JPH056263B2 - - Google Patents
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- JPH056263B2 JPH056263B2 JP59149442A JP14944284A JPH056263B2 JP H056263 B2 JPH056263 B2 JP H056263B2 JP 59149442 A JP59149442 A JP 59149442A JP 14944284 A JP14944284 A JP 14944284A JP H056263 B2 JPH056263 B2 JP H056263B2
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- light
- semiconductor laser
- prism
- light beam
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording 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
- G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
- G11B7/085—Disposition 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
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording 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
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1356—Double or multiple prisms, i.e. having two or more prisms in cooperation
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording 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
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1372—Lenses
- G11B2007/13727—Compound lenses, i.e. two or more lenses co-operating to perform a function, e.g. compound objective lens including a solid immersion lens, positive and negative lenses either bonded together or with adjustable spacing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Head (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光学装置、特に半導体レーザのビーム
整形用光学装置に関する。
整形用光学装置に関する。
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光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。
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光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。
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 csp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、csp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。また、半導
体レーザには、半導体の接合面に垂直方向と、水
平方向で発散ビームのの発散原点が異なるという
特徴（非点隔差）があり、このため、半導体レー
ザを光源に用いて像を形成すると、像がぼけると
いう問題がある。この非点隔差量（ビーム垂直方
向と水平方向の発散原点の光軸方向の距離）は、
同種類の半導体レーザであつても個体ごとに異な
る。
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 csp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、csp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。また、半導
体レーザには、半導体の接合面に垂直方向と、水
平方向で発散ビームのの発散原点が異なるという
特徴（非点隔差）があり、このため、半導体レー
ザを光源に用いて像を形成すると、像がぼけると
いう問題がある。この非点隔差量（ビーム垂直方
向と水平方向の発散原点の光軸方向の距離）は、
同種類の半導体レーザであつても個体ごとに異な
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。
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。
しかし、このような軸外の光線を遮断すると、
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は、レーザ素子の光の
利用効率がが悪いという点がある。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
素子を光源として用いる場合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である。
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は、レーザ素子の光の
利用効率がが悪いという点がある。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
素子を光源として用いる場合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である。
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。
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。
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。
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。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情報再生はできないという問
題があつた。
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。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情報再生はできないという問
題があつた。
また、特開昭53−−100844号公報には、複数個
のプリズムにより非等方な半導体レーザ光の短径
方向を拡大きて等方な光ビームに整形する光学系
が記載されている。
のプリズムにより非等方な半導体レーザ光の短径
方向を拡大きて等方な光ビームに整形する光学系
が記載されている。
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。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（結合レン
ズ）２７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。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号公報の第(8)式
に簡明に述べられており、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。
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。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（結合レン
ズ）２７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。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号公報の第(8)式
に簡明に述べられており、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。
上記公知例では、結像レンズ（像点側のレンズ
で対物レンズともいう）の大きさは上記思想に従
い光束の径より大きい（例えば上記公知例第１４
図）。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うし、その逆に光学系の前段
で大きなレンズを使用して、後段で小さなレンズ
を使用することは合理的な理由がない。
で対物レンズともいう）の大きさは上記思想に従
い光束の径より大きい（例えば上記公知例第１４
図）。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うし、その逆に光学系の前段
で大きなレンズを使用して、後段で小さなレンズ
を使用することは合理的な理由がない。
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。
件の結合レンズ（光源側のレンズ）を使用せざる
を得ない。
ここでレーザの波長λを0.8μｍと仮定して計算
すると、上記公知例ではその(8)式に基づいて、結
合レンズの条件は ｒ／Ｒ＝0.892 ∴tanθ⊥／tanθ＝0.892 であり、ビームの垂直方向の広がり角θ⊥を24゜
と仮定すると、θは26.5゜となる。後に説明する
非点換差の許容量を示す式 NA2δz≦0.69λ に値に代入して非点隔差の許容量を求めると、 非点隔差の許容量：δz≦2.77 となる。従つてレーザの非点隔差が約2.8μｍ以上
の時、影響を受け、特開昭53−100841号公報に記
載の有るようにシリンドリカルレンズなどの光学
系を用いて、非点隔差を補正せざるを得ない。し
かしながらシリンドリカルレンズはいわば、光源
の非点隔差と全く逆の非点隔差を意図的に作つて
これをキヤンセルするものであり、その作成には
非常な精度が要求され製造困難な物である。さら
に半導体レーザ個々の特性のバルツキのためにシ
リンドリカルレンズを一つづつ適合させて製造す
るのはほとんど不可能である。
すると、上記公知例ではその(8)式に基づいて、結
合レンズの条件は ｒ／Ｒ＝0.892 ∴tanθ⊥／tanθ＝0.892 であり、ビームの垂直方向の広がり角θ⊥を24゜
と仮定すると、θは26.5゜となる。後に説明する
非点換差の許容量を示す式 NA2δz≦0.69λ に値に代入して非点隔差の許容量を求めると、 非点隔差の許容量：δz≦2.77 となる。従つてレーザの非点隔差が約2.8μｍ以上
の時、影響を受け、特開昭53−100841号公報に記
載の有るようにシリンドリカルレンズなどの光学
系を用いて、非点隔差を補正せざるを得ない。し
かしながらシリンドリカルレンズはいわば、光源
の非点隔差と全く逆の非点隔差を意図的に作つて
これをキヤンセルするものであり、その作成には
非常な精度が要求され製造困難な物である。さら
に半導体レーザ個々の特性のバルツキのためにシ
リンドリカルレンズを一つづつ適合させて製造す
るのはほとんど不可能である。
本発明は上述した点を解決し、等方的な拡がり
角をもたず、非点隔差を有する半導体レーザ素子
からの光ビームの光の利用効率よく整形し、しか
も非点隔差をシリンドリカルレンズ等で補正する
ことなくシヤープな結像をすることが可能な半導
体ビーム整形光学装置を大量生産に適した構成で
提供することを目的とする。
角をもたず、非点隔差を有する半導体レーザ素子
からの光ビームの光の利用効率よく整形し、しか
も非点隔差をシリンドリカルレンズ等で補正する
ことなくシヤープな結像をすることが可能な半導
体ビーム整形光学装置を大量生産に適した構成で
提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、出力光
ビームの光軸回りの強度分布が該光軸に関し非等
方である半導体レーザ光源と、光源から出力され
る光ビームが入射される入射端面と該光ビームが
出射される出射端面とを有する複数個のプリズム
とを備え、上記光源からの上記出力光ビームの上
記強度分布の整形を行う光学装置であつて、上記
光源からの光ビームを平行化して上記プリズムに
導く回転対称な結合レンズが、 条件：θ＜θ≦θ⊥ NA＝sinθ （ただし、上記光源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。） を満たすことを特徴とする。
ビームの光軸回りの強度分布が該光軸に関し非等
方である半導体レーザ光源と、光源から出力され
る光ビームが入射される入射端面と該光ビームが
出射される出射端面とを有する複数個のプリズム
とを備え、上記光源からの上記出力光ビームの上
記強度分布の整形を行う光学装置であつて、上記
光源からの光ビームを平行化して上記プリズムに
導く回転対称な結合レンズが、 条件：θ＜θ≦θ⊥ NA＝sinθ （ただし、上記光源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。） を満たすことを特徴とする。
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。
また、さらにプリズムの入射端面を光源の出力
光ビームに対しブリユスター角となる如く配設す
るとともに、プリズムの出射端面がプリズムで屈
折された光ビームに対し垂直となる如く配設する
ことにより、プリズム界面における光の損失を最
小にすることができる。
光ビームに対しブリユスター角となる如く配設す
るとともに、プリズムの出射端面がプリズムで屈
折された光ビームに対し垂直となる如く配設する
ことにより、プリズム界面における光の損失を最
小にすることができる。
以下に本願発明の結合レンズの規定による作用
効果を述べる。
効果を述べる。
半導体レーザには射出される光ビームが、楕円
形の断面を持つていること、及び、半導体の接合
面に垂直な方向と水平な方向とで発散光の焦点が
異なるという非点隔差の問題が有る。すなわち半
導体レーザの接合面に垂直方向の光はレーザ素子
の端面に焦点があり、水平方向の光は奥に引つ込
んだところに焦点が存在する。
形の断面を持つていること、及び、半導体の接合
面に垂直な方向と水平な方向とで発散光の焦点が
異なるという非点隔差の問題が有る。すなわち半
導体レーザの接合面に垂直方向の光はレーザ素子
の端面に焦点があり、水平方向の光は奥に引つ込
んだところに焦点が存在する。
本願発明は、すでに述べたごとく規定される結
合レンズとプリズムを用いることにより、上記半
導体レーザの特性に起因する不都合をことごとく
解消できるという優れた効果を示すものである。
合レンズとプリズムを用いることにより、上記半
導体レーザの特性に起因する不都合をことごとく
解消できるという優れた効果を示すものである。
すなわち、まずθ＜θ⊥と結合レンズを大き
くすることによつて、半導体レーザからの光を有
効利用すると共に楕円形のビームをプリズムの作
用によつて円形とする。さらにθ≦θ⊥と結合レ
ンズの上限を規定することによつて非点隔差の影
響を小さくすることが出来る。非点隔差とは光の
発光点が縦と横とで異なるものであるから、通常
の光学系で結像すれば像がぼける原因となるが、
結合レンズの開口数を適当に選ぶと通常の光学系
によつても支障無く結像することができる。以下
に詳述する。
くすることによつて、半導体レーザからの光を有
効利用すると共に楕円形のビームをプリズムの作
用によつて円形とする。さらにθ≦θ⊥と結合レ
ンズの上限を規定することによつて非点隔差の影
響を小さくすることが出来る。非点隔差とは光の
発光点が縦と横とで異なるものであるから、通常
の光学系で結像すれば像がぼける原因となるが、
結合レンズの開口数を適当に選ぶと通常の光学系
によつても支障無く結像することができる。以下
に詳述する。
結像された像の中心強度Ｉ（０，０）はＩ（０，
０）＝１−（2π／λ）2（Δψ）2で表わされる。
０）＝１−（2π／λ）2（Δψ）2で表わされる。
ここでλレーザの波長、Δψは波面の標準偏差
を示す。Δψの原因は上記した非点隔差による。
を示す。Δψの原因は上記した非点隔差による。
光学の理論においてはＩ（０，０）が0.8以上な
らば、光学系は特に補正せずに支障無く結像が行
なえると言える。すなわち、 １−（2π／λ）2（Δψ）2≧0.8 ∴Δψ≦0.07λ の条件を満たせば良い。
らば、光学系は特に補正せずに支障無く結像が行
なえると言える。すなわち、 １−（2π／λ）2（Δψ）2≧0.8 ∴Δψ≦0.07λ の条件を満たせば良い。
ところで半導体レーザがδzの非点隔差を持つて
いるとすると、Δψは次式で与えられる。
いるとすると、Δψは次式で与えられる。
Δψ＝6-2・W22
W22＝NA2δz／４
NA＝sinθ
NAはレンズの開口数、θは半画角である。
以上の式を総合すると、
NA2δz≦0.69λ
が支障無く結像が行なえる条件となる。
ここでλは約0.8μｍと仮定する。またNA2は式
(1)のcspレーザを想定してθとθ⊥の間を取つ
て、θ＝16゜として約0.075となる。すると本願発
明による非点隔差の許容量は、 δz≦7.36μｍ となり7.36μｍの非点隔差まで許容できることに
なる。一般に半導体レーザは個体ごとの特性バラ
ツキがあり、非点隔差も一定ではないが、ほとん
どの半導体レーザに対して支障無く結像可能であ
る。
(1)のcspレーザを想定してθとθ⊥の間を取つ
て、θ＝16゜として約0.075となる。すると本願発
明による非点隔差の許容量は、 δz≦7.36μｍ となり7.36μｍの非点隔差まで許容できることに
なる。一般に半導体レーザは個体ごとの特性バラ
ツキがあり、非点隔差も一定ではないが、ほとん
どの半導体レーザに対して支障無く結像可能であ
る。
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。
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。
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込み範囲が大きくなり、
デイスクの上下ぶ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。
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込み範囲が大きくなり、
デイスクの上下ぶ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。
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図は本発明の光学装置を用
いた光情報処理装置の一例を示す図である。第５
図においてはプリズム７，８はその頂角をθα、
屈折率をＮとする直角プリズムとし、入射角を
θ1、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。
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図は本発明の光学装置を用
いた光情報処理装置の一例を示す図である。第５
図においてはプリズム７，８はその頂角をθα、
屈折率をＮとする直角プリズムとし、入射角を
θ1、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。
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。
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。
RP＝tan2（θi−θα）／tan2（θi−θα） …(8)
ここでθi＋θα＝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。
リズムの入射面の光の損失はゼロとなる。
θi＝θα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tanθi＝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。
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tanθi＝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。
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、csp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゜ θα＝30゜ RP＝０ …(10) となる。
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、csp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゜ θα＝30゜ RP＝０ …(10) となる。
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は第(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。
角をもつcsp型半導体レーザについては第(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。
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。
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な縮少し、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。
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な縮少し、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。
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。
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。
また、以上の説明においては、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いても、本考案
が適用できるのは勿論のことである。
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いても、本考案
が適用できるのは勿論のことである。
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
リズムを一個用いた場合の関係をそれぞれ一点鎖
線、破線で示す。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。本発
明のように、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の付近な屈折率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。
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
リズムを一個用いた場合の関係をそれぞれ一点鎖
線、破線で示す。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。本発
明のように、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の付近な屈折率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。
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。
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。
以上説明した如く本発明によれば複数個のプリ
ズムを使用し、結合レンズの条件を規定すること
により、等方的な拡がり角をもたない半導体レー
ザ素子からの光ビームを光利用効率よく成形する
ことができ、かつ非導体レーザの非点隔差による
像のぼけの問題を解決した設計及び製造が極めて
容易な光学系を提供できるという効果がある。
ズムを使用し、結合レンズの条件を規定すること
により、等方的な拡がり角をもたない半導体レー
ザ素子からの光ビームを光利用効率よく成形する
ことができ、かつ非導体レーザの非点隔差による
像のぼけの問題を解決した設計及び製造が極めて
容易な光学系を提供できるという効果がある。
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図は本発明の光学装置を用いた光情
報処理装置の構成を示す図、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。 １…半導体レーザ、２…結合レンズ、３…対物
レンズ、７，８…プリズム。
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図は本発明の光学装置を用いた光情
報処理装置の構成を示す図、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。 １…半導体レーザ、２…結合レンズ、３…対物
レンズ、７，８…プリズム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 出力光ビームの光軸回りの強度分布が該光軸
に関し非等方である半導体レーザ光源と、該光源
から出力される光ビームが入射される入射端面と
該光ビームが出射される出射端面とを有する複数
個のプリズムとを備え、上記光源からの上記出力
光ビームの上記強度分布の整形を行う光学装置で
あつて、上記光源からの光ビームを平行化して上
記プリズムに導く回転対称な結合レンズが、 条件：θ＜θ≦θ⊥ NA＝sinθ （ただし、上記光源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。） を満たすことを特徴とする光学装置。 ２ 前記プリズムの入射端面が前記光源の出力光
ビームに対しブリユスター角となる如く配設され
るとともに、前記プリズムの前記出射端面が該プ
リズムで屈折された光ビームに対し垂直となる如
く配設されてなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59149442A JPS60106038A (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59149442A JPS60106038A (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 光学装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59067649A Division JPS59229753A (ja) | 1984-04-06 | 1984-04-06 | 光情報処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60106038A JPS60106038A (ja) | 1985-06-11 |
| JPH056263B2 true JPH056263B2 (ja) | 1993-01-26 |
Family
ID=15475202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59149442A Granted JPS60106038A (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60106038A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3013823B1 (fr) | 2013-11-28 | 2018-09-21 | F2A - Fabrication Aeraulique Et Acoustique | Echangeur air/air a double flux, installation de traitement d'air et methode de nettoyage d'un tel echangeur |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5224542A (en) * | 1975-08-20 | 1977-02-24 | Canon Inc | Optical system for shaping a beam |
| JPS53100844A (en) * | 1977-02-15 | 1978-09-02 | Canon Inc | Beam shaping optical system |
| JPS5455184A (en) * | 1977-10-11 | 1979-05-02 | Canon Inc | Semiconductor laser light source unit |
-
1984
- 1984-07-20 JP JP59149442A patent/JPS60106038A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60106038A (ja) | 1985-06-11 |
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