JPH0945995A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH0945995A
JPH0945995A JP7190722A JP19072295A JPH0945995A JP H0945995 A JPH0945995 A JP H0945995A JP 7190722 A JP7190722 A JP 7190722A JP 19072295 A JP19072295 A JP 19072295A JP H0945995 A JPH0945995 A JP H0945995A
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semiconductor substrate
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Kazuo Honda
和生 本田
Chiaki Kojima
千秋 小島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光記録媒体からの散乱光ないしは回折光から
の情報信号の検出を行う光学装置において、部品点数の
少量化、光学的位置調整の簡単化を図る。 【解決手段】 面発光レーザと受光素子とを有する半導
体基板と、光学系とを有し、受光素子の配置位置を、光
学系の共焦点領域外で、被照射部に対する面発光レーザ
のレーザ光照射による被照射部からの散乱光ないしは回
折光が得られる領域に選定した光学装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばバーコード
リーダー、光学記録再生装置における光学ピックアップ
等に適用して好適な光学装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学装置、例えばバーコードリー
ダ（ＢＣＲ）においては、各光学部品を個別に組み立て
るため装置全体の構成が複雑且つ大きくなり、また、共
通の基板上に各光学部品をハイブリッドに組み立てる場
合に、これら光学部品の光学的な配置設定に厳しいアラ
イメント精度を必要とする。
【０００３】図５に従来のバーコードリーダを構成する
光学装置の例を示す。この図５に示すバーコードリーダ
は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２１、集光レンズやビームスプリ
ッタ等からなる光学系２２、バーコードＢ、スキャンニ
ングミラー２３、そして光学系２２により分離された光
路にフォトダイオードＰＤ等による受光部２４を有し、
これらが所定の位置関係に精度よく配置されてなる。
【０００４】Ｈｅ−Ｎｅレーザ２１から発生したレーザ
光Ｌは、光学系２２を経由して、スキャンニングミラー
２３により反射され、バーコードＢ上を走査する。バー
コードＢに照射された光は、それぞれ黒バーで吸収さ
れ、白スペースで反射されることによって戻り光を生
じ、この戻り光が再度光学系２２に入射し、ビームスプ
リッタ等で分離され受光部２４にて信号検出される。こ
うして検出されたバーコードのパターンに合致したアナ
ログ信号ＡをＡＤ変換器２５によりデジタル信号Ｄに変
換し、図示しないがデコーダにて解読される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような光学装置に
おいては、光源として用いているＨｅ−Ｎｅレーザが大
きいことから全体の光学装置を小型化することが困難
で、また電気から光へのエネルギー変換効率が低いもの
である。
【０００６】これらの欠点に対処して、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザの代わりに半導体レーザを光源として使用する構成の
光学装置が作られている。
【０００７】しかしながら図５の光学装置において、半
導体レーザを光源としたときにも、光学系の部品点数が
多くなり、また各部品の配置設定には高い精度が要求さ
れるものである。
【０００８】この問題に対処して、本発明の出願人は先
に出願した特願平５−２２３８５９号出願「バーコード
リーダ用光学装置」において、図６に光学装置の構成図
を示すように、同一の半導体基板上に発光素子と受光素
子とをハイブリッドに固定したバーコードリーダ用光学
装置を提案した。
【０００９】図６に示す光学装置は、バーコードリーダ
用複合光学素子３１と、集光用のレンズ３２と、揺動可
能なミラー３３とで構成されている。バーコードリーダ
用複合光学素子３１は一つの面の一部にフォトダイオー
ドＰＤが形成された半導体チップ３４を有しており、半
導体チップ３４上のフォトダイオードＰＤの形成されて
いる領域外にサブマウント３６が固定され、このサブマ
ウント３６上にレーザ光Ｌを射出するレーザダイオード
ＬＤが固定されてレーザダイオードＬＤの高さが調整さ
れている。
【００１０】フォトダイオードＰＤ上には、断面が直角
三角形であるプリズム４１がその斜面４１ａをレーザダ
イオードＬＤに向けた状態で固定され、斜面４１ａの一
部にはレーザ光Ｌに対してミラーまたはハーフミラーで
ある反射膜４２が設けられており、斜面４１ａの反射膜
４２以外の部分は入射したレーザ光Ｌの全部を透過させ
る。
【００１１】この構成の光学装置において、レーザダイ
オードＬＤから射出されたレーザ光Ｌは、反射膜４２で
上方に反射され、レンズ３２で集光され、さらにミラー
３３で反射されて、読みとるべきバーコードＢ上に収束
される。このとき、ミラー３３が揺動されて、レーザ光
ＬはバーコードＢ上を走査する。バーコードＢで反射さ
れたレーザ光Ｌは、ミラー３３で反射され、レンズ３２
で集光されて、斜面４１ａに入射する。斜面４１ａのう
ちで反射膜４２以外の部分に入射したレーザ光Ｌは、こ
の斜面４１ａを透過して、フォトダイオードＰＤに入射
する。
【００１２】この光学装置は、サブマウント３６上に固
定したレーザダイオードＬＤからなる発光素子と、フォ
トダイオードＰＤからなる受光素子とを、共に同一半導
体チップ３４上に固定することにより、光学部品点数の
削減および光学部品のアライメントの簡素化をはかるも
のである。この図６の光学装置により光学系の部品点数
の低減やアライメントの簡素化がはかられるが、発光素
子やプリズムを半導体チップと別に形成して後に半導体
チップに取り付けるため、これらの配置についてのアラ
イメントを従来と同様に必要とするものである。
【００１３】本発明はこのような点を考慮してなされた
もので、バーコードリーダーなどの光学装置において、
その光学部品点数の削減及び光学的な配置設定に際して
のアライメントの簡単化を図り、装置全体の簡素化、小
型化を図り、また作製を容易にするとともに、さらにバ
ーコード等の所要の情報の記録がなされた光記録媒体か
らの読み出し情報を含む散乱光ないしは回折光を受光
し、情報信号の検出を行うようにするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による光学装置
は、面発光レーザと受光素子とを有する半導体基板と、
光学系とを有し、受光素子の配置位置を、光学系の共焦
点領域外で、被照射部に対する面発光レーザのレーザ光
照射による被照射部からの散乱光ないしは回折光が得ら
れる領域に選定した構成とする。
【００１５】上述の本発明の構成によれば、受光素子の
配置位置を、光学系の共焦点領域外で、被照射部に対す
る面発光レーザのレーザ光照射による被照射部からの散
乱光ないしは回折光が得られる領域にしたことにより、
散乱光ないしは回折光に含まれる被照射部からの情報信
号を検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明においては、本発明の出願
人が先に出願した特願平５−２１０６９１号出願「光学
装置」において提案した共焦点光学系を有する光学装置
を構成するものである。この共焦点光学系は、発光素子
と受光素子とを同一半導体基板上にモノリシックに形成
し、光記録媒体と発光素子のレーザ光放射点とが集束レ
ンズに対してともに共焦点の位置にあるものである。
【００１７】以下に、本発明の光学装置の一例について
説明する。図１に本発明の光学装置の一例の概略図を示
すように、半導体基板１上に垂直共振器型の半導体レー
ザによる面発光レーザＬＤからなる発光素子２と、対物
レンズ３を配置し、面発光レーザＬＤと、被照射部すな
わち光記録媒体としてのバーコードＢの面とが対物レン
ズ３による共焦点の位置にあるようにそれぞれの構成お
よび位置関係を設定する。さらに半導体基板１の共焦点
位置面Ｓ上の、後述する共焦点領域外にフォトダイオー
ド等よりなる受光素子４を配置形成する。すなわち面発
光レーザと受光素子とを、共通の半導体基板上に所定の
位置関係をもってモノリシックに形成する。
【００１８】発光素子２からの放射レーザ光Ｌは、対物
レンズ３で収束されてバーコードＢ面に照射される。こ
のレーザ光照射によって、バーコードＢ面から、反射光
Ｌｒと散乱光・回折光Ｌｓが生じる。このうち反射光Ｌ
ｒは、そのまま往路の光路上を戻り、対物レンズ３によ
り、回折限界φr 内に収束される。対物レンズ３の開口
数をＮ．Ａ．、レーザ光Ｌの波長をλとするとき、この
回折限界は光軸からの距離が１．２２λ／Ｎ．Ａ．の位
置にある。こうして反射光Ｌｒは、共焦点位置面Ｓの発
光素子２を含む領域すなわち共焦点領域内に照射され
る。
【００１９】一方、散乱光ないしは回折光Ｌｓは、反射
光Ｌｒが通る光路外を通って対物レンズ３に入射し、共
焦点位置面Ｓにおいて上述の回折限界外すなわち共焦点
領域外に照射される。従って、この共焦点領域外に受光
素子４を配置することにより散乱光・回折光Ｌｓを受光
検出することができる。
【００２０】バーコードＢの形成される面は、その表面
の凹凸がレーザ波長と比較して大きいため、バーコード
Ｂのパターン信号すなわち情報信号は主として上述の散
乱光・回折光Ｌｓに含まれる。従って、上述のように受
光素子４を配置し、散乱光・回折光Ｌｓを受光検出する
ことにより、バーコードＢのパターン信号を検出するこ
とができる。検出したパターン信号は前述の従来の例と
同様に、アナログ／デジタル変換され読みとりがなされ
る。
【００２１】上述の例では、発光素子２を垂直共振器型
の半導体レーザＬＤで構成したが、図２Ａに本発明の光
学装置の他の例の概略構成図を示すように、発光素子２
を、水平共振器型の半導体レーザＬＤと、出射光を水平
方向から鉛直方向へ反射させる反射鏡５とによって構成
してもよい。このとき各素子の平面配置は、例えば図２
Ｂに図２Ａの光学装置の平面図を示すように、反射鏡５
の周囲をフォトダイオード等による受光素子４で取り囲
むような構成とする。
【００２２】また本発明の光学装置においては、発光素
子２および受光素子４と、これらを含む回路構成部を集
積化することができる。図３Ａはそのブロック図で、こ
の場合、発光素子２すなわち半導体レーザＬＤと、第１
の回路部１１と、第２の回路部１２とよりなる。
【００２３】第１の回路部１１は、上述した受光素子４
と、これに係わる回路例えば受光素子４からの検出信号
の増幅を行う増幅回路、検出信号の信号処理回路等を有
してなる。また、第２の回路部１２は、例えば発光素子
２を構成する半導体レーザＬＤの、被照射部へのレーザ
光Ｌの出射端とは反対側から出射されるレーザ光を受光
するモニタ用受光素子例えばモニタ用フォトダイオード
と、これに係わる回路たとえばこのモニタ用フォトダイ
オードによる検出信号の増幅を行う増幅回路等を有し、
これにより半導体レーザの出力制御を行う。
【００２４】図３Ｂは、このような回路部を集積化した
光学装置の一例の概略断面図で、この場合、半導体基板
１に発光素子２を構成する面発光レーザＬＤが、半導体
基板１の一主面側から上述のレーザ光を導出するように
配置され、この主面側に上述の第１の回路部１１が形成
される。すなわち、受光素子４すなわちフォトダイオー
ドＰＤが形成されるとともにこれに係わる上述の増幅回
路、信号処理回路等のＩＣ（集積）回路Ｃ1 が形成され
る。また、基板１の他方の主面側に、レーザＬＤの背部
からの出射光を受光するモニタ用受光素子４ｍとこれに
係わる上述の増幅回路等のＩＣ回路Ｃ2 が形成される。
【００２５】上述した例では、バーコードリーダーに用
いる光学装置について説明したが、被照射部となる光記
録媒体がバーコードである場合に限らず、本発明は、光
記録媒体が例えば凹凸情報ピットが形成された光ディス
クや、光磁気効果によって情報の読み出しがなされる光
磁気ディスクに対する光学ピックアップ等の光学装置に
適用することができる。
【００２６】例えばピット検出の場合には、ピットの段
差により生じる回折光を受光素子４で受光することによ
り、信号の検出を行うことができる。光磁気効果による
検出すなわちカー効果による偏光角の回転の検出は、図
４に本発明の光学装置のさらに他の例の要部の概略部を
示すように、受光素子４の上に偏光検出手段として例え
ばワイヤグリッド等からなる偏光分離可能な検光子１５
を配置し、この検光子１５により受光する光（散乱光・
回折光）を偏光分離することにより行う。このようにし
て、光磁気信号の検出すなわち記録情報の読み出しを行
うことができる。
【００２７】尚、上述の実施例は本発明の一部の例であ
り、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成
が取り得る。
【００２８】
【発明の効果】上述の本発明によれば、面発光レーザと
受光素子とを同一半導体基板上にモノリシックに配置
し、これと光学系を有する構成の光学装置において、光
学系の共焦点領域外で、被照射部からの散乱光ないしは
回折光が得られる領域に受光素子を配置したことによ
り、この散乱光ないしは回折光を受光検出する光学装置
を、部品点数を少なく位置調整が容易なものとして形成
することができる。これにより光学装置の小型化や、集
積化を図ることができ、また製造コストを低減すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学装置の一例を示す構成図であ
る。
【図２】Ａ 本発明の光学装置の他の例の概略構成図で
ある。 Ｂ 図２Ａの光学装置の平面図である。
【図３】Ａ 周辺回路のブロック図である。 Ｂ 周辺回路の回路素子の配置を示す構成図である。
【図４】本発明の光学装置のさらに他の例の要部の構成
図である。
【図５】従来のバーコードリーダを構成する光学装置の
例である。
【図６】光学装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 発光素子 ３ 対物レンズ ４ 受光素子 ４ｍ モニタ用受光素子 ５ 反射鏡 １１ 第１の回路部 １２ 第２の回路部 １３ 配線 １５ 検光子 ＬＤ 半導体レーザ Ｌ レーザ光 Ｌｒ 反射光 Ｌｓ 散乱・回折光 Ｓ 共焦点位置面 Ｂ バーコード

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 面発光レーザと受光素子とを有する半導
    体基板と、光学系とを有し、 上記受光素子の配置位置を、 上記光学系の共焦点領域外で、被照射部に対する上記面
    発光レーザのレーザ光照射による前記被照射部からの散
    乱光ないしは回折光が得られる領域に選定したことを特
    徴とする光学装置。
  2. 【請求項２】 上記半導体基板に、上記面発光レーザの
    制御回路を集積化したことを特徴とする請求項１に記載
    の光学装置。
  3. 【請求項３】 上記半導体基板に、上記受光素子よりの
    検出信号の信号処理回路を集積化したことを特徴とする
    請求項１に記載の光学装置。
  4. 【請求項４】 上記受光素子に偏光検出手段を具備した
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
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