(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有する単玉のコリメータレンズを有し、前記凹の屈折面は、同じ近軸曲率半径を有する球面よりも、周辺で光源に近づく方向に変位する非球面を有し、前記コリメータレンズは以下の条件を満たすことを特徴とする光学系。
０．３０＜ｒ2／ｆ＜２．０                  （１）
０．２０＜ｄ／ｆ＜１．５                  （２）
ｒ2：光源側の屈折面の曲率半径
ｆ ：焦点距離
ｄ ：中心厚
【請求項２】
複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有する２枚のメニスカスレンズからなるコリメータレンズを有し、前記凹の屈折面の少なくとも１面が同じ近軸曲率半径を有する球面よりも周辺で光源に近づく方向に変位する非球面を有し、前記コリメータレンズは以下の条件を満たすことを特徴とする光学系。
０．２０＜（ｄ1＋ｄ3）／ｆ＜１．８          （３）
ｄ1：長い共役側に配置されたレンズの中心厚
ｄ3：短い共役側に配置されたレンズの中心厚
ｆ ：焦点距離
【請求項３】
複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有するコリメータレンズを有し、前記コリメータレンズは、長い共役側から順に１枚ないし２枚の正レンズ、負レンズ、正レンズからなると共に次の条件を満たすことを特徴とする光学系。
０．１５＜ｒx／ｆ＜０．７０                  （４）
０．１５＜ｄx／ｆ＜０．７０                  （５）
ｒx：負レンズの光源側の屈折面の曲率半径
ｄx：負レンズと最も光源側の正レンズとの軸上間隔
ｆ ：焦点距離
【請求項４】
前記コリメータレンズは前置絞りであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の光学系。
【請求項５】
近接した複数のレーザダイオードを光源に用い、この光源の像を結像させる光学式記録再生装置の光学系であって、前記複数のレーザダイオードが、像側に凹な凹面上に配置されており、次の条件を満たすことを特徴とする光学系。
０＜ｅ／（ｈ2ｆW）≦２０                    （６）
ｅ：光軸方向に測ったこの凹面の湾曲量であって、光源の中心と光源の最周辺との光軸方向の位置の差
ｆW：全系の焦点距離
ｈ：光軸から垂直方向に測った、光源の最大サイズの半分すなわち対角サイズの半分
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
複数のレーザダイオードを線上又は面上近接して配置したレーザダイオードアレイを光源として用いる光学系に関する。
【０００２】
特にマルチビーム走査光学系に用いられ、半導体レーザからの発散光束をほぼ平行光束にするコリメータレンズを有する光学系や複数のレーザダイオードを光源とする光学式記録再生装置の光学系に関する。
【０００３】
【従来の技術】
デジタル複写機やレーザビームプリンタなどの書き込みを行うレーザビーム走査光学において、レーザダイオードから放射された光束をコリメートし、後続の光学系に導くためにコリメータレンズが用いられる。
【０００４】
このコリメータレンズに要求される像面特性は、光源として１つのレーザダイオードしか用いない場合は、かなり緩いものである。すなわち光源の大きさは数μｍ程度と小さいので、画角としてはレーザダイオードやコリメータレンズの取り付け誤差あるいは取り付け調整誤差に相当する程度の画角を満たせばよく、例えば画角２ω＝２°程度のものが設計されているが、この場合２°の画角全域が同時に使用されることはないので、取り付け誤差等により使用される画角に応じてベストのフォーカス位置にレンズ位置を合わせて使用すればよい。従って像面湾曲が多少あっても非点収差が小さければ実用上問題ない。
【０００５】
一方複数のレーザビームによって書き込みを行うマルチビーム走査光学系においては、その光源として、２つまたはそれ以上の複数のレーザダイオードを近接して副走査方向に一列に配置したマルチビームレーザダイオードアレイを用い、射出された複数の光束を１つのコリメータレンズによってそれぞれ平行光とし、後続の光学系に導く構成が知られている。
【０００６】
この方式に用いられるコリメータレンズは、複数のレーザダイオードに対して同時に用いられるので、光源全体の大きさに相当する画角を有すると共に、１つのフォーカス位置で画角全体に対して良好な収差を有することが要求される。従って１つのレーザダイオードを用いる場合に要求される性能に加えて、像面湾曲も小さいことが必要である。
【０００７】
また、光ディスクなどを媒体とした光学式記録再生装置の光学系においても、記録再生の高速化を図るため複数のレーザダイオードを平面上に近接して配置したレーザダイオードアレイが光源として提案されている。
【０００８】
この光学系に対しても前述のコリメータレンズと同様に、光源全体の大きさをカバーする画角を有し、１つのフォーカス位置で画角全体に対して良好な収差を有することが要求される。従って１つのレーザダイオードを用いる場合に要求される性能に加えて像面湾曲も小さいことが必要である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記方式のコリメータレンズの画角は、例えば発光部が０．１ｍｍ間隔で１８個並んだマルチビームレーザダイオードアレイを焦点距離１０ｍｍのコリメータレンズでカバーするなら約１０°の画角が必要となる。また、発光部が４個で焦点距離が２０ｍｍのコリメータレンズなら画角は約１°でよい。
【００１０】
この発明の目的は、２ω＝１°〜１０°程度の画角を有し、像面湾曲のよく補正されたコリメータレンズ、特に複数のレーザダイオードを光源とするマルチビーム走査光学系に用いるのに適した開口数ＮＡ０．１５〜０．３５程度のコリメータレンズを有する光学系を提供することである。
【００１１】
またこの発明の別の目的は、近接した複数のレーザダイオードを光源とし、光ディスクなどを媒体とする光学式記録再生装置に用いるのに適した、画面湾曲のよく補正された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】
上記目的は、複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有する単玉のコリメータレンズを有し、前記凹の屈折面は、同じ近軸曲率半径を有する球面よりも、周辺で光源に近づく方向に変位する非球面を有し、前記コリメータレンズは以下の条件を満たすことを特徴とする光学系により達成される。
０．３０＜ｒ2／ｆ＜２．０                  （１）
０．２０＜ｄ／ｆ＜１．５                  （２）
ｒ2：光源側の屈折面の曲率半径
ｆ ：焦点距離
ｄ ：中心厚
【００１３】
また上記目的は、複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有する２枚のメニスカスレンズからなるコリメータレンズを有し、前記凹の屈折面の少なくとも１面が同じ近軸曲率半径を有する球面よりも周辺で光源に近づく方向に変位する非球面を有し、前記コリメータレンズは以下の条件を満たすことを特徴とする光学系により達成される。
０．２０＜（ｄ1＋ｄ3）／ｆ＜１．８          （３）
ｄ1：長い共役側に配置されたレンズの中心厚
ｄ3：短い共役側に配置されたレンズの中心厚
ｆ ：焦点距離
【００１４】
また更に上記目的は、複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有するコリメータレンズを有し、前記コリメータレンズは、長い共役側から順に１枚ないし２枚の正レンズ、負レンズ、正レンズからなると共に次の条件を満たすことを特徴とする光学系により達成される。
０．１５＜ｒx／ｆ＜０．７０                  （４）
０．１５＜ｄx／ｆ＜０．７０                  （５）
ｒx：負レンズの光源側の屈折面の曲率半径
ｄx：負レンズと最も光源側の正レンズとの軸上間隔
ｆ ：焦点距離
【００１５】
上記別の目的は、近接した複数のレーザダイオードを光源に用い、この光源の像を結像させる光学式記録再生装置の光学系であって、前記複数のレーザダイオードが、像側に凹な凹面上に配置されており、次の条件を満たすことを特徴とする光学系により達成される。
０＜ｅ／（ｈ2ｆW）≦２０                    （６）
ｅ：光軸方向に測ったこの凹面の湾曲量であって、光源の中心と光源の最周辺との光軸方向の位置の差
ｆW：全系の焦点距離
ｈ：光軸から垂直方向に測った、光源の最大サイズの半分すなわち対角サイズの半分
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の光学系は下記の構成と作用を有している。
【００１７】
（請求項１の構成と作用）
本発明の光学系は、複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有する単玉のコリメータレンズを有し、前記凹の屈折面は、同じ近軸曲率半径を有する球面よりも、周辺で光源に近づく方向に変位する非球面を有し、前記コリメータレンズは以下の条件を満たしている。
０．３０＜ｒ2／ｆ＜２．０                  （１）
０．２０＜ｄ／ｆ＜１．５                  （２）
ｒ2：光源側の屈折面の曲率半径
ｆ ：焦点距離
ｄ ：中心厚
【００１８】
上記構成において、条件式（１）（２）について更に望ましい条件は下記の通りである。
０．５０＜ｒ2／ｆ＜１．５０                （１）′
０．５０＜ｄ／ｆ＜１．２０                （２）′
【００１９】
本発明においては、光源側に向かって凹の屈折面を有するコリメータレンズを配することにより、光源を射出してこの面を透過した光束が発散光束であって、後続の正パワーの屈折面によってコリメート光とするレンズ構成を得ることができる。その結果、この凹の屈折面により、ペッツバール和が減少し、望ましいサジタル，メリディオナル両像面を得るのに有効である。
【００２０】
また、単玉のコリメータレンズという簡易な構成で目的とする光学系を得られる。また更に、光源側の屈折面に光源側に変位する非球面成分を設けることにより反対側の面で発生する非点収差を補正し、良好なサジタル，メリディオナル両像面を得ることができる。
【００２１】
また更に、条件式（１），（２）は、ともに適切なペッツバール和を得るための条件であって（１）の上限あるいは（２）の下限を外れるとペッツバール和が大きくなる。（１）の下限を外れるとテレセン性が劣化し、マルチビームレーザダイオードアレイに用いるのに望ましくない。（２）の上限を外れるとレンズが厚くなりすぎガラスまたは樹脂でモールド成形する時コスト高となり望ましくない。
【００２２】
（請求項２の構成と作用）
本発明の光学系は、複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有する２枚のメニスカスレンズからなるコリメータレンズを有し、前記凹の屈折面の少なくとも１面が同じ近軸曲率半径を有する球面よりも周辺で光源に近づく方向に変位する非球面を有し、前記コリメータレンズは以下の条件を満たしている。
０．２０＜（ｄ1＋ｄ3）／ｆ＜１．８          （３）
ｄ1：長い共役側に配置されたレンズの中心厚
ｄ3：短い共役側に配置されたレンズの中心厚
ｆ ：焦点距離
【００２３】
上記構成において、条件式（３）について更に望ましい条件は下記の通りである。
０．４０＜（ｄ1＋ｄ3）／ｆ＜１．２０        （３）′
【００２４】
本発明においては、光源側に向かって凹の屈折面を有するコリメータレンズを配することにより、光源を射出してこの面を透過した光束が発散光束であって、後続の正パワーの屈折面によってコリメート光とするレンズ構成を得ることができる。その結果、この凹の屈折面により、ペッツバール和が減少し、望ましいサジタル，メリディオナル両像面を得るのに有効である。
また、本発明においては、請求項１の単玉の場合に較べ、正レンズを２つ設けることにより、光源側の正レンズによってテレセン性を良くすることができる。光源側の屈折面に、光源側に変位する非球面成分を設けることにより反対側の面で発生する非点収差を補正し、良好なサジタル，メリディオナル両像面を得ることができる。
【００２５】
また更に、条件式（３）は、適切なペッツバール和を得るための条件であって（３）の下限を外れるとペッツバール和が大きくなり、（３）の上限を外れるとレンズが厚くなりすぎ、ガラス又は樹脂でモールド成形する時コスト高となり望ましくない。
【００２６】
（請求項３の構成と作用）
本発明の光学系は、複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系であって、光源側に向かって凹の屈折面を有するコリメータレンズを有し、前記コリメータレンズは、長い共役側から順に１枚ないし２枚の正レンズ、負レンズ、正レンズからなると共に次の条件を満たしている。
０．１５＜ｒx／ｆ＜０．７０                  （４）
０．１５＜ｄx／ｆ＜０．７０                  （５）
ｒx：負レンズの光源側の屈折面の曲率半径
ｄx：負レンズと最も光源側の正レンズとの軸上間隔
ｆ ：焦点距離
【００２７】
上記構成において、条件式（４）（５）について更に望ましい条件は下記の通りである。
０．２０＜ｒx／ｆ＜０．３３                  （４）′
０．２０＜ｄx／ｆ＜０．５０                  （５）′
【００２８】
本発明においては、光源側に向かって凹の屈折面を有するコリメータレンズを配することにより、光源を射出してこの面を透過した光束が発散光束であって、後続の正パワーの屈折面によってコリメート光とするレンズ構成を得ることができる。その結果、この凹の屈折面により、ペッツバール和が減少し、望ましいサジタル，メリディオナル両像面を得るのに有効である。
また、本発明においては、コリメータレンズの色消しがなされて、レーザダイオードの波長差や波長変化に影響されない光学系を得ることができる。
【００２９】
また更に、条件式（４）は、適切なペッツバール和を得るための条件で、上限を外れるとペッツバール和が大きくなる。下限を外れると、この負レンズの偏芯誤差感度が大きくなり製造上望ましくない。
【００３０】
また、条件式（５）は、テレセン性を得るために負レンズと最も光源側の正レンズとの間隔を適切な範囲に定める条件で、上限，下限を外れるとそれぞれテレセン性を得にくくなる。
【００３１】
（請求項４の構成と作用）
本発明の光学系は、長い共役側の空間に絞りを配置する前置絞りであることを特徴としている。
本発明によるときはテレセン性が良くなる。
【００３２】
（請求項１５の構成と作用）
本発明の光学系は、近接した複数のレーザダイオードを光源に用い、この光源の像を結像させる光学式記録再生装置の光学系であって、前記複数のレーザダイオードが、像側に凹な凹面上に配置されており、次の条件を満たしている。
０＜ｅ／（ｈ2ｆW）≦２０                    （６）
ｅ：光軸方向に測ったこの凹面の湾曲量であって、光源の中心と光源の最周辺との光軸方向の位置の差
ｆW：全系の焦点距離
ｈ：光軸から垂直方向に測った、光源の最大サイズの半分すなわち対角サイズの半分
【００３３】
本発明の光学系では光源自体を像側に凹な凹面上に配置する。（６）式はこの凹面の湾曲量の上限を、定めるもので上限を外れると像面湾曲が補正過剰になる。
【００３４】
次式は全系のペッツバール和を良好に相殺するための望ましい範囲である。
０．３≦ｅ／（ｈ2ｆW）≦８．０
【００３５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。以下に示す実施例１〜６は何れも複数のレーザダイオードを光源に用いる光学系のコリメータレンズであって、光源側に向かって凹の屈折面を有している。
【００３６】
実施例１，２は単玉の構成で、請求項１の実施例である。
【００３７】
実施例３，４はテレセン性を良くした２枚玉の構成で、請求項２の実施例である。
【００３８】
実施例５，６は色収差を補正したそれぞれ３枚，４枚構成で、請求項３の実施例である。
【００３９】
以下に示す実施例１〜６は焦点距離１００で記しているが５ｍｍないし３０ｍｍ程度での使用を想定している。そして各面は長い共役側から順に記している。また、カバーガラスは光源のカバーガラスである。
【００４０】
非球面については光軸方向をｘ軸，光軸に垂直な方向をｙ軸とするとき、次式で表す。
【００４１】
【数１】
0003767167.tif 000002
【００４２】
Ｋ：円錐係数
Ａｉ：非球面係数
Ｐｉ：非球面係数のベキ係数
（実施例１）
【００４３】
【表１】
0003767167.tif 000003
【００４４】
図１のレンズ断面図に示す実施例１のコリメータレンズは、
ｒ2／ｆ＝０．６３
ｄ ／ｆ＝１．００
となり、請求項１における条件式（１），（２）を満たし、更に条件式（１）′，（２）′も満たしている。図２は実施例１の収差図を示している。単玉であるが、像面湾曲がよく補正されている。
【００４５】
（実施例２）
【００４６】
【表２】
0003767167.tif 000004
【００４７】
図３のレンズ断面図に示す実施例２のコリメータレンズは、
ｒ2／ｆ＝１．４５
ｄ ／ｆ＝１．１１
となり、請求項１における条件式（１），（２）を満たし、更に条件式（１）′，（２）′も満たしている。図４は実施例２の収差図を示している。単玉であるが、像面湾曲がよく補正されている。
【００４８】
（実施例３）
【００４９】
【表３】
0003767167.tif 000005
【００５０】
図５のレンズ断面図に示す実施例３のコリメータレンズは、
（ｄ1＋ｄ3）／ｆ＝０．４７
となり、請求項２における条件式（３）を満たし、更に条件式（３）′も満たしている。図６は実施例３の収差図を示している。テレセン性が良く、像面湾曲がよく補正されている。
【００５１】
（実施例４）
【００５２】
【表４】
0003767167.tif 000006
【００５３】
図７のレンズ断面図に示す実施例４のコリメータレンズは、
（ｄ1＋ｄ3）／ｆ＝０．７１
となり、請求項２における条件式（３）を満たし、更に条件式（３）′も満たしている。図８は実施例４の収差図を示している。テレセン性が良く、像面湾曲がよく補正されている。
【００５４】
（実施例５）
【００５５】
【表５】
0003767167.tif 000007
【００５６】
図９のレンズ断面図に示す実施例５のコリメータレンズは、
ｒx／ｆ＝０．２７
ｄx／ｆ＝０．４２
となり、請求項３における条件式（４），（５）を満たし、更に条件式（４）′，（５）′も満たしている。図１０は実施例５の収差図を示している。色収差の補正がなされ、像面湾曲がよく補正されている。
【００５７】
（実施例６）
【００５８】
【表６】
0003767167.tif 000008
【００５９】
図１１のレンズ断面図に示す実施例６のコリメータレンズは、
ｒx／ｆ＝０．２５
ｄx／ｆ＝０．３６
となり、請求項３における条件式（４），（５）を満たし、更に条件式（４）′，（５）′も満たしている。図１２は実施例６の収差図を示している。色収差の補正がなされ、像面湾曲がよく補正されている。
【００６０】
以下の実施例では物体面に複数のレーザダイオードが配置される。
【００６１】
（実施例７）
【００６２】
【表７】
0003767167.tif 000009
【００６３】
実施例７は請求項５に対応する実施例である。
【００６４】
図１３，図１４はそれぞれレンズ断面図、収差図を示す。
【００６５】
この実施例では物体面が像側に凹な凹面である。
【００６６】
条件式の値は次の通り。
ｅ／（ｈ2ｆW）＝５．２
（ｅ＝０．０１５７，ｈ＝０．１０，ｆW＝０．３０）
【００６７】
【発明の効果】
本発明により像面湾曲のよく補正されたコリメータレンズを有する光学系を得ることができ、従って複数のレーザダイオードを光源に用いるのに適したコリメータレンズ有する光学系を得ることができる。
【００６８】
また本発明により、近接した複数のレーザダイオードを光源に用いる光学式記録再生装置に適した、像面湾曲の良く補正された光学系を得ることができる。
【００６９】
特に請求項１の光学系では、単玉のコリメータレンズ構成でよくその機能を果たし、請求項２の光学系では像面湾曲の補正に加えてテレセン性が良くなり、請求項３のコリメータレンズでは像面湾曲の補正に加えて色収差の補正もなされている。
【００７０】
また、請求項５の光学系により、近接した複数のレーザダイオードを光源とする光学式記録再生装置の光学系において、図１３に示す配置関係とすることにより、良い像面特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１のレンズ断面図。
【図２】  実施例１の収差図。
【図３】  実施例２のレンズ断面図。
【図４】  実施例２の収差図。
【図５】  実施例３のレンズ断面図。
【図６】  実施例３の収差図。
【図７】  実施例４のレンズ断面図。
【図８】  実施例４の収差図。
【図９】  実施例５のレンズ断面図。
【図１０】  実施例５の収差図。
【図１１】  実施例６のレンズ断面図。
【図１２】  実施例６の収差図。
【図１３】  実施例７のレンズ断面図。
【図１４】  実施例７の収差図。
【図１】
0003767167.tif 000010
【図２】
0003767167.tif 000011
【図３】
0003767167.tif 000012
【図４】
0003767167.tif 000013
【図５】
0003767167.tif 000014
【図６】
0003767167.tif 000015
【図７】
0003767167.tif 000016
【図８】
0003767167.tif 000017
【図９】
0003767167.tif 000018
【図１０】
0003767167.tif 000019
【図１１】
0003767167.tif 000020
【図１２】
0003767167.tif 000021
【図１３】
0003767167.tif 000022
【図１４】
0003767167.tif 000023