Brevet FR2743660A1 — publié le 19970718

La présente invention concerne une tête de lec- ture optique et, de manière plus particulière, une tête de lecture optique qui permet l'obtention d'un signal de reproduction stable par l'augmentation de l'ouverture nu- mérique d'une lentille d'objectif. Une tête de lecture optique enregistre des in- formations telles que des données vidéo ou audio sur des supports d'enregistrement optique, et reproduit ces in- formations à partir de ces supports, tels que par exemple des disques. La structure d'un disque est telle qu'une surface enregistrée est formée sur un substrat en matière plastique ou en verre. Pour lire ou écrire des informa- tions à partir d'un disque haute-densité, le diamètre du spot optique doit être très petit. A cet effet, l'ouver- ture numérique (NA) d'une lentille d'objectif est généra- lement rendue grande et une source lumineuse de longueur d'onde plus petite est utilisée. Le fait d'utiliser une source lumineuse de longueur d'onde plus petite et une grande ouverture numérique diminue cependant la tolérance d'inclinaison du disque par rapport à l'axe optique. La tolérance d'inclinaison du disque, diminuée de la sorte, peut être augmentée en réduisant l'épaisseur du disque. Si l'on suppose que l'angle d'inclinaison du disque est e, l'amplitude d'un coefficient d'aberration de coma W31 peut être obtenue d'après la relation: d n2(n2- 1) sin 0 cos W31- NA3 (n2 _sin2 0)2 o d et n représentent l'épaisseur et l'indice de réfrac- tion du disque, respectivement. Comme évident d'après la relation mentionnée ci-dessus, le coefficient d'aberra- tion de coma est proportionnel au cube de l'ouverture nu- mérique. Par conséquent, si l'on considère que l'ouver- ture numérique de la lentille d'objectif nécessaire pour un disque compact habituel est de 0,45 et que, pour un vidéodisque numérique, elle est de 0,6, un vidéodisque numérique présente un coefficient d'aberration de coma qui est de l'ordre de 2,34 fois supérieur à celui d'un disque compact ayant la même épaisseur. La tolérance d'inclinaison maximale du vidéodisque numérique est par conséquent ajustée de manière à être réduite à environ la moitié de celle du disque compact habituel. En consé- quence, pour qu'on puisse assimiler la tolérance d'incli- naison maximale du vidéodisque numérique à celle du dis- que compact, l'épaisseur du vidéodisque numérique doit être réduite. Cependant, un tel disque d'épaisseur réduite adoptant une source lumineuse de longueur d'onde plus pe- tite (haute-densité), par exemple un vidéodisque numéri- que, ne peut pas être utilisé dans un dispositif d'enre- gistrement/reproduction habituel, tel qu'un lecteur de disque compact adoptant une source lumineuse de longueur d'onde plus grande, du fait qu'un disque d'épaisseur non-standard entraîne une aberration sphérique correspon- dant à la différence existant entre l'épaisseur du disque et celle d'un disque normal. Si l'aberration sphérique est fortement augmentée, le spot formé sur le disque ne peut avoir l'intensité lumineuse nécessaire à un enregis- trement, ce qui empêche un enregistrement correct des in- formations. Par ailleurs, pendant la reproduction, le rapport signal sur bruit est trop faible pour reproduire correctement les informations. Par conséquent, une tête de lecture optique adoptant une source lumineuse de petite longueur d'onde, par exemple 650 nm, qui est compatible avec des disques d'épaisseurs différentes, telles qu'un disque compact ou vidéodisque numérique, est nécessaire. A cet effet, des recherches sur des dispositifs qui permettent de reproduire des informations à partir de deux types de disques d'épaisseurs différentes et d'enre- gistrer des informations sur de tels disques, avec une seule tête de lecture optique adoptant une source lumi- neuse de longueur d'onde plus petite, sont en cours. Des dispositifs à lentilles adoptant respectivement une len- tille holographique et une lentille réfringente ont été proposés (Publication de Brevet Japonais 7-98 431). Les figures 1 et 2 représentent la focalisation d'une lumière diffractée d'ordre zéro et d'une lumière diffractée du premier ordre sur des disques 3a et 3b ayant des épaisseurs différentes, respectivement. Une lentille holographique 1, comportant le dessin d'un ré- seau 11, et une lentille d'objectif réfringente 2 sont disposées le long du trajet de la lumière en face des disques 3a et 3b. Le dessin du réseau 11 diffracte les faisceaux lumineux 4 en provenance d'une source lumineuse (non-représentée) qui passent à travers la lentille holo- graphique 1, pour séparer ainsi la lumière incidente en une lumière diffractée du premier ordre 41 et en une lu- mière d'ordre zéro 40, focalisées chacune avec une inten- sité différente par la lentille d'objectif 2 pour tomber sur le point de focalisation approprié sur le disque plus épais 3b ou sur le disque plus mince 3a, et, par consé- quent, pour permettre des opérations de lecture/écriture de données avec des disques ayant des épaisseurs diffé- rentes. Cependant, dans l'utilisation d'un tel disposi- tif à lentilles, la séparation de la lumière en deux faisceaux (c'est-àdire, en une lumière d'ordre zéro et une lumière du premier ordre) par la lentille holographi- que 1 réduit à environ 15 % l'efficacité d'utilisation de la lumière réellement régénérée. Par ailleurs, pendant une opération de lecture, les informations ne sont conte- nues que dans l'un des deux faisceaux, et le faisceau ne transportant aucune information est susceptible d'être détecté comme parasite. De plus, la fabrication d'une telle lentille holographique nécessite une opération de grande précision pour former par attaque chimique un des- sin d'hologramme qui soit fin, ce qui augmente les coûts de fabrication. La figure 3 est une représentation schématique d'une tête de lecture optique habituelle (Brevet US 5 281 797) qui, au lieu d'utiliser une lentille holographique comme ci-dessus, comporte un diaphragme d'ouverture la destiné à faire varier le diamètre de l'ouverture, de sorte que des données puissent être enregistrées sur un disque de longueur d'onde plus grande, ainsi que sur un disque de longueur d'onde plus petite, et de sorte que des informations puissent être reproduites à partir de tels disques. Le diaphragme d'ouverture la est disposé entre une lentille d'objectif 2 située en vis-à-vis d'un disque 3 et une lentille collimatrice 5, et commande un faisceau lumineux 4, émis par une source lumineuse 9 et transmis à travers un séparateur de faisceau 6, en ajus- tant de manière appropriée l'étendue de la surface lais- sant passer le faisceau lumineux, c'est-à-dire l'ouver- ture numérique. L'ouverture diamétrale du diaphragme d'ouverture la est ajustée en fonction de la taille du spot focalisé sur le disque qui est utilisé et laisse toujours passer le faisceau lumineux 4a de la région cen- trale, mais laisse passer ou bloque le faisceau lumineux 4b de la région périphérique en fonction de son état d'ajustement. Sur la figure 3, la référence numérique 7 indique une lentille de focalisation et la référence nu- mérique 8 indique un photodétecteur. Dans le dispositif optique ayant la configura- tion mentionnée ci-dessus, si le diaphragme variable est un diaphragme mécanique, ses caractéristiques de réso- nance structurelle varient en fonction de l'ouverture ef- ficace du diaphragme et, par conséquent, son installation sur un actionneur destiné à entraîner la lentille d'ob- jectif devient difficile dans la pratique. Pour résoudre ce problème, un cristal liquide peut être utilisé pour former le diaphragme. Ceci affecte cependant fortement la miniaturisation du système, détériore la résistance ther- mique et l'endurance, et augmente les coûts de fabrica- tion. En variante, une lentille d'objectif séparée peut être agencée pour chaque disque, de sorte qu'une lentille d'objectif spécifique soit utilisée pour un dis- que spécifique. Dans ce cas, cependant, du fait qu'un dispositif d'entraînement est nécessaire pour replacer les lentilles, la configuration devient complexe et les coûts de fabrication augmentent en conséquence. Un but de la présente invention consiste à fournir un dispositif à lentille d'objectif, amélioré, qui permette d'obtenir des signaux de reproduction et d'asservissement stables en augmentant l'ouverture numé- rique d'une lentille d'objectif. Pour atteindre le but mentionné ci-dessus, on fournit une tète de lecture optique selon la présente in- vention comportant: une lentille d'objectif située en vis-à-vis d'un disque; une source lumineuse destinée à rayonner une lumière sur le disque, via la lentille d'ob- jectif; un séparateur de faisceau agencé entre la source lumineuse et la lentille d'objectif pour diriger la lu- mière réfléchie par le disque selon un trajet différent du trajet de propagation de la lumière depuis la source lumineuse; un photodétecteur destiné à détecter la lu- mière réfléchie par le disque et transmise via le sépara- teur de faisceau; et un diaphragme agencé entre le sépa- rateur de faisceau et la source lumineuse et ayant une ouverture numérique prédéterminée. Par ailleurs, selon un autre aspect de la pré- sente invention, on fournit une tête de lecture optique comportant: une unité à lentille d'objectif comportant une lentille d'objectif située en vis-à-vis d'un disque et une unité de commande de lumière destinée à commander la lumière de la région intermédiaire située entre la ré- gion proche de l'axe et la région éloignée de l'axe de la lumière incidente sur le disque; une source lumineuse destinée à rayonner de la lumière sur le disque via la lentille d'objectif; un séparateur de faisceau agencé entre la source lumineuse et la lentille d'objectif pour diriger la lumière réfléchie par le disque selon un tra- jet différent du trajet de propagation de la lumière à partir de la source lumineuse; un photodétecteur destiné à détecter la lumière réfléchie par le disque et trans- mise via le séparateur de faisceau; et un diaphragme agencé entre le séparateur de faisceau et la source lumi- neuse et ayant une ouverture numérique prédéterminée in- férieure à celle de la lentille d'objectif. Les buts et les avantages de la présente inven- tion mentionnés ci-dessus apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée d'un mode préféré de réalisation de celle-ci, faite en référence aux des- sins annexés sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques d'une tête de lecture optique habituelle comportant une lentille holographique, représentant les états dans lesquels un faisceau lumineux est focalisé sur un disque mince et sur un disque épais, respectivement, - la figure 3 est une représentation schémati- que d'une autre tête de lecture optique habituelle, - la figure 4 est une représentation schémati- que d'une tête de lecture optique selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 5 est une représentation schémati- que d'une tête de lecture optique selon un second mode de réalisation de la présente invention, - les figures 6 à 8 sont des vues schématiques, prises de côté, représentant diverses structures d'unité à lentille d'objectif adoptées pour la tête de lecture optique, selon la présente invention, et - la figure 9 est un graphique représentant la variation de signaux de poursuite en fonction de la va- riation de l'ouverture numérique d'une lentille d'objec- tif de la tête de lecture optique selon la présente in- vention. En se reportant à la figure 4, les références numériques 301 et 302 indiquent un disque épais et un disque mince, respectivement, que l'on a superposé pour une meilleure compréhension de la tête de lecture optique de la présente invention. Une unité 200 à lentille d'objectif, située en vis-à-vis des disques 300, et un photodétecteur 600 sont positionnés le long d'un trajet lumineux linéaire, et un séparateur de faisceau 400 et une lentille de détection 500 sont interposés de manière séquentielle entre eux. Une source lumineuse 800, telle qu'une diode laser, est positionnée à l'extrémité d'un autre trajet lumineux, c'est-à-dire d'un trajet obtenu par division à partir du séparateur de faisceau 400. Un diaphragme 700 ayant un rapport d'ouverture prédéterminé, par exemple de 0,6, est interposé entre le séparateur de faisceau 400 et la source lumineuse 800. La figure 5 est une représentation schématique d'une tête de lecture optique selon un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, contrairement au premier mode de réalisation, une source lumineuse 800 et une unité 200 à lentille d'objectif sont positionnées le long d'un trajet lumineux linéaire, et une plaque de lon- gueur d'onde 210 et un séparateur polarisant 400a sont interposés entre eux. Un photodétecteur 600 est position- né à l'extrémité d'un autre trajet lumineux, c'est-à-dire un trajet obtenu par division à partir du séparateur po- larisant 400, et une lentille de détection 500 est agen- cée en face du photodétecteur 600. Un diaphragme 700, ca- ractéristique de la présente invention, est positionné entre le séparateur de faisceau 400 et la source lumi- neuse 800, et une lentille collimatrice 900 destinée à focaliser la lumière provenant de la source lumineuse 800 est positionnée entre le diaphragme 700 et la source lu- mineuse 800. Dans la tête de lecture optique de la présente invention, l'unité 200 à lentille d'objectif a diverses structures, comme décrit ci-après. Comme représenté sur la figure 6, l'unité 200 à lentille d'objectif possède une lentille d'objectif 201 munie d'un film de commande de lumière 202 destiné à com- mander la lumière de la région intermédiaire située entre la région éloignée de l'axe et la région proche de l'axe de la lumière. Dans ce mode de réalisation, la lumière exis- tant autour d'un axe passant par le centre d'un trajet lumineux, c'est-à-dire dans une région intermédiaire si- tuée entre les régions proche de l'axe et éloignée de l'axe, est bloquée ou masquée pour former un petit spot lumineux dont est supprimée l'interférence induite par la lumière de la région intermédiaire. A cet effet, dans la région intermédiaire située entre la région proche de l'axe et la région éloignée de l'axe le long du trajet de la lumière incidente, sont agencés des moyens de commande de lumière de forme annulaire ou polygonale (par exemple, un carré) pour bloquer ou diffuser la lumière. Ceci uti- lise le fait que la lumière de la région éloignée de l'axe n'affecte par la lumière centrale, mais la lumière de la région intermédiaire située entre la région proche de l'axe et la région éloignée de l'axe l'affecte. Ici, la région proche de l'axe représente la région située au- tour de l'axe de la lentille (défini comme l'axe optique dans les systèmes optiques) ayant une aberration prati- quement négligeable, la région éloignée de l'axe repré- sente la région qui est plus éloignée de l'axe optique que la région proche de l'axe optique, et la région in- termédiaire est la région qui est située entre la région proche de l'axe et la région éloignée de l'axe. Par ailleurs, comme représenté sur la figure 7, l'unité 200 à lentille d'objectif comporte une lentille d'objectif 201 munie d'une gorge commandant la lumière 203 de configuration prédéterminée, en tant que moyens de commande de lumière destinés à commander la lumière de la région intermédiaire. En outre, comme représenté sur la figure 8, l'unité 200 à lentille d'objectif comporte un élément de commande de lumière 206 muni d'un film de commande de lu- mière 205 pour commander la lumière de la région intermé- diaire, parmi les faisceaux lumineux se propageant vers la lentille d'objectif 201. Dans l'unité 200 à lentille d'objectif ayant la structure mentionnée cidessus, le film, ou la gorge, commandant la lumière, utilisé pour commander la lumière, a une forme annulaire ou une forme polygonale (par exem- ple, un carré). Cependant, la présente invention n'est nullement limitée à de telles formes. Dans la tête de lecture optique des modes de réalisation de la présente invention, les diaphragmes doivent être établis de telle sorte que le rapport d'ou- verture pour la lumière incidente se propageant vers la lentille d'objectif soit de 0,6. Lorsque des informations sont reproduites à partir d'un disque mince (par exemple, vidéodisque numérique de 0,6 mm), l'amplitude d'un signal de reproduction est déterminée par le rapport d'amplitude de la lumière diffractée d'ordre zéro, diffractée par les pistes du disque, sur la lumière diffractée d'ordre un. Dans ce cas, du fait que le puits est petit et que la pé- riode des pistes est faible, l'amplitude du signal est inférieure à celle du signal obtenu avec les disques com- pacts existants. Par conséquent, si l'amplitude des si- gnaux de reproduction et d'asservissement est augmentée, une reproduction plus stable peut être réalisée. D'après des expériences, dans le cas de la re- production d'un signal à partir d'un disque tel que le vidéodisque numérique, la présente invention peut être adoptée pour augmenter l'amplitude du signal. Du fait que le diaphragme caractérisant la présente invention possède une ouverture numérique prédéterminée, par exemple de 0,6, l'ouverture numérique de la lumière focalisée sur le disque devient 0,6 sans avoir à définir de manière sépa- rée celle de la lentille d'objectif à 0,6. En outre, l'ouverture numérique de la lumière réfléchie par le dis- que et se propageant ensuite vers un photodétecteur aura une ouverture numérique dépassant 0,6, ce qui augmente la quantité de lumière de l'unité recevant la lumière. D'après les résultats des expériences, dans le cas o l'ouverture numérique du diaphragme a été établie à 0,6 et o celle de la lentille d'objectif a été établie dans une plage allant de 0,6 à 0,63, on a obtenu des signaux de suivi stables. La figure 9 représente la variation des signaux de suivi lorsque l'ouverture numérique du diaphragme est modifiée. Comme représenté sur la figure 9, lorsque l'ou- verture numérique de la lentille d'objectif est de 0,63, l1 l'amplitude du signal de suivi est augmentée de 15, comparativement à celle obtenue dans le cas o l'ouver- ture numérique de la lentille d'objectif est de 0,6. En d'autres termes, dans la tête de lecture op- tique selon la présente invention, l'ouverture numérique de la lentille d'objectif est augmentée de 0,6 à 0,63 et celle du diaphragme, pour la lumière provenant de la source lumineuse, est établie à 0,6, ce qui est inférieur à celle de la lentille d'objectif, d'o l'obtention de signaux de reproduction et de suivi de niveau à la fois élevé et stable. Par ailleurs, dans le cas de la tête de lecture optique adoptant des moyens de blocage de lumière ayant une surface constante pour une unité à lentille d'objectif, du fait que la lumière tombant sur un disque est limitée en termes d'ouverture numérique à 0,6, des signaux de reproduction et de suivi plus stables sont ob- tenus, tout en maintenant une caractéristique de tremble- ment et une tolérance en termes d'inclinaison du disque qui sont similaires à celles d'une tête de lecture opti- que habituelle. En particulier, dans une tête de lecture optique adoptant une unité à lentille d'objectif munie de moyens de blocage de lumière, lorsque la longueur d'onde (X) de la source lumineuse utilisée est inférieure à 1,69 fois une valeur obtenue en multipliant l'ouverture numé- rique (NA) par la période des pistes sur le disque (Tp) conformément à la relation suivante, l'effet stabilisant peut être renforcé: X 1,6 _1 ( p de conception d'une lentille d'objectif ayant une ouver- ture numérique de 0,63. Ici, le matériau utilisé pour la lentille d'objectif était de la matière plastique ou du verre ayant un indice de réfraction de l'ordre de 1,58. Courbure Epaisseur Matériau Coefficient l___________I j asphérique K= 0 2,68757 2,347254 Matière plastique A = - 0,156443E-02 (n = 1,58) C = 0,111654E-03 B = O,201498E-04 l____ _______ ___D = 0,869690E-05 - 11,59016 K = 0 2,295899 air A = - 0,159834E-01 C = - 0,376504E-03 B = O,284166E-02 D = 0,306105E-04 Dans la tête de lecture optique satisfaisant à la relation mentionnée cidessus, lorsqu'un disque épais ayant une lentille d'objectif optimisée, doit être utili- sé de manière compatible avec un disque mince, des moyens de blocage de lumière sont agencés dans une unité à len- tille d'objectif et un diaphragme est agencé le long du trajet qu'emprunte la lumière se propageant à partir de la source lumineuse, comme décrit ci-dessus. La présente invention peut être adoptée pour une tête de lecture optique munie de moyens de blocage de lumière, ainsi que pour une tête de lecture optique habi- tuelle. Par ailleurs, indépendamment de l'épaisseur d'un disque, un signal de reproduction stable peut être obte- nu. REVENDICATIONS 1. Tête de lecture optique, caractérisée en ce qu'elle comporte: une lentille d'objectif (201) située en vis-à-vis d'un disque (300), une source lumineuse (800) destinée à rayonner une lumière sur le disque, via ladite lentille d'objec- tif, un séparateur de faisceau (400) agencé entre ladite source lumineuse et ladite lentille d'objectif pour diriger la lumière réfléchie par ledit disque le long d'un trajet différent du trajet de propagation de la lumière provenant de ladite source lumineuse, un photodétecteur (600) destiné à détecter la lumière réfléchie par ledit disque et se propageant via ledit séparateur de faisceau, et un diaphragme (700) agencé entre ledit sépara- teur de faisceau et ladite source lumineuse et ayant une ouverture numérique prédéterminée. 2. Tête de lecture optique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que ladite source lumineuse (800) et ladite lentille d'objectif (201) sont position- nées le long d'un trajet lumineux linéaire et ledit pho- todétecteur (600) est positionné le long d'un autre tra- jet divisé par ledit séparateur de faisceau (400). 3. Tête de lecture optique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que ladite source lumineuse (800) et ledit photodétecteur (600) sont positionnés le long d'un trajet lumineux linéaire et ladite lentille d'objectif (201) est positionnée le long d'un autre tra- jet divisé par ledit séparateur de faisceau (400). 4. Tête de lecture optique selon la revendica- tion 3, caractérisée en ce qu'elle comporte: une plaque de longueur d'onde (210) agencée en- tre ladite lentille d'objectif et ledit séparateur de faisceau, et une lentille collimatrice (900) agencée entre ladite source lumineuse et ledit diaphragme. 5. Tête de lecture optique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'ouverture numérique dudit diaphragme (700) est établie à 0,6. 6. Tête de lecture optique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'ouverture numérique de ladite lentille d'objectif (201) est établie à 0,63. 7. Tête de lecture optique caractérisée en ce qu'elle comporte: une unité (200) à lentille d'objectif compor- tant une lentille d'objectif (201) située en vis-à-vis d'un disque (300) et une unité de commande de lumière (203; 205, 206) destinée à commander la lumière de la région intermédiaire située entre la région proche de l'axe et la région éloignée de l'axe de la lumière tom- bant sur ledit disque, une source lumineuse (800) destinée à rayonner une lumière sur ledit disque, via ladite lentille d'ob- jectif, un séparateur de faisceau (400) agencé entre ladite source lumineuse et ladite lentille d'objectif pour diriger la lumière réfléchie par ledit disque le long d'un trajet différent du trajet de propagation de la lumière provenant de ladite source lumineuse, un photodétecteur (600) destiné à détecter la lumière réfléchie par ledit disque et se propageant via ledit séparateur de faisceau, et un diaphragme (700) agencé entre ledit sépara- teur de faisceau et ladite source lumineuse et ayant une ouverture numérique prédéterminée, inférieure à l'ouver- ture numérique de ladite lentille d'objectif. 8. Tête de lecture optique selon la revendica- tion 7, caractérisée en ce que ladite source lumineuse (800) et ladite lentille d'objectif (201) sont position- nées le long d'un trajet lumineux linéaire et ledit pho- todétecteur (600) est positionné le long d'un autre tra- jet divisé par ledit séparateur de faisceau (400). 9. Tête de lecture optique selon la revendica- tion 7, caractérisée en ce que ladite lentille d 'objectif (201) et ledit photodétecteur (600) sont po- sitionnés le long d'un trajet lumineux linéaire et ladite source lumineuse (800) est positionnée le long d'un autre trajet divisé par ledit séparateur de faisceau (400). 10. Tête de lecture optique selon la revendica- tion 9, caractérisée en ce qu'elle comporte: une plaque de longueur d'onde (210) agencée en- tre ladite lentille d'objectif et ledit séparateur de faisceau, et une lentille collimatrice (900) agencée entre ladite source lumineuse et ledit diaphragme. 11. Tête de lecture optique selon l'une quel- conque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que l'ouverture numérique dudit diaphragme (700) est établie à 0,6. 12. Tête de lecture optique selon l'une quel- conque des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que l'ouverture numérique de ladite lentille d'objectif (201) est établie à 0,63.