径が最小になる位置が感光体表面からずれてしまう。その結果、感光体表面上では設計のビーム径よりも大きくなり、光走査による書き込まれる画像の質を低下させる原因となる。
【０００８】
アニール工程により屈折率分布を完全に解消しきれない原因は、射出成型工程で生じた屈折率分布が、溶融状態の樹脂が金型に接している部分から急激に冷却され、中心部との冷却速度の違いにより生じたものであるため、レンズを溶融状態近傍まで昇温・保持し、室温まで非常にゆっくりと冷却しない限り完全に解消しきれないからである。当然、溶融状態近傍の高温まで昇温するとレンズ形状を維持することができないため、この方法は実現不可能である。
【０００９】
また、アニール工程での保持温度を低く設定しても、樹脂の密度分布は変化しているため、わずかなレンズ面形状の変化は生じる。つまり、射出成型工程で高精度に金型転写面を転写しても、アニール工程による形状変化により設計形状からのずれが生じてしまう。その結果、小ビーム径対応の光走査装置に、このようなレンズを用いても、ビーム径が最小になる位置がずれたり、設計通りのビーム径まで絞れなかったり、必要な光学特性を得ることができなくなる問題も生じる。
【００１０】
一方、上記特許文献１によれば、レンズの屈折率分布による結像位置ずれを、レンズの被走査面側の屈折力を増すことで、結像位置の設計値を偏向素子（光偏向器）側におくことによって補正を行い、実際には狙いの被走査面（感光体表面）上にビームを結像させる。これは、レンズ被走査面側の金型形状を予め補正しておく方法で、アニール工程を必要とせず通常の射出成型法のみで光学特性を満足するレンズを得ようとするものであり、低コストで走査光学装置を得ることを狙いとしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、走査光学装置のビームスポット径の小径化により次のような問題が生じている。この方法では、図１４の（ａ）に示すようにレンズ７１の内部に屈折率分布を有したまま、結像レンズの被走査面７１ａの屈折力を増すことで、実使用時には狙いの被走査面上にビームを結像させる方法である。しかし、レンズ内部の屈折率分布は、使用環境下において徐々に緩和されて屈折率分布は小さくなる経時変化を起こし、図１４の（ｂ）に示すように、屈折率分布が経時変化によりわずかに小さくなるため、被走査面上にビームを結像させることができなくなり、必要な光学特性を満足できなくなる。
【００１２】
図１５に、屈折率分布の経時変化の概念図を示す。図１５の（ａ）から図１５の（ｂ）へ、屈折率の高い部分８１ａと屈折率が低い部分８１ｂとの差が、経時変化により小さくなる。この屈折率分布の経時変化の原因は、屈折率分布の原因である樹脂の密度分布が緩和されたためであり、これはレンズの使用環境下の温度が高いほど、また屈折率分布が多く残っているものほど起きやすいことが判った。デジタル複写機、プリンタ等の中には発熱する部分もあり、光走査装置の中は、室温よりかなり高温になり屈折率分布が経時変化しやすい環境にある。そのため、この方法では小ビームスポット径の光走査装置に用いる高精度なレンズには、対応しきれないことが判明した。
【００１３】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、小ビームスポット径の光走査装置に用いる高精度なレンズにも適用可能で、屈折率分布の経時変化により光学特性が劣化することがなく、安定して高精度な光学系を満足することができる、プラスチック光学素子の製造方法、プラスチック光学素子及び光走査装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明のプラスチック光学素子の製造方法は、成型用金型を用いて、プラスチック光学素子である成型品の表面形状が安定して形成されるように成型条件を設定する第１の工程と、成型品を離型後に、所定の温度範囲において所定の速度で冷却する冷却条件を設定する第２の工程と、成型品の屈折率分布を測定し、当該測定値から結像位置ずれを相殺するように形状誤差を算出する第３の工程と、形状誤差を低減するように成型用金型の表面形状を修正加工する第４の工程と、表面形状を修正加工した成型用金型を用いて、第１の工程で設定した成型条件で成型を行った後、離型後に第２の工程で設定した冷却条件で成型品を得る第５の工程とを有することに特徴がある。よって、使用環境下において屈折率分布および表面形状の経時変化が生じず、高精度な光学系でも光学性能が劣化することがないプラスチック光学素子の製造方法を提供できる。
【００１５】
また、第３の工程で、成型品の屈折率分布の測定値から求めた形状誤差に、表面形状の測定値と設計形状の寸法差から求めた形状誤差を付加して形状誤差を算出することにより、成型工程および徐冷工程における形状劣化を補正することができ、設計形状に近いプラスチック光学素子を得ることができる。
【００１６】
更に、第２の工程で、成型用金型から成型品を離型後に連続して所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却することにより、高精度な成型品を生産性良く得ることができる。
【００１７】
また、第２の工程で、成型用金型から成型品を離型後に室温まで冷却された成型品を再度昇温した後、所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却することにより、多数の成型品を同時に一定温度で保持した後、徐冷を行う工程を実施することができ、生産性が非常に向上する。
【００１８】
更に、第２の工程で、成型用金型から成型品を離型後に連続して所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却する工程と、室温まで冷却された成型品を再度昇温した後所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却する工程とを各々組み合わせて冷却する。よって、屈折率分布の大幅な低減を図ることができる。
【００１９】
また、第２の工程で、所定の温度範囲において、一定温度を保持することにより、プラスチック光学素子としてのレンズの内部の屈折率分布を大幅に低減させることができる。
【００２０】
更に、第２の工程で、所定の温度範囲が使用する樹脂の（ガラス転移温度−４０℃）以上、ガラス転移温度以下の範囲であることにより、プラスチック光学素子としてのレンズの内部の屈折率分布を低減させることができる。
【００２１】
また、第２の工程で、所定の冷却速度が３（℃／ｍｉｎ）以下であることにより、プラスチック光学素子内部の屈折率分布を再発生させることなく低減させたままにすることができる。
【００２２】
更に、第２の工程を、内部温度を制御可能な装置内に成型品を収納して行うことにより、低コストな設備の導入でも非常に高精度なプラスチック光学素子を得ることができる。
【００２３】
また、第２の工程を、成型品が内部を移動可能で、移動方向に対して内部温度を制御可能な装置内に成型品を収納して行う。よって、急冷による成型品精度の低下を防ぐことができる。
【００２４】
更に、別の発明としてのプラスチック光学素子は、成型用金型の表面形状を修正加工する面が光学機能面であって、上記製造方法で製造されたプラスチック光学素子である。よって、使用環境下において屈折率分布および表面形状の経時変化が生じないため、光学性能が優れているプラスチック光学素子を提供できる。
【００２５】
また、別の発明としての光走査装置は、プラスチック光学素子を用いたことに特徴がある。よって、ビームスポットの位置ずれが起きることなく、光学性能が優れている光走査装置を提供できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明のプラスチック光学素子の製造方法は、成型用金型を用いて、プラスチック光学素子である成型品の表面形状が安定して形成されるように成型条件を設定する。そして、成型品を離型後に、所定の温度範囲において所定の速度で冷却する冷却条件を設定する。次に、成型品の屈折率分布を測定し、当該測定値から結像位置ずれを相殺するように形状誤差を算出する。更に、形状誤差を低減するように成型用金型の表面形状を修正加工する。最後に、表面形状を修正加工した成型用金型を用いて、第１の工程で設定した成型条件で成型を行った後、離型後に第２の工程で設定した冷却条件で成型品を得る。
【００２７】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係るプラスチック光学素子の製造方法で製造されるプラスチックレンズの外形形状を示す斜視図である。同図に示すように、プラスチックレンズ１０はレーザプリンタ等の光走査装置に用いられる走査レンズ（ｆθレンズ）である。ここで、プラスチックレンズ１０の光軸方向をＺ軸方向、レンズの長尺（以下母線と称す）方向をＸ軸方向、レンズの短手（以下子線と称す）方向をＹ軸方向とする。プラスチックレンズ１０の側面１１に対向する裏面１２には、光学システム側の取付基準面に固定する際の基準面が設けられている。
なお、一例として母線方向の長さが１５０ｍｍ、子線方向の長さが８ｍｍ、光軸方向の最大長さが３０ｍｍのレンズを示している。また、このプラスチックレンズ１０は、成型素材の一例として、非晶質ポリオレフィン樹脂が用いられるものとする。
【００２８】
このプラスチックレンズ１０の光学機能面１３は、下記の（１）式で表されるような非球面形状を有している。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
ここで、Ｃ１は光軸近傍における母線方向の近軸曲率、Ｃ２は光軸近傍における子線方向の近軸曲率、Ｋ１は母線方向の円錐定数、Ｋ２は子線方向の円錐定数、Ｓは子線断面形状のシフト量である。なお、Ｃ２、Ｋ２、Ｓは母線方向のレンズ高さＸの関数、Ｃ２（Ｘ）、Ｋ２（Ｘ）、Ｓ（Ｘ）として与えられる。また、上記（１）式の第３項は多項式であり、ｍ及びｎはそれぞれＸ及びＹの次数、Ｍ及びＮはそれぞれＸ及びＹの最大次数、Ａｍｎは多項式の係数を意味している。
【００３１】
図１のプラスチックレンズ１０の光学機能面１３の設計形状は上記（１）式で与えられるものとし、便宜的にこれを下記の（２）式で略述する。
【００３２】
【数２】
2004223928.tif 000004
【００３３】
図２は本実施例に係るプラスチック光学素子の製造方法で製造されるプラスチックレンズを成型するための成型金型の型部材の一例を示す斜視図である。通常、成型金型は複数個の型部材で構成されているが、図２には図１のプラスチックレンズ１０の光学機能面１３を成型する鏡面駒の型部材２０のみが示されている。すなわち、型部材２０は図１のプラスチックレンズ１０の光学機能面１３とほぼ同様の形状（表面形状）の面２１を有しており、この型部材２０によって形成されるキャビティに溶融した樹脂が注入され、冷却、固化することにより、面２１の表面形状が樹脂に転写されるようになっている。
【００３４】
先ず、型部材の表面形状を決定する。ここではプラスチックレンズの設計形状に対して、収縮変形量を考慮して決定する。レンズ素材である樹枝のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に関する収縮率の値（ｍＸ＊、ｍＹ＊、ｍＺ＊）を、本実施例では非晶質ポリオレフィン樹脂を用いるため、ｍＸ＊＝ｍＹ＊＝ｍＺ＊＝０．９９３とする。よって、上記（３）式で示される形状を型部材の表面形状とする。すなわち、プラスチックレンズの設計形状よりも全体的に０．７％だけ大きめのキャビティが形成されるように型部材の表面形状を設定する。
【００３５】
【数３】
2004223928.tif 000005
【００３６】
ただし、子線方向の近軸曲率：Ｃ２（−０．９９３・Ｘ）
子線方向の円錐定数：Ｋ２（−０．９９３・Ｘ）
子線断面形状のシフト量：Ｓ（−０．９９３・Ｘ）
【００３７】
型部材の表面形状が決定されると、その表面形状に基づいて型部材の製作が行われる。型部材の製作には、高い加工精度を得るためにＮＣ旋盤等の数値制御による自動金型加工機が用いられる。そこで、型部材の表面形状は、数値制御用データ（ＮＣデータ等）に変換され、自動金型加工機に入力される。
【００３８】
一例として、図３に示されるように、自動金型加工機は、単結晶ダイヤモンド工具３１と工具スピンドル３２を有しており、Ｙ軸回りに一定速度で回転する工具スピンドル３２の外周面に単結晶ダイヤモンド工具３１が保持されている。また、型部材は、図示しない移動ステージによってＸＹＺの３軸方向に移動可能となっている。例えば工具用特殊鋼等の型部材の素材が金型加工機の所定位置にセットされると、図示しない制御装置の指示に従って、工具スピンドル３２は一定速度で回転し、単結晶ダイヤモンド工具３１によって、先ずＸＹ同時２軸制御により最初の加工ライン３３に沿った切削加工が行われる。そして、加工ライン３３の切削加工が終了すると、次に型部材をＹ軸方向に一定ピッチだけ移動させて次の加工ラインの切削加工を行う。これを繰り返すことにより、設定された表面形状が型部材に形成される。なお、切削工具は単結晶ダイヤモンド工具でなくてもよく、型部材の材質や要求される形状精度等により、他の切削工具を用いることが可能である。
【００３９】
次に、この型部材を用いた金型で、樹脂温度、金型温度、射出速度、射出圧力、冷却時間等の成型条件の検討を行い、ほぼ同一形状のプラスチックレンズが安定して成型されるような成型条件を決定する。これらの成型条件は、成型品の形状や樹脂の種類によって変化するものであり、本実施例として、金型温度が１３５℃、樹脂温度が２８０℃、射出速度が２０ｍ／ｓｅｃ、射出圧力が５０Ｍｐａ、冷却時間が３００ｓｅｃ、という成型条件を決定したものとする。なお、射出成型用の金型として必要な他の型部材等は予め準備されているものとする。
【００４０】
次に、成型後に金型から取り出したプラスチックレンズに対して、前述したように成型工程で生じた屈折率分布を低減させる。そのため、成型用金型から成型品を離型後に連続して所定の温度範囲、冷却速度で徐冷を行うか、成型用金型から成型品を離型後に室温まで冷却された成型品を再度昇温した後、所定の温度範囲、冷却速度で徐冷する工程を実施する。この工程では、屈折率分布が十分低減でき、プラスチックレンズの表面形状が安定している冷却条件を設定する。
【００４１】
図４は本実施例のプラスチック光学素子の製造方法におけるプラスチックレンズの第１の徐冷工程の様子を示す概略図である。図５は樹脂温度−時間の関係を示す特性図である。図４及び図５に示すように、金型４１から取り出して室温まで冷却されているプラスチックレンズ１０を、内部温度が制御可能な内部温度制御装置４２内（例：恒温漕、オーブン等）に収納し、再度昇温した後、所定の温度範囲を所定の冷却速度で徐冷する。
【００４２】
図６は本実施例のプラスチック光学素子の製造方法におけるプラスチックレンズの第２の徐冷工程の様子を示す概略図である。図７は樹脂温度−時間の関係を示す特性図である。図６及び図７に示すように、プラスチックレンズ１０を金型６１から取り出した直後に、プラスチックレンズ１０が内部を移動可能で移動方向に対して温度分布が制御されている内部温度制御装置６２を利用することにより、所定の温度範囲を所定の冷却速度で連続的に徐冷する。
【００４３】
図８は本実施例のプラスチック光学素子の製造方法におけるプラスチックレンズの第１及び第２の徐冷工程を組み合わせた工程時の樹脂−時間の関係を示す特性図である。同図に示すように、プラスチックレンズを金型から取り出した直後に連続的に徐冷した後、室温まで冷却されているプラスチックレンズを、再度、内部温度が制御可能な装置内（例：恒温漕、オーブン等）に収納し、昇温して所定の温度範囲を所定の冷却速度で徐冷することも屈折率分布の低減には有効である。
【００４４】
なお、この所定の温度範囲は、使用する樹脂の（ガラス転移温度−４０℃）以上、ガラス転移温度以下の範囲が良い。また、所定の冷却速度は３（℃／ｍｉｎ）以下であることが必要である。３（℃／ｍｉｎ）以上だと、冷却の過程で屈折率分布を再度発生させてしまう。また、また、所定の温度範囲内において一定温度で保持することにより、大幅に屈折率分布の低減が可能となる。本実施例として、図４に示す第１の徐冷工程の例の場合、温度範囲を１２８℃〜１００℃、一定保持温度は１２８℃、一定温度保持時間が２時間、冷却速度を２℃／ｍｉｎと決定した。このようにして決定された成型条件及び冷却条件で、射出成型及び徐冷が行われる。
【００４５】
その後、作製したプラスチックレンズの屈折率分布を、干渉計を構成して透過波面を計測する方法などで測定する。前述のように、成型工程で生じた屈折率分布を低減させるために徐冷する工程を実施しているため、屈折率分布は非常に小さいものになっているが、完全には解消できない。そのため、光走査装置の小ビームスポット径化により、わずかに残存している屈折率分布でも、ビーム径が最小になる位置がずれるため、必要な光学特性を得ることができなくなる。
そのため、まずこの屈折率分布測定値から、ビーム径が最小になる位置のずれを相殺して、感光体表面にくるプラスチックレンズの表面形状（曲率）を決定する。そして、決定した曲率とレンズ設計形状との差である形状誤差を算出する。
【００４６】
次に、上述の表面形状に基づいて、型部材の修正加工が行われる。そして、修正加工された型部材を用いて、前記と同じ成型条件で射出成型と、同じ冷却条件で徐冷工程が行われる。
【００４７】
以上の工程を経て得られたプラスチックレンズは、屈折分布も非常に小さいのに加えて、ビーム径が最小になる位置のずれが小さい。そのため、プラスチックレンズの屈折率分布が使用環境下で経時変化することもないため、高精度なレンズ性能が維持できる。
【００４８】
また、射出成型工程で高精度に金型転写面を転写しても、屈折率分布を低減させる徐冷工程で形状変化が生じて、設計形状からのずれが生じてしまうこともある。その結果、小ビーム径対応の光走査装置に、このようなプラスチックレンズを用いても、ビーム径が最小になる位置がずれたり、設計通りのビーム径まで絞れなかったり、必要な光学特性を得ることができなくなる問題もある。この場合、プラスチックレンズの屈折率分布測定値から求めた形状誤差に、表面形状測定値と設計形状の寸法差から求めた形状誤差を付加して形状誤差を算出することが有効である。
【００４９】
この方法は、作製したプラスチックレンズ１０の光学機能面１３の形状超高精度三次元測定機などで測定する。先ず、計測プローブを母線の中央部をＸ軸方向に走査してＺ方向の高さを測定し、次に計測プローブをＹ軸方向に走査する。走査中に計測プローブの三次元座標を測定することで、レンズ形状を点群データとして測定する。なお、Ｙ軸方向の測定はＸ軸方向に対して複数位置について行われる。このようにして得たデータを解析処理することにより曲率を導出する。
【００５０】
そして、得られた表面形状測定値と設計形状の寸法差から形状誤差を算出し、屈折率分布測定値から位置ずれを相殺するような形状誤差に加える。その後、型部材の修正加工が行われ、修正加工された型部材を用いて、前記と同じ成型条件で射出成型と、同じ冷却条件で徐冷工程が行われる。
【００５１】
以上の工程を経て得られたプラスチックレンズは、図９に示すように、屈折分布も非常に小さいのに加えて、形状精度が設計値と差異ないため、ビーム径が最小になる位置のずれが非常に小さい。そのため、プラスチックレンズの屈折率分布が使用環境下で経時変化することもないため、さらに高精度なレンズ性能が維持できる。
【００５２】
図１０は本実施例のプラスチック光学素子の製造方法で製造されたプラスチック光学素子を搭載した光走査装置の概略を示す斜視図である。同図において、光走査装置１００は、光源としての半導体レーザ１０１、半導体レーザ１０１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（ポリゴンミラー）１０４、回転多面鏡１０４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１０５、及びレーザ走査光学系１０５からの光の方向を変更する、つまり光路を折り曲げるための折り返しミラー１０８を備えている。ここで、レーザ走査光学系には走査レンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが使用されている。
【００５３】
次に、図１０に示す光走査装置１００の動作を以下に説明すると、半導体レーザ１０１から出射された光は、レンズ１０２及び１０３を介して、回転多面鏡１０４の偏向面近傍に一旦結像される。回転多面鏡１０４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１０４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、ｆθレンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ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１０８で反射されて走査対象である感光体ベルト１０６表面を走査する。
【００５４】
例えば光走査装置１００がデジタル複写機に使用された場合には、半導体レーザ１０１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１０６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。
【００５５】
従って、走査レンズの形状精度や屈折率分布が、複写画像品質に大きな影響を与えることになる。従って、本発明によるプラスチックレンズの製造方法で得られたレンズを用いたレーザプリンタやデジタル複写機は、レーザの正確な走査が経時変化することなく維持できるため、色ずれの少ない高画質のカラー画像を形成し、それを維持することができる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラスチック光学素子の製造方法は、成型用金型を用いて、プラスチック光学素子である成型品の表面形状が安定して形成されるように成型条件を設定する第１の工程と、成型品を離型後に、所定の温度範囲において所定の速度で冷却する冷却条件を設定する第２の工程と、成型品の屈折率分布を測定し、当該測定値から結像位置ずれを相殺するように形状誤差を算出する第３の工程と、形状誤差を低減するように成型用金型の表面形状を修正加工する第４の工程と、表面形状を修正加工した成型用金型を用いて、第１の工程で設定した成型条件で成型を行った後、離型後に第２の工程で設定した冷却条件で成型品を得る第５の工程とを有することに特徴がある。よって、使用環境下において屈折率分布および表面形状の経時変化が生じず、高精度な光学系でも光学性能が劣化することがないプラスチック光学素子の製造方法を提供できる。
【００５８】
また、第３の工程で、成型品の屈折率分布の測定値から求めた形状誤差に、表面形状の測定値と設計形状の寸法差から求めた形状誤差を付加して形状誤差を算出することにより、成型工程および徐冷工程における形状劣化を補正することができ、設計形状に近いプラスチック光学素子を得ることができる。
【００５９】
更に、第２の工程で、成型用金型から成型品を離型後に連続して所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却することにより、高精度な成型品を生産性良く得ることができる。
【００６０】
また、第２の工程で、成型用金型から成型品を離型後に室温まで冷却された成型品を再度昇温した後、所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却することにより、多数の成型品を同時に一定温度で保持した後、徐冷を行う工程を実施することができ、生産性が非常に向上する。
【００６１】
更に、第２の工程で、成型用金型から成型品を離型後に連続して所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却する工程と、室温まで冷却された成型品を再度昇温した後所定の温度範囲において所定の冷却速度で冷却する工程とを各々組み合わせて冷却する。よって、屈折率分布の大幅な低減を図ることができる。
【００６２】
また、第２の工程で、所定の温度範囲において、一定温度を保持することにより、プラスチック光学素子としてのレンズの内部の屈折率分布を大幅に低減させることができる。
【００６３】
更に、第２の工程で、所定の温度範囲が使用する樹脂の（ガラス転移温度−４０℃）以上、ガラス転移温度以下の範囲であることにより、プラスチック光学素子としてのレンズの内部の屈折率分布を低減させることができる。
【００６４】
また、第２の工程で、所定の冷却速度が３（℃／ｍｉｎ）以下であることにより、プラスチック光学素子内部の屈折率分布を再発生させることなく低減させたままにすることができる。
【００６５】
更に、第２の工程を、内部温度を制御可能な装置内に成型品を収納して行うことにより、低コストな設備の導入でも非常に高精度なプラスチック光学素子を得ることができる。
【００６６】
また、第２の工程を、成型品が内部を移動可能で、移動方向に対して内部温度を制御可能な装置内に成型品を収納して行う。よって、急冷による成型品精度の低下を防ぐことができる。
【００６７】
更に、別の発明としてのプラスチック光学素子は、成型用金型の表面形状を修正加工する面が光学機能面であって、上記製造方法で製造されたプラスチック光学素子である。よって、使用環境下において屈折率分布および表面形状の経時変化が生じないため、光学性能が優れているプラスチック光学素子を提供できる。
【００６８】
また、別の発明としての光走査装置は、プラスチック光学素子を用いたことに特徴がある。よって、ビームスポットの位置ずれが起きることなく、光学性能が優れている光走査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るプラスチック光学素子の製造方法で製造されるプラスチックレンズの外形形状を示す斜視図である。
【図２】本実施例に係るプラスチック光学素子の製造方法で製造されるプラスチックレンズを成型するための成型金型の型部材の一例を示す斜視図である。
【図３】自動金型加工機による切削加工の様子を示す概略斜視図である。
【図４】本実施例のプラスチック光学素子の製造方法におけるプラスチックレンズの第１の徐冷工程の様子を示す概略図である。
【図５】樹脂温度−時間の関係を示す特性図である。
【図６】本実施例のプラスチック光学素子の製造方法におけるプラスチックレンズの第２の徐冷工程の様子を示す概略図である。
【図７】樹脂温度−時間の関係を示す特性図である。
【図８】本実施例のプラスチック光学素子の製造方法におけるプラスチックレンズの第１及び第２の徐冷工程を組み合わせた工程時の樹脂−時間の関係を示す特性図である。
【図９】本実施例の製造工程を経て得られたプラスチックレンズを光走査装置に用いた場合の屈折分布の様子を示す図である。
【図１０】本実施例のプラスチック光学素子の製造方法で製造されたプラスチック光学素子を搭載した光走査装置の概略を示す斜視図である。
【図１１】金型内に射出充填された樹脂の温度分布を示す図である。
【図１２】アニール前後における屈折率分布の測定結果を示す図である。
【図１３】アニール工程済みのわずかに屈折率分布が残存したレンズを小ビーム径（約３０μｍ）対応の光走査装置に用いた場合の屈折分布を示す図である。
【図１４】従来の製造方法で製造したレンズを光走査装置に用いた場合の屈折分布の様子を示す図である。
【図１５】プラスチックレンズにおける屈折率分布の経時変化の概念を示す図である。
【符号の説明】
１０；プラスチックレンズ、４１，６１；金型、
４２，６２；内部温度制御装置。
【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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