JPH06294940A - ビーム整形素子、並びにそのような素子を有する放射源及び光学走査ユニット - Google Patents
ビーム整形素子、並びにそのような素子を有する放射源及び光学走査ユニットInfo
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Abstract
ビームに変換するに適したビーム整形素子であって、照
射源との相対位置が厳格でなくてもよく、且つ周囲環境
のパラメータ変化の影響を受けることが少ないビーム整
形素子を提供する。 【構成】 ダイオードレーザ(1)からの楕円断面を持
つビーム(5、6、7、8)を円形断面を持つビーム
(15)に変換するビーム整形素子(10)が提供され
る。この素子(10)は円柱状入力面(12)とトロイ
ダル状出力面(13)とを有すると共に、ダイオードレ
ーザ(1)に接近して配置することができるので、焦点
ずれによる波面のずれの問題は低減される。
Description
反対側に位置する出力面と、直交座標系の3軸XYZの
Z軸に一致する光学軸とを有するようなビーム整形素子
に関する。
子であって、上記座標系のYZ面における第1の開口角
とXZ面におけるこれより小さな第2の開口角とが第1
の比をなすようなビームを、これら開口角が上記比より
小さな第2の比をなすようなビームに変換し、ここで、
上記両面において異なる角倍率を実現しているようなビ
ーム整形素子に関する。
子を含むような放射源及び光学走査ユニットにも関す
る。
例えば、プリズムの形態、円柱レンズの形態、叉はヨー
ロッパ特許出願公開第0286368号公報に記載され
ているような入力面及び出力面がトロイダル形状を有す
る単一レンズ素子の形態で既知である。このようなビー
ム整形素子は、通常、ラテラル面と呼ばれる活性層に平
行な面における開口角がトランスバーサル面と呼ばれる
活性層に垂直な面における開口角より小さいビームを発
するようなダイオードレーザと組み合わせて使用され
る。遠視野と呼ばれる場においては、上記のようなダイ
オードレーザのビームは楕円状の断面を有している。上
記のようなダイオードレーザが、例えばオーディオ若し
くはビデオ番組叉はデータを記録することができるよう
な光学記録担体用の書込及び/叉は読出装置、叉はプリ
ンタ等の放射源として使用されるような装置において
は、丸くて小さく好ましくは回折が限られた照射スポッ
トを、走査すべき媒体上に形成しなければならない。こ
の目的のため、照射スポットを形成する結像系叉は対物
系には、円形の断面を持つ照射ビームがフルに供給され
ねばならない。このようなビームは、ダイオードレーザ
から始まって該レーザと対物系との間に当該ダイオード
レーザから幾らか離してビーム整形素子を配置すること
により得られることは既知である。
おいては、当該ビーム整形素子のみならず放射源に対す
る該素子の位置に厳格な要件が課されねばならない。既
知のビーム整形素子は、ビームの整形、即ちビームの断
面の拡大叉は減少が単一の面内においてのみ、即ちトラ
ンスバーサル面叉はラテラル面のみにおいてなされるよ
うに設計されている。この場合、この面内における整形
は比較的強くなされねばならないので、このビーム整形
に関わるパラメータに厳格な要件が課されることにな
る。
ムにおいては、ビーム整形素子が放射源から比較的大き
な距離離れて、即ち当該放射源から放射された発散ビー
ムが所要の断面を有するような位置に配される。しかし
ながら、ダイオードレーザの出力面のビーム整形素子に
対する軸方向の、即ちZ方向の位置にも厳格な要件が課
されることになる。ダイオードレーザ出力面のZ方向位
置が所望の位置とは異なると、レーザビームが、ビーム
整形素子の入力面において二次焦点ずれ項を持つような
波面を持つことになってしまう。波面の所与の部分を放
射源の中心から見る角度の関数であるような二次歪は、
ビーム整形素子により2つの主要断面において、即ちX
Z面及びYZ面において、各々異なる態様で変換されて
しまう。事実、既知のビーム整形素子はこれら面の中の
一方では比較的大きな角倍率係数即ちスケールファクタ
を有するが、他方の面では1に等しい倍率を持つ。もし
ビーム整形率が例えば2より大きい場合は、放射源の焦
点ずれは当該ビーム整形素子により主要断面の一方のみ
において当該ビームの焦点ずれに略完全に変換されてし
まう。このことは、ビーム整形素子から放出されるビー
ムが非点収差を持つようになることを意味する。当該光
学系においては放射源自体の焦点ずれは対物系用の能動
的焦点制御により補正されるが、非点収差的波面誤差は
もはや除去されない。結果として、厳格な許容要件が非
点収差に対して課されることになる。平均の波面のず
れ、即ち0.02x波長(λ)なる、OPDrmsにより
示される波面ずれの自乗値の波面の表面にわたる積分の
平方根を表面により徐したもの、が依然として許容され
るなら、非点収差波面誤差WAは0.1λよりも小さく
なくてはならない。このことは、 ΔZ = 2・WA/(NA)2 により規定される当該ビーム整形素子に対する放射源の
焦点ズレΔZは、このビーム整形素子の開口数NAが
0.35であり且つλ=0.8μmの場合は、大きくて
も1.5μmの程度である。
較的長い距離離れて配置される通常使用されている光学
系においては、上記のような厳格な要件を満たすのは困
難である。例えば、温度変換及び機械的な衝撃により、
数ミクロンにも達する軸方向の変位がダイオードレーザ
とビーム整形素子との間に発生してしまう。
ころは上述したような従来のものにおける欠点を大幅に
解消することができるビーム整形素子及びそのような素
子を含む放射源ユニットを提供することにある。
新規な技術思想に関するものであり、この素子は、前記
入力面が、中央部に前記Y軸に平行な軸を持つ略円柱状
の部分を備えると共に、n2及びn1を各々当該素子の材
料の屈折率及び当該素子の周囲の媒体の屈折率とした場
合、前記YZ面においてはn1/n2なる角度減少を行う
一方、前記XZ面においてはn2/n1なる角倍率を有
し、前記出力面が前記XZ面における曲率半径が前記Y
Z面における曲率半径よりも大きなトロイダル状表面で
ある、ことを特徴としている。
成分、即ちラテラル面における角倍率n2/n1及びトラ
ンスバーサル面における角減少n1/n2、により構成さ
れ、これら成分の各々が、前記両面のうちの一方のみに
おいてビーム整形が実現されるビーム整形素子に適用さ
れる要件よりもあまり厳格でない許容要件で実現するこ
とが可能である。
ビーム整形素子においては3つの基本的な結像ステップ
の組み合わせが用いられ、これらステップは光行差がな
いことが分かっており且つ屈折面の心出し及び傾きに対
して大きな許容を有する。
開第286368号はトロイダル状の出力面を持つビー
ム整形素子を開示している。しかしながら、この素子の
入力面は円柱状ではなくてトロイダル状である。この面
はトランスバーサル面のみにおける光行差を補正するた
めのものである一方、上記のトロイダル状の出力面はラ
テラル面のみにおける光行差を補正するためのものであ
る。本発明によるビーム整形素子においては、上記のト
ロイダル状出力面は、2つの中間像を1個の像に結像す
ることを目的とし、これら中間像はXZ面及びYZ面に
おいて各々形成されると共にZ方向にずらされるように
なっており、実際のビーム整形は入力面により実現され
る。
いては殆ど屈折はない、即ちこの面は略1の角倍率を有
している。結果として、当該ビーム整形素子を介して見
る放射源のZ方向位置は、全ての周囲環境パラメータの
変化に対して安定している。このことは、検出器に対し
て放射源が安定した位置を持たねばならない光学走査装
置にとっては特に重要である。
口は減少されるのが望ましく、この開口は例えば2つの
主断面において等しいようにする。この目的のため、光
学系における当該ビーム整形素子の背後にはコリメータ
レンズを配置してもよい。しかしながら、前記トロイダ
ル状出力面に球面が重畳されることを特徴とするような
ビーム整形素子の実施例を使用した場合は、上記のよう
なコリメータレンズを省略することができる。何故な
ら、この場合は出力面がビームの開口を減少させ、かく
してコリメータとして作用するからである。
たガラス体、或いは同様な透明合成材料のモールドされ
た素子であってもよい。しかしながら、当該素子は好ま
しくはガラス基体を有すると共に、この基体の前側及び
/叉は後側に透明合成材料の層を設け、これら材料に既
知の複製(レプリカ)技術により所望の形状を付与する
ようにするとよい。このようなビーム整形素子は、所望
の形状の反転を内面に持つ2つの型から始めて、上記の
ような複製技術を用いることにより大量に且つ廉価に製
造することができる。この構成は、特に消費者向けの装
置に用いる場合に特に重要である。
記合成材料をポリメタクリル酸メチルとする。屈折率が
n=1.483であってビーム整形比n2が2.2とな
るような上記材料は、複屈折が小さく、光学素子の製造
に関して充分な経験が得られているという利点を有して
いる。
1:3なる長手方向比を持つような楕円軸の楕円断面を
持つビームを円形断面を持つビームに変換するためのみ
ならず、例えば1:5なる楕円軸の長手方向比を持つよ
うな高度に楕円状の断面を持つビームを例えば1:2な
る長手方向比を持つ楕円程度の少ない断面のビームに変
換するためにも使用することが可能である。
形素子との相互位置の変化による当該ビーム整形素子か
ら放射されるビームの波面への影響に関わる。本発明に
よれば、上記影響は、照射源ユニットがダイオードレー
ザの放射面とビーム整形素子の入力面との間の距離が大
きくても数百μmであることを特徴とする場合には大幅
に低減することが可能である。
ードレーザ及びビーム整形素子は、従来のシステムで通
常そうであるように数mm程度の距離の場合よりも相互
に大幅に安定する。
互の望ましい安定は、これらダイオードレーザと素子と
を共通の支持体に固定することにより実現することがで
きる。
施例は、ビーム整形素子とダイオードレーザとが共通の
支持体に取り付けられることを特徴としている。かくし
て、最適の安定性が得られる。
の距離を減少させる本発明の原理は、円柱レンズやプリ
ズム等の従来のビーム整形素子を有する放射源ユニット
においても使用することができる。このような放射源ユ
ニットは円形の対称断面を有し且つ波面が周囲環境パラ
メータの変化によるダイオードレーザのZ位置の変化に
依存しないようなビームを供給することができる。
発明に基づく素子であることを特徴とするような放射源
ユニットにおいても最適に利用することができる。
により実現されるから、この入力面のダイオードレーザ
の出力面に対する位置が主に重要となる。この場合、ビ
ーム整形素子の出力面の位置はあまり重要でないから、
このビーム整形素子の例えば光学軸に沿う厚さには厳格
な要件が課されることはない。
ドレーザの形態の放射源は非点収差を呈する。即ち、ラ
テラル面におけるビームの原点がトランスバーサル面に
おけるのとは異なる軸方向位置にある。この照射源の非
点収差は前記トロイダル面の形状を適応化させることに
より補償することができる。
最終的に形成されるスポットを細長くするのが好ましい
場合がある。この場合、前記トロイダル面を、当該面か
ら放射されるビームが上記のようなスポットを形成する
ように適応化するとよい。また、前記円柱状入力面を特
定の要件に適応化させて正確な円柱状ではないようにす
ることも可能である。
ための光学走査装置であって、ダイオードレーザ型放射
源ユニットと、この放射源ユニットにより供給される放
射ビームを焦点合わせして前記情報面上に走査スポット
を形成する対物系と、上記情報面からの放射を電気信号
に変換する放射感応型検出系とを有するような光学走査
装置にも関する。この場合、上記走査装置はその放射源
ユニットが前述したような放射源ユニットであることを
特徴としている。
細に説明する。
素子10と、3軸座標系XYZを概念的に示している。
明瞭化のために、ダイオードレーザ1と素子10との間
の軸方向の(Z方向の)距離は誇張してある。実際に
は、これら部品の間は互いに接近しており、ビーム整形
素子10における領域11はダイオードレーザ1の出力
ファセット4となる。
って複数の種々に異なってドープされた層を有するが、
明瞭化のためにレーザ放射が発生される長片状の活性層
2のみが図示されている。この活性層2は2つの部分的
に透明な鏡ファセット3及び4により境界が形成されて
おり、したがって当該レーザダイオードを介して電流源
9からの電流が流される際に発生されるレーザ放射は上
記活性層2から導出される。前側ファセット4から取り
出された放射は例えば光学走査装置叉は光学プリンタ等
のための放射ビームを形成するために使用され、一方後
側ファセット3を介して取り出された放射は当該レーザ
の振る舞いをモニタするために使用することができる。
側ファセット4の長方形形状により、当該ダイオードレ
ーザから放出されたビームは対称ではなく、上記活性層
2に対して平行なXZ面(即ちラテラル面)内で開口角
Θ1を有し、この開口角はYZ面(即ちトランスバーサ
ル面)における開口角Θ2よりも小さい。ここで、ラテ
ラル面におけるビームの境界の照射線は符号5及び6で
示し、トランスバーサル面におけるものは符号7及び8
で示している。そして、上記の境界照射線で表されるビ
ームはダイオードレーザ1の遠視野では、即ち当該レー
ザから幾らか離れた位置では、楕円の断面を有してい
る。このようなビームを例えば光学走査装置叉は光学プ
リンタ等で使用するに適したものとするために、該ビー
ムは円形断面を持つビームに変換されねばならない。本
発明においては、このことがビーム整形素子10により
なされる。この素子10は、Y軸と平行な円柱軸を持つ
円柱の一部の形状を持つような入力面12を有してい
る。トランスバーサル面、即ちYZ面の照射線に対して
は、この入力面は例えば1なる屈折率を持つ空気とnな
る高い屈折率を持つ媒体との間の平らな境界となるの
で、これらの照射線はZ軸に向かってnで決まる所定の
程度で偏向される。言い替えれば、これらの照射線に対
しては(1/n)なる角度の減少が発生し、上記入力面
12はYZ面において放射源の中心の第1の像を形成す
る。これが以上に述べた基本的な結像段階の第1のステ
ップである。
ラル面、即ちXZ面における効果に関連するものであ
る。この面においては、上記入力面12はRなる曲率を
有し、該曲率半径は前記放射源の中心と当該入力面によ
るこれと共役な結像点とが、この結像面の不遊点(apla
natic point)と一致するように選定される。これらの
不遊点は下記により与えられ、 S0 = {(1+n)/n} x R S1 = {(1+n)/1} x R ここで、S0及びS1は対物点と結像点のZ軸上の各位置
である。上記入力面12により導入されるラテラル面の
角倍率はnに等しい。
ーサル面とラテラル面とに関係するもので、当該ビーム
整形素子10の出力面13により実現される。この面
は、その曲率の中心が前記面12により形成される前記
レーザファセット4の中心の像に略一致するように、ト
ランスバーサル面における曲率半径R1を有すると共に
Z方向の位置に配置される。この面13はトランスバー
サル面では照射線を屈折されない形で透過し、従ってこ
の面における角倍率は1に等しい。一方、ラテラル面に
おいては当該出力面13は、その曲率の中心が前記レー
ザファセット4の中心の前記面12により形成される虚
像に一致するような、曲率半径を有し、従ってこの場合
もその角倍率は略1に等しい。
現されるトランスバーサル面とラテラル面とにおける角
倍率の間の差は約n2に等しい。かくして、この差、即
ち当該素子のビーム整形能力はビームの広がりをトラン
スバーサル面とラテラル面との両方において変化させる
前記入力面により略完全に実現されることになる。この
ビーム整形素子がn1なる屈折率を持つ媒体内に配置さ
れ、且つ、当該素子の材料の屈折率がn2であるとする
と、トランスバーサル面における角度減少はn1/n2と
なり、ラテラル面における角倍率はn2/n1となり、且
つ、ビーム整形能力は約(n2/n1)2となる。上記入
力面の不遊点に関しては、 S0 = {(n1+n2)/n2} x R S1 = {(n1+n2)/n1} x R が成り立つ。
Z軸に沿う異なる位置に位置するので、出力面はこれら
2つの像を一つの像に合成するように僅かにトロイダル
状を呈さねばならない。ここで、トロイダル状とはラテ
ラル面における面の曲率半径がトランスバーサル面にお
けるものとは異なることを意味すると理解されたい。こ
のことが、図1に前記出力面の非同一面的周曲線により
示されている。
ける同一の円上に位置する2つの点間の、Z方向で測定
した、最大距離として表すことができる。このトップ・
ツー・トップ(top-to-top)距離は光学的に使用される
面の縁部に関して、例えば、数ミクロンから数十ミクロ
ンの程度である。
の開口角を減少させて、該ビームが使用される当該シス
テム後段において各光学素子が小さな直径を持つことが
できるようにするのが望ましい。この目的のため、上記
素子10の背後にはコリメータレンズを配置してもよ
い。しかしながら、本発明によれば他の可能性がある。
即ち、当該ビーム整形素子10にコリメート機能を組み
込むことである。この目的のため、前記トロイダル状出
力面には開口角の所望の低減のための所望の光学能力を
持つ球状面が重畳される。この球状面はラテラル面及び
トランスバーサル面で同一の曲率半径を有している。
は、ビーム整形素子の入力開口数はラテラル面の場合約
0.13であり、トランスバーサル面の場合は約0.4
である。本発明によるビーム整形素子では出力面の球状
光学能力なしで、両面において約0.20なる出力開口
数を実現することができる。前記出力面13に球状光学
能力を付与することにより、出力開口数は低減すること
ができる。この開口を最小の入力開口数と等しくするこ
とができれば、ラテラル面において入力面12により実
現される像を参照して説明したのと同様の方法で、出力
面により実現される像が不遊条件を満たすことを保証す
ることができる。もし不遊条件が満たされたならば、許
容要件は軽減され、これによりこれら要件は容易に満た
すことができる。
るFWHM開口角が各々10゜及び30゜であるような
ダイオードレーザビームは、ビーム整形素子が上述した
開口数(NA)の値0.13及び0.40の場合、当該
素子を通過した後は対称な振幅分布を有するであろう。
場合は、当該素子から発するビームの縁部における強度
は当該ビームの中心における強度の40%に等しいであ
ろう。ここで、この周部の強度は当該素子の限られた開
口による強度損失に等しい。従って、ダイオードレーザ
により発せられた放射の60%が、当該ダイオードを含
む光学装置に利用可能となるような形で集中されること
になる。FWHM開口角とは、中心の強度の半分となる
ような波面の各点に向かって指向される光線間の相互角
度である。
0は円直径Dと同程度の長さLを持つ円形断面の円柱形
状を有するように構成することができる。D及びLは例
えば1.2mmで、この値は扱い易さにより決定される。
前記入力面12に関しては、曲率半径は15〜30μm
の程度である。波面ずれOPDrmsは7mλなる所望の
値を有し、この値は70mλなるマレシャル評価値(Ma
rechal criterion)よりも大幅に小さい。7mλなる値
は非点収差残留誤差により決定される。もし望むなら
ば、この残留誤差は小さな四次補正項を加えることによ
りXZ面及び多分YZ面において前記トロイダル面を僅
かに非球面状とすることにより補正することができる。
てもよく、前記入力面12及び出力面13は研磨により
叉はモールドにより得ることができる。このビーム整形
素子は、例えばモールドにより形成される透明な合成樹
脂製であってもよい。大量に且つ低コストで製造するこ
とができ、且つ温度変化及び湿度に対して十分に抵抗力
を持つようなビーム整形素子を得るために、複製(レプ
リカ)工程として知られる工程を使用することができ
る。このような工程においては、ガラス前形成物(pref
orm)から開始し、この前形成物の前側及び後側には紫
外線照射により硬化することができるポリマのような十
分な粘性状態の合成材料の層が設けられる。これらの層
には、前記面14及び出力面13の反転である各面を持
つ型を押しつけることにより、入力面及び出力面の所望
の形状が各々付与される。次いで、このような組立体は
紫外線により照射され、これら層が硬化される。上記の
各型を取り除けば、如何なる後工程も必要とせず該素子
は即使用可能である。
材料を合成樹脂として使用するのが好ましく、この材料
はあまり複屈折を呈さないという利点を有している。
子を機械的に直接ダイオードレーザ上に取り付けること
により該ダイオードレーザに対して固定される。このよ
うな固定の一例が図2に示されている。この場合、例え
ば300x300μmなる最大表面積を持つダイオード
レーザ1は、例えば1x1x1mm3なる寸法のブロッ
ク15の一側面に固定される。一方、ビーム整形素子1
0は当該ブロック15の上面17上に、当該素子の円柱
レンズ12がダイオードレーザ1の出力ファセット4上
に位置するようにして、配置される。素子10はブロッ
ク15の側面16及び多分反対側の側面18に固定され
る支持体(図示略)により支持される。かくして、ダイ
オードレーザ1の出力ファセット4は円柱レンズ12に
対して、例えば数十ミクロンなる距離という非常に接近
して位置することになる。結果として、上記ファセット
とビーム整形素子との間の距離に関して1μm程度の所
望の許容差を現実に達成することができ、従って当該ビ
ーム整形素子から発するビームには不所望な非点収差は
発生しない。更に、出力ファセット4とビーム整形素子
とが互いに固定されるので、この不所望な非点収差が周
囲のパラメータの変化によっても発生することがない。
中に収容され、このハウジングの当該ダイオードレーザ
の前側ファセットに面する側部は放射を透過させる窓を
有している。既知の装置においては、ビーム整形素子は
上記ハウジングの外部に例えば上記窓から1.5mm程
度の距離に配置され、また該窓はダイオードレーザから
例えば2.5mm程度の距離であるから、ダイオードレ
ーザとビーム整形素子との間の距離は約4mmとなる。
本発明によれば、図3に示すように、ビーム整形素子1
0はハウジング内にレーザファセットから非常に短い距
離の位置に収容することができる。この図において、符
号40はブロック15が配置されると共にモニタ用ダイ
オード41及び多分他のダイオードが配置される基体を
示している。また、上記ハウジングの側面は符号42で
示され、当該ハウジングの上面の放射を透過させる窓は
符号43で示されている。また、符号44〜47で示す
ものは上記のダイオードレーザ及びフォトダイオード等
の接続端子である。
MAで作られたビーム整形素子の第1の特定の実施例に
適合する値である。 ダイオードレーザまでの距離Z1=80μm 入力面の曲率: XZ面での曲率C1x=−31.25mm-1 YZ面での曲率C1y=0 厚さD=1.16mm 出力面の曲率: XZ面での曲率C2,x=−0.865mm-1 YZ面での曲率C2,y=−0.734mm-1 また、当該素子には以下の許容差が適応される。 許容焦点ずれΔZ1=2μm 許容厚さ変化ΔD=25μm 許容屈折率変化Δn=0.01 許容中心ずれ: XZ面内では3μm YZ面内では>25μm X軸の回りでの許容傾きは少なくとも50mrad Y軸の回りでの許容傾き: NAexit=0.20の場合、少なくとも50mrad NAexit=0.13の場合、少なくとも15mrad NAexit=0.10の場合、少なくとも5mrad
の実施例においては、YZ面における断面が図4のよう
になっており、SFH64ガラス体とダイアクリル(Di
acryl)なる合成材料の層とから作成されており、下記
のパラメータ値が適合される。 ダイオードレーザまでの距離Z1=90μm 入力面の曲率: XZ面における曲率C1x=−37.1mm-1 YZ面における曲率C1y=0 厚さD1=0.017mm 厚さD2=2.50mm 厚さD3=0.002mm XZ面における出力面の曲率半径R1x=−1.859m
m
R2y=−2.023mm並びに非球面係数a2=−0.
24715及びa4=−0.0132を有する非球面で
ある。
る。 許容焦点ずれΔD1=1.5μm 許容厚さ変化ΔD2=20μm 許容屈折率変化: SFH64ガラスに対してΔng=0.010 ダイアクリルに対してΔnd=0.010 許容中心ずれ: XZ面内では3μm YZ面内では>25μm X軸の回りでの許容傾き:25mrad Y軸の回りでの許容傾き:25mrad 当該素子の重さは約40mgである。このビーム整形素
子から出力されるビームは円形対称断面を有し、開口角
は0.20である。この素子はダイオードレーザ放射の
約94%を入力し、従ってNA=0.20における周部
強度は約6%である。この素子が光学記録担体用の走査
装置に使用された場合は、この装置の光学系は全強度の
80%を包含する0.15なる開口数の円形ビームを選
択する。結果として、0.15なるNAにおける周部強
度は20%である。
合成材料層から作成され且つNAYZ=0.160及びN
AXZ=0.150であるようなビーム整形素子の実施例
に関するメリジオナル面及びサジタル面の光行差曲線を
示している。これらの図においては、波面ずれA(λ)
が縦軸上に出力瞳(標準化された開口数NAnで)にお
ける位置Pの関数としてプロットされている。X方向の
位置誤差は2μmであり、Y方向のものは0μmであ
る。また、OPDrmsは5mλである。
のビーム整形素子の対応する光行差曲線を示している。
この素子のYZ面の断面は図7に示されている。この場
合、入力ビームの開口角はΘi=0.32であり、出力
ビームの開口角はΘo=0.125である。この素子の
場合は、Y方向における位置誤差が2μmであり、X方
向におけるものは0μmである。また、OPDrmsは5
0mλである。
光学的に走査する装置を概念的に示している。ここで、
走査とは情報の書き込み及び読み出しの両方のための走
査を意味するものと理解されたい。上記情報層22は事
前記録された層叉は情報を部分的に若しくは全体的に記
録することができるような層であってもよい。図8に一
部を放射方向の断面として示した記録担体20は、透明
な基体21と、反射情報層22と、被覆23とを有して
いる。上記情報層は多数のトラック25に分割され、こ
れらトラックには情報が周囲から光学的に識別される情
報領域(図示略)の形態で記録叉は書き込むことができ
る。
し、このユニットは円形断面を有すると共に対物系33
を最適に満たすような開口角を持つビーム31を供給す
る。この系33は情報層上に回折の制限された照射スポ
ット32を形成する。この情報層は上記照射を、対物系
を通過するビーム34へと反射する。このビーム34を
前記ビーム31から空間的に分離するために、当該系に
は例えばプリズム35のような部分的に反射する素子が
設けられ、このプリズムはビーム34の一部を検出器3
7に向けて反射する半透過面36を有している。情報ト
ラックは当該記録担体を回転することにより走査するこ
とができる。そして、全情報トラックは走査スポット3
2に対して記録担体を半径方向に移動させることにより
走査することができる。
報領域の連続として記憶された情報に応じて強度変調さ
れることになる。前記検出器37はこの変調を電気信号
に変換する。この検出器は、通常、複数の信号を出力す
るように複数の検出素子を有し、これら信号は信号処理
回路38により処理されて入力信号Siと、トラッキン
グサーボシステム及びフォーカスサーボシステム用のト
ラッキングエラー信号Sr及びフォーカスエラー信号Sf
とが形成される。
は、フィリップス・テクニカル・レビュー40、198
1/82年、No.9、第267頁〜第272頁のM.G. Caras
so、J.B.H. Peek及びJ.P. Sinjouによる「コンパクトデ
ィスク・デジタルオーディオ」なる記事を参照された
い。
はダイオードレーザ1と、前述したようなビーム整形素
子10とを有している。この放射源ユニットは、安定し
た波面を有すると共にダイオードレーザにより発生され
た強度の大部分を表す強度を有するようなビームを供給
する。このように、当該放射源ユニットは例えば表面変
形により融除的に叉は磁気光学工程により情報を書き込
むような書き込む装置に好適である。書き込みの際に
は、ビーム31は例えば音響光学変調器叉はダイオード
レーザを経る電流を変調することにより変調される。
例を参照することにより図示したにすぎない。このよう
な走査装置には多数の実施例があり、本発明による放射
源ユニットはこれらの実施例の各々において用いること
ができる。また、本発明は光学記録担体を走査する光学
装置において使用することができるのみならず、1個以
上のダイオードレーザを放射源として含み且つ高い強度
の放射ビームと僅かのずれしか持たない波面が必要とさ
れるような光学装置に一般的に使用することができる。
光学プリンタはそのような装置の一例である。
全に円形の断面を持つビームに変換する必要はないが、
断面が高程度に楕円形状のビームをあまり高程度に楕円
状でない断面のビームに変換することが十分であり叉は
望ましいであろう。本発明は、後者が実現されるような
光学装置に使用することもできる。更に、本発明の2つ
の特徴を組み合わせて用いる必要はないであろう。何故
なら、これらはそれら自身で各々本質的な利点を有して
いるからである。ビーム整形素子の入力面を放射源の放
射発生面から僅かの距離に配置するというアイデアは、
従来のビーム整形素子を用いたシステムにも使用するこ
とができる。開口角が一方の面で増加され他方の面で減
少されるような本発明によるビーム整形素子が放射源か
ら遠くの距離に配置される場合にも、この素子にはあま
り厳格な許容要件が課されなくなるという利点が得られ
る。
放射源ユニットの一例を示す概念図、
オードレーザとを相互に固定する構成の一例を示す説明
図、
オードレーザのハウジング内に収容する構成例を示す説
明図、
施例を示す概念図、
形素子の光行差曲線を示すグラフ、
光行差曲線を示すグラフ、
概念図、
る光学走査装置の一例を示すブロック図である。
…出力ファセット、 10…ビーム整形素
子、12…入力面、 13…出力
面。
Claims (9)
- 【請求項1】 入力面と、これに対して反対側に位置す
る出力面と、直交座標系の3軸XYZのZ軸に一致する
光学軸とを有し、上記座標系のYZ面における第1の開
口角とXZ面におけるこれより小さな第2の開口角とが
第1の比をなすようなビームを、これら開口角が上記比
より小さな第2の比をなすビームに変換するようなビー
ム整形素子であって、上記両面において異なる角倍率を
実現しているようなビーム整形素子において、 前記入力面は、中央部に前記Y軸に平行な軸を持つ略円
柱状の部分を備えると共に、n2及びn1を各々当該素子
の材料の屈折率及び当該素子の周囲の媒体の屈折率とし
た場合、前記YZ面においてはn1/n2なる角度減少を
行う一方、前記XZ面においてはn2/n1なる角倍率を
有し、 前記出力面は前記XZ面における曲率半径が前記YZ面
における曲率半径よりも大きなトロイダル状表面であ
る、ことを特徴とするビーム整形素子。 - 【請求項2】 請求項1に記載のビーム整形素子におい
て、前記出力面のトロイダル状表面に球状面が重畳され
ていることを特徴とするビーム整形素子。 - 【請求項3】 請求項1叉は請求項2に記載のビーム整
形素子において、当該素子はガラス製本体を有し、この
本体の前側及び後側の少なくとも一方に透明な合成材料
の層が設けられ、これら層には前記円柱状の形状及び前
記トロイダル状の形状が各々付与されることを特徴とす
るビーム整形素子。 - 【請求項4】 請求項3に記載のビーム整形素子におい
て、前記合成材料がポリメタクリル酸メチルであること
を特徴とするビーム整形素子。 - 【請求項5】 ダイオードレーザと、このダイオードレ
ーザにより供給されるビームを該レーザのビームの断面
よりも楕円性の少ない断面を持つビームに変換するビー
ム整形素子とを有する放射源ユニットにおいて、 前記ダイオードレーザの放射面と前記ビーム整形素子の
入力面との間の距離が最大でも数百μmであることを特
徴とする放射源ユニット。 - 【請求項6】 請求項5に記載の放射源ユニットにおい
て、前記ビーム整形素子と前記ダイオードレーザとが共
通の支持部に取り付けられていることを特徴とする放射
源ユニット。 - 【請求項7】 請求項5叉は請求項6に記載の放射源ユ
ニットにおいて、前記ビーム整形素子が請求項1、2、
3叉は4に記載の素子であることを特徴とする放射源ユ
ニット。 - 【請求項8】 請求項5、6叉は7に記載の放射源ユニ
ットにおいて、前記ビーム整形素子が前記ダイオードレ
ーザのハウジング内に収容されていることを特徴とする
放射源ユニット。 - 【請求項9】 情報面を光学的に走査するための光学走
査装置であって、放射源ユニットと、この放射源ユニッ
トにより供給される放射ビームを焦点合わせして前記情
報面上に走査スポットを形成する対物系と、上記情報面
からの放射を電気信号に変換する放射感応型検出系とを
有するような光学走査装置において、前記放射源ユニッ
トが請求項5、6、7叉は8に記載の放射源ユニットで
あることを特徴とする光学走査装置。
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