JPS6218502A - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
- Publication number
- JPS6218502A JPS6218502A JP60156952A JP15695285A JPS6218502A JP S6218502 A JPS6218502 A JP S6218502A JP 60156952 A JP60156952 A JP 60156952A JP 15695285 A JP15695285 A JP 15695285A JP S6218502 A JPS6218502 A JP S6218502A
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- JP
- Japan
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- light
- center
- lens
- grating
- diffraction grating
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
この発明は光強度分布が均一でない発光源とグレーティ
ングレンズを有する光学装置に関する。
ングレンズを有する光学装置に関する。
［背景技術とその問題点］
光ピツクアップなどの光学情報処理装置においては、発
光源として各種の気体レーザや半導体レーザが用いられ
ている。これらのレーザからの光波は、一般にガウスビ
ームとよばれる特定の位相分布、撮幅分布を持つ波動で
ある。その位相分布は発光源の近くでは平面波とも球面
波とも異なるが、発光源から遠ざかるにつれて球面波に
近ずく。
光源として各種の気体レーザや半導体レーザが用いられ
ている。これらのレーザからの光波は、一般にガウスビ
ームとよばれる特定の位相分布、撮幅分布を持つ波動で
ある。その位相分布は発光源の近くでは平面波とも球面
波とも異なるが、発光源から遠ざかるにつれて球面波に
近ずく。
ところが、進行方向に垂直な面内での娠幅分布は発光源
から離れた場所においてもガウス型の分布である。その
ためレーザから発散光を適当なレンズ系を用いることに
よって波面の揃った平行光束とすることは可能であるが
、その強度分布は一様でなく、必ずガウス分布となって
しまう。
から離れた場所においてもガウス型の分布である。その
ためレーザから発散光を適当なレンズ系を用いることに
よって波面の揃った平行光束とすることは可能であるが
、その強度分布は一様でなく、必ずガウス分布となって
しまう。
ところで、光ピツクアップはレーザ光源の光をコリメー
トレンズで平行光束にした後、対物レンズによりディス
クに焦点を結ばせる構造でなる。
トレンズで平行光束にした後、対物レンズによりディス
クに焦点を結ばせる構造でなる。
その際、対物レンズの焦点かディスクの情報記録面に刻
まれた微細なピット列から外れないようにする、いわゆ
るトラッキング機構が必要である。
まれた微細なピット列から外れないようにする、いわゆ
るトラッキング機構が必要である。
その為には、対物レンズを光軸に垂直な面内で数ｍｍ移
動させなければならない。したがってコリメートレンズ
からの平行光束直径は、対物レンズの口径よりも大きく
とっである。
動させなければならない。したがってコリメートレンズ
からの平行光束直径は、対物レンズの口径よりも大きく
とっである。
ところが、コリメートレンズからの平行光は均一強度で
なくカラス型分イ１を持つため、対物レンズか左右に移
動した場合、レンズに入射する光は非対称な強度分布を
持つことになる。そのため、焦点での収束スポット径は
大きくなり、かつ非対称となる。その様子を第７図に示
す。（ａ）は光束中心Ｙに対して対物レンズＯＬが左方
にずれた場合、（ｂ）は光束中心Ｙと対物レンズＯＬの
光軸が一致した場合、（Ｃ）は光束中心Ｙに対して対物
レンズＯＬの光軸が右方にずれた場合を模式的に示し、
その状態での各スポットパターンＳを示している。なあ
りはディスクの情報記録面である。このような非対称性
は特に書き込み可能な光ディスクシスデム（ＤＲＡＷ＞
において重大な欠陥′となる。また収束スポットが非対
称でればディスクからの反射、回折光も非対称となるた
め、非点収差法や臨界角法によって１ｑられるフォーカ
スエラー信号に大きなオフセットが生じることになる。
なくカラス型分イ１を持つため、対物レンズか左右に移
動した場合、レンズに入射する光は非対称な強度分布を
持つことになる。そのため、焦点での収束スポット径は
大きくなり、かつ非対称となる。その様子を第７図に示
す。（ａ）は光束中心Ｙに対して対物レンズＯＬが左方
にずれた場合、（ｂ）は光束中心Ｙと対物レンズＯＬの
光軸が一致した場合、（Ｃ）は光束中心Ｙに対して対物
レンズＯＬの光軸が右方にずれた場合を模式的に示し、
その状態での各スポットパターンＳを示している。なあ
りはディスクの情報記録面である。このような非対称性
は特に書き込み可能な光ディスクシスデム（ＤＲＡＷ＞
において重大な欠陥′となる。また収束スポットが非対
称でればディスクからの反射、回折光も非対称となるた
め、非点収差法や臨界角法によって１ｑられるフォーカ
スエラー信号に大きなオフセットが生じることになる。
以上述べた問題を解決するため、従来の光ピツクアップ
ではコリメートレンズの開口数（ＮＡ＞を小さくする方
法を採用している。これはガウス分布の中心部付近の光
のみを利用する方法である。
ではコリメートレンズの開口数（ＮＡ＞を小さくする方
法を採用している。これはガウス分布の中心部付近の光
のみを利用する方法である。
したがって確かに対物レンズの移動により生じる非対称
性は小さくなるが、反面、発光源からの光量をわずかし
か利用できないという欠点をもつ。
性は小さくなるが、反面、発光源からの光量をわずかし
か利用できないという欠点をもつ。
［発明の目的］
この発明はほぼ均一な強度分布をもつ平行光束を得るこ
とができるような光学装置を１ｑることである。
とができるような光学装置を１ｑることである。
［発明の概要］
すなわち、この発明は、中心部で光強度が大で周辺部で
光強度が小となる光強度分布をもつ発光源と、この発光
源から所定間隔を置いて設置され少なくとも一面に同心
円状の回折格子が形成されたグレーティングレンズを具
備する光学装置にあり、前記グレーティングレンズの中
心部における回折効率を周辺部よりも低下させた光学装
置にある。グレーティングレンズの焦点距離は同心円状
不等間隔回折格子のピッチによって決定される。
光強度が小となる光強度分布をもつ発光源と、この発光
源から所定間隔を置いて設置され少なくとも一面に同心
円状の回折格子が形成されたグレーティングレンズを具
備する光学装置にあり、前記グレーティングレンズの中
心部における回折効率を周辺部よりも低下させた光学装
置にある。グレーティングレンズの焦点距離は同心円状
不等間隔回折格子のピッチによって決定される。
一方、その回折効率は回折格子の溝の深さや形状によっ
て大ぎく変化する。したがって所定の焦点距離をもつよ
うなグレーティングレンズにおいて、各回折格子の溝の
深さや形状を入射光の強度分イ１に応じて変化させるこ
とによって、均一な強度分布をもつ平行光を得ることが
できる ［発明の実施例］ 第１図はこの発明を光ピツクアップに適用した実施例を
示すもので、半導体レーザダイオード発光源１１から発
射した光１２をコリメートレンズとなるグレーティング
レンズ１３で受けて、この光を平行光束にした後、ビー
ムスプリッタ１４を経て対物レンズ１５の位置に到達さ
せる。対物レンズ１５の有効面を平行光束径よりも小さ
くしてあり、トラッキング機構１６による対物レンズ１
５の移動範囲に余裕をもたせておる。対物レンズ１５に
より光束はディスク１７の情報記録面に焦点を結び、情
報を担うピット列を照射する。ピットからの反射光は同
じ対物レンズ１５を経て再び平行光束となりビームスプ
リッタ１４で反射し、検出光学系１９を通して光検出器
２０に入射し情報として読取られる。
て大ぎく変化する。したがって所定の焦点距離をもつよ
うなグレーティングレンズにおいて、各回折格子の溝の
深さや形状を入射光の強度分イ１に応じて変化させるこ
とによって、均一な強度分布をもつ平行光を得ることが
できる ［発明の実施例］ 第１図はこの発明を光ピツクアップに適用した実施例を
示すもので、半導体レーザダイオード発光源１１から発
射した光１２をコリメートレンズとなるグレーティング
レンズ１３で受けて、この光を平行光束にした後、ビー
ムスプリッタ１４を経て対物レンズ１５の位置に到達さ
せる。対物レンズ１５の有効面を平行光束径よりも小さ
くしてあり、トラッキング機構１６による対物レンズ１
５の移動範囲に余裕をもたせておる。対物レンズ１５に
より光束はディスク１７の情報記録面に焦点を結び、情
報を担うピット列を照射する。ピットからの反射光は同
じ対物レンズ１５を経て再び平行光束となりビームスプ
リッタ１４で反射し、検出光学系１９を通して光検出器
２０に入射し情報として読取られる。
グレーティングレンズ１３は、第２図に示すようにガラ
スでできており、そのレーザダイオード発光源１１側に
回折格子面２２を形成したもので、第３図のように、同
心円形状の断面矩形状回折格子を有している。第２図か
ら、発光源１１からの入射光波長をλとし、焦点距離を
ｆとすれば、ｍ番目の輪帯半径ｒｍは ｒｍ ２＝２ｒｒｒｔλ＋（ｍλ） ２・−・・−（１
）になる。
スでできており、そのレーザダイオード発光源１１側に
回折格子面２２を形成したもので、第３図のように、同
心円形状の断面矩形状回折格子を有している。第２図か
ら、発光源１１からの入射光波長をλとし、焦点距離を
ｆとすれば、ｍ番目の輪帯半径ｒｍは ｒｍ ２＝２ｒｒｒｔλ＋（ｍλ） ２・−・・−（１
）になる。
さて、この実施例における矩形状回折格子の場合、その
１次回折効率η２は、溝の深さをｄとすれば、 ７７２ ＝（４／ ｙ’ｒ２） −５ｉｎＤｒ−Δｎ
−ｄ／λ）・・・・・・（２） で与えられる。ただし、△ｎは空気と回折格子材質との
屈折率差である。上式から△ｎ−ｄ−λ／２のとぎ最大
の回折効率４０．５％が得られることがわかる。したが
って各輪帯の深さが同じであるようなグレーティングレ
ンズに焦点を中心とする球面波が入射した場合、均一な
強度弁イ５をもつ平面波が得られる。ところが、このよ
うなレンズにガウスビームのような不均一な強度弁イ１
をもつ発散光が入射したときには、通過後の光は平行光
束にはなるがその強度分布はいぜんとして不均一である
。この不均一性を是正するためにこの実施例では入射光
の強い部分の回折効率を低下させる。そのために（２）
式にしたがって、回折格子溝の深さを浅くしている。す
なわち、周辺部（２３）から中心部（２４）に徐々に深
さを浅くしていく。その結果、第４図（ａ）に示すよう
な発光源の中心部で光強度が大で周辺部にむかって徐々
に小となる光強度分布をもつガウス型光ビームを同図（
ｂ）のような均一強度をもつ光ビームに整形することが
できる。
１次回折効率η２は、溝の深さをｄとすれば、 ７７２ ＝（４／ ｙ’ｒ２） −５ｉｎＤｒ−Δｎ
−ｄ／λ）・・・・・・（２） で与えられる。ただし、△ｎは空気と回折格子材質との
屈折率差である。上式から△ｎ−ｄ−λ／２のとぎ最大
の回折効率４０．５％が得られることがわかる。したが
って各輪帯の深さが同じであるようなグレーティングレ
ンズに焦点を中心とする球面波が入射した場合、均一な
強度弁イ５をもつ平面波が得られる。ところが、このよ
うなレンズにガウスビームのような不均一な強度弁イ１
をもつ発散光が入射したときには、通過後の光は平行光
束にはなるがその強度分布はいぜんとして不均一である
。この不均一性を是正するためにこの実施例では入射光
の強い部分の回折効率を低下させる。そのために（２）
式にしたがって、回折格子溝の深さを浅くしている。す
なわち、周辺部（２３）から中心部（２４）に徐々に深
さを浅くしていく。その結果、第４図（ａ）に示すよう
な発光源の中心部で光強度が大で周辺部にむかって徐々
に小となる光強度分布をもつガウス型光ビームを同図（
ｂ）のような均一強度をもつ光ビームに整形することが
できる。
定量的に説明すれば次の通りである。いま通常の組合ｕ
力“ラスレンズや同一の深さをもつグレーティングレン
ズを通過した後の平行光の強度弁イ［がｆ（ｒ）＝Ａｅ
ｘｐ（−αｒ”） ・・・−＜３＞というガウス型で
あるとする。ここでｒは光軸からの距離である。また、
レンズの有効径をｒ ｍａＸとすれば、平行光束の中心
ではＡ、最外周ではＡｅｘｐ（−λｒ ｍａｘ” ）の
強度をもつ。したがってｍ番目の輪帯の溝め深さｄｍを π２ λ −ｅｘｐ （−αｒ ｍａｘ２） ・・・・
・・（４）を満足するように決定すれば、均一な強度分
布をもつ平行光束が１ｑられる。第５図に示される鋸歯
状回折格子に適用した例では先の実施例のように溝の深
さを変化させる構造ばかりでなく、グレーティングレン
ズ３０の回折格子３１の溝底を平坦とし、この平坦面３
２を中心部で広く、周辺部にむかって徐々に狭くまたは
無くして、レンズ中心部の回折効率を１００％以下に調
整し低下させたものである。
力“ラスレンズや同一の深さをもつグレーティングレン
ズを通過した後の平行光の強度弁イ［がｆ（ｒ）＝Ａｅ
ｘｐ（−αｒ”） ・・・−＜３＞というガウス型で
あるとする。ここでｒは光軸からの距離である。また、
レンズの有効径をｒ ｍａＸとすれば、平行光束の中心
ではＡ、最外周ではＡｅｘｐ（−λｒ ｍａｘ” ）の
強度をもつ。したがってｍ番目の輪帯の溝め深さｄｍを π２ λ −ｅｘｐ （−αｒ ｍａｘ２） ・・・・
・・（４）を満足するように決定すれば、均一な強度分
布をもつ平行光束が１ｑられる。第５図に示される鋸歯
状回折格子に適用した例では先の実施例のように溝の深
さを変化させる構造ばかりでなく、グレーティングレン
ズ３０の回折格子３１の溝底を平坦とし、この平坦面３
２を中心部で広く、周辺部にむかって徐々に狭くまたは
無くして、レンズ中心部の回折効率を１００％以下に調
整し低下させたものである。
第６図の鋸歯状回折格子の実施例では、グレーティング
レンズ３３の格子３４を断面三角型状にして、格子溝を
形成する斜面３５の角度をレンズ光軸に対して中心部で
緩かにして回折効率の低減化をはかつている。
レンズ３３の格子３４を断面三角型状にして、格子溝を
形成する斜面３５の角度をレンズ光軸に対して中心部で
緩かにして回折効率の低減化をはかつている。
このようにして光強度の均一化が可能である。
第１図はこの発明の一実施例を示す略図、第２図は第１
図の一部を取り出して示す略図、第３図は第１図のグレ
ーティングレンズの断面図、第４図は第１図の実施例を
説明する曲線図で（ａ）は発光源の光の強度分布、（ｂ
）はグレーティングレンズ通過後の光強度分布を示す図
、第５図はこの発明の他の実施例の一部断面図、第６図
はこの発明のざらに仙の実施例の一部断面図、第７図（
ａ）（ｂ）（Ｃ）は従来装置を説明する図である。 １１・・・・・・発光源、１２・・・・・・光、１３・
・・・・・グレーティングレンズ、２２・・・・・・回
折格子面１．２３・・・・・・周辺部、２４・・・・・
・中心部。 第１図 第２図 第３図 ■ 第５図 第６図 （ａ） （ｂン
（Ｃ）第７図
図の一部を取り出して示す略図、第３図は第１図のグレ
ーティングレンズの断面図、第４図は第１図の実施例を
説明する曲線図で（ａ）は発光源の光の強度分布、（ｂ
）はグレーティングレンズ通過後の光強度分布を示す図
、第５図はこの発明の他の実施例の一部断面図、第６図
はこの発明のざらに仙の実施例の一部断面図、第７図（
ａ）（ｂ）（Ｃ）は従来装置を説明する図である。 １１・・・・・・発光源、１２・・・・・・光、１３・
・・・・・グレーティングレンズ、２２・・・・・・回
折格子面１．２３・・・・・・周辺部、２４・・・・・
・中心部。 第１図 第２図 第３図 ■ 第５図 第６図 （ａ） （ｂン
（Ｃ）第７図
Claims (4)
- （１）中心部で光強度が大で周辺部で光強度が小となる
光強度分布をもつ発光源と、この発光源から所定間隔を
置いて設置され少なくとも一面に同心円状の回折格子が
形成されたグレーティングレンズを具備する光学装置に
おいて、前記グレーティングレンズの中心部における回
折効率を周辺部よりも低下させてなることを特徴とする
光学装置。 - （２）回折格子の溝の深さが中心部において浅いことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学装置。 - （３）回折格子が断面鋸歯状であり溝の底を平坦として
中心部で広い面積としたことを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の光学装置。 - （４）回折格子の格子が断面三角形状であり斜面の角度
が中心部で緩かであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60156952A JPS6218502A (ja) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60156952A JPS6218502A (ja) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | 光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6218502A true JPS6218502A (ja) | 1987-01-27 |
Family
ID=15638914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60156952A Pending JPS6218502A (ja) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | 光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6218502A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63223703A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Fujitsu Ltd | グレ−テイングレンズ光学系 |
| EP0632295A1 (en) * | 1993-07-02 | 1995-01-04 | Xerox Corporation | Phase apodization in a binary diffractive optical element |
| US5585968A (en) * | 1993-12-01 | 1996-12-17 | International Business Machines Corporation | Optical elements having regions of different indices of refraction and method of fabricating the same |
| JP2009522628A (ja) * | 2005-12-30 | 2009-06-11 | データロジック・スキャニング・グループ・エス・エール・エル | 光コードリーダ |
| US8054731B2 (en) | 2006-08-29 | 2011-11-08 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photodetector and optical pickup apparatus |
| US9864208B2 (en) | 2015-07-30 | 2018-01-09 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical elements with varying direction for depth modulation |
| US9910276B2 (en) | 2015-06-30 | 2018-03-06 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical elements with graded edges |
| US10038840B2 (en) | 2015-07-30 | 2018-07-31 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical element using crossed grating for pupil expansion |
| US10073278B2 (en) | 2015-08-27 | 2018-09-11 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical element using polarization rotation grating for in-coupling |
| US10234686B2 (en) | 2015-11-16 | 2019-03-19 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Rainbow removal in near-eye display using polarization-sensitive grating |
| US10241332B2 (en) | 2015-10-08 | 2019-03-26 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Reducing stray light transmission in near eye display using resonant grating filter |
| US10429645B2 (en) | 2015-10-07 | 2019-10-01 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical element with integrated in-coupling, exit pupil expansion, and out-coupling |
| US10670862B2 (en) | 2015-07-02 | 2020-06-02 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical elements with asymmetric profiles |
-
1985
- 1985-07-18 JP JP60156952A patent/JPS6218502A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63223703A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Fujitsu Ltd | グレ−テイングレンズ光学系 |
| EP0632295A1 (en) * | 1993-07-02 | 1995-01-04 | Xerox Corporation | Phase apodization in a binary diffractive optical element |
| US5585968A (en) * | 1993-12-01 | 1996-12-17 | International Business Machines Corporation | Optical elements having regions of different indices of refraction and method of fabricating the same |
| US5808806A (en) * | 1993-12-01 | 1998-09-15 | International Business Machines Corporation | Optical element having regions of different refractive indices for refraction of light transmitted therethrough and wherein the regions form a refractive lens and method of fabricating the same |
| JP2009522628A (ja) * | 2005-12-30 | 2009-06-11 | データロジック・スキャニング・グループ・エス・エール・エル | 光コードリーダ |
| US8054731B2 (en) | 2006-08-29 | 2011-11-08 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photodetector and optical pickup apparatus |
| US9910276B2 (en) | 2015-06-30 | 2018-03-06 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical elements with graded edges |
| US10670862B2 (en) | 2015-07-02 | 2020-06-02 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical elements with asymmetric profiles |
| US9864208B2 (en) | 2015-07-30 | 2018-01-09 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical elements with varying direction for depth modulation |
| US10038840B2 (en) | 2015-07-30 | 2018-07-31 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical element using crossed grating for pupil expansion |
| US10073278B2 (en) | 2015-08-27 | 2018-09-11 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical element using polarization rotation grating for in-coupling |
| US10429645B2 (en) | 2015-10-07 | 2019-10-01 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Diffractive optical element with integrated in-coupling, exit pupil expansion, and out-coupling |
| US10241332B2 (en) | 2015-10-08 | 2019-03-26 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Reducing stray light transmission in near eye display using resonant grating filter |
| US10234686B2 (en) | 2015-11-16 | 2019-03-19 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Rainbow removal in near-eye display using polarization-sensitive grating |
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