WO1985004978A1 - Recording/reproducing optical system - Google Patents

Description

明 柳

記

技術分野

本究明は、 光学的な記録再生を行うための光学系に関するもので め る

背景技術

光学的な記録苒生が可能な媒体、 例えば光デイ スクに情報を記録 するためには 1 0 m W前後のパワーが必要であるが、 この記録のた めの光源として広.く使用されている半導体レーザの光出力は 2 0 〜

系

3 O m W前後とあまり大き く ない。 このために、 半導体レーザから の光出力を有効に利用しなければならず、 光学系には高い結合効率 が要求される。 '

—方、 光ディ スクに記録されている情報を再生する場合には、 ビ ームがレンズに均一に入射すればするほど高い再生性能を得るこ と ができる。 第 1図はこのことを示しており、 レンズの口径 · 2 Aがビ ームの直径 2 Wに比べて小さ く 、 A Z W'が小さいほど M T Fが高い _¾ つまり、 高い再生性能を得る ことと高い結合効率を得ることとは, 互いに相反する要件である。 このために、 双方の条件を満たし、 し かも各光学素子の光学定数の固体差にも対応できる様に構成されて いる記録再生光学系は、 今のところ知られていない。

発明の開示

本発明は、 この様な問題点に鑑み、 所定の再生性能と結合効率と を有し、 しかも各光学素子の光学定数の固体差にも対応することが できる記録再生光学系を提供することを目的としている。 本発明は、 この様な目的を達成するために、 単一横モー ドの発振 を行い活性層に垂直及び平行な夫々の面内でのビーム放射角が ^ 及び / である半導体レーザと、 焦点距離 ί c を有するコ リ メ ータ レンズと、 互いに直交する 2方向の拡大倍率の比が 1 ： ^であるァ ナモルフィ ック光学素子と、 焦点距離 ί 0 、 開口数 Ν Α。 及び口径 2 Α。 を有する対物レンズとを夫々具備し、 前記半導体レーザから 放射され前記コ リメ一タ レンズ及び前記アナモルフィ ック光学素子 を通過して前記対物レンズに入射するビームの前記活性層に垂直及 び平行な夫々の面内での直径 2 及び 2 W// と前記口径との比 A , ZW丄 ¾び A。 ZW が所定の値 f _i± 及び f に対して、

A 0 W丄 ≤ f i上 .

A。 / , ≤ ^ i //

の 係を有すると共に結合効率 が所定の値 7? _d に対して、 の関係を有し、 前記ビームによって光学的な記録再生を行う様にし た記録再生光学系において、 M = f _c Z f 。 と とが、

M≥ N A 0 / ( sin 丄 · f- i丄 ）

M · β ≥ N A o / ( sin ' i ) ' M ² · β ≤ 0.74N Ao ² / ( sin 5丄' sin B,_r d ² )

の関係を満たす様に構成したものである。

図面の簡単な説明

第 1図 レンズ系及びビーム径の比と再生性能との閡係を示すグ ラフである。

第 2図は本発明の一実施例を示す概略的な側面図である。

第 3図はレンズ系及びビーム径の比と結合効率との関係を示すグ ラフである。 第 4図は第 3図の関係を近似的に示すグラフである。

第 5図は本発明の一実施例の光学定数を示すグラ フである。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の一実施例を、 第 2図〜第 5図を参照しながら説明 する。

第 2図は、 本実施例の構成を示している。 半導体レーザ 1 は単一 横モー ドの発振を行い、 この半導体レーザ 1 から放射されるビーム 2 の強度は光軸に垂直な断面上でガウス分布に近い分布をしている , 半導体レーザ 1 から放射されるビーム 2のビーム半径の先端つま り ビーム 2 の強度が光軸上の値の 1 ノ e ² になる点を通る光線が光 軸と成す角度は、 半導体レーザ 1 の活性層 3 に垂直及び平行な夫々 の面内で 丄 及び // ( 丄 > Θ u ) であり、 光軸に垂直な方向で のビーム 2 の断面は楕円形を成している。

このために、 焦点距離が ί c で且つ開口数が N A _c であるコ リ メ ータ レンズ 4を通過したビーム 2 は、 プリ ズムやレンズ等のアナモ ルフ ィ ック光学素子 5 によってより.円形に近い断面形状とされる。 本実施例で使用するアナモルフィ ック光学素子 5 は、 互いに直交す る 2方向の内の一方では倍率 (≥ 1 ) の拡大機能を有しており、 他方では拡大機能を有していない。

アナモルフ ィ ック光学素子 5を通過したビーム 2 のビーム半径ば、 活性層 3に垂直及び平行な夫々の面内で W上 及び W // となっている ₀ そして、 このビーム 2 は、 焦点距離が f 。 で且つ開口数が N A。 で ある対物レンズ 6 によって収束されて、 光ディ スク 7 の記録面に入 射する。

ところで、 半導体レーザ 1 と対物レンズ 6 との選定には自由度が あまりないのが一般的である。 また、 コ リ メ ータ レ ンズ 4の口径 2 Ac ( = 2 f c · N A c ) を対物レンズ 6 の口径 2 A。 ( = 2 f o . N A。 ） より も大き く すれば、 光学系の再生性能は、 対物レ ンズ 6 の口径 2 A。 と こ の対物レ ンズ 6へ入射する ビーム 2 の直径 2 W上 2 W// との比によって決定される。

従って、 これらの比と光学系の結合効率 とが、 夫々所定の値で ある f i丄 、 f i ff 及び _d に対して、

A 0 W丄 ≤ f i丄 (D

Αο /^ιι ≤ f i// ②

V ≥ V d …… -- ®

の閬係を潢たす様にするためには、 コ リ メ ータ レ ンズ 4 とアナモル フ イ ツク光学素子 5 との夫々の光学定数を適当な値に選定すればよ い。 ·

上記の①②式は、 夫々

A 0 Z W丄 = f 0 · N A 0 / ( s in 上 · f _c ) ≤ f _{ί χ}

A o /W_x/ = f o - N A o /( sin &/,· f _c ^ β ) ≤ i _i7/ となるので、 M== f _c Z f 。 とすると、 これらの式は、

M ≥ N A o /( sin Θ ^ f _£上） ④

M · ≥ N A。 / ( s i n // · f _i/f) -- ⑤

となる。 -

—方、 強度分布がガウス形であるビーム 2を使用する場合の光学 系の結合効率 は、 活性層 3に垂直な方向を X方向とし平行な方向 も y方向とすると、

jJ_AOdxdy exp(-2 - ((A/W) _x · x) ²) - exp(-2 - ((A/W)_y - y) ^z)

V ".00

Jj dxdy exp(-2 - ((A/W) _x · x) ^z) - exp(-2 - ((A/W) _y · y) ²)

©

Ao ： f ^z + y ² ≤ 1 と表される。

第 3図は、 ⑤式から求めた結合効率 の等高線を示している。 そ して第 4図は、 ⑤式を

7? - 0 . 8 6 xJ~(A/W) X · (A/W) y ⑦ の式で近似して求めた結合効率 の等高線を示している。

第 4図中の点線は⑤式に対する⑦式の誤差が 2 %以下の範囲を示 しており、 A ZWが略 1.12以下である。 また第 4図中の一点鎮線は. 誤差が 1 %以下の範囲を示しており、 A ZWが略 1.10以下である。 そこで、 ⑦式を用いると、 ③式は

M ² · β ≤ 0.74Ν A 0 ²/(sin 上 ' sin Θ„ - ν d ²) ⑧ となる。 .

つまり、 対物レ ンズ 6 の焦点距離 f 。 に対するコ リ メ ータ レ ンズ 4 の焦点距離 f _c の比である Mと、 アナモルフ ィ ック光学素子 5 の 拡大倍率である とを、 '④⑤⑧式を満たす様に選定すれば、 光学系 の再生性能及び結合効率の条件である①②③式を満たすことができ る。

第 5図は、 上記の④⑤③式によって求めた M及び ^の値を示して いる。 こ こでは、 N A。 =0.50、 f i丄 ≤0.80、 f i // ≤ 1,00及び V d ≥0.50とし、 ビーム放射角が互いに異なる 3個の半導体レーザ 1 A、 1 B、 1 Cを使用した。

半導体レーザ 1 Aのビーム放射角の半値全巾つまり ビーム 2 の強 度が光軸上の値の 1/2 になる全角は、 活性層 3 に垂直及び平行な夫 々 の面内で 19.00 · 及び 8.50· である。 また、 半導体レーザ 1 Bに ついては 23.50 ' 及び 10.50 · であり、 半導体レーザ 1 Cでは

1.50 · 及び 12.00 · である。 なお、 上述の角度 丄 及び // は、 これらの全値全巾に夫々 0.847 を乗ずることによって得ることがで きる。

第 5図において、 直線 1 1 は f i上 =0.80に、 曲線 1 2 は f _i/ -1.00に、 曲線 1 3 は _d =0.50に、 また直線 1 4は = 1 に夫々 対応しており、 これらの直線及び曲線 1 1〜 1 4に西まれている範 西が、 各々の半導体レーザ 1 A、 1 B、 1 Cについての M及び の 範 ffiであ ^。

従って、 第 5図から明らかな様に M =2.26及び - 1.79とすれば 半導体レーザ 1 A、 1 B、 1 Cの何れを使用した場合でも、 ①②③ 式で示される所定の再生性能と結合効率とを得ることができる。 産業上の利用可能性

上述の如く、 本発明による記錄再生光学系は、 対物レ ンズの終点 距離に対するコ リ メ ータ レンズの'焦点距離の比と、 アナモルフ ィ ッ ク光学素子の拡大倍率とが、 所定の式を満たす様に構成されている ので、 所定の再生性能と結合効率とを有することができ、 しかも各 光学素子の光学定数の固体差にも対応することができる。

Claims

請 求 の 範 囲 単一横モー ドの発振を行い活性層に垂直及び平行な夫々の面内で のビーム放射角が ^ L 及び ^// である半導体レーザと、 焦点距離 f c を有するコ リ メ ータ レ ンズと、 互いに直交する 2方向の拡大倍率の 比が 1 ： であるアナモルフ ィ ック光学素子と、 焦点距離 f 。 、 開 口数 N A。 及び口径 2 A。 を有する対物レ ンズとを夫々具備し、 前 記半導体レーザから放射され前記コ リ メ ータ レ ンズ及び前記アナモ ルフ ィ ッ ク光学素子を通過して前記対物レ ンズに入射する ビームの 前記活性層に垂直及び平行な夫々の面内での直径 2 W 及び 2 と 前記口径との比 A。 /W上 及び A。 /W_// が所定の値 f i丄 及び f i に対して、

A 0 ノ W丄 ≤ ί i ^

A ₀ / W_/f ≤ f i /

の関係を有すると共に結合効率 7が所定の値 7 _d に対して、

V ≥ V d

の関係を有し、 前記ビームによって光学的な記録再生を行う様にし た記録再生光学系において、 M = f _c ノ f 。 と とが、

M≥ N A 0 / ( sin . f i 丄 ）

M - ^ ≥ Ao / ( sin <9/ ' f i _/f )

M ² · ^≤ 0.74N A o ² / ( sin s i n ^ · A ² )

の関係を満たす様に構成されていることを特徴とする記録再生光学 系。