JPS63155432A - グレ−テイングレンズ光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　要〕 本発明は、コヒーレント光源から発せられた光を第１．
第２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光学系であって、上
記第１．第２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、両レンズ間の透明体内部で
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。

〔産業上の利用分野〕

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。

昨今、コヒーレント光源からの光を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ピツ
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、しかも量産性に冨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。

〔従　来　技　術〕

従来のインライン型グレーティングレンズを第１２図に
示す。このレンズは、同図（ａｌ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
に焦点位置が光軸方向に変化する。また、λ。よりも短
かい波長に対しても、同様に収差が発生し、焦点位置変
動が起こる。

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１３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
１４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（ａｌに示すように波長がλ０のとき
に無収差であって、も波長が変化すると同図（ｂｌ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
軸からずれてしまう。

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。

〔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・ノブにおいては、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１５図ｔａｇ
、　ｆｂ）に示した。従来の一般的な光ピツクアップで
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、光ピンクアップにグレ
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。

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１６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、（ａｌ波長が温
度変化とともに徐々に連続して変化する、（ｂｌある温
度Ｔ、で不連続的に波長が変化する（いわゆるモードホ
ップ）、（Ｃ１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。

従って、例えばグレーティングレンズを用いた光ピツク
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も生じる。これらの
ことは、光デイスク媒体上におけるスポットのビーム径
拡大、トランクずれの発生、フォーカスずれの発生等に
つながる。特に、第１６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。

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。

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、従って光デイスク装置の光ビックアンプを初めと
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
ズ光学系を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のグレーティングレンズ光学系は、コヒーレント
光源からの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、相対する平行な２面を有する透明体の上
記２面上に形成したものであって、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点からの回折光を上記透
明体内の光軸上で交差させ、第２のグレーティングレン
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。

〔作　　　用〕

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λ。

、λ　（λｏく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透明体内で光軸と交わった
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
。

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であるので、入射
した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。

（実　　施　　例〕 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。

第１図は、本発明の第１の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１，２を同一光軸（一点鎖線）上に位置するよ
うに、透明体（例えばガラス板等）３の互いに平行な２
面上に形成した構成であり、光軸上の半導体レーザＬＤ
からの発散光を第１のグレーティングレンズ１で光軸側
に回折させ、透明体３内部の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２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。

上記第１のグレーティングレンズ１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点からの回折光が透明体３内部の光
軸上で交差するようにしである。また、上記第２のグレ
ーティングレンズ２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である。

次に、上記グレーティングレンズ１，２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、半導体レーザＬＤとグ
レーティングレンズｌとの距離を１１．２つのグレーテ
ィングレンズ１．２間の距離をｄ５グレーティングレン
ズ２と点Ｐとの距離をＩ１２とする。

（ｉ）まず、半導体レーザＬＤを発してグレーティング
レンズｌ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、透明体３を通
過してグレーティングレンズ２の中心の点ｒ、　　（＝
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ｂｉ　ａ　＞。すると、上述した光
路（ＬＤ→Ｒ１→ｒ、−＊Ｐ）を仮定することにより、
点Ｒ１＋　　ｒｌにおける空間周波数Ｆ、、ｒ、が決定
される。

（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。半導体レーザＬＤか
ら点Ｒ０へと進んだ波長λの光線は、点Ｒ３においで、
波長がλ。のときよりも大きな角度で回折され、透明体
３を介してグレーティングレンズ２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ｒ２
が決定される。

（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ｌ上のどこの点から来るのかを逆に求める（実ｖＡＣ
）。そのグレーティングレンズ１上の点をＲ２とすると
、点Ｒ２での回折光が半導体レーザＬＤ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
。

（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２上の点ｒ＝　　
（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ｌ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１
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２の径は点ｒ１の位置で
決定され、通常は１２≧／、のときはｌ　ｒｎｌ≧ＩＲ
ＩＩ、ｆ２＜Ａ。

のときはｌ　ｒｎｌ　〈ｉ　Ｒ＋　Ｉとなる。

以上のようにしてグレーティングレンズ１．２の空間周
波数分布を決定することにより、半導体レーザＬＤから
の発散光が、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。更に、λ。

＝８３０　ｎｍを固定し、λを種々の値に変えて同じよ
うに空間周波数分布を計算すると、λ＝λ。±２０ｎｍ
の場合においてもλ＝８３０．３ｎｍの場合とほぼ完全
に一致した空間周波数分布が得られることがわかった。

このことから、例えばλ。＝　８３０ｎｍ及びλ＝８３
０．３　ｎｍの光に対して空間周波数分布を決定すれば
、λ＝８３０±２０ｎｍの光に対しても上記所定の一点
に集束させることができるようになる。

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１．２の回折機能を、それらの開側と外側
とに分割して考える。するとグレーティングレンズ１，
２は、光軸方向に進む平面波によって、それぞれ等価的
に２つのグレーティングレンズｌａ、ｌｂ；２ａ、２ｂ
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１．２の空間周波数をＦ、ｆとすれば、Ｆ。

「がそれぞれＦ−、Ｆｂ　　；　ｒ−、ｆｂに分割され
、Ｆ＝Ｆａ　＋Ｆｂ、ｆ＝ｆｍ　＋ｆ、なる関係が成り
たつ。ここで、グレーティングレンズｌａ、２ａ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１２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
１ｂ、２ｂではその空間周波数Ｆｂ、ｆｂが、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。

これらのことから、グレーティングレンズ１゜２の特徴
は第４図に示すように説明できる。すなわち、平面波を
集束させる一般的なインライン型グレーティングレンズ
ｌａ、２ａ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
ーティングレンズｌｂ、２ｂ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、それぞれグレーティン
グレンズ１．２の空間周波数分布であると言える。

本実施例において、第２図に示した方法を用い、例えば
波長８３０　ｎｍと８３０．３　ｎｍの光に対して無収
差となるようにグレーティングレンズｌ、　　２の空間
周波数分布を決定した場合、実用上無収差とみなせる条
件（収差のＲＭＳ値＜０．０７λ、最大値＜０゜２５λ
）より、例えば８３０±２０ｎｍ程度の波長に対しても
無収差を維持できることがわかった。しかも、本実施例
のグレーティングレンズ光学系では、焦点位置ずれも無
い。従って本実施例によれば、半導体レーザの温度変化
に伴う連続的な波長変化、モードホップ、更には多モー
ドレーザ等に対しても、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できる。

また、２つのグレーティングレンズ１．２を透明体３の
両面に形成したので、光学系全体が一体化されており、
よってグレーティングレンズ１゜２間の相対位置を固定
することができ、相互の位置ずれが発生することはない
。更に、グレーティングレンズｌ、　　２間が空気であ
る場合（特願昭６１−２２０８７０号）と比べ、グレー
ティングレンズ１゜２の空間周波数を平均的に高くする
ことができ、よってグレーティングのブレーズ化を図ら
なくとも先便用効率を一段と向上させることができる。

それと共に、上述したように波長変動に対して補償し得
る範囲（波長範囲）も、一段と増大する。

更に本実施例は、上述したように第１．第２のグレーテ
ィングレンズ１．２が透明体３を介して一体化されてお
り、しかも軸対称な構成であることから、これらグレー
ティングレンズ光学系と半導体レーザＬＤとを容易に一
体化することができる。その一体化によって得られる半
導体レーザ光集束モジュールの一例を第５図に示す。同
図においては、円筒状の外枠部４内に、グレーティング
レンズ１，２の形成された透明体３を嵌め込み、これを
リング状のねじ部材１５で固定する。そして、ヒートシ
ンクを兼ねた、雄ねじの切られたマウント部材６の回転
中心に半導体レーザＬＤを配置し、マウント部材６を回
転させて半導体レーザＬＤを光軸上の適当な位置に設定
する。このようにして一体化された半導体レーザ光集束
モジュールは、寸法的には例えば６ｍｍφＸ　１０ｍｍ
程度と非常にコンパクトなものとなる。

次に、本実施例のグレーティングレンズ光学系を光ピン
クアップの光学系に適用した一例を第６図ｆａ）に示す
。同図では、透明体３の両面に形成された第１．第２の
グレーティングレンズ１．２の他に、部分透過鏡７、リ
ング状のミラー８及び第３のグレーティングレンズ９を
備えている。部分透過鏡７は、第１のグレーティングレ
ンズｌと透明体３との間に形成されており、この透過率
は点Ｐにおいて必要な光強度あるいは半導体レーザＬＤ
への戻り光量の適正値を考慮して決定される。

ミラー８は、透明体３の内部であって、第１．第２のグ
レーティングレンズ１．２間の所定位置に配置され、そ
の中央にグレーティングレンズ１゜２間の回折光を通過
させ得る大きさの中空部８ａを有すると共に、部分透過
鏡７側の面がリング状の鏡面となっている。第３のグレ
ーティングレンズ９は、第１のグレーティングレンズ１
の外周部であって透明体３の同一面上に形成されており
、光軸に関して回転対称に光を集束させる空間周波数分
布を有している。

上記構成において、半導体レーザＬＤからの発散光は、
第１図で示したと同様に、第１のグレーティングレンズ
ｌ、透明体３及び第２のグレーティングレンズ２を介し
て、光ディスク媒体Ｍ上の点Ｐに集束される。点Ｐから
反射された信号光は往路を戻り、すなわち第２のグレー
ティングレンズ２を介しリング状のミラー８の中空部８
ａを通過して第１のグレーティングレンズ１に向かうが
、この信号光の一部は部分透過鏡７によって反射される
。ここで反射された信号光は、光軸の外側へ拡がる発散
波となるが、リング状のミラー８によって再び反射され
、第１のグレーティングレンズ１の外周部に達する。こ
の領域には第３のグレーティングレンズ９が形成されて
いるので、ここに達した信号光は第３のグレーティング
レンズ９によって光軸対称に集束され、光検知器りに入
射する。光検知器りは半導体レーザＬＤを囲むリング状
の受光面を持ち、第３のグレーティングレンズ９からの
集束光を無駄無く検知できるようになっている。

このようにして、光ディスク媒体Ｍ上からの信号光は、
第２．第３のグレーティングレンズ２゜９を介して光検
知器りに導かれるが、この際、これら第２．第３のグレ
ーティングレンズ光学系においても上記第１．第２のグ
レーティングレンズ光学系と同様にして波長変動が補償
されるので、光検知器り上での信号光の収差や焦点位置
ずれが抑制される。

なお、上述した部分透過鏡７は、第１のグレーティング
レンズ１を透明体３に形成する前に、例えばＡ１蒸着等
の方法で作ることができる。リング状のミラー８は、例
えば第６図（ｂｌに示すように、透明体３を２つの透明
体３ａ、３ｂで構成し、これらが互いに接着されるよう
にしておき、その接着前にいずれか一方の接着面にＡ１
蒸着等を施すことにより形成することができる。その際
の接着剤は、例えば紫外線硬化型光学接着剤のように、
硬化後の屈折率が透明体３の屈折率とほぼ等しくなるも
のが望ましい。

上述したように本実施例のグレーティングレンズ光学系
を光ピツクアップに適用すれば、グレーティングレンズ
の利点（薄型、小型、軽ｉｔ）を活かして光学系を容易
に一体化できる。第７図は、その一体化された光学系（
これを八とする）をアクチュエータＢに搭載し、光ピツ
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及びトラッキングが可能
である。また、光ディスクのアクセスは、アクチュエー
タＢを不図示のＶＣＭ等で光ディスクの半径方向に動か
すことによって行う。

このように本実施例を適用した光ピツクアンプでは、半
導体レーザＬＤの波長が変化しても、焦点のスポット品
質が劣化してビーム径が拡大することも、焦点位置が変
動することもないため、従来のサーボ方式で光ピツクア
ップ機能を実現す゛ることができる。更に、光学系全体
を従来の対物レンズと同程度の大きさにまとめることが
できるため、軽量かつ小型で、しかも低価格な光ピツク
アップとなる。

第８図は、本発明の第２の実施例を示す構成図である。

第１図に示した第１の実施例では入射光を発散光とした
が、本実施例は入射光をコヒーレントな平行光（例えば
、半導体レーザＬＤからの発散光を平行光に変換した光
）としたものである。

すなわち本実施例は、上記平行光を第１のグレーティン
グレンズ１１で光軸側に回折させ、透明体３内部の光軸
と一旦交差させた後に、第２のグレーティングレンズ１
２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。

上記の機能を有するグレーティングレンズ１１゜１２の
具体的な空間周波数分布は、第２図の方法において半導
体レーザＬＤを光軸上の無限遠点に置くことにより、同
様にして決定することができる。このようにして得られ
たグレーティングレンズ１１．１２によれば、入射する
平行光の波長が基準となる波長λ。からずれても、第１
の実施例と同様に上記平行光を実用上無収差で点Ｐに集
束させることができる。

なお、グレーティングレンズ１１．１２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
る分布となる。更に、第２のグレーティングレンズ１２
は、第９図に示すように光軸方向に進む平面波によって
等測的に２つのグレーティングレンズ１２ａ、１２ｂに
分割することができる。その一方の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グ
レーティングレンズであって、第１２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グレーティン
グレンズ１２ｂの空間周波数分布は、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を有し、
レンズ中心から外周に向かってなめらかに減少する特殊
な分布である。

本実施例においても、第１の実施例と同様に、半導体レ
ーザの波長変動に対応でき、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できると共に、グレーティ
ングのブレーズ化を図らなくとも先便用効率を一段と向
上させることができる。更にまた、本実施のグレーティ
ングレンズ光学系を一体化して光ピツクアップの光学系
に用いることも容易であり、このような光ピンクアップ
は軽量かつ小型で、しかも低価格なものとなる。

なお、上述した第１の実施例においては、第１゜第２の
グレーティングレンズ１．２の代わりに、第３図のよう
に分割された全部で４個のグレーティングレンズｌａ、
ｌｂ、２ａ、２ｂを実際に用いてもよく、これと同様に
第２の実施例においても、第２のグレーティングレンズ
１２の代わりに２個のグレーティングレンズ１２ａ、１
２ｂ　（第９図）を用いてもよい。

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。更には、スタンパ等により機械
的に簡単に複製することもできる。

また、本発明では、上記各実施例のように第１゜第２の
グレーティングレンズ１．２もしくは１１゜１２はたっ
た１対である必要はなく、１次元もしくは２次元的に複
数対配列されていてもよい。その−例を第１０図に示す
。これは、第１図に示した第１の実施例に係るグレーテ
ィングレンズ光学系をアレイ状に複数対配列したもので
ある。

従来のレンズアレイとしては、第１７図に示すようにロ
ッドレンズを束にしたロッドレンズアレイや、第１８図
に示すように基板に球状の屈折率分布を持たせてレンズ
とした屈折率分布型レンズアレイが知られている。しか
し、ロッドレンズアレイでは、ロッドの長さが約８ｍｍ
と長く、かつコストが高いという問題があり、また屈折
率分布型レンズアレイではミ薄＜はなるが開口数（ＮＡ
）が０．３程度しかとれず、しかも収差が生じるという
問題があった。これに対し第１０図に示したグ　　−レ
ーティングレンズアレイでは、まずレンズ直径を小さく
できるために密度を上げることができ、よって解像度を
向上させることができる。しかも、開口数（ＮＡ）を０
．５以上と大きくとれるので、ビームを非常に小さく絞
れる。更に、前述したように波長による色収差が少ない
（±２０ｎｍ程度まで可能）ため、半導体レーザだけで
はな（ＬＥＤ（波長半値幅２０〜４０ｎｍ）を光源とし
て用いることもできる。

第１０図のグレーティングレンズアレイを、例えばファ
クシミリやプリンタ等に使用されるＬＥＤプレイ用レン
ズアレイに適用した一例を第１１図に示す。これは、千
鳥状にアレイ化された個々のグレーティングレンズ光学
系に対応する位置に、それぞれＬＥＤ　（波長半値幅３
０ｎｍ程度のもの）を配置して一体化したものである。

このような構成においては、例えばレンズピンチｐ＝１
７０μｍ、実効ピッチｑ＝８５μｍと小さくできる。レ
ンズ列を増やせば、実効ピッチｑを更に小さくできる。

また、ＬＥＤと第１のグレーティングレンズ１との距離
らを２００μｌ、第１．第２のグレーティングレンズ１
，２間の距離ｄを４００μｍとし、第２のグレーティン
グレンズ２と結像対象（例えば静電ドラム）面Ｒとの距
離Ｉ！２を解像度により適宜さためることができる（例
えば数μｍのビーム径の場合は１ｚ＃２００μｍ、数１
０μｍのビーム径の場合は１２勢２０００μｍ）。

なお、このようなレンズアレイは、プラスチック基体を
用いて形状複製により作成することができる。具体的に
は、上述したような寸法に基づき電子ビームにより第１
．第２のグレーティングレンズに係るグレーティングパ
ターンを描画し、この描画したレジストパターンから通
常の方法でＮｉスタンパを作成し、プラスチック基体に
対してインジェクションを施すことにより、グレーティ
ングレンズアレイを複製する。

このようにして得られたレンズアレイは、開口数（ＮＡ
）を大きくとれるためにＬＥＤ光の集光効率が良く、ま
たビーム径を小さくできるために高解像印字が可能にな
る。

〔発明の効果〕

本発明のグレーティングレンズ光学系によれば、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
置とを得ることができ、従って光ビックアンプやＬＥＤ
アレイ用レンズアレイを初めとする各種分野への実用化
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の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１，
２の空間周波数の決定方法を示す図、 第３図は上記第１．第２のグレーティングレンズ１．２
の空間周波数分布特性の説明図、第４図は上記第１．第
２のグレーティングレンズ１．２の空間周波数分布の特
徴を示す図、第５図は上記実施例のグレーティングレン
ズ光学系と半導体レーザとを一体化してなる半導体レー
ザ光集束モジュールの一例を示し、同図ｔａ）は断面図
、同図（ｂｌは外観斜視図、 第６図（ａ）は上記実施例のグレーティングレンズ光学
系を光ピツクアップの光学系に適用した一例を示す構成
図、 第６図ｆｂｌは同図（ａｌに示したミラー８の埋込み方
法の一例を示す図、 第７図は上記実施例のグレーティングレンズ光学系を用
いて構成した光ピンクアップの一例を示す斜視図、 第８図は本発明の第２の実施例を示す構成図、第９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の空間周波数分布特性の説明図、 第１０図は上記第１の実施例をアレイ状に配列したグレ
ーティングレンズアレイの一例を示し、同図（ａ）は平
面図、同図（ｂ）は同図ｆａｔのＡ−Ａ断面図、第１１
図は上記グレーティングレンズアレイを適用したＬＥＤ
アレイ用レンズアレイの一例を示し、同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は同図（ａｌのＢ−Ｂ断面図、同図ｆｃ
）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断面図、第１２図ｔａ＋及びｆ
ｂｌ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１３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１４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１５
図（ａｌ、　（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１６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１７図は従来のロッドレンズアレイを示す斜視図、 第１８図は従来の屈折率分布型レンズアレイを示す斜視
図である。 １．１１・・・第１のグレーティングレンズ、２．１２
・・・第２のグレーティングレンズ、３・・・透明体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）コヒーレント光源から発せられた光が入射するイン
   ライン型の第１のグレーティングレンズ（１、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（２、１２）とを、 相対する平行な２面を有する透明体（３）の該２面に形
   成したグレーティングレンズ光学系であって、 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透明体内の前
   記光軸上で交差させて前記第２のグレーティングレンズ
   に入射させることと、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、前記交差した回折光を前記所定の１点に集束さ
   せることとを特徴とするグレーティングレンズ光学系。 ２）前記第１のグレーティングレンズ（１）に入射する
   光は発散光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光学系。 ３）前記第１及び第２のグレーティングレンズ（１、２
   ）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光学系。 ４）前記第１のグレーティングレンズ（１１）に入射す
   る光は平行光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光学系。 ５）前記第１及び第２のグレーティングレンズ（１１、
   １２）の空間周波数分布は、レンズ中心から外周に向っ
   てなめらかに増加する分布であることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載のグレーティングレンズ光学系。 ６）前記第２のグレーティングレンズ（１２）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５項
   記載のグレーティングレンズ光学系。 ７）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（１１）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６
   項記載のグレーティングレンズ光学系。 ８）前記第１、第２のグレーティングレンズはアレイ状
   に複数対配列されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第７項のいずれか１つに記載のグレーティング
   レンズ光学系。