JPH07141680A - ベッセルビーム発生光学装置 - Google Patents
ベッセルビーム発生光学装置Info
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- JPH07141680A JPH07141680A JP5288032A JP28803293A JPH07141680A JP H07141680 A JPH07141680 A JP H07141680A JP 5288032 A JP5288032 A JP 5288032A JP 28803293 A JP28803293 A JP 28803293A JP H07141680 A JPH07141680 A JP H07141680A
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- shaped
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高密度な光ディスク情報読み取りのために光
利用効率の高いＪo ベッセルビーム関数型の集光スポッ
トを得る。 【構成】 半導体レーザ１からの出射光をコリメートレ
ンズ２でコリメートしビーム縮小系３で、φ２００μｍ
のコリメート光にした後アキシコンレンズ４、５で直径
３．９ｍｍ、幅１００μｍのリング状光に変換して、対
物レンズ６で光ディスク７上に集光する。 【効果】 波長６８０ｎｍの半導体レーザを光源とし、
焦点距離５．５ｍｍのレンズでコリメートした光を、焦
点距離３．９ｍｍ、ＮＡ＝０．５５の対物レンズで集光
した場合のビーム径が１．１μｍであったのに対し、同
一波長、同一対物レンズで、メインローブ径が０．７μ
ｍの集光スポットが得られた。
利用効率の高いＪo ベッセルビーム関数型の集光スポッ
トを得る。 【構成】 半導体レーザ１からの出射光をコリメートレ
ンズ２でコリメートしビーム縮小系３で、φ２００μｍ
のコリメート光にした後アキシコンレンズ４、５で直径
３．９ｍｍ、幅１００μｍのリング状光に変換して、対
物レンズ６で光ディスク７上に集光する。 【効果】 波長６８０ｎｍの半導体レーザを光源とし、
焦点距離５．５ｍｍのレンズでコリメートした光を、焦
点距離３．９ｍｍ、ＮＡ＝０．５５の対物レンズで集光
した場合のビーム径が１．１μｍであったのに対し、同
一波長、同一対物レンズで、メインローブ径が０．７μ
ｍの集光スポットが得られた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク装置などに
用いられる、ビームプロファイルがＪo ベッセル関数型
のいわゆるベッセルビームの発生光学装置に関するもの
である。
用いられる、ビームプロファイルがＪo ベッセル関数型
のいわゆるベッセルビームの発生光学装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】動径方向に、Ｊo ベッセル関数型の電界
分布を持つ光ビームは回折を起こさず、ほぼ一定のビー
ム径で伝播することが知られている。従来から用いられ
ているガウシアンビームに比較して焦点深度が極めて大
きいことから、レーザ読み取り装置やレーザ描画装置へ
の応用が期待されている。また、Ｊo ベッセル関数型の
ベッセルビームは、ガウシアンビームやエアリーディス
クよりも細かいメインローブが形成可能なため、光ディ
スクの高密度再生への応用も期待される。
分布を持つ光ビームは回折を起こさず、ほぼ一定のビー
ム径で伝播することが知られている。従来から用いられ
ているガウシアンビームに比較して焦点深度が極めて大
きいことから、レーザ読み取り装置やレーザ描画装置へ
の応用が期待されている。また、Ｊo ベッセル関数型の
ベッセルビームは、ガウシアンビームやエアリーディス
クよりも細かいメインローブが形成可能なため、光ディ
スクの高密度再生への応用も期待される。
【０００３】このようなベッセルビームの発生光学装置
として以下のようなものが報告されている。図６に示し
たのは、平面波１４をリング状のスリット１５を通過さ
せ、その通過光を対物レンズ６に通す方法であり、図中
の斜線の部分にベッセルビームをが発生することが、フ
ィジカル・レビュー・レターズ（ＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥ
ＶＩＥＷ ＬＥＴＴＥＲＳ），ＶＯＬ．５８，ＮＯ．１
５，ｐｐ１４９９−１５０１（１９８６）に掲載されて
いる。
として以下のようなものが報告されている。図６に示し
たのは、平面波１４をリング状のスリット１５を通過さ
せ、その通過光を対物レンズ６に通す方法であり、図中
の斜線の部分にベッセルビームをが発生することが、フ
ィジカル・レビュー・レターズ（ＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥ
ＶＩＥＷ ＬＥＴＴＥＲＳ），ＶＯＬ．５８，ＮＯ．１
５，ｐｐ１４９９−１５０１（１９８６）に掲載されて
いる。
【０００４】また、図７には、アキシコンレンズによ
り、図中の斜線の部分にベッセルビームが発生させる方
法である（オプティカ アクタ（ＯＰＴＩＣＡ ＡＣＴ
Ａ），ＶＯＬ．３３，ＮＯ．９，ｐｐ１１６１−１１７
６（１９８６））。さらに図８は図７のアキシコンレン
ズを同等の効果を持つホログラム（以下、アキシコンホ
ログラムと呼ぶ）で置き換えたものである（ジャーナル
・オブ・オプティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ
（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ），ＶＯＬ．６，Ｎ
Ｏ．１１．ｐｐ１７４８−１７５４（１９８９））。
り、図中の斜線の部分にベッセルビームが発生させる方
法である（オプティカ アクタ（ＯＰＴＩＣＡ ＡＣＴ
Ａ），ＶＯＬ．３３，ＮＯ．９，ｐｐ１１６１−１１７
６（１９８６））。さらに図８は図７のアキシコンレン
ズを同等の効果を持つホログラム（以下、アキシコンホ
ログラムと呼ぶ）で置き換えたものである（ジャーナル
・オブ・オプティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ
（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ），ＶＯＬ．６，Ｎ
Ｏ．１１．ｐｐ１７４８−１７５４（１９８９））。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図６に示したベッセル
ビーム発生光学系の場合、入射平面波のうち、リング状
スリットの部分だけのパワーを、斜線部の空間でのベッ
セルビームの発生に使用するため、光の利用率が非常に
低いという問題が考えられる。また、図７、８に示した
ベッセルビーム発生光学系の場合は、アキシコンレン
ズ、もしくは、アキシコンホログラムに入射した光全部
を斜線部の空間でのベッセルビームの発生に使用するた
め、図６の例よりも光の利用率は高い。従って、図７、
８の方法は、走査型バーコードリーダーのような焦点深
度が深いことを必要とする応用に適している。しかしな
がら、光ディスクの読み出しに、ガウシアンビームやエ
アリーディスクよりも細いメインローブが形成可能な、
Ｊo ベッセル関数型のエッセルビームを用いようとする
場合、上記ほどの焦点深度は必要ではない。また、図
７、８の方法においても幾何光学的には、図９の従来の
ベッセルビーム発生光学装置の原理と問題点を説明した
図に示したように、光軸上の一点ａに光ディスクを配置
して情報を読み出す場合、その位置でのＪo ベッセル関
数型の光分布は、アキシコンレンズ、もしくは、アキシ
コンホログラム上のある半径を持つ非常に細いリング状
の光Ａにより形成されているため、通常の光ディスクの
再生光学系のように対物レンズで入射光を一点に集光う
る場合に比べて、光の利用率は著しく低くなる。
ビーム発生光学系の場合、入射平面波のうち、リング状
スリットの部分だけのパワーを、斜線部の空間でのベッ
セルビームの発生に使用するため、光の利用率が非常に
低いという問題が考えられる。また、図７、８に示した
ベッセルビーム発生光学系の場合は、アキシコンレン
ズ、もしくは、アキシコンホログラムに入射した光全部
を斜線部の空間でのベッセルビームの発生に使用するた
め、図６の例よりも光の利用率は高い。従って、図７、
８の方法は、走査型バーコードリーダーのような焦点深
度が深いことを必要とする応用に適している。しかしな
がら、光ディスクの読み出しに、ガウシアンビームやエ
アリーディスクよりも細いメインローブが形成可能な、
Ｊo ベッセル関数型のエッセルビームを用いようとする
場合、上記ほどの焦点深度は必要ではない。また、図
７、８の方法においても幾何光学的には、図９の従来の
ベッセルビーム発生光学装置の原理と問題点を説明した
図に示したように、光軸上の一点ａに光ディスクを配置
して情報を読み出す場合、その位置でのＪo ベッセル関
数型の光分布は、アキシコンレンズ、もしくは、アキシ
コンホログラム上のある半径を持つ非常に細いリング状
の光Ａにより形成されているため、通常の光ディスクの
再生光学系のように対物レンズで入射光を一点に集光う
る場合に比べて、光の利用率は著しく低くなる。
【０００６】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
光の利用効率の高い、ベッセルビーム発生光学装置を提
供することである。
光の利用効率の高い、ベッセルビーム発生光学装置を提
供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のベッセルビーム
発生光学装置は、平面波をリング状の発散光に変換する
光学素子と、前記リング状の発散光をリング状のコリメ
ート光に変換する光学素子と、前記リング状のコリメー
ト光を集光する対物レンズとを具備することを特徴とす
る。
発生光学装置は、平面波をリング状の発散光に変換する
光学素子と、前記リング状の発散光をリング状のコリメ
ート光に変換する光学素子と、前記リング状のコリメー
ト光を集光する対物レンズとを具備することを特徴とす
る。
【０００８】また、本発明のベッセルビーム発生光学装
置は、前記平面波をリング状の発散光に変換する光学素
子が、アキシコンレンズ、または、透過型ホログラムで
あり、かつ、前記リング状の発散光をリング状のコリメ
ート光に変換する光学素子が、アキシコンレンズ、また
は、透過型ホログラムであることを特徴とする。
置は、前記平面波をリング状の発散光に変換する光学素
子が、アキシコンレンズ、または、透過型ホログラムで
あり、かつ、前記リング状の発散光をリング状のコリメ
ート光に変換する光学素子が、アキシコンレンズ、また
は、透過型ホログラムであることを特徴とする。
【０００９】また、本発明のベッセビーム発生光学装置
は、前記平面波をリング状の発散光に変換する光学素子
が、円錐状ミラー、または、反射型ホログラムであり、
かつ、前記リング状の発散光をリング状のコリメート光
に変換する光学素子が、円錐状ミラー、または、反射型
ホログラムであることを特徴とする。
は、前記平面波をリング状の発散光に変換する光学素子
が、円錐状ミラー、または、反射型ホログラムであり、
かつ、前記リング状の発散光をリング状のコリメート光
に変換する光学素子が、円錐状ミラー、または、反射型
ホログラムであることを特徴とする。
【００１０】また、本発明のベッセルビーム発生光学装
置は、ビーム縮小器によりビーム径を縮小した光束が、
前記平面波であることを特徴とする。
置は、ビーム縮小器によりビーム径を縮小した光束が、
前記平面波であることを特徴とする。
【００１１】また、本発明のベッセルビーム発生光学装
置は、前記リング状のコリメート光の幅が、前記対物レ
ンズの半径の十分の一以下であることを特徴とする。
置は、前記リング状のコリメート光の幅が、前記対物レ
ンズの半径の十分の一以下であることを特徴とする。
【００１２】
【作用】Ｊo ベッセル関数は、数学的には無限小幅のリ
ングのフーリエ変換で得られる。従って、光学的には、
リング状の光を、レンズで一点に集光することによりＪ
o ベッセル関数型の電界分布を持つ光ビームが得られ
る。前述の図７、８に示した、従来技術のベッセルビー
ム発生光学装置では、幾何光学的には光軸を中心とした
それぞれの半径位置でのリング状の光を、光軸上で半径
に比例した位置に集光しベッセルビームを得ていた。
ングのフーリエ変換で得られる。従って、光学的には、
リング状の光を、レンズで一点に集光することによりＪ
o ベッセル関数型の電界分布を持つ光ビームが得られ
る。前述の図７、８に示した、従来技術のベッセルビー
ム発生光学装置では、幾何光学的には光軸を中心とした
それぞれの半径位置でのリング状の光を、光軸上で半径
に比例した位置に集光しベッセルビームを得ていた。
【００１３】これに対し、本発明では、一つのリングに
入射光パワーを集中し、このリング状光を対物レンズに
より集光するこにより、一点に集中した光利用率に大き
なベッセルビームを得るものである。使用する光源が半
導体レーザのように放射角度の大きな場合は、ビーム縮
小器により細かいビームとした後でリング状光に変換す
ることでパワーを集中する。このとき、回折の効果によ
り、無限小幅のリング状光を対物レンズに入射させるこ
とは不可能であるが、リング状光の幅が対物レンズの半
径の十分の一以下であれば、図５の本発明の原理を説明
する図に示すように無限小幅のリング状光を入射と仮定
して得られる計算値とはほぼ等しいＪoベッセル関数型
の電界分布を持つ光ビームが得られる。リング状光の幅
が対物レンズの半径の十分の一以上の時は、電界分布
は、Ｊi ベッセル関数の影響を強く含む形となる。
入射光パワーを集中し、このリング状光を対物レンズに
より集光するこにより、一点に集中した光利用率に大き
なベッセルビームを得るものである。使用する光源が半
導体レーザのように放射角度の大きな場合は、ビーム縮
小器により細かいビームとした後でリング状光に変換す
ることでパワーを集中する。このとき、回折の効果によ
り、無限小幅のリング状光を対物レンズに入射させるこ
とは不可能であるが、リング状光の幅が対物レンズの半
径の十分の一以下であれば、図５の本発明の原理を説明
する図に示すように無限小幅のリング状光を入射と仮定
して得られる計算値とはほぼ等しいＪoベッセル関数型
の電界分布を持つ光ビームが得られる。リング状光の幅
が対物レンズの半径の十分の一以上の時は、電界分布
は、Ｊi ベッセル関数の影響を強く含む形となる。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明のベッセルビーム発生光学装
置の第一の実施例を示した断面図である。半導体レーザ
１からの出射光をコリメートレンズ２でコリメートしビ
ーム縮小系３で、φ２００μｍのコリメート光にした後
アキシコンレズ４、５で直径３．９ｍｍ、幅１００μｍ
のリング状光に変換して、対物レンズ６で光ディスク７
状に集光した。波長６８０ｎｍの半導体レーザを光源と
し、焦点距離５．５ｍｍのレンズコリメートした光を、
焦点距離３．９ｍｍ、ＮＡ＝０．５５の対物レンズで集
光した場合のビーム径が１．１μｍであったのに対し、
上述の第一の実施例では、同一波長、同一対物レンズ
で、メインローブ径が０．７μｍの集光スポットが得ら
れた。
置の第一の実施例を示した断面図である。半導体レーザ
１からの出射光をコリメートレンズ２でコリメートしビ
ーム縮小系３で、φ２００μｍのコリメート光にした後
アキシコンレズ４、５で直径３．９ｍｍ、幅１００μｍ
のリング状光に変換して、対物レンズ６で光ディスク７
状に集光した。波長６８０ｎｍの半導体レーザを光源と
し、焦点距離５．５ｍｍのレンズコリメートした光を、
焦点距離３．９ｍｍ、ＮＡ＝０．５５の対物レンズで集
光した場合のビーム径が１．１μｍであったのに対し、
上述の第一の実施例では、同一波長、同一対物レンズ
で、メインローブ径が０．７μｍの集光スポットが得ら
れた。
【００１５】図２は、本発明のベッセルビーム発生光学
装置の第二の実施例を示した断面図である。第一の実施
例のアキシコンレンズ４、５を、透過型のアキシコンホ
ログラム８、９に置き換えたもので、同様の効果が得ら
れる。
装置の第二の実施例を示した断面図である。第一の実施
例のアキシコンレンズ４、５を、透過型のアキシコンホ
ログラム８、９に置き換えたもので、同様の効果が得ら
れる。
【００１６】図３は、本発明のベッセルビーム発生光学
装置の第三の実施例を示した断面図である。半導体レー
ザ１からの出射光をコリメートレンズ２でコリメートし
ビーム縮小系３で、φ２００μｍのコリメート光にした
後円錐状ミラー１０、１１で直径３．９ｍｍ、幅１００
μｍのリング状光に変換して、対物レンズ６で光ディス
ク７上に集光した。波長６８０ｎｍの半導体レーザを光
源とし、焦点距離５．５ｍｍのレンズでコリメートした
光を、焦点距離３．９ｍｍ、ＮＡ＝０．５５の対物レン
ズで集光した場合のビーム径が１．１μｍであったのに
対し、上述の第三の実施例では、同一波長、同一対物レ
ンズで、メインローブ径が０．７μｍの集光スポットが
得られた。
装置の第三の実施例を示した断面図である。半導体レー
ザ１からの出射光をコリメートレンズ２でコリメートし
ビーム縮小系３で、φ２００μｍのコリメート光にした
後円錐状ミラー１０、１１で直径３．９ｍｍ、幅１００
μｍのリング状光に変換して、対物レンズ６で光ディス
ク７上に集光した。波長６８０ｎｍの半導体レーザを光
源とし、焦点距離５．５ｍｍのレンズでコリメートした
光を、焦点距離３．９ｍｍ、ＮＡ＝０．５５の対物レン
ズで集光した場合のビーム径が１．１μｍであったのに
対し、上述の第三の実施例では、同一波長、同一対物レ
ンズで、メインローブ径が０．７μｍの集光スポットが
得られた。
【００１７】図４は、本発明のベッセルビーム発生光学
装置の第四の実施例を示した断面図である。第三の実施
例の円錐状ミラー１０、１１を、反射型のアキシコンホ
ログラム８、９に置き換えたもので、同様の効果が得ら
れる。
装置の第四の実施例を示した断面図である。第三の実施
例の円錐状ミラー１０、１１を、反射型のアキシコンホ
ログラム８、９に置き換えたもので、同様の効果が得ら
れる。
【００１８】以上述べてきた実施例では、平面波をリン
グ状の発散光に変換する光学素子と、リング状の発散光
をリング状のコリメート光に変換する光学素子の組み合
わせを規定して記述したが、組み合わせ可能であれば、
アキシコンレンズとアキシコンホログラムなどの組み合
わせもとれる。
グ状の発散光に変換する光学素子と、リング状の発散光
をリング状のコリメート光に変換する光学素子の組み合
わせを規定して記述したが、組み合わせ可能であれば、
アキシコンレンズとアキシコンホログラムなどの組み合
わせもとれる。
【００１９】
【発明の効果】本発明のベッセルビーム発生光学装置を
用いれば、高い光利用効率のベッセルビームを得ること
ができる。
用いれば、高い光利用効率のベッセルビームを得ること
ができる。
【図１】本発明の第一の実施例を示した説明図である。
【図２】本発明の第二の実施例を示した説明図である。
【図３】本発明の第三の実施例を示した説明図である。
【図４】本発明の第四の実施例を示した説明図である。
【図５】本発明の原理を示した説明図である。
【図６】従来のベッセルビーム発生光学装置の一例を示
した説明図である。
した説明図である。
【図７】従来のベッセルビーム発生光学装置の一例を示
した説明図である。
した説明図である。
【図８】従来のベッセルビーム発生光学装置の一例を示
した説明図である。
した説明図である。
【図９】従来のベッセルビーム発生光学装置の原理と問
題点を示した説明図である。
題点を示した説明図である。
【符号の説明】 １ 半導体レーザ ２ コリメートレンズ ３ ビーム縮小系 ４ アキシコンレンズ ５ アキシコンレンズ ６ 対物レンズ ７ 光ディスク ８ アキシコンホログラム ９ アキシコンホログラム １０ 円錐状ミラー １１ 円錐状ミラー １２ アキシコンホログラム １３ アキシコンホログラム １４ 平面波 １５ リング状スリット １６ アキシコンレンズ １７ アキシコンホログラム
Claims (5)
- 【請求項１】 平面波をリング状の発散光に変換する光
学素子と、前記リング状の発散光をリング状のコリメー
ト光に変換する光学素子と、前記リング状のコリメート
光を集光する対物レンズとを具備することを特徴とする
ベッセルビーム発生光学装置。 - 【請求項２】 前記平面波をリング状の発散光に変換す
る光学素子が、アキシコンレンズ、または、透過型ホロ
グラムであり、かつ、前記リング状の発散光をリング状
のコリメート光に変換する光学素子が、アキシコンレン
ズ、または、透過型ホログラムであることを特徴とする
請求項１記載のベッセルビーム発生光学素子装置。 - 【請求項３】 前記平面波をリング状の発散光に変換す
る光学素子が、円錐状ミラー、または、反射型ホログラ
ムであり、かつ、前記リング状の発散光をリング状のコ
リメート光に変換する光学素子が、円錐状ミラー、また
は、反射型ホログラムであることを特徴とする請求項１
記載のベッセルビーム発生光学装置。 - 【請求項４】 ビーム縮小器によりビーム経を縮小した
光束が、前記平面波であることを特等とする請求項１ま
たは請求項２または請求項３に記載のベッセルビーム発
生光学装置。 - 【請求項５】 前記リング状のコリメート光の幅が、前
記対物レンズの半径の十分の一以下であることを特徴と
する請求項１または請求項２または請求項３または請求
項４に記載のベッセルビーム発生光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5288032A JPH07141680A (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | ベッセルビーム発生光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5288032A JPH07141680A (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | ベッセルビーム発生光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07141680A true JPH07141680A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=17724946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5288032A Pending JPH07141680A (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | ベッセルビーム発生光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07141680A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02222918A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | ビーム形状変換装置 |
| JPH02292742A (ja) * | 1989-05-02 | 1990-12-04 | Pioneer Electron Corp | 光ヘッド |
| JPH05217198A (ja) * | 1992-02-05 | 1993-08-27 | Olympus Optical Co Ltd | 光学ヘッド装置 |
-
1993
- 1993-11-17 JP JP5288032A patent/JPH07141680A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02222918A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | ビーム形状変換装置 |
| JPH02292742A (ja) * | 1989-05-02 | 1990-12-04 | Pioneer Electron Corp | 光ヘッド |
| JPH05217198A (ja) * | 1992-02-05 | 1993-08-27 | Olympus Optical Co Ltd | 光学ヘッド装置 |
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