特許 7574019 光走査光学系および画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-18

(45)【発行日】2024-10-28

(54)【発明の名称】光走査光学系および画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/47 20060101AFI20241021BHJP

   G02B 26/12 20060101ALI20241021BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20241021BHJP

【ＦＩ】

B41J2/47 101D

G02B26/12

G02B5/00 A

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020153004

(22)【出願日】2020-09-11

(65)【公開番号】P2021062608

(43)【公開日】2021-04-22

【審査請求日】2023-08-29

(31)【優先権主張番号】P 2019187964

(32)【優先日】2019-10-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】荒井 一浩

【審査官】佐藤 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１８５９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５７３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３６２７０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１５４１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１０１３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２４３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０７８９７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／４７

Ｇ０２Ｂ ２６／１２

Ｇ０２Ｂ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、光源から射出された波長λの光ビームを偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段で偏向走査された光を被走査面上に結像させる複数のレンズからなるレンズユニットと、を有する走査光学系であって、前記複数のレンズの少なくとも一つのレンズは、光学面に円柱状の複数のホール構造を有し、
前記光学面の中央部における前記ホール構造の深さが、前記光学面の端部における前記ホール構造の深さと異なることを特徴とする走査光学系。

【請求項2】

光源と、光源から射出された波長λの光ビームを偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段で偏向走査された光を被走査面上に結像させる複数のレンズからなるレンズユニットと、を有する走査光学系であって、前記複数のレンズの少なくとも一つのレンズは、光学面に円柱状の複数のホール構造を有し、
前記光学面の中央部における前記ホール構造の径が、前記光学面の端部における前記ホール構造の径と異なることを特徴とする走査光学系。

【請求項3】

前記複数のホール構造を有するレンズに入射する光は、前記複数のホール構造の位置に応じた光量分布を有しており、
前記光学面の中央部における前記ホール構造と前記光学面の端部における前記ホール構造との差は、当該ホール構造に入射する光の光量分布に応じた差であることを特徴とする請求項１または２に記載の走査光学系。

【請求項4】

前記レンズユニットを通過した光ビームは、前記レンズユニットを通過する前に比べて光分布が小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の走査光学系。

【請求項5】

前記複数のホール構造を表面に有するレンズ面は、レンズ中央部における透過率がレンズ端部における透過率より大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の走査光学系。

【請求項6】

前記複数のホール構造を表面に有するレンズ面は、前記レンズ中央部から前記レンズ端部にかけて上記波長λの光ビームの透過率が単調に減少することを特徴とする請求項５に記載の走査光学系。

【請求項7】

前記レンズ表面の前記複数のホール構造は、前記ホール構造の高低差がレンズ中央部から端部にかけて単調に小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載の走査光学系。

【請求項8】

前記複数のレンズの２面以上の光学面に前記ホール構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の走査光学系。

【請求項9】

前記走査光学系は、第１のレンズと第２のレンズを有し、
前記第１のレンズ又は第２のレンズは、互いに対向する光学面に前記ホール構造を有することを特徴とする請求項８に記載の走査光学系。

【請求項10】

前記第１のレンズ及び第２のレンズのそれぞれは、互いに対向する両面の光学面に前記ホール構造を有することを特徴とする請求項９に記載の走査光学系。

【請求項11】

前記複数のホール構造は、三角格子配列されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光走査光学系。

【請求項12】

前記複数のホール構造のピッチは、１００ｎｍ以上９００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光走査光学系。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の走査光学系を有する光走査装置と、前記光走査装置の被走査面に配置された感光ドラムと、前記感光ドラム上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

【請求項14】

光源から射出された波長λの光ビームを偏向走査された光を被走査面上に結像させる走査光学系に用いられるレンズであって、
当該レンズは、
第１の光学面と、第１の光学面に対向する第２の光学面とを有し、
前記第１の光学面に円柱状の複数のホール構造を有し、
前記第１の光学面の中央部における前記ホール構造の深さは、前記第１の光学面の端部における前記ホール構造の深さと異なることを特徴とするレンズ。

【請求項15】

光源から射出された波長λの光ビームを偏向走査された光を被走査面上に結像させる走査光学系に用いられるレンズであって、
当該レンズは、
第１の光学面と、第１の光学面に対向する第２の光学面とを有し、
前記第１の光学面に円柱状の複数のホール構造を有し、
前記第１の光学面の中央部における前記ホール構造の径は、前記第１の光学面の端部における前記ホール構造の径さと異なることを特徴とするレンズ。

【請求項16】

前記複数のホール構造のピッチは、１００ｎｍ以上９００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４または１５に記載のレンズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光の走査方向に透過率分布を有する光学素子を用いる光走査光学系、光走査光学装置および画像形成装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、レーザービームプリンター（ＬＢＰ）等の走査光学系において、画像信号に応じて光変調された光源から出射された光ビームを光偏向器により周期的に偏向させ、結像光学系によって記録媒体面上にスポット状に集束、走査して画像記録を行っている。

【0003】

従来の走査光学系の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）を図８に示す。図８で、走査光学系８０は、光源８１を有しており、例えば半導体レーザーから構成される。光源８１から出射された光は、コリメーターレンズ８２を通って略平行光束に変換され、開口絞り８３によって通過光束を制限してビーム形状が整形される。光偏向器８４は、例えば４面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）から構成され、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転して光を偏向する。

【0004】

偏向された光は、集光機能とｆθ特性とを有する走査光学レンズ系８５を構成する、第１の走査レンズ８６と、第２の走査レンズ８７によって、光偏向器８４によって反射偏向された画像情報に基づく光ビームを被走査面としての感光ドラム面８８上に結像させる。

【0005】

このような従来の走査光学系では、回転多面鏡の反射面の反射特性により、光ビームによる被走査面での主走査方向における光量が不均一となる光量ムラが発生するという課題があった。光量ムラが生じると、ＬＢＰの記録媒体面上に記録される画像の品質が低下する原因となる。

【0006】

特許文献１は、この課題を解決するため、走査光学系の光路上に主走査方向に透過率分布を有する光量補正用光学フィルタを備えることにより被走査面上の光量を均一化する走査光学系を開示している。具体的には、光量補正用光学フィルタとして、光透過性部材に遮光性材料を蒸着法によって成膜したものを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１１－１５４１１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、光量補正用光学フィルタ追加によるとコストが上昇するという課題がある。本発明では、光量補正用光学フィルタを用いずに被走査面上の光量を均一化できる走査光学系の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、光源と、光源から射出された波長λの光ビームを偏向走査する偏向手段と、偏向手段で偏向走査された光を被走査面上に結像させる複数のレンズを有する走査光学系であって、前記複数のレンズの少なくとも一つのレンズは、微細凹凸構造を表面に有し、前記微細凹凸構造を表面に有するレンズの面は、上記波長λの光ビームに対して、レンズ中央部における透過率がレンズ端部の透過率より大きいことを特徴とする走査光学系に関する。

【0010】

また、本発明は、上記の走査光学系を有する光走査装置と、前記光走査装置の被走査面に配置された感光ドラムと、前記感光ドラム上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置に関する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、光量補正用光学フィルタなどの新たな部材を追加することなく被走査面上の光量を均一化することができ、コストの上昇を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態の走査光学系についての主走査方向断面図である。

【図2】光偏向器における光ビーム反射率の入射角依存性を示す図である。

【図3】本実施形態のレンズ（図３（ａ））及び微細凹凸構造（図３（ｂ））の概略図である。

【図4】微細凹凸構造の寸法と透過率との相関を示すグラフである。

【図5】本実施形態にかかる画像形成装置の概略図である。

【図6】本実施形態の微細凹凸構造を作製する工程断面図である。

【図7】実施例３の微細凹凸構造作を作製する工程断面図である。

【図8】従来技術の走査光学系についての主走査方向断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いながら詳細に説明する。

【0014】

（光走査光学系）
図１は、本実施形態の走査光学系の主走査方向の断面図である。図１で、光走査光学系１０は、光源１１を有しており、例えば光源１１は半導体レーザーを用いることができる。光源１１から出射された光（波長λ）は、光偏向器（偏向手段）１２によって偏向される。本明細書において、光偏向器１２によって光ビームが偏向走査される方向を主走査方向と定義する。光偏向器１２は、例えば４面構成のポリゴンミラーにより構成され、モーター等の駆動手段（不図示）を用いて図中矢印Ａ方向に一定速度で回転する。

【0015】

集光機能とｆθ特性とを有する走査光学手段としての走査レンズ系１３は、樹脂材料から成る複数のレンズを有するレンズユニットである。図１では、第１のレンズ１４と、第２のレンズ１５で構成されている。第１の走査レンズ１４は、光偏向器１２側の光学面１４ａと、光学面１４ａに対向する光学面１４ｂを有している。同様に、第２の走査レンズ１５は、光偏向器１２側の光学面１５ａと、光学面１５ａに対向する光学面１５ｂを有している。本実施形態の光走査光学系１０は、第１のレンズ１４又は第２の走査レンズ１５の少なくともいずれか一つの光学面に微細凹凸構造を有している。実施形態の光走査光学系１０は、複数のレンズの少なくとも２面以上の光学面に微細凹凸構造を有することが好ましい。ここで光学面とは、レンズを設計する際に光ビームが通過することを想定している面を言う。

【0016】

光走査光学系１０は、第１のレンズ１４及び／又は第２のレンズ１５は、対向する両面の光学面に前記微細凹凸構造を有することが好ましい。また、第１のレンズ１４及び第２のレンズ１５が、対向する両面の光学面１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂに前記微細凹凸構造を有することがより好ましい。

【0017】

第１の走査レンズ１４の２つの光学面１４ａ，１４ｂ及び第２の走査レンズ１５の２つの光学面１５ａ，１５ｂに微細凹凸構造を有していることが好ましい。

【0018】

光偏向器１２によって反射偏向された光ビームは、走査レンズ系１３を通って被走査面１６上に結像する。

【0019】

図２に光偏向器１２における光ビーム反射率の入射角依存性の一例を示す。ここで、入射角θは、光偏向器の反射面に入射する光ビーム光の入射方向と前記反射面に対する法線との成す角である。例えば、使用する入射角θの範囲が２２°～６８°の場合、反射偏向された光ビームの光量は主走査方向でおよそ１．９％の分布を有する。

【0020】

本実施の形態における第１の走査レンズ１４と、第２の走査レンズ１５の各レンズ面は図１に示すように主走査断面において球面もしくは非球面の形状を有している。本実施形態の光学系は、第１の走査レンズ１４又は第２の走査レンズ１５の少なくとも１面に微細凹凸構造が形成されている。走査レンズ上に形成された微細凹凸構造は、光偏向器１２で反射偏向された光ビームの反射率（透過率）を制御して、被走査面１６上における光量を均一化している。

【0021】

図３（ａ）に、本実施の形態における走査レンズの一例を示す。図３（ａ）では、第１の走査レンズ１４の一つの面１４ａに微細凹凸構造が設けられている。図３（ａ）で、第１の走査レンズ１４は、光を走査させる方向（以下、走査方向と呼ぶ）Ｂにおいて、光学有効領域の中央Ｃにレンズ中央部３１と、光学有効領域における端にレンズ端部３２を有する。ここで、レンズ中央部３１は、中央Ｃ（レンズの走査方向における中心）を含む幅１ｃｍの領域をいい、レンズ端部３２は、光学有効領域の端部から幅１ｃｍの領域をいう。

【0022】

本実施形態の第１の走査レンズ１４は、走査レンズ系１３を通過した後の走査光の光量ばらつきが小さくなるように、波長λの光ビームに対して、透過率分布を有している。

【0023】

例えば、図２に示す光偏向器１２を用いて、入射角θが２２°～６８°の範囲Ｗの光ビームを走査させる場合について説明する。図２からわかるように、レンズ中央部３１に入射させる入射角４５°近傍の光ビームは、レンズ端部３２に入射させる入射角２２°および６８°近傍の光ビームに比べて光偏向器１２での反射率が低いため、光量が少なくなっている。そこで、第１の走査レンズ１４ａの波長λの光に対する透過率が、レンズ中央部３１においてレンズ端部３２より大きくなるように、面１４ａに微細凹凸構造を設ける。これにより、入射角θが２２°～６８°の範囲の光ビームについて、走査レンズ系１３を通過した後の光量が均一になるようにすることができる。つまり、光偏向器１２で偏向走査され、走査レンズ系１３に入射する光の光量分布に応じて、走査レンズ系１３の透過率に分布を持たせる。以下、単に微細構造と記述する場合がある。

【0024】

第１の走査レンズ１４は、レンズ中央部３１からレンズ端部３２にかけて波長λの光ビームの透過率が単調に減少することが好ましい。

【0025】

図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線で示す領域を（上下反転して）拡大した微細凹凸構造の概略図である。図３に示す走査レンズ１４の場合、三角配列された円柱状のホールからなる微細構造によって透過率を制御することにより、主走査方向の光量を調整し、被走査面１４上における光量を均一化している。微細凹凸構造は、円柱状のホールに限定されるものではなく、円錐状、角柱状、角錐状のホールであってもよい。また、円柱、円錐、角柱、角錐などの微細な凸部を有する構造であってもよいし、ラインアンドスペースのパターン等を用いることができる。なお、微細構造のピッチは使用条件において回折が生じない範囲であれば良い。ただし、ピッチが小さすぎると製造が困難になるため、実際には１００ｎｍ以上９００ｎｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることがより好ましい。ホール深さは、１００ｎｍ以上２２０ｎｍ以下が好ましく、１１０ｎｍ乃至２１０ｎｍ以下がより好ましく、１２５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下が更に好ましい。

【0026】

図３のような柱状のホール構造の場合、微細構造は、ホールのピッチＰ、ホールの深さＤ、空孔率Ｖで表すことができる。空孔率Ｖは、単位体積当たりのホールの体積に相当する。回折光が生じないピッチの範囲では、ホール深さＤと空孔率Ｖの一方又は両方を調整することで透過率を制御することができる。

【0027】

まずピッチＰについて説明する。λ：光ビームの波長、Ｎ_０［λ］：光ビームの波長における空気の屈折率、Ｎ_１［λ］：光ビームの波長における走査レンズの屈折率とした場合、空気中で回折が生じないためには下記式（１）を満たす必要がある。
Ｐ＜λ／（Ｎ_０［λ］＋Ｎ_０［λ］×ｓｉｎα） （１）
次に走査レンズ内部で回折が生じないためには下記式（２）を満たす必要がある。
Ｐ＜λ／（Ｎ_１［λ］＋Ｎ_１［λ］×ｓｉｎα） （２）
次にホール深さＤと空孔率Ｖについて説明する。λ：光ビームの波長、Ｎ［λ］：光ビームの波長における微細構造の等価屈折率、Ｎ_０［λ］：光ビームの波長における空気の屈折率、Ｎ_１［λ］：光ビームの波長における走査レンズの屈折率、とする。微細凹凸構造の等価屈折率Ｎは、空孔率Ｖを用いた下記式（３）で求めることができる。
Ｎ［λ］＝Ｎ_０［λ］×Ｖ＋Ｎ_１［λ］×（１－Ｖ） （３）
ピッチＰが回折光の生じない範囲であれば、微細構造は、膜厚がホール深さＤ、屈折率Ｎ［λ］の単層膜として扱うことができる。従って、ホール深さＤと空孔率Ｖを用いて一般的な光学計算をすることにより、走査レンズの屈折率、即ち透過率を設計することができる。

【0028】

図４は、図３に示す微細構造の寸法と透過率との相関を示すグラフの一例である。ここで、ピッチＰは回折光が生じない範囲とし、光ビームの波長は光源手段として一般的に用いられる７９０ｎｍとした。図４（ａ）は、空孔率Ｖが５５％におけるホール深さＤと透過率の相関グラフである。また、図４（ｂ）は、深さＤが１６０ｎｍにおける空孔率Ｖと透過率の相関グラフである。これらのグラフからわかるように、ホール深さ（凹凸の高低差）Ｄと空孔率Ｖを用いて、走査レンズの透過率を制御することができる。

【0029】

走査レンズ系の主走査方向に微細構造の寸法分布を設けることで、光偏向器で反射偏向され、走査レンズ系１に入射する光ビームの光量に応じた透過率分布を構成し、被走査面１４上における光量を均一化することが可能となる。

【0030】

微細凹凸構造は、走査レンズ系１３の透過率を調整する役割を有しているが、同時に面１４ａの表面で生じる光反射を防止する効果も有する。その結果、面１４ａの表面における反射によって生じる迷光を低減し、迷光による光量ムラの発生を抑制することができる。以上、第１の走査レンズ１４の一つの面１４ａにのみ微細凹凸構造を設ける例を説明したが、微細凹凸構造は、光ビームが通過する、第１走査レンズ１の面１４ａおよび１４ｂ、第２走査レンズ１５の面１５ａおよび１５ｂの少なくともいずれか１つに設ければよい。さらに、面１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂのうち任意の２面、あるいは３面、あるいは全面に設けてもよく、微細凹凸構造を形成する面が多いほど、１面あたりの微細構造の寸法分布を小さくすることができる。

【0031】

（電子写真装置）
本発明にかかる走査光学系を、複写機や複合機のレーザー光学系に用いた画像形成装置について説明する。図５は、複写機の概略図である。複写機５１は、画像読み取り部５２と画像形成部５３を有する。画像形成部５３は、レーザー光学系５０を有している。

【0032】

画像形成部５３は、さらに、レーザー走査装置の被走査面に配置された感光ドラム５４と、感光ドラム上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段５５と、を有している。画像形成部５３は、現像されたトナー像を用紙Ｐに転写する転写手段５６と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段５７と、を備えている。

【0033】

レーザー光学系５０に、本発明にかかるレーザー光学系を用いることにより、感光ドラムに走査される光量を均一化して高画質の画像形成をすることができる。また、前述したように、微細凹凸構造は、走査レンズ系１３の透過率を調整すると同時に反射防止する効果を有しているため、表面における反射によって生じる迷光を低減することができる。従って、迷光によって生じる光量ムラ（いわゆるゴースト）を抑制することができ、より高画質な画像を実現することができる。

【0034】

（走査レンズの製造方法）
図６を用いて、本実施形態の走査レンズに微細構造を形成する方法について説明する。

【0035】

図６（ａ）に示すように、走査レンズを成形するための射出成形金型６１を準備する。射出成形金型６１はステンレス製の基部６１ａとニッケル合金製の鏡面部６１ｂから構成される。

【0036】

図６（ｂ）に示すように、スピンコート法によりフォトレジスト層６２を形成する。スピンコートは、５００ｒｐｍ以上４０００ｒｐｍで、１０秒以上６０秒以下で行うことができる。フォトレジスト層の膜厚は、１００ｎｍ以上１００００ｎｍが好ましく、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下がより好ましい。

【0037】

図６（ｃ）に示すように、干渉露光法により露光したのち、現像することによりフォトレジストパターン６３を得ることができる。干渉露光は、波長が２５４以上３６５ｎｍ以下のレーザー光で、露光時間は０．１秒以上１０秒以下で行うことができる。

【0038】

図６（ｄ）に示すように、めっき法によりフォトレジストパターンの凹部にニッケル合金パターン６４を成長させる。

【0039】

図６（ｅ）に示すように、Ａｒイオンを用いたイオンミリング法にてニッケル合金パターン６４の高さを調整する。中央部から端部に向かって単調に高さ増すように各エリアのミリング時間を制御する。

【0040】

図６（ｆ）に示すように、剥離液を用いた超音波洗浄によりフォトレジストパターン６３を除去して、走査レンズ表面に形成される微細構造の反転構造が形成された微細構造金型６５を得る。

【0041】

次に、図６（ｇ）に示すように、微細構造金型６５を用いて射出成形することにより、走査レンズの成形と同時に、表面に微細構造を転写する。このようにして表面に微細構造を有する走査レンズ１４，１５を得る。

【0042】

なお、微細構造を形成しない面は、ステンレス製の基部の上にニッケル合金の鏡面部を有する金型によって形成される。

【実施例】

【0043】

以下の実施例および比較例では以下の方法で評価した。

【0044】

（透過率の測定方法）
透過率は、分光器装置（日本分光製、Ｖ－７３００ＤＳ）を用いて測定した。透過光は測定対象であるレンズにより屈折するため、積分球を用いることで評価した。レンズ中央部およびレンズ端部それぞれにおける透過率は、それぞれの領域に含まれる任意のφ１ｍｍの領域で評価した。

【0045】

（反射率の測定方法）
反射率は、顕微分光装置（ラムダビジョン製、ＬＶｍｉｃｒｏ）を用いて測定した。測定波長は３８０ｎｍ～１６００ｎｍとし、７９０ｎｍの反射率の値を用いて評価した。レンズ中央部およびレンズ端部それぞれにおける反射率は、それぞれの領域に含まれる任意のφ１ｍｍの領域で評価した。

【0046】

（被走査面上の光量分布評価）
光量分布は、ＬＢＰ製品向けに設計された走査光学系と同様に各部材を配置し、被捜査面の位置に光量センサーを設置することにより測定した。

【0047】

（実施例１）
実施例１は、図１の走査光学系で、第１の光学素子１４の光偏向器１２側の光学面１４ａだけに、微細凹凸構造と透過率分布を設けた。光偏向器１２は図２に示す入射角依存性を有し、使用する入射角θの範囲は２２°～６８°とする。なお、他の面は鏡面であり透過率分布も設けていない。

【0048】

まず、以下の方法で、第１の光学素子１４の光学面に微細構造を設けた。

【0049】

図６を用いて本発明の第１の実施例における微細構造の形成方法について説明する。図６は実施例１の工程断面図である。

【0050】

まず、図６（ａ）に示すように、走査レンズを成形するための射出成形金型６１を準備した。射出成形金型６１はステンレス製の基部６１ａとニッケル合金製の鏡面部６１ｂから構成されているものを用いた。

【0051】

図６（ｂ）に示すように、スピンコート法によりフォトレジスト層６２を形成した。スピンコート条件は１０００ｒｐｍ／２０秒とし、フォトレジスト層の膜厚はおよそ３５０ｎｍであった。

【0052】

次に、図６（ｃ）に示すように、干渉露光法により露光したのち、現像することによりフォトレジストパターン６３を得た。実施例１では周期４００ｎｍで三角格子配列のホールパターンを形成した。また、ホールの直径は約３１２ｎｍであり、深さはフォトレジスト層の膜厚と同等の約３５０ｎｍであった。

【0053】

次に、図６（ｄ）に示すように、めっき法によりフォトレジストパターンの凹部にニッケル合金パターン６４を成長させた。ニッケル合金パターン６４の高さがおよそ３１０ｎｍになるように、めっき時間を調整した。

【0054】

次に、数１００μｍ□のエリア単位でＡｒイオンを用いたイオンミリング法を行い、図６（ｅ）に示すようにニッケル合金パターン６４の高さを調整した。実施例１では、ミリング時間を調整することにより、中央部の高さを約１６０ｎｍ、端部の高さを約２４３ｎｍとした。また、使用する光の光偏向器１２の入射角依存性に応じて、中央部から端部に向かって単調に高さ増すように各エリアのミリング時間を制御した。

【0055】

次に、図６（ｆ）に示すように、剥離液を用いた超音波洗浄によりフォトレジストパターン６３を除去した。この際、イオンミリング時にフォトレジストパターン６３の側壁に付着したニッケル合金も一緒に除去された。超音波洗浄後、さらに電解洗浄によりニッケル合金パターン６４の表面を洗浄し、走査レンズ表面に形成される微細構造の反転構造が形成された微細構造金型６５を得た。

【0056】

次に、図６（ｇ）に示すように、微細構造金型６５とステンレス製の基部とニッケル合金製の鏡面部からなる、微細構造が形成されていない金型と、を用いて射出成形することにより、走査レンズの成形と同時に、表面に微細構造を転写した。このようにして表面に微細構造を有する走査レンズ１４を得た。実施例１で得られた走査レンズ１４表面の微細構造に関して中央部、端部、及び中央部と端部の中間部の３か所を電子顕微鏡観察した結果、ほぼ微細構造金型６５の微細構造の反転構造が得られた。

【0057】

第２の走査レンズ１５は通常の射出成形金型を用いて射出成形することにより得た。

【0058】

作製した走査レンズ１４、１５を用いて走査レンズ系１３を構成し、ＬＢＰ製品の走査光学系と同様に図１に記載の光学系を作製して、評価をした。評価結果を表１に示す。

【0059】

（実施例２）
実施例２は、第１の走査レンズ１４の光学面１４ａ、１４ｂおよび第２の走査レンズの光学面１５ａ、１５ｂに微細凹凸形状を形成した点、光学面１５ｂにのみ透過率分布を形成した以外は実施例１と同様にした。実施例２の光学面１５ｂの透過率分布は、実施例１の光学面１４ａの透過率分布と同等にした。

【0060】

実施例２では、以下の工程以外は実施例１と同様にして走査光学レンズ１４を作製した。

【0061】

図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１と同様にした。

【0062】

次に、図６（ｄ）めっき法によるニッケル合金パターン６４の形成において、高さがおよそ２００ｎｍになるようにめっき時間を調整した。

【0063】

次に、図６（ｅ）Ａｒイオンを用いたイオンミリング法によるニッケル合金パターン６４の高さ調整において、中央部の高さを約１８１ｎｍ、端部の高さを約７６ｎｍ、中央部から端部に向かって単調に低くなるように各エリアのミリング時間を制御した。

【0064】

図６（ｆ）から図６（ｇ）は、実施例１同様にして、表面に微細構造を有する走査レンズ１４を得た。

【0065】

実施例２の光学系の評価結果を表１に示す。

【0066】

（実施例３）
実施例３は、第２の走査レンズ１５の光学面１５ａ、１５ｂの２面において透過率分布を形成した以外は実施例２と同様にした。

【0067】

実施例３では、以下の工程以外は実施例１と同様にして走査光学レンズ１５を作製した。

【0068】

図７を用いて実施例３における微細構造の形成方法について説明する。なお、図７では、微細構造が形成される過程を片側の面だけ示している。

【0069】

図７（ａ）に示すように、走査レンズを成形するための射出成形金型７１を準備した。射出成形金型７１は、ステンレス製の基部７１ａとニッケル合金製の鏡面部７１ｂから構成されているものを用いた。

【0070】

図７（ｂ）に示すように、スパッタ法によりチタン膜７２と二酸化ケイ素膜７３を成膜した。実施例３ではチタン膜７２の膜厚を約５０ｎｍ、二酸化ケイ素膜７３の膜厚を約２００ｎｍとした。

【0071】

図７（ｃ）に示すように、スピンコート法によりフォトレジスト層７４を形成した。実施例３におけるスピンコート条件は３０００ｒｐｍ／２０秒とし、フォトレジスト層の膜厚はおよそ１５０ｎｍであった。

【0072】

次に、図７（ｄ）に示すように、ＥＢ描画法により露光した後、現像することによりフォトレジストパターン７５を得た。実施例３では周期４５０ｎｍで三角格子配列のピラーパターンを形成した。また、ピラー直径を中央部で約３５０ｎｍ、端部で約４０１ｎｍとし、中央部から端部に向かって単調に直径が広くなるように描画した。高さはフォトレジスト層の膜厚と同等の約１５０ｎｍであった。

【0073】

次に、図７（ｅ）に示すように、ＣＨＦ３ガスを用いたドライエッチング法によりフォトレジストパターンの凹部に露出した二酸化ケイ素膜７３をドライエッチングし、二酸化ケイ素パターン７６を得た。実施例３では二酸化ケイ素パターン７６の高さが約１６０ｎｍとなるようにエッチング時間を制御した。

【0074】

次に、図７（ｆ）に示すように、酸素アッシング法によりレジストパターン７５を除去した。その後、二酸化ケイ素パターン７６の表面に単分子離型膜（不図示）を形成することで、微細構造金型７７を得た。

【0075】

次に、微細構造金型７７と同様の方法で作製した、走査レンズ１５の他方の面に形成する微細構造に応じた凹凸を有する微細構造金型と微細構造金型７７とを用いて射出成形を行った。このような方法により、図７（ｇ）に示すように走査レンズの成形と同時に、表面に微細構造が転写された。このようにして両側の表面に微細構造を有する第２の走査レンズ１５を得た。実施例３で得られた第２の走査レンズ１５表面の微細構造に関して中央部、端部、及び中央部と端部の中間部の３か所を電子顕微鏡観察した結果、ほぼ微細構造金型７７の微細構造の反転構造が得られていた。

【0076】

（実施例４）
実施例４は、第１の走査レンズ１４の光学面１４ｂ、第２の走査レンズの光学面１５ａ、１５ｂの３面に透過率分布を形成した点以外は実施例１と同様にした。光学面１４ｂ、１５ａ、１５ｂは、各面とも中央部と端部の間は単調に透過率を変化させた。

【0077】

実施例４では、以下の工程以外は実施例３と同様にして第１の走査レンズ１４および第２の走査レンズ１５を作製した。

【0078】

図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例３と同様にした。

【0079】

次に、図７（ｄ）ＥＢ描画法によるフォトレジストパターン７３の形成において、１５ｂ面用の金型では、周期３００ｎｍで三角格子配列のピラーパターンを形成した。ピラー直径は中央部で約２３４ｎｍ、端部で約２０２ｎｍとし、中央部から端部に向かって単調に直径が狭くなるように描画した。光学面１５ａ及び光学面１５ｂの反転構造を有する金型では、周期２００ｎｍで三角格子配列のピラーパターンを形成した。ピラー直径は中央部で約１５６ｎｍ、端部で約１１９ｎｍとし、中央部から端部に向かって単調に直径が狭くなるように描画した。深さはフォトレジスト層の膜厚と同等の約１５０ｎｍであった。

【0080】

次に、図６（ｅ）から図６（ｇ）の工程は実施例３と同様にして、表面に微細構造を有する走査レンズ１４、１５を得た。

【0081】

（実施例５）
実施例５は、４つの光学面１４ａ、１４ｂ、１５ａ，１５ｂに透過率分布を形成した以外は実施例４と同様にした。透過率分布は、中央部の透過率を９９．９９％、端部の透過率を９９．４０％とし、中央部と端部の間は単調に透過率を変化させた。

【0082】

実施例５では、以下の工程以外は実施例１と同様にして走査光学レンズ１４を作製した。

【0083】

図６（ａ）から図６（ｃ）の工程は、実施例１と同様にした。

【0084】

次に、図６（ｄ）めっき法によるニッケル合金パターン６４の形成において、高さがおよそ２００ｎｍになるようにめっき時間を調整した。

【0085】

次に、図６（ｅ）Ａｒイオンを用いたイオンミリング法によるニッケル合金パターン６４の高さ調整において、中央部の高さを約１６０ｎｍ、端部の高さを約１２２ｎｍ、中央部から端部に向かって単調に低くなるように各エリアのミリング時間を制御した。

【0086】

図６（ｆ）から図６（ｇ）は、実施例１同様にして、表面に微細構造を有する走査レンズ１４を得た。

【0087】

【表1】

【0088】

（評価）
実施例１では、第１の走査レンズ１４の光学面１４ａだけに円柱状のホール有する微細構造を設けた。ホールの深さが中央部から端部にかけて高くなるように形成することで、レンズ中央部の透過率を９９．９９％、レンズ端部の透過率を９７．６０％となり、レンズ中央部とレンズ端部の間は単調に透過率が変化していた。被走査面１６上の光量分布を均一化することができた。一方、第１の走査レンズ１４の光学面１４ａの中央部の反射率は１％以下となっているが、その他の光学面の反射率は１％より高くなっていた。

【0089】

反射率１％が超える領域での反射による迷光が生じてしまうものの、被走査面１６上に最も到達しやすい光学面１４ａ中央部の反射率が１％以下となっているため、被走査面１６上において十分に均一な光量分布を実現することができた。

【0090】

実施例２では、被走査面１６上の光量分布を均一化することができた。さらに、走査レンズ系の第１の走査レンズ１４の光学面１４ａ，１４ｂおよび第２の走査レンズ１５の光学面１５ａ、１５ｂでの反射を抑制して透過率を高くしたため、光ビームのロスを少なくすることができた。光ビームのロスの減少は、光源の低コスト化又は走査速度の向上になった。第２の走査レンズ１５の光学面１５ｂの端部の反射率が１％より高くとなっているが、その他の光学面では反射率が１％以下となっていたので、被走査面１６上において十分に均一な光量分布が得られることが確認された。

【0091】

実施例３では、実施例２と同様に被走査面１６上の光量分布を均一化することができ、走査レンズ系の全面の透過率を高くしたため、光ビームのロスを少なくすることができた。さらに、走査レンズ表面を２面使って透過率分布を設けたため、１面あたりの透過率分布を小さくすることができた。光学面１５ａおよび１５ｂの端部の反射率を、実施例２の光学面１５ｂの端部よりも抑制することができたが、反射率を１％以下とすることはできなかった。しかし、すべての光学面の中央部における反射率が１％以下であったため、被走査面１６上において十分に均一な光量分布を実現することができた。

【0092】

実施例４では、実施例３と同様に被走査面１６上の光量分布を均一化することができ、光ビームのロスを少なくすることができた。さらに、走査レンズ表面を３面使って透過率分布を設けたため、１面あたりの透過率分布を小さくすることができ、全光学面の反射率を１％以下にすることができ、実施例１～３に比べて迷光が低減され、被走査面１６上においてより均一な光量分布が得られた。

【0093】

実施例５では、実施例４と同様に被走査面１６上の光量分布を均一化することができ、光ビームのロスを少なくすることができた。また、全光学面の反射率を１％以下にすることができた。実施例４と同様に、迷光が低減され、被走査面１６上においてより均一な光量分布が得られた。

【0094】

実施例１～５の結果から、レンズ中央部とレンズ端部の透過率の差を１．９％未満にすることができた。また、第１のレンズ１４および第２のレンズ１５について、中央部から端部まで反射率を１．０％以下にすることにより、被走査面１６上において他の実施例に比べてさらに均一な光量分布が得られた。

【符号の説明】

【0095】

１１ 光源
１２ 光偏向器
１３ 走査レンズ系
１４ 第１の走査レンズ
１５ 第２の走査レンズ
１６ 被走査面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】