JPH06294940A - ビーム整形素子、並びにそのような素子を有する放射源及び光学走査ユニット - Google Patents

ビーム整形素子、並びにそのような素子を有する放射源及び光学走査ユニット

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JPH06294940A
JPH06294940A JP5352997A JP35299793A JPH06294940A JP H06294940 A JPH06294940 A JP H06294940A JP 5352997 A JP5352997 A JP 5352997A JP 35299793 A JP35299793 A JP 35299793A JP H06294940 A JPH06294940 A JP H06294940A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射源からの楕円断面のビームを円形断面の
ビームに変換するに適したビーム整形素子であって、照
射源との相対位置が厳格でなくてもよく、且つ周囲環境
のパラメータ変化の影響を受けることが少ないビーム整
形素子を提供する。 【構成】 ダイオードレーザ（１）からの楕円断面を持
つビーム（５、６、７、８）を円形断面を持つビーム
（１５）に変換するビーム整形素子（１０）が提供され
る。この素子（１０）は円柱状入力面（１２）とトロイ
ダル状出力面（１３）とを有すると共に、ダイオードレ
ーザ（１）に接近して配置することができるので、焦点
ずれによる波面のずれの問題は低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は入力面と、これに対して
反対側に位置する出力面と、直交座標系の３軸ＸＹＺの
Ｚ軸に一致する光学軸とを有するようなビーム整形素子
に関する。
【０００２】更に詳述すると、本発明は上記のような素
子であって、上記座標系のＹＺ面における第１の開口角
とＸＺ面におけるこれより小さな第２の開口角とが第１
の比をなすようなビームを、これら開口角が上記比より
小さな第２の比をなすようなビームに変換し、ここで、
上記両面において異なる角倍率を実現しているようなビ
ーム整形素子に関する。
【０００３】また、本発明は上記のようなビーム整形素
子を含むような放射源及び光学走査ユニットにも関す
る。
【０００４】
【従来の技術】上記のような形式のビーム整形素子は、
例えば、プリズムの形態、円柱レンズの形態、叉はヨー
ロッパ特許出願公開第０２８６３６８号公報に記載され
ているような入力面及び出力面がトロイダル形状を有す
る単一レンズ素子の形態で既知である。このようなビー
ム整形素子は、通常、ラテラル面と呼ばれる活性層に平
行な面における開口角がトランスバーサル面と呼ばれる
活性層に垂直な面における開口角より小さいビームを発
するようなダイオードレーザと組み合わせて使用され
る。遠視野と呼ばれる場においては、上記のようなダイ
オードレーザのビームは楕円状の断面を有している。上
記のようなダイオードレーザが、例えばオーディオ若し
くはビデオ番組叉はデータを記録することができるよう
な光学記録担体用の書込及び／叉は読出装置、叉はプリ
ンタ等の放射源として使用されるような装置において
は、丸くて小さく好ましくは回折が限られた照射スポッ
トを、走査すべき媒体上に形成しなければならない。こ
の目的のため、照射スポットを形成する結像系叉は対物
系には、円形の断面を持つ照射ビームがフルに供給され
ねばならない。このようなビームは、ダイオードレーザ
から始まって該レーザと対物系との間に当該ダイオード
レーザから幾らか離してビーム整形素子を配置すること
により得られることは既知である。
【０００５】ビーム整形素子を用いる既知のシステムに
おいては、当該ビーム整形素子のみならず放射源に対す
る該素子の位置に厳格な要件が課されねばならない。既
知のビーム整形素子は、ビームの整形、即ちビームの断
面の拡大叉は減少が単一の面内においてのみ、即ちトラ
ンスバーサル面叉はラテラル面のみにおいてなされるよ
うに設計されている。この場合、この面内における整形
は比較的強くなされねばならないので、このビーム整形
に関わるパラメータに厳格な要件が課されることにな
る。
【０００６】更に、ビーム整形を利用する既知のシステ
ムにおいては、ビーム整形素子が放射源から比較的大き
な距離離れて、即ち当該放射源から放射された発散ビー
ムが所要の断面を有するような位置に配される。しかし
ながら、ダイオードレーザの出力面のビーム整形素子に
対する軸方向の、即ちＺ方向の位置にも厳格な要件が課
されることになる。ダイオードレーザ出力面のＺ方向位
置が所望の位置とは異なると、レーザビームが、ビーム
整形素子の入力面において二次焦点ずれ項を持つような
波面を持つことになってしまう。波面の所与の部分を放
射源の中心から見る角度の関数であるような二次歪は、
ビーム整形素子により２つの主要断面において、即ちＸ
Ｚ面及びＹＺ面において、各々異なる態様で変換されて
しまう。事実、既知のビーム整形素子はこれら面の中の
一方では比較的大きな角倍率係数即ちスケールファクタ
を有するが、他方の面では１に等しい倍率を持つ。もし
ビーム整形率が例えば２より大きい場合は、放射源の焦
点ずれは当該ビーム整形素子により主要断面の一方のみ
において当該ビームの焦点ずれに略完全に変換されてし
まう。このことは、ビーム整形素子から放出されるビー
ムが非点収差を持つようになることを意味する。当該光
学系においては放射源自体の焦点ずれは対物系用の能動
的焦点制御により補正されるが、非点収差的波面誤差は
もはや除去されない。結果として、厳格な許容要件が非
点収差に対して課されることになる。平均の波面のず
れ、即ち０．０２ｘ波長（λ）なる、ＯＰＤrmsにより
示される波面ずれの自乗値の波面の表面にわたる積分の
平方根を表面により徐したもの、が依然として許容され
るなら、非点収差波面誤差ＷAは０．１λよりも小さく
なくてはならない。このことは、 ΔＺ ＝ ２・ＷA／（ＮＡ）2 により規定される当該ビーム整形素子に対する放射源の
焦点ズレΔＺは、このビーム整形素子の開口数ＮＡが
０．３５であり且つλ＝０．８μｍの場合は、大きくて
も１．５μｍの程度である。
【０００７】ビーム整形素子がダイオードレーザから比
較的長い距離離れて配置される通常使用されている光学
系においては、上記のような厳格な要件を満たすのは困
難である。例えば、温度変換及び機械的な衝撃により、
数ミクロンにも達する軸方向の変位がダイオードレーザ
とビーム整形素子との間に発生してしまう。
【０００８】
【発明の目的及び概要】従って、本発明の目的とすると
ころは上述したような従来のものにおける欠点を大幅に
解消することができるビーム整形素子及びそのような素
子を含む放射源ユニットを提供することにある。
【０００９】本発明の第１の特徴は、ビーム整形素子の
新規な技術思想に関するものであり、この素子は、前記
入力面が、中央部に前記Ｙ軸に平行な軸を持つ略円柱状
の部分を備えると共に、ｎ2及びｎ1を各々当該素子の材
料の屈折率及び当該素子の周囲の媒体の屈折率とした場
合、前記ＹＺ面においてはｎ1／ｎ2なる角度減少を行う
一方、前記ＸＺ面においてはｎ2／ｎ1なる角倍率を有
し、前記出力面が前記ＸＺ面における曲率半径が前記Ｙ
Ｚ面における曲率半径よりも大きなトロイダル状表面で
ある、ことを特徴としている。
【００１０】上記においては、ビーム整形能力が２つの
成分、即ちラテラル面における角倍率ｎ2／ｎ1及びトラ
ンスバーサル面における角減少ｎ1／ｎ2、により構成さ
れ、これら成分の各々が、前記両面のうちの一方のみに
おいてビーム整形が実現されるビーム整形素子に適用さ
れる要件よりもあまり厳格でない許容要件で実現するこ
とが可能である。
【００１１】以下に更に詳述するように、本発明による
ビーム整形素子においては３つの基本的な結像ステップ
の組み合わせが用いられ、これらステップは光行差がな
いことが分かっており且つ屈折面の心出し及び傾きに対
して大きな許容を有する。
【００１２】既に述べたように、ヨーロッパ特許出願公
開第２８６３６８号はトロイダル状の出力面を持つビー
ム整形素子を開示している。しかしながら、この素子の
入力面は円柱状ではなくてトロイダル状である。この面
はトランスバーサル面のみにおける光行差を補正するた
めのものである一方、上記のトロイダル状の出力面はラ
テラル面のみにおける光行差を補正するためのものであ
る。本発明によるビーム整形素子においては、上記のト
ロイダル状出力面は、２つの中間像を１個の像に結像す
ることを目的とし、これら中間像はＸＺ面及びＹＺ面に
おいて各々形成されると共にＺ方向にずらされるように
なっており、実際のビーム整形は入力面により実現され
る。
【００１３】本発明によるビーム整形素子の出力面にお
いては殆ど屈折はない、即ちこの面は略１の角倍率を有
している。結果として、当該ビーム整形素子を介して見
る放射源のＺ方向位置は、全ての周囲環境パラメータの
変化に対して安定している。このことは、検出器に対し
て放射源が安定した位置を持たねばならない光学走査装
置にとっては特に重要である。
【００１４】ビーム整形素子から放射されるビームの開
口は減少されるのが望ましく、この開口は例えば２つの
主断面において等しいようにする。この目的のため、光
学系における当該ビーム整形素子の背後にはコリメータ
レンズを配置してもよい。しかしながら、前記トロイダ
ル状出力面に球面が重畳されることを特徴とするような
ビーム整形素子の実施例を使用した場合は、上記のよう
なコリメータレンズを省略することができる。何故な
ら、この場合は出力面がビームの開口を減少させ、かく
してコリメータとして作用するからである。
【００１５】本ビーム整形素子は、例えばモールドされ
たガラス体、或いは同様な透明合成材料のモールドされ
た素子であってもよい。しかしながら、当該素子は好ま
しくはガラス基体を有すると共に、この基体の前側及び
／叉は後側に透明合成材料の層を設け、これら材料に既
知の複製（レプリカ）技術により所望の形状を付与する
ようにするとよい。このようなビーム整形素子は、所望
の形状の反転を内面に持つ２つの型から始めて、上記の
ような複製技術を用いることにより大量に且つ廉価に製
造することができる。この構成は、特に消費者向けの装
置に用いる場合に特に重要である。
【００１６】本ビーム整形素子の他の特徴によれば、前
記合成材料をポリメタクリル酸メチルとする。屈折率が
ｎ＝１．４８３であってビーム整形比ｎ2が２．２とな
るような上記材料は、複屈折が小さく、光学素子の製造
に関して充分な経験が得られているという利点を有して
いる。
【００１７】本発明によるビーム整形素子は、例えば
１：３なる長手方向比を持つような楕円軸の楕円断面を
持つビームを円形断面を持つビームに変換するためのみ
ならず、例えば１：５なる楕円軸の長手方向比を持つよ
うな高度に楕円状の断面を持つビームを例えば１：２な
る長手方向比を持つ楕円程度の少ない断面のビームに変
換するためにも使用することが可能である。
【００１８】本発明の第２の特徴は、放射源とビーム整
形素子との相互位置の変化による当該ビーム整形素子か
ら放射されるビームの波面への影響に関わる。本発明に
よれば、上記影響は、照射源ユニットがダイオードレー
ザの放射面とビーム整形素子の入力面との間の距離が大
きくても数百μｍであることを特徴とする場合には大幅
に低減することが可能である。
【００１９】上記のような短い距離においては、ダイオ
ードレーザ及びビーム整形素子は、従来のシステムで通
常そうであるように数ｍｍ程度の距離の場合よりも相互
に大幅に安定する。
【００２０】ダイオードレーザとビーム整形素子との相
互の望ましい安定は、これらダイオードレーザと素子と
を共通の支持体に固定することにより実現することがで
きる。
【００２１】本発明による放射源ユニットの好ましい実
施例は、ビーム整形素子とダイオードレーザとが共通の
支持体に取り付けられることを特徴としている。かくし
て、最適の安定性が得られる。
【００２２】ダイオードレーザとビーム整形素子との間
の距離を減少させる本発明の原理は、円柱レンズやプリ
ズム等の従来のビーム整形素子を有する放射源ユニット
においても使用することができる。このような放射源ユ
ニットは円形の対称断面を有し且つ波面が周囲環境パラ
メータの変化によるダイオードレーザのＺ位置の変化に
依存しないようなビームを供給することができる。
【００２３】上記原理は、ビーム整形素子が前述した本
発明に基づく素子であることを特徴とするような放射源
ユニットにおいても最適に利用することができる。
【００２４】上記素子におけるビーム整形は入力面のみ
により実現されるから、この入力面のダイオードレーザ
の出力面に対する位置が主に重要となる。この場合、ビ
ーム整形素子の出力面の位置はあまり重要でないから、
このビーム整形素子の例えば光学軸に沿う厚さには厳格
な要件が課されることはない。
【００２５】上記放射源ユニットにおいては、ダイオー
ドレーザの形態の放射源は非点収差を呈する。即ち、ラ
テラル面におけるビームの原点がトランスバーサル面に
おけるのとは異なる軸方向位置にある。この照射源の非
点収差は前記トロイダル面の形状を適応化させることに
より補償することができる。
【００２６】ある種のプリンタ等の光学系においては、
最終的に形成されるスポットを細長くするのが好ましい
場合がある。この場合、前記トロイダル面を、当該面か
ら放射されるビームが上記のようなスポットを形成する
ように適応化するとよい。また、前記円柱状入力面を特
定の要件に適応化させて正確な円柱状ではないようにす
ることも可能である。
【００２７】また、本発明は情報面を光学的に走査する
ための光学走査装置であって、ダイオードレーザ型放射
源ユニットと、この放射源ユニットにより供給される放
射ビームを焦点合わせして前記情報面上に走査スポット
を形成する対物系と、上記情報面からの放射を電気信号
に変換する放射感応型検出系とを有するような光学走査
装置にも関する。この場合、上記走査装置はその放射源
ユニットが前述したような放射源ユニットであることを
特徴としている。
【００２８】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳
細に説明する。
【００２９】
【実施例】図１は、ダイオードレーザ１と、ビーム整形
素子１０と、３軸座標系ＸＹＺを概念的に示している。
明瞭化のために、ダイオードレーザ１と素子１０との間
の軸方向の（Ｚ方向の）距離は誇張してある。実際に
は、これら部品の間は互いに接近しており、ビーム整形
素子１０における領域１１はダイオードレーザ１の出力
ファセット４となる。
【００３０】上記レーザ１は、例えばAlGaAsレーザであ
って複数の種々に異なってドープされた層を有するが、
明瞭化のためにレーザ放射が発生される長片状の活性層
２のみが図示されている。この活性層２は２つの部分的
に透明な鏡ファセット３及び４により境界が形成されて
おり、したがって当該レーザダイオードを介して電流源
９からの電流が流される際に発生されるレーザ放射は上
記活性層２から導出される。前側ファセット４から取り
出された放射は例えば光学走査装置叉は光学プリンタ等
のための放射ビームを形成するために使用され、一方後
側ファセット３を介して取り出された放射は当該レーザ
の振る舞いをモニタするために使用することができる。
【００３１】上記活性層２のＸＹ面における断面及び前
側ファセット４の長方形形状により、当該ダイオードレ
ーザから放出されたビームは対称ではなく、上記活性層
２に対して平行なＸＺ面（即ちラテラル面）内で開口角
Θ１を有し、この開口角はＹＺ面（即ちトランスバーサ
ル面）における開口角Θ２よりも小さい。ここで、ラテ
ラル面におけるビームの境界の照射線は符号５及び６で
示し、トランスバーサル面におけるものは符号７及び８
で示している。そして、上記の境界照射線で表されるビ
ームはダイオードレーザ１の遠視野では、即ち当該レー
ザから幾らか離れた位置では、楕円の断面を有してい
る。このようなビームを例えば光学走査装置叉は光学プ
リンタ等で使用するに適したものとするために、該ビー
ムは円形断面を持つビームに変換されねばならない。本
発明においては、このことがビーム整形素子１０により
なされる。この素子１０は、Ｙ軸と平行な円柱軸を持つ
円柱の一部の形状を持つような入力面１２を有してい
る。トランスバーサル面、即ちＹＺ面の照射線に対して
は、この入力面は例えば１なる屈折率を持つ空気とｎな
る高い屈折率を持つ媒体との間の平らな境界となるの
で、これらの照射線はＺ軸に向かってｎで決まる所定の
程度で偏向される。言い替えれば、これらの照射線に対
しては（１／ｎ）なる角度の減少が発生し、上記入力面
１２はＹＺ面において放射源の中心の第１の像を形成す
る。これが以上に述べた基本的な結像段階の第１のステ
ップである。
【００３２】第２のステップは、上記入力面１２のラテ
ラル面、即ちＸＺ面における効果に関連するものであ
る。この面においては、上記入力面１２はＲなる曲率を
有し、該曲率半径は前記放射源の中心と当該入力面によ
るこれと共役な結像点とが、この結像面の不遊点（apla
natic point）と一致するように選定される。これらの
不遊点は下記により与えられ、 Ｓ0 ＝ ｛（１＋ｎ）／ｎ｝ ｘ Ｒ Ｓ1 ＝ ｛（１＋ｎ）／１｝ ｘ Ｒ ここで、Ｓ0及びＳ1は対物点と結像点のＺ軸上の各位置
である。上記入力面１２により導入されるラテラル面の
角倍率はｎに等しい。
【００３３】第３の基本的結像ステップは、トランスバ
ーサル面とラテラル面とに関係するもので、当該ビーム
整形素子１０の出力面１３により実現される。この面
は、その曲率の中心が前記面１２により形成される前記
レーザファセット４の中心の像に略一致するように、ト
ランスバーサル面における曲率半径Ｒ1を有すると共に
Ｚ方向の位置に配置される。この面１３はトランスバー
サル面では照射線を屈折されない形で透過し、従ってこ
の面における角倍率は１に等しい。一方、ラテラル面に
おいては当該出力面１３は、その曲率の中心が前記レー
ザファセット４の中心の前記面１２により形成される虚
像に一致するような、曲率半径を有し、従ってこの場合
もその角倍率は略１に等しい。
【００３４】このように、ビーム整形素子１０により実
現されるトランスバーサル面とラテラル面とにおける角
倍率の間の差は約ｎ2に等しい。かくして、この差、即
ち当該素子のビーム整形能力はビームの広がりをトラン
スバーサル面とラテラル面との両方において変化させる
前記入力面により略完全に実現されることになる。この
ビーム整形素子がｎ1なる屈折率を持つ媒体内に配置さ
れ、且つ、当該素子の材料の屈折率がｎ2であるとする
と、トランスバーサル面における角度減少はｎ1／ｎ2と
なり、ラテラル面における角倍率はｎ2／ｎ1となり、且
つ、ビーム整形能力は約（ｎ2／ｎ1）2となる。上記入
力面の不遊点に関しては、 Ｓ0 ＝ ｛（ｎ1＋ｎ2）／ｎ2｝ ｘ Ｒ Ｓ1 ＝ ｛（ｎ1＋ｎ2）／ｎ1｝ ｘ Ｒ が成り立つ。
【００３５】前記入力面により形成される２つの虚像は
Ｚ軸に沿う異なる位置に位置するので、出力面はこれら
２つの像を一つの像に合成するように僅かにトロイダル
状を呈さねばならない。ここで、トロイダル状とはラテ
ラル面における面の曲率半径がトランスバーサル面にお
けるものとは異なることを意味すると理解されたい。こ
のことが、図１に前記出力面の非同一面的周曲線により
示されている。
【００３６】面１３のトロイダル形状は、当該面上にお
ける同一の円上に位置する２つの点間の、Ｚ方向で測定
した、最大距離として表すことができる。このトップ・
ツー・トップ（top-to-top）距離は光学的に使用される
面の縁部に関して、例えば、数ミクロンから数十ミクロ
ンの程度である。
【００３７】ビーム整形素子１０から放射されるビーム
の開口角を減少させて、該ビームが使用される当該シス
テム後段において各光学素子が小さな直径を持つことが
できるようにするのが望ましい。この目的のため、上記
素子１０の背後にはコリメータレンズを配置してもよ
い。しかしながら、本発明によれば他の可能性がある。
即ち、当該ビーム整形素子１０にコリメート機能を組み
込むことである。この目的のため、前記トロイダル状出
力面には開口角の所望の低減のための所望の光学能力を
持つ球状面が重畳される。この球状面はラテラル面及び
トランスバーサル面で同一の曲率半径を有している。
【００３８】光学記録担体用の従来の走査装置において
は、ビーム整形素子の入力開口数はラテラル面の場合約
０．１３であり、トランスバーサル面の場合は約０．４
である。本発明によるビーム整形素子では出力面の球状
光学能力なしで、両面において約０．２０なる出力開口
数を実現することができる。前記出力面１３に球状光学
能力を付与することにより、出力開口数は低減すること
ができる。この開口を最小の入力開口数と等しくするこ
とができれば、ラテラル面において入力面１２により実
現される像を参照して説明したのと同様の方法で、出力
面により実現される像が不遊条件を満たすことを保証す
ることができる。もし不遊条件が満たされたならば、許
容要件は軽減され、これによりこれら要件は容易に満た
すことができる。
【００３９】ラテラル面とトランスバーサル面とにおけ
るＦＷＨＭ開口角が各々１０゜及び３０゜であるような
ダイオードレーザビームは、ビーム整形素子が上述した
開口数（ＮＡ）の値０．１３及び０．４０の場合、当該
素子を通過した後は対称な振幅分布を有するであろう。
【００４０】もし上記ビームがガウス強度分布を有する
場合は、当該素子から発するビームの縁部における強度
は当該ビームの中心における強度の４０％に等しいであ
ろう。ここで、この周部の強度は当該素子の限られた開
口による強度損失に等しい。従って、ダイオードレーザ
により発せられた放射の６０％が、当該ダイオードを含
む光学装置に利用可能となるような形で集中されること
になる。ＦＷＨＭ開口角とは、中心の強度の半分となる
ような波面の各点に向かって指向される光線間の相互角
度である。
【００４１】図１に示すように、このビーム整形素子１
０は円直径Ｄと同程度の長さＬを持つ円形断面の円柱形
状を有するように構成することができる。Ｄ及びＬは例
えば１．２mmで、この値は扱い易さにより決定される。
前記入力面１２に関しては、曲率半径は１５〜３０μｍ
の程度である。波面ずれＯＰＤrmsは７ｍλなる所望の
値を有し、この値は７０ｍλなるマレシャル評価値（Ma
rechal criterion）よりも大幅に小さい。７ｍλなる値
は非点収差残留誤差により決定される。もし望むなら
ば、この残留誤差は小さな四次補正項を加えることによ
りＸＺ面及び多分ＹＺ面において前記トロイダル面を僅
かに非球面状とすることにより補正することができる。
【００４２】このビーム整形素子１０はガラス製であっ
てもよく、前記入力面１２及び出力面１３は研磨により
叉はモールドにより得ることができる。このビーム整形
素子は、例えばモールドにより形成される透明な合成樹
脂製であってもよい。大量に且つ低コストで製造するこ
とができ、且つ温度変化及び湿度に対して十分に抵抗力
を持つようなビーム整形素子を得るために、複製（レプ
リカ）工程として知られる工程を使用することができ
る。このような工程においては、ガラス前形成物（pref
orm）から開始し、この前形成物の前側及び後側には紫
外線照射により硬化することができるポリマのような十
分な粘性状態の合成材料の層が設けられる。これらの層
には、前記面１４及び出力面１３の反転である各面を持
つ型を押しつけることにより、入力面及び出力面の所望
の形状が各々付与される。次いで、このような組立体は
紫外線により照射され、これら層が硬化される。上記の
各型を取り除けば、如何なる後工程も必要とせず該素子
は即使用可能である。
【００４３】ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）なる
材料を合成樹脂として使用するのが好ましく、この材料
はあまり複屈折を呈さないという利点を有している。
【００４４】このビーム整形素子は、好ましくは、該素
子を機械的に直接ダイオードレーザ上に取り付けること
により該ダイオードレーザに対して固定される。このよ
うな固定の一例が図２に示されている。この場合、例え
ば３００ｘ３００μｍなる最大表面積を持つダイオード
レーザ１は、例えば１ｘ１ｘ１ｍｍ3なる寸法のブロッ
ク１５の一側面に固定される。一方、ビーム整形素子１
０は当該ブロック１５の上面１７上に、当該素子の円柱
レンズ１２がダイオードレーザ１の出力ファセット４上
に位置するようにして、配置される。素子１０はブロッ
ク１５の側面１６及び多分反対側の側面１８に固定され
る支持体（図示略）により支持される。かくして、ダイ
オードレーザ１の出力ファセット４は円柱レンズ１２に
対して、例えば数十ミクロンなる距離という非常に接近
して位置することになる。結果として、上記ファセット
とビーム整形素子との間の距離に関して１μｍ程度の所
望の許容差を現実に達成することができ、従って当該ビ
ーム整形素子から発するビームには不所望な非点収差は
発生しない。更に、出力ファセット４とビーム整形素子
とが互いに固定されるので、この不所望な非点収差が周
囲のパラメータの変化によっても発生することがない。
【００４５】実際には、ダイオードレーザはハウジング
中に収容され、このハウジングの当該ダイオードレーザ
の前側ファセットに面する側部は放射を透過させる窓を
有している。既知の装置においては、ビーム整形素子は
上記ハウジングの外部に例えば上記窓から１．５ｍｍ程
度の距離に配置され、また該窓はダイオードレーザから
例えば２．５ｍｍ程度の距離であるから、ダイオードレ
ーザとビーム整形素子との間の距離は約４ｍｍとなる。
本発明によれば、図３に示すように、ビーム整形素子１
０はハウジング内にレーザファセットから非常に短い距
離の位置に収容することができる。この図において、符
号４０はブロック１５が配置されると共にモニタ用ダイ
オード４１及び多分他のダイオードが配置される基体を
示している。また、上記ハウジングの側面は符号４２で
示され、当該ハウジングの上面の放射を透過させる窓は
符号４３で示されている。また、符号４４〜４７で示す
ものは上記のダイオードレーザ及びフォトダイオード等
の接続端子である。
【００４６】以下のパラメータは、全体が合成材料ＰＭ
ＭＡで作られたビーム整形素子の第１の特定の実施例に
適合する値である。 ダイオードレーザまでの距離Ｚ1＝８０μｍ 入力面の曲率： ＸＺ面での曲率Ｃ1x＝−３１．２５ｍｍ-1 ＹＺ面での曲率Ｃ1y＝０ 厚さＤ＝１．１６ｍｍ 出力面の曲率： ＸＺ面での曲率Ｃ2,x＝−０．８６５ｍｍ-1 ＹＺ面での曲率Ｃ2,y＝−０．７３４ｍｍ-1 また、当該素子には以下の許容差が適応される。 許容焦点ずれΔＺ1＝２μｍ 許容厚さ変化ΔＤ＝２５μｍ 許容屈折率変化Δｎ＝０．０１ 許容中心ずれ： ＸＺ面内では３μｍ ＹＺ面内では＞２５μｍ Ｘ軸の回りでの許容傾きは少なくとも５０mrad Ｙ軸の回りでの許容傾き： ＮＡexit＝０．２０の場合、少なくとも５０mrad ＮＡexit＝０．１３の場合、少なくとも１５mrad ＮＡexit＝０．１０の場合、少なくとも５mrad
【００４７】本発明によるビーム整形素子の第２の特定
の実施例においては、ＹＺ面における断面が図４のよう
になっており、ＳＦＨ６４ガラス体とダイアクリル（Di
acryl）なる合成材料の層とから作成されており、下記
のパラメータ値が適合される。 ダイオードレーザまでの距離Ｚ1＝９０μｍ 入力面の曲率： ＸＺ面における曲率Ｃ1x＝−３７．１ｍｍ-1 ＹＺ面における曲率Ｃ1y＝０ 厚さＤ1＝０．０１７ｍｍ 厚さＤ2＝２．５０ｍｍ 厚さＤ3＝０．００２ｍｍ ＸＺ面における出力面の曲率半径Ｒ1x＝−１．８５９ｍ
ｍ
【００４８】ＹＺ面においては、出力面は最大曲率半径
Ｒ2y＝−２．０２３ｍｍ並びに非球面係数ａ2＝−０．
２４７１５及びａ4＝−０．０１３２を有する非球面で
ある。
【００４９】この実施例には下記の許容差が当てはま
る。 許容焦点ずれΔＤ1＝１．５μｍ 許容厚さ変化ΔＤ2＝２０μｍ 許容屈折率変化： ＳＦＨ６４ガラスに対してΔｎg＝０．０１０ ダイアクリルに対してΔｎd＝０．０１０ 許容中心ずれ： ＸＺ面内では３μｍ ＹＺ面内では＞２５μｍ Ｘ軸の回りでの許容傾き：２５mrad Ｙ軸の回りでの許容傾き：２５mrad 当該素子の重さは約４０ｍｇである。このビーム整形素
子から出力されるビームは円形対称断面を有し、開口角
は０．２０である。この素子はダイオードレーザ放射の
約９４％を入力し、従ってＮＡ＝０．２０における周部
強度は約６％である。この素子が光学記録担体用の走査
装置に使用された場合は、この装置の光学系は全強度の
８０％を包含する０．１５なる開口数の円形ビームを選
択する。結果として、０．１５なるＮＡにおける周部強
度は２０％である。
【００５０】図５のａ及びｂは、ＳＦＨ１６ガラス体と
合成材料層から作成され且つＮＡYZ＝０．１６０及びＮ
ＡXZ＝０．１５０であるようなビーム整形素子の実施例
に関するメリジオナル面及びサジタル面の光行差曲線を
示している。これらの図においては、波面ずれＡ（λ）
が縦軸上に出力瞳（標準化された開口数ＮＡnで）にお
ける位置Ｐの関数としてプロットされている。Ｘ方向の
位置誤差は２μｍであり、Ｙ方向のものは０μｍであ
る。また、ＯＰＤrmsは５ｍλである。
【００５１】比較対照のために、図６のａ及びｂは既知
のビーム整形素子の対応する光行差曲線を示している。
この素子のＹＺ面の断面は図７に示されている。この場
合、入力ビームの開口角はΘi＝０．３２であり、出力
ビームの開口角はΘo＝０．１２５である。この素子の
場合は、Ｙ方向における位置誤差が２μｍであり、Ｘ方
向におけるものは０μｍである。また、ＯＰＤrmsは５
０ｍλである。
【００５２】図８は、光学記録担体２０の情報層２２を
光学的に走査する装置を概念的に示している。ここで、
走査とは情報の書き込み及び読み出しの両方のための走
査を意味するものと理解されたい。上記情報層２２は事
前記録された層叉は情報を部分的に若しくは全体的に記
録することができるような層であってもよい。図８に一
部を放射方向の断面として示した記録担体２０は、透明
な基体２１と、反射情報層２２と、被覆２３とを有して
いる。上記情報層は多数のトラック２５に分割され、こ
れらトラックには情報が周囲から光学的に識別される情
報領域（図示略）の形態で記録叉は書き込むことができ
る。
【００５３】当該走査装置は放射源ユニット３０を有
し、このユニットは円形断面を有すると共に対物系３３
を最適に満たすような開口角を持つビーム３１を供給す
る。この系３３は情報層上に回折の制限された照射スポ
ット３２を形成する。この情報層は上記照射を、対物系
を通過するビーム３４へと反射する。このビーム３４を
前記ビーム３１から空間的に分離するために、当該系に
は例えばプリズム３５のような部分的に反射する素子が
設けられ、このプリズムはビーム３４の一部を検出器３
７に向けて反射する半透過面３６を有している。情報ト
ラックは当該記録担体を回転することにより走査するこ
とができる。そして、全情報トラックは走査スポット３
２に対して記録担体を半径方向に移動させることにより
走査することができる。
【００５４】読み出しの間には、反射されたビームが情
報領域の連続として記憶された情報に応じて強度変調さ
れることになる。前記検出器３７はこの変調を電気信号
に変換する。この検出器は、通常、複数の信号を出力す
るように複数の検出素子を有し、これら信号は信号処理
回路３８により処理されて入力信号Ｓiと、トラッキン
グサーボシステム及びフォーカスサーボシステム用のト
ラッキングエラー信号Ｓr及びフォーカスエラー信号Ｓf
とが形成される。
【００５５】上記のような読み出し装置の詳細について
は、フィリップス・テクニカル・レビュー４０、１９８
１／８２年、Ｎｏ．９、第267頁〜第272頁のM.G. Caras
so、J.B.H. Peek及びJ.P. Sinjouによる「コンパクトデ
ィスク・デジタルオーディオ」なる記事を参照された
い。
【００５６】本発明によれば、前記放射源ユニット３０
はダイオードレーザ１と、前述したようなビーム整形素
子１０とを有している。この放射源ユニットは、安定し
た波面を有すると共にダイオードレーザにより発生され
た強度の大部分を表す強度を有するようなビームを供給
する。このように、当該放射源ユニットは例えば表面変
形により融除的に叉は磁気光学工程により情報を書き込
むような書き込む装置に好適である。書き込みの際に
は、ビーム３１は例えば音響光学変調器叉はダイオード
レーザを経る電流を変調することにより変調される。
【００５７】図８は、光学走査装置の原理を一つの実施
例を参照することにより図示したにすぎない。このよう
な走査装置には多数の実施例があり、本発明による放射
源ユニットはこれらの実施例の各々において用いること
ができる。また、本発明は光学記録担体を走査する光学
装置において使用することができるのみならず、１個以
上のダイオードレーザを放射源として含み且つ高い強度
の放射ビームと僅かのずれしか持たない波面が必要とさ
れるような光学装置に一般的に使用することができる。
光学プリンタはそのような装置の一例である。
【００５８】楕円状断面を持つ放射ビームを必ずしも完
全に円形の断面を持つビームに変換する必要はないが、
断面が高程度に楕円形状のビームをあまり高程度に楕円
状でない断面のビームに変換することが十分であり叉は
望ましいであろう。本発明は、後者が実現されるような
光学装置に使用することもできる。更に、本発明の２つ
の特徴を組み合わせて用いる必要はないであろう。何故
なら、これらはそれら自身で各々本質的な利点を有して
いるからである。ビーム整形素子の入力面を放射源の放
射発生面から僅かの距離に配置するというアイデアは、
従来のビーム整形素子を用いたシステムにも使用するこ
とができる。開口角が一方の面で増加され他方の面で減
少されるような本発明によるビーム整形素子が放射源か
ら遠くの距離に配置される場合にも、この素子にはあま
り厳格な許容要件が課されなくなるという利点が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明によるビーム整形素子を含む
放射源ユニットの一例を示す概念図、
【図２】 図２は、本発明によるビーム整形素子とダイ
オードレーザとを相互に固定する構成の一例を示す説明
図、
【図３】 図３は、本発明によるビーム整形素子をダイ
オードレーザのハウジング内に収容する構成例を示す説
明図、
【図４】 図４は、本発明によるビーム整形素子の一実
施例を示す概念図、
【図５】 図５のａ及びｂは、同実施例によるビーム整
形素子の光行差曲線を示すグラフ、
【図６】 図６のａ及びｂは、従来のビーム整形素子の
光行差曲線を示すグラフ、
【図７】 図７は、従来のビーム整形素子の一例を示す
概念図、
【図８】 図８は、本発明による放射源ユニットを有す
る光学走査装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…ダイオードレーザ（放射源）、 ２…活性層、４
…出力ファセット、 １０…ビーム整形素
子、１２…入力面、 １３…出力
面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１１Ｂ 7/135 Ｚ 7247−5Ｄ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力面と、これに対して反対側に位置す
    る出力面と、直交座標系の３軸ＸＹＺのＺ軸に一致する
    光学軸とを有し、上記座標系のＹＺ面における第１の開
    口角とＸＺ面におけるこれより小さな第２の開口角とが
    第１の比をなすようなビームを、これら開口角が上記比
    より小さな第２の比をなすビームに変換するようなビー
    ム整形素子であって、上記両面において異なる角倍率を
    実現しているようなビーム整形素子において、 前記入力面は、中央部に前記Ｙ軸に平行な軸を持つ略円
    柱状の部分を備えると共に、ｎ2及びｎ1を各々当該素子
    の材料の屈折率及び当該素子の周囲の媒体の屈折率とし
    た場合、前記ＹＺ面においてはｎ1／ｎ2なる角度減少を
    行う一方、前記ＸＺ面においてはｎ2／ｎ1なる角倍率を
    有し、 前記出力面は前記ＸＺ面における曲率半径が前記ＹＺ面
    における曲率半径よりも大きなトロイダル状表面であ
    る、ことを特徴とするビーム整形素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のビーム整形素子におい
    て、前記出力面のトロイダル状表面に球状面が重畳され
    ていることを特徴とするビーム整形素子。
  3. 【請求項３】 請求項１叉は請求項２に記載のビーム整
    形素子において、当該素子はガラス製本体を有し、この
    本体の前側及び後側の少なくとも一方に透明な合成材料
    の層が設けられ、これら層には前記円柱状の形状及び前
    記トロイダル状の形状が各々付与されることを特徴とす
    るビーム整形素子。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載のビーム整形素子におい
    て、前記合成材料がポリメタクリル酸メチルであること
    を特徴とするビーム整形素子。
  5. 【請求項５】 ダイオードレーザと、このダイオードレ
    ーザにより供給されるビームを該レーザのビームの断面
    よりも楕円性の少ない断面を持つビームに変換するビー
    ム整形素子とを有する放射源ユニットにおいて、 前記ダイオードレーザの放射面と前記ビーム整形素子の
    入力面との間の距離が最大でも数百μｍであることを特
    徴とする放射源ユニット。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の放射源ユニットにおい
    て、前記ビーム整形素子と前記ダイオードレーザとが共
    通の支持部に取り付けられていることを特徴とする放射
    源ユニット。
  7. 【請求項７】 請求項５叉は請求項６に記載の放射源ユ
    ニットにおいて、前記ビーム整形素子が請求項１、２、
    ３叉は４に記載の素子であることを特徴とする放射源ユ
    ニット。
  8. 【請求項８】 請求項５、６叉は７に記載の放射源ユニ
    ットにおいて、前記ビーム整形素子が前記ダイオードレ
    ーザのハウジング内に収容されていることを特徴とする
    放射源ユニット。
  9. 【請求項９】 情報面を光学的に走査するための光学走
    査装置であって、放射源ユニットと、この放射源ユニッ
    トにより供給される放射ビームを焦点合わせして前記情
    報面上に走査スポットを形成する対物系と、上記情報面
    からの放射を電気信号に変換する放射感応型検出系とを
    有するような光学走査装置において、前記放射源ユニッ
    トが請求項５、６、７叉は８に記載の放射源ユニットで
    あることを特徴とする光学走査装置。
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