(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光束側から順に、平行光束側に凹面を向けた第１レンズのみからなる第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズのみからなる第２レンズ群を配設するとともに、
前記第１レンズの少なくとも一方の面が非球面とされ、
前記第２レンズの光源側の面が凸面とされ、
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。
−５．９０＜Ｒ１／ｆ＜−０．３３    ・・・・（１）
ここで、
Ｒ１：第１レンズの平行光束側の面の近軸曲率半径
ｆ ：レンズ全系の焦点距離
【請求項２】
請求項１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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
ここで、コリメータレンズは、例えば特開昭５８−１４１０９号公報、特開昭５８−３８９１５号公報、特開昭６１−２７９８２０号公報、特開昭６１−２７３５２０号公報および特開平２−７３３２４号公報に記載されているように、２群２枚構成のものが知られており、レンズの軽量化、小型化が図られている。
【０００５】
一般に、このような光走査装置に使用されるコリメータレンズでは、光源からの光の利用効率を高め、感光ドラム面上の照度を大きくするために、明るいレンズ系とする必要がある。そのため、一般的にｆθレンズ系に比べてコリメータレンズではその開口数が大きくなるが、これに伴ない発生する収差が大きくなりやすい。そこで、コリメータレンズでは波面収差をはじめこれらの収差を良好に補正することが必要となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光走査装置には、複数光源を用いてマルチビーム走査を行うマルチビーム方式があり、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可能にしている。このマルチビーム方式を採用する場合等においては、半画角ωで２度程度の範囲で良好な収差補正が望まれている。
【０００７】
しかしながら、上記公報記載のコリメータレンズにおいては、軸外光に対する性能は設置誤差程度の画角に対してしか考慮されていないなど、画角が狭い例が多く、画角が広い例では収差が大きいため、例えば、光軸と垂直な平面上に複数の光源が配されたマルチビーム走査光学系への適用は困難となっている。
【０００８】
さらに、上記公報記載のコリメータレンズでは、バックフォーカスすなわち光源側レンズから光源までの距離が短く、およそ０．４ｆから０．６ｆとなっている。
【０００９】
しかし、バックフォーカスが短いと、コリメータレンズが光源（半導体レーザ等）の近くに配置されることとなるため、光源からの熱によりコリメータレンズの温度が上昇しやすくなる。そこで、光源からの熱の影響を受けにくくするために、コリメータレンズから光源までの距離を大きくすることが望まれている。
【００１０】
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、軸外の収差も半画角ωで２度程度まで良好に補正され、必要なバックフォーカスを確保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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコリメータレンズは、平行光束側から順に、平行光束側に凹面を向けた第１レンズのみからなる第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズのみからなる第２レンズ群を配設するとともに、
前記第１レンズの少なくとも一方の面が非球面とされ、
前記第２レンズの光源側の面が凸面とされ、
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。
−５．９０＜Ｒ１／ｆ＜−０．３３    ・・・・（１）
ここで、
Ｒ１：第１レンズの平行光束側の面の近軸曲率半径
ｆ ：レンズ全系の焦点距離
【００１４】
また、本発明に係る光走査装置は、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。
【００１５】
なお、上記「凹面」とは、第１レンズの平行光束側の面が非球面とされている場合は、この非球面の光軸上の点と有効径の端部２点の計３点を結んだ円弧の半径（以下、近似曲率半径と称する）が負となる面のことである。
【００１６】
【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。
【００１７】
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）に係るコリメータレンズのレンズ基本構成図、図２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。
【００１８】
本発明に係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、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。
【００１９】
この光走査装置２は、図２に示すように、半導体レーザ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記録体上で走査するようになっている。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係るコリメータレンズ１は、平行光束側から順に、平行光束側に凹面を向けた第１レンズＬ１と、光源側の面が凸面であり正の屈折力を有する第２レンズＬ２を配設してなる２群２枚構成のレンズである。また、第１レンズＬ１の少なくとも一方の面が非球面とされてなり、図１においては、第１レンズＬ１の平行光束側の面が非球面とされている。図１中、Ｘは光軸を示す。
【００２１】
なお、第１レンズＬ１の非球面形状は下記非球面式により表される。なお、この非球面式は、以下の実施例における非球面形状においても同様である。
【００２２】
【数１】
0004208209.tif 000002
【００２３】
また、本実施形態に係るコリメータレンズ１は以下の条件式（１）を満足する。
−５．９０ ＜ Ｒ１／ｆ ＜ −０．３３    ・・・・（１）
ここで、
Ｒ１：第１レンズＬ１の平行光束側の面の近軸曲率半径
ｆ ：レンズ全系の焦点距離
【００２４】
上記条件式（１）を満足することによりタンジェンシャル像面の倒れを良好に補正することができる。この上限値を超えるとタンジェンシャル像面がオーバーの方へ倒れ、この下限値を超えるとタンジェンシャル像面がアンダーの方へ倒れてしまう。本実施形態による像面の倒れは従来技術と比べて充分小さく、１枚構成のコリメータレンズで１面が非球面のものと比較した場合、像面の倒れは半分以内となる。
【００２５】
また、第１レンズＬ１の平行光束側の面を凹面にすることにより、バックフォーカスを大きくすることができ、第２レンズＬ２の光源側の面を凸面とすることによりバックフォーカスをより確実にとることができる。
【００２６】
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群２枚という簡易なレンズ構成でありながら、開口数をある程度の大きさ（およそＮＡ＝０．２５〜０．３）に確保しつつ、広画角で軸外の収差も良好に補正されたコリメータレンズおよびこれを用いた光走査装置を得ることができる。
【００２７】
本実施形態のコリメータレンズ１は、光源側の光束をテレセントリックに近くすることもできる。すなわち、軸外性能が良好なため、光源が光軸上から外れていても、また光軸近傍に複数の光源が配置される構成であっても、レンズ性能が劣化しない。
【００２８】
この特性を利用して、本実施形態のコリメータレンズ１を、光源である半導体レーザを光軸と垂直な平面上に複数配置したマルチビーム走査光学系にも使用することができる。例えば、カラーコピー機等において、赤色、緑色、青色にそれぞれ対応する３つの半導体レーザ、さらにはモノクロ用を加えて４つの半導体レーザを光軸と垂直な平面上に配置することができる。またモノクロ用の複数の半導体レーザを副走査方向に配置することにより、走査回数が減少され、光走査時間を短縮することができる。
【００２９】
また、本実施形態のコリメータレンズ１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目的の対物レンズや、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。
【００３０】
本実施形態のコリメータレンズ１をこれら上記のように用いる場合、レンズ全系の焦点距離は３〜３０ｍｍとすることが望ましい。
【００３１】
以下、実施例１〜５の各々について具体的数値を用いて説明する。
【００３２】
＜実施例１＞
実施例１に係るコリメータレンズ１は、図１に示すとおり、平行光束側から順に、凸面を光源側に向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１および第２レンズＬ２により構成され、第１レンズＬ１の平行光束側の面を非球面とされたものである。
【００３３】
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、ならびに各レンズの波長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２〜５おいて、各数値はレンズ全系の焦点距離を１として規格化したものであり、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。また、表１および後述する表２〜５において面番号の左側に＊が付された面は非球面とされており、非球面の曲率半径Ｒは、光軸近傍の曲率半径の数値である。
【００３４】
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、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０の値を示す。
【００３５】
また、表１の下段に、この実施例１のコリメータレンズ１における第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２／ｆ、開口数ＮＡ、半画角ω、バックフォーカスＢｆ、第１レンズＬ１の平行光束側の面の有効径φ１、第１レンズＬ１の平行光束側の面の近似曲率半径ｒ１、および条件式（１）のＲ１／ｆの値を示す。
【００３６】
【表１】
0004208209.tif 000003
【００３７】
上記表１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。
【００３８】
＜実施例２＞
実施例２に係るコリメータレンズ１は、図３に示すとおり、平行光束側から順に、凸面を光源側に向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１および曲率の大きい面を光源側に向けた両凸レンズからなる第２レンズＬ２により構成され、第１レンズＬ１の光源側の面を非球面とされたものである。
【００３９】
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、ならびに各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率Ｎを下記表２の上段に示す。
【００４０】
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、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０の値を示す。
【００４１】
また、表２の下段に、この実施例２のコリメータレンズ１における第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２／ｆ、開口数ＮＡ、半画角ω、バックフォーカスＢｆ、および条件式（１）のＲ１／ｆの値を示す。
【００４２】
【表２】
0004208209.tif 000004
【００４３】
上記表２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。
【００４４】
＜実施例３＞
実施例３に係るコリメータレンズ１は、実施例２と略同様の構成とされているが、第１レンズＬ１の両面を非球面とされたものである。
【００４５】
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、ならびに各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率Ｎを下記表３の上段に示す。
【００４６】
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、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０の値を示す。
【００４７】
また、表３の下段に、この実施例３のコリメータレンズ１における第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２／ｆ、開口数ＮＡ、半画角ω、バックフォーカスＢｆ、第１レンズＬ１の平行光束側の面の有効径φ１、第１レンズＬ１の平行光束側の面の近似曲率半径ｒ１、および条件式（１）のＲ１／ｆの値を示す。
【００４８】
【表３】
0004208209.tif 000005
【００４９】
上記表３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。
【００５０】
＜実施例４＞
実施例４に係るコリメータレンズ１は、実施例１と略同様の構成とされているが、第１レンズＬ１の平行光束側の面を非球面とされたものである。また、本実施例４においては、光源側がテレセントリックに構成されている。
【００５１】
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、ならびに各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率Ｎを下記表４の上段に示す。
【００５２】
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、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０の値を示す。
【００５３】
また、表４の下段に、この実施例４のコリメータレンズ１における第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２／ｆ、開口数ＮＡ、半画角ω、バックフォーカスＢｆ、第１レンズＬ１の平行光束側の面の有効径φ１、第１レンズＬ１の平行光束側の面の近似曲率半径ｒ１、および条件式（１）のＲ１／ｆの値を示す。
【００５４】
【表４】
0004208209.tif 000006
【００５５】
上記表４から明らかなように、実施例４は条件式（１）が満足されている。
【００５６】
＜実施例５＞
実施例５に係るコリメータレンズ１は、実施例３と略同様の構成とされているが、第２レンズＬ２が曲率の大きい面を平行光束側に向けた両凸レンズからなるものである。
【００５７】
この実施例５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、ならびに各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率Ｎを下記表５の上段に示す。
【００５８】
また、表５の中段に、この実施例５における上記非球面式に示される非球面の各定数ｋ、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０の値を示す。
【００５９】
また、表５の下段に、この実施例５のコリメータレンズ１における第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２／ｆ、開口数ＮＡ、半画角ω、バックフォーカスＢｆ、第１レンズＬ１の平行光束側の面の有効径φ１、第１レンズＬ１の平行光束側の面の近似曲率半径ｒ１、および条件式（１）のＲ１／ｆの値を示す。
【００６０】
【表５】
0004208209.tif 000007
【００６１】
上記表５から明らかなように、実施例５では条件式（１）が満足されている。
【００６２】
図４〜８に本実施例１〜５に係るコリメータレンズの各収差図（球面収差、非点収差、および波面収差の図）を示す。各実施例の収差図はいずれも、光源側に厚さ０．４１７のガラス板（屈折率１．５１）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。
【００６３】
これら図４〜８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。
【００６４】
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。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係るコリメータレンズは、平行光束側から順に、平行光束側に凹面を向けた第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズを配設し、第１レンズの少なくとも一方の面が非球面とされている。したがって、本発明に係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群２枚という簡易なレンズ構成でありながら、開口数をある程度の大きさ（およそＮＡ＝０．２５〜０．３）に確保しつつ、軸外の収差も半画角で２度程度まで良好に補正され、かつ、必要なバックフォーカスを確保することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】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
【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１に係るコリメータレンズの各収差図（球面収差、非点収差、および波面収差の収差図）
【図５】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、非点収差、および波面収差の収差図）
【図６】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、非点収差、および波面収差の収差図）
【図７】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、非点収差、および波面収差の収差図）
【図８】本発明の実施例５に係るコリメータレンズの各収差図（球面収差、非点収差、および波面収差の収差図）
【符号の説明】
Ｌ１ 〜Ｌ２    レンズ
Ｒ１ 〜Ｒ４    レンズ面の曲率半径
Ｄ１ 〜Ｄ３    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
【図１】
0004208209.tif 000008
【図２】
0004208209.tif 000009
【図３】
0004208209.tif 000010
【図４】
0004208209.tif 000011
【図５】
0004208209.tif 000012
【図６】
0004208209.tif 000013
【図７】
0004208209.tif 000014
【図８】
0004208209.tif 000015