JPH11258544A - 光強度変換素子及び光学装置及び光ディスク装置 - Google Patents
光強度変換素子及び光学装置及び光ディスク装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光強度変換素子及びそのような光強度変換素
子を用いた光学装置及び光ディスク装置に関し、簡単な
構成で、薄型で、光強度分布を変換して出射することが
できるようにすることを目的とする。 【解決手段】 中心軸線１２と、該中心軸線に対して横
方向に延びる第１の曲面表面１６と、該中心軸線に対し
て横方向に延びる第２の曲面表面１８と、該第１の曲面
表面と該第２の曲面表面との間に延びる外周面２０とを
有するボディ１４を備え、該第１の曲面表面から入射し
た入射光が、該第１の曲面表面から該ボディに入射する
ときの屈折により、該ボディ内の一部の領域においては
発散し、該ボディ内の他の領域においては収束し、入射
光の光強度分布とは異なった光強度分布として該第２の
曲面表面から出射するようにした構成とする。
子を用いた光学装置及び光ディスク装置に関し、簡単な
構成で、薄型で、光強度分布を変換して出射することが
できるようにすることを目的とする。 【解決手段】 中心軸線１２と、該中心軸線に対して横
方向に延びる第１の曲面表面１６と、該中心軸線に対し
て横方向に延びる第２の曲面表面１８と、該第１の曲面
表面と該第２の曲面表面との間に延びる外周面２０とを
有するボディ１４を備え、該第１の曲面表面から入射し
た入射光が、該第１の曲面表面から該ボディに入射する
ときの屈折により、該ボディ内の一部の領域においては
発散し、該ボディ内の他の領域においては収束し、入射
光の光強度分布とは異なった光強度分布として該第２の
曲面表面から出射するようにした構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は入射光の光強度分布
を変換して出射することのできる光強度変換素子及びそ
のような光強度変換素子を用いた光学装置及び光ディス
ク装置に関する。本発明は、光軸に垂直な方向に光強度
分布をもつレーザ光を、所定開口内で波面強度が均一な
レーザ光に変換し、且つ透過波面収差（ＲＭＳ）を０．
０７λ以下にすることで、各種分野におけるレーザ光処
理系、顕微鏡型光学系、情報記録媒体光学系においてビ
ーム径とビーム形状の改善をすることが出来る光学素子
を提供するものである。
を変換して出射することのできる光強度変換素子及びそ
のような光強度変換素子を用いた光学装置及び光ディス
ク装置に関する。本発明は、光軸に垂直な方向に光強度
分布をもつレーザ光を、所定開口内で波面強度が均一な
レーザ光に変換し、且つ透過波面収差（ＲＭＳ）を０．
０７λ以下にすることで、各種分野におけるレーザ光処
理系、顕微鏡型光学系、情報記録媒体光学系においてビ
ーム径とビーム形状の改善をすることが出来る光学素子
を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来ビーム強度分布を変更する方法とし
て、回折効率を場所毎に変えた回折格子や、強度分布と
反比例の関係にある透過分布をもつ濃度フィルタや、ビ
ーム強度分布が小さい領域を取り出すためにスリットな
どが用いられてきた。また、ハーフミラーなどでレーザ
光を重ね合わせたり、回折格子などで２次光源を発生さ
せる方法、プリズムなどの屈折で内側と外側で強度分布
を入れ換える方法、ズームレンズで焦点ボケを利用する
方法など多くの方法が提案されている。
て、回折効率を場所毎に変えた回折格子や、強度分布と
反比例の関係にある透過分布をもつ濃度フィルタや、ビ
ーム強度分布が小さい領域を取り出すためにスリットな
どが用いられてきた。また、ハーフミラーなどでレーザ
光を重ね合わせたり、回折格子などで２次光源を発生さ
せる方法、プリズムなどの屈折で内側と外側で強度分布
を入れ換える方法、ズームレンズで焦点ボケを利用する
方法など多くの方法が提案されている。
【０００３】例えば特開平３−７５６１２号公報及び特
開平３−９２８１５号公報は、それぞれが２枚のレンズ
により構成された第１群及び第２群のレンズを用いて、
ガウス型強度分布をもつ入射光をほぼ均一な強度分布と
して出射させることを開示している。
開平３−９２８１５号公報は、それぞれが２枚のレンズ
により構成された第１群及び第２群のレンズを用いて、
ガウス型強度分布をもつ入射光をほぼ均一な強度分布と
して出射させることを開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した回折格子や、
濃度フィルタや、スリットなどの方法では、原理上光利
用効率を１００パーセントにすることができず、必ず光
量損がある。またレーザの重ね合わせ方法や、２次光源
を発生させる方法では、波面収差が発生し、回折限界ま
で絞ることができない。
濃度フィルタや、スリットなどの方法では、原理上光利
用効率を１００パーセントにすることができず、必ず光
量損がある。またレーザの重ね合わせ方法や、２次光源
を発生させる方法では、波面収差が発生し、回折限界ま
で絞ることができない。
【０００５】また、屈折を用いる方法でも、内側と外側
で光線光路を交差させているため、光線光路長が異な
り、波面収差が発生してしまう。またズームレンズを利
用する方法では波面収差を大きくすることで強度を均一
にしている。また、特開平３−７５６１２号公報及び特
開平３−９２８１５号公報に記載された従来技術では、
最低４個のレンズを用い、しかもズーミングを行ってい
る。
で光線光路を交差させているため、光線光路長が異な
り、波面収差が発生してしまう。またズームレンズを利
用する方法では波面収差を大きくすることで強度を均一
にしている。また、特開平３−７５６１２号公報及び特
開平３−９２８１５号公報に記載された従来技術では、
最低４個のレンズを用い、しかもズーミングを行ってい
る。
【０００６】従って、これまではビームスポット径を絞
ることより、ビームスポットの強度分布を一定にするこ
とに重点があった。そのためレーザ加工機などのような
数μｍ程度のスポット径でよく光量損失も問題にならな
いものでは上記方法が利用できた。しかし、出力が弱い
光源を用いた情報記録媒体の読取り光学系などでは、波
面収差と光利用効率から利用できなかった。
ることより、ビームスポットの強度分布を一定にするこ
とに重点があった。そのためレーザ加工機などのような
数μｍ程度のスポット径でよく光量損失も問題にならな
いものでは上記方法が利用できた。しかし、出力が弱い
光源を用いた情報記録媒体の読取り光学系などでは、波
面収差と光利用効率から利用できなかった。
【０００７】本発明の目的は、簡単な構成で、薄型で、
光強度分布を変換して出射することのできる光強度変換
素子及びそのような光強度変換素子を用いた光学装置及
び光ディスク装置を提供することである。
光強度分布を変換して出射することのできる光強度変換
素子及びそのような光強度変換素子を用いた光学装置及
び光ディスク装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による光強度変換
素子は、中心軸線と、該中心軸線に対して横方向に延び
る第１の曲面表面と、該中心軸線に対して横方向に延び
る第２の曲面表面と、該第１の曲面表面と該第２の曲面
表面との間に延びる外周面とを有するボディを備え、該
第１の曲面表面から入射した入射光が、該第１の曲面表
面から該ボディに入射するときの屈折により、該ボディ
内の一部の領域においては発散し、該ボディ内の他の領
域においては収束し、入射光の光強度分布とは異なった
光強度分布として該第２の曲面表面から出射するように
したことを特徴とするものである。
素子は、中心軸線と、該中心軸線に対して横方向に延び
る第１の曲面表面と、該中心軸線に対して横方向に延び
る第２の曲面表面と、該第１の曲面表面と該第２の曲面
表面との間に延びる外周面とを有するボディを備え、該
第１の曲面表面から入射した入射光が、該第１の曲面表
面から該ボディに入射するときの屈折により、該ボディ
内の一部の領域においては発散し、該ボディ内の他の領
域においては収束し、入射光の光強度分布とは異なった
光強度分布として該第２の曲面表面から出射するように
したことを特徴とするものである。
【０００９】この光強度変換素子はかなり薄い単体のボ
ディで形成されることができ、しかも入射光の光強度分
布を均一な光強度分布に確実に変換することができるも
のである。好ましくは、該第１の曲面表面から入射した
入射光が、該ボディ内の該中心軸線のまわりの中心領域
においては発散し、該ボディ内の周辺領域においては収
束するようにした。
ディで形成されることができ、しかも入射光の光強度分
布を均一な光強度分布に確実に変換することができるも
のである。好ましくは、該第１の曲面表面から入射した
入射光が、該ボディ内の該中心軸線のまわりの中心領域
においては発散し、該ボディ内の周辺領域においては収
束するようにした。
【００１０】好ましくは、該第１及び第２の曲面表面に
おいて、傾きが増大から減少又は減少から増大に転じる
点の傾き量と最周辺部の傾き量の符号が互いに逆で絶対
値がほぼ同じである。好ましくは、該ボディの厚さが入
射光に対する出射光の波面収差のＲＭＳ値が０．０７λ
以下にする厚さである。
おいて、傾きが増大から減少又は減少から増大に転じる
点の傾き量と最周辺部の傾き量の符号が互いに逆で絶対
値がほぼ同じである。好ましくは、該ボディの厚さが入
射光に対する出射光の波面収差のＲＭＳ値が０．０７λ
以下にする厚さである。
【００１１】好ましくは、光軸から任意の距離（ｒ1 ）
にある入射点（Ａ）を通る光線が出射する出射点（Ｂ）
の光軸からの距離（ｒ2 ）を、光軸から前記任意の距離
（ｒ 1 ）までの範囲にある入射側の光量Ｐ1 を入射光の
全光量を出射光の所定の面積で割って得た強度Ｉで割る
ことで求め、そして、入射点（Ａ）と出射点（Ｂ）の直
線距離（Ｌ）を仮に与えることで、入射点（Ａ）を通る
光線の偏向方向を決め、屈折の法則から入射点（Ａ）と
出射点（Ｂ）点を通る面の傾きを決め、こうして決めた
入射点（Ａ）と出射点（Ｂ）点を通る面の傾きを該中心
軸線からの半径方向の距離で積分することで入射側と出
射側の曲面を決め、次に入射側の曲面と各任意の距離
（ｒ1 ）での偏向方向と仮に決めた距離（Ｌ）より出射
側の曲面を求め、積分による出射側の曲面と入射面から
求めた出射側の曲面が一致するように各任意の距離（ｒ
1 ）毎の距離（Ｌ）を変更し、再度入出射面の傾きを求
め直すことを繰り返し、距離（Ｌ）を収束させる、該ボ
ディの第１及び第２の曲面表面の形状が以上のようにし
て決定されたものである。
にある入射点（Ａ）を通る光線が出射する出射点（Ｂ）
の光軸からの距離（ｒ2 ）を、光軸から前記任意の距離
（ｒ 1 ）までの範囲にある入射側の光量Ｐ1 を入射光の
全光量を出射光の所定の面積で割って得た強度Ｉで割る
ことで求め、そして、入射点（Ａ）と出射点（Ｂ）の直
線距離（Ｌ）を仮に与えることで、入射点（Ａ）を通る
光線の偏向方向を決め、屈折の法則から入射点（Ａ）と
出射点（Ｂ）点を通る面の傾きを決め、こうして決めた
入射点（Ａ）と出射点（Ｂ）点を通る面の傾きを該中心
軸線からの半径方向の距離で積分することで入射側と出
射側の曲面を決め、次に入射側の曲面と各任意の距離
（ｒ1 ）での偏向方向と仮に決めた距離（Ｌ）より出射
側の曲面を求め、積分による出射側の曲面と入射面から
求めた出射側の曲面が一致するように各任意の距離（ｒ
1 ）毎の距離（Ｌ）を変更し、再度入出射面の傾きを求
め直すことを繰り返し、距離（Ｌ）を収束させる、該ボ
ディの第１及び第２の曲面表面の形状が以上のようにし
て決定されたものである。
【００１２】本発明はさらに上記光強度変換素子を用い
て構成された光学装置及び光ディスク装置を提供する。
て構成された光学装置及び光ディスク装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明の第１実施
例の光強度変換素子１０を示す断面図である。図１は光
強度変換素子１０を示す断面図であり、図２は光強度変
換素子１０を示す正面図である。さらに、図１は光強度
変換素子１０を通る多数の光線の光路を示している。光
線の光路から分かるように、光強度変換素子１０は、ガ
ウス型光強度分布を有する平行光を均一な強度分布を有
する平行光に変換する。
例の光強度変換素子１０を示す断面図である。図１は光
強度変換素子１０を示す断面図であり、図２は光強度変
換素子１０を示す正面図である。さらに、図１は光強度
変換素子１０を通る多数の光線の光路を示している。光
線の光路から分かるように、光強度変換素子１０は、ガ
ウス型光強度分布を有する平行光を均一な強度分布を有
する平行光に変換する。
【００１４】図３は図１及び図２の光強度変換素子１０
を含む光学装置５０を示している。この光学装置５０
は、レーザ光源５２と、コリメートレンズ５４と、光強
度変換素子１０と、対物レンズ５６とを備えている。レ
ーザ光源５２は典型的にガウス型光強度分布を有する発
散光を出射する。レーザ光源５２から放射されたレーザ
光は、コリメートレンズ５４によってガウス型光強度分
布を有する平行光になる。ガウス型光強度分布を有する
平行光は光強度変換素子１０によって均一な強度分布を
有する平行光に変換され、対物レンズ５６によって絞ら
れて対象物５８に入射する。
を含む光学装置５０を示している。この光学装置５０
は、レーザ光源５２と、コリメートレンズ５４と、光強
度変換素子１０と、対物レンズ５６とを備えている。レ
ーザ光源５２は典型的にガウス型光強度分布を有する発
散光を出射する。レーザ光源５２から放射されたレーザ
光は、コリメートレンズ５４によってガウス型光強度分
布を有する平行光になる。ガウス型光強度分布を有する
平行光は光強度変換素子１０によって均一な強度分布を
有する平行光に変換され、対物レンズ５６によって絞ら
れて対象物５８に入射する。
【００１５】光学装置５０の一例はレーザ光によって対
象物５８の切削加工を行うことのできるレーザ加工装置
である。本発明では、光強度変換素子１０はガウス型光
強度分布を有する平行光を均一な強度分布を有する平行
光に変換することができ、均一な強度分布を有する平行
光は対物レンズ５６によってより小さな光のスポットに
絞られることができる。従って、光学装置５０をレーザ
加工装置よりもより絞られたレーザ光を必要とする光学
装置、好ましくは、光ディスク装置や顕微鏡装置等に使
用可能である。
象物５８の切削加工を行うことのできるレーザ加工装置
である。本発明では、光強度変換素子１０はガウス型光
強度分布を有する平行光を均一な強度分布を有する平行
光に変換することができ、均一な強度分布を有する平行
光は対物レンズ５６によってより小さな光のスポットに
絞られることができる。従って、光学装置５０をレーザ
加工装置よりもより絞られたレーザ光を必要とする光学
装置、好ましくは、光ディスク装置や顕微鏡装置等に使
用可能である。
【００１６】図１及び図２において、光強度変換素子１
０は、中心軸線１２を有する透明なボディ１４からな
る。ボディ１４は等方性屈折率を有する透明な材料（例
えばガラス）で作られている。ボディ１４は、中心軸線
１２に対して横方向に延びる第１の曲面表面１６と、第
１の曲面表面１６の反対側にあって同様に中心軸線１２
に対して横方向に延びる第２の曲面表面１８と、第１の
曲面表面１６と第２の曲面表面１８との間に延びる円筒
外周面２０とを有する。この光強度変換素子１０は、ガ
ウス型光強度分布を有する平行光が、第１の曲面表面１
６からボディ１４に入射するように形成されている。ボ
ディ１４を通過した光は第２の曲面表面１８から出射す
る。
０は、中心軸線１２を有する透明なボディ１４からな
る。ボディ１４は等方性屈折率を有する透明な材料（例
えばガラス）で作られている。ボディ１４は、中心軸線
１２に対して横方向に延びる第１の曲面表面１６と、第
１の曲面表面１６の反対側にあって同様に中心軸線１２
に対して横方向に延びる第２の曲面表面１８と、第１の
曲面表面１６と第２の曲面表面１８との間に延びる円筒
外周面２０とを有する。この光強度変換素子１０は、ガ
ウス型光強度分布を有する平行光が、第１の曲面表面１
６からボディ１４に入射するように形成されている。ボ
ディ１４を通過した光は第２の曲面表面１８から出射す
る。
【００１７】光強度変換素子１０は、第１の曲面表面１
６に入射した入射光が、屈折により、ボディ１４内の一
部の領域においては発散し、ボディ１４内の他の領域に
おいては収束し、それによって入射光の光強度分布とは
異なった光強度分布として第２の曲面表面１８から出射
するように構成されている。光線の光路は互いに交わら
ないようになっている。
６に入射した入射光が、屈折により、ボディ１４内の一
部の領域においては発散し、ボディ１４内の他の領域に
おいては収束し、それによって入射光の光強度分布とは
異なった光強度分布として第２の曲面表面１８から出射
するように構成されている。光線の光路は互いに交わら
ないようになっている。
【００１８】より詳細は、領域Ｚにおいては、光強度変
換素子１０を通る光線の光路は互いに平行に延びてい
る。領域Ｚの内側の中心領域Ｘにおいては光線が発散
し、そして、領域Ｚの外側の周辺領域Ｙにおいては光線
が収束するようになっている。従って、図１の左端部に
示されるガウス型光強度分布のうち、中心部にある強度
の高い光線は光強度変換素子１０を通ることにより発散
して光強度変換素子１０を出射するときに強度が低くな
り、ガウス型光強度分布のうち、周辺部にある強度の低
い光線は光強度変換素子１０を通ることにより収束して
強度が高くなる。こうして、ガウス型光強度分布を有す
る入射光は光強度変換素子１０によって全体として均一
な光強度分布をもつ出射光に変換される。
換素子１０を通る光線の光路は互いに平行に延びてい
る。領域Ｚの内側の中心領域Ｘにおいては光線が発散
し、そして、領域Ｚの外側の周辺領域Ｙにおいては光線
が収束するようになっている。従って、図１の左端部に
示されるガウス型光強度分布のうち、中心部にある強度
の高い光線は光強度変換素子１０を通ることにより発散
して光強度変換素子１０を出射するときに強度が低くな
り、ガウス型光強度分布のうち、周辺部にある強度の低
い光線は光強度変換素子１０を通ることにより収束して
強度が高くなる。こうして、ガウス型光強度分布を有す
る入射光は光強度変換素子１０によって全体として均一
な光強度分布をもつ出射光に変換される。
【００１９】ボディ１４は、中心軸線１２を中心とする
回転対称形状に形成される。例えば、ボディ１４の第１
の曲面表面１６はリング状に隆起した部分Ｐを有する。
このリング状に隆起した部分Ｐは中心軸線１２を中心と
する円上にある。第１の曲面表面１６のリング状に隆起
した部分Ｐの内側及び外側には、同心円状に窪んだ部分
がある。第２の曲面表面１８は、ラフには第１の曲面表
面１６と類似した形状を有し、第１の曲面表面１６が隆
起している部位では第２の曲面表面１８は窪んでいる。
第２の曲面表面１８は第１の曲面表面１６とは正確には
対応しない。
回転対称形状に形成される。例えば、ボディ１４の第１
の曲面表面１６はリング状に隆起した部分Ｐを有する。
このリング状に隆起した部分Ｐは中心軸線１２を中心と
する円上にある。第１の曲面表面１６のリング状に隆起
した部分Ｐの内側及び外側には、同心円状に窪んだ部分
がある。第２の曲面表面１８は、ラフには第１の曲面表
面１６と類似した形状を有し、第１の曲面表面１６が隆
起している部位では第２の曲面表面１８は窪んでいる。
第２の曲面表面１８は第１の曲面表面１６とは正確には
対応しない。
【００２０】この実施例では、光強度変換素子１０は、
入射口径ｗ1 で入射するガウス型光強度分布の入射光
を、出射口径ｗ2 で均一な光強度分布で出射する出射光
に変換するようになっている。入射口径ｗ1 ＞出射口径
ｗ2 の関係がある。図１の実施例では、ｗ1 は４．０ｍ
ｍ、ｗ2 は３．４ｍｍ、後で説明するＬ0 は１．５ｍｍ
であった。
入射口径ｗ1 で入射するガウス型光強度分布の入射光
を、出射口径ｗ2 で均一な光強度分布で出射する出射光
に変換するようになっている。入射口径ｗ1 ＞出射口径
ｗ2 の関係がある。図１の実施例では、ｗ1 は４．０ｍ
ｍ、ｗ2 は３．４ｍｍ、後で説明するＬ0 は１．５ｍｍ
であった。
【００２１】次に、光強度変換素子１０の製造方法につ
いて図１及び図４を参照して説明する。ここで、ガウス
型光強度分布を有する入射光の全光量をＰ、均一な光強
度分布を有する出射光の光強度をＩ2 とする。入射する
光量と出射する光量とが不変であるので、出射光の光強
度Ｉ2 は下記式（１）で求まる。 Ｉ2 ＝Ｐ／ｗ2 （１） 中心軸線１２から任意の入射点Ａまでの距離（半径）を
ｒ1 、入射点Ａを通る光線が出射する出射点をＢとし、
中心軸線１２から出射点Ｂまでの距離（半径）をｒ2 と
する。光強度変換素子１０を通る光路の長さ、すなわち
入射点Ａから出射点Ｂまでの距離（以下光路長という）
をＬとする。中心軸線１２上を通る光路長がＬ0 であ
る。
いて図１及び図４を参照して説明する。ここで、ガウス
型光強度分布を有する入射光の全光量をＰ、均一な光強
度分布を有する出射光の光強度をＩ2 とする。入射する
光量と出射する光量とが不変であるので、出射光の光強
度Ｉ2 は下記式（１）で求まる。 Ｉ2 ＝Ｐ／ｗ2 （１） 中心軸線１２から任意の入射点Ａまでの距離（半径）を
ｒ1 、入射点Ａを通る光線が出射する出射点をＢとし、
中心軸線１２から出射点Ｂまでの距離（半径）をｒ2 と
する。光強度変換素子１０を通る光路の長さ、すなわち
入射点Ａから出射点Ｂまでの距離（以下光路長という）
をＬとする。中心軸線１２上を通る光路長がＬ0 であ
る。
【００２２】入射光のうち、中心から入射点Ａを含む部
分（半径ｒ1 の円の範囲）の全光量をＰ1 とすると、ｒ
2 は下記式（２）で求まる。Ｉ2 は上記式（１）で求め
られる。 ｒ2 ＝Ｐ1 ／Ｉ2 （２） ここで、使用する半導体レーザの拡がり角θ（半値全
角）を焦点距離ｆのコリメートレンズで平行光にしたと
き、半径ｒ1 の範囲の入射光の強度Ｉ1 は下記式（３）
で求まる。
分（半径ｒ1 の円の範囲）の全光量をＰ1 とすると、ｒ
2 は下記式（２）で求まる。Ｉ2 は上記式（１）で求め
られる。 ｒ2 ＝Ｐ1 ／Ｉ2 （２） ここで、使用する半導体レーザの拡がり角θ（半値全
角）を焦点距離ｆのコリメートレンズで平行光にしたと
き、半径ｒ1 の範囲の入射光の強度Ｉ1 は下記式（３）
で求まる。
【００２３】
【数１】
【００２４】式（３）を用いて、全光量Ｐ及び半径ｒ1
の範囲内の光量Ｐ1 は下記式（４）、式（５）の関係で
求まる。
の範囲内の光量Ｐ1 は下記式（４）、式（５）の関係で
求まる。
【００２５】
【数２】
【００２６】
【数３】
【００２７】式（１）の光強度Ｉ2 は下記式（６）のよ
うに表現される。
うに表現される。
【００２８】
【数４】
【００２９】従って、式（２）は下記式（７）のように
表現される。
表現される。
【００３０】
【数５】
【００３１】図４に示されるように、入射光及び出射光
はともに平行光であるので、第１の曲面表面１６に入射
する入射光の角度αは、第２の曲面表面１８から出射す
る出射光の角度αと等しい。入射光の偏向角をβ、光強
度変換素子１０のボディ１４の屈折率をｎとする。スネ
ルの法則から以下の式（８）、式（９）が導ける。
はともに平行光であるので、第１の曲面表面１６に入射
する入射光の角度αは、第２の曲面表面１８から出射す
る出射光の角度αと等しい。入射光の偏向角をβ、光強
度変換素子１０のボディ１４の屈折率をｎとする。スネ
ルの法則から以下の式（８）、式（９）が導ける。
【００３２】
【数６】
【００３３】
【数７】
【００３４】式（８）のtan αは、第１及び第２の曲面
表面１６、１８の傾き量である。式（８）のtan αを計
算するため、式（９）で計算したβを式（８）に代入す
る。式（９）の計算は、式（７）の半径ｒ2 と半径ｒ1
の関係、及び光路長Ｌに仮定値を代入することにより行
う。第１及び第２の曲面表面１６、１８の傾き量が計算
できたら、傾きを連続させて曲面形状を得る。このため
には、半径ｒ2 が０の位置から半径ｒ2 を増加させ、よ
って連続した曲面形状を得ることができる。ただし、下
記する近似法を使用するとより有利である。
表面１６、１８の傾き量である。式（８）のtan αを計
算するため、式（９）で計算したβを式（８）に代入す
る。式（９）の計算は、式（７）の半径ｒ2 と半径ｒ1
の関係、及び光路長Ｌに仮定値を代入することにより行
う。第１及び第２の曲面表面１６、１８の傾き量が計算
できたら、傾きを連続させて曲面形状を得る。このため
には、半径ｒ2 が０の位置から半径ｒ2 を増加させ、よ
って連続した曲面形状を得ることができる。ただし、下
記する近似法を使用するとより有利である。
【００３５】一般に、光強度変換素子１０の第１及び第
２の曲面表面１６、１８の表面形状は下記式（１０）で
示す非球面多項式で表現される。
２の曲面表面１６、１８の表面形状は下記式（１０）で
示す非球面多項式で表現される。
【００３６】
【数８】
【００３７】ここで、Ｘは半径方向の距離、Ｚは入射面
の位置、Ｒは中心での曲率半径、Ｋは放物線定数であ
る。この式（１０）を半径で微分すると、半径に対する
傾きの式になる。そこで、入射側の第１の曲面表面１６
の形状は、光強度変換素子１０の開口半径（ｗ1 ／２）
までの各光線の半径値ｒ1 に対するtan βの数値データ
を式（８）、式（９）から計算し、式（１０）の微分式
で近似する。この多項式を、半径ｒ1 について積分する
ことで表面形状を表す式を得ることができる。
の位置、Ｒは中心での曲率半径、Ｋは放物線定数であ
る。この式（１０）を半径で微分すると、半径に対する
傾きの式になる。そこで、入射側の第１の曲面表面１６
の形状は、光強度変換素子１０の開口半径（ｗ1 ／２）
までの各光線の半径値ｒ1 に対するtan βの数値データ
を式（８）、式（９）から計算し、式（１０）の微分式
で近似する。この多項式を、半径ｒ1 について積分する
ことで表面形状を表す式を得ることができる。
【００３８】出射側の第２の曲面表面１８の形状を求め
る方法は２つある。第１の方法は、入射側の第１の曲面
表面１６の形状の計算と同様に曲面の形状をｒ2 で積分
する方法である。この場合、上記したのと同様に計算す
ることができるので、詳細な説明は省略する。第２の方
法は、入射側の曲面位置と、偏向方向βと、光路長Ｌと
から、出射側の第２の曲面表面１８の形状を計算する方
法である。この方法は、入射側で半径ｒ1 のときの中心
軸線１２方向の位置をｚ1 とし、出射側で半径ｒ2 のと
きの中心軸線１２方向の位置をｚ2 としたとき、下記式
（１１）により出射曲面位置を計算できる。
る方法は２つある。第１の方法は、入射側の第１の曲面
表面１６の形状の計算と同様に曲面の形状をｒ2 で積分
する方法である。この場合、上記したのと同様に計算す
ることができるので、詳細な説明は省略する。第２の方
法は、入射側の曲面位置と、偏向方向βと、光路長Ｌと
から、出射側の第２の曲面表面１８の形状を計算する方
法である。この方法は、入射側で半径ｒ1 のときの中心
軸線１２方向の位置をｚ1 とし、出射側で半径ｒ2 のと
きの中心軸線１２方向の位置をｚ2 としたとき、下記式
（１１）により出射曲面位置を計算できる。
【００３９】
【数９】
【００４０】こうして計算したｚ2 を使用して、式（１
０）で近似する。ところが、傾きを積分して求めた出射
側の第２の曲面表面１８の形状と、式（１１）の計算に
より求めた出射側の第２の曲面表面１８の形状とは、一
般に一致しない。これは、傾きを積分して求められた式
から計算される光路長Ｌ′と、仮定した光路長Ｌとが異
なるためである。これらの光路長Ｌ′と、Ｌとは本来一
致しなければならない。そこで、傾きを積分して求めた
入射側と出射側の式から、光強度変換素子１０内の光路
長Ｌ′を計算する。
０）で近似する。ところが、傾きを積分して求めた出射
側の第２の曲面表面１８の形状と、式（１１）の計算に
より求めた出射側の第２の曲面表面１８の形状とは、一
般に一致しない。これは、傾きを積分して求められた式
から計算される光路長Ｌ′と、仮定した光路長Ｌとが異
なるためである。これらの光路長Ｌ′と、Ｌとは本来一
致しなければならない。そこで、傾きを積分して求めた
入射側と出射側の式から、光強度変換素子１０内の光路
長Ｌ′を計算する。
【００４１】
【数１０】
【００４２】この半径ｒ1 ごとに計算したＬ′を新たな
各半径ｒ1 ごとの光路長Ｌと定義しなおし、各半径ｒ1
ごとの差分（Δ＝Ｌ−Ｌ′）≒０に収束するまで、式
（８）以降の計算を繰り返す。このようにして光強度変
換素子１０の所望の形状を得ることができる。しかし、
このようにして計算した光強度変換素子１０をあらゆる
微小光学系に一慨に用いることはできない。それは平凸
レンズと同様に、通過する光線によっては、光軸中心と
端部との収差が発生するからである。そこで、光強度変
換素子１０のＲＭＳ（波面収差量）を計算し、ＲＭＳ値
が０．０７λ以下であれば、レイリー極限値を満たした
理想的な光学素子であると言える。ＲＭＳ値は入射光線
全体についての光線光路差の面積的な平均値である。
各半径ｒ1 ごとの光路長Ｌと定義しなおし、各半径ｒ1
ごとの差分（Δ＝Ｌ−Ｌ′）≒０に収束するまで、式
（８）以降の計算を繰り返す。このようにして光強度変
換素子１０の所望の形状を得ることができる。しかし、
このようにして計算した光強度変換素子１０をあらゆる
微小光学系に一慨に用いることはできない。それは平凸
レンズと同様に、通過する光線によっては、光軸中心と
端部との収差が発生するからである。そこで、光強度変
換素子１０のＲＭＳ（波面収差量）を計算し、ＲＭＳ値
が０．０７λ以下であれば、レイリー極限値を満たした
理想的な光学素子であると言える。ＲＭＳ値は入射光線
全体についての光線光路差の面積的な平均値である。
【００４３】ＲＭＳ値を小さくするためには、光強度変
換素子１０の各半径を通過する光線の光路長が等しくな
ればよい。この実施例では、平行光を平行光に変換して
いることから、屈折による光線の偏向が小さいほど光路
長の差は小さくなる。偏向方向を小さくするのは、即ち
入射光線の入射角を小さくすることである。そこで、光
強度変換素子１０の強度変換有効領域内の絶対値が最小
となる入射開口径と出射開口径の条件を選択したり、あ
るいは光強度変換素子１０の肉厚を厚くするなどによっ
てＲＭＳ値を小さくすることができる。また、同じ肉厚
であれば、傾きの絶対値が小さい方が、ＲＭＳ値は小さ
くなる。
換素子１０の各半径を通過する光線の光路長が等しくな
ればよい。この実施例では、平行光を平行光に変換して
いることから、屈折による光線の偏向が小さいほど光路
長の差は小さくなる。偏向方向を小さくするのは、即ち
入射光線の入射角を小さくすることである。そこで、光
強度変換素子１０の強度変換有効領域内の絶対値が最小
となる入射開口径と出射開口径の条件を選択したり、あ
るいは光強度変換素子１０の肉厚を厚くするなどによっ
てＲＭＳ値を小さくすることができる。また、同じ肉厚
であれば、傾きの絶対値が小さい方が、ＲＭＳ値は小さ
くなる。
【００４４】ただし、近似式によっては、周辺部の近似
が悪い場合がある。この場合、ＲＭＳ値は面積的平均値
であるため、周辺部は面積的に比重が大きくなるので、
わずかな光線光路長の差でもＲＭＳ値が悪くなる。そこ
で、周辺部を遮光すると、ＲＭＳ値を小さくできる。図
１の光強度変換素子１０の場合、曲面形状を１０次の多
項式で近似したところ、最大の波面収差は０．０４４λ
であり、ＲＭＳ値は０．０１２λであった。
が悪い場合がある。この場合、ＲＭＳ値は面積的平均値
であるため、周辺部は面積的に比重が大きくなるので、
わずかな光線光路長の差でもＲＭＳ値が悪くなる。そこ
で、周辺部を遮光すると、ＲＭＳ値を小さくできる。図
１の光強度変換素子１０の場合、曲面形状を１０次の多
項式で近似したところ、最大の波面収差は０．０４４λ
であり、ＲＭＳ値は０．０１２λであった。
【００４５】図１の実施例は、光強度変換素子１０の中
心の厚さ（Ｌ0 ）を１．５ｍｍとし、入射口径ｗ1 を４
ｍｍ、出射口径ｗ2 を３．４ｍｍにしているが、同様の
手法で、図５や図６のように、入射口径ｗ1 と出射口径
ｗ2 との関係を変えることもできる。図５は、入射口径
ｗ1 と出射口径ｗ2 が互いに等しく、４ｍｍの例を示
す。Ｌ 0 は１．５ｍｍである。図６は、入射口径ｗ1 が
４ｍｍで、出射口径ｗ2 が５ｍｍの例を示す。Ｌ0 は４
ｍｍである。図５及び図６においても、光強度変換素子
１０はガウス型光強度分布を有する平行光を均一な光強
度分布を有する平行光に変換している。
心の厚さ（Ｌ0 ）を１．５ｍｍとし、入射口径ｗ1 を４
ｍｍ、出射口径ｗ2 を３．４ｍｍにしているが、同様の
手法で、図５や図６のように、入射口径ｗ1 と出射口径
ｗ2 との関係を変えることもできる。図５は、入射口径
ｗ1 と出射口径ｗ2 が互いに等しく、４ｍｍの例を示
す。Ｌ 0 は１．５ｍｍである。図６は、入射口径ｗ1 が
４ｍｍで、出射口径ｗ2 が５ｍｍの例を示す。Ｌ0 は４
ｍｍである。図５及び図６においても、光強度変換素子
１０はガウス型光強度分布を有する平行光を均一な光強
度分布を有する平行光に変換している。
【００４６】図１と図５の光強度変換素子１０の厚さは
１．５ｍｍであるが、図６の光強度変換素子１０の厚さ
は４ｍｍとしている。これは図６において１．５ｍｍの
厚さにすると、素子内の光線の一部が臨界角を越えてし
まうため、素子の厚さを厚くして臨界角を越えないよう
にしたためである。図７は、半径ｒ2 に対する曲面の傾
きの関係を示すグラフを示す。実線曲線Ｈは入射口径＞
出射口径の場合であり、破線曲線Ｉは入射口径＜出射口
径の場合である。入射口径はともに４ｍｍであり、実線
曲線Ｈの出射口径は３．４ｍｍ、破線曲線Ｉの出射口径
は５ｍｍであった。このグラフより、傾きの絶対値を小
さくできるのは、入射開口より出射開口を小さくした実
線曲線Ｈの場合である。他の開口径の場合も同様で、傾
きの絶対値を小さくできるのは、入射口径より出射口径
を小さくしたときで、最も小さくなるのは、図７の実線
曲線Ｈの底の位置（傾きが減少から増加に転じる位置
）傾きと、最周辺部の位置（位置）の傾きの絶対値
が等しいときである。
１．５ｍｍであるが、図６の光強度変換素子１０の厚さ
は４ｍｍとしている。これは図６において１．５ｍｍの
厚さにすると、素子内の光線の一部が臨界角を越えてし
まうため、素子の厚さを厚くして臨界角を越えないよう
にしたためである。図７は、半径ｒ2 に対する曲面の傾
きの関係を示すグラフを示す。実線曲線Ｈは入射口径＞
出射口径の場合であり、破線曲線Ｉは入射口径＜出射口
径の場合である。入射口径はともに４ｍｍであり、実線
曲線Ｈの出射口径は３．４ｍｍ、破線曲線Ｉの出射口径
は５ｍｍであった。このグラフより、傾きの絶対値を小
さくできるのは、入射開口より出射開口を小さくした実
線曲線Ｈの場合である。他の開口径の場合も同様で、傾
きの絶対値を小さくできるのは、入射口径より出射口径
を小さくしたときで、最も小さくなるのは、図７の実線
曲線Ｈの底の位置（傾きが減少から増加に転じる位置
）傾きと、最周辺部の位置（位置）の傾きの絶対値
が等しいときである。
【００４７】図８は他の実施例の光強度変換素子３０を
示す。光強度変換素子３０は、中心軸線３１に対して垂
直方向の２軸方向で異なる屈折率（ｎ0 、ｎ1 ）を有す
る複屈折材料の板３２と、複屈折材料の板３２の一方の
屈折率と同じ屈折率ｎ0 を有し、複屈折材料の板３２を
挟み込む板３４、３６とからなり、入出射面を垂直にし
た構造を有する。複屈折材料の板３２は前の実施例の光
強度変換素子１０と同様の形状に形成され、一方の軸と
一致した偏光が入射したとき（Ａ）に光強度変換素子１
０と同様の光強度変換作用を行い、他方の軸と一致した
偏光が入射したとき（Ｂ）に実質的に光強度変換作用を
行わないようにしたものである。板３４、３６の表面は
平坦であり、光強度変換素子３０の取扱いを容易にす
る。
示す。光強度変換素子３０は、中心軸線３１に対して垂
直方向の２軸方向で異なる屈折率（ｎ0 、ｎ1 ）を有す
る複屈折材料の板３２と、複屈折材料の板３２の一方の
屈折率と同じ屈折率ｎ0 を有し、複屈折材料の板３２を
挟み込む板３４、３６とからなり、入出射面を垂直にし
た構造を有する。複屈折材料の板３２は前の実施例の光
強度変換素子１０と同様の形状に形成され、一方の軸と
一致した偏光が入射したとき（Ａ）に光強度変換素子１
０と同様の光強度変換作用を行い、他方の軸と一致した
偏光が入射したとき（Ｂ）に実質的に光強度変換作用を
行わないようにしたものである。板３４、３６の表面は
平坦であり、光強度変換素子３０の取扱いを容易にす
る。
【００４８】図８のような光強度変換素子３０は、情報
記録装置のような光学系（例えば光ディスク装置）では
特に有効である。すなわち、偏光が一方向に入射された
場合には光変換作用が大きくて媒体に向かう光線をよく
絞ることができ、媒体で反射した光は光変換作用を受け
ずに媒体上の情報をそのまま得ることができる。以上の
ことは、特に次元について言及していないが、１次元の
光強度分布以外にも当然、図９のように２次元の強度分
布をもつ入射光についても有効であることは述べるまで
もない。また、平行光入射、平行光出射について述べた
が、発散光入射、発散光出射についても同様に成立す
る。
記録装置のような光学系（例えば光ディスク装置）では
特に有効である。すなわち、偏光が一方向に入射された
場合には光変換作用が大きくて媒体に向かう光線をよく
絞ることができ、媒体で反射した光は光変換作用を受け
ずに媒体上の情報をそのまま得ることができる。以上の
ことは、特に次元について言及していないが、１次元の
光強度分布以外にも当然、図９のように２次元の強度分
布をもつ入射光についても有効であることは述べるまで
もない。また、平行光入射、平行光出射について述べた
が、発散光入射、発散光出射についても同様に成立す
る。
【００４９】図１０は他の実施例の光強度変換素子４０
を示す。半導体レーザの強度分布は、楕円形状をしてい
る。この楕円形状の光強度分布をもつ光線を任意の形状
の光強度分布にするため、従来は真円補正用プリズムを
使用し、光線をプリズムに斜めに入射させていた。そこ
でプリズムに代わり、図１０のような光強度変換素子４
０を用いると、楕円状の光強度分布を真円状の光強度分
布に変換でき、プリズムに斜めに入射するための不要な
体積が減り、光学系の軽薄短小化が可能となる。
を示す。半導体レーザの強度分布は、楕円形状をしてい
る。この楕円形状の光強度分布をもつ光線を任意の形状
の光強度分布にするため、従来は真円補正用プリズムを
使用し、光線をプリズムに斜めに入射させていた。そこ
でプリズムに代わり、図１０のような光強度変換素子４
０を用いると、楕円状の光強度分布を真円状の光強度分
布に変換でき、プリズムに斜めに入射するための不要な
体積が減り、光学系の軽薄短小化が可能となる。
【００５０】図１１は、設計した光強度分布と異なる入
射光が光強度変換素子１０に入射したときの、出射光の
強度分布を示す。ここで、広い光強度分布あるいは狭い
光強度分布は、図１２の曲線Ｑ、Ｒで定義される。実線
の曲線Ｑは点線の曲線Ｒよりもピークが高く、裾野が低
い。この場合、点線の曲線Ｒは実線の曲線Ｑよりも広い
光強度分布をもつものとする。
射光が光強度変換素子１０に入射したときの、出射光の
強度分布を示す。ここで、広い光強度分布あるいは狭い
光強度分布は、図１２の曲線Ｑ、Ｒで定義される。実線
の曲線Ｑは点線の曲線Ｒよりもピークが高く、裾野が低
い。この場合、点線の曲線Ｒは実線の曲線Ｑよりも広い
光強度分布をもつものとする。
【００５１】図１１の直線Ｊは設計した通りの光強度分
布の入射光が光強度変換素子１０に入射したときの、出
射光の強度分布である。曲線Ｋは設計した光強度分布よ
り広い光強度分布をもつ入射光が光強度変換素子１０に
入射したときの、出射光の強度分布である。この場合、
中心よりも周辺部の強度が強くなるお碗型強度分布とな
る。曲線Ｌは設計した光強度分布より狭い光強度分布を
もつ入射光が光強度変換素子１０に入射したときの、出
射光の強度分布である。この場合、中心が高く、周辺部
が低くなるドーム型強度分布となる。
布の入射光が光強度変換素子１０に入射したときの、出
射光の強度分布である。曲線Ｋは設計した光強度分布よ
り広い光強度分布をもつ入射光が光強度変換素子１０に
入射したときの、出射光の強度分布である。この場合、
中心よりも周辺部の強度が強くなるお碗型強度分布とな
る。曲線Ｌは設計した光強度分布より狭い光強度分布を
もつ入射光が光強度変換素子１０に入射したときの、出
射光の強度分布である。この場合、中心が高く、周辺部
が低くなるドーム型強度分布となる。
【００５２】図１１のような光強度分布の入射光を絞っ
た場合、お碗型、均一型、ガウス型強度分布の順にビー
ムが絞れることが分かっている。そこで、半導体レーザ
のような広角でバラツキがあるような光源に強度均一に
する光強度変換素子１０を用いる場合、最も広角の狭い
半導体レーザを用いたときの光強度分布で光強度変換素
子１０の設定を行い、光強度変換素子１０からの出射光
の光強度分布が最低でも均一で、通常はお碗型強度分布
となるようにすると、ビーム集光性が改善できる。また
この光学系は真円補正プリズムが不要であり、光学装置
の改善が行える。
た場合、お碗型、均一型、ガウス型強度分布の順にビー
ムが絞れることが分かっている。そこで、半導体レーザ
のような広角でバラツキがあるような光源に強度均一に
する光強度変換素子１０を用いる場合、最も広角の狭い
半導体レーザを用いたときの光強度分布で光強度変換素
子１０の設定を行い、光強度変換素子１０からの出射光
の光強度分布が最低でも均一で、通常はお碗型強度分布
となるようにすると、ビーム集光性が改善できる。また
この光学系は真円補正プリズムが不要であり、光学装置
の改善が行える。
【００５３】また、中心軸線に垂直方向に移動がある光
学部と不動な光学部がある光学系において、光強度変換
素子は不動な光学部側にあって、移動部側の開口径と移
動量の合成より広い出射口径を有するように構成するこ
とができる。こうすれば、移動部が移動しても、光強度
変換素子は光強度変換された平行光を移動部を透過して
供給することができる。
学部と不動な光学部がある光学系において、光強度変換
素子は不動な光学部側にあって、移動部側の開口径と移
動量の合成より広い出射口径を有するように構成するこ
とができる。こうすれば、移動部が移動しても、光強度
変換素子は光強度変換された平行光を移動部を透過して
供給することができる。
【００５４】図１３は光強度変換素子１０を含む光ディ
スク装置６０の例を示している。光ディスク装置６０は
図３の光学装置５０と同様に、レーザ光源６２と、コリ
メートレンズ６４と、光強度変換素子１０と、対物レン
ズ６６とを備えている。光ディスク装置６０はさらにビ
ームスプリッタ６８と、１／４波長板７０と、トラッキ
ングミラー７２と、集光レンズ７４と、受光素子７６と
を含む。
スク装置６０の例を示している。光ディスク装置６０は
図３の光学装置５０と同様に、レーザ光源６２と、コリ
メートレンズ６４と、光強度変換素子１０と、対物レン
ズ６６とを備えている。光ディスク装置６０はさらにビ
ームスプリッタ６８と、１／４波長板７０と、トラッキ
ングミラー７２と、集光レンズ７４と、受光素子７６と
を含む。
【００５５】光強度変換素子１０はコリメートレンズ６
４とビームスプリッタ６８の間に配置されている。コリ
メートレンズ６４と光強度変換素子１０とは共通のフレ
ームに搭載され、一体化されている。これによって、他
のレンズ（例えば対物レンズ６６）が移動する場合で
も、移動レンズの光軸ずれによる収束性を補償するよう
になっている。
４とビームスプリッタ６８の間に配置されている。コリ
メートレンズ６４と光強度変換素子１０とは共通のフレ
ームに搭載され、一体化されている。これによって、他
のレンズ（例えば対物レンズ６６）が移動する場合で
も、移動レンズの光軸ずれによる収束性を補償するよう
になっている。
【００５６】本発明はさらに次の特徴を含むものとする
ことができる。第１及び第２の曲面表面は回転対称形状
を有する。第１及び第２の曲面表面が楕円状の光強度分
布を円状の光強度分布に変換できる曲面からなる。ボデ
ィが中心軸線に対して２軸の光学軸を有する複屈折材料
からなる。ボディが複屈折材料の光学軸の一方と同じ屈
折率をもつ材料で挟み込まれ、光軸に対して垂直に加工
した面をもつ。
ことができる。第１及び第２の曲面表面は回転対称形状
を有する。第１及び第２の曲面表面が楕円状の光強度分
布を円状の光強度分布に変換できる曲面からなる。ボデ
ィが中心軸線に対して２軸の光学軸を有する複屈折材料
からなる。ボディが複屈折材料の光学軸の一方と同じ屈
折率をもつ材料で挟み込まれ、光軸に対して垂直に加工
した面をもつ。
【００５７】光強度変換素子の縁部を遮光して波面収差
を低下させる。所定の光強度分布をもつ入射光より広い
光強度分布をもつ入射光を入射させることで、光強度分
布の最縁部の強度が中心部より強い出射光を出射させ
る。中心軸線に垂直方向に移動がある光学部と不動な光
学部がある光学系において、光強度変換素子は不動な光
学部側にあって、移動部側の開口径と移動量の合成より
広い出射口径を有する。光強度変換素子が、該中心軸線
に対して２軸の光学軸を有する複屈折材料と、複屈折材
料の光学軸の一方と同じ屈折率をもち、該複屈折材料を
挟み込む材料とからなり、該光強度変換素子をコリメー
トレンズの前に配置し、偏光方向を切り換えることで強
度分布を変更し、ビーム径と強度分布を変更する。光源
と、コリメートレンズと、光強度変換素子とを備え、コ
リメートレンズと光強度変換素子とを一体化しているこ
とを特徴とする光学装置。
を低下させる。所定の光強度分布をもつ入射光より広い
光強度分布をもつ入射光を入射させることで、光強度分
布の最縁部の強度が中心部より強い出射光を出射させ
る。中心軸線に垂直方向に移動がある光学部と不動な光
学部がある光学系において、光強度変換素子は不動な光
学部側にあって、移動部側の開口径と移動量の合成より
広い出射口径を有する。光強度変換素子が、該中心軸線
に対して２軸の光学軸を有する複屈折材料と、複屈折材
料の光学軸の一方と同じ屈折率をもち、該複屈折材料を
挟み込む材料とからなり、該光強度変換素子をコリメー
トレンズの前に配置し、偏光方向を切り換えることで強
度分布を変更し、ビーム径と強度分布を変更する。光源
と、コリメートレンズと、光強度変換素子とを備え、コ
リメートレンズと光強度変換素子とを一体化しているこ
とを特徴とする光学装置。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な光強度変換素子を用いた光学装置は、光量損失が
なく、高出力光に強く、収差も小さい、光強度分布も任
意に制御が可能であるので、簡単に性能改善が可能とな
る。また、光強度変換素子は屈折を用いているので、損
失が小さい。また、出射光の光強度分布と出射開口部の
形状を自由に設定できるので、光学装置の部品点数を減
らすことができる。
簡単な光強度変換素子を用いた光学装置は、光量損失が
なく、高出力光に強く、収差も小さい、光強度分布も任
意に制御が可能であるので、簡単に性能改善が可能とな
る。また、光強度変換素子は屈折を用いているので、損
失が小さい。また、出射光の光強度分布と出射開口部の
形状を自由に設定できるので、光学装置の部品点数を減
らすことができる。
【図１】本発明の第１実施例の光強度変換素子を示す図
である。
である。
【図２】図１の光強度変換素子を示す光入射側たら見た
正面図である。
正面図である。
【図３】光強度変換素子を含む光学装置を示す図であ
る。
る。
【図４】図１及び図２の光強度変換素子を製造する方法
を説明する図である。
を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施例の光強度変換素子を示す図
である。
である。
【図６】本発明の第３実施例の光強度変換素子を示す図
である。
である。
【図７】光強度変換素子の半径と表面の傾き量との関係
を示す図である。
を示す図である。
【図８】本発明の第４実施例の光強度変換素子を示す図
である。
である。
【図９】本発明の第５実施例の光強度変換素子を示す図
である。
である。
【図１０】本発明の第６実施例の光強度変換素子を示す
図である。
図である。
【図１１】所定の光強度分布と異なった光強度分布の入
射光を光強度変換素子に入射させた場合の出射光の光強
度分布を示す図である。
射光を光強度変換素子に入射させた場合の出射光の光強
度分布を示す図である。
【図１２】図１１において使用される広い光強度分布を
定義するための図である。
定義するための図である。
【図１３】光強度変換素子を含む光ディスク装置を示す
図である。
図である。
１０…光強度変換素子 １２…中心軸線 １４…ボディ １６…第１の曲面表面 １８…第２の曲面表面 ２０…外周面 ３０…光強度変換素子 ３２…複屈折材料の板 ３４、３６…板 ４０…光強度変換素子 ５０…光学装置 ５２…レーザ光源 ５４…コリメートレンズ ５６…対物レンズ ５８…対象物 ６０…光ディスク装置
Claims (8)
- 【請求項１】 中心軸線と、該中心軸線に対して横方向
に延びる第１の曲面表面と、該中心軸線に対して横方向
に延びる第２の曲面表面と、該第１の曲面表面と該第２
の曲面表面との間に延びる外周面とを有するボディを備
え、該第１の曲面表面から入射した入射光が、該第１の
曲面表面から該ボディに入射するときの屈折により、該
ボディ内の一部の領域においては発散し、該ボディ内の
他の領域においては収束し、入射光の光強度分布とは異
なった光強度分布として該第２の曲面表面から出射する
ようにしたことを特徴とする光強度変換素子。 - 【請求項２】 該第１の曲面表面から入射した入射光
が、該ボディ内の該中心軸線のまわりの中心領域におい
ては発散し、該ボディ内の周辺領域においては収束する
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光強度変
換素子。 - 【請求項３】 該第１及び第２の曲面表面において、傾
きが増大から減少又は減少から増大に転じる点の傾き量
と最周辺部の傾き量の符号が互いに逆で絶対値がほぼ同
じであることを特徴とする請求項１に記載の光強度変換
素子。 - 【請求項４】 該ボディの厚さが入射光に対する出射光
の波面収差のＲＭＳ値が０．０７λ以下にする厚さであ
ることを特徴とする請求項１に記載の光強度変換素子。 - 【請求項５】 該ボディの微小領域を通過する光に関し
て、該ボディに入射する光角度と出射する角度とが同じ
であることを特徴とする請求項１に記載の光強度変換素
子。 - 【請求項６】 光軸から任意の距離（ｒ1 ）にある入射
点（Ａ）を通る光線が出射する出射点（Ｂ）の光軸から
の距離（ｒ2 ）を、光軸から前記任意の距離（ｒ1 ）ま
での範囲にある入射側の光量Ｐ1 を入射光の全光量を出
射光の所定の面積で割って得た強度Ｉで割ることで求
め、そして、入射点（Ａ）と出射点（Ｂ）の直線距離
（Ｌ）を仮に与えることで、入射点（Ａ）を通る光線の
偏向方向を決め、屈折の法則から入射点（Ａ）と出射点
（Ｂ）点を通る面の傾きを決め、こうして決めた入射点
（Ａ）と出射点（Ｂ）点を通る面の傾きを該中心軸線か
らの半径方向の距離で積分することで入射側と出射側の
曲面を決め、次に入射側の曲面と各任意の距離（ｒ1 ）
での偏向方向と仮に決めた距離（Ｌ）より出射側の曲面
を求め、積分による出射側の曲面と入射面から求めた出
射側の曲面が一致するように各任意の距離（ｒ1 ）毎の
距離（Ｌ）を変更し、再度入出射面の傾きを求め直すこ
とを繰り返し、距離（Ｌ）を収束させる、該ボディの第
１及び第２の曲面表面の形状が以上のようにして決定さ
れたものであることを特徴とする請求項１に記載の光強
度変換素子。 - 【請求項７】 光源と、コリメートレンズと、光強度変
換素子と、対物レンズとを備え、該光強度変換素子は、
中心軸線と、該中心軸線に対して横方向に延びる第１の
曲面表面と、該中心軸線に対して横方向に延びる第２の
曲面表面と、該第１の曲面表面と該第２の曲面表面との
間に延びる外周面とを有するボディを備え、該第１の曲
面表面から入射した入射光が、該第１の曲面表面から該
ボディに入射するときの屈折により、該ボディ内の一部
の領域においては発散し、該ボディ内の他の領域におい
ては収束し、入射光の光強度分布とは異なった光強度分
布として該第２の曲面表面から出射するようにしたもの
であり、コリメートレンズと光強度変換素子とを一体化
することで、可動対物レンズの光軸ずれによる収束性を
補償することを特徴とする光ディスク装置。 - 【請求項８】 光源と、コリメートレンズと、光強度変
換素子と、ビームスプリッタと、対物レンズとを備え、
該光強度変換素子は、中心軸線と、該中心軸線に対して
横方向に延びる第１の曲面表面と、該中心軸線に対して
横方向に延びる第２の曲面表面と、該第１の曲面表面と
該第２の曲面表面との間に延びる外周面とを有するボデ
ィを備え、該第１の曲面表面から入射した入射光が、該
第１の曲面表面から該ボディに入射するときの屈折によ
り、該ボディ内の一部の領域においては発散し、該ボデ
ィ内の他の領域においては収束し、入射光の光強度分布
とは異なった光強度分布として該第２の曲面表面から出
射するようにしたものであり、ビームスプリッタとコリ
メートレンズの間に光強度変換素子を配置することを特
徴とする光ディスク装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05700398A JP3614294B2 (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 光強度変換素子及び光学装置及び情報記憶装置 |
| US09/128,656 US6201229B1 (en) | 1998-03-09 | 1998-08-04 | Light intensity converter |
| KR1019980033413A KR100321084B1 (ko) | 1998-03-09 | 1998-08-18 | 광강도변환소자,광학장치및광디스크장치 |
| DE19838087A DE19838087C2 (de) | 1998-03-09 | 1998-08-21 | Lichtintensitätskonverter |
| DE19861254A DE19861254B4 (de) | 1998-03-09 | 1998-08-21 | Lichtintensitätskonverter |
| FR9810805A FR2775794B1 (fr) | 1998-03-09 | 1998-08-28 | Convertisseur d'intensite lumineuse |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05700398A JP3614294B2 (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 光強度変換素子及び光学装置及び情報記憶装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002270023A Division JP2003185962A (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | 光強度変換素子及び光学 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11258544A true JPH11258544A (ja) | 1999-09-24 |
| JP3614294B2 JP3614294B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=13043305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05700398A Expired - Lifetime JP3614294B2 (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 光強度変換素子及び光学装置及び情報記憶装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6201229B1 (ja) |
| JP (1) | JP3614294B2 (ja) |
| KR (1) | KR100321084B1 (ja) |
| FR (1) | FR2775794B1 (ja) |
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1998
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