Brevet FR2533732A1 — publié le 19840330

i "Appareil de reproduction optique "^ La présente invention concerne de façon générale un appareil de reproduction optique utili- sant une source de lumière laser à semi-conducteur et notamment un appareil de reproduction (ou de lecture) optique ayant un système optique compact et susceptible de détecter des erreurs de poursuite du système à trois faisceaux. Selon l'art antérieur dans cette technique de reproduction optique, on connaît un système à trois faisceaux pour la détection de l'erreur de pour- suite (ou de trace) Cette technique est décrite au bre- vet US 3 876 842 Toutefois dans oette technique antérieu- re il y a des difficultés qu'il convient de resoudre. La présente invention a pour but de créer un appareil de reproduction optique remédiant aux inconvénients des solutions connues, et qui comporte un système optique compact, susceptible de détecter une erreur de poursuite dans un système à trois faisceaux. A cet effet, l'invention concerne un appareil de reproduction optique comportant: a) une sourcecb lumière laser à semi-conducteur émettant un faisceau de lumière laser, divergent, b) une lentille de collimateur ou collimateur qui reçoit le faisceau de lumière laser, divergent pour le trans- former en un faisceau de lumière laser parallèle, c) une lentilled'objectif focalisant le faisceau de lu- mière laser, parallèle sur un support d'enregistrement optique, d) un premier photodétecteur recevant le faisceau de lumière réfléchi sur le support d'enregistrement opti- que et donnant un signal reproduit,' e) un diviseuri faisceau prévu entre la source de lumière laser à semi-conducteuret la lentillei collimateur pour diviser le faisceau de lumière laser, un réseau f) de diffraction de type à phase entre la source de lumière laser à semi-conducteur et le diviseur de fais- ceau, pour séparer le faisceau de lumière laser de la source de lumière laser à semi-conducteur en un fais- ceau diffracté d'ordre zéro, de premier ordre positif et de premier ordre négatif, g) un secondet un troisième photodétecteurs recevant les faisceaux diffractés de premier ordre positif et de premier ordre, négatif, réfléchis par le support d'en- registrement optique, puis sur le diviseur de faisceau, le premier photodétecteur recevant le faisceau dif- fracté d'ordre zéro réfléchi sur le support d'enregis- trement optique, puis sur le diviseur de faisceau, et h) une lentille concave entre les photodétecteurs et le diviseur de faisceau pour donner un signal d'erreur de poursuite en calculant la différence entre les signaux de sortie détectés du seconder du troisième photodétec- teurs. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation d'un appareil de reproduction optique selon la présente invention. la figure 2 est un schéma de la forme des cavités réalisées dans un support d'enregistre- ment, cavités qui sont reproduites par l'appareil de reproduction optique de l'invention, tel que représenté à la figure 1. les figures 3, 4 et 5 sont des vues en plan schématique respectives de photodétecteurs utilisés dans la présente invention. les figures 6, 7 et 8 sont des schémas servant à expliquer le fonctionnement de l'appa- reil de reproduction optique, selon l'invention, tel que représenté à la figure 1. DESCRIPTION DU MODE LE REALISATION PREFERENTIEL DE 1 i IN- VENTION: Un mode de réalisation d'un appareil de reproduction optique selon la présente invention sera décrit ci-après en détail à l'aide de la figure 1. Selon la figure 1, la référence 1 désigne une source de lumière laser à semi-conducteur (laser à diode); cette source émet un faisceau de lumière laser 2 qui est un faisceau divergent (faisceau correspon- dant à une onde sphérique) La référence 4 désigne un diviseur de faisceau de polarisation; la référence 5 une lentille de collimateur la référence 6 une plaque dite quart de longueur d'onde ou plaque ' /4; la référence 7 désigne une lentille d'objectif, la référence 8 un support d'enregistrement optique, la référence 10 un photodétec- teur donnant un signal reproduit, la référence 13 une len- tille semi-cylindrique (lentille cylindrique) constituant une lentille astigmatique. Un réseau de diffraction de type à phase est prévu dans le chemin optique entre la source de lumière laser à semi-conducteur 1 et la lentille de collimateur 5, dans le chemin optique entre la source 1 et le diviseur de faisceau 4 selon ce mode de réalisation. Il en résulte que le faisceau de-lumière laser 2 émis par la source de lumière laser à semi-conducteur 1 est divisé par le réseau de diffraction 3 en un faisceau de diffrac- tion d'ordre zéro 2 a (figuré par une ligne en trait plein) un faisceau diffracté de premier ordre positif 2 b (repré- senté en pointillés) et un faisceau diffracté de premier ordre négatif 2 c (représenté par un trait mixte) Les faisceaux 2 a 2 c ainsi séparés tombent à travers le diviseur de faisceau 4 sur la lentille de collimateur 5 qui assure le regroupement pour donner des faisceaux parallèles, respectifs qui arrivent par l'intermédiaire de la plaque quart de longueur d'onde 6 sur la lentille d'objectif 7 qui les transforme en des faisceaux focali- sés ou convergents sur une ligne du support d'enregistre- ment (disque rotatif) 8. Les faisceaux 2 a, 2 b, 2 c ainsi foca- lisés sur le support d'enregistrement 8 sont répartis dans la direction y correspondant aux pistes d'enregistre- ment d'une spire du support d'enregistrement 8 Ainsi, en avant et en arrière du faisceau diffracté d'ordre zéro 2 a, il y a le faisceau diffracté de premier ordre, positif 2 b et le faisceau diffracté de premier ordre, négatif 2 c. Les faisceaux 2 a-2 c réfléchis sur le support d'enregistre- ment 8 sont renvoyés, réfléchis sur le diviseur de fais- ceau 4 et arrivent par l'intermédiaire d'une lentille con- cave 9 sur les photodétecteurs 10, 11, 12 Les photodétec- teurs il et 12 sont distincts du photodétecteur 10 qui donne le signal reproduit Les photodétecteurs 11 et 12 reçoivent le faisceau diffracté de premier ordre, positif 2 b et le faisceau diffracté de premier ordre, négatif 2 c respectifs Le faisceau diffracté d'ordre zéro 2 a dans ce cas est envoyé à travers la lentille semi-cylindrique 13 dans le photodétecteur 10. Du fait de la lentille concave 9, on peut régler l'écartement entre les positions de mise au point des différents faisceaux 2 a 2 c c'est-à-dire l'écartement des photodétecteurs 10, 11, 12 pour augmen- ter cet écartement Si la lentille concave 9 est disposée par rapport au diviseur de faisceau 4 de façon que les fais- ceaux 2 a-2 c arrivent sur la lentille concave 9 vers son foyer arrière, pour que les faisceaux respectifs 2 a-2 c traversent la lentille concave 9 et donnent des faisceaux parallèles Il est ainsi possible de choisir sans contrain- te, la distance entre chacun des photodétecteurs 10 12 et la lentille concave 9 La lentille concave 9 sera décrite en détail ci-après. La figure 2 est un schéma montrant des pistes d'enregistrement adjacentes, quelconques Tn-î 1 N n+et Tîn+ (n est un nombre entier) Ces pistes sont formées sur le support d'enregistrement 9; chaque piste est composée d'une série de cavités PT réparties suivant une spire voisine d'un cercle ou de cercles concentriques. Les références numériques 2 a', 2 b' et 2 c' désignent res- pectivement les points des faisceaux 2 a, 2 b et 2 c sur le support d'enregistrement 8 v Les figures 3 à 5 sont des schémas respectifs des surfaces de détection des photodétecteurs 11, 10, 12 dans lesquels les références numériques 2 b", 2 a", 2 c" désignent respectivement les points des faisceaux 2 b, 2 a et 2 c qui y sont formés Dans ces conditions, la surface de détection du photodétecteur 10 est divisée en des sections de photodétection l Oa l Ob de quatre quadrants comme représenté à la figure 4 - Le signal reproduit (signal vidéo, signal audio à modulation de largeur d'impulsion PCM, ou analogue) s'obtient par addition des signaux de sortie de détection des sections de détection respectives l Oa l Od du photodétecteur 10. Ainsi du fait de l'astigmatisme de la lentille semi-cylindrique 13, on obtient un signal d'erreur de mise au point en Galculant la différence entre la somme des signaux de sortie détectés des sections de détection i Qa et 10 c du premier et du troisième quadrants sur le photodétecteur 10 et de la somme des signaux de sortie détectés des sections de détection l Ob et l Od du second et du quatrième quadrants Le point 2 a" du faisceau donne un cercle pour l'état de focalisation ou de mise au point précis; ce point devient une ellipse lorsque la mise au point n'est pas faite La lentille d'objectif 7 (représentée à la figure 1) est déplacée dans la direction de l'axe optique par le signal d'erreur de mise au point ou de focalisation. Par ailleurs, on peut obtenir un signal d'erreur de poursuite en additionnant les signaux de sortie étectés par les photodétecteurs 11 et 12 A l'aide de ce signal d'erreur de poursuite, on déplace la lentille d'objectif 7 dans la direction perpendiculaire aux pistes d'enregistrement du support d'enregistrement 8. Il est possible de prévoir un miroir de poursuite et de le faire tourner. La relation de position entre la source de lumière laser à semiconducteur 1 et le réseau de diffraction de type à phase 3 sera décrite ci-après à l'aide de la figure 6 Le point d'émission du faisceau de la source de lumière laser 1 devient une source de lumière ponctuelle réelle PO du faisceau diffracté d'ordre zéro 2 a Par ailleurs, des sources lumineuses ponctuelles ima- ginaires P_, et P 1 des faisceaux diffractés de premier ordre, positif etnégatif 2 b et 2 c sont placées des deux c 8 tés de la source lumineuse ponctuelle réelle P, chacune en étant écartée de la longueur; dans cette relation P d représente la distance entre le point d'émission du faisceau de la source de lumière laser 1 et le réseau de diffraction 3; LX représente la longueur d'onde du fais- ceau de lumière laser émis 2 et p est le pas de réparti- tion du réseau de diffraction 3 Les champs d'onde appa- rente sur les sources de lumière ponctuelles imaginaires P+i et P-1 constituent une onde convergente de même forme que le front d'onde de diffraction d'ordre zéro et coinci- dent avec l'image de diffraction de Fraunhofer produite sur la surface de la source lumineuse lorsque le réseau de diffraction 3 est irradié à l'exception de la direction de déplacement du front d'onde Ainsi, les champs d'onde des sources de lumière ponctuelles imaginaires P+i et P-1 deviennent équivalents à la source de lumière ponctuelle réelle PO. On décrira ci-après la lentille con- cave 9 placée entre le diviseur de faisceau 4 et les photo- détecteurs 10 oo 12 en référence aux figures 1 à 7 La figure 7 est un diagramme équivalentde la figure 1 entre la relation de position entre les lentilles 5, 7 et 9, le support d'enregistrement 8 et le photodétecteur 10 de la figure 1 A la figure 7, les faisceaux 2 b et 2 c n'ont pas été représentés, seul le faisceau 2 a l'ayant étéo Les dis- tances focales de la lentille de collimateur 5, de la len- tille d'objectif 7 et de la lentille concave 9 sont dési- gnées respectivement par f 11 f 2, f 3 o Dans ces conditions la distance focale f du système optique formé par la len- tille de collimateur 5 et la lentille concave 9 est donnée par la formule suivante h 3 f = fl hi f ( 1) Dans cette formule, h 1 et h 3 représentent respectivement la hauteur-image des lentilles 5 et 7 L'amplification des faisceaux 2 a oo 2 c par le réseau de diffraction 3 après traversée des lentilles 5 et 7 et focalisation sur le sup- port d'enregistrement 8 devient égale à f L'amplifi- cation lorsque les faisceaux réfléchis 2 a, 2 oo 2 c Vu sup- port d'enregistrement 8 traversent chacun les lentilles 7, 5 et 9 pour être focalisés sur les photodétecteurs 10 12, elle devient égale à f o En conséquence, f 2 l'écartement entre les points de faisceaux 2 a", 2 b"' et 2 c" des photodétecteurs 10 o 12 est donné par la rela- tion f 4 A-d Par ailleurs comme la relation f 3 f c'est-à-dire f 1 Il est ainsi clair que l'écartement donné par f 1 e des points f P de faisceaus 2 a"' 2 b" et 2 c" est superieur à l'espacement donné par l des sources lumineuses ponctuelles P 0, P P+i et P-1 de la source de lumière laser 1. f 1 L'amplificati O nfpar lee lentilles 5 et 7 est déterminée par la relation ci-dessus Ainsi, si les ouvertures numériques NA des lentilles respec- tives 5 et 7 sont désignées par NA 1 k 2 NA 2, l'agrandisse- ment m 1 est donné par la relation 1 valeur de l'agrandissement qui toutefois ne peut se choisir libre- ment L'écartement des points de faisceaux 2 a', 2 b' et 2 c' du support d'enregistrement 8 est donné par la relation m* d Toutefois comme cet espacement 4 f 2 P f 2 P est une valeur optimum dans certaines plages, on ne peut non plus choisir librement l'espacement des sour- P ces lumineuses ponctuelles P 0, P+ 1 et P_ 1 Ainsi, l'effet de la puissance variable de la lentille concave 9 est important En effet, la lentille concave 9 permet de choisir librement l'écartement des points de faisceaux 2 a", 2 b" et 2 c" ou encore l'écartement des photodétecteurs 12 si bien que la conception du système optique devient simple. f Si l'agrandissement f est f 1 choisi important, il en résulte une longueur focale f, plus importante Toutefois Uns ce cas, le second point principal H' (voir figure 7) du système optique est en grande partie ramené dans la direction avant si bien que la distance focale arrière ou distance S' de la lentille concave 9 n'est pas augmentée de beaucoup, ce qui donne Z 533732 un système optique compact Le nombre de lentilles con- caves 9 peut ainsi être choisi supérieur à deux. h 3 Le coefficient dans l'équation h 1 ( 1) peut s'exprimer par la relation suivante h e = o ( 2) h fl Dans cette relation, e représente la distance entre la position de convergence du faisceau 2 a sans lentille conca- f ve 9 et avec lentille concave 9 L'agrandissement f est ainsi donné par la formule suivante f 1 S' G ( 3) e e 1 + 1 3 Ainsi, même si la distance focale fl est dispersée, l'agrandissement f peut se modifier en changeant la f 1 distance e c'est-à-dire la position de la lentille concave 9 La distance focale arrière S' peut de même se corriger pour donner une valeur optimale, en réglant la distance e Toutefois comme indiqué ci-dessus, l'agrandissement fl est choisi supérieur à 1 pour f 1 - f _ satisfaire à la condition f > 1 Si la distance e est corrigée de la valeur A e, la variation a S' de la dis- tance focale arrière S' est donnée par la relation sui- vante A S' = (f) à e Le réglage de position de la f 1 lentille semicylindrique 13 (réglage qui demande une grande précision) peut ainsi se remplacer par le réglage de la position de la lentille concave 9. La densité optique du faisceau 2 émis par la source de lumière laser à semi-conducteur 1 présente une distribution de Gauss dans laquelle la densité optique est maximum suivant l'axe optique; cette densité diminue en se rapprochant du bord périphérique Les fais- ceaux diffractés d'ordre zéro, dé premier ordre positif et de premier ordre négatif 2 a 2 c du réseau de diffrac- tion 3, ont chacun une distribution similaire Si les par- ties des faisceaux 2 a-2 c de densité optique maximale sont prises comme rayons principaux respectifs, les rayons principaux des faisceaux 2 a 2 c de coupent l'un l'autre sur le réseau de diffraction 3, si bien que le réseau de diffraction 3 peut être considéré comme diaphragme d'en- trée Si la surface-image à la surface du diaphragme d'en- trée du système optique (lentille de collimateur 5 len- tille d'objectif 7-tsupport d'enregistrement 8) coïncide avec le foyer arrière F' de la lentille concave 9 comme représenté à la figure 8 (en maintenant d constant, c'est- 1, d p à-dire -L, constant, la distance d étant changée), les rayons principaux des faisceaux respectifs 2 a 2 c qui traversent la lentille concave 9 deviennent des rayons parallèles Ainsi quelle que soit la position des photo- détecteurs 10 12 par rapport à la lentille concave 9, l'écartement des points de faisceaux 2 a" 2 c" devient égal l'un à l'autre. Selon le mode de réalisation de l'invention, ci-dessus, dans un appareil de reproduction optique utilisant une source de lumière laser à semi- conducteur, comme la source de lumière laser comporte un réseau de diffraction de type à phase dans le chemin optique entre la source et la lentille du collimateur, et que les faisceaux de diffraction d'ordre zéro, de premier ordre positif et de premier ordre négatif réflé- chis par le support d'enregistrement optique tombent res- pectivement sur un premier et second et un troisième photodétecteurs, on aboutit à un appareil de reproduction optique ayant un système optique compact et qui permet la détection de l'erreur de trace à l'aide d'un système à trois faisceaux. 2 533732 ' Il est également possible de rempla- cer le réseau de diffraction par trois sources de lumière laser Toutefois 1 il est relativement difficile d'avoir des longueurs d'onde identiques, des caractéristiques de température égales et une distribution analogue de l'inten- sité de la quantité de lumière etc. Le réseau de diffraction peut égale- ment être prévu entre la lentille du collimateur et le diviseur du faisceau, ce qui toutefois augmente la longueur du système optique. Selon la présente invention, comme il est prévu une lentille concave entre le diviseur de faisceau et les trois photodétecteurs, la distance ou l'écartement des trois photodétecteurs peut être augmenté ou réglé facilement On peut réaliser les trois photodétec- teurs facilement sur un même support semi-conducteur en utilisant la technique existante de fabrication du semi- conducteur. De plus selon la présente invention, le réglage de la position de la lentille semi-cylindrique (lentille cylindrique) détectant l'erreur de mise au point dans le système astigmatique peut être remplacé par un réglage de position de la lentille concave. R-E V E N D I C A T I O N S ) Appareil de reproduction optique caractérisé en ce qu'il se compose d'une source de lumière laser ( 1) à semi-conducteur émettant un faisceau diver- gent ( 2) de lumière laser, une lentille de collimateur ( 5) qui transforme le faisceau de lumière laser, divergent ( 2) en un faisceau de lumière parallèle, une lentille d'objectif ( 7) focalisant le faisceau de lumière laser parallèle sur un support d enregistrement optique, un premier photodétecteur ( 10) recevant le faisceau de lu- mière réfléchi par le support d'enregistrement optique ( 8) pour donner un signal reproduit, un diviseur de faisceau ( 4) prévu entre la source de lumière laser à semi-conduc- teur ( 1) et la lentille de collimateur ( 5) pour diviser le faisceau de lumière laser, un réseau de diffraction ( 3) à phase, entre la source de lumière laser à semi- conducteur ( 1) et le diviseur de faisceau ( 4) pour séparer le faisceau de lumière laser de la source de lumière laser à semi-conducteur ( 1) en un faisceau diffracté d'ordre zéro, de premier ordre positif et un faisceau diffracté de premier ordre négatif ( 2 a, 2 b, 2 c), un second et un troisième photodétecteurs ( 11, 12) recevant les faisceaux diffractés de premier-ordre positif et négatif réfléchis par le support d'enregistrement optique ( 8) puis le divi- seur de faisceau ( 4), le premier photodétecteur ( 10) rece- vant le faisceau diffracté d'ordre zéro réfléchi par le support d'enregistrement optique ( 8) et le diviseur de faisceau, ainsi qu'un moyen optique ( 9) pour faire diver- ger le faisceau de lumière, ce moyen étant prévu entre les photodétecteurs ( 10, 11, 12) et le diviseur de faisceau ( 4) pour donner un signal d'erreur de trace en calculant la différence entre les signaux de sortie détectés du second et du troisième photodétecteurs ( 11, 12). 2 ) Appareil de reproduction optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen optique est une lentille concave.