JPS63310194A - 半導体レ−ザ光コリメ−ト装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ光を利用した光情報処理装置において
使用される半導体レーザ光コリメート装置に関する。

〔従来の技術〕

光デイスク装置、レーザビームプリンタ、レーザ読み取
り装置等の光情報処理装置においては、平行光とされた
レーザ光が利用されるが、半導体レーザから出る光は、
１０〜３０度（半値全幅）程度の放射状の拡がり角を有
している。そこで、半導体レーザから出射される発散光
を平行光に変換しなければならず、そのために半導体レ
ーザ光コリメート装置を必要とする。

以下、従来の半導体レーザ光コリメート装置を、レーザ
光を光ディスク等の光学的情報担体に収束させる光ヘッ
ドを例に挙げて説明する。

従来の光ヘッドにおいては、第５図に示すように、半導
体レーザ１を出た光をコリメートレンズ２で平行光に変
換するが、このとき、半導体レーザ１とコリメートレン
ズの間隔を調整することにより、半導体レーザ１からの
発散光が平行光となるようにする。そして、このコリメ
ートレンズ２を出た光を、必要に応じて整形プリズム３
で整形し、偏光ビームスプリッタ４及び蚤波長板５を通
過させた後に、対物レンズ６により光デイスク７上に微
小なスポットとして収束させている。この光ディスク７
で反射した光は、ス波長板５及び偏光ビームスプリッタ
４により分離され、例えば、光検出器（図示せず）上に
収束され、情報信号又はサーボエラー信号として使用さ
れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この光学系においては、前述したように、半導体レーザ
１から出た光をコリメートレンズ２で平行光にするコリ
メート調整を必要とする。しかし、このコリメート調整
は、光ヘツド組立て時に非常に時間のかかる作業である
。特に、記録或いは消去用の光の場合にあっては、大出
力が要求されるため、開口数ＮＡの大きなコリメートレ
ンズが必要となる。しかし、開口数ＮＡが大きくなるに
つれて焦点深度ｄが浅くなる。なお、焦点深度ｄは、波
長をλとしたとき、±ｄ＝±λ／　（２（ＮＡ）２）で
ある。そのため、たとえば開口数ＮＡが０．５のときに
は、±ｄ＝±１．６μｍ（λ＝７８００ｍ）以下の精度
でコリメート調整を行うことが要求される。このような
高精度の調整は、熟練した技術を必要とし、しかも極め
て困難な作業である。

このような従来技術の問題点を解決する方法として、本
出願人はコリメートレンズに色収差を持たせると共に、
光ディスクからの反射光を一定の割合で半導体レーザに
戻すことを特願昭６１−２２４２７号で提案した。

この方法によれば、半導体レーザとコリメートレンズと
の間の距離の変動に対してはある程度対応できるが、光
ディスクの位置が結像位置からずれたり、光ディスクの
反射率が大きく変化すると、半導体レーザへの戻り光量
が大幅に変化するのでコリメート性能に変化を生じる場
合がある。

本発明は、上述の問題点を解決するために案出されたも
のであって、半導体レーザへの所定の戻り光量を確保す
ることにより、半導体レーザ光のコリメート調整を大幅
に簡素化すると共に安定したコリメート性能を得ること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の半導体レーザ光コリメート装置は、前記目的を
達成するため、単一縦モードの半導体レーザから出射し
た光を平行光に変換するコリメートレンズに色収差を持
たせると共に、前記コリメートレンズを出射した光の光
を前記半導体レーザへ戻すための反射平面を設けたこと
を特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、半導体レーザの光路に反射平面を設
けてコリメートレンズを出た光の光を半導体レーザへ戻
している。半導体レーザとコリメートレンズとの間隔が
変動した場合は、半導体レーザへの戻り光が最大となる
ように半導体レーザから出射される光の波長が変化する
。すなわち、コリメートレンズには色収差を持たせてい
るので波長の変化は焦点距離の変化となり、その結果、
自動的にコリメート調整が行われる。このとき、半導体
レーザへの戻り光量は、前記反射平面により一定量確保
されているので、半導体レーザからの光が照射される対
象、例えば、光ディスク等の反射状態の変化の影響を受
けない。したがって、安定した状態でコリメート調整の
自動化を実現できる。

〔実施例〕

実施例の説明に先立って、光デイスク用光ヘッドで発見
され、本発明の基礎となったセルフフォーカシング現象
について説明する。

第６図はそのセルフフォーカシング現象を説明する図で
ある。なお、図において斜線を引いたレンズは所定の色
収差を有するレンズである。

半導体レーザ１から出た光は、コリメートレンズ２によ
り平行光に調整された後、対物レンズ６ａにより光デイ
スク７上に収束される。このとき、対物レンズ６ａに所
定量の色収差があり、光ディスり７で反射した光の所定
量が半導体レーザ１に戻ると、同ＩＩ　（ａ）からＴｏ
）のように光ディスク７の位置がある範囲でずれてきて
も、対物レンズ６ａの色収差により半導体レーザ１の発
振波長が自動的にλ１からλ２に変化し、対物レンズ６
ａの焦点距離がｆｏ。

からｔｏ、となり、光デイスク７上に自動的に焦点が合
うという現象がある。

これがセルフフォーカシング現象と呼ばれるものであっ
て、この現象自体は第４６回応用物理学会学術講演会（
１９８５年秋）で中村等により報告されている（同講演
予稿集３Ｐ−Ｘ−９参照）。

ここで、波長が自動的に変化する理由は、次のように考
えられる。光ディスク７からの反射光が単一縦モードの
半導体レーザｌに戻ると、発振がマルチモード化するが
、光ディスク７に焦点が合ったときに、戻り光量が最大
となり安定にマルチモード化する。

一方、対物レンズ６ａに色収差をつけであるので波長に
よって結像位置が異なる。結果として、安定なマルチモ
ード発振を行うように、光デイスク７上に焦点の合う波
長の光が自動的に選択されるものと考えられる。

本発明は、このセルフフォーカシング現象をコリメート
調整に応用し、コリメート調整を自動化するものである
。

以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の特
徴を具体的に説明する。

第１図及び第２図は、本発明に係る半導体レーザ光コリ
メート装置の第１の実施例を示し、それぞれ、半導体レ
ーザとコリメートレンズとの距離が異なっている状態を
示している。

同図において、１は単一縦モードの半導体レーザ、　２
ａは所定の色収差を有するコリメートレンズ、８は所定
の反射率を有する反射平面である。なお図にふいて、斜
線が付されたコリメートレンズは色収差を有することを
示し、斜線が付された反射平面は所定の反射率を有する
ことを示す。

本実施例では、前述の第６図に示すセルフフォーカシン
グ現象における対物レンズ６ａの代わりにコリメートレ
ンズ２ａに一定量の色収差を持たせており、同現象にお
ける光デイスク７０代わりに反射平面８を用いて半導体
レーザ１に光を戻す構成としている。

このような構成とすることにより、セルフフォーカシン
グ現象に類似のセルフコリメーティング現象を以下のよ
うに実現する。

半導体レーザ１を出た光は、コリメートレンズ２ａを通
過後、所定の反射率を有する反射平面８を通過して出射
する。このとき、コリメートレンズ２ａに所定の色収差
があり、反射平面８で反射した光の一定量が半導体レー
ザ１に戻るため、第１図から第２図のように半導体レー
ザ１の位置がある範囲ずれていても、半導体レーザ１の
発振波長が自動的にλ、からλ２に変化し、コリメート
レンズ２ａの焦点距離がｆｃ、からｆｃ２に変化するた
め、コリメートレンズ２ａを出た光は自動的に平行光と
なって出射する。

ここで、波長が自動的に変化する理由は、次のように考
えられる。

反射平面８で反射した光が半導体レーザ１に戻ると、発
振はマルチモード化するが、コリメートレンズ２ａを出
た光が平行光束となるときに半導体レーザ１への戻り光
量が最大となり、最も安定にマルチモード化する。一方
、コリメートレンズ２ａに色収差をつけであるため、平
行光束となるときの光源の位置が波長によって異なって
いる。結果として、安定なマルチモード発振を行うよう
に、平行光束となる波長の光が自動的に選択されるもの
と考えられる。

次に、このようなコリメート装置を用いたときに、コリ
メート調整の精度がどの程度緩和されるかを測定した結
果を一例として示す。

開口数ＮＡが０．５で、物点の色収差量が１μｍ／ｎｍ
のコリメートレンズ２ａを用い、半導体レーザ１から出
た光の８％を反射平面８から半導体レーザ１に戻した。

その結果、半導体レーザ１とコリメートレンズ２ａとの
距離を最適位置から±１０μｍずらしても、コリメート
装置を出た光は平行光とみなすことができた。これに対
して従来構成のコリメート装置では、前述のように±１
．６μｍの範囲しか平行光と見なすことはできなかった
。

この対比から明らかなように、本実施例によるとき、コ
リメート調整に必要とされる位置決め精度が大幅に緩和
された。

なお、先に述べたように、セルフコリメーティング現象
を実現するために、コリメートレンズ２ａに色収差のあ
ることが必要である。しかし、色収差量が大きすぎると
、逆に色収差のために、コリメートレンズ２ａを出た光
が色分解してしまい、全体として平行光が得られない。

ここで、焦点深度２ｄ以内のずれに相当する光は、平行
光と見做すことができるから、色収差は２ｄ／Δλ以下
であればよい。但し、Δλは戻り光によってマルチモー
ド化したレーザ光の発振スペクトルの包絡線の半値幅で
ある。

また、本実施例において、反射平面８からの戻り光量を
変えながらコリメート調整に必要とされる精度の測定を
行った。その結果、充分な効果を得るためには、半導体
レーザ１の出射光量を基準として０．１％以上を反射平
面８から半導体レーザ１へ戻す必要があることが判った
。但し、反射光量を過大にすると本来のレーザ光の利用
効率が低下するため、上限を３０％程度とすることが実
用的である。

第３図は本発明の半導体レーザ光コリメート装置を光ヘ
ッドに適用した第２の実施例を示す。なお、同図におい
て、第５図で示した部品等に対応するものは同一の符番
で指示した。

第３図にふいて、半導体レーザ１を出た光は、所定の色
収差を有するコリメートレンズ２ａ及び整形プリズム３
を通過して所定の反射率を有する反射平板８ａに入射す
る。反射平板８ａによって光の一部は半導体レーザ１に
戻り、残りは偏光ビームスプリッタ４．Ａ波長板５及び
対物レンズ６を通過後、光デイスク７上に収束する。な
お、反射平板８ａは、たとえば、ガラスの表面に反射膜
をコーティングして形成することができる。

上述の構成とすることにより、第１図及び第２図に示す
実施例と同様に、半導体レーザ１９色収差を有するコリ
メートレンズ２ａ及び反射平板８ａによって前述のセル
フコリメーティング現象を実現することができる。

また、偏光ビームスプリッタ４とス波長板５とから構成
される光束分離手段によって、光ディスク７からの反射
光がセルフコリメーティング現象に外乱として影響する
ことを防止している。すなわち、光ディスク７からの反
射光は、半導体レーザ１には戻らないので、光ディスク
７の位置がフォーカス位置からずれたり、光ディスク７
の反射率が大きく変化した場合でもその影響はない。

したがって、第３図（ａ）、（ｂ）のように半導体レー
ザ１とコリメートレンズ２ａとの距離がある範囲で異な
っていても、コリメートレンズ２ａの焦点距離がｆｃ、
からｆｃ２に変化するため、コリメートレンズ２ａから
出た光は自動的に平行光となる。また、この作用は光デ
ィスク７の影響を受けない。

次に、このようなコリメート装置を用いたときに、コリ
メート調整の精度がどの程度緩和されるかを測定した結
果を一例として示す。

開口数ＮＡが０．５で物点の色収差量が１μｍ／ｎｍの
コリメートレンズ２ａを用い、半導体レーザ１から出た
光の７％を反射平板８ａから半導体レーザ１に戻した。

なお、反射平板８ａの反射率は１０％である。

その結果、半導体レーザ１とコリメートレンズ２ａとの
距離を最適位置から±１０μｍずらしても、コリメート
装置を出た光は平行光とみなすことができた。

本実施例においても、色収差量を大きくする程調整精度
が緩やかになること、また、充分な効果を得るためには
、色収差量として０．５μｍ／ｎｍ以上必要であること
が判った。また、充分な効果を得るためには、半導体レ
ーザ１の出射光量を基準として０．１％以上を反射平板
８ａから半導体レーザ１へ戻す必要があることが判った
。

第４図は、本発明の第３の実施例を示す。

本実施例が第２の実施例と異なる点は、独立の反射平板
８ａを設けるのではなく、偏光ビームスプリッタ４ａの
入射端面を反射平面８としたことである。なお、これは
偏光ビームスプリッタ４ａの入射端面に対して、ハーフ
ミラ−と同様なコーティングを行うことにより容易に実
現できる。

本実施例によれば、第６図に示す従来の光ヘッドに対し
て部品点数を増やすことなくセルフコリメーティングの
効果を得ることができる。

なお、反射平面の形成手段は上述の実施例に限られるも
のではなく、例えば、ビーム整形プリズム３の出射端面
を利用して反射平面を形成してもよい。

また、光束分離手段として、ビームスプリフタ。

ハーフミラ−等を使用してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、コリメートレンズ
からの光の光を反射平面で反射させ、色収差を有するコ
リメートレンズを通過して半導体レーザに戻しているの
で、戻り光量は反射平面により安定に確保される。した
がって、レーザ光が照射される光情報担体、例えば、光
ディスクからの反射光の影響を受けることなく、半導体
レーザからのレーザ光が常に平行光となるように半導体
レーザの波長が制御される。これにより、半導体レーザ
とコリメートレンズとの間のコリメート調整に必要とさ
れる精度が大幅に緩和され、機械精度によるコリメート
調整が可能となった。また、自動的にコリメート調整さ
れる範囲が広くなり、使用中に熱膨張や振動によって部
品位置が微妙に変化しても信頼性の高いコリメート光が
得られる。

更に、自動的にコリメート調整が行われるため、従来の
人手に頼ったコリメート調整と比べて、信頼性の高いコ
リメート光が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例である半導体レーザ光コ
リメート装置の構成図、第２図は半導体レーザとコリメ
ートレンズの間隔が変わった場合を示し、第３図は本発
明を光ヘッドに適用した第２の実施例の構成図、第４図
は本発明を光ヘッドに適用した第３の実施例の構成図、
第５図は従来の光ヘッドを示す構成図、第６図は本発明
の基礎となったセルフフォーカシング現象の原理を説明
する図である。 に半導体レーザ　　２，２ａ：コリメートレンズ３：整
形プリズム　　４，４ａ：偏光ビームスプリッタ５：ｙ
４波長板　　　　６．６ａ：対物レンズ７：光ディスク
　　　８：反射平面 ８ａ：反射平板 特許出願人　　富士ゼロックス株式会社代　　理　　人
　　　小　　堀　　　益　　（ほか２名）第　４　図 第５図 Ｏ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単一縦モードの半導体レーザから出射した光を平行
   光に変換するコリメートレンズに色収差を持たせると共
   に、前記コリメートレンズを出射した光の一部を前記半
   導体レーザへ戻すための反射平面を設けたことを特徴と
   する半導体レーザ光コリメート装置。 ２、前記コリメートレンズは、物点の色収差量が２ｄ／
   Δλ以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体レーザ光コリメート装置。 但し、ｄ：焦点深度 Δλ：戻り光によってマルチモード化したレーザ光の発
   振スペクトルの包絡線の半値幅 ３、前記反射平面から前記半導体レーザへ戻る光の量が
   、前記半導体レーザの出射光量に対して０．１％以上で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
   体レーザ光コリメート装置。