JPS6026905A - 球面ホログラムレンズ - Google Patents

球面ホログラムレンズ

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Publication number
JPS6026905A
JPS6026905A JP58134325A JP13432583A JPS6026905A JP S6026905 A JPS6026905 A JP S6026905A JP 58134325 A JP58134325 A JP 58134325A JP 13432583 A JP13432583 A JP 13432583A JP S6026905 A JPS6026905 A JP S6026905A
Authority
JP
Japan
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lens
hologram
spherical
light
focal length
Prior art date
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Pending
Application number
JP58134325A
Other languages
English (en)
Inventor
Kimio Tateno
立野 公男
Keiji Kataoka
慶二 片岡
Seiji Yonezawa
米沢 成二
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to EP84108618A priority patent/EP0135047B1/en
Priority to CA000459462A priority patent/CA1259831A/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/32Holograms used as optical elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Optical Head (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ホログラムレンズ、特に正弦条件を満足し、
コマ収差を除去した低収差球面ホログラムに関し、光デ
イスク装置等の光学的情報記憶装置における光ヘッドや
、レーザプリンタの光走査光学系の対物レンズとして用
いて好適なものである。
〔発明の背景〕
光デイスク装置の光ヘッドなどに用いられる対物レンズ
は、できるだけ小型、軽量、低価格であることが望まれ
ているが、対物レンズの開口数(NA)が大きくなるに
つれ、レンズ収差が発生し、数枚の単レンズを組合わせ
ることにより、収差補正を行なっているのが現状である
。例えば、光デイスク装置の光ヘッドに用いられている
対物レンズとしては、光デイスク側にはNAo、5、光
源側にはN A O,2程度の対物レンズが用いられて
いる。これらのレンズでは通常前者で、3〜4枚、後者
では2枚構成となっている。
従って、対物レンズの軽量化や、低価格化には限度があ
り、このため、光ディスクの信号再生時あるいは記録時
に行なわれるヒツト列のトラッキングや、オートフォー
カシングのためのアクチュエータの性能向上、小型化、
低価格化などがはばまれることとなっている。この墨は
、光ヘツド全体の小型、軽量化の支障にもなっている。
このような状況にあって、対物レンズの小型。
軽量化が、課題となっておシ、いくつかの提案がなされ
ている。その中で、軽量、安価、レプリレーション容易
などの特徴を有することからホログラフィ−を利用した
ホログラムレンズが注目されている。ホログラフィ−は
、原理的に任意の波面を干渉縞の形で記録し、これを再
生することが可能なため、例えば0.5以上のNAの大
きい、すなわちビーム拡き角の大きいホログラムレンズ
ヲ作ることができ、通常の光学レンズと同様の結像機能
をもたせることができる。しかし、ホログラムレンズは
再生時には記録時と全く同じ条件で波面を再生する8袂
がアシ、この条件から僅かにはすても、大きな波面収差
が生じるという欠点がある。
例えば、第2図に示すように、NAが0.5の場合、波
面収差の許容値(0,07λ)に対し、許されるレンズ
光軸の傾きは、高々0.05°程度しかなく、光軸の位
置合せに極めて高精度が要求され、この事が、ホログラ
ムレンズの実用化にとって大きな障害となっていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述の欠点を解消し、記録時と再生時
とで条件が異なうでも、収差が生じにくい低収差のホロ
グラムレンズを提供することにある。
〔発明の概要〕
一般ニ、ホログラムレンズの収差は、ザイデル5収差の
うちでも、コマ収差が支配的である。この原因はホログ
ラム乾板が平面であり、正弦条件が満足される条件が整
わないからでおる。そこで本発明では、ホログラム面に
その中心がレンズの焦点と一致し、かつその半径がレン
ズの焦点距離と一致する曲率を持たせて球面ホログラム
レンズとすることによシ、正弦条件を満足させコマ収差
を除去しようとするものである。
なお、本発明にいうホログラムレンズとは、物体光と参
照光の2つのビームを用いて光学的に干渉縞を記録した
いわゆるホログラムレンズ以外ニ、電子線描画によって
干渉縞を記録したクレーティングレンズやゾーンプレー
トおよびこれらの複製レンズなども含むものである。
〔発明の実施例〕
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は従来のインライン型ホログラムレンズを示す。
図であきらかなように、ホログラムレンズ1の焦点距離
をf1入射光束30牛径をhとし、ホログラムレンズ1
の開口数NAをきめる開き角をθとすれば、 h = f tanθ ・・・・・・・・・・・・(1
)となる。これは、良く知られた正弦条件h = f 
sinθ ・・・・・・・・・・・・ (2)を満足し
ないため、入射光束3が光軸柔と僅かにずれた場合、大
きなコマ収差が発生する。
実際、インライン型ホログラムレンズの、入射光束の傾
きΔαに対し、発生する波面収差の標準偏差値を計算す
ると第2図の如くなυ、3次収差の範囲では、コマ収差
が支配的である(図中、曲線イで示す。)。このコマ収
差が除去されれば、非点収差が残るだけとなシ(図中、
曲線口で示す。)、よく知られたMar≦chalの波
面収差許容量λ/14を基準にとれば、例えば開口数N
Aが0.5の場合、従来例ではΔα=0.05’までし
か許されないのに対し、コマ収差が除去されれば、Δα
−1°まで許容範囲が拡がることになり、ホログラムレ
ンズとしての実用化が可能となる。
上述のように、これまでのホログラムレンズでは、ホロ
グラム乾板は平面となっている。これに対し、本発明に
よるホログラムレンズでは、乾板は球面をなしておシ、
この球面の中心は、ホログラムレンズの焦点と一致させ
、かつ球面の半径を、このホログラムレンズの焦点距離
とするのである。
このような球面ホログラムレンズとすれば、式(2)で
表わされる正弦条件 h = f sinθ が成立し、コマ収差が光軸近傍で除去されることになる
第3図は、本発明の一実施例を示す図で、入射光が平行
光束である場合を示す。ホログラムレンズ4のホログラ
ム面は、その中心がレンズの焦点Fに一致し、かつ半径
がレンズの焦点距離fである球面をなしている。
第3図の例では、平行光束が球面ホログラムレンズに入
射した場合について説明したが、第4図のように入射光
が発散光束の場合も適用できる。
この場合には、正弦条件は次のように表わされる。
ここに、a、bはそれぞれ、物点Aおよび像点Bからレ
ンズ中心0−1での距離、α、βはそれぞれ、物点Aか
らレンズ4上の点Pに到る光線が光軸2となす角を示し
ている。この条件を満足するためのホログラム面をめる
すなわち、レンズの中心Oを原点とするx−y座標を考
え、点Pの座標を(x、y)とすれは)【−APcL]
Sa a x=b−BPcosβ ’j = A P sin α y=BPsin、& がそれぞれ成立する。これらの式よ、D、AP。
BPを消去し、(3)式とあいまって を得る。
一方、このレンズの焦点距離fは で与えられるため、 となる。従って (x−f )2+y2=f2 が得られる。この式は、中心(f+ 0)半径fの円を
表わしてお9、ホログラム面がこのような球面になって
いれば、正弦条件である(3)式が満足されることにな
る。
また、本発明は第5図に示す如(、off −axis
型のオログラムレンズについても適用できる。ずなわぢ
、実鈴で示した平行光束3か球面ホログラム4に光軸F
Oに対し、角MLψで入射し、焦点Fにフォーカスする
場合を考える。この場合には、焦点Fを通シ、ホログラ
ム面に匝直に入射する入射光束と平行な直go’pを考
えてこれを新たに光軸とみな1./ 、レンズの開口角
なθからθ′に置きかえれば、インライン型の場合(第
3図)と同様に、正弦条件 h = f sinθl が成立することになる。
このような考え方は第4図に示す結像用球面ホログラム
レンズを0ff−aXis型にした場合にも同様に成立
することは、第5図の説明から明らかである。この場合
の実施例を第6図に示す。
なお、本発明の球面ホログラムレンズは次のようにして
作成する。すなわちインライン型の球面ホログラムレン
ズを例にとって説明すれば第7図のようになる。コヒー
レント光をビームスプリッタ等(図示せず)で2つのビ
ームに分け、一方は参照平行ビーム9とし、ビームスプ
リッタ10を経て球面の基板7上に設けられた記録材料
8に照射される。他方は、所望の開口角を有するレンズ
11によシ、記録したい波面を作シ、物体光として基板
7を介して記録材料8にいたシ、参照光9と干渉させて
ホログラムをつくる。球面ホログラムレンズ4はこのよ
うにして作成される。
また、参照光を物体光とインラインに設定する(9) だめのビームスプリッタ10のかわシに、いわゆるイル
ミネーションホログラムを用いてもよい。
なお、ホログラムレンズの基板7としてはガラスあるい
はプラスチックが用いられ、感光材料8としては銀塩、
ホトレジスト、重クロム酸ゼラチンなどが用いられる。
また、ホログラムをレリーフ型とすれば、圧着による大
量の複製も可能である。
さらに、ホログラムを作成する方法として、電子線描画
による方法もある。この場合には、グレーティングレン
ズと呼ばれており、あらかじめ波長、入射角焦点距離、
レンズ基板の厚さ、屈折率などのパラメータを与え、計
算機によシグレーテ1ングバタンを計算し、このグレー
ティングパタンを第8図に示すように電子線12の描画
によシ球面基板7上に設けられた感光材料例えばPMM
A膜13上に記録するものである。この場合にも、正弦
条件を満足するようにレンズ基板7を球面とし、球面グ
レーティングレンズとすれば、コマ収差の除去されたレ
ンズを作成することができる。
(10) いずれの場合でもレリーフ型ホログラムレンズ、あるい
はグレーディングレンズとすれは、圧着によるレブリケ
ーションも簡単に行なえる。
第9図は以上説明した本発明の低収差球面ホログラムレ
ンズを示す図で、(a)は正面図、(b)は断面図であ
り、第9図(a)に図示される同心円状の縞が記録され
た干渉縞あるいはグレーティングパターンである。
〔発明の効果〕
以−ヒの通り、本発明による球面ホログラムレンズは、
正弦粂件が満足されておシ、コマ収差が生じないため、
従来の平面ホログラムレンズに比べ、約数10倍の画角
を確保することが可能となシ、光デイスク装置の光ヘッ
ド等に用いられる対物レンズ、あるいはカップリングレ
ンズとして使用することができ、ホログラムレンズが本
来持っている軽量、小型、低コヌト、レプリケーション
などの特徴を生かすことができる。これにより、光ヘッ
ドの重量は115、サイズは体積比で100分の1程度
に低減することが可能となる。
(11)
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のホログラムレンズを示す図、第2図はホ
ログラムレンズの波面収差を示す図、第3図は本発明に
よるインライン型球面ホログラムレンズを示す図、第4
図は本発明による結像型球面ホログラムレンズを示す図
、第5図は本発明によるオフアクシス型球面ホログラム
レンズを示す図、第6図は本発明によるオフアクシス型
結像球面ホログラムレンズを示す図、第7図は本発明に
よる球面ホログラムレンズの作成法を説明するだめの図
、第8図は球面グレーティングレンズの作成法を説明す
るための図、第9図は本発明による球面ホログラムレン
ズの概念を示す図である。 2・・・光軸、3・・・入射光線、4・・・球面ホログ
ラムレンズ、7・・・球面基板、訃・・記録材料、9・
・・参照光、10・・・ビームスプリッタ、11・・・
絞シ込みレンズ、(12) 第2図 0.01 0,05 θ、I θ、5 IO色度丁札(
ムダ°) 第S 図 、−一〜−− m−′ 一一一 第 6 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、ホログラム而が球面をなし、該球面の中心がレンズ
    焦点と一致し、該球面の半径がレンズの焦点距離と一致
    することを特徴とする球面ホログラムレンズ。
JP58134325A 1983-07-25 1983-07-25 球面ホログラムレンズ Pending JPS6026905A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58134325A JPS6026905A (ja) 1983-07-25 1983-07-25 球面ホログラムレンズ
DE8484108618T DE3480609D1 (de) 1983-07-25 1984-07-20 Verfahren zur herstellung einer holographischen linse.
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EP84108618A EP0135047B1 (en) 1983-07-25 1984-07-20 A method of producing a hologram lens
CA000459462A CA1259831A (en) 1983-07-25 1984-07-23 Hologram lens

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EP (1) EP0135047B1 (ja)
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CA (1) CA1259831A (ja)
DE (1) DE3480609D1 (ja)

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