JPH056262B2 - - Google Patents

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JPH056262B2
JPH056262B2 JP59067649A JP6764984A JPH056262B2 JP H056262 B2 JPH056262 B2 JP H056262B2 JP 59067649 A JP59067649 A JP 59067649A JP 6764984 A JP6764984 A JP 6764984A JP H056262 B2 JPH056262 B2 JP H056262B2
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JP
Japan
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semiconductor laser
light
light beam
prism
lens
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JP59067649A
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Japanese (ja)
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JPS59229753A (en
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Toshio Sugyama
Seiji Yonezawa
Masahiro Oshima
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS59229753A publication Critical patent/JPS59229753A/en
Publication of JPH056262B2 publication Critical patent/JPH056262B2/ja
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    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1398Means for shaping the cross-section of the beam, e.g. into circular or elliptical cross-section
    • GPHYSICS
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    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • G11B7/085Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam into, or out of, its operative position or across tracks, otherwise than during the transducing operation, e.g. for adjustment or preliminary positioning or track change or selection
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    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1356Double or multiple prisms, i.e. having two or more prisms in cooperation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical information processing device, and particularly to an optical information device using a semiconductor laser element as a light source.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、ガスレーザに代わつて、半導体レーザ素
子を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)
に記録されている情報信号を再生したり、又はデ
イスクに情報を高密度に記録するものである。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程度の微少な光スポツトとして形成しなけ
ればならない。
In recent years, optical information processing devices using semiconductor laser elements have been actively developed in place of gas lasers. Optical disks are one example. What is an optical disk? A disk is created using a semiconductor laser element.
It is used to reproduce information signals recorded on discs, or to record information at high density on discs. In other words, in order to record or reproduce information signals on a disk using a semiconductor laser, the beam emitted from the semiconductor laser element is directed onto the disk using a coupling lens and an objective lens that constitute an optical system.
It must be formed as a minute optical spot of about 1 μm.

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等
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θ、
θ⊥とすると、例えばcps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拡がり角の比は
2、cps型では3になつている。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1μm
φ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。
In general, a semiconductor laser device has an anisotropic beam spread angle because its light emitting region has a different aspect ratio. The divergence angle of this semiconductor laser beam differs depending on the structure of the semiconductor laser element. That is, as shown in FIG. 1, the angles at e -2 in the horizontal and vertical directions of the output light distribution in the far-field image of the beam from the semiconductor laser device are θ, respectively.
If θ⊥, for example, in a CPS type semiconductor laser, θ=8°, θ⊥=24°, and θ⊥/θ=3 (1). In addition, in the BH type semiconductor laser, θ = 16°, θ⊥ = 32°, and θ⊥/θ = 2 (2), and the beam divergence angle ratio is 2 in the BH type laser and 3 in the CPS type. . Note that the horizontal axis in FIG. 1 is the spread angle, and the vertical axis is the light intensity. Second
The figure shows that when the beam divergence angle of the semiconductor laser device mentioned above is not isotropic, a diameter of 1 μm is placed on the disk.
An example of a conventional optical information processing device for forming an isotropic spot of approximately φ is shown.

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の出力の検出器である。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角と第(1)、(3)
及び(4)式より、cps型レーザでは NA=0.1 θ=5.7。(<θ<θ⊥)} …(5) とすると、結合レンズ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。
In FIG. 2, a beam having a non-isotropic divergence angle emitted from one end face of the semiconductor laser element 1 is formed into a light spot 5 on a disk 4 by a coupling lens 2 and an objective lens 3. The photodetector 6 is a detector for the output of the semiconductor laser element 1. Note that A is the optical axis. In FIG. 2, the numerical aperture NA of the coupling lens 2 is the same as that between the semiconductor laser 1 and the lens 2.
If the half angle of view formed by Regarding the beam divergence angle of the semiconductor laser element 1, if the magnitudes at e -2 in the horizontal and vertical directions are θ and θ⊥ as described above, then using such a semiconductor laser element In order to form a square spot 5, the numerical aperture NA of the coupling lens 2 must be selected so that θθ<θ⊥ (4). That is, by reducing the numerical aperture of the coupling lens 2 and blocking off-axis rays, the optical axis A is
It is necessary to make the intensity distribution of the light emitted from the coupling lens 2 isotropic by using only the beam around (θ=0). The beam spread angle shown in Figure 1 and (1) and (3)
From equation (4), NA=0.1 and θ=5.7 for the cps type laser. (<θ<θ⊥)} (5) Then, the beam after passing through the coupling lens 2 becomes almost isotropic, and therefore an isotropic spot 5 is formed on the disk 4. .

しかし、このように軸外の光線を多量に遮断す
ると、半導体レーザから放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
光の利用効率が悪い。特に記録を行うような場合
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、再生する場合よ
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
情報処理装置にあつては、レーザ素子の光利用効
率を上げ、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。
However, when a large amount of off-axis light is blocked in this way, only a portion of the light emitted from the semiconductor laser is irradiated onto the disk, resulting in poor utilization efficiency of the light from the laser element. In particular, when recording, the metal thin film provided on the disk must be melted to form holes, which requires several times the amount of light compared to when reproducing. Furthermore, when a semiconductor laser element emits a certain amount of light or more, its lifetime becomes short. Therefore, in an optical information processing device using a semiconductor laser element, it is absolutely necessary to increase the light utilization efficiency of the laser element and to suppress the optical output as much as possible from the viewpoint of lifespan and reliability.

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。
通常、デイスクは約1mm程度の上下ぶれをしなが
ら回転し、対物レンズの焦点深度は2μm程度で
あるため、デイスクから信号を再生するために
は、光スポツトをデイスク上で常に直径1μm程
度に保持するための焦点合せが必要である。
Now, in the configuration shown in FIG. 2, when the reflected light from the disk 4 returns to the semiconductor laser element 1, the output of the semiconductor laser 1 increases or decreases depending on the strength of the reflected light from the disk. It can be reproduced by the output of the photodetector 6. This technique is described in Japanese Patent Application Laid-open No. 49-69008.
Normally, the disk rotates with a vertical vibration of about 1 mm, and the depth of focus of the objective lens is about 2 μm, so in order to reproduce signals from the disk, the optical spot must always be kept at a diameter of about 1 μm on the disk. Focusing is necessary to achieve this.

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。この技術による自動焦点制御
引き込み範囲は狭く、約10μmであると従来から
報告されている(電子材料1979年2号月、67頁)。
第3図は結合レンズ2の開口数NA=0.1のとき、
デイスク4を光軸方向に沿つて微少に振動したと
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。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
問題があつた。
In order to detect the deviation of the focus of the light beam from the disk, JP-A No. 53-17706 discloses a technology that detects the deviation of the focus by micro-vibrating the light source or lens in the optical axis direction and synchronously detecting the laser output. It is proposed in the official gazette. It has been previously reported that the automatic focus control pull-in range by this technique is narrow, about 10 μm (Electronic Materials, February 1979, p. 67).
Figure 3 shows when the numerical aperture of the coupling lens 2 is NA=0.1.
This figure shows the change in the output from the semiconductor laser element 1 when the disk 4 is slightly vibrated along the optical axis direction. As is clear from FIG. 3, when the numerical aperture NA of the coupling lens 2 is as small as 0.1, the automatic focusing range is only 10 μm. An optical information processing device that returns light reflected from a disk to a semiconductor laser element has the drawback of a small pull-in range, as described above. For this reason, automatic focus control was difficult and information could not be reproduced from a disk with large vertical shake.

特開昭53−100844号公報には、非等方な半導体
レーザ光を入射面が直角になるように設置された
複数個のプリズムによつて等方な光ビームに整形
する光学系が記載されている。また、該光学系を
光情報処理装置等に応用することも示唆されてい
る。
JP-A-53-100844 describes an optical system that shapes anisotropic semiconductor laser light into an isotropic light beam using a plurality of prisms installed so that the incident plane is at right angles. ing. It has also been suggested that the optical system be applied to optical information processing devices and the like.

しかし、半導体レーザにはたとえ同一種類の素
子であつても、個体ごとの不可避な特性のバラツ
キがあることが知られており、これは上記した光
の非等方な広がりの断面強度パターンにおいても
同様である。特開昭53−100844号公報の第9図で
は非等方な光ビームからプリズムにより等方な光
ビームを得ている。しかしながら、この例では光
源からの光をシリンドリカルレンズ25,26と
回転対称レンズ27(本願の結合レンズに相当)
によつて平行化している。この回転対称レンズ
は、光束径よりも大きなものを使用している。従
つて半導体レーザごとの発光パターンのバラツキ
には対応できない。
However, it is known that semiconductor lasers have unavoidable variations in their characteristics even if they are of the same type, and this also applies to the cross-sectional intensity pattern of the anisotropic spread of light mentioned above. The same is true. In FIG. 9 of Japanese Unexamined Patent Publication No. 100844/1984, an isotropic light beam is obtained from an anisotropic light beam using a prism. However, in this example, the light from the light source is transmitted to the cylindrical lenses 25 and 26 and the rotationally symmetrical lens 27 (corresponding to the coupling lens of the present application).
It is parallelized by . This rotationally symmetric lens is larger than the diameter of the light beam. Therefore, it is not possible to deal with variations in light emission patterns from semiconductor laser to semiconductor laser.

すなわち、レーザ光を取り扱うレンズの大きさ
については、特開昭53−100844号公報1の第(8)式
に簡明に述べられている。集光系を出射した平行
光束の条件として、その光強度が1/e2以上の光
束径を結像レンズのアパーチヤー径の89.2%とす
れば(すなわちレンズを光束径より一定割合大き
くすれば)結像中心強度を最大にできるというこ
とである。
That is, the size of the lens that handles laser light is simply stated in equation (8) of Japanese Patent Laid-Open Publication No. 100844/1984. As a condition for the parallel light flux emitted from the condensing system, if the diameter of the light flux whose light intensity is 1/e 2 or more is 89.2% of the aperture diameter of the imaging lens (that is, if the lens is made a certain percentage larger than the diameter of the light flux) This means that the intensity at the center of the image can be maximized.

特開昭53−100844号公報では、結像レンズ(像
点側のレンズで本願明細書の対物レンズに相当)
の大きさは上記思想に従い光束の径より大きい。
また光学系を設計するときの当業者の常識とし
て、光学系全体に渡つてレンズの径と光束の径の
関係は同様の条件に統一されると考えるべきであ
る。なぜならば、光学系の後段で大きなレンズを
使用しても前段で小さなレンズを使用すれば、後
段のレンズに入射する光束計は前段のレンズで制
限されてしまい、後段のレンズ規定の意味がない
からである。
In JP-A No. 53-100844, an imaging lens (a lens on the image point side, which corresponds to the objective lens in the specification of the present application)
According to the above idea, the size of is larger than the diameter of the luminous flux.
Furthermore, when designing an optical system, it is common knowledge for those skilled in the art that the relationship between the diameter of the lens and the diameter of the luminous flux is unified under the same conditions throughout the entire optical system. This is because even if a large lens is used at the rear stage of the optical system, if a small lens is used at the front stage of the optical system, the photometer that enters the rear stage lens will be limited by the front stage lens, and there is no point in specifying the rear stage lens. It is from.

よつて特開昭53−100844号公報は、その(8)式の
条件の結合レンズ(光源側のレンズ)を使用せざ
るを得ない。しかしこのように大きなレンズを使
用すると、上記した半導体レーザごとの楕円形パ
ターンのバラツキが全て後段のプリズムに入射し
てしまう。プリズムの倍率は固定されているため
プリズムで変換された像の大きさもバラついてし
まう。これは特に複数のプリズムにより倍率を大
きくしたときに重大である。
Therefore, JP-A-53-100844 has no choice but to use a coupling lens (lens on the light source side) that satisfies the condition of equation (8). However, if such a large lens is used, all of the above-mentioned variations in the elliptical pattern of each semiconductor laser will be incident on the subsequent prism. Since the magnification of the prism is fixed, the size of the image converted by the prism also varies. This is particularly important when increasing magnification with multiple prisms.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明は上述した欠点を解決し、出射される発
散光が等方的な拡がり角をもたず、また、個体ご
とに発射光の広がりの断面強度パターンがばらつ
いている半導体レーザ素子を用いる装置におい
て、記録媒体上に均等な大きさの等方的なスポツ
トを光の利用効率よく、かつ光学系の面倒な調整
もいらず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。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks and is a device using a semiconductor laser element in which the emitted diverging light does not have an isotropic spread angle and the cross-sectional intensity pattern of the spread of the emitted light varies from individual to individual. An object of the present invention is to provide an optical information processing device that can form an isotropic spot of uniform size on a recording medium with efficient use of light and without the need for troublesome adjustment of the optical system. do.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

かかる目的を達成するため本発明は、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
小する複数のプリズムと、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、以下の条件を満足し、上記複数のプリズ
ムはそれぞれ入射端面と出射端面のなす角及び屈
折率が等しいことを特徴とする。
To achieve this object, the present invention provides a semiconductor laser that emits light whose intensity distribution around an optical axis is anisotropic, an information recording medium, and a rotating device that collimates the light beam from the semiconductor laser. a symmetrical coupling lens, a plurality of prisms for enlarging or reducing the collimated light beam, an optical system for converging the light from the prisms onto the medium, and detecting a change in the light amount of the light beam from the medium. In the optical information processing device, the rotationally symmetrical coupling lens satisfies the following conditions, and each of the plurality of prisms has an equal angle formed by an input end face and an output end face, and has the same refractive index.

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。) 〔作用〕 本願発明は上記構成を有することにより、光源
として等方的な広がり角を持たない半導体レーザ
素子を用いても、媒体上に等方的なスポツトを簡
単な光学系で光利用効率良く形成できるという効
果を奏するものである。
Conditions: θ<θ≦θ⊥ NA=sinθ (However, let θ and θ⊥ be the angles at e -2 in the horizontal and vertical directions of the output light distribution in the far-field image of the light beam from the semiconductor laser, respectively,
Let NA be the numerical aperture of the above coupling lens. ) [Function] By having the above configuration, the present invention can produce an isotropic spot on a medium with a simple optical system, even if a semiconductor laser element that does not have an isotropic spread angle is used as a light source. This has the effect that it can be formed well.

すなわち本願発明は、複数プリズムを用いて半
導体レーザビームの整形をする場合において、半
導体レーザの特性ばらつきによつて、像の形、大
きさがばらつくという問題点を、結合レンズの大
きさを規定することで解決している。すなわち半
導体レーザの放射する楕円形ビームのパターン
は、特に強度の弱い部分で固体ごとの出力のバラ
ツキが大きい。そこで本願発明ではレンズの径を
θ<θ≦θ⊥と規定すことによつて、バラツキ
の大きい部分(本願の第1図、垂直方向の出力
e-2以下の部分)のレーザ光をける。このように
プリズムに入射するビーム形状を揃えることによ
り、プリズムの倍率mを決定することを容易に
し、等方的なビームを確実に得ることができる。
In other words, the present invention solves the problem that when shaping a semiconductor laser beam using a plurality of prisms, the shape and size of the image vary due to variations in the characteristics of the semiconductor laser, by specifying the size of the coupling lens. It is solved by this. In other words, the pattern of the elliptical beam emitted by the semiconductor laser has large variations in output from one solid to the next, especially in areas where the intensity is weak. Therefore, in the present invention, by defining the diameter of the lens as θ<θ≦θ⊥, the diameter of the lens is defined as θ<θ≦θ⊥.
Turn on the laser beam (part below e -2 ). By arranging the shapes of the beams incident on the prism in this way, it becomes easy to determine the magnification m of the prism, and an isotropic beam can be reliably obtained.

〔実施例〕〔Example〕

前述したように非等方的な拡がり角をもつ半導
体レーザ素子1を用いて、デイスク4上に等方な
スポツト5を形成するためには結合レンズ2の開
口数を第(4),(5)式に示すように小さくする必要が
ある。しかしながら、これでは半導体レーザ素子
から放射された光の一部しかデイスク上に照射さ
れないため、レーザ素子の光の利用効率が悪くな
つてしまう。しかも、デイスクの変位によつて、
レーザ素子端面付近の反射戻り光スポツトの焦点
位置が大きく変化してしまう。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。
As mentioned above, in order to form an isotropic spot 5 on the disk 4 using the semiconductor laser element 1 having an anisotropic divergence angle, the numerical aperture of the coupling lens 2 is set to (4) and (5). ) must be made small as shown in the formula. However, in this case, only a portion of the light emitted from the semiconductor laser element is irradiated onto the disk, resulting in poor utilization efficiency of the light from the laser element. Moreover, due to the displacement of the disk,
The focal position of the reflected return light spot near the end face of the laser element changes significantly. That is, the reflected return light spot on the end face of the laser element is significantly blurred due to the focal shift, and as a result, the automatic focusing range becomes as small as 10 μm.

そこで、本発明者等はデイスク4上の光スポツ
ト5が等方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
大きくしたときの焦点引き込み範囲を実験的に求
めてみた。第4図は、開口数NA(sinθ)の異な
る数種の結合レンズについて、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
素子からの出力変化を示したものである。第4図
から明らかなように、結合レンズは開口数が大き
ければ大きいほど自動焦点引きみ範囲が大きくな
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、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での
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
ズに入射されることとなる。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。
Therefore, the present inventors ignored equation (4), which is the condition of the coupling lens that the light spot 5 on the disk 4 is isotropic, and investigated the focus pull-in when the numerical aperture NA of the coupling lens 2 is increased. I tried to find the range experimentally. FIG. 4 shows changes in the output from the semiconductor laser element when the disk 4 is slightly moved along the optical axis direction for several types of coupling lenses with different numerical apertures NA (sin θ). As is clear from FIG. 4, the larger the numerical aperture of the combined lens, the wider the automatic focusing range, and complete automatic focusing can be achieved against vertical movement of the disk. Moreover, as the numerical aperture of the coupling lens increases, more beams from the semiconductor laser element are incident on the coupling lens, increasing the light utilization efficiency. However, if the numerical aperture NA of the coupling lens approximately satisfies the vertical divergence angle θ⊥ at e -2 of the far-field image shown in Figure 1, then the coupling lens will substantially absorb most of the beam from the semiconductor laser element. It will be injected into. Therefore, in reality, it is sufficient to satisfy θ<θ≦θ⊥ (6).

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。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、第(6)
式を満足する結合レンズ2の後段にプリズム7及
び8を配置する。第5図においてはプリズム7,
8はその頂角をθ〓、屈折率をNとする直角プリズ
ムとし、入射角をθi、入射ビーム径Iと、屈折ビ
ーム径Oの比(ビーム倍率)をm=O/Iとすると、 これらは、それぞれ次式で与えられる。
However, since the light beam passing through the coupling lens 2 that satisfies equation (6) is not isotropic, the light spot 5 is also not isotropic. In the present invention,
In order to solve this problem, as shown in Figure 5,
Prisms 7 and 8 are placed after the coupling lens 2 that satisfies the formula. In Fig. 5, prism 7,
8 is a right-angle prism whose apex angle is θ〓, the refractive index is N, the incident angle is θ i , and the ratio of the incident beam diameter I to the refracted beam diameter O (beam magnification) is m = O/I, These are respectively given by the following equations.

また、P偏光(紙面に平行に振動している偏
光)のプリズムの入射面における反射率は次式で
与えられる。
Further, the reflectance of P-polarized light (polarized light vibrating parallel to the plane of the paper) at the incident surface of the prism is given by the following equation.

ここでθi+θ〓=90゜とすると、RP=0となりプリ
ズムの入射面の光の損失はゼロとなる。
Here, if θ i +θ=90°, R P =0, and the loss of light at the incident surface of the prism becomes zero.

(θi=θ〓の場合は、垂直入射の時なので、プリ
ズムの効果がない。)ここで、Rp=0となるの
は、いわゆるブリユースター角といわれるtan2θi
=Nのときである。このとき、第(7)式はそれぞれ
次式の関係になる。
(In the case of θ i = θ〓, there is no effect of the prism because it is perpendicular incidence.) Here, R p = 0 because tan 2 θ i
=N. At this time, equation (7) has the following relationship.

但し、ビームの倍率mは使用する半導体レーザ
素子の構造によつて設定される。即ち、プリズム
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、プリズムから出た光の強度分布を等方的にす
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、ビーム倍率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cps型半導体レーザ素子を用いる場合
は、第(1)式よりビーム倍率mを3とする。このと
き、プリズム7,8の形状は第(9)式より m=3 N=1.732 θi=60゜ θ〓=30゜ Rp=0 …(10) となる。
However, the beam magnification m is set depending on the structure of the semiconductor laser device used. That is, the prism extends the horizontal direction of the spread of the beam from the semiconductor laser element so that it coincides with the vertical direction, thereby making the intensity distribution of the light emitted from the prism isotropic. Therefore, when most of the beam from the semiconductor laser device is incident on the coupling lens, in order to obtain an isotropic beam, the beam magnification m must be made to match the beam divergence angle ratio θ⊥/θ. There is a need. For example, when using a CPS type semiconductor laser element, the beam magnification m is set to 3 from equation (1). At this time, the shapes of the prisms 7 and 8 are as follows from equation (9): m=3 N=1.732 θ i =60° θ=30° R p =0 (10).

したがつて、第(1)式で表わされるビーム拡がり
角をもつcsp型半導体レーザについて第(10)式で表
わされるプリズム7,8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、プリズム
7,8によつて等方なビームに変換することが可
能である。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5を
得ることが可能となり、レーザ素子からのビーム
は殆んどすべてデイスク上に照射される。しかも
結合レンズ2の開口数を大きくしているために、
自割焦点の引込み範囲は拡大されている。また、
プリズム入射による光の損失がないために光の利
用効率が優れている。
Therefore, for a CSP type semiconductor laser having a beam divergence angle expressed by equation (1), the prisms 7 and 8 expressed by equation (10) can be inserted immediately after the coupling lens 2 in FIG. Therefore, it is possible to convert the beam into an isotropic beam using the prisms 7 and 8. This isotropic light beam makes it possible to obtain an isotropic spot 5 on the disk 4 through the objective lens 3, and almost all of the beam from the laser element is irradiated onto the disk. Moreover, since the numerical aperture of the coupling lens 2 is increased,
The retraction range of the self-cutting focus has been expanded. Also,
The light utilization efficiency is excellent because there is no loss of light due to incidence on the prism.

なお、第5図に於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。
In FIG. 5, the beam from the semiconductor laser element 1 is set to be P-polarized light (the plane of polarization vibrates parallel to the plane of the paper) as indicated by the arrow in the figure.

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7,8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9によつてP偏光に変換されて、 プリズム7,8に入射されてるのである。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。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention, in which the same reference numerals as in FIG. 5 indicate the same or equivalent parts. In the embodiment shown in FIG. 6, unlike the embodiment shown in FIG. The arrangement is opposite to that of the embodiment of FIG. That is, the beam from the semiconductor laser element 1 is set to S-polarized light (the plane of polarization vibrates perpendicular to the plane of the paper) as shown by the black circle in the figure, and this is converted to P-polarized light by the half-wave plate 9. The light is then incident on prisms 7 and 8. By doing so, the objective lens 3 can be made smaller.

第7図は本発明の他の実施例の構成を示す図で
あり、第5図に示す実施例の構成において、プリ
ズム8と対物レンズ3との間にプリズム11を配
置している。かかる実施例により、デイスク4か
らの反射光の変化を上記プリズム11から検出す
ることが可能となる。なお、10は1/4波長板、 12は光検出器である。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention. In the configuration of the embodiment shown in FIG. 5, a prism 11 is disposed between the prism 8 and the objective lens 3. This embodiment makes it possible to detect changes in the reflected light from the disk 4 from the prism 11. Note that 10 is a quarter wavelength plate, and 12 is a photodetector.

また、以上の実施例の説明においては、デイス
クからの反射光の光量の変化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。
Furthermore, in the description of the embodiments above, a case has been described in which a change in the amount of light reflected from the disk is detected as a change in laser light from the other direction of the semiconductor laser.
Even when detecting as a change in the drive current,
It goes without saying that the present invention is applicable.

また、Rp=0となるN=√の点付近ならば
ほとんどRp0である。実際問題としては、プ
リズム7,8の屈折率として正確に√にするこ
とはできない場合でも、Rp=0となる屈折率N
(=√)の付近ならば、Rpはほとんど零なので
その近傍の屈折率ならば、充分に使用可能であ
る。第8図にビームの倍率mとプリズムの入射面
での反射率Rpの関係を示す。仮に1個のプリズ
ムで構成する場合には、光の反射率を少なく、ビ
ーム倍率m=2〜3を設定すると、プリズムの屈
折率Nのかなり大きいものが必要となる。図中に
BK−7(N=1.51)、SF−11(N=1.764)からな
るプリズムを1個用いた場合の関係をそれぞれ一
点鎖線、波線で示す。半導体レーザのビームのθ
⊥とθの比は通常2倍〜4倍程度はあるため、
1個で構成することは、かなり困難がともなう。
本実施例のように、2個で構成すると、1個で構
成する場合の上記の欠点をとり除くことが可能に
なる。図中にBK−7からなるプリズムを2個用
いた場合の関係を実線で示す。一般に広く知られ
ているBK−7の場合、波長8000Åの付近は屈折
率N=1.51である。この場合は、m=2.28倍の時
がRp=0となる。しかもm≒2.1〜2.5の領域で透
過率は99.9%以上である。99%まで許容するなら
ばm≒1.8〜3まで使用できる。
Further, if near the point N=√ where R p =0, R p is almost 0. As a practical matter, even if the refractive index of prisms 7 and 8 cannot be exactly √, the refractive index N that makes R p = 0
(=√), R p is almost zero, so a refractive index in that vicinity can be used satisfactorily. FIG. 8 shows the relationship between the beam magnification m and the reflectance R p at the entrance surface of the prism. If the prism is composed of one prism, and the light reflectance is set to be low and the beam magnification m is set to m=2 to 3, a prism with a considerably large refractive index N is required. In the diagram
The relationship when one prism made of BK-7 (N=1.51) and SF-11 (N=1.764) is used is shown by a dashed line and a broken line, respectively. θ of semiconductor laser beam
Since the ratio of ⊥ and θ is usually about 2 to 4 times,
It is quite difficult to configure it with just one piece.
When configured with two pieces as in this embodiment, it is possible to eliminate the above-mentioned drawbacks when configured with one piece. In the figure, the solid line shows the relationship when two prisms made of BK-7 are used. In the case of BK-7, which is generally widely known, the refractive index N=1.51 near the wavelength of 8000 Å. In this case, R p =0 when m=2.28 times. Moreover, the transmittance is 99.9% or more in the region of m≒2.1 to 2.5. If it is allowed up to 99%, m≒1.8 to 3 can be used.

このように本発明によれば屈折率Nの小さいプ
リズムで反射損失少なくビームの倍率を大きくで
きるとともに、その使用範囲も拡大することがで
きる。よつて、通常の光学ガラスで、光の利用効
率の優れた、ビーム成形を行うことができる長所
を持つ。
As described above, according to the present invention, the beam magnification can be increased with less reflection loss using a prism with a small refractive index N, and the range of use thereof can also be expanded. Therefore, it has the advantage of being able to perform beam shaping with excellent light utilization efficiency using ordinary optical glass.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した如く本発明によれば、結合レンズ
の条件を規定し、屈折率及び頂角の等しい複数個
のプリズムを使用することにより、等方的な拡り
角をもたず、また、拡り角が個体ごとにバラつい
ている半導体レーザ素子を用いた光情報処理装置
において、装置ごとにプリズム倍率などの特性を
変えることなしに記録媒体上に等方的なスポツト
を光利用効率よく形成することができる。
As explained above, according to the present invention, by specifying the conditions of the coupling lens and using a plurality of prisms having the same refractive index and apex angle, it is possible to eliminate the isotropic divergence angle and To form an isotropic spot on a recording medium with efficient light utilization without changing characteristics such as prism magnification for each device in an optical information processing device using a semiconductor laser element whose angle of deflection varies from device to device. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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き込み
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、第6
図、及び第7図は本発明の一実施例の構成を示す
図、第8図は、プリズムの入射面での反射率とビ
ーム倍率の関係を示す図である。 符号の説明、1……半導体レーザ、2……結合
レンズ、3……対物レンズ、4……デイスク、
7,8……プリズム。
FIG. 1 is a diagram showing a far-field image of a semiconductor laser beam, FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional optical information processing device, and FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional autofocus pull-in range. , FIG. 4 is a diagram explaining the automatic focus pull-in range according to the present invention, FIG. 5, and FIG.
7 and 7 are diagrams showing the configuration of an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the reflectance on the entrance surface of the prism and the beam magnification. Explanation of symbols, 1... Semiconductor laser, 2... Coupling lens, 3... Objective lens, 4... Disk,
7, 8...prism.

Claims (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複数のプリズムと、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、以下の条件を満足し、
上記複数のプリズムはそれぞれ入射端面と出射端
面のなす角及び屈折率が等しいことを特徴とする
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。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor laser that emits light with an anisotropic intensity distribution around the optical axis, an information recording medium, and a rotationally symmetrical coupling that collimates the light beam from the semiconductor laser. A lens, a plurality of prisms for enlarging or reducing the collimated light beam, an optical system for converging the light from the prisms onto the medium, and a means for detecting a change in the light amount of the light beam from the medium. In the optical information processing device, the rotationally symmetric coupling lens satisfies the following conditions,
An optical information processing device characterized in that each of the plurality of prisms has an angle formed by an incident end face and an outgoing end face and an equal refractive index. Conditions: θ<θ≦θ⊥ NA=sinθ (However, let θ and θ⊥ be the angles at e -2 in the horizontal and vertical directions of the output light distribution in the far-field image of the light beam from the semiconductor laser, respectively,
Let NA be the numerical aperture of the above coupling lens. ) 2 The semiconductor laser is a semiconductor laser element that outputs a non-uniformly distributed light beam polarized in the minor axis direction, and the optical system is arranged so that the light beam from the laser element is polarized within the incident plane. Claim 1, characterized in that the prism has a
The optical information processing device described in Section 1. 3. A 1/2 wavelength plate is provided in the optical path between the prism and the laser element, and the prism is arranged so that the light beam from the wavelength plate enters perpendicularly. Optical information processing device according to scope 2.
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