Brevet FR2738384A1 — publié le 19970307

La présente invention concerne un système de lecture optique et, plus particulièrement, un système de lecture optique amélioré capable de lire à la fois des disques optiques mince et épais. Comme cela est bien connu, une source de lumière de courte longueur d'onde et une grande ouverture numérique (NA) sont des facteurs optiques importants dans des têtes de lecture optique pour réaliser un stockage optique de haute densité. Cependant, une lentille à grande NA, par exemple, de 0,6, est de préférence utilisée avec un disque optique mince d'épaisseur de, par exemple, 0,6 mm et si une tête optique pour lire le disque optique mince est utilisée pour lire un disque conventionnel de 1,2 mm, l'aberration sphérique causée par la différence d'épaisseurs de disques doit être corrigée. Une tête optique à double focalisation avec un élément optique holographique (HOE) a été introduite pour résoudre ce problème. En figure 1, on a représenté la tête optique à double focalisation 100 pour reproduire des signaux d'information mémorisés sur des disques optiques mince et épais chargés alternativement sur un plateau de disques, o chacun des disques optiques a une surface d'enregistrement correspondante, qui est décrite dans Kanda et Hayashi, "Dual Focus Optical Head for 0,6 mm and 1,2 mm Disks", SPIE Vol. 2338 Optical Data Storaqe (1994)/283. La tête optique à double focalisation 100 comprend: une source de lumière 126 pour produire un faisceau lumineux, un séparateur de faisceaux 106, une lentille de collimation 108, un HOE 110, une lentille d'objectif 114, une lentille cylindrique 104 et un détecteur 102 pourvu de quatre cellules photo- électriques, o le HOE 110 est conçu en une lentille concave de telle manière que la longueur focale d'un faisceau lumineux diffracté du premier ordre 28 soit plus éloignée de la lentille d'objectif que celle d'un faisceau lumineux diffracté d'ordre zéro (0) 124. Dans la tête optique 100, lorsqu'un disque optique mince 116 est chargé sur le plateau de disques, le faisceau 2 2738384 lumineux diffracté d'ordre zéro 124 transmis par le HOE 110 est utilisé pour reproduire le signal d'information d'une surface d'enregistrement 118 du disque optique mince 116. Dans ce cas, le faisceau lumineux émis par la source de lumière 126, par exemple, une diode laser, entre le HOE 110 par l'intermédiaire du séparateur de faisceau 106 pour passer partiellement à travers la surface incorporée de celui-ci et la lentille de collimation 108 pour amener le faisceau lumineux du séparateur de faisceau 106 à être parallèle. Dans un tel cas, le HOE 110 joue simplement le rôle d'un plateau parallèle pour le faisceau lumineux diffracté d'ordre zéro 124 du faisceau lumineux parallèle. Le faisceau lumineux diffracté d'ordre zéro 124 est focalisé sur la surface d'enregistrement 118 du disque optique mince 116 par la lentille d'objectif 114. Lorsque le faisceau lumineux diffracté d'ordre zéro 124 est ramené par le disque optique mince 116 au HOE 110 par l'intermédiaire de la lentille d'objectif 114, le HOE 110 joue également le rôle d'une plaque ou d'un plateau parallèle. Le faisceau lumineux diffracté d'ordre zéro 124, après avoir passé à travers la lentille de collimation 108 et le séparateur de faisceau 106, devient astigmatique en passant à travers la lentille cylindrique 104, permettant au détecteur 102 de lire le signal d'information de la surface d'enregistrement 118 du disque optique mince 116. Cependant, afin de reproduire le signal d'information d'une surface d'enregistrement 120 d'un disque optique épais 122, le faisceau lumineux diffracté de premier ordre 128 transmis par le HOE 110 est utilisé. Il doit être noté que les fonctions et les structures des composants optiques excepté le HOE 110 pour le faisceau lumineux diffracté du premier ordre 128 dans la tête otique 100 sont similaires à celles pour le faisceau lumineux diffracté d'ordre zéro 124. Dans ce cas, le HOE 110 fonctionne comme une lentille pour focaliser le faisceau lumineux diffracté du premier ordre 128 sur la surface d'enregistrement 120 du disque optique épais 122 en combinaison avec la lentille d'objectif 114. De ce 3 2738384 fait, la tête optique 100 pour utilisation avec le disque optique mince 116 est susceptible de reproduire le signal d'information de la surface d'enregistrement 120 du disque optique épais 122. Cependant, il existe un nombre de problèmes associés à la tête optique 100 ci-dessus décrite. Tout d'abord, le HOE doit être combiné avec la lentille d'objectif 114 pour servir comme une lentille, rendant de la sorte la tête optique 100 encombrante et structurellement compliquée. Un autre problème présent dans la tête optique antérieure est qu'elle exige un procédé de fabrication difficile du HOE 110 et un tel HOE 110 est habituellement coûteux. C'est, de ce fait, un objet principal de la présente invention de proposer un dispositif optique nouveau susceptible de diviser un faisceau lumineux parallèle en un nombre de portions et de focaliser chaque portion sur le même nombre de points focaux, respectivement. C'est un autre objet de la présente invention de proposer un système de lecture optique amélioré susceptible de lire un certain nombre de disques optiques ayant certains ou tous des épaisseurs différentes. Selon un aspect de la présente invention, on prévoit un disque optique pour utilisation dans un système de lecture optique, le dispositif comprenant: une base, réalisée en un matériau réfringent, ayant des surfaces supérieure et inférieure parallèles l'une à l'autre o la surface supérieure est divisée en un nombre N de régions annulaires; et N jeux ou groupes de M bagues ou anneaux triangulaires, chacun des N groupes des M anneaux triangulaires étant placé en haut de chacune des régions annulaires, chacun des anneaux triangulaires dans chacun des groupes étant constitué du matériau réfringent et comprenant une surface de base annulaire ayant une largeur RM et une surface normale annulaire ayant une hauteur HM, la surface de base annulaire étant perpendiculaire à la surface normale annulaire, o chacun des N groupes d'anneaux triangulaires est réalisé pour 4 2738384 fonctionner comme une lentille, chacun des N groupes étant constitué pour avoir une longueur focale différente f en contrôlant la hauteur HM et la largeur RM dans chacun des anneaux triangulaires dans chacun des groupes, et M et N sont des nombres naturels. Selon un autre aspect de la présente invention, on prévoit un système de lecture optique pour reproduire des signaux d'information mémorisés sur un nombre de disques optiques chargés sur un plateau de disques, o chacun des disques optiques a une surface d'enregistrement respective, le système comprenant: une source de lumière pour produire un faisceau lumineux parallèle; et un dispositif optique pourvu d'un certain nombre de parties, o chacune des parties ayant une longueur focale différente est susceptible de diviser le faisceau lumineux parallèle en même nombre de portions que celles des disques optiques et de focaliser chaque portion des faisceaux lumineux parallèles sur la surface d'enregistrement d'un disque optique correspondant, respectivement, pour permettre de la sorte au système de lecture optique de lire les signaux d'information de la surface d'enregistrement du disque optique correspondant. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexes donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 représente une vue de côté schématique d'un système de lecture optique de l'art antérieur; - la figure 2 représente une vue en plan d'un dispositif optique selon la présente invention; - la figure 3 représente une vue en coupe schématique du dispositif optique de l'invention effectuée suivant la ligne V-V représentée en figure 2; et - la figure 4 représente une vue de côté schématique d'un système de lecture optique utilisant le dispositif optique de l'invention. 2738384 On a illustré aux figures 2 à 4 diverses vues du système de lecture optique de l'invention selon des modes de réalisation préférés de la présente invention. On a illustré en figure 2 une vue en plan d'un dispositif optique 210 pour utilisation dans un système de lecture optique, susceptible de diviser un faisceau lumineux parallèle en une première et une seconde portions et de focaliser les première et seconde portions sur respectivement un premier et un second points focaux. Le dispositif optique 210 comprend une base, une première et une seconde partie 211, 213 réalisées en un matériau réfringent, par exemple, PMMA (Poly-Methyl- Meta-Acryllate), PC (Poly-Carbonate) et PS (Poly-Styrate). La première partie 211 est indiquée par une ligne en trait plein. La première portion du faisceau lumineux frappe la première partie 211 du dispositif optique 210 et la seconde portion du faisceau lumineux parallèle frappe la seconde partie 213 de celui-ci. La première partie 211 comprend une première base annulaire, constituée du matériau réfringent, ayant des surfaces supérieure et inférieure parallèles l'une à l'autre et un premier groupe de S bagues ou anneaux triangulaires placé en haut de la première base annulaire. Chacun des anneaux triangulaires est réalisé en même matériau réfringent que la première base annulaire et est pourvu d'une première surface de base annulaire ayant une largeur RS, S étant un nombre naturel indiquant le nombre d'ordre, une première surface normale annulaire ayant une hauteur HS, la première surface de base annulaire étant perpendiculaire à la première surface normale annulaire et une première surface inclinée annulaire inclinée à un angle OS par rapport à la première surface normale annulaire. Le premier groupe de S anneaux triangulaires est réalisé pour fonctionner en une lentille ayant une première longueur focale fl en contrôlant la hauteur HS et la largeur Rs. La seconde partie 213 du dispositif optique 210 comprend une seconde base annulaire, constituée du matériau réfringent, ayant des surfaces supérieure et inférieure 6 2738384 parallèles l'une à l'autre et un second groupe de T bagues ou anneaux triangulaires placé en haut de la seconde base annulaire. Chacun des anneaux triangulaires est constitué du matériau réfringent et comprend une seconde surface de base annulaire ayant une largeur RT, T étant un nombre naturel indiquant le nombre d'ordre, une seconde surface normale annulaire ayant une hauteur HT, la seconde surface de base annulaire étant perpendiculaire à la seconde surface normale annulaire et une seconde surface inclinée annulaire inclinée à un angle OT par rapport à la seconde surface normale annulaire. Le second groupe de T anneaux triangulaires est réalisé pour fonctionner comme une lentille ayant une longueur focale f2, f2 étant plus petite que fl, en contrôlant la hauteur HT et la largeur RT. Comme représenté en figure 3, dans le cas o la première surface normale annulaire dans chacun des anneaux triangulaires dans le premier groupe d'anneaux triangulaires est de la même hauteur, la première longueur ou distance focale fl est déterminée par l'équation suivante: R 2_S22 RS f= S 1 2S o X représente la longueur d'onde de la source de lumière et RS la largeur de la base annulaire. Il est préférable que RS dans chacun des anneaux triangulaires augmente comme la bague se déplace plus près d'un centre de la base. Alternativement, la longueur ou distance focale f2 du second groupe des T anneaux triangulaires est également déterminée par le même procédé que celui de la première longueur focale fl. Comme représenté en figure 4, le système de lecture optique 200 incorporant le dispositif optique de l'invention 210 comprend une source de lumière 216 pour produire un faisceau de lumière, un séparateur de faisceau 206 pourvu d'une surface, une lentille de collimation 208, le dispositif optique 210 ayant des première 211 et seconde 213 parties, 7 2738384 une lentille cylindrique 204 et un détecteur 202 pourvu d'un certain nombre de cellules photo-électriques. Dans le système 200, lorsqu'un disque optique mince 215 ayant une épaisseur, par exemple de 0,6 mm, est chargé sur le plateau de disques, la lumière passant à travers la seconde partie 213 du dispositif optique 210 est utilisée pour reproduire le signal d'information de la surface d'enregistrement 212 du disque optique mince 215. Dans ce cas, le faisceau de lumière émis par la source de lumière 216, par exemple, une diode laser, entre le disque optique 210 par l'intermédiaire du séparateur de faisceau 206 qui permet au faisceau de lumière de passer partiellement à travers la surface incorporée dans celui-ci et la lentille de collimation 208 qui rend parallèle le faisceau lumineux du séparateur de faisceau. La surface du séparateur de faisceau 206 est agencée de telle manière qu'elle est inclinée à un angle prédéterminé par rapport à un axe optique formé par un point central du détecteur 202 et le point focal dans la surface d'enregistrement respective 212, 214. Il est préférable que l'angle prédéterminé soit de 45 degrés. Dans un tel cas, la seconde partie 213 du dispositif optique 210 joue le rôle d'une lentille d'objectif en focalisant le faisceau lumineux parallèle sur la surface d'enregistrement 212 du disque optique mince 215. Le faisceau lumineux réfléchi par la surface d'enregistrement 212 par l'intermédiaire du dispositif optique 210 frappe la lentille de collimation 208 pour converger le faisceau lumineux réfléchi par le dispositif optique 210 vers le détecteur 202 par l'intermédiaire du séparateur de faisceau 206 disposé entre la lentille de collimation 208 et le détecteur 202. La surface du séparateur de faisceau 206 est susceptible de transmettre le faisceau lumineux passant à travers la lentille de collimation 208. La lentille de collimation 208 est disposée entre le séparateur de faisceau 206 et le dispositif optique 210. Le faisceau lumineux transmis à travers le séparateur de faisceau 206 frappe la lentille cylindrique 204 pour rendre astigmatique le faisceau lumineux 8 2738384 passant à travers celle-ci, permettant de la sorte au détecteur 202 de lire le signal d'information, par exemple, un signal d'erreur de focalisation, de la surface d'enregistrement 212 du disque optique mince 215 en utilisant un procédé astigmatique. La lentille cylindrique 204 est disposée entre le séparateur de faisceau 206 et le détecteur 202. Alternativement, lorsqu'un disque optique épais 217 ayant une épaisseur, par exemple de 1,2 mm, est chargé sur le plateau de disques, la lumière passant à travers la première partie 211 du dispositif optique 210 est utilisée pour reproduire le signal d'information de la surface d'enregistrement 214 du disque optique épais 217. Dans ce cas, la première partie 211 du disque optique 210 joue le rôle d'une lentille d'objectif en focalisant le faisceau lumineux parallèle passant à travers celle-ci sur la surface d'enregistrement 214 du disque optique épais 217. De ce fait, elle permet au détecteur 202 de lire le signal d'information de la surface d'enregistrement 212 du disque optique épais 217. En comparaison à la tête optique 100 de l'art antérieur, le système optique 200 de l'invention est de dimension réduite et est structurellement simple tout en exigeant un nombre moindre de composants. Ceci est accompli en y incorporant un dispositif optique 210, éliminant de la sorte la lentille d'objectif 114 dans la tête optique antérieure 100, réduisant le nombre total de composants constituant le système, qui, à son tour, réduira la longueur du trajet optique que le faisceau lumineux doit parcourir, résultant en une réduction globale de dimension du système. Même si la présente invention a été décrite pour un système de lecture optique y incorporant un dispositif optique susceptible de focaliser une première et une seconde portions d'un faisceau lumineux parallèle respectivement sur un premier et un second points focaux, et de ce fait pour lire à la fois des disques optiques mince et épais, l'idée ci- dessus présentée peut être étendue à un système de lecture 9 2738384 optique pour utilisation avec un nombre de disques optiques ayant une épaisseur différente en utilisant dans celui-ci un dispositif optique susceptible de focaliser le même nombre de portions du faisceau lumineux parallèle que celui du disque optique respectivement sur des points focaux correspondants. Bien que la présente invention ait été décrite par rapport à des modes de réalisation préférés, d'autres modifications et variantes peuvent être réalisées sans se démarquer de l'esprit et de la portée de la présente invention. 2738384 REVENDICATIONS 1. Dispositif optique pour utilisation dans un système de lecture optique, caractérisé en ce qu'il comprend: une base (211, 213), réalisée en un matériau réfringent, ayant des surfaces supérieure et inférieure parallèles l'une à l'autre, o la surface supérieure est divisée en un nombre N de régions annulaires; et N groupes de M anneaux triangulaires, chacun des N groupes des M anneaux triangulaires étant placé en haut de chacune des régions annulaires, chacun des anneaux triangulaires dans chacun des groupes étant constitué du matériau réfringent et comprenant une surface de base annulaire ayant une largeur RM et une surface normale annulaire ayant une hauteur HM, la surface de base annulaire étant perpendiculaire à la surface normale annulaire, o chacun des N groupes d'anneaux triangulaires est réalisé pour fonctionner comme une lentille, chacun des N groupes étant réalisé pour avoir une longueur focale différente f en contrôlant la hauteur HM et la largeur RM dans chacun des anneaux triangulaires dans chacun d'un groupe, et M et N sont des nombres naturels. 2. Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les hauteurs HM respectivement des anneaux triangulaires dans chacun des groupes sont approximativement égales les unes aux autres. 3. Dispositif optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur focale f de chacun des groupes est déterminée par l'équation: RM 2-M222 1 = 2M o x représente la longueur d'onde d'une source de lumière (216). 11 2738384 4. Dispositif optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur RM dans chacun des anneaux triangulaires augmente comme l'anneau se déplace plus près d'un centre de la base. 5. Dispositif optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau réfringent est réalisé en polyméthyl-méta-acrylate (PMMA), polycarbonate (PC) ou polystyrate (PS). 6. Système de lecture optique pour reproduire des signaux d'information mémorisés sur un nombre de disques optiques chargés sur un plateau de disques, o chacun des disques optiques a une surface d'enregistrement respective, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens (216, 206, 208) pour produire un faisceau lumineux parallèle; et un dispositif optique (210) pourvu d'un certain nombre de parties (211, 213), o chacune des parties ayant une longueur focale différente est susceptible de diviser le faisceau lumineux parallèle en même nombre de portions que celui des disques optiques et de focaliser chaque portion des faisceaux lumineux parallèles sur la surface d'enregistrement (212, 214) d'un disque optique correspondant, respectivement, pour permettre de la sorte au système de lecture optique de lire les signaux d'information de la surface d'enregistrement (212, 214) du disque optique correspondant. 7. Système de lecture optique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un moyen de détection (202). 8. Système de lecture optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de production du faisceau lumineux parallèle comprend: une source de lumière (216) pour produire un faisceau lumineux; un moyen séparateur de faisceau (206) pour réfléchir le faisceau lumineux à la surface d'enregistrement respective et transmettre le faisceau lumineux réfléchi par les surfaces d'enregistrement au moyen de détection (202); et 12 2738384 un moyen (208) pour collimater le faisceau lumineux réfléchi par le moyen de séparation de faisceau (206) pour produire de la sorte le faisceau lumineux parallèle. 9. Système de lecture optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de collimation (208) converge également les faisceaux lumineux réfléchis par les disques optiques. 10. Système de lecture optique selon la revendication , caractérisé en ce que le moyen de collimation (208) est disposé entre le moyen de détection (202) et le dispositif optique (210). 11. Système de lecture optique selon la revendication , caractérisé en ce que le moyen séparateur de faisceaux (206) est disposé entre le moyen de collimation (208) et le moyen de détection (202). 12. Système de lecture optique selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen séparateur de faisceaux (206) est agencé de telle manière qu'il est incliné à un angle prédéterminé par rapport à un axe optique formé par un point central du moyen de détection (202) et un point de convergence dans la surface d'enregistrement respective. 13. Système de lecture optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif optique (210) comprend: une base (211, 213), réalisée en un matériau réfringent, ayant des surfaces supérieure et inférieure parallèles l'une à l'autre, o la surface supérieure est divisée en un nombre N de régions annulaires; N groupes de M anneaux triangulaires, chacun des N groupes de M anneaux triangulaires étant placé en haut de chacune des régions annulaires, chacun des anneaux triangulaires dans chacun des groupes étant constitué du matériau réfringent et comprenant une surface de base annulaire ayant une largeur RM et une surface normale annulaire ayant une hauteur HM, la surface de base annulaire étant perpendiculaire à la surface normale annulaire, o chacun des N groupes d'anneaux triangulaires est réalisé pour 13 2738384 fonctionner comme une lentille, chacun des N groupes étant réalisé pour avoir une longueur focale différente f en contrôlant la hauteur HM et la largeur RM dans chacun des anneaux triangulaires dans chacun des groupes et M et N sont des nombres naturels. 14. Système de lecture optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen séparateur de faisceau (206) est susceptible de réfléchir partiellement le faisceau lumineux de la source de lumière (216) aux disques optiques et de transmettre partiellement le faisceau lumineux transmis à travers le dispositif optique (210) au moyen de détection (202). 15. Système de lecture optique pour reproduire des signaux d'information mémorisés sur un premier et un second disques optiques charges sur un plateau de disques, o chacun des disques optiques ayant une surface d'enregistrement est d'une épaisseur différente, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens (216, 206, 208) pour produire un faisceau lumineux parallèle; un dispositif optique (210) pourvu d'une première et d'une seconde parties (211, 213), o une portion du faisceau lumineux parallèle frappant la première partie (211) est focalisée sur le premier disque optique (215) et la portion restante du faisceau lumineux parallèle frappant la seconde partie (213) est focalisée sur le second disque optique (217), permettant de la sorte au système de lecture optique de lire les signaux d'information de la surface d'enregistrement respective (212, 214), alternativement; et un moyen de détection (202) pour lire le signal d'information du disque optique respectif. 16. Système de lecture optique selon la revendication , caractérisé en ce que les moyens de production du faisceau lumineux parallèle comprennent: une source de lumière (216) pour produire un faisceau de lumière; 14 2738384 un moyen de séparation du faisceau (206) pour réfléchir le faisceau lumineux aux surfaces d'enregistrement et transmettre le faisceau lumineux réfléchi par les surfaces d'enregistrement au moyen de détection (202); et un moyen (208) pour collimater le faisceau lumineux réfléchi par le moyen de séparation de faisceau (206) pour produire de la sorte le faisceau lumineux parallèle. 17. Système de lecture optique selon la revendication 16, caractérisé en ce que le moyen de collimation (208) converge également les faisceau lumineux réfléchis par les disques optiques. 18. Système de lecture optique selon la revendication 16, caractérisé en ce que le premier disque optique (215) a une épaisseur de 0,6 mm. 19. Système de lecture optique selon la revendication 16, caractérisé en ce que le second disque optique (217) a une épaisseur de 1,2 mm. 20. Système de lecture optique selon la revendication 16, caractérisé en ce que la première partie (211) du dispositif optique (210) comprend: une première base annulaire, réalisée en matériau réfringent, ayant des surfaces supérieure et inférieure parallèles l'une à l'autre; et un premier groupe de T anneaux triangulaires placés en haut de la première base annulaire, chaque anneau triangulaire étant constitué du matériau réfringent et ayant une première surface de base annulaire ayant une largeur RT, une première surface normale annulaire ayant une hauteur HT, la première surface de base annulaire étant perpendiculaire à la première surface normale annulaire, o le premier groupe de T anneaux triangulaires sert comme une lentille qui peut avoir une première longueur focale fl, o la première longueur focale f1 est contrôlée en changeant la hauteur HT et la largeur RT. 21. Système de lecture optique selon la revendication , caractérisé en ce que la seconde partie (213) du dispositif optique (210) comprend: 2738384 une seconde base annulaire, réalisée en un matériau réfringent, ayant des surfaces supérieure et inférieure parallèles l'une à l'autre; et un second groupe de S anneaux triangulaires placé en haut de la seconde base annulaire, chacun des anneaux triangulaires étant constitué du matériau réfringent et ayant une seconde surface de base ayant une largeur RS et une seconde surface normale ayant une hauteur HS, la seconde surface de base étant perpendiculaire à la seconde surface normale, o le second groupe de S anneaux triangulaires sert comme une lentille qui peut avoir une seconde longueur focale f2, o la seconde longueur focale f2 est contrôlée en changeant la hauteur Hs et la largeur Rs. 22. Système de lecture optique selon la revendication 21, caractérisé en ce que la seconde longueur focale f2 est plus petite que la première longueur focale fl.