JPH05289020A - Optical system for laser collimator - Google Patents
Optical system for laser collimatorInfo
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- JPH05289020A JPH05289020A JP11851792A JP11851792A JPH05289020A JP H05289020 A JPH05289020 A JP H05289020A JP 11851792 A JP11851792 A JP 11851792A JP 11851792 A JP11851792 A JP 11851792A JP H05289020 A JPH05289020 A JP H05289020A
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- linear fresnel
- lens surface
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザー等を
用いた光ディスク装置の光学系等に好適なレーザーコリ
メーター用光学系に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser collimator optical system suitable for an optical system of an optical disk device using a semiconductor laser or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光ディスク等の情報記録媒体の情報読み
取りに使用される光ヘッド等や種々の光学式測定器で
は、断面が略真円形のビームを必要とされることが多
い。このような装置の光源としては、通常半導体レーザ
ーを用いているが、半導体レーザーは断面が楕円形（長
軸と短軸の比が約１：３）の発散光を出射するものであ
るため、コリメーターレンズとビーム整形プリズム等、
多数の光学素子から成るレーザーコリメーター用光学系
を用いて、該発散光を断面が略真円形の平行光に変換し
ている。2. Description of the Related Art An optical head used for reading information from an information recording medium such as an optical disk and various optical measuring instruments often require a beam having a substantially circular cross section. A semiconductor laser is usually used as a light source of such an apparatus, but the semiconductor laser emits divergent light having an elliptical cross section (ratio of major axis to minor axis is about 1: 3). Collimator lens and beam shaping prism, etc.
By using an optical system for a laser collimator composed of a large number of optical elements, the divergent light is converted into parallel light having a substantially circular cross section.
【０００３】そして、この種従来のレーザーコリメータ
ー用光学系としては、例えば図５に示したように、レー
ザーダイオード（以下、ＬＤと称する）１を発した断面
が楕円形の発散光であるレーザービームをコリメーター
レンズ２で先ず平行光に変換し、続いてアフォーカルな
アナモルフィックプリズム系３により該平行光の断面を
略真円形にし、さらにビームエクスパンダ４及びレシー
バレンズ５を用いて微小径のビームにして、図示しない
光ディスク等に投影している。尚、アナモルフィックプ
リズム系３の代わりに、アナモルフィックシリンドリカ
ルレンズ系を用いている例もある。As such a conventional optical system for a laser collimator, for example, as shown in FIG. 5, a laser diode (hereinafter referred to as LD) 1 is a divergent light having an elliptical cross section. The beam is first converted into parallel light by the collimator lens 2, then the cross section of the parallel light is made into a substantially circular shape by the afocal anamorphic prism system 3, and the beam expander 4 and the receiver lens 5 are used to make The beam having a small diameter is projected on an optical disk or the like (not shown). In some cases, instead of the anamorphic prism system 3, an anamorphic cylindrical lens system is used.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような光
学系は、上述のように、多種多数の光学素子を必要とす
ることから、構成が複雑で製造コストが高いという欠点
があった。この発明は、上記問題点に鑑み、構成が簡単
で製造コストが安いレーザーコリメーター用光学系を提
供することを目的としている。However, such an optical system has a drawback that the structure is complicated and the manufacturing cost is high because it requires a large number of various optical elements as described above. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an optical system for a laser collimator, which has a simple structure and is inexpensive to manufacture.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明によるレーザー
コリメーター用光学系の一つは、レーザーダイオード
と、このレーザーダイオードからのビームの断面の長軸
方向に平行な溝を有する負のリニアフレネルレンズ面と
正のリニアフレネルレンズ面から成るフレネルレンズと
を、光軸に沿って順に配置し、上記ビームの断面の長軸
方向の画角と短軸方向の画角が一致するように前記負の
リニアフレネルレンズ面及び正のリニアフレネルレンズ
面の焦点距離を設定したことを特徴としている。One of the optical systems for a laser collimator according to the present invention is a negative linear Fresnel lens having a laser diode and a groove parallel to the longitudinal direction of the cross section of the beam from the laser diode. Surface and a Fresnel lens composed of a positive linear Fresnel lens surface are sequentially arranged along the optical axis, and the negative angle is adjusted so that the angle of view in the major axis direction and the angle of view in the minor axis direction of the cross section of the beam match. The feature is that the focal lengths of the linear Fresnel lens surface and the positive linear Fresnel lens surface are set.
【０００６】また、この発明によるレーザーコリメータ
ー用光学系の他の一つは、レーザーダイオードと、この
レーザーダイオードからのビームの断面の短軸方向に平
行な溝を有する正のリニアフレネルレンズ面と負のリニ
アフレネルレンズ面から成るフレネルレンズとを、光軸
に沿って順に配置し、上記ビームの断面の短軸方向の画
角と長軸方向の画角が一致するように前記正のリニアフ
レネルレンズ面及び負のリニアフレネルレンズ面の焦点
距離を設定したことを特徴としている。Another one of the optical systems for laser collimators according to the present invention is a laser diode and a positive linear Fresnel lens surface having a groove parallel to the minor axis direction of the cross section of the beam from the laser diode. And a Fresnel lens composed of a negative linear Fresnel lens surface are arranged in order along the optical axis, and the positive linear Fresnel lens is arranged so that the angle of view in the minor axis direction and the angle of view in the major axis direction of the cross section of the beam match. The feature is that the focal lengths of the lens surface and the negative linear Fresnel lens surface are set.
【０００７】[0007]
【作用】上記構成によれば、正負のリニアフレネルレン
ズ面の作用により、ビームの断面の短軸方向の画角と長
軸方向の画角が一致する、即ち該ビームの断面が略真円
形になるが、そのために必要な光学素子としては正負の
リニアフレネルレンズ面を有するフレネルレンズ一個で
済むので、光学系の構成が簡単になり且つ製造コストが
安くなる。According to the above construction, the angle of view of the beam in the short axis direction and the angle of view in the long axis direction of the beam coincide with each other due to the action of the positive and negative linear Fresnel lens surfaces. However, since only one Fresnel lens having positive and negative linear Fresnel lens surfaces is required as an optical element for that purpose, the configuration of the optical system is simplified and the manufacturing cost is reduced.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、図示した実施例に基づきこの発明を詳
細に説明する。図１は本発明によるレーザーコリメータ
ー用光学系の一実施例を示す図であって、光軸に沿って
ＬＤ１０とウィンドウ１１が順に配置され、更にこのウ
ィンドウ１１の後にフレネルレンズ１２が配置されてい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below based on the illustrated embodiments. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical system for a laser collimator according to the present invention, in which an LD 10 and a window 11 are sequentially arranged along an optical axis, and a Fresnel lens 12 is further arranged after the window 11. There is.
【０００９】フレネルレンズ１２は、図示したように、
ＬＤ１０からのビーム１３の断面の長軸方向に平行な溝
を有する負のリニアフレネルレンズ面１２ａ（前面）と
正のリニアフレネルレンズ面１２ｂ（後面）とを有し、
透明樹脂等を材料として射出成形されて成るものであ
る。ここで、負のリニアフレネルレンズ１２ａは、光軸
Ｏから周辺部にかけて密から粗になる溝が形成されてい
て、発散作用を有している。また、正のリニアフレネル
レンズ１２ｂは、光軸Ｏから周辺部にかけて粗から密に
なる溝が形成されていて、収斂作用を有している。な
お、溝のピッチはできるだけ細かい方が良い。The Fresnel lens 12 is, as shown,
A negative linear Fresnel lens surface 12a (front surface) and a positive linear Fresnel lens surface 12b (rear surface) having grooves parallel to the long axis direction of the cross section of the beam 13 from the LD 10;
It is formed by injection molding using a transparent resin or the like as a material. Here, the negative linear Fresnel lens 12a is provided with a groove that becomes dense to rough from the optical axis O to the peripheral portion, and has a diverging action. Further, the positive linear Fresnel lens 12b has a groove that becomes coarse to dense from the optical axis O to the peripheral portion, and has a converging action. The groove pitch should be as small as possible.
【００１０】また、フレネルレンズ１２は、ビームのそ
の断面１３の長軸方向の画角と短軸方向の画角が一致す
るように、負のリニアフレネルレンズ面１２ａ及び正の
リニアフレネルレンズ面１２ｂの焦点距離が設定されて
いる。Further, the Fresnel lens 12 has a negative linear Fresnel lens surface 12a and a positive linear Fresnel lens surface 12b so that the angle of view in the major axis direction and the angle of view in the minor axis direction of the cross section 13 of the beam match. The focal length of is set.
【００１１】以下、この点について詳細に説明する。フ
レネルレンズ１２の屈折率をｎ、光軸方向の厚さをｄ／
ｎとすると、リニアフレネルレンズ面１２ａ，１２ｂ間
の光路長は、本光学系の概略図である図２に示したよう
に、ｄとなる。そして、ここで、ＬＤ１０から負のリニ
アフレネルレンズ面１２ａまでの距離をａ、フレネルレ
ンズ１２に入射するまでのビームのその断面１３の短軸
方向及び長軸方向の画角をそれぞれα1 ，α2 、ビーム
のその断面１３の長軸方向の画角に短軸方向の画角が一
致する時のＬＤ１０の見かけの位置から負のリニアフレ
ネルレンズ面１２ａまでの距離をａ′とすれば、下記式
（１）が成り立つ。Hereinafter, this point will be described in detail. The refractive index of the Fresnel lens 12 is n, and the thickness in the optical axis direction is d /
If n, the optical path length between the linear Fresnel lens surfaces 12a and 12b is d, as shown in FIG. 2 which is a schematic view of the present optical system. Here, the distance from the LD 10 to the negative linear Fresnel lens surface 12a is a, and the angles of view in the short axis direction and the long axis direction of the cross section 13 of the beam until it enters the Fresnel lens 12 are α 1 and α, respectively. 2. If the distance from the apparent position of the LD 10 to the negative linear Fresnel lens surface 12a when the angle of view in the short axis direction matches the angle of view in the long axis direction of the cross section 13 of the beam is a ′, then Formula (1) is established.
【００１２】[0012]
【数１】 [Equation 1]
【００１３】さらに、リニアフレネルレンズ面１２ａ，
１２ｂの焦点距離をそれぞれｆ1 ，ｆ2 とすれば、下記
式（２）及び（３）が成り立つ。Further, the linear Fresnel lens surface 12a,
If the focal lengths of 12b are f 1 and f 2 , respectively, the following equations (2) and (3) are established.
【００１４】[0014]
【数２】 [Equation 2]
【００１５】従って、上記式（１），（２），（３）が
成り立つようにｆ1 ，ｆ2 ，ｄの値を決めれば、ビーム
のその断面１３の短軸方向の画角が広がって長軸方向の
画角と一致する、即ち該ビーム１３の断面が略真円形に
なる。ちなみに、図１に示したように、α1 ＝１０°，
α2 ＝３０°，ｎ＝１．４の場合、ｆ1 ＝−０．１７ｍ
ｍ，ｆ2 ＝２．６７ｍｍ，ｄ／ｎ＝１に設定すれば良い
ことになる。Therefore, if the values of f 1 , f 2 , and d are determined so that the above equations (1), (2), and (3) hold, the angle of view in the minor axis direction of the cross section 13 of the beam is widened. It coincides with the angle of view in the major axis direction, that is, the cross section of the beam 13 becomes substantially circular. By the way, as shown in FIG. 1, α 1 = 10 °,
When α 2 = 30 ° and n = 1.4, f 1 = −0.17 m
It is sufficient to set m, f 2 = 2.67 mm and d / n = 1.
【００１６】図３はこの発明の他の実施例を示す図であ
って、これはビームのその断面１３の長軸方向の画角が
狭めて短軸方向の画角と一致させて、該ビーム１３の断
面が略真円形になるようにしたものである。即ち、フレ
ネルレンズ１２′は、図示したように、ＬＤ１０からの
ビーム１３の断面の長軸方向に垂直な溝を有する正のリ
ニアフレネルレンズ面１２′ａ（前面）と負のリニアフ
レネルレンズ面１２′ｂ（後面）とを有し、透明樹脂等
を材料として射出成形されて成るものである。ここで、
正のリニアフレネルレンズ１２′ａは、光軸Ｏから周辺
部にかけて粗から密になる溝が形成されていて、収斂作
用を有している。また、正のリニアフレネルレンズ１
２′ｂは、光軸Ｏから周辺部にかけて密から粗になる溝
が形成されていて、発散作用を有している。なお、該溝
のピッチはできるだけ細かい方が良い。FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention, in which the angle of view in the major axis direction of the cross section 13 of the beam is narrowed to match the angle of view in the minor axis direction, and The cross section of 13 has a substantially circular shape. That is, as shown in the drawing, the Fresnel lens 12 'includes a positive linear Fresnel lens surface 12'a (front surface) and a negative linear Fresnel lens surface 12 having a groove perpendicular to the long axis direction of the cross section of the beam 13 from the LD 10. ′ B (rear surface) and is formed by injection molding using a transparent resin or the like as a material. here,
The positive linear Fresnel lens 12'a has a groove that becomes coarse to dense from the optical axis O to the peripheral portion, and has a converging action. Also, a positive linear Fresnel lens 1
2'b has a groove that becomes dense to rough from the optical axis O to the peripheral portion, and has a diverging action. The pitch of the grooves should be as small as possible.
【００１７】また、フレネルレンズ１２′は、ビームの
その断面１３の短軸方向の画角と長軸方向の画角が一致
するように、正のリニアフレネルレンズ面１２′ａ及び
負のリニアフレネルレンズ面１２′ｂの焦点距離が設定
されている。The Fresnel lens 12 'has a positive linear Fresnel lens surface 12'a and a negative linear Fresnel so that the angle of view in the short axis direction and the angle of view in the long axis direction of the cross section 13 of the beam coincide with each other. The focal length of the lens surface 12'b is set.
【００１８】以下、この点について詳細に説明する。フ
レネルレンズ１２′の屈折率をｎ、光軸方向の厚さをｄ
／ｎとすれば、リニアフレネルレンズ面１２′ａ，１
２′ｂ間の光路長は、本光学系の概略図である図４に示
したように、ｄとなる。そして、ここで、ＬＤ１０から
正のリニアフレネルレンズ面１２′ａまでの距離をａ、
フレネルレンズ１２′に入射するまでのビームのその断
面１３の短軸方向及び長軸方向の画角をそれぞれα1 ，
α2 、ビームのその断面１３の短軸方向の画角に長軸方
向の画角が一致する時の正のリニアフレネルレンズ面１
２′ａからＬＤ１０の見かけの結像位置までの距離を
ａ′とすれば、下記式（４）が成り立つ。Hereinafter, this point will be described in detail. The refractive index of the Fresnel lens 12 'is n, and the thickness in the optical axis direction is d.
/ N, the linear Fresnel lens surfaces 12'a, 1
The optical path length between 2'b is d, as shown in FIG. 4, which is a schematic view of the present optical system. Then, here, the distance from the LD 10 to the positive linear Fresnel lens surface 12'a is a,
The angle of view in the short axis direction and the long axis direction of the cross section 13 of the beam until it enters the Fresnel lens 12 ′ is α 1 , respectively.
α 2 , a positive linear Fresnel lens surface 1 when the angle of view in the major axis direction matches the angle of view in the minor axis direction of the cross section 13 of the beam
If the distance from 2'a to the apparent image forming position of the LD 10 is a ', the following equation (4) is established.
【００１９】[0019]
【数３】 [Equation 3]
【００２０】さらに、リニアフレネルレンズ面１２′
ａ，１２′ｂの焦点距離を、それぞれｆ1 ，ｆ2 とすれ
ば、下記式（５）及び（６）が成り立つ。Further, the linear Fresnel lens surface 12 '
If the focal lengths of a and 12'b are f 1 and f 2 , respectively, the following equations (5) and (6) are established.
【００２１】[0021]
【数４】 [Equation 4]
【００２２】従って、上記式（４），（５），（６）が
成り立つようにｆ1 ，ｆ2 ，ｄの値を決めれば、ビーム
のその断面１３の短軸方向の画角と長軸方向の画角が一
致する。ちなみに、図３に示したように、α1 ＝１０
°，α2 ＝３０°，ｎ＝１．４の場合、ｆ1 ＝０．７ｍ
ｍ，ｆ2 ＝−１．１６ｍｍ，ｄ／ｎ＝１に設定すれば良
いことになる。Therefore, if the values of f 1 , f 2 and d are determined so that the above equations (4), (5) and (6) hold, the angle of view in the minor axis direction of the cross section 13 of the beam and the major axis of the beam. The angles of view of the directions match. By the way, as shown in FIG. 3, α 1 = 10
When α, α 2 = 30 °, n = 1.4, f 1 = 0.7 m
It is sufficient to set m, f 2 = -1.16 mm and d / n = 1.
【００２３】以上、この発明によるレーザーコリメータ
ー用光学系の作用原理について説明したが、本発明によ
れば、正負のリニアフレネルレンズ面の作用により、ビ
ームのその断面１３の短軸方向の画角と長軸方向の画角
が一致する、即ちビームの断面１３が略真円形になる
が、そのために必要な光学素子としては正負のリニアフ
レネルレンズ面を有するフレネルレンズ１２または１
２′一個で済むので、光学系の構成が簡単になり且つ製
造コストが安くなる。また、フレネルレンズ１２または
１２′の射出成形にあたり、金型に曲面加工を施す必要
もないので、製造コストが一層安くなる。Although the principle of operation of the optical system for laser collimator according to the present invention has been described above, according to the present invention, the angle of view in the minor axis direction of the cross section 13 of the beam is caused by the operation of the positive and negative linear Fresnel lens surfaces. And the angle of view in the long-axis direction match, that is, the cross section 13 of the beam becomes a substantially circular shape, and the optical element required therefor is a Fresnel lens 12 or 1 having positive and negative linear Fresnel lens surfaces.
Since only one 2'is required, the structure of the optical system is simple and the manufacturing cost is low. Further, in the injection molding of the Fresnel lens 12 or 12 ', it is not necessary to perform curved surface processing on the mold, so that the manufacturing cost is further reduced.
【００２４】なお、本発明光学系は、ＬＤ製作時に該Ｌ
Ｄの窓として取り付けても良い。また、市販のＬＤのよ
うに窓を有しているものに対しては、この窓にできるだ
け近づけて取り付けることが望ましい。また、本発明光
学系は、コリメーターレンズや他の光学系と組み合わせ
て使用しても良いことはいうまでもない。また、上記リ
ニアフレネルレンズ面の溝のピッチはできるだけ細かい
（できれば、２０μｍ以下が望ましい。）方が良く、フ
レネルレンズとしてはマイクロフレネルレンズが最も好
ましい。The optical system of the present invention is designed so that the L
You may attach as a D window. In addition, it is desirable to attach it to a window having a window such as a commercially available LD as close as possible to this window. Further, it goes without saying that the optical system of the present invention may be used in combination with a collimator lens or another optical system. Further, the pitch of the grooves on the surface of the linear Fresnel lens is preferably as small as possible (preferably 20 μm or less is preferable), and the micro Fresnel lens is most preferable as the Fresnel lens.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によるレ
ーザーコリメーター用光学系は、構成が簡単で製造コス
トが廉価であるという実用上重要な利点を有している。As described above, the optical system for a laser collimator according to the present invention has the practically important advantages that the structure is simple and the manufacturing cost is low.
【図１】この発明によるレーザーコリメーター用光学系
の一実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of an optical system for a laser collimator according to the present invention.
【図２】上記実施例の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of the above embodiment.
【図３】他の実施例の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of another embodiment.
【図４】上記実施例の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of the above embodiment.
【図５】従来のレーザーコリメーター用光学系の概略断
面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of a conventional laser collimator optical system.
１０ ＬＤ １１ ウィンドウ １２ フレネルレンズ １２ａ，１２′ｂ 負のリニアフレネルレンズ面 １２ｂ，１２′ａ 正のリニアフレネルレンズ面 １３ ビームの断面 10 LD 11 window 12 Fresnel lens 12a, 12'b negative linear Fresnel lens surface 12b, 12'a positive linear Fresnel lens surface 13 beam cross section
Claims (2)
オードからのビームの断面の長軸方向に平行な溝を有す
る負のリニアフレネルレンズ面と正のリニアフレネルレ
ンズ面から成るフレネルレンズとを、光軸に沿って順に
配置し、該ビームの該断面の長軸方向の画角と短軸方向
の画角が一致するように前記負のリニアフレネルレンズ
面と正のリニアフレネルレンズ面の焦点距離を設定した
ことを特徴とする、レーザーコリメーター用光学系。1. A laser diode and a Fresnel lens composed of a negative linear Fresnel lens surface and a positive linear Fresnel lens surface having grooves parallel to the major axis direction of a cross section of a beam from the laser diode are provided on an optical axis. The focal lengths of the negative linear Fresnel lens surface and the positive linear Fresnel lens surface are set so that the angle of view of the cross section of the beam coincides with the angle of view of the beam in the short axis direction. An optical system for a laser collimator, which is characterized in that
オードからのビームの断面の短軸方向に平行な溝を有す
る正のリニアフレネルレンズ面と負のリニアフレネルレ
ンズ面から成るフレネルレンズとを、光軸に沿って順に
配置し、該ビームの該断面の短軸方向の画角と長軸方向
の画角が一致するように前記正のリニアフレネルレンズ
面と負のリニアフレネルレンズ面の焦点距離を設定した
ことを特徴とする、レーザーコリメーター用光学系。2. A laser diode and a Fresnel lens composed of a positive linear Fresnel lens surface and a negative linear Fresnel lens surface having grooves parallel to the minor axis direction of a cross section of a beam from the laser diode are provided on an optical axis. The focal lengths of the positive linear Fresnel lens surface and the negative linear Fresnel lens surface are set so that the angle of view in the short axis direction and the angle of view in the long axis direction of the cross section of the beam coincide with each other. An optical system for a laser collimator, which is characterized in that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11851792A JPH05289020A (en) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Optical system for laser collimator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11851792A JPH05289020A (en) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Optical system for laser collimator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05289020A true JPH05289020A (en) | 1993-11-05 |
Family
ID=14738589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11851792A Pending JPH05289020A (en) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Optical system for laser collimator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05289020A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110425987A (en) * | 2019-08-16 | 2019-11-08 | 宾努克斯科技（佛山）有限公司 | A kind of penetrability laser thickness gauge |
-
1992
- 1992-04-13 JP JP11851792A patent/JPH05289020A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110425987A (en) * | 2019-08-16 | 2019-11-08 | 宾努克斯科技（佛山）有限公司 | A kind of penetrability laser thickness gauge |
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