JP2008012690A - 成形品、成形型、光学素子、光学装置、光走査装置、画像表示装置、光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形時の離型が容易な構造の微細パターンを形成することによって、傾斜面、曲面、自由曲面などからなる表面に多数の微細溝からなる微細パターンを有する成形品を実現する。
【解決手段】本発明では、型からの転写によって成形され、成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが角度をなす該表面に微細パターンを有する成形品１０において、前記表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って延びた微細溝１１が多数配列する微細溝群を有するとともに、隣り合う微細溝と微細溝の溝間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に前記微細溝が配列していることにより、成形時の型開きによる離型方向に対して表面が傾斜していない部分から傾斜した方向に向かって微細溝が存在するので、微細溝の開口部が離型方向を向くことになり、離型を容易にすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、傾斜面、曲面、自由曲面等からなる表面に微細パターンを有する成形品と、その成形品を形成する成形型、及び、前記成形品からなる光学素子、その光学素子を用いた光学装置、光走査装置、画像表示装置、光ピックアップ装置に関する。

一般に、光学素子では、光の反射を制御することが重要であり、反射防止に関しては従来から誘電体多層膜をコーティングすることで反射防止機能を実現していた。このような誘電体多層膜を光学素子にコーティングするには、射出成形等の手段によって成形された成形品からなる光学素子を、コーティング用の装置内に配置して、コーティングを行なうというように、複数の工程を経ることが行なわれていた。このような工程では、製造時間が長いことからも光学素子が高コストな物となっていた。そこで近年では、光学素子の光学表面に微細パターンを形成することで反射防止機能を実現することが行なわれるようになった。具体的には、金型に機械加工や半導体プロセスによって微細パターンを形成して、その微細パターンを樹脂やガラスに成形転写することが行なわれている。

例えば特許文献１（特開２００３−２７０５６９公報）に記載の従来技術では、微細構造格子の配列方向を入射光束の偏波面に応じて適切に設定し、微細格子構造の構造性複屈折の影響を低減し良好なる光学性能が得られる走査光学系及びそれを用いた画像形成装置を得ることを課題として、図２５（ｂ）に示すように、レーザ光源１から射出された光束を偏向手段５により偏向し、該偏向手段５により偏向された光束を走査光学手段（走査レンズ系）６により被走査面７上に結像させ、該被走査面上を走査する走査光学系において、該走査光学手段６の第１の走査レンズ６ａは、図２５（ａ）に示すような微細構造格子８（格子部８１、非格子部８２）を持つ光学面を１以上有し、該微細構造格子の格子ピッチは、該レーザ光源１からの光束の波長より短く、該微細構造格子の配列方向は微細構造格子面全域において同一方向であることを特徴としている。

また、光学素子にかかわらず、近年、濡れ性の制御や摩擦の制御等のために、成形品の表面に多数の微細溝からなる微細パターンを形成することが行われており、それらの微細パターンは、成形品の型成形時に、金型から成形転写されるものが多い。

特開２００３−２７０５６９公報

しかしながら、前述のような微細パターンを金型等の成形型から成形転写するときに、成形転写時の離型が上手くいかずに微細パターンが崩れてしまい、所望の微細パターンを得るのが困難であるという問題が発生している。これによって所望の機能が得られないことになる。
さらに成形転写面においては、離型方向に対する表面の傾斜がきつくなると、図２４に示すように、微細パターンを形成できないことが発生する。すなわち、斜面の傾斜度が大きいと、矩形溝が成立しなくなり、設計上無理がある。

前述の従来技術（特許文献１）においても、図２５（ａ）に示すように、曲面上の同一方向に微細構造格子８が配列している（この従来技術では、副走査方向の一方向に延びた格子部８１を、主走査方向に配列している）ので、曲面に沿って傾いた微細パターンが存在する。このような微細パターンを金型から成形転写するときに、成形転写時の離型が上手くいかずに微細パターンが崩れてしまい、所望の微細パターンを得るのが困難である。
すなわち、図２５に示す従来技術では、光線が光学素子（走査レンズ）の表面に対して斜めに入射しており、このような斜め入射する光線の向きに溝（格子）が向いていることが光学性能を向上させることになるが、成形時の離型方向に対しては角度を持ってしまうので、離型が困難になり、成形転写時の離型が上手くいかずに微細パターンが崩れてしまい、所望の微細パターンを得るのが困難である。

特に矩形溝の格子パターンの場合は、曲面に沿って傾いた微細溝のパターンが存在すると、成形転写時の離型において金型の微細突起（微細溝を反転した形状）のパターンが、成形された光学表面の微細溝パターンとアンダーカットの関係になり、離型は非常に困難となる。つまり、図２２のように矩形溝の向きと成形時の型開き時の離型方向とが一致しているときには離型が容易であるが、図２３のように離型方向に対して傾斜している表面に矩形溝を形成する場合は、矩形溝の向きと成形時の型開き時の離型方向とが一致していないので、離型が非常に困難である。通常、このように離型が困難な場合は、微細パターンが崩れてしまうので、図２４のような、段差形状しか形成できなくなる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、成形時の離型が容易な構造の微細パターンを形成することによって、傾斜面、曲面、自由曲面などからなる表面に多数の微細溝からなる微細パターンを有する成形品を提供することを目的とし、その微細パターンによって反射防止性、濡れ性または摩擦性を制御した成形品を提供することを目的とする。また、本発明は、その成形品を製造する成形型を提供することを目的とする。さらに本発明は、前記成形品からなる光学素子を提供することを目的とし、さらには、その光学素子を用いた光学装置、光走査装置、画像表示装置、光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段は、型からの転写によって成形され、成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが角度をなす該表面に微細パターンを有する成形品において、前記表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って延びた微細溝が多数配列する微細溝群を有するとともに、隣り合う微細溝と微細溝の溝間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に前記微細溝が配列していることを特徴とする。

本発明の第２の手段は、第１の手段の成形品において、前記成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが一致する箇所を基準点とし、該基準点あるいは該基準点近傍から前記表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って放射状に微細溝群が配列するとともに、前記放射状の微細溝群の隣り合う微細溝同士の間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に前記微細溝が配列していることを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第２の手段の成形品において、前記基準点付近の表面には、前記放射状の微細溝群とは異なった微細溝や突起などからなるパターンが配列していることを特徴とする。

本発明の第４の手段は、第１〜第３のいずれか１つの手段の成形品において、前記微細溝の幅は、前記微細溝群の隣り合う微細溝同士の間隔以下となるように形成されることを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第１〜第３のいずれか１つの手段の成形品において、前記微細溝の幅は、前記微細溝群の隣り合う微細溝同士の間隔となるように形成されることを特徴とする。

本発明の第６の手段は、第１〜第５のいずれか１つの手段の成形品において、前記所定の溝間隔及び微細溝の幅は、使用する光の波長以下とし、前記微細溝群を配列した前記表面は、反射防止機能を有することを特徴とする。
また、本発明の第７の手段は、第１〜第５のいずれか１つの手段の成形品において、前記微細溝群を配列した前記表面は、撥水性を有し、液体に対する濡れ性を制御可能なことを特徴とする。
さらに本発明の第８の手段は、第１〜第５のいずれか１つの手段の成形品において、前記微細溝群を配列した前記表面は、摩擦異方性を有することを特徴とする。

本発明の第９の手段は、第１〜第８のいずれか１つの手段の成形品を製造する成形型であって、該成形型の成形面には、前記微細溝群のパターンを反転した形状の微細パターンを有することを特徴とする。

本発明の第１０の手段は、光学素子であり、第１〜第５のいずれか１つの手段の成形品からなり、透明材料で形成され、前記所定の溝間隔及び微細溝の幅は、使用する光の波長以下であり、前記微細溝群を配列した前記表面は、反射防止機能を有する光学表面であることを特徴とする。
また、本発明の第１１の手段は、光学装置であり、第１０の手段の光学素子を用いたことを特徴とする。

本発明の第１２の手段は、光源と、該光源からの光束をコリメートする光学系と、コリメートされた光束を偏向走査する偏向手段と、該変更手段で偏向走査された光束を被走査面に結像する走査結像光学系を備えた光走査装置において、前記コリメート光学系あるいは前記走査結像光学系に、第１０の手段の光学素子を用いたことを特徴とする。
また、本発明の第１３の手段は、第１２の手段の光走査装置において、前記コリメート光学系のコリメートレンズに前記光学素子を用いたことを特徴とする。
さらに本発明の第１４の手段は、第１２の手段の光走査装置において、前記コリメート光学系のシリンドリカルレンズに前記光学素子を用いたことを特徴とする。
さらにまた、本発明の第１５の手段は、第１２の手段の光走査装置において、前記走査結像光学系の走査レンズに前記光学素子を用いたことを特徴とする。

本発明の第１６の手段は、光源と、照明光学系と、画像表示素子と、投射レンズを備えた画像表示装置において、前記照明光学系を構成する光学素子、あるいは前記投射レンズに、第１０の手段の光学素子を用いたことを特徴とする。

本発明の第１７の手段は、光源と、該光源からの光束をコリメートする光学系と、コリメートされた光束を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光束を集光する集光レンズと、集光された光束を受光する受光素子を備えた光ピックアップ装置において、前記コリメート光学系、対物レンズ、集光レンズの少なくとも１つに、第１０の手段の光学素子を用いたことを特徴とする。

本発明では、型からの転写によって成形され、成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが角度をなす該表面に微細パターンを有する成形品において、前記表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って延びた微細溝が多数配列する微細溝群を有するとともに、隣り合う微細溝と微細溝の溝間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に前記微細溝が配列していることにより、成形時の型開きによる離型方向に対して表面が傾斜していない部分から傾斜した方向に向かって微細溝が存在するので、微細溝の開口部が離型方向を向くことになり、離型を容易にすることができる。

また、本発明の成形品では、前記成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが一致する箇所を基準点とし、該基準点あるいは該基準点近傍から前記表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って放射状に微細溝群が配列するとともに、前記放射状の微細溝群の隣り合う微細溝同士の間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に前記微細溝が配列していることにより、成形時の型開きによる離型方向に対して表面が傾斜していない基準点あるいは該基準点近傍から斜面または曲面の傾斜した方向に向かって微細溝が存在するので、微細溝の開口部が離型方向を向くことになり、離型を容易にすることができる。

さらに本発明の成形品では、成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが一致する箇所を基準点としたときに、基準点付近の表面には、基準点から放射状に配列した微細溝のパターンとは異なった微細溝や微細突起などからなる微細パターンが配列していることで、成形時の型開きによる離型方向に対して表面が傾斜していない部分は微細パターンの選択の自由度が増すので、微細溝が中心点付近で高密度になってしまうのを防止することができる。

本発明の成形品においては、所定の溝間隔及び微細溝の幅は、使用する光の波長以下とし、微細溝群を配列した表面は、反射防止機能を有することにより、離型性のよい、高精度な反射機能を有する成形品を得ることができる。
また、本発明の成形品においては、前記微細溝群を配列した前記表面は、撥水性を有し、液体に対する濡れ性を制御可能なことにより、離型性がよく、濡れ性を改善した成形品を得ることができる。
さらに本発明の成形品においては、前記微細溝群を配列した前記表面は、摩擦異方性を有することにより、離型性がよく、摩擦性を改善した成形品を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、傾斜面、曲面、自由曲面などからなる表面に多数の微細溝からなる微細パターンを有し、離型性の良い成形品を得ることができる。
そして、本発明の光学素子は、上記の構成及び効果を有する成形品からなり、透明材料で形成され、前記所定の溝間隔及び微細溝の幅は、使用する光の波長以下であり、前記微細溝群を配列した前記表面は、反射防止機能を有する光学表面であることにより、離型性のよい、高精度な反射防止機能を有する光学素子が得られるので、光の利用効率の高い明るい光学系を得ることができる。

さらに本発明では、上記光学素子を用いることにより、光の利用効率の高い明るい光学系を有する光学装置、光走査装置、画像表示装置、光ピックアップ装置を実現することができる。

以下、本発明の構成、動作及び作用を図面を参照して詳細に説明する。
本発明は、傾斜面あるいは球面や非球面も含む曲面や自由曲面などからなる表面に、多数の微細溝からなる微細パターンを形成した成形品を得るものである。
そして本発明では、型からの転写によって成形され、成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが角度をなす該表面に微細パターンを有する成形品において、前記表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って延びた微細溝が配列するとともに、隣り合う微細溝と微細溝の溝間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に微細溝が配列している構成とする。

ここで、成形品が光学素子の場合を例に上げて説明する。球面や非球面も含む曲面や自由曲面からなる光学表面に微細構造パターンを形成する場合、光学表面の法線方向と光学素子成形時の型開きによる離型方向とが一致する箇所を基準点とする。つまり、型開きによる離型方向を上下方向としたとき、その横から光学表面を見て傾斜のない箇所が基準点となる。この基準点は光学表面が凸形状のときには光学表面上の頂点であり、凹形状のときには光学表面上の最下点になる場合が多い。また、光学表面上の頂点や最下点が一つの場合は、その基準点が表面の微細パターンの中心点となり、光学表面上の頂点や最下点が複数存在する場合は、表面に複数の基準点を有することになる。

この基準点（または中心点）から放射状に微細溝が複数本存在し、それら放射状の微細溝間に、使用する光の波長以下の間隔となるように微細溝が存在する。なお、放射状の微細溝は必ずしも共通の基準点（または中心点）を持つ必要はなく、上記基準点（または中心点）の近傍から光学表面の外周部に伸びた微細溝であればよい。放射状の微細溝と微細溝との間の微細溝に関しては、図１に示すように、例えば放射状微細溝h1から所望の間隔以下となるように微細溝h1b1が存在し、放射状微細溝h2から同じく所望の間隔以下となるように微細溝h2b-1が存在する。微細溝h1b1と微細溝h2b-1は交点をもち、その交点よりも中心点側にはそれぞれの微細溝を延長しない。ここで、交点を持たずに、両微細溝が微細溝どうしの間隔と同程度離れていてもよい。さらに、それら微細溝の隣には同じく所望の間隔以下となるように微細溝h1b2と微細溝h2b-2が存在し、このような微細溝を少なくとも光学有効領域に形成した構成である。これにより、光学表面全体にわたって溝と溝との間隔が、使用する光の波長以下の間隔となるように微細溝を形成し、この微細溝の深さを溝と溝との間隔より大きい値とすることで反射防止機能を持つ光学表面を得ることができる。反射防止機能については、使用する光の波長や微細溝の幅や深さなどの形状や、微細溝の間隔などから特性が決まる。

以上のような微細溝の例としては、図２に示すように、光学素子１０の光学表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って延びた微細溝１１が配列するとともに、隣り合う微細溝と微細溝の溝間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に微細溝１０が配列している構成であり、この構成では、図４に示すように微細溝の断面方向の向きと成形時の型開きによる離型方向とが一致しており、容易に離型が可能となる。

ここで、図３は、従来の微細溝パターンを形成した場合と、本発明の微細溝パターンを形成した場合とを比較した図であり、図３（ａ）は従来例の図２３と同様に矩形溝の向きと離型方向が一致していない例であり、この構成では、光線の通過方向と溝の向きが一致しているため反射防止機能の高い構成となるが、前述したように離型性が悪く、微細溝のパターンが崩れてしまう。また、図３（ｂ）は矩形溝の向きと離型方向が一致している例であるが、光線の通過方向と溝の向きが一致していないため、反射防止機能の低い構成となる。このように、鶏舎面、曲面あるいは自由曲面に微細溝を形成するときには、傾斜がきつくなると離型と反射防止機能が両立しないという問題がある。すなわち、図３（ａ）、（ｂ）から、微細溝のピッチに対して溝深さが大になるほど反射率が低下し、アスペクト比が高いほど高い反射防止機能を持つことになるが、このようなアスペクト比の高い微細溝になるほど離型が困難になる。

これに対して、図３（ｃ）に示すように、光学素子１０の光学表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って延びた微細溝１１が配列するとともに、隣り合う微細溝と微細溝の溝間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に微細溝１０が配列している構成では、微細溝の向きと離型方向及び光線の通過方向を一致させることができ、成形時の離型と光学的機能とを両立させることが可能となる。

また、本発明の光学素子（成形品）では、中心点付近においては光学表面の法線方向と光学素子成形時の型開きによる離型方向とは、大きな角度とはならないため成形時の離型は容易である。つまり、ほぼ平面に微細構造を形成したのと同等に成形時の離型が容易となる。よって、基準点（中心点）から図５のような微細溝と離型方向との関係になる領域までは、従来からの微細パターン、例えば円錐体や角錐体を周期的に配列した構成とすることが可能である。さらに、このような領域から、特に共通の中心点を持たずに、光学表面の外周まで伸びた微細溝と、それら微細溝の間に所望の間隔で微細溝が存在する構成も採用することが可能である。
なお、微細溝の形状としては、Ｖ溝、Ｕ溝、台形溝などのように側壁が光学素子内部から表面方向に向かって開いた形状のものが採用できる。ただし、側壁が光学素子内部から表面方向に向かって開いた形状であれば、矩形溝であっても採用可能である。

以上のように、本発明においては、傾斜面、曲面または自由曲面からなる表面の傾斜方向に沿った微細溝によって構成された微細溝パターンを有する成形品を得ることができ、反射防止機能や、後述する濡れ性、摩擦性を改善した成形品を得ることができる。そして、このような成形品の微細溝パターンは、特に光学素子に適用するのが有用であり、種々の光学装置に利用可能な反射防止機能を有する光学素子を得ることができる。
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

［実施例１］
図６は本発明の成形品からなる光学素子の一実施例であり、レーザービームプリンタに搭載される光走査装置の走査レンズ等に応用される光学素子の例である。この光学素子２０の光学表面は、主走査曲率半径が２００ｍｍで、副走査曲率半径は４０ｍｍから１００ｍｍまで変動する形状である。
このような曲面からなる光学表面に、図６のように光学表面の法線方向と光学素子成形時の成形型の離型の方向とが一致する箇所を基準点（表面の中心点）２２として、その中心点から放射状に２０分割する微細溝２１が光学表面に存在する。ここで、離型の方向は図７の光学表面に対して紙面垂直方向に離型することとした。ここで、中心点から放射状に２０分割する微細溝２１は中心点２２で交わっても、交わらないで中心の手前で止まるような微細溝でも、どちらも採用可能である。放射状の微細溝と微細溝の間にも微細溝が存在し、それぞれの隣りあう微細溝と微細溝との間隔を例えば２４０ｎｍ以下とする（これは溝間隔が一定ではなく、平行でもない例である）。微細溝の形状は２００ｎｍの幅で４００ｎｍの深さのＶ溝形状である。このＶ溝形状の深さの定義は、成形時の離型方向のような光学表面全面に対して同一方向の断面で切り出したときの深さや、光学表面の各箇所における法線方向の断面で切り出したときの深さでも良いが、光学表面の各箇所における光線の通過する方向の断面で切り出したときの深さが４００ｎｍであるＶ溝形状であるほうが好ましい。つまり、光線はこのＶ溝に対して垂直に通過する関係にあることが望ましい。このような微細溝パターンを有する樹脂製の光学素子２０を成形するための成形型（図示せず）は、成形面に前記微細溝パターンを反転した形状の微細パターンを有するものであり、このような微細パターンを有する成形型を予め作製し、その成形型を使用して光学素子を樹脂成形（例えば樹脂射出成形、プレス成形等）によって作製した。このようにして作製された光学素子２０は、波長が６５０ｎｍのレーザービームに対しての光学表面の反射率を０．３％以下に抑えることができた。

［実施例２］
図７は本発明の成形品からなる光学素子の別の実施例であり、画像表示装置（プロジェクター）用のレンズや、カメラ、ビデオカメラ等の光学装置用のレンズ等に応用される光学素子の例である。
本実施例では、光学素子（レンズ）３０の球面からなる光学表面に、図７のように光学表面の法線方向と光学素子成形時の離型の方向とが一致する箇所を基準点（中心点）３２として、その中心点３２から放射状に８分割する微細溝３１が光学表面に存在する。ここで、離型の方向は図７の光学表面に対して紙面垂直方向に離型することとした。放射状の微細溝と微細溝の間にも微細溝が存在し、それぞれの隣りあう微細溝と微細溝との間隔を３００ｎｍとする。すなわち、本実施例の光学素子３０は、実施例１と同様にして、図７に示すようなパターンの微細溝３１を少なくとも光学有効領域に形成した構成である。微細溝の形状は３００ｎｍの幅で４５０ｎｍの深さのＶ溝形状である。光線の通過する方向に４５０ｎｍの深さのＶ溝形状であるほうが好ましい。このような微細溝パターンを有する樹脂製の光学素子を成形するための成形型（図示せず）は、成形面に前記微細溝パターンを反転した形状の微細パターンを有するものであり、このような微細パターンを有する成形型を予め作製し、その成形型を使用して光学素子を樹脂成形（例えば樹脂射出成形、プレス成形等）によって作製した。このようにして作製された光学素子３０は、波長が４００ｎｍから８００ｎｍ程度の可視光に対して光学表面の反射率を０．４％以下に抑えることができた。

［実施例３］
図８は本発明の成形品からなる光学素子の別の実施例であり、レーザービームプリンタに搭載される光走査装置のコリメートレンズや、光ピックアップ装置のコリメートレンズ、対物レンズ、集光レンズ等に応用される光学素子の例である。
本実施例では、実施例２と同様に、球面からなる光学表面に、図８のように光学表面の法線方向と光学素子成形時の離型の方向とが一致する箇所を基準点（中心点）３２として、その中心点３２から放射状に８分割する微細溝３１が光学表面に存在する。ここで、離型の方向は図８の光学表面に対して紙面垂直方向に離型することとした。放射状の微細溝と微細溝の間にも微細溝が存在し、それぞれの隣りあう微細溝と微細溝との間隔を３００ｎｍとする。すなわち本実施例の光学素子３０は、実施例１や実施例２と同様にして、図８に示すようなパターンの微細溝３１を少なくとも光学有効領域に形成した構成である。ただし、実施例２と異なるのは、光学表面の中心点付近は同心円の複数本の微細溝３３が存在することである。この同心円の微細溝３３の間隔は３００ｎｍである。

反射防止機能を効率よく発現するために光線の通過する方向に微細溝の深さ方向を合わせたときに、同心円部の微細溝３３は中心付近では図９（ａ）のように成形時の離型が可能な状態であるが、中心付近から離れるにつれて図９（ｂ）のように傾斜角が大きくなり、さらに図１０のように傾斜角が多きなると成形時の離型が困難な状態になる。したがって、図９（ａ）のような状態となる中心付近は、成形時の離型に問題が生じないことから同心円状に微細溝３３を並べる構成としたが、表面の傾斜角が大きくなる部分では、図８のように光学表面の法線方向と光学素子成形時の離型の方向とが一致する箇所を基準点（中心点）３２として、その中心点３２から放射状に８分割する微細溝３１を形成した。

なお、本実施例の光学素子３０の中心付近は同心円に微細溝を並べる構成以外に、円錐状の突起が配列されているような微細パターンなどの反射防止機能を有する表面微細構造を自由に選択して採用することが可能である。

ここで、図８に示す光学素子３０の微細溝形状は３００ｎｍの幅で５００ｎｍの深さのＶ溝形状である。光線の通過する方向に５００ｎｍの深さのＶ溝形状であるほうが好ましい。このような微細溝パターンを有する樹脂製の光学素子３０を成形するための成形型（図示せず）は、成形面に前記微細溝パターンを反転した形状の微細パターンを有するものであり、このような微細パターンを有する成形型を予め作製し、その成形型を使用して光学素子を樹脂成形（例えば樹脂射出成形、プレス成形等）によって作製した。このようにして作製された光学素子は、波長が６００ｎｍのレーザービームに対して光学表面の反射率を０．３％以下に抑えることができた。

［実施例４］
図１１は本発明の成形品からなる光学素子の別の実施例であり、画像表示装置（プロジェクター）用の偏心投射レンズ等に応用される光学素子の例である。
図１１は光軸中心が光学表面の中央ではなく、図中において下方に存在する光学素子４０の例であり、光学表面の法線方向と光学素子成形時の離型方向とが一致する箇所を基準点（中心点）４２として、その中心点４２から放射状に１６分割する微細溝４１が光学表面に存在する。ここで、離型の方向は図１１の光学表面に対して紙面垂直方向に離型することとした。放射状の微細溝と微細溝の間にも微細溝が存在し、それぞれの隣りあう微細溝と微細溝との間隔を２５０ｎｍとする。放射状の微細溝と微細溝の間に存在する微細溝同士は交わらないパターンとする。すなわち本実施例の光学素子４０は、隣りあう微細溝と微細溝との間隔を２５０ｎｍとした図１１のようなパターンの微細溝４１を少なくとも光学有効領域に形成した構成である。ここで、微細溝の形状は２５０ｎｍの幅で３５０ｎｍの深さのＶ溝形状である。また、光線の通過する方向に３５０ｎｍの深さのＶ溝形状であるほうが好ましい。このような微細溝パターンを有する樹脂製の光学素子を成形するための成形型（図示せず）は、成形面に前記微細溝パターンを反転した形状の微細パターンを有するものであり、このような微細パターンを有する成形型を予め作製し、その成形型を使用して光学素子を樹脂成形（例えば樹脂射出成形、プレス成形等）によって作製した。このようにして作製された光学素子４０は、波長が４００ｎｍから８００ｎｍ程度の可視光に対して光学表面の反射率をおよそ０．２％以下に抑えることができた。

［実施例５］
図１２は本発明の成形品からなる光学素子の別の実施例であり、レーザービームプリンタに搭載される光走査装置のコリメートレンズ等に応用される光学素子の例である。
図１２（ａ）は実施例３に示したように、図９（ａ）のような、成形時の離型に問題が生じない基準点（中心点）５２の付近の領域には、例えば円錐状の突起が配列されている微細パターンの反射防止機能を有する表面微細構造を採用した構成としたものである。図１２（ｂ）には図１２（ａ）に示した光学素子５０の表面の中心点５２付近の微細円錐形状５３の一部を拡大して示した。本実施例の場合は、この領域が楕円形状の領域となり、その領域の外周部から、図１２（ａ）に示すように光学表面の外周部に向かって伸びた微細溝５１が存在する。この微細溝５１は特に共通の中心点を有しているわけではなく、光学表面の基準点５２の近傍から、斜面の傾斜の向きに沿って存在する。この微細溝と微細溝の間にも微細溝が存在し、それぞれの隣りあう微細溝と微細溝との間隔を２５０ｎｍとする。すなわち本実施例の光学素子は、隣りあう微細溝と微細溝との間隔を２５０ｎｍとした図１２（ａ）のようなパターンの微細溝を少なくとも光学有効領域に形成した構成である。ここで、微細溝５１の形状は２５０ｎｍの幅で３５０ｎｍの深さのＵ溝形状である。また、光線の通過する方向に３５０ｎｍの深さのＵ溝形状であるほうが好ましい。このような微細パターンを有する樹脂製の光学素子を成形するための成形型（図示せず）は、成形面に前記微細パターンを反転した形状の微細パターンを有するものであり、このような微細パターンを有する成形型を予め作製し、その成形型を使用して光学素子を樹脂成形（例えば樹脂射出成形、プレス成形等）によって作製した。このようにして作製された光学素子は、波長が６３３ｎｍのレーザービームに対して光学表面の反射率を０．３％以下に抑えることができた。

以上のようにして得られた光学表面における微細溝は、全体的に見ると放射状に配列しているが、部分的に見ると使用する光の波長以下の一定間隔で配列しているので、反射率を低下させる機能、すなわち反射防止機能を有する。例えば図１３のように微細溝に対して平行な方向に偏光した光をＴＭ波、微細溝に垂直な方向に偏光した光をＴＥ波とし、光の波長を６５０ｎｍ、光学素子材料の屈折率を１．５２５としたときのＶ溝形状の溝深さと反射率との関係を調べた結果を図１４と図１５に示す。ここで、微細溝のピッチを２００ｎｍ，３００ｎｍ，５００ｎｍとした。この結果から、例えばピッチ２００ｎｍ、深さ４００ｎｍ以上の微細Ｖ溝によって、どちらの偏光方向に対しても反射率は０．２％以下になることがわかる。このような関係から得られる微細溝形状を選択すれば、所望の反射防止機能を得ることができる。

本発明の成形品は、以上のような光学素子以外にも、回折光学素子やフレネルレンズ、一方向にのみ曲率を持っている光学素子、複雑な曲面形状の光学素子等にも応用することができる。以下にその実施例を示す。

［実施例６］
図１６は本発明の成形品からなる光学素子のさらに別の実施例であり、（ａ）は光学素子の光学表面の断面図、（ｂ）は光学表面の平面図であり、回折格子からなる光学素子の例である。
図１６のような回折格子６３からなる光学素子６０の光学表面の法線方向と光学素子成形時の離型の方向とが一致する箇所を基準点（中心点）６２として、その中心点６２から放射状に８分割する微細溝６１が光学表面に存在する。ここで、離型の方向は図１６の光学表面に対して紙面垂直方向に離型することとした。放射状の微細溝と微細溝の間にも微細溝が存在し、それぞれの隣りあう微細溝と微細溝との間隔を２８０ｎｍとする。本実施例の光学素子６０は、実施例１と同様にして、図１６に示すようなパターンの微細溝を少なくとも光学有効領域に形成した構成である。微細溝の形状は２８０ｎｍの幅で４３０ｎｍの深さのＶ溝形状である。光線の通過する方向に４３０ｎｍの深さのＶ溝形状であるほうが好ましい。このような微細パターンを有するガラス製の光学素子を成形するための成形型（図示せず）を作製し、その成形型を使用して光学素子を成形によって作製した。この光学素子は、離型性がよく、所望のＶ溝を形成することができ、反射防止性能として、波長が６５０ｎｍのレーザービームに対して光学表面の反射率を０．３％以下に抑えることができた。このような光学素子６０は、レーザービームをコリメートするための回折レンズとして使用することができ、光走査装置や光ピックアップ装置等に利用することができる。

本実施例の光学素子６０においては、各ブレーズにおける微細溝６１は図１６において連続的に見える状態であるが、各ブレーズにおける微細溝は、必ずしも連続でなくともよい。つまり、それぞれのブレーズごとに独立な配列パターンであってよい。
また、回折格子の他、フレネルレンズの光学表面にも、本実施例のような微細溝のパターンを採用することが可能である。

［実施例７］
図１７は本発明の成形品からなる光学素子のさらに別の実施例であり、一方向にのみ曲率をもつ円筒面状の光学表面を有する光学素子の例である。
図１７（ａ）に示すように一方向に曲率をもっている光学素子７０においては、その曲率と同じ一方向に向いた微細溝７１を光学表面に配列した。ここで、離型の方向は図１７（ａ）に示した矢印方向とした。本実施例の光学素子７０は、微細溝と微細溝の間隔を３００ｎｍとし、このような微細溝を少なくとも光学有効領域に形成した構成である。微細溝の形状は３００ｎｍの幅で４００ｎｍの深さの溝形状である。また、光線の通過する方向に４００ｎｍの深さの溝であるほうが好ましい。このような微細溝のパターンを有するガラス製の光学素子を成形するための成形型（図示せず）を作製し、その成形型を使用して光学素子を成形によって作製した。この光学素子７０は、離型性がよく、所望の溝を形成することができ、反射防止性能として、波長が６００ｎｍのレーザービームに対して光学表面の反射率を０．４％以下に抑えることができた。このような光学素子７０は、レーザービームをコリメートするためのシリンドリカルレンズとして使用することができ、光走査装置等に利用することができる。

なお、本実施例のように、一方向に曲率または傾斜をもっているような光学素子においては、微細溝は放射状ではなく、その曲率と同じあるいは傾斜と同じ方向の一方向に向けて延びるように形成され、等間隔に配列させる。
このように配列させることにより、図１７（ｂ）に示すように、微細溝が、光学素子の中心から外周まで所望の深さａで存在し、外周部は離型方向と平行な側面となり、離型時に溝の端部が引っかかることがない。

また、微細溝は、図１７（ｃ）に示すように、光学素子の中心から光学有効域、つまり光学性能が必要な領域内のみ所望の深さａに形成すればよく、光学有効域の外側から外周になるにつれ深さが小さくなるようにし、外周部では深さがほぼ０になるように形成しても良い。このように形成すれば、離型時に溝の端部が型に引っかかることが完全になくなり、離型性をより向上することができる。

なお、図１７（ａ）の形状の光学素子７０の場合にも、光学表面の中心部（半円筒状の表面の稜線部）には微細パターンが一方向に配列された溝群とは異なった溝や突起などからなるパターンを配置することができ、このようなときには、一方向に配列された溝群７１は光学素子７０の光学表面の中心（半円筒状の表面の稜線部）からではなく、中心部近傍の異なった溝や突起などからなるパターンの端部から、曲率と同じあるいは傾斜と同じ方向の一方向に向けて延びるように形成され、等間隔に配列される。

［実施例８］
図１８は本発明の成形品からなる光学素子のさらに別の実施例であり、レーザービームプリンタに搭載される光走査装置のｆθレンズのように、複雑な曲面形状を有する光学素子の例である。
この光学素子８０は、光学表面に、成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向が一致する箇所（基準点）８２が３箇所ある例であり、各基準点８２から図６の光学素子と同様に、放射状に微細溝８１が配置されている。なお、各基準点及び基準点近傍から放射状に延びる溝の幅、間隔や深さは、実施例１と同様に形成することができる。

以上の実施例１〜８に示したような微細構造パターンによる反射防止機能を有する光学素子は種々のレンズ等に応用でき、スチールカメラ、ビデオカメラ、光学顕微鏡、望遠鏡等の種々の光学装置に利用することが可能である。また、上記実施例で述べたように、光走査装置、画像表示装置、光ピックアップ装置等の光学系に用いるのに特に最適である。

［実施例９］
図１９は、本発明の光学素子を用いた光走査装置の一例を示す概略構成図である。図１９において、半導体レーザ１０１から発射された光束１０４はコリメートレンズ１０２とアパーチャ１０３を通過してビーム整形され、シリンドリカルレンズ１０５の作用により偏向器であるポリゴンミラー１０６の偏向反射面上に（副走査方向に結像し、主走査方向に長い）線像として結像され、走査結像光学系１０７（第一走査レンズ１０７−１，第二走査レンズ１０７−２）により、像担持体である感光体ドラム１０８の被走査面上をビームスポットとして走査される。また、被走査面となる感光体ドラム１０８の表面と光学的に等価な位置に、同期検知用のビーム検出センサ１０９が配備されており、主走査方向のビーム走査の開始位置が検知される。

このような構成の光走査装置１００では、コリメートレンズ１０２や、走査結像光学系１０７の第一走査レンズ１０７−１，第二走査レンズ１０７−２に、前述の本発明の光学素子を適用するとよく、光学素子の反射防止機能によりフレア光の発生等を防止でき、より鮮明な画像書き込みを行うことができる。

［実施例１０］
図２０は、本発明の光学素子を用いた画像表示装置（プロジェクター）の一例を示す概略構成図である。この画像表示装置２００は、図２０に示すように、少なくとも、光を放出する光源（ランプ）２０１と、画素を形成させる空間光変調器（例えば液晶ライトバルブ）２０３と、前記光を空間光変調器２０３に均一照明させる照明光学系２０２と、空間光変調器２０３からの画像光をスクリーン２０６に投影するための投射レンズ２０５と、空間光変調器２０３と投射レンズ２０５の間に配置されて光路を偏向する光路偏向素子２０４とを配置した構成となっている。

この画像表示装置２００では、空間光変調器（液晶ライトバルブ）２０３に光路偏向素子（画素ずらし素子、ウォブリング素子、光路シフト素子などとも言う）２０４を組み合わせた構成であり、このように、空間光変調器２０３からの画像の光の光路を偏向させる（画素ずらし）ことが可能な光路偏向素子２０４を用いることにより、空間光変調器２０３の整数倍の解像度の画像をスクリーン２０６上に表示することができる。
なお、空間光変調器（液晶ライトバルブ）２０３としては、１つの液晶ライトバルブ上にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色の画素を配置した単板式のものや、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の画像を個別に表示する液晶ライトバルブを重ね合わせた３板式のものなどが用いられ、カラー画像を表示することができる。

このような構成の画像表示装置２００では、照明光学系２０２に用いるレンズや回折光学素子、投射レンズ２０５等に、前述の本発明の光学素子を用いることができ、光学素子の反射防止機能によりフレア光の発生等を防止でき、より鮮明な画像表示を行うことができる。

［実施例１１］
図２１は、本発明の光学素子を用いた光ピックアップ装置の一例を示す概略構成図である。図２１において、光源（例えば半導体レーザー）３０１からの出射光はコリメートレンズ３０２により略平行光となり、偏光ビームスプリッタ３０３、１／４波長板３０４を通って対物レンズ３０５により記録媒体（例えば光ディスク）３０６に集光する。この光ディスク３０６からの反射光は対物レンズ３０５、１／４波長板３０４を通って光束分離手段である偏光ビームスプリッタ３０３により反射され、集光レンズ３０７により集束されて光検出器（受光素子）３０８上に照射される。

図２１の構成では、対物レンズ３０５は光ディスク３０６に対して、その光軸方向及び光軸に直交する方向に可動する機構（集光スポットの位置制御機構（図示せず））を有する構成となっており、光ディスク３０６に対する集光スポットの相対位置を調節することにより、光ディスク３０６中の記録層に光源３０１からの光を変調して照射し、情報の記録を行い、また、光源３０１からの光を光ディスク３０６中の記録層に照射して、その反射光を光検出器３０８で検知することで情報を読み出すことができる。

このような構成の光ピックアップ装置においては、コリメートレンズ２、対物レンズ５、集光レンズ８などに、前述の本発明の光学素子を用いることができ、光学素子の反射防止機能によりフレア光の発生等を防止でき、高精度に情報の記録、再生を行うことができる。

以上、本発明に係る成形品を光学素子に適用した実施例を説明したが、本発明の成形品は光学素子に限定されるものではなく、以下のように、濡れ性の制御や摩擦の制御等のために表面に微細溝パターンを形成する成形品にも適用できる。

［実施例１２］
濡れ性の制御例：
前述の実施例のいずれかと同様な微細溝パターンの反転パターンを形成した成形型を用いて、曲面上にピッチ４μｍ、幅２μｍ、高さ３μｍの矩形溝の微細パターンを形成した成形品を成形した。離型性を考慮して、微細溝は抜き勾配が２度となるように形成されている。これにより、曲面上に撥水性を付与でき、液体に対する濡れ性を制御可能となる。このときの液体の曲面に対する接触角は１７０度程度となった。このような成形品は、自動車のヘッドライト、テールライト、サイドマーカ等の様々な形状のライトのカバーなどに適用することができる。

摩擦力の制御例：
前述の実施例のいずれかと同様な微細溝パターンの反転パターンを形成した成形型を用いて、ピッチ５μｍ、幅３μｍ、高さ２μｍのＶ溝のパターンを形成した成形品を成形した。これにより、摩擦異方性を発現することができた。すなわち、Ｖ溝と平行な方向での摩擦係数は小さく、直交方向での摩擦係数は大きくなる。このような成形品は、特定な方向に摺動させるような部材に応用することができる。

本発明に係る成形品の微細溝パターンの一例を示す図である。 本発明に係る成形品の微細溝パターンの別の例を示す図であって、微細溝の向きと離型方向が一致している例を示す成形品の要部斜視図である。 従来の微細溝パターンと本発明の微細溝パターンの比較例の説明図である。 微細溝の向きと離型方向が一致している微細溝パターンの例を示す要部断面図である。 微細溝の向きと離型方向が一致していないが、離型可能な微細溝パターンの例を示す要部断面図である。 本発明の一実施例を示す光学素子（成形品）表面の平面図である。 本発明の別の実施例を示す光学素子（成形品）表面の平面図である。 本発明の別の実施例を示す光学素子（成形品）表面の平面図である。 離型方向に対して離型可能な微細溝の向きの範囲を示す図である。 離型方向に対して離型不可能な微細溝の向きを示す図である。 本発明の別の実施例を示す光学素子（成形品）表面の平面図である。 本発明の別の実施例を示す図であって、（ａ）は光学素子（成形品）表面の平面図、（ｂ）は光学素子の中心付近に設けた微小円錐形状の一部を示す斜視図である。 微細溝パターンと偏光方向の一例を示す図である。 図１３に示す微細溝パターンの溝深さとＴＥ波に対する反射率の関係を示す図である。 図１３に示す微細溝パターンの溝深さとＴＭ波に対する反射率の関係を示す図である。 本発明の別の実施例を示す図であって、（ａ）は回折光学素子の光学表面の断面図、（ｂ）は光学表面の平面図である。 本発明の別の実施例を示す図であって、（ａ）円筒状の光学素子の要部斜視図、（ｂ）、（ｃ）は光学素子の溝深さの説明図である。 本発明の別の実施例を示す図であって、（ａ）は光学素子の斜視図、（ｂ）は光学素子の光学表面の平面図である。 本発明の光学素子を用いた光走査装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の光学素子を用いた画像表示装置（プロジェクター）の一例を示す概略構成図である。 本発明の光学素子を用いた光ピックアップ装置の一例を示す概略構成図である。 従来の矩形溝パターンで矩形溝の向きと離型方向が一致している例を示す図である。 従来の矩形溝パターンで矩形溝の向きと離型方向が一致していない例を示す図である。 矩形溝の向きと離型方向が一致しているが斜面の傾斜度が大きいために矩形溝が成立しない例を示す図である。 特許文献１に記載の光走査装置と、走査レンズの格子パターンを示す図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０：光学素子（成形品）
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１：微細溝
２２，３２，４２，５２，６２，８２：基準点
１００：光走査装置
１０２：コリメートレンズ
１０５：シリンドリカルレンズ
１０７：走査結像光学系
１０７−１，１０７−２：走査レンズ
２００：画像表示装置
２０２：照明光学系
２０５：投射レンズ
３００：光ピックアップ装置
３０２：コリメートレンズ
３０５：対物レンズ
３０７：集光レンズ

Claims (17)

1. 型からの転写によって成形され、成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが角度をなす該表面に微細パターンを有する成形品において、
   前記表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って延びた微細溝が多数配列する微細溝群を有するとともに、隣り合う微細溝と微細溝の溝間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に前記微細溝が配列していることを特徴とする成形品。
2. 請求項１記載の成形品において、
   前記成形時の型開きによる離型方向と表面の法線方向とが一致する箇所を基準点とし、該基準点あるいは該基準点近傍から前記表面の斜面または曲面の傾斜する方向に沿って放射状に微細溝群が配列するとともに、前記放射状の微細溝群の隣り合う微細溝同士の間隔が所定の間隔以下となるように表面全体に前記微細溝が配列していることを特徴とする成形品。
3. 請求項２記載の成形品において、
   前記基準点付近の表面には、前記放射状の微細溝群とは異なった微細溝や突起などからなるパターンが配列していることを特徴とする成形品。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形品において、
   前記微細溝の幅は、前記微細溝群の隣り合う微細溝同士の間隔以下となるように形成されることを特徴とする成形品。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形品において、
   前記微細溝の幅は、前記微細溝群の隣り合う微細溝同士の間隔となるように形成されることを特徴とする成形品。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形品において、
   前記所定の溝間隔及び微細溝の幅は、使用する光の波長以下とし、前記微細溝群を配列した前記表面は、反射防止機能を有することを特徴とする成形品。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形品において、
   前記微細溝群を配列した前記表面は、撥水性を有し、液体に対する濡れ性を制御可能なことを特徴とする成形品。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形品において、
   前記微細溝群を配列した前記表面は、摩擦異方性を有することを特徴とする成形品。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の成形品を製造する成形型であって、
   該成形型の成形面には、前記微細溝群のパターンを反転した形状の微細パターンを有することを特徴とする成形型。
10. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形品からなり、透明材料で形成され、前記所定の溝間隔及び微細溝の幅は、使用する光の波長以下であり、前記微細溝群を配列した前記表面は、反射防止機能を有する光学表面であることを特徴とする光学素子。
11. 請求項１０記載の光学素子を用いたことを特徴とする光学装置。
12. 光源と、該光源からの光束をコリメートする光学系と、コリメートされた光束を偏向走査する偏向手段と、該変更手段で偏向走査された光束を被走査面に結像する走査結像光学系を備えた光走査装置において、
    前記コリメート光学系あるいは前記走査結像光学系に、請求項１０記載の光学素子を用いたことを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１２記載の光走査装置において、
    前記コリメート光学系のコリメートレンズに前記光学素子を用いたことを特徴とする光走査装置。
14. 請求項１２記載の光走査装置において、
    前記コリメート光学系のシリンドリカルレンズに前記光学素子を用いたことを特徴とする光走査装置。
15. 請求項１２記載の光走査装置において、
    前記走査結像光学系の走査レンズに前記光学素子を用いたことを特徴とする光走査装置。
16. 光源と、照明光学系と、画像表示素子と、投射レンズを備えた画像表示装置において、
    前記照明光学系を構成する光学素子、あるいは前記投射レンズに、請求項１０記載の光学素子を用いたことを特徴とする画像表示装置。
17. 光源と、該光源からの光束をコリメートする光学系と、コリメートされた光束を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光束を集光する集光レンズと、集光された光束を受光する受光素子を備えた光ピックアップ装置において、
    前記コリメート光学系、対物レンズ、集光レンズの少なくとも１つに、請求項１０記載の光学素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。

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