JPH04184725A - グレーティング光学装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はグレーティング光学装置に関し、特に光学式情
報処理装置等において、周囲の温度が変化した場合であ
っても、所定の状態の光束を容易に得ることができる集
光レンズ系やコリメーターレンズ系として用いる際に好
適なグレーティング光学装置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、例えば光デイス
ク装置用の光ピツ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
成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雑化し
組立調整が難しく、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フた。

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フだ光学
系が種々と提案されている。

これらの光学系には単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ドが用いられている。このレーザ
ダイオードは小型軽量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変化してくるという性質がある
。

一般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構成している
。

又、グレーティングレンズ系では特開昭６３−１５５４
３２号公報で提案されているように２つのグレーティン
グレンズの周波数分布を適切に設定することにより波長
変化による焦点距離を補正するようにした光学系が用い
られている。

又、特開昭６３−２２４３５２号公報では波長変化によ
る焦点距離の変動をグレーティングレンズの熱膨張を利
用して低減させたグレーティングレンズ系が提案されて
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、正と負の屈折力の２つのレンズの屈折力
を各々φ３．φ２、各レンズの材質のアツベ数を各々ν
１．ν２としたときφｌ／シ１＋φ２／シ２＝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つのレンズ間の主点間隔と
すると φ＝φ１＋φ２−ｅφ１φ２ 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、特開昭６３−１５５４３２号公報で提案されている
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
ズ自体の輪帯境界半径γｍが小さくなり、格子数が増え
る為、製造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５
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５１の光軸５３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ｓＯからの光束のグレーティングレンズ５２の
光軸５３より上方部５２ｂから射出した光束のうちグレ
ーティングレンズ５１の光軸より下方部５１ａに入射し
た光束はグレーティングレンズ５１より平行光となって
射出する。

これに対してグレーティングレンズ５１の光軸より上方
部５１ｂに入射した光束５１ｃはグレーティングレンズ
５１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。

又、特開昭６１−２２４１５２号公報で提案されている
温度変化による熱膨張を利用して焦点距離の変動を低減
させる方法は、グレーティングレンズの材質として例え
ばＰＭＭＡ等を用いれば焦点距離の変動は少なくなるが
、必ずしも十分ではない。具体的な数値例を示すと発振
基準波長λ＝７８０ｎｍ、レーザーダイオードの温度変
化に対する波長変動δλ／δＴ＝０．２ｎｍ／ｄｅｇ、
グレーティングレンズの焦点距離ｆ＝２．０ｍｍ、ＰＭ
ＭＡの線膨張係数α＝７．０ｘｌＯ−’としたとき温度
変化による波長変動に対する焦点距離は次式で与えられ
る。

１　、ａｆ＝２α−β　　　　・・・・・・（１）ｆ　
δＴ このとき温度上昇を＋４０ｄｅｇとすると焦点距離の変
化は−９，３μｍ程度となる。これはグレーティングレ
ンズのＦナンバーなＦ＝２としたとき約λ／４程度のど
ントズレによる波面収差な発生することになり、この為
良好なる光学的共役関係を保つことができない。

本発明は線膨張係数の具なる少なくとも２つの材質を利
用し、温度変化により光源手段から放射される光束の波
長が変動し、それに伴いグレーティングレンズの焦点距
離が変動しても集光、発散、平行光等所定の光束を射出
させることができ、例えば光学的共役関係を常に良好に
維持することができるグレーティング光学装置の提供を
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光学装置は、光源手段から放射
された光束を少なくとも一面にその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
ズを介して射出させるようにしたグレーティング光学装
置において、該光源手段の一要素とグレーティングレン
ズを各々興った線膨張係数の保持部材で保持することに
より温度変化による該光源手段から放射される光束の波
長変動に応じて、該光源手段と該グレーティングレンズ
との間の相対的距離を光学的共役関係を保つように変化
させたことを特徴としている。

特に本発明では、前記保持部材は温度上昇に対して前記
光源手段と前記グレーティングレンズとの間の距離が短
くなるように変化させていることを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の要部断面図である。

図中１０１は光源手段であり、温度変化により発振波長
が変化するレーザーダイオード等から成っている。光源
手段１０１は発光面３を支持すると共にヒートシンクを
兼ねる銅等から成る線膨張係数α１の支持部材（保持部
材）２と支持部材２を保持する保持部材１とを有してい
る。

１０２はグレーティングレンズでありＰＭＭＡ等の材質
より成フている。グレーティングレンズ１０２は平行平
面の基板４より成り、その光源手段１０１側の面には断
面形状が矩形状又は鋸歯状のグレーテイング面５が施さ
れている。本実施例では発光面３が基準温度に対してグ
レーティングレンズ１０２の焦点に位置するようにして
いる。

６は保持部材であり、線膨張係数α２の円筒形状より成
り、その内周壁にはグレーティングレンズ１０２が嵌合
されている。７はホルダーであり、その内壁側に設けた
ホルダー鏡筒固定端８を介してｍ筒を形成する保持部材
６を支持している。

本実施例では発光面３とグレーテイング面５との距離は
グレーティングレンズ１０２の焦点距離と基準温度で一
致するようにしている。これによりコリメーターレンズ
系を構成している。

次に本実施例における具体的な数値例を示す。

光源手段１０１から発振される光束の主波長λをλ＝７
８０ｎｍ、グレーティングレンズ１０２の焦点距離ｆを
ｆ＝２．０ｍｍ、想定される温度変化ΔｔをΔｔ＝２０
ｄｅｇのとき焦゛点距離ｆの変動値ΔｆはΔｆ＝−４．
６５μｍとなる。

本実施例ではこのときの変動値Δｆを補正する為、発光
面３とグレーテイング面５′との間の相対的距離を線膨
張係数の興なる少なくとも２つの材質より成る支持部材
又は保持部材を用いることにより変化させて補正してい
る。例えば温度上昇があったときは相対的距離を短くし
、温度下降があったときは相対的距離を長くしている。

これによりグレーティングレンズ５１０２の波長変化に
伴う焦点距離の変化を補正し、所定の状態の光束がグレ
ーティングレンズ１０２より射出するようにしている。

次にこのときの位置関係を第２図を用いて説明する。

同図において第１図で示した要素と同一要素には同符番
な付している。第２図においてｉ。はホルダー７の長さ
を表わし、保持部材１の支点に保持される。ＩＬＤは発
光面３の支持部材２からのヒートシンク長を表わす。Ｉ
ｌＢはホルダーフのホルダー鏡筒固定端８からグレーテ
ィングレンズ１０２のグレーテイング面５までの距離を
各々表わしている。

本実施例では温度変化、例えば温度上昇により図示の通
り各距離が変化するようにしている。即ち、本実施例で
は温度変化に伴う焦点距離ｆＧの変化量Δｆ６を Δｔｔｌ（−（ΔＩＩＬ、Ｄ＋Δｌ１ａ）＝Δｆ。

なる式を満足するように各要素の線膨張係数を設定する
ことにより補正している。例えばヒートシンク長ｊ２Ｌ
、＝３．９５ｍｍ、支持部材２の材質は銅で線膨張係数
αＬＤ＝１．７７Ｘ１０−５、グレーティングレンズ面
５からホルダー鏡筒固定端８までの距離ｆＢ＝６．３７
ｍｍ、保持部材６の材質はＰＭＭＡで線膨張係数α、＝
７Ｘ１０−５、ホルダー長ＩＬＨは Ｉｌ、、　＝＝４２．、＋Ｉｔ、　＋ｆ、　＝＝　１２
．３２ｍｍでホルダー７の材質はアルミニウムで線膨張
係数α□＝２．３Ｘ１０−５ 以上の如く各要素を設定した場合 Δｊ２Ｈ＝αＨＸＩＨ×Δｔ Δｊ！ＬＤ”αｔ、ｏｘ　４２　ｔａｘΔｔΔｊ２ａ＝
α、Ｘ、Ｃ，ＸΔｔ であるから Δｉｓ　　　（ΔｊａＬＤ＋ΔＪ！Ｂ）＝−４，６５μ
ｍとなる。これにより本実施例では２０ｄｅｇの温度上
昇したときの焦点距離の変動に一致させて、焦点距離の
変動を補正している。

第３図は本発明の第２実施例の要部概略図である。　　
− 第１実施例ではホルダー７及び保持部材６を各々光源手
段（レーザダイオード）１０１の保持部材１と別々に構
成したが、本実施例では枠体としての保持部材とホルダ
ーを同一材質のアルミニウムで一体化した筐体４１より
構成している。これにより通常レーザダイオード１０１
に設けられる防塵等の為の窓材をグレーティングレンズ
１０２で兼用可能とし、窓材を不要としている。

そしてグレーティングレンズ１０２は保持部材６で保持
し、筺体４１の内周に嵌入させている。

本実施例では筺体４１と保持部材６とを異なった線膨張
係数の材質より構成し、これにより第１実施例と同様の
効果を得ている。そして本実施例では第１実施例と同様
、ホルダー長は１２ｍｍ程度であり、光源手段１０１の
大きさを大型化することなく効率良く平行光束を射出す
ることができるグレーティング光学装置を構成している
。

尚、本実施例では保持部材６の材質がグレーティングレ
ンズ１０２と同材のＰＭＭＡである為、これらを一体化
して構成しても良い。

第４図は本発明の第３実施例の要部概略図である。本実
施例ではグレーティング光学装置から射出される光束が
集光光束となるようにしている。

即ち、グレーティングレンズ１０２を介して光源手段１
０１の発光面３から射出された発散光を像面１１に集光
（拡大結像）している。

このような系はグレーティングレンズ１０２への入射側
において、より明るい（Ｆナンバーの小さい）レンズ系
となり、残存焦点ボケに関してより厳しい精度が要求さ
れる場合に好適である。

本実施例においても温度変化に伴う光源手段１０１から
放射される光束の波長変動によるグレーティングレンズ
１０２の焦点距離の変動を第１実施例と同様にして補正
している。

尚、本実施例では発光面３とグレーティングレンズ面５
との距離は横倍率をｍとするとｆ（１＋ｍ）となり、前
述の式δｆ／δＴ＝ｆ　（２α−β）に対して（１＋ｍ
）倍だけ焦点距１１ｆの変動が拡大されるが、これはｌ
！筒長Ｊ１ｍ若しくは材質変更等による線膨張係数の変
化により充分対処することができる。

（発明の効果） 本発明によれば温度変化に伴い光源手段から放射される
光束の波長が変化し、この結果グレーティングレンズの
焦点距離が変化し、これによる放射光束の変化を光源手
段とグレーティングレンズを各々線膨張係数の異なる少
なくとも２種類の材質から成る支持部材又は保持部材よ
り保持することにより、グレーティングレンズ−特有の
波長変化に対し、例えば波長が長くなると焦点距離が短
くなるという変化を補正し、常に適切なる状態の光束を
放射することができるグレーティング光学装置を達成す
ることができる。

即ち、本発明によれば温度上昇に伴い光源手段の発光面
からグレーティングレンズ面との間の距離を延ばす方向
に作用する線膨張係数の小さい、例えばアルミニウム等
の金属で発光面を支持する支持部材を構成し、逆に該距
離を縮めるように作用する線膨張係数が大きい樹脂等で
グレーティングレンズを保持する保持部材を構成するこ
とにより、結果的に温度上昇に対して、ある一定比率て
該距離を縮める構成をとっていることを特徴としている
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２図は第
１図の一部分の概念図、第３．第４図は各々本発明の第
２．第３実施例の要部概略図、第５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、１０１は光源手段、１０２はグレーティングレン
ズ、１は保持部材、２は支持部材、３は発光面、４は基
板、５はグレーテイング面、６は保持部材、７はホルダ
ー、８はホルダー鏡筒固定端、９は第１グレーテイング
レンズ、１０は第２グレーテイングレンズである。 特許出願人　　キャノン株式会社 第１図 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源手段から放射された光束を少なくとも一面に
   その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を介して射出させるようにし
   たグレーティング光学装置において、該光源手段の一要
   素とグレーティングレンズを各々異った線膨張係数の保
   持部材で保持することにより温度変化による該光源手段
   から放射される光束の波長変動に応じて、該光源手段と
   該グレーティングレンズとの間の相対的距離を光学的共
   役関係を保つように変化させたことを特徴とするグレー
   ティング光学装置。
2. （２）前記保持部材は温度上昇に対して前記光源手段と
   前記グレーティングレンズとの間の距離が短くなるよう
   に変化させていることを特徴とする請求項１記載のグレ
   ーティング光学装置。