JPH079501B2 - Grating lens system - Google Patents

Grating lens system

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JPH079501B2
JPH079501B2 JP61300028A JP30002886A JPH079501B2 JP H079501 B2 JPH079501 B2 JP H079501B2 JP 61300028 A JP61300028 A JP 61300028A JP 30002886 A JP30002886 A JP 30002886A JP H079501 B2 JPH079501 B2 JP H079501B2
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grating
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、コヒーレントな平面波光を2つのインライン
型グレーティングレンズを用いて1点に集束させるグレ
ーティングレンズ系であって、上記2つのインライン型
グレーティ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、その後に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
スポットと、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、従ってグレーティングレンズの幅広
い実用化を可能にしたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] The present invention is a grating lens system for focusing coherent plane wave light on one point by using two in-line type grating lenses. With a frequency distribution,
By intersecting two rays that are symmetric with respect to the optical axis in the space between the two lenses and then focusing on one point,
It is possible to obtain a good beam spot with no aberration and a stable focus position with no deviation even with respect to the wavelength variation of incident light, and thus enable a wide range of practical applications of the grating lens.

〔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系に関する。
The present invention relates to a grating lens system having a focusing function by combining grating lenses.

昨今、コヒーレント光源からの平面波光を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
光ピックアップ等においては、 (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、軽量、小型であって、しかも量産性に
富んでいる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 plane wave light from a coherent light source into one point, such as an optical pickup of an optical disk device, (i) downsizing of the device, (ii) shortening of access time,
(Iii) In order to realize cost reduction and the like, the use of a grating lens which is thinner, lighter and smaller than conventional optical elements and which has high mass productivity is being studied.

〔従来技術〕[Prior art]

従来のインライン型グレーティングレンズを第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、良好な集束性能が得られなくなるとともに
焦点距離が変化する(λ>λの場合は短くなる)。ま
た、λよりも短かい波長に対しても、様子は同図
(b)と異なるが、収差が発生し焦点距離も変化する。
A conventional in-line type grating lens is shown in FIG. This lens has a function of focusing only a parallel light beam having a specific wavelength λ 0 to one point, as shown in FIG. Therefore, the wavelength λ longer than the above λ 0
For light of (> λ 0 ), aberration occurs as shown in FIG. 7B, good focusing performance cannot be obtained, and the focal length changes (shortened when λ> λ 0). ). Also, for wavelengths shorter than λ 0 , aberrations occur and the focal length also changes, although the situation differs from that of FIG.

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ィングレンズ
(同図(b))、ブレーズ化グレーティングレンズ(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ィングレンズの
場合は、同図(a)に示すように波長がλのときに無
収差であっても、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、焦点位置が光軸か
らもずれてしまう。
Such a phenomenon is common to lenses that bend light by diffraction. For example, a volume hologram lens (FIG. 9A), a surface relief type grating lens (FIG. 9B), and a blazed grating shown in FIG. The same applies to any of the lenses ((c) in the figure). Also, the tenth
In the case of the off-axis type grating lens as shown in the figure, as shown in (a) in the figure, even if there is no aberration when the wavelength is λ 0 , if the wavelength changes, as shown in (b) in the figure, Not only does aberration occur, but the focus position also deviates from the optical axis.

このようにグレーティングレンズは、薄型、軽量、小型
である等の利点を有する反面、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、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 advantages such as being thin, lightweight, and small, but on the other hand, the wavelength used has a predetermined value (λ
If it deviates from 0 ), aberration occurs, the focusing performance deteriorates, and the focal position also deviates.

〔発明が解決しようとする問題点〕 光ディスク装置の光ピックアップにおいては、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。従来の一般的な光ピックアップでは、
通常の光学レンズを用いているため、レーザ光の波長変
化によっては光ディ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ット変化は生じない。よって、
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、光ピックアップにグレーテ
ィングレンズを用いようとした場合は、上述したように
波長変動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。
[Problems to be Solved by the Invention] In an optical pickup of an optical disc device, a semiconductor laser is used as a coherent light source. Semiconductor lasers are generally classified into single-mode lasers and multi-mode lasers, and their oscillation wavelengths are shown in FIG. 11 (a),
It is shown in (b). In the conventional general optical pickup,
Since an ordinary optical lens is used, a beam spot change that affects reading, writing, and the like on the optical disc does not occur depending on the wavelength change of the laser light. Therefore,
Both the single mode laser and the multimode laser described above can be used. On the other hand, when a grating lens is used in the optical pickup, only a single mode semiconductor laser can be used because the wavelength variation has a great influence as described above.

ところが、単一モードの半導体レーザであっても、その
発振波長が温度に応じて変化するという特性を持ってい
る。第12図に、単一モード半導体レーザにおける発振波
長と周囲温度との関係(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(いわゆるモードホッ
プ)、(c)ある温度T2においては2つ以上の波長が存
在する、といった現象が存在する。
However, even a single-mode semiconductor laser has a characteristic that its oscillation wavelength changes according to temperature. Figure 12 shows the relationship between the oscillation wavelength and the ambient temperature in a single-mode semiconductor laser (provided that the laser output is constant). As is clear from the figure, (a) the wavelength gradually and continuously changes with temperature change, (b) a certain temperature
There is a phenomenon that the wavelength changes discontinuously at T 1 (so-called mode hop), and (c) there are two or more wavelengths at a certain temperature T 2 .

従って、例えばグレーティングレンズを用いた光ピック
アップにおいては、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っても、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
ーティングレンズによる集光スポット品質が劣化し、し
かも焦点位置が変化してしまう場合が生じる。これらの
ことは、光ディスク媒体上におけるスポットのビーム径
拡大、トラックずれの発生、フォ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ップによって
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 pickup using a grating lens, for example, even when a single-mode semiconductor laser is used as a light source, when the temperature changes, the wavelength also changes due to the above phenomenon. Due to this, the quality of the focused spot may be deteriorated and the focal position may change. These lead to enlargement of the beam diameter of the spot on the optical disk medium, occurrence of track deviation, occurrence of focus deviation, and the like. In particular, when the wavelength changes due to the mode hop shown in FIG. 12, the change is discontinuous, and 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、光ディ
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、ジャンクション部の温度が急激
に変化してしまい、よっ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。
Therefore, there is an attempt to maintain the temperature of the semiconductor laser at an appropriate value by providing an external temperature adjusting function, but since the driving current of the semiconductor laser is different between writing and reading on the optical disc, the temperature of the junction part is The temperature changes abruptly and cannot be controlled accurately with an external temperature adjustment mechanism.

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ットと、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、従って光ディスク装置の光ピックアップを初めと
する各種分野への応用を可能にするグレーティングレン
ズ系を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention can obtain a good beam spot that does not cause aberration and a stable focus position that does not deviate from a predetermined point even when the wavelength of incident light fluctuates. It is an object of the present invention to provide a grating lens system which enables application to various fields such as an optical pickup of the device.

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

本発明のグレーティングレンズ系は、コヒーレントな平
面波光が入射するインライン型の第1のグレーティング
レンズと、これを透過した回折光を光軸上の所定の1点
に集束させるインライン型の第2のグレーティングレン
ズとを同一光軸上に配置したものであって、第1,第2の
グレーティ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のグレーティング
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
光軸上で交差させると共に、光軸から離れた位置への入
射光ほど第2のグレーティングレンズの光軸に近い位置
へ入射させるべく回折させ、その回折光を第2のグレー
ティングレンズが上述した所定の1点に集束させるよう
にしたものである。なお、ここで“光軸”とは、“レン
ズの中心を通り、レンズの入射面に対して垂直な軸”の
ことである。
The grating lens system of the present invention includes an in-line type first grating lens on which coherent plane wave light is incident, and an in-line type second grating that focuses diffracted light that has passed through the same to a predetermined point on the optical axis. The first and second grating lenses have a predetermined spatial frequency distribution rotationally symmetrical with respect to the optical axis, and the first grating lens has Diffracted light from two symmetrical points intersects each other on the optical axis, and diffracts light so that incident light farther from the optical axis is made incident on a position closer to the optical axis of the second grating lens. The second grating lens focuses light on the above-mentioned predetermined one point. Here, the “optical axis” is an “axis passing through the center of the lens and perpendicular to the incident surface of the lens”.

〔作用〕[Action]

上記構成において、第1の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、上記2つの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所定の1点に置くことがで
きる。
In the above structure, different wavelengths λ 0 , which are incident on one arbitrary point of the first grating lens from the same direction,
Consider two light paths of λ (λ 0 <λ). First,
The light of the wavelength λ is diffracted by the first grating lens at a larger angle than the light of the wavelength λ 0 , and all of these diffracted light reach the second grating lens after intersecting the optical axis. . 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 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. And finally meet at one point. Therefore, by giving the two grating lenses 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
したコヒーレントな平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 any light incident on any point of the first grating lens, and since the spatial frequency distribution is rotationally symmetric with respect to the optical axis, the wavelength of the incident coherent plane wave light changes. Even in this case, the light beam is focused on the above-mentioned predetermined one point on the optical axis, so that the aberration and the focal position shift do not 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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described 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、インライン型の第1,第2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、光軸に平行でコヒーレントな平面波光(例えば半導
体レーザからのコリメート光)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Pに集束させるようにしたものである。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. The present embodiment has a configuration in which the in-line first and second grating lenses 11 and 12 are arranged on the same optical axis (dashed line), and is a coherent plane wave light parallel to the optical axis (for example, from a semiconductor laser). The collimated light) is diffracted by the first grating lens 11 toward the optical axis side, crosses the optical axis once, and is then focused by the second grating lens 12 at a predetermined point P on the optical axis. is there.

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(点
P)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 on one point (point P) on the optical axis. is there.

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2図を用いて以下
(i)〜(iv)で述べる。なお、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Pとの距離をl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. 2 in (i) to (iv). The distance between the two grating lenses 11 and 12 is d, and the distance between the grating lens 12 and the point P is l.

(i)まず、光軸上の無限遠点から発せられる(すなわ
ち光軸に平行な)、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P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
(無限遠点→R1→r1→P)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, consider a ray having a wavelength λ 0 , which is emitted from an infinite point on the optical axis (that is, parallel to the optical axis) and reaches a point R 1 on the outermost periphery of the grating lens 11. This ray
Diffracted at the point R 1 , the center point r 1 of the grating lens 12
(= 0), where it is further diffracted and reaches point P (solid line a in FIG. 2). Then, by assuming the above-mentioned optical path (infinity point → R 1 → r 1 → P),
The spatial frequencies F 1 , f 1 at R 1 , r 1 are determined.

(ii)次に、上記光線の波長がλからλ(>λ)に
変った場合について考える。無限遠点から点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P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 of the light beam changes from λ 0 to λ (> λ 0 ). A ray of wavelength λ that has traveled from the point at infinity 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 (broken line b). . Here, the condition that the wavelength is focused at a point P even when a lambda, a spatial frequency f 2 at the point r 2 is determined.

(iii)波長がλの場合に戻り、点r2で回折されて点
Pに達する波長λの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での回折光が光軸上の無限遠点に達する(すな
わち光軸と平行になる)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 of the wavelength λ 0 that is diffracted at the point r 2 and reaches the point P (solid line c ). When a point on the grating lens 11 and R 2, from the condition that the diffracted light at point R 2 reaches the point at infinity on the optical axis (i.e. parallel to the optical axis), the spatial frequency F of the point R 2 2 is determined.

(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(不図示)
とその空間周波数f3を求める。そして波長をλに戻
し、上記(iii)と同様にしてグレーティングレンズ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、通常は第1のグレーティングレンズ11の径
よりも小さい。
(Iv) Consider the case where the wavelength becomes λ again, and in the same way as (ii) above, point r 3 on the grating lens 12 (not shown)
And its spatial frequency f 3 . Then, the wavelength is returned to λ 0 , and the grating lens 11 is operated in the same manner as (iii) above.
Find the upper point R 3 (not shown) and its spatial frequency F 3 . 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 and is usually smaller than the diameter of the first grating lens 11.

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、それらの光軸と平行に
入射した平面波光が、基準となる波長λとは異なる波
長λであっても、これを実用上無収差で点P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, even if the plane wave light incident parallel to the optical axes thereof has a wavelength λ different from the reference wavelength λ 0 , Can be focused on the point P with practically no aberration.

次に、上述したようにして決定された空間周波数分布の
特徴を明確にするため、第3図に示すように、グレーテ
ィングレンズ11,12の回折機能を、それらの間側と外側
とに分割して考える。すると第2のグレーティングレン
ズ12は、光軸方向に進む平面波によって、等価的に2つ
のグレーティングレンズ12a,12bに分割することが出来
る。それとともに、グレーティングレンズ12の空間周波
数をfとすれば、fがfa,fbに分割され、f=fa+fbな
る関係が成りたつ。ここで、グレーティングレンズ12a
は、平面波を1点に集束させるインライン型のグレーテ
ィングレンズであって、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ティングレ
ンズ12bおよび第1のグレーティングレンズ11は、以下
に示すような特殊な空間周波数分布を有している。
Next, in order to clarify the characteristics of the spatial frequency distribution determined as described above, as shown in FIG. 3, the diffraction function of the grating lenses 11 and 12 is divided into an intermediate side and an outer side thereof. Think. Then, the second grating lens 12 can be equivalently divided into two grating lenses 12a and 12b by a plane wave traveling in the optical axis direction. At the same time, if the spatial frequency of the grating lens 12 is f, then f is divided into fa and fb, and the relationship of f = fa + fb is established. Where the grating lens 12a
Is an in-line type grating lens that focuses a plane wave on one point, and is equivalent to the conventional one shown in FIG. On the other hand, the grating lens 12b and the first grating lens 11 on the other side have a special spatial frequency distribution as shown below.

第4図に、第1,第2のグレーティングレンズ11,12の具
体的な空間周波数分布の一例を示す。なおこの例は、第
1のグレーティングレンズ11の半径R=1.5mm,第2のグ
レーティングレンズ12の半径r=0.95mm,焦点距離l=
1.8mm,両レンズ間の距離d=2.5mmとした場合で、設計
波長λ=830nmである。
FIG. 4 shows an example of specific spatial frequency distributions of the first and second grating lenses 11 and 12. In this example, the radius of the first grating lens 11 is R = 1.5 mm, the radius of the second grating lens 12 is r = 0.95 mm, and the focal length is 1 =
The design wavelength is λ 0 = 830 nm when the distance between both lenses is 1.8 mm and d = 2.5 mm.

同図において、第1、第2のグレーティングレンズ11,1
2の空間周波数(F,f)分布は、レンズ中心から外周に向
ってなめらかに増加する分布となっている。また、第2
のグレーティングレンズ12は上述したように分割して考
えられるが、その一方のグレーティングレンズ12aの空
間周波数(fa)分布は、レンズ中心でゼロであり、外周
に向ってほぼ直線的に増加する分布である。もう一方の
グレーティングレンズ12bの空間周波数(fb)分布は、
第1のグレーティングレンズ11の空間周波数帯域と等し
い帯域(430〜620mm-1)を有し、レンズ中心から外周に
向ってなめらかに減少する分布である。なお、第2のグ
レーティングレンズ12(12a,12b)においては、前述し
たようにf=fa+fbなる関係が成立している。
In the figure, the first and second grating lenses 11 and 1
The spatial frequency (F, f) distribution of 2 is a distribution that increases smoothly from the lens center toward the outer periphery. Also, the second
Although the grating lens 12 can be considered to be divided as described above, the spatial frequency (fa) distribution of one of the grating lenses 12a is zero at the lens center and increases linearly toward the outer periphery. is there. The spatial frequency (fb) distribution of the other grating lens 12b is
The distribution has a band (430 to 620 mm −1 ) equal to the spatial frequency band of the first grating lens 11, and has a distribution that decreases smoothly from the lens center toward the outer periphery. In the second grating lens 12 (12a, 12b), the relationship of f = fa + fb is established as described above.

そこで、本実施例のグレーティングレンズ系における波
長変動に対する補償効果を確認するために、入射光の波
長を中心波長830nmからΔλだけずらしたときに発生す
る波面収差のRMS値および最大値を計算し、その結果を
第5図に示した。なお、グレーティングレンズ11,12
は、波長830nmと830.3nmの光に対して無収差となるよう
に、第2図に示した方法で空間周波数分布を決定した。
第5図において、実用上無収差とみなせる条件(RMS値
<0.07λ、MAX値<0.25λ)より、830±14nmの波長に対
して実用上無収差を維持できることがわかる。この波長
範囲(830±14nm)は、現在市販されているほとんどす
べての半導体レーザの発振波長(温度による波長変動を
含む)をカバーできる範囲である。なお、本実施例のグ
レーティングレンズ系では、焦点位置ずれも無い。
Therefore, in order to confirm the compensation effect for the wavelength variation in the grating lens system of the present embodiment, the RMS value and the maximum value of the wavefront aberration generated when the wavelength of the incident light is shifted from the central wavelength 830 nm by Δλ, are calculated, The results are shown in FIG. In addition, the grating lens 11,12
Has determined the spatial frequency distribution by the method shown in FIG. 2 so that there will be no aberration for light of wavelengths 830 nm and 830.3 nm.
In FIG. 5, it can be seen that practically no aberration can be maintained for the wavelength of 830 ± 14 nm under the condition that can be regarded as practically no aberration (RMS value <0.07λ, MAX value <0.25λ). This wavelength range (830 ± 14 nm) is a range that can cover the oscillation wavelength (including wavelength variation due to temperature) of almost all semiconductor lasers currently on the market. In addition, in the grating lens system of the present embodiment, 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、モードホップ、更には多モー
ドレーザに対しても、良好なビームスポット及び安定な
焦点位置を得ることが出来、よってグレーティングレン
ズの光ピックアップ等への実用化を現実のものとするこ
とが出来る。
From these results, according to the present embodiment, it is possible to obtain a good beam spot and a stable focus position even with respect to the wavelength change due to the temperature change of the semiconductor laser, the mode hop, and even for the multimode laser. Therefore, the practical application of the grating lens to an optical pickup or the like can be realized.

本実施例のグレーティングレンズ系は、各グレーティン
グレンズ11,12が薄型、小型、軽量であって、しかも軸
対称な構成であることを利用して、容易に一体化するこ
とができる。その一体化例を第6図に示す。これは、円
筒状の外枠部20の両底面に、その中心軸が光軸と一致す
るように2つのグレーティングレンズ11,12をそれぞれ
嵌め込んで固定したものである。
The grating lens system of the present embodiment can be easily integrated by utilizing the fact that the grating lenses 11 and 12 are thin, small and light, and have an axisymmetric structure. An example of the integration is shown in FIG. This is one in which two grating lenses 11 and 12 are fitted and fixed on both bottom surfaces of a cylindrical outer frame portion 20 so that their central axes coincide with the optical axis.

第7図は、上記一体化されたグレーティングレンズ系A
を対物レンズとしてアクチュエータBに搭載し、光ピッ
クアップを構成した場合の一例を示したものである。上
記アクチュエータBは、従来と同様に回転板Cに固定さ
れ、矢印方向にフォーカシングおよびトラッキングが可
能である。上記構成においては、例えば半導体レーザか
らのコリメート光LがミラーMで上方に反射され、グレ
ーティングレンズ系Aによって光ディスク媒体(不図
示)上の一点に集束される。この際、半導体レーザ光に
波長変動が生じても、上述した2つのグレーティングレ
ンズ11,12の補償効果により、光ディスク媒体上のビー
ムスポットには全く影響が生じない。また、従来の光学
レンズ群からなる対物レンズと比べて、軽量、小型、か
つ低価格であるという利点もある。
FIG. 7 shows the integrated grating lens system A described above.
Is an example in which an optical pickup is configured by mounting the above as an objective lens on an actuator B. The actuator B is fixed to the rotary plate C as in the conventional case, and can perform focusing and tracking in the arrow direction. In the above configuration, for example, the collimated light L from the semiconductor laser is reflected upward by the mirror M and is focused by the grating lens system A at a point on the optical disc medium (not shown). At this time, even if the wavelength of the semiconductor laser light fluctuates, the beam spot on the optical disk medium is not affected by the compensation effect of the two grating lenses 11 and 12 described above. In addition, there are advantages that the objective lens is light in weight, small in size, and low in price, as compared with the conventional objective lens including the optical lens group.

なお本発明に係るグレーティ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
グレーティングレンズが作成できる。この場合、グレー
ティングのブレーズ化を行うことにより、グレーティン
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、ホログラフィ
ッ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を小さくとって空間周波数帯域を高く
することにより、レンズの効率を一層高めることが出来
る。
As the method for producing the grating lens according to the present invention, the electron beam drawing method is the most reliable,
A desired grating lens can be created by inputting the calculated value of the spatial frequency as data. In this case, the efficiency of the grating lens can be further improved by performing the blazing of the grating. It is also possible to make a holographic image by creating a desired wavefront with an optical element. In this case, the distance d between the two lenses is made small and the spatial frequency band is made high, whereby the efficiency of the lenses can be further enhanced.

また、本発明のグレーティングレンズ系は、光ディスク
装置の光ピックアップにのみ適用されるものではなく、
コヒーレントな平面波光を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。
In addition, the grating lens system of the present invention is not applied only to the optical pickup of the optical disc device,
It can be applied to various optical systems that require a function of focusing coherent plane wave light on one point.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明のグレーティングレンズ系によれば、収差の生じ
ない良好なビームスポットと、所定の1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でき、従っ
て、光ディスク装置の光ピックアップを初めとする各種
分野への実用化が可能になった。
According to the grating lens system of the present invention, it is possible to obtain a good beam spot with no aberration and a stable focus position that does not deviate from a predetermined one point. It has become possible to put it into practical use in various fields.

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

第1図は本発明の一実施例を示す構成図、 第2図は同実施例に係る第1,第2のグレーティングレン
ズ11,12の空間周波数の決定方法を示す図、 第3図は上記実施例における空間周波数分布特性の説明
図、 第4図は第1,第2のグレーティングレンズ11,12の空間
周波数分布の一例を示す図、 第5図は上記実施例における波面収差と波長ずれ量との
関係を示す図、 第6図は上記実施例のグレーティングレンズ系の一体化
例を示す断面図、 第7図は上記一体化されたグレーティングレンズ系を用
いて構成した光ピックアップの一例を示す斜視図、 第8図(a)及び(b)は従来のインライン型グレーテ
ィ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ィングレ
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
ティ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
度依存性を示す図である。 11……第1のグレーティングレンズ、 12……第2のグレーティングレンズ.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a method of determining spatial frequencies of the first and second grating lenses 11 and 12 according to the embodiment, and FIG. Explanatory drawing of the spatial frequency distribution characteristic in an Example, FIG. 4 is a figure which shows an example of a spatial frequency distribution of the 1st, 2nd grating lenses 11 and 12, FIG. 5 is a wavefront aberration and wavelength shift amount in the said Example And FIG. 6 is a sectional view showing an integrated example of the grating lens system of the above embodiment, and FIG. 7 shows an example of an optical pickup configured by using the integrated grating lens system. 8A and 8B are perspective views showing the function and drawbacks of the conventional in-line type grating lens, and FIGS. 9A to 9C are schematic configurations showing various conventional grating lenses. Figure, Figure 10 (a) and (b) Is a diagram showing the function of the conventional off-axis type grating lens and its drawbacks. FIGS. 11 (a) and 11 (b) are diagrams showing the oscillation wavelength states of a single-mode semiconductor laser and a multi-mode semiconductor laser, respectively. The figure shows the temperature dependence of the oscillation wavelength in a single-mode semiconductor laser. 11 …… First grating lens, 12 …… Second grating lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 弘之 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 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 (56)参考文献 特開 昭59−192207(JP,A) 特開 昭59−160166(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiroyuki Ikeda 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Inventor, Yushi Inagaki 1015, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited ( 56) References JP-A-59-192207 (JP, A) JP-A-59-160166 (JP, A)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コヒーレントな平面波光が入射するインラ
イン型の第1のグレーティングレンズ(11)と、 該第1のグレーティングレンズを透過した回折光を光軸
上の所定の1点に集束させるインライン型の第2のグレ
ーティングレンズ(12)とを同一光軸上に備えたグレー
ティングレンズ系であって、 前記第1のグレーティングレンズは、前記光軸に関して
回転対称の所定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
させると共に、前記光軸から離れた位置への入射光ほど
前記第2のグレーティングレンズの前記光軸に近い位置
へ入射させるべく回折させることと、 前記第2のグレーティングレンズは、前記光軸に関して
回転対称の所定の空間周波数分布を有し、前記第1のグ
レーティングレンズによる回折光を前記所定の1点に集
束させることを特徴とするグレーティングレンズ系。
1. An in-line type first grating lens (11) on which coherent plane wave light is incident, and an in-line type that focuses diffracted light transmitted through the first grating lens at a predetermined point on the optical axis. A second grating lens (12) on the same optical axis, wherein the first grating lens has a predetermined spatial frequency distribution rotationally symmetric with respect to the optical axis, Diffracted light from two arbitrary points that are symmetrical with respect to the optical axis are intersected on the optical axis, and incident light that is farther from the optical axis is incident on a position closer to the optical axis of the second grating lens. The second grating lens has a predetermined spatial frequency distribution that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and the second grating lens has a predetermined spatial frequency distribution. A grating lens system, wherein diffracted light from a lens is focused on the predetermined one point.
【請求項2】前記第1及び第2のグレーティングレンズ
の空間周波数分布は、レンズ中心から外周に向かってな
めらかに増加する分布であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載のグレーティングレンズ系。
2. The grating lens according to claim 1, wherein the spatial frequency distributions of the first and second grating lenses are distributions that smoothly increase from the lens center toward the outer periphery. system.
【請求項3】前記第2のグレーティングレンズの空間周
波数分布は、平面波を集束させるインライン型グレーテ
ィングレンズの空間周波数分布に、レンズ中心から外周
に向かってなめらかに減少する空間周波数分布を加え合
わせた分布であることを特徴とする特許請求の範囲第2
項記載のグレーティングレンズ系。
3. The spatial frequency distribution of the second grating lens is a combination of the spatial frequency distribution of an in-line type grating lens that focuses a plane wave and a spatial frequency distribution that smoothly decreases from the lens center toward the outer periphery. The second aspect of the present invention is that
Grating lens system according to item.
【請求項4】前記なめらかに減少する空間周波数分布の
帯域が前記第1のグレーティングレンズの空間周波数分
布の帯域に等しいことを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載のグレーティングレンズ系。
4. The band of the spatial frequency distribution that smoothly decreases is equal to the band of the spatial frequency distribution of the first grating lens.
Grating lens system according to item.
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CA000546603A CA1309286C (en) 1986-09-20 1987-09-10 Optical system with grating lens assembly
DE3751442T DE3751442T2 (en) 1986-09-20 1987-09-18 Optical system made of hologram lenses.
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