JPH0675138B2 - プリズムビ−ム整形光学系 - Google Patents
プリズムビ−ム整形光学系Info
- Publication number
- JPH0675138B2 JPH0675138B2 JP60035248A JP3524885A JPH0675138B2 JP H0675138 B2 JPH0675138 B2 JP H0675138B2 JP 60035248 A JP60035248 A JP 60035248A JP 3524885 A JP3524885 A JP 3524885A JP H0675138 B2 JPH0675138 B2 JP H0675138B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- prism
- optical system
- beam shaping
- shaping optical
- semiconductor laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は光源として半導体レーザを用いた場合のビー
ム整形用光学系、特に光学素子としてプリズムを用いた
ビーム整形用光学系に関する。
ム整形用光学系、特に光学素子としてプリズムを用いた
ビーム整形用光学系に関する。
（従来技術） 半導体レーザは、一般にはその接合面に平行な方向（1
1）と垂直な方向（⊥）での強度分布が異なつている。
代表的なファー・フィールド・パターンの例を示せば第
２図のように射出角の狭い平行方向の半値全幅θ//＝10
°、垂直方向のそれはθ⊥＝30°である。
1）と垂直な方向（⊥）での強度分布が異なつている。
代表的なファー・フィールド・パターンの例を示せば第
２図のように射出角の狭い平行方向の半値全幅θ//＝10
°、垂直方向のそれはθ⊥＝30°である。
このような非等方性の光束をカツプリングレンズ、対物
レンズで集光すると、形成されるスポットは楕円にな
る。この光学系は例えば光デイスクの情報検出用光学系
に組入れた場合を第５図、第６図に示す。第５図で１は
半導体レーザであり、出噴光束はカツプリングレンズ２
で平行光束にされ、偏光ビームスプリツタ（PBS）4,1/4
波長板５を通り対物レンズ６で集光されてデイスク７上
に微小なスポツトを形成する。デイスク７からの反射光
は再び対物レンズ６、1/4波長板５を通過して、PBS4反
射され、トラツク検出２分割素子８に入射する。このと
きスポツトが上記のように楕円であると、第６図に示す
ようにスポツト10は複数のトラツク9,9′,9″にまたが
り、クロストークが発生し、正確なトラツク検出、情報
検出ができなくなつてしまう。
レンズで集光すると、形成されるスポットは楕円にな
る。この光学系は例えば光デイスクの情報検出用光学系
に組入れた場合を第５図、第６図に示す。第５図で１は
半導体レーザであり、出噴光束はカツプリングレンズ２
で平行光束にされ、偏光ビームスプリツタ（PBS）4,1/4
波長板５を通り対物レンズ６で集光されてデイスク７上
に微小なスポツトを形成する。デイスク７からの反射光
は再び対物レンズ６、1/4波長板５を通過して、PBS4反
射され、トラツク検出２分割素子８に入射する。このと
きスポツトが上記のように楕円であると、第６図に示す
ようにスポツト10は複数のトラツク9,9′,9″にまたが
り、クロストークが発生し、正確なトラツク検出、情報
検出ができなくなつてしまう。
回折限界のほぼ円形のスポツトを得るために、カツプリ
ングレンズ噴出後の光束径をレーザー接合面に垂直な方
向と平行な方向でほぼ等しくする。水平方向の光束径を
拡大するためにビーム整形光学系が用いられる。
ングレンズ噴出後の光束径をレーザー接合面に垂直な方
向と平行な方向でほぼ等しくする。水平方向の光束径を
拡大するためにビーム整形光学系が用いられる。
ビーム整形光学系はシリンドリカルレンズを用いるもの
とプリズムを用いるものが知られている。
とプリズムを用いるものが知られている。
第１図はプリズムを用いたビーム整形光学系の光学配置
を示し、（Ａ）半導体レーザ１の接合面に平行な方向の
断面図、（Ｂ）は垂直方向の断面図である。符号は第５
図と同じものを示し、３がビーム整形用のプリズムであ
る。（Ａ）図面内ではカツプリングレンズ２を出た光束
はプリズム３によつて光路が曲げられ、それに伴なつて
光束径が拡大されている。
を示し、（Ａ）半導体レーザ１の接合面に平行な方向の
断面図、（Ｂ）は垂直方向の断面図である。符号は第５
図と同じものを示し、３がビーム整形用のプリズムであ
る。（Ａ）図面内ではカツプリングレンズ２を出た光束
はプリズム３によつて光路が曲げられ、それに伴なつて
光束径が拡大されている。
カツプリングレンズ２を出た光束径は（Ａ）図におい
ては、カツプリングレンズの焦点距離をfcとすれば //＝２fc sin（θ// /2） （Ｂ）図面内では ⊥＝２fc sin（θ⊥/2） 従つて、両方向の光束径を等しくするためには、ビーム
整形後のビーム径をB//＝Ｍ//とすればB//＝⊥、す
なわち 2Mfcsin（θ///2）＝２fc sin（θ///2） ∴ Ｍ＝sin（θ///2）/sin（θ///2） ここではＭは（Ａ）図面内でのビーム整形光学系の倍率
である。
ては、カツプリングレンズの焦点距離をfcとすれば //＝２fc sin（θ// /2） （Ｂ）図面内では ⊥＝２fc sin（θ⊥/2） 従つて、両方向の光束径を等しくするためには、ビーム
整形後のビーム径をB//＝Ｍ//とすればB//＝⊥、す
なわち 2Mfcsin（θ///2）＝２fc sin（θ///2） ∴ Ｍ＝sin（θ///2）/sin（θ///2） ここではＭは（Ａ）図面内でのビーム整形光学系の倍率
である。
この拡大倍率Ｍはビーム整形光学系がシリンドカルレン
ズ系でもプリズム系でも同一であるが、半導体レーザか
らの噴出光の強度分布がθ//＝10°、θ⊥＝30°ではＭ
＝3.0 θ//＝10°、 θ//＝26°の場合でもＭ＝2.5
となる。
ズ系でもプリズム系でも同一であるが、半導体レーザか
らの噴出光の強度分布がθ//＝10°、θ⊥＝30°ではＭ
＝3.0 θ//＝10°、 θ//＝26°の場合でもＭ＝2.5
となる。
しかし、このように拡大倍率が大となると、光束が拡が
り対物レンズの有効径よりも大きくなりすぎ、光束のケ
ラレが大きくなり、光利用効率（対物レンズを通過する
パワーと半導体レーザからの出射パワーの比）が小さく
なる。それに伴いレーザ出力が大きなものが必要とな
り、コストアップになるという欠点が生ずる。また、プ
リズムを用いた場合、反射防止膜を設けることが必要と
なる。
り対物レンズの有効径よりも大きくなりすぎ、光束のケ
ラレが大きくなり、光利用効率（対物レンズを通過する
パワーと半導体レーザからの出射パワーの比）が小さく
なる。それに伴いレーザ出力が大きなものが必要とな
り、コストアップになるという欠点が生ずる。また、プ
リズムを用いた場合、反射防止膜を設けることが必要と
なる。
（この発明が解決しようとする問題点） この発明は、従来のプリズムを用いたビーム整形光学系
を改良し、光利用効率を向上させるとともに反射防止コ
ートを不要とし、低コストで光ビツクアツプに用いた場
合安定したトラツク信号が得られるビーム整形光学系を
得ようとするものである。
を改良し、光利用効率を向上させるとともに反射防止コ
ートを不要とし、低コストで光ビツクアツプに用いた場
合安定したトラツク信号が得られるビーム整形光学系を
得ようとするものである。
発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明においては、第１図の構成において、下記の条
件を満すように諸元を設定する。
件を満すように諸元を設定する。
ただしf0は対物レンズの焦点距離、NA0は対物レンズの
開口数を示す。
開口数を示す。
さらに、 ただし、αはプリズムへの入射角sin-1〔ｎ sinβ〕 （作用） スポツト径はビーム径がある程度以上大きくなるとほと
んど一定となる。一方、対物レンズ有効径でビームがケ
ラレることによつて対物レンズを通過するビームは平面
波に近づき、スポット径は回折限界で与えられる価に近
づいていく。このため、対物レンズの有効径を適当に選
び、ビーム径を適切にしてケラレ量をある程度にするこ
とによつてスポツト径はほぼ一定に抑えられ、光ビツク
アツプに用いればクロストークを減少させ、トラツク信
号を安定させることができる。
んど一定となる。一方、対物レンズ有効径でビームがケ
ラレることによつて対物レンズを通過するビームは平面
波に近づき、スポット径は回折限界で与えられる価に近
づいていく。このため、対物レンズの有効径を適当に選
び、ビーム径を適切にしてケラレ量をある程度にするこ
とによつてスポツト径はほぼ一定に抑えられ、光ビツク
アツプに用いればクロストークを減少させ、トラツク信
号を安定させることができる。
第９図に示す半導体レーザ接合面と平行方向のビーム径
B//と対物レンズの有効径Φとは以下の関係となる。
B//と対物レンズの有効径Φとは以下の関係となる。
Φ＝２f0NA0 ケラレの場合Ｐは このケラレの割合Ｐに対するスポツト径とトラック信号
の関係を第３図に示す。スポツト径は図に破線で示すよ
うにその最小値は約0.9μｍであり、これより約１割大
きい1.0μｍ以下であればスポツトは略円形とみること
ができる。このためには、図からＰ0.05であればよい
ことがわかる。θ//＝10°でビーム整形をしないときは
fc＝9mm f0＝4.35mm NA0＝0.5とすると図に点線で示
すようにＰ＝0.36になり、スポツト径約1.2μｍトラツ
ク信号60mvであり、Ｐ＝0.55でもビーム整形の効果が十
分に認められる。
の関係を第３図に示す。スポツト径は図に破線で示すよ
うにその最小値は約0.9μｍであり、これより約１割大
きい1.0μｍ以下であればスポツトは略円形とみること
ができる。このためには、図からＰ0.05であればよい
ことがわかる。θ//＝10°でビーム整形をしないときは
fc＝9mm f0＝4.35mm NA0＝0.5とすると図に点線で示
すようにＰ＝0.36になり、スポツト径約1.2μｍトラツ
ク信号60mvであり、Ｐ＝0.55でもビーム整形の効果が十
分に認められる。
第４図はケラレの割合Ｐと光利用効率、半導体レーザの
パワー比の関係を示す。パワー比は記録のために必要な
パワーの下限価をＰ＝1.08（これはＭ＝3.0の場合の従
来例に相当する）のときを１に規格化して示してある。
この図でみるように、Ｐ＝0.8では実線で示す光の利用
効率は従来例に対して10％アップし、そのため１点鎖線
で示されるパワーは20％少なくてよいこととなる。
パワー比の関係を示す。パワー比は記録のために必要な
パワーの下限価をＰ＝1.08（これはＭ＝3.0の場合の従
来例に相当する）のときを１に規格化して示してある。
この図でみるように、Ｐ＝0.8では実線で示す光の利用
効率は従来例に対して10％アップし、そのため１点鎖線
で示されるパワーは20％少なくてよいこととなる。
従つて、条件（１）に示す0.55Ｐ0.8の範囲にあれ
ば、従来技術に比して光利用効率の大きな、ほぼ円形ス
ポツトを形成するビーム整形光学系を得ることが出来
る。
ば、従来技術に比して光利用効率の大きな、ほぼ円形ス
ポツトを形成するビーム整形光学系を得ることが出来
る。
更に、ビーム整形の倍率Ｍを適当に選ぶことによつてプ
リズムの面に反射防止膜を設けなくても十分に反射率を
低下させることができる。
リズムの面に反射防止膜を設けなくても十分に反射率を
低下させることができる。
第８図には一般的なプリズムビーム整形の光略図を示す
が、入射光束11は第１面13と第２面14とで２回屈折して
射出する。このように２回屈折させると光ピツクアツプ
に組込む等、装置とする場合にレイアウトが複雑にな
る。これに対して第７図に示すように、第１面13でのみ
屈折させ、第２面14には垂直入射して屈折作用を受けず
に直進してプリズムから射出するようにすればレイアウ
トを簡単にすることができる。
が、入射光束11は第１面13と第２面14とで２回屈折して
射出する。このように２回屈折させると光ピツクアツプ
に組込む等、装置とする場合にレイアウトが複雑にな
る。これに対して第７図に示すように、第１面13でのみ
屈折させ、第２面14には垂直入射して屈折作用を受けず
に直進してプリズムから射出するようにすればレイアウ
トを簡単にすることができる。
さて、第７図の配置において、入射光束11の系を//、
その入射角をα、屈折後の光束の径をB//、屈折角をβ
とする。第２面に垂直に光束が射出するから、プリズム
３の頂度γと屈折角βは等しい。
その入射角をα、屈折後の光束の径をB//、屈折角をβ
とする。第２面に垂直に光束が射出するから、プリズム
３の頂度γと屈折角βは等しい。
屈折の法則から、プリズム屈折率をｎとすると sin α＝ｎ・sinβ 倍率Ｍは となる。
第１図に示すレイアウトでは、プリズムに入射する光束
はＰ偏光とされている。Ｐ偏光の反射率Ｒは次式で与え
られる。
はＰ偏光とされている。Ｐ偏光の反射率Ｒは次式で与え
られる。
従つて条件（２）を満足すれば、反射率は１％以下とな
り、反射防止コートは不要になる。
り、反射防止コートは不要になる。
α、βは、前出の式から となることは明らかである。
（実施例） fc＝9mm f0＝4.5mm NA0＝0.5 θ//＝10° θ⊥＝30° ｎ＝1.51（BK7） とすれば、条件（１）は となる。
第10図に倍率Ｍを変えたときの反射率Ｒを計算した結果
を示す。この結果から反射率の条件（２）を満たす倍率
は 1.24＜Ｍ＜1.84 ……（４） であり（３）と（４）から 1.58＜Ｍ＜1.84 の倍率が適していることがわかる。
を示す。この結果から反射率の条件（２）を満たす倍率
は 1.24＜Ｍ＜1.84 ……（４） であり（３）と（４）から 1.58＜Ｍ＜1.84 の倍率が適していることがわかる。
第11図は、プリズム３とPBS4を１体化して１つのプリズ
ムブロツク15とした例であり、光学系の構成が簡単にな
ると共にプリズム３の第２面14での反射が零になるとい
う効果も生じる。
ムブロツク15とした例であり、光学系の構成が簡単にな
ると共にプリズム３の第２面14での反射が零になるとい
う効果も生じる。
発明の効果 この発明は上記のように、ビーム整形用光学系としてプ
リズム素子を１ケだけ用いる簡単な構成であるながら、
半導体レーザの接合面と平行な面方向内でのビームの拡
大倍率Ｍを、カツプリングレンズ、対物レンズの焦点距
離、開口数との関係で適切に選ぶだけで、光の利用効率
を向上させ、略円形のスポツトを得られるだけでなく、
プリズムへの反射防止コートを不要にしコストを低下さ
せることが出来る。
リズム素子を１ケだけ用いる簡単な構成であるながら、
半導体レーザの接合面と平行な面方向内でのビームの拡
大倍率Ｍを、カツプリングレンズ、対物レンズの焦点距
離、開口数との関係で適切に選ぶだけで、光の利用効率
を向上させ、略円形のスポツトを得られるだけでなく、
プリズムへの反射防止コートを不要にしコストを低下さ
せることが出来る。
また、このビーム整形光学系を光ビツクアツプに用いれ
ば、クロストークが少なく、パワーの小さいレーザーを
光源として用いることが出来るという顕著な効果を生じ
る。
ば、クロストークが少なく、パワーの小さいレーザーを
光源として用いることが出来るという顕著な効果を生じ
る。
第１図はこの発明のビーム整形光学系の光学配置図、第
２図は半導体レーザの代表的な噴出光強度分布図、第３
図はケラレの割合Ｐとスポツト径、トラツク信号の関係
図、第４図は同じくケラレの割合Ｐと光利用効率、レー
ザパワー比の関係図、第５図は光ピツクアツプ光学系の
１列の配置図、第６図はその際に発生する現象の説明
図、第７図、第８図はプリズムの光路図、第９図はケラ
レの説明図、第10図は倍率と反射率の関係図、第11図は
別の実施例のプリズムの形を示す側面図である。 1:半導体レーザ、2:カツプリングレンズ、３、15:ビー
ム整形プリズム、4:偏光ビームスプリツタ、5:1/4波長
板、6:対物レンズ、7:光ディスク、9:トラツク 10:スポツト、11:入射光束、12:射出光束
２図は半導体レーザの代表的な噴出光強度分布図、第３
図はケラレの割合Ｐとスポツト径、トラツク信号の関係
図、第４図は同じくケラレの割合Ｐと光利用効率、レー
ザパワー比の関係図、第５図は光ピツクアツプ光学系の
１列の配置図、第６図はその際に発生する現象の説明
図、第７図、第８図はプリズムの光路図、第９図はケラ
レの説明図、第10図は倍率と反射率の関係図、第11図は
別の実施例のプリズムの形を示す側面図である。 1:半導体レーザ、2:カツプリングレンズ、３、15:ビー
ム整形プリズム、4:偏光ビームスプリツタ、5:1/4波長
板、6:対物レンズ、7:光ディスク、9:トラツク 10:スポツト、11:入射光束、12:射出光束
Claims (1)
- 【請求項１】半導体レーザからの光束をカップリングレ
ンズでコリメートすると共に、その光束について前記半
導体レーザの接合面に平行な方向での径を拡大するビー
ム整形光学系を通過させてから、前記光束における前記
半導体レーザの接合面に垂直な方向の半値全幅にほぼ等
しい有効径を有する対物レンズで集光しスポットを形成
させる光学系において、 前記ビーム整形光学素子はプリズムであり、該プリズム
への入射光束はＰ偏光であり、かつその倍率が以下の条
件を満足することを特徴とするプリズムビーム整形光学
系 ただし、 M:ビーム整形光学素子の倍率 fc:カップリングレンズの焦点距離 θ//：半導体レーザの接合面に平行な方向の半値全幅 f0：対物レンズの焦点距離 NA0：対物レンズの開口数 n:プリズムの屈折率 α：プリズムへの入射角 β：プリズムでの屈折角
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60035248A JPH0675138B2 (ja) | 1985-02-26 | 1985-02-26 | プリズムビ−ム整形光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60035248A JPH0675138B2 (ja) | 1985-02-26 | 1985-02-26 | プリズムビ−ム整形光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61196223A JPS61196223A (ja) | 1986-08-30 |
| JPH0675138B2 true JPH0675138B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=12436528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60035248A Expired - Lifetime JPH0675138B2 (ja) | 1985-02-26 | 1985-02-26 | プリズムビ−ム整形光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0675138B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56163533A (en) * | 1980-05-19 | 1981-12-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical recorder and reproducer |
-
1985
- 1985-02-26 JP JP60035248A patent/JPH0675138B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61196223A (ja) | 1986-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |