JPS62187321A - ビ−ム整形光学装置 - 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 本発明は平行光束の断面形状を整形する光学装置に関し
、特に半導体レーザを光源に用いた光学的情報処理装置
に関するものである。

従来の技術 近年、半導体レーザを用いた光学的情報処理装置の開発
が活発に行なわれている。その代表的な例として、半導
体レーザを用いてディスク上に情報を記録、再生する光
デイスク装置、あるいは、半導体レーザを用いたレーザ
プリンターなどがある。これらの装置では、光の利用効
率を高めたり、軸対称の強度分布をもった光スポットを
得るために、光ビームの等強度線形状（以下ビーム形状
と記す）を円形にする必要がある。

一般に、半導体レーザの出射光は、Ｐ　−Ｎ接合面の水
平方向と垂直方向で拡がり角が異なるため、コリメータ
レンズを用いて平行光束にすると、そのビーム形状は楕
円形になる。このため、この楕円形の光ビームを円形に
整形する光学系が従来より提案されている。その光学系
は、大別してシリンドリカルレンズを用いる方法と、プ
リズムを用いる方法がある。シリンドリカルレンズを用
いる方法は、焦点距離の異なる凹凸２枚のシリンドリカ
ルレンズを共焦点に配し、焦点距離の差を利用して整形
する光学系から構成され、プリズムを用いる方法は、１
個または２個のプリズムに入射する光ビームの入射角度
と出射角度の差を利用した光学系から構成される。

本発明は、プリズムを用いて光ビームを整形する光学系
に関するものであり、その従来例を第３図により説明す
る。第３図は１個のプリズムによるビーム整形光学系を
光デイスク装置に応用した場合の構成を示すもので、１
０半導体レーザから出射した光ビームはコリメータレン
ズ２により平行光束に変換されて光ビーム３となる。光
ビーム３はプリズム４の屈折面４ａに一定の入射角度θ
１で入射し、その屈折光は出射角度θ２でプリズム内を
透過する。この時、入射する光ビームと屈折する光ビー
ムの幅をそれぞれＷｌ、Ｗ２とすると、ビーム幅の変化
率にはＫ　＝　Ｗ２／Ｗ１＝ｃｏｓθ２／ｃＯ５θ１の
関係にある。θ１　と０２はプリズムの屈折率をｎとし
て、ｓｉｎθ１＝ｎｓＩｆｌθ２なる関係がある。従っ
て、入射角θ１　を変えることによって、屈折する光ビ
ームの幅Ｗ２を変えることができる。

一方、半導体レーザ１から出射した光ビームは、Ｐ−Ｎ
接合面に水平方向と垂直方向の拡がり角が異るため、遠
視野における強度分布は第４図のようになる。屈折率分
布型の半導体レーザにおいて、光強度がＺになる所の拡
がり角は、水平方向で６０〜１２°、垂直方向で２００
〜３０’程度であり、ビーム形状を円形に近づけるため
に、上記ビーム幅の変化率には、一般に２．５倍程度に
設定している。

なお、プリズムのもう一つの屈折面４ｂには光ビームを
垂直に入射し、ビーム幅を一定に保つようにしている。

ビーム幅が拡大された光ビーム６はＰ偏光で偏光ビーム
スプリッタ６に入射し、Ｚ波長板を通って対物レンズ８
によりディスク９の記録面上に光スポット１０を形成す
る。ディスク９から反射した光ビーム５は、対物レンズ
８，３Ａ波長板７を通過することにより、Ｓ偏光となり
、偏光ビームスプリッタ６で反射する。検出レンズ１１
゜シリントリカルレンズ１２で絞られた光ビーム６は非
点収差を与えられて、光検出器１３に受光される。光検
出器１３は、複数の受光素子から成り、再生信号を検出
すると共に、いわゆる非点収差法によりフォーカスエラ
ー信号を、プッシュプル法によりトラッキングエラー信
号を検出するよう構成されている。

発明が解決しようとする問題点 上記のように構成された光学系においては、プリズム４
の屈折面４＆に入射する光ビーム３と屈折面４ｂから出
射する光ビーム６の角度が水平あるいは垂直からずれて
いるため、装置全体の構成が大きくなると共に、製造の
面からも不利になるという問題がある。

この欠点を改善するため、従来から、第６図に示すよう
な２個のプリズムを用いたビーム整形光学系がある。第
６図の光学系の１から１３は第３図と同様の作用をする
もので、１４．１５はビーム整形光学系を成すプリズム
、１６は反射ミラーである。この場合、２個のプリズム
により整形された光ビーム６は、光ビーム３に対して平
行になっている。このような光学系では、全体の構成は
比較的小型になるが、プリズムの個数と調整個所が増え
るため、１個のプリズムでビーム整形する光学系よりも
コスト面で不利になるという問題があった。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記のような従来の問題点を解決するため、ビ
ーム整形光学系として、屈折面と反射面が一定の角度を
持って形成された１個のプリズムを設け、平行光束に集
光した半導体レーザからの光ビームを、上記屈折面に一
定の入射角で入射させ、上記反射面で反射した光ビーム
を入射と同一平面の上記屈折面から出射させることによ
り、出射された光ビームの一方の幅を拡大または縮小し
、かつ出射された光ビームが入射する光ビームと略直角
を成すよう、上記屈折面と反射面の角度、上記入射角お
よびプリズムの屈折率を設定したものである。

作　　用 本発明は上記のように、光ビームが入射する屈折面と同
一面から、光ビームを出射させることにより、１個のプ
リズムで、入射する光ビームと、出射する光ビームの光
路を略直角に曲げることができる。一方、プリズムの屈
折面と反射面に一定の角度を設け、ある入射角で屈折面
に光ビームを入射させることにより、ビームの幅を拡大
あるい直からずれるという、従来のビーム整形光学系の
問題を解決できる。

実施例 本発明の一実施例を添付図面第１図、第２図に示す。第
１図において、２１は半導体レーザでその出射光は２２
のコリメータレンズにより平行光束に変換され光ビーム
２３となる。光ビーム２３は次に、本発明のビーム整形
光学系であるプリズム２４に入射する。プリズム２４は
第２図に示すように、屈折面２４ａと反射面２４ｂが角
度ｄθで対向しており、光ビーム２３が入射角θ１で屈
折面２４＆に入射すると、その屈折光は出射角θ２で屈
折してプリズム内に出射し、光ビーム２６となる。この
光ビーム２６は角度θ２−ｄθで反射面２４ｂに入射し
、その反射光は再び光ビーム２３が入射した屈折面と同
一平面を成す屈折面２４ａにプリズム側から入射する。

この時の入射角θ３はθ２−２ｄθである。一方、屈折
面２４＆から再び出射する光ビーム２６が光ビーム２３
と直角を成すようにするには、光ビーム２６の出射角θ
４はπ／２−θ１でなければならない。

従って、プリズムの屈折率をｎとして、θ１　とｄθが
下記の条件を満たせば、光ビーム２６は光ビーム２３に
対して直角方向に出射することになる。

ｎ　−ｓｉｎ　（θ２−２ｄθ）＝”（Ｔ−０１）但し
、　θ２＝　ａ　ｒ　ｃｓｉｎ　（ｓｉｎθ１／ｎ）こ
こで、ビーム幅の拡大率には、光ビーム２３の幅ｉＷ１
．光ビーム２６の幅をＷ２として次のようになる。

Ｋ　’ｖｖ２７’Ｖｉ　１＝ｃｏｓ　％　ｘｃｏｓ　（
Ｈ−θ１）／ｃｏｓθ１ｘｃｏｓ（θ２−２ｄの当然の
ことであるが、ビーム幅は一方向のみ拡大あるいは縮小
されるため、ビーム形状を楕円形から円形に又は円形か
ら楕円形に整形することができる。

半導体レーザ２１の拡がり角は上記に説明した如く、Ｐ
−Ｎ接合面に水平方向と垂直方向では異なり、光ビーム
２３のビーム形状は楕円形になっている。一般に、光デ
イスク装置では、楕円形の短軸方向を拡大して、円形に
整形している。この拡大率は従来例で説明したように、
２．６倍程度必要である。

本発明の具体的な設計値として例えば、下記のような値
に設定することができる。

光ビーム２３の入射角　θ１＝７２．８０屈折面と反射
面の角度　ｄθ＝１４゜ プリズムの屈折率　　　ｎｘｌ、５１ ビーム拡大率　　　　　Ｋ　＝Ｗ２／Ｗ１＝　２　、５
５次に、ビーム形状が楕円形から円形に整形された光ビ
ーム２６は、従来例同様にＰ偏光で偏光ビームスプリッ
タ２７に入射し、Ｋ波長板２８．対物レンズ２９を通り
、ディスク３ｏの記録面上に光スポット３１を形成する
。また、ディスクから反射した光ビーム２６は、対物レ
ンズ２９．ｙ４波長板２８を通り、Ｓ偏光となって偏光
ビームスプリッタ２７で反射する。反射した光ビーム２
６は、検出レンズ３２．シリンドリカルレンズ３３によ
り絞られ、光検出器３４に受光される。光検出器より、
再生信号と共に、フォーカスエラー信号とトラッキング
エラー信号が得られる。

以上説明したように、本発明のビーム整形光学系は１個
のプルズムで合理的な光学系を構成できるため、光デイ
スク装置を簡素化することができる。なお、上記設計例
は一例であって、ビーム幅の拡大率に、プリズムへの入
射角θ１．プリズムの屈折面と反射面の角度ｄθは装置
の仕様に合わせて最適な組合せをとることができる。

また、一般にこのような光学系では屈折面に反射防止膜
をコーティングするが、入射ビームと出射ビームの角度
が異っても反射防止膜を構成することは十分可能である
。

発明の効果 本発明によれば、１個のプリズムで、ビーム幅を拡大お
よび縮小でき、かつプリズムに入射する光ビーム２３と
出射する光ビーム２６の光路を直交するように設定でき
るため、装置全体の構成を小型化できる。また部品点数
を最小にできると共に加工面においても屈折面と反射面
の２面だけ加工すればよく、製造コストを下げることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるビーム整形光学装置
を用いた光デイスク装置の原理図、第２図は本発明の一
実施例におけるビーム整形光学装置の詳細な原理図、第
３図は１個のプリズムで構成した従来のビーム整形光学
装置を用いた光デイスク装置の原理図、第４図は光デイ
スク装置に使われる半導体レーザの強度分布図、第５図
は２個のプリズムで構成した従来のビーム整形光学装置
を用いた光デイスク装置の原理図である。 ２１・・・・・・半導体プリズム、２２・・・・・・コ
リメータレンズ、２３，２５，２６・・・・・・光ビー
ム、２４・・・・・・プリズム、２４ａ・・・・・・屈
折面、２４ｂ・・・・・・反射面、２７・・・・・・偏
光ビームスプリフタ、２９・・・・・・対物レンズ、３
０・・・−・・ディスク。 第１図 第２図 第３図 拡ｆｑｆ１ｉ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 屈折面と反射面が一定の角度を持って形成された１個の
   プリズムを設け、平行光束に集光した半導体レーザから
   の光ビームを、上記屈折面に一定の入射角で入射させ、
   上記反射面で反射した光ビームを入射と同一平面の上記
   屈折面から出射させることにより、出射された光ビーム
   の一方の幅を拡大または縮小し、かつ出射された光ビー
   ムが入射する光ビームと略直角を成すよう、上記屈折面
   と反射面の角度、上記入射角およびプリズムの屈折率を
   設定したことを特徴とするビーム整形光学装置。