JP2613278B2 - フエーズロックされたダイオードレーザ・アレイを有する光学装置 - Google Patents
フエーズロックされたダイオードレーザ・アレイを有する光学装置Info
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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、フェーズロックされたダイオード・レーザ
・アレイとコリメータ・レンズとを有し、円形状に対称
の断面及び強度分布を持つ放射線ビームを得るための光
学装置に関する。この発明はまた、かかる光学装置を用
い、光ディスク・レコーダ及び／又は光ディスク・プレ
ーヤ又はレーザ・プリンタのような、情報媒体を走査す
るための装置に関する。
・アレイとコリメータ・レンズとを有し、円形状に対称
の断面及び強度分布を持つ放射線ビームを得るための光
学装置に関する。この発明はまた、かかる光学装置を用
い、光ディスク・レコーダ及び／又は光ディスク・プレ
ーヤ又はレーザ・プリンタのような、情報媒体を走査す
るための装置に関する。
ヨーロッパ特許出願第0,100,242号は、特別な種類の
複数の発光領域をもつ半導体レーザであるフェーズロッ
クされたダイオード・レーザ・アレイを有する光学装置
を開示している。フェーズロックされたダイオード・レ
ーザ・アレイは、単一の発光領域をもつダイオード・レ
ーザよりもかなり高い出力パワーを得ることができるた
めに多くの関心がある。多くの応用にとって、発光領域
からのすべての出力パワーをできるだけ高い効率で、単
体の円形状でしかも回折限界のスポットに集束させるこ
とが必要である。しかしながらこのような集束は、フェ
ーズロックされたレーザ・アレイの特殊な放射線パター
ンのために、高開口の対物レンズのみでは得ることが不
可能である。
複数の発光領域をもつ半導体レーザであるフェーズロッ
クされたダイオード・レーザ・アレイを有する光学装置
を開示している。フェーズロックされたダイオード・レ
ーザ・アレイは、単一の発光領域をもつダイオード・レ
ーザよりもかなり高い出力パワーを得ることができるた
めに多くの関心がある。多くの応用にとって、発光領域
からのすべての出力パワーをできるだけ高い効率で、単
体の円形状でしかも回折限界のスポットに集束させるこ
とが必要である。しかしながらこのような集束は、フェ
ーズロックされたレーザ・アレイの特殊な放射線パター
ンのために、高開口の対物レンズのみでは得ることが不
可能である。
Ｎ個の発光領域を持つようなレーザ・アレイはＮ個の
いわゆるスーパーモードで放射し、そしてレーザ・アレ
イ自体はその闘値電流が最小である１つ又は複数のスー
パーモードを選択する。闘値電流は、レーザ発振させる
ためにｐ−ｎ接合層に直交する方向に流す電流の値であ
る。特別な内部構成を持つダイオード・アレイは１つの
スーパーモードにおいて放射する。実際の使用に対して
最も興味深いモードは、均一な近フィールド波面を持つ
基本的な、すなわち零次のシングルローブ・スーパーモ
ード、及び高い安定性を示す最高次のダブルローブ・ス
ーパーモードである。
いわゆるスーパーモードで放射し、そしてレーザ・アレ
イ自体はその闘値電流が最小である１つ又は複数のスー
パーモードを選択する。闘値電流は、レーザ発振させる
ためにｐ−ｎ接合層に直交する方向に流す電流の値であ
る。特別な内部構成を持つダイオード・アレイは１つの
スーパーモードにおいて放射する。実際の使用に対して
最も興味深いモードは、均一な近フィールド波面を持つ
基本的な、すなわち零次のシングルローブ・スーパーモ
ード、及び高い安定性を示す最高次のダブルローブ・ス
ーパーモードである。
ダイオード・レーザ・アレイの理論においては、“近
フィールド分布”及び“遠フィールド分布”という用語
が使用される。近フィールド位相一又は強度分布は、ダ
イオード・レーザ・アレイの出射端面か又はこの出射端
面に共役な平面における分布である。遠フィールド位相
一又は強度分布はそのアレイの個々のスリット状発光領
域から放射する個々のビームの干渉の結果である。遠フ
ィールド分布はレーザの出射端面から或る距離の位置に
形成される。
フィールド分布”及び“遠フィールド分布”という用語
が使用される。近フィールド位相一又は強度分布は、ダ
イオード・レーザ・アレイの出射端面か又はこの出射端
面に共役な平面における分布である。遠フィールド位相
一又は強度分布はそのアレイの個々のスリット状発光領
域から放射する個々のビームの干渉の結果である。遠フ
ィールド分布はレーザの出射端面から或る距離の位置に
形成される。
本願において近一及び遠一フィールドは、側方平面、
すなわち、放射線パターンの軸を通り且つｐ−ｎ接合層
に平行な平面でのフィールドに対して適用される。ｐ−
ｎ接合層に直交し且つ前記軸を通しての平面は横断状平
面である。
すなわち、放射線パターンの軸を通り且つｐ−ｎ接合層
に平行な平面でのフィールドに対して適用される。ｐ−
ｎ接合層に直交し且つ前記軸を通しての平面は横断状平
面である。
フェーズロックされたダイオードレーザ・アレイから
単一つの円形状スポットを得るために、ヨーロッパ特許
出願第0,100,242号では、１つ又はそれ以上の円筒状レ
ンズと、レーザ出射端面の像平面又はその共役な平面の
位置に配置されてた制限用開口からなる空間フィルタを
使用することを提案している。空間フィルタは、ローブ
の１つを選択するためのものであり、ビームが非常に小
さい側方ビームウエスト平面に配置されるために、その
寸法及び配置位置に関してきびしい精度が要求される。
また、円筒状レンズの使用はいくつかの不都合を生じ
る。円筒状レンズは、装置の光軸との位置合わせにきび
しい精度が要求される。光軸に対する円筒状レンズの小
さな傾き又はズレはこのレンズの光学的作用に大きく影
響する。更に、ビームを拡大するために円筒状レンズを
光学系に導入すると、その系の光学路長が増大する。２
つの円筒状レンズの場合、その倍率は焦点距離の商に比
例する。光学的焦点距離が減少されると、球面収差が生
じる。かかる収差の修正された円筒状レンズは安価に入
手できない。
単一つの円形状スポットを得るために、ヨーロッパ特許
出願第0,100,242号では、１つ又はそれ以上の円筒状レ
ンズと、レーザ出射端面の像平面又はその共役な平面の
位置に配置されてた制限用開口からなる空間フィルタを
使用することを提案している。空間フィルタは、ローブ
の１つを選択するためのものであり、ビームが非常に小
さい側方ビームウエスト平面に配置されるために、その
寸法及び配置位置に関してきびしい精度が要求される。
また、円筒状レンズの使用はいくつかの不都合を生じ
る。円筒状レンズは、装置の光軸との位置合わせにきび
しい精度が要求される。光軸に対する円筒状レンズの小
さな傾き又はズレはこのレンズの光学的作用に大きく影
響する。更に、ビームを拡大するために円筒状レンズを
光学系に導入すると、その系の光学路長が増大する。２
つの円筒状レンズの場合、その倍率は焦点距離の商に比
例する。光学的焦点距離が減少されると、球面収差が生
じる。かかる収差の修正された円筒状レンズは安価に入
手できない。
本発明の目的は、コンパクトで、しかも収差のない回
折限界の放射線スポットが得られることを可能にした光
学装置及びそれを用いた装置を提供するにある。
折限界の放射線スポットが得られることを可能にした光
学装置及びそれを用いた装置を提供するにある。
本発明の光学装置は、光軸を通り且つｐ−ｎ接合層に
平行な側方平面内で入射放射線の軸に関して傾斜した入
射端面及び出射放射線の軸に直交している出射端面を持
つ少なくとも１つのプリズムからなるプリズム系と、レ
ーザ・アレイの側方遠フィールドに配置された空間フィ
ルタとが、この順序でコリメータレンズの後方に配列さ
れていることを特徴としている。
平行な側方平面内で入射放射線の軸に関して傾斜した入
射端面及び出射放射線の軸に直交している出射端面を持
つ少なくとも１つのプリズムからなるプリズム系と、レ
ーザ・アレイの側方遠フィールドに配置された空間フィ
ルタとが、この順序でコリメータレンズの後方に配列さ
れていることを特徴としている。
プリズム系は、入射ビームを横方向に広げ、出射ビー
ムの側方幅をその横断状幅に等しくする。空間フィルタ
は望ましくないローブを阻止し、そして拡大されて選択
されたローブのみを取り出す。空間フィルタは、遠フィ
ールドに配置されるために、その寸法及び配置位置の精
度は左程厳格でない。このプリズム系は、そのアナモル
フィック機能の外に、ビームの非点収差を補正する効果
をも持つている。球面状のコリメータ・レンズは、この
レンズから出射される放射線がなおも幾らかの波面球形
を持つように配置されている。発散又は収束ビームがプ
リズムを通過するとき、このプリズムはそのビームに対
して非点収差を分け与えることになる。このプリズムの
非点収差の効果は、ダイオードレーザ・アレイの非点収
差を修正するために使用される。
ムの側方幅をその横断状幅に等しくする。空間フィルタ
は望ましくないローブを阻止し、そして拡大されて選択
されたローブのみを取り出す。空間フィルタは、遠フィ
ールドに配置されるために、その寸法及び配置位置の精
度は左程厳格でない。このプリズム系は、そのアナモル
フィック機能の外に、ビームの非点収差を補正する効果
をも持つている。球面状のコリメータ・レンズは、この
レンズから出射される放射線がなおも幾らかの波面球形
を持つように配置されている。発散又は収束ビームがプ
リズムを通過するとき、このプリズムはそのビームに対
して非点収差を分け与えることになる。このプリズムの
非点収差の効果は、ダイオードレーザ・アレイの非点収
差を修正するために使用される。
更に好ましいことに、プリズム系の上記少なくとも１
つのプリズムは、その入射端面に対向する頂角が90度で
あることを特徴としている。かかるプリズムは、頂角が
90度と異なっているプリズムよりも容易に製作できる
し、更に、光学装置の組立に際してプリズムの位置ぎめ
を簡単にする。
つのプリズムは、その入射端面に対向する頂角が90度で
あることを特徴としている。かかるプリズムは、頂角が
90度と異なっているプリズムよりも容易に製作できる
し、更に、光学装置の組立に際してプリズムの位置ぎめ
を簡単にする。
空間フィルタは、プリズム系の最後のプリズムの後方
に配列されたダイヤフラムによって構成されても良い。
好ましくは、空間フィルタが、プリズム系の最後のプリ
ズムの出射端面上に中心状円形開口を除いて黒い被覆を
形成することによって構成するのが良い。この場合、別
個のダイヤフラムを必要としないので、光学ユニットが
簡単になり、作り易くなる。
に配列されたダイヤフラムによって構成されても良い。
好ましくは、空間フィルタが、プリズム系の最後のプリ
ズムの出射端面上に中心状円形開口を除いて黒い被覆を
形成することによって構成するのが良い。この場合、別
個のダイヤフラムを必要としないので、光学ユニットが
簡単になり、作り易くなる。
また、空間フィルタを、プリズム系の最後のプリズム
の境界によって構成しても同じ利点が得られる。
の境界によって構成しても同じ利点が得られる。
レーザアレイ結合光学系を、ダイオードレーザ・アレ
イの放射線が回折限界のスポットに集束される光学装置
で用いる場合、空間フィルタはその装置のスポット形成
用レンズの入射ひとみによって構成されても良い。
イの放射線が回折限界のスポットに集束される光学装置
で用いる場合、空間フィルタはその装置のスポット形成
用レンズの入射ひとみによって構成されても良い。
前に述べたように、プリズム系は唯１つのプリズムか
ら構成しても良い。しかしながら、かかるプリズムは、
出射ビームの軸がその入射放射線の軸方向とは異なる方
向になる。得に、光学的記録担体を記録及び／又は読み
出すための装置において使用されるべき光学装置に対し
て、これは適当でない。というのは、この場合、その光
学装置を小さな断面の管状の保持具へと収容することが
好ましいためである。
ら構成しても良い。しかしながら、かかるプリズムは、
出射ビームの軸がその入射放射線の軸方向とは異なる方
向になる。得に、光学的記録担体を記録及び／又は読み
出すための装置において使用されるべき光学装置に対し
て、これは適当でない。というのは、この場合、その光
学装置を小さな断面の管状の保持具へと収容することが
好ましいためである。
それ故、プリズム系が２つのプリズムを含み、以っ
て、最後のプリズムの出射端面が第１のプリズム上に入
射する放射線の軸に直交しているのがより好ましい。
て、最後のプリズムの出射端面が第１のプリズム上に入
射する放射線の軸に直交しているのがより好ましい。
従って、最後のプリズムから出射するビームの軸はプ
リズム系への入射放射線の軸に平行にあり、そしてその
ビーム拡大は１つのプリズムからなる系におけるよりも
大きくでき、このことはダイオードレーザ・アレイが増
大された数の放射用スリットを含み、結果的に増大され
た横断−側方遠フィールド・ビーム寸法商を含むときに
重要である。他方、同じ側方ビーム拡大のために１つに
代って２つのプリズムを使用すると、各プリズムの拡大
率は半分にできるので、それらのプリズムの配置及び公
差についての要件は厳しくない。
リズム系への入射放射線の軸に平行にあり、そしてその
ビーム拡大は１つのプリズムからなる系におけるよりも
大きくでき、このことはダイオードレーザ・アレイが増
大された数の放射用スリットを含み、結果的に増大され
た横断−側方遠フィールド・ビーム寸法商を含むときに
重要である。他方、同じ側方ビーム拡大のために１つに
代って２つのプリズムを使用すると、各プリズムの拡大
率は半分にできるので、それらのプリズムの配置及び公
差についての要件は厳しくない。
更に改良された実施例では、４つのプリズムを含む、
以って、側方平面において第２及び第４のプリズムの出
射端面が第１のプリズム上に入射する放射線の軸に直交
していることを特徴としている。
以って、側方平面において第２及び第４のプリズムの出
射端面が第１のプリズム上に入射する放射線の軸に直交
していることを特徴としている。
この実施例において、出射ビームの軸は第１のプリズ
ム上に入射する放射線の軸の方向に延在している。
ム上に入射する放射線の軸の方向に延在している。
本発明は、光学的記録担体を光学的に記録するための
装置において好都合に使用でき、そして相対的に高い記
録強度のために、記録されるべき情報に従って強度変調
される放射線スポットを発生するための光学ヘッドを含
んでいる。この装置は、その光学ヘッドが前に記述した
ような光学系とそしてこの光学系からのビームを記録担
体上で回折限界のスポットへと集束させるための対物レ
ンズとを含んでいる。
装置において好都合に使用でき、そして相対的に高い記
録強度のために、記録されるべき情報に従って強度変調
される放射線スポットを発生するための光学ヘッドを含
んでいる。この装置は、その光学ヘッドが前に記述した
ような光学系とそしてこの光学系からのビームを記録担
体上で回折限界のスポットへと集束させるための対物レ
ンズとを含んでいる。
本発明は、記録担体を読み出すための装置においても
使用でき、記録担体を走査するための放射線スポットが
発生される光学ヘッドを含んでいる。この装置は、その
光学ヘッドが前に記述したような光学系とそしてこの光
学系からのビームをその記録担体上で回折限界の丸いス
ポットへと集束させるための対物レンズとを含んでいる
ことを特徴としている。
使用でき、記録担体を走査するための放射線スポットが
発生される光学ヘッドを含んでいる。この装置は、その
光学ヘッドが前に記述したような光学系とそしてこの光
学系からのビームをその記録担体上で回折限界の丸いス
ポットへと集束させるための対物レンズとを含んでいる
ことを特徴としている。
本発明は、第１の方向において移動可能な記録媒体担
体とそしてその第１の方向に直交せる第２の方向に沿っ
て放射線ビームを走査させるためのビーム偏向装置とを
含み、記録媒体上に情報をレーザ・プリントするための
装置においても好都合に使用できる。この装置は、ビー
ムを発生するための前に記述したような光学系とそして
この光学系からのビームを記録媒体上において回折限界
の放射線スポットへと集束させるための対物レンズとを
含んでいることを特徴としている。
体とそしてその第１の方向に直交せる第２の方向に沿っ
て放射線ビームを走査させるためのビーム偏向装置とを
含み、記録媒体上に情報をレーザ・プリントするための
装置においても好都合に使用できる。この装置は、ビー
ムを発生するための前に記述したような光学系とそして
この光学系からのビームを記録媒体上において回折限界
の放射線スポットへと集束させるための対物レンズとを
含んでいることを特徴としている。
３つの述べられた装置は更に、その光学系の空間フィ
ルタが対物レンズの入口ひとみによって構成されること
を特徴としている。
ルタが対物レンズの入口ひとみによって構成されること
を特徴としている。
〔実施例〕 第１図は、多数の発光領域をもつ半導体レーザ・ユニ
ット、いわゆるフェーズロックされたダイオードレーザ
・アレイを概略的に示す傾斜図である。このレーザ・ユ
ニット10は、ｐ型材料の第１の層11と、ｎ型材料の第２
の層12と、中間層13すなわちｐ−ｎ接合層とを含み、レ
ーザ作用は、或る闘値以上の電流がそのレーザ・ユニッ
トを通してＺ方向に印加されるときに生じる。レーザ放
射線はｐ−ｎ接合層13の第１の端面14を通して発散し、
そしてＹ方向に伝搬する。この放射線は、側方平面と呼
ばれているXY平面においては第１の小さな発散を示し、
横断状平面と呼ばれるYZ平面において第２の大きな発散
を示す。
ット、いわゆるフェーズロックされたダイオードレーザ
・アレイを概略的に示す傾斜図である。このレーザ・ユ
ニット10は、ｐ型材料の第１の層11と、ｎ型材料の第２
の層12と、中間層13すなわちｐ−ｎ接合層とを含み、レ
ーザ作用は、或る闘値以上の電流がそのレーザ・ユニッ
トを通してＺ方向に印加されるときに生じる。レーザ放
射線はｐ−ｎ接合層13の第１の端面14を通して発散し、
そしてＹ方向に伝搬する。この放射線は、側方平面と呼
ばれているXY平面においては第１の小さな発散を示し、
横断状平面と呼ばれるYZ平面において第２の大きな発散
を示す。
ｐ−ｎ接合層13は、中間ストライプによって互いに分
離されている多くの放射線ガイドストライプ131,132な
どを含んでいる。簡略化のために、第１図では、４つの
ガイドストライプだけが示されているが、それらの数は
10又はそれ以上になる。例えば、1984年６月号、“Lase
r Focus/Electro−Optics"において、W.ストレイファそ
の他によって提出された文献、“Phased Arrey Diode L
asevs"から周知のように、フェーズロックされたレーザ
・アレイは、シングルストライプのダイオード・レーザ
に対してかなり増大されたパワーの出力の利点を有す
る。故に、このレーザ・ユニット10は光ディスクのよう
な光記録媒体又はレーザ・プリンタの記録媒体上に情報
を記録するのに非常に良く適している。個々のストライ
プからのすべての放射線は、単体でかつ円形な回折限界
のスポットに集束される必要がある。ダイオードレーザ
・アレイの特別な放射線パターンのために、放射線をコ
リメートする第１のレンズとその放射線を集束させる第
２のレンズとの組合せの外に付加的な光学素子すなわち
エレメントが必要である。
離されている多くの放射線ガイドストライプ131,132な
どを含んでいる。簡略化のために、第１図では、４つの
ガイドストライプだけが示されているが、それらの数は
10又はそれ以上になる。例えば、1984年６月号、“Lase
r Focus/Electro−Optics"において、W.ストレイファそ
の他によって提出された文献、“Phased Arrey Diode L
asevs"から周知のように、フェーズロックされたレーザ
・アレイは、シングルストライプのダイオード・レーザ
に対してかなり増大されたパワーの出力の利点を有す
る。故に、このレーザ・ユニット10は光ディスクのよう
な光記録媒体又はレーザ・プリンタの記録媒体上に情報
を記録するのに非常に良く適している。個々のストライ
プからのすべての放射線は、単体でかつ円形な回折限界
のスポットに集束される必要がある。ダイオードレーザ
・アレイの特別な放射線パターンのために、放射線をコ
リメートする第１のレンズとその放射線を集束させる第
２のレンズとの組合せの外に付加的な光学素子すなわち
エレメントが必要である。
例えば、1984年６月発行、“Laser Focus/Electro−O
ptics"における上述の文献から周知のように、Ｎ個の発
光領域をもつレーザアレイはＮ個のスーパーモードで放
射し、そして特別な内部構造を持つレーザ・アレイはそ
れ自体、その闘値電流を最小にするためにそれらスーパ
ーモードのうちの１つを選択する。本発明は、基本的
な、すなわち、零次のスーパーモードで放射するダイオ
ードレーザ・アレイに対して特に有利である。零次スー
パーモードでは、レーザ放射領域のすべてからの放射線
が同相にあり、その近フィールド位相分布、すなわち、
波面が均一であるために、実用性に優んでいる。その近
フィールドは、レーザアレイの出射端面14におけるフィ
ールドであり、第2a図に示されているように、偏平な波
面WFが入射する格子ｇと見倣される。放射線ストライプ
の個々の副ビームは、コリメータ・レンズの入射ひとみ
における遠フィールドにおいて、干渉パターン、すなわ
ち、強度分布を形成するように互いに干渉する。
ptics"における上述の文献から周知のように、Ｎ個の発
光領域をもつレーザアレイはＮ個のスーパーモードで放
射し、そして特別な内部構造を持つレーザ・アレイはそ
れ自体、その闘値電流を最小にするためにそれらスーパ
ーモードのうちの１つを選択する。本発明は、基本的
な、すなわち、零次のスーパーモードで放射するダイオ
ードレーザ・アレイに対して特に有利である。零次スー
パーモードでは、レーザ放射領域のすべてからの放射線
が同相にあり、その近フィールド位相分布、すなわち、
波面が均一であるために、実用性に優んでいる。その近
フィールドは、レーザアレイの出射端面14におけるフィ
ールドであり、第2a図に示されているように、偏平な波
面WFが入射する格子ｇと見倣される。放射線ストライプ
の個々の副ビームは、コリメータ・レンズの入射ひとみ
における遠フィールドにおいて、干渉パターン、すなわ
ち、強度分布を形成するように互いに干渉する。
このパターンは第2b図に示されており、図において、
Ｉは強度であり、θはそのシステムの光軸に対する遠フ
ィールドでの角度位置である。遠フィールド・パターン
は、λを放射線の波長、Ｄを回折格子の期間とすると、
λ/Dとシングルストライプの放射線パターンとの積によ
って与えられる。側方平面における強度パターンは、中
心の主ローブと、その主ローブの両側の多くの側ローブ
とから構成されている。FWHM、すなわち、その最大強度
の1/e2である強度におけるローブの幅Weは、Ｎを放射ス
トライプの数とすると、 によって与えられる。横断状平面において、遠フィール
ド分布は唯１つの広いローブを持っている。
Ｉは強度であり、θはそのシステムの光軸に対する遠フ
ィールドでの角度位置である。遠フィールド・パターン
は、λを放射線の波長、Ｄを回折格子の期間とすると、
λ/Dとシングルストライプの放射線パターンとの積によ
って与えられる。側方平面における強度パターンは、中
心の主ローブと、その主ローブの両側の多くの側ローブ
とから構成されている。FWHM、すなわち、その最大強度
の1/e2である強度におけるローブの幅Weは、Ｎを放射ス
トライプの数とすると、 によって与えられる。横断状平面において、遠フィール
ド分布は唯１つの広いローブを持っている。
主遠フィールド側面ローブは、レーザ端面から小さな
距離でレーザ内に位置するビームウエスト、すなわち、
仮想の原点を持っている。単一つのスポットは、その側
ローブが光学系の外側に遷移しそして主ローブのみがこ
の光学系を通過するようにその放射線パターンが拡張さ
れるときに得られる。これは遠フィールドにおける空間
フィルタ作用と呼ばれる。また、側ローブのマスキング
は、スポット形成用レンズの開口数（numerical apertu
re）の減少と見做され、このレンズの分解力は、レーザ
アレイの放射用ストライプ間の中間ストライプを弁別す
るのには小さ過ぎる。この空間フィルタ作用により、主
ローブと他のローブとの間での干渉が回避される。
距離でレーザ内に位置するビームウエスト、すなわち、
仮想の原点を持っている。単一つのスポットは、その側
ローブが光学系の外側に遷移しそして主ローブのみがこ
の光学系を通過するようにその放射線パターンが拡張さ
れるときに得られる。これは遠フィールドにおける空間
フィルタ作用と呼ばれる。また、側ローブのマスキング
は、スポット形成用レンズの開口数（numerical apertu
re）の減少と見做され、このレンズの分解力は、レーザ
アレイの放射用ストライプ間の中間ストライプを弁別す
るのには小さ過ぎる。この空間フィルタ作用により、主
ローブと他のローブとの間での干渉が回避される。
側方平面では、主ローブの原点がレーザ端面よりレー
ザ内に位置し、他方、横断状平面でのこの点はレーザ端
面にあるために、そのローブ及び全体としてのレーザア
レイ放射線は、ゲインガイド型のシングルエミッタダイ
オード・レーザと類似した非点収差を示す。単一つの収
差のない回折限界のスポットを得るためには、この非点
収差が除去されなければならない。
ザ内に位置し、他方、横断状平面でのこの点はレーザ端
面にあるために、そのローブ及び全体としてのレーザア
レイ放射線は、ゲインガイド型のシングルエミッタダイ
オード・レーザと類似した非点収差を示す。単一つの収
差のない回折限界のスポットを得るためには、この非点
収差が除去されなければならない。
レーザアレイは線状の発光領域であって、例えば10個
の発光領域をもつアレイは例えば40μｍ×２μｍの大き
さとなる。ダイオードレーザ・アレイから放出される合
成ビームの開口は、側方平面においては比較的小さく、
そして横断状平面においては比較的大きい。合成された
放射線ビームは楕円状断面を持ち、そして丸いスポット
を得るためには、その断面が円形になるようにそのビー
ムを再整形する必要がある。
の発光領域をもつアレイは例えば40μｍ×２μｍの大き
さとなる。ダイオードレーザ・アレイから放出される合
成ビームの開口は、側方平面においては比較的小さく、
そして横断状平面においては比較的大きい。合成された
放射線ビームは楕円状断面を持ち、そして丸いスポット
を得るためには、その断面が円形になるようにそのビー
ムを再整形する必要がある。
本発明によると、フェーズロックされたレーザアレイ
の放射線は、側方平面における放射線パターンを拡大し
そして好ましい、例えば基本的なスーパーモードを濾波
することによって単体の、丸くてそして回折限界の放射
線スポットを形成するのに適するビームへと変換され、
以って、拡大、ビーム整形及び非点収差良除去の機能が
１つの同じプリズム系によって行われる。
の放射線は、側方平面における放射線パターンを拡大し
そして好ましい、例えば基本的なスーパーモードを濾波
することによって単体の、丸くてそして回折限界の放射
線スポットを形成するのに適するビームへと変換され、
以って、拡大、ビーム整形及び非点収差良除去の機能が
１つの同じプリズム系によって行われる。
２つのローブを持つ最高次スーパーモードで放射する
フェーズロックされたダイオードレーザアレイを有し、
そこでの隣接ストライプが180度の位相差を持っている
装置において、その放射線路には、180度及び０度の位
相遷移をそれぞれ与える第１及び第２の領域を交互に配
列した位相板が配置される。そこでは、２つの中心ロー
ブに代って１つの中心ローブを持つ放射線パターンが得
られる。この放射線パターンからは、単体の、丸くてそ
して回折限界の放射線スポットが本発明を使用すること
によって得られる。
フェーズロックされたダイオードレーザアレイを有し、
そこでの隣接ストライプが180度の位相差を持っている
装置において、その放射線路には、180度及び０度の位
相遷移をそれぞれ与える第１及び第２の領域を交互に配
列した位相板が配置される。そこでは、２つの中心ロー
ブに代って１つの中心ローブを持つ放射線パターンが得
られる。この放射線パターンからは、単体の、丸くてそ
して回折限界の放射線スポットが本発明を使用すること
によって得られる。
本発明は、中心ローブが選択される場合に限定される
ものではなく、他の放射線モードが選択されるダイオー
ドレーザ・アレイに対しても使用される。更に、このダ
イオードレーザ・アレイはインデックスガイド型か又は
ゲインガイド型である。
ものではなく、他の放射線モードが選択されるダイオー
ドレーザ・アレイに対しても使用される。更に、このダ
イオードレーザ・アレイはインデックスガイド型か又は
ゲインガイド型である。
第3a図及び第3b図は、本発明の光学系の第１の実施例
を側方断面及び横断状断面においてそれぞれ示してい
る。図において、10は案内用ストライプ13を持つダイオ
ードレーザ・アレイである。このアレイから放出される
合成された放射線ビームｂはその側方平面における開口
角γ１とこの平面における原点01とを持っているが、他
方、横断状平面においてこの角はγ２でありそして原点
は02である。01と02との間における距離Δｙは非点収差
的距離である。合成されたビームの放射線路にはレンズ
17が、次のように、つまり、それが横断状平面において
そのビームを近似的にコリメートするように配列されて
いる。しかしながら、側方平面において、レンズ17を通
過後のビームの波面は、この平面における原点01の遷移
Δｙによって一層弯曲される。コリメータレンズ17の背
後には、プリズム20が配列されている。横断状平面にお
いて、このプリズム20は、コリメートされたビームがそ
のプリズムの入射端面21及び出射端面22に対してほぼ直
交しているために、ビームはほとんど影響を受けない。
しかしながら、側方平面において、その入射端面23はビ
ームの軸ｈと角度αをなして配列されている。入射端面
23において、その屈折は、そのビームが角度αに依存し
て広げられるように生じる。これは、レーザアレイ放射
線の遠フィールド放射線パターンが広げられることを意
味し、第3a図の上部には光軸に沿った異なる位置におけ
る遠フィールド・パターンが例示されている。プリズム
20の背後には、ダイヤフラム19が配置されている。この
ダイヤフラム19の開口とプリズム20の配向及びパラメー
タとは、そのダイヤフラムが例えばその放射線パターン
の中心ローブl0のみを通過させそして側ローブl1,l1′
などのすべてを阻止するように互いに適合されている。
を側方断面及び横断状断面においてそれぞれ示してい
る。図において、10は案内用ストライプ13を持つダイオ
ードレーザ・アレイである。このアレイから放出される
合成された放射線ビームｂはその側方平面における開口
角γ１とこの平面における原点01とを持っているが、他
方、横断状平面においてこの角はγ２でありそして原点
は02である。01と02との間における距離Δｙは非点収差
的距離である。合成されたビームの放射線路にはレンズ
17が、次のように、つまり、それが横断状平面において
そのビームを近似的にコリメートするように配列されて
いる。しかしながら、側方平面において、レンズ17を通
過後のビームの波面は、この平面における原点01の遷移
Δｙによって一層弯曲される。コリメータレンズ17の背
後には、プリズム20が配列されている。横断状平面にお
いて、このプリズム20は、コリメートされたビームがそ
のプリズムの入射端面21及び出射端面22に対してほぼ直
交しているために、ビームはほとんど影響を受けない。
しかしながら、側方平面において、その入射端面23はビ
ームの軸ｈと角度αをなして配列されている。入射端面
23において、その屈折は、そのビームが角度αに依存し
て広げられるように生じる。これは、レーザアレイ放射
線の遠フィールド放射線パターンが広げられることを意
味し、第3a図の上部には光軸に沿った異なる位置におけ
る遠フィールド・パターンが例示されている。プリズム
20の背後には、ダイヤフラム19が配置されている。この
ダイヤフラム19の開口とプリズム20の配向及びパラメー
タとは、そのダイヤフラムが例えばその放射線パターン
の中心ローブl0のみを通過させそして側ローブl1,l1′
などのすべてを阻止するように互いに適合されている。
かくして、対物レンズ18によって単一つのスポットＶ
に集束されるような分布を持つビームが得られる。レン
ズひとみが適切に満たされるようにこのレンズ18の開口
数をそのビーム断面に対して適合させることにより、最
小寸法を持つ回折限界のスポットが得られる。
に集束されるような分布を持つビームが得られる。レン
ズひとみが適切に満たされるようにこのレンズ18の開口
数をそのビーム断面に対して適合させることにより、最
小寸法を持つ回折限界のスポットが得られる。
側方平面におけるビームの拡大は、この平面における
ビーム寸法が横断状平面におけるものに等しくなるよう
に設定されているので、プリズム20を出射したビームは
円形の断面を持ち、結果的に、スポットＶは丸くなる。
ビーム寸法が横断状平面におけるものに等しくなるよう
に設定されているので、プリズム20を出射したビームは
円形の断面を持ち、結果的に、スポットＶは丸くなる。
特に、側方平面において、スキュー・プリズムを通過
するビームはコリメートされないために、プリズム20は
そのビームに対して非点収差を分け与える。それは、こ
の非点収差がダイオードレーザ・アレイ10の非点収差を
補償するように配列されるので、プリズム20からのビー
ムの波面は、側方及び横断状平面において同じ曲率を有
している。
するビームはコリメートされないために、プリズム20は
そのビームに対して非点収差を分け与える。それは、こ
の非点収差がダイオードレーザ・アレイ10の非点収差を
補償するように配列されるので、プリズム20からのビー
ムの波面は、側方及び横断状平面において同じ曲率を有
している。
プリズム20の面24と25との間での角度βは任意の値を
持つことができる。実際の場合において、この角度は、
製作及び組立の容易さからして、90度であるのが好まし
い。このことは、以下に記述されるプリズム系の他の実
施例に対してもあてはまる。
持つことができる。実際の場合において、この角度は、
製作及び組立の容易さからして、90度であるのが好まし
い。このことは、以下に記述されるプリズム系の他の実
施例に対してもあてはまる。
こうした実施例の第１のものは、側方及び横断状断面
においてそれぞれ第4a図及び第4b図に示され、そして２
つのプリズム30及び34を含んでいる。第２のプリズム34
を使用することにより、入射放射線の軸ｈに平行になる
ように、軸ｈ′を曲げ戻すのを可能にする。本実施例で
は光学系の横断状寸法は減少され、それは、その光学系
が光ディスク・レコーダ／プレーヤにおいて使用される
ときに特に重要である。更に、第4a図及び第4b図の実施
例において、各プリズムに対して、そのプリズムのビー
ム拡幅度は小さくて良い。
においてそれぞれ第4a図及び第4b図に示され、そして２
つのプリズム30及び34を含んでいる。第２のプリズム34
を使用することにより、入射放射線の軸ｈに平行になる
ように、軸ｈ′を曲げ戻すのを可能にする。本実施例で
は光学系の横断状寸法は減少され、それは、その光学系
が光ディスク・レコーダ／プレーヤにおいて使用される
ときに特に重要である。更に、第4a図及び第4b図の実施
例において、各プリズムに対して、そのプリズムのビー
ム拡幅度は小さくて良い。
第5a図及び第5b図は、４つのプリズム38,39,40及び41
を持つ光学系の実施例を示している。各プリズムに対し
て必要とされるビーム拡幅度が一層減少される上に、こ
の実施例は出射放射線の軸ｈ′が入射放射線の軸ｈと一
致するので、プリズム系が小さい断面を持つ管状の保持
具に収容されるという利点を持っている。
を持つ光学系の実施例を示している。各プリズムに対し
て必要とされるビーム拡幅度が一層減少される上に、こ
の実施例は出射放射線の軸ｈ′が入射放射線の軸ｈと一
致するので、プリズム系が小さい断面を持つ管状の保持
具に収容されるという利点を持っている。
２つ又は４つのプリズムを持つ実施例において、ビー
ム拡幅度は各プリズムで等しく分割されるのが好まし
い。好ましいことに、このプリズムは同じ形状及び寸法
を持ち、それは、その装置の製造コストを大いに減少さ
せている。
ム拡幅度は各プリズムで等しく分割されるのが好まし
い。好ましいことに、このプリズムは同じ形状及び寸法
を持ち、それは、その装置の製造コストを大いに減少さ
せている。
第３図，第４図及び第５図の実施例において、空間フ
ィルタは分離した保持具上におけるダイヤフラムの形態
の分離せるエレメント19によって構成できる。また、か
かるダイヤフラムは、第３図及び第４図それぞれの実施
例での最後のプリズムの出射端面24及び36それぞれに設
けられ、且つ第５図の実施例での最後のプリズムの出射
端面に設けられても良い。第４図に示されているよう
に、不透明な被覆42を前記面上に、中央開口を除いてコ
ートすることが可能である。別な可能性は、点線43,44
により第4a図において示されているように、最後のプリ
ズムの境界がスポット形成用レンズ18に向った放射線に
対する停止部材を構成することである。最後に、スポッ
ト形成用レンズ18がそのプリズム系の最後のプリズム41
に密接して配列されている装置において、空間フィルタ
は、第5a図及び第5bn図における45によって示されてい
るように、スポット形成用レンズ18のひとみによって形
成されても良い。
ィルタは分離した保持具上におけるダイヤフラムの形態
の分離せるエレメント19によって構成できる。また、か
かるダイヤフラムは、第３図及び第４図それぞれの実施
例での最後のプリズムの出射端面24及び36それぞれに設
けられ、且つ第５図の実施例での最後のプリズムの出射
端面に設けられても良い。第４図に示されているよう
に、不透明な被覆42を前記面上に、中央開口を除いてコ
ートすることが可能である。別な可能性は、点線43,44
により第4a図において示されているように、最後のプリ
ズムの境界がスポット形成用レンズ18に向った放射線に
対する停止部材を構成することである。最後に、スポッ
ト形成用レンズ18がそのプリズム系の最後のプリズム41
に密接して配列されている装置において、空間フィルタ
は、第5a図及び第5bn図における45によって示されてい
るように、スポット形成用レンズ18のひとみによって形
成されても良い。
第６図は光学的記録担体50の表面51に情報を記録する
ための装置を概略的に示している。表面51には前以って
記録されているサーボトラック52が設けられている。フ
ェーズロックされたダイオードレーザアレイ10は、対物
レンズ18によって、情報表面51上で高い強度の、丸くて
そして回折限界の放射線スポットＶへと集束されること
になるビームｂを放出する。本発明によると、レーザア
レイ10と対物レンズ18との間には、第3a図及び第3b図、
又は第4a図及び第4b図、又は第5a図及び第5b図に示され
ている如きコリメータレンズ，プリズム系及び空間フィ
ルタを含むユニット60がそのレーザアレイからの放射線
を、視準されて、回転状に対称なビームへと変換するよ
うに配列されている。
ための装置を概略的に示している。表面51には前以って
記録されているサーボトラック52が設けられている。フ
ェーズロックされたダイオードレーザアレイ10は、対物
レンズ18によって、情報表面51上で高い強度の、丸くて
そして回折限界の放射線スポットＶへと集束されること
になるビームｂを放出する。本発明によると、レーザア
レイ10と対物レンズ18との間には、第3a図及び第3b図、
又は第4a図及び第4b図、又は第5a図及び第5b図に示され
ている如きコリメータレンズ，プリズム系及び空間フィ
ルタを含むユニット60がそのレーザアレイからの放射線
を、視準されて、回転状に対称なビームへと変換するよ
うに配列されている。
情報トラックの記録は、記録されるべき情報に従って
そのビーム強度を変調することによりそしてその記録担
体をその軸53の周囲で回転することによって行われる。
エレメント10,60及び18を持つ全光学ヘッド又はその一
部をその記録担体の半径状方向に移動させることによ
り、そのトラックのすべてが記録される。記録ビームの
変調は、例えば、そのレーザユニットを通してその電流
を変調することによって行われる。
そのビーム強度を変調することによりそしてその記録担
体をその軸53の周囲で回転することによって行われる。
エレメント10,60及び18を持つ全光学ヘッド又はその一
部をその記録担体の半径状方向に移動させることによ
り、そのトラックのすべてが記録される。記録ビームの
変調は、例えば、そのレーザユニットを通してその電流
を変調することによって行われる。
記録担体から反射されたビームの一部を光検出器56に
向けさせる例えばビーム分割ミラー55のようなビーム分
割器をブロック60の前又は後に配列することにより、第
６図の装置はその記録担体上に記録されている情報を読
み出すために使用できる。読出し中、そのビームは、そ
の記録表面に何の変化をも惹起しないようなレベルの一
定の強度を持っている。
向けさせる例えばビーム分割ミラー55のようなビーム分
割器をブロック60の前又は後に配列することにより、第
６図の装置はその記録担体上に記録されている情報を読
み出すために使用できる。読出し中、そのビームは、そ
の記録表面に何の変化をも惹起しないようなレベルの一
定の強度を持っている。
第７図は、例えば記録用の引続くラインに対して、そ
の軸72の周囲で回転されるドラム70の周囲に巻かれた記
録媒体71を持つレーザプリンタを概略的に示している。
ライン走査は、例えば多くのミラー小面74を担持しそし
てその軸75の周囲で回転するポリゴン（回転多面鏡）73
によって行われる。18は対物レンズであって、これは、
フェーズロックされたダイオードレーザ・アレイ10から
発生されそして小面74によって反射された放射線をその
記録媒体上での小さな直径の丸いスポットＶへと集束さ
せることになる。そのレーザビームは、そのレーザユニ
ットを駆動する電流か又はそのビーム通路内に設けられ
た変調器のいずれかにより、記録されるべき情報に従っ
て強度変調される。
の軸72の周囲で回転されるドラム70の周囲に巻かれた記
録媒体71を持つレーザプリンタを概略的に示している。
ライン走査は、例えば多くのミラー小面74を担持しそし
てその軸75の周囲で回転するポリゴン（回転多面鏡）73
によって行われる。18は対物レンズであって、これは、
フェーズロックされたダイオードレーザ・アレイ10から
発生されそして小面74によって反射された放射線をその
記録媒体上での小さな直径の丸いスポットＶへと集束さ
せることになる。そのレーザビームは、そのレーザユニ
ットを駆動する電流か又はそのビーム通路内に設けられ
た変調器のいずれかにより、記録されるべき情報に従っ
て強度変調される。
レーザアレイから出され、発散されそして楕円状波面
を持っている組成されたビームを回転状に対称の波面を
持つコリメートされたビームへと変換するために、第3a
図及び第3b図、又は第4a図及び第4b図、又は第5a図及び
第5b図に示されているように、コリメータレンズと、プ
リズム・システムと、そして空間フィルタとを含むブロ
ック60がレーザユニット10と対物レンズ18との間に配列
されている。
を持っている組成されたビームを回転状に対称の波面を
持つコリメートされたビームへと変換するために、第3a
図及び第3b図、又は第4a図及び第4b図、又は第5a図及び
第5b図に示されているように、コリメータレンズと、プ
リズム・システムと、そして空間フィルタとを含むブロ
ック60がレーザユニット10と対物レンズ18との間に配列
されている。
以上本発明が情報記録装置を手助けとして記述された
ということは、本発明がこうした装置に限定されること
を意味しない。この発明は、高強度の小さくてそして丸
いスポットがフェーズロックされたダイオードレーザ・
アレイの放射線から形成される必要のあるすべての装置
において使用することができる。例としては、（カラ
ー）TV情報を持つレーザ放射線を変調するための光スイ
ッチ又は液晶ディスプレイ（LCD）を有する投影TV装置
がある。また本発明は長い運搬距離のファイバー光通信
システム又は外科用器具においても使用できる。
ということは、本発明がこうした装置に限定されること
を意味しない。この発明は、高強度の小さくてそして丸
いスポットがフェーズロックされたダイオードレーザ・
アレイの放射線から形成される必要のあるすべての装置
において使用することができる。例としては、（カラ
ー）TV情報を持つレーザ放射線を変調するための光スイ
ッチ又は液晶ディスプレイ（LCD）を有する投影TV装置
がある。また本発明は長い運搬距離のファイバー光通信
システム又は外科用器具においても使用できる。
本発明によれば、コンパクトで、しかも収差のない回
折限界のスポットを得ることができる光学装置が得られ
る。
折限界のスポットを得ることができる光学装置が得られ
る。
第１図は、半導体レーザユニットを示す斜視図、 第2a図はそのレーザ・アレイの格子状構造を示す図、 第2b図はレーザアレイの遠フィールド放射線分布を表わ
す図、 第3a図及び第3b図は、本発明による光学装置の第１の実
施例を側方及び横断状断面においてそれぞれ示す図、 第4a図及び第4b図は、本発明の光学系装置の第２の実施
例をその同じ断面において示す図、 第5a図及び第5b図は第３の実施例を側面及び横断状断面
において示す図、 第６図は本発明の光学装置を含む光ディスクを記録する
ための装置を示す図、 第７図は本発明の光学装置を含むレーザ・プリンタを示
す図である。
す図、 第3a図及び第3b図は、本発明による光学装置の第１の実
施例を側方及び横断状断面においてそれぞれ示す図、 第4a図及び第4b図は、本発明の光学系装置の第２の実施
例をその同じ断面において示す図、 第5a図及び第5b図は第３の実施例を側面及び横断状断面
において示す図、 第６図は本発明の光学装置を含む光ディスクを記録する
ための装置を示す図、 第７図は本発明の光学装置を含むレーザ・プリンタを示
す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キャロル・ジェー・ファン デァ ポー ル オランダ国 アインドーフェンフルーネ ヴァウッウェッハ １ (72)発明者 ヘラルド・エー・アケット オランダ国 アインドーフェンフルーネ ヴァウッウェッハ １ (56)参考文献 特開 昭63−136018（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】フェーズロックされたダイオードレーザ・
アレイとコリメータレンズとを有し、円形状で対称な断
面及び強度分布を持つ放射線ビームを得るための光学装
置において、光軸を通り且つ前記レーザ・アレイのｐ−
ｎ接合層に平行な側方平面内で、入射放射線の軸に関し
て傾斜した入射端面及び、出射放射線の軸に対して直交
している出射端面を持つ少なくとも１つのプリズムから
なるプリズム系と、前記レーザ・アレイの側方遠フィー
ルドに配置された空間フィルタとが、この順序で前記コ
リメートレンズの後方に配列されていることを特徴とす
るフェーズロックされたダイオードレーザ・アレイを有
する光学装置。 - 【請求項２】前記少なくとも１つのプリズムは、その入
射端面に対向する頂角が90度であることを特徴とする請
求項１に記載のフェーズロックされたダイオードレーザ
・アレイを有する光学装置。 - 【請求項３】前記空間フィルタは、前記プリズム系の最
後のプリズムの出射端面上に、中央の円形開口を除い
て、黒の被覆によって構成されていることを特徴とする
請求項１又は２に記載のフェーズロックされたダイオー
ドレーザ・アレイを有する光学装置。 - 【請求項４】前記空間フィルタは前記プリズム系の最後
のプリズムの境界によって構成されていることを特徴と
する請求項１又は２に記載のフェーズロックされたダイ
オードレーザ・アレイを有する光学装置。 - 【請求項５】前記プリズム系は２つのプリズムを含み、
以って、その最後のプリズムの出射端面はその第１のプ
リズム上に入射する放射線の軸に直交していることを特
徴とする請求項1,2,3又は４に記載のフェーズロックさ
れたダイオードレーザ・アレイを有する光学装置。 - 【請求項６】４つのプリズムを含み、以って、その側方
平面において、その第２及び第４のプリズムの出射端面
はその第１のプリズム上に入射する放射線の軸に直交し
ていることを特徴とする請求項1,2,3又は４に記載のフ
ェーズロックされたダイオードレーザ・アレイを有する
光学装置。 - 【請求項７】記録されるべき情報に従って強度変調され
る放射線スポットを発生するための光学ヘッドを含み、
光学的記録担体を光学的に記録するための装置におい
て、前記光学ヘッドは、請求項１乃至６のいずれかに記
載された光学装置と、この光学装置からのビームを前記
記録担体上で回折限界の丸いスポットへと集束させるた
めの対物レンズとを含んでいることを特徴とする装置。 - 【請求項８】放射線スポットが記録担体を走査するため
に発生されるようになっている光学ヘッドを含み、記録
担体を読み出すための装置において、前記光学ヘッド
は、請求項１乃至６のいずれかに記載された光学装置
と、この光学装置からのビームを前記記録担体上に回折
限界のスポットへと集束させるための対物レンズとを含
んでいることを特徴とする装置。 - 【請求項９】第１の方向において移動可能な記録媒体担
体とそしてその第１の方向に直交させる第２の方向に沿
って放射線ビームを走査するためのビーム偏向装置とを
含み、記録媒体上における情報をレーザプリントするた
めの装置において、請求項１乃至６のいずれかに記載さ
れた光学装置と、この光学装置からのビームを前記記録
媒体上に回折限界の放射線スポットへと集束させるため
の対物レンズとを備えていることを特徴とする装置。 - 【請求項１０】前記空間フィルタは前記対物レンズの入
口ひとみによって構成されることを特徴とする請求項7,
8又は９に記載の装置。
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