JPH02222919A - Beam shape converting device - Google Patents
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- JPH02222919A JPH02222919A JP4386289A JP4386289A JPH02222919A JP H02222919 A JPH02222919 A JP H02222919A JP 4386289 A JP4386289 A JP 4386289A JP 4386289 A JP4386289 A JP 4386289A JP H02222919 A JPH02222919 A JP H02222919A
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Abstract
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縞集4
a−ZD−6,7;日本電気)。(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. As a method to reduce the spot diameter of
a-ZD-6,7; NEC).
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
落して信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 sidelobe components and the signal 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
部のか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 a considerable part of the beam center is cut, so in order to secure the beam light intensity that contributes to recording, it is necessary to A higher output laser light source is required.
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、
断面2等辺3角形の第1のプリズムの対称面に沿って入
射された平行光ビームをこの第1のプリズムにより互い
に離れるように進む2本の光ビームに分離し、この第1
のプリズムから射出された2本の光ビームをこの第1の
プリズムと屈折力の絶対値が互いに等しい断面2等辺3
角形の第2のプリズムにより互いに平行にして射出せし
め、この第2のプリズム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 symmetry plane of a first prism having an isosceles triangular cross section is separated by this first prism into two light beams that travel apart from each other.
The two light beams emitted from the first prism and the first prism have an isosceles cross section with the same absolute value of refractive power.
The light beams are emitted parallel to each other by a rectangular second prism, and the light beams emitted from the second prism are focused at a predetermined position using a focusing lens.
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、共通の対称面を有
する断面くの字状の入射面および反射面を備えた光ビー
ム分離部材により、この入射面に、この対称面に沿って
入射された1本の平行光ビームを互いに平行状態に分離
された2本の光ビームとして上記反射面から射出するよ
うになし、この光ビーム分離部祠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。Further, the beam shape converting device according to claim 2 of the present invention is a light beam separating member comprising an incidence surface and a reflection surface each having a dogleg-shaped cross section and having a common plane of symmetry and having the same absolute value of apex angles. Accordingly, one parallel light beam incident on this plane of incidence along this plane of symmetry is made to exit from the above-mentioned reflecting surface as two light beams separated into mutually parallel states, and this light beam separation It is characterized in that the light beam emitted from the shrine is focused on 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、格子表面に直角で格子線に平行な面に沿って入
射された平行光ビームを第1の等ピッチグレーティング
素子により互いに離れるように進む2本の光ビームに分
離し、この第1の等ピッチグレーティング素子から射出
された光ビームをこの第1の等ピッチグレーティング素
子と互いにピッチが等しい第2の等ピッチグレーティン
グ素子により互いに平行な2本の光ビームとして射出し
、この第2の等ピッチグレーティング素子から射出され
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。Furthermore, in the beam shape conversion device according to claim 3 of the present invention, parallel light beams incident along a plane perpendicular to the grating surface and parallel to the grating lines are separated from each other by the first equal pitch grating element. The light beam emitted from the first equal-pitch grating element is separated into two traveling light beams, and the light beam emitted from the first equal-pitch grating element is split into two parallel light beams by the first equal-pitch grating element and the second equal-pitch grating element having the same pitch. The present invention is characterized in that the light beam is emitted as a regular light beam, and the light beam emitted from the second equal-pitch grating element is focused at a predetermined position using a focusing lens.
(作 用)
上記構成によれば、まず入射された1本の平行光ビーム
(コリメート光ビーム)が互いに離れるように進む2本
の光ビームに分離され、次にこの2本の光ビームが互い
に平行となるように形成され、最後にこの平行にされた
2本の光ビームは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
のプリズム、上記入射面および上記第1の等ピッチグレ
ーティング素子の各々によって互いに離れるように進む
2本の光ビームに分離され、この後この2本の光ビーム
は上記第2のプリズム、上記射出面および上記第2の等
ピッチグレーティング素子の各々によって互いに平行に
形成される。また、この集束される2本の互いに平行な
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干
渉縞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 separated into two light beams that move away from each other, and then these two light beams are separated from each other. The two parallel light beams are finally focused by a focusing lens at the focal point of the lens. That is, the parallel light beam is
The prism, the entrance surface, and the first equal-pitch grating element separate the light beams into two light beams that travel away from each other, and then the two light beams pass through the second prism, the exit surface, and the first equal-pitch grating element. and the second equal pitch grating elements are formed in parallel to each other. In addition, since these two mutually parallel light beams that are focused meet the condition for interference (they are emitted from the same light source at approximately the same time), interference fringes are formed at this focusing point. .
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
示すものである。FIG. 1 shows a beam shape conversion device according to an embodiment of the present invention.
この装置1は屈折力の等しい1対のプリズム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のプリズム2によって互いに離れるように
進む2本のビームに分離され(この2本の光ビームは一
旦交叉した後継れていくように形成される)、この後こ
の2本のビームは第2のプリズム3によって互いに平行
状態とされ、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のプ
リズム2の断面くの字状の屈曲面に入射したレーザビー
ム7のうち、光軸の上方部分においてこのプリズム2に
入射した光束は光軸の下方に、一方光軸の下方部分に入
射した光束は光軸の上方に各々屈折される。また、第2
のプリズム3の配設位置において、この−レーザビーム
7は2本の光ビームに完全に分離され、また、第2のプ
リズム3の屈折力が第1のプリズム2の屈折力に等しく
設定されているため第2のプリズム3から射出される2
本の光ビーム7は平行な状態となって集束レンズ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。また、上
記2つのプリズム2,3は同一材料よりなり、しかも等
大もしくは互いに相似形状をなす断面2等辺3角形の三
角柱形状に形成されており、したがって両プリズム2.
3の屈折力は等しく第2図(a)に示すように平行光が
入射した場合第1のプリズム2での入射光の偏角はδで
あり、第2のプリズム3での入射光の偏角もδであるの
でプリズムベア2゜3からの出射光は平行となる。なお
、実際には第1図に描かれた2つのプリズム2.3は断
面5角形状をなすように形成されているが、第2図(b
)に示すようにこの5角形は3角形部分とその余の長方
形部分に分けられ、この長方形部分はあってもなくても
、プリズム2.3としてのレーザビーム7に対する作用
は変わらず、実質的には頂角α′、底角β′の2等辺3
角形の断面を有するものに等価と考えてさしつかえない
。なお、第2図(e)は上記第1および第2のプリズム
2,3の立体形状を示す斜視図である。この第1図中の
各部分におけるレーザビーム7の光強度分布が第3図(
a) 、 (b) 、 (c)に示されている。すなわ
ち、第1のプリズム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3図(a)に、第2のプリ
ズム3から射出された直後のレーザビーム7の光強度分
布が第3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3図(C)に示さ
れており、これらの図から、−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。This device 1 consists of a pair of prisms 2°3 with equal refractive power and a focusing lens 4, and when a laser beam 7 emitted from a semiconductor laser 5 and collimated by a collimating lens 6 is incident on the device 1, The laser beam 7 is first separated by the first prism 2 into two beams that move away from each other (these two light beams are formed so that they cross once and then continue), and then these two beams are separated. The beams are made parallel to each other by the second prism 3, and finally focused by the focusing lens 4 to the focal point P of this focusing lens 4. Among the laser beams 7 that have entered the bent surface of the first prism 2 having a dogleg shape in cross section, the light flux that has entered the prism 2 in the upper part of the optical axis is below the optical axis; The light beams incident on the lower part are each refracted above the optical axis. Also, the second
At the arrangement position of the prism 3, this -laser beam 7 is completely separated into two light beams, and the refractive power of the second prism 3 is set equal to the refractive power of the first prism 2. 2 is ejected from the second prism 3 because
The book light beam 7 enters 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. Further, the two prisms 2 and 3 are made of the same material, and are formed in the shape of a triangular prism having an isosceles triangle in cross section and having the same size or similar shapes to each other.
When parallel light is incident as shown in FIG. 2(a), the polarization angle of the incident light at the first prism 2 is δ, and the polarization angle of the incident light at the second prism 3 is Since the angle is also δ, the light emitted from the prism bear 2°3 becomes parallel. In fact, the two prisms 2.3 depicted in FIG. 1 are formed to have a pentagonal cross section, but in FIG.
), this pentagon is divided into a triangular part and the remaining rectangular part, and whether this rectangular part is present or not, the effect on the laser beam 7 as the prism 2.3 remains the same, and the effect is substantially the same. is an isosceles 3 with apex angle α' and base angle β'
It can be considered equivalent to something with a rectangular cross section. Note that FIG. 2(e) is a perspective view showing the three-dimensional shapes of the first and second prisms 2, 3. The light intensity distribution of the laser beam 7 in each part in FIG. 1 is shown in FIG. 3 (
Shown in a), (b) and (c). That is, the light intensity distribution of the laser beam 7 immediately before entering the first prism 2 is shown in FIG. The light intensity distribution of the laser beam 7 at the condensing position P of the laser beam 7 is shown in FIG. 3(C) in FIG. It can be seen that the interference phenomenon occurs at the post-focusing point.
前述したように、第1図に示す1対のプリズム2.3は
、入射されたレーザビーム7を、互いに離れるように進
む2本のビームに分離し、さらにこの2本の光ビームを
互いに平行と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対のプリズム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対のプリズム
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対のプ
リズムとして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4図に示すように第1のプリズム2
aは内側に凹面を向けるように、また第2のプリズム3
a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。2つのプリズム2a、3aを第4図に示すような組
合わせとすれば、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光軸方
向のスペースの節約になる。ただし、1対のプリズム2
a、3aを第4図に示すような構成とした場合には、第
1のプリズム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。As mentioned above, the pair of prisms 2.3 shown in FIG. Since the prisms 2 and 3 are arranged to provide the same effect, any optical system that has a similar effect on the laser beam 7 can be used in place of the pair of prisms 2.3. In other words, the pair of prisms 2.3 shown in Fig. 1 both have convex surfaces and are formed with the convex surfaces facing outward, but the absolute value of the refractive power for these pair of prisms is If they are equal to each other, one prism may have a convex surface and the other may have a concave surface, and as shown in FIG. 4, the first prism 2
a is the second prism 3 with its concave surface facing inward;
It is also possible to form a so that the convex surface faces inward. If the two prisms 2a and 3a are combined as shown in Figure 4, one has a concave surface and the other has a convex surface to be combined with it, so the space in the optical axis direction can be saved when arranging the optical system. It will save you money. However, one pair of prisms 2
When a and 3a are configured as shown in FIG. 4, the laser beam 7a emitted from the first prism 2a spreads without intersecting on the way.
なお、上記ビーム形状変換装置7、に入射される際のビ
ーム径A、と射出される際のビーム径A。Note that the beam diameter A when entering the beam shape converting device 7 and the beam diameter A when exiting the beam shape converting device 7.
の比Az/A1は両プリズム2.3の屈折力および両プ
リズム2.3間の距#i!2.によって定まり、さらに
このビーム径A2は集光レンズ4の有効径によって制限
される。したがって、レーザビーム7のケラレが無いよ
うに2つのプリズム2.3の距離、屈折力および集光レ
ンズ4の有効径を決定することが必要である。The ratio Az/A1 is the refractive power of both prisms 2.3 and the distance #i! between both prisms 2.3. 2. This beam diameter A2 is further limited by the effective diameter of the condenser lens 4. Therefore, it is necessary to determine the distance between the two prisms 2.3, the refractive power, and the effective diameter of the condenser lens 4 so that there is no vignetting of the laser beam 7.
また、第5図(a) 、 (c)はレーザビーム7b、
cに対し第1図に示す1対のプリズム2.3と同等の作
用をなす光ビーム分離部材8.9を示す断面図であり、
第5図(b) 、 (d)は各々これら分離部材89の
全体を示す斜視図である。すなわち、第5図(a) 、
(b)に示す光ビーム分離部材8は、頂角の値ψが互
いに等しく共通の対称面を有する、4凸の断面くの字面
からなる入射面と射出面8a、bを備えた光学部材であ
って、この入射面8aにこの対称面に沿って入射された
平行レーザビーム7bを互いに平行となる2本のビーム
に分離して射出面8bから射出せしめるものである。一
方、第5図(c) 、 (d)に示す光ビーム分離部材
9は、頂角の絶対値ゾ′が互いに等しく、共通の対称面
を有する入射面と射出面9a、bを備えた光学部材とい
う点で上記先ビーム分離部材8と同様であるが、光ビー
ム分離部材8の入射面および射出面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の入射
面9aは内側に凸で、射出面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の入射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
のような一体型の光ビーム分離部材8,9を用いた場合
には、複数の光学部材の組合わせ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、保守等が容品である。In addition, FIGS. 5(a) and 5(c) show the laser beam 7b,
2 is a cross-sectional view showing a light beam separating member 8.9 that has the same effect as the pair of prisms 2.3 shown in FIG.
FIGS. 5(b) and 5(d) are perspective views showing the entirety of these separating members 89, respectively. That is, FIG. 5(a),
The light beam separation member 8 shown in (b) is an optical member having an entrance surface and an exit surface 8a, b, each having a four-convex dogleg cross section and having a common plane of symmetry with equal apex angle values ψ. The parallel laser beam 7b incident on the incident surface 8a along the plane of symmetry is separated into two mutually parallel beams and emitted from the exit surface 8b. On the other hand, the light beam separation member 9 shown in FIGS. 5(c) and 5(d) is an optical beam splitting member 9 having an entrance surface and an exit surface 9a, b having the same absolute value of the apex angle and a common plane of symmetry. Although it is similar to the first beam separation member 8 in terms of the member, the entrance surface and the exit surface 8a, b of the light beam separation member 8 are both outwardly convex, whereas the entrance surface of this light beam separation member 9 is The surface 9a is convex inward, and only the exit surface 9b is convex outward. Due to this difference in configuration, the laser beam 7b incident on the incident surface of the light beam separation member 8
The laser beams 7c cross once in this member 8 and then spread out, whereas in the light beam separation member 9, the laser beam 7c spreads out without crossing in this member 9. When such integrated light beam separation members 8 and 9 are used, there is no need to consider changes over time in the alignment of optical members compared to when a combination of a plurality of optical members is used. Design, maintenance, etc. are the details.
さらに、第6図(a) = (b) 、(c)はレーザ
ビーム7d、c、fに対し第1図に示す1対のプリズム
2,3と同等の作用をなす1対の等ピッチグレーティン
グ素子を示す断面図である。すなわち、これらのグレー
ティング素子10a、b、11a、b、12a、bは互
いに対称面を共通、かつ等ピッチに構成された1対の回
折格子で、第6図(a)のものlOa、bがブレーズを
設けていない通常のグレーティング素子であるのに対し
、第6図(b) 、 (c)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ブ
レーズグレーティング素子である。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6図(a
)に示す通常のグレーティング素子10a、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6図
(b) 、(c)に示すブレーズを設けたグレーティン
グレンズ11a、b、12a。Furthermore, FIG. 6(a) = (b), (c) shows a pair of equal pitch gratings that have the same effect as the pair of prisms 2 and 3 shown in FIG. 1 on the laser beams 7d, c, and f. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the element. That is, these grating elements 10a, b, 11a, b, 12a, and b are a pair of diffraction gratings that have a common plane of symmetry and are arranged at equal pitches, and the gratings lOa and b in FIG. 6(a) are In contrast to the normal grating elements without blazes, those shown in FIGS. 6(b) and 6(c) 11a, b, 12a
, b are blaze grating elements that forcefully emit a light beam at a desired angle. 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. Figure 6 (a
), only the ±1st-order diffracted light of the laser beam 7d contributes to the interference phenomenon on the focal position P; however, as shown in FIG. 6(b), ( Grating lenses 11a, b, 12a provided with the blaze shown in c).
bを用いた場合にはレーザビーム7e、「全体が上記焦
点位置P上で干渉現象に寄与することとなる。If the laser beam 7e is used, the entire laser beam 7e will contribute to the interference phenomenon on the focal point P.
なお、ブレーズ化の方向の設定によって、第6図(b)
に示すように、入射されたレーザビーム7eを2本のビ
ームとして第1のグレーティング素子11aから射出後
そのビーム間隔を拡げるようにして第2のグレーティン
グ素子flbに入射せしめるようにすることもできるし
、第6図(e)に示すように、入射されたレーザビーム
7fを2本のビームとして第1のグレーティング素子1
2aから射出後−旦交叉せしめ、この後そのビーム間隔
を拡げるようにして第2のグレーティング素子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
6図(a) 、(b) 、(c)に示す1対のグレーテ
ィング素子10a、b、 lla、b、 12a、bの
間の空間を、これらグレーティング素子10a、b、H
a、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素子10a、b、
11a、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素子10a、b、lla
、b、12a、bの格子溝形成部分は素子表面から突出
していてもよいし埋め込まれていてもよい。さらに格子
溝を設けた面は第6図(a)。In addition, depending on the setting of the direction of blaze, the result shown in Fig. 6(b)
As shown in FIG. 3, the incident laser beam 7e may be made into two beams that are emitted from the first grating element 11a and then made incident on the second grating element flb by widening the beam interval. , as shown in FIG. 6(e), the incident laser beam 7f is converted into two beams and is connected to the first grating element 1.
It is also possible to make the beams intersect once after being emitted from 2a, and then to widen the beam interval and make them incident on the second grating element 12b. Furthermore, the space between the pair of grating elements 10a, b, lla, b, 12a, b shown in FIGS.
These pairs of grating elements 10a, b, 12a, b are filled with the same material as the constituent material of grating elements 10a, b,
It is also possible to integrate 11a, b, 12a, b. In addition, these grating elements 10a, b, lla
, b, 12a, and b may protrude from the element surface or may be embedded. Further, the surface with lattice grooves is shown in FIG. 6(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。They may be arranged so that they face outward as shown in (b) and (c), or they may be arranged so that only one or both of them face inward.
なお、第6図(b) 、 (c)に示すブレーズグレー
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ブラッググレーテ
ィングレンズを用いても同様にレーザビーム7を2本の
光ビームに分離することが可能である。Incidentally, instead of the blazed grating lenses shown in FIGS. 6(b) and 6(c), a Bragg grating lens that forcibly emits a light beam in a predetermined direction using Bragg diffraction may be used, and the laser beam 7 can be separated into two light beams.
なお、半導体レーザ光源5から射出されるレーザビーム
7の拡がり角が大きなθ工方向に上記ビーム形状変換装
置1を適用すると集束レンズ4の集魚位置Pにおけるビ
ームスポットの径を最小にすることができるので好まし
い。Note that if the beam shape conversion device 1 is applied in the θ direction where the laser beam 7 emitted from the semiconductor laser light source 5 has a large divergence angle, the diameter of the beam spot at the fish collection position P of the focusing lens 4 can be minimized. Therefore, it is preferable.
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。この干渉パターンの強度分布は第3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
スポット径を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. The intensity distribution of this interference pattern is shown in Figure 3 (C
), the pattern has a main lobe with the highest light intensity in the center, and on the outside there are multiple side lobes with lower light intensity than the main lobe (which gradually become smaller towards the outside). ) is formed. The beam diameter of this main lobe is considerably smaller than that of the laser beam 7 (shown in FIG. 3(a)) when it is incident on the beam shape conversion device 1, and its light intensity is There is not much difference. Therefore, if this main lobe is used as recording light for an optical recording medium, the spot diameter of the recording beam can be made smaller, and therefore the recording bits can be made smaller, so that the recording capacity of the optical recording medium can be increased.
次に、ビーム断面の強度プロファイルが第7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、D!およびD2はこ
の光ビーム7gの外径および内径である。Next, the spot diameter (width of the distribution corresponding to the intensity of 1/e2 of the maximum intensity) when the light beam 7g having the shape of the intensity profile of the beam cross section as shown in FIG. 7 is focused by the focusing lens is: 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. Furthermore, D! and D2 are the outer diameter and inner diameter of this light beam 7g.
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
ベル領域の幅の割合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 ratio of the width of the low-level light intensity region at the center of the light beam, the smaller the spot diameter of the main lobe becomes.
(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対のプリズム、または断面くの字面の入射面
および反射面を有する光ビーム分離部材、または1対の
等ピッチグレーティング素子を用いて1本の平行光ビー
ムを2本のビームに分離し、この分離した2本の光ビー
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 prisms, or a light beam separation member having an incident surface and a reflection surface having a dogleg cross section, or a pair of prisms, One parallel light beam is separated into two beams using equal-pitch grating elements, and these two separated light beams create an interference pattern at a predetermined position, causing a super-resolution phenomenon. , it becomes possible to obtain a light beam with a small beam diameter without causing problems such as loss of light amount due to light beam blocking as in the prior art.
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
側面図、第2図(a) 、 (b) 、(c)は第1図
に示すプリズムを詳しく説明するための断面図および斜
視図、第3図(a) 、(b) 、(c)は各々第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4図は第1図に示す1対のプリズムの変更例であっ
て、別の組合わせに係る1対のプリズムを示す側面図、
第5図(a) 、(c)および(b)、(d)は各々、
第1図に示す1対のプリズムの変更例としての光ビーム
分離部材を示す側面図、第6図(a)(b)、(c)は
各々、第1図に示す1対のプリズムの変更例としての1
対の等ピッチグレーティング素子を示す側面図、第7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のプリズム
3.3a・・・第2のプリズム
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−4・・・レーザビーム
7g・・・光ビーム
8.9・・・光ビーム分離部材
8a 、 9a・・・入射面 8b、 9b・・
・射出面10a、 lla、 12a・・・第1の等ピ
ッチグレーティング素子
fob、 llb、12b・・・第2の等ピッチグレー
ティング素子
第5r!jA
(d)FIG. 1 is a side view showing a beam shape converting device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a), (b), and (c) are cross-sectional views for explaining the prism shown in FIG. Perspective views, Figures 3 (a), (b), and (c) are graphs showing the light intensity distribution of the laser beam at each position in Figure 1, respectively, and Figure 4 is a graph showing a pair of laser beams shown in Figure 1. A side view showing a pair of prisms according to another combination, which is an example of a modification of the prisms;
Figures 5(a), (c) and (b), (d) are respectively
A side view showing a light beam separation member as an example of a modification of the pair of prisms shown in FIG. 1, and FIGS. 1 as an example
FIG. 7 is a side view showing a pair of equal pitch grating elements, and FIG. 7 is a graph showing a beam intensity profile model for calculating the spot diameter of a light beam. 1... Beam shape conversion device 2.2a... First prism 3.3a... Second prism 4... Focusing lens 5... Semiconductor laser light source 6... Collimator lens 7.7a -4...Laser beam 7g...Light beam 8.9...Light beam separation member 8a, 9a...Incidence surface 8b, 9b...
- Emission surfaces 10a, lla, 12a...first equal pitch grating elements fob, llb, 12b...second equal pitch grating elements 5r! jA (d)
Claims (3)
に離れるように進む2本の光ビームに分離して射出せし
める断面2等辺3角形の第1のプリズムと、 この第1のプリズムから射出された2本の光ビームを互
いに平行にして射出せしめる、前記第1のプリズムと屈
折力の絶対値が互いに等しい断面2等辺3角形の第2の
プリズムと、 この第2のプリズム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 prism with an isosceles triangular cross section that separates a parallel light beam incident along a plane of symmetry into two light beams that travel away from each other and emit them; and from this first prism. a second prism having an isosceles triangular cross-section and having absolute values of refractive power equal to those of the first prism, which make the two emitted light beams parallel to each other; What is claimed is: 1. A beam shape conversion device comprising: a focusing lens that focuses a light beam at a predetermined position.
する断面くの字状の入射面および射出面を備え、該入射
面に前記対称面に沿って入射された1本の平行光ビーム
を互いに平行に分離された2本の光ビームとして前記射
出面から射出せしめ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) A single parallel light beam that is provided with an entrance surface and an exit surface that have a dogleg-shaped cross section and that have the same absolute value of apex angles and have a common plane of symmetry, and that is incident on the entrance surface along the plane of symmetry. A light beam separating member for emitting a beam from the exit surface as two parallel light beams, and a focusing lens for focusing the light beam emitted from the light beam separating member at a predetermined position. Characteristic beam shape conversion device.
された平行光ビームを、互いに離れるように進む2本の
光ビームに分離して射出せしめる第1の等ピッチグレー
ティング素子と、 この第1の等ピッチグレーティング素子から射出された
2本の光ビームを互いに平行に射出せしめる、前記第1
の等ピッチグレーティング素子とピッチが互いに等しい
第2の等ピッチグレーティング素子と、 この第2の等ピッチグレーティング素子から射出された
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 equal-pitch grating element that separates a parallel light beam incident along a plane perpendicular to the grating surface and parallel to the grating lines into two light beams that travel apart from each other and emit them; The first equal-pitch grating element causes the two light beams emitted from the first equal-pitch grating element to be emitted in parallel to each other.
A beam characterized by comprising: a second equal-pitch grating element having the same pitch as the equal-pitch grating element; and a focusing lens that focuses the light beam emitted from the second equal-pitch grating element at a predetermined position. Shape conversion device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4386289A JPH02222919A (en) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | Beam shape converting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4386289A JPH02222919A (en) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | Beam shape converting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02222919A true JPH02222919A (en) | 1990-09-05 |
Family
ID=12675509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4386289A Pending JPH02222919A (en) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | Beam shape converting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02222919A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0770226B1 (en) * | 1994-07-12 | 1998-08-19 | Coherent, Inc. | Optical system for improving the symmetry of the beam emitted from a broad area laser diode |
JP2009186936A (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | Condensing optical system and optical processing device |
-
1989
- 1989-02-23 JP JP4386289A patent/JPH02222919A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0770226B1 (en) * | 1994-07-12 | 1998-08-19 | Coherent, Inc. | Optical system for improving the symmetry of the beam emitted from a broad area laser diode |
JP2009186936A (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | Condensing optical system and optical processing device |
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