JP2003181897A - プラスチック光学素子の製造方法およびプラスチック光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部の屈折率分布の低減化が図られ、結像位
置ずれの少ない高品位なプラスチック光学素子を作製す
る。 【解決手段】 金型に溶融樹脂を射出充填し、樹脂が固
化した後、成形品を取り出すプラスチック光学素子の製
造方法において、キャビティ２３を形成する入れ駒の一
部又は全部を、少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温
度以上に加熱する工程と、キャビティ２３内に、溶融樹
脂を充填する工程と、樹脂の圧力が、１０ＭＰa以下に
なるまでは、キャビティ側壁との界面での樹脂温度を少
なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度以上に保持する
工程と、樹脂圧力が１０ＭＰa以下になったところで、
キャビティの側壁を使用樹脂材料のガラス転移温度未満
まで冷却する工程とを具備するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度なプラスチ
ック光学素子、およびその製造技術に関し、とりわけレ
ーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンター、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の製造方法およ
びこの製造方法により作製されるプラスチック光学素子
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】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。この理由として
は、低い複屈折特性の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
術の向上によるものである。

【０００３】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、光学部品としての使用範囲の拡大が
図られた。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、ＪＳ
Ｒ社製アートン等が挙げられる。

【０００４】また、成形技術としても、樹脂を低圧で充
填し、金型全体もしくは入駒を介して圧縮を加える射出
圧縮成形法などを用いることで、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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、プラ
スチックを用いた場合においても形状精度が良く、低い
複屈折特性の光学素子が得られるようになったが、成形
加工後の光学素子内部には屈折率分布が残存してしま
い、特に高精度な光学素子に対しては、満足な光学性能
を得るには未だ不充分であるという問題がある。このよ
うな光学素子内部の屈折率分布としては、屈折率は光学
素子の表面に近いほど大きく、中心に近づくほど小さく
なっており、これが結像レンズにおいて結像位置ずれを
起こす原因となっている。

【０００６】これについて下記に図を参照して説明す
る。図９は、レーザビームプリンタ等の光走査装置に用
いられる結像プラスチック光学素子（結像レンズ）１０
０の概略斜視図を示す。また、図１０は、光走査装置
の、ｙ軸に垂直平面内の模式断面図である。図９および
図１０に示されるように、半導体レーザ等の光源から出
射したビームは、コリメータレンズによって平行化さ
れ、回転多面鏡１０２で偏向走査されたのち、透過方向
Ｘｖで結像レンズ１００を透過して収束されたビーム
は、被走査面１０３に結像する。

【０００７】図１０に示すように、形状精度が良好で低
複屈折な結像レンズを用いても、実際の結像位置ｆ２
は、レンズ形状と樹脂材料の屈折率（レンズ内部で均一
と仮定）から求めた結像位置（設計値）ｆ１と位置ずれ
が生じている。

【０００８】この原因を解析したところ、図１１に示す
ように、結像レンズ１０１の表面側の屈折率が大きく、
結像レンズ１０１の中央に向かうに従い屈折率が小さく
なる、屈折率分布が存在するためであることが判明し
た。この屈折率分布により、逆にビームが発散する作用
が働き、よって結像位置が遠くなり、結像位置ずれが起
こり、その結果被走査面上におけるビームスポット径が
設計値よりも大きくなり、光走査により書き込まれる記
録画像の品質低下を生じることになった。

【０００９】次に、結像レンズ１０１内部に屈折率分布
が生じるメカニズムについて説明する。射出成形でこの
ようなレンズを成形した場合、溶融状態の樹脂が金型内
に射出充填されると、低温の金型壁面に触れた部分が瞬
間的に冷却される。

【００１０】金型壁面近傍すなわち樹脂外周部分の温度
低下が急峻であるのに対して、樹脂中央部分の温度低下
は緩やかである。このため、射出充填時や保圧初期の高
い圧力がかかった状態で、金型壁近傍が急冷され固体状
態となるため光学素子の表面は密度が高くなる。しか
し、光学素子の中央部が冷却され固体状態になる時には
圧力が低下しているため内部は低密度になる。この結
果、光学素子表面ほど密度が高く、内部側ほど密度が低
くなる。密度と屈折率には高い相関性があるため、最終
的に得られる光学素子の表面に近いほど屈折率が大き
く、中央側ほど屈折率が小さくなる屈折率分布が生じる
ことになる。

【００１１】上述したように、光学素子に屈折率分布が
生じる主な原因としては、金型壁面近傍で樹脂が急激に
冷却されることが挙げられる。このような問題に鑑み
て、特第２７８４１６４号公報には、あらかじめ樹脂の
ガラス転移温度以上の温度に昇温された金型のキャビテ
ィに、可塑化された樹脂を射出充填した後、ゲートをシ
ールし、前記金型の温度を樹脂の熱変形温度以下まで徐
冷する成形方法が開示されている。

【００１２】しかしながら、上記成形法によれば、充填
時の金型温度はガラス転移温度以上であるが、射出時の
圧力が残存し、徐冷時においても樹脂圧力が高い状態で
成形品がガラス転移温度以下まで冷却されてしまい、成
形品内部に密度分布が残存してしまう。さらに、成形サ
イクルが非常に長くなるため、製造コストが高くなると
いう欠点があった。

【００１３】また、成形品を金型から取り出した後にア
ニール処理を施す工程を行うことにより、屈折率分布を
低減させる方法が、特開平１１−７７８４２号公報に開
示されている。これは、成形品を成形用金型外で加熱
し、所定範囲内の温度域で所定時間保持し、次いで冷却
するといったアニール工程を施すことで、光学素子内部
の屈折率分布を低減させる方法である。この方法は、短
時間のアニール処理工程で、屈折率分布をある程度低減
することが可能である点においては優れているが、この
方法においても屈折率分布が残存してしまい、より高精
度な光学素子が必要になった場合にはさらなる屈折率分
布の低減化が必要である。

【００１４】本発明は、前述の問題点を解決し、低コス
トで屈折率分布が小さいプラスチック光学素子の製造方
法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明にお
いては、金型に溶融樹脂を射出充填し、樹脂が固化した
後、成形品を取り出すプラスチック光学素子の製造方法
であり、キャビティを形成する入れ駒の一部又は全部
を、少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度以上に加
熱し、キャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、樹脂圧力
が１０ＭＰa以下になるまでは、キャビティ側壁との界
面での樹脂温度を少なくとも使用樹脂材料のガラス転移
温度以上にしておき、その後、樹脂圧力が１０ＭＰa以
下になったところでキャビティの側壁を使用樹脂材料の
ガラス転移温度未満まで冷却することとし、その後、成
形品を取り出してプラスチック光学素子を製造する。

【００１６】請求項２に係る発明においては、成形品を
キャビティから取り出す工程後、所定温度範囲内でのア
ニール処理を行うものとする。

【００１７】請求項３に係る発明においては、キャビテ
ィを形成する入れ駒の一部又は全部を少なくとも使用樹
脂材料のガラス転移温度以上に加熱し、溶融樹脂を射出
充填し、樹脂圧力が１０ＭＰa以下になるまでは、キャ
ビティ側壁との界面での樹脂温度を少なくとも使用樹脂
材料のガラス転移温度以上にしておき、その後、キャビ
ティを形成する入れ駒の一部又は全部を少なくとも使用
樹脂材料のガラス転移温度未満まで冷却する温度制御工
程とを有し、この温度制御工程を、金型全体の温度を制
御することにより行うものとする。

【００１８】請求項４に係る発明においては、キャビテ
ィを形成する入れ駒の一部又は全部を少なくとも使用樹
脂材料のガラス転移温度以上に加熱し、溶融樹脂を射出
充填し、樹脂圧力が１０ＭＰa以下になるまでは、キャ
ビティ側壁との界面での樹脂温度を少なくとも使用樹脂
材料のガラス転移温度以上にしておき、その後、キャビ
ティを形成する入れ駒の一部又は全部を少なくとも使用
樹脂材料のガラス転移温度未満まで冷却する温度制御工
程とを有し、この温度制御工程を、金型の一部を局所的
に温度制御することにより行うものとする。

【００１９】請求項５に係る発明においては、キャビテ
ィを形成する入れ駒の一部又は全部を少なくとも使用樹
脂材料のガラス転移温度未満まで冷却する樹脂冷却工程
時の樹脂収縮量を補填するために、最終的に得られる成
形品の光学面以外の面を形成するキャビティ駒に設けら
れた少なくとも１つ以上の通気口から、キャビティ内の
樹脂に圧縮気体を付与し、樹脂と通気口が設けられたキ
ャビティ駒の間に、強制的に空隙を形成するものとす
る。

【００２０】請求項６に係る発明においては、キャビテ
ィを形成する入れ駒の一部又は全部を少なくとも使用樹
脂材料のガラス転移温度未満まで冷却する樹脂冷却工程
時の樹脂収縮量を補填するために、樹脂圧力を発生しな
い程度に樹脂量を追加するものとする。

【００２１】請求項７に係る発明においては、キャビテ
ィを形成する入れ駒の一部又は全部を少なくとも使用樹
脂材料のガラス転移温度未満まで冷却する温度制御工程
時の樹脂収縮量を補填するために、樹脂圧力を発生しな
い程度にキャビティ容積を縮小させるものとする。

【００２２】請求項８に係る発明においては、本発明の
請求項１〜７記載のプラスチック光学素子の製造方法を
行うことにより作製されるプラスチック光学素子であっ
て、プラスチック光学素子の光線通過方向と直交する任
意の方向で、プラスチック光学素子内部の屈折率分布が
低減されているプラスチック光学素子を提供する。ま
た、請求項９に係る発明においては、請求項８の光学素
子において、熱可塑性の非晶質プラスチック材料により
形成されているものを提供する。

【００２３】請求項１に係る発明によれば、プラスチッ
ク光学素子の内部の屈折率分布の低減化が図られる。

【００２４】請求項２に係る発明によれば、短い成形サ
イクルで光学素子内部の屈折率分布を大幅に低減でき
る。

【００２５】請求項３に係る発明によれば、簡易な金型
構造で屈折率分布の少ないプラスチック光学素子を製造
できる。

【００２６】請求項４に係る発明によれば、短い成形サ
イクルで光学素子内部の屈折率分布を大幅に低減でき
る。

【００２７】請求項５〜請求項７に係る発明によれば、
光学面の転写精度が確保された、屈折率分布の少ないプ
ラスチック光学素子が得られる。

【００２８】請求項８および請求項９に係る発明によれ
ば、内部の屈折率分布が低減でき、結像位置ずれの少な
い高品位な光学素子が低コストで提供できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明のプラスチック光学素子の
製造方法および本発明方法によって得られる光学素子に
ついて、図を参照して以下に詳述する。 〔実施例１〕図１に、レーザプリンタ等に用いられる、
本発明の光学素子１０の概略図を示す。図１中の上面１
１と下面１２がそれぞれレンズの光学面であり、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１２
から上面１１に向かってレーザビームが透過するように
なされる。また、光学素子１０は、例えば日本ゼオン社
製のＺｅｏｎｅｘ樹脂によって形成することができる。

【００３０】図２に、本発明の光学素子１０を製造する
ために使用する射出成形用金型装置２０の概略断面図を
示す。射出成形用金型装置２０は、光学素子の光学面を
形成する一対の鏡面駒２１ａ、２１ｂと、光学素子の側
面を形成する一対のキャビティ駒２２ａ、２２ｂとによ
り形成される入れ駒により囲まれたキャビティ２３を有
する。また、通気口２４と、この通気口に連通して成形
品に圧縮気体を付与する気体供給装置（図示せず）を具
備するものとする。上記鏡面駒２１ａ、２１ｂとキャビ
ティ駒２２ａ、２２ｂは、温度制御手段としてフィルム
状ヒーター２５と、熱電対２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２
６ｄとを具備し、フィルム状ヒーター２５と熱電対２６
ａ〜２６ｄは、それぞれ金型外部に用意された温度制御
装置（図示せず）に連結されている。

【００３１】さらに金型ベース２７ａ、２７ｂには、金
型全体を加熱するために、カートリッジヒーター２８
ａ、２８ｂと熱電対２９ａ、２９ｂを具備し、これらカ
ートリッジヒーター２８ａ、２８ｂと熱電対２９ａ、２
９ｂは、金型外部に用意された別の温度制御装置（図示
せず）に連結されている。

【００３２】次に、図２に示す射出成形用金型装置２０
を用いて、光学素子を製造する動作について説明する。
射出成形用金型装置２０を、射出成形機（図示せず）に
セットする。使用する樹脂と接する入れ駒の一部、この
場合においてはキャビティ２３の側壁を、樹脂材料のガ
ラス転移温度以上の所定温度になるようにフィルム状ヒ
ーター２５で加熱しておき、続いてキャビティ２３内に
溶融樹脂を充填する。

【００３３】このとき、射出充填した樹脂の圧力が１０
ＭＰａ以上である間はキャビティ２３の側壁との樹脂温
度を、少なくとも樹脂のガラス転移温度以上に保持し、
樹脂圧力が１０ＭＰa以下になったところで、キャビテ
ィ２３側壁を使用樹脂材料のガラス転移温度未満の所定
温度になるまで冷却するように、フィルム状ヒーター２
５とカートリッジヒーター２８ａ、２８ｂの温度を調節
しておく。このとき、キャビティ２３側壁を使用樹脂材
料のガラス転移温度未満の温度に冷却する工程を、金型
全体の温度制御によって行ってもよく、金型の一部を温
度制御することによって行ってもよい。

【００３４】この際、樹脂冷却過程時の収縮に伴うひけ
が光学面に発生しないように、すなわち、樹脂冷却時の
樹脂収縮量を補填するために、通気口２４から所定圧力
の圧縮気体を付与し、樹脂と通気口２４が設けられたキ
ャビティ駒２２ａ、２２ｂの間に強制的に空隙を形成
し、ひけをキャビティ駒２２ａ、２２ｂと接する面に誘
導するようにする。次いで、固化した光学素子を金型か
ら取り出し、室温に放置して自然冷却する。なお、樹脂
冷却過程時の収縮量を補填するためには、樹脂圧力を発
生しない程度に、樹脂量を追加してもよい。

【００３５】成形時では、キャビティ２３の側壁との界
面、すなわち樹脂表面部分の温度低下が急峻であるのに
対して、樹脂中央部分の温度低下は緩やかである。仮
に、射出充填時や保圧初期の高い圧力がかかった状態に
おいて、樹脂表面部分が急冷され固体状態となると表面
は密度が高くなってしまう。逆に、樹脂中心部が冷却さ
れ固体状態になる時には圧力が低下しているため低密度
になり、図３の曲線３１、３２に示すように成形品内部
に密度分布を生じさせる原因となる。

【００３６】しかし、本発明においては、樹脂を充填し
た時の、キャビティ２３の側壁の温度を、使用樹脂のガ
ラス転移温度以上に設定するので、樹脂圧力が高圧状態
（本発明では１０ＭＰa以上）においては、樹脂の固化
を抑制し、これによって、最終的に得られる成形品内部
に密度分布を生じさせることを回避している。

【００３７】また、低圧下であっても、使用樹脂のガラ
ス転移温度以上の所定温度からガラス転移温度未満の所
定温度までの冷却過程で、樹脂内部の温度分布により屈
折率分布は発生するが、これは、下記に示すアニール処
理によって除去することができる。

【００３８】また、成形品を金型から取り出した後、ガ
ラス転移温度未満の所定温度から室温まで冷却される過
程でも屈折率分布が発生するおそれがあるが、これにつ
いても、後述する成形品のアニール処理によって除去す
ることができ、結像位置ずれの少ない高品位な光学素子
を得ることができる。

【００３９】また、上述した本発明方法によれば、キャ
ビティ２３の一部を局所加熱することによって、キャビ
ティの側壁全体の温度を制御することにより、装置構成
を簡易にでき、かつ成形サイクルの短縮化が図られる。

【００４０】ここで、上述した本発明方法における、
「樹脂圧力が１０ＭＰa以下になるまでは、キャビティ側
壁との界面での樹脂温度を少なくともガラス転移温度以
上にしておく」理由について追記する。

【００４１】樹脂充填時のキャビティ２３の側壁温度
を、１３０℃、１４０℃、１５０℃にそれぞれ設定した
場合の、成形品の屈折率分布を測定し、測定結果を図４
に示す。図４においては、屈折率ｎ分布測定結果を縦軸
に、キャビティ２３の側壁との界面での樹脂温度が使用
樹脂材料のガラス転移温度（Ｔｇ）を跨ぐときの樹脂圧
力Ｐを横軸に表す。

【００４２】図４に示すように、キャビティ２３の側壁
との界面での樹脂温度が、使用樹脂材料のガラス転移温
度（Ｔｇ）を跨ぐときの樹脂圧力が小さいほど、屈折率
分布が低減されており、また、１０ＭＰa以下では大き
く変化していないことがわかる。このことから、樹脂圧
力が１０ＭＰa以下になるまでは、キャビティ側壁との
界面での樹脂温度を少なくともガラス転移温度以上にし
ておき、樹脂表面の温度がガラス転移温度を跨ぐ時の樹
脂圧力が、１０ＭＰa以下になるようにすることによっ
て、最終的に得られる成形品の屈折率分布の低減化が図
られることがわかる。

【００４３】従来においては、射出成形により光学素子
を製造する場合、金型の温度は使用樹脂材料のガラス転
移温度未満に設定しておき、成形品を取り出した後に、
この成形品の屈折率分布を低減化させるために、アニー
ル処理を施す工程を行っていた。

【００４４】このとき、金型内での樹脂の冷却過程につ
いて、図１に示した光学素子１０の、レンズ長手座標０
（中心部分）における断面の温度分布を図５に示し、図
５中に示したＡ点およびＢ点のＰＶＴ曲線における履歴
を図６に示す。ここで、図５中のＡ点は、樹脂表面近傍
であり、Ｂ点は樹脂中心部に相当するものとする。

【００４５】図６に示すように、図５中のＡ点のような
樹脂表面近傍においては、樹脂は射出充填時や保圧初期
の高い圧力がかかった状態において急冷固化され、密度
が高くなる。しかし、Ｂ点のような樹脂中心部では、冷
却され固体状態になる時には圧力が低下しているため低
密度になる。この履歴の違いが密度分布を生じさせ、高
い相関性のある屈折率分布につながる。また、この高圧
下において発生した密度分布（屈折率分布）は後述のア
ニール温度域では緩和することができないと考えられ
る。すなわち本発明方法においては、かかる点について
の改善を図ったものである。

【００４６】次に、本出願の請求項２の発明に係る、成
形品を取り出した後のアニール処理工程について説明す
る。

【００４７】室温まで冷却された光学素子１０を、温度
制御手段を有する恒温槽（図示せず）に入れ、所定温度
範囲の任意の温度まで加熱し、その温度で一定時間保持
し、レンズ内部まで均一に加熱する。これにより、成形
中の低圧下で生じた屈折率分布と、成形後に室温まで冷
却された時に生じる屈折率分布が除去されることが確か
められた。

【００４８】上記アニール処理工程における所定温度範
囲の下限値以下の温度になるまで毎分１℃以下の速度で
徐冷することで、屈折率分布の再発生を低減し、結果的
に屈折率分布の少ない走査レンズを得ることができる。

【００４９】ここで、上記所定温度範囲の下限値以下の
温度になるまで徐冷する工程を、光学素子の成形工程に
おいて行わないのは、この徐冷工程を金型内で行うと、
成形品が金型内を占有する時間が長くなり、時間的なロ
スのためにコスト高になるからである。

【００５０】上述したように、本出願の請求項２に係る
発明の方法によれば、従来法によって作製した光学素子
に比べて結像位置ずれが少なく、高品位な走査レンズを
得ることができる。特に、レーザプリンター用の走査レ
ンズの場合には、感光体面上に集光すべきビームスポッ
トが設計上の位置に近くなり、書き込まれる記録画像の
品質を向上することができることが確かめられた。

【００５１】ここで、上述した所定温度範囲とは、使用
樹脂材料の、ガラス転移温度−４０（℃）以上で、ガラ
ス転移温度未満の温度範囲に設定する必要がある。これ
は、実験結果から屈折率分布が形成される温度域がその
使用樹脂のガラス転移温度から−４０℃の範囲にあるこ
とが判明したためで、不必要な温度領域まで徐冷するこ
となく、短時間で屈折率分布の少ない光学素子が得られ
るからである。上述した例において使用した材料樹脂で
あるＺｅｏｎｅｘ樹脂のガラス転移温度は、約１３７℃
であることから、この場合の所定温度範囲とは約９７〜
１３７℃に相当する。

【００５２】ここで、光学素子の形成材料である樹脂
は、主として光学素子作製用の熱可塑性の非晶性プラス
チック材料であれば何れにも適応可能である。但し、樹
脂材料によってガラス転移温度が異なるため、前記所定
温度範囲が樹脂材料に応じて調整する必要がある。

【００５３】また、上記金型内に配置した温度制御手段
としては、上述した例において使用したフィルム状ヒー
ターおよび棒状のカートリッジヒーターの他、板状の発
熱体等、各種電気ヒーターを使用することができる。

【００５４】また、成形後のアニール処理およびその後
の徐冷工程においては、前記恒温糟でバッチ処理を行う
代わりに、移動式コンベアに遠赤外線加熱装置を配置
し、成形品の走査レンズを移動できるようにして、連続
工程で処理を行うことでも同様の効果を得ることができ
る。

【００５５】さらに、本発明のプラスチック光学素子と
しては、図１に示した走査レンズだけに限るものではな
く、長尺レンズ、プリズム、カメラレンズ等、種々な形
状及び用途のプラスチック光学素子にも適用可能であ
る。

【００５６】〔実施例２〕プラスチック光学素子として
は、上述した実施例１において適用した光学素子１０、
すなわち走査レンズを適用する。図７に本発明の実施例
２において使用した射出成形用金型装置７０の断面概略
図を示す。光学面を形成する一対の鏡面駒７１ａ、７１
ｂと、レンズ側面を形成する一対のキャビティ駒７２
ａ、７２ｂよりなる入れ駒で囲まれたキャビティ７３を
有し、キャビティ駒７２ａ、７２ｂおよび鏡面駒７１
ａ、７１ｂには、冷却用媒体を流すための配管７４を設
け、金型外部に用意された金型温度調節装置（図示せ
ず）に連結しておく。また、鏡面駒７１ａ、７１ｂのキ
ャビティ側と相反する端面に、皿ばね７５ａ、７５ｂを
配置しておく。さらに、金型ベース７６ａ、７６ｂに
は、金型全体を加熱するために、カートリッジヒーター
７７ａ、７７ｂと、熱電対７８ａ、７８ｂを配置し、こ
れらカートリッジヒーターと熱電対は、金型外部に用意
された別の温度制御装置（図示せず）に連結しておく。

【００５７】次に、上記射出成形用金型装置７０を適用
した場合の成形工程について説明する。射出成形用金型
装置７０を射出成形機（図示せず）にセットし、走査レ
ンズの成形を行う。金型はキャビティ側壁温度が使用樹
脂材料のガラス転移温度以上の所定温度になるようにカ
ートリッジヒーター７７ａ、７７ｂで加熱しておき、キ
ャビティ７３に溶融樹脂を充填し、樹脂圧力が１０ＭＰ
a以下になったところで、キャビティ側壁を使用樹脂材
料のガラス転移温度未満の所定温度になるまで冷却する
ように、カートリッジヒーター７７ａ、７７ｂと冷却用
媒体の温度を調節しておく。

【００５８】このとき、樹脂冷却過程時の収縮に伴うひ
けが光学面に発生しないようにするため、すなわち樹脂
冷却過程時の樹脂収縮量を補填するため、樹脂圧力が発
生しない程度に、皿ばね７５ａ、７５ｂが鏡面駒７１
ａ、７１ｂを樹脂収縮に伴い、光学素子の光学面に追随
するように動作させ、キャビティ容積を縮小するように
する。

【００５９】樹脂をガラス転移温度未満に冷却後、固化
した成形品の走査レンズを金型から取り出す。その後、
この成形品を自然冷却する工程の前段階において、上述
した成形品を所定範囲内の温度域に所定時間保持し、均
一化処理を行う。すなわち、この方法によれば、上述し
たように、成形品をさらに加熱する処理を行う必要がな
く、成形品を保持し、均一化することで、成形工程にお
いて生じた屈折率分布を除去でき、走査レンズの結像位
置ずれの少ない高品位な走査レンズを得ることができ
る。

【００６０】〔実施例３〕光プラスチック光学素子とし
ては、上述した実施例１において適用した光学素子１
０、すなわち走査レンズを適用する。また、使用樹脂と
しては、ＪＳＲ社製アートン樹脂を適用する。図８に本
発明の実施例３に使用した射出成形用金型装置８０の断
面概略図を示す。光学面を形成する一対の鏡面駒８１
ａ、８１ｂと、レンズ側面を形成する一対のキャビティ
駒８２ａ、８２ｂより囲まれたキャビティ８３を有し、
前記キャビティ駒８２ａ、８２ｂおよび前記鏡面駒８１
ａ、８１ｂには、冷却用媒体を流すための配管８４を設
け、金型外部に用意された金型温度調節装置（図示せ
ず）に連結しておく。さらに、金型ベース８６ａ、８６
ｂには、金型全体を加熱するために、カートリッジヒー
ター８７ａ、８７ｂと、熱電対対７８ａ、７８ｂとを配
置し、これらカートリッジヒーターと熱電対は、金型外
部に用意された別の温度制御装置（図示せず）に連結し
ておく。

【００６１】次に、上記射出成形用金型装置８０を適用
した場合の成形工程について説明する。射出成形用金型
装置８０を射出成形機（図示せず）にセットし成形を行
う。金型はキャビティ側壁温度が使用樹脂材料のガラス
転移温度以上の所定温度になるようにカートリッジヒー
ター８７ａ、８７ｂで加熱しておき、キャビティ８３に
溶融樹脂を充填し、樹脂圧力が１０ＭＰa以下になった
ところで、キャビティ側壁を少なくとも使用樹脂材料
の、ガラス転移温度−４０（℃）未満の所定温度になる
まで毎分１℃以下の速度で徐冷するように、カートリッ
ジヒーター８７ａ、８７ｂと冷却用媒体の温度を調節し
ておく。この際、樹脂の冷却過程時の収縮に伴うひけが
光学面に発生しないようにするため、すなわち樹脂冷却
過程時の樹脂収縮量を補填するために、樹脂圧力が発生
しない程度に、樹脂量を追加する。

【００６２】次いで、固化した走査レンズを金型から取
り出し、成形品を自然冷却する。また、この例において
適用した樹脂であるアートン樹脂のガラス転移温度は約
１７１℃であることから、この場合の所定温度範囲とは
約１３１℃、（ガラス転移温度−４０℃）〜１７１℃に
相当する。

【００６３】この方法によれば、上述した〔実施例１〕
及び〔実施例２〕に記載した成形後のアニール処理、も
しくは保持、均一化処理の各工程を経ずに、成形工程の
みをもって成形品の屈折率分布を除去でき、走査レンズ
の結像位置ずれの少ない高品位な走査レンズを、簡易な
工程で作製することができる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、樹脂内部
の屈折率分布の低減化が図られた光学素子を作製するこ
とができた。

【００６５】請求項２に係る発明によれば、光学素子冷
却の際の温度分布によって生じた屈折率分布を大幅に低
減でき、結像位置ずれの少ない高品位な光学素子が作製
された。

【００６６】請求項３に係る発明によれば、簡易な金型
構造で屈折率分布の少ないプラスチック光学素子を製造
できた。

【００６７】請求項４に係る発明によれば、短い成形サ
イクルで光学素子内部の屈折率分布を大幅に低減でき
た。

【００６８】請求項５〜請求項７に係る発明によれば、
光学面の転写精度が確保された、屈折率分布の少ないプ
ラスチック光学素子が得られた。

【００６９】請求項８および請求項９に係る発明によれ
ば、内部の屈折率分布が低減でき、結像位置ずれの少な
い高品位な光学素子が低コストで提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学素子の一例の概略斜視図を示す。

【図２】光学素子を成形する射出成形用金型装置の一例
の概略構成図を示す。

【図３】光学素子の、アニール処理の有無による屈折率
分布測定結果を示す。

【図４】光学素子の樹脂表面温度がガラス転移温度を跨
ぐ時の圧力と、屈折率分布との関係を示す。

【図５】光学素子の長手座標における断面の温度分布を
示す。

【図６】図５中に示したＡ点およびＢ点のＰＶＴ曲線に
おける履歴を示す。

【図７】光学素子を成形する射出成形用金型装置の他の
一例の概略構成図を示す。

【図８】光学素子を成形する射出成形用金型装置の他の
一例の概略構成図を示す。

【図９】プラスチック光学素子の概略斜視図を示す。

【図１０】光走査装置の、図９中のｙ軸に垂直平面内の
模式断面図を示す。

【図１１】光学素子の樹脂内部の屈折率分布を示す。

【符号の説明】

１０……光学素子 １１……上面 １２……下面 ２０，７０，８０……射出成形用金型装置 ２１ａ，２１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂ……
鏡面駒 ２２ａ，２２ｂ，７２ａ，７２ｂ，８２ａ，８２ｂ……
キャビティ駒 ２３，７３，８３……キャビティ ２４……通気口 ２５……フィルム状ヒーター ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２９ａ，２９ｂ，７
８ａ，７８ｂ，８８ａ，８８ｂ……熱電対 ２７ａ，２７ｂ，７６ａ，７６ｂ，８６ａ，８６ｂ……
金型ベース ２８ａ，２８ｂ，７７ａ，７７ｂ，８７ａ，８７ｂ……
カートリッジヒーター ７４，８４……配管 ７５ａ，７５ｂ……皿ばね １００……プラスチック光学素子 １０１……結像レンズ １０２……回転多面鏡 １０３……被走査面

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F202 AH74 AR03 AR06 CA11 CB01 CK18 CK43 CK52 CN01 CN05 CN21 4F206 AH74 AR035 AR064 JA07 JM05 JN21 JN27 JP17 JW08

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型に溶融樹脂を射出充填し、樹脂が固
   化した後、成形品を取り出すプラスチック光学素子の製
   造方法であって、 キャビティを形成する入れ駒の一部又は全部を、少なく
   とも使用樹脂材料のガラス転移温度以上に加熱する工程
   と、 上記キャビティ内に、溶融樹脂を充填する工程と、 上記樹脂の圧力が、１０ＭＰa以下になるまでは、上記
   キャビティ側壁との界面での樹脂温度を少なくとも使用
   樹脂材料のガラス転移温度以上に保持する工程と、 樹脂圧力が１０ＭＰa以下になったところで、キャビテ
   ィの側壁を使用樹脂材料のガラス転移温度未満まで冷却
   する工程とを具備し、 その後、成形品を取り出すことを特徴とするプラスチッ
   ク光学素子の製造方法。
2. 【請求項２】 上記成形品を取り出す工程後、 所定温度範囲内でのアニール処理を行うことを特徴とす
   る請求項１に記載のプラスチック光学素子の製造方法。
3. 【請求項３】 上記キャビティを形成する入れ駒の一部
   又は全部を少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度以
   上に加熱する工程と、 上記キャビティ内に、溶融樹脂を充填する工程と、 上記樹脂の圧力が、１０ＭＰa以下になるまでは、上記
   キャビティ側壁との界面での樹脂温度を少なくとも使用
   樹脂材料のガラス転移温度以上に保持する工程と、 その後、キャビティを形成する入れ駒の一部又は全部を
   少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度未満まで冷却
   する温度制御工程とを有し、 上記温度制御工程を、金型全体の温度を制御することに
   より行うことを特徴とする請求項１及び２記載のプラス
   チック光学素子の製造方法。
4. 【請求項４】 上記キャビティを形成する入れ駒の一部
   又は全部を少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度以
   上に加熱する工程と、 上記キャビティ内に、溶融樹脂を充填する工程と、 上記樹脂の圧力が、１０ＭＰa以下になるまでは、上記
   キャビティ側壁との界面での樹脂温度を少なくとも使用
   樹脂材料のガラス転移温度以上に保持する工程と、 その後、キャビティを形成する入れ駒の一部又は全部を
   少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度未満まで冷却
   する温度制御工程とを有し、 上記温度制御工程を、金型の一部を局所的に温度制御す
   ることにより行うことを特徴とする請求項１及び２記載
   のプラスチック光学素子の製造方法。
5. 【請求項５】 上記キャビティを形成する入れ駒の一部
   又は全部を少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度未
   満まで冷却する上記温度制御工程時の樹脂収縮量を補填
   するために、最終的に得られる成形品の光学面以外の面
   を形成するキャビティ駒に設けられた少なくとも１つ以
   上の通気口から、上記キャビティ内の樹脂に圧縮気体を
   付与し、上記樹脂と上記通気口が設けられたキャビティ
   駒の間に、強制的に空隙を形成することを特徴とする請
   求項１〜４に記載のプラスチック光学素子の製造方法。
6. 【請求項６】 上記キャビティを形成する入れ駒の一部
   又は全部を少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度未
   満まで冷却する上記温度制御工程時の樹脂収縮量を補填
   するために、樹脂圧力を発生しない程度に樹脂量を追加
   することを特徴とする請求項１〜４に記載のプラスチッ
   ク光学素子の製造方法。
7. 【請求項７】 上記キャビティを形成する入れ駒の一部
   又は全部を少なくとも使用樹脂材料のガラス転移温度未
   満まで冷却する上記温度制御工程時の樹脂収縮量を補填
   するために、樹脂圧力を発生しない程度に上記キャビテ
   ィ容積を縮小させることを特徴とする請求項１〜４に記
   載のプラスチック光学素子の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜７記載のプラスチック光学素
   子の製造方法を行うことにより、作製されるプラスチッ
   ク光学素子であって、 プラスチック光学素子の光線通過方向と直交する任意の
   方向で、プラスチック光学素子内部の屈折率分布が低減
   されていることを特徴とするプラスチック光学素子。
9. 【請求項９】 熱可塑性の非晶質プラスチック材料によ
   り形成されていることを特徴とする請求項８に記載のプ
   ラスチック光学素子。