JPH04232915A - Beam shaping element - Google Patents

Beam shaping element

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Publication number
JPH04232915A
JPH04232915A JP41776890A JP41776890A JPH04232915A JP H04232915 A JPH04232915 A JP H04232915A JP 41776890 A JP41776890 A JP 41776890A JP 41776890 A JP41776890 A JP 41776890A JP H04232915 A JPH04232915 A JP H04232915A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
shaping element
beam shaping
light
transmittance
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP41776890A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Furumiya
正章 古宮
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04232915A publication Critical patent/JPH04232915A/en
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Abstract

PURPOSE:To offer a beam shaping element which can be made in a small size at low cost and can be easily used without a complicated procedure for positioning. CONSTITUTION:A thin film 13 comprising a dielectric material or metal having dependency opn angle is provided. By making a beam to be shaped enter this thin film 13, the beam is shaped into a desired cross section.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、例えば半導体レーザ
からのビームを整形するのに用いるビーム整形素子に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam shaping element used for shaping a beam from a semiconductor laser, for example.

【0002】0002

【従来の技術】例えば、半導体レーザから出射されるビ
ームは、図9に示すように、半導体レーザ1の活性層2
と平行な方向(x方向)に短軸を持ち、活性層2の厚さ
方向(y方向)に長軸を持つ断面楕円状で、x方向に平
行な直線偏光となっている。また、xおよびy方向と直
交するビームの中心光線をz方向とすると、z−x断面
およびz−y断面における光量分布は、図10に示すよ
うになっている。このような断面楕円状のビームを断面
ほぼ円形状のビームに整形するビーム整形素子としては
、従来図11に示すようなものが提案されている。この
ビーム整形素子3は、半導体レーザ1からのビームを透
過させることにより、その断面形状をほぼ円形状のビー
ムに整形するようにしたもので、透明な平行平板4の表
面に図12に平面図を示すような薄膜5を設けて構成さ
れている。薄膜5は、入射角に対する透過率がx方向に
おいては図13に示すように一定で、y方向においては
中心部から周辺に向けて遮光することにより、図14に
示すように入射角が大きくなるに従って透過率が低下す
るように構成され、これによりフレネル回折による強度
分布および位相分布を抑制して透過光を図15に示すよ
うな光量分布を有する断面ほぼ円形状のビームに整形す
るようにしている。このような光透過率分布を持たせた
ビーム整形素子は、例えば特開平2−199423号公
報にも開示されている。また、従来の他のビーム整形素
子として、特開平2−220240号公報には、屈折率
の異なる2つの直角2等辺三角形プリズムを接合し、半
導体レーザからのビームをこれら2つのプリズムを通し
て屈折透過させることにより、断面ほぼ円形状のビーム
に整形するようにしたものが提案されている。
2. Description of the Related Art For example, as shown in FIG.
The light has an elliptical cross-section with a short axis in the direction parallel to (x direction) and a long axis in the thickness direction (y direction) of the active layer 2, and is linearly polarized light parallel to the x direction. Further, assuming that the center ray of the beam orthogonal to the x and y directions is in the z direction, the light amount distribution in the z-x section and the z-y section is as shown in FIG. As a beam shaping element for shaping such a beam having an elliptical cross section into a beam having a substantially circular cross section, a beam shaping element as shown in FIG. 11 has been proposed. This beam shaping element 3 is designed to shape the beam from the semiconductor laser 1 into a substantially circular cross-sectional shape by transmitting the beam. It is constructed by providing a thin film 5 as shown in FIG. The thin film 5 has a constant transmittance with respect to the incident angle in the x direction as shown in FIG. 13, and in the y direction, the incident angle increases as shown in FIG. 14 by blocking light from the center to the periphery. The structure is configured such that the transmittance decreases accordingly, thereby suppressing the intensity distribution and phase distribution due to Fresnel diffraction, and shaping the transmitted light into a beam with a substantially circular cross section and a light intensity distribution as shown in FIG. There is. A beam shaping element having such a light transmittance distribution is also disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-199423. In addition, as another conventional beam shaping element, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-220240 discloses that two right-angled isosceles triangular prisms having different refractive indexes are joined, and a beam from a semiconductor laser is refracted and transmitted through these two prisms. Accordingly, a beam has been proposed in which the beam is shaped into a substantially circular cross section.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図11
に示したビーム整形素子3にあっては、薄膜5に光透過
率分布を持たせるための膜厚制御が難しく、また一般に
平行平板4の薄膜5を設ける面とは反対側の面に真空蒸
着等によって一様に反射防止膜を設けるが、薄膜5を設
けるにあたっては光透過率分布を持たせるためにマスク
等を用いることから、これら反射防止膜と薄膜5とを全
く別工程で作成しなければならないため、コスト高にな
るという問題がある。また、y方向の透過率を中心部か
ら周辺に向けて低下させるようにしているため、実際の
使用にあたっては半導体レーザ1に対する位置合わせが
必要となり、組立、調整が面倒になるという問題がある
。さらに、特開平2−220240号公報に開示された
ビーム整形素子にあっては、屈折率の異なる2つの直角
2等辺三角形プリズムを接合して構成するため、大形か
つコスト高になるという問題がある。この発明は、この
ような従来の問題点に着目してなされたもので、小形か
つ安価にできると共に、面倒な位置合わせを要すること
なく容易に使用できるよう適切に構成したビーム整形素
子を提供することを目的とする。
[Problem to be solved by the invention] However, FIG.
In the beam shaping element 3 shown in , it is difficult to control the film thickness in order to give the thin film 5 a light transmittance distribution, and in general, vacuum evaporation is performed on the surface of the parallel plate 4 opposite to the surface on which the thin film 5 is provided. However, since a mask or the like is used to provide a light transmittance distribution when forming the thin film 5, these anti-reflection films and the thin film 5 must be created in completely different processes. Therefore, there is a problem in that the cost is high. In addition, since the transmittance in the y direction is decreased from the center toward the periphery, alignment with the semiconductor laser 1 is required in actual use, making assembly and adjustment troublesome. Furthermore, the beam shaping element disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-220240 is constructed by joining two right-angled isosceles triangular prisms with different refractive indexes, so there is a problem that it is large and expensive. be. The present invention has been made in view of these conventional problems, and provides a beam shaping element that can be made small and inexpensive, and is suitably configured so that it can be easily used without requiring troublesome alignment. The purpose is to

【0004】0004

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明では、角度依存性を有する誘電体または金属
より成る薄膜を設け、この薄膜によりビームを所定の断
面形状に整形するよう構成する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, in the present invention, a thin film made of a dielectric or metal having angular dependence is provided, and the beam is shaped into a predetermined cross-sectional shape by this thin film. .

【0005】[0005]

【作用】すなわち、この発明では、誘電体または金属薄
膜に反射率または透過率に対して角度依存性を持たせ、
この薄膜に整形すべきビームを入射させて反射または透
過させることにより、入射ビームを所定の断面形状に整
形する。
[Operation] That is, in this invention, the dielectric or metal thin film is made to have angular dependence on reflectance or transmittance,
By making the beam to be shaped incident on this thin film and causing it to be reflected or transmitted, the incident beam is shaped into a predetermined cross-sectional shape.

【0006】[0006]

【実施例】図1はこの発明の第1実施例を示すものであ
る。この実施例は、半導体レーザ1からのビームをビー
ム整形素子11を透過させることにより整形するように
したもので、ビーム整形素子11は透明な平行平板12
の一方の表面に透過率が角度依存性を持つ誘電体薄膜1
3をコーティングして構成する。誘電体薄膜13は、平
行平板12がBK7よりなる場合には、例えば図2に拡
大断面図を示すように高屈折率のTi O2 と低屈折
率のMgF2とを交互に積層して構成して、P偏光透過
率(Tp)およびS偏光透過率(Ts)に対して、例え
ば図3および図4に示すように入射角が大きくなるに従
って透過率が小さくなる角度依存性を持たせる。なお、
この実施例ではTsの角度依存性をTpのそれよりも急
峻にしている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a beam from a semiconductor laser 1 is shaped by passing through a beam shaping element 11, and the beam shaping element 11 is a transparent parallel plate 12.
dielectric thin film 1 whose transmittance is angularly dependent on one surface of
3 to form a coating. When the parallel plate 12 is made of BK7, the dielectric thin film 13 is constructed by alternately laminating TiO2 with a high refractive index and MgF2 with a low refractive index, as shown in an enlarged cross-sectional view in FIG. 2, for example. , P-polarized light transmittance (Tp), and S-polarized light transmittance (Ts) are made to have angular dependence such that the transmittance decreases as the incident angle increases, as shown in FIGS. 3 and 4, for example. In addition,
In this embodiment, the angle dependence of Ts is made steeper than that of Tp.

【0007】図1において、半導体レーザ1をその放射
ビームの偏光方向(x方向)が紙面内で、中心光線がビ
ーム整形素子11に垂直入射するように配置し、入射光
と入射面の法線とを含む面内方向をP偏光方向、それと
垂直な方向をS偏光方向とすると、紙面内の光線はビー
ム整形素子11にP偏光として入射し、紙面と垂直な方
向の光線はS偏光として入射することになる。ここで、
ビーム整形素子11の誘電体薄膜13は、図3および図
4に示したように、P偏光およびS偏光が共に入射角に
よって透過率が異なり、入射角が大きくなるに従って透
過率が小さくなる角度依存性を有するので、半導体レー
ザ1から放射された図10に示す楕円状の光量分布を持
つビームは、ビーム整形素子11を透過することによっ
て図15に示すようなほぼ円形状の光量分布を持つビー
ムに整形される。
In FIG. 1, a semiconductor laser 1 is arranged so that the polarization direction (x direction) of its emitted beam is within the plane of the paper and the center ray is perpendicularly incident on the beam shaping element 11, and the normal line between the incident light and the incident surface is If the in-plane direction including the P polarization direction is the P polarization direction, and the direction perpendicular thereto is the S polarization direction, then the light rays within the plane of the paper enter the beam shaping element 11 as P polarization, and the light rays in the direction perpendicular to the plane of the paper enter the S polarization direction. I will do it. here,
As shown in FIGS. 3 and 4, the dielectric thin film 13 of the beam shaping element 11 has an angle-dependent structure in which the transmittance of both P-polarized light and S-polarized light differs depending on the angle of incidence, and the transmittance decreases as the angle of incidence increases. Therefore, the beam emitted from the semiconductor laser 1 and having the elliptical light intensity distribution shown in FIG. 10 is transformed into a beam having an approximately circular light intensity distribution as shown in FIG. formatted into.

【0008】このように、この実施例によれば、ビーム
整形素子11を透明な平行平板12の一方の表面に透過
率が角度依存性を持つ誘電体薄膜13をコーティングし
て形成したので、素子そのものを小形にできると共に、
誘電体薄膜13も通常の誘電体コートと同様の工程で作
成でき、したがって安価にできる。また、実際の使用に
あたっては、面倒な位置合わせが不要となるので、容易
に使用することができると共に、素子そのものを小形か
つ安価にできることから、これを使用する装置そのもの
も小形かつ安価にできる。
As described above, according to this embodiment, the beam shaping element 11 is formed by coating one surface of the transparent parallel plate 12 with the dielectric thin film 13 whose transmittance is angularly dependent. In addition to being able to make it smaller,
The dielectric thin film 13 can also be formed in the same process as a normal dielectric coating, and therefore can be made at low cost. Further, in actual use, since troublesome positioning is not required, it is easy to use, and since the element itself can be made small and inexpensive, the device itself that uses it can also be made small and inexpensive.

【0009】図5はこの発明の第2実施例を示すもので
ある。この実施例は、半導体レーザ15のカバーガラス
16の表面に、透過率が角度依存性を持つ誘電体薄膜1
7をコーティングして、カバーガラス16を図1に示し
たと同様の構成より成るビーム整形素子として形成した
ものである。このように、半導体レーザ15のカバーガ
ラス16をビーム整形素子として構成すれば、半導体レ
ーザ15から拡がり角のばらつきのない出射光を得るこ
とができる。
FIG. 5 shows a second embodiment of the invention. In this embodiment, a dielectric thin film 1 whose transmittance is angularly dependent is placed on the surface of a cover glass 16 of a semiconductor laser 15.
7 to form a cover glass 16 as a beam shaping element having the same structure as shown in FIG. By configuring the cover glass 16 of the semiconductor laser 15 as a beam shaping element in this way, it is possible to obtain emitted light from the semiconductor laser 15 with no variation in the divergence angle.

【0010】図6はこの発明の第3実施例を示すもので
ある。この実施例は、半導体レーザ1からの出射光を2
分するビームスプリッタ21の入射面に、透過率が角度
依存性を持つ誘電体薄膜22をコーティングして、ビー
ムスプリッタ21をビーム整形素子としても作用させる
ようにしたものである。なお、この誘電体薄膜22は、
ビームスプリッタ21の出射面にコーティングすること
もできる。
FIG. 6 shows a third embodiment of the invention. In this embodiment, the emitted light from the semiconductor laser 1 is
The incident surface of the beam splitter 21 is coated with a dielectric thin film 22 whose transmittance is angularly dependent, so that the beam splitter 21 also functions as a beam shaping element. Note that this dielectric thin film 22 is
The exit surface of the beam splitter 21 can also be coated.

【0011】図7はこの発明の第4実施例を示すもので
ある。この実施例は、半導体レーザ1の出射光から複数
のビームを得るためのグレーティング25の裏面に、透
過率が角度依存性を持つ誘電体薄膜26をコーティング
して、グレーティング25をビーム整形素子としても作
用させるようにしたものである。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the invention. In this embodiment, a dielectric thin film 26 whose transmittance is angularly dependent is coated on the back surface of a grating 25 for obtaining a plurality of beams from the light emitted from the semiconductor laser 1, and the grating 25 can also be used as a beam shaping element. It was made to work.

【0012】図8はこの発明に係るビーム整形素子の使
用態様の一例を示すものである。この例は、光記録媒体
に対して情報の記録および/または再生を行う光ピック
アップに使用したもので、半導体レーザ1からの出射光
を図7に示したビーム整形機能を有するグレーティング
25に入射させて、断面ほぼ円形に整形された0次光お
よび±1次回折光を得、これら3本のビームを平行平板
31で反射させた後、対物レンズ32により光記録媒体
33に集束させる。また、光記録媒体33での3本のビ
ームの反射光は、対物レンズ32を経て平行平板31を
透過させ、これにより非点収差を発生させて光検出器3
4で受光し、これにより公知のようにして0次光の受光
出力に基づいてRF信号および非点収差法によるフォー
カスエラー信号を検出し、±1次回折光の受光出力に基
づいてトラッキングエラー信号を検出する。このように
、この発明にかかるビーム整形機能を有するグレーティ
ング25を光ピックアップに用いれば、グレーティング
25そのものを小形かつ安価にできると共に、これを面
倒な位置合わせを行うことなく容易に組み込むことがで
きるので、光ピックアップそのものを小形かつ安価にで
きる。
FIG. 8 shows an example of how the beam shaping element according to the present invention is used. This example is used in an optical pickup that records and/or reproduces information on an optical recording medium, and the light emitted from the semiconductor laser 1 is incident on a grating 25 having a beam shaping function shown in FIG. As a result, 0th-order light and ±1st-order diffracted light having a substantially circular cross section are obtained, and after these three beams are reflected by a parallel plate 31, they are focused onto an optical recording medium 33 by an objective lens 32. In addition, the three beams of reflected light from the optical recording medium 33 pass through the objective lens 32 and pass through the parallel plate 31, thereby causing astigmatism and detecting the photodetector 3.
4, an RF signal and a focus error signal based on the astigmatism method are detected in a known manner based on the received light output of the 0th-order light, and a tracking error signal is detected based on the received light output of the ±1st-order diffracted light. To detect. As described above, if the grating 25 having the beam shaping function according to the present invention is used in an optical pickup, the grating 25 itself can be made small and inexpensive, and it can be easily incorporated without troublesome alignment. , the optical pickup itself can be made smaller and cheaper.

【0013】なお、この発明は上述した実施例にのみ限
定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能で
ある。例えば、上述した実施例では、誘電体薄膜をコー
ティングするようにしたが、金属薄膜をコーティングし
て同様に構成することもできる。また、角度依存性は透
過率に限らず、反射率に角度依存性を持たせて、反射型
のビーム整形素子を構成することもできる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be modified or changed in many ways. For example, in the above-described embodiments, a dielectric thin film is coated, but a similar structure may be formed by coating a metal thin film. Further, the angular dependence is not limited to the transmittance, but it is also possible to configure a reflective beam shaping element by giving the reflectance an angular dependence.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、角度
依存性を有する誘電体または金属より成る薄膜を設け、
これによりビームを所定の断面形状に整形するようにし
たので、小形かつ安価にできると共に、面倒な位置合わ
せを要することなく容易に使用できるビーム整形素子を
得ることができる。
As described above, according to the present invention, a thin film made of a dielectric or metal having angular dependence is provided,
Since the beam is thereby shaped into a predetermined cross-sectional shape, it is possible to obtain a beam shaping element that can be made small and inexpensive, and can be easily used without requiring troublesome alignment.

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

【図1】この発明の第1実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the invention.

【図2】図1に示す誘電体薄膜の一例の構成を示す拡大
断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of an example of the dielectric thin film shown in FIG. 1;

【図3】図1に示す誘電体薄膜のP偏光透過率の角度依
存性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the angular dependence of the P-polarized light transmittance of the dielectric thin film shown in FIG. 1;

【図4】同じく図1に示す誘電体薄膜のS偏光透過率の
角度依存性を示す図である。
4 is a diagram showing the angular dependence of the S-polarized light transmittance of the dielectric thin film also shown in FIG. 1. FIG.

【図5】この発明の第2実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the invention.

【図6】同じく第3実施例を示す図である。FIG. 6 is a diagram similarly showing a third embodiment.

【図7】同じく第4実施例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment.

【図8】この発明に係るビーム整形素子の使用態様の一
例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of how the beam shaping element according to the present invention is used.

【図9】半導体レーザからの出射光の断面形状を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional shape of light emitted from a semiconductor laser.

【図10】同じく半導体レーザからの出射光の光量分布
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a light amount distribution of light emitted from a semiconductor laser.

【図11】従来のビーム整形素子の一例を示す図である
FIG. 11 is a diagram showing an example of a conventional beam shaping element.

【図12】図11に示す薄膜の構成を示す平面図である
12 is a plan view showing the structure of the thin film shown in FIG. 11. FIG.

【図13】同じく図11に示す薄膜のx方向の透過率を
示す図である。
13 is a diagram showing the transmittance in the x direction of the thin film similarly shown in FIG. 11. FIG.

【図14】同じくy方向の透過率を示す図である。FIG. 14 is a diagram similarly showing the transmittance in the y direction.

【図15】同じく図11に示すビーム整形素子によるビ
ーム整形後の光量分布を示す図である。
15 is a diagram showing a light amount distribution after beam shaping by the beam shaping element also shown in FIG. 11. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  半導体レーザ 11  ビーム整形素子 12  平行平板 13  誘電体薄膜 15  半導体レーザ 16  カバーガラス 17  誘電体薄膜 21  ビームスプリッタ 22  誘電体薄膜 25  グレーティング 26  誘電体薄膜 31  平行平板 32  対物レンズ 33  光記録媒体 34  光検出器 1 Semiconductor laser 11 Beam shaping element 12 Parallel plate 13 Dielectric thin film 15 Semiconductor laser 16 Cover glass 17 Dielectric thin film 21 Beam splitter 22 Dielectric thin film 25 Grating 26 Dielectric thin film 31 Parallel plate 32 Objective lens 33 Optical recording medium 34 Photodetector

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  角度依存性を有する誘電体または金属
より成る薄膜を有し、この薄膜によりビームを所定の断
面形状に整形するよう構成したことを特徴とするビーム
整形素子。
1. A beam shaping element comprising a thin film made of a dielectric or metal having angular dependence, the thin film shaping a beam into a predetermined cross-sectional shape.
JP41776890A 1990-12-27 1990-12-27 Beam shaping element Withdrawn JPH04232915A (en)

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