JPH08114767A - コリメータレンズ - Google Patents
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Abstract
束側の面が凹の負レンズ、平行光束側の面が凸の正レン
ズからなる3枚構成のコリメータレンズであって、条件
式を満足することにより、開口数の大きさ、レンズ性
能、製造の容易性を確保しつつ、構成を簡単にする。 【構成】3群3枚構成のコリメータレンズを、全系の焦
点距離をf、第iレンズの焦点距離をfi 、平行光束側
から第i番目のレンズ面の曲率半径をri 、第iレンズ
の屈折率をni としたとき、下記(1)〜(5)式の条
件を満足するように構成する。 0.8 <f1 /f3 < 2.0 (1) 1.5 <{r2 (n2 −1)}/{r3 (n1 −1)}<
2.7 (2) 0.8 <r5 /{f(n3 −1)}< 1.4 (3) 0.8 <−r1 /r2 < 2.4 (4) 0.5 <−f2 /f< 6.0 (5)
Description
し、詳細には半導体レーザ等の微小発光体から発光した
光を、レーザプリンタ等に適用するために、平行光束に
する3群3枚構成のコリメータレンズに関するものであ
る。
容易である、あるいはサイズが小型である等の特長によ
り、光通信、デジタル・オーディオ・ディスク、レーザ
プリンタ等の光源として需要が拡大している。
状に発散するため、その発光領域の近傍にはコリメータ
レンズを配して、この発散光を一旦平行光束にすること
が通常行われている。このような用途に使用されるコリ
メータレンズは、微小な点光源から発散する発散光束を
十分な平行性を有する平行光束とするために、球面収差
が十分良好に補正されている必要があり、さらに開口数
の大きなものが望まれている。このような性能を満足す
るものとして、例えば特開昭58-200206 号公報に開示さ
れている4群4枚構成のコリメータレンズが知られてい
る。
ータレンズにおいても、製造コストを低減する、あるい
は製造を容易にするとの観点から、レンズ構成をより簡
単にすることが要望されている。
組み付ける製造工程においては、光源に対するレンズの
アライメントが製造誤差によりずれることが考えられ
る。このようなばらつきが生じた場合に、レンズ性能が
急激に劣化したのでは製品価値が低下する。しかし高精
度にアライメントの調整を行うのは面倒であり、結果的
に製造コストが上昇することにもなる。
って、開口数の大きさ、レンズ性能および製造の容易性
を確保しつつ、レンズ構成を簡単にしたコリメータレン
ズを提供することを目的とするものである。
ズは、光源から発せられた発散光束を平行光束にするレ
ンズであって、平行光束側から順に、両凸の正レンズで
ある第1レンズ、平行光束側の面が凹の負レンズである
第2レンズ、平行光束側の面が凸の正レンズである第3
レンズからなる3群3枚のレンズにより構成され、下記
(1)〜(5)式の条件を満足することを特徴とするも
のである。
のレンズ面の曲率半径(ただし、平行光束側に凸のとき
正、平行光束側に凹のとき負とする) ni ;第iレンズ(i=1、2または3)の屈折率 上記平行光束側とは光源から出射された発散光束がコリ
メータレンズにより平行光束として出射した側をいい、
コリメータレンズに対して光源側の逆側を意味するもの
である。
束側に配された物体の像を光源の位置において結像せし
める対物レンズとしても使用することができるのはいう
までもない。この場合、平行光束側は物体側に、光源側
は像側にそれぞれ対応するものとする。
は、3枚構成としたため従来の4枚構成のレンズと比べ
てレンズ構成を簡単にすることができる。また、上記各
条件式(1)〜(5)を満足することにより、開口数を
ある程度の大きさ(およそNA=0.3 程度以上)確保し
つつ、下記に示す種々の作用効果を得ることができる。
焦点距離f3 に対する第1レンズの焦点距離f1 の比の
値(f1 /f3 )を規定するもので、この条件式(1)
を満足することにより、正弦条件を良好にすることがで
きるため、光源に対する光軸(アライメント調整)のセ
ットが容易になる。また、高次収差の影響が低減される
ためレンズの加工が容易になる。さらにバックフォーカ
スも実用的な範囲内とすることができ、光源に対するレ
ンズの配置が容易になる。なお良好な正弦条件を得るこ
とにより、光源と光軸との位置ずれが生じた場合にもコ
マ収差が急激に劣化することがなく製造の容易化を図る
ことができる。
が悪化し、光源が光軸からわずかにずれただけで急激に
コマ収差が劣化するため、組立て精度を高精度に維持す
る必要があり製造が面倒になる。一方、条件式(1)の
下限を下回った場合も、正弦条件が悪化し、光源が光軸
からわずかにずれただけで急激にコマ収差が劣化するた
め、組立て精度を高精度にする必要がある。また高次収
差の影響が大きくなるため、レンズを高精度に加工する
必要がある。さらにバックフォーカスが小さくなって光
源に対するレンズの配置が困難になる。
のレンズ面の曲率半径r3 に対する第1レンズの光源側
のレンズ面の曲率半径r2 の比の値(r2 /r3 )を、
各レンズの屈折率n2 ,n1 を考慮したうえで規定した
ものである。条件式(2)の上限を上回ると、正弦条件
が悪化し、組立て精度を高精度に維持する必要があり製
造が面倒になる。一方、条件式(2)の下限を下回った
場合も、正弦条件が悪化して組立て精度を高精度に維持
する必要があるとともに、高次収差の影響が大きくなっ
てレンズを高精度に加工する必要がある。また、球面収
差が補正不足となる。
焦点距離fに対する第3レンズの平行光束側のレンズ面
の曲率半径r5 の比の値(r5 /f)を、第3レンズの
屈折率n3 を考慮したうえで規定したものである。条件
式(3)の上限を上回ると、正弦条件が悪化して組立て
精度を高精度に維持する必要があるとともに、球面収差
が補正不足となる。一方、条件式(3)の下限を下回る
と、条件式(1)の場合と同様、正弦条件が悪化し、ま
た高次収差の影響が大きくなって、組立て精度および部
品精度を高精度にする必要がある。またバックフォーカ
スが小さくなって光源に対するレンズの配置が困難にな
る。さらに、第3レンズの平行光束側のレンズ面の曲率
半径r5 が小さくなりすぎて、この点からもレンズの加
工が難しくなる。
ンズ面の曲率半径r2 に対する平行光束側のレンズ面の
曲率半径r1 の比の値(r1 /r2 )を規定したもので
ある。条件式(4)の上限を上回ると、正弦条件が悪化
し、また高次収差の影響が大きくなって、組立て精度お
よび部品精度を高精度にする必要があり製造が面倒にな
る。一方、条件式(4)の下限を下回った場合にも、正
弦条件が悪化し、組立て精度を高精度に維持する必要が
ある。
焦点距離fに対する第2レンズの焦点距離f2 の比の値
(f2 /f)を規定したものである。条件式(5)の上
限を上回ると、正弦条件が悪化し、組立て精度を高精度
に維持する必要があるとともに、球面収差が補正不足と
なる。一方、条件式(5)の下限を下回った場合も、正
弦条件が悪化し、また高次収差の影響が大きくなって、
組立て精度および部品精度を高精度にする必要がある。
ついて図面を用いて説明する。
構成を示す断面図である。図1に示すように、これらの
実施例に係るコリメータレンズは、平行光束側(図示左
側)から順に、両凸の正レンズである第1レンズL1 、
平行光束側の面が凹の負レンズである第2レンズL2 、
平行光束側の面が凸の正レンズである第3レンズL3か
らなる3群3枚構成であって、下記(1)〜(5)式の
条件を満足するように構成されている。
のレンズ面の曲率半径(ただし、平行光束側に凸のとき
正、平行光束側に凹のとき負とする) ni ;第iレンズ(i=1、2または3)の屈折率 ここで、各条件式(1)〜(5)を満足することによ
り、ある程度の開口数を得つつ、正弦条件を良好にする
ことができるため、光源(LD)と光軸との位置ずれが
生じた場合にもコマ収差が急激に劣化することがなく、
したがって光源に対する光軸のセットが容易になる。ま
た、高次収差の影響が低減されるためレンズの加工が容
易になる。また、条件式(1)、(3)を満たすことに
より、バックフォーカスを実用的な範囲内とすることが
でき、光源に対するレンズの配置が容易になる。さらに
条件式(3)を満たすことにより、第3レンズL3 の平
行光束側のレンズ面の曲率半径r5 が小さくなるのを防
止することができ、レンズの加工が容易になる。さらに
また条件式(2)、(3)、(5)を満たすことによ
り、球面収差を良好なものとすることができる。
(光軸Xに垂直な平面ガラス)を示す。以下、第1〜第
7の実施例について具体的数値を用いて説明する。
ンズの、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(以下、軸上面間隔という)
d、各レンズの屈折率nを表1に示す。
において、各記号r、d、nの添字は平行光束側から順
次増加するように付している。また表中の記号tは、図
1に示したLDの窓ガラスGの厚さを示すものである。
なお曲率半径r、軸上面間隔d、窓ガラスGの厚さtは
いずれもレンズ系全体の焦点距離で規格化した値を用い
ている。したがって各表においてレンズ系全体の焦点距
離fは 1.0としている。
タレンズを、平行光束側を物体側とし、光源側を像側と
する集光レンズとしてみたときの、波長λ=780 nmにお
ける球面収差(図示においては実線;以下の実施例にお
いても同じ)および正弦条件(図示においては破線;以
下の実施例においても同じ)を図2(A)に示す。図示
の収差図から解されるように、本実施例のコリメータレ
ンズによれば、3群3枚という簡単なレンズ構成で、開
口数NA=0.3 とある程度の大きさを確保しつつ、球面
収差および正弦条件を良好なものとして製造の容易化を
実現している。
ータレンズの、各レンズ面の曲率半径r、各レンズの中
心厚および軸上面間隔d、各レンズの屈折率nを表2に
示す。
1に示した断面図において第2レンズL2 の光源側の面
(r4 )を平面としている。
タレンズを、平行光束側を物体側とし、光源側を像側と
する集光レンズとしてみたときの、波長λ=780 nmにお
ける球面収差および正弦条件を図2(B)に示す。図示
の収差図から解されるように、本実施例のコリメータレ
ンズによれば、3群3枚という簡単なレンズ構成で、開
口数NA=0.3 とある程度の大きさを確保しつつ、球面
収差および正弦条件を良好なものとして製造の容易化を
実現している。
ータレンズの、各レンズ面の曲率半径r、各レンズの中
心厚および軸上面間隔d、各レンズの屈折率nを表3に
示す。
1に示した断面図において第3レンズL3 の光源側の面
(r6 )を平行光束側に凸としている。
タレンズを、平行光束側を物体側とし、光源側を像側と
する集光レンズとしてみたときの、波長λ=675 nmにお
ける球面収差および正弦条件を図2(C)に示す。図示
の収差図から解されるように、本実施例のコリメータレ
ンズによれば、3群3枚という簡単なレンズ構成で、開
口数NA=0.33とある程度の大きさを確保しつつ、球面
収差および正弦条件を良好なものとして製造の容易化を
実現している。
ータレンズの、各レンズ面の曲率半径r、各レンズの中
心厚および軸上面間隔d、各レンズの屈折率nを表4に
示す。
1に示した断面図において第2レンズL2 の光源側の面
(r4 )を平行光束側に凹としている。
タレンズを、平行光束側を物体側とし、光源側を像側と
する集光レンズとしてみたときの、波長λ=780 nmにお
ける球面収差および正弦条件を図2(D)に示す。図示
の収差図から解されるように、本実施例のコリメータレ
ンズによれば、3群3枚という簡単なレンズ構成で、開
口数NA=0.35とある程度の大きさを確保しつつ、球面
収差および正弦条件を良好なものとして製造の容易化を
実現している。
ータレンズの、各レンズ面の曲率半径r、各レンズの中
心厚および軸上面間隔d、各レンズの屈折率nを表5に
示す。
1に示した断面図において第2レンズL2 の光源側の面
(r4 )を平行光束側に凹とし、第3レンズL3 の光源
側の面(r6 )を平行光束側に凸としている。
タレンズを、平行光束側を物体側とし、光源側を像側と
する集光レンズとしてみたときの、波長λ=780 nmにお
ける球面収差および正弦条件を図2(E)に示す。図示
の収差図から解されるように、本実施例のコリメータレ
ンズによれば、3群3枚という簡単なレンズ構成で、開
口数NA=0.41とある程度の大きさを確保しつつ、球面
収差および正弦条件を良好なものとして製造の容易化を
実現している。
ータレンズの、各レンズ面の曲率半径r、各レンズの中
心厚および軸上面間隔d、各レンズの屈折率nを表6に
示す。
1に示した断面図において第2レンズL2 の光源側の面
(r4 )を平行光束側に凹とし、第3レンズL3 の光源
側の面(r6 )を平面としている。
タレンズを、平行光束側を物体側とし、光源側を像側と
する集光レンズとしてみたときの、波長λ=780 nmにお
ける球面収差および正弦条件を図2(F)に示す。図示
の収差図から解されるように、本実施例のコリメータレ
ンズによれば、3群3枚という簡単なレンズ構成で、開
口数NA=0.3 とある程度の大きさを確保しつつ、球面
収差および正弦条件を良好なものとして製造の容易化を
実現している。
ータレンズの、各レンズ面の曲率半径r、各レンズの中
心厚および軸上面間隔d、各レンズの屈折率nを表7に
示す。
1に示した断面図において第2レンズL2 の光源側の面
(r4 )を平行光束側に凹とし、第3レンズL3 の光源
側の面(r6 )を平行光束側に凸としている。
タレンズを、平行光束側を物体側とし、光源側を像側と
する集光レンズとしてみたときの、波長λ=780 nmにお
ける球面収差および正弦条件を図2(G)に示す。図示
の収差図から解されるように、本実施例のコリメータレ
ンズによれば、3群3枚という簡単なレンズ構成で、開
口数NA=0.42とある程度の大きさを確保しつつ、球面
収差および正弦条件を良好なものとして製造の容易化を
実現している。
ンズの基本構成を示す概略断面図
の収差図 (B)第2の実施例にかかるコリメータレンズの収差図 (C)第3の実施例にかかるコリメータレンズの収差図 (D)第4の実施例にかかるコリメータレンズの収差図 (E)第5の実施例にかかるコリメータレンズの収差図 (F)第6の実施例にかかるコリメータレンズの収差図 (G)第7の実施例にかかるコリメータレンズの収差図
Claims (1)
- 【請求項1】 平行光束側から順に、両凸の正レンズで
ある第1レンズ、平行光束側の面が凹の負レンズである
第2レンズ、平行光束側の面が凸の正レンズである第3
レンズからなる3群3枚構成であって、下記(1)〜
(5)式の条件を満足することを特徴とするコリメータ
レンズ。 0.8 <f1 /f3 < 2.0 (1) 1.5 <{r2 (n2 −1)}/{r3 (n1 −1)}< 2.7 (2) 0.8 <r5 /{f(n3 −1)}< 1.4 (3) 0.8 <−r1 /r2 < 2.4 (4) 0.5 <−f2 /f< 6.0 (5) ただし、f;全系の焦点距離 fi ;第iレンズ(i=1、2または3)の焦点距離 ri ;平行光束側から第i番目(i=1〜6の自然数)
のレンズ面の曲率半径(ただし、平行光束側に凸のとき
正、平行光束側に凹のとき負とする) ni ;第iレンズ(i=1、2または3)の屈折率
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