WO2005026805A1 - 単レンズ素子、光源装置および走査光学装置 - Google Patents

Abstract

光源から放射される発散光束を所定の収束状態に成形するために用いられる単レンズ素子であって、樹脂からなり、屈折作用による正の光学的なパワーと、回折作用による正の光学的なパワーとを有し、回折作用は、単レンズ素子の入射側面および出射側面の少なくとも一方に形成された回折構造に基づくものであり、以下の式を満足することを特徴とする。　　０．１　＜　ＮＡ　＜　０．３　　０．４　＜　Ｔ／ｆ　＜　０．７５　　２．２　＜　ｆｒ／ｆ　＜　３　但し、　ｆ：単レンズ素子全体の焦点距離、　ｆｒ：単レンズ素子の屈折作用による焦点距離、　Ｔ：単レンズ素子の光軸上の厚み、　ＮＡ：単レンズ素子の入射側の開口数、である。

Description

明細書 単 レ ンズ素子、 光源装置および走査光学装置 技術分野

本発明 は、 屈折作用 によ る正の光学的なパ ワー と 、 回折 作用 によ る正の光学的なパ ワー と を有する単 レ ンズ素子に 関 し、 特定的には、 走査光学装置や光ディ ス ク 装置の光源 装置 に好適な単 レ ンズ素子に関する。 背景技術

L B P ( レ一ザビーム プ リ ンタ） 等に用 い ら れる走査光 学装置は、 光源であ る半導体 レーザ素子か ら の レーザ光束 を、 光偏光器を用 いて走査する と と も に、 走査光学系 を用 いて被走査面であ る感光 ド ラム上に結像する作用 を有する 。 こ のよ う な走査光学装置において、 環境温度が変化 し た 場合、 レーザ光束の波長及び光学系 に含まれる レ ンズ素子 の屈折率が共に変化する 。 そのため、 走査光学装置は、 環 境温度の変化に対 して焦点位置の移動が十分に少な く な る よ う に設計する こ と が要求される。 例え ば、 走査光学装置 にお いて、 半導体 レ一ザ素子か ら放射さ れた発散性を有す る レーザ光束を平行化、 あ る いは収束性を有する レーザ光 束に変換する ため の レ ンズ系 （平行化する 場合は特に コ リ メ ー ト レ ンズ と い う ） が用 い られるが、 こ の レ ンズ系は、 温度変化に対する屈折率変化の少ないガ ラ ス製の レ ンズ素 子を用 い る のが一般的であ る。 一方、 こ の レ ンズ系 をよ り 簡素化する方法 と して、 特開 平 0 4 — 3 2 8 5 1 2 号公報は、 レ一ザ光源に回折作用 を 持つ レ ンズを組み合わせて、 焦点距離を固定する こ と に よ り 温度変化によ る結像位置のズ レ を減 らす方法を提案 して い る 。

また、 特開平 0 4 — 3 2 8 5 1 6 号公報は、 コ リ メ ー ト レ ンズに フ レネル レ ンズを用 いて、 レーザ光源の温度変化 に伴 う 波長の変化 と、 フ レネル レ ンズの焦点距離変化 と 、 フ レネル レ ンズの鏡筒部材の膨張によ る変化 と を組み合わ せて走查光学系の温度変化 によ るデフ ォ ーカス を補正する 方法を 開示 している。

また、 特開平 0 6 — 1 1 8 3 4 6 号公報は、 フ レネル レ ンズと屈折 レ ンズを組み合わせる こ とで温度に対してコ リ メ ー ト レ ンズの焦点距離の変動を相殺する方法を開示 して い る 。 発明の開示

前述 し た従来技術は、 いずれも非常に薄い フ レネル レ ン ズを用 いている ため、 温度変化時によ る 形状収差の変動が 大き く 成 り すぎる と い う 問題があ っ た。 これを改善する た め に、 単に フ レネル レ ンズの厚みを増加 させる だけでは、 逆に射出成形時にウ エル ド な どの不良 を生 じ、 コ ス ト ア ツ プを招来する と い う 問題があ っ た。

ま た、 ガ ラス レ ンズと樹脂 レ ンズの違い の 1 つは温度変 化 に対する屈折率変化の度合いが違 う こ とであ り 、 上述の 方法は これを回折 レ ンズを一体化する こ と によ り 解決でき る こ と を示 してい る 。 しカゝ しながら 、 従来例に記載されて い る樹脂 レ ンズは、 接着剤で固定 した と き に接着剤 によ つ て発生する応力 に よ っ て レ ンズにひずみが入 り やすい。 そ の よ う なひずみは レ ンズに コ マ収差や非点収差を発生 し 、 レ ンズの性能 を著 し く 損な う 。 そのため、 鏡筒 に固定 し鏡 筒 を光学基台上に接着 した り してい るが、 鏡筒 を用 いずに 直接 に光学基台上に レ ンズを接着出来た方が低コ ス ト化 と い う 観点力、 ら はよ り 好ま し い。

本発明 の 目 的は、 上記の課題に鑑みてな さ れた も のであ つ て、 温度変化によ っ て も安定 した性能を維持する単 レ ン ズ素子、 光源装置、 光ディ ス ク 装置を提供する こ とであ る 上記 目 的を達成する ため、 本発明の第 1 の局面にかか る 単 レ ンズ素子は、 光源か ら放射される発散光束を所定の収 束状態 に成形する ため に用 い ら れる単 レ ンズ素子であ っ て 、 樹脂か ら な り 、 屈折作用 によ る正の光学的なパ ワー と 、 回折作用 によ る正の光学的なパ ワー と を有 し、 回折作用 は 、 単 レ ンズ素子の入射側面および出射側面の少な く と も一 方に形成さ れた回折構造 に基づく も のであ り 、 以下の式 を 満足する こ と を特徴 とする 。

0 . 1 < N A < 0 . 3

0 . 4 く Ύ / ί く 0 . 7 5

2 . 2 く ϊ τ / ί く 3

伹 し、

f ： 単 レ ンズ素子全体の焦点距離、

f r ： 単 レ ンズ素子の屈折作用 によ る焦点距離、 T ： 単 レ ンズ素子の光軸上の厚み、

Ν Α ： 単 レ ンズ素子の入射側の開 口数、

であ る。

また、 上記 目 的 を達成する ため、 本発明 の第 2 の局面に かかる光源装置は、 所定の収束状態を持つ レーザ光束を射 出する光源装置であ っ て、 発散性の レーザ光束を放射する と と も に、 環境温度の上昇に伴っ て放射さ れる レーザ光束 の波長が長 く な る方向に シ フ 卜 する特性を持つ半導体レー ザ素子 と 、 半導体 レ一ザ素子か ら 放射さ れる発散性の レー ザ光束を所定の収束状態に成形する発明 の第 1 の局面にか か る単 レ ンズ素子 と、 半導体 レーザ素子 と単 レ ンズ素子 と を一体的 に保持する保持手段 と を備える 。

また、 上記 目 的 を達成する ため、 本発明 の第 3 の局面に かかる光源装置は、 レーザ光束を被走査面上にスポ ッ 卜 と して結像 し走査する走査光学装置であ っ て、 所定の収束状 態を持つ レーザ光束を射出する光源装置 と 、 光源装置が射 出 した レーザ光束を、 偏向面に よ り 反射 して偏向する こ と によ り 主走査する光偏向器 と 、 光源装置が射出 した レーザ 光束を、 光偏向器の偏向面近傍で主走査方向 に延びた線状 に結像する第 1 結像光学系 と、 第 1 結像光学系 によ り 結像 さ れた レーザ光束を、 被走査面上 にスポ ッ ト と して再び結 像さ せる 走査 レ ンズを含む第 2 結像光学系 と を備え、 光源 装置は、 発散性の レーザ光束を放射する と と も に、 環境温 度の上昇に伴っ て放射さ れる レーザ光束の波長が長く な る 方向 に シ フ ト する特性を持つ半導体 レーザ素子と 、 半導体 レーザ素子か ら放射される発散性の レーザ光束を所定の収 束状態に成形する発明の第 1 の局面にかか る単 レ ンズ素子 と 、 半導体 レーザ素子と単 レ ンズ素子と を一体的に保持す る保持手段 と を含む。

本発明 によれば、 温度変化 によ っ ても安定 した性能を維 持する単 レ ンズ素子、 光源装置、 光ディ ス ク装置を提供す る こ とができ る 。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明 の実施の形態 1 および 2 にかか る単 レ ン ズ素子の概略光路図であ る 。

図 2 は、 本発明 の実施の形態 3 にかかる単 レ ンズ素子の 概略光路図であ る 。

図 3 は、 本発明 の実施の形態 4 にかかる光源装置の概略 図であ る 。

図 4 は、 本発明 の実施の形態 5 にかかる走査光学装置の 概略図であ る 。 発明 を実施する ため の最良の形態 (実施の形態 1 )

図 1 は、 本発明 の実施の形態 1 にかかる単 レ ンズ素子の 概略光路図であ る 。 図 1 にお いて、 1 は、 実施の形態 1 に かか る単 レ ンズ素子であ っ て、 入射面 2 及び射出面 3 は非 球面形状であ る 。 射出面 3 の表面上には回折構造が形成さ れて いる 。 4 は半導体 レーザ素子の発光点であ り 、 5 は半 導体 レーザ素子のカバーガ ラ ス を示す。 単 レ ンズ素子 1 は、 樹脂か ら なる両凸の両非球面形状を 持つ レ ンズ素子であ り 、 屈折作用 によ る正の光学的なパ ヮ 一 と 、 回折作用 に よ る正の光学的なノ° ヮ一 と を有 してい る

。 ま た、 こ の回折作用 は、 射出面 3 の表面に形成さ れた回 折構造に基づいてい る 。 以下、 単 レ ンズ素子 1 が満足すベ き条件を説明する 。

単 レ ンズ素子 1 は、 以下の式 （ 1 ) 〜 （ 3 ) を満足 して い る 。

0 . 1 < N A く 0 . 3 ( 1 )

0 . 4 < T / f < 0 . 7 5 ( 2 )

2 . 2 < f r / f < 3 ( 3 ) 但 し

単 レ ンズ素子全体の焦点距離、

f r ： 単 レ ンズ素子の屈折作用 に よ る焦点距離、

T ： 単 レ ンズ素子の光軸上の厚み、

N A ： 単 レ ンズ素子の入射側の開 口数、

であ る

式 （ 1 ) は、 半導体 レーザ素子か ら放射さ れる レーザ光 束を成形する レ ンズ素子と して適切な N A の範囲 を示す。

ま た、 式 （ 2 ) は、 単 レ ンズ素子の成形性 と光学性能を 両立する ため に必要な条件であ り 、 上限を超え る と レ ンズ 厚が単 レ ンズ素子の 口径に対 して厚 く な り すぎて射出成型 時に ゥ ェル ド な ど を生 じやす く な る 。 また、 下限を超える と単 レ ンズ素子が温度変化時の収差の変動が大き く なっ て し ま 。 なお、 式 （ 4 ) を満足する こ とが上記の観点か ら さ ら に好ま し い。 0 . 5 く Ύ / ί く 0 . 6 7 ( 4 ) また、 式 （ 3 ) は、 半導体 レーザ と組み合わせて使 う 場 合の温度 によ る焦点位置の移動量を適切に補正する ため の 屈折作用 によ る焦点距離 と単 レ ンズ素子全体の焦点距離 と の比の適切な範囲 を示 してい る 。

単 レ ンズ素子 1 は、 以下の式 （ 5 ) を満足する こ とが望 ま し い。

0 . 8 < t / T < 0 9 7 ( 5 ) 伹 し、

t ： 光軸 と平行な方向 に単 レ ンズ素子の厚みを計測 した と き、 面が曲率を持つ部分にお いて最も薄い箇所の厚み、 であ る 。

式 （ 5 ) 満足する単 レ ンズ素子は 、 レ ンズの中心部 と 周辺部の厚みの差が小さ い こ と を意味 し、 樹脂成形上好ま し い。 上式の下限を超え る と 中心部 と周辺部 と の単 レ ンズ 素子の厚みの差が大き く な り すぎる ため 回折構造を良好に 転写させる成形条件では収差が大き く 発生 し生産性が悪化 する 。 ま た上式を超え る と屈折作用 によ る単 レ ンズ素子の 焦点距離が長 く な り すぎる ため、 光学設計上温度変化に対 して良好な性能が得 ら れない。 また同時に、 こ の条件を満 足すれば単 レ ンズ素子の コ Λの厚みが十分に取れる ため鏡 筒 を用 いずに単 レ ンズ素子を光学基台上 に直接に接着する こ と が可能 となる。 なお、 さ ら に好ま し く は式 （ 6 ) を満 足すればよ り 成形性及び収差性能共に良好な単 レンズ素子 が得 ら れる。

0 . 8 5 < T < 0 9 5 ( 6 ) 単 レ ンズ素子 1 の焦点距離 f は、 以下の範囲であ る こ と が望ま し い。

5 mm ≤ f ≤ 2 0 mm ( 7 ) 上記の範囲で単 レ ンズ素子を設計すれば、 走査光学系装 置 と して適切な単 レ ンズ素子を提供でき る 。 さ ら に単 レ ン ズ素子は、 下記の範囲 を満足する と よ り 好ま し い。

6 ra m ≤ f ≤s 1 0 mm 8 ) 単 レ ンズ素子 1 は、 両面 と も非球面形状であ る こ とが望 ま し い。 両面非球面形状 とする こ と によ り 、 特に軸外収差 性能を改善する こ とが可能 となる。 そのため、 安定 した性 能の レ ンズを得る こ とが出来る。

単 レ ンズ素子 1 が両面 と も非球面形状であ る場合、 以下 の式 （ 7 ) を満足する こ とが望ま し い。

8 . 5 mm く f < 9 . 5 mm ( 9 ) 単 レ ンズ素子の焦点距離を、 こ の範囲 とする こ と で、 走 査光学系装置 と して適切な レ ンズ系 を得る こ とが可能であ る 。

単 レ ンズ素子 1 が両面 と も非球面形状であ る場合、 以下 の式 （ 8 ) を満足する こ とが望ま し い。

4 . 5 mm く T く 5 . 5 mm ( 1 0 ) 中心厚が こ の範囲 に入っ ていれば t が上記式を満た して い る場合 に、 コ バの厚みを十分に確保する こ とが可能であ り 、 鏡筒 を用 いずに光学基台に直接接着 して も接着剤に よ る ひずみの影響な どを受けに く く な る。

単 レ ンズ素子 1 が両面 と も非球面形状であ る場合、 以下 の式 （ 9 ) を満足する こ とが望ま し い。 1 4 m m < f r く 1 8 m m ( 1 1 ) こ れを満足する こ と によ り 、 上記の焦点距離の範囲 にお いて温度変化に対して性能が安定 した レ ンズを提供可能 と なる 。

単 レ ンズ素子 1 が両面 と も非球面形状であ る場合、 前述 した式 （ 4 ) は、 以下の範囲 にする こ とが望ま しい。

0 . 8 5 < t / T く 0 . 9 2 ( 1 2 ) 回折構造は、 両面に形成さ れていて も よ い。 回折構造を 両面 に構成する こ と によ り 、 回折構造の ピ ッ チを広 く する こ とが可能であ るため、 加工 をよ り 容易 とする こ とができ 、 また、 回折効率において も 、 損失を減 ら す こ とが出来る 次に、 こ の単 レンズ素子の レ ンズデータ を下記に示す。 下表にお いて、 面番号 1 は発光点、 2 〜 3 は レーザのカバ 一ガ ラス 、 4〜 6 は単 レ ンズ素子を指す。 4 面及び 5 面は レ ンズの入射面及び射出面の非球面形状を表す。 6 面は第 5 面上に形成される 回折構造を高屈折率法 を用 いて表現 し た も のであ る 。 高屈折率法につ いては、 例えば、 William C . Sweatt の "Describing holo raphic optical elemen ts as lenses", J. Opt. Soc. Am., Vol. 67, No. 6 (1977 ) に、 また、 高屈折率法か ら 実際の回折 レ ンズの形状デー 夕 を得る方法については例え ば、 特開平 1 0 — 1 3 3 1 0 4 号公報等に詳細が記載さ れてい る ので、 これ ら について は こ こでは説明 を省略する 。 なお、 実施の形態 1 において 、 回折構造の設計は上述の Sweatt の高屈折率法を用 いて 説明する が、 こ の設計法に依存する も のではな く 、 例え ば 位相関数法な どの他の方法で も 目 的を達成する設計が可能 であ る こ と は言う まで も な い。

表 1

第 2 面の レーザのカノ 一ガ ラ ス は B K 7 であ る。

4 面および 5 面は、 光軸か ら の高 さが h の箇所における 面のサグ量 s が下式にて表現さ れる非球面であ り 、 それぞ れの非球面係数は下表で表 さ れる 。 なお、 E は 1 0 の累乗 を指 し、 例え ば、 E — 4 は 1 0 の _ 4 乗であ る 。 なお、 本 実施の形態で説明する非球面は、 すべて以下の式によ り 定 義 さ れる 。

なお、 c は面の頂点曲率であ り 、 曲率半径を r とする と き c = l Z r であ る 。 第 4 面

K -10.08782

AD 8.6700583E-4

AE 1.030877E-4

AF -2.7032044E-5

AG 2.3029273E-6

第 5 面

K -0.1898852

AD 3.0331456E-4

AE 1.0002706E-5

AF 0.0

AG 0.0

第 6 面

K -0.1898817

AD 3.0331451E-4

AE 1.0003222E-5

AF -2.3128484E-16

AG -6.8102969E-15

単 レ ンズ素子 1 の合成焦点距離 f は 9 m mであ り 、 上記 レ ンズデータ第 4 面〜第 5 面にて表現さ れる 屈折作用 によ る焦点距離は 1 5 . 6 m mであ る 。

本 レ ンズで温度が変化 した場合の収差性能及び設計温度 を基準 と した と き の焦点位置の変化を下記に示す。 計算は 、 説明 し た光学系の入射面お よび射出面を逆に して、 平行 光側か ら レーザ光束が入射し、 発光点側に結像する よ う な 光学系 と して計算 した も のであ る 。 焦点位置変化において 、 符号は焦点距離が大き く なる方向を正と してい る 。 表 2 か ら分かる よ う に、 焦点距離変化は十分小さ く 、 いずれも 走査光学装置用 の光源と して十分な性能であ る こ とが確認 でき る 。

表 2

上記の計算にお いて、 半導体 レーザ素子の 1 °cあた り の 波長変動は 0 . 2 n m と し、 樹脂材料の 1 °C あた り の屈折 率の変化は一 1 . 1 E — 4 、 樹脂材料の 1 °C あた り の膨張 率を 1 . 0 0 0 0 6 と した。 こ の と き の波長及び樹脂の屈 折率を下記に示す。 ガ ラス に関 しては、 波長変化によ る屈 折率変化のみを見込み、 温度に よ る 屈折率の変化及び膨張 収縮は無視 した。 表 3

光源波長 樹脂屈折率

設計温度 （ 3 5 °C ) 781請 1.50300743

低温 （ 5 °C ) 776nm 1.50585233

高温 （ 5 5 °C ) 786nm 1.50016469 本 レ ンズはコバ部の厚みが 5 . 3 m m と十分に厚いため 、 レ ンズを機器に搭載する際に接着によ るひずみを十分に 低減する こ とが可能 とな る。

(実施の形態 2 )

次に、 本発明 の実施の形態 2 にかか る単 レ ンズ素子を説 明する 。 実施の形態 2 にかかる単 レ ンズ素子は、 実施の形 態 1 にかかる単 レ ンズ素子の別の数値例であ り 、 概略構成 は共通であ り 、 図面は図 1 を援用可能であ る。

下表に実施の形態 2 にかかる単 レ ンズ素子の設計データ を示す。 本実施の形態に用 いた レ ンズ材料及び レーザの力 バーガ ラス は、 実施の形態 1 と 同一であ る。 単 レ ンズ素子 は N Aが 0 . 3 で焦点距離は 9 m mであ る。

表 4

第 4 面

K -3.89222407750E+001

AD 7.33171951000E-004

AE 5.06615284000E-005

5 か ら 分か る よ う に、 焦点距離変化は十分小さ く 、 い ずれも走査光学装置用 の光源と して十分な性能であ る こ と が確認でき る 。

(実施の形態 3 )

2 は、 本発明 の実 の形態 3 にかか る単 レ ンズ素子の 概略光路図であ る 。 図 2 おいて、 3 1 は実施の形態 3 に カゝか る単 レ ンズ素子でめ Ό 、 3 2 が入射面、 3 3 が射出面 であ る。 3 4 は半導体 レ―ぜ素子の発光点 を示す。 入射面

3 2 は、 略平面で面上 ί 回折構造が形成さ れてい る 。 射出 面 3 3 は非球面形状でめ る 。

単 レ ンズ素子 3 1 は 略平凸形状であ っ て、 回折構造が 平面 成されてい る 般に、 回折構造は数 m程度 の微細な起伏形状で構成さ れてい る ため、 加工は容易では ない。 そのため 回折構造を持つ面を平面 とすれば、 金型加 ェ時にバィ 卜 切削加ェだけでな く フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ 等微 細加ェに よ り 適してか 商 n度な加工方法 も選択可能 と な り 金型加工の 自 由度を向上さ せる こ とが出来る 。

単 レ ンズ素子 3 1 は 略平凸形状であ る場合、 以下の式 ¾満足する こ とが望ま し い。

0 . 9 3 く t T く 0 . 9 7 ( 1 3 ) れの上限を超えても下限を超えて も屈折 レ ンズの焦点 距離が適切な範囲か ら外れる

単 レ ンズ素子 3 1 は 略平凸形状であ る 場合、 以下の式 を満足する こ とが望ま し い。

5 . 5 m m く < 6 . b m m ( 1 4 ) 通常、 焦点距離が長 く なる と 口径が大き く なるが、 例え ば平板上への回折面の加工に E B 描画な どの微細加工技術 を用 い る 場合には大ぎな面積の加工に は時間がかか り 不利 と な る。 そのため、 式 （ 1 4 ) を満足する焦点距離を選べ ば、 平板に加工する と き の メ リ ッ ト を享受する こ とができ る 。

単 レ ンズ素子 3 1 は、 略平凸形状であ る場合、 以下の式 を満足する こ とが望ま し い。

4 m m < T < 4 . 5 m m ( 1 5 ) 式 （ 1 5 ) は、 単 レ ンズ素子の片側を平面 と した場合に コ パの厚みが良好に確保できてかつ厚み方向に厚すぎず、 ウ エル ド な どの成形上の ト ラ ブルが発生 し に く い条件であ る 。

単 レ ンズ素子 3 1 は、 略平凸形状であ る場合、 以下の式 を満足する こ とが望ま し い。

1 0 m m く f r く 1 5 m m ( 1 6 ) 式 （ 1 6 ) は、 前記焦点距離の レ ンズにおいて温度変化 に対する焦点位置移動を良好 に補正する ための条件であ る 次に、 こ の単レ ンズ素子の レ ンズデ一夕 を下記に示す。

表 6

本 レ ンズの N Aは 0 . 2 8 で焦点距離は 6 m mであ る 。 上記データ において、 第 2 面は回折構造を表現する高屈折 率の面であ り 、 3 〜 4 が屈折 レ ンズ形状であ る 。 2 面及び 4 面の非球面係数を下記に示す。 3 〜 4 で表現される屈折 作用 によ る焦点距離は 1 4 . 2 m mであ る 。

第 2 面

K -2.06426605680E+008

AD 1.04723455000E-008

AE 2.38433039000E-008

AF -2.83075212000E-009

AG 1.06739577000E-009

第 4 面

K -5.10250789240E-001

AD 3.48875424000E-004

AE 1.05358264000E-004

AF -1.63055940000E-005

AG 4.98271545000E-006 表 7

表 7 か ら 分か る よ う に、 焦点距離変化は十分小さ く 、 い ずれ も走査光学装置用 の光源 と して十分な性能であ る こ と が確認でき る 。 なお、 実施の形態 3 にお ける樹脂の屈折率 は下記 と した。

表 8

(実施の形態 4 )

図 3 は、 本発明 の実施の形態 4 にかか る光源装置の概略 構成図であ る 。 半導体レーザ 4 1 か ら の射出光は、 実施の 形態 1 にかか る単 レ ンズ素子 4 2 によ り 略平行光となっ て 射出 さ れる 。 こ こ で、 単 レ ンズ素子 4 2 は、 実施の形態 1 において説明 した単 レ ンズ素子 と等し い構成を有 してい る 。 半導体 レーザ 4 1 及び単 レ ンズ素子 4 2 は基台 4 3 にそ れぞれ固定さ れてい る。 基台 4 3 には レ ンズ固定用 の V字 状の溝 4 4 が形成さ れてあ つ て、 組み立て時に、 レ ンズ 4 2 を こ の V溝 4 4 上を前後にず ら してコ リ メ 一 ト調整する こ とができて、 調整後 レ ンズ側面 と V溝の接触部 4 5 にお いて、 接着剤 に よ り レ ンズを固定できる 。 こ の と き本発明 の レ ンズは レ ンズ厚みが十分に厚いため接着剤で固定 した と き に接着剤 によ っ て発生する応力 の影響を受けに く い。 また、 基台 と の接触面積を大き く 取れるため熱が伝わ り や す く 、 半導体 レーザ 4 1 と レ ンズ 4 2 の温度差を十分に少 な く する こ と が可能であ る 。

また、 半導体 レーザ素子 4 1 は、 以下の式を満足する こ とが望ま し い。

7 7 5 n m く λ < 8 1 0 n m ( 1 6 ) 6 4 0 n m く λ < 6 8 0 n m ( 1 7 ) 上記の式は現状で一般的 に普及 してい る 半導体 レーザの 波長であ り 、 性能、 コ ス ト の両面で満足な も の を入手可能 であ る。

実施の形態 4 にかか る光源装置において、 半導体 レーザ 素子 4 1 と単 レ ンズ素子 4 2 と は、 一体の支持手段によ り 保持されてお り 、 半導体 レーザ素子の発熱が支持手段を通 じて単 レ ンズ素子 4 2 へ伝達さ れる。 こ の構成によ り 、 温 度変化によ る単 レ ンズ素子 4 2 の性能変化を、 温度変化に よ る光源の波長変化によ り 補正する こ とが可能にな る。 と こ ろが、 こ の補正は、 半導体 レーザ素子 と単 レ ンズ素子 と の間で温度差があ る と所望の性能を発揮する こ とが出来な い。 これに対 して、 実施の形態 4 にかかる光源装置は、 一 体の支持基台に半導体 レーザ素子 と単 レ ンズ素子と の双方 が固定さ れてい る こ と によ り 支持手段を介 して熱が伝わ る ため温度差が少な く な り 、 温度変化時に安定 した性能を発 揮でき る 。

(実施の形態 5 )

図 4 は、 本発明 の実施の形態 5 にかか る走查光学装置の 概略構成を表す図であ る。 以下、 その動作を説明する 。

半導体 レーザ素子 5 1 か ら の光束は、 単 レ ンズ素子 5 2 によ っ て平行光、 集束光、 あ る い は発散光にな り 、 シ リ ン ド リ カル レ ンズ 5 3 に入射 し 、 副走査方向 につ いてはポ リ ゴン ミ ラ一 5 4 の反射面近傍に集束する。 こ こ で、 単 レ ン ズ素子 5 2 は、 実施の形態 1 にお いて説明 し た単レ ンズ素 子 と等し い構成を有 してい る 。 ポ リ ゴンミ ラ ー 5 4 は回転 中心軸を 中心 と して回転し、 入射 した レーザ光束を偏向 し 、 f 0 レ ンズ 5 5 によ っ て感光 ド ラ ム 5 6 上 に集束 し走査 さ れる。 f Θ レ ンズ 5 5 は偏向点 と感光 ド ラ ム 5 6 上の走 査面 と を、 副走査方向で光学的 に共役にな る よ う に配置さ れ、 ポ リ ゴン ミ ラー 5 4 の面倒れを補正する と と も に、 像 面湾曲、 f Θ 特性を補正してい る 。 また、 半導体 レーザ素 子 5 1 と単 レ ンズ素子 5 2 と は光学基台 5 7 上に固定され てい る。 本構成において、 単 レ ンズ素子を実施の形態 1 に かか る単 レ ンズ素子 と してい る こ と によ り 、 単 レ ンズ素子

5 1 であ り なが ら 温度に対 して安定な性能を有 してい る。 そのため、 複数枚の レ ンズに よ り 温度に対 して安定な光学 系 を構成 して いた従来の光学系 に比べて光源か ら シ リ ン ド リ カルレ ンズ 5 3 までの レ ンズを簡素化できてお り 、 装置 の小型化や低コ ス ト化に寄与する 。 また、 半導体 レーザ 5 1 と本発明の単 レ ンズか ら な る コ リ メ ー ト レ ンズ 5 2 と は 共通の光学基台上 に直に固定 さ れてい る ため、 温度差が少 な く な り レ ンズの温度補償効果が十分に得 ら れる。 また、 一般に半導体 レーザ素子は発熱源であ り 、 装置への電源投 入時に温度が上昇 し 、 こ の と き に レ ンズと の温度差が発生 する 。 そのため放熱板 5 8 等を半導体 レーザ素子に取 り 付 けて温度上昇を緩和する と レ ンズと の温度差がよ り 小さ く な り さ ら に好ま し い。 また、 本実施例の説明 においては、 光学基台は半導体 レーザ 5 1 と コ リ メ 一 ト レ ンズ 5 2 だけ を載せる構成 と し たが、 こ の例 に限 ら れる こ と はな く 、 シ リ ン ド リ カル レ ンズ 5 3 や f Θ レ ンズ 5 5 も含めて載せる 構成で も よ く 、 さ ら には、 走查光学系の筐体に各 レ ンズを 取 り 付ける構成 と してあ っ て も本願の趣旨に添っ てい る こ と はレゝ う まで も な レ 。

ま た、 半導体 レーザ素子 5 1 は、 発振波長が環境温度が 高 く なる と波長が長 く なる方向に変化する光源であ る。 こ の よ う な特性を有 してい る こ と によ り 、 温度変化に よ る単 レ ンズ素子の焦点位置のズ レ を温度変化に伴 う 光源の発振 波長の変化によ っ て補正する こ とが可能であ り 、 温度変化 に対 して安定な特性 を有する走査光学装置を得る こ とが出 来る 。

ま た、 実施の形態 5 にかか る走査光学装置は、 半導体 レ 一ザ素子 5 1 と単 レ ンズ素子 5 2 と の温度の差を小さ く す る ため の温度伝達手段を有 してい る 。 本発明の単 レ ンズ素 子は、 半導体 レーザの温度変化に伴 う 波長変化を利用 して 温度特性を改善 してい る。 そのため、 温度差があ る と十分 に温度によ る性能劣化を補正できな く なる。 ま た、 実施の形態 5 にかか る走査光学装置は、 光源装置 と単 レ ンズ素子 と が共通の部材上に固定さ れてあ つ て、 前 記光源部の発する熱が前記部材を経 由 して前記コ リ メ ー ト 手段 に伝達する構成を有 してい る 。 上記構成 とする こ と に よ り 、 光源装置の熱が単 レ ンズ素子に伝わ り 双方の温度差 を少な く する こ と が可能であ る 。

ま た、 実施の形態 5 にかか る走査光学装置は、 光源装置 は放熱手段を有 してい る。 通常、 光源装置は発熱源であ る ため、 特に電源投入時な どには レ ンズよ り も早 く 温度が上 昇 し レ ンズと光源 と の間に温度差が出来て し ま う 。 放熱手 段は光源部の温度上昇を緩和でき る ため光源部 と レ ンズと の温度差 を小さ く する こ とが可能で、 本発明 の レ ンズの性 能を十分に発揮でき る。 産業上の利用可能性

本発明は、 L B P な どの走査光学装置に含まれる光源装 置や、 C D ( C o m p a c t D i s k ) や各種 D V D な どの光ディ ス ク 装置の光源装置に好適であ る 。

Claims

請求の範囲

1 . 光源か ら放射さ れる発散光束を所定の収束状態に成 形するため に用 い ら れる単 レ ンズ素子であ っ て、

樹脂か ら な り 、 屈折作用 によ る正の光学的なパ ワー と 、 回折作用 によ る正の光学的なパ ワー と を有 し、

前記回折作用 は、 前記単 レ ンズ素子の入射側面および射 出側面の少な く と も一方に形成さ れた回折構造に基づく も のであ り 、

以下の式を満足する こ と を特徴 とする、 単 レ ンズ素子 ：

0 . 1 < N A < 0 . 3

0 . 4 く Ύ / ί く 0 . 7 5

2 . 2 く f r / f く 3

伹 し、

f ： 単レ ンズ素子全体の焦点距離、

f r ： 単 レ ンズ素子の屈折作用 によ る焦点距離、

T ： 単レ ンズ素子の光軸上の厚み、

N A ： 単 レ ンズ素子の入射側の 開 口数、

であ る。

2 . 以下の式を満足する こ と を特徴とする 、 請求項 1 に 記載の単レ ンズ素子 ：

0 . 8 < t / T く 0 . 9 7

但 し、

t ： 光軸 と平行な方向に単 レ ンズ素子の厚みを計測 した と き、 面が曲率を持つ部分にお いて最も薄い箇所の厚み、 であ る 。

3 . 以下の式を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 2 に 記載の単 レ ンズ素子 ：

0 . 8 5 < t / T く 0 . 9 5

4 . 以下の式を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 記載の単 レ ンズ素子 ：

0 . 5 < T / f < 0 . 6 7

5 . 以下の式を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 1 に 記載の単 レ ンズ素子 ：

5 m m 2 0 m m

6 . 以下の式を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 5 に 記載の単 レ ンズ素子 ：

6 m m ≤ f ≤ 1 0 m m

7 . 前記単 レ ンズ素子は、 略平凸形状を有 し 、 前記回折構 造が平面側に形成されてい る こ と を特徴 とする 、 請求項 1 に記載の単 レ ンズ素子。

8 . 以下の式を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 7 に 記載の単 レ ンズ素子 ：

5 . 5m m ≤ f ≤ 6 . 5 m m

9 . 以下の式を満足する こ と を特徴とする 、 請求項 7 に 記載の単 レ ンズ素子 ：

4 m m < T < 4 . 5 m m

1 0 . 以下の式 を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 7 に記載の単 レ ンズ素子 ：

1 0 m m く f r く 1 5 m m

1 1 . 以下の式を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 7 に記載の単 レ ンズ素子 ：

0 . 9 3 く t / T く 0 . 9 7

1 2 . 前記屈折作用 は、 前記単 レ ンズ素子の入射側面お よび射出側面の両面に形成さ れた非球面形状によ る こ と を 特徴とする 、 請求項 1 に記載の単 レ ンズ。

1 3 . 以下の式を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 1 2 に記載の単 レ ンズ素子 ：

8 . 5 m m く f く 9 . 5 m m

1 4 . 以下の式 を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 1 2 に記載の単 レ ンズ素子 ：

4 . 5 m m < T < 5 . 5 m m

1 5 . 以下の式を満足する こ と を特徴 とする 、 請求項 1 2 に記載の単 レ ンズ素子 ： 4 m m < < 1 8 m m

1 6 以下の式を満足する こ と を特徴とする 、 請求項 1 2 に記載の単 レ ンズ素子 ：

0 . 8 5 く t / T < 0 . 9 2

1 7 . 前記回折構造は、 前記単 レ ンズ素子の入射側面お よ び射出側面の両面に形成さ れてい る こ と を特徴とする 、 請 求項 1 に記載の単 レ ンズ。

1 8 . 所定の収束状態を持つ レーザ光束を射出する光源 装置であ っ て、

発散性の レーザ光束を放射する と と も に、 環境温度の上 昇に伴っ て放射さ れる前記 レーザ光束の波長が長 く なる方 向 に シ フ トする特性を持つ半導体 レーザ素子と 、

前記半導体 レーザ素子か ら 放射さ れる発散性の レーザ光 束を所定の収束状態に成形する請求項 1 ない し 1 7 のいず れか に記載の単 レ ンズ素子 と 、

前記半導体 レーザ素子 と前記単 レ ンズ素子と を一体的 に 保持する保持手段 と を備え る 、 光源装置。

1 9 . 前記半導体 レーザ素子は、 波長 λ が下記のいずれ かの範囲 にあ る レーザ光束を放射する こ と を特徴とする 、 請求項 1 8 に記載の光源装置 ：

7 7 5 n m く λ < 8 1 0 n m

6 4 0 n m く λ く 6 8 0 n m

2 0 . 前記半導体 レーザ素子 と前記単 レ ンズ素子 と を一 体的に保持する保持手段を備え、 前記半導体 レーザ 素子の 発熱が前記保持手段を通じて前記単 レ ンズ素子に伝 達さ れ る こ と を特徴 とする 、 請求項 1 8 に記載の光源装置 。

2 1 . レーザ光束を被走査面上にスポ ッ ト と して 結像 し 走査する走査光学装置であ っ て、

所定の収束状態を持つ レーザ光束を射出する光源 装置 と 前記光源装置が射出 した レ一ザ光束を、 偏向面に よ り 反 射 して偏向す る こ と によ り 主走査する光偏向器 と、

前記光源装置が射出 した レーザ光束を、 前記光偏 向器の 前記偏向面近傍で主走査方向に延びた線状に結像す る第 1 結像光学系 と 、

前記第 1 結像光学系 によ り 結像さ れた レーザ光束 を、 前 記被走査面上 にスポ ッ 卜 と して再び結像さ せる 走査 レ ンズ を含む第 2 結像光学系 と を備え、

前記光源装置は、

発散性の レーザ光束を放射する と と も に、 環境温度の 上昇に伴っ て放射さ れる前記 レーザ光束の波長が長 く な る 方向 に シ フ トする特性を持つ半導体 レーザ素子 と 、

前記半導体 レーザ素子か ら放射さ れる発散性の レーザ 光束を所定の収束状態に成形する請求項 1 ない し 1 7 の い ずれか に記載の単 レ ンズ素子と 、 前記半導体 レーザ素子 と前記単 レンズ素子と を 一体的 に保持する保持手段 と を含む、 走査光学装置。

2 2 . 前記光源装置は、 前記半導体 レーザ素子と 前記単 レ ンズ素子 と の間の温度の差を小 さ く する ための温 度伝達 手段を有する こ と を特徴 とする 、 請求項 2 1 に記載 の走査 光学装置。

2 3 . 前記半導体 レーザ素子 と前記単 レ ンズ素子 と は、 共通の部材上に固定されてお り 、 前記半導体 レーザ 素子の 発する熱が前記共通の部材を経由 して前記単 レ ンズ 素子 に 伝達される構成であ る こ と を特徴 とする 、 請求項 2 1 に記 載の走査光学装置。

2 4 . 前記半導体 レーザ素子は、 放熱手段を有す る こ と を特徴とする 、 請求項 2 1 に記載の走査光学装置。