模制品、硬模、光学元件以及光学装置的制作方法

专利名称：模制品、硬模、光学元件以及光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模制品，其具有包含精细图案的倾斜表面、弯曲表面和/
或雕刻表面。此外，本发明还涉及一种用于形成该制品的硬模； 一种使用该模 制品的光学元件；以及一种使用该光学元件的光学装置(例如光学扫描装置、 图像显示装置和光学摄像管装置等)。
背景技术：
通常，控制光学元件表面的光反射很重要。已使用在光学元件的表面涂上 多层绝缘层的技术以试图防止在该表面上的反射。具体来说，通过执行多个过 程制备这种光学元件，例如通过制模方法(例如喷射模塑法)制备制品以及使 用涂层装置在制品的表面形成这种多层绝缘层。由于这些过程花费时间长，所 以光学元件成品制造成本高。
最近，已使用在光学元件的表面上形成精细图案以防止光学元件表面光反 射的技术来试图解决成本问题。由包括半导体加工工艺的机械方法在硬模表面 上形成精细图案，通过使用硬模，这种精细图案形成在光学元件上。也就是说， 与形成在硬模表面上的精细图案相应的精细图案形成在由例如树脂和玻璃材 料制成的模型光学元件的表面上。在下文中，这种方法有时称为模型转换方法。
尚未审查的日本公开专利(以下称为JP-A) 2003，270569公开了一种扫 描光学系统和一种使用该系统的成像设备。其中描述了通过根据入射光通量的 偏振平面适当地设置精细结构光栅的阵列方向，从而减少精细光栅结构的结构 性双反射的影响，来获得优良的光学特性。具体来说，在如图1B所示的扫描 光学系统中，激光光源1发出的光通量被偏转装置5偏转，并偏转的光通量聚 焦于表面7，同时由扫描光学装置6扫描。扫描光学装置6包括第一扫描透镜 6a,该第一扫描透镜6a具有一个或多个光学表面，该光学表面具有精细结构 光栅8 (包括光栅部分81和非光栅部分82 )。精细结构光栅的栅距比光通量的 波长短，并且精细结构光栅平行排列在扫描透镜6a的整个表面上。
此外，最近，例如为多个精细凹槽的精细图案形成在模制品的表面上，以 控制该表面的可湿性和/或摩擦系数。这种精细图案通常由模型转换方法形成。
当由模型转换方法形成这种精细图案时，问题在于使用的硬模不能很好的 从模制品上脱模，因此产生了形成的精细图案的质量降低的情况(即，模制品 不能具有所需功能)。
此外，当模制品的斜面相对于脱模方向陡峭时(即，如图3所示，当由斜 面和脱模方向形成的夹角大时)，产生了例如矩形凹槽的精细图案不能形成在 模制品上的问题。
参考图1A， JP-A2003-270569公开的背景技术中使用了光学透镜6a，该 光学透镜6a具有一个或多个光学表面，该光学表面具有包括相互平行设置的 光栅部分81 (即凹槽)和非光栅部分82的精细结构光栅8。这样，扫描透镜 6a具有相对于透镜的弯曲表面倾斜的精细图案。当由模型转换方法形成这种 精细图案时，问题在于使用的硬模不能很好的从模制品上脱模，因此发生了形 成的精细图案的质量降低的情况。具体来说，如图1B所示，光束倾斜进入扫 描透镜6a的表面。因此，凹槽81优选面对光束(即，凹槽也是倾斜的)以提 高透镜6a的光学性能。当由模型转换方法形成这种凹槽时，由于硬模的脱模 方向与凹槽的方向不同，所以硬模难以从模制品(透镜)上脱模。因此，问题 在于使用的硬模不能很好的从模制品上脱模，因而发生了形成的精细图案的质 量降低的情况。
特别是，当由模型转换方法制备具有弯曲表面且该弯曲表面上具有矩形凹 槽的制品时，由于硬模的突起不能从形成在制品表面上的凹槽上脱模，所以使 用的硬模的脱模非常困难。具体来说，当硬模的脱模方向与图2所示的矩形凹 槽的方向相同时，能够很好的完成硬模脱模。但是，当硬模的脱模方向与图3 所示的矩形凹槽的方向相差很大时，硬模的脱模就非常困难。在这种情况下， 不能形成好的凹槽(即，凹槽被破坏了)。换句话说，只有表面上具有台阶的 制品(如图4所示)能够由模型转换方法模制。
由于这些原因，存在能够通过冲莫型转换方法在倾斜表面、弯曲表面和雕刻 表面上良好地形成精细图案以提高表面的例如防反射性、可湿性和摩擦系数的 性能的需要。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种由模型转换方法形成的模制品，并且 在它的倾斜或者弯曲表面(此后有时称为斜面)上具有图案，其中，斜面的法 线方向不同于硬模的脱模方向。由硬模在模制品表面上形成的图案包括在斜面 的倾斜方向上沿着斜面延伸的凹槽，并且在两个相邻的凹槽之间的间距不大于 预定的长度。
凹槽优选为是放射状凹槽，该放射状凹槽放射状延伸并且具有中心点，在 该中心点上，法线方向与硬才莫脱模方向相同。
根据本发明的另 一方面，提供了 一种光学元件，其包括上面所述的模制品， 其中，该模制品基本上是透明的并且接收光线，其中，在两个相邻凹槽之间的 间距不大于用于光学元件光的波长。
也还根据本发明的另一方面，提供了一种光学装置，其包括光源以及调制 从所述光源发出的光的上面所述的光学元件。例如，提供了一种光学扫描装置 作为光学装置的例子，其包括光源、构成为校准由光源发出的光通量的校准装 置、构成为偏转校准的光通量的偏转装置和构成为当扫描时将反射光通量聚焦 在材料表面上的扫描和聚焦装置，其中校准装置和扫描和聚焦装置中的至少一 个包括上面所述的光学元件。
光学装置的另一个例子是图像显示装置，其包括光源、构成为引导光线的 校准装置、图像显示元件以及投影透镜，其中校准装置和投影透镜中的至少一 个包括上面提到的光学元件。
光学装置的还有另一个例子是光学摄像管装置，其包括光源、构成为校准 由光源发出的光通量的校准装置、构成为将校准的光通量聚焦在光学记录介质 上的物镜、构成为聚集从光学记录介质上反射的光通量的聚光器以及光感光 器，其中光学系统、物镜和聚光器中的至少一个包括上面提到的光学元件。
还根据本发明的一个方面，提供了形成模制品的硬模，其包括在它的内表 面上的图案，其中该图案包括用来在模制品的表面上的斜面的至少部分上形成 凹槽的图案，其中斜面的法线的方向不同于硬模的脱模方向。
还根据本发明的一个方面，提供了一种用于成型在制品的表面上具有斜面
的制品的方法，其包括下列步骤
提供一个硬模，在硬模的内表面上具有至少凹槽图案，用来在制品表面的
4牛面上的至少部分上形成凹槽； 利用硬模对树脂进行模制；
从模制品脱出硬模，从而使硬模的脱模方向不同于制品斜面的法线的方向。


从详细说明书以及附图中，可以更加充分地明白同时可以更好地理解本发 明的各种其它目的、特征和伴随的优势，其中，相同的参考数字始终代表相同 的相应的部件，其中
图1A和1B为显示背景技术的光学扫描装置和在它的扫描透镜上形成的 凹槽的示意图2和3是用于解释硬模脱模方向和凹槽的方向的示意图4是具有凹槽的光学元件的表面，该凹槽具有与脱模方向相同的方向，
但是该凹槽不再是凹槽，而是台阶；
图5是在本发明的模制品上使用的一组凹槽的例子的示意图6是在本发明的模制品上使用的一组凹槽的另一个例子的示意图，其中
该凹槽具有与脱模方向相同的方向；
图7A、 7B和7C是用来解释用于本发明的凹槽和背景技术中的凹槽之间
的差别的示意图8是与硬模脱模方向具有相同方向的凹橹的示意图9是与硬模脱模方向具有一定范围的方向差的凹槽的示意图，从而凹槽
可以从使用的硬模中脱模；
图IO是本发明的光学元件的一个例子的表面的示意图11是本发明的光学元件的另 一个例子的表面的示意图12是本发明的光学元件的另一个例子的表面的示意图13是凹槽的示意图，其方向使得凹槽不能从使用的硬模中脱模；
图14是本发明的光学元件的另一个例子的表面的示意图15A和15B为本发明的光学元件的另一个例子的表面的示意图和该表
面的中心部分的放大透视图16是用于解释凹槽的方向和光线的偏振方向(TE波和TM波)的示意
图17是凹槽深度和凹槽相对于TE波的反射比之间的关系的曲线图； 图18是凹槽深度和凹槽相对于TM波的反射比之间的关系的曲线图； 图19A和19B为本发明的一个例子的衍射光学元件的表面的截面示意图 和平面视图20A、20B和20C为本发明的光学元件的一个例子的示意图和表示在柱
面光学元件上形成的凹槽的截面3见图21A和21B为本发明的的光学元件另一个例子的示意性透视图，和光
学元件的表面的平面视图22是本发明的光学扫描装置的一个例子的示意图23是本发明的图像显示装置的一个例子(放映机)的示意图；以及
图24是本发明的光学摄像管装置的一个例子的示意图。
具体实施例方式
此处使用的术语仅仅是为了说明特定的实施方式，不是为了限定本发明。 如此处使用的单数形式的"一个，，倾向于也包括复数形式，除非另外上下文清 楚地指明不是。还可以理解，当在本申请中使用术语"包括"时，其指定具有 所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除具有或者附带 有其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合中的一个或者 多个。
本发明将参照附图进行详细的解释。
本发明的一个目的就是要通过模型转换方法提供制品，该制品具有包括精 细图案的倾斜表面、弯曲表面(例如球形表面和非球形表面)和/或雕刻表面， 该精细图案包括多个凹槽，其中，斜面的法线不同于硬模脱模方向。将凹槽形 成为沿着倾斜的或者弯曲的表面延伸，并且在两个相邻的凹槽之间的间隔不大 于预定的长度(例如照射该制品(光学元件)的光线的波长)。倾斜表面、弯 曲表面和雕刻表面此后有时称为斜面。
接下来，将解释模制品为光学元件的例子。
当精细图案形成于具有斜面的光学元件的表面上时， 一个点作为参考点，
在该点上，硬模脱模方向与该表面的法线的方向相同。即， 一个参考点被设置
到斜面的部分，该部分垂直于硬模脱模的方向。通常，在斜面具有颠倒的u 形的例子中，该参考点通常地被设置到该颠倒的u形的顶部。在斜面具有u 形的例子中，该参考点通常被设置到u形斜面的底部。当斜面只有一个顶点
(最高点)或者一个最低点时，该点就作为参考点。即，精细图案围绕该参考 点形成于，该参考点是该图案的中心。当斜面具有多个顶点(最高点)或者多 个最低点时，斜面具有多个参考点。
多个精细凹槽从参考点(即，中心)放射状地形成。此外，精细凹槽(此
后有时称为居间凹槽)形成于放射状延伸凹槽之间。在这点上，在两个相邻凹
伸的凹槽没必要具有共同的参考点(中心)，并且可以是从该参考点附近的点 开始的放射状延伸的凹槽。
参考图5，居间凹槽hlbl这样形成，以邻近放射状延伸凹槽hl，同时与 凹槽hl间隔不大于预定距离的距离。类似地，居间凹槽h2b-l这样形成，以 邻近放射状延伸凹槽h2,同时与凹槽h2间隔不大于预定距离的距离。该居间 凹槽hlbl和h2b-l具有交点，但是居间凹槽不从该交点朝向中心(参考点) 延伸。这时，居间凹槽没必要具有交点，并且居间凹槽hlbl的起点可以与居 间凹槽h2b-l的起点间隔基本上等于其间的间距的距离。
如图5所示，另外的居间凹槽hlb2和h2b-2形成于居间凹槽hlbl和h2b-l 的相邻区域。类似地，也形成了居间凹槽hlb-l和h2bl。因此，精细凹槽至少 形成于光学元件的光学有效区域的表面上。因此，精细凹槽优选以这样的方式 形成于光学元件的表面上两个相邻凹槽之间的间距不大于预定长度(例如， 用于光学元件的光的波长)。这时，凹槽深度优选大于两个相邻凹槽之间的间 距，从而最终形成的光学元件的表面具有较好的防反射属性。光学元件的这种 防反射属性根据使用的光的波长、形成的凹槽的形状(例如宽度和深度)以及 两个相邻凹槽的间距发生改变。
在图6中示出了这种精细凹槽的一个例子。参照图6，凹槽11形成于光 学元件10的表面上，以在斜面的倾斜方向上延伸。这时，在两个相邻凹槽之 间的间距不大于预定长度。此外，由于凹槽的方向与图8中所示的硬模的脱模
方向相同，所以用于模制光学元件的硬模可以容易地从模制的光学元件上脱 模。
图7A和7B表示由传统方法形成的凹槽，图7C表示由本发明的方法形成 的凹槽。具体来说，图7A表示具有矩形凹槽的光学元件，该矩形凹槽具有不 同于硬模M^莫方向的方向，类似于图3中所示的凹槽。由于在图7A中所示的 这种光学元件的矩形凹槽的方向与光束移动方向相同，所以光学元件具有好的 防反射属性。但是，矩形凹槽的方向不同于硬模脱模方向，因而当硬模从模制 品中脱模时，易发生凹槽被损坏的问题。图7B表示具有矩形凹槽的光学元件， 该矩形凹槽具有不同于光束移动方向的方向。由于这种光学元件的矩形凹槽的 方向与硬模脱模方向相同，所以该光学元件具有好的硬模可脱模性。但是，该 矩形凹槽的方向不同于光束移动方向，因此该光学元件具有很差的防反射属 性。因此，当凹槽形成于光学元件的斜面上时，尤其是当斜面的倾斜角度大时， 很难使光学元件具有硬模可脱模性和防反射属性的好的组合(即硬模可脱模性 和防反射属性是矛盾的)。通常，凹槽深度相对于它的间距越大，光学元件表 面的反射比越低。即纵横比(即深度/宽度比)越高，凹槽具有越好的防反 射属性。从图7A和7B中可以容易地理解，很难从具有高纵横比的精细凹槽 中脱出硬模。
相比之下，如图7C所示，由本发明的方法形成的凹槽11在斜面的倾斜 方向上延伸，并且在两个相邻凹槽之间的间隔不大于预定间隔。如图7C所示， 凹槽的方向与硬模脱模方向和光束移动方向相同，因此光学元件可以具有硬模 可脱模性和防反射属性的很好组合。
在本发明的光学元件(模制品)中，硬模脱模方向和光学元件表面的法线 之间的角度在参考点(中心)的附近是小的。因此，使询的硬模可以容易地从 模制的光学元件上脱模，类似于凹槽形成于平的表面上的例子。换句话说，在 中心部分形成传统的精细图案(例如圆锥图案和角锥图案)是可能的，该中心 部分邻近参考点(中心)并且其具有倾斜角，从而凹槽可以很好地从硬模脱模， 即凹槽具有不高于图9中所示的预定角度a的脱模角度。此外，不具有共同的 中心的多个放射状延伸的凹槽51可以围绕这个中心部分形成，如图15A所示。 在这个例子中，形成了居间凹槽，从而两个相邻凹槽之间的间距不大于预定间距。
不特别限制凹槽的形状，并且优选使用具有下列性质的凹槽，即凹槽的顶
部的宽度大于其底部的宽度，例如v形凹槽、u形凹槽和梯形凹槽。如果凹 槽的顶部的宽度大于其底部的宽度，那么可以使用矩形凹槽。
因此，通过使用上面提到的方法，通过不会引起硬模脱模问题的成型方法， 可以容易地制备模制品(光学元件)，在该模制品的斜面上具有精细凹槽，并 且该模制品具有防反射特性、可湿性和摩擦系数的很好组合。因而制备的光学 元件可以优选用于各种光学装置。
已经一般性地描述了本发明，参照某些特定的例子，可以进一步理解本发 明，此处提供的这些特定的例子仅是为了解释说明，不是为了限制本发明。在 下面的例子中的说明中，数字部分地代表重量，除非有特定说明的除外。
例子
例子1
图IO是本发明的光学元件的一个例子的示意图。该光学元件例如被用作 在激光打印机中使用的光扫描装置的扫描透镜。在图10中所示的光学元件20 的表面在主扫描方向上(即，图IO中的水平方向)具有200mm的曲率半径， 并且在副扫描方向上(即，图10中的垂直方向)具有从40mm到100mm范 围内的曲率半径。
光学元件20具有参考点22(在这里例子中是表面的中心)，在该参考点， 硬模脱模方向与该表面的法线的方向相同。如图IO所示，凹槽21从中心22 朝向光学元件的边缘放射状延伸。这时，硬模脱模方向是垂直于在图10所示 的纸片的表面的方向。在这个例子中，20个放射状凹槽在中心22相交。但是， 凹槽并不局限于那里，并且为此也可以使用没有在中心22相交的凹槽。其它 精细凹槽(居间凹槽)存在于该20个凹槽之间。在这个例子中，在两个相邻 凹槽之间的间距被设置为不大于240nm。从图IO中可以清楚地看出，两个相 邻凹槽不互相平行，因此其间的间距根据凹槽的位置发生改变。
凹槽具有V形，并且它的宽度和深度分别是200nm和400nm。这时，凹 槽的深度可以是通过从硬模脱模方向上截取的光学元件的整个表面的剖面(截 面)上测量凹槽深度，或者通过从该部分的法线上截取的表面部分的截面上测
量凹槽深度从而确定的凹槽深度。但是，优选通过从该部分的光束移动方向上 截取的表面部分的截面上测量凹槽的深度来确定深度。即，优选凹槽面向光束
移动方向，并且每个凹槽在光束移动方向上的深度为400nm。
用来成型具有如图10所示的这种精细凹槽图案的树脂光学元件的硬模 (未示出)在它的表面上具有反向的凹槽图案。这种精细凹槽图案预先形成于 硬模的表面上。使用硬模和例如注模和压模的树脂成型方法来制备光学元件 20。
》反长为650nm的鴻 束具有不大于0.3 %的反射比。 例子2
图11是本发明的光学元件的另一个例子的示意图。这种光学元件被例如 用作图像显示装置(放映机)的透镜或者光学装置(例如照相机和摄像机)的 透镜。
参照图11，光学元件(透镜)30具有参考点32 (在这个例子中是该表面 的中心)，在该参考点，硬模脱模方向与该表面的法线的方向相同。如图11中 所示，凹槽31从该中心32放射状延伸。这时，硬模脱模方向是垂直于图11 所示的纸片的表面的方向。在这个例子中，8个凹槽在中心32相交。其它精 细凹槽(居间凹槽)存在于这8个凹槽之间。在这个例子中，在两个相邻凹槽 之间的间距被设置为不大于300nm。因此，精细凹槽31形成于光学元件30 的表面的至少光学有效区域上。
凹槽是V形，并且它的宽度和深度分别是300nm和450nm。类似于在例 子1中的光学元件20,每个凹槽在光束移动方向上具有450nm的深度。
用于成型具有如图11所示的这种精细凹槽图案的树脂光学元件的硬模 (未示出)在它的表面上具有反向的凹槽图案。这种反向的凹槽图案预先形成 于硬模的表面上。使用硬模和例如注模和压模的树脂成型方法制备光学元件 30。
可以确定的是，因而制备的光学元件30的表面相对于从大约400nm到大 约800nm的光谱区的光具有不大于0.4%的反射比。 例子3
图12是本发明的光学元件的另一个例子的示意图。该光学元件被例如用 作在激光束打印机中使用的光学装置的准直仪透镜，或者光学装置(例如准直 仪透镜、物镜或者聚光透镜)的透镜。
参考图12,光学元件(透镜)30，具有参考点32，(在这个例子中是该表 面的中心)，在该参考点，硬模脱模方向与该表面的法线的方向相同。类似于 在图11中所示的凹槽31,凹槽31，沿着该光学元件的斜面放射状延伸。这时， 硬模脱模方向是垂直于在图12中所示的纸片的表面的方向。其它精细凹槽(居 间凹槽)存在于该8个凹槽之间。在这里例子中，两个相邻凹槽之间的间距被 设置为不大于300nm。因此，精细凹槽31，形成于光学元件30，的表面的至少 光学有效区域上，类似于在图11中所示的光学元件30。但是，光学元件30' 具有邻近中心32，的多个同心凹槽33。在同心凹槽33的两个相邻凹槽之间的 间距是300nm。
为了使这种光学元件30，具有好的防反射性质，凹槽的方向优选与光束移 动方向相同。在这个例子中，邻近中心32，的同心凹槽33的方向易于从图8 中所示的硬模上脱模。如果同心凹槽33远离中心32，，那么同心凹槽相对于图 13中所示的硬模脱模方向具有较大的倾斜，因此光学元件不能从硬模上脱模。 因此，在这个例子中，同心凹槽33形成于该表面的中心部分上，该中心部分 具有较低的倾斜角度。此外，放射状延伸同时中心32，作为其参考点的放射状 凹槽31，形成于该表面的具有大的倾斜角的其它部分上，以防止硬模脱模问题。
形成于光学元件的中心部分上的精细图案的形状并不局限于同心凹槽，例 如圆锥图案和角锥图案的其它图案也是可以的。
在图12中所示的凹槽3l，和33是V形，并且它的宽度和深度分别是300nm 和500nm。每个凹槽在光束移动方向上优选具有500nm的深度。
用来成型具有如图12所示的这种精细凹槽图案的树脂光学元件30，的硬 模(未示出)在它的表面上具有相反的凹槽图案。这种相反的凹槽图案预先形 成于该硬模的表面上。使用硬模和例如注模和压模的树脂成型方法可以制备光 学元件30'。
可以确定的是，因而制备的光学元件30，的表面相对于波长为600nm的激 光束具有不大于0.3 %的反射比。
例子4
图14是本发明的光学元件的另一个例子的示意图。该光学元件例如被用 作图像显示装置(放映机)的离心投影透镜。
参照图14，光学元件(透镜)40具有光轴，该光轴位于光学元件的下部， 即该光轴不是光学元件的表面的中心。在这个例子中，16个凹槽41从参考点 42开始放射状延伸，在该参考点硬模脱模方向与该表面的法线的方向相同。 这时，硬模脱模方向是垂直于图14所示的纸片的表面的方向。其它精细凹槽 (居间凹槽)存在于该16个凹槽之间。在这个例子中，两个相邻凹槽之间的 间距被设置为不大于250nm。因此，精细凹槽41形成于光学元件40的表面的 至少光学有效区域上。
凹槽41具有V形，并且它的宽度和深度分别是250nm和350nm。类似于 在例子1中的光学元件20，每个凹槽在光束移动方向上优选具有350nm的深 度。
用于成型具有如图14所示的这种精细凹槽图案的树脂光学元件40的硬模 (未示出)在它的表面上具有反向的凹槽图案。这种反向的凹槽图案预先形成 于该硬模的表面上。使用硬模和例如注模和压模的树脂成型方法来制备光学元 件40。
可以确定的是，因而制备的光学元件40的表面相对于在从大约400nm到 大约800nm的可见光谱区中的光具有不大于0.2 %的反射比。 例子5
图15是本发明的光学元件的另一个例子的示意图。该光学元件例如被用 作在激光束打印机中使用的光学装置的准直仪透镜。
参照图15A,具有圆锥形状(如图15B中所示)的突起53形成于光学元 件50的表面的椭圆形的中心部分54上，以使得该光学元件具有好的防反射性 质。图15B是突起53的放大视图。此外，凹槽51从中心部分54的外部部分 开始沿着光学元件的斜面放射状延伸。即，凹槽51没有共同的中心(参考点)。 此外，其它精细凹槽(居间凹槽)存在于这些凹槽之间。在这个例子中，在两 个相邻凹槽之间的间距被设置为不大于250nm。因此，精细凹槽51形成于光 学元件50的表面的至少光学有效区域上。
凹槽51是U形，并且它的宽度和深度分别是250nm和350nm。类似于在 例子1中的光学元件20,每个凹槽在光束移动方向上优选具有350nm的深度。
用于成型具有如图15A所示的这种精细凹槽图案的树脂光学元件50的硬 模(未示出)在它的表面上具有反向的凹槽图案。这种反向的凹槽图案预先形 成于该硬模的表面上。通过例如注模和压模的树脂成型方法来制备光学元件 50。
可以确定的是，因而制备的光学元件50的表面相对于波长为633nm的激 光束具有不大于0.3 %的反射比。
因此在光学元件的表面上形成的凹槽看上去是放射状排列的。但是，凹槽 以不大于用于光学元件的光的波长的间距排列，因而光学元件可以具有4艮好的 防反射特性。
图17和18是在光学元件的表面上形成的凹槽深度和相对于TM波和TE 波的表面的反射比之间的关系的曲线图。这时，如图16所示，TM波被定义 为被偏振以具有平行于凹槽的方向的光，TE波被定义为被偏振以具有垂直于 凹槽的方向的光。此外，使用的光的波长是650mn并且光学元件的折射率是 1.525。凹槽的间距还被改变为200nm、 300nm和500nm。从图17和18中可 以理解，当凹槽深度不小于400nm并且间距是200nm时，光学元件的表面相 对于TM波和TE波具有不大于0.2。/。的反射比。因此，通过形成具有这种特 性的凹槽，光学元件可以具有好的防反射特性。
本发明的模制品可以被用于衍射光学元件、菲涅耳透镜、仅在一个方向上 具有曲率的光学元件、具有复杂弯曲表面的光学元件等以及上面提到的光学元 件。下面将解释这种光学元件的一些例子。
例子6
图19A和19B是本发明的光学元件的另一个例子(衍射光栅)的截面示 意图和平面视图。
参照图19A和19B，光学元件60包括衍射光栅63、参考点62和从参考 点62开始放射状延伸的8个凹槽61,其中在参考点62,硬模脱模方向与该表 面的法线的方向相同。这时，硬模脱模方向是垂直于图19B所示的纸片的表 面的方向。其它精细凹槽(居间凹槽)存在于这8个凹槽之间。在这个例子中， 在两个相邻凹槽之间的间距被设置为不大于280nm。因此，精细凹槽61至少 形成于光学元件60的表面的光学有效区域上。
凹槽61为V形，并且它的宽度和深度分别是280nm和430nm。类似于在 例子1中的光学元件20，每个凹槽在光束移动方向上优选具有430nm的深度。
用于成型具有如图19B所示的这种精细凹槽图案的树脂光学元件60的硬 模(未示出)在它的表面上具有反向的凹槽图案。这种反向的凹槽图案预先形 成于该硬模的表面上。使用硬模和树脂成型方法来制备光学元件60。这种光 学元件具有好的可脱模性并且所需的V形凹槽可以形成于其上。
可以确定的是，因而制备的光学元件60的表面相对于波长为650nm的激 光束具有不大于0.3 %的反射比。这种光学元件60可以例如被用作用来校准激 光束的衍射透镜，该激光束可以被用于光学扫描装置和光学摄像管装置。
在图19B中，显示出在强光区(其是具有环形的区域)的凹槽与在相邻 强光区中的凹槽相连。但是，在两个相邻强光区之间的边界上，凹槽没必要是 连续的。即，每个强光区可以包括独立的凹槽。在这个例子中使用的凹槽也可 以被用于菲涅耳透镜的表面。
例子7
图20A-20C是本发明的光学元件的另一个例子的示意图，其具有仅在一 个方向上具有曲率的光学表面。
参照图20A，光学元件70具有仅在一个方向上具有曲率的表面和形成于 该表面上以在相同的方向上具有曲率的凹槽71。这时，硬模脱模方向由箭头 表示。在两个相邻凹槽之间的间距是300nm。因此，精细凹槽71至少形成于 光学元件70的表面的光学有效区域上。
凹槽71的宽度和深度分别是300nm和400nm。类似于在例子1中的光学 元件20,每个凹槽在光束移动方向上优选具有400nm的深度。
用于成型具有如图20A所示的这种精细凹槽图案的树脂光学元件70的硬 模(未示出)在它的表面上具有反向的凹槽图案。这种反向的凹槽图案预先形 成于该硬模的表面上。使用硬模和树脂成型方法来制备光学元件70。这种光 学元件具有好的可脱模性并且所需的凹槽可以形成于其上。
可以确定的是，因而制备的光学元件70的表面相对于波长为600nm的激
光束具有不大于0.4%的反射比。这种光学元件70可以例如被用作用来校准激 光束的柱面透镜，该激光束可以被用于光学扫描装置。
在具有仅在一个方向上具有曲率的表面或者仅在一个方向上倾斜的表面 的光学元件中，形成于该表面上的凹槽不是放射状延伸的凹槽，而是沿着斜面 延伸并且以规则间距排列的凹槽。在图20B所示的光学装置中，凹槽的整个 部分具有预定的深度(a)。此外，外表面的方向与硬模脱模方向相同，因此硬 模脱模问题不会发生。
也可以使用图20C中所示的凹槽。该凹槽至少在光学元件的表面的光学 有效区域上具有预定深度(a)。凹槽的深度从光学有效区域的端部到凹槽的端 部的方向上减少。在这个例子中，光学元件具有较好的硬模可脱模性，因为凹 槽的端部分可以容易地从硬模脱模。
类似于在图12和15中所示的光学元件，在图20A中所示的光学元件的 表面的中心部分(即，在这个例子中是脊部)具有不同于上面提到的凹槽的图 案(例如突起和环形凹槽)。在这个例子中，类似于在图20A中所示的凹槽71 的凹槽由中心部分的棱边构成。
例子8
图21A和21B是本发明的光学元件的另一个例子的示意图，其是在激光 束打印机的光学装置中使用的f-6透镜，并且具有复杂的弯曲表面。
参照图21A和21B,光学表面80在其光学表面上具有三个参考点82，在 该参考点硬模脱模方向与该表面的法线的方向相同。如图21B所示，类似于 在图10中所示的光学元件20的表面上形成的凹槽21的放射状延伸的凹槽81 形成于光学元件80的表面上。凹槽81可以以例子1中所述的方式形成。
例子1-8的光学元件优选可以被用于透镜等、还用于例如照相机、摄像 机、光学显微镜和望远镜等的光学装置中。此外，该光学元件也可以被用于光 学扫描装置、图像显示装置、光学摄像装置等的光学系统中。
例子9
图22是本发明的光学扫描装置的一个例子的示意图，该光学扫描装置使 用了本发明的光学元件。
在图22中所示的光学扫描装置100中，从激光二极管101发出的光束104
穿过准直仪透镜102和孔103以被调制。当穿过柱面透镜105时，光束104 由透镜105聚焦在作为偏转装置的多边形镜106的表面上。这时，光束104 在副扫描方向上(即，多边形镜的垂直方向)被聚焦，并且具有在主扫描方向 上(即，多边形镜的水平方向)延伸的线的形式。由多边形镜106的表面反射 的光束104作为聚束点，被允许通过包括第一扫描透镜107-1和第二扫描透镜 107-2的扫描和聚焦光学系统107来扫描作为图^f象产生元件的感光鼓108的 表面。光束^r测传感器109被设置在一个位置，其光学地等同于感光鼓108 的表面，用来确定在主扫描方向上光束的起始位置。
上述光学元件优选被用于准直仪透镜102、第一扫描透镜107-1和第二 扫描透镜107-2。在这个例子中，可以防止强光的产生，因为透镜具有好的 防反射特性。因此，清楚的光图像可以形成于感光鼓108的表面上。
例子10
图23是本发明的图像显示装置的一个例子(放映机)的示意图，其使用 了本发明的光学元件。
参照图23,图像显示装置200包括光源(灯)201、构成为形成象素的空 间光调节器(例如液晶光阀)203、构成为将由光源201发出的光均一地引导 到空间光调节器203上的照明系统202、构成为放出从空间光调节器203输出 到屏幕206上的成像光的投影透镜205和光路径偏转元件204,该光路径偏转 元件设置在空间光调节器203和投影透镜205之间以偏转成像光的路径。
图像显示装置200包括空间光调节器203和光路径偏转元件204 (其也被 称为象素转换元件、摆动元件或者光路径转换元件)的组合。通过使用能够偏 转来自空间光调节器的成像光的路径的光路径偏转元件，分辨率是空间光调节 器203的分辨率的复数倍的图像可以显示在屏幕206上。
空间光调节器203的特定例子包括红(R)、绿(G)和蓝(B)的三色象 素被设置在单一的液晶光阀上的单片型空间光调节辟和R、 G和B象素的三个 液晶光阀被叠放的三片型空间光调节器。因此，空间光调节器203可以显示彩 色图像。
上述光学元件优选可以用于投影透镜205和照明系统202的透镜和衍射光 学元件。在这个例子中，可以防止产生强光区，因为该透镜具有好的防反射特
性。因此，清楚的光图像可以形成于屏幕206上。 例子11
图24是本发明的光学摄像管装置的一个例子的示意图，其使用了本发明 的光学元件。
在图24所示的光学摄像管装置300中，光源(例如激光二极管)301发 出的光由准直仪透镜302校准。在通过了偏振光束分光器303和四分之一波片 304之后，校准的光由物镜305被聚焦在记录介质(例如一种光学记录介质) 306上。从记录介质306上反射回的光穿过物镜305和四分之一波片304。然 后光由偏振光束分光器303反射，并且反射的光由聚光器307被聚焦在光探测 器(光接收器)308。
在图24所示的光学摄像装置307中，物镜305包括光点控制机构，其构 成为在其光轴的方向上和垂直于光轴的方向上移动物镜305。因而，可以调整 光点相对于光学记录介质306的位置。因此，由光源301发出的光在被调整之 后照射光学记录介质306的记录层以记录在记录层上的信息。此外，通过用从 光源301发出的光来照射记录层并且由光探测器308检测从记录层反射的光， 可以读取在记录层上储存的信息。
上述光学元件优选被用于瞄准仪透镜302、物镜305和聚光器307。在这 个例子中，可以防止强光区的产生，因为透镜具有好的防反射特性。因此，可 以高精度地完成信息的记录和再现。
在上文中，已经解释了本发明的模制品被应用到光学元件的例子。但是， 本发明的模制品有其它应用(例如在可湿性和摩擦系数上的改进)以及光学元 件的应用。特定例子的应用如下。
例子12
可湿性的控制
通过使用硬模形成模制品，在硬模的表面上形成用于形成类似于在上述例 子中形成的凹槽的凹槽的图案(反向的图案)，模制品上具有矩形凹槽，该矩 形凹槽间距是4 um,宽度是2 um m并且深度是3 um。考虑到硬模的可脱模性， 该凹槽形成有2度的脱模角。因此，模制品的表面具有好的防水性质，因此该 表面对液体的可湿性可以被控制。可以确定的是，模制品的表面相对于液体具
有170度的接触角。这种模制品可以被用于汽车的前灯、尾灯和侧标识的盖。 摩擦系数的控制
通过使用硬模形成模制品，在硬模的表面上形成用于形成类似于在上述例 子中形成的凹槽的凹槽的图案(反向的图案)，模制品上具有V形凹槽，该V 形凹槽间距是5jam，宽度是3 ju m并且深度是2 ju m。可以确定的是，模制品 的表面的摩擦系数根据摩擦方向(下文中称作随方向而定的摩擦系数)发生改 变。具体来说，平行于V形凹槽的方向上的表面的摩擦系数低于垂直于V形 凹槽方向上的摩擦系数。这种模制品优选可以用于在特殊方向上振荡的制品。
本文要求2006年7月3日提交的、No.2006-183320日本专利申请的优先 权并且包含其主旨，此处被引入作为参考。
现在已经充分地描述了本发明，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱 离此处陈述的本发明的精神实质和范围的前提下，可以做许多改变和改进，这 是显而易见的。
权利要求
1.一种模制品，该模制品由使用硬模的模型转换方法制备，包括表面，包括斜面，其中，所述斜面的法线方向与硬模的脱模方向不同；以及图案，所述图案形成在所述表面上并包括位于所述斜面的至少部分上以在所述斜面的倾斜方向上沿着所述斜面延伸的凹槽。
2. 根据权利要求1所述的模制品，其中，所述表面包括参考点，在该参 考点，法线方向基本与硬模的脱模方向相同，并且，其中所述凹槽在斜面的倾 斜方向上从参考点或从参考点附近放射状延伸。
3. 根据权利要求2所述的模制品，其中，所述图案还包括不同于放射状 延伸的凹槽的第二图案，并且所述第二图案位于参考点的附近。
4. 根据权利要求1所述的模制品，其中，每个所述凹槽具有不大于两个 相邻凹槽之间的间距的宽度。
5. 根据权利要求1所述的模制品，其中，每个所述凹槽具有基本等于两 个相邻凹槽之间的间距的宽度。
6. 根据权利要求1所述的模制品，其中，该模制品是具有防反射功能的 光学元件，并且两个相邻凹槽之间的间距不大于照射该光学元件的光的波长。
7. 根据权利要求1所述的模制品，其中，在可脱模性、可湿性和摩擦系 数中的至少一个方面上，其上形成凹槽的斜面的部分不同于其上没有形成凹槽 的表面的其它部分。
8. 根据权利要求7所述的模制品，其中，所述斜面的部分的摩擦系数与 其它部分的摩擦系数不同，并且所述斜面的部分具有随方向而定的摩擦系数。
9. 一种用于形成模制品的硬模，包括在内表面上的图案，其中，该图案 包括凹槽图案，用于在模制品表面上的斜面的至少部分上形成凹槽，并且，该 斜面的法线方向与硬模的脱模方向不同。
10. —种光学元件，该光学元件基本是透明的并具有防反射功能，包括 根据权利要求1所述的模制品， 学元件上的光的波长。
11. 一种光学装置，包括 光源，构成为发出光；以及根据权利要求10所述的光学元件，构成为调制所述光，其中所述光从其 上形成凹槽的表面进入所述光学元件，以及
12. 根据权利要求11所述的光学装置，其中，所述光学装置是光学扫描 装置，包括光源；校准装置，构成为校准由所述光源发出的光； 偏转装置，构成为偏转校准的光；以及扫描和聚焦装置，构成为利用校准的光扫描表面，同时将所述光聚焦在要 被扫描的表面上，以及其中，校准装置以及扫描和聚焦装置中的至少一个包括所述光学元件。
13. 根据权利要求12所述的光学装置，其中，所述校准装置包括准直仪 透镜，并且准直仪透镜包括所述光学元件。
14. 根据权利要求12所述的光学装置，其中，所述校准装置包括柱面透 镜，并且所述柱面透镜包括所述光学元件。
15. 根据权利要求12所述的光学装置，其中，所述扫描和聚焦装置包括 扫描透镜，并且所述扫描透镜包括所述光学元件。
16. 根据权利要求11所述的光学装置，其中，所述光学装置是图像显示 装置，包括光源；照明装置，构成为引导由所述光源发出的光；图像显示元件，构成为将来自所述照明装置的所述光转变为成像光；以及投影透镜，构成为将所述成像光投射到屏幕上，其中所述照明装置和所述投影透镜中的至少 一个包括所述光学元件。
17. 根据权利要求11所述的光学装置，其中所述光学装置是光学摄像装 置，包括光源；校准装置，构成为校准由所述光源发出的光； 物镜，构成为将校准的光聚焦在光学记录介质上； 聚光器，构成为聚集从所述光学记录介质反射的光；以及 感光器，构成为接收所述聚集的光，其中，所述校准装置、物镜和聚光器中的至少一个包括所述光学元件。
18. —种方法，用于成型在其表面上具有斜面的制品，包括 提供硬模，在其内表面上具有至少凹槽图案，用来在所述制品的表面的斜面的至少部分上形成凹槽； 利用硬模对树脂进行模制；从所述模制品脱出所述硬模，从而使硬模的脱模方向不同于制品斜面的法 线方向。 '
19. 根据权利要求18所述的方法，其中，所述凹槽图案是这样形成于 模制品的表面上的凹槽在所述斜面的倾斜方向上从所述模制品表面上的参考 点放射状延伸，在该参考点或者参考点的附近，法线方向与硬模脱模方向相同。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中，所述硬模还具有另一种图案， 用来在所述模制品的表面上形成不同于放射状延伸凹槽的第二图案，并且所述 第二图案位于所述模制品的至少 一个参考点的附近。
全文摘要
一种由使用硬模的模型转换方法制备的模制品，包括表面，该表面包括斜面，其中，所述斜面的法线方向与硬模的脱模方向不同；以及图案，所述图案形成在所述表面上并包括位于所述斜面的部分上以在所述斜面的倾斜方向上沿着所述斜面延伸的凹槽。一种光学元件，该光学元件具有防反射功能，包括上面所述的模制品，其中，相邻两个的凹槽之间的间距不大于照射在光学元件上的光的波长。一种光学装置，包括构成为发出光的光源；和上面提到的光学元件，该光学元件调制由所述光源发出的光。
文档编号B29C33/42GK101101372SQ20071012694
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月2日 优先权日2006年7月3日
发明者远藤弘之 申请人:株式会社理光