JP5333986B2 - 光学面に微細パターンを有するプラスチック光学素子 - Google Patents

Description

この発明は光学面に微細パターンを有するプラスチックレンズの光学面に関するものであり、射出成形による成形の形状精度が高く、低コストで製造できるものであり、デジタル複写機、レーザービームプリンター等の光走査光学系に用いられるプラスチック回折レンズ等に利用されるものである。

この発明に関連する従来技術として特開２００５−２５８３９２号公報（特許文献１）に記載されているものがある。これは光走査光学系に回折光学面を有するプラスチックレンズを用いることにより、光学ハウジング内の温度変動による光源波長、屈折率、レンズ面形状、レンズ肉厚の変化を、回折光学面でキャンセルすることが可能であり、これによってピント位置ずれを大幅に低下させることができるものである。

また、他の従来技術として特開２００６−３２３２５７号公報（特許文献２）に記載されているものがある。これは光学面にグレーティングを有する光学素子に、ハンドリング用の所定寸法のリブを設けることにより、光学面に触れることなく容易にハンドリングすることを可能にしたものである。そして、このことによって光学面に汚れが付着することがなく、また傷つけられることがないようにしている。しかし、これはこの出願の発明とは技術的に全く異質で関わりのないものである。

ところで、レーザー方式の画像機器（例えばデジタル複写機、プリンターなど）の光走査光学系は、画像の高密度化、高画質化が進み、それに伴い感光体上でのビームスポットをさらに小径化することが求められている。光走査光学系には、レーザービームの結像、及び各種補正機能を有するレンズが用いられている。
ビームスポットの小径化を左右するものの１つにレンズの特性がある。一般的に使用されるガラスレンズでは加工できる形状に限界があり、このため、レンズ面の形状は概ね単純な球面であるのが一般的である。したがって、このガラスレンズに特殊な機能を持たせることは困難であり、これにより、ビームスポットをさらに小径化するのは極めて困難である。

そこで、光走査光学系を構成するレンズをプラスチック化することにより、ビームスポットの小径化を可能にする工夫がなされている。それは、プラスチックは金型のレンズ面を転写して成形されるものであって、所要のレンズ面の形状を有するプラスチックレンズを容易に製造することができるからである。プラスチックレンズの成形方法としては射出成形法が一般的であり、この成形法によれば大量生産が可能であるので、ガラスレンズに比して高性能なプラスチックレンズを低コストで製造することができるというメリットがある。

しかし一方で、次のようなデメリットがある。
すなわち、プラスチックは線膨張係数が大きいため、ガラスレンズに比べて温度変化による曲率や寸法の変動が大きく、また、温度変化による屈折率変動も大きい。このような曲率、寸法、屈折率の変動はそのピント位置の変動を生じ、感光体上でのビームスポット径を増大させ、その結果、画像機器の品質を低下させてしまうことになるというデメリットである。

また、温度が変化すると光源である半導体レーザ光の波長も変動する。そして、半導体レーザ光の波長が変動するとこれによってピント位置の変動が生じ、ビームスポット径が増大し、その結果、画像機器の品質が低下してしまうことになる。

図１に、光走査光学系にプラスチックレンズを用いた場合の従来例（特許文献１の図７と同じ）を示している。図１（ａ）は、光走査光学系を上から見た平面図であり、図１（ｂ）は、各レンズを直線上に配置して各レンズ面間の距離を表した模式図である。この光走査光学系２０は半導体レーザ光の光源１１、カップリングレンズ１２、アパーチャ１３、アナモフィックレンズ１４、ポリゴンミラー１５、偏向器側走査レンズ１６、像面側走査レンズ１７、防塵ガラス１８、像面１９から構成されている。

光源１１から発射された光束は、カップリングレンズ１２により弱い発散光となり、アパーチャ１３を経て、第１光学系をなすアナモフィックレンズ１４を通過する。これによって、主走査方向は平行光となり、副走査方向はポリゴンミラー１５近傍に集光する光束となる。さらに、ポリゴンミラー１５により偏向され、偏向器側走査レンズ１６と、像面側走査レンズ１７によって防塵ガラス１８を経て画面１９に結像する。

上記特許文献１に、温度による光源波長、屈折率、レンズ面形状、レンズ肉厚の変動を考慮に入れて、像面位置に対するピント位置の変動を算出すると、環境温度が２５℃から４５℃に変化するとき主走査方向に１１．６ｍｍ、副走査方向に３．３ｍｍとなり、大きく変動することが記載されている。
そして、上記課題を解決するための発明が特許文献１に記載されている。これはレンズ面に回折光学面を用いて光走査光学系を工夫したものであり、この光走査光学系を図２（特許文献１の図１と同じ）に示している。図２の光走査光学系１０は、光源１、カップリングレンズ２、アパーチャ３、アナモルフィックレンズ４、ポリゴンミラー５、偏向器側走査レンズ６、画像側走査レンズ７、防塵ガラス８、像面９等によるものであり、レンズが全てプラスチック製で、カップリングレンズ２の光源側のレンズ面と、アナモフィックレンズ４の像面側レンズ面に回折光学面を用いている。

上記回折光学面は、通常の屈折面とは波長変化による屈折角の変化方向が逆であり、この特性を利用すると、温度変化によるピント位置ずれを、回折光学面でキャンセルすることができ、その結果、ピント位置ずれが生じることなく、ビームスポットの小径化が図られる。

因みに特許文献１の記載によれば、温度による光源波長、屈折率、レンズ面形状、レンズ肉厚の変動を考慮に入れて、像面位置に対するピント位置の変動を算出すると、環境温度が２５℃から４５℃に変化に対して主走査方向に−０．２ｍｍ、副走査方向に０．０ｍｍとなり、ほとんど変動しないことが分かる。

〔従来技術の問題点〕
ところが、回折光学面を有するプラスチックレンズを製造するについては、下記に示すような製造上の問題（１）、（２）がある。
（１）離型抵抗による回折光学面の形状精度が低下する問題
プラスチックレンズの製造方法としては、大量生産に適していて製造コストが低い射出成形法を用いるのが一般的である。射出成形法は加熱溶融したプラスチック材料を一定温度に保持された成形金型のキャビティに射出して充填し、これを冷却固化させた後、金型から離型させて取り出すという方法である。成形金型の温度制御方法としては、ヒータにより金型温度を制御する方法や、金型に設けた流路内に油や水を循環させて制御する方法などがある。

また、プラスチックレンズの外形寸法の大きさの如何が射出成形のサイクルタイムに影響し、成形品の製造コストに大きな影響を与え、その外形寸法が大きいほどサイクルタイムが長くなるが、プラスチックレンズを高精度で成形するならば射出成形のサイクルタイムがさらに長くなる。そこで、射出成形のサイクルタイムを短縮するために、プラスチックレンズの光束が透過しない周縁領域を小さくなるようにプラスチックレンズの形状を設計することが有効である。図３に、回折光学面を有したプラスチックレンズの外形形状を示し、図４に回折光学面側から見た光束透過領域を一点鎖線で示している。図４に示す回折光学面は楕円形状の微細パターンがプラスチックレンズの厚さ方向にステップ状に形成されており、その微細パターンの両側端がレンズ側面と交差している。

因みに、図４の従来のプラスチック回折レンズはシクロオレフィン樹脂製で、その外形寸法が幅５ｍｍ、長さ１８ｍｍ、長さ方向両端におけるその厚さが ２ｍｍである。そしてまた、これは射出成形されるので、左右両側面は例えば２〜５度の抜き勾配が付けられた傾斜面である。この抜き勾配によって、型抜き抵抗が低減され、型抜き抵抗による成形品の歪み（微細パターンの側縁の変形）が低減される。

以上のようなプラスチック回折レンズを射出成形すると、その回折光学面の微細パターンの先端部７５において設計形状に対する成形品の形状誤差が大きくなるという現象（形状精度の低下）が見られる。この現象を詳細に解析することにより、形状精度が低下する原因を解明することができた。その原因は次のようである。

すなわち、射出成形法では、加熱溶融されたプラスチック材料が比較的低温の金型のキャビティ内に充填され、金型に接したときこの部分が急冷される。特に成形品の薄肉の部分では、そのプラスチック材料が高圧下で急冷されるため、内部歪みが大きくなり高密度化する。そのため、金型キャビティ内のプラスチック材料全体を軟化温度以下に冷却して固化させると、金型から離型する際、そのプラスチック回折レンズ７１の微細パターンの先端部７５の高密度化した部分（薄肉になっている部分）で、プラスチック材料と金型との離型抵抗が大きく、そのためにこの部分が微小に変形すること（プラスチック材料がめくれ上がる現象）がある（図５参照）。また、上記先端部７５はその先端ｅが薄肉であるので剛性が小さく、当該先端ｅにおいて設計形状に対する成形品の形状誤差が大きくなるという形状精度の低下が見られる。そして、上記のように形状精度が低い回折光学面７２を有するプラスチック回折レンズを用いると、その光走査光学系ではビームスポット径が大きくなってしまう。これが問題（１）である。

（２）離型抵抗による光学面の微細パターンの先端部の先端が金型内面に付着してしまう問題
ところで、プラスチックレンズを射出成形法で成形すれば大量生産が可能で、複雑な表面形状を備えた高性能プラスチックレンズを低コストで製造することができる。しかし、プラスチックレンズが回折光学面を有するレンズ（プラスチック回折レンズ）である場合は、回折光学面の微細パターンの先端部７５の先端（又はエッジ）ｅの離型抵抗が大きく、また、先端部７５の角度αが小さくて先端ｅが薄肉になっているとき（図３、図４参照）、この薄肉の部分の剛性が低い場合があり、この場合に、図６に示すように、回折光学面７２の微細パターンの先端部７５の先端ｅが完全に離型せずにその一部が剥離し、これが金型内面に付着してしまうことがある。このような現象が生じると、射出成形を継続することは不可能になり、金型を分解して上記プラスチック材料を除去し洗浄する必要がある。それゆえ、金型メンテナンスの回数が多くなって、サイクルタイムが大きく損なわれ、また、メンテナンスコストが高くなる。これが問題（２）である。

そして、光学面に微細パターンを有するプラスチックレンズの製造上の問題について、プラスチック回折レンズを例示したが、回折光学面のみならず他の微細パターンを有するプラスチックレンズについても同様の問題がある。その他の例としては例えば光学面の微細パターンが鋸歯状のフレネルレンズや、サブ波長レベルのピッチ、深さの溝が形成されていることにより、反射率を大幅に低下させることができる反射防止機能付きプラスチックレンズ等がある。
特開２００５−２５８３９２号公報 特開２００６−３２３２５７号公報

そこで、この発明は光学面に微細パターンを有するプラスチックレンズについて、金型メンテナンス回数が増えて射出成形のサイクルタイムが損なわれることがなく、高い形状精度で成形できるようにすることを目的とし、そのために、光学面の微細パターンの先端部のプラスチック材料が金型から完全に離型し、また、微細パターンの上記先端部が離型抵抗で変形することのないようにプラスチックレンズの形状を工夫することをその課題とするものである。

上記課題を解決するための手段は次のとおりである。
〔手段１〕
手段１は、光学面に所定のパターンの段差が形成されたプラスチック光学素子であって、前記所定のパターンと前記プラスチック光学素子の側面との間に、前記所定のパターンと前記プラスチック光学素子の側面とを繋ぐ、前記プラスチック光学素子の側面に垂直な平面が設けられていることである（請求項１）。

また、上記手段１における前記光学面に形成された所定のパターンが、回折パターンであることである（請求項２）。

さらに上記手段１における光学面に形成された所定のパターンが、その断面が三角形の連なりとなる鋸歯状のフレネルパターンであることである（請求項３）。

また、上記手段１における光学面に形成された所定のパターンが、透過する光束の波長より短い周期をもつ所定のパターンであることである（請求項４）。

（削 除）

さらに、以上の手段において、前記プラスチック光学素子の側面形状が、平面でかつ輪郭が矩形であることである（請求項５）。

また、上記手段１における光学面に形成された所定のパターン（微細パターン）と光学面に隣接する光学素子側面とが交差して形成される微細パターンの先端部の先端が、光学素子側面に垂直な平面部を有していることである。

さらに、以上の手段における前記光学面に形成された所定のパターン（微細パターン）と光学面に隣接する光学素子側面とが交差して形成される微細パターンの先端部の先端が、光学素子側面に垂直で光学面の長さ方向に凸状に屈曲した円弧面であることである。

以上、手段１及びその下位の種々の手段を説明したが、これらは要するに、光学面の所定のパターン（微細パターン）と光学素子の左右両側面とが交差して形成される微細パターンの先端部の先端を光学素子の側面に直角で光学面に垂直な平面又は曲面にするなどして、その先端部を薄肉の部分がない形状にし、薄肉であることに因る問題、すなわち、離型の際の上記先端部の離型抵抗（先端部の先端と金型内面の離型抵抗）が大きくなるという問題、同先端部が剥離して金型内面に付着するという問題を防止して、上記先端部の形状精度（設計形状に対する成型品の形状上の精度）を高め、金型のメンテナンス頻度が多くなることを回避して、これによって上記課題を解決したものである。

〔手段２〕
手段２は、一方の光学面に所定のパターン（微細パターン）が形成されたプラスチック光学素子であって、光学面側端部の光束が透過もしくは反射しない領域で、微細パターンと光学面に隣接する光学素子側面とが交差して形成される微細パターンの先端部が、微細パターンから上方に突出したリブと一体になっていることである。

そして、手段２は上記微細パターンの外周縁に上方に突出したリブを設け、微細パターンの先端部と上記リブとを一体にして、当該先端部の薄肉の先端の急冷速度を緩和してこれが変形する原因、及び同先端が剥離する原因を解消し、また、当該先端部に対する上記リブの補強機能で、上記先端の変形及び剥離を防止して、上記先端部の形状精度を高め、金型のメンテナンス頻度を下げ、これによって上記課題を解決したものである。

なお、請求項６に係る発明の手段は、次の実施形態の範囲の発明であるから、ここでの説明は省略する。

上記のとおり、この発明によれば、光学面に微細パターンを有するプラスチックレンズを射出成形するについて、その成形サイクルのサイクルタイムを損うことなしに、高い形状精度で能率的に製造することができる。
また、回折パターンを有する高精度のプラスチック回折レンズを光走査光学系に用いることにより、温度変動によるピント位置ずれが生じることはなく、したがって、ビームスポットを小径にした光走査光学系を実現することができる。
また、以上のように、ビームスポットを小径にした光走査光学系を用いた画像形成装置に用いることによって著しく高品質な画像が安定的に形成することができる。

次いで図面を参照して実施形態１、実施形態２、実施形態３を説明する。
実施形態１はプラスチック回折レンズについての実施形態であり、実施形態２はプラスチックフレネルレンズについての実施形態であり、実施形態３は反射防止機能付きプラスチックレンズについての実施形態である。

〔実施形態１〕
〔実施形態１の実施例１〕
実施形態１の実施例１を図７に示している。この実施例１は一方の光学面に、中心位置が同じ多数の楕円が階段状に形成された回折光学面７２を有している。この実施例１における個々の楕円の微細パターンの段差（高さ）は１．２μｍであり、各楕円状微細パターンの楕円形の長軸方向でのピッチは１０−２００μｍである。
そしてこの実施例１では、回折光学面７２に形成された微細パターン（微細パターン）と、回折光学面７２に隣接する光学素子側面７３とが交差して形成される先端部（微細パターンの先端部）７５の先端（又はエッジ）ｅが光学素子側面７３に略直角な平面７４になっている。この平面７４の高さｈは１．２μｍ、幅ｗは３〜３０μｍである。高さｈは微細パターンの段差に相当する。そして幅ｗは５μｍ以上が好ましく、この例では７μｍである。

この実施例１のレンズでは、図３の従来のレンズに比して、プラスチック回折レンズの微細パターンの先端部７５の先端は薄肉でない。したがって、金型から離型する際の上記先端部７５と金型の離型抵抗は大きくなく、また、先端部７５の剛性は低くないので、先端部７５が変形する（プラスチック材料がめくれ上がる現象）ことはなく、また、プラスチック回折レンズの上記先端部７５に離型時の変形による形状誤差が生じることはない。それゆえ、設計形状に対する形状精度（以下、これを単に「形状精度」という）が高いプラスチック回折レンズが製造される。

また、プラスチック回折レンズの回折光学面７２の微細パターンの先端部７５には薄肉の先端はない。したがって微細パターンの先端部７５の薄肉の先端が剥離して金型内面に付着してしまうようなことはない。したがって、金型を分解してプラスチック材料を除去し洗浄する必要はなく、金型メンテナンスの回数は少なく、メンテナンスコストは低い。

実施例１についての実験結果は次のとおりである。
微細パターンと光学素子側面７３とが交差して形成される微細パターンの先端部７５の角度αと、その形状誤差との関係を調査した。その結果は図８（ｂ）に示すとおりである。
なお、図８（ａ）に拡大して示す角度αは、微細パターンの先端の角度であり、この角度αは楕円の長軸と短軸の比率によって異なり、楕円よりも長軸／短軸比が１となる円の方が大きい。この実験結果は、１つのプラスチック回折レンズにおける多数の先端部７５の内の７点について確認したものであり、その角度αは３５度、４０度、４５度、９０度、１２０度、１４０度、１６０度である。
この図８（ｂ）の実験結果は、上記角度αが４５度よりも小さくなると形状誤差が１μｍ以上になり、上記角度がこれよりも小さくなると形状誤差が急激に増大することを示している。また、上記角度αが３０度以下では、上記先端部７５の先端、すなわち、先端部７５の先端ｅの薄肉の部分（図４参照）が剥離して金型内面に付着してしまう現象がみられる。上記先端ｅが剥離したあとの上記先端部７５の様子を図６に誇張して示している。

図８（ｂ）に示す実験の結果から、高い形状精度（形状誤差が１μｍ以下）のプラスチック回折レンズを成形するには、上記角度αが４５度以上である必要があることがわかる。
そこで、実施例１はプラスチック回折レンズの微細パターンの先端部７５の角度αが４５度以下のものの先端を光学素子側面に垂直な平面７４にして、先端の薄肉な部分（図４のｅ参照）をなくしている。
上記角度αが４５度以下である微細パターンについてその先端の薄肉の部分をなくすればよいのであるが、実施例１では図示の全ての先端部７５が４５度以下であるからこれら全ての先端部７５の先端を光学素子側面に垂直な平面７４にしている。
この実施例１の利点は、金型の製作が容易であることである。

〔実施形態１の実施例２〕
実施形態１の実施例２を図９に示している。この実施例２では回折光学面７２の微細パターンと光学素子側面７３とが交差して形成される微細パターンの全ての先端部７５の先端が、光学面の長さ方向に凸状に屈曲した円弧面９４になっており、これによって、先端部７５の先端には薄肉の部分は無くなっている。
図９の実施例２のレンズでは光学面の微細パターンの先端部７５の先端には薄肉の部分はないので、金型から離型する際の上記先端部７５の先端の離型抵抗は大きくなく、上記先端部７５が変形（プラスチック材料がめくれ上がる現象）することはない。したがって、回折光学面の先端部の形状精度が高いプラスチック回折レンズが製造される。また、金型メンテナンスの回数は少なく、メンテナンスコストも低い。
この実施例２の利点は、金型の微細パターン端部角の経時的劣化を抑え長寿命で高安定な成形が実施できることである。

〔実施形態１の実施例３〕
実施形態１の実施例３を図１０に示している。この実施例３では回折光学面に形成された微細パターンと光学素子側面７３とが交差して形成される先端部７５の先端が、微細パターンから光学素子の厚さ方向に凸状に屈曲した円弧面１０４になっている。
図１０のレンズは、その微細パターンの先端部７５の先端に薄肉の部分はないから、上記先端部７５の離型抵抗は大きくなく、この離型抵抗による当該先端部７５の変形（プラスチック材料がめくれ上がる現象）はない。したがって、微細パターンの先端部７５の形状精度が高いプラスチック回折レンズが製造される。また、金型メンテナンスの回数は少なく、メンテナンスコストは低い。
この実施例３の利点は、実施例２と同様であるが，離型抵抗のさらなる低減が期待できることである。

〔実施形態１の実施例４〕
実施形態１の実施例４を図１１に示している。この実施例４では、回折光学面７２に形成された微細パターンと光学素子側面７３とが交差して形成される先端部７５が微細パターンから上方（図面において上方）に突出したリブ１１４と一体になっている。この実施例４ではリブ１１４の厚さは１ｍｍ、高さは０．２ｍｍであるが、厚さは０．５〜１．５ｍｍ、高さは光学面の総高さ（レンズではサグ量という）＋０．１ｍｍであればよい。厚さが０．２以下ではそれ自体が離型抵抗となり、２ｍｍ以上では素子が不要に大きくなるので不利である。

図１１に示すレンズは、光学面周縁にリブ１１４が上方に突出していて、微細パターンの先端部７５が上記リブ１１４と一体であるから、先端部７５が金型に接触したときの急冷速度が緩和される。したがって、先端部７５の角度は４５度以下でその先端ｅは薄肉であるが、これが金型から離型する際のその離型抵抗は大きくなく、また、上記リブ１１４で補強されているから先端部７５の先端ｅの剛性は低くない。したがって、図３の従来例の先端部７５の先端ｅのような変形（図５参照）は防止される。

なお、上記角度αが４５度以下である先端部７５に上記リブ１１４を付設すればよく、実施例４では図示の全ての先端部７５の角度αが４５度以下であるので、全ての先端部７５についてリブ１１４を付設している。仮に上記角度αが４５度以上の先端部７５があるとしても、形状のバランス、冷却速度のバランスを図るために、レンズの全周縁にリブ１１４を付設するのがよい。
以上のとおりであるから、微細パターンの先端部７５の形状精度が高いプラスチック回折レンズが製造され、また、金型メンテナンスの回数も少なく、メンテナンスコストも低い。

〔実施形態１の実施例５〕
実施形態１の実施例５を図１２に示している。この実施例５では回折光学面７２に形成された微細パターンと光学素子側面７３が交差して形成される先端部７５の先端（又はエッジ）の形状がレンズ厚さ方向に傾斜した傾斜面１２４になっている。
図１２のレンズは、微細パターンの先端部７５がレンズ厚さ方向に傾斜した傾斜面であるので、金型の製作が容易であり、射出成形金型から離型する際の、上記先端部７５の先端の離型抵抗は大きくなく、上記先端部７５の変形（プラスチック材料がめくれ上がる現象）はない。したがって、プラスチックレンズの回折光学面の微細パターンの先端部の形状精度が高いプラスチック回折レンズが製造される。また、凸形状で９０度以下となる角がないのであるから、上記先端部７５が剥離して金型内面に付着してしまうことはなく、したがって、金型メンテナンスの回数は少なく、メンテナンスコストは低い。
この実施例５の利点は金型の製作が容易ことである。

〔実施形態２〕
図１３に従来のプラスチックフレネルレンズ８１が示されている。このプラスチックフレネルレンズ８１の場合は、微細パターン（フルネルパターン）の先端部７５の先端ｅがエッジになっていてその角度αが４５度以下である場合があり、この部分が薄肉になっていることがある。このため、実施形態１のプラスチック回折レンズと同様に金型から離型する際に、その微小パターンの先端部７５の先端ｅの離型抵抗が大きく、当該先端ｅが変形する現象（プラスチック材料がめくれ上がる現象）が生じることがある。
また、上記角度αが４５度以下であるときその先端部７５の先端ｅは剛性が小さく、このため、プラスチックフレネルレンズ８１の光学面の微細パターンの先端部７５の形状精度の低下が見られる。
実施形態２は上記のようなプラスチックフレネルレンズにこの発明を適用した実施形態である。

〔実施形態２の実施例１〕
実施形態２の実施例１を図１４に示している。この実施例１では、フレネル光学面８２に形成された微細パターンと光学素子側面８３とが交差して形成される微細パターンの先端部７５の先端が光学素子側面８３に直角な平面８４になっている。

なお、図１４の実施例１については微細パターンの角度αが４５度以下の先端部７５についてこの発明の手段を講じればよいのであるが、この実施例１では微細パターンの全ての先端部７５にこの発明の手段を講じて形状のバランスが図られており、その先端が光学素子側面８３に垂直な平面８４になっている。
この実施例１では微細パターンの先端部７５の先端は上記平面８４になっているので薄肉の部分はないから、成形品を射出成形金型から離型する際の上記先端部７５の先端の離型抵抗は大きくなく、また、同先端の剛性は低くない。したがって、上記先端部７５の先端が変形（プラスチック材料がめくれ上がる現象）することはなく、先端部７５の形状精度が高いプラスチックフレネルレンズが製造される。

また、微細パターンの先端部７５の先端が金型から離型されずに金型内面に付着してしまうことはないので、金型を分解してプラスチック材料を除去し洗浄する必要はない。したがって、金型メンテナンスの回数は少なく、メンテナンスコストは低い。
この実施例１の利点は金型の製作が容易であることである。

〔実施形態２の実施例２〕
実施形態２の実施例２を図１５に示している。この実施例２では光学面に形成された微細パターンと光学素子側面とが交差して形成される微細パターンの先端部７５が微細パターンから上方に突出したリブ２０４と一体になっている。
図１５のプラスチックフレネルレンズは、微細パターンの先端部７５の全てが上記リブ２０４と一体になっているので、射出成形金型から離型する際の微細パターンの先端部７５の先端の離型抵抗は大きくなく、微細パターンの先端部の先端が変形（プラスチック材料がめくれ上がる現象）することはない。したがって、上記微細パターンの先端部７５の形状誤差は大きくなく、形状精度が高いプラスチックフレネルレンズが製造される。また、金型メンテナンスの回数は少なく、メンテナンスコストは低い。
この実施例２の利点は、金型の微細パターン端部角の経時的劣化を抑え長寿命で高安定な成形が実施できることである。

〔実施形態３〕
この実施形態３は反射防止機能付きプラスチックレンズ９１にこの発明を適用した実施形態である。
従来の反射防止機能付きプラスチックレンズ９１が図１６に示されている。この従来の反射防止機能付きプラスチックレンズは、一方の光学面が反射防止機能光学面９２になっていて、その微細パターンは、透過する光束の波長より短い周期をもつ微細パターンである。
反射防止機能付きプラスチックレンズの場合は、上記微細パターンの先端部７５の先端がエッジになっていてその角度が４５度以下である場合があり、この部分は薄肉になっていることである。このため、実施形態１のプラスチック回折レンズ、実施形態２のプラスチックフレネルレンズと同様に、射出成形法によってこれを製造すると、冷却時に上記先端部の先端の薄肉の部分が高密度化する。そしてこの高密度化した部分の離型抵抗が大きく、当該部分で変形（プラスチック材料がめくれ上がる現象）が生じる。また、先端の薄肉の部分は剛性が低い。したがって、上記微細パターンの先端部７５の先端の形状誤差が大きく、このためその形状精度が低いことがある。

〔実施形態３の実施例１〕
実施形態３の実施例１を図１７に示している。この実施例１では、反射防止機能光学面９２に形成された微細パターンと光学素子側面９３とが交差して形成される先端部７５が微細パターンから上方に突出したリブ３０４と一体になっている。

図１７の反射防止機能付きプラスチックレンズでは、その微細パターンの先端部７５が上記リブ３０４と一体になっているから、上記リブ３０４によって微細パターンの先端の冷却速度が緩和されるので、上記微細パターンの先端部の先端の離型抵抗は大きくなく、また、上記先端部７５の先端が上記リブで補強されるのでその剛性は低くなく、同先端が変形することはない。したがって、反射防止機能付きプラスチックレンズの反射防止光学面の微細パターン部の先端部７５の先端の形状誤差は大きくなく、形状精度が高い反射防止機能付きプラスチックレンズが製造される。また、金型メンテナンスの回数は少なく、メンテナンスコストは低い。
この実施例１の利点は金型の製作が容易であることである。

なお、この反射防止機能付きプラスチックレンズは、その側面９３に２〜５度の抜き勾配がつけられており、これにより、型抜きの抵抗が小さくて成形品の取り出しが容易である（因みに、抜き勾配が１度以下では効果が小さく、１０度以上では 組み付け時の接着面として扱いにくいから、上記範囲が最適である）ので、型抜き抵抗による光学面の歪みが低減される。したがって、光学面の形状精度が高い反射防止機能付きプラスチックレンズが製造される。

（ａ）は光走査光学系を側面からみた模式図、（ｂ）は各レンズを直線上に配置して各レンズ面間の距離を表した模式図 （ａ）は回折光学面を用いた光走査光学系を側面からみた模式図、（ｂ）は各レンズを直線上に配置して各レンズ面間の距離を表した模式図 は回折光学面を有する一般的なプラスチックレンズの斜視図とその一部拡大図 は図３のプラスチックレンズの平面図とその微細パターン構造の１つの先端部の拡大図 は図３のプラスチックレンズの斜視図と、光学面の微細パターン構造の先端部が離型抵抗で変形する様子を拡大して示す模式図 は図３のプラスチックレンズの斜視図と、光学面の微細パターン構造の先端部の一部が剥離した状態を拡大して示す模式図 はプラスチック回折レンズについての実施形態１の実施例１の斜視図と微細パターン構造の一部を拡大して示す模式図 （ａ）は一般的なプラスチック回折レンズの平面図と微細パターン構造の先端の角度αを示す拡大図、（ｂ）は微細パターン構造の先端の角度αと当該先端の離型抵抗による変形の大きさ（形状誤差の大きさ）の関係を示す図 はプラスチック回折レンズについての実施形態１の実施例２の斜視図と微細パターン構造の一部を拡大して示す模式図 はプラスチック回折レンズについての実施形態１の実施例３の斜視図と微細パターン構造の一部を拡大して示す模式図 はプラスチック回折レンズについての実施形態１の実施例４の斜視図と微細パターン構造の一部を拡大して示す模式図 はプラスチック回折レンズについての実施形態１の実施例５の斜視図と微細パターン構造の一部を拡大して示す模式図 は一般的なフレネルレンズの斜視図と微細パターン構造の一部を拡大して示す模式図 はプラスチックフレネルレンズについての実施形態２の実施例１の斜視図と微細パターン構造の一部を拡大して示す模式図 はプラスチックフレネルレンズについての実施形態２の実施例２の斜視図 は一般的な反射防止機能付きプラスチックレンズの斜視図 は反射防止機能付きプラスチックレンズの実施形態３の実施例１の斜視図

符号の説明

７１：プラスチック回折レンズ
７２：回折光学面
７３，８３，９３：光学素子側面
７４：光学素子側面に垂直な平面
７５：微細パターンの先端部
８１：プラスチックフレネルレンズ
８２：フレネル光学面
９１：反射防止機能付きプラスチックレンズ
９２：反射防止機能光学面
９４：光学面の長さ方向に凸状に屈曲した円弧面
１０４：光学素子の厚さ方向に凸状に屈曲した円弧面
１１４：微細パターンから上方（図面において上方）に凸出したリブ
１２４：レンズ厚さ方向に傾斜した傾斜面１２４
２０４，３０４：リブ
ｅ：先端（又はエッジ）

Claims (6)

1. 光学面に所定のパターンの段差が形成されたプラスチック光学素子であって、
   前記所定のパターンと前記プラスチック光学素子の側面との間に、前記所定のパターンと前記プラスチック光学素子の側面とを繋ぐ、前記プラスチック光学素子の側面に垂直な平面が設けられていることを特徴とするプラスチック光学素子。
2. 前記光学面に形成された所定のパターンが、回折パターンであることを特徴とする請求項１記載のプラスチック光学素子。
3. 前記光学面に形成された所定のパターンが、フレネルパターンであることを特徴とする、請求項１記載のプラスチック光学素子。
4. 前記光学面に形成された所定のパターンが、透過する光束の波長より短い周期をもつ所定のパターンであることを特徴とする、請求項１記載のプラスチック光学素子。
5. 前記プラスチック光学素子の側面形状が、平面でかつ輪郭が矩形であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプラスチック光学素子。
6. 光学ハウジングにプラスチック光学素子が組み付けられている光走査光学系において、上記プラスチック光学素子が請求項１乃至請求項４のいずれかのプラスチック光学素子であることを特徴とする光走査光学系。

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