FR2459513A1 - Unite optique de traitement d'informations - Google Patents
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Abstract
UNITE OPTIQUE DE TRAITEMENT D'INFORMATIONS COMPRENANT UN DISPOSITIF SEMI-CONDUCTEUR A LASER 1 DONT LA ZONE D'EMISSION DE LUMIERE EST RECTANGULAIRE, UN DISQUE 4, ET UN SYSTEME OPTIQUE COMPORTANT UN PRISME 7 CONVERTISSANT UN RAYON NON CIRCULAIRE EMERGENT DU DISPOSITIF A LASER EN RAYON CIRCULAIRE, LE RAYON CIRCULAIRE ETANT PROJETE SUR LE DISQUE PAR LE SYSTEME OPTIQUE AFIN D'ENREGISTRER OU DE REPRODUIRE DES INFORMATIONS PREDETERMINEES.
Description
La présente invention concerne des unités optiques de traitement
d'informations, et plus particulièrement une unité optique de traitement d'informations qui utilise un dispositif semi-conducteur à laser comme source lumineuse. Dans ces dernières années, on a vu de plus en plus
se développer des unités optiques de traitement d'informa-
tions qui utilisent comme sourceslumineuses des disposi-
tifs semi-conducteurs à laser à la place de lasers à gaz.
Le disque optique est un exemple d'une telle technique.
Celui-ci est donc tel que, en utilisant le dispositif semi-conducteur à laser, les signaux d'informations
enregistrés sur un disque sont reproduits ou les informa-
tions sont enregistrées sur le disque à haute densité.
Pour enregistrer les signaux d'informations sur le disque ou les reproduire à partir de ce dernier avec le laser semi-conducteur, un rayon lumineux émergent du dispositif semi-conducteur à laser doit être formé en une tache lumineuse de 1um environ de diamètre sur le disque en utilisant une lentille de couplage et un objectif qui constituent un système optique.En général, le dispositif semi-conducteur à laser comporte une zone d'émission de lumière qui n'est pas carrée mais rectangulaire, et en
conséquence, la divergence du rayon parallèle à la jonc-
tien du dispositif à laser est inégale à cette perpendi-
culaire.Afin de former la tache isotrope ou circulaire sur le disque au moyen d'un tel dispositif semi-conducteur à laser, il est nécessaire de rendre petite l'ouverture
numérique de la lentille de couplage et d'utiliser seule-
ment le rayon au voisinage de l'axe optique du système pour répartir uniformément l'intensité lumineuse émergent
de la lentille de couplage.
Cependant, avec cette mesure, seule une partie du rayon lumineux émise du dispositif semi-conducteur à
laser est projetée sur le disque, ce qui a pour inconvé-
nient d'affaiblir le coefficient efficacité lumineuse de l'appareil.C'est à dire que la rapport de l'intensité de la lumière concentrée sur le disque sur celle de la
lumière émise du laser à diode est faible.Particulière-
ment dans le cas de l'enregistrement, une mince pellicule métallique doit être fondue dans le disque pour former des trous, et une intensité de lumière beaucoup plus éle-
vée que dans le cas de la reproduction est donc nécessai-
re.De plus, la durée d'utilisation du dispositif semi-
conducteur à laser est réduite quand celui-ci produit une quantité de lumière dépassant une certaine valeur fixe.En conséquence, dans l'unité optique de traitement d'informationsutilisant le dispositif semiconducteur à laser, il est nécessaire à tous points de vue: durée
d'utilisation, fiabilité, etc... que le rendement d'utili-
sation de la lumière du dispositif à laser soit amélioré pour réduire au maximum la sortie optique de ce dispositif
à laser.
On va expliquer ci-dessous, en détails, les inconvé-
nients décrits ci-dessus, en se référant à un appareil antérieur.Comme le dispositif semi-conducteur à laser comporte généralement une zone rectangulaire d'émission
de lumière, la diffraction du rayon est anisotropique.
L'angle de diffraction du rayon diffère en fonction de la structure du dispositif semi-conducteur à laser.Sur la figure 1, les lettres &// etGl désignent les angles E5 respectifs en e parallèle-à la jonction du dispositif à laser et perpendiculaire à celui-ci dans la répartition
d'intensité du rayon laser d'un modèle à champ lointain.
Alors, dans le laser semi-conducteur du type CSP [planai-
re-substrat cannelé], Sd =80, 1 = 24 , et = 3..Cl)
Dans le laser semi-conducteur de type BH [à hétérostruc-
ture incorporée), U= 16 , = 32 , et =..[] Dans le laser de type BH, le rapport & / â, des angles de diffraction du rayon est égal à 2, tandis que dans le laser de type CSP il est égal à 3.L'axe des abscisses sur la figure 1 représente l'angle de diffraction, et l'axe
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des ordonnées l'intensité lumineuse.La figure 2 montre un exemple d'une unité optique antérieure de traitement
d'informations pour former la tache isotrope ou circulai-
re de 1 >.m de diamètre sur le disque dans le cas o la section transversale du rayon lumineux du dispositif semi-
conducteur à laser est anisotrope ou elliptique.
En se référant à la figure Z, un rayon à diffraction elliptique tel qu'il émerge d'une face d'un dispositif
semi-conducteur à laser 1 est façonné en une tache lumi-
neuse 5 sur un disque 4 par une lentille de couplage 2 et un objectif 3. Un détecteur de lumière 6 est placé pour détecter la sortie optique du dispositif semi-conducteur à laser I.En A se trouve un axe optique.Sur la figure 2, l'ouverture numérique NA de la lentille de couplage 2 présente la relation suivante o ' désigne le demi-angle solide défini entre le laser semi-conducteur 1 et la lentille Z: NA = sin.... [3) En ce qui concerne la diffraction du rayon du dispositif P0 à laser 1, quand les grandeurs en e dans une direction
parallèle à la jonction de ce dispositif et perpendiculai-
re à celui-ci sont désignées, respectivement, par 4 et GLi, l'ouverture numérique NA de la lentille de couplage
2 doit être choisie comme suit pour former la tache cir-
culaire 5 sur le disque 4 en utilisant un tel dispositif semi-conducteur à laser 9f V /...... [4@ C'est à dire qu'il est nécessaire que l'ouverture numérique de la lentille de couplage 2 soit rendue aussi petite que possible pour intercepter des rayons lumineux extérieurs à l'axe et utiliser le rayon seulement au voisinage de l'axe optique A [a = 0J de manière à répartir uniformément l'intensité de lumière émergent de la lentille de couplage P.Selon les angles de diffraction du rayon représentés sur
la figure 1 et les expressions CIJ, [3) et C4), la rela-
tion suivante est considérée dans le laser de type CSP:
NA 0,1
O = 57 <....- 5
Le rayon qui a traversé la lentille de couplage 2 devient alors sensiblement circulaire, de manière à former la tache circulaire 5 sur le disque 4. Cependant, quand les rayons lumineux extérieurs à l'axe optique sont arrêtés de cette manière, seule
une partie du rayon lumineux émis du dispositif semi-
conducteur à laser est projetée sur le disque, ce qui a pour résultat d'abaisser le coefficient d'utilisation
de la lumière du dispositif à laser.
Habituellement, le disque tourne tout en se dépla-
çant vers le haut et vers le bas sur 1mm.Pour empêcher le diamètre de la tache de changer en dépit des mouvements
verticaux du disque en rotation, la mise au point automa-
tique doit être réalisée en détectant de façon optique un signal de déviation de la tache convergente à partir
de la surface du disque.
Dans la construction représentée sur la figure Z, EO quand la lumière réfléchie du disque 4 est renvoyée au dispositif semi-conducteur à laser 1, la sortie de ce dernier varie en fonction de la quantité de lumière réfléchie de la surface du disque, de sorte que les informations du disque 4 puissent être reproduites
E5 avec la sortie du détecteur de lumière 5.Cette technolo-
gie est décrite dans le brevet US 3941945.
D'autre part, la publication de la demande de brevet japonais non-examiné N053-17706 a proposé une technique suivant laquelle, pour détecter la déviation d'un rayon lumineux sur un disque, une source lumineuse ou une lentille est modulée dans la direction de son axe optique,
et la sortie laser est détectée de façon synchrone.Cepen-
dant, cette technique comporte le désavantage que l'intervalle détectable des déviations pouh la commande de mise au point automatique est étroit. La figure 3 montre la variation de sortie du dispositif semi-conducteur à laser 1 au moment o, dans la construction de la figure 2, l'ouverture numérique NA de la lentille de couplage 2 est égale à 0,1 et le disque 4 est minutieusement monté le long de l'axe optique.Comme on peut s'en apercevoir sur la figure 3, quand l'ouverture numérique NA de la lentille de couplage 2 est aussi petite que 0,1, l'intervalle détectable des déviations pour commande
de mise au point automatique s'étend seulement à 10D>m.
Ce problème est attribué au fait que la position du foyer du rayon lumineux réfléchi et renvoyé, à proximité de la face du dispositif à laser, change fortement à
cause des mouvements du disque.C'est à dire que la défoca-
lisation de la tache lumineuse renvoyée sur la face du dispositif à laser telle qu'elle est imputable à la déviation de la tache concentrée est évidente, et l'intervalle détectable des déviations pour la mise au point automatique devient donc aussi petit que 10pum.De cette façon, l'unité optique de traitement d'informations
o la lumière réfléchie du disque est renvoyée au dispo-
sitif semi-conducteur à laser présente l'inconvénient d'un faible intervalle de détection des déviations.Cela a conduit aux problèmes que la commande de mise au point
automatique est difficile à obtenir et que les informa-
tions ne peuvent pas être reproduites à partir d'un
disque subissant d'importants déplacements verticaux.
De plus, l'utilisation d'une lentille cylindrique est nécessaire pouprovoquer une tache à peu près circulaire sur un disque.Cependant, cette lentille cylindrique n'est pas avantageuse parcequ'une haute précision d'usinage est difficile à obtenir, ce qui aurait pour résultat d'augmenter le prix de revient et de rendre compliqué le montage d'un système optique.Il est aussi difficile de faire converger une tache lumineuse en un cercle de 1lj.m, parceque l'astigmatisme a une très grande influence en raison de l'utilisation de cette
lentille cylindrique.
La présente invention a donc pour buts d'éliminer les inconvénients décrits ci-dessus et proposer une unité optique de traitement d'informations qui peut former une tache circulaire sur un disque avec un très bon coefficient d'utilisation de la lumière, au
moyen d'un système optique simple.
L'invention a aussi pour but de proposer une unité optique de traitement d'informations qui utilise comme source lumineuse un laser semiconducteur de réaction d'un rayon réfléchi présentant un large intervalle détectable des déviations pour une servocommande de
mise au point automatique.
Pour réaliser de tels buts, et selon la présente invention, un prisme est compris dans un système optique
qui dirige un rayon provenant d'un dispositif semi-
conducteur à laser vers un support d'.informations.Plus particulièrement, l'invention est caractérisée en ce que la plupart d'un rayon noncirculaire provenant d'un dispositif semi-conducteur à laser est forcée de pénétrer dans une lentille de couplage en rendant l'ouverture numérique de cette dernière plus grande et donc en négligeant l'expression C4) qui détermine la conduction de la lentille de couplage pour rendre circulaire une tache lumineuse sur un disque, tandis qu'un prisme est disposé à un stade suivant la lentille de couplage, de manière à ce que le rayon non-circulaire qui a traversé cette lentille de couplage soit transformé en un rayon circulaire. La figure lest un diagramme montrant une courbe de lumière à champ lointain d'un laser semi- conducteur, La figure 2 est un diagramme destiné à expliquer une unité optique antérieure de traitement d'informations, La figure 3 est un diagramme destiné à expliquer un intervalle détestable de déviations de mise au point automatique dans l'appareil de la figure 2, La figure 4 est un diagramme destiné à expliquer un intervalle détectable de déviation de mise au point automatique dans une unité optique de traitement selon l'invention, La figure 5 est un diagramme destiné à expliquer la présente invention, Les figures 6 et 7 sont des diagrammes montrant chacun la construction d'un mode de réalisation de l'invention, La figure 8 est un diagramme destiné à expliquer le fonctionnement de l'invention, La figure 9 est un diagramme montrant la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention, Les figures 10 et 11 sont des diagrammes montrant chacun les relations entre l'indice de réfraction et le coefficient de réflexion à la face d'entrée et à la face de sortie d'un prisme, Les figures 12 et 13 sont des diagrammes montrant chacun la construction des parties essentielles d'un autre mode de réalisation de l'invention, Les figures 14, 15 et 16 sont des diagrammes montrant chacun la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention, P0 La figure 17 est un diagramme montrant la relation entre le coefficient de réflexion à la face d'entrée d'un prisme et le rapport de la largeur d'un rayon réfracté sur celle d'un rayon incident,
La figure 18 est un diagramme montrant la construc-
tien d'un autre mode de réalisation de l'invention, Les figures 19 et 20 sont des diagrammes de courbes montrant, respectivement, les dépendances de la sortie lumineuse d'un laser semi-conducteur et de la sortie d'un circuit détecteur sensible à la phase en fonction de la déviation d'une tache lumineuse à partir d'une surface d'un disque, La figure P1 est un diagramme montrant la dépendance de l'intervalle détectable des déviations de commande de mise au point automatique en fonction de l'ouverture numérique d'une lentille, et
La figure 22 est un diagramme montrant la construc-
tion d'un autre mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 est donc un diagramme montrant la relation entre la déviation focale et la sortie du laser.C'est à dire qu'elle montre la variation de la
sortie de lumière provenant du dispositif semi-conduc-
teur à laser au moment o, dans la construction représen- tée sur la figure 2, l'ouverture numérique NA de la lentille de couplage a est rendue large INA = 0,5) en négligeant l'expression [4) qui mentionne la condition
de la lentille de couplage à savoir que la tache lumineu-
se 5 sur le disque 4 devient de forme circulaire, et le disque 4 est minutieusement déplacé le long de l'axe du
système optique.Sur cette figure 4, l'intervalle détecta-
ble des déviations est de 80,um et plus.
En agrandissant l'ouverture numérique de la lentille de couplage, les variations de la position convergée de la
tache lumineuse renvoyée réfléchie, imputables aux fluctua-
tions du disque, deviennent petites, et l'intervalle
pouvant détecter les déviations de mise au point automa-
tiques est élargi.
2-0 Plus l'ouverture numérique de la lentille de couplage est importante, plus l'intervalle de détection est large, de sorte que l'on peut réaliser malgré les mouvements verticaux du disque une mise au point automatique encore plus parfaite.En outre, quand l'ouverture numérique de la a5 lentille de couplage est grande, le rayon du dispositif semi-conducteur à laser pénètre d'autant plus dans la lentille de couplage, et en conséquence, le coefficient d'utilisation de la lumière du dispositif à laser augmente d'avantage.Cependant, si l'ouverture numérique NA de la lentille de couplage satisfait à peu prés à l'angle de diffraction 9t dans la direction verticale en e du schéma à champ lointain représenté sur la figure
1, la plupart du rayon provenant du dispositif semi-
conducteur à laser pénètre dans la lentille de couplage.
En conséquence, 9, < G- t a.........6) Cependant, comme le rayon lumineux qui a traversé la lentille de couplage a [expression (6) J n'est pas circulaire, la tache lumineuse 5 n'est pas circulaire non plus.Dans cette invention et pour résoudre un tel problème, un prisme 7 est placé à un étage postérieur à la lentille de couplage a qui répond à l'expression (6] [figure 6).La figure 5 montre la forme du prisme 7.Sur cette figure 5, le prisme est un prisme rectangulaire dont le sommet est i et l'indice de réfraction N. L'angle d'incidence est désigné par &, et le rapport entre la largeur I d'un rayon incident et celle 0 d'un rayon réfracté [ce rapport est dénommé "grossissement de rayons"] est désigné par m =.Ils sont donnés I respectivement par les expressions suivantes: cose. = \' _ 1 V Nm - 1 N2 - cos = m.... (7] m N2 - i zoa ni sosu m= cos Ici,m est établi selon la structure du dispositif semi-conducteur à utiliser.Le prisme 7 rend le rayon circulaire en allongeant la diffraction parallèle du rayon à partir du dispositif semi-conducteur à laser
et en le faisant coincider avec la diffraction perpendi-
culaire à celui-ci.En conséquence, dans le cas o la plupart du rayon provenant du dispositif semi-conducteur à laser est forcée de pénétrer dans la lentille de couplage, le grossissement m doit coincider avec le rapport il / des angles de diffraction du rayon pour obtenir le rayon circulaire.Par exemple, si l'on utilise le dispositif semi-conducteur à laser de type BH, m=2 dans l'expression [2], et si l'on utilise le dispositif semi-conducteur à laser de type CEP, m=3 dans l'expressilon [1] .En conséquences, quand du"SK7" (7ème borosilicate de Crown-glass classé et désigné par Schott und Genossen GmbH] [N = 1,510] est utilisé comma matière du prisme 7, ce dernier possède les quantités suivantes conformément à l'expression [7]: Dispositif semi-conducteur à laser de type BH m 2
N = 1510....
t = 66,61
S= ?37,430
DispositiF semi-conducteur à laser de type CSP m = 3
N = 1,510
i = 75,160.... 19] = 39,s80o En outre, quand du "SF-11" 11ème verre de plomb lourd ou "Flint-glass"] EN = 1,764] est utilisé comme substance en verre pour le prisme, on a: Pour le dispositif semi-conducteur à laser de type BE m = 27
N = 1,764
&i= 64,56 = 30,79o Pour le dispositif semi-conducteur type CSP m = 3
-.... 10]
à laser de
N = 1,764
t= 73,76 i = 32,980
En conséquence, en ce qui concerne le dispositif semi-
conducteur à laser de type BH dont les angles de diffrac-
tion du rayon sont représentés par l'expression [2], le prisme 7 représenté par l'expression [8] ou [10] est inséré immédiatement derrière la lentille de couplage 2 de la figure 6, tandis qu'en ce qui concerne le dispositif semi-conducteur à laser de type CSP dont les angles de diffraction du rayon sont représentés par l'expression E1, le prisme 7 de l'expression [9] ou [11] est inséré de H
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manière à rendre possible la transformation du rayon non-circulaire en rayon circulaire.Le rayon lumineux rendu circulaire est projeté sous forme d'une tache
lumineuse sur le disque 4 au moyen de l'objectif 3.
Ainsi, le rayon provenant du dispositif semi-conducteur
à laser dont la zone d'émission de lumière est rectangu-
laire, non carrée, peut être projeté comme tache circulai-
re sur le disque sans intercepter une partie de celle-ci.
En outre, aucune aberration n'apparait en raison de l'utilisation du prisme.Dans la construction du présent mode de réalisation, o le rayon émergent d'une face du dispositif 1 est réfléchi par le disque et la lumière réfléchie est renvoyée à la face, l'ouverture numérique
de la lentille de couplage 2 est agrandie selon l'expres-
sion C6), de manière à augmenter l'intervalle détectable des déviations de mise au point automatique [voir figure 4]. Sur la figure 6, le rayon provenant du dispositif
semi-conducteur à laser 1 est mis en polarisation primai-
P-0 re Co le vecteur champ électrique vibre dans le plan
parallèle à la feuille de la figure] comme on le représen-
te par une flèche sur cette figure.La lentille de couplage 2 est placée dans sa position focale par rapport au dispositif à laser 1, et transforme le rayon incident
Z5 du prisme 7 en un rayon collimaté.
La figure 7 est un diagramme montrant la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention, o les mêmes symboles que sur la figure 6 représentent des parties identiques ou équivalentes.Dans le mode de réalisation de cette figure 7, mais à la différence du mode de réalisation de la figure 6, la divergence perpendiculaire du rayon se contracte et coincide avec la divergence parallèle, et le plan d'incidence du prisme 7 est opposé à celui du mode de réalisation de la figure 6.Plus particulièrement, le rayon provenant du dispositif semi- conducteur à laser a est mis en polarisation secondaire [o le vecteur champ électrique vibre perpendiculairement à-la Feuille de la figure]
comme on l'indique par deux points noirs sur la figure.
Il est transformé en polarisation primaire par une lame demi-onde 11, et pénètre ensuite dans le prisme 7.Avec une telle construction, il est possible de rendre petit
l'objectif 3.
Compte tenu de ce qui précède, la polarisation du rayon est secondaire dans la direction perpendiculaire à la jonction du dispositif à laser et primaire dans la
direction parallèle à cette dernière [voir figure 8].
On a décrit ci-dessus seulement l'unité optique de traitement d'informations qui enregistre et reproduit des informations prédéterminées en réfléchissant à partir du disque le rayon émergent d'une face du dispositif semi-conducteur à laser et en renvoyant la lumière réfléchie à la face.Cependant, cette invention n'est pas limitée à une telle unité optique mais peut aussi
s'appliquer à une unité optique de traitement d'informa-
tions qui enregistre et reproduit des informations ZO prédéterminées en disposant un prisme dans un système optique qui introduit un rayon provenant d'un dispositif semi-conducteur à laser sur un disque, en déviant la lumière réfléchie à partir du disque au moyen du prisme et en détectant la variation de lumière réfléchie au
P5 moyen d'un détecteur de lumière.
La figure 9 est un diagramme montrant la construction
d'un mode de réalisation dans le cas o la présente inven-
tion est appliquée à une telle unité optique de traitement d'informations. Selon ce présent mode de réalisation et dans la construction représentée sur la figure 6, un prisme 9 et une lame quart-d'onde 8 sont placés entre le prisme 7 et l'objectif 3.Une telle construction permet de faire dévier la lumière réfléchie du disque 4 au moyen du prisme 9 et de détecter la variation de la
lumière réfléchie au moyen d'un détecteur de lumière 10.
Dans le mode de réalisation de la figure 9, le détecteur de lumière 6 est utilisé comme détecteur de sortie de lumière à laser pour le réglage automatique de puissance afin de maintenir constante la sortie de
lumière à laser.
La description précédente ne fait pas du tout mention
de la perte par réflexion due à l'insertion du prisme 7. Il est souhaitable, cependant, de choisir l'indice de réfraction N du prisme 7 de telle sorte que la perte par
réflexion attribuée au prisme soit la plus basse possible.
En se référant à la figure 5, on va maintenant expliquer les coefficients de réflexion RIet R0 à la face d'entrée PI et à la face de sortie PO du prisme 7.Ces coefficients sont respectivement donnés par les formules suivantes:
tana i-
RI = i is tan tan t(Si+ 4)....... t1 N-1
R = N
Les figures 10 et 1il montrent les résultats des rela-
tions entre les coefficients de réflexion RI, R0 et l'indice de réfraction N du prisme, tels qu'on les obtient dans les expressions [73 et [12).La figure 10 représente un cas o m=2, et la figure 11 un cas o m=3.La référence Ro' sur les figures sera décrite plus bas.La perte par réflexion du prisme est la plus faible quand la somme RI + RO est minimale.On comprendra donc sur les figures qu'une matière dont l'indice de réfraction N est égal à 1,4 est la plus souhaitable pour le prisme dans le cas o m=Z, tandis qu'une matière dont l'indice de réfraction N est égal à 1,7 sera la plus souhaitable
dans le cas o m=3.
Il est donc préférable d'utiliser comme matière
du prisme 7 du BK7 [N=I,5103 pour le dispositif semi-
conducteur à laser de type BH et du SF-11 [N=1,764]
pour le dispositif semii-conducteur à laser de type CSP.
Afin de réduire la parte par réflexion due au prisme 7, il est aussi efficace d'enduire les faces d'entrée
et de sortie du prisme 7 avec des films anti-réfléchis-
sants en une ou plusieurs couches.Dans ce cas, on peut rendre le coefficient de réflexion RI à la face d'entrée PI suffisament petit en réglant l'indice de réfraction N du prisme et n'enduire que la face de sortie PD avec la pellicule anti-réfléchissante.Plus particulièrement, dans le cas o l'on utilise le dispositif de type BH, le coefficient de réflexion RI peut être rendu égal ou inférieur à 1% en réglant l'indice de réfraction N entre 1,65 et 2,45 [voir figure 10].A titre d'exemple, quand on utilise comme matière du prisme du SF-11, le coefficient de réflexion RI à la face d'entrée PI peut âtre égal à 0,004.0'autre part, si l'on utilise le dispositif de type CSP, le coefficient de réflexion RI peut être rendu égal ou inférieur à 1% en réglant l'indice de réfraction N entre 2,45 et 3,55.On pourra utiliser, par exemple, comme matière du prisme un cristal tel que TiOa et TeO2 De plus, dans le mode de réalisation de la figure 9, la perte par réflexion peut être réduite en mettant le prisme 7 et le prisme 9 en une structure unitaire comme on le représente sur la figure 12 ou la figure 13.La figure 12 montre un mode de réalisation dans le cas o les prismes 7 et 9 sont construits en un seul bloc avec une matière identique.Sur la figure, la référence 79 indique le prisme mis en un seul bloc, et la lame quart d'onde 8 est aussi fixée au prisme 79.Grâce à cette construction unitaire, on peut éliminer les pertes par réflexion à la face de sortie du prisme 7 et à la face d'entrée du prisme 9.La figure 13 montre un exemple de réalisation dans le cas o les prismes 7 et 9 sont construits en un seul bloc en utilisant des matières différentes.A titre d'exemple, si la matière du prisme 9 est du BK7 [N=1,510], le coefficient de réflexion R0' à la limite DEntre les prismes 7 et 9 est donné
par l'expression suivante o N désigne l'indice de réfrac-
tion du prisme 7: N - 1,510 2a C13
N + 1,510
Sur les Figures 10 et 11, les relations entre le coeffi- cient de réflexion R et l'indice de réfraction N à
m=2 et m=3 sont respectivement indiquées en pointillés.
Comme il est évident sur ces figures, la perte par réflexion attribuée au prisme 7 peut nettement être améliorée.Si la matière du prisme 7 est du SF-11 CN=1,764], on a: Pour le dispositif demi-conducteur à laser de type BH;
RI = 0,004
Ro= 0,006 et pour le dispositif semi-conducteur à laser de type CSP;
RI = 0,067
PO R0= 0,006
Dans les modes de réalisation précédents, la descrip-
tion a porté sur le cas o le rayon non-circulaire qui a traversé la lentille de couplage est converti en un rayon circulaire en disposant le prisme unique après la lentille de couplage.Cependant, il va sans dire que plusieurs prismes peuvent être disposés après la lentille de couplage. DOans les modes de réalisation suivants, on décrira des cas o deux prismes sont
placés.
Les figures 14, 15 et 16 sont des diagrammes montrant chacun la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention, et les mêmes symboles que ceux des figures 6, 7 et 9 désignent des parties identiques ou équivalentesoDans les modes de réalisation des figures 14, 15 et 16 qui correspondent respectivement aux constructions des modes de réalisationdes figures 6, 7 et 9, deux prismes 7a et 7b sont placés après la lentille de couplage 2.Ces deux prismes ont des sommets et indices de réfraction égaux, et de plus ils présentent des angles d'entrée et des angles de sortie du rayon lumineux égaux.En se référant à ces
Figures, les prismes 7a et 7b sont des prismes rectangu-
laires dont les sommets sont désignés g et les indices de réfraction N, et l'angle d'incidence de chaque prisme est représenté par t, tandis que le rapport entre la largeur I du rayon incident et celle 0 du rayon réfracté [grossissement des rayons] est désigné
par = -.Toutes ces valeurs sont respectivement don-
I nées par l'expression suivante: N2 -1 cest=V cl i05= [N _ 1]m. * -[14] co 2cos Na - 1] Ne_ m -1 cos%& Le coefficient de réflexion RI à la face d'entrée de chaque prisme 7a et 7b est représenté par l'expression suivante: tan Ct-]
R. =.... [15]
tan t
Ici, si l'on suppose que + = 90o, le coeffi-
cient de réflexion RI devient égal à zéro, et la perte de lumière par réflexion à laface d'entrée de chaque prisme 7a et 7b est nulle. Le cas o t =% correspond à l'incidence normale et ne produit aucun effet des prismes].Ici, le coefficient de réflexion RI devient nul quand tan& = N, cet angle étant appelé l'angle de Brewster.A ce moment là, l'expression [14] se réduit à: N ' t= tan-1N..... CIs] X= Cos-1 C fo cas L]
Si l'on utilise, par exemple, le dispositif semi-
conducteur à laser de type CSP, la forme des deux prismes 7a et 7b devient comme suit sur la base de l'expression [16C à condition que le grossissement du rayon m soit égal à 3 [expression 1: m = 3
N = 1,732
= 60...... [17)
= 30 R = 0 I En conséquence, en ce qui concerne le dispositif semiconducteur à laser du type CSP dont les angles de divergence du rayon sont représentés par l'expression [1), les deux prismes 7a et 7b, représentés par l'expression [17), sont insérés immédiatement derrière la lentille de couplage 2, comme on le représente sur la
Z0 figure 14, 15 ou 16, de manière à ce que le rayon non-
circulaire puisse être converti en un rayon circulaire.
Même si les indices de réfraction N des prismes 7a et 7b ne peuvent pas être tout à fait égaux à m o le coefficient de réflexion 1I devient nul, les indices P5 de réfraction proches de cette valeur sont très possibles parce qu'ils rendent le coefficient de réflexion RI presque nul.Il est souhaitable d'enduire la face de
sortie par une pellicule anti-réfléchissante.
La relation entre le grossissement du rayon m et le coefficient de réflexion RI est représenté sur la figure
17.Sur cette figure, la ligne en traits. discontinus indi-
que le cas o un prisme unique en EK7 [N=1,510) est utilisé, et la ligne brisée représente le cas o un prisme unique en SF-11 [N=1,764) est utilisé.Sur cette figure 17, dans le cas o le prisme unique 7 est compris comme dans le mode de réalisation des Figures 6, 7 ou 9 et o le grossissement du rayon m est réglé à
24595 13
2-3, la matière du prisme doit avoir un indice de réfrac-
tion N assez grand pour réduire la perte de lumière par réflexion à la face d'entrée du prisme.En se référant de nouveau à cette figure, le trait plein indique le cas o deux prismes en BK7 sont utilisés.Oans le cas d'une matière de verre généralement connu BK7, l'indice de réfraction N est de 1,510 aux alentours d'une longueur
d'onde de 8.000 A.Oans ce cas, le coefficient de réfle-
xion RI est égal à zéro quand le grossissement m du rayon
est de 2,28.En outre, comme on peut le voir sur cette figu-
re, le coefficient de transmission est égal à 99,9% au moins dans l'intervalle o le grossissement m du rayon est de P,1 à 2,5.Si le coefficient de transmission descend à 99%, le prisme ern BK7 peut être utilisé dans l'intervalle o le grossissement m du rayon est de 1,8 à 3. C'est à dire, que lorsque les deux prismes 7a et 7b sont compris comme dans le mode de réalisation des figures 14, 15 ou 16, les prismes ayant un indice de réfraction N petit peuvent agrandir le grossissement m et élargir
PO aussi l'intervalle utilisable.On peut donc former avanta-
geusement un rayon circulaire en utilisant des prismes en
verre optique classique [c'est à dire du BK7).
On va décrire maintenant un mode de réalisation o la commande de mise au point est réalisée avec la Z5 présente invention.La figure 18 est un diagramme montrant la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention.En se référant à cette figure, un capteur optique 12 est formé du dispositif semi-conducteur à laser 1, de la lentille de couplage 2, de l'objectif 3 et du détecteur de lumière 6.Un rayon laser émergent d'une face 13 du dispositif semi-conducteur à laser 1
est projeté sur le disque 4 par l'intermédiaire des len-
tilles ? et 3, et est réfléchi du disque 4.Le rayon réflé-
chi est renvoyé à la face de sortie 13 du laser semi-
conducteur par les lentilles 2 et 3.Avec une telle construction, la sortie du laser du dispositif 1 varie en fonction des changements du coefficient de réflexion
24595 13
du disque, et en conséquence, les informations sont reproduites en détectant la variation avec un détecteur
de lumière 6.
La commande de mise au point automatique réalise une commande de réaction en détectant la déviation d'un point focalisé et par un système qui déplace l'objectif
ou tout le capteur optique en réponse à cette déviation.
La détection de la déviation du point focalisé exploite la caractéristique Cindiquée en pointillés sur
la figure 19J que la sortie optique du laser semi-
conducteur diminue à cause de la déviation du foyer.
Cependant, avec cette caractéristique on ne connait pas la direction de la déviation focale.Par conséquent, la lentille ou le dispositif semiconducteur à laser est modulée dans la direction de l'axe optique, et la sortie du laser est détectée de façon synchrone, de manière à connaître la direction de la déviation focale.Dans la construction de la figure 18, la lentille 3 est modulée dans la direction de l'axe optique au moyen d'un vibrateur piézoélectrique 15 et suivant un signal d'une source de courant alternatif 16.La sortie laser détectée par le détecteur de lumière 6 est détectée de fagon synchrone par un circuit détecteur 17 sensible à la phase en se référant au signal de la source de courant alternatif 16.Comme on le représente sur la figure 20, la polarité de la sortie du circuit détecteur 17 varie en fonction de la
direction de la déviation focale.
La sortie du circuit détecteur 17 sensible à la phase est ré-introduite à une bobire électromagnétique 14, pour faire déplacer l'objectif 3 ou tout le capteur optique 12
de manière à réduire la déviation focale.
La figure -2 est un diagramme montrant la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention au moment o l'ouverture numérique de la lentille de couplage 2 est égale à 0,5.Ce mode de réalisation est tel que le système de commande de mise au point automatique est placé dans la construction de la figure 6.Plus particulièrement, si 2O l'ouverture numérique de la lentille de couplage 2 est plus grande que l'angle de divergence minimale du rayon laser provenant du dispositif 1, le rayon
émergent de la lentille de couplage 2 est elliptique.
En plaçant le prisme 7 derrière la lentille de couplage 2, le rayon émertgent de cette dernière est donc rendu circulaire et dirigé ensuite vers l'objectif 3, et la tache lumineuse circulaire 5 se forme sur le disque 4 par l'objectif 3.La lumière réfléchie du disque 4 est renvoyée au dispositif semi-conducteur à laser 1.Comme la sortie du dispositif semiconducteur à laser varie en fonction des changements du coefficient de réflexion du disque, les informations sont reproduites en détectant la variation au moyen du détecteur de lumière 6.La commande de mise au point automatique est réalisée de
telle façon que l'objectif 3 est modulé dans la direc-
tion de l'axe optique au moyen du vibrateur piezoélectri-
que 15 et selon le signal de la source de courant alterna-
tif 16, 1la sortie laser détectée par le détecteur de lumière 6 est détectée de façon synchrone par le circuit
de détection 17 sensible à la phase en se référant au si-
gnal de la source de courant alternatif 16, la sortie du circuit détecteur 17 est ré-introduite à la bobine électromagnétique 14, et l'objectif 3 ou tout le
capteur optique 12 est déplacé par la bobine électroma-
* gnétique 14 de manière à réduire la déviation -du point focalisé.
Le mode de réalisation de la figurel8 ou 22 est ca-
ractérisé en ce que l'intervalle détectable des déviations de commande de mise au point automatique est élargi en enduisant la face de sortie du laser 13 par ladite pellicule anti-réfléchissante.Sur les figures 19 et 20, le trait plein et la ligne hachurée correspondent, respectivement, au -cas o le revêtement anti-rfléchissant
existe et au cas o il n'existe pas.On comprendra facile-
ment que si la pellicule anti-réfléchissante n'est pas prévue, l'intervalle détectable des déviations sera de
24595 13
"im, tandis que si on la prévoit, cet intervalle atteint 40j.um.Les résultats des figures 19 et ?0 correspondent à un cas o l'ouverture numérique NA de l'objectif 3 est de 0,5 et celle de la lentille de couplage de 0,25. La figure 21 représente la relation entre l'intervalle détectable des déviations pour commande de mise au point automatique et l'ouverture numérique de la lentille de couplage Z.A titre d'exemple, quand l'ouverture numérique de la lentille de couplage 2 est égale à 0,5, l'intervalle est de D0JJm et plus en prévoyant le film anti-réfléchissant Cindiqué en traits pleins] mais il est inférieur à 30"um sans ce revêtement [indiqué
en pointillés).
L'unité optique de traitement d'informations selon l'invention est donc caractérisée en ce que le rayon émergent d'une face du dispositif semiconducteur à laser est réfléchi par le disque, la lumière réfléchie est renvoyée à la face et l'intervalle de détection des déviations pour commande de mise au point automatique est de plus élargi en revêtant la face par un film anti-réfléchissant.Ainsi, même si les déplacements verticaux du disque atteignent 1mm, la commande de
mise au point automatique est possible.
2-5 La description précédente de l'invention a surtout
porté sur une construction d'une unité optique de traitement d'informations suivant laquelle le rayon émergent d'une face du dispositif semi-conducteur à laser est réfléchi par le disque et la lumière réfléchie est renvoyée à la face, dans le cas o la variation de la quantité de lumière réfléchie du disque est détectée sous la forme d'une variation du rayon laser provenant de l'autre face du dispositif semi-conducteur à laser.Il est bien entendu, cependant, que l'invention peut aussi s'appliquer au cas o la variation de la
lumière réfléchie est détectée sous la forme d'une varia-
tion d'un courant d'excitation du dispositif semi-conduc-
2 45 95 13
teur à laser.
Compte tenu de la description précédente, la
présente invention est caractérisée en ce qu'un prisme, destiné à convertir le profil d'un rayon provenant d'un dispositif semi-conducteur à laser, est placé dans un système optique qui dirige le rayon sur un support d'informations.La présente invention n'est pas seulement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, mais elle est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans pour autant s'écarter du domaine ni de
l'esprit de l'invention.
24595 13
Claims (8)
1. Unité optique de traitement d'informations compor-
tant une source lumineuse, un support d'informations C43, un système optique qui dirige un rayon émergent de la source lumineuse sur ce support, un dispositif de détec- tion des variations de la quantité de lumière du rayon
lumineux venant du support, et caractérisée en ce que la-
dite source lumineuse est un dispositif semi-conducteur
à laser El] dont la zone d'émission de lumière est rectan-
gulaire, et en ce que ledit système optique comprend un prisme qui transforme le rayon non-circulaire émis
par ledit système à laser en un rayon circulaire.
2. Unité optique de traitement d'informations selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit prisme [7] est composé de deux prismes [7a et 7b] dont les
sommets et les indices de réfraction sont égaux.
3. Unité optique de traitement des informations selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux prismes ont un rapport exact de N=vô dans lequel N
représente leurs indices de réfraction et m le grossisse-
ment de leurs rayons.
4. Unité optique de traitement des informations
selon la revendication 1, caractérisée en ce que le systè-
me optique est disposé dans un chemin optique entre P5 ledit prisme et ledit support afin de dériver le rayon réfléchi par le support, et le système de détection est un détecteur de lumière C6) qui reçoit le rayon réfléchi
provenant du système optique.
5. Unité optique de traitement des informations selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit
système optique comprend ledit prisme unitairement.
6. Unité optique de traitement des informations selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit prisme comporte, au moins sur sa face de sortie, un film
anti-réfléchissant.
7. Unité optique de traitement des informations selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une
24595 13
lentille [(1, remplissant sensiblement la condition W <G- t Cdans laquelle & représente un demi-angle solide formé par le dispositif à laser et ladite lentille, et % et S représentent les angles de diffraction par rapport au rayon venant du dispositif à laser dans une direction parallèle à la jonction dudit dispositif à laser et perpendiculaire à celui-ci], est placée dans un chemin optique entre le dispositif à laser et le prisme; le rayon émergent d'une des faces dudit dispositif à laser est réfléchi par le support puis renvoyé sur ladite face au moyen du système optique, et le système de détection est un détecteur de lumière qui regoit le rayon émergent
de l'autre face du dispositif à laser.
8. Unité optique de traitement des informations selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'une
face dudit dispositif à laser comporte un film'anti-réflé-
chissant, et ce que 1ladite unité comporte en outre un premier système de commande [153 faisant vibrer le système
optique le long de son axe optique à une période pré-
déterminée, et un second système de commande (14) dépla-
gant ledit système optique le long de son axe optiqu.e
en fonction de l'émission dudit détecteur de lumière.
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