JPH05157985A - 非点収差補償光学装置 - Google Patents
非点収差補償光学装置Info
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- JPH05157985A JPH05157985A JP4134080A JP13408092A JPH05157985A JP H05157985 A JPH05157985 A JP H05157985A JP 4134080 A JP4134080 A JP 4134080A JP 13408092 A JP13408092 A JP 13408092A JP H05157985 A JPH05157985 A JP H05157985A
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- optical device
- central axis
- laser diode
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- beam expander
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- G02B13/08—Anamorphotic objectives
- G02B13/10—Anamorphotic objectives involving prisms
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
- G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
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- G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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- G—PHYSICS
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- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0972—Prisms
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】楕円形の断面をもって発散する光ビームを放出
するレーザ・ダイオードの光ビームを円形断面をもつ光
ビームに変換し、光学式記録／再生装置への使用に好適
なものにする。 【構成】レーザ・ダイオード１０から出た光を集光レン
ズ１４で近似的にコリメートする。紙面に平行な方向の
発散角が大きいとして、プリズム１８，２０を使って紙
面に垂直な方向の小さい発散角と同程度の発散角になる
ように補正する。集光レンズ１４はギヤ２７により調節
し、プリズムは回転軸２２の周りに回転させて調節す
る。このように調節してプリズム１８，２０を通過した
光は円形断面をもつコリメートされた光ビームになる。
あとは集束レンズ２８により目的に応じて対象物の表面
に鋭く焦点を結ばせればよい。
するレーザ・ダイオードの光ビームを円形断面をもつ光
ビームに変換し、光学式記録／再生装置への使用に好適
なものにする。 【構成】レーザ・ダイオード１０から出た光を集光レン
ズ１４で近似的にコリメートする。紙面に平行な方向の
発散角が大きいとして、プリズム１８，２０を使って紙
面に垂直な方向の小さい発散角と同程度の発散角になる
ように補正する。集光レンズ１４はギヤ２７により調節
し、プリズムは回転軸２２の周りに回転させて調節す
る。このように調節してプリズム１８，２０を通過した
光は円形断面をもつコリメートされた光ビームになる。
あとは集束レンズ２８により目的に応じて対象物の表面
に鋭く焦点を結ばせればよい。
Description
【０００１】
【発明の分野】この発明は非点収差を有する照明源、集
光レンズ及びビーム拡張器を用いる光学装置、更に具体
的に云えば、光学部品を追加せずに非点収差を補償する
ことに関する。
光レンズ及びビーム拡張器を用いる光学装置、更に具体
的に云えば、光学部品を追加せずに非点収差を補償する
ことに関する。
【０００２】
【従来技術の説明】光学式記録／再生装置が知られてい
る。これは、レーザ・ダイオードの様な照明源と、照明
源からの光をコリメートする集光レンズと、照明源の出
力の卵形を補償するアナモルフィック形ビーム拡張器と
を持っている。この後、ビーム拡張器からの光ビーム出
力を適当な情報担持媒質の情報源に差向けて、米国特許
第４，７６８，１８４号に記載される様に、再生（読
取）又は記録（書込み）に使うことが出来る。
る。これは、レーザ・ダイオードの様な照明源と、照明
源からの光をコリメートする集光レンズと、照明源の出
力の卵形を補償するアナモルフィック形ビーム拡張器と
を持っている。この後、ビーム拡張器からの光ビーム出
力を適当な情報担持媒質の情報源に差向けて、米国特許
第４，７６８，１８４号に記載される様に、再生（読
取）又は記録（書込み）に使うことが出来る。
【０００３】都合の悪いことに、典型的なレーザ・ダイ
オードの出力は断面が円形でないだけでなく、見かけの
点光源が夫々出力方向に対して直交する２つの直交軸線
内にある２つの直交平面内で測っても同じではないこと
である。レーザ・ダイオードからの出力方向がＺ軸とす
ると、２つの直交軸線は典型的にはＸ軸及びＹ軸と呼ば
れ、Ｘ−Ｚ平面がＸ軸及びＺ軸と交わり、Ｙ−Ｚ平面が
Ｙ軸及びＺ軸と交わる。集光レンズは典型的には、コリ
メートしようとする光源から焦点距離の所に位置ぎめさ
れる。都合の悪いことに、２つの直交平面に見かけの２
つの点源があり、これらの平面の中間にある全ての点に
見かけの点源があるので、問題は集光器をどこに置くか
である。普通の解決策は、その焦点が一方の点源、例え
ばレーザ・ダイオードのＸ軸又はＹ軸に沿った点源と一
致する様にして、その結果生じる非点収差に甘んずる様
に集光器を配置することである。従来の別の解決策は、
ビーム拡張器のプリズムの先に１つ又は更に多くの余計
の円柱レンズを追加することであるが、これは余分のコ
ストがかゝり、重量及び複雑さを増す。
オードの出力は断面が円形でないだけでなく、見かけの
点光源が夫々出力方向に対して直交する２つの直交軸線
内にある２つの直交平面内で測っても同じではないこと
である。レーザ・ダイオードからの出力方向がＺ軸とす
ると、２つの直交軸線は典型的にはＸ軸及びＹ軸と呼ば
れ、Ｘ−Ｚ平面がＸ軸及びＺ軸と交わり、Ｙ−Ｚ平面が
Ｙ軸及びＺ軸と交わる。集光レンズは典型的には、コリ
メートしようとする光源から焦点距離の所に位置ぎめさ
れる。都合の悪いことに、２つの直交平面に見かけの２
つの点源があり、これらの平面の中間にある全ての点に
見かけの点源があるので、問題は集光器をどこに置くか
である。普通の解決策は、その焦点が一方の点源、例え
ばレーザ・ダイオードのＸ軸又はＹ軸に沿った点源と一
致する様にして、その結果生じる非点収差に甘んずる様
に集光器を配置することである。従来の別の解決策は、
ビーム拡張器のプリズムの先に１つ又は更に多くの余計
の円柱レンズを追加することであるが、これは余分のコ
ストがかゝり、重量及び複雑さを増す。
【０００４】
【発明の要約】この発明の光学装置では、中心軸線に沿
って光ビームを発生し、非点収差を持つと共に、中心軸
線に対して法線方向に測って強度分布が卵形になる源
と、この光ビームを受取る様に位置ぎめされると共に、
卵形を除く様に調節し得るプリズム形ビーム拡張器と、
光源及びプリズム形ビーム拡張器の間に配置された集光
レンズとを有し、集光レンズは、プリズム形ビーム拡張
器から出て来る時のビームの波が、中心軸線を通り且つ
互いに法線方向の平面内で半径が略同一になる様にする
源からの距離の所に位置ぎめされる。
って光ビームを発生し、非点収差を持つと共に、中心軸
線に対して法線方向に測って強度分布が卵形になる源
と、この光ビームを受取る様に位置ぎめされると共に、
卵形を除く様に調節し得るプリズム形ビーム拡張器と、
光源及びプリズム形ビーム拡張器の間に配置された集光
レンズとを有し、集光レンズは、プリズム形ビーム拡張
器から出て来る時のビームの波が、中心軸線を通り且つ
互いに法線方向の平面内で半径が略同一になる様にする
源からの距離の所に位置ぎめされる。
【０００５】
【好ましい実施例の詳しい説明】図１には、Ｚ軸に沿っ
て照明ビームを放出するレーザ・ダイオード１０の様な
コヒーレント照明源が図式的に示されている。理想的に
は、この源は見かけの１個の点源から、Ｚ軸に対するど
の断面で見ても強度分布が円形のビームとして放出すべ
きである。
て照明ビームを放出するレーザ・ダイオード１０の様な
コヒーレント照明源が図式的に示されている。理想的に
は、この源は見かけの１個の点源から、Ｚ軸に対するど
の断面で見ても強度分布が円形のビームとして放出すべ
きである。
【０００６】都合の悪いことに、典型的なレーザ・ダイ
オード１０は卵形１２で示す様に、Ｙ−Ｚ平面（図面に
示してないがＹ軸及びＺ軸と交わる）では約３０°、そ
してＸ−Ｚ平面（これも示してないがＸ軸及びＺ軸と交
わる）では１０°の卵形ビームを放出する。この卵形１
２は、Ｚ軸に対して垂直な１例としての平面（図に示し
てない）内で光強度が一様な点を示すものである。更
に、Ｘ−Ｚ平面内の見かけのレーザ源の位置はＹ−Ｚ平
面内の見かけの源の位置と一致しない。図１に示す様
に、見かけのＸ源は見かけのＹ源より（図１に示す場合
は左に）距離Δだけ離れている。
オード１０は卵形１２で示す様に、Ｙ−Ｚ平面（図面に
示してないがＹ軸及びＺ軸と交わる）では約３０°、そ
してＸ−Ｚ平面（これも示してないがＸ軸及びＺ軸と交
わる）では１０°の卵形ビームを放出する。この卵形１
２は、Ｚ軸に対して垂直な１例としての平面（図に示し
てない）内で光強度が一様な点を示すものである。更
に、Ｘ−Ｚ平面内の見かけのレーザ源の位置はＹ−Ｚ平
面内の見かけの源の位置と一致しない。図１に示す様
に、見かけのＸ源は見かけのＹ源より（図１に示す場合
は左に）距離Δだけ離れている。
【０００７】図２の光学装置が、レーザ・ダイオードの
卵形を補償する為に普通使われている。これは、レーザ
・ダイオード１０の他に、集光対物側（集光）レンズ１
４と、両矢印２４で示す様に、軸線２２の周りに対とし
て回転し得るプリズム１８，２０で構成されたアナモル
フィック・プリズム形ビーム拡張器１６とを有する。プ
リズム形ビーム拡張器１６を回転させる手段は、図２に
示してないが、前掲米国特許第４，７６８，１８４号に
示されている。この発明では、レンズ１４が、図面では
ラック及びピニオン集成体２７として図式的に示した普
通の手段により、両矢印２６の方向に、ビームの中心軸
線１３に沿って直線的に可動である。随意選択として、
球面レンズ２８がプリズム形ビーム拡張器１６の先に、
軸線１３を中心として配置される。
卵形を補償する為に普通使われている。これは、レーザ
・ダイオード１０の他に、集光対物側（集光）レンズ１
４と、両矢印２４で示す様に、軸線２２の周りに対とし
て回転し得るプリズム１８，２０で構成されたアナモル
フィック・プリズム形ビーム拡張器１６とを有する。プ
リズム形ビーム拡張器１６を回転させる手段は、図２に
示してないが、前掲米国特許第４，７６８，１８４号に
示されている。この発明では、レンズ１４が、図面では
ラック及びピニオン集成体２７として図式的に示した普
通の手段により、両矢印２６の方向に、ビームの中心軸
線１３に沿って直線的に可動である。随意選択として、
球面レンズ２８がプリズム形ビーム拡張器１６の先に、
軸線１３を中心として配置される。
【０００８】普通、差当たってレーザ・ダイオードが１
つの源の位置を持たないことを無視すると、レンズ１４
は、その焦点がダイオード１０の源の位置と一致する様
に位置ぎめされる。従って、集光レンズ１４を出て行く
光ビームがコリメートされるが、依然として卵形であ
る。この後、ビームがプリズム形ビーム拡張器１６を通
過するが、この拡張器は、前掲米国特許に記載される様
に卵形を除く様に調節される。
つの源の位置を持たないことを無視すると、レンズ１４
は、その焦点がダイオード１０の源の位置と一致する様
に位置ぎめされる。従って、集光レンズ１４を出て行く
光ビームがコリメートされるが、依然として卵形であ
る。この後、ビームがプリズム形ビーム拡張器１６を通
過するが、この拡張器は、前掲米国特許に記載される様
に卵形を除く様に調節される。
【０００９】次に図３，４及び５について、Ｚ軸を通過
する全ての平面で一致する源の点を持たないレーザ・ダ
イオードに伴う問題を説明する。最初に図１について、
第１の平面がＸ及びＺ軸を通る様に直立していて、図２
の集光レンズ１４が、その焦点がレーザ・ダイオードの
Ｘ源位置に来る様に位置ぎめされていると仮定する。こ
の光学的な配置が図３に略図で示されており、次にこれ
について説明する。図３で、レンズ１４は源側焦点を表
わすドット３０が、ドット３２で示したレーザ・ダイオ
ードのＸ軸の源の点と一致する単レンズとして示されて
いる。その結果、線３４，３６によって定められた光ビ
ームはレンズ１４に達するまでに発散し、このレンズに
よってコリメートされ、線３８で示す様な平面波出力を
発生し、それが平行ビーム線４０，４２によって限定さ
れている。例としてレンズ１４が１０mmの実効焦点距離
を持っていて放出パターンが１０°であるとすると、レ
ンズ１４の全幅半最大値（ＦＷＨＭ）出力は１．７３mm
である。
する全ての平面で一致する源の点を持たないレーザ・ダ
イオードに伴う問題を説明する。最初に図１について、
第１の平面がＸ及びＺ軸を通る様に直立していて、図２
の集光レンズ１４が、その焦点がレーザ・ダイオードの
Ｘ源位置に来る様に位置ぎめされていると仮定する。こ
の光学的な配置が図３に略図で示されており、次にこれ
について説明する。図３で、レンズ１４は源側焦点を表
わすドット３０が、ドット３２で示したレーザ・ダイオ
ードのＸ軸の源の点と一致する単レンズとして示されて
いる。その結果、線３４，３６によって定められた光ビ
ームはレンズ１４に達するまでに発散し、このレンズに
よってコリメートされ、線３８で示す様な平面波出力を
発生し、それが平行ビーム線４０，４２によって限定さ
れている。例としてレンズ１４が１０mmの実効焦点距離
を持っていて放出パターンが１０°であるとすると、レ
ンズ１４の全幅半最大値（ＦＷＨＭ）出力は１．７３mm
である。
【００１０】図４は、この図が図１のＹ軸及びＺ軸を通
過する平面であることを別とすると、同じ配置を示して
おり、この為、ドット３２で示す見かけのダイオード源
の位置は、レンズ１４のドット３０で示した源側焦点の
右側に来る。その結果、線３４，３６で限定されたビー
ムは、実線部分４４，４６で示す様に、レンズ１４の先
で発散する。レンズ１４の実効焦点距離を１０mmと仮定
し、放出パターンを３０°と仮定したから、ＦＷＨＭは
５．１９mmである。この結果生ずる波は、図３の３８に
示す様な平面波ではなく、線４８で示す様にこの波は弯
曲している。その曲率半径が、源３２の像点によって定
められ、これは、破線で示したビーム線５２，５４が１
点に収斂する点５０では、レンズ１４の左側にある。線
５２，５４は実際には夫々線４４，４６の延長である。
レンズ１４に対する点５０の位置が、ニュートン形式の
レンズ方程式 ａ１＊ａ２＝Ｆ2 （１） によって決定される。こゝで＊は掛算記号であり、Ｆは
レンズの焦点距離であり、ａ１はレーザ・ダイオード源
（Ｘ源又はＹ源）からレンズの源側焦点までの距離、ａ
２はレンズの像側焦点から像点までの距離である。
過する平面であることを別とすると、同じ配置を示して
おり、この為、ドット３２で示す見かけのダイオード源
の位置は、レンズ１４のドット３０で示した源側焦点の
右側に来る。その結果、線３４，３６で限定されたビー
ムは、実線部分４４，４６で示す様に、レンズ１４の先
で発散する。レンズ１４の実効焦点距離を１０mmと仮定
し、放出パターンを３０°と仮定したから、ＦＷＨＭは
５．１９mmである。この結果生ずる波は、図３の３８に
示す様な平面波ではなく、線４８で示す様にこの波は弯
曲している。その曲率半径が、源３２の像点によって定
められ、これは、破線で示したビーム線５２，５４が１
点に収斂する点５０では、レンズ１４の左側にある。線
５２，５４は実際には夫々線４４，４６の延長である。
レンズ１４に対する点５０の位置が、ニュートン形式の
レンズ方程式 ａ１＊ａ２＝Ｆ2 （１） によって決定される。こゝで＊は掛算記号であり、Ｆは
レンズの焦点距離であり、ａ１はレーザ・ダイオード源
（Ｘ源又はＹ源）からレンズの源側焦点までの距離、ａ
２はレンズの像側焦点から像点までの距離である。
【００１１】図３では、距離ａ１＝０であり、従って距
離ａ２＝∞（無限大）である。図４には、距離ａ１，ａ
２及びＦ（源及び像の両方）が示されている。式（１）
を使うと ａ２＝（Ｆ2 ）／（ａ１）＝（１０2 mm）／（５０μｍ） ＝２０００mm＝２ｍ （２） 従って、波４４の曲率半径は、この例の装置では約２ｍ
（メートル）である。レンズから出て来る波面の曲率半
径Ｒは、レンズからの集束されたスポットの距離に等し
い。即ち、像点５０がレンズ１４の右側ではなく、左側
にあるから、Ｒ＝ａ２＋Ｆであり、Ｒ＝｜−２０００mm
＋１０mm｜である。
離ａ２＝∞（無限大）である。図４には、距離ａ１，ａ
２及びＦ（源及び像の両方）が示されている。式（１）
を使うと ａ２＝（Ｆ2 ）／（ａ１）＝（１０2 mm）／（５０μｍ） ＝２０００mm＝２ｍ （２） 従って、波４４の曲率半径は、この例の装置では約２ｍ
（メートル）である。レンズから出て来る波面の曲率半
径Ｒは、レンズからの集束されたスポットの距離に等し
い。即ち、像点５０がレンズ１４の右側ではなく、左側
にあるから、Ｒ＝ａ２＋Ｆであり、Ｒ＝｜−２０００mm
＋１０mm｜である。
【００１２】次に図５にはたるみの考えが示されてい
る。たるみは、線５６で示した波面４８の中心とＦＷＨ
Ｍ点で波４８と交差する線５８との間の差として定義さ
れる。図５では、波面４８の弯曲を著しく弧長してあ
る。たるみの公式は たるみ＝Ｒ−（Ｒ2 −ｈ2 ）1/2 （３） であり、こゝでＲは波面４８の曲率半径、ｈは全幅半最
大値の半分である。たるみの第１項、そして最も重要な
項は たるみ＝（ｈ2 ）／（２Ｒ） （４） であり、従って、前に例として挙げた数字では たるみ＝（５．１９／２）2 ／（２×２×１０）3 ＝０．００１６８mm、 即ち、 １．６８μｍ （５） これは光波の平坦さの差を表わし、例としてレーザ・ダ
イオードの波長が０．８３μｍと仮定すると、Ｙ−Ｚ平
面では弯曲していない形は光の波長の２倍である。これ
によって生ずる収差を持つ波は、古典的な回折絞りのス
ポットに対する限界の１０倍に近い悪さである。
る。たるみは、線５６で示した波面４８の中心とＦＷＨ
Ｍ点で波４８と交差する線５８との間の差として定義さ
れる。図５では、波面４８の弯曲を著しく弧長してあ
る。たるみの公式は たるみ＝Ｒ−（Ｒ2 −ｈ2 ）1/2 （３） であり、こゝでＲは波面４８の曲率半径、ｈは全幅半最
大値の半分である。たるみの第１項、そして最も重要な
項は たるみ＝（ｈ2 ）／（２Ｒ） （４） であり、従って、前に例として挙げた数字では たるみ＝（５．１９／２）2 ／（２×２×１０）3 ＝０．００１６８mm、 即ち、 １．６８μｍ （５） これは光波の平坦さの差を表わし、例としてレーザ・ダ
イオードの波長が０．８３μｍと仮定すると、Ｙ−Ｚ平
面では弯曲していない形は光の波長の２倍である。これ
によって生ずる収差を持つ波は、古典的な回折絞りのス
ポットに対する限界の１０倍に近い悪さである。
【００１３】この発明では、レーザ・ダイオード１０に
対して集光レンズ１４を正しく配置することにより、レ
ーザ・ダイオードのＸ−Ｚ及びＹ−Ｚ平面に於ける見か
けのレーザ・ダイオードの源位置を同じ位置にすること
が出来ることが判った。即ち、プリズム形ビーム拡張器
を出て行く波の曲率半径が、Ｘ−Ｚ及びＹ−Ｚ平面で同
一になる。これは次の説明から理解されよう。
対して集光レンズ１４を正しく配置することにより、レ
ーザ・ダイオードのＸ−Ｚ及びＹ−Ｚ平面に於ける見か
けのレーザ・ダイオードの源位置を同じ位置にすること
が出来ることが判った。即ち、プリズム形ビーム拡張器
を出て行く波の曲率半径が、Ｘ−Ｚ及びＹ−Ｚ平面で同
一になる。これは次の説明から理解されよう。
【００１４】プリズム形ビーム拡張器１６の出力で、Ｘ
及びＹの両方の見かけの源位置が一致する様な、レーザ
・ダイオード１０に対するレンズ１４の精密な位置の計
算は、以下の数学的な取扱いで述べる諸元を示す図６を
見れば理解されよう。即ち、点６０は、レンズから距離
Ｆの所にあるレンズ１４の源側焦点を表わす。点６２は
レーザ・ダイオード１０の見かけのＹ軸源位置（図１）
であり、点６４はレーザ・ダイオード１０の見かけのＸ
軸源位置である。従って、点６０及び６２の間の距離を
ａ１Ｙと表わし、焦点６０及びＸ源位置６４の間の距離
をａ１Ｘと表わす。ニュートン形式のレンズ方程式で表
わしたａ１及びａ２の関係は式（１）に示されていて、
ａ１＊ａ２＝Ｆ2 であり、一般的に曲率半径はレンズ１
４から出て来る波のそれである。即ち Ｒ＝｜ａ２＋Ｆ｜ （６） 図４に示す様に、ａ２が負であることを承知されたい。
次に、プリズム形ビーム拡張器１６を出て行く波につい
て半径を考えるが、プリズム対がレンズ１４から２０mm
以内にあるので、実際的な目的にとっては、プリズム対
の出力に於ける曲率半径は、Ｙ−Ｚ平面に於けるレンズ
２４の出力に於ける曲率半径と同じである。Ｘ−Ｚ平面
では、Ｍをプリズム対１６の倍率として、これがＲ÷Ｍ
2 である。従って図６から ａ１Ｘ＝ａ１Ｙ＋Δ （７） 従って、ニュートン形式の連続方程式（式（１））特に
Ｘ及びＹ軸に適用すると ａ１Ｘ＊ａ２Ｘ＝Ｆ2 （８） ａ１Ｙ＊ａ２Ｙ＝Ｆ2 （９） 従って式（８）及び（９）を組合せると ａ２Ｘ＝（Ｆ2 ）／（ａ１Ｘ） （１０） ａ２Ｙ＝（Ｆ2 ）／（ａ１Ｙ） （１１） 次に、一般化した曲率半径方程式（式（６））をＸ軸及
びＹ軸に適用すると ＲＸ＝ａ２Ｘ＋Ｆ （１２） ＲＹ＝ａ２Ｙ＋Ｆ （１３） ａ２Ｘの方程式（１０）の代りに式（１２）を代入する
と ＲＸ＝［（Ｆ2 ）／（ａ１Ｘ）＋Ｆ］＊ｍ2 （１４） （プリズム対の倍率をｍとし、プリズム形ビーム拡張器
１６に於ける拡大の後）そして式（１３）のａ２Ｙを式
（１１）のａ２Ｙの代りに代入すると ＲＹ＝［（Ｆ2 ）／（ａ１Ｙ）＋Ｆ］ （１５） これはプリズム形ビーム拡張器１６で拡大がない場合で
ある。
及びＹの両方の見かけの源位置が一致する様な、レーザ
・ダイオード１０に対するレンズ１４の精密な位置の計
算は、以下の数学的な取扱いで述べる諸元を示す図６を
見れば理解されよう。即ち、点６０は、レンズから距離
Ｆの所にあるレンズ１４の源側焦点を表わす。点６２は
レーザ・ダイオード１０の見かけのＹ軸源位置（図１）
であり、点６４はレーザ・ダイオード１０の見かけのＸ
軸源位置である。従って、点６０及び６２の間の距離を
ａ１Ｙと表わし、焦点６０及びＸ源位置６４の間の距離
をａ１Ｘと表わす。ニュートン形式のレンズ方程式で表
わしたａ１及びａ２の関係は式（１）に示されていて、
ａ１＊ａ２＝Ｆ2 であり、一般的に曲率半径はレンズ１
４から出て来る波のそれである。即ち Ｒ＝｜ａ２＋Ｆ｜ （６） 図４に示す様に、ａ２が負であることを承知されたい。
次に、プリズム形ビーム拡張器１６を出て行く波につい
て半径を考えるが、プリズム対がレンズ１４から２０mm
以内にあるので、実際的な目的にとっては、プリズム対
の出力に於ける曲率半径は、Ｙ−Ｚ平面に於けるレンズ
２４の出力に於ける曲率半径と同じである。Ｘ−Ｚ平面
では、Ｍをプリズム対１６の倍率として、これがＲ÷Ｍ
2 である。従って図６から ａ１Ｘ＝ａ１Ｙ＋Δ （７） 従って、ニュートン形式の連続方程式（式（１））特に
Ｘ及びＹ軸に適用すると ａ１Ｘ＊ａ２Ｘ＝Ｆ2 （８） ａ１Ｙ＊ａ２Ｙ＝Ｆ2 （９） 従って式（８）及び（９）を組合せると ａ２Ｘ＝（Ｆ2 ）／（ａ１Ｘ） （１０） ａ２Ｙ＝（Ｆ2 ）／（ａ１Ｙ） （１１） 次に、一般化した曲率半径方程式（式（６））をＸ軸及
びＹ軸に適用すると ＲＸ＝ａ２Ｘ＋Ｆ （１２） ＲＹ＝ａ２Ｙ＋Ｆ （１３） ａ２Ｘの方程式（１０）の代りに式（１２）を代入する
と ＲＸ＝［（Ｆ2 ）／（ａ１Ｘ）＋Ｆ］＊ｍ2 （１４） （プリズム対の倍率をｍとし、プリズム形ビーム拡張器
１６に於ける拡大の後）そして式（１３）のａ２Ｙを式
（１１）のａ２Ｙの代りに代入すると ＲＹ＝［（Ｆ2 ）／（ａ１Ｙ）＋Ｆ］ （１５） これはプリズム形ビーム拡張器１６で拡大がない場合で
ある。
【００１５】次に、ＲＹが大きく、Ｆよりもずっと大き
く、ＲＸが大きく、Ｆよりもずっと大きいと云う仮定を
し、且つ目的がＲＹの値がＲＸの値に等しくなること、
即ちＹ軸に於ける曲率半径がＸ軸に於ける曲率半径に等
しくなることであると云う了解のもとに、元ａ１Ｙ及び
ａ１Ｘに対する計算をすることが出来る。即ち、式（１
４）及び（１５）を等しいとおくと ＲＸ＝ＲＹ＝（Ｆ2 ＊ｍ2 ）／（ａ１Ｘ）＝（Ｆ2 ）／（ａ１Ｙ） （１６） Ｆ項が脱落する。これは前に述べた様に、ＲＹ及びＲＸ
が夫々大きく、Ｆよりもずっと大きいと仮定したからで
ある。この式からＦを除くと次の様になる。
く、ＲＸが大きく、Ｆよりもずっと大きいと云う仮定を
し、且つ目的がＲＹの値がＲＸの値に等しくなること、
即ちＹ軸に於ける曲率半径がＸ軸に於ける曲率半径に等
しくなることであると云う了解のもとに、元ａ１Ｙ及び
ａ１Ｘに対する計算をすることが出来る。即ち、式（１
４）及び（１５）を等しいとおくと ＲＸ＝ＲＹ＝（Ｆ2 ＊ｍ2 ）／（ａ１Ｘ）＝（Ｆ2 ）／（ａ１Ｙ） （１６） Ｆ項が脱落する。これは前に述べた様に、ＲＹ及びＲＸ
が夫々大きく、Ｆよりもずっと大きいと仮定したからで
ある。この式からＦを除くと次の様になる。
【００１６】 ａ１Ｘ＝ａ１Ｙ＊ｍ2 （１７） 式（７）を式（１７）に代入すると ａ１Ｘ＝（ａ１Ｘ−Δ）＊ｍ2 （１８） 項を並べ直して、ａ１Ｘについて解くと ａ１Ｘ＝（Δ＊ｍ2 ）／（ｍ2 −１） （１９） 従って、倍率ｍ＝３及びΔ＝５０μｍの場合 ａ１Ｘ＝（５０＊９）／（９−１）＝５６．２５μｍ （２０） 従って、式（７）を用いて ａ１Ｙ＝６．２５μｍ （２１） 従って、正しい動作の為には、レンズは、この発明の考
えがなければ当然と考えられる様に、その焦点がレーザ
・ダイオード１０のＸ及びＹ源点の一方にあるか或いは
これらの源点の中間にある様にと云うのではなく、両方
の源点の右側に焦点が来る様に配置する。
えがなければ当然と考えられる様に、その焦点がレーザ
・ダイオード１０のＸ及びＹ源点の一方にあるか或いは
これらの源点の中間にある様にと云うのではなく、両方
の源点の右側に焦点が来る様に配置する。
【００１７】勿論、レンズを上に述べた様に位置ぎめす
ると、プリズム形ビーム拡張器１６の出力では少量の球
形パワーが発生するが、補正が必要であれば、図２の球
形レンズ２８をビーム拡張器の出力に位置ぎめすること
によって補正することが出来る。これが必要な場合、球
形レンズの方がずっと構成し易く、従ってレーザ・ダイ
オード１０の非点収差の補正に従来使われていた円柱形
レンズよりずっと安価であることが理解されよう。更
に、レーザ・ダイオード１０は、実際には、前掲米国特
許第４，７６８，１８４号に記載されている様なレーザ
・ダイオード配列であってよく、配列の各素子がＸ−Ｚ
及びＹ−Ｚ平面内に相異なる見かけの源位置を有する。
ると、プリズム形ビーム拡張器１６の出力では少量の球
形パワーが発生するが、補正が必要であれば、図２の球
形レンズ２８をビーム拡張器の出力に位置ぎめすること
によって補正することが出来る。これが必要な場合、球
形レンズの方がずっと構成し易く、従ってレーザ・ダイ
オード１０の非点収差の補正に従来使われていた円柱形
レンズよりずっと安価であることが理解されよう。更
に、レーザ・ダイオード１０は、実際には、前掲米国特
許第４，７６８，１８４号に記載されている様なレーザ
・ダイオード配列であってよく、配列の各素子がＸ−Ｚ
及びＹ−Ｚ平面内に相異なる見かけの源位置を有する。
【図１】非点収差を持っていて卵形の光放出パターンを
有する典型的なレーザ・ダイオードを図式的に示す斜視
図。
有する典型的なレーザ・ダイオードを図式的に示す斜視
図。
【図２】集光レンズ及びプリズム形ビーム拡張器で構成
される補償光学系と共に同じダイオードを用いた機械的
な構成の平面図。
される補償光学系と共に同じダイオードを用いた機械的
な構成の平面図。
【図３】図１の平面図に対応する光学的なパターンの平
面図であって、図２の集光レンズを、その焦点がレーザ
・ダイオードの１つの平面内でダイオードの源位置に来
る様に位置ぎめした場合を示す。
面図であって、図２の集光レンズを、その焦点がレーザ
・ダイオードの１つの平面内でダイオードの源位置に来
る様に位置ぎめした場合を示す。
【図４】図１の側面図に対応する光学的なパターンの平
面図であって、図２の集光レンズを、図３に示したレー
ザの１つの平面内でのレーザの源位置がレーザの焦点及
びレンズの間になる様に位置ぎめした場合を示す。
面図であって、図２の集光レンズを、図３に示したレー
ザの１つの平面内でのレーザの源位置がレーザの焦点及
びレンズの間になる様に位置ぎめした場合を示す。
【図５】たるみの考えを例示する光学的なパターンの平
面図。
面図。
【図６】この発明を説明する為の数学的な関係を示す配
列図。
列図。
１０ レーザ・ダイオード １３ 中心軸線 １４ 集光レンズ １６ ビーム拡張器
Claims (15)
- 【請求項１】 中心軸線に沿って光ビームを発生すると
共に、非点収差及び前記中心軸線に対して法線方向に測
って強度分布が卵形になる様な源と、前記中心軸線に沿
って位置ぎめされていて、光ビームを受取り、前記卵形
を除く様に調節し得るプリズム形ビーム拡張器と、前記
光源及び前記プリズム形ビーム拡張器の間に配置された
集光レンズとを有し、前記プリズム形ビーム拡張器から
出て行く時のビームの波が、前記中心軸線を通ると共に
互いに法線方向の平面内で、半径が略同一になる様にす
る距離だけ、前記集光レンズを前記源から隔てゝ位置ぎ
めした光学装置。 - 【請求項２】 前記光ビームを発生する源がレーザ・ダ
イオードである請求項１記載の光学装置。 - 【請求項３】 前記プリズム形ビーム拡張器が、前記中
心軸線に沿って直列に配置された第１及び第２のプリズ
ムで構成される請求項１記載の光学装置。 - 【請求項４】 前記レーザ・ダイオードがレーザ・ダイ
オード配列である請求項２記載の光学装置。 - 【請求項５】 前記プリズム形ビーム拡張器が、前記中
心軸線に沿って直列に配置された第１及び第２のプリズ
ムで構成される請求項４記載の光学装置。 - 【請求項６】 互いに法線方向であると共に前記中心軸
線に対して法線方向である軸線に沿って測った前記源の
位置が互いに異なり、集光レンズの焦点は、前記レンズ
が前記距離の所に位置ぎめされた時、前記レンズ及び両
方の源の位置の間にある様にした請求項１記載の光学装
置。 - 【請求項７】 前記光ビームを発生する源がレーザ・ダ
イオードである請求項６記載の光学装置。 - 【請求項８】 前記プリズム形ビーム拡張器が前記中心
軸線に沿って直列に配置された第１及び第２のプリズム
で構成される請求項６記載の光学装置。 - 【請求項９】 前記レーザ・ダイオードがレーザ・ダイ
オード配列である請求項６記載の光学装置。 - 【請求項１０】 前記プリズム形ビーム拡張器が、前記
中心軸線に沿って直列に配置された第１及び第２のプリ
ズムを有し、前記レーザ・ダイオードがレーザ・ダイオ
ード配列である請求項６記載の光学装置。 - 【請求項１１】 中心軸線に沿って光ビームを発生する
と共に、前記中心軸線に対して法線方向であると共に相
互に法線方向である軸線に沿って測って距離Δだけ異な
る第１及び第２の位置を持ち、且つ前記中心軸線に対し
て法線方向に測って強度分布が卵形である源と、前記中
心軸線に沿って前記光ビームを受取る様に位置ぎめされ
ていると共に前記卵形を除く様に調節し得る倍率Ｍのア
ナモルフィック・プリズム形ビーム拡張器と、前記光源
及びプリズム形ビーム拡張器の間に位置ぎめされていて
焦点を有する集光レンズとを有する光学装置に於て、前
記集光レンズを、その焦点が前記第１の位置から距離Ａ
１Ｘ且つ前記第２の位置から距離Ａ１Ｙの所に配置され
て、 Ａ１Ｘ＝Ａ１Ｙ×Ｍ2 ， Ａ１Ｘ＝Ａ１Ｙ＋Δ になる様な前記源からの距離の所に位置ぎめした光学装
置。 - 【請求項１２】 前記光ビームを発生する源がレーザ・
ダイオードである請求項１１記載の光学装置。 - 【請求項１３】 前記プリズム形ビーム拡張器が前記中
心軸線に沿って直列に配置された第１及び第２のプリズ
ムを有する請求項１１記載の光学装置。 - 【請求項１４】 前記レーザ・ダイオードがレーザ・ダ
イオード配列である請求項１２記載の光学装置。 - 【請求項１５】 前記プリズム形ビーム拡張器が前記中
心軸線に沿って直列に配置された第１及び第２のプリズ
ムを有する請求項１４記載の光学装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US707490 | 1991-05-30 | ||
| US07/707,490 US5239414A (en) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Laser astigmatism compensation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157985A true JPH05157985A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=24841908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4134080A Pending JPH05157985A (ja) | 1991-05-30 | 1992-05-27 | 非点収差補償光学装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5239414A (ja) |
| EP (1) | EP0517451A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05157985A (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69327139T2 (de) * | 1992-07-10 | 2000-04-06 | Fujitsu Ltd | Laserdiodenmodul |
| US5991102A (en) * | 1994-11-25 | 1999-11-23 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Beam protecting device |
| KR100219605B1 (ko) * | 1996-06-15 | 1999-09-01 | 윤종용 | 광픽업장치 |
| US20010050892A1 (en) * | 1997-07-11 | 2001-12-13 | Yoshitaka Takahashi | Optical disk apparatus compatible with different types of mediums |
| US6392813B1 (en) * | 1997-11-05 | 2002-05-21 | Patrick J. Reardon | Integrated molded plastic optical system for a laser diode collimating and aberration correction configuration |
| US6434105B1 (en) * | 1998-12-25 | 2002-08-13 | Olympus Optical Co., Ltd. | Optical pickup device |
| US6195208B1 (en) | 1999-10-20 | 2001-02-27 | Bryan Kok Ann Ngoi | Single aspherical lens for de-astigmatism, collimation, and circulation of laser beams |
| US7214104B2 (en) * | 2004-09-14 | 2007-05-08 | Fci Americas Technology, Inc. | Ball grid array connector |
| US20060062897A1 (en) * | 2004-09-17 | 2006-03-23 | Applied Materials, Inc | Patterned wafer thickness detection system |
| EP2789973B1 (de) | 2013-04-12 | 2017-11-22 | Hexagon Technology Center GmbH | Rotationslaser mit durch Aktuatoren gezielt verformbarer Linse |
| CN105572891A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-05-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | 立体显示装置 |
| JP6165366B1 (ja) * | 2016-04-28 | 2017-07-19 | 三菱電機株式会社 | 平行光発生装置 |
| CN111273150B (zh) * | 2020-02-25 | 2022-04-29 | 森思泰克河北科技有限公司 | 激光二极管像散的测量系统及测量方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4410237A (en) * | 1980-09-26 | 1983-10-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for shaping electromagnetic beams |
| JPS57196212A (en) * | 1981-05-29 | 1982-12-02 | Hitachi Ltd | Optical system for semiconductor laser |
| CA1204199A (en) * | 1982-02-19 | 1986-05-06 | Shigeo Kubota | Optical apparatus |
| FR2523350B1 (fr) * | 1982-03-09 | 1987-05-22 | Thomson Csf | Tete optique dans un dispositif d'enregistrement-lecture d'un support d'information |
| US4520471A (en) * | 1983-02-07 | 1985-05-28 | Rca Corporation | Multi-channel recording/playback optics for laser diode arrays |
| US4520472A (en) * | 1983-02-07 | 1985-05-28 | Rca Corporation | Beam expansion and relay optics for laser diode array |
| DE3404822A1 (de) * | 1984-02-10 | 1985-08-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Braggzellen-spektralanalysator mit einem prismenaufweitungssystem |
| US4948233A (en) * | 1984-02-20 | 1990-08-14 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Beam shaping optical system |
| US4643538A (en) * | 1984-07-06 | 1987-02-17 | Storage Technology Partners Ii | Combined beam cross-section correcting, collimating and de-astigmatizing optical system |
| US4768184A (en) * | 1987-01-23 | 1988-08-30 | General Electric Company | Apparatus and method for minimizing magnification distortion in multi-track optical recording |
| US4872747A (en) * | 1987-04-15 | 1989-10-10 | Cyberoptics Corporation | Use of prisms to obtain anamorphic magnification |
| EP0310711B1 (en) * | 1987-10-05 | 1993-09-01 | Hitachi, Ltd. | Optical device with phase-locked diodelaser array |
-
1991
- 1991-05-30 US US07/707,490 patent/US5239414A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-05-27 JP JP4134080A patent/JPH05157985A/ja active Pending
- 1992-05-29 EP EP92304946A patent/EP0517451A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0517451A1 (en) | 1992-12-09 |
| US5239414A (en) | 1993-08-24 |
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