JPH01273225A - 音響光学偏向装置 - 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〕 この発明は、音響光学偏向素子によってレーザ光を所定
の角度で偏向走査し、光記録媒体に照射するような光学
系を備えている装置におけるレーザ光の走査方式に関す
るものである。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体レーザ発光素子等から出力されるレー
ザ光を音響光学偏向素子によって偏向し、偏向されたレ
ーザ光を所定の走査レーザビーム光に成形して光記録媒
体に照射するような装置において、前記音響光学偏向素
子に印加される走査用のスイープ信号にレーザビームが
通過する光学系の非点収差を補償するような変化特性を
与え、高速の走査の場合でも広画角の走査が行われるよ
うにしたものである。

〔従来の技術〕

レーザビームを光記録ディスク等に照射して情報を読み
出す光学式プレーヤは、ビデオ信号やオーディオデータ
の再生機として広く普及している。

又、記録媒体として光記録テープを使用するものや、光
記録カードを使用する記録方法も提案されているが、か
かる記録媒体は高密度記録を行うために高速で安定に移
動させることが困難になるから、−船釣には、記録媒体
に照射するレーザビーム側を所定の範囲内で高速に走査
することが要請されている。

レーザビームを所望の角度で偏向する手段としては、多
数の反射面を有する回転多面鏡や、レーザビームを回転
して、その照射方向を変化させる回転ドラム方式等が開
発されている。

しかしながら、上述したような偏向手段は、機械的な回
転運動をともなうため、走査レーザビームのトラッキン
グ制御等が比較的困難であり、かつ、光学装置も大型化
するという問題がある。

そこで、第５図に示すようにレーザビームＬＢが透過す
る媒質ｍの中に、超音波の疎密波Ｗを圧電素子ＴＲによ
り発生し、この疎密波Ｗによる反射率の変化を立体回折
格子として作用させることによって、媒質ｍ中に入射さ
れたレーザビームＬＢをブラック角θだけ偏向して出力
するような音響光学偏向素子をレーザビームの偏向走査
手段として使用することが知られている。

このような音響光学偏向素子は圧電素子ＴＲに印加する
交流信号Ｓの周波数によって偏向角を変えることが可能
であるから、例えば、交流信号の周波数がｆｌからｆ２
まで連続して変化するようなスイープ信号とされている
ときは、媒質中に入射されたレーザビームもその大部分
が周波数の変化に対応して偏向される１次光として出力
され、走査レーザビーム光を得ることができる。

第６図はかかる音響光学偏向素子をレーザビームの偏向
走査手段とする光記録装置の概要を示したもので、ｌは
半導体レーザ発光素子、２は半導体レーザ発光素子ｌか
ら出力されたレーザ光を所定のレーザビーム径に集束し
、前記したような音響光学偏向素子３に照射するコリメ
ーションレンズである。

４は音響光学偏向素子３の媒質中に超音波の疎密波を発
生するため、その励振電極３Ａに交流信号を供給する偏
向電源、５は音響光学偏向素子３によって偏光された出
力ビームの広がりを集束するだめの円筒レンズ、６は全
体として音響光学偏向素子３によって偏向された偏向レ
ーザビームを光記録媒体の記録面に絞り込み、合焦点で
照射するための走査レーザビームの光学系を示し、例え
ば２つのリレーレンズＬｌ、Ｌ２及び対物レンズＬ３等
から構成されている。なお、Ｐは非回折光の遮蔽板を示
す。

このような音響光学偏向素子を使用したレーザビームの
走査装置は、偏向電源４から周波数が連続して変化する
スイープ交流信号を音響光学偏向素子３の励振電極３Ａ
に供給すると、音響光学偏向素子３の媒質内に発生する
超音波の疎密波の波長に関連して、レーザビームの出射
角度が変化し、レーザビームを成る範囲内で走査するこ
とができる。

円筒レンズ５は音響光学偏向素子３によって高速でレー
ザビームを偏向する際に発生する音響光学偏向素子３の
円筒レンズ効果を補償するものであって、この円筒レン
ズ５によって音響光学偏向素子３から出力される偏向レ
ーザビームはほぼ平行光線に成形し、走査レーザビーム
の光学系６に供給される。

そして、走査レーザビーム光学系でレーザビームを対物
レンズに集束し、合焦点で記録面に照射されることにな
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、レーザ光源として半導体レーザ発光素子を使
用するときは、上記したような光学系はできるだけシン
プルなレンズ構成とし、光の損失を少なくすることが好
ましい。

そのため、例えば、円筒レンズ５から出力された走査レ
ーザビームが入射されている走査レーザビームの光学系
６を単純な凸レンズ等で構成すると、いわゆるレンズの
非点収差によって光軸上（レンズの中心）を通過するレ
ーザビームの焦点距離と、光軸上からはずれているレー
ザビームの焦点距離に差異が発生し、走査レーザビーム
の光学系６が比較的製造し易い凸レンズ系で構成されて
いるときは、第７図に示すように、レーザビームが光軸
から離れるにしたがって、焦点位置が手前（−）になる
という傾向がある。

すると、記録面に照射される走査レーザビームがその走
査位置によって焦点がずれ、記録データの分解能が低下
するという問題が発生する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、かかる問題点にかんがみてなされたもので、
音響光学偏向素子によって偏向された走査レーザビーム
の光学系における非点収差を音響光学偏向素子が有する
円筒レンズ効果によって補償するように、音響光学偏向
素子に供給されるスイープ交流信号の周波数変化率を設
定するものである。

〔作用〕

音響光学偏向素子に入射されているレーザビームの偏向
速度を早くするために、音響光学偏向素子の励振電極に
印加するスイープ信号の周波数変化を早くすると、音響
光学偏向素子の媒質内に発生している疎密波の波長が入
射されているレーザビームのスポット径内で一定となら
ないから、スイープ信号の周波数変化率を制御すること
によって、音響光学偏向素子の後部焦点距離を可変にす
ることができ、この後部焦点距離をスイープ期間中にコ
ントロールすることにより走査レーザビーム光学系の非
点収差が小さくするようにできる。

〔実施例〕

第１図は本発明の音響光学偏向素子に印加されるスイー
プ信号源の一例を示したものであって、１１は鋸歯状波
発生器、１２はパラポリツク信号発生器、１３は加算器
、１４は前記加算器１３の出力鋸歯状波信号によって発
振周波数が制御される電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１５
はＶＣＯｌ　４の信号を前記した音響光学偏向素子の圧
電素子に印加するためのパワーアンプを示す。

鋸歯状波発生器１１はＶＣＯ１４の発振周波数をコント
ロールするもので、その繰り返し周期は、レーザビーム
の走査周波数によって設定され、そのレベルはレーザビ
ームの走査距離を設定する。

又、バラポリツク信号発生器１２は後述するようにＶＣ
Ｏの周波数変化率を制御するために鋸歯状波信号に付加
される信号を出力するもので、この波形によって前記し
た音響光学偏向素子の後備焦点距離が変化されることに
なる。

パワーアンプ１５から出力される超音波領域の交流信号
は、第２図に示すように、周波数がｆｌからｆ２まで連
続して変化するスイープ信号になるが、本発明の実施例
では、この変化特性が点線で示すようにスイープスター
ト点と、スイープ終了点で周波数変化が急傾斜となるよ
うに設定され、この変化特性によって、音響光学偏向素
子の後側焦点距離ＦＣが短くなるようにしている。

以下、この点を第３図により説明すると、一般に音響光
学偏向素子３の媒質ｍ中に超音波領域の疎密波を形成し
、この疎密波の進行方向と直交する方向から所定の角度
でレーザビームＬＢを入射波の波長、入はレーザ光の波
長）なるブラッグ角で偏向出力される。

ところが、音響光学偏向素子３の圧電素子３Ａに印加す
る交流信号の周波数が前記第２図に示すようにｆｌから
ｆ２まで連続して繰り返し変化しているときは、音響光
学偏向素子３の媒質中に形成される疎密波の波長Δも位
置によって異なった値となる。すなわち、第３図に示す
ように疎密波が圧電素子３Ａ側で密となり、吸音材３Ｂ
側で疎になる。すると、入射されたレーザビームＬＢの
上端縁と下端縁ではブラッグ角θ１．θ２が異なり（θ
ｌくθ２）、結果的に音響光学偏向素子３から出力され
る偏向レーザビーム１次光は少なくとも０次光（無偏向
）のものより０１−０２以上の角度で広がったものにな
る。すなわち、音響光学偏向素子３の円筒レンズ効果に
よって偏向されたレーザビームが広がることになり、音
響光学偏向素子３が凹レンズ系の光学素子と同様にふる
まう。

この広がりによるレーザビームがもたらす音響光学偏向
素子３の後部焦点距離をＦｃ　とすると、（Ｖａ：媒質
中の音波速度） で示され、時間Ｔあたりの周波数変化幅Δｆが大きいほ
ど、後部焦点距離Ｆｃは短くなる。つまり、周波数変化
率Δｆ／Ｔが大きいほど、後部焦点圧ｇｌ　Ｆ　ｃが小
さくなり、レーザビームの広がり角が大きくなる。

そこで１本発明の場合は前記した第２図に示すように音
響光学偏向素子３に印加するスイープ信号の周波数変化
率Δｆ／Ｔがス・イープのスタート点と、終了点で大き
くなるようにし、走査の中間の位置（センタ周波数）で
は小さくなるようにする。すると、前記した第６図の走
査レーザビームの光学系６の光軸上をレーザビームが通
過するときは、もっとも偏向レーザビームの広がり角が
小さくなり、走査レーザビームが光軸上から離れるにし
たがって、その広がり角が大きくなる。

そこで、走査レーザビームが光軸上を通過するときは対
物レンズによって記録面に合焦点で照射されるように走
査レーザビームの光学系を設定しておく、すると前述し
たように、単純なレンズ系で走査レーザビームの光学系
６が形成されていると、第７図に示したようにその光学
的な特性は光軸上から離れるにしたがって焦点位置が前
側にずれるから、このときに音響光学偏向素子３の円筒
レンズ効果を利用してレーザビームの広がりが大きくな
るように制御すると、結果的に音響光学偏向素子３の焦
点位置が結果的に後側に移動することになり、走査レー
ザビームが光軸から離れているときも記録面で合焦点と
なるように補償することができる。

つまり、本発明のレーザビームの走査方式の場合は、第
４図に示すように音響光学偏向素子３の後部焦点圧ｇｌ
　Ｆ　ｃが光軸から離れるにしたがって（−）、つまり
短くなるように設定さ・れ、走査レーザビームの広がり
角が大きくなるが、走査レーザビームの光学系６では光
軸上から離れるにしたかって焦点が後側になる傾向にあ
るから、この走査レーザビームの光学系６で発生する非
点収差が音響光学偏向素子３の円筒レンズ効果によって
補償されることになり、走査レーザビームの光学系６に
非点収差の少ない高価なレンズを使用したものと同等の
効果をもたせることができる。

以上の実施例は、走査レーザビームの光学系６の非点収
差によって、レーザビームが光軸からずれるにしたがっ
て、焦点距離が手前側に傾く例について説明したが、走
査レーザビームの光学系６の非点収差の特性が逆の場合
でも、本発明の走査方式を採用すると音響光学偏向素子
に印加されるスイープ信号の周波数変化率を逆にするだ
けで補正することが可能になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明の音響光学偏向素子による
走査レーザ光の走査方式は、記録媒体に照射する走査レ
ーザビームの光学系に発生する非点収差を音響光学偏向
素子に印加されるスイープ信号の周波数変化率をコント
ロールによって補償するようにしているから、簡単な構
造の光学系を採用することができ、走査光学系のコスト
ダウンと光損失を低減することができるという効果があ
る。

又、光軸からずれている走査レーザビーム光の非点収差
を補正することによって、広画角のスキャン装置を構築
することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の音響光学偏向素子によるレーザ光の走
査方式に採用されるスィーブ信号発生器の一例を示すブ
ロック図、第２図はスイープ信号の周波数変化率のグラ
フ、第３図は音響光学偏向素子の円筒レンズ効果を説明
するための模式図、第４図は音響光学偏向素子の後部焦
点距離のグラフ、第５図は音響光学偏向素子の動作を示
す説明図、第６図は音響光学偏向素子を使用したレーザ
走査装置の概要図、第７図はレーザビームの光学系で発
生する非点収差の一例を示すグラフである。 図中、１は半導体レーザ発光素子、２はコリメーション
レンズ、３は音響光学偏向素子、５は円節レンズ、６は
走査レーザビームの光学系を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 連続して周波数が変化するスイープ信号が印加されてい
   る音響光学偏向素子にレーザ光を入射し、前記音響光学
   偏向素子によって偏向された出力レーザ光を走査ビーム
   光として光記録媒体に合焦点で照射するような光学系を
   備えている装置において、前記光学系で発生する走査レ
   ーザビーム光の非点収差を前記音響光学偏向素子に供給
   される前記スイープ信号の周波数変化特性によって補償
   するようにしたことを特徴とする音響光学偏向素子によ
   るレーザ光の走査方式。