JP4057135B2 - コリメータレンズおよびこれを用いた光走査装置 - Google Patents
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Description
【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】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
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61−147225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。
【0004】
しかし、これらの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(特に複数光源ワンチップ)を採用する場合等においては、半画角ωが2度程度となる範囲で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】
一方、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。
しかしながら、この公報記載のレンズは、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】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、2光源搭載型のワンチップ半導体レーザー等を用いてマルチビーム走査を行う場合に、2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】
本発明にかかるコリメータレンズは、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レンズと、負の屈折力を有する第5レンズを配設するとともに、前記第2レンズおよび第3レンズは接合してなるのに対して、前記第1レンズ、前記第4レンズおよび前記第5レンズはそれぞれ単独で配設してなり、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。
0.9<|F5/FT|<2.5・・・・(1)
ここで、
F5:第5レンズの焦点距離
FT:レンズ全系の焦点距離
【0008】
また、前記第1レンズを、平行光束側に凸面を向けた凸レンズとし、前記第5レンズを、平行光束側に凹面を向けた凹レンズとすることが好ましい。
さらに、前記第5レンズの光源側の面を平面により構成することが、光源への戻り光を減少せしめ、レンズの加工コストを低減させる意味からも好ましい。
また、本発明にかかる光走査装置は、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。
【0009】
【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1〜3を用いて説明する。
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)にかかるコリメータレンズのレンズ基本構成図、図8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。
【0010】
本発明にかかるコリメータレンズ1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、カラースキャナ、カラーコピー機等の光走査装置2の光学系に用いられるものである。
【0011】
この光走査装置2は、図8に示すように、2光源搭載型のワンチップ半導体レーザ(波長790nm)3から射出されたレーザビームをコリメータレンズ1により平行光束に変換するとともに、スリットやシリンドリカルレンズ等からなる補助光学系4を用いてポリゴンミラー5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5により偏向し、fθレンズ6により光導電性感光ドラム7の表面に導かれて形成された微小なビームスポットを該記録体上で走査するようになっている。
【0012】
図1に示すように、本実施形態にかかるコリメータレンズ1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L1(ただし、実施例2では平行光束側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ)、平行光束側に強い曲率の面を向けた両凹レンズからなる第2レンズL2(ただし、実施例2では光源側に強い曲率の面を向けた両凹レンズ)、光源側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる第3レンズL3(ただし、実施例2では平行光束側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ)、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4レンズL4、および平行光束側に凹面を向け、光源側に平面を向けた負のメニスカスレンズからなる第5レンズL5を配設してなる。また、上記第2レンズL2および上記第3レンズL3は接合レンズとして構成されている。なお、図1中、10は半導体レーザ3のカバーガラス、Xは光軸を示す。
【0013】
また、これらのレンズは以下の条件式(1)を満足する。
0.9 < |F5/FT| < 2.5・・・・(1)
ここで、
F5:第5レンズL5の焦点距離
FT:レンズ全系の焦点距離
【0014】
上記条件式(1)は、特に軸外コマ収差を良好にするためのものである。すなわち、その下限を下回ると軸外コマ収差を劣化させ像面湾曲が補正されても使用に耐えうる性能を満足できなくなり、一方、その上限を上回ると像面が補正不足となり、画角の大きい半導体レーザーには適用することが困難となる。
以上のように構成されたコリメータレンズ1によれば、2光源の双方に対して像面湾曲を含めた諸収差を良好なものとすることが可能である。また、第5レンズL5の光源側の面を平面により構成することで、光源3への戻り光を減少せしめ、レンズの加工コストを低減させることができる。
【0015】
以下、実施例1〜3の各々について具体的数値を用いて説明する。
【0016】
<実施例1>
この実施例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d線(587.56nm)における屈折率N およびアッベ数を下記表1に示す。
ただし、この表1および後述する表2、3において、各記号R,D,N、ν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。
【0017】
また、表1の下段に、この実施例1のコリメータレンズ1におけるレンズ系全体の焦点距離FTおよび|F5/FT|の値を示す。
【0018】
【表1】
【0019】
上表から明らかなように、実施例1では条件式(1)が満足されている。
【0020】
<実施例2>
この実施例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d線における屈折率Nおよびアッベ数を下記表2に示す。
また、表2の下段に、この実施例2のコリメータレンズ1におけるレンズ系全体の焦点距離FTおよび|F5/FT|の値を示す。
【0021】
【表2】
【0022】
上表から明らかなように、実施例2では条件式(1)が満足されている。
【0023】
<実施例3>
この実施例3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d線における屈折率Nおよびアッベ数を下記表3に示す。
また、表3の下段に、この実施例3のコリメータレンズ1におけるレンズ系全体の焦点距離FTおよび|F5/FT|の値を示す。
【0024】
【表3】
【0025】
上表から明らかなように、実施例3では条件式(1)が満足されている。
また、実施例1〜3における各収差図(球面収差、非点収差およびディストーションの収差図)を各々図 2,4,6に、実施例1〜3におけるコマ収差の収差図を各々図 3,5,7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、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。
【0026】
これら図2〜7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。
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の値を適宜変更することが可能である。
【0027】
また、本発明の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走査する目的の対物レンズとして使用することもできる。
【0028】
【発明の効果】
本発明にかか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レンズと、負の屈折力を有する第5レンズを配設するとともに、上記第2レンズおよび第3レンズを接合し、所定の条件式を満足するようにしている。したがって、本発明にかか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ー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ける、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。
【0029】
さらに、上記第5レンズの光源側の面を平面によって構成することにより、光源への戻り光を減少せしめ、レンズの加工コストを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1〜3にかか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にかかるコリメータレンズの各収差図(球面収差、非点収差およびディストーションの収差図)
【図3】実施例1にかか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にかかるコリメータレンズの各収差図(球面収差、非点収差およびディストーションの収差図)
【図5】実施例2にかかるコリメータレンズのコマ収差を示す収差図
【図6】実施例3にかかるコリメータレンズの各収差図(球面収差、非点収差およびディストーションの収差図)
【図7】実施例3にかかるコリメータレンズのコマ収差を示す収差図
【図8】本発明の実施例1〜3にかか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】
L1 〜L5 レンズ
R1 〜R9 レンズ面の曲率半径
D1 〜D8 レンズ面間隔(レンズ厚)
X 光軸
1 コリメータレンズ
2 光走査装置
3 半導体レーザ(光源)
4 補助光学系
5 ポリゴンミラー
6 fθレンズ
7 光導電性感光ドラム
Claims (4)
- 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レンズと、負の屈折力を有する第5レンズを配設するとともに、前記第2レンズおよび第3レンズは接合してなるのに対して、前記第1レンズ、前記第4レンズおよび前記第5レンズはそれぞれ単独で配設してなり、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。
0.9<|F5/FT|<2.5・・・・(1)
ここで、
F5:第5レンズの焦点距離
FT:レンズ全系の焦点距離 - 前記第1レンズは、平行光束側に凸面を向けた凸レンズであり、前記第5レンズは、平行光束側に凹面を向けた凹レンズであることを特徴とする請求項1記載のコリメータレンズ。
- 前記第5レンズの光源側の面を、平面により構成した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。
- 請求項1〜3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。
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