JPH0453008B2 - - Google Patents

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JPH0453008B2
JPH0453008B2 JP60220061A JP22006185A JPH0453008B2 JP H0453008 B2 JPH0453008 B2 JP H0453008B2 JP 60220061 A JP60220061 A JP 60220061A JP 22006185 A JP22006185 A JP 22006185A JP H0453008 B2 JPH0453008 B2 JP H0453008B2
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JP
Japan
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semiconductor laser
light
prism
light beam
coupling lens
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Seiji Yonezawa
Toshio Sugyama
Masahiro Oshima
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光情報処理装置、特に半導体レーザ素
子を光源に用いた光情報処理装置に関する。
〔従来の背景〕
近年、ガスレーザに代わつて、半導体レーザ素
子を光源に用いた光情報処理装置の開発が盛んに
なつてきた。光デイスクはその一例である。光デ
イスクとは、半導体レーザ素子を用いて円盤(デ
イスク)に記憶されている情報信号を再生した
り、又はデイクスに情報を高密度に記憶するもの
である。すなわち、半導体レーザを用いてデイス
ク上に情報信号を記録したり再生するためには、
半導体レーザ素子から出たビームを光学系を構成
する結合レンズ及び対物レンズを用いてデイスク
上に直径1μm程度の円形状の光スポツトとして
形成しなければならない。
一般に、半導体レーザ素子は、その発光領域の
縦、横比が異なるため、ビームの拡がり角が非常
方的である。この半導体レーザビームの拡がり角
は、半導体レーザ素子の構造によつて異なつてい
る。即ち、第1図に示す如く半導体レーザ素子か
らのビームの遠視野像における出射光分布の水平
方向及び垂直方向のe-2での角度をそれぞれθθ
⊥とすると、例えばSCP型半導体レーザでは θ=8°、θ⊥=24°及びθ⊥/θ=3 ……(1) となる。また、BH型半導体レーザでは θ=16°、θ⊥=32°及びθ⊥/θ=2 ……(2) であり、BH型レーザではビームが拡がり角の比
θ⊥/θは2、CSP型レーザでは3となつてい
る。なお、第1図の横軸は広がり角、その縦軸は
光強度である。第2図は上述した半導体レーザ素
子のビーム拡がり角が等方的でない場合に、デイ
スク上に直径1μmφ程度の等方的スポツトを形
成するための従来の光情報処理装置の一例を示し
ている。
第2図において、半導体レーザ素子1の一方の
端面から出た等方でない拡がり角をもつたビーム
は結合レンズ2、対物レンズ3によつてデイスク
4上に光スポツト5が形成される。光検出器6は
半導体レーザ素子1の光出力を検出する手段であ
る。なお、Aは光軸である。第2図において、結
合レンズ2の開口数NAは、半導体レーザ1とレ
ンズ2とのなす半画角をθとすると、 NA=sinθ ……(3) の関係がある。また半導体レーザ素子1のビーム
拡がり角について、上述したように水平方向及び
垂直方向のe-2での大きさをθ及びθ⊥とする
と、このような半導体レーザ素子を用いてデイス
ク4上に等方的なスポツト5を形成するために
は、 θθ<θ⊥= ……(4) となるように結合レンズ2の開口数NAを選ばな
ければならない。すなわち、結合レンズ2の開口
数を小さくし、軸外の光線を遮断して、光軸A
(θ=0)付近のみのビームを用いて、結合レン
ズ2から出た光の強度分布を等方的にさせる必要
がある。第1図に示すビームの広がり角と第(1)、
(3)及び(4)式より、CSP型レーザでは NA=0.1 θ=5.7°(θ<θ⊥) ……(5) とすると、結器レンズ2を通つた後のビームはほ
ぼ等方的になり、したがつて、デイスク4上に等
方的なスポツト5が形成される。
しかし、かかる構成では半導体レーザ素子から
出射された光線の一部しかデイスク上に照射され
ないので、レーザ素子の光利用効率が悪いという
欠点がある。特に、記録を行なうような場合に
は、デイスクに設けられた金属薄膜を溶解し、穴
を形成しなければならないので、再生を行なう場
合より数倍の光量を必要とする。また、半導体レ
ーザ素子は、ある一定以上の光量をだすと寿命が
短かくなる。従つて、半導体レーザ素子を用いた
光情報処理装置においては、レーザ素子の光利用
効率を高め、できるだけ光出力を少なくおさえる
ことが、寿命及び信頼性の面からぜひ必要なので
ある。また、通常、デイスクは約1mm程度の上下
ぶれをしながら回転している。この回転デイスク
の上下ぶれにかかわらず、スポツトの径が変化し
ないためには、焦点ずれの信号を光学的に検出し
て自動焦点を行なう必要がある。
さて、第2図に示す構成において、半導体レー
ザ素子1にデイスク4からの反射光が帰還すると
デイスクからの反射光の強弱に応じて半導体レー
ザ1の出力が増減するので、デイスク4の情報を
光検出器6の出力によつて再生できる。この技術
は特開昭49−69008号公報に記載されている。
一方、光ビームのデイスク上からの焦点のずれ
を検出するため、光源あるいはレンズをその光軸
方向に微小振動させ、レーザ出力を同期検波する
ことで、焦点ずれを検出する技術が特開昭53−
17706号公報で提案されている。しかし、この技
術による自動焦点制御引き込み範囲は狭いという
欠点がある。第3図は第2図に示す構成におい
て、結合レンズ2の開口数NAが0.1のとき、デイ
スク4を光軸方向に沿つて微少に移動したときの
半導体レーザ素子1からの出力変化を示したもの
である。第3図から明らかなように結合レンズ2
の開口数NAが0.1と非常に小さいときは、自動焦
点引き込み範囲は10μmしかないことがわかる。
これはデイスクの変位によつて、レーザ素子端面
附近の反射戻り光スポツト焦点位置が大きく変化
してしまうためである。すなわち、焦点ずれによ
るレーザ素子端面上の反射戻り光スポツトのぼけ
が著しく、このために自動焦点引き込み範囲が
10μmという小さな数になつてしまうのである。
このように半導体レーザ素子にデイスクからの反
射光を帰還させる光情報処理装置では上述したよ
うに引き込み範囲が小さいという欠点をもつてい
る。このため、自動焦点制御が困難であり、上下
ぶれの大きなデイスクからの情報再生はできない
という欠点があつた。
一方、デイスク上に絞りこんだスポツトを円形
状に近づけるために円筒レンズを用いることが考
えられている。しかし、円筒レンズは工作上の精
度が出にくく、高価であること光学系の配置が複
雑になることの欠点があり、また、光スポツトを
1μmの円形状スポツトに収束することは、円筒
レンズを使用しているために非点収差が大きく影
響して、困難である。
〔発明の目的〕
本発明は、等方的な拡がり角をもたない半導体
レーザビームを光の利用効率よくデイスク上に等
方的なスツトとして形成することが可能な光情報
処理装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
かかる目的を達成するために、本発明において
は、デイスク上の光スポツトが等方形状になると
いう結合レンズの条件である第(4)式を無視して、
結合レンズの開口数を大きくすることによつて半
導体レーザ素子からの非等方形状のビームを殆ん
どすべて結合レンズに入射させると共に、結合レ
ンズの後段にプリズムを配置することにより、結
合レンズを通過した等方的でないビームを等方的
形状のビームに変換せしめるものである。また、
本発明では、半導体レーザ光が接合面に平行な方
向に偏光していることに着目してこのレーザ光が
入射面内で偏光するようプリズムを配設すること
により、該プリズムへの入出射に際ての反射損失
をほとんどなくし、光の利用効率を高めたもので
ある。
〔発明の実施例〕 第4図は、デイスクの位置と光出力との関係を
示す図である。即ち、第2図に示した構成におい
て、デイスク4上の光スポツト5が等方形状にな
るという結合レンズの条件である第(4)式を無視し
て、結合レンズ2の開口数NAを大きく(NA=
0.5)し、デイスク4を光軸方向に沿つて微小に
移動したときの半導体レーザ素子からの光出力の
変化を示したものである。第4図から明らかなよ
うに引き込み範囲は100μmとなつている。
即ち、結合レンズの開口数を大きくすることに
より、デイスクの変位による反射戻り光スポツト
焦点位置の変化が小さくなり、自動焦点の引き込
み範囲が、拡大されていのである。
而して、結合レンズは、開口数が大きいほど自
動焦点引き込み範囲が大きくなり、デイスクの上
下ぶれに対して完全な自動焦点が実現できること
となる。しかも、結合レンズの開口数が大きくな
ると、半導体レーザ素子からのビームがそれだけ
多く結合レンズに入射されるので、レーザ素子の
光の利用効率が高くなる。しかし、結合レンズの
開口数NAがほぼ第1図に示す遠視野像のe-2
垂直方向の拡がり角度θ⊥を満足すれば実質的に
半導体レーザ素子からのビームを殆んど結合レン
ズに入射させることとなる。したがつて、実質的
には、 θ<θ≦θ⊥ ……(6) を満足すればよいのである。
しかし、第(6)式を満足する結合レンズ2を通過
した光ビームは等方的でないので光スポツト5も
等方的でなくなつてしまう。そこで、本発明にお
いてはこれを解決するために、第5図に示すよう
に、結合レンズ2の後段にプリズム7を配置す
る。第9図は上記プリズム7の形状を示す。第9
図において、プリズムはその頂角をθα、屈折率
をNとする直角プリズムとし、入射角θi、入射ビ
ーム径Iと、屈折ビーム径Oの比をm=O/Iと
すると、これらは、それぞれ次式で与えられる。
cosθi=N2−1 N2m2−1 cosθα=mN2−1 N2m2−1 m=cosθα cosθi R11=tan2(θi−θα) tan2(θi+θα) ……(7) ここでR11はプリズムの入射面における反射率
である。プリズム7は半導体レーザ素子からのビ
ームの拡がりの水平方向を伸長せしめてその垂直
方向と一致させて、等方的なビームに変換する。
したがつて、半導体レーザ素子からのビームを殆
んど結合レンズに入射させた場合等方的なビーム
を得るためには、mをビームの拡がり角の比θ⊥
θと一致させる必要がある。例えば、BH型半
導体レーザ素子を用いる場合は第(2)式によりm=
2である。プリズムの屈折率N=1.7636とする
と、反射率R11ができるだけ小さくなるようにθi
θαを選ぶと式(7)式より m=2.03 N=1.7636 θα=30.935° θi=65° R11=0.05 ……(8) したがつて、第(2)式で表わされるビーム拡がり
角をもつBH型半導体レーザについては第(8)式で
表わされるプリズム7を第5図において、結合レ
ンズ2の直後に挿入することによつて、等方的な
ビームに変換することが可能となる。この等方に
なつた光ビームは対物レンズ3によつてデイスク
4上に等方なスポツトとして照射される。しかし
て、縦、横比の異なる発光領域を有する半導体レ
ーザ素子からのビームの一部を遮断することな
く、デイスク上に等方的なスポツトとして照射す
ることが可能となる。しかもプリズムを使用して
いるために、収差が生じない。本実施例の如く半
導体レーザ素子1の一方の端面から出たビームを
デイスクで反射させて、その反射光を上記端面に
帰還させる構成においては、結合レンズ2の開口
数を第(6)式にしたがつて大きくしている為に第4
図に示すように自動焦点の引き込み範囲は拡大さ
れている。
なお、第5図において、半導体レーザ素子1か
らのビームは、図の矢印で示すようにP偏光(偏
光面が紙面に平行に振動している)に設定されて
いる。
第6図は、本発明の他の実施例の構成を示す図
であり、第5図と同一符号は同一又は均等部分を
示す。第6図の実施例では、第5図の実施例と異
なり、ビームの拡がりの垂直方向を縮少して、そ
の水平方向と一致するようにした場合であり、プ
リズム7の入射面が、第5図の実施例とは逆に配
置されている。即ち、半導体レーザ素子1からの
ビームは、図の黒丸で示す如くS偏光(偏光面が
紙面に垂直に振動している)に設定され、これが
1/2波長板11によつてP偏光に変換されて、プ
リズム7に入射されるのである。かくすることに
より、対物レンズ3の小型化が可能となる。
以上のことから、ビームの偏光は、第7図に示
す如く、垂直方向ではS偏光であり、水平方向で
はP偏光である。
以上の説明においては、半導体レーザ素子の一
方の端面から出たビームをデイスクで反射させて
その反射光を上記端面に帰還させることにより、
所定情報を記録・再生する光情報処理装置につい
てのみ説明したが、本発明はかかる光情報処理装
置に限定されるものではなく、半導体レーザ素子
からのビームをデイスクに導く光学系中にプリズ
ムを設け、このプリズムでデイスクからの反射光
を取り出し、その反射光の変化を光検出器で検出
することにより、所定情報を記録・再生する光情
報処理装置にも適用できる。
第8図は、かかる光情報処理装置に本発明を適
用した場合の一実施例の構成を示す図である。本
実施例では、第5図に示す実施例の構成におい
て、プリズム7と対物レンズ3との間にプリズム
9及び一波長板8を配置している。かかる構成に
よりデイスク4からの反射光を上記プリズム9で
取り出し、その反射光の変化を光検出器10で検
出することが可能となる。なお、第8図の実施例
において、光検出器6はレーザ光出力を一定に保
つ、所謂光出力安定化自動制御のためのレーザ光
出力モニターとして用いられる。
〔発明の効果〕
以上説明した如く、本発明によれば光源として
等分的な拡がり角をもたない半導体レーザ素子を
用いても、デイスクに等方的な(円形状)スポツ
トを簡単な光学系で形成でき、しかも半導体レー
ザビームはプリズムへP偏光で入射するので、プ
リズムへの入出射に際して反射損失がほとんどな
く光の利用効率を高めることができる。
なお、上述の説明においては、デイスクからの
反射光の光量を半導体レーザの他方向からのレー
ザ光の変化として検出する場合について述べた
が、反射光の変化を半導体レーザ1の駆動電流の
変化として検出する場合に於ても、本発明が適用
できるのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、半導体レーザ光の遠視野像を示す
図、第2図は、従来の光情報処理装置を説明する
ための図、第3図は従来の自動焦点の引込み範囲
を説明する図、第4図は、本発明による自動焦点
の引き込み範囲を説明する図、第5図及び第6図
は、本発明の一実施例の構成を示す図、第7図
は、本発明の動作を説明する図、第8図は、本発
明の他の実施例の構成を示す図、第9図は、本発
明を説明するための図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光軸回りの強度分布が該光軸に関し非等方な
    光を放射する半導体レーザと、情報記録媒体と、
    上記半導体レーザからの光ビームを平行化する回
    転対称な結合レンズと、平行化された光ビームを
    拡大または縮小するプリズムと、該プリズムから
    の光を上記媒体上に収束させる光学系と、上記媒
    体からの光ビームの光量変化を検出する手段とか
    らなる光情報処理装置において、上記回転対称な
    結合レンズは、以下の条件を満足することを特徴
    とする光情報処理装置。 条件:θ‖<θ≦θ⊥ NA=sinθ (ただし、上記半導体レーザからの光ビームの遠
    視野像における出射光分布の水平方向及び垂直方
    向のe-2での角度をそれぞれθ‖、θ⊥とし、上記
    結合レンズの開口数をNAとする。) 2 上記半導体レーザは非等方分布の短軸方向に
    偏光された光ビームを出力する半導体レーザ素子
    であり、上記光学系は上記レーザ素子からの光ビ
    ームが入射面内で偏光するように配設されたプリ
    ズムを有することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の光情報処理装置。 3 上記プリズムと上記レーザ素子の間の光路中
    に1/2波長板を設けると共に、該波長板からの光
    ビームが垂直に入射するよう上記プリズムが配設
    されたことを特徴とする特許請求の範囲第2項記
    載の光情報処理装置。
JP60220061A 1985-10-04 1985-10-04 光情報処理装置 Granted JPS61216144A (ja)

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JPS61216144A JPS61216144A (ja) 1986-09-25
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