JPS63223703A - Grating lens optical system - Google Patents

Grating lens optical system

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JPS63223703A
JPS63223703A JP5681387A JP5681387A JPS63223703A JP S63223703 A JPS63223703 A JP S63223703A JP 5681387 A JP5681387 A JP 5681387A JP 5681387 A JP5681387 A JP 5681387A JP S63223703 A JPS63223703 A JP S63223703A
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lens
grating lens
light
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雅之 加藤
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文雄 山岸
Hiroyuki Ikeda
池田 弘之
Yushi Inagaki
雄史 稲垣
Tomohito Maeda
智史 前田
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms

Abstract

PURPOSE:To permit realization of a good beam spot by partially changing the light utilizing efficiency of at least one of 1st and 2nd grating lenses. CONSTITUTION:A means for partially changing the light utilizing efficiency of at least one of the 1st grating lens having a prescribes space frequency to intersect the laser light from a laser light source axisymmetrically and the 2nd grating lens 12 having the prescribed space frequency to focus the diffracted light transmitted through the 1st grating lens to a prescribed one spot are provided to a grating lens optical system disposed with the above-mentioned 1st grating lens and 2nd grating lens on the optical axis. The means for partially changing the light utilizing efficiency is realized by, for example, forming the depth of the grating grooves of grooves GL1 to nonuniform depths. More specifically, the means for partially changing the light utilizing efficiency of the lens is realized by relatively and partially decreases the light utilizing efficiency of the parts where the intensity is larger according to the intensity distribution of the beam. The intensity distribution is thereby uniformized and the good and extremely small beam diameter is obtd.

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イスク上に収束さ
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先便用効率を部分
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 of the Invention] [Summary] Two grating lenses: a first grating lens that crosses an incident laser beam axially symmetrically, a second grating lens that converges this crossed beam onto an optical disk, and In the newly developed grating lens system, which is able to achieve stable focusing performance without aberrations without being affected by wavelength fluctuations of the incident laser beam by combining the first and second grating lenses, By providing means for partially changing the preemption efficiency of the lens on either side, a uniform light intensity distribution is ensured and a good beam spot is achieved.

〔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 that has 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
えば光デイ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、(ii
i )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、小型かつ量産性に冨むグレーティ
ングレンズの使用が検討されている。
Recently, in optical systems that require the function of converging diverging spherical wave light from a coherent light source (semiconductor laser) to a single point, such as the optical head of an optical disk device, improvements have been made to (i) miniaturization of the device, and (ii) access. time reduction, (ii
i) In order to reduce costs, the use of grating lenses, which are thinner, lighter, smaller, and more easily mass-produced than conventional optical elements, is being considered.

〔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λ0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λOよりも長い波
長λ (〉λ0)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、λ0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 grating lens is shown in FIG. 5. This lens 20, as shown in FIG. . Therefore, for light with a wavelength λ (>λ0) longer than the above-mentioned λO, aberrations occur as shown in FIG. 3(b), the focal length shifts by Δf, and good focusing performance cannot be obtained. Furthermore, aberrations similarly occur for wavelengths shorter than λ0.

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 applies to 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(λ0)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, grating lenses have the property that when the wavelength used deviates from a predetermined value (λ0), aberrations occur and the focusing performance deteriorates, and depending on the type of lens, the focal position also shifts.

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830n−と称するレーザであっても、その
波長は±12rv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 currently used semiconductor lasers varies within a range of about ±12 rv due to individual variations, changes due to temperature, changes due to drive current value, etc., even if the laser has a wavelength of 830n-. Therefore, when a semiconductor laser is used as a light source, conventional grating lenses cannot be used in high-precision optical systems where aberrations cannot be tolerated.

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 this application first applied for patent application No. 61-220870.
In the specification, there is provided a grating lens optical system that can always obtain a good beam spot without aberrations even if there is a wavelength fluctuation of the incident light as described above, and has accurate and stable focusing performance. proposed.

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 includes a first grating lens that intersects laser light from a laser light source axially symmetrically, and a second grating lens that focuses the diffracted light transmitted through the first grating lens on a predetermined point (focal point). By appropriately selecting the spatial frequencies of both grating lenses, it is possible to absorb wavelength fluctuations and prevent the occurrence of aberrations, as will be described later.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

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。
However, the following new problem has been found in such a grating lens optical system.

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。
That is, in the grating lens optical system described above,
Since the laser beam is crossed between the first and second grating lenses, the intensity distribution of the beam emitted from the second grating lens is necessarily different from the distribution in a conventional single grating lens. Even if the grating lens system has no aberration, the bit diameter of the second grating lens changes according to this distribution. Therefore,
For example, when using the above-mentioned grating lens optical system in an optical head, it is desired to make the spot diameter as small as possible, so the light intensity distribution becomes very important.

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 consider the intensity distribution of a beam in a grating lens optical system, which has not been considered at all in the past, and to make the intensity distribution as uniform as possible to obtain a good minimum beam diameter.

〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明によれば、レーザ光
源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
レンズとを光軸上に配置したグレーティングレンズ光学
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
る手段を設けたことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a first grating lens having a predetermined spatial frequency that allows laser light from a laser light source to intersect axially symmetrically; In a grating lens optical system, a second grating lens having a predetermined spatial frequency that focuses the diffracted light transmitted through the first grating lens on a predetermined point is arranged on the optical axis. The present invention is characterized in that at least one of the lenses is provided with means for partially changing the light usage efficiency of the lens.

〔作 用〕[For production]

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 partially reduces the light use efficiency of a portion where the intensity is high according to the intensity distribution of the beam. As a result, the intensity distribution is made uniform, and a small beam spot with a nearly circular cross section 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, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 and subsequent figures.

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 configuration of the grating lens system, which is the premise of the present invention, will be briefly explained with reference to FIG. 6.7. The detailed structure of this grating lens system is disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 61-220870.

第6図において、グレ−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1
2によって光軸上の所定の点Qに集束させるようにした
ちのである。
In Fig. 6, the grating lens system has the first and second
This is a configuration in which in-line grating lenses 11 and 12 are arranged on the same optical axis (dotted chain line), and a spherical wave diverging from a point P (coherent light source) on the optical axis is
The second grating lens 11 diffracts the light toward the optical axis, and once it crosses the optical axis, the second grating lens 1
2 to focus the light on a predetermined point Q on the optical axis.

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
るようにしである。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である。
The first grating lens 11 has a predetermined spatial frequency distribution that is rotationally symmetrical with respect to the optical axis, so that diffracted lights from any two points that are symmetrical with respect to the optical axis intersect on the optical axis. . Further, the second grating lens 12 has a predetermined spatial frequency distribution that is rotationally symmetrical with respect to the optical axis, so that the crossed diffracted lights are focused on 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λO1λ(λ0〈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λ0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λ0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λO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。
In the above configuration, consider the paths of two lights having mutually different wavelengths λO1λ (λ0<λ) that are incident on any one point of the first in-line grating lens from the same direction. First, light with a wavelength λ is diffracted by a first in-line grating lens at a larger angle than light with a wavelength λ0, and after both of these diffracted lights intersect with the optical axis, they are passed through a second in-line grating lens. reach above the lens. The distance from the optical axis of the arrival point of these lights is longer for light with wavelength λ than for light with wavelength λ0. Next, these lights are diffracted by the second in-line grating lens, but at this time, the light with wavelength λ is diffracted at a larger angle than the light with wavelength λO, so the distance between the two lights gradually becomes smaller. They become narrower and eventually intersect at one point. Therefore, by providing the two in-line grating lenses with 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であ
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 about the light incident on any point of the first in-line grating lens, and since the above spatial frequency distribution is rotationally symmetric with respect to the optical axis, the wavelength of the incident diverging spherical wave light is Even if the light changes, it will be focused on the predetermined point on the optical axis, and therefore no aberrations or focal position shifts will 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11.2つのグレーティ
ングレンズ11 、12間の距離をd。
Next, a specific method for determining the spatial frequency distribution of the grating lenses 11 and 12 will be described below in (i) to (iv) using FIG. Note that the distance between point P and the first grating lens 11 is 11. The distance between the two grating lenses 11 and 12 is d.

グレーティングレンズ12と点Qとの距離を12とする
The distance between the grating lens 12 and the point Q is assumed to be 12.

(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λ0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1
2の中心の点rl(−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−rl→Q)を仮定するこ
とにより点R1,rlにおける空間周波数Fl、flが
決定される。
(i) First, consider a ray of wavelength λ0 that is emitted from point P and reaches point R1 at the outermost periphery of grating lens 11. This ray is diffracted at point R1 and grating lens 1
2, and is further diffracted to reach point Q (solid line a in Fig. 6), then the above-mentioned optical path (P-R1-rl→Q) By assuming that, the spatial frequencies Fl and fl at points R1 and rl are determined.

(ii )次に、波長がλOからλ(〉λ0)に変った
場合について考える0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λO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)。
(ii) Next, consider the case where the wavelength changes from λO to λ (>λ0).The wavelength λ that progresses from 0 point P to point R1
At point R1, the light ray is diffracted at a larger angle than when the wavelength is λO, and reaches point r2 on grating lens 12 (dashed line 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
Here, the spatial frequency f2 at the point r2 is determined from the condition that the light is focused on the point Q even when the wavelength is λ.

(iii )波長がλO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 λO, it is possible to conversely find from which point on the grating lens 11 the ray that is diffracted at point r2 and reaches point Q comes from (solid line C), and the grating lens 11 If the upper point is R2, the spatial frequency F2 at point R2 is determined from the condition that the diffracted light at point R2 reaches 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λ0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(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 、12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) Consider the case where the wavelength becomes λ again, and consider (ii)
), the point r3 on the grating lens 12 is
(not shown) and its spatial frequency f3 is determined. Then, the wavelength is returned to λ0, and the point R3 (not shown) on the grating lens 11 and its spatial frequency F3 are determined in the same manner as in (iii) above. In this way, point Rn (n=
1 , 2 , 3', ...) above (ii) and (iii) until they reach the center of the grating lens 11.
) By repeating the process, the radial spatial frequency distribution in the grating lenses 11 and 12 is determined. Note that the diameter of the second grating lens 12 is determined at the position of 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λ0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。・ 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。
By determining the spatial frequency distribution of the grating lenses 11 and 12 as described above, even if the light emitted from the point P has a wavelength λ different from the reference wavelength λ0, it can be transmitted to the point Q without aberration. can be focused on. - The present invention is directed to how to make a beam focused on point Q into a good, 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 cross-sectional shape of a semiconductor laser beam is generally not circular but elliptical 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(GL、)と12(
GLg)とにおける光強度分布及びスポラl−(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、GL+ 、 GLtとも開口
数(NA)はN A −0,2とした。
First of all, the inventor of the present application will explain how each grating lens 11 (GL, ) and 12 (
GLg) and the light intensity distribution and spora l-(Q point)
The light intensity distribution was calculated and confirmed experimentally (Figure 3). Note that the numerical aperture (NA) of both GL+ and GLt was set to 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/e8以上である部分をGL、
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、 wl、0とし、1 /
 e ”幅の2倍の幅でビームをとり込む場合はcoe
f、=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、GL、におけ
る光強度分布は夫々第4図(a)。
The light intensity distribution of the diverging wave of a laser beam differs depending on the direction. The part where the light intensity is 1/e8 or more of the maximum value is GL,
The coefficient coef is defined based on the case where That is, the reference time is coef, wl, 0, and 1/
e” If you want to take in the beam with a width twice the width, use coe.
Let f,=2. Since the distribution of the laser beam is different in two orthogonal directions, coefficients are considered for each of the X direction and the y direction in the orthogonal coordinates and are set as coef, x, coef, y. The elliptical beam 50 (Fig. 1) is coef, x-1,
When taken at 0, coef, and y-2, 0, the light intensity distribution at GL is shown in FIG. 4(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OL、では夫
々(C)、(d)に示す如く変わり、スポット径は(e
)、Cf)のようになる、即ち、X方向で3.6μmS
y方向で4.7μmである。尚、従来のN A −0,
2の単一グレーティングレンズでガウス型ビームをco
ef、x=coef、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(X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。
Since the beam is elliptical as shown in (b), the coef in the y direction corresponding to the major axis direction is twice that in the X direction corresponding to the minor axis direction. After the rays intersect, the OL changes as shown in (C) and (d), respectively, and the spot diameter becomes (e
), Cf), that is, 3.6 μmS in the X direction.
It is 4.7 μm in the y direction. In addition, the conventional NA -0,
A single grating lens of 2 co-generates a Gaussian beam.
When taken in and focused at ef, x=coef, y-1,0, the spot diameter was about 4.2 μm in both the x and y directions. As mentioned above, in the grating lens system targeted by the present invention, the light intensity distribution of the beam is not rotationally symmetrical with respect to the optical axis, so the spot diameter becomes larger in one direction (X direction) than the value conventionally obtained. 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
方向の先便用効率(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-mentioned problems, the basic idea of the present invention is to attenuate the preemption efficiency (diffraction efficiency) in the y-axis direction and bring it closer to that in the x-axis direction, thereby making 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GL、の模式図
で、そのI−1線断面図を同図(b)に示す。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and FIG. 1(a) is a schematic diagram of GL of the grating lens system shown in FIG. 6, and FIG. Shown below.

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
て先便用効率(回折効率)が変化し、格子溝が浅くなる
程先便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実施例では先便用効率を部分的に変化させる
手段としてGL、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 efficiency for first use (diffraction efficiency) changes depending on the depth of the grating grooves, and that the shallower the grating grooves, the lower the efficiency for first use. Therefore, in the first embodiment of the present invention, the depth of the lattice grooves of the GL is made non-uniform as a means for partially changing the efficiency of first use.

第1図において、円形のGL、を楕円ビームの長軸方向
に沿って線Sl 、St  、Ssにより略4等分し、
S、とS、との間の領域を中心領域AtとじSlの外側
及びS、の外側を外周領域Atとする。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A+は先便用効率を高
く得るべく、従来と同様にアスペクト比の高い格子溝3
1とるすが、外周領域A!では格子溝32を浅くし、先
便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(光ディチ
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 FIG. 1, the circular GL is divided into approximately four equal parts by lines Sl, St, and Ss along the long axis direction of the elliptical beam,
The area between S and S is defined as a central area At, and the area outside Sl and S is defined as an outer peripheral area At. In FIG. 1, S2 passing through the center of the lens corresponds to the short axis of the elliptical beam 50. The central region A+ including the center of the lens has grating grooves 3 with a high aspect ratio as in the past in order to obtain high efficiency for first use.
1 is in the outer area A! In this case, the lattice grooves 32 are made shallow to reduce the efficiency of first use. The depth of the groove is determined by the pitch of the plaid (
depending on the NA of the grating lens), the refractive index of the medium (optical dichroic, etc.), the cross-sectional shape of the groove (rectangular or sinusoidal)
The optimum value differs depending on the conditions, and the optimum value is determined according to each condition.

、第1図に示すような格子溝を有するGL、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、GL、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 a GL having grating grooves as shown in FIG.
When the grating lens system shown in FIG. 6 is constructed, the diffraction-limited spot diameter at the focal point is improved compared to the conventional case (FIG. 4) in which the GL 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GL、 、 GL、 、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. As in the case of FIG. 4, FIG. 3 shows the elliptical light intensity distribution of the laser beam as an ellipse whose major axis is along the I-I line in FIG. 1. GL, GL, , which shows the trial calculation results 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 Fig. 3.4, the absolute value of the intensity (height of the peak) itself is not important, but the relative height of the peak is what matters. Therefore, it is meaningless to compare the absolute values of the intensities in FIGS. 3 and 4.

第3図の(g)(h)はGL、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) in Figure 3 are the distributions immediately after diffraction by GL, and the light usage efficiency is 30% in the central area A1 including the lens center.
%, the grating grooves at both ends of the lens are made shallower. Note that coef, x=1, 0, coef
, y=2.0.

第3図(i)(j)はGL、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)(1)はスポットにおける分布で
スポット径はX方向で3.4μm、X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。
Figure 3 (i) (j) shows the distribution in the vicinity of the GL, and when compared with Figure 4 (c) and (d), the intensity on the optical axis is suppressed and the intensity on the outer peripheral side of the lens is relatively high. I can see that it's being done. Figure 3 (k) (1) shows the distribution in the spot, and the spot diameter is 3.4 μm in the X direction and 4.0 μm in the X direction.
It can be seen that this is smaller than the value of 4.2 μm in the case of FIG. 4 and the conventional single grating lens.

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
看を変えることにより容易に行うことができる。また原
盤からスタンバ−を作成することにより、複製で大量生
産も可能である。
As a specific method for producing the grating lens, electron beam lithography is suitable. The depth of the groove can be easily adjusted by changing the dose scale as is known. Also, by creating a stand bar from the master disc, it is possible to mass produce copies.

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 in, 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(=j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A
I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
の光減衰被膜あるいは半透明鏡70は第1図に示す外周
領域A!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 invention. Rather than partially changing the depth of the grating grooves as shown in Figure 1, by adding a means (=j) for attenuating the light intensity to one side of the grating lens substrate, preferably to the surface opposite to the grating grooves. , the effect shown in Fig. 3 was obtained.Specifically, for example, A
The semitransparent mirror 70 may be formed by vapor deposition of I, or a film 70 like an interference filter may be formed.These light attenuating films or semitransparent mirrors 70 may be formed in the outer peripheral area A! shown in FIG. Of course, it is applied to the parts corresponding to the
The embodiment of FIG. 2 can be applied to either a surface relief type or a volume grating lens.

尚、上記のレンズの先便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CI、。
Incidentally, the means for partially changing the preemption efficiency of the above-mentioned lens is the second grating lens CI.

にあるいは第1、第2グレーティングレンズGL、。or the first and second grating lenses GL.

G[5□の双方に設けても同様の目的が達成される。The same purpose can be achieved even if it is provided on both sides of G[5□.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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 no aberration occurs even when there is a wavelength variation, by providing a means for partially changing the light usage efficiency in the grating lens, the light intensity distribution is uniform. It is possible to obtain a good and stable micro spot.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation 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, in which (a) is a plan view and (b) is an I of (a).
-I line sectional view, FIG. 2 is a diagram similar to FIG. 1(b) showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the light intensity distribution of the grating lens and beam spot in the present invention. Figure 4 is a diagram similar to Figure 3 in the prior art,
Figure 5 is a diagram showing the drawbacks of the conventional grating lens.
FIG. 6 is a diagram showing the basic configuration of a grating lens optical system, which is the premise of the present invention, and FIG. 7 is a diagram explaining a method for determining the spatial frequency of the grating lens shown in FIG. 6. 11...first grating lens, 12...second
Grating lens, 21... Grating lens light.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レーザ光源(23)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(11)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(12)とを光軸
上に配置したグレーティングレンズ光学系において、上
記第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(3
1、32、70)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。 2、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、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、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。
[Claims] 1. A first grating lens (11) having a predetermined spatial frequency that allows laser light from a laser light source (23) to intersect axially symmetrically, and diffracted light transmitted through the first grating lens. In a grating lens optical system in which a second grating lens (12) having a predetermined spatial frequency that focuses on a predetermined point is arranged on the optical axis, at least one of the first and second grating lenses has a second grating lens (12) that has a predetermined spatial frequency focused on a predetermined point. Means for partially changing the light usage efficiency of (3)
1, 32, 70). 2. The grating according to claim 1, wherein the means for partially changing the light usage efficiency of the lens is formed by partially changing the depth of the grating grooves of the grating lens. lens optics. 3. The grating lens optical system according to claim 1, wherein the means for partially changing the light usage efficiency of the lens is formed by a partial light attenuation coating provided on the grating lens. 4. Claim 1, characterized in that the means for partially changing the light usage efficiency of the lens is formed by a partially translucent mirror provided on the grating lens.
The grating lens optical system described in section.
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