NL8003411A - Inrichting voor het verwerken van optische informatie. - Google Patents

Description

803211/Ke/cd ' * •1"

Korte aanduiding: Inrichting voor het verwerken van optische informatie.

Be uitvinding heeft betrekking op optische informatieverwerkers, en meer in het bijzonder een verwerker voor optische informatie waarin een halfgeleiderlaserinrichting wordt gebruikt als lichtbron» 3 De laatste jaren zijn verwerkers voor optische informatie waarin halfgeleiderlasers worden gebruikt inplaats van gaslasers als lichtbron, krachtig ontwikkeld» Een optische schijf is een voorbeeld van deze techniek» De optische schijf is zodanig dat, met gebruikmaking van de halfgeleiderlaser, op een schijf vastgelegde informatie-signalen worden teruggespeeld of informatie op de schijf wordt vastgelegd met hoge dichtheid» Teneinde de informatiesignalen op de schijf vast te leggen of ze daarvan terug te spelen met de hoofdgeleiderlaser, moet een uit de halfgeleiderlaser kanende lichtbundel worden gevormd tot een lichtvlek met een middellijn van ongeveer 1 \m op de schijf, ^ door het gebruik van een koppellens en een objectief die een optisch stelsel vormen» In het algemeen heeft de halfgeleiderlaser een licht-emitterend gebied dat niet vierkant is maar rechthoekig, zodat dus de bundeldivergentie evenwijdig aan de overgang van de laserinrich-ting niet gelijk is aan die in de richting loodrecht op de overgang» Teneinde de isotrope of ronde vlek op de schijf te vormen door middel van een dergelijke halfgeleiderlaser is het noodzakelijk oa de numerieke opening van de koppellens klein te maken en om slechts de bundel te gebruiken in de omgeving van de optische as van het optische stelsel, om de intensitextsverdeling van het uit de koppellens tredende licht {gelijkmatig te maken»

Het deze maatregel wordt echter slechts een gedeelte van het door de halfgeleiderlaser uitgezonden licht op de schijf geprojek-teerd, hetgeen resulteert in het nadeel dat het nuttige effekt van het lichtgebruik van de inrichting slecht is» Dit wil zeggen de verhouding van de lichtsterkte van het op de schijf gefocusseezde licht tot die van het door de diodelaser geëmitteerde licht is klein» In het bijzonder bij het maken van een opname moet een dunne me taal film in de schijf 800 34 11 _ 2 _

Korden gesmolten om gaten te vormen, en daarvoor is een lichtsterkte nodig die verschillende malen hoger is dan in het geval van terug-spelen· Yerder wordt de levensduur van de halfgeleiderlaser verkort wanneer hij een hoeveelheid licht produceert die een bepaalde vaste 5 waarde overschrijdt· In een verwerkingsinrichting voor optische informatie waarin de halfgeleiderlaser wordt gebruikt is het dan ook vanuit het oogpunt van de levensduur en dat van de betrouwbaarheid noodzakelijk om het nuttige effekt van het gebruik van het licht van de laser te verhogen teneinde het optische uitgangsvermogen van de 10 laserinrichting zoveel mogelijk te kunnen beperken·

Be beswaren hiervan zullen in bij zonderheden worden beschre ven aan de hand van een bekende inrichting· Omdat, zoals vermeld, de halfgeleiderlaser in het algemeen een rechthoekig lichtemitterend gebied heeft, is de bundeldivergentie anisotroop· Po divergentiehoek 15 van de bundel van de halfgeleiderlaser ia verschillend, afhankelijk van de strak tuur van de laserinrichting· Zoals weergegeven in fig· 1 -2 worden door d// en d ^ de respektieve hoeken aangeduid bij e evenwijdig aan de overgang van de laserinrichting respektievelijk loodrecht daarop» In de verdeling van de lichtsterkte van de laserbundel in hei 20 verre-veldpatroon· Bij een halfgeleiderlaser van het CSP-type (channeled-substrate-planar) geldt: O/i - 8°» H - 24° en 0 1 /fy - 3 ...(1)

In de halfgeleiderlaser van het BH-type (begraven he te ros truk tuur) geldt: 25 0^ * 16^, * 32° en * 2 »««(2)

Bij de laser van BH-type is de verhouding / Oy. van de divergentie-hoeken van de bundel 2, terwijl hij bij de laser van CSF-tyupe 3 is· Langs de horizontale as in fig· 1 staat de divergentiehoek uitgezet 30 en langs de vertikale as de lichtsterkte· Fig· 2 toont een voorbeeld van een bekende verwerkingsinrichting voor optische informatie voor de vorming van de isotrope of ronde vlek met een diameter van ongeveer 1 μ* op de schijf in het geval waarin de dwarsdoorsnede van de lichtbundel uit de halfgeleiderlaser anisotroop of elliptisch is.

35 _ Zoals blijkt uit fig· 2 wordt een bundel, die een ellipti- 8 0 0 3 4 11 _ 5 - * « sche bundel-divergeatie heeft en uit een facet getreden is van een halfgeleiderlager 1, gevormd tot een lichtvlek 5 op een schijf 4 door een koppellens 2 en een objektief 3· Sen lichtdetector 6 is een middel om het optische uitgangsvermogen van de halfgeleiderlaser 1 3 waar te nemen· Door A is een optische as aangedaido In fig· 2 heeft de numerieke opening ΙΓΑ van de koppellens 2 de volgende relatie, waai in 9 de halve vaste hoek is tassen de halfgeleiderlaser 1 en de lens 2: NA* sin 9 «··(?)

Vat betreft de bandeldivergenüe van de halfgeleiderlaser 1 moet, m2 10 wanneer de waarden bij e evenwijdig aan de overgang en loodrecht daarop worden aangeduid door 9// resp0 9«j_, zoals hierboven genoemd, de numerieke opening NA van de koppellens 2 als volgt worden gekozen om de ronde vlek 3 op de schijf 4 te vormen met gebruik van een derge-lijke halfgeleiderlaser$ 15 9<9// *··(4) D.w.z* het is noodzakelijk dat de numerieke opening van de koppellens 2 klein gemaakt wordt om de lichtstralen buiten de as op te vangen, en om de bundel alleen te gebruiken in de nabijheid van de optishhe as A (9 * 0) zodat de intensiteitsverdeling van het uit de koppellens 2 20 tredende licht uniform wordt gemaakt· Volgens de bundeldivergentie-hoeken die weergegeven zijn in fig· 1 en de uitdrukkingen (1), (5) en (4) wordt bijde laser van GSP-typw het volgende verondersteld: “-0·1 ...(5) » - 5,7° «"»// <»1) 25 Dan wordt de bundel die door de koppellens 2 gegaan is in hoofdzaak rond, zodat de ronde vlek $ ontstaat op de schijf 4*

De lichtstralen buiten de optische as worden op deze manier echter buitengesloten; slechts een gedeelte van de door de half geleid :r-laser uitgezonden lichtbundel wordt op de schijf geprojekteerd· Eet 30 gevolg is het nadeel dat het nuttige effekt van het lichtgebruik van de laserinrichting inferieur is·

Gewoonlijk draait de schijf met een op en neergaande beweging van ongeveer een mm0 Om ervoor te zorgen dat de middellijn van d> vlek, ondanks de vertikale bewegingen van de draaiende schijf, niet 33 verandert, moet een automatische focussering worden uitgevoerd door hot 800 3 4 11 - 4 - optisch waarnemen van een afwijkingasignaal van de gefocusseerde vlek, welk signaal van het schijfoppervlak wordt afgenomen·

Bij de in fig· 2 weergegeven konstruktie zal, wanneer het vanaf de schijf 4 teruggekaatste licht teruggevoerd wordt naar de 5 halfgeleiderlaser 1, het uitgangsvermogen van de laser 1 variëren overeenkomstig de hoeveelheid vanaf het schijfopprvlak teruggekaatste licht, zodat de informatie van de schijf 4 gereproduceerd kan worden met het uitgangssignaal uit de lichtdetector 6· Deze techniek wordt beschreven in het Amerikaanse octrooi schrift 394*1945« 10 Anderzijds is in de Japanse octrooiaanvrage publikatienr· 55-17706 een techniek voorgesteld waarin, om de afwerking van een lichtbundel op een schijf vast te stellen, een lichtbron of lens heen en weer bewogen wordt in de richting van de optische as ervan es gelijktijdig een asuitgang synchroon wordt gedetecteerd· Deze tech-15 niek heeft echter het bezwaar dat het waarneembare gebied van afwijkingen voor de automatische scherpstellingsregeling smal is· fig. 3 laat de variatie van het uitgangsvermogen van de halfgeleiderlaser 1 zien op het moment waarop, in de konstruktie volgens fig· 2, de numerieke opening DA van de koppellens 2 de waarde 0,1 had en de schijf 20 4 voorzichtig langs de optische as werd verplaatst. Zoals blijkt uit fig. 3 bedraagt, wanneer de numerieke opening IA van de koppellens 2 een waarde heeft die niet groter is dan 0,1, het waarneembare gebied van afwerkingen voor de automatische scherpstellingsregeling slechts 10 (jm· Dit bezwaar is toe te schrijven aan het feit dat de scherpste? ~ 23 lingspositie van de gereflekteerde en teruggekoppelde lichtbundel nabij het facet van de laserinrichting sterk verandert als gevolg var de bewegingen van de schijf· D.w.z· de defocussering van de teruggevoerde lichtvlek op het facet van de laser, zoals toe te schrijven aan de afwijking van de gefocusseerde vlek, is opvallend, met als ge-30 volg dat het waarneembare gebied van afwijkingen voor de automatische scherps telling een waarde heeft van niet meer dan 10 pm. Op deze manier heeft de optische informatieverwerking waarin het vanaf de schijf gereflekteerde licht teruggevoerd wordt naar de laserinrichting, het bezwaar van het kleine waarneembare gebied van afwijkingen· Dit heefl 35 geleid tot het probleem dat de automatische scbrpstellingsregeling uneiHjV in an dat, gaan -infnrmflAie gerapjodnnaarA kan worden vanaf 800 34 11 * · _ 5 _ een schijf met grote vertik ale -verplaatsingen·

Anderzijds is het gebruik van een cilindrische lens overwogen, om te bereiken dat een op een schijf scherp gestelde vlek een cirkel benadert· Se cilinderlens heeft echter het bezwaar dat de hog< 5 bewerkingsnauwkeurigheid moeilijk kan worden bereikt, resulterend in een hoge kostprijs, en dat de opstelling van een optisch stelsel gecompliceerd wordt· Het is ook moeilijk om een lichtvlek te convergeren tot een ronde vlek van 1 μη, omdat het astigmatisme van grote invloec is vanwege het gebruik van de cilinderlenso 10 Se uitvinding beoogt de hierboven genoemde bezwaren te onder vangen en een verwerkingsinrichting voor optische informatie te verschaffen die een ronde vlek kan vormen op een schijf met een hoog nuttig effekt van het gebruik van het licht door middel van een eenvoudig optisch stelsel· 15 Verder beoogt de uitvinding een dergelijke verwerker te verschaffen waarin als lichtbron een halfgeleiderlaser wordt gebruikt met terugkoppeling door een gereflekteerde bundel, en met een breed waarneembaar gebied van afwijkingen voor servo-besturing van automatische scherpstelling· 20 Saartoe wordt volgens de uitvinding een prisma opgenomen in een optisch stelsel dat een bundel vji een halfgeleiderlaser gelei i naar een informatieopslagmedium· Meer in het bijzonder laat men volgens de uitvinding het grootste gedeelte van een niet-ronde bundel uit een halfgeleiderlaser een koppellens binnentreden door de numeriece 25 opening van de koppellens groot te maken, door verwaarlozing van de uitdrukking (4) die ter voorwaarde omschrijft waaronder de koppellens een lichtvlek op een schijf rond maakt, terwijl een prisma geplaatst wordt op een plaats volgend op de koppellens, waardoor de niet-ronde bundel die door de koppellens gekomen is, omgezet wordt in een cirkel» 50 vormige bundel·

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.

ïig* 1 toont een ver-veld-patroon van het licht van een halfgeleiderlaser· 35 Fig. 2 illustreert de verwerker voor optische informatie 80034 11 - 6 - volgens de bekende techniek.

Fig. 3 Is een grafiek ter toelichting van het waarneembare gebied van afwijkingen voor automatische scherpstelling in een inrichting volgens de uitvinding» 5 Fig» 5 illustreert schematisch de uitvinding»

Fig. 6 en 7 tonen elk de kanstruktic van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding»

Fig. 8 dient ter toelichting van de werking van de uitvinding» 10 Fig» 9 toont de konstruktie van een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding»

Fig» 10 en 11 tonen elk de betrekking tussen de brekingsindex en het reflektievermogen aan het ingangsfaoet en het uitgangsfa- cet van een prisma» 15

Fig» 12 en 15 tonen elk de konstruktie van wezenlijke onderdelen van een andere uitvoeringsvorm»

Fig. H» 15 en 16 tonen elk de konstruktie van een andere ui tvoerings vorm»

Fig» 17 toont het verband tussen het reflektievermogen aan 20 het ingangsfacet van een prisma en de verhouding tussen de breedte van een gebroken bundel en die van een invallende bundel.

Fig. 18 toont de konstruktie van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Fig, 19 en 20 zijn karakteristieke grafieken waarin de af-25 hankelijkheid wordt getoond tussen het uittredende licht van een half* geleiderlaser reep» de uitgang van een fasegevoelige detectie-inricht Ing enerzijds en de afwijking van een lichtvlek vanaf een schijfoppervlak anderzijds.

Fig» 21 toont de afhankelijkheid van het waarneembare gebied 30 van afwijkingen voor de automatische scherpstellingsregeling en de numerieke opening van een lens» en fig» 22 laat de konstruktie zien van een andere uitvoerings vorm van de uitvinding»

Fig. 4 toont het verband tussen de afwijking van de scherp-35 stelling en het laseruitgangsvermogen» D.w.z, de variatie van het uit 800 3 411 - 7 - de halfgeleiderlaser tredende licht wanneer, met de in fig. 2 weergegeven konstruktie de numerieke opening HA van de koppellens 2 groot werd gemaakt (HA - 0,5) de verwaarlozing van uitdrukking (4) die de voorwaarde omschrijft waaronder met de koppellens de lichtvlek 5 op 5 de schijf 4 een ronde vorm verkrijgt, en terwijl de schijf 4 over eet kleine afstand werd verplaatst langs de optische as van het optische stelsel· Zoals blijkt uit figo 4 wordt het waarneembare gebied van afwijkingen 80 μη of iets meez<>

Hoor de numerieke opening van de koppellens groot te maken 10 worden de veranderingen van de scherp gestelde stand van de gereflek» teerde teruggekoppelde lichtvlek toe te schrijven aan de flaktuaties van de schijf klein, en wordt het waarneembare gebied van afwijkingen voor de automatische scherpstelling groter·

Vanneer de numerieke opening van de koppellens groter is 15 wordt het waarneembare gebied van afwijkingen voor de automatische scherpstelling groter, zodat een meer volmaakte automatische scherpstelling kan worden gerealiseerd bij vertikale bewegingen van de schijf· Bovendien zal, wanneer de numerieke opening van de koppellens groot is, de bundel uit de laser in dezelfde mate meer de koppellens 20 binnen komen, zodat dus het nuttige effekt van het gebruik van het laserlicht verder toeneemt· Wanneer echter de numerieke opening HA

van de koppellens bij benadering voldoet aan de divergentiehoek -2 "* in de vertikale richting op e in het verre-veldpatroon volgens fig·!, komt het grootste gedeelte van de bundel uit de laser de koppellens 25 binnen· Sr is dan dus in hoofdzaak voldaan aan de volgende voorwaarde i oao(6)

Omdat echter de lichtbundel die door de koppellens 2 gegaan is, voldoende aan uitdrukking (6) niet rond is, is de lichtvlek 5 evea-min rond· Volgens de uitvinding wordt, om dit probleem op te lossen 30 een prisma 7 geplaatst na de koppellens 2 die voldoet aan de uitdrukking (6), zoals weergegeven in fig· 6„ J?ig. 5 toont de vorm van het prisma 7· Men ziet hieruit dat het prisma een rechthoekig prisma is waarvan de tophoek 9a bedraagt en waarvan de brekingsindex H is· He invalshoek wordt aangeduid door 9^, en de verhouding tussen de breedto 35 1 van een invallende bundel en de breedte 0 van de gebroken bundel 800 34 11 _ 8 _ (welke verhouding aangeduid wordt als "bundelvergroting") wordt aangeduid door a . | · hese worden respektievelijk gegeven door de volgende uitdrukkingen: 00a e . [jdii 5 1 V H2»2.1 cos ö » m f o '' / ·βββ(7) α Μ Η2 η2 -1 10 cos *

Hierin wordt m gekozen overeenkomstig de struktuur van de te gebruiken halfgeleiderinriohting. Het prisma 7 maakt de ronde bundel mogelijk door het verlengen van de paralleldivergentie van de bundel uit de laser, en door deze te laten samenvallen met de diverge;ï-13 tie loodrecht erop· Wanneer men dus het grootste gedeelte van de bundel uit de laser de koppellens laat binnentreden dient de vergroting m te worden gebracht tot samenvallen met de verhouding Oj[ / van de divergentiehoeken van de bundel om de ronde bundel te verkrijgen· Wanneer bijvoorbeeld een halfgeleiderlaser van BH-type wordt 20 gebruikt , m - 2 uit uitdrukking (2), en wanneer de laser van CSP-typ» wordt gebruikt geldt m » 3 blijkens uitdrukking (1)« Wanneer dus "BK7? (het 7th borosilicaatkroonglas zoals geklassificeerd an aangeduid door Schott und Genossen GmbH) (2Γ - 1,510) wordt gebruikt als het materiaal voor het prisma 7»beeft het prisma de volgende grootheden overeen-23 kometig uitdrukking (7)1 voor de laser van BH-type; m « 2 * * 1-510e l ...te) e * 66,61° r

30 ·α - 37,43 J

voor de laser van de CSP-type; 80034 11 _ 9 - m 3 \ * " 1’510 l ...(9) » - 75,16 > ββ- 39,80°

J

5 Wanneer verder "SF-H" (het 11e zware flintglas) (IT - 1,76.(.) wordt gebruikt als materiaal voor het glas van het prisma, geldt het volgende s voor de laser van BH"type; m 2 Ί 10 H - 1,764 I β.ο(10) - 64,57° ( »a - 30,79° j voor de laser van CSP-type: m * 3 \ 15 S-1’7* I ...(11) »i- 73,76° 32,98° j 7 o or wat betreft de laser van BH«type met bundeldivergentie« hoeken voorgesteld door de uitdrukking (2), wordt het prisma 7 volger s

2Q

uitdrukking (8) of uitdrukking (10) onmiddellijk achter de koppellens 2 in fig· 6 tusaengeplaatst, terwijl wat betreft de laser van CSP-tyje waarvan de bundeldivergentiehoeken voorgesteld door de uitdrukking (1), het prisma 7 volgens uitdrukking (9) of uitdrukking (11) wordt tusser- geplaatst, waaroor de omzetting mogelijk wordt van de niet-cirkel- 25 J vormige bundel in de cirkelvormige bundel· Be cirkelvormig gemaakte lichtbundel wordt als cirkelvormige vlekken op de schijf 4 geprojecteerd door middel van het objektief 3<> Zo kan de bundel uit de half-geleiderlaser waarvan het lichtemitterende gebied rechthoekig is, niet vierkant, als ronde vlek op de schijf worden geprojekteerd zonder dal ^ er enig deel van de bundel wordt ondergeschept· Bovendien treedt er geen aberratie op door het gebruik van het prisma0 Bij de konstruktie volgens de onderhavige uitvoeringsvorm, waarin de bundel die treedt uit een vlak van de halfgeleiderlaser 1 wordt gereflekteerd door de 800 34 11 _ 10 _ schijf en het geref lekteerde licht teruggevoerd wordt naar het vlak, wordt de numerieke opening van de koppellens 2 groot gemaakt overeenkomstig uitdrukking (6), zodat het waarneembare gebied van afwijkingen voor de automatische scherpstelling vergroot wordt, zoals blijkt uit 5 fig, 4e

In fig. 6 wordt de bundel uit de halfgeleiderlaser 6 ingesteld op P-polarisatie, waarin de vector van het elektrische veld trilt in het vlak evenwijdig aan het vlak van de tekening (zoals aangeduid door de pijl in de tekening)· Se koppellens 2 wordt in de brandpunt- 10 positie geplaatst ten opzichte van de laserinrichting 1 en maakt van de invallende bundel van het prisma ^ een gecollimeerde bundel·

Fig· 7 toont een andere uitvoeringsvorm, waarin dezelfde symbolen ook in fig· 6 dezelfde of equivalente onderdelen aanduiden·

In de uitvoering volgens fig» 7 wordt, anders dan in die volgens fig.p, 15 J de loodrechte divergentie van de bundel samengedrukt en gebracht tot samenvallen met de paralleldi vergen tie $ het vlak van inval van het prisma 7 is dan ook tegengesteld aan dat van de uitvoering volgens fig«6· Heer in het bijzonder wordt de bundel uit de laser 1 ingesteld op S-^olarisatie (waarin de vector van het elektrische veld trilt lood-20 recht op het vlak van de tekening), zoals aangeduid door de zwarte stippen in de tekening· Sr vindt («zetting plaats in P-polarisatie door een halve-golflengteplaat 11 en dan gaat de bundel het prisma 7 binnen· Het deze konstruktie wordt het mogelijk om het objektief 3 kl*in te maken· 25 In het bovenstaande is de polarisatie van de bundel de S~ polarisatie in de richting loodrecht op de overgang van de laserinrichting, en de P-polarisatie in de richting evenwijdig daaraan, zoal} weergegeven in fig· 8«

In het bovenstaande is slechts de verwerker voor optische 30 informatie beschreven die bepaalde informatie vastlegt en terugspeelt door vanaf de schijf de uit een vlak van de halfgeleiderlaser tredend» bundel te reflekteren en het gereflekteerde licht terug te koppelen naar het vlak van de laser· De uitvinding is echter niet beperkt tot deze uitvoering maar is ook toepasbaar op een verwerker voor optische 33 informatie waarin bepaalde informatie wordt vastgelegd en teruggespee Ld 800 3411 _ 11_ door een prisma in een optisch stelsel te plaatsen om een handel uit een hoofdgeleiderlaser op een schijf te introduceren, waarbij gere-flekteerd licht vanaf de schijf wordt opgevangen door midde^ran het prisma en dan de variatie van het gereflekteerde licht wordt waarge-5 nomen door middel van een lichtdetector,

Fig· 9 toont de konstroktie van een uitvoeringsvorm voor het geval waarin de uitvinding op een dergelijke verwerker is toegepast· In de konstroktie volgens fig. 6 zijn een prisma 9 en een kwar' golflengteplaat 8 geplaatst tussen het prisma 7 en het objektief 3* 10 Die konstroktie maakt het mogelijk om het gereflekteerde licht van d< schijf 4 af te nemen door middel van het prisma 9 en om de variatie van dit gereflekteerde licht waar te nemen door middel van een liht-detector 10, In de uitvoering volgens fig» 9 wordt de lichtdetector 6 gebruikt als monitor voor de uitgang van het laserlicht , voor de 15 automatische vermogensregeling om het uittredende laserlicht konstani te houden·

In het bovenstaande is in het geheel geen melding gemaakt van reflektieverlies als gevolg van het tossenplaatsen van het prisma 7* Het is echter gewenst om de brekingsindex If van het prisma 7 20 zo te kiezen dat het reflektieverlies als gevolg van de aanwezigheid van het prisma zo gering mogelijk blijft. Aan de hand van fig· 9 ziet men de ref lek tie vermogens en aan het ingangsdak en het uit- gangsvlak PQ van het prisma 7· Ze worden xespektievelijk gegeven door de volgende uitdrukkingen: 25 ^ , tan2^ - »g) tan2^ + »a) ...(12) w „ (SLil)2 ^ (ff + 1)

Fig· 10 en 11 tonen de resultaten van de betrekkingen tus-90 sen de reflektievermogens en de brekingsindex N van het prisma zoals verkregen uit de uitdrukkingen (7) en (12), Fig. 10 illustreert het geval m » 2, terwijl fig, 11 het geval is waar m 3. fi0* in de -figuren zal later worden beschreven· Het re flek tie ve rlie s van het pri;»- 800 34 11 -12- ma is het kleinste wanneer de som van E^ en minimaal is o Uit de tekening blijkt dan ook dat een materiaal waarvan de brekingsindex ft ongeveer 1,4 bedraagt de voorkeur verdient a2sprismamateriaal in het geval van m 2, terwijl een materiaal waarvan de brekingsindex 5 ft ongeveer 1,7 is de voorkeur verdient in het geval van m * 3« let is dus gunstig om M7 te gebruiken (ft » 1,510) voor de laser van 2H-type, en SF-11 (ft - 1,764) voor de laser van CSP-type als materiaal voor het prisma 7»

Teneinde het re flek tie ve rlie s als gevolg van het prisma 7 10 te verminderen, is ook een coating van het ingangs- en uitgangsvlak van het prisma 7 effektief, met een enkele of een meervoudige anti·· reflektielaago In dat geval mag ook het reflektievermogen Ej. aan het ingangsvlak voldoende klein zijn door de brekingsindex 1 van het prisma te kiezen en slechts het uitgangsvlak Pq te bedekken met een 15 anti-reflektielaag* Meer in het bijzonder kan, in het geval van het gebruik vaqèen laser van BH-type, zoals blijkt uit fig* 10, het reflek-tievermogen 2^ 1$ of minder worden gemaakt door de brekingsindex 1ST te kiezen in het gebied van 1,65 - 2,45· Bij wijze van voorbeeld kan, wanneer SF-11 wordt gebruikt als prismamateriaal, het reflektievermo-20 gen Eg. aan het ingangsvlak P^ 0,004 worden gemaakt* Anderzijds kan, wanneer een halfgeleider van CSP-type wordt gebruikt, zoals blijkt uit fig*'11, het reflektievermogen 1% of minder worden gemaakt door de brekingsindex ft te kiezen in een gebied van 2,45-5,55* Bij wijze van voorbeeld kan een kristal zoals TiOg of ΤΘΟ2 worden gebruikt als 25 prismamateriaal*

Verder kan in de uitvoering van fig* 9 het reflektieverlies worden verminderd door het prisma 7 en het prisma 9 tot een enkele konstruktie te verenigen, zoals weergegeven in fig* 12 of 13<> Fig* 12 toont een uitvoering in het geval waarin de prisma’s 7 en 9 gekon-50 strueerd zijn tot een enkel lichaam met een identiek materiaal* In de figuur wordt door 79 het tot één lichaam verenigde prisma aangeduil en de kwartgolflengteplaat 8 is ook aan het prisma 79 vastgezet· hoor de konstruktie als eenheid kunnen de reflektieverliezen aan het uitgangsvlak van het prisma 7 en het ingangsvlak van het prisma 9 worden 35 voorkomen* Fig« 13 toont een uitvoering in het geval waarin de prisma’s 800 3 4 11 - 15- 7 en 9 tot een lichaam zijn verenigd door het gebruik van verschillet -de materialen*» Bij wijze van voorbeeld wordt, in het geval waar het materiaal van het prisma 9 B£7 is (ff * 1,510), het reflektievermogen Bq* aan het grensvlak 20 tussen de prisma’s 7 en 9 gegeven door de 5 volgende uitdrukking, waarin ff de brekingsindex van het prisma 7 aanduidt; v - Φ; 11¾ >2

Zn fig» 10 en 11 is het verband tussen het reflektievezmogen SQf en de brekingsindex ff bij m » 2 rasp» m » 3 met stippellijnen 10 weergegeven» Zoals blijkt uit deze figuren kan het reflektieverlies als gevolg van het prisma 7 sterk worden verbeterd» Bij wijze van voorbeeld, veronderstellend dat het materiaal van het prisma 7 SF-11 is (ff * 1,7^4» kan het volgende worden vastgestelds voor de laser van BB»type; 15 * 0,004

Bq*- 0,006 en voor de laser van CSP-type:

Bj » 0,067

Bg'- 0,006 20 In de bovenstaande uitvoeringen is het geval beschreven waar in de niet-ronde bundel die door de koppellens gegaan is omgezet wordt in een ronde bundel door een enkel prisma te plaatsen in het stadium achter de koppellens» Vanzelfsprekend kan echter een aantal prisma's op diezelfde plaats worden neergezet.» In de volgende uitvoerin-25 gen zullen gevallen worden beschreven met twee prisma’s»

Fig. 14, 15 en 16 tonen verschillende uitvoeringsvormen van de uitvinding, waarin dezelfde symbolen als in fige 6, 7 en 9 dezelfde of gelijkwaardige onderdelen aanduiden» In fig» 14» 15 en 16 zijn twee prisma’s 7 a en 7^ geplaatst in het stadium achter de koppel-30 lens 2» Deze twee prisma's hebben dezelfde tophoek en dezelfde brekingsindex, en verder kunnen ze dezelfde ingangs- en uitgangshoeken hebben voor de lichtbundel» Zoals blijkt uit de tekening zijn de prisma's 7a en 7b rechthoekige prisma's met tophoek 9 en waarvan de oc brekingsindices ff zijn» de hoek van inval van elke prisma is aange-35 [Huid door e^, terwijl de verhouding tussen de breedte I van de inVal·· 800 3 4 11 - 14-

Xende bundel en de breedte O van de gebroken bondol (de bundelvergroting) aangeduid door m » γ * Ban gelden respektievelijk de volgen·· de vergelijkingen: β ίττ; > cos 0. -I “2- 5 1 Jn -1

- - (ff2 - 1) B

cos 0 S 1 ' .

«2 > *.*(14) Μ N m - 1 / /— cos 0 yf m m _α 10 oos 0^

Het reflektievermogen Rj. aan het ingangsvlak van elk van de prisma's 7a en 7b wordt jgegeven door de volgende uitdrukking: tan2(0 - © )

Sj - -i-2— ...(15) 15 tan2 (0λ+ 0α)

Hier wordt, veronderstellend dat 0. + 0 - 90°, het reflek- * β tievermogen R^. nul, en het reflektieverlies van het licht aan het in- gangsvlak van elk van de prisma's 7a en fb wordt nul. (Hen geval waai - in 0. - 0^ komt overeen met de normale invalshoek en betekent dat de i cc 20 prisma's geen effekt hebben). Hier wordt het reflektievermogen nul op het moment waarop tg 0i - ff, welke hoek de zogenaamde Brewaterhoek is. Ban wordt uitdrukking (14) gereduceerd tot: ff mfa ^ 0, - tan"1ff ...(16)

25 I

®α * cos" ET® 008 j

In het geval waarin bijvoorbeeld de laser van CSP-type wordt gebruikt wordt de vorm van de twee prisma's 7a en 7b als volgt; op -grondslag van uitdrukking (16), onder de voorwaarde dat de bundelver- 800 34 11 - 15- groting m 3 is op basis ran uitdrukking (1): m« 3 \ ff - 1,732 »i-60“ V ...(17) 5 0-30 f a Β,-0 ✓

Vat betreft de laser van GSP-type, waarvan de bundeldivergen-tiehoeken voorgaste ld worden door uitdrukking (1), worden de twee prisma's 7a en ?b volgens uitdrukking (17) onmiddellijk achter de koj-10 pellens geplaatst, zoals weergegeven in fig· 14» 13 of 16, waardoor de niet-ronde bundel kan worden omgezet in de ronde bundel· Zelfs in hei geval waarin de brekingsindices If van de prisma's 7a en 7b niet de waarde \/m kunnen hebben waarbij het reflektievermogen S^. nul wordt, zijn brekingsindices dichtbij die waarde op bevredigende wijze denk-13 baar omdat daardoor het reflektievermogen bijna nul wordt· Het is gewenst om het uitgangsvlak te bedekken met een anti-reflektielaag·

Het verband tussen de bundelvergroting m en het reflektievermogen is weergegeven in fig. 17» In deze figuur geeft een stree )-stippellijn het geval aan waarin een enkel prisma uit BE7 (ff * 1,310) 20 werd gebruikt, en een gebroken lijn het geval waarin een enkel prisma werd gebruikt uit SF-11 (H - 1,764)* Zoals blijkt uit fig· 17 dient, in het geval waarin het enkele prisma 7 aanwezig is, zoals in de uitvoering volgens fig· 6, 7 of 9, en waarin de bundelvergroting m gekoznn wordt op 2-3, het materiaal van het prisma een betrekkelijk grote 23 brekingsindex H te hebben ter vermindering van het re f lek tie verlies van het licht aan het ingangsvlak van het prisma· Vederom verwijzend naar de figuur geeft de getrokken lijn het geval aan waarin twee pris-· ma's bestaande uit HE? werden gebruikte In het geval van het algemeen bekende glasmateriaal BK? is de brekingsindex H 1,510, dichtbij een 30 golflengte van 8000 1· In dit geval wordt het reflektievermogen nu], wanneer de bundelvergroting m 2,28 is· Bovendien is, zoals blijkt uit de figuur, de doorlatingscofffficient minstens 99i9% in het gebied waarin de bundelvergroting m 2,1 — 2,3 is· Vanneer de doorlatings— coefficient mag dalen tot 99j» kan het uit BK7 bestaande prisma worden 800 3 4 11 - 16- gebruikt in het gebied waarin de bondelvergroting m 1,8-3 is· D.w.z· wanneer de twee prismi's 7 a en 7b opgenomen worden, zoals in de uitvoering volgens fig· H» 15 of 16, de prisma's met een kleine brekingsindex m de bundelvergroting m groot kunnen maken en ook het bruikbare 3 gebied kunnen vergroten· Dit geeft aanleiding tot het voordeel dat de ronde bundel gevormd kan worden door het gebruik van prisma's die bestaan uit conventioneel optisch glas (d»w«z· BK?)·

Vervolgens zal een uitvoering volgens de uitvinding beschreven in het geval van het uitvoeren van een automatische scherpstel-10 lingsregelingo fig· 18 toont daarvoor een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding· Een optische pickup 12 bestaat uit de halfgeleiderlaser 1, de koppellens 2, het objektief 3 en de lichtdetector 6· Een uit een vlak 13 van de laser 1 tredende laserbundel wordt op de schijf 4 ge-projekteerd door de lenzen 2 en 3 en wordt gereflekteerd vanaf de 13 schijf 4« De gereflekteerde bundel wordt teruggevoerd naar het uit-gangsvlak 13 van de laser via de lenzen 2 en 3· Met deze konstruktie varieert de laseruitgang van de inrichting 1 overeenkomstig de veranderingen van het reflektievermogen van de schijf, zodat dus informatie teruggespeeld wordt door het waarnemen van die variatie van de 20 lichtdetector 6·

De automatische scherpstellingsregeling voert een terugkop-pelregeling uit door het waarnemen van een afwijking van een scherp gestelde vlek en door middelen om het objektief te bewegen of de hele optische opname-inrichting naar aanleiding van die afwijking· 23 De waarneming van de afwijking van de scherp gestelde vlek gebruikt de eigenschap (in fig· 19 aangeduid door een gebroken lijn) dat het optische uitgangsvermogen van de halfgeleiderlaser afneemt als gevolg van afwijkingen van de scherpstelling· Met deze eigenschap is echter de richting van de afwijking van de scherpstelling nog niet 30 bekend· Daarom wordt de lens van de laser heen en weer bewogen in de richting van de optische as en wordt het laseruitgangsvexmogen synchroon waargenomen, waardoor men de richting van de afwijking van de scherpstelling leert kennen· In de konstruktie volgens fig·18 wordt de lens 3 heen en weer bewogen in de richting van de optische as door 33 middel van een pi 8zo-elektrische vibrator 15 en overeenkomstig een 800 3411 4 * - 17- signaal van een wissels troostbron 160 Het door de lichtdetector 6 waargenomen laseruitgangsvexmogen wordt synchroon waargenomen door een fasegevoelige detectieketen ^ aan de hand van het signaal Tan de wis-selstroombron 16« Zoals blijkt uit fig0 20 wordt de polariteit Tan 3 het uitgangsvermogen Tan de fasegeToelige detectieketen 7 veranderd in afhankelijkheid Tan de richting Tan de afwijking Tan de focusseriig»

De uitgang Tan de detectieketen 7 wordt teruggevoerd naar ; een elektromagnetische spoel 14 om het objektief 3 of de hele optische kop 12 te bewegen ter vermindering Tan de afwijking Tan de focusserirg* 10 Figo 22 toont de konstruktie Tan een andere uitvoering

Tolgens de uitvinding voor het geval waarin de numerieke opening van de koppellens 2 0,5 wordt gemaakt» Be uitvoering is zodanig dat auto·* statische regelmiddelen voor de scherpstelling zijn toegevoegd aan de konstruktie van fig» 6» Heer in het bijzonder wordt, wanneer de nume-15 rieke opening van de koppellens 2 groter gemaakt wordt dan de minimal» bundeldivergentiehoek van de laserbundel uit de laser 1, de uit de koppellens 2 tredende bundel elliptisch» Boor plaatsing van het prisma 7 achter de koppellens 2 wordt dan ook de uit de koppellens 2 tredende bundel rond gemaakt en dan geleid naar het objektief 3 en dan 20 wordt de lichtvlek 3 op de schijf 4 gevormd door dit objektief 3* Het vanaf de schijf 4 gereflekteerde licht wordt teruggevoerd naar de laser 1» Omdat de laseruitgang van de halfgeleiderlaser varieert over· eehkomstig de veranderingen van het reflektievezmogen van de schijf wordt informatie teruggespeeld door het waarnemen van de variatie 23 door middel van de lichtdetector 6« Be automatische scherpstellings-regeling wordt zodanig uitgevoerd dat het objektief 3 heen en weer beweegt in de richting van de optische as door middel van de piSzo-elektrische vibrator 15 en overeenkomstig het signaal van de wissel-stroombron 16, dat de door de lichtdetector 6 waargenomen laseruitgang5s-30 energie synchroon wordt gedetecteerd door middel van de fasegevoelige detectieketen 17 aan de hand van het signaal van de wisselstroombron 16, dat de uitgang van de keten 17 teruggevoerd wordt naar de elektro·· magnetische spoel 14, en dat het objektief 3 of de hele optische kop 12 door de spoel 14 wordt bewogen ter verkleining van de afwijking 33 van de gefocusseerde vlek· 800 34 11 _ 18_

De belangrijkste eigenschap van de uitvoering van fig· 18 of 22 is dat het waarneembare gebied van afwijkingen voor de automatische scherpstellingsregeling vergroot wordt door het laseruitgangs*-vlak 13 te bedekken met een an ti «re flek tielaag o In figo 19 en 20 3 komen een getrokken lijn en een gebroken lijn overeen met het geval waarin de anti-reflektielaag wel resp» niet aanwezig is0 Uiteraard wordt, wanneer de anti-reflektielaag niet aanwezig is, het waarneembare gebied van de afwijkingen 10 μζι of meer, terwijl wanneer de film aanwezig is dit gebied wordt uitgebreid tot 40 pm of meer· De resul-10 taten van fig» 19 en 20 komen overeen met het geval waarin de numerieke opening 2TA van het objektief 3 0,5 was en die van de koppellens 2 0,25«

Figo 21 illustreert de afhankelijkheid tussen het waarneem-' bare gebied van afwijkingen voor de automatische scherpstellingsrege-15 ling en de numerieke opening van de koppellens 2» Bij wijze van voorbeeld wordt vermeld dat, wanneer de numerieke opening van de koppellens 2 0,5 werd gemaakt, het waarneembare gebied van afwijkingen 80 μη of meer was door toepassing van de anti-reflektielaag (aangeduid met een getrokken lijn), maar beneden 30 μ zonder die bedekkingslaag 20 (aangegeven door een gebroken lijn)·

Zoals hierboven werd beschreven wordt, in de verwerker voor optische informatie met de konstruktie waarin de uit een vlak van de halfgeleiderlaser tredende bundel gereflekteerd wordt door de schijf en waarin het gereflekteerde licht teruggevoerd wordt naar het vlak, 25 het waarneembare gebied van afwijkingen voor de automatische scherp-stellingsregeling verder vergroot door dat vlak te bedekken met de anti-reflektielaag· Zo wordt zelfs wanneer de vertikale bewegingen van de schijf een waarde hebben van ongeveer 1 mm, automatische scherp-stellingsregeling mogelijk» 30 In de bovenstaande beschrijving van de uitvinding is de inrichting beschreven met een konstruktie waarin de uit een vlak van de halfgeleiderlaser tredende bundel gereflekteerd wordt door de schijf en waarin het gereflekteerde licht teruggevoerd wordt naar het vlak, voor het geval waarin de variatie van de hoeveelheid van het vanaf 35 de schijf geref lek teerde licht waargenomen wordt in de vorm van een 800 3411 -19 - variatie van de laserbundel uit het andere vlak van de halfgeleiderlager· Vanzelfsprekend is de uitvinding ook toepasbaar op het geval waarin ie variatie van het gereflekteerde licht waargenomen wordt in de vorm van een variatie van een excitatie stroom van de halfgeleider» 5 laser·

Het bovenstaande zal duidelijk zijn dat de uitvinding wordt gekenmerkt door een prisma om het profiel van een bundel uit een hali-geleiderlaser om te vormen, en welk prisma geplaatst wordt in een op» tisch systeem dat de bundel geleid naar een informatie-opslagmedium· -Conclusies- 800 34 11

Claims (1)

1. — 20“ 1« Inrichting voor het verwerken van optische informatie, met een lichtbron, een inforaatie-opslagmedium, een optisch stelsel dat een uit de lichtbron kanende bandel convergeert op het medium, en middelen voor het waarnemen van een variatie van een lichthoeveel-5 heid van de lichtbundel die van het medium afkomt, gekenmerk t doordat de lichtbron een halfgeleiderlaser is waarvan het lichtemit terende gebied rechthoekig is, en dat het optische systeem een prisma bevat dat de door de laserinrlchting uitgezonden niet cirkelvormige bundel omzet in een cirkelvormige bundel, 10 2» Inrichting volgens conclusie 1,met het ken merk, dat het prisma bestaat uit twee afzonderlijke prisma's waarvan de tophoeken en de brekingsindices gelijk zijn» 3e Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de twee prisma's voldoen aan de relatie dat in hoofdzaak 15 N - J~m , waarin N een brekingsindices aanduidt en m de bundelvergro-I tingen0 4# Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat optische middelen geplaatst zijn in een optische baan tussen het prisma en het medium voor het afleiden van de 20 vanaf het medium geref lek teerde bundel en dat de detectiemiddelen een lichtdetector zijn die de gereflekteerde bundel ontvangt van de genoemde optische middelen, 5« Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de optische middelen gevormd worden door een enkel pris-25 ma0 6o Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat van het prisma tenminste het uit gangs vlak voorzien is van een anti-reflektielaag, _ 7· Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met 800 3 4 11 — 21 - het kenmerk, dat een lens, die in hoofdzaak voldoet aan Qn < θ < ö j_ (waarin 9 de halve vaste hoek aanduidt tussen de laser-inrichting en de lens en ö/j en Ö de divergentiehoeken van de bun*» del uit de laserinrichting in een richting evenwijdig aan een over·* 5 gang van de laserinrichting respektievelijk in de richting loodrecht daarop) geplaatst is in de optische haan tussen de laserinrichting en het prisma, dat de uit een vlak van de laserinrichting tredende hundel gereflekteerd wordt door het medium en dan teruggezonden naar het genoemde vlak door het optische systeem heen, en dat de detectie·» 10 inrichting een lichtdetector is die de hundel ontvangt welke uit het andere vlak van de laserinrichting treedt* 8« Inrichting volgens conclusie 7, m e t het kenmerk, dat een vlak van de laserinrichting voorzien is van een ant:.-reflektielaag en dat de inrichting voorzien is van eerste aandrijf-15 middelen on het optische systeem in trilling te brengen langs de optische as met een bepaalde periode, en tweede aandrijfmiddelen om het optische systeem langs de optische as te verplaatsen overeenkomstig een uitgangssignaal uit de lichtdetector* 80034 11