JPH0792528B2 - Grating lens optical system - Google Patents

Grating lens optical system

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JPH0792528B2
JPH0792528B2 JP62056813A JP5681387A JPH0792528B2 JP H0792528 B2 JPH0792528 B2 JP H0792528B2 JP 62056813 A JP62056813 A JP 62056813A JP 5681387 A JP5681387 A JP 5681387A JP H0792528 B2 JPH0792528 B2 JP H0792528B2
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grating
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雅之 加藤
文雄 山岸
弘之 池田
雄史 稲垣
智史 前田
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 入射レーザビームを軸対称に交叉させる第1のグレーテ
ィングレンズとこの交叉ビームを光ディスク上に収束さ
せる第2のグレーティングレンズとの2枚のグレーティ
ングレンズを組合せることにより入射レーザビームの波
長変動の影響を受けることなく収差のない安定した合焦
性能を実現し得るようにした新規に開発されたグレーテ
ィングレンズ系において、第1、第2グレーティングレ
ンズの少くとも一方に当該レンズの光使用効率を部分的
に変化せしめる手段を設けることにより均一な光強度分
布を確保し、良好なビームスポットを実現する。
DETAILED DESCRIPTION [Outline] Two grating lenses, a first grating lens that crosses an incident laser beam axially symmetrically and a second grating lens that focuses the crossed beam on an optical disk, are combined. As a result, in the newly developed grating lens system capable of achieving stable focusing performance without aberrations without being affected by the wavelength fluctuation of the incident laser beam, at least one of the first and second grating lenses By providing a means for partially changing the light use efficiency of the lens, a uniform light intensity distribution is secured and a good beam spot is realized.

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

本発明は、グレーティングレンズを組み合わせて集束機
能を持たせたグレーティングレンズ光学系に関する。
The present invention relates to a grating lens optical system having a focusing function by combining grating lenses.

昨今、コヒーレント光源(半導体レーザ)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
えば光ディスク装置の光ヘッド等においては、(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ィングレン
ズの使用が検討されている。
Recently, in an optical system that requires a function of focusing divergent spherical wave light from a coherent light source (semiconductor laser) to one point, for example, an optical head of an optical disk device, (i) downsizing of the device, (ii) access time In order to realize the shortening of (3) and (iii) cost reduction, the use of a grating lens that is thin, weighing, small, and mass-produced in comparison with conventional optical elements is being studied.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のインライン型グレーティングレンズを第5図に示
す。このレンズ20は、同図(a)に示すように、例えば
ある特定の波長λ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λよりも長い波長
λ(>λ)の光に対しては、同図(b)に示すように
収差が発生し、焦点距離がΔfだけずれ、良好な集束性
能が得られなくなる。また、λ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 type grating lens is shown in FIG. The lens 20 has a function of converging, for example, only a parallel light flux having a specific wavelength λ 0 into one point, as shown in FIG. Therefore, for light having a wavelength λ (> λ 0 ) longer than λ 0 , aberration is generated as shown in FIG. 6B, the focal length is deviated by Δf, and good focusing performance is obtained. Disappear. 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、体積型ホログラムレンズ、表面レリーフ型グ
レーティングレンズ、ブレーズ化グレーティングレンズ
のいずれにおいてもあてはまる。
Such a phenomenon is common to lenses that bend light by diffraction, and is applicable to any of volume hologram lenses, surface relief grating lenses, and blazed grating lenses.

このようにグレーティングレンズは、使用波長が所定の
値(λ)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、レンズの種類によっては焦点位置もず
れてしまうという性質を持っている。
As described above, the grating lens has a property that when the used wavelength deviates from a predetermined value (λ 0 ), an aberration occurs and the focusing performance deteriorates, and the focal position also deviates depending on the type of lens. .

現在用いられている半導体レーザの発振波長は個体ばら
つき、温度による変化、駆動電流値による変化等により
例えば波長830nmと称するレーザであっても、その波長
は±12nm程度の範囲で変化する。したがって光源として
半導体レーザを用いる場合には従来のグレーティングレ
ンズは収差発生の許されない高精度光学系に用いること
ができなかった。
The oscillation wavelength of the currently used semiconductor laser varies depending on individual variations, changes due to temperature, changes due to drive current value, and the like, but even for a laser having a wavelength of 830 nm, the wavelength changes within a range of about ± 12 nm. Therefore, when a semiconductor laser is used as a light source, the conventional grating lens cannot be used in a high precision optical system in which aberration is not allowed.

そこで、本願出願人は先に、特願昭61−220870号明細書
において、上述の如き入射光の波長変動があってもその
影響を受けずに常に収差のない良好なビームスポットを
得ることができ且つ正確な安定した合焦性能を有するグ
レーティングレンズ光学系を提案した。
Therefore, the applicant of the present application has previously found that in Japanese Patent Application No. 61-220870, even if there is a wavelength variation of the incident light as described above, it is not affected by the variation and always obtains a good beam spot without aberration. We have proposed a grating lens optical system that is capable of accurate and stable focusing performance.

このグレーティングレンズ光学系は基本的にはレーザ光
源からのレーザ光を軸対称に交叉させる第1のグレーテ
ィングレンズと該第1グレーティングレンズを透過した
回折光を所定の一点(焦点)に合焦させる第2のグレー
ティングレンズとを光軸上に配置したものであり、これ
ら両グレーティングレンズの空間周波数を適当に選定す
ることにより後述の如く波長変動を吸収し、収差の発生
を防止することができる。
This grating lens optical system basically focuses a first grating lens that axially symmetrically intersects a laser beam from a laser light source and a first grating lens that focuses diffracted light that has passed through the first grating lens to a predetermined point (focus point). Two grating lenses are arranged on the optical axis, and by appropriately selecting the spatial frequencies of these two grating lenses, it is possible to absorb wavelength fluctuations and prevent aberrations as described later.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかるにこのようなグレーティングレンズ光学系におい
て新たに以下のような問題が判明した。即ち、上述のグ
レーティングレンズ光学系においては、レーザ光線を第
1、第2グレーティングレンズ間で交差させているため
第2グレーティングレンズから出射するビームの強度分
布は必然的に従来の単一グレーティングレンズにおける
分布と異なる。そしてグレーティングレンズ系は無収差
であっても、第2グレーティングレンズによるビーム集
束の結果得られる回折限界のビームスポット径はこの分
布に応じて変化する。そのため、例えば光ヘッドに上記
のグレーティングレンズ光学系を用いる場合は、スポッ
ト径をできるだけ小さくしたいため、光強度分布が非常
に重要になってくる。
However, the following problems have been newly found in such a grating lens optical system. That is, in the above-mentioned grating lens optical system, since the laser beam intersects between the first and second grating lenses, the intensity distribution of the beam emitted from the second grating lens is inevitably in the conventional single grating lens. Different from the distribution. Even if the grating lens system has no aberration, the diffraction-limited beam spot diameter obtained as a result of beam focusing by the second grating lens changes according to this distribution. Therefore, for example, when the above-mentioned grating lens optical system is used for the optical head, the light intensity distribution becomes very important because the spot diameter is desired to be as small as possible.

本発明の目的は従来全く着眼されていなかったグレーテ
ィングレンズ光学系におけるビームの強度分布に考察を
加え、その強度分布をできるだけ均一にすることによ
り、良好な極小のビーム径を得ることにある。
An object of the present invention is to obtain a good minimum beam diameter by considering the beam intensity distribution in a grating lens optical system, which has not been noticed at all, and making the intensity distribution as uniform as possible.

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

上記目的を達成するために、本発明によれば、レーザ光
線からのレーザ光を軸対称に交叉させる所定の空間周波
数を有する第1のグレーティングレンズと、該第1グレ
ーティングレンズを透過した回折光を所定の一点に合焦
させる所定の空間周波数を有する第2のグレーティング
レンズとを同一光軸上に配置するとともに、前記第1グ
レーティングレンズの光軸対称の任意の二点からの光線
が、前記光軸上で交叉して前記第2のグレーティングレ
ンズに入射し、上記第1、第2グレーティングレンズの
少なくとも一方に当該レンズの光使用効率を、レーザ光
の強度分布が均一化されるように部分的に変化せしめる
手段を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a first grating lens having a predetermined spatial frequency for axially crossing a laser beam from a laser beam and a diffracted light transmitted through the first grating lens are provided. A second grating lens having a predetermined spatial frequency for focusing on a predetermined point is arranged on the same optical axis, and light rays from any two points symmetrical to the optical axis of the first grating lens are It is incident on the second grating lens while intersecting on the axis, and the light use efficiency of the lens is partially applied to at least one of the first and second grating lenses so that the intensity distribution of the laser light is made uniform. It is characterized in that a means for changing to is provided.

〔作 用〕[Work]

レンズの光使用効率を部分的に変化せしめる手段はビー
ムの強度分布に応じて強度が大きい部分の光使用効率を
相対的に部分的に小さくする。それにより強度分布が均
一化され、断面が略円に近い小さなビームスポットが所
定の一点に結像される。
The means for partially changing the light use efficiency of the lens relatively reduces the light use efficiency of a portion having a large intensity according to the intensity distribution of the beam. Thereby, the intensity distribution is made uniform, and a small beam spot whose cross section is substantially circular is imaged at a predetermined point.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の好ましい実施例につき第1図以下を参照
して詳細に説明する。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

まず初めに、本発明の前提となるグレーティングレンズ
系の構成について第6,7図を参照して簡単に説明する。
尚、このグレーティングレンズ系の詳細構造は上記の特
願昭61−220870号に開示されている。
First, the structure of the grating lens system, which is the premise of the present invention, will be briefly described with reference to FIGS.
The detailed structure of this grating lens system is disclosed in Japanese Patent Application No. 61-220870.

第6図において、グレーティングレンズ系は第1、第2
のインライン型のグレーティングレンズ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
ーティングレンズ11で光軸側に回折させ、光軸と一旦交
差させた後に、第2のグレーティングレンズ12によって
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。
In FIG. 6, the grating lens system includes the first and second grating lens systems.
In-line type grating lenses 11 and 12 are arranged on the same optical axis (dashed line), and a point P on the optical axis
The spherical wave diverging from the (coherent light source) is diffracted to the optical axis side by the first grating lens 11 and once intersects with the optical axis, and then is focused at a predetermined point Q on the optical axis by the second grating lens 12. It was made to let.

上記第1のグレーティングレンズ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のグレーティングレン
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 symmetric with respect to the optical axis, and diffracted light from arbitrary two points that are symmetrical with respect to the optical axis intersect on the optical axis. . The second grating lens 12 has a predetermined spatial frequency distribution that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and the crossed diffracted light is focused at one point Q on the optical axis.

上記構成において、第1のインライン型グレーティング
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(λ<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ィングレンズ
によって、波長λの光は波長λ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
と交わった後に、第2のインライン型グレーティングレ
ンズ上に到達する。これらの光の到達点の光軸からの距
離は波長λの光の方が波長λ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ィングレ
ンズによって回折されるが、この時、波長λの光が波長
λ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っていき、最終的には1点で交わ
る。よって、2つのインライン型グレーティングレンズ
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指定の1点に置く
ことができる。
Consider the paths of two lights having different wavelengths λ 0 and λ (λ 0 <λ) that are incident on one arbitrary point of the first in-line type grating lens in the same direction in the above-mentioned configuration. First, the first in-line type grating lens diffracts the light of wavelength λ at a larger angle than the light of wavelength λ 0 , and after all of these diffracted lights intersect the optical axis, the second in-line type Reach onto the grating lens. As for the distance of the arrival point of these lights from the optical axis, the light of wavelength λ is farther than the light of wavelength λ 0 . next,
These lights are diffracted by the second in-line type grating lens. At this time, since the light of wavelength λ is diffracted at a larger angle than the light of wavelength λ 0 , the distance between the two lights gradually narrows. Iki, and finally meet at one point. Therefore, by giving the two in-line type grating lenses a predetermined spatial frequency distribution, the point where the two lights intersect can be placed at a designated point on the optical axis.

以上のことは第1のインライン型グレーティングレンズ
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、従って収
差や焦点位置ずれが生じることはなくなる。
The above can be said for light incident on any point of the first in-line type grating lens, and since the spatial frequency distribution is rotationally symmetric with respect to the optical axis, the wavelength of incident divergent spherical wave light changes. Even if it is done, it is focused on the above-mentioned predetermined one point on the optical axis, so that aberrations and focal position shifts do not occur.

次に、上記グレーティングレンズ11,12の空間周波数分
布の具体的な決定方法について、第7図を用いて以下
(i)〜(iv)で述べる。尚、点Pと第1グレーティン
グレンズ11との距離を1、2つのグレーティングレン
ズ11,12間の距離をd、グレーティングレンズ12と点Q
との距離を2とする。
Next, a specific method of determining the spatial frequency distribution of the grating lenses 11 and 12 will be described below with reference to FIG. 7 in (i) to (iv). The distance between the point P and the first grating lens 11 is 1, the distance between the two grating lenses 11 and 12 is d, and the grating lens 12 and the point Q are
The distance from and is 2.

(i)まず、点Pを発してグレーティングレンズ11の最
外周の点R1に達する、波長λの光線を考える。この光
線は、点R1で回折され、グレーティングレンズ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6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,r
1における空間周波数F1,f1が決定される。
(I) First, consider a ray having a wavelength λ 0 that emits a point P and reaches a point R1 on the outermost periphery of the grating lens 11. This ray is diffracted at the point R1 and reaches the center point r1 (= 0) of the grating lens 12, where it is further diffracted to reach the point Q (solid line a in FIG. 6). Then, by assuming the above-mentioned optical path (P → R1 → r1 → Q), the point R1, r
The spatial frequencies F1, f1 at 1 are determined.

(ii)次に、波長がλからλ(>λ)に変った場合
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λのときよりも大きな角度
で回折され、グレーティングレンズ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が決
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 R1 is diffracted at point R1 at a larger angle than when the wavelength is λ 0 and reaches point r2 on grating lens 12 (broken line b). Here, the spatial frequency f2 at the point r2 is determined under the condition that the light is focused on the point Q even when the wavelength is λ.

(iii)波長がλ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ィングレンズ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
のグレーティングレンズ11上の点をR2とすると、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 reversely determine from which point on the grating lens 11 the ray diffracted at the point r2 and reaching the point Q comes from (solid line c). If the point on the grating lens 11 is R2, the spatial frequency F2 at the point R2 is determined under the condition that the diffracted light at the point R2 reaches the point P.

(iv)再び波長がλになった場合を考え、上記(ii)と
同様にしてグレーティングレンズ12上の点r3(図示せ
ず)とその空間周波数f3を求める。そして波長をλ
戻し、上記(iii)と同様にしてグレーティングレンズ1
1上の点R3(図示せず)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,…)がグレーティング
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、グレーティングレンズ11,1
2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のグレーティングレンズ12の径は、点rnの位置
で決定される。
(Iv) Considering the case where the wavelength becomes λ again, the point r3 (not shown) on the grating lens 12 and its spatial frequency f3 are obtained in the same manner as (ii) above. Then, the wavelength is returned to λ 0 and the grating lens 1 is used in the same manner as in (iii) above.
Find the point R3 (not shown) on 1 and its spatial frequency F3.
In this way, by repeating the above steps (ii) and (iii) until the point Rn (n = 1,2,3, ...) Reaches the center of the grating lens 11,
The radial spatial frequency distribution at 2 is determined. The diameter of the second grating lens 12 is determined by the position of the point rn.

以上のようにしてグレーティングレンズ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λとは異なる波長λであっても、これ
を無収差で点Qに集束させることが出来る。
By determining the spatial frequency distributions of the grating lenses 11 and 12 as described above, the light emitted from the point P is
Even if the wavelength λ is different from the reference wavelength λ 0 , it can be focused on the point Q without aberration.

本発明は上述の如きグレーティングレンズ光学系におい
て、点Qに集束するビームを如何にして良好な安定した
小径のビームとするかということに向けられるものであ
る。
The present invention is directed to how to make a beam converged at a point Q into a favorable and stable small-diameter beam in the above-mentioned grating lens optical system.

半導体レーザビームはその断面形状が一般に円ではなく
第1図に示す如く楕円形50になることが知られている。
It is known that the semiconductor laser beam generally has an elliptical shape 50 as shown in FIG.

まず初めに、本願発明者は第6図に示すグレーティング
レンズ光学系において半導体レーザビームを集光させる
ときの各グレーティングレンズ11(GL1)と12(GL2)と
における光強度分布及びスポット(Q点)における光強
度分布を計算により求め、これを実験的に確認した(第
3図)。尚、GL1,GL2とも開口数(NA)はNA=0.2とし
た。
First, the inventor of the present application, the light intensity distribution and spot (Q) in each of the grating lenses 11 (GL 1 ) and 12 (GL 2 ) when focusing the semiconductor laser beam in the grating lens optical system shown in FIG. The light intensity distribution at the point) was calculated and confirmed experimentally (FIG. 3). The numerical aperture (NA) of both GL 1 and GL 2 was NA = 0.2.

レーザビームの発散波は方向によって光強度分布が異な
る。光強度が最大値の1/e2以上である部分をGL1でとり
込む場合を基準に考え、係数coef.を定義する。即ち、
基準時はcoef.=1.0とし、1/e2幅の2倍の幅でビームを
とり込む場合はcoef.=2とする。レーザビームは直交
する2方向で分布が異なるので、直交座標におけるx方
向、y方向それぞれにつき係数を考えcoef.x,coef.yと
する。楕円ビーム50(第1図)をcoef.x=1.0、coef.y
=2.0でとり込むと、GL1における光強度分布は夫々第4
図(a),(b)のようになる。楕円ビームのため長軸
方向に相当するy方向のcoef.を短軸方向に相当するx
方向のそれの2倍とした。光線が交差したあとのGL2
は夫々(c),(d)に示す如く変わり、スポット径は
(e),(f)のようになる。即ち、x方向で3.6μ
m、y方向で4.7μmである。尚、従来のNA=0.2の単一
グレーティングレンズでガウス型ビームをcoef.x=coe
f.y=1.0でとり込み集束させると、スポット径はx,y方
向とも約4.2μmとなった。上述の如く本発明が対象と
するグレーティングレンズ系においてはビームの光強度
分布は光軸に関して回転対称でないため、スポット径が
一方向(y方向)で従来得られていた値よりも大きくな
ってしまうという問題が確認された。
The divergent wave of the laser beam has a different light intensity distribution depending on the direction. The coefficient coef. Is defined based on the case where the area where the light intensity is 1 / e 2 or more of the maximum value is captured by GL 1 . That is,
Coef. = 1.0 at the standard time, and coef. = 2 when the beam is captured with a width twice the 1 / e 2 width. Since the laser beam has different distributions in two directions orthogonal to each other, coef.x and coef.y are considered in consideration of the coefficient in each of the x direction and the y direction in the Cartesian coordinates. Elliptical beam 50 (Fig. 1) with coef.x = 1.0, coef.y
= 2.0, the light intensity distribution in GL 1 is 4th.
It becomes as shown in FIGS. Since it is an elliptical beam, the y-direction coef.
Twice that in the direction. In GL 2 after the light rays intersect, they change as shown in (c) and (d), respectively, and the spot diameters become as shown in (e) and (f). That is, 3.6μ in the x direction
It is 4.7 μm in the m and y directions. It should be noted that the conventional Gaussian beam is coef.x = coe with a single grating lens with NA = 0.2.
When focused and focused at fy = 1.0, the spot diameter was about 4.2 μm in both x and y directions. As described above, in the grating lens system targeted by the present invention, the light intensity distribution of the beam is not rotationally symmetric with respect to the optical axis, so the spot diameter becomes larger than the value conventionally obtained in one direction (y direction). The problem was confirmed.

上記の問題点を解決するために本発明の基本思想はy軸
方向の光使用効率(回折効率)を減衰せしめx軸方向の
それに近づけ強度分布の均一化を図ろうとするものであ
る。
In order to solve the above problems, the basic idea of the present invention is to attenuate the light use efficiency (diffraction efficiency) in the y-axis direction and bring it closer to that in the x-axis direction in order to make the intensity distribution uniform.

第1図は本発明の一実施例を示すもので、同図(a)は
第6図に示すグレーティングレンズ系のGL1の模式図
で、そのI−I線断面図を同図(b)に示す。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic view of GL 1 of the grating lens system shown in FIG. 6, and its sectional view taken along the line I--I is shown in FIG. 1 (b). Shown in.

グレーティングレンズにおいてその格子溝の深さに応じ
て光使用効率(回折効率)が変化し、格子溝が浅くなる
程光使用効率が低下することが知られている。そこで本
発明の第1実施例では光使用効率を部分的に変化させる
手段としてGL1の格子溝深さを不均一にすることにより
実現したものである。
It is known that in a grating lens, the light use efficiency (diffraction efficiency) changes according to the depth of the grating groove, and the light use efficiency decreases as the grating groove becomes shallower. Therefore, the first embodiment of the present invention is realized by making the grating groove depth of GL 1 non-uniform as a means for partially changing the light use efficiency.

第1図において、円形のGL1を楕円ビームの長軸方向に
沿って線S1,S2,S3により略4等分し、S1とS3との間の領
域を中心領域A1としS1の外側及びS3外側を外周領域A2
する。第1図において、レンズ中心を通るS2は楕円ビー
ム50の短軸に相当する。レンズ中心を含む中心領域A1
光使用効率を高く得るべく、従来と同様にアスペクト比
の高い格子溝31とるすが、外周領域A2では格子溝32を浅
くし、光使用効率を低減させる。溝の深さは、格子縞の
ピッチ(グレーティングレンズのNAによる)、媒体(光
ディテク等)の屈折率、溝の断面形状(矩形または正弦
形状)によって最適値が異なり、それぞれの条件に応じ
て最適値が決定される。
In Figure 1, approximately 4 equal parts by the line S 1, S 2, S 3 along a circular GL 1 in the long axis direction of the elliptical beam, S 1 and the center area A 1 of the area between the S 3 The outer side of S 1 and the outer side of S 3 are defined as the outer peripheral area A 2 . In FIG. 1, S 2 passing through the center of the lens corresponds to the short axis of the elliptical beam 50. The center area A 1 including the lens center has a high aspect ratio grating groove 31 in order to obtain high light use efficiency, but the outer peripheral area A 2 has a shallow groove groove 32 to reduce the light use efficiency. . The optimum groove depth depends on the pitch of the lattice stripes (depending on the NA of the grating lens), the refractive index of the medium (optical tech, etc.), and the cross-sectional shape of the groove (rectangular or sine-shaped), and is optimal according to each condition. The value is determined.

第1図に示すような格子溝を有するGL1を用いて、第6
図に示すグレーティングレンズ系を構成すると焦点にお
ける回折限界のスポット径が、GL1に効率分布をもたせ
ない従来の場合(第4図)に比べて改善される。
Using GL 1 having a lattice groove as shown in FIG.
When the grating lens system shown in the figure is constructed, the diffraction-limited spot diameter at the focus is improved as compared with the conventional case (FIG. 4) in which GL 1 does not have an efficiency distribution.

その改善効果が第3図に示される。第3図は第4図の場
合と同様に、レーザビームの楕円状光強度分布を第1図
のI−I線方向を長軸とする楕円で示した入射させた場
合におけるGL1,GL2、ビームスポットの光強度分布の試
算結果を示すものである。
The improvement effect is shown in FIG. Figure 3 is similar to the case of FIG. 4, GL 1 in the case where the line I-I direction of the elliptical light intensity distribution of the laser beam first view is incident indicated by an ellipse of major axis, GL 2 , Shows the result of trial calculation of the light intensity distribution of the beam spot.

尚、第3,4図において強度の絶対値(山の高さ)そのも
のは重要でなく、相対的な山の高さが問題である。従っ
て第3図と第4図とでは強度の絶対値を比較することは
意味がない。
In FIGS. 3 and 4, the absolute value of the strength (mountain height) itself is not important, and the relative mountain height is a problem. Therefore, it is meaningless to compare the absolute values of the intensities in FIGS. 3 and 4.

第3図の(g)(h)はGL1で回折した直後の分布で、
光の使用効率がレンズ中心を含む中心領域A1の30%にな
るようにレンズ両端部の格子溝の浅溝化を行なった場合
を示す。なおcoef.x=1.0、coef.y=2.0である。
(G) and (h) of Fig. 3 are distributions immediately after diffracted by GL 1 ,
The case where the grating grooves at both ends of the lens are shallowed so that the light use efficiency is 30% of the central area A 1 including the lens center is shown. Note that coef.x = 1.0 and coef.y = 2.0.

第3図(i)(j)はGL2近傍における分布で第4図の
(c)(d)と比較すると、光軸上の強度が抑えられ
て、レンズ外周側の強度が相対的に高められているのが
わかる。第3図(k)(l)はスポットにおける分布で
スポット径はx方向で3.4μm、y方向で4.0μmとな
り、第4図の場合及び従来の単一グレーティングレンズ
による値4.2μmより小さくなっていることがわかる。
3 (i) and (j) are distributions in the vicinity of GL 2, and compared with (c) and (d) in FIG. 4, the intensity on the optical axis is suppressed and the intensity on the lens outer peripheral side is relatively increased. You can see that it is being done. Figures 3 (k) and (l) are the distributions in the spot, where the spot diameter is 3.4 μm in the x direction and 4.0 μm in the y direction, which is smaller than the value of 4.2 μm in the case of FIG. 4 and the conventional single grating lens. You can see that

グレーティングレンズの具体的作成法としては、電子ビ
ーム描画法が適している。溝の深さは公知の如くドーズ
量を変えることにより容易に行うことができる。また厚
盤からスタンパーを作成することにより、複製で大量生
産も可能である。
An electron beam drawing method is suitable as a specific method for producing the grating lens. The depth of the groove can be easily adjusted by changing the dose amount as is known. Also, by making a stamper from a thick board, mass production is possible by duplication.

第1図に示す実施例はそれに限定はされないが表面レリ
ーフ型グレーティングレンズの場合に有用である。
The embodiment shown in FIG. 1 is useful for, but not limited to, surface relief grating lenses.

第2図は本発明の別の実施例を示す。第1図に示す如く
格子溝の深さを部分的に変えるのではなくグレーティン
グレンズ基板の一側、好ましくは格子溝と反対側の面に
光強度を減衰させる手段を付加することにより、第3図
に示す効果を得たものである。具体的には例えばAlの蒸
着等により半透明鏡70を形成したり、あるいは干渉フィ
ルタ的な膜70を形成すればよい。尚、これらの光減衰膜
あるいは半透明鏡70は第1図に示す外周領域A2に対応す
る部分に施されることは勿論である。第2図の実施例は
表面レリーフ型あるいは体積型グレーティングレンズの
いずれにも適用できる。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. Instead of partially changing the depth of the grating groove as shown in FIG. 1, a means for attenuating the light intensity is added to one side of the grating lens substrate, preferably to the surface opposite to the grating groove, so that the third The effect shown in the figure is obtained. Specifically, for example, the semitransparent mirror 70 may be formed by vapor deposition of Al, or the interference filter film 70 may be formed. Needless to say, these light attenuating film or the semitransparent mirror 70 is applied to the portion corresponding to the outer peripheral area A 2 shown in FIG. The embodiment shown in FIG. 2 can be applied to either a surface relief type or a volume type grating lens.

尚、上記のレンズの光使用効率を部分的に変化せしめる
手段は第2グレーティングレンズGL2にあるいは第1、
第2グレーティングレンズGL1,GL2の双方に設けても同
様の目的が達成される。
The means for partially changing the light use efficiency of the above-mentioned lens is the second grating lens GL 2 or the first,
The same purpose can be achieved by providing the second grating lenses GL 1 and GL 2 together.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に述べた如く本発明によれば、波長変動があっても
収差の発生しないグレーティングレンズ系において、グ
レーティングレンズに光の使用効率を部分的に変化せし
める手段を設けることにより光の強度分布の均一化が図
れ、良好で安定した微小スポットが得られる。
As described above, according to the present invention, in a grating lens system in which aberration does not occur even if there is a wavelength fluctuation, by providing the grating lens with means for partially changing the light use efficiency, the intensity distribution of light is made uniform. Can be achieved, and good and stable minute spots can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係るグレーティングレンズ
を示し、同図(a)は平面図、同図(b)は(a)のI
−I線断面図であり、第2図は本発明の別の実施例を示
す第1図(b)と同様の図、第3図は本発明におけるグ
レーティングレンズ及びビームスポットの光強度分布を
示す図、第4図は従来技術における第3図と同様の図、
第5図は従来のグレーティングレンズの欠点を示す図、
第6図は本発明の前提であるグレーティングレンズ光学
系の基本構成を示す図、第7図は第6図に示されるグレ
ーティングレンズの空間周波数の決定方法を説明する
図。 11……第1グレーティングレンズ、 12……第2グレーティングレンズ、 21……グレーティングレンズ光。
FIG. 1 shows a grating lens according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view and FIG. 1 (b) is I in (a).
FIG. 2 is a sectional view taken along the line I, FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 (b) showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows the light intensity distribution of the grating lens and the beam spot in the present invention. FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 in the prior art,
FIG. 5 is a diagram showing a defect of the conventional grating lens,
FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration of a grating lens optical system which is a premise of the present invention, and FIG. 7 is a diagram explaining a method of determining a spatial frequency of the grating lens shown in FIG. 11 …… First grating lens, 12 …… Second grating lens, 21 …… Grating lens light.

フロントページの続き (72)発明者 稲垣 雄史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 前田 智史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−18502(JP,A) 特開 昭59−160166(JP,A)Front page continuation (72) Inventor Yushi Inagaki 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Fujitsu Limited (72) Inventor Satoshi Maeda 1015 Kamedota, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa (f), Fujitsu Limited (56) Reference References JP 62-18502 (JP, A) JP 59-160166 (JP, A)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ光源からのレーザ光を軸対象に交叉
させる所定の空間周波数を有する第1のグレーティング
レンズと、 該第1グレーティングレンズを透過した回折光を所定の
一点に合焦させる所定の空間周波数を有する第2のグレ
ーティングレンズとを同一光軸上に配置するとともに、 前記第1グレーティングレンズの光軸対称の任意の二点
からの光線が、前記光軸上で交叉して前記第2のグレー
ティングレンズに入射し、 上記第1、第2グレーティングレンズの少なくとも一方
に当該レンズの光使用効率を、レーザ光の強度分布が均
一化されるように部分的に変化せしめる手段を設けたこ
とを特徴とするグレーティングレンズ光学系。
1. A first grating lens having a predetermined spatial frequency for intersecting a laser beam from a laser light source with respect to an axis and a predetermined grating for focusing diffracted light transmitted through the first grating lens on a predetermined point. A second grating lens having a spatial frequency is arranged on the same optical axis, and light rays from any two points symmetrical to the optical axis of the first grating lens intersect on the optical axis and the second grating lens is arranged. And a means for partially changing the light use efficiency of the first and second grating lenses so as to make the intensity distribution of the laser light uniform. Characteristic grating lens optical system.
【請求項2】前記グレーティングレンズは、中心部の光
使用効率が、周辺部の光使用効率よりも高くなるように
変化せしめることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載のグレーティングレンズ光学系。
2. The grating lens optical system according to claim 1, wherein the grating lens is changed so that the light use efficiency of the central portion is higher than the light use efficiency of the peripheral portion. system.
【請求項3】レンズの光使用効率を部分的に変化せしめ
る手段は当該グレーティングレンズの格子溝の深さを部
分的に変えることにより形成されることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載のグレーティングレンズ光学
系。
3. The device according to claim 1, wherein the means for partially changing the light use efficiency of the lens is formed by partially changing the depth of the grating groove of the grating lens. The described grating lens optical system.
【請求項4】レンズの光使用効率を部分的に変化せしめ
る手段は当該グレーティングレンズに設けられる部分的
光減衰被膜により形成されることを特徴とする特許請求
の範囲第1項に記載のグレーティングレンズ光学系。
4. The grating lens according to claim 1, wherein the means for partially changing the light use efficiency of the lens is formed by a partial light attenuating film provided on the grating lens. Optical system.
【請求項5】レンズの光使用効率を部分的に変化せしめ
る手段は当該グレーティングレンズに設けられる部分的
半透明鏡により形成されることを特徴とする特許請求の
範囲第1項に記載のグレーティングレンズ光学系。
5. The grating lens according to claim 1, wherein the means for partially changing the light use efficiency of the lens is formed by a partially semitransparent mirror provided in the grating lens. Optical system.
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