Brevet FR2460022A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne des systèmes optiques, et plus particulièrement un système optique qui convient pour reproduire de facon optique des informations mémo- risées dans un support d'enregistrement.. Jusqu'à présent, on connait comme appareil de repro- duction optique d'informations le disque optique. Ce disque optique est tel qu'un laser semi-conducteur, par exemple, est utilisé comme source lumineuse, un rayon lumineux émergent du laser étant projeté sur un support d'informations [disque) par un système optique de manière à ce que les informations enregistrées sur le disque soient reproduites ou les informations soient enre- gistrées sur le disque.La figure 1 est un diagramme mon- trant la construction schématique d'un appareil à disque optique selon la technique antérieure, et illustre prin- cipalement un système optique.En se référant à cette figure 1, un rayon lumineux émis d'un laser semi-conduc- teur 1 est dirigé vers une première lentille 5 par l'intermédiaire d'un prisme ZO.Ici, le prisme PO se compose de trois prismes 2, 3 et 4 construits unitaire- ment de sorte que le rayon lumineux qui pénètre dans l'assemblage des prismes du côté du laser semi-conducteur 1 puisse traverser les prismes 2 et 3 et se diriger ensui- te vers la lentille 5 et de sorte aussi qu'un rayon lumineux qui pénètre dans les prismes mais du côté de la lentille 5 puisse être réfléchi au plan d'assemblage A situé entre les prismes 2 et 3 et se diriger alors vers le prisme 4.Le rayon lumineux dirigé vers la première lentille 5 est sensiblement collimaté par cette dernière, et est projeté comme une minuscule tache lumineuse sur un disque 8 par l'intermédiaire d'une seconde lentille 6 supportée par une première bobine mobile 7.Ce rayon lumi- neux est réfléchi par le disque 8, et le rayon réfléchi est requ par un photodétecteur 9 après avoir traversé la seconde lentille 6, la première lentille 5 et les prismes 3 et 4.A ce moment-là, si les informations sont enregistrées sur le disque 8 [à titre d'exemple, des informations sont enregistrées par creux formés à la surface du disque suivant les informations], l'intensité du rayon lumineux est modulée selon les informations, de sorte que celles-ci soient obtenues sous la forme de signaux de sortie du photodétecteur 9.La bobine mobile 7 sert à déplacer la seconde lentille 6 sur de courtes distances à haute vitesse, et est placée là pour comman- der une tache lumineuse, c'est à dire, une commande de mise au point automatique ou commande de réglage exact. Dans un tel appareil, le rayon laser émis du disposi- tifsemi-conducteur utilisé comme source lumineuse présente une divergence ou montre un rapport d'excentricité de 3 sur 1 et par conséquent forme une courbe à champ lointain CelliptiqueJ.Quand ce rayon est donc concentré sur le disque, la répartition de la tache du rayon n'est pas isotrope [circulaire] sur le disque, et la fréquence de la lecture optique du disque est donc mauvaise. Par conséquent, dans la technique antérieure, pour répartir de fagon circulaire une tache de rayon provenant 2O d'un dispositif semiconducteur à laser utilisé comme source lumineuse, les dimensions de l'ouverture de la lentille doivent être adéquatement réglées quand un rayon laser est transmis par la lentille.C'est à dire qu'en utilisant l'ouverture numérique ENA] de la lentille, le diagramme de répartition elliptique est converti en un diagramme de répartition circulaire. Cependant, avec une telle technique, il est malheu- reusement nécessaire d'utiliser une lentille dont l'ouverture numérique NA est prédéterminée.En outre, dans le cas d'une faible ouverture numérique NA, on doit utili- ser des lentilles combinées [de 2 à 3], ce qui nécessite une construction compliquée. De plus, dans l'appareil de la figure 1, les sorties du photodétecteur doivent être suffisamment grandes pour détecter les signaux d'informations avec un bon rapport signal/bruit.Dans ce but, les faces du prisme et la len- tille, par exemple, une face 3a du prisme 3 et une face 5a de la première lentille 5 doivent être munies de minces pellicules, de manière à empêcher la réflexion du rayon lumineux et réduire au maximum la perte du rayon lumineux due au prisme aussi bien qu'à la lentille.Cependant, dans l'appareil à disque optique classique représenté sur la figure 1, les éléments constitutifs respectifs du système optique, à savoir le prisme et les lentilles, sont tous séparés, abaissant ainsi le rendement optique et augmen- tant le nombre des temps d'évaporation des pellicules anti-réfléchissantes sur le prisme, la lentille, etc... ce qui provoque des prix de revient élevés.Les autres inconvénients de cet appareil classique résident dans le fait que, comme le prisme et les lentilles sont séparés, le réglage des axes optiques du prisme et des lentilles est difficile à faire, et l'appareil dans sa totalité occupe un volume important. La présente invention a donc pour but de proposer un système optique simple qui permet à un spot de rayon d'être projeté et réparti de façon circulaire sur la surface d'un disque et qui réduit aussi les influences des aberrations originales imputables à une lentille sur le spot. L'invention a aussi pour but de proposer un système optique de haute efficacité qui ne comporte qu'un petit nombre de composants et qui peut être réglé de fagon très simple. Pour réaliser de tels buts, la présente invention est caractérisée en ce que l'on utilise une lentille plan- convexe à travers laquelle est projeté un rayon provenant d'un dispositif semi-conducteur à laser. La figure 1 est un diagramme montrant la construction schématique d'un appareil à disque optique selon la technique antérieure, La figure E est un diagramme montrant la construction d'un mode de réalisation de l'invention, Les figures 3a et 3b sont des diagrammes destinés à expliquer le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 2, La figure 4 est un diagramme montrant la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention, et Les figures 5a et 5b sont des diagrammes montrant chacun les parties essentielles d'un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est donc un diagramme montrant la cons- truction d'un mode de réalisation de l'invention.Sur cette figure, un rayon lumineux L provenant d'un disposi- tif semi-conducteur à laser 21 est émis dans la direction d'un diviseur de rayons de polarisation 22 et pénètre dans une lentille plan-convexe 23. A ce moment-là,une ouverture circulaire 24 est prévue dans une partie d'un support 25 qui soutient le diviseur 22, de manière à faire face à un chemin optique.L'angle de vision d de l'ouverture en direction du dispositif semi-conducteur à laser 21 est établi de manière à satisfaire à la rela- tion i de divergence du rayon du laser semi-conducteur, respecti- vement, dans une direction perpendiculaire à la jonction du laser semiconducteur et dans une direction parallèle à celui-ci.Cette construction rend l'ouverture numérique NA de la lentille 23 égale à sin e et évite la complexité d'utiliser une lentille d'ouverture NA prédéterminée pour la lentille 23.En outre, comme lentille la seule lentille plan-convexe est utilisée sans avoir recours aux lentilles combinées de l'art antérieur et son plan est disposé de manière à faire face au côté du laser semiconducteur 21, ce qui permet d'éliminer de fagon satisfaisante toutes les aberrations. Les raisons en sont les suivantes.Premièrement, comme le laser semiconducteur utilisé comme source lumineuse présente une seule longueur d'onde oscillatoire [8300 A, par exemple], une lentille de correction destinée à corriger une aberration chromatique n'est pas nécessaire. Deuxièmement, comme l'ouverture numérique NA est petite, si l'on considère le demi-angle de divergence [par exemple, s 80) du laser semi- conducteur 21, on peut se dispenser d'une lentille de correction destinée à corriger un rayon hors axial.Troisièmement, le front d'onde du rayon laser semi-conducteur est une onde sphérique assez bonne et n'a pas besoin d'être corrigé.A partir de toutes ces constata- tions, même la seule lentille peut être utilisée de façon satisfaisante.Maintenant, même dans le cas o l'on fabri- que une seule lentille, qui comporterait une courbe, un calibre conforme à la courbe doit être préparé.En outre, le stade de polissage de la matière de la lentille en un plan est inévitable comme un stade précédent pour former de façon précise la courbe.Par conséquent, la lentille planconvexe présente des avantages du point de vue du procédé de fabrication, la lentille unique ayant une propriété de convergence. On va expliquer maintenant un procédé de montage de la lentille planconvexe de la figure 2.Considérons des cas o les directions des courbures sont différentes [figures 3a et 3b] par rapport au rayon du laser semi- 2O conducteur 21.Dans le cas de la figure 3a, le rayon inci- dent pénètre dans la lentille avec un angle % déterminé par rapport à la perpendiculaire à la face d'entrée. Dans le cas de la figure 3b, l'angle devient ô, et le rayon émergent sort à 'T par rapport à la perpendiculaire à la face de sortie.Il est donc évident que t) t l'ô. Pour réduire les aberrations de la lentille, l'angle du rayon incident par rapport à la perpendiculaire à la face d'entrée doit être aussi petit que possible.Cela a particulièrement une très grande influence sur l'aberra- tion sphérique.On comprendra donc que le montage représen- té sur la figure 3b est le meilleur.En d'autres termes, la structure de la lentille plan-convexe doit être telle que sa partie-plan est disposée de manière à faire face à la source lumineuse. La lentille dans laquelle pénètre le rayon du laser semi-conducteur est donc formée de la seule lentille plan-convexe dont la partie-plan est obligée de faire fa- ce à la source lumineuse et l'ouverture efficace est pré- vue à mi-chemin du trajet optique, de manière à ce que la tête optique puisse être construite simplement. La figure 4 est un diagramme montrant la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention o le système optique est de plus simplifié. Sur cette figure, un rayon lumineux émis d'un laser semi-conducteur 41 traverse des prismes 42 et 43 et une première lentille à collimater sensiblement, et le rayon lumineux collimaté est projeté comme une minuscule tache lumineuse sur un disque 8 par-une seconde lentille 46 supportée par une bobine mobile [non représentée].Un rayon réfléchi du disque optique 8 traverse la seconde lentille 46, la première lentille 45 et le prisme 43, est réfléchi par le plan de jointure A entre les prismes 42 et 43, traverse une lentille 44 et est reçu par un photodétecteur 9. Dans le présent mode de réalisation, une face 5a de la première lentille 45 est planaire et fixée à une face 3a du prisme 43 de manière à mettre la première lentille et le prisme en une structure unitaire.En fixant ainsi la première lentille 45 et le prisme 43, il n'est pas nécessaire de faire évaporer des pellicules anti-réflé- chissantes sur la face 5a de la lentille 45 et la face 3a du prisme 43, et on diminue aussi la perte de la lumière.De plus, le système optique est facilement mis au point insensible aux vibrations et peut donc être miniaturisé. Les figures 5a et 5b sont des diagrammes montrant chacun les parties essentielles d'un autre mode de réa- lisation de l'invention.Llélément 30 représenté sur la figure 5a est obtenu de telle façon que la première lentille 45, le prisme 43 et la lentille 44 [figure 4) soient formés unitairement au stade de la fabrication, tandis que l'élément 40 représenté sur la figure 5b est obtenu de telle fatvon que la première lentille et le prisme 43 soient unitairement formés au stade de la fabrication.Une telle fabrication unitaire peut être réalisée par une technique bien connue à ce jour, par exemple le moulage résineux de matière plastique. En formant ainsi unitairement la première lentille 45 et le prisme 43 au stade de fabrication, on réduit considérablement les nombres d'élémentsdes systèmes optiques. Compte tenu de ce qui précède et selon l'invention, on peut réaliser un système optique de grande efficacité ne comportant qu'un petit nombre d'éléments et mis au point simplement. REVENDICATIONS 1 - Système optique de reproduction d'informations comportant une source lumineuse qui utilise un laser semi-conducteur [21], et une lentille [CZ33 disposée entre la source lumineuse et un disque [8), un rayon laser provenant de la source lumineuse étant projeté sur le disque, caractérisé en ce que ladite lentille est une lentille plan-convexe dont la partieplan est placée du coté de la source lumineuse. Z - Système optique de reproduction d'informations selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une ouverture [24] inférieure à une divergence du rayon de la source lumineuse est prévue dans un chemin optique qui s'étend entre la source lumineuse et la lentille. 3 - Système optique de reproduction d'informations comportant une source lumineuse qui utilise un laser semi-conducteur [21],1 une lentille planconvexe [P33 qui dirige un rayon lumineux émis de la source lumineuse sur un disque, et un prisme [22) qui dérive un rayon réfléchi du disque, caractérisé en ce que ladite lentille et ledit prisme sont formés unitairement.