JPS62294221A - 半導体レ−ザ光学系の焦点位置調整装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野〉 本発明は、半導体レーザを用いた光学系の焦点位置を調
整する装置に関する。

（従来の技術） 一般に、光学系にお（プる光ビームの焦点位置くビーム
ウェスト位置）は極めて高い精度で調整することが要求
される。たとえば、記録媒体上を光ビームで走査する光
ビーム走査光学系においては、該光ビームの焦点位置を
該記録媒体（走査面）上に極めて高い精度で位置させる
必要がある。

例えば、上記光ビーム走査光学系においては、該光学系
を組み立てる際に光ビームの焦点位置が記録媒体上に極
めて高い精度で位置するように焦点位置調整して組み立
てる必要があると共に、組立後においても、該光学系の
稼動中に該光学系の温度（光学系の環境温度）が変化す
ると、該光学系を構成する各光学部品間の距離が各部品
を保持する部材の熱膨張等により変化したり光学部品と
してレンズが使用されているときはそのレンズの屈折率
が変化したりして上記記録媒体上におけるビームスポッ
ト径が変動する。即ちビームの焦点位置が変動するので
、そういう場合は光学系の温度変化に応じて焦点位置を
高精度で調整したいという要請が存在する。

従来のこの様な光学系の焦点位置調整は、もっばら光学
系のレンズやミラー等の光学部品の位置を機械的に動か
すことによって行なうものであった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、その様な従来のレンズやミラー等の光学
部品の位置を機械的に動かす調整方法では、高精度の調
整を行なう場合それらを何ミクロンという精度で微動調
整しなければならず、その調整が面倒であり、かつ困難
であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導
体レーザを光源とする光学系の焦点位置調整を行なう装
置であって、レンズやミラー等を動かすことなく橿めて
簡単にかつ高精度で位置調整を行なうことができる焦点
位置調整装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る半導体レーザ光学系の焦点位置調整装置は
、上記目的を達成するため、半導体レーザとコリメータ
レンズの温度調整装置と温度制御回路とを備え、該制御
回路から温度調整装置に対して温度制御信号を出力し、
温度調整装置は該信号に基づいて半導体レーザとコリメ
ータレンズの温度を調整し、それにより該半導体レーザ
から出射されるレーザビームに関する焦点位置を調整す
るように構成したことを特徴とする。

（作　　用） 半導体レーザとコリメータレンズの温度を変えると半導
体レーザとコリメータレンズの相互位置関係の変化及び
コリメータレンズの屈折率の変化によりレーザビームの
焦点位置が前後方向くレーザビームの出射方向）に動く
。従って、半導体レーザとコリメータレンズの温度を適
当に変えればそれに応じて焦点位置を前後方向に移動さ
せ、その結果焦点位置を調整することが可能である。

（発明の効果） 本発明に係る半導体レーザ光学系の焦点位置調整装置は
、上記の如く、温度制御回路からの温度制御信号に基づ
いて半導体レーザとコリメータレンズの温度を温度調整
装置により適宜に調整し得るように構成されているので
、該半導体レーザとコリメータレンズの温度を調整する
ことによって該半導体レーザの焦点位置を前後に微小は
移動させることができ、その結果類半導体レーザを用い
た光学系において該半導体レーザから出射されたレーザ
ビームに関する焦点位置を前後方向に微小母移動調整す
ることができる。

また、上記焦点位置の移動調整は、半導体レー脅アとコ
リメータレンズの温度調整によって行なわれ、従来の如
くレンズ等の位置をミクロンオーダで高精度移Ｕノ調整
するという面倒な作業を要しないので極めて簡単に行な
うことができる。

（実　施　例） 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細
に説明する。

第１図は本発明に係る焦点位置調整装置の一実施例を具
備して成る記録用の光走査＠置く半導体レーザを漏えた
光学系）を示す概念図である。

この記録用光走査ｇｉ置は、半導体レーザ１０から発せ
られるレーザビーム１６をコリメータレンズ１８でコリ
メートし、コリメートされたレーザビームをＡＯＭ等の
光変調器２０で変調し、変調されたレーザビームを光偏
向器である回転多面鏡２２によって記録媒体２４上に走
査させるものであり、２６はｆθレンズ、２８．３０は
而倒れ補正用の１対のシリンドリカルレンズ、３２は半
導体レーザ１０を駆動する駆動回路である。

上記レーザビーム１６による記録媒体２４の走査は、回
転多面鏡２４の矢印へ方向の回転によってレーザビーム
１６を記録媒体２４上で矢印Ｂ方向に走査させると共に
記録媒体２４を矢印Ｂ方向に直角な方向（紙面に垂直な
方向）に定速で移動させることによって行なわれる。

上記走査においては、レーザビーム１６を記録媒体２４
上に、即ち走査面上に極めて高い精度で集束させること
が要求され、従って、上記半導体レーザ１０を備えた光
走査光学系を組立てるにあたっては、その光学系の焦点
、即ら半導体レーザ１０から出射されるレーザビーム１
６が集束する焦点を予め設定された記録媒体２４が位置
すべき位置に極めて高い精度で位置させるように焦点位
置調整を行なう必要がある。

上記記録用光走査装置は、その様な高精度の焦点位お調
整を行なう焦点位置調整装置を具備しており、かかる焦
点位置調整装置は、半導体レーザ１０とコリメータレン
ズ１８の温度を調整可能なヒータおよび／またはクーラ
等の温度調整装置４０と、該温度調整装置４０の作動を
制御する温度制御回路４２と、レーザビーム１６の径を
測定するビーム径計測器４４とを備えて成る。かかるビ
ーム径計」り器４４としては、ビーム径の大きさを検出
できるものであればどの様なものでも良く、例えば一般
に市販されている公知のものを使用することができる。

また、このビーム径計測器４４は上記予め設定された記
録媒体２４が位置すべき位置、つまり焦点を位置させよ
うとしている予め設定された希望焦点位置上に配設され
ており、この計測器４４によって検出された希望焦点位
置上におけるレーザビーム１６のビーム径に関する情報
がビーム径信号として温度制御回路４２に入力せしめら
れる。

上記焦点位置調整装置による焦点位置調整、即ち焦点位
置の上記希望焦点位置上への位置合わせは以下の様にし
て行なわれる。

まず、予めある程度ラフにではあるが、ｆθレンズ２６
を適当に位置調整することによって上記走査光学系のレ
ーザビーム１６に関する焦点が上記希望焦点位置上、換
言すればビーム径計測器４４上に位置すべく該走査光学
系を組立てる。

次に、上記温度制御回路４２により温度調整装置４０を
適当に作動させて半導体レーザ１０とコリメータレンズ
１８の温度を変化させ、その半導体レーザ１０とコリメ
ータレンズ１８の温度変化に基づくレーザビーム１６の
上記希望焦点位置上におけるビーム径の変化を上記ビー
ム径計測器４４により検出し、このビーム径計測器４４
からのビーム径信号に基づいて上記温度制御回路４２に
よりそのビーム径が最小になったときの半導体レーザ１
０とコリメータレンズ１８の温度を検出し、その後この
温度制御回路４２によりそのビーム径が最小になった時
の温度に半導体レーザ１０とコリメータレンズ１８の温
度を維持すべく上記温度調整装置４０に温度υ」御信号
を出力する。

既に述べた様に、半導体レーザ１０とコリメータレンズ
１８の温度が変化すると、半導体レーザ１０とコリメー
タレンズ１８のレーデビーム出射方向く矢印Ｚ方向）の
相互位置関係が変化し、また、コリメータレンズ１８の
屈折率が変化するのでその結果として焦点位置が光軸上
で矢印Ｃ方向に前後動し、それにより希望焦点位置上に
おけるレーザビーム１６の径も変化し、当然のことなが
らビーム径１６が最小のときに焦点が該希望焦点位置上
に位置していることとなる。

従って、前述の如く半導体レーザ１０とコリメータレン
ズ１８の温度を適当に変化させることにより、例えば温
度を上昇させてみてビーム径が減少すればビーム径が増
加し始めるまで引き続き上昇させ、あるいはｆｆ１ｌ＋
２を上昇させるとビーム径が増加したときは温度を下降
させてビーム径を減少させると共にビーム径が増加し始
めるまで下降させ続けることにより、容易にビーム径最
小時の半導体レーザおよびコリメータレンズの温度を求
めることができ、以後その時の温度に半導体レーザおよ
びコリメータレンズを維持することによって極めて高い
精度の焦点位置合せを行なうことができるものである。

また、この場合制御回路４２には必要に応じて半導体レ
ーザ１０とコリメータレンズ１８の温度に関する信号が
入力されるように構成しても良いものである。

上記実施例は、光学系の組立時に好適に使用し１９る焦
点位置調整装置であって、例えば光学系をある程度ラフ
に組立てた後この装置によって半導体レーザとコリメー
タレンズの温度を適当に変化させ、厳密な高精度の焦点
位置調整を行なうものである。

次に、光学系の稼動中に光学系の温度（光学系の環境温
度）が変化し、その温度変化による焦点位置ずれを補正
する場合に好適に使用し得る実施例について説明する。

第２図はかかる実施例装置を備えた読取用の光走査装置
（半導体レーザを備えた光学系）の−例を示す概念図で
ある。

この読取用光走査装置は、半導体レーザ１０から発せら
れるレーザビーム１６をコリメータレンズ１８でコリメ
ートし、コリメートされたレーザビームをビーム整形光
学系５０で整形し、整形されたレーザビームを光偏向器
である回転多面鏡２２によって記録媒体２４上に走査さ
せ、この走査によって該記録媒体２４から発される反射
光や透過光等の２次光を光電読取手段（図示せず）によ
って読み取るものである。３２は半導体レーザ１０を駆
動する駆動回路、５２は回転多面鏡２２によって反射せ
しめられたレーザビームを記録媒体２４上に結像させる
結像光学系であり、上記半導体レーザ１０とコリメータ
レンズ１８とはホルダ５４によって保持されている。

この場合のレーザビーム１６による記録媒体２４の走査
も、前記した第１図に示す実施例の場合と同様である。

この様な光走査光学系においては、該光学系の稼動中に
該光学系の温度が変化すると、該温度変化によって光学
系を構成する光学部品間の距離、特に結像光学系５２を
構成する２つのレンズ間の距離がそのレンズ保持部材の
熱膨張等により変化したりその２つのレンズの屈折率が
変化したりしてレーザビーム１６の結像位置（焦点位置
）が記録媒体２４上からずれてしまう場合がある。

上記光走査光学系は、その様な光学系の温度変化に基づ
く焦点位置変化を補正して常時焦点位置を記録媒体２４
上に位置させるようにする焦点位置調整装置を具備して
おり、かかる焦点位置調整装置は、半導体レーザ１０と
コリメータレンズ１８の温度を調整可能なヒータおよび
／またはクーラ等の温度調整装置４０と、該温度調整装
置の作動を制御する温度制御回路４２と、光学系の温度
を検出するサーミスタ等の温度検出器４６とを備えて成
る。

なお、上記温度調整装置４０は半導体レーザ１ｏおよび
コリメータレンズ１８の温度を検出するサーミスタ４８
と共に前記ホルダ５４内に配設されている。

本実施例の焦点位置調整装置は、常時光学系の温度を温
度検出器４６によって検出し、光学系温度が変動したら
温度制御回路４２によって、該光学系温度の変動による
焦点位置変動を補正すべく、即ち光学系温度変動による
焦点位置変動と反対の方向に同ｍだけ焦点位置を変動さ
せるべく半導体レーザ１０とコリメータレンズ１８の温
度を変化させるように温度調整装置４０の作動を制御す
るものである。

例えば、あらかじめサーミスタ４８の出力（半導体レー
ザ１０とコリメータレンズ１８の温度）と、記録媒体２
４とレーザビーム焦点位置との間の距離〈以下、焦点位
置ずれ量という）との関係（第３図参照）および温度検
出器４Ｇの出力（光学系の温度）と焦点位置ずれ爵との
関係（第４図参照）を求め、それらから温度検出器４６
の出力と目標設定温度、即ち焦点位置を記録媒体２４上
に位置させるために設定すべき半導体レーザとコリメー
タレンズの温度との関係（第５図参照）を求めておき、
この第５図に示す関係を例えば温度制御回路４２に記憶
させておき、温度制御回路４２は該記憶された関係に基
づいて温度検出器４６からの出力に応じた目標設定温度
に半導体レーザおよびコリメータレンズを温調すべく温
度調整装置４０を作動させるものである。なお、図示し
ていないが必要に応じてサーミスタ４８の出力を温度制
御回路４２に入力せしめ、半導体レーデおよびコリメー
タレンズの温度をフィードバック制御し得るように構成
しても良い。

上記両実施例は、いずれも記録用および読取用の双方の
光走査装置に適用可能なものである。

なお、上記実施例はいずれも焦点をどの方向にどの程度
移動調整すべきかを決定するための情報を入手するビー
ム径計測器４４や光学系温度検出器４６を具備し、それ
らの情報に基づいて焦点位置を調整可能であるように構
成されているが、本発明に係る装置は、要するに半導体
レーザ１０とコリメータレンズ１８の温度を変化させる
ことによって焦点位置を極めて高い精度で前後に移動さ
せ得るようにした装置であり、従って必ずしも上記焦点
の調整方向や調整量を決定するための情報入手装置であ
るビーム径計測器等を必要とするものではなく、また場
合によってはビーム径計測器等以外のその様な情報入手
装置を具備しても良いものである。

以上説明した様に、本発明に係る装置によれば、レンズ
等を高精度で位置調整することなく半導体レーザとコリ
メータレンズの温度調整によって焦点位置を調整するこ
とができるので、その焦点位置調整を極めて簡単にかつ
高精度で行なうことが可能である。

本発明に係る装置は、その要旨を越えない範囲において
種々変形可能であり、上記した実施例に限定されるもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る焦点位置調整装置の一実施例を備
えた光ビーム記録走査装置の一例を示す概念図、 第２図は他の実施例を備えた光ビーム読取走査装置の一
例を示す概念図、 第３図は半導体レーザおよびコリメータレンズの温度と
焦点位置ずれｍとの関係を示す図、第４図は光学系の温
度と焦点位置ずれ量との関係を示す図、 第５図は光学系の温度と目標設定温度との関係を示す図
である。 １０・・・半導体レーザ　　　　１６・・・レーザビー
ム１８・・・コリメータレンズ ４０・・・温度調整装置 ４２・・・温度制御回路 ４４・・・ビーム径計測器 ４６・・・光学系温度検出器 第３図 第４図 光り秀、。；ＩＪＬ（’Ｃ） 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザを用いた光学系におけるレーザビー
   ムの焦点位置の調整装置であって、 半導体レーザとコリメータレンズの温度を調整する温度
   調整装置と、該温度調整装置の作動を制御する温度制御
   回路とを備えて成り、 上記温度制御回路は上記温度調整装置に対して温度制御
   信号を出力し、該温度調整装置は該温度制御信号に基づ
   いて上記半導体レーザとコリメータレンズの温度を調整
   することにより上記焦点位置を調整するように構成され
   ていることを特徴とする焦点位置調整装置。
2. （２）予め設定された希望焦点位置上に配設されたビー
   ム径計測器を備え、該ビーム径計測器は上記温度制御回
   路に接続され、該温度制御回路は、上記ビーム径計測器
   からの出力を受けてビーム径が最小になる半導体レーザ
   温度を検出し、上記半導体レーザとコリメータレンズを
   その検出された温度に調整すべく上記温度制御信号を出
   力するものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の焦点位置調整装置。
3. （３）上記半導体レーザを用いた光学系の温度を検出す
   る光学系温度検出器を備え、該光学系温度検出器は上記
   温度制御回路に接続され、該温度制御回路は、上記光学
   系温度検出器によって検出された光学系温度に基づいて
   上記半導体レーザとコリメータレンズの温度を調整すべ
   く上記温度制御信号を出力するものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の焦点位置調整装置。