NL8003540A

NL8003540A - Optische gegevensproduktie-inrichting.

Info

Publication number: NL8003540A
Application number: NL8003540A
Authority: NL
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-06-25
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1980-12-30
Also published as: GB2052132A; GB2052132B; CA1135851A; FR2460022B1; FR2460022A1; DE3023617A1

Description

* **

803221+/Tx/M/tL

Korte aanduiding: Optische gegevensreproduktie-inrichting

De uitvinding heeft "betrekking op optische inrichtingen en in het "bijzonder op een optische inrichting geschikt voor het optisch reproduceren van in een registratiemiddel opgeslagen gegevens.

Bekend is een zogenaamd optische schijfinrichting voor het op-5 tisch reproduceren van gegevens.

Bij de optische schijfinrichting wordt bij voorbeeld een halfge-leiderlaser gebruikt als lichtbron en, wordt een van de laser uittredende lichtbundel door een optisch systeem op een informatiemiddel (schijf) geprojecteerd, -waarbij op de schijf opgeslagen gegevens worden gerepro-10 duceerd of informatie op de schijf wordt geregistreerd. Fig. 1 toont de schematische uitvoering van een bekende optische schijfinrichting en toont de belangrijkste elementen van een optisch systeem. "Volgens fig. 1 wordt een door een halfgeleiderlaser 1 uitgezonden lichtbundel via een prisma 20 naar een eerste lens 5 geleid. Het prisma 20 bestaat hier uit 15 drie prisma's 2, 3 en U, die tot een enkele optische component samengevoegd zijn, zodat de lichtbundel, die het prismastelsel vanaf de kant van de halfgeleiderlaser 1 is binnengekomen, door de prisma's 2 en 3 en naar de lens 5 gevoerd wordt en dat omgekeerd een vanaf de kant van de lens 5 binnen het prismastelsel gevoerde bundel op het contactvlak A 20 tussen de prisma's 2 en 3 gereflecteerd kan worden en naar het prisma U gevoerd wordt. De naar de eerste lens 5 geleide lichtbundel wordt door deze lens in hoofdzaak gecollimeerd en wordt als een kleine lichtvlek op een schijf 8 geprojecteerd door een tweede lens 6, die wordt gedragen in een magnetisch veld geplaatste dragerspoel 7. Deze lichtbundel wordt 25 gereflecteerd door de schijf 8 en de gereflecteerde bundel wordt, na de tweede lens 6, de eerste lens 5 en de prisma's 3 en b doorlopen te hebben, ontvangen door een fotodetector 9· Op dit moment is, indien gegevens op de schijf 8 zijn geregistreerd (bij voorbeeld door middel van met de gegevens overeenkomende putjes in het oppervlak van de schijf) de inten-30 siteit van de gereflecteerde bundel in overeenstemming met de gegevens gemoduleerd, zodat de gegevens in de vorm van uitgangssignalen van de fotodetector 9 worden verkregen. De verstemmingsspoel 7 dient ter verplaatsing van de tweede lens 6 over kleine afstanden met een hoge snelheid en is aanwezig ten behoeve van de besturing van een lichtbundel, 35 d.w.z. automatische focusseringbesturing of spoorvolgbesturing.

8003540 -2-

In een dergelijke inrichting heeft de laserbundel, die uitgezonden is door de als lichtbron gebruikte halfgeleiderlaser, een divergentie of vertoont een excentriciteitsverhouding van ongeveer 3 op 1 en heeft daardoor een anisotropisch (elliptisch) ver-veldpatroon. Indien 5 als zodanig op de schijf gefocusseerd, vordt de bundelvlek dan ook geen isotropisch (cirkelvormig) distributiepatroon op de schijf en verslechteren de frekwentiekarakteristieken bij het optisch lezen van de schijf.

In de bekende inrichting wordt daarom, teneinde een bundelvlek vanaf een halfgeleiderlaser tot een cirkelvormige distributie te brengen 10 in geval van toepassing van de halfgeleiderlaser als lichtbron, de ope-ningsgrootte van een lens juist ingesteld als een laserbundel door de lens wordt gevoerd. D.w.z. door gebruik van de numerieke apertuur (de zogenaamde NA, lichtsterkte) van de lens, wordt het elliptisch distributiepatroon omgezet in het cirkelvormig distributiepatroon.

15 Een dergelijke inrichting heeft echter het nadeel dat een lens met een voorafbepaalde lichtsterkte gebruikt moet worden. Verder moeten, in het geval van een kleine NA, gecombineerde lenzen (aantal lenzen 2 tot 3) gebruikt worden, waardoor de uitvoering gecompliceerd wordt.

Bovendien moeten in de inrichting van de soort als getoond in 20 fig. 1 de uitgangssignalen vanaf de fotodetector voldoende groot gemaakt worden teneinde de gegevenssignalen met een goede signaal-ruis-verhouding te detecteren. Daartoe moeten de facetten van het prisma en de lens, bij voorbeeld een facet 3a van het prisma 3 en een.facet 5a van de eerste lens 5j voorzien worden van dunne, films, waardoor reflectie van de licht-25 bundel wordt verhinderd en in sterke verlies van de lichtbundel door het prisma en door de lens verminderd wordt. In de bekende optische schijf-inrichting als getoond in fig. 1 zijn de resp. samenstellende elementen van het optische stelsel, d.w.z. het prisma en de lenzen, echter alle gescheiden, zodat het optisch rendement laag is en het aantal opdamp-30 lagen van de antireflectiefilms op het prisma, de lens etc. groot wordt, resulterend in hoge kosten. Andere nadelen zijn dat,, omdat het prisma en de lenzen gescheiden zijn, de instelling van de optische assen van het prisma en de lenzen moeilijk is en dat de gehele inrichting groot wordt tengevolge van het grote aantal benodigde componenten.

35 De uitvinding heeft ten doel een.eenvoudige optische inrichting te verschaffen, waarmee aan een op een schijfoppervlak te projecteren bundelvlek een cirkelvormig distributiepatroon gegeven wordt en dié even- 800 35 40 A. ✓ » -3- eens de invloed van beeldvervormingen door een lens op de vlek verkleint.

De uitvinding beoogt verder een optische inrichting te verschaffen met een hoog optisch rendement en een klein aantal componenten, die eenvoudig ingesteld kan -worden.

5 De inrichting volgens de uitvinding wordt hiertoe daardoor geken merkt, dat de lens een plan-convexe lens is, waarvan het vlakke gedeelte naar de lichtbron gekeerd is.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening:

Fig. 1 toont schematisch de uitvoering van een bekende optische 10 schi j finrichting; fig. 2 toont een uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 3(a) en 3(b) illustreren de werking van de uitvoeringsvorm volgens fig. 2; fig. k toont een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, en 15 fig. 5(a) en 5(b) tonen elk de essentiële gedeelten van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm van de uitvinding en toont dat een lichtbundel L vanaf een halfgeleiderlaser 21 naar een polariserende bundelsplitser 22 geleid wordt en een plan-convexe lens 23 binnentreedt.

20 In een deel van een houder 25, die de polariserende bundelsplitser 22 ondersteunt, is een zodanige cirkelvormige opening 2h aangebracht, dat een optische weg gevormd wordt. De ziehthoek α van de opening naar de halfgeleiderlaser 21 wordt zodanig ingesteld dat voldaan wordt aan α < Θn < . Hier geven Q^ en 9^ halve divergentiehoeken aan van de 25 bundel van de halfgeleiderlaser in een richting loodrecht op het knooppunt van de halfgeleiderlaser resp. in een richting parallel daarmee.

Deze uitvoering geeft de NA van de lens 23 praktisch de waarde sin α en vermijdt de ingewikkelde toepassing van een lens met een voorafbepaalde NA voor de lens 23. Verder wordt in plaats van gecombineerde lenzen zoals 30 bij de békende inrichting voor de lens deaikele plan-convexe lens 23 gebruikt, waarbij haar vlakke zijde naar de halfgeleiderlaser 2.1 gekeerd is en waarbij beeldtekening voldoende tegengegaan wordt.

De redenen zijn de volgende:

Omdat de als lichtbron gebruikte halfgeleiderlaser een enkele oscillatie-35 golflengte (bij voorbeeld 8300 £) heeft, is een correctielens voor de correctie van een chromatische aberratie niet nodig. Ten tweede, omdat de NA ten opzichte van de halve divergent!ehoek (bij voorbeeld 9^^8°) van 800 35 40 -4- &e halfgeleiderlaser 21 klein is, is een correlatielens ter correctie van een van de as afwijkende bundel niet nodig. Ten derde is het golffront van de bundel van de halfgeleiderlaser een vrij goede sferische golf en behoeft niet gecorrigeerd te worden. Om deze redenen kan zelfs 5 een enkele lens goed gebruikt worden. Echter zelfs bij de fabricage van een enkele lens moet, deze, indien voorzien van een gekromd oppervlak, een mal gebruikt worder, die overeenkomt met de kromming. Verder is de stap van polijsten van eën lens tot een vlek onvermijdelijk als bewerkings-stap voorafgaand aan het nauwkeurig vormend van de kromming. De plan-con- 10. vexe lens is daarom uit fabricagestandpunt van voordeel voor de enkele lens met de convergentie-eigensehap.

Nu zal de instelling van de plan-convexe lens in fig. 2 toegelicht worden, met beschouwing der gevallen waarbij de krommiügsrichtingen als getoond in de figuren 3(a) en 3(b) ten opzichte van de van de half-15 geleider laser 21 afkomstige bundel verschillend zijn. In het geval van fig. 3(a) treedt de bundel de lens met een hoek ^ ten opzichte van de normaal van het invalfacet binnen. In het geval van fig. 3(b) wordt de hoek 3 en de bundel treedt uit met een hoek X ten opzichte van de normaal van het uitgangsfacet. Dientengevolge geldt dat *1 > 3, ƒ.

20 Ter verkleining van de-lensafwijkingen moet de hoek van de inval lende bundel ten opzichte van de normaal van het invalsfacet zo klein mogelijk gemaakt worden. Dit is vooral van invloed op de sferische afwijking. Het zal daarom duidelijk zijn, dat de opstelling van fig. 3(b) beter is. Met andere woorden: de plan-convexe lens moet de uitvoering 25 hebben waarbij het vlakke deel daarvan naar de lichtbron gekeerd is.

Zoals gezegd bestaat de lens, die door de bundel vanaf de halfgeleiderlaser wordt binnengegaan, uit de enkele plan-convexe lens, waarvan het vlakke gedeelte naar de lichtbron gekeerd is en de effectieve opening in het midden van de optische weg is aangebracht en waarbij de op-30 tische kop met de eenvoudige constructie uitgevoerd kan worden.

Fig. k toont de constructie van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding waarin het optische stelsel verder vereenvoudigd is. Volgens deze figuur passeert een door een halfgeleider 41 uitgezonden lichtbundel de prisma's k2 en ^3 en een eerste lens U5 om in hoofdzaak gecollimeerd 35 te worden, en de gecollimeerde lichtbundel wordt als een kleine lichtvlek op een schijf 8 geprojecteerd door een tweede lens b6 die wordt gesteund door een (niet getoonde) dragerspoel. Een door de optische schijf 8 8003540 -5- gereflecteerde bundel passeert de tweede lens k6, de eerste lens U5 en het prisma b3, wordt gereflecteerd door het raakvlak A tussen de prisma’s b2 en ^-3, doorloopt een lens ^ en valt op een fotodetector 9.

In deze uitvoering heeft een facet 5a van de eerste lens k5 een vlakke 5 vorm en is tegen een facet 3a van het prisma Ij-3 aangebracht, zodat de eerste lens en het prisma een enkelvoudige structuur vormen. Door het volgens deze uitvoering tegen elkaar brengen van de eerste lens b$ en het prisma ^3 is het niet nodig antireflectiefilms op het facet 5a van de lens h5 en het facet 3a van het prisma ij-3 te dampen en is eveneens 10 het lichtverlies minder. Verder, met geredelijk ingesteld optisch stelsel, is het ongevoelig voor trillingen en kan het geminiaturiseerd worden.

De figuren 5(a) en 5(¾) tonen elk belangrijke delen van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding. Een component 30, fig. 5(a), wordt zodanig verkregen dat de eerste lens b-5, het prisma i+3 en de lens in 15 fig. b bij de fabricage als ein enkel stuk gevormd worden, terwijl een component ^0, fig. 5(b), zodanig wordt verkregen dat de eerste lens U5 en het prisma ^3 bij de fabricage als een enkel stuk wordt gevormd. Een dergelijke eenheid kan worden gerealiseerd met een bekende techniek, zoals bij voorbeeld gieten van kunststoffen. Door het tijdens de fabri-30 cage tot een enkele component vormen als volgens de uitvinding van de eerste lens ^-5 en het prisma U3 kan het aantal componenten van een optische stelsel sterk verminderd worden.

800 35 40

Claims

1. Optisch stelsel voor de reproductie van gegevens, omvattende een halfgeleiderlaserlichtbron en een tussen de lichtbron en een schijf geplaatste lens, waarbij een laserbundel vanaf de lichtbron op de schijf wordt geprojecteerd, met het kenmerk, dat de lens een plan-convexe lens 5 is, waarvan het vlakke gedeelte naar de lichtbron gekeerd is.

2. Optisch stelsel voor de reproductie van gegevens volgens conclusie 1, gekenmerkt door een doorlaatopening die kleiner is dan een divergentie van de bundel van de lichtbron en die in een optische weg tussen de lichtbron en de lens geplaatst is. 10

3. Optisch stelsel voor de reproductie van gegevens, uitgevoerd met een van een halfgeleiderlaser voorziene lichtbron, een plan-convexe lens die een door de lichtbron uitgezonden lichtbundel op een schijf projecteert, en een prisma dat een door de schijf gereflecteerde bundel afbuigt, met het kenmerk, dat de lens en het prisma êén geheel vormen. 15 800 35 40