JP2001281603A

JP2001281603A - コリメータレンズおよびこれを用いた光走査装置

Info

Publication number: JP2001281603A
Application number: JP2000090590A
Authority: JP
Inventors: Ryoko Otomo; 涼子大友
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-10
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP4628516B2

Abstract

(57)【要約】【目的】平行光束側から順に、正レンズ、負と正の接
合レンズ、正レンズを配設し、所定の条件式を満足させ
たコリメータレンズとすることで、マルチビーム走査を
行う場合に、各光源からの各光ビームに対して諸収差、
特に像面湾曲を極めて小さいものとし、かつ光源からの
熱の影響を小さくする。【構成】平行光束側から順に、正の第１レンズＬ_１、
いずれか一方が負、他方が正、合成で負の第２レンズＬ
_２および第３レンズＬ_３、正の第４レンズＬ _４を配設す
るとともに、第２レンズＬ_２および第３レンズＬ_３を接
合し、かつ下記条件式を満足する。Ｂｆ／ｆ＞０．８（Ｂｆ：レンズ全系のバックフォーカ
ス，ｆ：レンズ全系の焦点距離）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームを走
査して画像の記録や表示を行うための複写機あるいはレ
ーザプリンタ等の光走査装置に用いられるコリメータレ
ンズに関し、詳しくは半導体レーザ等の光源から射出さ
れた発散光束を平行光束に変換するためのコリメータレ
ンズおよびこれを用いた光走査装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザビームを走査して画像
の記録や表示を行うための複写機あるいはレーザプリン
タ等の光走査装置が種々知られている。このような光走
査装置は、半導体レーザから射出されたレーザビーム
を、コリメータレンズによって平行光束に変換し、回転
多面鏡の回転に応じて偏向し、これをｆθレンズによっ
て結像面上に結像するように構成されたものである。

【０００３】ところで、一般に用いられるコリメータレ
ンズは、主に軸上性能を満足させることが要求されるた
め、例えば特開昭６１−１７３２１４号公報や特開昭６
１−１４７２２５号公報に記載されているように、２枚
ないし３枚のレンズで構成されたものが多く知られてい
る。また、レンズ枚数を多くしたコリメータレンズとし
て、特開昭６１−１７３２１５号公報に開示された４〜
６枚のレンズ構成のものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開昭６１−１７３２１４号公報や特開昭６１−１４
７２２５号公報に記載されている２枚ないし３枚のレン
ズで構成されたコリメータレンズにおける軸外性能は、
正弦条件が満足される極めて狭い範囲においてのみ適応
しうるものであり、特に、走査速度の高速化、あるいは
一度の走査で異なる複数情報の同時記録を目的としてな
されるマルチビーム方式を採用する場合等においては、
半画角ωが３度程度となる範囲で、例えば焦点距離２５
ｍｍで使用した時に像面湾曲を十数ミクロン以内に収め
なければならないことから、上記公報記載のコリメータ
レンズの適用は困難である。

【０００５】また、特開昭６１−１７３２１５号公報に
開示された４〜６枚のレンズで構成されたコリメータレ
ンズは、最も平行光束側に負のレンズを配置した、いわ
ゆるレトロフォーカスタイプのレンズであり、像面湾曲
を積極的に少なくするための構成は有しておらず、実際
に、実施例に記載されたレンズの像面湾曲量は、上記課
題を解決しうる満足な値とはなっていない。

【０００６】さらに、この公報に記載されたコリメータ
レンズでは、コリメータレンズが光源（レーザーダイオ
ード等）の近くに配置されることとなるため、光源から
の熱によりコリメータレンズの温度が上昇し、波面収差
が大きくなる等の問題点があった。

【０００７】本発明は、上述した事情に鑑みなされたも
ので、マルチビーム走査を行う場合に、複数の光源から
の各光ビームに対して諸収差、特に像面湾曲量を極めて
小さくすることができ、かつ光源からの熱の影響を小さ
くするために十分なバックフォーカスの確保を可能とし
た、光走査装置に用いられるコリメータレンズを提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るコリメータ
レンズは、上述した目的を達成するため、平行光束側か
ら順に、正の屈折力を有する第１レンズと、いずれか一
方が負の屈折力を有し、他方が正の屈折力を有するレン
ズからなり、合成で負の屈折力を有する第２レンズおよ
び第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズを配設
するとともに、前記第２レンズおよび第３レンズを接合
してなり、かつ下記条件式（１）を満足するように構成
してなることを特徴とするものである。Ｂｆ／ｆ＞０．８・・・（１）ここで、Ｂｆ：レンズ全系のバックフォーカスｆ：レンズ全系の焦点距離

【０００９】また、前記第１レンズは、両凸レンズであ
り、前記第４レンズは、光源側の面が凸面である正レン
ズであり、かつ下記条件式（２）および（３）を満足す
るように構成してなることが好ましい。１．０＜ｆ_１／ｆ＜１．５・・・（２）１．１＜ｆ_４／ｆ＜１．７・・・（３）ここで、ｆ_１：第１レンズの焦点距離ｆ_４：第４レンズの焦点距離ｆ：レンズ全系の焦点距離

【００１０】また、本発明に係る光走査装置は、上述し
たコリメータレンズを用いたことを特徴とするものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の実施形態に係るコリメータレンズおよび光走査装置を
実施例１、２を用いて説明する。

【００１２】図１は本発明の実施形態（実施例１に対応
させたものを代表的に示す）に係るコリメータレンズの
レンズ基本構成図、図６は図１に示すコリメータレンズ
を用いた光走査装置の概略構成図である。

【００１３】本発明に係るコリメータレンズは、光源か
ら射出されたレーザビームを走査して画像の記録や表示
を行うためのレーザプリンタ、コピー機等の光走査装置
の光学系に用いられるものである。

【００１４】この光走査装置２は、図６に示すように、
２光源搭載型のワンチップ半導体レーザ等からなる光源
１から射出されたレーザビームを平行光束に変換するた
めのコリメータレンズ２と、内面に感材６を配置すると
ともにコリメータレンズ２の光軸を回転軸として回転す
る円筒５を備えており、円筒５内には、コリメータレン
ズ２により変換された光束を反射するためのミラー３
と、ミラー３により反射された光束を円筒５の内面に向
かって導くための集光レンズ４とを配設している。な
お、図６において、円筒５は、コリメータレンズ２の光
軸を含む面における切断面を示している。

【００１５】この光走査装置２では、光源１から射出さ
れたレーザビームは、コリメータレンズ２により平行光
束に変換されて円筒５内に導かれ、ミラー３により反射
された後、集光レンズ４により微少なビームスポットと
なり、円筒５の内面に配置された感材６上を走査するよ
うになっている。

【００１６】本実施形態に係るコリメータレンズ２は、
図１に示すように、平行光束側から順に、両凸レンズか
らなる第１レンズＬ_１、両凹レンズからなる第２レンズ
Ｌ_２、両凸レンズからなる第３レンズＬ_３、両凸レンズ
からなる第４レンズＬ_４（実施例２では、光源側に凸面
を向けた平凸レンズ）を配設してなる。また、上記第２
レンズＬ_２および上記第３レンズＬ_３は接合レンズとし
て構成されている。さらに、第１レンズＬ_１の平行光束
側には、絞り７が配設されている。なお、図１中、１は
光源、Ｘは光軸を示す。

【００１７】また、これらのレンズは以下の条件式
（１）〜（３）を満足する。Ｂｆ／ｆ＞０．８・・・（１）１．０＜ｆ_１／ｆ＜１．５・・・（２）１．１＜ｆ_４／ｆ＜１．７・・・（３）ここで、Ｂｆ：レンズ全系のバックフォーカスｆ：レンズ全系の焦点距離ｆ_１：第１レンズの焦点距離ｆ_４：第４レンズの焦点距離

【００１８】次に、上記各条件式の意義について説明す
る。上記条件式（１）は、レンズ全系の合成焦点距離ｆ
に対する全系のバックフォーカスＢｆの比Ｂｆ／ｆの値
を規定したものである。この条件式（１）において、Ｂ
ｆ／ｆの値が下限を超えると、光源１からの距離を十分
確保することができなくなる。このため、光源１が発す
る熱の影響を受けて部品の線膨張および屈折率の変化に
より諸収差を良好に補正することができなくなるととも
に、円筒５の内面上における結像位置が変化してしま
う。

【００１９】上記条件式（２）は、レンズ全系の合成焦
点距離ｆに対する第１レンズＬ_１の焦点距離ｆ_１の比ｆ
_１／ｆの値を規定したものである。この条件式（２）に
おいて、ｆ_１／ｆの値が上限を超えると、十分なバック
フォーカスを得ることができるものの、像面湾曲が増大
し、使用に耐えうる性能を満足することができなくな
る。一方、ｆ_１／ｆの値が下限を超えると、諸収差の補
正には有利であるものの、バックフォーカスが小さくな
り過ぎる。したがって、条件式（２）を満足することに
より、光源１からの熱の影響を受け難い所定のバックフ
ォーカスを確保することができるとともに、像面湾曲を
良好に補正することができる。

【００２０】上記条件式（３）は、レンズ全系の合成焦
点距離ｆに対する第４レンズＬ_４の焦点距離ｆ_４の比ｆ
_４／ｆの値を規定したものである。この条件式（３）に
おいて、ｆ_４／ｆの値が上限を超えると、第４レンズＬ
_４における正の軸上収差の発生量が大きくなり過ぎ、球
面収差の補正が困難になる。一方、ｆ_４／ｆの値が下限
を超えると、第４レンズＬ_４の焦点距離が小さくなり過
ぎ、負の球面収差の発生量が小さくなり過ぎるため、全
体として良好な球面収差の補正が難しくなる。したがっ
て、条件式（３）を満足することにより、球面収差を良
好に補正することができる。

【００２１】以下、実施例１、２の各々について具体的
数値を用いて説明する。

【００２２】＜実施例１＞実施例１における各レンズ面
の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レン
ズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズの波長８３０ｎｍ
における屈折率Ｎおよびｄ線におけるアッベ数ν_ｄを下
記表１に示す。ただし、この表１および後述する表２に
おいて、各記号Ｒ，Ｄ，Ｎ，ν_ｄに対応させた数字は平
行光束側から順次増加するようになっている。また、表
１の下段に、この実施例１におけるレンズ系全体の合成
焦点距離ｆ、およびＢｆ／ｆ、ｆ_１／ｆ、ｆ_４／ｆの値
を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】上記表１から明らかなように、実施例１で
は条件式（１）〜（３）の全てが満足されている。

【００２５】＜実施例２＞実施例２における各レンズ面
の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レン
ズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズの波長４０５ｎｍ
における屈折率Ｎおよびｄ線におけるアッベ数ν_ｄを下
記表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】また、表２の下段に、この実施例２におけ
るレンズ系全体の合成焦点距離ｆ、およびＢｆ／ｆ、ｆ
_１／ｆ、ｆ_４／ｆの値を示す。上記表２から明らかなよ
うに、実施例２では条件式（１）〜（３）の全てが満足
されている。

【００２８】また、実施例１、２における各収差図（球
面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差
の収差図）を各々図２、４に、実施例１、２におけるコ
マ収差の収差図を各々図３、５に示す。なお、これらの
収差図においてωは半画角を示す。また、実施例１にお
いて、球面収差図には、波長８１５ｎｍ、８３０ｎｍ、
８４５ｎｍに対する収差が示されており、非点収差図に
は、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する
収差が示されており、倍率色収差図には、波長８１５ｎ
ｍ、８４５ｎｍに対する収差が示されている。また、実
施例２において、球面収差図には、波長３９５ｎｍ、４
０５ｎｍ、４１５ｎｍに対する収差が示されており、非
点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像
面に対する収差が示されており、倍率色収差図には、波
長３９５ｎｍ、４１５ｎｍに対する収差が示されてい
る。これら図２〜５から明らかなように、上述した各実
施例によれば、諸収差を全て良好なものとすることがで
きる。

【００２９】また、上記実施例１に関し実使用焦点距離
２５ｍｍにおいて、光軸±１．２５ｍｍ、実施例２に関
し実使用焦点距離２０ｍｍにおいて、光軸±１．０５ｍ
ｍの光軸に垂直な直線上に配設された複数の光源に対し
収差を良好に補正することができる。特に、像面湾曲は
半画角ωが３度程度となる範囲で十数μｍ以内に収めら
れている。

【００３０】なお、本発明に係るコリメータレンズとし
ては、上記実施例のものに限られず種々の態様の変更が
可能であり、例えば各レンズの曲率半径Ｒおよびレンズ
間隔（もしくはレンズ厚）Ｄあるいは絞りと第１面の距
離を適宜変更することが可能である。

【００３１】また、本発明に係るコリメータレンズを用
いた光走査装置としては、図６に示すものに限られるも
のではなく、例えば回転多面鏡の回転に応じて偏向し、
これをｆθレンズによって結像面上に結像するように構
成されたもの等が考えられる。

【００３２】また、本発明に係る光走査装置に用いられ
る光源は指向性が強く、かつ拡がり角が小さい。したが
って、十分な光量を確保することができるため、それ程
大きな開口数を必要としない。

【００３３】また、コリメータレンズの焦点位置近傍に
絞りを配置し、光源側の光束を略テレセントリックとし
ている。これにより、指向性が強く、かつ拡がり角が小
さいという本発明に係る光走査装置に用いられるような
光源からの光を有効に活用することができる。さらに、
光源またはコリメータレンズの偏芯や光軸方向のズレに
よる波面収差の劣化を小さくすることも可能となる。

【００３４】また、本発明に係るコリメータレンズは、
平行光束側に配された物体の像を記録体上に結像せし
め、当該結像位置でレーザビームを集光しかつ走査する
目的の対物レンズとしても使用することもできる。対物
レンズとして使用する場合には、レンズと感材の間に所
定の距離を必要とするため、十分なバックフォーカスを
有することが条件となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係るコリメータレンズは、正の
屈折力を有する第１レンズと、いずれか一方が負の屈折
力を有し、他方が正の屈折力を有するレンズからなり、
全体として負の屈折力を有する第２レンズおよび第３レ
ンズと、正の屈折力を有する第４レンズを配設するとと
もに、第２レンズおよび第３レンズを接合してなり、か
つ所定の条件式を満足するようにしている。

【００３６】したがって、本発明に係るコリメータレン
ズおよびこれを用いた光走査装置によれば、２光源搭載
型のワンチップ半導体レーザ等を用いてマルチビーム走
査を行う場合に、各光源からの光ビームに対して諸収
差、特に像面湾曲量を極めて小さくすることが可能とな
り、マルチビーム方式を用いた場合において走査により
形成された画像の画質を向上させることができる。

【００３７】また、光源からの熱の影響を小さくするた
めに十分なバックフォーカスを確保することができるた
め、諸収差を良好に補正することができるとともに、画
像の画質を向上させることができる。

【００３８】また、第１レンズを平行光束側に凸面を向
けた正のレンズとすることにより、像面湾曲を良好に補
正することができ、第４レンズを光源側に凸面を向けた
正のレンズとすることにより、球面収差を良好に補正す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るコリメータレンズのレン
ズ基本構成を示す概略図

【図２】実施例１に係るコリメータレンズの各収差図
（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色
収差の収差図）

【図３】実施例１に係るコリメータレンズのコマ収差を
示す収差図

【図４】実施例２に係るコリメータレンズの各収差図
（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色
収差の収差図）

【図５】実施例２に係るコリメータレンズのコマ収差を
示す収差図

【図６】本発明の実施例に係るコリメータレンズを用い
た光走査装置の概略構成図

【符号の説明】

Ｌ_１〜Ｌ_４レンズＲ_１〜Ｒ_７レンズ面の曲率半径Ｄ_１〜Ｄ_６レンズ面間隔（レンズ厚）Ｘ光軸１光源２コリメータレンズ３ミラー４集光レンズ５円筒６感材７絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行光束側から順に、正の屈折力を有す
る第１レンズと、いずれか一方が負の屈折力を有し、他
方が正の屈折力を有するレンズからなり、合成で負の屈
折力を有する第２レンズおよび第３レンズと、正の屈折
力を有する第４レンズを配設するとともに、前記第２レ
ンズおよび前記第３レンズを接合してなり、かつ下記条
件式（１）を満足するように構成してなることを特徴と
するコリメータレンズ。Ｂｆ／ｆ＞０．８・・・（１）ここで、Ｂｆ：レンズ全系のバックフォーカスｆ：レンズ全系の焦点距離
【請求項２】前記第１レンズは、両凸レンズであり、
前記第４レンズは、光源側の面が凸面である正レンズで
あり、かつ下記条件式（２）および（３）を満足するよ
うに構成してなることを特徴とする請求項１記載のコリ
メータレンズ。１．０＜ｆ_１／ｆ＜１．５・・・（２）１．１＜ｆ_４／ｆ＜１．７・・・（３）ここで、ｆ_１：第１レンズの焦点距離ｆ_４：第４レンズの焦点距離ｆ：レンズ全系の焦点距離
【請求項３】請求項１または２記載のコリメータレン
ズを用いたことを特徴とする光走査装置。