JPH02222918A - Beam shape converting device - Google Patents

Beam shape converting device

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JPH02222918A
JPH02222918A JP4386089A JP4386089A JPH02222918A JP H02222918 A JPH02222918 A JP H02222918A JP 4386089 A JP4386089 A JP 4386089A JP 4386089 A JP4386089 A JP 4386089A JP H02222918 A JPH02222918 A JP H02222918A
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JP
Japan
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lens
conical
light beam
light
concentric
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JP4386089A
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Japanese (ja)
Inventor
Chiaki Goto
後藤 千秋
Koji Kamiyama
神山 宏二
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the loss of the quantity of light which accompanies the cutoff of a light beam and to obtain a light beam which has a small beam diameter by splitting a light beam into two light beams which leave each other completely and converging the two light beams on a focus position by a focus lens. CONSTITUTION:The device consists of a couple of conic lenses 2 and 3 which are equal in refracting power and a condenser lens 4. When the laser beam 7 which is emitted by a semiconductor laser 5 and collimated by a collimator lens 6 is made incident on the device 1, this laser beam 7 is separated by the 1st conic lens 2 mutually into the two light beams, which leave each other after crossing each other temporarily. Then the beams are shaped cylindrically by the 2nd conic lens 3 and converged on the focus position P of the condenser lens 4 by the condenser lens 4. Consequently, the problem of light quantity loss, etc., is eliminated and a beam spot is reduced in size by a super-resolving phenomenon.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、微小な光ビームスポットを得るためのビーム
形状変換装置に関し、詳しくは超解像現象を利用して光
ビームの強度分布を変換するビーム形状変換装置に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a beam shape conversion device for obtaining a minute light beam spot, and more specifically, a beam shape conversion device that converts the intensity distribution of a light beam by utilizing a super-resolution phenomenon. This invention relates to a beam shape conversion device.

(従来の技術) 近年、高密度記録媒体として光ディスクが注目されてお
り、その記録容量をさらに高めるため種々の研究がなさ
れている。記録容量を高める方策としてまず考えられる
のは、記録用の光ビームスポット径を小さくしディスク
上のビットのサイズを小さくして、形成し得るビット数
を増加せしめることであり、このような光ビームのスポ
ット径を小さくする方法としては超解像現象を利用した
技術が知られている(第49回応物学術講演会予稿集4
a−ZD−6,7; 日本m気)。
(Prior Art) In recent years, optical discs have attracted attention as high-density recording media, and various studies have been conducted to further increase their recording capacity. The first possible way to increase recording capacity is to reduce the recording light beam spot diameter and reduce the bit size on the disk, increasing the number of bits that can be formed. A technique using super-resolution phenomenon is known as a method for reducing the spot diameter (Proceedings of the 49th Applied Physics Conference 4
a-ZD-6,7; Japan mki).

すなわちこの技術は記録用レーザビームの中央部分を帯
状に遮光して2本の平行光ビームを形成し、この2本の
平行光ビームを対物レンズを用いてディスク上に集光す
るようにしてこのディスク上に明暗相隔たる干渉パター
ンを形成するようにしたものである。この干渉パターン
は中央の明線(メインローブ)の光強度が最も大きく、
中央からはずれた明線(サイドローブ)の光強度程小さ
くなり、またこのメインローブの径はにλ/NA(NA
は開口数、λは波長、には定数)よりも小さくなる(超
解像)。そこでこのメインローブ部分を光記録用に使用
すれば、前述した光デイスク上での記録ビームのスポッ
ト径を小さくすることが可能となる。なお、この技術に
おいては、サイドローブの光強度を媒体の記録光量のし
きい値以下に抑えているのでサイドローブによってディ
スク上に情報記録がなされるおそれはない。また、上記
メインローブを用いてディスクからの信号再生を行なう
場合には、サイドローブが拾ってくる誤った信号を排除
する必要があるので、ディスクからの反射光を集光後、
この反射光をスリットに通してサイドローブ成分を切り
落してr=号検出するようにしている。
In other words, this technology blocks the central portion of a recording laser beam into a strip to form two parallel light beams, and uses an objective lens to focus the two parallel light beams onto the disk. This is to form an interference pattern with bright and dark areas separated on the disk. In this interference pattern, the central bright line (main lobe) has the highest light intensity,
The light intensity of the bright line (side lobe) farther away from the center becomes smaller, and the diameter of this main lobe is λ/NA (NA
is the numerical aperture, λ is the wavelength, and is a constant) (super resolution). Therefore, if this main lobe portion is used for optical recording, it becomes possible to reduce the spot diameter of the recording beam on the aforementioned optical disk. In addition, in this technique, since the light intensity of the side lobe is suppressed below the threshold of the recording light amount of the medium, there is no fear that information will be recorded on the disk by the side lobe. In addition, when reproducing signals from the disc using the main lobe, it is necessary to eliminate erroneous signals picked up by the side lobes, so after collecting the reflected light from the disc,
This reflected light is passed through a slit to cut off the side lobe components and the r= sign is detected.

(発明が解決しようとする課題) ところが上記刊行物掲載の従来技術においては、上述し
たように光ビーム中央部を遮光帯で遮光して光量の一部
をカットするような構成としているために記録に寄与す
るビーム光量が低下する。例えば上記メインローブの径
を当初のコリメートビーム径の80%とするためには、
遮光帯の幅を当初のビーム径の20%程度にしなければ
ならないとされており、したがってこの場合ビーム中央
部のがなりの部分がカットされるため、記録に寄与する
ビーム光量を確保するためにはより大出力のレーザ光源
が必要となる。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in the prior art described in the above-mentioned publication, as described above, the central part of the light beam is blocked by a light-shielding band to cut off a part of the light amount, which makes recording difficult. The amount of beam light contributing to this decreases. For example, in order to make the main lobe diameter 80% of the original collimated beam diameter,
It is said that the width of the light-shielding band must be approximately 20% of the original beam diameter, and in this case, the curved part at the center of the beam is cut, so in order to secure the beam light intensity that contributes to recording. requires a higher output laser light source.

本発明はこのような事情に鑑みなされたものでレーザ光
源からの光ビームを遮光することなく、超解像現象によ
りビームスポットの縮小化を達成し得るビーム形状変換
装置を提供することを目的とするものである。
The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a beam shape conversion device that can reduce the beam spot by super-resolution phenomenon without blocking the light beam from the laser light source. It is something to do.

(課題を解決するための手段) 本願発明のうち請求項1に係るビーム形状変換装置は、
第1の円錐レンズの回転対称軸に沿って入射された平行
光ビームをこの第1の円錐レンズにより円錐筒状に拡げ
るようになし、この第1の円錐レンズから射出された光
ビームをこの第1の円錐レンズと屈折力の絶対値が互い
に等しい第2の円錐レンズにより円筒状に射出されるよ
うになし、この第2の円錐レンズから射出された光ビー
ムを集束レンズを用いて所定位置に集束せしめるように
したことを特徴とするものである。
(Means for solving the problem) A beam shape conversion device according to claim 1 of the present invention includes:
A parallel light beam incident along the axis of rotational symmetry of the first conical lens is expanded into a conical tube shape by the first conical lens, and the light beam emitted from the first conical lens is The light beam is emitted in a cylindrical shape by a second conical lens whose absolute value is equal to that of the first conical lens, and the light beam emitted from this second conical lens is focused at a predetermined position using a converging lens. It is characterized by being focused.

また、本願発明のうち請求項2に係るビーム形状変換装
置は、頂角の絶対値が互いに等しい、共通の回転対称軸
を有する第1および第2の円錐面を倫えた光ビーム分離
部材により、この第1の円錐面に、この回転対称軸に沿
って入射された1本の平行光ビームを円筒状のビーム形
状を有する平行光ビームとして上記第2の円錐面から射
出するようになし、この光ビーム分離部材から射出され
た平行光ビームを集束レンズを用いて所定位置に集束せ
しめるようにしたことを特徴とするものである。
Further, the beam shape conversion device according to claim 2 of the present invention uses a light beam separation member having first and second conical surfaces having a common axis of rotational symmetry and having the same absolute value of apex angles. One parallel light beam incident on the first conical surface along the axis of rotational symmetry is made to exit from the second conical surface as a parallel light beam having a cylindrical beam shape, and this This device is characterized in that the parallel light beam emitted from the light beam separation member is focused at a predetermined position using a focusing lens.

さらに、本願発明のうち請求項3に係るビーム形状変換
装置は、第1の同心円等ピッチグレーティングレンズの
回転対称軸に沿って入射された平行光ビームをこの第1
の同心円等ピッチグレーティングレンズにより円錐筒状
に拡げるようになし、この第1の同心円等ピッチグレー
ティングレンズから射出された光ビームをこの第1の同
心円等ピッチグレーティングレンズと互いに等しい同心
円ピッチを有する第2の同心円等ピッチグレーティング
レンズにより同筒状に射出されるようになし、この第2
の同心円等ピッチグレーティングレンズから射出された
平行光ビームを集束レンズを用いて所定位置に集束せし
めるようにしたことを特徴とするものである。
Furthermore, the beam shape conversion device according to claim 3 of the present invention converts the parallel light beam incident along the rotational symmetry axis of the first concentric equal pitch grating lens into the first
The light beam emitted from the first concentric constant pitch grating lens is expanded into a conical cylinder shape by the concentric constant pitch grating lens, and the light beam emitted from the first concentric constant pitch grating lens is expanded into a concentric circular pitch having the same concentric pitch as that of the first concentric constant pitch grating lens. The concentric circular pitch grating lenses are arranged to emit the same cylindrical shape, and this second
The parallel light beam emitted from the concentric circle equipitch grating lens is focused at a predetermined position using a focusing lens.

また、上記「円錐筒状」とは内部が空洞化された円錐様
の形状を意味するものとする。
Moreover, the above-mentioned "conical cylindrical shape" shall mean a cone-like shape with a hollow interior.

(作  用) 上記構成によれば、入射された1本の平行光ビーム(コ
リメート光ビーム)は、まず円錐筒状に拡げられ、次に
円筒状となるように形成され、最後に集束レンズにより
そのレンズの焦点位置に集束される。すなわち、平行光
ビームは、上記第1の円錐レンズ、第°1の円錐面およ
び第1の同心円等ピッチグレーティングレンズの各々に
よって円錐筒状に拡げられ、この後上記第2の円錐レン
ズ、第2の円錐面および第2の同心円等ピッチグレーテ
ィングレンズの各々によって円筒状に形成される。これ
を、上記入射された平行光ビームの中心軸を含む平面で
断面をとって観察した場合、この断面内では、光ビーム
は互いに完全に離れるような2本の光ビームに分離され
、この後この2本の光ビームは互いに平行とされ、平行
とされたこれら2本の光ビームが焦点レンズの焦点位置
に集束されるようになっており、また、この集束される
2本の光ビームは干渉をおこす条件(同一の光源から略
同時に射出されたこと)を満たしているためこの集束点
にはこの断面内で干渉縞が形成されることとなる。この
ような干渉縞は、上記入射された平行光ビームの中心軸
を含むどのような平面で断面をとっても、同様な形状に
現われるので、結局立体的にみればこれら全ての断面上
に表われた干渉縞を重ね合わせたような強度分布、すな
わち同心円状に明暗相隔たる強度分布を有するビームス
ポットが形成されることとなる。
(Function) According to the above configuration, one incident parallel light beam (collimated light beam) is first expanded into a conical tube shape, then formed into a cylindrical shape, and finally by a focusing lens. It is focused at the focal point of the lens. That is, the parallel light beam is expanded into a conical cylinder shape by each of the first conical lens, the first conical surface, and the first concentric constant pitch grating lens, and then expanded by the second conical lens and the second conical surface. is formed into a cylindrical shape by each of the conical surface and the second concentric equipitch grating lens. When observing this by taking a cross section along a plane that includes the central axis of the incident parallel light beam, within this cross section, the light beam is separated into two light beams that completely separate from each other, and then These two light beams are made parallel to each other, and these two parallel light beams are focused at the focal position of the focusing lens, and these two light beams are Since the conditions for interference are satisfied (emitted from the same light source at approximately the same time), interference fringes are formed at this focal point within this cross section. Such interference fringes appear in the same shape no matter what plane is taken in cross-section including the central axis of the incident parallel light beam, so in the end, when viewed three-dimensionally, they appear on all these cross-sections. A beam spot is formed that has an intensity distribution that resembles superimposed interference fringes, that is, an intensity distribution that is concentrically separated in brightness and darkness.

上記構成においては、前述した従来技術のようにビーム
中央部を遮光して光ビームを分離するのではなく、前述
したような光ビームを分離する手段を用いて光ビームを
確実に分離しているので、光源から射出された光ビーム
の光量が全て集束レンズの焦点位置に集められ、これに
より光量損失等の問題を生じることなく、超解像現象に
よるビームスポットの縮小化を図ることが可能となる。
In the above configuration, the light beams are reliably separated using the above-mentioned means for separating the light beams, instead of separating the light beams by blocking the central part of the beams as in the prior art described above. Therefore, all of the light intensity of the light beam emitted from the light source is focused at the focal point of the focusing lens, making it possible to reduce the beam spot due to the super-resolution phenomenon without causing problems such as light intensity loss. Become.

(実 施 例) 以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例に係るビーム形状変換装置を
示すものであり、説明の便宜のため光学系の光軸を含む
平面で切断したときの断面を示すものである。この装置
1は屈折力の等しい1対の円錐レンズ2.3および集束
レンズ4からなっており、半導体レーザ5から射出され
コリメートレンズ6によりコリメートされたレーザビー
ム7が装置1に入射されると、このレーザビーム7はま
ず第1の円錐レンズ2によって円錐筒状のビーム形状に
拡げられ(第1図では互いに分離された2本の光ビーム
が一旦交叉した後継れていくように描かれている)、こ
の後第2の円錐レンズ3によって円筒状のビーム形状と
され(第1図では2本の光ビームが平行となるように描
かれている)、最後に集束レンズ4によって、この集束
レンズ4の焦点位置Pに集束される。このように第1の
円錐レンズ2の円錐面に入射したレーザビーム7は、そ
の円錐面の入射位置に対し、第1の円錐レンズ2の回転
対称軸を挾んで反対方向へ屈折される(第1図では、光
軸の上方において第1の円錐レンズ2に入射した部分は
光軸の下方に、一方光軸の下方に入射した部分は光軸の
上方に各々屈折される)。また、第2の円錐レンズ3の
配設位置において、このレーザビーム7は断面が完全に
円環をなすように形成され、この後第2の円錐レンズ3
の屈折力が第1の円錐レンズ2の屈折力に等しく設定さ
れているため第2の円錐レンズ3から射出される断面円
環状のレーザビーム7はその円環の径を変えることなく
集束レンズ4に入射する。
FIG. 1 shows a beam shape conversion device according to an embodiment of the present invention, and for convenience of explanation, shows a cross section taken along a plane including the optical axis of the optical system. This device 1 consists of a pair of conical lenses 2.3 and a focusing lens 4 with equal refractive power, and when a laser beam 7 emitted from a semiconductor laser 5 and collimated by a collimating lens 6 enters the device 1, This laser beam 7 is first expanded into a conical cylindrical beam shape by a first conical lens 2 (in Fig. 1, the two light beams separated from each other are drawn as if they once intersected and then continued. ), then the beam is shaped into a cylindrical beam by the second conical lens 3 (in Figure 1, the two light beams are drawn in parallel), and finally by the focusing lens 4, the beam is shaped into a cylindrical beam. It is focused on the focal point P of 4. The laser beam 7 incident on the conical surface of the first conical lens 2 is refracted in the opposite direction across the rotational symmetry axis of the first conical lens 2 with respect to the incident position on the conical surface. In Figure 1, the portion above the optical axis that is incident on the first conical lens 2 is refracted below the optical axis, while the portion that is incident below the optical axis is refracted above the optical axis.) Further, at the position where the second conical lens 3 is disposed, the laser beam 7 is formed so that its cross section forms a complete ring, and then the second conical lens 3
Since the refractive power of the first conical lens 2 is set equal to that of the first conical lens 2, the laser beam 7, which has an annular cross section and is emitted from the second conical lens 3, passes through the focusing lens 4 without changing the diameter of the annular ring. incident on .

すなわち、第1図上では光軸の上下に分離されたレーザ
ビーム7が平行な状態で集束レンズ4に入射する。これ
によりこのレーザビーム7はこの集束レンズ4の焦点上
に確実に集束されることとなる。この第1図中の各部分
におけるレーザビーム7の1次元的な光強度分布が第2
図(a) 、(b) 、(c)に示されている。すなわ
ち、第1の円錐レンズ2に入射する直前位置におけるレ
ーザビーム7の光強度分布が第2図(a)に、第2の円
錐レンズ3から射出された後のレーザビーム7の光強度
分布が第2図(b)に、レーザビーム7の集光位置Pに
おけるレーザビーム7の光強度分布が第2図(C)に示
されており、これらの図から一本の光ビームが分離され
、この後集束されてこの集光点において干渉現象が生じ
る様子が理解できる。
That is, in FIG. 1, the laser beams 7 separated above and below the optical axis enter the focusing lens 4 in a parallel state. This ensures that the laser beam 7 is focused on the focal point of the focusing lens 4. The one-dimensional light intensity distribution of the laser beam 7 in each part in FIG.
This is shown in Figures (a), (b), and (c). That is, the light intensity distribution of the laser beam 7 at the position immediately before entering the first conical lens 2 is shown in FIG. 2(a), and the light intensity distribution of the laser beam 7 after being emitted from the second conical lens 3 is shown in FIG. In FIG. 2(b), the light intensity distribution of the laser beam 7 at the condensing position P of the laser beam 7 is shown in FIG. 2(C), and from these figures, one light beam is separated, It can be seen how the light is then focused and an interference phenomenon occurs at this focal point.

前述したように、第1図に示す1対の円錐レンズ2,3
は入射されたレーザビーム7を円錐筒状に拡げ、さらに
円筒状に形成するために配されたものであるからレーザ
ビーム7に対し同様の作用をなす光学系であればその光
学系をこの1対の円錐レンズ2.3に代えて使用するこ
とが可能である。すなわち、第1図に示す1対の円錐レ
ンズ2゜3は両方とも凸面を有するものであって外側に
この凸面を向けるように形成されているが、これら1対
の円錐レンズ2,3は屈折力の絶対値が互いに等しけれ
ば一方が凸面を有するものであって、他方が凹面を有す
るものであってもよく、第3図(光軸を含む平面で切断
された断面図)に示すように第1の円錐レンズ2aは内
側に凹面を向けるように、また第2の円錐レンズ3aは
内側に凸面を向けるように形成することも可能である。
As mentioned above, the pair of conical lenses 2 and 3 shown in FIG.
is arranged to expand the incident laser beam 7 into a conical cylinder shape and further form it into a cylindrical shape, so if the optical system has the same effect on the laser beam 7, the optical system can be called this one. It is possible to use it instead of the pair of conical lenses 2.3. In other words, the pair of conical lenses 2 and 3 shown in FIG. If the absolute values of the forces are equal to each other, one may have a convex surface and the other may have a concave surface, as shown in Figure 3 (a cross-sectional view taken along a plane including the optical axis). The first conical lens 2a may be formed with a concave surface facing inward, and the second conical lens 3a may be formed with a convex surface facing inward.

また、第3図に示す光学系は、一方が凹面であり、他方
がこれと組み合わされる凸面であるので光学系を配設す
る上でスペースの節約になる。ただし、1対の円錐レン
ズ2a 、 3aを第3図に示すような構成とした場合
には、第1の円錐レンズ2aから射出されたレーザビー
ム7aは途中で交叉することなく拡がっていくのでレー
ザビーム7aのケラレが無いように第2の円錐レンズ3
aの位置および大きさを決定する際に注意を要する。
Further, in the optical system shown in FIG. 3, one side is a concave surface and the other side is a convex surface combined with this, which saves space in arranging the optical system. However, when the pair of conical lenses 2a and 3a are configured as shown in FIG. 3, the laser beam 7a emitted from the first conical lens 2a spreads out without intersecting on the way. The second conical lens 3 is used so that there is no vignetting of the beam 7a.
Care must be taken in determining the location and size of a.

また、第4図(a) 、 (b)はレーザビーム7b、
cに対し第1図に示す1対の円錐レンズ2.3と同等の
作用をなす光ビーム分離部材8.9を示す断面図である
。すなわち、第4図(a)に示す光ビーム分離部材8は
、頂角の値が互いに等しく共通の回転対称軸を有する、
2つの4凸円錐面8a、bを備えた光学部材であって第
1の円錐面8aにこの回転対称軸に沿って入射された平
行レーザビーム7bを円筒状のビーム形状として第2の
円錐面8bから射出せしめる(第4図(a)では2本の
光ビームが平行となる状態で射出されるように描かれて
いる)ものである。一方、第4図(b)に示す光ビーム
分離部材9は、頂角の絶対値が互いに等しく、共通の回
転対称軸を有する2つの円錐面9a、bを備えた光学部
材という点で上記光ビーム分離部材8と同様で。
In addition, FIGS. 4(a) and 4(b) show the laser beam 7b,
2 is a cross-sectional view showing a light beam separating member 8.9 which has the same effect as the pair of conical lenses 2.3 shown in FIG. 1 in relation to FIG. That is, the light beam separation member 8 shown in FIG. 4(a) has equal apex angle values and a common axis of rotational symmetry.
It is an optical member equipped with two four-convex conical surfaces 8a and b, and the parallel laser beam 7b incident on the first conical surface 8a along the axis of rotational symmetry is converted into a cylindrical beam shape and then transferred to the second conical surface. 8b (in FIG. 4(a), two light beams are drawn in parallel to each other). On the other hand, the light beam separating member 9 shown in FIG. Same as beam separation member 8.

あるが、光ビーム分離部材8が2つの円錐面8a、bが
両方共外側に凸であるのに対し、この光ビーム分離部材
9は第1の円錐面9aは内側に凸で、第2の円錐面9b
のみ外側に凸となるように形成されている。このような
構成の相違により光ビーム分離部材8の第1の円錐面に
入射されたレーザビーム7bはこの部材8中で一旦交叉
してから拡がっていくのに対し、光ビーム分離部材9で
はレーザビーム7cがこの部材9内で交叉することなく
拡がっていくことになる。このように一体型の光ビーム
分離部材8.9を用いた場合には、複数の光学部材から
なるものを用いた場合に比べ光学部材のアラインメント
における経時変化を考慮する必要がなく、設計、保守等
が容易である。
However, while the light beam separating member 8 has two conical surfaces 8a and 8b that are both convex outward, in this light beam separating member 9, the first conical surface 9a is convex inward, and the second conical surface 9a is convex inward. Conical surface 9b
It is formed so that it is convex only to the outside. Due to this difference in structure, the laser beam 7b incident on the first conical surface of the light beam separation member 8 crosses once in this member 8 and then spreads out, whereas the laser beam 7b in the light beam separation member 9 The beam 7c will spread out within this member 9 without intersecting. In this way, when an integrated light beam separation member 8.9 is used, there is no need to consider changes over time in the alignment of optical members compared to the case where one consisting of multiple optical members is used, and design and maintenance are easier. etc. is easy.

さらに、第5図(a) 、(b) 、(c)はレーザビ
ーム7d、e、f’に対し第1図に示す1対の円錐レン
ズ2.3と同等の作用をなす1対の同心円等ピッチグレ
ーティングレンズを示す断面図である。すなわち、これ
らのグレーティングレンズloa、b、lla、b、L
2a。
Furthermore, FIGS. 5(a), (b), and (c) show a pair of concentric circles that have the same effect as the pair of conical lenses 2.3 shown in FIG. 1 on the laser beams 7d, e, and f'. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an equal pitch grating lens. That is, these grating lenses loa, b, lla, b, L
2a.

bは同軸かつ等ピッチ(対応する輪帯の幅が等しい)に
構成された1対の同心円グレーティング素子(同心円状
に設けられた輪帯のうち一つおきに溝が形成されている
)で、第5図(a)のもの10a。
b is a pair of concentric grating elements (grooves are formed in every other ring of concentric rings) configured coaxially and at equal pitches (corresponding rings have the same width); The one 10a in FIG. 5(a).

bがブレーズを設けていない通常の同心円グレーティン
グレンズであるのに対し、第5図(b)、(e)のもの
11a、b、12a、bは強制的に所望の角度に光ビー
ムを射出せしめる同心円ブレーズグレーティングレンズ
である。なお、ブレーズとは回折格子の表面に対して溝
の表面が一定の傾きを有していることをいい、その断面
は鋸歯状となる。第5図(a)に示す通常の同心円グレ
ーティングレンズlOa、bを用いた場合にはレーザビ
ーム7dの±1次回折光のみが上記焦点位置P上で干渉
現象に寄与することとなるが、第5図(b) 、 (c
)に示すブレーズを設けたグレーティングレンズlIa
、b、12a、bを用いた場合にはレーザビーム7c、
 f’全全体上記焦点位置P上で干渉現象に寄与するこ
ととなる。なお、ブレーズ化の方向の設定によって、第
5図(b)に示すように入射されたレーザビーム7eを
第1のグレーティングレンズllaから射出後そのまま
拡げるようにして第2のグレーティングレンズllbに
入射せしめるようにすることもできるし、第5図(C)
に示すように入射されたレーザビーム7fを第1のグレ
ーティングレンズ12aから射出後、−旦交叉せしめた
後拡げるようにして第2のグレーティングレンズ12b
に入射せしめるようにすることもできる。また、これら
第5図(a) 、(b) 、 (c)に示す1対のグレ
ーティングレンズlOa、b、 lla、b、 12a
While b is a normal concentric grating lens without a blaze, the lenses 11a, b, 12a, and b shown in FIGS. 5(b) and (e) forcefully emit a light beam at a desired angle. It is a concentric blaze grating lens. Note that blaze means that the surface of the groove has a certain inclination with respect to the surface of the diffraction grating, and the cross section thereof has a sawtooth shape. When the normal concentric grating lenses lOa and b shown in FIG. Figures (b), (c
) Grating lens lIa provided with the blaze shown in
, b, 12a, b, the laser beam 7c,
The entire f' will contribute to the interference phenomenon on the focal position P. By setting the direction of blaze, the incident laser beam 7e is emitted from the first grating lens lla and then expanded as it is, so as to be incident on the second grating lens llb, as shown in FIG. 5(b). It is also possible to do as shown in Figure 5 (C).
As shown in the figure, after the incident laser beam 7f is emitted from the first grating lens 12a, the incident laser beam 7f is crossed once and then spread out to the second grating lens 12b.
It is also possible to make the light incident on . In addition, a pair of grating lenses lOa, b, lla, b, 12a shown in FIGS. 5(a), (b), and (c)
.

bの間の空間を、これらグレーティングレンズ10a、
b、lla、b、12a、bの構成材料と同一材料で埋
めるようにして、これら一対のグレーティングレンズ1
0a、b、lla、b、12a、bを一体化することも
可能である。また、これらグレーティングレンズ10a
、b、ILa、b、12a、bに形成されるグレーティ
ングは突出していてもよいし埋め込まれていてもよい。
These grating lenses 10a,
These pairs of grating lenses 1 are filled with the same material as that of b, lla, b, 12a, and b.
It is also possible to integrate 0a, b, lla, b, 12a, and b. In addition, these grating lenses 10a
, b, ILa, b, 12a, b may be protruding or embedded.

さらに格子溝を設けた面は第5図(a) 、(b) 、
(c)に示すように外側を向けるように配設してもよい
し、一方のみ内側、あるいは両方とも内側を向けるよう
に配設してもよい。
Furthermore, the surface with lattice grooves is shown in Fig. 5 (a), (b),
They may be arranged so as to face outward as shown in (c), or may be arranged so that only one or both of them face inward.

なお、第5図(b) 、 (c)に示す同心円ブレーズ
グレーティングレンズの代わりに、ブラッグ回折を利用
して強制的に所定方向に光ビームを射出する同心円ブラ
ッググレーティングレンズを用いてもレーザビーム7を
同様のビーム形状に形成することが可能である。
Note that instead of the concentric blazed grating lenses shown in FIGS. 5(b) and 5(c), a concentric Bragg grating lens that forcibly emits a light beam in a predetermined direction using Bragg diffraction may be used to prevent the laser beam 7. can be formed into a similar beam shape.

このように本実施例装置によれば、レーザビーム7を遮
光することなく、中央に光強度分布の低レベルな領域を
有するレーザビーム7を得ることができこれにより集束
レンズ4の焦点位置Pに干渉パターンを形成することが
可能となる。この干渉パターンを1次元的にみたときの
強度分布は第2図(C)示すような形状で、このパター
ンの中央部には最も光強度の大きいメインローブが、そ
の外側にはメインローブに比べて光強度の小さい複数の
サイドローブ(外側に向うにしたがって段々と小さくな
る)が形成される。このメインローブはビーム形状変換
装置1に入射された際のレーザビーム7(第3図(a)
に示す)に比べてビーム径がかなり小さいものとなって
おり、しかもその光強度の大きさは余り差異がない。し
たがってこのメインローブを光記録媒体の記録光として
用いれば記録ビームのスポットを2次元的に小さくする
ことができ、したがって記録ビットを小さくすることが
可能となるので光記録媒体の記録容量を高めることがで
きる。
In this way, according to the device of this embodiment, it is possible to obtain a laser beam 7 having a region with a low level of light intensity distribution in the center without blocking the laser beam 7. This allows the laser beam 7 to be focused at the focal position P of the focusing lens 4. It becomes possible to form an interference pattern. When this interference pattern is viewed one-dimensionally, the intensity distribution has a shape as shown in Figure 2 (C), with the main lobe having the highest light intensity in the center of this pattern, and the areas outside of it that are smaller than the main lobe. A plurality of side lobes (gradually smaller toward the outside) with lower light intensity are formed. This main lobe is the laser beam 7 when it is incident on the beam shape converter 1 (see Fig. 3(a)).
The beam diameter is considerably smaller than that shown in Figure 1), and there is not much difference in the light intensity. Therefore, if this main lobe is used as the recording light of an optical recording medium, the spot of the recording beam can be made two-dimensionally smaller, and therefore the recording bit can be made smaller, thereby increasing the recording capacity of the optical recording medium. Can be done.

次に、ビーム断面の強度プロファイルが第6図に示すよ
うな形状の光ビーム7gを集束レンズで集束せしめたと
きのスポット径(最大強度の1/e2の強度に対応する
分布の幅)が、この光ビームの外径と内径の比率に応じ
てどのように変化するかを光波の回折の式に基づいて求
め、その値を下表に示した。なお、DlおよびDlはこ
の光ビーム7gの外径および内径である。また、実際の
強度プロファイルは第6図に示す強度分布を中心軸を中
心として回転せしめたときの形状、すなわち円筒形状を
なす。
Next, the spot diameter (width of the distribution corresponding to the intensity of 1/e2 of the maximum intensity) when the light beam 7g whose beam cross section has the shape shown in FIG. 6 is focused by a focusing lens is as follows. How this changes depending on the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the light beam was calculated based on the equation of light wave diffraction, and the values are shown in the table below. Note that Dl and Dl are the outer diameter and inner diameter of this light beam 7g. Further, the actual intensity profile has a shape when the intensity distribution shown in FIG. 6 is rotated about the central axis, that is, a cylindrical shape.

上表からも明らかなように光ビーム中央の光強度の低レ
ベル領域を大きくする程メインローブのスポット径を小
さくすることが可能となる。
As is clear from the above table, the larger the region of low light intensity at the center of the light beam, the smaller the spot diameter of the main lobe.

(発明の効果) 以上に説明したように、本発明のビーム形状変換装置に
よれば、1対の円錐レンズ、または1対の円錐面を有す
る光ビーム分離部材、または1対の同心円等ピッチグレ
ーティングレンズを用いて平行光ビームを3次元的に分
離し、この分離した光ビームによって所定位置に干渉パ
ターンを生ぜしめて超解像現象が起きるようにしている
ので、従来技術のように光ビーム遮光に伴なう光量損失
等の問題を生じることなく、ビーム径の小さい光ビーム
を得ることが可能となる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the beam shape conversion device of the present invention, a pair of conical lenses, a light beam separating member having a pair of conical surfaces, or a pair of concentric circles with equal pitches are used. A lens is used to separate parallel light beams three-dimensionally, and the separated light beams create an interference pattern at a predetermined position to create a super-resolution phenomenon, making it possible to block light beams unlike conventional technology. It becomes possible to obtain a light beam with a small beam diameter without causing problems such as light quantity loss.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例のビーム形状変換装置を示す
断面図、第2図は第1図中の各位置でのレーザビームの
光強度分布を示すグラフ、第3図は第1図に示す1対の
円錐レンズの変更例であって、別の組合わせに係る1対
の円錐レンズを示す断面図、第4図(a) 、 (b)
は各々、第1図に示す1対の円錐レンズの変更例とL2
ての、1対の円錐面を有する光ビーム分離部材を示す断
面図、第5図(a) 、 (b) 、 (c)は各々、
第1図に示す1対の円錐レンズの変更例としての、1対
の同心円等ピッチグレーティングレンズを示す断面図、
第6図は光ビームのスポット径を算出するためのビーム
強度プロファイルモデルを示すグラフである。 1・・・ビーム形状変換装置 2.2a・・・第1の円錐レンズ 3.3a・・・第2の円錐レンズ 4・・・集束レンズ    5・・・半導体レーザ光源
6・・・コリメータレンズ 7.7a−1’・・・レーザビーム 7g・・・光ビーム 8.9・・・光ビーム分離部材 8a、9a・・・第1の円錐面 8L+、9b・・・第
2の円錐面10a、11a、12a =・第1の同心円
等ピッチグレーティングレンズ 10b、11b、12b・・・第2の同心円等ピッチグ
レーティングレンズ 平成02年05 月 日 平fRO1年 特 FFll1 2、 R明の名称 1043.860 号 ビーム形状変換si訝 補正をする者 事件との関係     特許出願人 任 所 神奈川県南足柄市中沼210番地名 称  (
520)冨士写真フィルム株式会社4、代理人 住 所 東京都港区六本木5−2−1 はうらいやピル7W4 6、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 7、補正の内容 l)明細書第18頁第15行〜第20行の表を次の様に
訂正する。 5、 4正命令の日付 自発補正
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a beam shape conversion device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing the light intensity distribution of the laser beam at each position in FIG. 1, and FIG. 3 is the same as that shown in FIG. FIGS. 4(a) and 4(b) are cross-sectional views showing another combination of the pair of conical lenses, which is a modified example of the pair of conical lenses shown in FIG.
are the modified example of the pair of conical lenses shown in FIG. 1 and L2, respectively.
FIGS. 5(a), 5(b), and 5(c) are cross-sectional views showing a light beam separating member having a pair of conical surfaces, respectively.
A sectional view showing a pair of concentric equal pitch grating lenses as a modification of the pair of conical lenses shown in FIG.
FIG. 6 is a graph showing a beam intensity profile model for calculating the spot diameter of the light beam. 1... Beam shape conversion device 2.2a... First conical lens 3.3a... Second conical lens 4... Focusing lens 5... Semiconductor laser light source 6... Collimator lens 7 .7a-1'... Laser beam 7g... Light beam 8.9... Light beam separating member 8a, 9a... First conical surface 8L+, 9b... Second conical surface 10a, 11a, 12a = First concentric circle equal pitch grating lens 10b, 11b, 12b... Second concentric circle equal pitch grating lens Relationship with the Beam Shape Conversion Si Correction Case Patent Applicant Address 210 Nakanuma, Minamiashigara City, Kanagawa Prefecture Name
520) Fuji Photo Film Co., Ltd. 4, Agent Address: 7W4 Hauraiya Pill, 5-2-1 Roppongi, Minato-ku, Tokyo 6, "Detailed Description of the Invention" column 7 of the specification to be amended, Contents of the amendment l) The table on page 18, lines 15 to 20 of the specification is corrected as follows. 5. Voluntary correction of the date of the 4th order

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)回転対称軸に沿って入射された平行光ビームを円
錐筒状に拡げて射出せしめる第1の円錐レンズと、 この第1の円錐レンズから射出された光ビームを円筒状
に射出せしめる、前記第1の円錐レンズと屈折力の絶対
値が互いに等しい第2の円錐レンズと、 この第2の円錐レンズから射出された光ビームを所定位
置に集束せしめる集束レンズとを備えてなることを特徴
とするビーム形状変換装置。
(1) A first conical lens that expands a parallel light beam incident along the axis of rotational symmetry into a conical shape and emits it; and a first conical lens that emits the light beam emitted from the first conical lens in a cylindrical shape. A second conical lens having the same absolute value of refractive power as the first conical lens, and a focusing lens that focuses the light beam emitted from the second conical lens at a predetermined position. Beam shape conversion device.
(2)頂角の絶対値が互いに等しい、共通の回転対称軸
を有する第1および第2の円錐面を備え、該第1の円錐
面に前記回転対称軸に沿って入射された1本の平行光ビ
ームを円筒状の光ビームとして前記第2の円錐面から射
出する光ビーム分離部材と、この光ビーム分離部材から
射出された光ビームを所定位置に集束せしめる集束レン
ズとからなることを特徴とするビーム形状変換装置。
(2) comprising first and second conical surfaces having the same absolute value of apex angles and having a common axis of rotational symmetry; one beam incident on the first conical surface along the axis of rotational symmetry; It is characterized by comprising a light beam separation member that converts a parallel light beam into a cylindrical light beam and outputs it from the second conical surface, and a focusing lens that focuses the light beam emitted from the light beam separation member at a predetermined position. Beam shape conversion device.
(3)回転対称軸に沿って入射された平行光ビームを円
錐筒状に拡げて射出せしめる第1の同心円等ピッチグレ
ーティングレンズと、 この第1の同心円等ピッチグレーティングレンズから射
出された光ビームを円筒状に射出せしめる、前記第1の
同心円等ピッチグレーティングレンズと互いに等しい同
心円ピッチを有する第2の同心円等ピッチグレーティン
グレンズと、 この第2の同心円等ピッチグレーティングレンズから射
出された光ビームを所定位置に集束せしめる集束レンズ
とからなることを特徴とするビーム形状変換装置。
(3) A first concentric equal-pitch grating lens that spreads a parallel light beam incident along the axis of rotational symmetry into a conical cylinder shape and emits the light beam; a second concentric constant pitch grating lens having a concentric pitch equal to that of the first concentric constant pitch grating lens, which is emitted in a cylindrical shape; and a light beam emitted from the second concentric constant pitch grating lens to a predetermined position. 1. A beam shape conversion device comprising: a focusing lens that focuses the beam on the beam;
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