(57)【要約】【課題】開口に対する光源からの光束の広がり角を最適に変換でき、また、光利用効率を向上させることが可能な光学系を提供する。【解決手段】本発明の光学系は、光源から、光軸に対して直交する方向であって、かつ互いに直交する二方向への広がり角が異なる入射光束を、入射された際と異なる広がり角に整形して出射するものであり、複数の光学素子を組み合わせて構成されると共に出射光の開口制限機能を有し、前記二方向のそれぞれに関して前記複数の光学素子が有する屈折力の総和が異なる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から、光軸に対して直交する方向であって、かつ互いに直交する二方向への広がり角が異なる光束が入射され、該光束を、入射された際と異なる広がり角に整形して出射する光学系であって、
複数の光学素子を組み合わせて構成されると共に出射光の開口制限機能を有し、
前記二方向のそれぞれに関して前記複数の光学素子が有する屈折力の総和が異なることを特徴とする光学系。
【請求項２】
光源から、光軸に対して直交する方向であって、かつ互いに直交する二方向への広がり角が異なる光束が入射され、該光束を、入射された際と異なる広がり角に整形して出射する光学系であって、
複数の光学素子を組み合わせて構成されると共に出射光の開口制限機能を有し、
前記二方向のそれぞれに関して前記複数の光学素子が有する屈折力の総和が異なり、
前記出射光を、前記開口制限機能によって定められる開口形状に応じた広がり角に整形することを特徴とする光学系。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学系であって、
前記出射光が発散光であることを特徴とする光学系。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記開口制限機能によって定められる開口形状が円形状であることを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記開口制限機能によって定められる開口形状が楕円形状であることを特徴とする光学系。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記開口制限機能によって定められる開口形状が矩形状であることを特徴とする光学系。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記開口制限機能が、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の出射面に対向して配置され、光束を物理的に遮断する絞り部材によって実現されることを特徴とする光学系。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記開口制限機能が、光軸に対して直交する方向における断面上の各微小断面において光線強度を略均一に補正する光学素子によって実現されることを特徴とする光学系。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記開口制限機能が、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の光学機能面上の所定領域に形成されて入射光束に対して所定の光路差を付与することによりこの光束をフレア化させる第一の光路差付与構造により実現されることを特徴とする光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学系であって、
光軸に対して直交する方向における断面が楕円形状の入射光束を円形状に整形して出射することを特徴とする光学系。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学系であって、
光軸に対して直交する方向における断面が楕円形状の入射光束を、入射の際とは長径及び／又は短径が異なる楕円形状に整形して出射することを特徴とする光学系。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面と出射面のうち少なくとも一方の面が、前記二方向のそれぞれに関して異なる曲率を有することを特徴とする光学系。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面と出射面とで異なる曲率を有することを特徴とする光学系。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面がトロイダル面であり、少なくとも一つの光学素子の出射面がアナモフィック非球面であることを特徴とする光学系。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子がプラスチック樹脂から構成されることを特徴とする光学系。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光学系であって、
前記複数の光学素子の全てがプラスチック樹脂から構成されることを特徴とする光学系。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子がガラスから構成されていることを特徴とする光学系。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光学系であって、
前記ガラスから構成されている光学素子が、他の光学素子よりも光源側に配置されることを特徴とする光学系。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面と出射面のうち少なくとも一方の面上に、入射光束に対して所定の光路差を付与する第二の光路差付与構造を備えることを特徴とする光学系。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学系であって、
前記第二の光路差付与構造により、使用環境の温度変動及び／又は光束の波長変動による波面収差及び／又は非点収差の劣化を補償することを特徴とする光学系。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の光学系であって、
前記第二の光路差付与構造が回折構造であることを特徴とする光学系。
【請求項２２】
請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記第二の光路差付与構造が、特定波長の入射光束に対してのみ所定の光路差を付与する波長選択性を有することを特徴とする光学系。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光学系であって、光源からの光束を所定の記録媒体上に集光させる集光光学系の一部を構成し、前記各光学素子が相互に独立した状態で光軸上に配置されることを特徴とする光学系。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記複数の光学素子のうち二つの光学素子の互いに対向する光学機能面が共に平面で構成され、これら光学機能面が互いに当接していることを特徴とする光学系。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記複数の光学素子のうちプラスチック樹脂から構成されている光学素子にフランジ部が一体成形により設けられ、該フランジ部を他の光学素子の一部に当接させることにより位置決め可能であることを特徴とする光学系。
【請求項２６】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記複数の光学素子のうちプラスチック樹脂から構成されている光学素子にフランジ部が一体成形により設けられ、該フランジ部を、光学系が取り付けられる部材の一部に当接させることにより位置決め可能であることを特徴とする光学系。
【請求項２７】
請求項２３に記載の光学系であって、
前記複数の光学素子のうちプラスチック樹脂から構成されている光学素子にフランジ部が一体成形により設けられ、該フランジ部を前記集光光学系を構成する他の光学素子の一部に当接させることにより位置決め可能であることを特徴とする光学系。
【請求項２８】
請求項２３に記載の光学系であって、
前記複数の光学素子のうちプラスチック樹脂から構成されている光学素子にフランジ部が一体成形により設けられ、該フランジ部を、前記集光光学系が取り付けられる部材の一部に当接させることにより位置決め可能であることを特徴とする光学系。
【請求項２９】
請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の光学系であって、
前記フランジ部を当接させる前記他の光学素子又は前記部材に、該フランジ部を係止することにより、該フランジ部を備える前記光学素子の所定方向への移動を規制する移動規制手段を備えることを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平方向と垂直方向とで異なる広がり角を有する光源からの光束を、光軸に対して直交する方向であって、かつ互いに直交する二方向（以下、便宜上水平方向、垂直方向と呼ぶ場合がある）に対して個別に調整する光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光源から出射される光束の断面形状を整形する、例えばビームシェイパ等の光学系が知られており、レーザービームプリンタや複写機用の書き込み用、あるいは光ディスクの読み取り・書き込み用等として用いられている。
一般的に、光源としてのレーザー素子から出射された光束（レーザー光）は、その広がり角が水平方向と垂直方向とで異なるため、楕円状に広がることになる。
従って、楕円状に広がる光束を円形の開口の全面に当てる場合には、この光束が開口から外れる部分が多くなり、光利用効率が悪くなる。
また、光学系の開口形状が、例えば矩形状等、円形で無い場合においても、光学系への入射光束がその開口に合った所望の広がり形状を持た無ければ、やはり光利用効率が悪くなる。
【０００３】
しかし、例えばレーザー素子から出射される光束の広がり角を、水平方向と垂直方向のそれぞれに対して意図する用に選択することは困難である。特に、レーザービームプリンタや複写機のような書き込み用走査光学系においては、一般に走査方向（主走査方向）と、走査方向に対し垂直でかつ走査光学系の光軸に対しても垂直な方向（副走査方向）の二方向に対し、等しい長さの開口は要求されないことが一般的である。
例えば、一般的なレーザービームプリンタにおいては、図１０に示すように、光源１００、コリメータレンズ１０１、絞り１０２、副走査方向のみに屈折力を持つシリンドリカルレンズ１０３、ポリゴンミラー１０４、走査光学系１０５というレンズ構成を持つ。そして、ポリゴンミラー面１０４ａと像面位置とを略共役の関係にすることで、ポリゴンミラー面１０４ａの向きが副走査方向に倒れることによる結像位置の誤差を補正する光学系が一般的であり、また、主走査方向と副走査方向のそれぞれは、結像させるビーム径が異なることが一般的である。
【０００４】
このような光学系では、主走査方向、副走査方向のそれぞれを独立した光学系と考えることができ、光学系の開口も主走査、副走査の両方向で異なっている。ここで、光学系の開口については、主走査方向であれば要求される結像性能と走査光学系の焦点距離によって一意的に決定されると言って良いが、副走査方向については、走査光学１０５系の倍率やポリゴンミラー１０４と光源１００の間に配置されるシリンドリカルレンズ１０３の焦点距離によって変化する。特にシリンドリカルレンズ１０３の焦点距離を選択することが出来れば、開口はある程度自由度があると言ってよく、光源１００からの楕円状に広がる光束に対しても光利用効率の最適化をある程度図ることが出来る。
【０００５】
しかしながら実際に光学装置としてレーザービームプリンタや複写機等を組み上げる際には、寸法上の制約などからシリンドリカルレンズ等、各レンズの配置に自由度は少なく、開口の調整は限られた範囲でしか行うことができない。その結果として、光利用効率が下がり、消費電力が上がったり、これにより発熱量が増えたりといった問題が生じている。
【０００６】
そこで、光源からの光束の広がり形状を水平方向と垂直方向に対して個別に調整することにより光利用効率を高めることができる光学系が提案されている。
例えば、光束の広がり角が水平方向と垂直方向とで異なり、光線の広がりが楕円状になるレーザー素子等の光源を用いた場合に、この光束の広がり形状を略円形に整形する光学系が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２５８０９９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示された光学系の場合、１つの光学素子の入射面側と出射面側の二面それぞれが、水平方向と垂直方向の二方向の屈折力の制御を同時に担っているため、製造が困難となるという問題がある。
また、レンズ形成時に入射面と出射面間の光軸に対する回転方向、水平方向、垂直方向、間隔（距離）等、各面のアライメントを最適に調整しなけらばならないという問題や、レンズ系への組み込みの際も性能を最適にする位置調整が難しいという問題がある。
【０００９】
また、上述したようなレーザービームプリンタ、複写機、光ピックアップ装置等に用いる光束は、温度変化等の外乱の影響をできる限り受けずに、整形された状態を維持することが好ましい。例えば、光ピックアップ装置では、ディスクの情報記録面上での集光スポットにおけるビーム径の安定性が要求される。
また、波長が短い光束やパワーが大きい光束を使うと、装置が高温になり易く、光学素子が熱で変形したり、レーザ発振器から発振される光束の波長が変化するといった問題が生じる。
【００１０】
このような要因から、従来のビームシェイパは、温度変化に対する性能の変化が小さいガラス製のものが用いられているが、低コスト化・小型化・軽量化等の観点から、プラスチックで構成されたビームシェイパも知られている。
しかし、一般的にプラスチックはガラスに比べて温度変化による性能（屈折率、形状）の変化が大きいので、プラスチック製のビームシェイパでは、温度変化によって非点収差が発生するという問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、開口に対する光源からの光束の広がり角を最適に変換でき、また、光利用効率を向上させることが可能な光学系を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、光源から、光軸に対して直交する方向であって、かつ互いに直交する二方向への広がり角が異なる光束が入射され、該光束を、入射された際と異なる広がり角に整形して出射する光学系であって、複数の光学素子を組み合わせて構成されると共に出射光の開口制限機能を有し、前記二方向のそれぞれに関して前記複数の光学素子が有する屈折力の総和が異なることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、光源からの光束を、入射された際と異なる広がり角に整形して出射する光学系が、複数の光学素子を組み合わせることにより構成される。従って、例えば、従来より知られているビームシェイパのように、入射面がトロイダル面、出射面がアナモフィック非球面で構成されたいわゆる単玉の光学素子を用いる場合と比較して、光学機能面の曲率半径（面形状）が緩やかな光学素子により上記光学系を構成することが可能となる。
従って、例えば、複数の光学素子に上記二方向の屈折力の制御を分担させることにより、光学素子の製造コスト及び設計コストを削減できる。
また、単玉の光学素子では、製造時に入射面と出射面間の光軸に対する回転方向、水平方向、垂直方向、間隔（距離）等のアライメント調整が困難であったが、複数の光学素子を用いることにより、各光学素子を相互に独立して移動させることで、アライメント調整を容易に行なうことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、光源から、光軸に対して直交する方向であって、かつ互いに直交する二方向への広がり角が異なる光束が入射され、該光束を、入射された際と異なる広がり角に整形して出射する光学系であって、複数の光学素子を組み合わせて構成されると共に出射光の開口制限機能を有し、前記二方向のそれぞれに関して前記複数の光学素子が有する屈折力の総和が異なり、前記出射光を、前記開口制限機能によって定められる開口形状に応じた広がり角に整形することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、光源からの光束を、入射された際と異なる広がり角に整形して出射する光学系が、複数の光学素子を組み合わせることにより構成される。従って、例えば、従来より知られているビームシェイパのように、入射面がトロイダル面、出射面がアナモフィック非球面で構成されたいわゆる単玉の光学素子を用いる場合と比較して、光学機能面の曲率半径（面形状）が緩やかな光学素子により上記光学系を構成することが可能となる。
従って、例えば、複数の光学素子に上記二方向の屈折力の制御を分担させることにより、光学素子の製造コスト及び設計コストを削減できる。
また、単玉の光学素子では、製造時に入射面と出射面間の光軸に対する回転方向、水平方向、垂直方向、間隔（距離）等のアライメント調整が困難であったが、複数の光学素子を用いることにより、各光学素子を相互に独立して移動させることで、アライメント調整を容易に行なうことができる。
また、出射光を、開口制限機能によって定められる開口形状に応じた広がり角に整形するので、この開口形状から外れた領域に到達して、遮断されることになる光束の割合を減少させることができ、光束の利用効率を増大させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光学系であって、前記出射光が発散光であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系であって、前記開口制限機能によって定められる開口形状が円形状であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、開口制限機能によって定められる開口形状が円形状なので、光情報記録媒体の情報記録面上に円形の集光スポットを形成させる光ピックアップ装置に対して、本発明の光学系を好適に適用できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系であって、前記開口制限機能によって定められる開口形状が楕円形状であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、開口制限機能によって定められる開口形状が楕円形状なので、レーザービームプリンタや複写機等、主走査方向と副走査方向とで開口形状が異なることが一般的な装置に対して、本発明の光学系を好適に適用できる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系であって、前記開口制限機能によって定められる開口形状が矩形状であることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、開口制限機能によって定められる開口形状が矩形状なので、レーザービームプリンタや複写機等、主走査方向と副走査方向とで開口形状が異なることが一般的な装置に対して、本発明の光学系を好適に適用できる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学系であって、前記開口制限機能が、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の出射面に対向して配置され、光束を物理的に遮断する絞り部材によって実現されることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、開口制限機能が、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の出射面に対向して配置され、光束を物理的に遮断する絞り部材、即ち、従来より周知の絞り部材を用いることになるので、光学系の製造コストを抑えることができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学系であって、前記開口制限機能が、光軸に対して直交する方向における断面上の各微小断面において光線強度を略均一に補正する光学素子によって実現されることを特徴とする。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学系であって、前記開口制限機能が、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の光学機能面上の所定領域に形成されて入射光束に対して所定の光路差を付与することによりこの光束をフレア化させる第一の光路差付与構造により実現されることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、開口制限機能が、第一の光路差付与構造により光束をフレア化させることで実現されるので、例えば、上記絞り部材を光軸上に配置する場合と比較して、光学系の光軸方向の寸法を短くすることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学系であって、光軸に対して直交する方向における断面が楕円形状の入射光束を円形状に整形して出射することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、断面楕円形状の入射光束を円形状に整形して出射するので、光情報記録媒体の情報記録面上に円形の集光スポットを形成させる光ピックアップ装置に対して、本発明の光学系を好適に適用できる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学系であって、光軸に対して直交する方向における断面が楕円形状の入射光束を、入射の際とは長径及び／又は短径が異なる楕円形状に整形して出射することを特徴とする。
【００３０】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１〜９のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、断面楕円形状の入射光束を入射の際とは長径及び／又は短径が異なる楕円形状に整形して出射するので、レーザービームプリンタや複写機等、主走査方向と副走査方向とで開口形状が異なることが一般的な装置に対して、本発明の光学系を好適に適用できる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面と出射面のうち少なくとも一方の面が、前記二方向のそれぞれに関して異なる曲率を有することを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面と出射面とで異なる曲率を有することを特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面がトロイダル面であり、少なくとも一つの光学素子の出射面がアナモフィック非球面であることを特徴とする。
【００３２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子がプラスチック樹脂から構成されることを特徴とする。
【００３３】
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１〜１４のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子をプラスチック樹脂で構成するので、ガラスで構成する場合と比較して、低コスト化・小型化・軽量化を図ることができる。
【００３４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の光学系であって、前記複数の光学素子の全てがプラスチック樹脂から構成されることを特徴とする。
【００３５】
請求項１７に記載の発明は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子がガラスから構成されていることを特徴とする。
【００３６】
請求項１７に記載の発明によれば、請求項１〜１５のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子をガラスで構成するので、温度変化に対する性能の変化を抑えることができ、温度変化による波面収差（特に非点収差）の発生を抑えることができる。
【００３７】
請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の光学系であって、前記ガラスから構成されている光学素子が、他の光学素子よりも光源側に配置されることを特徴とする。
【００３８】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１７と同様の効果を得られると共に、ガラスで構成した光学素子を光源側に配置することにより、光学系が光源から受ける熱の影響を抑えることが可能となり、光学系の温度特性を向上させることができる。
【００３９】
請求項１９に記載の発明は、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面と出射面のうち少なくとも一方の面上に、入射光束に対して所定の光路差を付与する第二の光路差付与構造を備えることを特徴とする。
【００４０】
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１〜１８のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の入射面と出射面のうち少なくとも一方の面上に第二の光路差付与構造を備える。例えば、第二の光路差付与構造として回折輪帯を設ける場合には、回折輪帯による回折光を用いて、使用環境の温度変動及び／又は光束の波長変動（モードホップ）による波面収差及び／又は非点収差の劣化を補償することができる。
【００４１】
請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の光学系であって、前記第二の光路差付与構造により、使用環境の温度変動及び／又は光束の波長変動による波面収差及び／又は非点収差の劣化を補償することを特徴とする。
請求項２１記載の発明は、請求項１９又は２０に記載の光学系であって、前記第二の光路差付与構造が回折構造であることを特徴とする。
【００４２】
請求項２２に記載の発明は、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の光学系であって、前記第二の光路差付与構造が、特定波長の入射光束に対してのみ所定の光路差を付与する波長選択性を有することを特徴とする。
【００４３】
請求項２２に記載の発明によれば、請求項１９〜２１のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、第二の光路差付与構造が波長選択性を有するので、例えば、光源から波長が異なる複数種類の光束が出射される場合でも、各光束毎に断面形状を整形することができる。
【００４４】
請求項２３に記載の発明は、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光学系であって、光源からの光束を所定の記録媒体上に集光させる集光光学系の一部を構成し、前記各光学素子が相互に独立した状態で光軸上に配置されることを特徴とする。
【００４５】
請求項２３に記載の発明によれば、請求項１〜２２のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、各光学素子を相互に独立して移動させることで、アライメント調整を容易に行なうことができる。
【００４６】
請求項２４に記載の発明は、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうち二つの光学素子の互いに対向する光学機能面が共に平面で構成され、これら光学機能面が互いに当接していることを特徴とする。
【００４７】
請求項２４に記載の発明によれば、請求項１〜２３のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、二つの光学素子間で、間隔や光学機能面の角度を一定のまま、水平、垂直方向にのみ位置調整を行うことが容易となる。また、位置調整後、二つの光学素子を接合しても良い。
【００４８】
請求項２５に記載の発明は、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうちプラスチック樹脂から構成されている光学素子にフランジ部が一体成形により設けられ、該フランジ部を他の光学素子の一部に当接させることにより位置決め可能であることを特徴とする。
【００４９】
請求項２５に記載の発明によれば、請求項１〜２４のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、光学素子とフランジ部とを一体に整形して、このフランジ部を他の光学素子の一部に当接させることにより光学素子の位置決めを行なうので、光学系の組み立て作業の作業性を向上できる。
【００５０】
請求項２６に記載の発明は、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうちプラスチック樹脂から構成されている光学素子にフランジ部が一体成形により設けられ、該フランジ部を、光学系が取り付けられる部材の一部に当接させることにより位置決め可能であることを特徴とする。
【００５１】
請求項２６に記載の発明によれば、請求項１〜２４のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、光学素子とフランジ部とを一体に整形して、このフランジ部を光学系が取り付けられる部材の一部に当接させることにより光学素子の位置決めを行なうので、光学系の組み立て作業の作業性を向上できる。
【００５２】
請求項２７に記載の発明は、請求項２３に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうちプラスチック樹脂から構成されている光学素子にフランジ部が一体成形により設けられ、該フランジ部を前記集光光学系を構成する他の光学素子の一部に当接させることにより位置決め可能であることを特徴とする。
【００５３】
請求項２７に記載の発明によれば、請求項２３と同様の効果を得られると共に、光学素子とフランジ部とを一体に整形して、このフランジ部を集光光学系を構成する他の光学素子の一部に当接させることにより光学素子の位置決めを行なうので、光学系の組み立て作業の作業性を向上できる。
【００５４】
請求項２８に記載の発明は、請求項２３に記載の光学系であって、前記複数の光学素子のうちプラスチック樹脂から構成されている光学素子にフランジ部が一体成形により設けられ、該フランジ部を、前記集光光学系が取り付けられる部材の一部に当接させることにより位置決め可能であることを特徴とする。
【００５５】
請求項２８に記載の発明によれば、請求項２３と同様の効果を得られると共に、光学素子とフランジ部とを一体に整形して、このフランジ部を集光光学系が取り付けられる部材の一部に当接させることにより光学素子の位置決めを行なうので、光学系の組み立て作業の作業性を向上できる。
【００５６】
請求項２９に記載の発明は、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の光学系であって、前記フランジ部を当接させる前記他の光学素子又は前記部材に、該フランジ部を係止することにより、該フランジ部を備える前記光学素子の所定方向への移動を規制する移動規制手段を備えることを特徴とする。
【００５７】
請求項２９に記載の発明によれば、請求項２５〜２７のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、移動規制手段により、フランジ部を備える光学素子の所定方向への移動を規制するので、移動が規制される方向に関する光学素子の位置決めが容易になると共に、移動が規制されない方向に関しては、光学素子の位置を調節することにより、アライメント調整が容易となる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光学系の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００５９】
本実施の形態においては、図１に示すように、本発明に係る光学系３０を、特定波長のレーザ光（光束）を用いて光情報記録媒体１０の情報記録面１１に対して情報の記録及び／又は読取を行う光ピックアップ装置２０に適用している。
【００６０】
光ピックアップ装置２０は、レーザ発振器２１（光源）、第１の光学素子３１、第２の光学素子３２、ビームスプリッタ２２、コリメータ２３、絞り部材３３、対物レンズ２４、シリンドリカルレンズ２５、凹レンズ２６、光センサ２７等により概略構成されている。
そして、本実施の形態においては、第１の光学素子３１、第２の光学素子３２及び絞り部材３３により光学系３０が構成されている。また、ビームスプリッタ２２、光学系３０、コリメータ２３、対物レンズ２４により集光光学系が構成されている。
また、光ピックアップ装置２０に用いられている光学素子のうち、ビームスプリッタ２２を除く全ての光学素子はプラスチックから構成されている。
【００６１】
以上のように構成された光ピックアップ装置２０の動作について説明する。
ここで、図２に示すように、光源２１から出射される光束は、光軸Ｌに対して直交する方向であって、かつ互いに直交する二方向（Ｘ方向及びＹ方向）へ異なる広がり角を有している。そして、この光束の光軸Ｌに対して直交する方向における断面、即ちＸＹ断面は略楕円形状となっている。
光源２１からの光束は、まず第１の光学素子３１及び第２の光学素子３２において所定形状に整形されて発散光として出射される。なお、この際の第１の光学素子３１及び第２の光学素子３２による光束に対する作用については後述する。
【００６２】
次に、この光束はビームスプリッタ２２を経てコリメータ２３を透過し平行光束となる。さらに絞り部材３３によって絞られ、対物レンズ２４により光情報記録媒体１０の保護基板１２を介して情報記録面１１上に集光される。そして、情報記録面１１で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ２４、絞り部材３３を経て、ビームスプリッタ２２で反射される。そして、シリンドリカルレンズ２５により非点収差が与えられ、凹レンズ２６を経て、光センサ２７上ヘ入射し、光センサ２７から出カされる信号を用いて、光情報記録媒体１０に記録された情報の読取信号が得られるようになっている。
【００６３】
図２に示すように、光学系３０は、光源２１側に配置される第１の光学素子３１と、光情報記録媒体１０側に配置される第２の光学素子３２と、第２の光学素子３２の出射面３２ａに対向する位置に配置される絞り部材３３によって構成されている。なお、図２においては、光源２１、ビームスプリッタ２２、対物レンズ２４等の図示を省略している。
絞り部材３３は、対物レンズ２４の入射面２４ａ近傍に配置されており、光軸Ｌを中心とした略円形の開口部３３ａを備える。
そして、絞り部材３３は、開口部３３ａ以外の領域に到達する第２の光学素子３２からの出射光を物理的に遮断することにより、対物レンズ２４に入射させる光束の光量や光軸Ｌを中心とした径（面積）等を制限する開口制限機能を有する。
【００６４】
第１の光学素子３１の入射面３１ａはＸＺ平面に関する曲率半径Ｒｘｚ＝∞、ＹＺ平面に関する曲率半径Ｒｙｚ＝ａ（ａ≠∞）で表される球面状の屈折面で構成されている。
また、第１の光学素子３１の出射面３１ｂはＸＺ平面に関する曲率半径Ｒｘｚ＝∞、ＹＺ平面に関する曲率半径Ｒｙｚ＝∞で表される平面で構成されている。
第２の光学素子３２の入射面３２ａはＸＺ平面に関する曲率半径Ｒｘｚ＝ｂ（ｂ≠∞）、ＹＺ平面に関する曲率半径Ｒｙｚ＝∞で表される球面状の屈折面で構成されている。
また、第２の光学素子３２の出射面３２ｂはＸＺ平面に関する曲率半径Ｒｘｚ＝∞、ＹＺ平面に関する曲率半径Ｒｙｚ＝∞で表される平面で構成されている。
【００６５】
また、Ｘ方向に関して、第１の光学素子３１が有する屈折力をＰ１ｘ、第２の光学素子３２が有する屈折力をＰ２ｘとし、Ｙ方向に関して、第１の光学素子３１が有する屈折力をＰ１ｙ、第２の光学素子３２が有する屈折力をＰ２ｙとした場合に、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれに関して第１の光学素子３１と第２の光学素子３２が有する屈折力の総和が異なるように、即ち（Ｐ１ｘ＋Ｐ２ｘ）と（Ｐ１ｙ＋Ｐ２ｙ）が、（Ｐ１ｘ＋Ｐ２ｘ）≠（Ｐ１ｙ＋Ｐ２ｙ）を満たすように第１の光学素子３１と第２の光学素子３２の面形状が設定されている。
従って、光源２１からの断面略楕円形状の入射光束を、Ｘ方向とＹ方向に関して入射された際と異なる任意の広がり角となるように第１の光学素子３１及び第２の光学素子３２の屈折面で屈折させることができる。
【００６６】
さらに、第１の光学素子３１及び第２の光学素子３２の面形状は、入射光束のＸ方向及びＹ方向への広がり角をＸＺ平面とＹＺ平面とでほぼ等しくすることで、絞り部材３３の開口制限機能で定められる開口形状（本実施の形態においては開口部３３ａの形状である円形状）に対応した断面略円形に整形できるように設定されている。
このように、出射光束の断面形状を絞り部材３３の開口形状に応じて整形するので、絞り部材３３の開口部３３ａ以外の領域に到達して、絞り部材３３により遮断されることになる出射光の割合を減少させることができ、光束の利用効率を増大させることができる。
【００６７】
また、図示は省略するが、第１の光学素子３１と第２の光学素子３２は、光ピックアップ装置２０の筐体に対して、相互に独立した状態で配置されており、各光学素子に対して独立してＸＹＺ方向及びＺ軸回りの位置決めを行なうことが可能となっている。
【００６８】
【実施例】
次に、光学系の実施例について説明する。
本実施例における光学系は、第１の光学素子、第２の光学素子及び絞り部材で構成されている。
第１の光学素子の入射面は、（１）式に表１に示す係数を代入した数式で規定される、トロイダル面で構成されている。
【数１】
2004191479.tif 000003
また、第１の光学素子の出射面はＸＺ平面に関する曲率半径Ｒｘｚ＝∞、ＹＺ平面に関する曲率半径Ｒｙｚ＝∞で表される平面で構成されている。
【００６９】
第２の光学素子の入射面はＸＺ平面に関する曲率半径Ｒｘｚ＝∞、ＹＺ平面に関する曲率半径Ｒｙｚ＝∞で表される平面で構成されている。
第２の光学素子の出射面は、（２）式に表１に示す係数を代入した数式で規定される、アナモフィック非球面で構成されている。
【数２】
2004191479.tif 000004
ここで、ｚは光軸Ｌ方向の距離（光の進行方向を正とする）、ｘ、ｙはＸ、Ｙ方向の距離（光軸からの高さ）、Ｒは近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ、Ｂは非球面係数である。
【００７０】
【表１】
2004191479.tif 000005
なお、表１において例えば「−５．６７２１×Ｅ−１」は「−５．６７２１×１０−１」を意味する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態に示した光学系３０によれば、光学系３０の一部が第１の光学素子３１と第２の光学素子３２を組み合わせることにより構成される。従って、従来より知られているビームシェイパのように、入射面がトロイダル面、出射面がアナモフィック非球面で構成されたいわゆる単玉の光学素子を用いる場合と比較して、光学機能面（入射面３１ａ、３２ａ及び出射面３１ｂ、３２ｂ）の曲率半径（面形状）が緩やかな第１の光学素子３１と第２の光学素子３２により光学系３０を構成することが可能となる。
従って、例えば、第１の光学素子３１と第２の光学素子３２に上記二方向の屈折力の制御を分担させることにより、これら光学素子の製造コスト及び設計コストを削減できる。
【００７２】
また、単玉の光学素子では、製造時に入射面と出射面間の光軸に対する回転方向、水平方向、垂直方向、間隔（距離）等のアライメント調整が困難であったが、複数の光学素子３１、３２を用いることにより、各光学素子３１、３２を相互に独立して移動させることで、アライメント調整を容易に行なうことができる。また、出射光を、開口制限機能によって定められる開口形状に応じた広がり角に整形するので、この開口形状から外れた領域に到達して、遮断されることになる光束の割合を減少させることができ、光束の利用効率を増大させることができる。
【００７３】
なお、上記実施の形態では、光学系３０を光ピックアップ装置２０に適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば、レーザービームプリンタや複写機等、光束の断面形状をＸ方向及びＹ方向に関して異なる広がり角に整形して使用する全ての装置に適用可能である。
また、光学系３０の一部が第１の光学素子３１と第２の光学素子３２の２つの光学素子の組み合わせにより構成されるものとしたが、これに限らず、光学素子を３つ以上組み合わせてもよい。
【００７４】
また、光学系３０を構成する各光学素子３１、３２の光学機能面（入射面３１ａ、３２ａ及び出射面３１ｂ、３２ｂ）の形状は、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれに関して各光学素子３１、３２が有する屈折力の総和が異なるものであればよい。従って、例えば、図３〜図６に示すような光学素子の組み合わせにより光学系の一部が構成されていてもよい。
図３の光学系４０は、第１の光学素子４１の入射面４１ａがトロイダル面、出射面４１ｂが平面で構成されている。また、第２の光学素子４２の入射面４２ａがＸＺ平面に関する一定の曲率半径とＹＺ平面に関して無限大の曲率半径を有する球面で、出射面４２ｂが平面で構成されている。
図４の光学系５０は、第１の光学素子５１の入射面５１ａがＸＺ平面に関する無限大の曲率半径とＹＺ平面に関する一定の曲率半径を有する球面、出射面５１ｂが平面で構成されている。また、第２の光学素子５２の入射面５２ａが平面、出射面５２ｂがＸＺ平面に関する一定の曲率半径とＹＺ平面に関する無限大の曲率半径を有する球面で構成されている。そして、第１の光学素子５１の出射面５１ｂと第２の光学素子５２の入射面５２ａとが当接する構成となっている。
【００７５】
図５の光学系６０は、第１の光学素子６１の入射面６１ａがＸＺ平面に関する一定の曲率半径、ＹＺ平面に関する無限大の曲率半径を有する球面で、出射面６１ｂが平面で構成されている。また、第２の光学素子６２は第１の光学素子６１と同一形状で、Ｚ軸回りに第１の光学素子６１に対して４５度回転した位置に取り付けられている。
図６の光学系７０は、第１の光学素子７１の入射面７１ａがＸＺ平面に関する無限大の曲率半径とＹＺ平面に関する一定の曲率半径を有する球面で、出射面７１ｂが平面で構成されている。また、第２の光学素子７２の入射面７２ａ及び出射面７２ｂが共にＸＺ平面に関する無限大の曲率半径とＹＺ平面に関する一定の曲率半径を有する球面で構成されている。なお、図６中、符合７３はコリメータ、符合７４は絞り部材である。
【００７６】
また、上記実施の形態においては、第２の光学素子３２から出射される光束が発散光であるとしたが、これに限らず、第１の光学素子３１及び／又は第２の光学素子３２に出射光を平行光化させるコリメート機能を持たせてもよい。
また、絞り部材３３の開口制限機能によって定められる開口形状が円形状であるとしたが、これに限らず、例えば楕円形状や矩形状等、光学系３０が適用される装置の用途に応じて適宜変更可能である。
【００７７】
また、開口制限機能が絞り部材３３によって実現されるものとしたが、他にも、光軸に対して直交する方向における断面上の各微小断面において光線強度を略均一に補正する光学素子によるものであってもよく、あるいは、第１の光学素子３１及び／又は第２の光学素子３２の光学機能面上の所定領域に、入射光束に対して所定の光路差を付与することによりこの光束をフレア化させる第一の光路差付与構造として、例えば回折格子や回折輪帯、あるいは位相シフト構造等を形成してもよい。
また、第１の光学素子３１及び第２の光学素子３２が光源２１からの断面楕円形状の入射光束を円形状に整形するものとしたが、これに限らず、入射の際とは長径及び／又は短径が異なる楕円形状に整形するものとしてもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態においては、第１の光学素子３１及び第２の光学素子３２がプラスチック樹脂から構成されるものとしたが、これに限らず、いずれか一方の光学素子のみがプラスチック樹脂から構成されるものとしてもよい。
また、第１の光学素子３１及び第２の光学素子３２の両方あるいは一方の光学素子がガラスから構成されるものとしてもよい。この場合に、第１の光学素子３１と第２の光学素子３２のうち、ガラスで構成された光学素子をより光源２１に近い側に配置することにより、光学系３０が光源２１から受ける熱の影響を抑えることが可能となり、光学系３０の温度特性を向上させることができる。
【００７９】
また、第１の光学素子３１及び／又は第２の光学素子３２の光学機能面上に、入射光束に対して所定の光路差を付与する第二の光路差付与構造として、例えば回折格子や回折輪帯、あるいは位相シフト構造等を形成してもよい。これにより、例えば回折輪帯による回折光を用いて、使用環境の温度変動及び／又は光束の波長変動（モードホップ）による波面収差及び／又は非点収差の劣化を補償することができる。また、特定波長の入射光束に対してのみ光路差を付与する波長選択性を持たせることが可能となり、例えば、光源２１から波長が異なる複数種類の光束が出射される場合でも、各光束毎に断面形状を整形することができる。
【００８０】
また、図７に示すように、例えば第１の光学素子８０と、この第１の光学素子８０の周縁からＺ軸方向に沿って光情報記録媒体１０側に延出するフランジ部８１とをプラスチック樹脂により一体成形してもよい。
そして、フランジ部８１の端面８１ａを、例えば第２の光学素子や集光光学系を構成するコリメータ等の他の光学素子、あるいは光ピックアップ装置の筐体の一部等に当接させることにより、第１の光学素子８０の位置決めを行なうものとすれば、光学系の組み立て作業の作業性を向上できる。
【００８１】
さらに、図８に示すように、例えば第２の光学素子８２の周縁からＺ軸方向に沿って光源側に延出する受け部８３（移動規制部材）をプラスチック樹脂により第２の光学素子８２と一体成形してもよい。そして、受け部８３の内周面に第１の光学素子８０のフランジ部８１の外周面を当接させるものとすれば、第１の光学素子８０は、第２の光学素子８２の受け部８３によって、Ｘ方向及びＹ方向への移動が規制されると共に、Ｚ方向とＺ軸回りに移動自在に支持されることになる。これにより第１の光学素子８０と第２の光学素子８２の間隔や相対的な回転角度を容易に調節することができる。
また、本実施の形態においては、第１の光学素子３１と第２の光学素子３２が光軸方向に連続して位置するものとしたが、例えば、図９に示すように、第２の光学素子３２を、コリメータ２３よりも光情報記録媒体１０側に配置してもよい。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の光学系によれば、複数の光学素子に上記二方向の屈折力の制御を分担させることにより、光学素子の製造コスト及び設計コストを削減できる。
また、各光学素子を相互に独立して移動させることで、アライメント調整を容易に行なうことができる。
また、開口制限機能によって遮断される光束の割合を減少させることができ、光束の利用効率を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学系が適用される光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【図２】光学系の構成を示す要部斜視図である。
【図３】光学系の他の構成を示す要部斜視図である。
【図４】光学系の他の構成を示す要部斜視図である。
【図５】光学系の他の構成を示す要部斜視図である。
【図６】光学系の他の構成を示す要部斜視図である。
【図７】フランジ部を備える光学素子の構成を示す要部斜視図である。
【図８】移動規制手段を備える光学素子の構成を示す要部斜視図である。
【図９】光学系の他の構成を示す平面図である。
【図１０】一般的なレーザービームプリンタのレンズ構成を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
Ｌ      光軸
２１    光源
３０    光学系
３１    第１の光学素子
３２    第２の光学素子
３３    絞り部材
８１    フランジ部
８３    移動規制手段（受け部）
【図１】
2004191479.tif 000006
【図２】
2004191479.tif 000007
【図３】
2004191479.tif 000008
【図４】
2004191479.tif 000009
【図５】
2004191479.tif 000010
【図６】
2004191479.tif 000011
【図７】
2004191479.tif 000012
【図８】
2004191479.tif 000013
【図９】
2004191479.tif 000014
【図１０】
2004191479.tif 000015