JPH0396915A - ビーム整形光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は光ビームの断面形状を整形する装置に関し、
特に平行光ビームの断面形状を整形するビーム整形プリ
ズムに関するものである。

［従来の技術］ 回転ずるディスク形状の情報記録媒体に光学的手段を用
いて情報の記録再生を行う光記録再生装置や、レーザビ
ームプリンタ等の光情報処理装置において、発光源とし
て小型軽量の点から半導体レーザが用いられる。この半
導体レーザから出射される光は発散光であり、半導体レ
ーザのＰ−ｎ接合面に垂直な方向と平行な方向で発散角
が異なっており、一般に接合面に垂直な方向で拡がり角
が大きく、平行な方向では小さいため光軸断面が楕円形
状となる。

そこで、半導体レーザ光を効率よく使用するため、及び
光軸対称の強度分布を持つスポットに集光するために、
アナモルフィック光学系が必要になる。また、円形断面
をもつレーザビームについても、結像レンズに入るレー
ザビーム幅の縦横比を変えることによって、縦方向、横
方向の解像力を所望の値にする目的のためアナモルフィ
ック光学系が使用されることがある。

第３図に示したのは特開昭６１−２１６１４５号に記さ
れたビーム整形光学系を含む従来の光情報処理装置であ
る。（１）は縦横で発散角の異なる発光をする半導体レ
ーザ、（２）は半導体レーザからの発散光束を略平行光
束に変換するコリメータレンズ、（３）はコリメータレ
ンズからの非等方なビーム断面を整形するためのビーム
整形プリズム、（４）はビーム整形プリズムからの平行
光束を集光するための対物レンズ、（５）は情報記録媒
体である。

次に動作について説明を行う。まず、半導体レーザ（　
１．　）が出射するレーザビームの放射角は半導体レー
ザ素子の構造によって異なっており、発光領域の縦横比
は１ではなく、半導体レーザ素子からの遠視野像におけ
る出射光分布の水平方向及び垂直方向の中心強度の半分
になる位置の発散角をそれぞれθ，，．θ７とすると、 例えば、第３図に示した半導体レーザ（１）では θ〃　＝１００ θ工　＝２　５° であり、θｉ　／θ７ｔ”２５となる。

この半導体レーザ（１）からの出射光を円形のコリメー
タレンズ（２）て略平行光に変換する訳だが、コリメー
タレンズ（２）の開口数ＮＡが比較的小さい場合、例え
ば ＮＡ＝０．１ 程度のコリメータレンズ（２）を用いた場合にはコリメ
ータレンズ（２）から出射する平行光束はほぼ等方的な
ビームとなるが、レンズの最外周を通る光の入射角度は
光軸中心に対して５７゜であるため、半導体レーザ出射
光のうち、発散角が０１１。４°以上の光は利用されな
いことになる。従って半導体レーザ出射光を効率よく利
用するためには対してコリメータレンズ（２）の開口数
ＮＡを大きくずる必要がある。

例えば、コリメータレンズ（２）の開口数をＮＡ＝０３
とした場合には、ＮＡ＝　０．　１のコリメータレンズ
に比べ、約３倍の有効利用が計れる。然しながら、半導
体レーザ（１）の出射光発散角θアθ　とコリメータレ
ンズ（２）の最外周に入射する先のなす角（θ）を比較
すると、 θ７　〈θ〈θ，． となり、従って、コリメータレンズ（２）からの出射光
断面は楕円形状となる。

そこで第３図に示す如く、ビーム整形プリズム（３）を
用いてこの楕円断面の光ビームを整形する。つまりこの
ビーム整形プリズム（３）により楕円形の短軸方向を拡
大し略円形ビームに変換する。よって、対物レンズ（４
）により情報記録媒体（５）上に集光照射された光スポ
ットはほぼ円形となる。

この種の光学装置においては情報記録媒体（５）からの
反射光を検出し、フォーカシング及びトラッキング制御
信号、情報再生信号を得るという構成をとっているが、
第３図に示した装置には情報記録媒体（５）や反射光検
出手段は示していない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のビーム整形光学系は以上のように構成されている
ので、第３図に示したごとく、光軸が折れまがり、装置
の形状に制限を受け、設計の自由度が損なわれる。また
さらに、ビーム整形プリズム（３）の配置誤差が生じた
場合には、出射光光軸のシフト、傾き等が発生し易く、
厳しい配置精度が要求される。

また、第３図に示した以外のビーム整形光学系としては
、シリンドリカレンズを用いたものがあるが、この方式
は通常２枚のシリンドリカレンズを用いるため、部品点
数増は免れない。さらに、配置精度についても非常に厳
しく、部品のわずかなずれに対して波面収差が劣化する
。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、コリメータレンズからの出射光光軸を折りま
げることなく、配置ずれに対しても強いビーム整形光学
系を得ることを目的とする［課題を解決するための手段
］ この発明に係るビーム整形光学系は入射面、反射面およ
び出射面を有しており、入射面及び出射面の少なくとも
一方を回折格子面とし、該光学系の入射面に対してある
角度で入射光ビームを入射させた場合に出射光が入射光
と平行になる様な構成にしたものである。

〔作用〕

この発明におけるビーム整形光学系では入射面及び出射
面の少なくとも一方を回折格子化したことにより、入射
光と出射光とを平行に出来、コンパクトなビーム整形光
学系が得られる。

［実施例］ 以下この発明の一実施例を図について説明する。第１図
に示したのが本発明におけるビーム整形光学系の構成図
であり。半導体レーザ（１）、及びコリメータレンズ（
２）は従来装置と同様のものである。（６）は本発明に
よるビーム整形プリズムであり、入射面（７）、反射面
（８）および出射面（９）を有している。第１図におけ
る実施例においては、出射面（９）が回折格子面である
次に動作について説明を行う。半導体レーザ（１）から
出射された発散するレーザビームはコリメータレンズ（
２）で略平行光に変換され、そこから楕円断面の光ビー
ムが出射する。この光ビームを本発明によるビーム整形
プリズム（６）によって円形断面の光ビームに変換する
。本発明におけるビーム整形プリズム（６）は入射面（
７）、反射面（８）および出射面（９）からなり、出射
面（９）が回折格子面となされていて、第１図の紙面に
平行な方向のビーム径の拡大を行う。

第２図に、出射面（９）の回折格子面で光が回折される
様子を示す。出射光の回折角を０３、回折格子のピッチ
をＡ、硝子材の屈折率をｎ’　　（空気の屈折率ｎ＝１
），光の波長を九とすると、ん θｓ　　＝ｓｉｎ−’　　（−）　　　−−−のｎ′　
・　Ａ なる関係が成り立つ。また回折格子面を第２図に示すよ
うに鋸型の形状にすることによって高い回折効率が得ら
れ、所望の光以外の回折光の発生を十分低く押えること
ができる。

次にビームの拡大率について述べる。第１図に示した様
に入射面（７）及び出射面（９）において光ビームは屈
折（回折）し、ビーム拡大が行われる。入射面で行われ
るビーム拡大の倍率をＭ１、出射面で行われるビーム拡
大の債率をＭ２とすると、全体的なビーム拡大率Ｍは Ｍ＝ＭＩ　ＸＭ２　　−一一■ で与えられる。なお、倍率Ｍ，，Ｍ２は以下の様に与え
られる。

但し、θ１は入射面（７）への入射角、θ２は入射面（
７）での屈折角、θ３は出射面（９）での回折角である
。

なお、第１図に示した実施例においては、出射面（９）
を回折格子面としたが、入射面（７）を回折格子面とし
ても良く、上記実施例と同様の効果を奏する。

またさらに、回折格子面である出射面（９）若しくは入
射面（７）及び出射面（９）に無反射コーティングを施
すことによって、ビーム整形プリズム（６）の透過効率
を向上させることができ、上記実施例と同様の効果を奏
する。

また、上記実施例においては光ビームを拡大する様な構
成としたが、第１図の出射面（９）側より光ビームを入
射させ、ビームを縮小させてもよく、上記実施例と同様
の効果を奏する。

また、上記実施例においては、出射面（９）と出射光と
が直交しているが出射面（９）と出射光は直交しなくて
も良く、ビームの拡大率はこの場合についても となり、上記実施例と同様の効果を奏する。

また上記実施例においては、光源に半導体レーザ（１）
を用いた場合を示したがこれに限定されるわけではない
。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば入射面、反射面及び出射
面を有するビーム整形プリズムにおいて、入射面及び出
射面の少なくとも一方を回折格子面にすることによって
、ビーム整形プリズムの入射光と出射光の光軸を平行に
保つことができ、かつビームの拡大率を出射面の角度と
回折格子のピッチを変化させることによって、ある程度
任意に設定できるため、設計の自由度が増す。さらに、
部品点数も一つであるため、装置全体がコンパクｌ・な
ものになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるビーム整形光学系の
側面図、第２図（ａ）はこの発明の一実施例の動作を説
明する部分拡大図、第２図（ｂ）は更に拡大した図、第
３図は従来のビーム整形光学系を用いた光学装置の側面
図である。 図において、（１）は半導体レーザ、（２）はコリメー
タレンズ、（６）はビーム整形プリズム（７）は入射面
、（８）は反射面、（９）は出身寸面てある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームの断面形状を変換するための光学系であ
   り、光ビームが入射する入射面、反射面、及び光ビーム
   を出射する出射面を有しており、前記光学系の入射面に
   対してある所定の角度をもって光を入射させた場合、入
   射光軸と出射光軸が平行となる様に構成されたビーム整
   形光学系において、 出射面および入射面の少なくとも一方を回折格子面とし
   たことを特徴とするビーム整形光学系。