JPH0564772B2 - - Google Patents

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JPH0564772B2
JPH0564772B2 JP61220870A JP22087086A JPH0564772B2 JP H0564772 B2 JPH0564772 B2 JP H0564772B2 JP 61220870 A JP61220870 A JP 61220870A JP 22087086 A JP22087086 A JP 22087086A JP H0564772 B2 JPH0564772 B2 JP H0564772B2
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Japan
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lens
grating lens
grating
spatial frequency
frequency distribution
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Masayuki Kato
Tomoji Maeda
Fumio Yamagishi
Hiroyuki Ikeda
Jushi Inagaki
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、発散球面波光を2つのインライン型
グレーテイングレンズを用いて1点に集束させる
グレーテイングレンズ光学系であつて、上記2つ
のインライン型グレーテイングレンズに所定の周
波数分布を持たせて、両レンズ間の空間で光軸に
関して対称な2光線を交差させ、これを1点に集
束させるようにしたことにより、入射光の波長変
動に対しても、収差のない良好なビームスポツト
と、ずれのない安定した焦点位置とを得ることが
できるようにし、従つてグレーテイングレンズの
幅広い実用化を可能にしたものである。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention is a grating lens optical system that focuses diverging spherical wave light to one point using two in-line grating lenses, and which By giving a predetermined frequency distribution to two rays that are symmetrical with respect to the optical axis in the space between both lenses, and converging them to one point, even against wavelength fluctuations of the incident light, This makes it possible to obtain a good beam spot free of aberrations and a stable focal position free of deviation, thus making it possible to put the grating lens into a wide range of practical applications.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、グレーテイングレンズを組み合わせ
集束機能を持たせたグレーテイングレンズ光学系
に関する。
The present invention relates to a grating lens optical system that combines grating lenses and has a focusing function.

昨今、コヒーレント光源からの発散球面波光を
1点に集束させる機能を必要とする光学系、例え
ば光デイスク装置の光ヘツド等においては、(i)装
置の小型化、(ii)アクセス時間の短縮化、(iii)低価格
化等を実現するために、従来の光学素子と比較し
て薄型、計量、小型かつ量産性に富むグレーテイ
ングレンズの使用が検討されている。
Nowadays, optical systems that require the function of converging diverging spherical wave light from a coherent light source to a single point, such as the optical head of an optical disk device, are becoming more and more compact. , (iii) In order to reduce costs, the use of grating lenses, which are thinner, lighter, smaller, and more easily mass-produced than conventional optical elements, is being considered.

〔従来技術〕[Prior art]

従来のインライン型グレーテイングレンズを第
8図に示す。このレンズは、同図aに示すよう
に、例えばある特定のある波長λ0の平行光束のみ
を1点に集束させる機能を有している。そのた
め、上記λ0よりも長い波長λ(>λ0)の光に対し
ては、同図bに示すように収差が発生し、良好な
集束性能が得られなくなる。また、λ0よりも短か
い波長に対しても、同様に収差が発生する。
A conventional in-line grating lens is shown in FIG. As shown in FIG. 2A, this lens has a function of converging only a parallel beam of light having a specific wavelength λ 0 onto one point, for example. Therefore, for light having a wavelength λ (>λ 0 ) longer than the above-mentioned λ 0 , aberrations occur as shown in FIG. Furthermore, aberrations similarly occur for wavelengths shorter than λ 0 .

このような現象は、光を回折により曲げるレン
ズにおいて共通で、例えば第9図に示す体積型ホ
ログラムレンズ(同図a)、表面レリーフ型グレ
ーテイングレンズ(同図b)、ブレーズ化グレー
テイングレンズ(同図c)のいずれにおいてもあ
てはまる。また、第10図に示すようなオフアク
シス型グレーテイングレンズの場合は、同図aに
示すように波長がλ0のときに無収差であつても、
波長が変化すると同図bに示すように、収差が発
生するばかりでなく、焦点が光軸からずれてしま
う。
This phenomenon is common in lenses that bend light through diffraction, such as the volume hologram lens shown in Figure 9 (a), the surface relief grating lens (b), and the blazed grating lens (Figure 9). This also applies to c) in the same figure. In addition, in the case of an off-axis grating lens as shown in Fig. 10, even if there is no aberration when the wavelength is λ 0 as shown in Fig. 10a,
When the wavelength changes, not only aberrations occur, but also the focal point shifts from the optical axis, as shown in Figure b.

このようにグレーテイングレンズは、使用波長
が所定の値(λ0)からずれると、収差が発生して
集束性能が劣化するとともに、レンズの種類によ
つては焦点位置もずれてしまうという性質を持つ
ている。
In this way, grating lenses have the property that if the used wavelength deviates from a predetermined value (λ 0 ), aberrations will occur and the focusing performance will deteriorate, and depending on the type of lens, the focal position will also shift. I have it.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

光デイスク装置の光ヘツドにおいては、コヒー
レント光源として半導体レーザを用いている。半
導体レーザには、一般に単一モードレーザと多モ
ードレーザとがあり、その発振波長の様子をそれ
ぞれ第11図a,bに示した。従来の一般的な光
ヘツドでは、通常の光学レンズを用いているた
め、レーザ光の波長変化によつては光デイスクに
対する読取り、書込み等に影響するようなビーム
スポツト変化は生じない。よつて、上記単一モー
ドレーザと多モードレーザのいずれも使用可能で
ある。これに対して、光ヘツドに従来のグレーテ
イングレンズを用いようとした場合は、上述した
ように波長変化による影響が大きいので、単一モ
ードの半導体レーザしか使用できない。
In the optical head of an optical disk device, a semiconductor laser is used as a coherent light source. Semiconductor lasers generally include single mode lasers and multimode lasers, and their oscillation wavelengths are shown in FIGS. 11a and 11b, respectively. Since a conventional general optical head uses a normal optical lens, changes in the wavelength of the laser beam do not cause changes in the beam spot that would affect reading, writing, etc. on the optical disk. Therefore, both the above-mentioned single mode laser and multimode laser can be used. On the other hand, when attempting to use a conventional grating lens for the optical head, only a single mode semiconductor laser can be used because the influence of wavelength changes is large as described above.

ところが、単一モードの半導体レーザであつて
も、その発振波長が温度に応じて変化するという
特性を持つている。第12図に、単一モード半導
体レーザにおける発振波長とケース温度との関係
(ただし、レーザ出力は一定条件下)を示す。同
図に明らかなように、(a)波長が温度変化とともに
徐々に連続して変化する、(b)ある温度t1で不連続
的に波長が変化する(以下、モードホツプと称す
る)、(c)ある温度t2においては2つ以上の波長が
存在する、といつた現象が存在する。
However, even single-mode semiconductor lasers have the characteristic that their oscillation wavelength changes depending on temperature. FIG. 12 shows the relationship between the oscillation wavelength and case temperature in a single mode semiconductor laser (provided that the laser output is constant). As is clear from the figure, (a) the wavelength changes gradually and continuously as the temperature changes, (b) the wavelength changes discontinuously at a certain temperature t (hereinafter referred to as a mode hop), (c )There is a phenomenon in which two or more wavelengths exist at a certain temperature t2 .

従つて、グレーテイングレンズを用いた光ヘツ
ドにおいては、たとえ単一モードの半導体レーザ
を光源として使用した場合であつても、その温度
が変化した時には、上記の現象により波長も変化
するため、グレーテイングレンズによる集光スポ
ツト品質が劣化し、しかも焦点位置も変化してし
まう場合もある。これらのことは、光デイスク媒
体上におけるスポツトのビーム径拡大、トラツク
ずれの発生、フオーカスずれの発生等につなが
る。特に、第12図に示したモードホツプによつ
て波長が変化した場合は、その変化が不連続的で
あるため、現状のサーボ機構では全く追従できな
いという問題がある。
Therefore, in an optical head using a grating lens, even if a single mode semiconductor laser is used as the light source, when the temperature changes, the wavelength will also change due to the above phenomenon, so the gray In some cases, the quality of the focusing spot produced by the focusing lens deteriorates, and furthermore, the focal position changes. These things lead to an enlargement of the beam diameter of the spot on the optical disk medium, occurrence of track deviation, occurrence of focus deviation, etc. In particular, when the wavelength changes due to the mode hop shown in FIG. 12, the change is discontinuous, so there is a problem that the current servo mechanism cannot follow it at all.

そのため、外部に温度調整機能を設けて半導体
レーザの温度を適切値に維持しようとする試みも
あるが、光デイスクに対する書込み時と読取り時
とでは半導体レーザの駆動電流が異なるので、ジ
ヤンクシヨン部の温度が急激に変化してしまい、
よつて外部の温度調整機構では精度よく制御する
ことはできない。
For this reason, some attempts have been made to maintain the temperature of the semiconductor laser at an appropriate value by providing an external temperature control function, but since the drive current of the semiconductor laser differs when writing to and reading from an optical disk, the temperature at the junction part has changed rapidly,
Therefore, accurate control cannot be achieved using an external temperature adjustment mechanism.

そこで、半導体レーザの波長変化に対する対応
策として、波長が変化しても光デイスク上のスポ
ツトが変化しないようなグレーテイングレンズ光
学系が提案された(特開昭59−160166)。その構
成を第13図に示す。この光学系は、2枚のオフ
アクシス型グレーテイングレンズ1,2をその光
軸を互いにずらして配置した構成であり、光を上
記グレーテイングレンズ1,2でジグザグに回折
させて、光の波長変化によるそれぞれの回折角変
動を互いに相殺しようとしたものである。しか
し、このような構成においても、グレーテイング
レンズに特有の収差と焦点位置ずれ(第10図参
照)による影響が現れ、光ヘツドに要求される補
償量(トラツクずれ±0.02μm、フオーカスずれ
±0.2μm)を実現することが出来ない。なお、2
枚のグレーテイングレンズ1,2間の距離Dをほ
ぼゼロとすることにより、トラツクずれ補償する
ことは出来るようになるが、フオーカスずれを±
0.2μmに押えることが出来ない(例えば作動距離
1.8mmの場合、波長が1nm変化すると、6μmのフ
オーカスずれが生じる)。これらのことから、上
記グレーテイングレンズ光学系を光ヘツドの光学
系として実用化することは不可能である。
Therefore, as a countermeasure to the wavelength change of a semiconductor laser, a grating lens optical system was proposed in which the spot on the optical disk does not change even if the wavelength changes (Japanese Patent Application Laid-Open No. 160166/1983). Its configuration is shown in FIG. This optical system has a configuration in which two off-axis grating lenses 1 and 2 are arranged with their optical axes shifted from each other, and the grating lenses 1 and 2 diffract light in a zigzag pattern, thereby changing the wavelength of the light. This is an attempt to cancel each diffraction angle variation due to the change. However, even in this configuration, the effects of aberrations and focal position deviations (see Figure 10) specific to grating lenses appear, and the amount of compensation required for the optical head (track deviation ±0.02 μm, focus deviation ±0.2 μm) cannot be realized. In addition, 2
By setting the distance D between the two grating lenses 1 and 2 to almost zero, it becomes possible to compensate for the track deviation, but the focus deviation can be
It is not possible to reduce the working distance to 0.2μm (for example, the working distance
In the case of 1.8 mm, a 1 nm change in wavelength will result in a focus shift of 6 μm). For these reasons, it is impossible to put the grating lens optical system into practical use as an optical system for an optical head.

本発明は、上記問題点に鑑み、入射光の波長変
動に対しても、収差の生じない良好なビームスポ
ツトと、所定点からずれることのない安定した焦
点位置とを得ることが出来、従つて光デイスク装
置の光ヘツドを初めとする各種分野への応用の可
能にするグレーテイングレンズ光学系を提供する
ことを目的とする。
In view of the above-mentioned problems, the present invention makes it possible to obtain a good beam spot without aberrations and a stable focal position that does not deviate from a predetermined point even when the wavelength of the incident light varies. An object of the present invention is to provide a grating lens optical system that can be applied to various fields including optical heads of optical disk devices.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のグレーテイングレンズ光学系は、コヒ
ーレント光源から発せられた発散球面波光が入射
する第1のインライン型グレーテイングレンズ
と、これを透過した回折光を所定の1点に集束さ
せる第2のインライン型グレーテイングレンズと
を同一光軸上に配置したものであつて、第1、第
2のインライン型グレーテイングレンズはいずれ
も光軸に関して回転対称な所定の空間周波数分布
を有し、第1のインライン型グレーテイングレン
ズが光軸に関して対称な任意の2点からの回折光
を光軸上で交差させ、第2のインライン型グレー
テイングレンズがこの交差した回折光を上述した
所定の1点に集束させるようにしたものである。
上記所定の空間周波数分布は、平面波を収束させ
るインライン型グレーテイングレンズの空間周波
数分布に、レンズ中心とレンズ外周との間で極大
値を持つ軸対称の空間周波数分布を加え合わせた
ものである。
The grating lens optical system of the present invention includes a first in-line grating lens into which diverging spherical wave light emitted from a coherent light source enters, and a second in-line grating lens which focuses diffracted light transmitted through the grating lens on a predetermined point. The first in-line grating lens and the second in-line grating lens each have a predetermined spatial frequency distribution that is rotationally symmetrical with respect to the optical axis. The in-line grating lens causes the diffracted lights from two arbitrary points symmetrical about the optical axis to intersect on the optical axis, and the second in-line grating lens focuses the intersected diffracted lights on the one predetermined point mentioned above. It was designed to let you do so.
The predetermined spatial frequency distribution is the sum of the spatial frequency distribution of the in-line grating lens that converges plane waves, and an axially symmetrical spatial frequency distribution that has a maximum value between the center of the lens and the outer periphery of the lens.

〔作用〕[Effect]

上記構成において、第1のインライン型グレー
テイングレンズの任意の1点に同一方向から入射
した、互いに異なる波長λ0、λ(λ0<λ)の2つ
の光の進路を考えてみる。まず、第1のインライ
ン型グレーテイングレンズによつて、波長λの光
は波長λ0の光よりも大きな角度で回折されるとと
もに、これらの回折光はいずれも光軸と交わつた
後に、第2のインライン型グレーテイングレンズ
上に到達する。これらの光の到達点は、交軸を中
心とした同一半径上であつて、しかもその光軸か
らの距離は波長λの光の方が波長λ0の光よりも遠
い。次に、これらの光は上記第2のインライン型
グレーテイングレンズによつて回折されるが、こ
の時、波長λの光が波長λ0の光よりも大きな角度
で回折されるので、2つの光の間隔は次第に狭ま
つていき、最終的には1点で交わる。よつて、2
つのインライン型グレーテイングレンズに所定の
空間周波数分布を持たせておくことにより、上記
2つの光の交わる点を上記光軸上の所定の1点に
置くことができる。
In the above configuration, consider the paths of two lights having mutually different wavelengths λ 0 and λ (λ 0 <λ) that are incident on any one point of the first in-line grating lens from the same direction. First, by the first in-line grating lens, light with a wavelength λ is diffracted at a larger angle than light with a wavelength λ 0 , and after both of these diffracted lights intersect with the optical axis, they are diffracted into a second in-line grating lens. reach above the in-line type grating lens. The arrival points of these lights are on the same radius centered on the intersecting axis, and the distance from the optical axis for light with wavelength λ is farther than light with wavelength λ 0 . Next, these lights are diffracted by the second in-line grating lens, but at this time, the light with wavelength λ is diffracted at a larger angle than the light with wavelength λ 0 , so the two lights are The distance between them gradually narrows, and eventually they intersect at one point. By the way, 2
By providing the two in-line grating lenses with a predetermined spatial frequency distribution, the point where the two lights intersect can be placed at a predetermined point on the optical axis.

以上のことは第1のインライン型グレーテイン
グレンズのどの点に入射した光についても言うこ
とが出来、しかも上記空間周波数分布は光軸に関
して回転対称としてあるので、入射した発散球面
波光はその波長が変化したとしても、光軸上の上
記所定の1点に集束され、従つて収差や焦点位置
ずれが生じることはなくなる。
The above can be said about the light incident on any point of the first in-line grating lens, and since the above spatial frequency distribution is rotationally symmetric with respect to the optical axis, the wavelength of the incident diverging spherical wave light is Even if the light changes, it will be focused on the predetermined one point on the optical axis, and therefore no aberrations or focal position shifts will occur.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る。本実施例は、第1、第2のインライン型のグ
レーテイングレンズ11,12を同一光軸(一点
鎖線)上に配置した構成であり、光軸上の点P
(コヒーレント光源)から発散する球面波を第1
のグレーテイングレンズ11で光軸側に回折さ
せ、光軸と一旦交差させた後に、第2のグレーテ
イングレンズ12によつて光軸上の所定の点Qに
集束させるようにしたものである。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. This embodiment has a configuration in which first and second in-line type grating lenses 11 and 12 are arranged on the same optical axis (dotted chain line), and a point P on the optical axis
The first spherical wave diverges from a (coherent light source)
The beam is diffracted toward the optical axis by the second grating lens 11, once intersects with the optical axis, and then focused at a predetermined point Q on the optical axis by the second grating lens 12.

上記第1のグレーテイングレンズ11は、光軸
に関して回転対称の所定の空間周波数分布を有し
ており、光軸に関して対称な任意の2点からの回
折光が光軸上で交差するようにしてある。また、
上記第2のグレーテイングレンズ12は、光軸に
関して回転対称の所定の空間周波数分布を有して
おり、上記交差した回折光が光軸上の1点(点
Q)に集束するようにしてある。
The first grating lens 11 has a predetermined spatial frequency distribution that is rotationally symmetrical with respect to the optical axis, so that diffracted lights from any two points that are symmetrical with respect to the optical axis intersect on the optical axis. be. Also,
The second grating lens 12 has a predetermined spatial frequency distribution that is rotationally symmetrical with respect to the optical axis, and the crossed diffracted light is focused on one point (point Q) on the optical axis. .

次に、上記グレーテイングレンズ11,12の
空間周波数分布の具体的な決定方法について、第
2図を用いて以下(i)〜(iv)で述べる。なお、点Pと
グレーテイングレンズ11との距離をl1、2つの
グレーテイングレンズ11,12間の距離をd、
グレーテイングレンズ12と点Qとの距離をl2
する。
Next, a specific method for determining the spatial frequency distribution of the grating lenses 11 and 12 will be described below in (i) to (iv) using FIG. 2. Note that the distance between the point P and the grating lens 11 is l 1 , the distance between the two grating lenses 11 and 12 is d,
Let the distance between the grating lens 12 and point Q be l2 .

(i) まず、点Pを発してグレーテイングレンズ1
1の最外周の点P1に達する、波長λ0の光線を
考える。この光線は、点P1で回折され、グレ
ーテイングレンズ12の中心の点r1(=0)に
達し、ここで更に回折されて点Qに達するもの
とする(第2図中の実線a)。すると、上述し
た光路(P→R1→r1→Q)を仮定することによ
り、点R1、r1における空間周波数F1、f1が決定
される。
(i) First, point P is emitted and grating lens 1
Consider a ray of wavelength λ 0 that reaches point P 1 on the outermost circumference of 1. This ray is diffracted at point P 1 and reaches point r 1 (=0) at the center of grating lens 12, where it is further diffracted and reaches point Q (solid line a in Figure 2). . Then, by assuming the above-mentioned optical path (P→R 1 →r 1 →Q), the spatial frequencies F 1 and f 1 at the points R 1 and r 1 are determined.

(ii) 次に、波長がλ0からλ(>λ0)に変つた場合
について考える。点Pから点R1へと進んだ波
長λの光線は、点R1において、波長がλ0のと
きよりも大きな角度で回折され、グレーテイン
グレンズ12上の点r2に達する(破線b)。こ
こで、波長がλであるときでも点Qに集束する
という条件から、点r2における空間周波数f2
決定される。
(ii) Next, consider the case where the wavelength changes from λ 0 to λ (>λ 0 ). A ray of wavelength λ that has traveled from point P to point R 1 is diffracted at point R 1 at a larger angle than when the wavelength is λ 0 and reaches point r 2 on grating lens 12 (dashed line b). . Here, the spatial frequency f 2 at point r 2 is determined from the condition that the light is focused on point Q even when the wavelength is λ.

(iii) 波長がλ0の場合に戻り、点r2で回折されて点
Qに達する光線がグレーテイングレンズ11上
のどこの点から来るのかを逆に求めることが出
来る(実線c)。そのグレーテイングレンズ1
1上の点をR2とすと、点R2での回折光が点P
に達するという条件から、点R2における空間
周波数F2が決定される。
(iii) Returning to the case where the wavelength is λ 0 , it is possible to conversely find from which point on the grating lens 11 the light ray that is diffracted at point r 2 and reaches point Q comes from (solid line c). The grating lens 1
If the point on point 1 is R 2 , the diffracted light at point R 2 is the point P.
From the condition that , the spatial frequency F 2 at point R 2 is determined.

(iv) 再び波長がλになつた場合を考え、上記(ii)と
同様にしてグレーテイングレンズ12上の点r3
(不図示)とその空間周波数f3を求める。そし
て波長をλ0に戻し、上記(iii)と同様にしてグレー
テイングレンズ11上の点R3(不図示)とその
空間周波数F3を求める。このようにして点Rn
(n=1、2、3、……)がグレーテイングレ
ンズ11の中心に達するまで上記(ii)及び(iii)の過
程を繰り返すことにより、グレーテイングレン
ズ11,12における半径方向の空間周波数分
布が決定される。なお、第2のグレーテイング
レンズ12の径は、点roの位置で決定される。
(iv) Considering the case where the wavelength becomes λ again, point r 3 on the grating lens 12 is determined in the same way as in (ii) above.
(not shown) and its spatial frequency f3 . Then, the wavelength is returned to λ 0 and the point R 3 (not shown) on the grating lens 11 and its spatial frequency F 3 are determined in the same manner as in (iii) above. In this way the point Rn
(n = 1, 2, 3, ...) by repeating the steps (ii) and (iii) above until reaching the center of the grating lens 11, the spatial frequency distribution in the radial direction in the grating lenses 11, 12 is is determined. Note that the diameter of the second grating lens 12 is determined at the position of point r o .

以上のようにしてグレーテイングレンズ11,
12の空間周波数分布を決定することにより、点
Pから発した光が、基準となる波長λ0とは異なる
波長λてあつても、これを無収差で点Qに集束さ
せることが出来る。
As described above, the grating lens 11,
By determining the spatial frequency distribution of 12, even if the light emitted from point P has a wavelength λ different from the reference wavelength λ 0 , it can be focused on point Q without aberration.

第3図に、以上のようにして決定されたグレー
テイングレンズ11,12の具体的な空間周波数
分布を示す。これは、l1=8mm、d=10mm、l2
3.4mm、λ0=830nm、λ=830.3nmとした場合に
おける、グレーテイングレンズ11,12の半径
方向に沿つたそれぞれの空間周波数F、fの計算
結果である。なお波長差λ−λ0=0.3nmは、半導
体レーザの1モード分に相当する。ここで、λ0
830nmを固定し、λを種々の値に変えて空間周
波数分布を計算すると、λ=λ0±5nmの場合に
おいても結果は第3図とほぼ完全に一致すること
がわかつた。このことから、λ0=830nm及びλ
=830.3nmに対して空間周波数分布を決定すれ
ば、λ=830±5nmの光に対しても無収差とな
り、しかも焦点位置ずれがなくなる。また、dの
値をもつと短くすれば、更に大きな波長の光に対
しても同様の効果が得られる。例えばd=5mmと
すると、λ=830±7nmの光に対して無収差とな
る。
FIG. 3 shows a specific spatial frequency distribution of the grating lenses 11 and 12 determined as described above. This means that l 1 = 8 mm, d = 10 mm, l 2 =
3.4 mm, λ 0 =830 nm, and λ = 830.3 nm. These are the calculation results of the respective spatial frequencies F and f along the radial direction of the grating lenses 11 and 12. Note that the wavelength difference λ−λ 0 =0.3 nm corresponds to one mode of the semiconductor laser. Here, λ 0 =
When the spatial frequency distribution was calculated by fixing 830 nm and changing λ to various values, it was found that even when λ=λ 0 ±5 nm, the results almost completely matched those in FIG. 3. From this, λ 0 =830nm and λ
If the spatial frequency distribution is determined for λ = 830.3 nm, there will be no aberration even for light with λ = 830 ± 5 nm, and there will be no focal position shift. Further, if the value of d is shortened, the same effect can be obtained for light of a larger wavelength. For example, if d=5 mm, there will be no aberration for light of λ=830±7 nm.

次に、上述したような空間周波数分布を持つグ
レーテイングレンズ11,12の特徴を、第4図
〜第6図を用いてより明確にする。
Next, the characteristics of the grating lenses 11 and 12 having the above-described spatial frequency distribution will be made clearer using FIGS. 4 to 6.

まず第4図に示すように、グレーテイングレン
ズ11,12の回折機能を、それらの間側と球面
波側とに分割して考える。するとグレーテイング
レンズ11,12は、光軸方向に進む平面波によ
つて、それぞれ等価的に2つのグレーデイングレ
ンズ11a,11b;12a,12bに分割する
ことが出来る。それとともに、空間周波数におい
てもF、fがそれぞれFa、Fb、fa、fbに分割さ
れ、F=Fa+Fb、f=fa+fbなる関係が成りた
つ。ここで、グレーテイングレンズ11a,12
aは、平面波を1点に集束させるインライン型の
グレーテイングレンズであつて、第8図に示した
従来のものと同等である。これに対しもう一方の
側のグレーデイングレンズ11b,12bでは、
その空間周波数Fb、fbが、第5図に示すようにレ
ンズ中心とレンズ外周との間の領域に極大値
(MAX)を持つ特殊な分布を有している。
First, as shown in FIG. 4, the diffraction function of the grating lenses 11 and 12 is divided into the side between them and the spherical wave side. Then, the grating lenses 11 and 12 can be equivalently divided into two grading lenses 11a and 11b; 12a and 12b, respectively, by the plane wave traveling in the optical axis direction. At the same time, F and f are divided into F a , F b , fa and f b respectively in terms of spatial frequency, and the relationships F=F a + F b and f=f a +f b are established. Here, grating lenses 11a, 12
Reference character a is an in-line type grating lens that focuses plane waves to one point, and is equivalent to the conventional grating lens shown in FIG. On the other hand, in the grading lenses 11b and 12b on the other side,
As shown in FIG. 5, the spatial frequencies F b and f b have a special distribution with a maximum value (MAX) in the region between the lens center and the lens outer periphery.

これのことから、グレーデイングレンズ11,
12の特徴は第6図に示すように説明できる。す
なわち、平面波を集束させるインライン型のグレ
ーテイングレンズ11a,12aの空間周波数分
布に、レンズ中心とレンズ外周との間で極大値を
持つ軸対称の空間周波数分布(グレーテイングレ
ンズ11b,12bの空間周波数分布)を補償要
素として加え合わせたものが、それぞれグレーテ
イングレンズ11,12の空間周波数分布である
と言える。
From this, grading lens 11,
The 12 features can be explained as shown in FIG. That is, in the spatial frequency distribution of the in-line grating lenses 11a and 12a that focus plane waves, there is an axisymmetric spatial frequency distribution (spatial frequency of the grating lenses 11b and 12b) that has a maximum value between the lens center and the lens outer periphery. It can be said that the spatial frequency distributions of the grating lenses 11 and 12 are obtained by adding the distributions (distribution) as compensation elements.

そこで、本実施例のグレーデイングレンズ光学
系の波長変動補償効果を確認するために、第2図
においてl1=8mm、l2=3.4mm、d=5、10、20mm
とし、半導体レーザ光の波長を830nmからずら
したときに発生する収差を波面収差のRMS値で
表わしてみた。その結果を第7図に示す。なお、
グレーテイングレンズ11,12は、波長830n
mと830.3nmの波長に対して無収差となるよう
に、それら空間周波数分布を決定した。
Therefore , in order to confirm the wavelength fluctuation compensation effect of the grading lens optical system of this example, in FIG.
The aberrations that occur when the wavelength of semiconductor laser light is shifted from 830 nm are expressed as RMS values of wavefront aberrations. The results are shown in FIG. In addition,
The grating lenses 11 and 12 have a wavelength of 830n.
The spatial frequency distribution was determined so that there would be no aberration for wavelengths of m and 830.3 nm.

第7図において、実用上無収差とみて差し支え
ない基準としてMarechal′s Criterion(RMS波長
収差0.07λ)を考えると、許容波長変動範囲が
得られる。d=5mmとした場合は少なくとも830
±7nm、d=10mmでは830±6nm、d=20mmでは
830±4nmの波長変動に対してビームスポツト品
質を維持できることを示している。なお、焦点位
置ずれは無い。
In FIG. 7, if Marechal's Criterion (RMS wavelength aberration 0.07λ) is considered as a standard that can be considered practically aberration-free, an allowable wavelength variation range can be obtained. If d=5mm, at least 830
±7nm, 830±6nm at d=10mm, 830±6nm at d=20mm
This shows that beam spot quality can be maintained against wavelength fluctuations of 830±4 nm. Note that there is no focal position shift.

これらの結果から、本実施例によれば、半導体
レーザの温度変化に伴う波長変化、モードホツ
プ、更には多モードレーザに対しても、良好なビ
ームスポツト及び安定な焦点位置を得ることが出
来、よつてグレーテイングレンズの例えば光ヘツ
ド等への実用化を現実のものとすることが出来
る。また、半導体レーザの出力光強度がガウス分
布を有する場合、従来の光学レンズ系では集束さ
れた光もガウス分布を持つのに対し、本実施例で
集束された光は非常に均一性の良い光強度分布を
持つため、微小スポツトを得るにあたつて有利で
あると言うことができる。
From these results, according to this example, it is possible to obtain a good beam spot and a stable focal position even for wavelength changes caused by temperature changes in semiconductor lasers, mode hops, and even for multimode lasers. As a result, the practical use of grating lenses in, for example, optical heads can be realized. In addition, when the output light intensity of a semiconductor laser has a Gaussian distribution, the light focused by a conventional optical lens system also has a Gaussian distribution, but the light focused by this example has very good uniformity. Since it has an intensity distribution, it can be said that it is advantageous in obtaining minute spots.

本発明に係るグレーテイングレンズの作成方法
としては、電子ビーム描画法によるものが最も確
実であり、空間周波数の計算値をデータとして入
力すれば、所望のグレーテイングレンズが作成で
きる。この場合、グレーテイングのブレーズ化を
行うことにより、グレーテイングレンズの効率を
一層高めることが出来る。また、所望の波面を光
学素子で作り出すことにより、ホログラフイツク
に作成することも可能である。この場合は、2つ
のレンズ間の距離dを小さくとつて空間周波数帯
域を高くすることにより、レンズの効率を高める
ことが出来る。
The most reliable method for producing the grating lens according to the present invention is by electron beam lithography, and by inputting the calculated value of the spatial frequency as data, a desired grating lens can be produced. In this case, by blazing the grating, the efficiency of the grating lens can be further improved. It is also possible to create a desired wavefront holographically by creating a desired wavefront with an optical element. In this case, the efficiency of the lenses can be increased by reducing the distance d between the two lenses and increasing the spatial frequency band.

なお、本発明のグレーデイングレンズ光学系
は、光デイスク装置の光ヘツドにのみ適用される
ものではなく、コヒーレント光源からの発散球面
波光を1点に集束させる機能を必要とする各種の
光学系に適用され得るものである。
Note that the grading lens optical system of the present invention is not only applicable to the optical head of an optical disk device, but also to various optical systems that require the function of converging diverging spherical wave light from a coherent light source to one point. applicable.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明のグレーテイング光学系によれば、収差
の生じない良好なビームスポツトと、所定点から
ずれることのない安定した焦点位置と得ることが
でき、従つて、光デイスク装置の光ヘツドを初め
とする各種分野への実用化が可能になつた。
According to the grating optical system of the present invention, it is possible to obtain a good beam spot without causing aberrations and a stable focal position that does not deviate from a predetermined point. It has become possible to put it into practical use in various fields.

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

第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2
図は同実施例の係るグレーテイングレンズ11,
12の空間周波数の決定方法を示す図、第3図は
第2図に示した方法で得られたグレーテイングレ
ンズ11,12の半径方向の空間周波数分布の一
例を示す図、第4図は上記実施例における空間周
波数分布特性の説明図、第5図は第4図に示した
グレーテイングレンズ11b,12bの空間周波
数分布の一例を示す図、第6図は第4図に示した
グレーテイングレンズ11,12の空間周波数分
布の特徴を示す図、第7図は上記実施例における
RMS波面収差と半導体レーザ波長との関係を示
す図、第8図a及びbは従来のインライン型グレ
ーテイングレンズの機能及びその欠点を示す図、
第9図a〜cは従来の各種のグレーテイングレン
ズを示す概略構成図、第10図a及びbは従来の
オフアクシス型グレーテイングレンズの機能及び
その欠点を示す図、第11図a,bはそれぞれ単
一モード半導体レーザと多モード半導体レーザの
発振波長の様子を示す図、第12図は単一モード
半導体レーザにおける発振波長の温度依存性を示
す図、第13図は従来のグレーテイングレンズ光
学系を示す構成図である。 11……第1のインライン型のグレーテイング
レンズ、12……第2のインライン型のグレーテ
イングレンズ。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
The figure shows a grating lens 11 according to the same embodiment,
3 is a diagram showing an example of the spatial frequency distribution in the radial direction of the grating lenses 11 and 12 obtained by the method shown in FIG. 2, and FIG. An explanatory diagram of the spatial frequency distribution characteristics in the example, FIG. 5 is a diagram showing an example of the spatial frequency distribution of the grating lenses 11b and 12b shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a diagram showing an example of the spatial frequency distribution of the grating lenses 11b and 12b shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of the spatial frequency distribution of Nos. 11 and 12.
A diagram showing the relationship between RMS wavefront aberration and semiconductor laser wavelength, FIGS. 8a and 8b are diagrams showing the functions of a conventional in-line grating lens and its drawbacks,
Figures 9a to 9c are schematic configuration diagrams showing various conventional grating lenses, Figures 10a and b are diagrams showing the functions and drawbacks of conventional off-axis grating lenses, and Figures 11a and b are diagrams showing the oscillation wavelength of a single mode semiconductor laser and a multimode semiconductor laser, respectively. Figure 12 is a diagram showing the temperature dependence of the oscillation wavelength in a single mode semiconductor laser. Figure 13 is a diagram of a conventional grating lens. FIG. 2 is a configuration diagram showing an optical system. 11...First in-line type grating lens, 12... Second in-line type grating lens.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 コヒーレント光源から発せられた発散球面波
光が入射する第1のインライン型グレーテイング
レンズ11と、 該第1のインライン型グレーテイングレンズを
透過した回折光を所定の1点に収束させる第2の
インライン型グレーテイングレンズ12とを同一
光軸上に備えたグレーテイングレンズ光学系であ
つて、 前記第1のインライン型グレーテイングレンズ
は、平面波を収束させるインライン型グレーテイ
ングレンズの空間周波数分布に、レンズ中心とレ
ンズ外周との間で極大値を持つ軸対称の空間周波
数分布を加え合わせてなる、前記光軸に関して回
転対称の空間周波数分布を有し、前記光軸に関し
て対称な任意の2点からの回折光を前記光軸上で
交差させて前記第2のインライン型グレーテイン
グレンズに入射させるレンズであり、 前記第2のインライン型グレーテイングレンズ
は、平面波を収束させるインライン型グレーテイ
ングレンズの空間周波数分布に、レンズ中心とレ
ンズ外周との間で極大値を持つ軸対称の空間周波
数分布を加え合わせてなる、前記光軸に関して回
転対称の空間周波数分布を有し、前記交差した回
折光を前記所定の1点に収束させるレンズである
ことを特徴とするグレーテイングレンズ光学系。
[Claims] 1. A first in-line grating lens 11 into which diverging spherical wave light emitted from a coherent light source enters, and diffracted light transmitted through the first in-line grating lens to a predetermined point. A grating lens optical system comprising a second in-line grating lens 12 for converging plane waves on the same optical axis, wherein the first in-line grating lens is an in-line grating lens for converging plane waves. It has a rotationally symmetrical spatial frequency distribution with respect to the optical axis, which is formed by adding an axially symmetrical spatial frequency distribution having a maximum value between the lens center and the lens outer periphery to the spatial frequency distribution, and is symmetrical with respect to the optical axis. It is a lens that causes diffracted light from two arbitrary points to intersect on the optical axis and enters the second inline type grating lens, and the second inline type grating lens is an inline type grating lens that converges plane waves. It has a rotationally symmetrical spatial frequency distribution with respect to the optical axis, which is obtained by adding an axially symmetrical spatial frequency distribution having a maximum value between the lens center and the lens outer periphery to the spatial frequency distribution of the grating lens, and the intersection A grating lens optical system, characterized in that the grating lens is a lens that converges the diffracted light to the predetermined one point.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03174103A (en) * 1989-09-19 1991-07-29 Fujitsu Ltd Achromatic hologram optical system
JP3181331B2 (en) * 1991-10-04 2001-07-03 株式会社町田製作所 Endoscope
US5631779A (en) * 1993-05-24 1997-05-20 Olympus Optical Co., Ltd. Objective lens system
EP1866630B1 (en) * 2005-03-30 2012-02-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical system with diffractive optical elements for mapping signal light onto a detector

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59160166A (en) * 1983-02-28 1984-09-10 インタ−ナシヨナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−シヨン Holography optical head

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59160166A (en) * 1983-02-28 1984-09-10 インタ−ナシヨナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−シヨン Holography optical head

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