JP5751796B2 - 光学素子の製造方法および光学素子 - Google Patents

Description

本発明は高精度が要求される光学素子成形品を射出成形や射出圧縮成形などで製造する際の光学素子の成形方法および光学素子に関するものである。特にレーザービームプリンタや複写機の走査光学系に用いられるｆθレンズなどのような角型プラスチック光学素子の成形方法および光学素子に関するものである。

近年、レーザー走査光学系に用いられるｆθレンズなどの光学素子においては、プリンタや複写機の高性能化、省スペース化に伴い、副走査方向のレンズの幅をレンズの肉厚よりも小さくしたレンズの実用化が強く求められている。このように副走査方向のレンズの幅を小さくし、レンズを薄型化した場合、複屈折や内部屈折率分布などの光学性能が悪化することがわかっており、その対策が重要になっている。特にこの問題は樹脂材料からなる光学素子において顕著に表れる。複屈折が大きいと光がレンズを透過する際に異常光が発生し、ビームスポットの変形、回転、肥大などの問題が起こる。また屈折率分布は樹脂特有の粘弾性特性により緩和挙動を示すので、これにより屈折率分布が大きいレンズは時間経過とともにスポット位置が変動するという問題がある。

これらの光学性能悪化の要因は、樹脂の冷却収縮過程における冷却速度の局部的な差により成形品内部に発生する内部歪によるものであることが知られている。従来技術において内部歪を低減し光学性能を向上させる手法や、複屈折の影響が出ない方向に樹脂を配向させることで光学性能を向上させる手法が開示されている。
例えば特許文献１では、金型内における第１冷却工程で光学面から先に冷却し、さらに金型から取り出した後に第２冷却工程で徐冷することで、内部の屈折率分布を低減する技術が開示されている。

特許文献２では、機能駒をガラス転移点（以下Ｔｇと記す）以下とし、かつ側面駒の一部をＴｇ以上（Ｔｇ＋３０）以下とした状態のまま成形品の取り出しを行うことでヒケを非光学部のみに発生させることにより、内部歪を低減する技術が開示されている。

特許文献３では、金型内において光軸方向と略直交する方向に固化が進行するように冷却することにより、製品として使用する際のレーザー偏光方向に対して問題となる角度を持った配向を少なくし、複屈折の影響を少なくする技術が開示されている。

一方でプラスチック光学素子の光学面には回折格子や反射防止機能を持った微細形状が設けられることがある。このような微細形状を設けることができるのは素子材料としてプラスチックを選定する上で大きなメリットの一つとなっており、それは角型プラスチック光学素子でも同様である。微細形状を精度よく形成するためには金型形状を忠実に素子表面に転写することが必要であり、金型温度をガラス転移温度付近まで高くするなど対策が取られる。しかしながら金型温度を高くすることにより成形サイクルが長くなりコスト高になるという問題が発生する。従来技術においてこの問題を解決するために、成形前に金型の微細形状部分を予め加熱し樹脂射出後に低温で冷却する、ヒートサイクル成形という手法が開示されている。

特許文献４では高周波誘導加熱を利用し型表面のみを成形前に急速加熱することで、高い転写性と生産性を両立する手法が開示されている。

特開２００２−２８３３５２号公報 特開２００６−１５０７３４号公報 特開平９−１９３２５７号公報 特公平１−２２１２８号公報

本発明が解決しようとする課題は上記二つの課題、すなわち光学性能の改善、特に複屈折の低減と微細形状の高転写性を同時に満足することにある。

上記特許文献１には、金型内で光学面から先に冷却する手法として機能駒を側面駒よりも低温にする手法が開示されている。しかし、この方法には金型をＴｇ以上に加熱する工程がないため、複屈折を改善することは難しい。またＴｇ未満に温調された側面駒よりもさらに低温にした機能駒によって成形するため、微細形状の転写性も十分に得られないという問題があった。

また上記引用文献２には、側面駒の温度をＴｇ以上（Ｔｇ＋３０）以下とした状態で、樹脂を充填、冷却、取出しを行うことが記載されている。しかし、側面をひけさせるため側面駒の温度がＴｇ以上の時成形品を金型から取出すことが必要であり、そのため光学素子の光学面の形状精度が安定せず、近年求められるようになった光学性能を満たすために更なる改善が求められていた。

また上記引用文献３のように、光軸方向と直交方向に樹脂を配向させた場合、製品使用時のレーザー偏光方向に対する複屈折の影響が少なからず残り、近年求められるようになった光学性能を満たすために更なる改善が求められていた。

また上記引用文献４には高転写性を実現するための手法を開示したものであるが、光学性能に対する考慮がされておらず、近年求められている光学性能を満たすために更なる改善が求められていた。

本出願に係わる発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで光学性能に優れた光学素子および光学素子を成形する方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の光学素子の製造方法は、光学面を形成する機能駒と、前記光学面と隣接する側面を形成する側面駒と、を有する金型を用いて光学素子を成形する光学素子の製造方法であって、前記機能駒と前記側面駒とに囲まれた空間である前記金型のキャビティに、樹脂を射出し充填する射出充填工程と、前記金型を冷却し、前記キャビティに充填された樹脂を冷却する金型冷却工程と、前記冷却された樹脂を前記金型から取り出す工程と、を有し、前記金型冷却工程において、前記側面駒の温度がＴｇまで冷却された時、前記機能駒の温度が（Ｔｇ−３０）℃以上（Ｔｇ−５）℃以下となるように前記金型を冷却することを特徴とする。

また、本発明の光学素子は、上記光学素子の製造方法を用いて製造された光学素子であって、光軸方向の肉厚よりも副走査方向の肉厚の方が小さく、前記副走査方向よりも主走査方向に長い光学面を有し、前記光軸方向から見た光学有効領域内における複屈折の主軸角差が２０度以下であって、かつ、前記光軸方向から見た前記光学有効領域内における複屈折の主軸角差は、側面方向から見た複屈折の主軸角差よりも小さいことを特徴とする。

以上説明したように本発明の成形方法によれば、側面駒の温度がＴｇとなったときに前記機能駒の温度が（Ｔｇ−３０）℃以上（Ｔｇ−５）℃以下になるように金型を冷却する。これにより金型内での冷却方向は図３（ｂ）のようになり、樹脂の配向方向もこの方向にならい、素子性能として必要となる光軸方向から見た複屈折を改善できる。また、光学素子を十分冷却してから金型から取り出すことが可能となり、光学面の形状精度も向上する。よって、光学性能に優れた光学素子を成形することが可能となる。

成形中の温度履歴を表す図 光学素子の一例の概略斜視図 図２中Ａ断面の金型内における樹脂の冷却方向を表す図 射出成形用金型の概略断面図 複屈折とビームスポットの関係を表す図 成形品中における樹脂の配向の方向を表す図 観察方向（光軸方向、側面方向）と主軸角差の関係を表す図 機能駒温度と転写性の関係を表す図

（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態における光学素子の成形方法の特徴を最もよく表す図面であり、成形中の時間経過に伴う金型温度の変化を表している。１は機能駒の温度履歴、２は側面駒の温度履歴である。ａは金型（キャビティ）内に樹脂が射出充填された時間を示す。ｂは側面駒１１の温度が再びＴｇとなる時間を示す。ｃは金型が開く時間を示す。図２は本発明の光学素子の一例であるｆθレンズ３の斜視図を示す。Ｘ方向のレンズの肉厚よりもＺ方向のレンズの肉厚の方が小さく、Ｚ方向よりもＹ方向に長い光学面を有する。ｆθレンズ３は、例えば、レーザービームプリンタのスキャナユニットに使用されるレンズであり、ポリゴンミラー等の光偏向器によって偏向されたレーザーを感光ドラム上に等速走査させつつ結像させるレンズである。４は光線が透過する光学面、５は光学面と隣接する非光学面、すなわち側面である。光学面には、光学有効領域（画像形成に有効な光線が通過する領域）と非光学有効領域（画像形成に有効でない光線が通過する領域）が存在する。本明細書においては、図２におけるＸ方向を光軸方向、Ｙ方向を主走査方向、Ｚ方向を副走査方向、光学面と隣接する非光学面５を側面と称することにする。ｆθレンズ３は熱可塑性プラスチックを用いて製造されることが多く、例えば日本ゼオン社製ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）や三井化学社製ＡＰＥＬ（登録商標）、ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ（登録商標）などを用いて射出成形により製造される。

図４は本発明の一実施形態における光学素子の成形方法で用いる射出成形用金型６一例を示す断面図であって、図２に示したｆθレンズ３のＡ断面を金型とともに示している。

射出成形用金型６は固定側金型７と可動側金型８を備え、固定側金型７および可動側金型８はそれぞれ、光学面４を形成するための機能駒９、１０を備えている。さらに可動側金型８は光学面と隣接する側面５を形成する側面駒１１を備えており、前記機能駒と、前記側面駒とに囲まれた空間であるキャビティ１５を形成する。固定側金型７および可動側金型８はそれぞれ第一の温度調節手段（例えば水管）１４を備え、金型外に配置された温度調節装置（不図示）によりそれぞれの金型の温度を制御する。側面駒１１は第二の温度調節手段（例えばカートリッジヒーター）１２と温度センサー１３を備え、金型外に配置された温度調節装置（不図示）により側面駒の温度を制御する。

次に本発明の光学素子の成形方法の一実施形態について、図１に基いて説明する。
（溶融樹脂を射出充填する工程）
まず、光学素子の光学面を形成するための機能駒９、１０と、側面を形成する側面駒１１とに囲まれた空間である前記キャビティ１５に、溶融樹脂を射出充填する。図１において、ａは金型（キャビティ）内に樹脂が射出充填された時間を指す。充填と同時に側面駒１１に備えた第二の温度調節手段１２を用いて側面駒１１を加熱する。なお本明細書における同時とは、例えば数秒以内における同時を意味する。側面駒１１の温度を第二の温度調節手段１２の熱により上昇させ、使用樹脂材料のガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱する。

（金型冷却工程）
その後、第二の温度調節手段１２への通電を停止する、もしくは電力量を減らすことにより金型を冷却し始める。側面駒１１は冷却され、側面駒１１の温度が再びＴｇとなる時間ｂのときに機能駒９、１０の温度が（Ｔｇ−３０）℃以上（Ｔｇ−５）℃以下となるように第一の温度調節手段（例えば水管）１４によって金型温度を制御する。例えば使用樹脂材料のガラス転移温度Ｔｇ＝１３７℃である場合は１０７℃以上１３２℃以下に金型温度を制御する。

金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったときに機能駒の温度が（Ｔｇ−３０）℃以上（Ｔｇ−５）℃以下である状態を経過させることにより、成形品の光軸方向から見た複屈折を低減させることができることを本願発明者は見出した。成形中の金型温度が上記状態にあるとき、側面駒が接する部分の樹脂の温度はＴｇ以上である。すなわち光学素子の側面５を形成する樹脂は未固化状態になる。一方、機能駒が接する部分の樹脂の温度はＴｇ未満であり、光学素子の光学面４を形成する樹脂は固化状態とすることができる。これにより、光学面４から中心部に向けて冷却固化されることになる。図３（ｂ）は、この時の樹脂の配向方向を示したものである。図３（ｂ）において、光学面４から中心部に向けて樹脂が配向されることがわかる。これにより、ｆθレンズをレーザーが透過する方向において、複屈折の影響が小さくなり、光学性能が向上する。それに対し、比較例として、図３（ａ）に、機能駒と側面駒の温度をいずれも使用樹脂材料のガラス転移温度Ｔｇより低い温度として、通常の射出成形を行った際の金型内に射出された樹脂の配向方向を矢印で示した。通常の射出成形においては、レンズ肉厚よりも副走査方向幅の方が小さいレンズの場合、冷却は表面積の大きい側面方向を主として進むため、主として光軸とは直交方向に冷却が進んでしまい、樹脂の配向もこの方向にならってしまい、複屈折の影響を受けやすい。また、側面駒の温度がＴｇとなったときの機能駒の温度が（Ｔｇ−５）℃よりも高い場合、成形品のレンズ高さがレンズ肉厚よりも小さい薄型レンズでは、光軸方向から見た複屈折を十分に低減させることができないことが実験よりわかった。側面駒の温度がＴｇとなったときの機能駒の温度が（Ｔｇ−３０）℃未満である場合は、機能駒と側面駒に温度差がつき過ぎてしまっている。そのためその後の冷却過程で、側面駒の付近の冷却速度が機能駒付近の冷却速度に比べて速くなってしまい、内部の屈折率分布がつき過ぎてしてしまう。これを避ける為には、金型全体をゆっくり冷却しなければならず、成形サイクルが長くなり、成形コストが高くなるという問題が発生する。

（光学素子を金型から取り出す工程）
その後、十分に金型内で冷却した後、時間ｃで光学素子を金型から取り出すことにより光学面の形状精度を崩すことなく離型することができる。また、金型から光学素子を取り出す際、機能駒９、１０と側面駒１１の温度差が１０℃以下の状態で取り出すようにすると、一段と光学面の形状精度が向上することがわかった。これは以下のような理由によるものと考えられる。図４（ｂ）は成形品を取り出すために金型を開いた状態を示している。この図に示したとおり、型開き中は側面駒１１が金型のほかの部位と接触する面積が減少する。金型のほかの部位は温度調節水管１４により温度を制御されているが、側面駒１１は金型が開いている間、金型のほかの部位と接触する面積が減少しているため温度調節水管１４より受ける制御の影響が小さくなる。よって、予め金型が開く時間ｃの段階で機能駒と側面駒の温度差を１０℃以下にしておくことで、温度調節水管１４から受ける影響を小さくすることができる。結果として再現性のよりよい成形を実現することができるため、光学面の形状精度も一段と向上する。また、成形品を金型から取り出す際には機能駒と側面駒の温度差を１０℃以下とすることにより、型開閉に伴う各金型部材の温度変化を抑えることができる。各金型部材の温度が安定するまで待つ時間を設けなくとも安定した成形を行うことが可能となる。また、図１の実施形態においては、金型温度にあまり差がない状態で成形品を取り出すことができるので、次のサイクルに向けて金型温度の調整時間が短くて済み、必要以上にサイクルが長くなることを抑制し低コストでの成形が可能となる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態における光学素子の成形方法について説明する。上記第一の実施形態と同一部分はその説明を省略する。

第一の実施形態との違いは、溶融樹脂を射出充填する工程に関するものである。第一の実施形態においては、第二の温度調節手段に通電し加熱し始めるタイミングを、充填と同時に行なう場合について記載したが、図１（ｂ）に示すように充填の前でもよい。図１（ａ）同様、図１（ｂ）において、１は機能駒の温度履歴、２は側面駒の温度履歴を示す。ａは金型（キャビティ）内に樹脂が射出充填された時間を示す。ｂは、金型が冷却され、側面駒１１の温度が再びＴｇとなる時間を示す。ｃは金型が開く時間を示す。図１（ｂ）に示す第二の実施形態においては、側面駒の温度が予めＴｇ以上になるように加熱してある。この実施形態によれば予め側面駒を加熱するために時間を要するが、機能駒、側面駒の温度が安定した状態で樹脂をキャビティ内に射出できるため、より安定性に優れた成形を行うことが可能となる。

（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態における光学素子の成形方法について説明する。上記第一の実施形態及び第二の実施形態と同一部分はその説明を省略する。

本実施形態における第一の実施形態との違いは、溶融樹脂を射出充填する工程および金型を冷却する工程に関するものである。本実施形態においてはまず、光学素子の光学面を形成するための機能駒９、１０と、側面を形成する側面駒１１を（Ｔｇ−１０）℃以上に加熱した状態で、機能駒と側面駒とに囲まれた空間である前記キャビティ１５に、溶融樹脂を射出充填する。本実施形態における金型の温度変化を図１（ｃ）に示す。第二の実施形態との違いは、第二の実施形態においては、金型内に樹脂が射出充填される時間ａの時点で、機能駒と側面駒の間に温度差が発生しているが、本実施形態では、機能駒も側面駒もその温度が（Ｔｇ−１０）℃以上でありかつ温度差がほとんどない。このように、射出充填時の機能駒および側面駒の金型温度を（Ｔｇ−１０）℃以上に保つ。これにより、溶融樹脂表面のみが急速に冷やされることによる表面に形成される変質層（スキン層）の形成を防ぐことができ、微細形状をより高精度に転写することが可能となる。充填と同時に側面駒１１に備えた第二の温度調節手段１２を用いて側面駒１１を加熱し、少なくとも側面駒１１の温度を第二の温度調節手段１２の熱により上昇させＴｇ以上に加熱する。

本実施形態においては、光学素子の光学面を形成するための機能駒９、１０と、側面を形成する側面駒１１を（Ｔｇ−１０）℃以上に加熱した状態で、キャビティ１５に、溶融樹脂を射出充填する例を記載した。しかし、図１（ｄ）に示すように、機能駒および側面駒の金型温度をＴｇ以上に加熱した状態で、キャビティ１５に溶融樹脂を射出充填する方がより好ましい。これにより、スキン層の形成を確実に阻止することができる。

次に、樹脂を射出充填し保圧工程が完了した後、機能駒９、１０から優先的に冷却する。図１（ｄ）、図（ｅ）においてｄは保圧工程が完了した時間を指す。第一の温度調節手段１４の温度を低下させることにより金型全体を冷却し始めると同時に第二の温度調節手段１２により側面駒を加熱することにより、側面駒の温度を低下させずに機能駒のみ冷却する。その後第二の温度調節手段１２への通電を停止する、もしくは電力量を減らすことにより側面駒１１を冷却し始める。側面駒１１の温度がＴｇとなる時間ｂのときに鏡面駒９、１０の温度が（Ｔｇ−３０）以上（Ｔｇ−５）以下となるように第一の温度調節手段１４によって金型温度を制御する。例えば使用樹脂材料のガラス転移温度Ｔｇ＝１３７℃である場合は１０７℃以上１３７℃未満に金型温度を制御する。あるいは側面駒に設けた第二の温度調節手段の代わりに、機能駒に別の温度調節手段を設け機能駒のみを冷却することもできる。この場合、時間ｄにおいて別の温度調節手段によって機能駒の冷却を開始し、その後第一の温度調節手段によって金型全体を冷却することにより側面駒の冷却を開始する。また、機能駒９、１０を優先的に冷却するタイミングは図１（ｅ）に示したように、保圧工程完了前、つまり、射出充填が完了した後でもよい。この場合、冷却を早いタイミングで始められるため生産性が上がるという利点があるが、保圧工程完了後に冷却を開始する場合のほうが転写性は優れる。
その後、十分に金型を冷却し成形品を金型から取り出すことで、微細形状を転写し、かつ複屈折の小さい良好な光学素子を得ることができる。

本実施形態によれば、射出充填前に機能駒をＴｇ以上に加熱するほうが転写性にすぐれる。しかし、（Ｔｇ−１０）℃以上であれば十分な転写性を得られるとともに、射出充填時の金型温度を低く設定できるため、より生産性の優れる製造方法を提供することができる。

（光学素子）
次に、本発明の光学素子について説明する。

（第四の実施形態）
本発明の光学素子の一例について、第四の実施形態として説明する。図２（ａ）は前述したように、本発明の光学素子の一例であるｆθレンズ３の斜視図を示す。Ｘ方向のレンズ肉厚よりもＺ方向のレンズ肉厚の方が小さく、Ｙ方向に長手の光学面を有する。ｆθレンズ３は、例えば、レーザービームプリンタのスキャナユニットに使用されるレンズであり、ポリゴンミラー等の光偏向器によって偏向されたレーザーを感光ドラム上に等速走査させつつ結像させるレンズである。４は光線が透過する光学面、５は光学面と隣接する非光学面、すなわち側面である。光学面には、光学有効領域（画像形成に有効な光線が通過する領域）と非光学有効領域（画像形成に有効でない光線が通過する領域）が存在する。レーザーは、光学面４の光学有効領域から、ある光束径を持って入射し、光軸方向（Ｘ軸方向）にレンズを透過して、感光ドラム上に、あるスポット径で結像する。本発明の光学素子であると、そのスポット径は、変形も回転も肥大もなく、優れた光学性能が得られる。具体的には、光軸方向から見た光学有効領域内における複屈折の主軸角差が２０度以下であると、複屈折の影響を最小限に抑えることができ、スポットの肥大化を防ぐことができることを本願発明者は見出した。本明細書において、主軸とは、樹脂の配向の方向である複屈折の方向のことを言い、主軸角差とは、光学有効領域内における、最大の主軸方向の角差のことを言う。加えて、前記光軸方向から見た光学有効領域内における複屈折の主軸角差が、側面方向から見た複屈折の主軸角差よりも小さいことも複屈折の影響を最小限に抑えるためには必要である。これは、レンズとして機能するＺ軸方向の幅、すなわち光学有効領域内において樹脂の配向の方向である、複屈折の方向が大きく異なるような場合に、複屈折による異常光が大きく発生してしまうためであると考えられる。複屈折はプラスチックの高分子鎖の配向や内部応力によって引き起こされ、射出成形においては、高分子鎖の配向は射出流動時のせん断応力や冷却時の熱応力によって発生する。しかし薄肉成形品とは異なり、ｆθレンズのような厚肉成型品の場合、射出流動時のせん断応力の影響は小さいため、主に熱応力によって配向が決定され、この配向の方向によって複屈折の方向、すなわち主軸が決まるためであると考えられる。また、主軸は樹脂温度がＴｇ以上であれば熱応力によって方向が変わるが、Ｔｇ以下においては熱応力を受けてもその方向は変わらないため、側面駒の金型温度をＴｇ以上に上げておくことが必要である。

次に、本発明を適用した成形品の配向の様子と主軸角差を図６、図７を用いて具体的に説明する。図６において、図６（ａ）は本発明による成形品を光軸方向から観察した図、図６（ｂ）はそれを側面方向から観察した図である。図６（ａ）のように、本発明の光学素子では光軸と同じ方向、すなわち紙面上から下方向に樹脂が配向する。図６（ｂ）のように側面方向から観察するとレンズの外形形状に従って配向している様子がわかる。

次に本発明の光学素子の主軸角差を光軸方向、側面方向それぞれから観察した結果を図７（ａ）に示す。主軸方向は平行ニコル回転法によって求められる。具体的には試料の上下に偏光板を置き、単一波長光束を照射する。この状態で上下の偏光板を平行ニコルの状態に保ちつつ回転させる。このときの光束照射側とは反対側における透過光強度の角度依存性を調べることにより主軸方向を求めることができる。このような測定を行うには例えば王子計測機器社製位相差測定装置ＫＯＢＲＡ（商標登録未確認）シリーズなどを用いることができる。主軸角差を求めるには上記のようにして得られた、副走査方向光学有効域内における最大の主軸方向の角差を取ればよい。横軸は成形品長手方向位置、縦軸は主軸角差を表し、光束径と同じ幅の主軸角差を光軸方向、側面方向それぞれから観察した結果である。本発明の光学素子の主軸角差を観察方向で比較すると、光軸方向から観察した主軸角差の方が側面方向から観察したものよりも小さくなっており、かつ２０度以下となっていることがわかる。すなわち、本発明の適用によって樹脂の配向方向を変化させ、ｆθレンズ中をレーザーが透過する際の複屈折の影響が小さいレンズが得られることがわかる。

（第五の実施形態）
本発明の光学素子の一例について、第五の実施形態として説明する。上記第四の実施形態と同一部分はその説明を省略する。

図２（ｂ）は、本発明の光学素子の一例であるｆθレンズ３の斜視図を示す。第四の実施形態で説明したｆθレンズとの違いは、対向する機能面４のうちのどちらか一面もしくは両面には回折格子や微細突起形状などの微細形状が設けられていることである。回折格子は収差の低減を、微細突起形状は反射防止を目的に設けられることが多いが、その転写が不十分である場合、それぞれの目的において支障を来す。特に本発明の第３の実施形態に示す成形方法を用いると、その転写性は十分確保され、それぞれの目的を達成することができる。

図７（ｂ）は本発明によって得られた光学素子の主軸角差と機能駒と側面駒の温度をいずれもＴｇより低い温度として、通常の射出成形を行った際の主軸角差（従来技術として図示）を比較した図である。横軸は成形品長手方向位置、縦軸は主軸角差を表し、光学有効領域における主軸角差を比較している。従来技術による光学素子の主軸角差は最大で２０度以上であるのに対し、本発明による光学素子の主軸角差は２０度以下であることがわかる。すなわち、本発明の適用によって樹脂の配向方向をより光軸方向に変化させ、ｆθレンズ中をレーザーが透過する際の複屈折の影響が小さいレンズが得られることがわかる。

（実施例１）
図１（ａ）に示した金型温度履歴で光学素子を成形した。樹脂材料として、Ｔｇが１３７℃である日本ゼオン社製ＺＥＯＮＥＸ（登録商標） Ｅ４８Ｒを用いた。

金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１における時間ｂ）の機能駒の温度が、１０７℃、１２７℃、及び１３２℃になるように調整して、それぞれ成形を行ない、得られた光学素子の複屈折の主軸角差、屈折率分布を測定した。機能駒の温度はカートリッジヒーターからの熱と温調水管の温度がバランスして時間ｂにおいて前記温度となるように温調水管の温度を調節した。

（比較例１）
金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１における時間ｂ）の機能駒の温度が、９７℃及び１３４℃になるように調整して、それぞれ成形を行なった以外は、実施例１同様の方法で成形を行った。

（実施例１と比較例１の比較）
実施例１及び比較例１の側面駒の温度がＴｇになった時の機能駒の温度が異なる光学素子それぞれについて、複屈折の主軸角差と屈折率分布の関係を表１に示した。

以上のように、側面駒の温度がＴｇとなった時間ｂにおける機能駒の温度が１３２℃以上となると主軸角差が２０度より大きくなってしまい、実際にレーザーを透過させた際のスポット肥大が顕著となった。図５（ａ）は複屈折が大きい機能駒温度１３４℃の条件で成形したレンズを用いて結像させたスポット画像を示している。図５（ｂ）は複屈折が小さい機能駒温度１２７℃の条件で成形したレンズを用いて結像させたスポット画像を示している。図５（ａ）に見られるように、複屈折が大きくなったことにより発生した異常光の影響によりスポットの形状が変形しスポット径も大きくなった。

また時間ｂにおける機能駒の温度が１０７℃未満となった場合には、屈折率分布が大きくなってしまい、時間経過によるピント位置の移動量が大きなってしまった。

（実施例２）
金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１における時間ｂ）の機能駒の温度を、１２７℃とし、実施例１同様の方法で成形を行なった。離型時（図１における時間ｃ）における機能駒と側面駒の温度差を、５℃及び１０℃に調整して、それぞれ得られた光学素子の成形ばらつきの関係を測定した。機能駒と側面駒の温度差はカートリッジヒーターへの電力供給量や通電を止めるタイミングを調節して、前記温度差となるようにした。

（比較例２）
機能駒と側面駒の温度差が、１５℃となるように離型した以外は、実施例２同様の方法で成形を行なった。

（実施例２と比較例２の比較）
実施例２及び比較例２の離型時（図１における時間ｃ）における機能駒と側面駒の温度差が異なる光学素子それぞれについて、成形ばらつきの関係を表２に示した。

以上のように、時間ｃにおける機能駒と側面駒の温度差が１０℃よりも大きくなると成形品の形状ばらつきが大きくなり、各ショットごとのスポット位置がばらつくことがわかった。

ここで成形した複屈折、屈折率分布、成形ばらつきが小さいレンズはレーザービームが感光体上にスポットする際に、複屈折の影響によってスポット径の肥大を招くことなく良好なスポットを実現することができた。よって走査光学系の光学性能としては十分満足できるものであった。

（実施例３）
樹脂材料に、Ｔｇが１３１℃であるＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ（登録商標） Ｄ４５３１を用いた以外は、実施例１同様の方法で成形し、それぞれ得られた光学素子の複屈折の主軸角差、屈折率分布を測定した。

（比較例３）
樹脂材料に、Ｔｇが１３１℃であるＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ（登録商標） Ｄ４５３１を用いた以外は、比較例１同様の方法で成形し、それぞれ得られた光学素子の複屈折の主軸角差、屈折率分布を測定した。

（実施例３と比較例３の比較）
実施例３及び比較例３の側面駒の温度がＴｇになった時の機能駒の温度が異なる光学素子それぞれについて、複屈折の主軸角差と屈折率分布の関係を表３に示した。

以上のように、側面駒の温度がＴｇとなった時間ｂにおける機能駒の温度が１２６℃以上となると複屈折が大きくなってしまった。複屈折が大きくなったことにより発生した異常光の影響によりスポットの形状が変形しスポット径も大きくなった。
また時間ｂにおける機能駒の温度が１０１℃未満となった場合には、屈折率分布が大きくなってしまい、時間経過によるピント位置の移動量が大きなってしまった。

（実施例４）
金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１における時間ｂ）の機能駒の温度を、１２１℃とし、実施例３同様の方法で成形を行なった。離型時（図１における時間ｃ）における機能駒と側面駒の温度差を、５℃及び１０℃に調整して、それぞれ得られた光学素子の成形ばらつきの関係を測定した。

（比較例４）
機能駒と側面駒の温度差が、１５℃となるように離型した以外は、実施例４同様の方法で成形を行なった。

（実施例４と比較例４の比較）
実施例４及び比較例４の離型時（図１における時間ｃ）における機能駒と側面駒の温度差が異なる光学素子それぞれについて、成形ばらつきの関係を表４に示した。

以上のように、時間ｃにおける機能駒と側面駒の温度差が１０℃よりも大きくなると成形品の形状ばらつきが大きくなり、各ショットごとのスポット位置がばらつくことが多くなることがわかった。

ここで成形した複屈折、屈折率分布、成形ばらつきが小さいレンズはレーザービームが感光体上にスポットする際に、複屈折の影響によってスポット径の肥大を招くことなく良好なスポットを実現することができた。よって走査光学系の光学性能としては十分満足できるものであった。

（実施例５）
図１（ｄ）に示した金型温度履歴で光学面の一面に反射防止のために微細突起形状を有する光学素子を成形した。微細突起形状を形成するために、機能駒表面には径２００ｎｍ、深さ８００ｎｍの穴を全面に設けておく。樹脂材料として、Ｔｇが１３７℃である日本ゼオン社製ＺＥＯＮＥＸ（登録商標） Ｅ４８Ｒを用いた。射出充填前（図１における時間ａ）の機能駒の温度が１３０℃となるように調整し、かつ金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１（ｄ）における時間ｂ）の鏡面駒の温度が、１３２℃になるように調整して、成形を行った。得られた光学素子の微細突起形状の格子高さ、複屈折の主軸角差および屈折率分布を測定した。機能駒の温度は温調水管の温度を低下させることにより冷却を開始し、同時にカートリッジヒーターによって側面駒を加熱することで側面駒の冷却を遅らせた。またカートリッジヒーターからの熱と温調水管の温度がバランスして時間ｂにおいて前記温度となるように温調水管の温度を調節した。

（実施例６）
射出充填前（図１における時間ａ）の機能駒の温度が１４０℃になるように調整し、かつ金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１（ｄ）における時間ｂ）の鏡面駒の温度が、それぞれ１０７℃、１２７℃、１３２℃になるように調整した。それ以外は、実施例５と同様の方法で成形を行なった。

（比較例５）
射出充填前（図１における時間ａ）の機能駒の温度が１２０℃になるように調整した以外は、実施例５と同様の方法で成形を行なった。

（比較例６）
射出充填前（図１における時間ａ）の機能駒の温度が１４０℃になるように調整し、かつ金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１（ｄ）における時間ｂ）の鏡面駒の温度が、それぞれ９７℃及び１３４℃になるように調整した。それ以外は、実施例５と同様の方法で成形を行なった。

（実施例５、６、比較例５の比較）
側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１（ｄ）における時間ｂ）の鏡面駒の温度が、１３２℃となるように成形した時の、射出充填前の機能駒の温度が異なる光学素子それぞれの突起高さを表５に示した。

以上のように、射出充填前の機能駒の温度が１２７℃未満となると格子高さが極端に低くなってしまい、十分な反射防止機能を発揮しなかった。また射出充填前の機能駒温度が１３０℃の場合でも十分な転写性が得られていることが分かるが、射出充填前の機能駒温度を１４０℃とすることでさらに良好な転写性が得られていることが分かった。

（実施例６と比較例６の比較）
射出充填前（図１における時間ａ）の機能駒の温度が１４０℃になるように調整し、かつ側面駒の温度がＴｇになった時（図１（ｄ）の時間ｂ）の機能駒の温度が異なる光学素子それぞれについて、複屈折の主軸角差と屈折率分布の関係を表６に示した。

以上のように、側面駒の温度がＴｇとなった時間ｃにおける機能駒の温度が１３２℃より大きくなると主軸角差が２０度より大きくなってしまい、実際にレーザーを透過させた際のスポット肥大が顕著となった。複屈折が大きくなったことにより発生した異常光の影響によりスポットの形状が変形しスポット径も大きくなってしまった。

また時間ｂにおける機能駒の温度が１０７℃未満となった場合には、屈折率分布が大きくなってしまい、時間経過によるピント位置の移動量が大きなってしまった。

（実施例７）
図１（ｃ）に示した金型温度履歴で光学面の一面に収差低減のために回折格子形状を有する光学素子を成形した。樹脂材料として、Ｔｇが１３１℃であるＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ（登録商標） Ｄ４５３１を用いた。射出充填前（図１（ｃ）における時間ａ）の機能駒の温度が１２４℃となるように調整し、かつ金型の冷却中、側面駒の温度がＴｇとなったとき（図１（ｃ）における時間ｂ）の鏡面駒の温度が１２８℃になるように調整して、成形を行った。得られた光学素子の微細突起形状の格子高さ、複屈折の主軸角差および屈折率分布を測定した。温調水管の温度を１２４℃に設定し、射出充填と同時にカートリッジヒーターによって側面駒をＴｇ以上に加熱した。その後、カートリッジヒーターへの通電を停止し時間ｂにおける昨日駒の温度が前記温度となるように温調水管の温度を調節した。

（比較例７）
射出充填前（図１（ｃ）における時間ａ）の機能駒の温度が１１４℃となるように調整すること、および温調水管の温度を１１４℃に設定すること以外は実施例７と同様の方法で成形を行なった。

（実施例７と比較例７の対比）
射出充填前の機能駒の温度が異なる光学素子それぞれの格子形状の稜線の有無を表７に示した。

以上のように、射出充填前の機能駒の温度が１２１℃未満となると格子形状を転写することが不可能となり稜線が確認できなかった。図８（ａ）は機能駒温度を１２４℃としたときの格子形状の転写の模様を拡大して示したものであり、図８（ｂ）は機能駒温度を１１４℃としたときの格子形状の転写の模様を拡大して示したものである。図８（ａ）では格子形状の山の部分まで転写し稜線が確認できるのに対し、図８
（ｂ）では転写が不十分であるため稜線が確認できないことがわかる。

本実施例によれば、第一の温調手段として温調水管を一定温度に保ち、第二の温調手段として側面駒に設けたカートリッジヒーターの温度を成形中に調節するだけでよいので、簡便な装置構成で実現することが可能となる。

ここで成形した複屈折、屈折率分布が小さいレンズはレーザービームが感光体上にスポットする際に、複屈折の影響によってスポット径の肥大を招くことなく良好なスポットを実現することができた。さらに格子形状の転写性がよかったレンズは環境温度の変動などによって生じる収差などが小さく良好な光学性能を維持することができた。よって走査光学系の光学性能としては十分満足できるものであった。

１ 機能駒の温度履歴
２ 側面駒の温度履歴
３ プラスチック光学素子
４ 光学面
５ 側面
６ 射出成形用金型
７ 固定側金型
８ 可動側金型
９ 固定側機能駒
１０ 可動側機能駒
１１ 側面駒
１２ カートリッジヒーター
１３ 側面駒温度制御用センサー
１４ 温度調節水管
１５ レンズキャビティ

Claims (7)

1. 光学面を形成する機能駒と、前記光学面と隣接する側面を形成する側面駒と、を有する金型を用いて光学素子を成形する光学素子の製造方法であって、
   前記機能駒と前記側面駒とに囲まれた空間である前記金型のキャビティに、樹脂を射出し充填する射出充填工程と、
   前記金型を冷却し、前記キャビティに充填された樹脂を冷却する金型冷却工程と、
   前記冷却された樹脂を前記金型から取り出す工程と、を有し、
   前記金型冷却工程において、前記側面駒の温度がＴｇまで冷却された時、前記機能駒の温度が（Ｔｇ−３０）℃以上（Ｔｇ−５）℃以下となるように前記金型を冷却することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記射出充填工程における前記側面駒は、前記樹脂のガラス転移温度Ｔｇより高い温度に加熱されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
3. 前記射出充填工程における前記樹脂を射出する時の前記機能駒の温度は、（Ｔｇ−１０）℃以上であることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子の製造方法。
4. 前記射出充填工程における前記樹脂を射出する時の前記機能駒の温度は、Ｔｇ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子の製造方法。
5. 前記射出充填工程は、保圧工程を含み、前記保圧工程完了まで、前記機能駒の温度はＴｇ以上であることを特徴とする請求項４記載の光学素子の製造方法。
6. 前記金型から取り出す工程は、前記機能駒と前記側面駒の温度差が１０℃以下となった時、前記金型から前記樹脂を取り出すことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の光学素子の製造方法。
7. 請求項１乃至６いずれか一項記載の光学素子の製造方法を用いて製造された光学素子であって、
   光軸方向の肉厚よりも副走査方向の肉厚の方が小さく、前記副走査方向よりも主走査方向に長い光学面を有し、
   前記光軸方向から見た光学有効領域内における複屈折の主軸角差が２０度以下であって、かつ、前記光軸方向から見た前記光学有効領域内における複屈折の主軸角差は、側面方向から見た複屈折の主軸角差よりも小さいことを特徴とする光学素子。