JPH0356901A - グレーティングレンズ系 - Google Patents

グレーティングレンズ系

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JPH0356901A
JPH0356901A JP1193772A JP19377289A JPH0356901A JP H0356901 A JPH0356901 A JP H0356901A JP 1193772 A JP1193772 A JP 1193772A JP 19377289 A JP19377289 A JP 19377289A JP H0356901 A JPH0356901 A JP H0356901A
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JP
Japan
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lens
grating
wavelength
grating lens
shape
Prior art date
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Pending
Application number
JP1193772A
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English (en)
Inventor
Takehiko Nakai
武彦 中井
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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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】 (fi業上の利用分野) 本発明はグレーティングレンズ系に関し、特に光学式情
報処理装置等において使用される光源からの光束の波長
度動があった場合でも全系の!(点距離の変化を良好に
補正することができる集光レンズ系やコリメーターレン
ズ系として用いられるグレーティングレンズ系に関する
ものである. (従来の技術) 従来より光学式情報処理装置の光学系、例えば光ディス
ク装置用の光ビックアップ等では諸収差を極力少なくす
る為に球面単レンズを複数枚組合わせた複合レンズより
収る集光レンズ系やコリメーターレンズ系が用いられて
いる. しかしながら一般に複合レンズはレンズ構成が複堆化し
、又複数枚のレンズを用いる為、レンズ系全体の重量が
増大し、大型化する傾向があった. これに対してレンズ系の一部に非球面を用いたり、光波
の回折を利用して光束を“集光する所謂グレーティング
レンズを用いて装置全体の小型化及び簡素化を図った光
学系が種々と提案されている. これらの光学系には眼一の波長を発振する面光源として
通常はレーザダイオートが用いられている.このレーザ
ダイオードは小梨計litで使いやすいが例えば温度変
化があると発振波長が大きく度化してくるという性質が
ある. Uに前述した光学情報装置に用いられている光学系は入
射光に波長変化があると焦点距離が大きく変化してくる
.その為波長変動による焦点距離の変化と、それに伴う
諸収差の変動を補正する為、通常は正と負の屈折力の2
つのレンズを用いた所謂色消光学系より横成している. 又、グレーティングレンズ系では特開昭63=1 55
432号公報で提案されているように2つのグレーテイ
ンクレンズの周波数分布を適切に設定することにより波
長変化にょるゴ(点距離を補正するようにした光学系が
用いられている.(発明が解決しようとする問題点) 正と負の屈折力の2つのレンズを用いて色消し光学系を
構成するには、正と負の屈折カの2つのレンズの屈折力
を各々φ1、φ宜,各レンズの材質のアッペ数を各々ν
,、ν,としたときφ1/ν,十φ2/ν2−0 となるように各要素を設定する必要がある。又、このと
きの合成の屈折力φはeを2つのレンズ間の主;4j,
間隔とすると φ=φ1+φ宜−eφ1 φ糞 となる.この為色消し光学系を構成する場合には合成の
屈折力φよりも強い屈折力の正のレンズを必要とし、一
般には該正のレンズより諸収差が多く発生し、光学性能
を低下させる原因となってくる. 又、グレーティングレンズを組み合わせた光学系では第
1番目のグレーティングレンズからの光束を一度光軸と
交差させるように構成する必要があり、グレーティング
レンズ自体の幅帯境界半径ymが小さくなり、格子数が
増える為、yJ’Sが困難となる傾向があった.又、グ
レーティングレンズ系で例えばコリメーターレンズ系と
して第6図に示すような光学系を用いた場合、第1番目
のグレーティングレンズ6lの光軸63近傍の光束は波
長変動によりフレアー光になってくるという問題点があ
った. 即ち光fioからの光束のグレーティングレンズ62の
九軸63より上方部62bから射出した光束のうちグレ
ーティングレンズ6lの光軸より下方部61aに入射し
た光束はグレーティングレンズ61より平行光となって
躬出する.これに対してグレーティングレンズ61の光
軸より上方部6lbに入射した光束61cはグレーティ
ングレンズ6lで回折されて平行光とならずある角度で
射出する為にフレア光になってくるという問題点があっ
た. 本発明は所定形状の囃一レンズとグレーティングレンズ
とを適切に組み合わせることにより,各レンズの屈折力
を弱くし、諸収差の発生債を少なくすることができ、し
かも光源からの発振波長が変化しても、−全系の黒点距
離の変動を良好に補正し、安定した光学性能が容易に得
られるグレーティングレンズ系の提供を目的とする.(
問題点を解決するための手段) 本発明のグレーティングレンズ系は回転対称レンズ又は
回転非対称レンズより成る屯−レンズと断面形状が矩形
状又は鋸歯状のグレーティングより1茂るグレーティン
グレンズとを有したダレティングレンズ系において、該
グレーテインクレンズの輪帯境界半径γmを該囃レンズ
の波長変化に対するイ(点距離の変化を補正するような
形状より構成したことを特徴としている. (実施例) 第1図は本発明の第l実施例の光学系の要部概略図であ
る. 同図においてlはグレーティングレンズであり、塙板2
の光源O側の面には後述するように断面形状が矩形状又
はlii歯状より成るグレーティング3が形成されてい
る.4は回転対称の正の屈折力のレンズである.Oはレ
ーザー等の光源である. 本実弛例では光源Oから発振された波長λ。の光東5を
グレーティングレンズ1により緩やかに収束し、レンズ
4により平行光束として射出するようにしたコリメー夕
系を構成している.第2図は第l図のグレーティングレ
ンズ系の原理を示す概念図である. 今、波長λ。におけるレンズ4とグレーティングレンズ
1の51三点距離を各々f,.f+としレンズ4の後側
主点とグレーティングレンズ1との間隔をeとしたとき
、合成の焦点距fitfは1# :1/f,+I/f−
 −e/I’1.f’t−+・・++−tl)となる.
次に光tAOからの光束に波長変動が生じて波長がん(
え〉丸。)となった場合のレンズ4とグレーティングレ
ンズ1の黒点距離を各々f’.fz’とする。レンズ4
は材質の屈折率が長波長になる程小さくなる為fA点距
離f,゛は波長え0のときの黒点距離rIに比べて長く
なる.−ノJグレーティングレンズ1は波長え。のとき
焦点距離「2であるよう【こ光軸からの距離をγとした
とき該グレーティングレンズの位相関数φ(γ)が (但しmは整数でO≦φ(γ)≦21)で、暢帯境界半
径をγmとしたとき γ m =  2 m f , ・ λ。
となるように設定している。
このグレーティングレンズlに波長尤の光が人躬した場
合、温度変化等の膨張によるグレーティングレンズの形
状変化を考慮しないと、輪帯境界半径γmは変化しない
為位相関数の式(2)よりλ。f.=λri’− (3
)となる.従ってλ〉λ。の場合、グレーティングレン
ズ1の焦点距離はf t > f t“となり、波長が
長くなる程、イ1ミ点距離は短かくなる.このことはグ
レーテイングlの回折角が長波長ほど大きくなることが
らち容易に説明されよう. このように本実施例では、レンズ4は、波長が長くなる
につれて、黒点距離は長くなる.一方グレーティングレ
ンズlは・d長が長くなるにつれて逆に焦点距離は短か
くなる.そこで本実施例例では内者の波長のずれによる
焦点距離の変動をうまくバランスして相殺するように、
各レンズの要素を適切に設定し、これにより波長変動に
よる焦点距離の変化を良好に補正している. 次に、上記、光学系のレンズ形状の決め方の一実施例を
示す.まずレンズ4として、波長見。=780nmでf
1=15.655mm、材質の屈折率nがn=1.59
321のレンズを用いたとする. 光源からの光束の波長んがλ=800nmへ変動したと
き、該レンズの屈折率は硝材の種類により例えば屈折率
nがn =1.59253と小さくなる.それに伴いイ
(点距離f,゜はf.’=15.573mmと5約18
μmほど焦点距離が長くなル.従って、グレーティング
レンズlのプt点距離の変動f*−ft’がf. − 
f.’=o. O l 8(mm)となるように焦点距
離f,を決定すればよい.入。fs=λf1゜よりf.
は[,=07 0 2 (mm)となる. このときの合成の魚点距離fはe=lommとするとf
=1.72mmとなる. このようにある硝材かうなるレンズ4のイt点距離の変
動を補正するように、グレーティングレンズ1の黒点距
離は一意的に決定できる.また,グレーティングレンズ
1の黒点距離の変動を補正するようにレンズ4の屈折力
や硝材を決定するようにして6良い.尚、このようなこ
とは波長が短波長へ変動する場合ち、同様に適用するこ
とができる.また以上の説明は、光源Oからの光をコリ
メートする場合について述べたが、例えば第5図のよう
に光源Oからの光を、任意の位置O゛に集光するような
、集光レンズ系としても同様に通用することができる.
又、光ディスク等のビックアップレンズ系にも良好に適
用することができる. 尚、本実施例においてレンズ4は回転対称のレンズに限
らず、シリンドリカルレンズやトリックレンズ等の回転
非対称のレンズであっても同様に適用することができる
.又、レンズ4は正の屈折力に限らず負のレンズより構
成しても良い. 第3図は本発明の第2実施例の要部断面図である. 本実施例では正の屈折力のレンズ4を凸平レンズより構
成し、該レンズ4の・ト而側にグレーティング3を設け
て、双方を一体化して構成している. 本実施例によればレンズ4とグレーティングレンズとし
ての軸合わせが不要となり,組立調整が容易となり作業
性が向上する等の特長を有している. 第4図は本発明の第3実施例の要部概略図である. 本実施例では光源としてのレーザダイ才一ド8を収納し
ているケース7の防塵ガラス面4lの後面にグレーティ
ング1aを設けている.これによりグレーティングレン
ズ面に付着する塵を防止すると共に光源8からの光束を
レンズ4と共に平行光束として射出するコリメータレン
ズ系を構成している. (発明の効果) 本発明によれば前述の如く単一レンズとグレーティング
レンズの形状を設定することにより、光Kからの光束の
波長が変動した場合でち全系の{Q,l2人距離を銘一
定とし、焦点移動がなく安定し、かつ;Eの屈折力を右
するレンズ同志との組合わせより構成することができる
為、各レンズの屈折力を小さくすることができ、諸収差
の発生芥が少ない良好11る光学性能を有した光ビック
アップ等に好適な、簡易な構成のグレーティングレンズ
系を達成することができる. 4 レ■面のn!ttな説明 第l図は本発明の第1実施例の光学系の要部概略図、第
2図は第1図の光′?系の原理説明図,第3、第4閾は
本発明の第2、第3実施例のv1都図、第5図は本発明
に係る他の実施例の説明図、第6図は従来のグレーティ
ングレンズ系の説明図である. 図中1はグレーティングレンズ、2は茫板、3はグレー
ティング、4は単一レンズ、5.6は各々光束、7はケ
ース、0、8は光源、である. 玉 f2 G+a

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転対称レンズ又は回転非対称レンズより成る単
    一レンズと断面形状が矩形状又は鋸歯状のグレーティン
    グより成るグレーティングレンズとを有したグレーティ
    ングレンズ系において、該グレーティングレンズの輪帯
    境界半径γmを該単レンズの波長変化に対する焦点距離
    の変化を補正するような形状より構成したことを特徴と
    するグレーティングレンズ系。
  2. (2)前記グレーティングレンズを前記単レンズの一方
    のレンズ面に形成したことを特徴とする請求項1記載の
    グレーティングレンズ系。
JP1193772A 1989-07-26 1989-07-26 グレーティングレンズ系 Pending JPH0356901A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05157963A (ja) * 1991-06-06 1993-06-25 Hughes Aircraft Co 色収差を補正する屈折および回折光学素子を使用した光学系
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WO2002057827A1 (fr) * 2001-01-19 2002-07-25 Alcatel Dispositif laser a couplage compensateur passif
JP2016225448A (ja) * 2015-05-29 2016-12-28 セイコーエプソン株式会社 光源装置およびプロジェクター

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