JPH01287520A - コリメート光学系 - Google Patents
コリメート光学系Info
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- JPH01287520A JPH01287520A JP11731988A JP11731988A JPH01287520A JP H01287520 A JPH01287520 A JP H01287520A JP 11731988 A JP11731988 A JP 11731988A JP 11731988 A JP11731988 A JP 11731988A JP H01287520 A JPH01287520 A JP H01287520A
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- Japan
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- semiconductor laser
- astigmatism
- light source
- optical system
- laser light
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 claims abstract description 35
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
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】
産業上の利用分野
本発明は、光ディスクやレーザビームプリンターなどで
使用されるコリメート光学系に関するものであり、とく
に半導体レーザ光源の波長シフトと同時に発生する非点
収差の変動を、抑制したコリメート光学系に関するもの
である。
使用されるコリメート光学系に関するものであり、とく
に半導体レーザ光源の波長シフトと同時に発生する非点
収差の変動を、抑制したコリメート光学系に関するもの
である。
従来の技術
半導体レーザは放射角が１０〜３０″と広がっているた
め、実際に使用する場合は、コリメートレンズにより平
行光にする場合が多い、従来のコリメート光学系の構成
図を第４図（ａ）、 （ｂ）に示す。
め、実際に使用する場合は、コリメートレンズにより平
行光にする場合が多い、従来のコリメート光学系の構成
図を第４図（ａ）、 （ｂ）に示す。
半導体レーザ１３から放射した光は、コリメートレンズ
１４により平行光になり、楕円補正プリズム１５．１６
を透過する。半導体レーザは、活性層に対して垂直な方
向の放射角が約３０°、水平な方向の放射角が約１０’
と、ファーフィールド面でみた時の光量分布が楕円状に
なっている。ここで放射角とは、中心での強度に対して
２分の１の強度に落ちるところのいわゆる半値全角を示
す。
１４により平行光になり、楕円補正プリズム１５．１６
を透過する。半導体レーザは、活性層に対して垂直な方
向の放射角が約３０°、水平な方向の放射角が約１０’
と、ファーフィールド面でみた時の光量分布が楕円状に
なっている。ここで放射角とは、中心での強度に対して
２分の１の強度に落ちるところのいわゆる半値全角を示
す。
コリメートレンズ１４を通した後では、平行光にはなっ
ているが、光量分布が、垂直方向と水平方向で異なるた
め、楕円補正プリズム１５．１６を用いると、水平な方
向の光線は、楕円補正プリズム１５．１６で、２回屈折
することにより、その光束の幅が、補正倍率Ｔだけ広が
る。一方垂直な方向の光線は、楕円補正プリズム１５．
１６に垂直に入射するため、屈折せず、したがって、光
束の幅も変化しない、（例えば、「光メモリー光磁気メ
モリー総合技術集成」岩村はかＰ−１０３（１９８３）
）このようにして、補正倍率γを適当に選ぶことにより
、光量分布を楕円状から円状に近づけた平行光が得られ
る。
ているが、光量分布が、垂直方向と水平方向で異なるた
め、楕円補正プリズム１５．１６を用いると、水平な方
向の光線は、楕円補正プリズム１５．１６で、２回屈折
することにより、その光束の幅が、補正倍率Ｔだけ広が
る。一方垂直な方向の光線は、楕円補正プリズム１５．
１６に垂直に入射するため、屈折せず、したがって、光
束の幅も変化しない、（例えば、「光メモリー光磁気メ
モリー総合技術集成」岩村はかＰ−１０３（１９８３）
）このようにして、補正倍率γを適当に選ぶことにより
、光量分布を楕円状から円状に近づけた平行光が得られ
る。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、上記のようなコリメート光学系には、以
下に示すような問題点を有していた。半導体レーザはほ
ぼ単一波長で発振している。しかし半導体レーザの発振
パワーを変化させると、発振の波長と、半導体レーザの
非点隔差が変化する。
下に示すような問題点を有していた。半導体レーザはほ
ぼ単一波長で発振している。しかし半導体レーザの発振
パワーを変化させると、発振の波長と、半導体レーザの
非点隔差が変化する。
例えば、書き込み可能な光ディスクのピックアップにお
いては、再生時のパワーは３ｍＷ程度であるのに対し、
書き込み時のパワーは４０〜６０＋＊Ｗにもなる。この
ようにパワーを上げると、波長は長い方向ヘシフトし、
非点隔差は短くなることが知られている。光デイスクシ
ステムにおいては、波長変化による焦点位置の変動は、
オートフォーカスサーボにより、問題とならない、しか
し半導体レーザの非点隔差が変化することにより、平行
光が非点収差をもつという問題点を有していた。
いては、再生時のパワーは３ｍＷ程度であるのに対し、
書き込み時のパワーは４０〜６０＋＊Ｗにもなる。この
ようにパワーを上げると、波長は長い方向ヘシフトし、
非点隔差は短くなることが知られている。光デイスクシ
ステムにおいては、波長変化による焦点位置の変動は、
オートフォーカスサーボにより、問題とならない、しか
し半導体レーザの非点隔差が変化することにより、平行
光が非点収差をもつという問題点を有していた。
本発明は上記問題点に鑑み、半導体レーザのパワーを変
化させた時に生じる波長の変動によって、コリメートレ
ンズの焦点位置を変化させ、非点隔差の変化を補正した
コリメート光学系を提供するものである。
化させた時に生じる波長の変動によって、コリメートレ
ンズの焦点位置を変化させ、非点隔差の変化を補正した
コリメート光学系を提供するものである。
課題を解決するための手段
上記課題を解決するために本発明のコリメート光学系は
、半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ光源から放射
される発散光を略平行光に変換するためのコリメートレ
ンズと、前記半導体レーザ光源のファーフィールド面に
おける楕円状の強度分布を円状に近づけるためのビーム
形状補正手段とを備えるコリメート光学系であって、前
記半導体レーザ光源の波長変動にともなう前記コリメー
トレンズの焦点変動をΔｒ、前記半導体レーザ光源の波
長変動にともなう、前記半導体レーザ光源の非点隔差の
減少量をΔδ、前記ビーム形状補正手段の補正倍率をγ
としたとき、 なる条件を満足するように構成されたものである。
、半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ光源から放射
される発散光を略平行光に変換するためのコリメートレ
ンズと、前記半導体レーザ光源のファーフィールド面に
おける楕円状の強度分布を円状に近づけるためのビーム
形状補正手段とを備えるコリメート光学系であって、前
記半導体レーザ光源の波長変動にともなう前記コリメー
トレンズの焦点変動をΔｒ、前記半導体レーザ光源の波
長変動にともなう、前記半導体レーザ光源の非点隔差の
減少量をΔδ、前記ビーム形状補正手段の補正倍率をγ
としたとき、 なる条件を満足するように構成されたものである。
作用
本発明は上記した構成によって、波長変動によるコリメ
ートレンズの焦点変動量と、同時に発生する非点隔差の
減少量と、楕円ビームを円ビームに近づけるための補正
倍率の関係を最適に選択することにより、非点収差を変
動させないものである。
ートレンズの焦点変動量と、同時に発生する非点隔差の
減少量と、楕円ビームを円ビームに近づけるための補正
倍率の関係を最適に選択することにより、非点収差を変
動させないものである。
第３図に半導体レーザとコリメートレンズと対物レンズ
を組合せた時の、非点収差補正の原理図を示す、第３図
（ａ）は、半導体レーザの活性層に対して垂直な方向（
以下垂直方向と略す）の断面の光路図を示し、ら）は、
同じく水平な方向（以下水平方向と略す）の断面の光路
図を示している。垂直方向においては、垂直方向の発光
点７から放射した光線は、コリメートレンズ４により、
略平行光にされ、対物レンズ６により垂直方向の焦点位
置１１に集光される。水平方向においては、水平方向の
発光点８より放射された光線は、水平方向の等価焦点距
Ｍｊｃ すなわちコリメートレンズの焦点距離に補正
倍率Ｔをかけた焦点距離におきかえられたコリメートレ
ンズ５により、同じく略平行光にされ、対物レンズ６に
より水平方向の焦点位置１２に集光される。ここで、 ｆｏ’対物レンズの焦点距離 ｆｃ’コリメートレンズの焦点距離 ｆｃＬ’コリメートレンズの垂直方向の等価焦点距離（
−７゜） ｆＣｈ’コリメートレンズの水平方向の等価焦点距離（
−Ｔｉｃ） γ ：楕円ビームの補正倍率 δ ：初期状態の半導体レーザの非点隔差δＬ ：コリ
メートレンズの焦点位置９からの垂直方向物点位置７の
ずれ δ７／：コリメートレンズの焦点位置９からの水平方向
物点位置８のずれ ε工 ：対物レンズの焦点位置１０からの垂直方向像点
位置１１のずれ ε〃 ；対物レンズの焦点位置１０からの水平方向物点
位置１２のずれ とする。水平方向のコリメートレンズ５の焦点距離Ｉ。
を組合せた時の、非点収差補正の原理図を示す、第３図
（ａ）は、半導体レーザの活性層に対して垂直な方向（
以下垂直方向と略す）の断面の光路図を示し、ら）は、
同じく水平な方向（以下水平方向と略す）の断面の光路
図を示している。垂直方向においては、垂直方向の発光
点７から放射した光線は、コリメートレンズ４により、
略平行光にされ、対物レンズ６により垂直方向の焦点位
置１１に集光される。水平方向においては、水平方向の
発光点８より放射された光線は、水平方向の等価焦点距
Ｍｊｃ すなわちコリメートレンズの焦点距離に補正
倍率Ｔをかけた焦点距離におきかえられたコリメートレ
ンズ５により、同じく略平行光にされ、対物レンズ６に
より水平方向の焦点位置１２に集光される。ここで、 ｆｏ’対物レンズの焦点距離 ｆｃ’コリメートレンズの焦点距離 ｆｃＬ’コリメートレンズの垂直方向の等価焦点距離（
−７゜） ｆＣｈ’コリメートレンズの水平方向の等価焦点距離（
−Ｔｉｃ） γ ：楕円ビームの補正倍率 δ ：初期状態の半導体レーザの非点隔差δＬ ：コリ
メートレンズの焦点位置９からの垂直方向物点位置７の
ずれ δ７／：コリメートレンズの焦点位置９からの水平方向
物点位置８のずれ ε工 ：対物レンズの焦点位置１０からの垂直方向像点
位置１１のずれ ε〃 ；対物レンズの焦点位置１０からの水平方向物点
位置１２のずれ とする。水平方向のコリメートレンズ５の焦点距離Ｉ。
、／ を実際のコリメートレンズの焦点距離ｆｃの補正
倍率１倍と考えることにより、楕円ビーム補正の光学系
をコリメートレンズだけで表現できる。ここで光学系の
縦倍率の関係から以下の式が成り立つ。
倍率１倍と考えることにより、楕円ビーム補正の光学系
をコリメートレンズだけで表現できる。ここで光学系の
縦倍率の関係から以下の式が成り立つ。
・・・・・・（１）
・・・・・・（２）
また半導体レーザの非点隔差δは次のように表わされる
。
。
δ −δ〃 −δ上
・・・・・・（３）初期の非点隔差の状態に
おいて、像点側で非点隔差のない状態にするためには、 εニーε〃 ・・−（４）が成り立
つ必要がある。（１）〜（４）式を用いて、次の結果が
得られる。
・・・・・・（３）初期の非点隔差の状態に
おいて、像点側で非点隔差のない状態にするためには、 εニーε〃 ・・−（４）が成り立
つ必要がある。（１）〜（４）式を用いて、次の結果が
得られる。
δ１ ■□δ ・・・・・・（５）ｒ ２−
１ δ〃冒□δ ・・・・・・（６）ここで楕円ビ
ームの補正倍率γを２とし、非点隔差を８μｍとすると
、δ上 は２，７μｍ、δり は１０．７μｍと実際の
光源の発光点と、コリメートレンズの焦点位置９の差は
わずかであり、コリメートレンズにより、はぼ平行光に
なっていることがわかる。このような位置にコリメート
レンズを配置することで、光源そのものに非点隔差があ
っても、像面上では、その非点隔差を打消すことができ
る。
１ δ〃冒□δ ・・・・・・（６）ここで楕円ビ
ームの補正倍率γを２とし、非点隔差を８μｍとすると
、δ上 は２，７μｍ、δり は１０．７μｍと実際の
光源の発光点と、コリメートレンズの焦点位置９の差は
わずかであり、コリメートレンズにより、はぼ平行光に
なっていることがわかる。このような位置にコリメート
レンズを配置することで、光源そのものに非点隔差があ
っても、像面上では、その非点隔差を打消すことができ
る。
ところで、半導体レーザのパワーが上昇すると、波長が
長くなると同時に、非点隔差δが小さくなることが知ら
れている。波長が変動しても、コリメートレンズの焦点
距離がまったく変化しなければ（５）、 （６）式を満
足しなくなるため、像点側で非点収差が発生してしまう
、そこで、常に（５）、 （６）式の関係を満たすため
には、半導体レーザのパワー変動による波長変動によっ
て引きおこされるコリメートレンズの焦点移動量をΔｆ
、非点隔差の変化量をΔδとする。非点隔差が変”ヒし
ても垂直方向の発光点７は変化せず、水平方向の発光点
８のみが移動する。したがって、（５）式より、を満足
するように、コリメートレンズの焦点移動量を選ぶと、
像点側には、非点収差が常に発生しない。
長くなると同時に、非点隔差δが小さくなることが知ら
れている。波長が変動しても、コリメートレンズの焦点
距離がまったく変化しなければ（５）、 （６）式を満
足しなくなるため、像点側で非点収差が発生してしまう
、そこで、常に（５）、 （６）式の関係を満たすため
には、半導体レーザのパワー変動による波長変動によっ
て引きおこされるコリメートレンズの焦点移動量をΔｆ
、非点隔差の変化量をΔδとする。非点隔差が変”ヒし
ても垂直方向の発光点７は変化せず、水平方向の発光点
８のみが移動する。したがって、（５）式より、を満足
するように、コリメートレンズの焦点移動量を選ぶと、
像点側には、非点収差が常に発生しない。
実施例
以下本発明の一実施例のコリメートレンズについて、図
面を参照しながら説明する。第１図は本発明の一実施例
におけるコリメートレンズの構成図である。コリメート
レンズ１に、光源２からの発散光が入射し、平行光３と
なる。これは光線追跡法により非球面形状を、 Ｘ ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球面頂点
の接平面からの距離 ｈ ：光軸からの高さ Ｃ：非球面頂点の曲率（−１／Ｒ） Ｋ１ ：第１面の円錐定数 Ａ２ム：第１面の第２１次の非球面係数、ただしｉは２
以上の整数で表わされる。
面を参照しながら説明する。第１図は本発明の一実施例
におけるコリメートレンズの構成図である。コリメート
レンズ１に、光源２からの発散光が入射し、平行光３と
なる。これは光線追跡法により非球面形状を、 Ｘ ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球面頂点
の接平面からの距離 ｈ ：光軸からの高さ Ｃ：非球面頂点の曲率（−１／Ｒ） Ｋ１ ：第１面の円錐定数 Ａ２ム：第１面の第２１次の非球面係数、ただしｉは２
以上の整数で表わされる。
とじ、さらに
ｆＬ：レンズの焦点距離
ｄＬ：レンズの厚み
ＲＪ ；第１面の曲率半径
ｎＬ：波長７９０ ｎｍにおけるレンズの屈折率
ＮＡ：レンズの開口数
ＷＤ：レンズと光源の間の空気間隔
シｄ：ｄ線におけるアツベ数
Δｆ二波長７９０ ｎｍと８００ｎｍにおける焦点位置
の変化量 を定義することにより求めることができる。
の変化量 を定義することにより求めることができる。
第２図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例の球面収差、正
弦条件、非点収差を示している。非点収差の図では、実
際はサジタル像面湾曲を、点線はメリディオナル像面湾
曲を示す、計算に用いたパラメータは次のとおりである
。
弦条件、非点収差を示している。非点収差の図では、実
際はサジタル像面湾曲を、点線はメリディオナル像面湾
曲を示す、計算に用いたパラメータは次のとおりである
。
ｊＬ−６，０
ＷＤ−４，６６
ｄＬ雪２．５
ＮＡ−０，３４
ｎＬ＝１．４３０９６
Ｒ，−３，３７６
Ｒ，−−８，５８４
に１−−．１０３９７９ｘｌＯ’
Ａ −，２３５８８３Ｘ１０”
Ａ、−−，６９１６０ＸｌＯ’
Ａ −−，３７６８９１Ｘ１０４
Ａ、−，５１１９６２Ｘ１０’？
Ｖ、寓９５．０
Δｊ−０，００１４
ここで、７９０ｎｍから８００ｎｍへ１００ｍだけ半導
体レーザの波長が変化した時に、非点隔差が４．２ｐｍ
小さくなったとすると、楕円ビームの補正倍率を２とす
るとにより、常に非点収差の発生しない、コリメートレ
ンズが実現できる。
体レーザの波長が変化した時に、非点隔差が４．２ｐｍ
小さくなったとすると、楕円ビームの補正倍率を２とす
るとにより、常に非点収差の発生しない、コリメートレ
ンズが実現できる。
このとき注目すべきことはアツベ数ν、力（通常のレン
ズに比べてかなり大きいことである。アツベ数とは ｎ、−ｎＣ ｎ、：ｄ線における屈折率 ｎＰ＋Ｆ線における屈折率 ｎ、：Ｃ線における屈折率 で定義され、これが大きいことは屈折率の波長に対する
依存性が小さい、すなわち色分散が小さいことを意味し
ている０本実施例ではシ、−９５．０としたが、 シロ〉８０ ・・・・・・（
９）であれば、非点収差を実用上問題無い程度に抑え込
むことができる。
ズに比べてかなり大きいことである。アツベ数とは ｎ、−ｎＣ ｎ、：ｄ線における屈折率 ｎＰ＋Ｆ線における屈折率 ｎ、：Ｃ線における屈折率 で定義され、これが大きいことは屈折率の波長に対する
依存性が小さい、すなわち色分散が小さいことを意味し
ている０本実施例ではシ、−９５．０としたが、 シロ〉８０ ・・・・・・（
９）であれば、非点収差を実用上問題無い程度に抑え込
むことができる。
発明の効果
以上のように、本発明のコリメートレンズの効果は次の
ようである。
ようである。
半導体レーザのパワーを変化させた時に生じる非点隔差
の変動を、常に補正できるため、非点収差のないコリメ
ート光が得られる。また本発明のコリメートレンズを少
なくとも一面が非球面の単レンズを成形して製作するこ
とにより、軽量かつ安価に大量に生産することができる
。
の変動を、常に補正できるため、非点収差のないコリメ
ート光が得られる。また本発明のコリメートレンズを少
なくとも一面が非球面の単レンズを成形して製作するこ
とにより、軽量かつ安価に大量に生産することができる
。
第１図は本発明の実施例におけるコリメートレンズの構
成図、第２図は本発明の実施例の収差図、第３図は非点
収差補正の原理図、第４図は従来のコリメート光学系の
構成図である。 １・・・・・・コリメートレンズ、２・・・・・・光源
。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第 ２ 図
成図、第２図は本発明の実施例の収差図、第３図は非点
収差補正の原理図、第４図は従来のコリメート光学系の
構成図である。 １・・・・・・コリメートレンズ、２・・・・・・光源
。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第 ２ 図
Claims (2)
- （１）半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ光源から
放射される発散光を略平行光に変換するためのコリメー
トレンズと、前記半導体レーザ光源のファーフィールド
面における楕円状の強度分布を円状に近づけるためのビ
ーム形状補正手段とを備えるコリメート光学系であって
、前記半導体レーザ光源の波長変動にともなう前記コリ
メートレンズの焦点変動をΔ∫、前記半導体レーザ光源
の波長変動にともなう、前記半導体レーザ光源の非点隔
差の減少量をΔδ、前記ビーム形状補正手段の補正倍率
をγとしたとき、Δ∫＝（１／γ＾２−１）Δδ なる条件を満足することを特徴とするコリメート光学系
。 - （２）コリメートレンズは少なくとも一面が非球面であ
る単レンズであって、前記単レンズの材質が、ｄ線にお
けるアッベ数をν＿ｄとしたとき、ν＿ｄ＞８０ であることを満足する請求項（１）記載のコリメート光
学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11731988A JP2563476B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | コリメート光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11731988A JP2563476B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | コリメート光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01287520A true JPH01287520A (ja) | 1989-11-20 |
| JP2563476B2 JP2563476B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=14708808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11731988A Expired - Fee Related JP2563476B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | コリメート光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2563476B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104536149A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-22 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 单透镜近远场基准装置 |
| JP2020024242A (ja) * | 2018-08-06 | 2020-02-13 | 株式会社島津製作所 | 光源モジュール |
-
1988
- 1988-05-13 JP JP11731988A patent/JP2563476B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104536149A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-22 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 单透镜近远场基准装置 |
| JP2020024242A (ja) * | 2018-08-06 | 2020-02-13 | 株式会社島津製作所 | 光源モジュール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2563476B2 (ja) | 1996-12-11 |
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