JPS61216144A - 光情報処理装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は光情報処理装置、特に半導体レーザ素子を光源
に用いた光情報処理装置に関する。

〔発明の背景〕

近年、ガスレーザに代わって、半導体レーザ素子を光源
に用いた光情報処理装置の開発が盛んになってきた。光
ディスクはその一例である。光ディスクとは、半導体レ
ーザ素子を用いて円盤（ディスク）に記録されている情
報信号を再生したり、又はディスクに情報を高密度に記
録するものである。すなわち、半導体レーザを用いてデ
ィスク上に情報信号を記録したり再生するためには、半
導体レーザ素子から出たビームを光学系を構成する結合
レンズ及び対物レンズを用いてディスク上に直径１μｍ
程度の円形状の光スポットとして形成しなければならな
い。

一般に、半導体レーザ素子は、その発光領域の縦、横比
が異なるため、ビームの拡がり角が非常方的である。こ
の半導体レーザビームの拡がり角は、半導体レーザ素子
の構造によって異なっている。即ち、第１図に示す如く
半導体レーザ素子からのビームの遠視野像における出射
光分布の水平方向及び垂直方向のｅ−２での角度をそれ
ぞれθ７θ工とすると、例えば ＳＣＰ型半導体レーザでは θ、＝ｇ”、θ□＝２４＠及びθよ／θ７＝３　　・・
・（１）となる。また、ＢＨ型半導体レーザではθ、＝
１６’、θ、＝３２’及びθ工／θ７＝２　　・・・（
２）であり、ＢＨ型レーザではビーム拡がり角の比θ工
／θ７は２、Ｃ８Ｐ型レーザでは３となっている。なお
、第１図の横軸は広がり角、その縦軸は光強度である。

第２図は上述した半導体レーザ素子のビーム拡がり角が
等方的でない場合に、ディスク上に直径１μｍφ程度の
等方的スポットを形成するための従来の光情報処理装置
の一例を示：　　　　　　してｂ゛る・ 第２図において、半導体レーザ素子１の一方の端面から
出た等方でない拡がり角をもったビームは結合レンズ２
、対物レンズ３によってディスク４上に光スポット５が
形成される。光検出器６は半導体レーザ素子１の光出力
を検出する手段である。なお、Ａは光軸である。第２図
において、結合レンズ２の開口数ＮＡは、半導体レーザ
１とレンズ２とのなす半画角をθとすると、 ＮＡ＝ｓｉｎ　ｅ　　　　　　　　−（３）の関係があ
る。また半導体レーザ素子１のビーム拡がり角について
、上述したように水平方向及び垂直方向のｅ−２での大
きさを０７及びθ工とすると、このような半導体レーザ
素子を用いてディスク４上に等方的なスポット５を形成
するためには、θ≦θ７くθ工＝　　　　　・・・（４
）となるように結合レンズ２の開口数ＮＡを選ばなけれ
ばならない。すなわち、結合レンズ２の開口数を小さく
し、軸外の光線を遮断して、光軸Ａ（θ＝０）付近の友
のビームを用いて、結合レンズ２から出た光の強度分布
を等方的にさせる必要□ １　　　”ｔ、％６．＊１１１＝″″ｔｇ−Ａｏ＊”０
０１１　　　　　　（１）、（３）及び（４）式より、
Ｃ８Ｐ型レーザ□ □　　　　　では ・１ とすると、結器レンズ２を通った後のビームはほぼ等方
的になり、したがって、ディスク４上に等方的なスポッ
ト５が形成される。

しかし、かかる構成では半導体レーザ素子から、　　　
　１ｓａｈ′″＊、ｉｔｉｏ−“５′７′″″１°°”
”°１１　　　　　ないので、レーザ素子の光軸用効率
が悪いという１　　　ヶえ７、あ６．１ｏ、おア２−５
よう’−Ａ　’ｉｉ　＊　Ｉｃ　Ｌｔ、、□ １ｆイＸ　、、ニー１１１１ｉ　ｉｔ　９ゎえ、ワ、□
ッ５．８ケや□　　　　　成しなければならないので、
再生を行なう場合よ□ １　　　、□０□、１．オ、。よえ１．１−７□　　　
　　素子は、ある−室以上の光量をだすと寿命が短かく
なる。従って、半導体レーザ素子を用いた光情報処理装
置においては、レーザ素子の光利用効率を高め、できる
だけ光出力を少なくおさえることが、寿命及び信頼性の
面からぜひ必要なのである。

また、通常、ディスクは約ＩＩＩＩＩ＋程度の上下ぶれ
をしながら回転している。この回転ディスクの上下ぶれ
にかかわらず、スポットの径が変化しないためには、焦
点ずれの信号を光学的に検出して自動焦点を行なう必要
がある。

さて、第２図に示す構成において、半導体レーザ素子１
にディスク４からの反射光が帰還するとディスクからの
反射光の強弱に応じて半導体レーザ１の出力が増減する
ので、ディスク４の情報を光検出器６の出力によって再
生できる。この技術は特開昭４９−６９００８号公報に
記載されている。

一方、光ビームのディスク上からの焦点のずれを検出す
るため、光源あるいはレンズをその光軸方向に微小振動
させ、レーザ出力を同期検波することで、焦点ずれを検
出する技術が特開昭５３−１７７０６号公報で提案され
ている。しかし、この技術による自動焦点制御引き込み
範囲は狭いという欠点がある。第３図は第２図に示す構
成において、結合レンズ２の開口数ＮＡが０．１のとき
、ディスク４を光軸方向に沿って微少に移動したときの
半導体レーザ素子１からの出力変化を示したものである
。第３図から明らかなように結合レンズ２の開口数ＮＡ
が０．１と非常に小さいときは、自動焦点引き込み範囲
は１０μｍしかないことがわかる。これはディスクの変
位によって、レーザ素子端面附近の反射戻り光スポツト
焦点位置が大きく変化してしまうためである。すなわち
、焦点ずれによるレーザ素子端面上の反射戻り光スポッ
トのぼけが著しく、このために自動焦点引き込み範囲が
１０μｍという小さな数になってしまうのである。この
ように半導体レーザ素子にディスクからの反射光を帰還
させる光情報処理装置では上述したように引き込み範囲
が小さいという欠点をもっている。このため、自動焦点
制御が困難であり、上下ぶれの大きなディスクからの情
報再生はできないという欠点があった。

一方、ディスク上に絞りこんだスポットを円形状に近づ
けるために円筒レンズを用いることが考えられている。

しかし、円筒レンズは工作上の精度が出にくく、高価で
あること光学系の配置が複雑になることの欠点があり、
また、光スポットを１μｍの円形状スポットに収束する
ことは、円筒レンズを使用しているために非点収差が大
きく影響して、困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、等方的な拡がり角をもたない半導体レーザビ
ームを光の利用効率よくディスク上に等方的なスポット
として形成することが可能な光情報処理装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するために、本発明においては、ディ
スク上の光スポットが等方形状になるという結合レンズ
の条件である第（４）式を無視して、結合レンズの開口
数を大きくすることによって半導体レーザ素子からの非
等方形状のビームを殆んどすべて結合レンズに入射させ
ると共に、結合レンズの後段にプリズムを配置すること
により、結合レンズを通過した等方的でないビームを等
方的形状のビームに変換せしめるものである。また、本
発明では、半導体レーザ光が接合面に平行な方向に偏光
していることに着目してこのレーザ光が入射面内で偏光
するようプリズムを配設することにより、該プリズムへ
の入出射ｔ；際しての反射損失をほとんどなくし、光の
利用効率を高めたもの、である。

〔発明の実施例〕

第４図は、ディスクの位置と光出力との関係を示す図で
ある。即ち、第２図に示した構成において、ディスク４
上の光スポット５が等方形状になるという結合レンズの
条件である第（４）式を無視して、結合レンズ２の開口
数ＮＡを大きく（ＮＡ＝０．５）Ｌ、ディスク４を光軸
方向に沿って微小に移動したときの半導体レーザ素子か
らの光出力の変化を示したものである。第４図から明ら
かなように引き込み範囲は１００μｍとなつている。

即ち、結合レンズの開口数を大きくすることにより、デ
ィスクの変位による反射戻り光スポツト焦点位置の変化
が小さくなり、自動焦点の引き込み範囲が、拡大されて
いるのである。

而して、結合レンズは、開口数が大きいほど自動焦点引
き込み範囲が大きくなり、ディスクの上下ぶれに対して
完全な自動焦点が実現できることとなる。しかも、結合
レンズの開口数が大きくなると、半導体レーザ素子から
のビームがそれだけ多く結合レンズに入射されるので、
レーザ素子の光の利用効率が高くなる。しかし、結合レ
ンズの開口数ＮＡがほぼ第１図に示す遠視野像のｅ−２
での垂直方向の拡がり角度θ工を満足すれば実質的に半
導体レーザ素子からのビームを殆んど結合レンズに入射
させることとなる。したがって、実質的には、 θ７〈θ≦θエ　　　　　　・・・（６）を満足すれば
よいのである。

しかし、第（６）式を満足する結合レンズ２を通過した
光ビームは等方的でないので光スポット５も等方的でな
くなってしまう。そこで、本発明においてはこれを解決
するために、第５図に示すように、結合レンズ２の後段
にプリズム７を配置する。第９図は上記プリズム７の形
状を示す。第９図において、プリズムはその頂角をθ。

、屈折率をＮとする直角プリズムとし、入射角θ□、入
射ビーム径工と、屈折ビーム径０の比をｍ＝−と工 すると、これらは、それぞれ次式で与えられる。

・・・（７） ｔａｎ２（θｌ十〇。） 二二でＲ１１はプリズムの入射面における反射率である
。プリズム７は半導体レーザ素子からのビームの拡がり
の水平方向を伸長せしめてその垂直方向と一致させて、
等方的なビームに変換する。したがって、半導体レーザ
素子からのビームを殆んど結合レンズに入射させた場合
等方的なビームを得るためには、ｍをビームの拡がり角
の比θ、／θ７と一致させる必要がある。例えば、ＢＨ
型半導体レーザ素子を用いる場合は第（２）式によりｍ
　＝　２である。プリズムの屈折率Ｎ＝１．７６３６と
すると、反射率Ｒ１□ができるだけ小さくなるようにＯ
Ｌｚ　　θ。を選ぶと式（７）式よりｍ　＝　２　、０
３ Ｎ＝１．７６３６ ０ｃＬ＝３０．９３５’　　　　　　　　　−（８）θ
１＝６５’ Ｒ１□＝０．０５ したがって、第（２）式で表わされるビーム拡がり角を
もつＢＨ型半導体レーザについては第（８）ｊ　　　″
−″′″ａ　ｔｌ　’ａ　ｔＬ　６　ｉ　’Ｊ　Ｘ　Ａ
“ｔｊＲ５［１ｉｊｌｌ：ｔ；ｂ゛７・５合レンズ２の
直後に挿入することによって、等方的なビームに変換す
ることが可能となる。この等方になった光ビームは対物
レンズ３によってディ辰り４上に等方なスポットとして
照射される。しかして、縦、横比の異なる発光領域を有
する半導１　　　　　体レーザ素子からのビームの一部
を遮断すること１　　　　　なく、ディスク上に等方的
なスポットとして照射１　　　　　する′″２”゛可能
８な６・Ｌｌ゛Ｇプ“）″を使用しているために、収差
が生じない。本実施例の如く半導体レーザ素子１の一方
の端面から出たビーム）　　　　　　をディスクで反射
させて、その反射光を上記端面１　　　　　、ユ゛帰、
え＋６構成、。お５、ア、よ、結合、、ズ２（１）開口
数を第（６）式にしたがって大きくしている為に納４図
に示すように自動焦点の引き込み範囲はｉ　　　　　拡
大されて。・る。

なお、第５図において、半導体レーザ素子１か１　　　
　　　らのビームは、図の矢印で示すようにＰ偏光（偏
」　　　　　光面が紙面に平行に振動している）に設定
されている。

第６図は、本発明の他の実施例の構成を示す図であり、
第５図と同一符号は同−又は均等部分を示す。第６図の
実施例では、第５図の実施例と異なり、ビームの拡がり
の垂直方向を縮少して、その水平方向と一致するように
した場合であり、テリズム７の入射面が、第５図の実施
例とは逆に配置されている。即ち、半導体レーザ素子１
からのビームは、図の黒丸で示す如くＳ偏光（偏光面が
紙面に垂直に振動している）に設定され、これが一波長
板１１によってＰ偏光に変換されて、プリズム７に入射
されるのである。かくすることにより、対物レンズ３の
小型化が可能となる。

以上のことから、ビームの偏光は、第７図に示す如く、
垂直方向ではＳ偏光であり、水平方向ではＰ偏光である
。

以上の説明においては、半導体レーザ素子の一方の端面
から出たビームをディスクで反射させてその反射光を上
記端面に帰還させることにより、所定情報を記録・再生
する光情報処理装置についてのみ説明したが、本発明は
かかる光情報処理装置に限定されるものではなく、半導
体レーザ素子からのビームをディスクに導く光学系中に
プリズムを設け、このプリズムでディスクからの反射光
を取り出し、その反射光の変化を光検出器で検出するこ
とにより、所定情報を記録・再生する光情報処理装置に
も適用できる。

第８図は、かかる光情報処理装置に本発明を適用した場
合の一実施例の構成を示す図である。本実施例では、第
５図に示す実施例の構成において、プリズム７と対物レ
ンズ３との間にプリズム９及び−波長板８を配置してい
る。かかる構成によりディスク４からの反射光を上記プ
リズム９で取り出し、その反射光の変化を光検出器１０
で検出することが可能となる。なお、第８図の実施例に
おいて、光検出器６はレーザ光出力を一定に保つ、所謂
光出力安定化自動制御のためのレーザ光出力モニターと
して用いられる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば光源として等方的な
拡がり角をもたない半導体レーザ素子を用いても、ディ
スクに等方的な（円形状）スポットを簡単な光学系で形
成でき、しかも半導体レーザビームはプリズムへＰ偏光
で入射するので、プリズムへの入出射に際して反射損失
がほとんどなく光の利用効率を高めることができる。

なお、上述の説明においては、ディスクからの反射光の
光量の変化を半導体レーザの他方向からのレーザ光の変
化として検出する場合について述べたが、反射光の変化
を半導体レーザ１の駆動電流の変化として検出する場合
に於ても、本発明が適用できるのは勿論のことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、半導体レーザ光の遠視野像を示す図、第２図
は、従来の光情報処理装置を説明するため、゛の図、第
３図は従来の自動焦点の引込み範囲を説″明する図、第
４図は、本発明による自動焦点の引き込み範囲を説明す
る図、第５図及び第６図は、１５一 本発明の一実施例の構成を示す図、第７図は、本発明の
詳細な説明する図、第８図は、本発明の他の実施例の構
成を示す図、第９図は、本発明を説明するための図であ
る。 代理人　弁理士　小　川　勝　男　。 ＼−一 ＝１６＝ 十Ｉ図 十２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源と、情報記録媒体と、上記光源からの光ビーム
   を上記媒体上に収束させる光学系と、上記媒体からの光
   ビームの光量変化を検出する手段とからなる光情報処理
   装置において、上記光源は、光軸回りの強度分布が該光
   軸に関し非等方であり、かつ該非等方分布の短軸方向に
   偏光された光ビームを出力する半導体レーザ素子である
   と共に、上記光学系は、上記レーザ素子からの光ビーム
   が入射面内で偏光するよう配設されたプリズムを有する
   ことを特徴とする光情報処理装置。 ２、上記プリズムと上記レーザ素子の間の光路中に１／
   ２波長板を設けると共に、該波長板からの光ビームが垂
   直に入射するよう上記プリズムが配設されたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光情報処理装置。