JP2002107673A - コリメータレンズおよびこれを用いた光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光源側に位置する外径の小さなレンズに非球面
を形成して球面収差の補正を負担させるとともに、平行
光束側に両面が球面または平面とされたレンズを配置
し、かつ所定の条件式を満足することで、良好な光学性
能を得るとともに、レンズ面を非球面とする場合のコス
トの低減を図る。 【構成】 コリメータレンズ２は、平行光束側から順
に、平行光束側に強い曲率の面を向けた両凸レンズから
なる第１レンズ２ｂおよび平行光束側に凸面を向けた正
のメニスカスレンズからなる第２レンズ２ａにより構成
され、第２レンズ２ａの両面を非球面とされたものであ
る。また、下記条件式（１）、（２）を満足する。
１＜ｆ_１／Ｄ_２＜４ … （１） ａ＜２０ｍｍ
… （２） ただし、Ｄ_２は第１レンズと第２レンズとの間隔、ｆ_１
は第１レンズの焦点距離、ａは第２レンズの有効径

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コリメータレンズ
およびこれを搭載したレーザプリンタ装置、レーザ製版
装置等の光走査装置に関し、詳しくは、ダイオードレー
ザ等の点状の光源からの発散光束を平行光束に変換する
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】例えばレーザプリンタ装置において、点
状光源からの発散光束を平行光束に変換するコリメータ
レンズは、従来より非球面レンズによる１枚構成のもの
が多く知られている。

【０００３】ところで、レーザプリンタ装置においては
印字幅の拡大、高解像化が年々要求されるようになって
きており、さらに、高速化のためにオーバフィルドタイ
プのレーザ走査方式が頻繁に用いられるようになってき
たために、より口径の大きなコリメータレンズが要求さ
れている。

【０００４】しかしながら、ガラス製非球面レンズの製
作は、そのサイズが大きくなるにつれて指数関数的に難
易度が上昇し、必要な製作精度を得ることが困難となる
とともに製作コストが大幅に上昇してしまう。このた
め、従来は大きな径の光束を得るために、３枚以上の球
面レンズを組み合わせた口径の大きなコリメータレンズ
を使用したり、特開平１１−２７１６５７号に記載され
ているように、比較的小径のコリメータレンズとビーム
エクスパンダレンズを組み合わせて使用したりしてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によっては部品点数が多くなってしまうため、各
部品の寸法および配設位置を高精度に調整しなければな
らず、コスト高の大きな要因となっていた。

【０００６】本発明は、上述した事情に鑑みなされたも
ので、２群２枚という簡易なレンズ構成でありながら、
非球面レンズのコストの低減およびレンズの製作および
調整に要する時間を大幅に低減し得るコリメータレンズ
およびこれを用いた光走査装置を提供することを目的と
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のコリメータレン
ズは、点状の光源からの光束を平行光束に変換せしめる
コリメータレンズであって、平行光束側から順に、両面
が球面または平面により形成された正の屈折力を有する
第１レンズ、および少なくとも一方の面が非球面により
形成された正の屈折力を有する第２レンズを配列されて
なり、下記条件式（１）を満足することを特徴とするも
のである。 １＜ｆ_１／Ｄ_２＜４ … （１） ただし、 Ｄ_２は第１レンズと第２レンズとの間隔 ｆ_１は第１レンズの焦点距離

【０００８】また、上記コリメータレンズは下記条件式
（２）を満足することが好ましい。 ａ＜２０ｍｍ … （２） ただし、 ａは第２レンズの有効径

【０００９】さらに、前記第２レンズの各面における近
似曲率半径の中心が当該面よりも光源側にあることが好
ましい。ただし、近似曲率半径とは、レンズ面の光軸上
の点と有効径の端点２点におけるレンズ面上の点で決定
される曲率半径とする。

【００１０】また、本発明の光走査装置は上記いずれか
の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】

【作用】本発明のコリメータレンズは、光源側に位置す
る外径の小さなレンズ（第２レンズ）に非球面を形成し
て球面収差の補正を負担させるとともに、光束径の大き
くなる平行光束側に両方の面が球面または平面とされた
レンズ（第１レンズ）を配置することで、良好な光学性
能を得るのと同時に、レンズ面を非球面とする場合のコ
ストの低減およびレンズの製作および調整に要する時間
を大幅に低減することができる。

【００１２】次に上記条件式（１）、（２）の技術的意
義について説明する。（１）式の上限を越えると非球面
レンズ（第２レンズ）の外径と、平行光束側のレンズ
（第１レンズ）の口径の差が小さくなり、結局、径の大
きいレンズに非球面を形成することとなるので安価にレ
ンズを製作することが困難となる。一方、その下限を越
えるようなレンズを設計しようとすると、良好に収差を
補正することが困難となる。

【００１３】また、上記（２）式の上限を越えると、３
枚以上の球面レンズの組合せによるコリメータレンズに
対してコスト上の優位性がなくなってしまい、２枚構成
とすることの意義が薄れる。

【００１４】

【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に
ついて説明する。

【００１５】図２は本発明の実施形態に係るコリメータ
レンズのレンズ基本構成図、図１は図２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。

【００１６】本発明に係るコリメータレンズ２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レー
ザプリンタ、レーザ製版装置等の光走査装置１０の光学
系に用いられるものである。この光走査装置１０は、図
１に示すように、半導体レーザ１から射出されたレーザ
ビームをコリメータレンズ２（２ａ、２ｂ）により平行
光束に変換するとともに、シリンドリカルレンズ３を用
いてポリゴンミラー４の面倒れを補正し、さらに該レー
ザビームをポリゴンミラー４の偏向面５により偏向し、
ｆθレンズ６（６ａ、６ｂ）および凹状のシリンドリカ
ルミラー７を介して被走査面上に導き微小なビームスポ
ットを被走査面上で走査するようになっている。

【００１７】図２に示すように、本実施形態に係るコリ
メータレンズ２は、平行光束側から順に、各面が球面ま
たは平面により形成された正の屈折力を有する第１レン
ズ２ｂ、および少なくとも一方の面が非球面により形成
された正の屈折力を有する第２レンズ２ａを配列されて
なり、下記条件式（１）、（２）を満足している。

【００１８】１＜ｆ_１／Ｄ_２＜４ … （１） ただし、 Ｄ_２は第１レンズと第２レンズとの間隔 ｆ_１は第１レンズの焦点距離 ａ＜２０ｍｍ … （２） ただし、 ａは第２レンズの有効径

【００１９】なお、図１（図２〜５において同じ）中で
１点鎖線は光軸を示す。なお、上記非球面の形状は下記
非球面式によって表わされる。

【００２０】

【数１】

【００２１】以上のように構成されたコリメータレンズ
２によれば、２群２枚という簡易なレンズ構成でありな
がら、光源側に位置する外径の小さなレンズ（第２レン
ズ）に非球面を形成して球面収差の補正を負担させると
ともに、光束径の大きくなる平行光束側に両方の面が球
面または平面とされたレンズ（第１レンズ）を配置する
ことで、良好な光学性能を得るのと同時に、レンズ面を
非球面とする場合のコストの低減およびレンズの製作お
よび調整に要する時間を大幅に低減することができる。

【００２２】また、本実施形態のコリメータレンズ２
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
るための対物レンズや、光ディスク用の対物レンズとし
て使用することもできる。

【００２３】本実施形態のコリメータレンズ２において
は、レンズ全系の焦点距離はたとえば４０ｍｍとされ
る。

【００２４】以下、実施例１〜４の各々について具体的
数値を用いて説明する。 ＜実施例１＞実施例１に係るコリメータレンズ２は、上
記図２に示すとおり、平行光束側から順に、平行光束側
に凸面を向けた平凸レンズからなる第１レンズ２ｂおよ
び平行光束側に凸面を向けた正のメニスカスレンズから
なる第２レンズ２ａにより構成され、第２レンズ２ａの
平行光束側の面を非球面とされたものである。

【００２５】この実施例１における各レンズ面の曲率半
径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔
Ｄ、および各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率Ｎ
を下記表１の上段に示す。ただし、この表１および後述
する表２〜４おいて、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ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。

【００２６】なお、表１および後述する表２〜４におい
て、Ｒ_ｉは平行光束側から第ｉ番目の面の近似曲率半径
を示すものであり、該第ｉ番目レンズ面が非球面の場
合、光軸上の点と有効径の端点２点の計３点を結ぶ円弧
の曲率半径をもってその面の近似曲率半径と称する。

【００２７】また、表１の中段に、この実施例１におけ
る上記非球面式に示される非球面の各定数ｋ、ａ_４、ａ
_６、ａ_８、ａ_１０の値を示す。

【００２８】また、表１の下段に、この実施例１のコリ
メータレンズ２における全系の焦点距離ｆ´、バックフ
ォーカスＢｆ´、開口数ＮＡ、第１レンズ２ｂの焦点距
離ｆ _１に対するレンズ間距離Ｄ_２の値ｆ_１／Ｄ_２、およ
び第２レンズ２ａの有効系ａをそれぞれ示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】＜実施例２＞実施例２に係るコリメータレ
ンズ２は、図３に示すとおり、上記実施例１と略同様の
構成とされているこの実施例２における各レンズ面の曲
率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間
隔Ｄ、および各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率
Ｎを下記表２の上段に示す。

【００３１】また、表２の中段に、この実施例２におけ
る上記非球面式に示される非球面の各定数ｋ、ａ_４、ａ
_６、ａ_８、ａ_１０の値を示す。また、表２の下段に、こ
の実施例２のコリメータレンズ２における全系の焦点距
離ｆ´、バックフォーカスＢｆ´、開口数ＮＡ、第１レ
ンズ２ｂの焦点距離ｆ _１に対するレンズ間距離Ｄ_２の値
ｆ_１／Ｄ_２、および第２レンズ２ａの有効系ａをそれぞ
れ示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】＜実施例３＞実施例３に係るコリメータレ
ンズ２は、図４に示すとおり、上記実施例１と略同様の
構成とされているこの実施例３における各レンズ面の曲
率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間
隔Ｄ、および各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率
Ｎを下記表３の上段に示す。

【００３４】また、表３の中段に、この実施例３におけ
る上記非球面式に示される非球面の各定数ｋ、ａ_４、ａ
_６、ａ_８、ａ_１０の値を示す。

【００３５】また、表３の下段に、この実施例３のコリ
メータレンズ２における全系の焦点距離ｆ´、バックフ
ォーカスＢｆ´、開口数ＮＡ、第１レンズ２ｂの焦点距
離ｆ _１に対するレンズ間距離Ｄ_２の値ｆ_１／Ｄ_２、およ
び第２レンズ２ａの有効系ａをそれぞれ示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】＜実施例４＞実施例４に係るコリメータレ
ンズ２は、実施例１と略同様の構成とされているが第１
レンズ２ｂが平行光束側に強い曲率の面を向けた両凸レ
ンズとされている点および第２レンズ２ａの両面が非球
面とされている点においてのみ相違している。

【００３８】この実施例４における各レンズ面の曲率半
径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔
Ｄ、および各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率Ｎ
を下記表４の上段に示す。また、表４の中段に、この実
施例４における上記非球面式に示される非球面の各定数
ｋ、ａ_４、ａ_６、ａ_８、ａ_１０の値を示す。また、表４
の下段に、この実施例４のコリメータレンズ２における
全系の焦点距離ｆ´、バックフォーカスＢｆ´、開口数
ＮＡ、第１レンズ２ｂの焦点距離ｆ _１に対するレンズ間
距離Ｄ_２の値ｆ_１／Ｄ_２、および第２レンズ２ａの有効
系ａをそれぞれ示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】図６〜９に本実施例１〜４に係るコリメー
タレンズの各収差図（球面収差、像面湾曲）のグラフを
示す。各実施例の収差図はいずれも、光源側に厚さ０．
２５ｍｍのガラス板（屈折率１.５）を含んだ状態のも
のである。なお、これらの収差図においてθは半画角を
示す。また、非点収差の各収差図には、サジタル（Ｓ）
像面およびタンジェンシャル（Ｔ）像面に対する収差が
示されている。

【００４１】これら図６〜９および前述した表１〜４か
ら明らかなように、上述した各実施例によれば、諸収差
を良好なものとすることができるとともに上述した条件
式（１）、（２）を満足する。

【００４２】なお、本発明のコリメータレンズとして
は、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態
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の値等を適宜変
更することが可能である。

【００４３】また、上記実施例は、焦点距離ｆ´を４０
ｍｍとした場合について示したものであるが、装置全体
として適宜比例拡大、縮小が可能であり、その場合に
は、その拡大縮小率に応じた任意の焦点距離に設定する
ことができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係るコリメータレンズは、光源
側に位置する外径の小さなレンズ（第２レンズ）に非球
面を形成して球面収差の補正を負担させるとともに、光
束径の大きくなる平行光束側に両方の面が球面または平
面とされたレンズ（第１レンズ）を配置し、かつ所定の
条件式を満足することで、良好な光学性能を得ると同時
に、レンズ面を非球面とする場合のコストの低減および
レンズの製作および調整に要する時間の大幅な低減を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２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

【図２】本発明の実施例１に係るコリメータレンズのレ
ンズ基本構成図

【図３】本発明の実施例２に係るコリメータレンズのレ
ンズ基本構成図

【図４】本発明の実施例３に係るコリメータレンズのレ
ンズ基本構成図

【図５】本発明の実施例４に係るコリメータレンズのレ
ンズ基本構成図

【図６】本発明の実施例１に係るコリメータレンズの各
収差図（球面収差、像面湾曲）

【図７】本発明の実施例２に係るコリメータレンズの各
収差図（球面収差、像面湾曲）

【図８】本発明の実施例３に係るコリメータレンズの各
収差図（球面収差、像面湾曲）

【図９】本発明の実施例４に係るコリメータレンズの各
収差図（球面収差、像面湾曲）

【符号の説明】

Ｒ_１ 〜Ｒ_４ レンズ面の曲率半径 Ｄ_１ 〜Ｄ_３ レンズ面間隔（レンズ厚） １ 光源 ２ コリメータレンズ ２ａ 第２レンズ ２ｂ 第１レンズ ３ シリンドリカルレンズ ４ ポリゴンミラー ６ａ、６ｂ ｆθレンズ ７ シリンドリカルミラー ８ 被走査面 １０ 光走査装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ Ｆターム(参考） 2C362 BA84 DA08 2H087 KA19 LA25 PA02 PA17 PB02 QA03 QA07 QA12 QA21 QA33 QA41 RA05 RA13 RA45 5C051 AA02 CA07 DB22 DB24 DB28 DC07 5C072 AA03 BA04 DA02 DA21 DA23 HA13 XA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点状の光源からの光束を平行光束に変換
   せしめるコリメータレンズであって、平行光束側から順
   に、両面が球面または平面により形成された正の屈折力
   を有する第１レンズ、および少なくとも一方の面が非球
   面により形成された正の屈折力を有する第２レンズを配
   列されてなり、下記条件式（１）を満足することを特徴
   とするコリメータレンズ。 １＜ｆ_１／Ｄ_２＜４ … （１） ただし、 Ｄ_２は第１レンズと第２レンズとの間隔 ｆ_１は第１レンズの焦点距離
2. 【請求項２】 下記条件式（２）を満足することを特徴
   とする請求項１記載のコリメータレンズ。 ａ＜２０ｍｍ … （２） ただし、 ａは第２レンズの有効径
3. 【請求項３】前記第２レンズの各面における近似曲率半
   径の中心が当該面よりも光源側にあることを特徴とする
   請求項１または２記載のコリメータレンズ。ただし、 近似曲率半径とは、レンズ面の光軸上の点と有効径の端
   点２点におけるレンズ面上の点で決定される曲率半径と
   する。
4. 【請求項４】 請求項１から３のうちいずれか１項記載
   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。