JPH0627907B2 - 光学的情報処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体レーザ用光学装置、特にホログラムレン
ズを有する光学装置に関する。

〔従来技術〕

近年、光学的情報処理装置、例えばレーザプリンタや光
ディスクの光源に半導体レーザを使用することが行なわ
れている。而して、それらの光学的情報処理装置では、
いずれも、高い光利用率が要求され、かつ、等方的なス
ポツトを得る必要がある。

しかるに、半導体レーザは気体レーザなどに比べ一般に
ビーム拡がり角が大きく、しかも非等方分布をしてい
る。このため、第１図(a)〜(c)に示す如く、半導体レー
ザ１よりのレーザビームの集光には、ＮＡの大きいレン
ズ２を用いるか、またそのようなレンズを用いないでビ
ームの整形用のプリズム３さらにはシリンダレンズ４を
使用しなければならない。このような従来のビームの整
形では、光学系が複雑で、コストも高いという欠点が生
じるのである。

なお、半導体レーザの楕円ビームを円形ビームに変換す
るため、プリズムを使用したものとしては、例えば、特
開昭５６−４１号がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は以上の従来技術の欠点を解消し、簡単で
低コストの半導体レーザ用の光学装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するために本発明は、半導体レーザか
らのビームの断面の非等方性を補正し、ビームを整形す
るホログラムレンズを提供することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図面により説明する。

第２図(a)及び(b)は本発明に用いるホログラムレンズに
よつて、半導体レーザ１からのビームを集光し、同時に
非等方ビームを等方ビームとして整形する場合の実施例
を示すものである。なお、第２図(a)及び(b)は、半導体
レーザの接合面に垂直及び平行の場合を示している。こ
の例ではホログラムレンズ５通過後のビームは平行平面
波となつているが、光学系によつては、第３図(a)及び
(b)に示すように、結像光学系として使用することも可
能である。また、発散光となるようにホログラムレンズ
を作成することもできることは云うまでもない。

第４図は第２図及び第３図に示したホログラムレンズの
作成方法を示すものである。ガスレーザ６からのビーム
はビームエクスパンダ７により、所望のビーム径に拡大
され、ビームスプリツター８により、２つのビームに分
割される。一方のビームはミラー８′を介してそのまま
参照光としてホログラム乾板１１上にいたる。他方のビ
ームは、物体光としてシリンドリカルレンズの組からな
る逆ビームエクスパンダ９により、ビーム径が縮少さ
れ、対物レンズ１０にいたる。ビーム径の縮少率は、乾
板面１１上で、ビーム形状が等方となるように設定す
る。これは、各々のシリンドリカルレンズと焦点距離の
比を決めることによつて実現できる。

さらに、対物レンズ１０のＮＡ（開口数）は、整形しよ
うとする半導体レーザの広い方の拡き角（通常は接合面
に垂直方向）に合致させるものとする。

ホログラム乾板には、高い回折効率をもつ体積型位相ホ
ログラム材料として、例えばゼラチン膜などを用いるこ
とができる。

ホログラム記録の光源としては、ガスレーザ以外に半導
体レーザを使用できるのは勿論である。

第５図は以上のようにして作成されたホログラムレンズ
に半導体レーザからのビームを入射せしめ、非等方ビー
ムを等方ビームに整形する場合を説明する図である。

図において、半導体レーザ１からの非等方ビームはホロ
グラムレンズ１１を斜めから照射する。このビームは、
ホログラムとして記録されている干渉縞により、回折を
受け、等方ビームとなつて射出される。

このホログラムレンズと半導体レーザとの位置関係は、
半導体レーザの強度分布の狭い方（通常は接合面方向）
の軸を含む面内で図に示した角度θだけ傾けるものとす
る。θの大きさは、射出されるビームが、等方ビームと
なるように決定する。

第６図及び第７図は、本発明に係るホログラムレンズを
レーザビームプリンタの光源部に適用した例を示してい
る。第６図は第２図(b)に示した実施例を適用した場合
であり、第７図は第３図(b)に示した実施例を適用した
場合を示している。

なお、第６図及び第７図において、１２はポリゴンミラ
ー１３はＦＯレンズ、１４は走査面を示している。

第８図は本発明による実施例を光デイスクの記録又は再
生ヘツドに適用した場合を示している。

なお、第８図において、１５は集束レンズ、１６は光検
知器、１７は光デイスクである。

以上の説明では、ビーム整形用光学系をホログラムレン
ズ化する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、他の光学系をホログラムレンズ化する場合にも適用
できるのである。

即ち、本発明は、半導体レーザに非点収差がある場合、
これを補正するのに適したホログラムレンズを用いた光
学装置も実現できるものである。例えば、第９図(a)及
び第９図(b)に示すようにゲインガイド型半導体レーザ
においては、発光点が接合面に垂直方向と平行方向とで
ビームウエスト位置がΔＺだけずれている場合があり、
このレーザを光デイスクや、レーザプリンタ等の光源に
使用する時、これを補正する必要が生じる。従来この補
正は、カップリングレンズ２１、シリンドリカルレンズ
３１を組合せた光学系使用することが一般的に行なわれ
ていた。他には、ＮＡの小さいカップリングレンズを用
い、光軸近辺のきれいなビームのみを使うという方法も
とられていた。しかし、前者の場合、部品点数が多く、
調整もそれぞれのレンズで行う必要があり繁雑であつ
た。また後者の場合、ＮＡが小さいので光利用率が低い
という欠点があつた。本発明によれば、カツプリングレ
ンズとシリンドリカルレンズとからなる光学系を単一の
ホログラムレンズで構成することにより、小型、軽量な
半導体レーザ光学装置を実現できる。

その場合の実施例を第１０図(a)及び(b)により説明す
る。図において、半導体レーザ１からのビームをホロレ
ンズ５１により集光すると同時に、ビームウエストのず
れΔＺを補正し、収差のない波面６１を得、光デイスク
ヘツドやレーザプリンタ用の光源とするのである。

この時、半導体レーザビームの拡がり角に対し、レーザ
発光部とホロレンズ５１との間隔を選べば、任意のビー
ム径ｄを有するビームを作ることができる。第１０図で
はホロレンズに入射するビームの光軸とホロレンズから
回折されて出るビームの光軸とは同一の軸上にあり、い
わゆるインライン型をなすが、ホログラムの回折効率の
分布などを考慮し、より一様なビームを得たい場合に
は、オフアクシス型、すなわちホロレンズへの入射光軸
と射出光軸とに角度をもたせた場合も実現できるのは勿
論である。

第１１図(a)及び(b)はこのような機能を有するホログラ
ムレンズの作成方を説明するための図である。図におい
て、レーザ７１（気体レーザ、半導体レーザなどを用い
る）からのビームはビームエクスパンダ８１によつて拡
大され、ビームスピリツター８１′によつて二つのビー
ムに分けられる。一方のビーム９１は参照波として第２
のビームミラー１０２により反射され、ホログラム乾板
５１に到る。他方のビーム１０１は物体光としては非点
収差発生用のシリンドリカルレンズ３１を経、絞り込み
レンズ２１を経て第２のビームスプリツター１０３を通
過し、ホログラム乾板５１にいたる。この時、非点収差
ΔＺが発生しており、このような波面がホログラム５１
に記録される。このようにして作成されたホログラムレ
ンズは、非点収差補正付レンズとして機能する。第１１
図に示す作成例ではインライン型ホロレンズであるが、
参照波光軸をずらせることによりオフアクシス型ホロレ
ンズも作成することが可能である。なお、第１１図(b)
は、第１１図(a)に示す光学系（平面図で示される）に
おける記録部に関する光学系の側面図である。

以上述べた如く本発明では、種々の機能を有するホログ
ラムレンズを用いた光学装置を実現することができる。
したがつて、本発明では、さらに光ヘツドに用いられる
ビームスプリツタ、集光レンズ及びシリンドリカルレン
ズを、ホログラフイー技術によりホログラムレンズとし
て一体化し、これら三つのレンズの機能を兼ねさせるこ
とが可能である。即ち、従来、光デイスク再生記録用ヘ
ツドでは、第１２図(a)に示すように光デイスク１７か
らの再生信号や、自動焦点用信号を取り出すのに、光路
中にビームスプリツタ３２を配置し、また自動焦点用光
学系として、デイスク１７からの反射光を集光するレン
ズ６２や、シリンドリカルレンズ７２を使用しており、
いずれもガラス製であり光学系が重く、高価であり、部
品点数も多いものとなつていた。なお、第１２図(a)に
おいて、４２は集束用レンズ、４３は集束用レンズを駆
動するボイスコイル、７３は第１２図(c)に示す如く受
光面が４分割された光検知器である。自動焦動動作は、
シリンドリカルレンズ７２と光検知器７３との組合によ
つて、集束点のずれを光検知器７３上の第１２図(b)に
示すような光束パターンの変化として検出することによ
つて行なわれる。

第１３図は、上記光学ヘツドを構成するビームスプリツ
タ、シリンドリカルレンズ及びレンズ等をホログラムレ
ンズとして一体化した場合の実施例を示す図である。図
において、レーザ光源１からのビームをカツプリングレ
ンズ２２で集光し、本発明によるホログラムレンズ９３
を通過し、絞り込みレンズ４２によつてデイスク１７上
に光スポツトを形成する。デイスク１７からの反射光
は、ホログラムレンズ９３により回折され、光検知器７
３上にいたる。ホログラムレンズ９３は、非点収差型自
動焦点光学系の機能を有しており、デイスク１７の焦点
ズレに対し第１２図(b)に示す如きたて長のダ円、横長
のダ円を形成する。デイテクタ１０は４分割されてい
る。合焦点位置では、デイテクタ１７上でのスポツトは
円形となり、デイテクタからの差出力は零となつて自動
焦点動作が行なわれる。

すなわち、ホログラムレンズ９３は、第１２図(a)にお
けるビームスプリツタ３２の役割と、集光レンズ６２の
役割とシリンダレンズ７２の役割とを合わせ持つもので
ある。

次に、このようなホログラムレンズの作成法を述べる。
第１４図に示す如く、レーザ５１からのビームをビーム
エクスパンダ５２で拡大し、ビームスプリツタ５３によ
り、参照波と物体波に分割する。物体波の方には、集光
レンズ６２、シリンダレンズ７２を配置し、非点収差を
有する波面を生成し、ホログラム乾板５１上にいたらし
め、参照光との間で干渉を起こさせ、本発明による機能
ホログラム９３を作成する。

このようにして作成されたホログラムレンズを第１３図
に示すように配置することにより、光デイスク用記録再
生光ヘツドのキーエレメントとして働くと同時に、従来
の方法に比べ、部品点数が１／３に減少し、小型、軽
量、安価なヘツドを実現することができる。また、光検
知器７３への光量は、ホログラム９３の回折効率を変え
ることにより、最適値を選ぶことができる。

また、第１５図に示すように、カツプリングレンズや、
絞り込みレンズとして、ホログラムレンズ６５や６６を
合わせて用いれば、さらに光ヘツド全体の軽量化、小型
化が可能となる。

さらに、第１６図に示すように、ホログラムレンズ９３
として、カツプリングレンズ２２あるいはそのホログラ
ム６５の機能をホログラムレンズ９３に付加することも
可能であり、これにより部品点数の削減、軽量化、小型
化を計ることができる。このようなホログラムレンズ
は、多重露光ホログラム記録法によつて作成できるもの
である。

〔発明の効果〕

以上述べてきた如く、本発明によれば、レーザプリンタ
用走査光学系や、光デイスクヘツドを大巾に軽量化、小
型化、簡素化、することができる。例えば、従来の結合
およびビーム整形光学系では、カツプリングレンズ、プ
リズム系を合わせて、約５ｇｒあつたものが、０．５ｇ
ｒ程度に、また容積も１／５０程度に低減することが可
能である。また、部品点数も、レンズ、プリズム合わせ
て４〜５点必要であつたものが単一で済ませられる。さ
らに、レンズやプラズムでは研磨工程が介在するため、
量産時もコストが高いが、ホログラムレンズであれば、
繰り返し記録工程により大量作成が可能である。またレ
プリケーシヨンを行うこともでき、低コスト化を計るこ
とができる。

さらに本発明によれば、半導体レーザビームを単一の光
学素子で焦光すると同時に非点収差も補正し光デイスク
ヘツドやレーザプリンタ用の光源とし回折限界の高品質
なビームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図(a)〜(b)は従来の半導体レーザビームの集光およ
びビーム整形光学系を示す図、第２図(a)〜(b)は本発明
によるホログラムレンズを用いた実施例を示す図、第３
図(a)〜(b)は結像用としホログラムレンズを用いた実施
例を示す図、第４図はホログラムレンズの作成光学系を
示す図、第５図はホログラムレンズからの再生光を示す
図、第６図及び第７図は本発明のレーザプリンタへの応
用例を示す図、第８図は本発明の光デイスク用光学ヘツ
ドへの応用例を示す図、第９図(a)は、従来の非点収差
補正カツプリング光学系の平面図、第９図(b)はその側
面図、第１０図(a)は本発明によるホロレンズを使用し
たカツプリング光学系の平面図、第１０図(b)はその側
面図、第１１図(a)は本発明で用いるホログラムレンズ
の作成方法を示す光学系全体の平面図、第１１図(b)は
その記録部の測面図、第１２図(a)は、従来の光学ヘツ
ドの光学系を示す図、第１２図(b)はその動作を示すビ
ームパターンの変化を示す図、第１２図(c)は第１２図
(a)の光検知器の構成を示す図、第１３図は本発明によ
る光学装置を用いた光学ヘツドを示す図、第１４図は、
本発明に用いるホログラムレンズの作成光学系を示す
図、第１５図は他のホログラムレンズと本発明の光学装
置を組合せた光学系を示す図、第１６図は本発明に用い
る光学装置のホログラムレンズにカツプリングレンズ機
能も付加した実施例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 進 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 有本 昭 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 片岡 慶二 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−139713（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザと、情報記録媒体と、互いに
   直交する方向で収束点の異なる収差を有するレーザビー
   ムと収差のないレーザビームとが干渉して形成された干
   渉縞を有するホログラムレンズとを有し、上記半導体レ
   ーザからのビームを上記ホログラムレンズを透過した前
   記レーザビームを上記情報記録媒体で反射したホログラ
   ムレンズに戻し、且つ、上記ホログラムレンズが上記反
   射ビームを該ビームの光軸と異なる方向に非点収差を持
   たせて回折するように上記ホログラムレンズが構成配置
   され、上記非点収差を持たせたビームを受光する検出器
   を有し、該検出器の出力により上記情報記録媒体上での
   ビームの結像状態を制御することを特徴とする光学的情
   報処理装置。