JPS61196223A - プリズムビ−ム整形光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （ｆＥ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九場合のビー
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口 （従来技術） 半導体レーザは、一般にはその接′合面に子桁な方向（
’ｉＡ）と垂直な方向ωでの強蜜分布が異なっている。

代表的なファーｅフィールド・パターンの例を示せば第
２図のように射出内の狭い子行方向の手直全幅でθｙｚ
＝１０、垂直方向のそれはθＬ−３０である。

このような非等方性の光束をカップリングレンズ、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
。この光学基金例えば元ディスクの清報検出用光学系に
組入れた場合ｆ：第５図、第６図に承す。第５図で１は
半尋体レーザであり、出射光束はカップリングレンズ２
で千行元束にされ、”１光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
４．１／４波長板５ｔ−通り対物レンズ６で集束されて
ディスク７上に微小なスポットを形成するロディスク７
からの反射光は再び対物レンズ６．１７４波長板５を通
過して、　ＰＢＳ４で反射され、トラック検出２分割素
子８に入射する口このときスポットが上記のように４１
１円であると、＠６図に示すようにスポラ１−１０は＊
ｖＬのトラック９．９．９にまたが９、クロストークが
発生し、正罐なトラック噴出、情報噴出ができなくなっ
てしまうロ スポット匝を回折限界慢度に抑えるためには、上記スポ
ットの艮匝捏寂に縮めなければならず、レーザー接合面
に垂直な方向と水ｆな方向で等しくなるように水子方向
の光束を拡大するためにビーム整形元学系が用いられる
ク ビーム整形光学系はク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。

ｇｔ図はプリズムを珀いたビーム整形光学系の光学配置
を示し、四は半導体レーザ１の接合面に’Ｆ行な方向の
断面図、Φ）は垂直方向の断面図である。符号は＠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
。四回面内ではカップリングレンズ２を出た光束はプリ
ズム３によって光路が曲げられ、それに伴なって光束径
が拡大されている。

カップリングレンズ２を出た光束径ψは四囲においては
、カップリングレンズの焦点距離ｔｆｃとすれば 勅＝　２　ｆ（Ｈｓｉｎ　（θｄ／２）＠　因面内では ｇ＞、＝２ｆｃｓｉｎ　（θ上／２） 従って、両方向の光束ｖｋを等しくするためＫは、ビー
ム整形後のビーム臣を”ｖ４＝Ｍ９＋７．ｎとすればＢ
ｊＱ＝ψ、、すなわち ２　Ｍ　ｆｃ　ａｉｎ　　（’ｙ／ｌ／２　）＝＋＝　
２ｆｃ　ｓｌｎ　　（θ上／２）、”、　　Ｍ＝ｓｌｎ
（％／２）／５ｉｎ（θｌＡ／２）ここでＭは四回面内
でのビーム整形光学系の倍率である。

この拡大培１ＣＭはビーム整形光学系がシリンドリカル
レンズ系でもプリズム系でも同一であるが、半導体レー
ザからの射出光の強度分布がθｔｔ（＝　１０　、　　
θ１＝３０ではＭ＝３．０　　θ〃＝１０、θ１＝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
がシ対物レンズの有効匝よシも大きくなシすぎ、光束の
ケラレが大きくなル、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
）、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間聴点）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
、低コストで光ピツクアップに用いた場合安定したトラ
ッ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、下記の東
件を満すように諸元を設定する。

ただしらは対物レンズの焦点距離、ＮＡｏは対物レンズ
の開口数を示す口 さらに、 ｌ　ｔａｎ　（α−β）ｌ　＜−１ｔａｎ　（α＋１月
　・・・・・・　シ）ただし　αはプリズムへの入射角
ｓ１ｎ　　（ｎ　ａｔｎβ〕 ｆｒｌＫ−を°示す。

（作用） スポット径はビーム匝がある程変以上大きくなるとほと
んど一定となる。一方、対物レンズ有効長でビームがク
ランることによって対物レンズを通過するビームはｑＰ
Ｅｉｉｉ波に近づき、スポット径は回折限界で与えられ
る直に近づいていく＠このため、対物レンズの有効径を
適当に選び、ビーム匝を適切にしてケラレ量をあるｍｍ
にすることＫよってスポット径はほぼ一定に抑えうれ、
光ピツクアップに用いればクロストークを減少させ、ト
ラッ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簑合面と予行方向のビーム匝
Ｂ／／　と対物レンズの有効径Φとは以下の関係となる
口 Φ＝　２　ｆＯＮＡ。

クランの割合Ｐは このクランの割合ＰＫ対するスポット径とトラック信号
の関係を第３図に示す。スポット径は図に破嶽で示すよ
うにその鏝小直は約０．９μｍであ夛、これより約１割
大きい１．０μｍ以下であればスポットは略円形とみる
ことができる・このためには、図からＰ）０．５５であ
ればよいことがわかる。θ力　＝１０でビーム整形をし
ないときはｆ（Ｂ＝　９　ｍｍ　　！６＝　４．３５　
ｍｍ　ＮＡＯ＝　０．５とすると１ｉｆｆｌＫ、４４１
で示ｆよ５ＫＰ＝０．３６になり、スポット１約１．２
μｍ　トラック信号５　Ｑｍｖでアシ、ｐ＝ｏ、ｓｓで
もビーム整形の効果が十分Ｋ１１ｌめられる・ 第４図はクランの割合Ｐと光利用効率、半導体レープの
パワー比の関係を示す。パワー比は記録のために必要な
パワーの下限値をＰ　＝　１．０８　（これはＭ−３，
０の場合の従来例に相幽する）のときをｌＫ、ＩＬＩ化
して示して６る◎この図でみるように、ＩＰ＝０．８で
は実巌で示す光の利用効率はｉｏ′ｆｂアップし、その
ため１点鎖巌で示されるパワー拡２０チ少なくてよいこ
ととなる。

従って、Ｍ　ＰＦ　（１）に示す０．５５　（Ｐ　（０
，８０範囲にあれば、従来技術に比して光利用効率の大
きな、はぼ円形スポットを形成するビーム整形光学系を
得ることが出来る。

更Ｋ、ビーム整形の倍率Ｍを適当に選ぶことによってプ
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ロ第８図Ｋｔｉ一般的なプリズ
ムビーム整形の光路図を示すが、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回屈折させると元ピックアップに組込む等、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、＠２面
１４ＫＦｉ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琳にす
る゛ことができる。

さて、＠７図の配ｔＫ＄Ｐいて、入射光１［１１のＶｋ
をψＪ１その入射角をα、屈折後の光束の径をＢＩ３、
屈折角をβとする＠＠２面に垂直に光束が射出するから
、プリズム３０頂角ｒと屈折角βは等しい。

屈折の法則から、プリズムの屈折率ｔ−ｎとすると ｓｉｎα＝Ｈ＊３ｉｎβ 倍率Ｍは Ｍ＝ｃｏａβ／（！Ｏ！ｌ　ａ 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。

従って条ｆ’Ｆ蓼）を満足すれば、反射率は１チ以下と
なシ、反射防止コートは不！になる。

α、βは、前出の式から ａ　＝　５ｉｎ＝　（ｎ　ｓｉｎβ〕 となることは明らかである。

（実施例） ｆｃ＝　９　ｍｍ　　　ｆＯ＝　４．５　ｍｍ　　ＮＡ
Ｏ＝　０．５０　　　　　　　　　　　　　　　　Ｑθ
ｙ７：　　１　０　　　　　　θ上＝　　３　　Ｏｎ＝
　１．５１　　（ＢＫ７）とすれば、条ｆ’１−（１）
は ＋”＋　１．５８（Ｍ　　（２，２９・・・・・・（３
）となる。

第１０図に＠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２ｔ−満たす＠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１していることがわかる。

第１１図は、プリズム３とＰＢＳｄを１体化して１つの
プリズムブロック１５とした例であｔ）、光学系の構成
が簡１１ＬＫ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ケだけ用いる簡略な構成でありながら、
半導体レーザの接合面と子桁な面方向内でのビームの拡
大倍率Ｍを、カップリングレンズ、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、略円形のスポットを得られるだけでなく、
プリズムへの反射防止コート金不要にし、コストを低下
させることが出来る。

また、このビーム竪形光学系を元ピックアップに用いれ
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。

【図面の簡単な説明】

ｖ４１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射出光強健分布図、第
３図はクランの割合Ｐとスポット匝、トラック信号の関
係図、第４図は同じくクランの割合Ｐと光利用効率、レ
ーザパワー比の関係図、Ｉ！５図は光ピツクアップ光学
系の１例の配置図、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図はク
ランの説明図、第１０図は倍率と反射率の関係図、第１
１図は別の実施例のプリズムの形を示す側面図であるり １：半導体レーザ　２：カップリングレンズ３．１５：
ビーム整形プリズム　４：偏光ビームスプリンタ　５：
１７４波長板　６：対物レンズ　７：光ディスク　９ニ
ドラツク １０ニスポツト　ｌｌ：入射光束　１２：射出光束 特許出願人　　昧式会仕　　リ　　コ　　−出願人代理
人　弁理士　佐　　藤　　文　　男（ほか１名） 第　　　１　　　図 算　　２　　図 射Ｗ角 第　　　３　　　図 （＠　　　　　　　　　　　ＩＩ　　　　４　　　　図
、、、　　　５　　　図　　　　　　　　　　　　　　
＠　　　６　　　国軍　　　８　　　図 １１Ｅ９　　　　図 Φ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザー、該レーザーからの光束を集光するカッ
   プリングレンズ、該レンズからの射出光束を半導体レー
   ザーのファーフィールドパターンの小さい方向の光束径
   を拡大するビーム整形光学素子を有するビーム整形光学
   系において、上記ビーム整形光学素子はプリズムであり
   、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 ０．５５≦［Ｍ・ｆｃ・ｓｉｎ（θ＿■／２）］／（ｆ
   ＿ｏ・ＮＡ＿ｏ）≦０．８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＿■：半導体レーザーの接合面に平行な方向の半値全
   幅 ｆ＿ｏ：対物レンズの焦点距離 ＮＡ＿ｏ：対物レンズの開口数