JP2008170486A - 光学素子及びそれを有する走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射防止効果を有する微細構造の格子を光学面に効率よく形成することができ、良好な光学性能（反射防止）を維持することで、高性能な光学素子及びそれを用いた走査光学系を得ること。
【解決手段】 曲率のある光学面Ｍを有する光学樹脂より成る光学素子Ｂであって、該光学面上には微細構造格子ａが原盤Ａを用いて射出成形により形成されており、該微細構造格子は該光学面の法線方向に立設する形状であって、該微細構造格子の該光学面から法線方向に測った高さをｈ、光軸と該光学面の法線とでなす平面内における微細構造格子の底面の長さをＷ、射出成形の際、該原盤を該光学素子から離型するときの方向と、該光学面の該微細構造格子が形成された位置での法線との成す角をθとするとき、
ｈ≦Ｗ／（２ｔａｎθ）
なる条件を満足すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学素子及びそれを有する走査光学系に関し、例えば電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタやデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。

従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）やデジタル複写機の走査光学系においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させている。そして偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。

図１０は従来の走査光学系（走査光学装置）の主走査断面内の要部断面図である。

同図において９１は光源手段であり、例えば半導体レーザ等よりなっている。９２はコリメータレンズ（集光レンズ）であり、光源手段９１から射出された発散光束を平行光束に変換している。９３は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。９４はシリンドリカルレンズであり、副走査断面内にのみ特定の屈折力を有し、主走査断面内で後述する光偏向器９５の偏向面９５ａに線像として結像させている。９５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば４面構成のポリゴンミラーよりなっており、モーター等の駆動手段（不図示）により図中Ｅ方向に一定速度で回転している。

９６は集光機能とｆθ特性とを有する結像光学系である。結像光学系９６は第１，第２の結像レンズ９６ａ、９６ｂよりなり、光偏向器９５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を被走査面としての感光ドラム面９７上に結像させる。かつ副走査断面内において光偏向器９５の偏向面９５ａと感光ドラム面９７との間を共役関係にすることにより、面倒れ補正機能を有している。

同図において半導体レーザ９１から出射した発散光束はコリメータレンズ９２により平行光束に変換され、開口絞り９３によって通過光束を制限してビーム形状を整形し、シリンドリカルレンズ９４に入射している。

シリンドリカルレンズ９４は入射した平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器９５の偏向面９５ａに主走査断面内に長い線像として結像している。

光偏向器９５を矢印Ｅ方向に回転させている。これにより光偏向器９５の偏向面９５ａで反射偏向された光束は第１，第２の結像レンズ９６ａ、９６ｂを介して感光ドラム面９７上を矢印Ｆ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面９７上に画像記録を行なっている。

ここで上記従来の走査光学系には以下に示すような課題が存在する。

近年の走査光学系は、構成される結像レンズが非球面形状を構成しやすく製造しやすいプラスチックで生産されることが一般的になっている。

しかしプラスチックレンズは技術的、製作的な理由からレンズ面に反射防止コートを施すことが困難であり、各レンズ面でのフレネル反射が発生してしまう。例えば図１１に示すように樹脂光学部材に光束を入射させたときのＰ偏向及びＳ偏向の反射率の角度依存性を見ると、光学面におけるフレネル反射は入射角によって数％から１０％以上の大きなものとなる。

従って、反射防止コートを省略したレンズ面で生じるフレネル反射光が、他のレンズ面で反射して最終的に被走査面に到達してゴーストとなる。例えば図１０に示すように最も光偏向器９５に近いレンズ面９６ａ１が凹面形状で入射光束が垂直に近いと、このレンズ面９６ａ１でのフレネル反射光が光偏向器９５に戻る。この結果、光偏向器９５の偏向面９５ａで反射して結像光学系９６を通過後、被走査面９７上に到達してゴーストとなってしまう。

レーザビームプリンタの画像形成方式にもよるが、ゴースト光が正規の光束に対して、１％を超えると画像劣化が顕著になってくる。

そこで近年では反射防止コートに代わり、反射防止効果を有する微細構造格子をレンズ面に施したものを用いる手法が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１で開示されている微細構造は、ＳＷＳ（Sub Wavelength Stractured Greating）と呼ばれるもので、波長オーダーの凹凸の格子を光学面に設けると反射防止効果を有することを開示している。

これは、波長レベルの高さや底面積を有する微細な突起形状の格子をレンズ面全体に施したもので、適切な形状に設定すれば表面反射率は１％以下に抑えられるというものである。

この手法に拠れば、プラスチックレンズであっても、反射防止コートを施すことなく、容易に反射防止効果が得られる。
特開２００３−１８５９５５号公報

微細な突起形状の格子は、必要とする波長、光の入射角度、反射率によって最適化された形状が設定されるが、光学性能を十分発揮するためには、設計値通りの形状の格子がレンズ表面に形成されることが必要である。

微細な突起形状の格子を付設したレンズを製作するに当っては、一般的なプララスチックレンズの製法である射出成形法を用いる。

つまり、表面上にレンズ性能を転写するための形状が加工された金型をまず用意し、それを射出成形により目的のレンズ面へ転写する。成形時には、金型のキャビティ（原盤）と呼ばれる部分に樹脂が充填され、冷却した後に樹脂が固まるのを見計らってイジェクトピンにより型が光軸方向に分離されて成形品であるレンズが取り出される。

ここで、例として揚げた図１０の第１の結像レンズ９６ａのようなレンズ形状を考える。

成形加工時、レンズ面を転写した型は通常、光軸方向に分離（離型）される。レンズ面９６ａ１は凹面であるが、微細構造を付加しない場合の通常の成形においては、通常の手法どおり光軸方向に金型が離型してレンズが取り出される。

ところが、レンズ表面に微細構造の格子が形成されている場合、例えば図１２にその一部を示すように、各格子ａはレンズ面（光学面）Ｍ（９６ａ１）の各位置において法線方向ＲＨに立設している。

図１２に示すように離型方向Ｓと法線方向ＲＨは角度αを成しており、各格子ａを形成した型（金型）Ａ側の孔部ｂは、従来の手法で光軸方向Ｌａに離型して行くと、光学面Ｍ上に形成した格子ａと干渉してしまう。

すると離型時に転写形成された格子ａが型Ａに引きずられて変形あるいは切断され、格子ａの高さｈが設定値どおりに形成できなくなる。しかもレンズ面９６ａ１のような比較的曲率の強い面の場合、光軸Ｌａから離れた周辺部における離型方向Ｓと法線ＲＨとの成す角度αは軸上と比べてより大きくなり、干渉する度合いも大きくなる。

このように設定した格子ａの形状が正しく型Ａから転写されないと反射防止効果が十分発揮できず、上述のようなゴースト光を発生する要因となってしまう。

本発明は反射防止効果を有する微細構造の格子を光学面に効率よく形成することができ、良好な光学性能（反射防止）を維持することで、高性能な光学素子及びそれを用いた高画質な画像形成ができる走査光学系又は画像形成装置の提供を目的とする。

また本発明は蒸着膜に代わる反射防止手段をより確実にすることで製造が容易な光学素子の提供を目的とする。

請求項１の発明の光学素子は、
曲率のある光学面を有する樹脂より成る光学素子であって、
該光学面上には微細構造格子が成形型を用いて射出成形により形成されており、該微細構造格子は該光学面の法線方向に立設する形状であって、
該微細構造格子の該光学面から法線方向に測った高さをｈ、光軸と該光学面の法線とでなす平面内における格子の底面の長さをＷ、射出成形の際、該成形型を該光学素子から離型するときの方向と、該光学面の該微細構造格子が形成された位置での法線との成す角をθとするとき、
ｈ≦Ｗ／（２ｔａｎθ）
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項２の発明の光学素子は、
曲率のある光学面を有する樹脂より成る光学素子であって、
該光学面上には微細構造格子が成形型を用いて射出成形により形成されており、該微細構造格子は該光学面の法線方向に立設する形状であって、
該光学面の曲率半径をＲ、該微細構造格子の該光学面から法線方向に測った高さをｈ、光軸と該光学面の法線とでなす平面内における微細構造格子の底面の長さをＷ、該光学面の該格子が形成された位置の光軸からの高さをＤとするとき、
Ｗ（Ｒ²−Ｄ²）^1/2／２Ｄ≧ｈ
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項３の発明の光学素子は、
曲率のある光学面を有する樹脂より成る光学素子であって、
該光学面上には微細構造格子が成形型を用いて射出成形により形成されており、該微細構造格子は該光学面の法線方向に立設する形状であって、
該微細構造格子の該光学面から法線方向に測った高さをｈ、光軸と該光学面の法線とでなす平面内における微細構造格子の底面の長さをＷ、該光学面の該微細構造格子が形成された位置の光軸からの距離ｙにおける該光学面の法線と光軸とのなす角をｆ´(y)するとき、
Ｗ／２ｆ´(ｙ)≧ｈ
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、
前記微細構造格子は、円錐形状、又は多角錐形状であることを特徴としている。

請求項５の発明の走査光学装置は、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学素子を備えた結像光学系と、光源手段と、該光源手段から出射した光束を偏向走査する偏向手段と、を備え、
該偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束を該結像光学系を介して被走査面上に結像させることを特徴としている。

請求項６の発明の画像形成装置は、
請求項５に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴としている。

請求項７の発明の画像形成装置は、
請求項５に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。

本発明によれば反射防止効果を有する微細構造の格子を光学面に効率よく形成することができ、良好な光学性能（反射防止）を維持することで、高性能な光学素子及びそれを用いた高画質な画像形成ができる走査光学系又は画像形成装置を達成することができる。

また本発明によれば蒸着膜に代わる反射防止手段をより確実にすることで製造が容易な光学素子を達成することができる。

以下に本発明の微細構造格子の定義を示す。

微細構造格子は、いわゆる０次格子としての条件を満たす格子ピッチＰが選択される。微細構造格子はＳＷＳ（ｓｕｂｗａｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と称される。

その格子ピッチは使用光源の波長オーダー以下（ナノオーダー）であり、回折作用を有さない０次光の使用を対象としている。

０次格子とは、周期状の微細構造格子において０次格子以外の回折光が生じない格子である。

通常、周期状の構造格子では回折の条件式
Ｐ（Ｎｓ・ｓｉｎθｍ−Ｎｉ・ｓｉｎθｉ）＝ｍλ ・・・（ａ）
但し、Ｐ ：格子ピッチ、
Ｎｉ：入射側の（構造格子の媒質の）屈折率、
θｉ：入射角度、
θｍ：ｍ次の回折角度、
Ｎｓ：出射側の（構造格子の媒質の）屈折率、
ｍ：回折次数、
λ：使用波長
を満たす回折角度で回折光が発生する。条件式（ａ）より明らかであるが回折角はθｍ≧θ１（ｍ＝１）である。

＋１次の回折光が発生しない条件として、垂直入射のときは
θ＋１≧９０° ・・・（ｂ）
であるので、
Ｐ＜λ／（Ｎｓ＋Ｎｉ・ｓｉｎθｉ） ・・・（ｃ）
が０次格子の条件であることが示されている。

尚、最軸外のときはθ＋１が９０度以上と成り、格子ピッチＰは更に小さいピッチＰａとなる。入射角度が０度以外のときは格子ピッチＰは更に小さくする必要がある。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
（実施例）
図８は、本発明の光学素子を有する走査光学系を用いた画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。

図８において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータDｃが入力される。このコードデータDｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Dｉに変換される。この画像データDｉは、走査光学系（走査光学装置）１００に入力される。そして、この走査光学系１００からは、画像データDｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。

そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。

そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記走査光学系１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。

先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データDｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成する。
この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。

現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図８において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。

以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図８において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されている。次いで転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着する。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出させる。

図８においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する走査光学装置内のモータなどの制御を行う。

次に本発明の光学素子を有する走査光学系（走査光学装置）について説明する。

図２に本発明における微細構造格子を施した光学素子を採用した走査光学系（走査光学装置）の構成を示す。

基本的には前記図１０に示した従来の走査光学系と同じである。同図においては、結像光学系（ｆθレンズ系）６を構成する光学樹脂より成る第１、第２の結像レンズ(樹脂レンズ)６ａ、６ｂのうち、第１の結像レンズ６ａの入射側の面(光学面)６ａ１上の部分には本実施例における微細構造の格子ａが施されている。

図２は本発明の走査光学系（走査光学装置）の主走査断面内の要部断面図である。

同図において１は光源手段であり、例えば半導体レーザ等よりなっている。２はコリメータレンズ（集光レンズ）であり、光源手段１から射出された発散光束を平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査断面内にのみ特定の屈折力を有し、主走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面５ａに線像として結像させている。５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば４面構成のポリゴンミラーよりなっており、モーター等の駆動手段（不図示）により図中Ｅ方向に一定速度で回転している。

６は集光機能とｆθ特性とを有する結像光学系である。結像光学系６は第１，第２の結像レンズ６ａ、６ｂよりなり、光偏向器５によって偏向走査された画像情報に基づく光束を被走査面としての感光ドラム面７上に結像させる。かつ副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａと感光ドラム面７との間を共役関係にすることにより、面倒れ補正機能を有している。

同図において半導体レーザ１から出射した発散光束はコリメータレンズ２により平行光束に変換され、開口絞り３によって通過光束を制限してビーム形状を整形し、シリンドリカルレンズ４に入射している。

シリンドリカルレンズ４は入射した平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の偏向面５ａに主走査断面内に長い線像として結像している。

光偏向器５を矢印Ｅ方向に回転させている。これにより光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は第１，第２の結像レンズ６ａ、６ｂを介して感光ドラム面（感光体）７上を矢印Ｆ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。

尚、微細構造の格子ａは第１の結像レンズ６ａの入射側の面６ａ１に限らず、例えば第１の結像レンズ６ａの出射側の面や第２の結像レンズ６ｂの入射側の面や出射側の面に設けても良い。

微細構造を構成する突起形状により反射防止効果の度合いが異なるが、最も単純なのが円柱、多角柱等で構成されるものである。これらの格子を光学面(レンズ面)上に形成すると、光学面表面から格子の先端高さまでの空間には、格子の形成されていない空間と格子の存在する空間が交互に並ぶことになる。

これは言い換えると、光学面表面から格子先端までの空間が、空気と格子組成物質との平均的屈折率を有する物質が配置されたことと等価となり、光学面表面に単層コートされたことと同じ効果が得られる。

前記空間の屈折率は、格子と格子のない部分の空間に占める比率で決まり、これは言い換えると光学面に対する格子の占有面積比率で求まるということになる。

我々の計算において、前述の走査光学系に用いる光源である半導体レーザの発信波長780nmでの最も反射防止効果が得られる前記面積比率は、40〜50％であるという試算を得た。このことから面積比率を40％として設定し、発信波長780nmで最も反射防止効果が得られる格子高さを求めると160nmとなった。

つまり、780nmを目的の波長にすえたとき、面積比率40％、格子高さ160nmの微細構造として光学面表面に形成すれば、最適な光学性能が得られることがわかった。

更に格子形状を円錐や四角錐のような突起形状にした場合、前述のように空間と格子の占める面積の比率が格子の高さ方向で連続的に変化するため、これは複数の膜が構成されたマルチコートのよう効果を示す。

ここで微細な格子が形成された樹脂レンズを成形型（原盤）より離型するときの最適な条件を考える。

まず格子を型により形成する方法としては、多段陽極酸化法という手法を用いる。

図６を用いて説明すると、まず表面にアルミ層が形成された型を用意する。アルミ層の厚み半分を陽極酸化して溶解し（図６（ａ））、細孔の孔径を広げ、再度陽極酸化して残りのアルミ膜を陽極酸化することでステップ状に孔径が細くなる細孔を金型表面に形成する。（図６(ｂ)、(ｃ)）。

格子は図６（ｃ）のこの型を用いて光学面の曲面上の各位置での法線方向に沿って形成される。

尚、図４では、光学面Ｍに立設した格子ａが金型Ａを矢印Ｓ方向に離型するとき、金型Ａの孔部ｂの一部が干渉してしまう。この結果、格子ａの形状が変形してしまい、反射防止効果が低下してしまう。このため各実施例では次のようにして光学面Ｍ上に金型Ａを用いて格子ａを形成している。

図１は本発明の実施例１の要部概略図であり、光学樹脂より成る光学素子としての樹脂レンズ(結像レンズ)Ｂに設定された曲面(光学面)Ｍに対して、格子ａが形成されている様子が描かれている。

尚、図１では簡単のため、格子ａと孔部ｂを１つのみ示している。

図１においてＡはこの樹脂レンズＢを射出成形する際の光学面(レンズ面)Ｍを転写する成形型としての金型(以下、単に「型」と称す。)である。樹脂レンズＢはプラスチックレンズでは標準的な手法である前述の射出成形により製作され、同時に光学面Ｍから突出した格子ａが型Ａの孔部ｂにより形成される。

さて射出成形時に型Ａを離型する際、通常、型Ａは光軸Ｌａ方向であるＸ方向へと離型される。このとき、離型される型Ａと格子ａが干渉しないように型Ａの孔部ｂの形状の条件を考える。

微細構造の格子ａが光学面Ｍの法線ＲＨに沿った方向に立設する円錐形状あるいは多角錐形状の格子で構成されるとき、
ｈ≦Ｗ／（２ｔａｎθ） ・・・・・・・・・・・・・・（式１）
ｈ：格子ａの光学面Ｍから法線方向ＲＨに測った高さ
Ｗ：光軸Ｌａと光学面Ｍの法線ＬＨとでなす平面内における格子ａの底面の長さ
θ：原盤Ａを光学素子Ｂから離型するときの方向（ｘ方向）と、光学面Ｍの格子ａが形成された位置での法線ＲＨとの成す角
となるように構成することにより、離型時の型Ａと格子ａの干渉を避けることが可能になる。

尚、本実施例における格子ａは、円錐形状、又は多角錐形状で構成されている。

上記(式１)では、光軸Ｌａに対して傾いている光学面Ｍに対する一般的な条件を示している。例えば光軸Ｌａから単純に傾いた光学面（光軸上に頂点を有する円錐面など）Ｍや、光軸Ｌａに対して垂直な光学面Ｍを光軸Ｌａ上に有する台形状のプリズムの斜辺などにもこれを適用できる。

図３は本発明の実施例２の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

図３に示すように光学面Ｍを凹形状の球面と限って考えれば、
Ｗ（Ｒ²−Ｄ²）^1/2／２Ｄ≧ｈ ・・・・・・・・・・・・・・（式２）
Ｒ：光学面Ｍの曲率半径
Ｄ：光学面Ｍの格子ａが形成された位置の光軸Ｌａからの高さ
ｈ：格子ａの光学面Ｍから法線方向ＲＨに測った高さ
Ｗ：光軸Ｌａと光学面Ｍの法線ＬＨとでなす平面内における格子ａの底面の長さ
というように表すことができ、形成する格子ａの高さｈ、底面の幅Ｗから施行できる面形状を設定すれば格子ａと型Ａの干渉は起きない。あるいはこの条件を満たす光学面を選んで格子を設定すればよい。

樹脂レンズで形成される結像レンズは、実際には設計の自由度から非球面で構成されることが多い。

図５は本発明の実施例３の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

微細構造を施す光学面Ｍが図５に示すような非球面である場合、光学面Ｍの法線ＲＨは球面のように一ヶ所に向いておらず光軸Ｌａからの高さｙにより変化するので、光学面Ｍの曲率から規定することができない。

そこで以下の条件を満たすように設定する。

Ｗ／２ｆ´(y)≧ｈ ・・・・・・・・・・・・・・（式３）
Ｗ：光軸Ｌａと光学面Ｍの法線ＬＨとでなす平面内における格子ａの底面の長さ
ｆ´(y)：光学面Ｍの格子ａが形成された位置の光軸Ｌａからの距離ｙにおける光学面Ｍの法線ＲＨと光軸Ｌａとのなす角
ｈ：格子ａの光学面Ｍから法線方向ＲＨに測った高さ
このように光学面Ｍの光軸Ｌａからの各位置ｙにおける面法線ＲＨの傾き角ｆ´(y)を算出し、その法線ＲＨの角度ｆ´(y)が離型時に格子ａと干渉しないようにすればよい。

具体的には光学面（レンズ面）を表す多項式の一次微分を求め、これにより光学面の位置ごとの傾きを求めて法線方向を算出し、これらが離型方向と干渉しないようにすればよい。因みに、この非球面に対する手法は前記の光学面が球面の場合でも適用できる。

次に前述のように光学面の各形状に応じて格子と成形型が干渉しないように設定することができず、やむを得ず干渉してしまう場合を考える。

この場合、最も反射防止効果に影響を及ぼす要素は、型と格子が干渉したことにより変形する格子の高さである。特に円錐や多角錐のような推形状の格子は、型との干渉が起るとそのまま格子高さに影響がでる。

微細構造を正確に形成するためには干渉の他に、以下のような注意も必要である。

例えば材料となる樹脂の射出成形時の粘度は、通常の成形時には鏡面を正しく転写するのに十分事足りるものであっても、ナノレベルの細い孔に深く入り込んでいくための最適値にもなっているとは限らない。

この他、微細構造を付加した光学素子を成形する型の温度、射出充填時間、圧力などが適切でないと、格子が光学面に十分に形成されない場合がある。

通常の樹脂レンズにおいてもこれら成形条件を詰めていく作業は伴うが、微細構造の格子を形成する場合も同様に別条件を詰めていくことが必要となる。言いかえれば、成形条件さえきちんと整えれば光学面に格子のない通常のレンズの成形となんら変わりなく成形することが可能である。

また、レンズ面そのものの形状は、微細構造を施したことによる変形等の影響はないことが実験により確認されており、微細構造の格子の有無によりピントの変化やスポット結像性能の劣化がないことも確認されている。

以上述べたように、実際に作成される曲面上の微細構造の格子の形状は、前述の型との干渉による格子高さへの影響と、成形条件による格子高さへの影響が複合している。

本実施例においては、これらの影響を含めて考え、観測された格子の高さの分布がある程度確保できていれば光学性能が得られるという実験結果から以下のような条件を導いた。

つまり微細構造の格子を施した光学面において、単一面積内の各格子の高さを累積度数分布で表した時、目標とする格子の高さの分布中の位置が、分布の高い値からの累積で６０％以上の中に含まれるように光学素子を作成することである。

例えば、全ての格子が目標の高さ160nmでできていれば、160nmにおける累積度数は100％であり、単位面積あたりに仮に格子が100あって、その中の一つだけが高さ160nmを超えていれば高い値からの分布の累積で１％という計算になる。

我々の実験結果によれば、目的の格子の高さが累積分布上位から60％を超えたところに存在するようにすれば表面反射成分が１％以下になることを確認している。

これは、実験による微細構造を施した面からの反射率に、レンズの他の面、つまり微細構造を施していない面のフレネル反射成分と、材料内部での吸収による透過損失を加味して算出したものである。

以下に走査光学系の結像レンズ（ｆθレンズ）の一面に本発明の微細構造格子を施した光学素子を配置した際の実施例４を説明する。

上記表１は前述の実施例２で実施された凹形状の球面レンズを用いた場合の格子と光学面の曲率半径Ｒ及び光軸からの高さ（距離）Ｄの関係を示したものである。

なお、使用波長が780nmであるため格子の高さは160nm、格子の幅は300nmである。

＜表１＞からわかるように、例えば、曲率半径R10の面形状の場合、型が160nmの高さの格子と干渉しないためには光学面の光軸からの高さが約8.5mmの高さ以下で用いればよい。つまり、有効径として17mmの光学素子であれば問題なく格子を型と干渉せずに配置できる。

曲率半径R30の光学面であれば、光軸からの高さが20mm、つまり有効径として長さ40mm以下であれば、問題なく配置させることができることを示している。

本実施例では波長780nmで計算した例を示したが、他の波長であれば、これに準じて上記確認を行えば、予め格子の型との干渉を防ぐことができ、光学性能のよい微細構造格子を施した光学素子が形成できる。

次に型と格子が干渉している状態で光学性能を維持する実施例５を説明する。

目標としたのは半導体レーザを光源とすることから発振波長780nmでの反射防止効果を狙ったものであり、前述の面積比率40％、格子高さ160nmを目指したものである。

このような条件で行った試作は以下のようになった。

＜表２＞は微細構造の格子の高さの分布の異なるサンプル各種と、そこから得られた光学面の反射率との関係を表している。

本実施例では格子は矩形形状（円筒）を基本としており、この場合、原理的に格子と型の干渉は避けられない。

また、型の孔の奥底まで材料である光学樹脂が行き渡らないことや、ある程度干渉することを念頭に入れて設計時の型の孔の深さを少し高めに設定し、成形条件を適宜検討して格子の高さと反射率の関係を検討した。

施した格子の単位面積あたりの高さの分布を見たのが図７である。図７では単位面積において格子高さの高い方から順に数えていき、同じく単位面積あたり全体の格子の中での占めている累積割合を算出したものである。単純に言うと単位面積あたりで一番高い格子から数えて全体の半数が160nmを超えていれば、160nmという格子高さは上位からの累積度数分布として50％ということになる。

図７において同様にして見ると、高さ160nm以上(〜250nm)の格子が累積度数分布が62.1〜88.3％と多く存在しているものが、その微細構造の格子を施している光学面の反射率を低減し、反射防止効果が十分得られていることがわかる。

表２において、サンプルＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉは160nmの格子高さは高い方から共に60％以上の累積位置に存在している。その中でも最も反射率が低いサンプルＩの条件を採用することで、表面反射が0.6％と少ない良好な反射防止効果を有する光学面を得ることができた。

［カラー画像形成装置］
図９は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、前記図２の走査光学系（走査光学装置）を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図９において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々前記図２に示した走査光学系（走査光学装置）、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。尚、図９においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。

図９において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ走査光学系１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの走査光学系からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。

本実施例におけるカラー画像形成装置は走査光学系（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。

本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの走査光学系１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。

前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。

本発明の実施例１の曲面における微細構造が型と干渉しないことを説明する図 本発明の光学素子を用いた走査光学系（走査光学装置）の主走査断面図 本発明の実施例２の球面の光学面において型と干渉させない様子を説明する図 格子が型と干渉する様子を説明する図 本発明の実施例３の非球面において微細構造を施す際の説明図 陽極酸化の様子を説明する図 本発明の実施例５を説明する図。 本発明の画像形成装置を示す副走査断面図 本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図 従来の走査光学装置の要部概略図 光学面の入射角度に応じて反射率が変化する様子を示す図 成形時に離型方向と曲面上の法線がなす角を示す図

符号の説明

１ 光源手段
２ 集光レンズ（コリメータレンズ）
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（ポリゴンミラー）
５ａ 偏向面
６ 結像光学系（ｆθレンズ系）
６ａ 第１の結像レンズ
６ｂ 第２の結像レンズ
７ 被走査面（感光体ドラム）
Ａ 金型
Ｂ 光学素子
ａ 格子
ｂ 孔部
Ｍ 光学面（レンズ面）
１１、１２、１３、１４ 走査光学系（走査光学装置）
２１、２２、２３、２４ 像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４ 現像器
４１、４２、４３、４４ 光ビーム
５１ 搬送ベルト
５２ 外部機器
５３ プリンタコントローラ
６０ カラー画像形成装置
１００ 走査光学系
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０４ 画像形成装置
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１１ プリンタコントローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器

Claims (7)

1. 曲率のある光学面を有する樹脂より成る光学素子であって、
   該光学面上には微細構造格子が成形型を用いて射出成形により形成されており、該微細構造格子は該光学面の法線方向に立設する形状であって、
   該微細構造格子の該光学面から法線方向に測った高さをｈ、光軸と該光学面の法線とでなす平面内における格子の底面の長さをＷ、射出成形の際、該成形型を該光学素子から離型するときの方向と、該光学面の該微細構造格子が形成された位置での法線との成す角をθとするとき、
   ｈ≦Ｗ／（２ｔａｎθ）
   なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
2. 曲率のある光学面を有する樹脂より成る光学素子であって、
   該光学面上には微細構造格子が成形型を用いて射出成形により形成されており、該微細構造格子は該光学面の法線方向に立設する形状であって、
   該光学面の曲率半径をＲ、該微細構造格子の該光学面から法線方向に測った高さをｈ、光軸と該光学面の法線とでなす平面内における微細構造格子の底面の長さをＷ、該光学面の該格子が形成された位置の光軸からの高さをＤとするとき、
   Ｗ（Ｒ²−Ｄ²）^1/2／２Ｄ≧ｈ
   なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
3. 曲率のある光学面を有する樹脂より成る光学素子であって、
   該光学面上には微細構造格子が成形型を用いて射出成形により形成されており、該微細構造格子は該光学面の法線方向に立設する形状であって、
   該微細構造格子の該光学面から法線方向に測った高さをｈ、光軸と該光学面の法線とでなす平面内における微細構造格子の底面の長さをＷ、該光学面の該微細構造格子が形成された位置の光軸からの距離ｙにおける該光学面の法線と光軸とのなす角をｆ´(y)するとき、
   Ｗ／２ｆ´(ｙ)≧ｈ
   なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
4. 前記微細構造格子は、円錐形状、又は多角錐形状であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光学素子。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学素子を備えた結像光学系と、光源手段と、該光源手段から出射した光束を偏向走査する偏向手段と、を備え、
   該偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束を該結像光学系を介して被走査面上に結像させることを特徴とする走査光学装置。
6. 請求項５に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項５に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。