Brevet FR2054573A1 — publié le 19710423

i 2054573 La présente invention a pour objet un appareil destiné à l'en registrement de- données, du genre comportant une source de laser qui émet un faisceau ou rayon laser effectuant l'enregistrement. TJn dispositif connu pour ce genre d'enregistrement d'informa-5 tion a l'inconvénient d'exiger un modulateur électro-optique pour assurer la modulation du rayon laser suivant les signaux électriques représentant les données à enregistrer. Un objet de la présente invention est uil appareil d'enregistrement du genre en question grâce auquel il n'est pas nécessaire 10 de prévoir un modulateur séparé qu'il soit électro-optique ou d'un autre type. L'appareil selon l'invention comprend une source de laser et des dispositifs de projection optique servant à focaliser sur un support d'enregistrement un faisceau laser émis par cette source, 15 et cet appareil est caractérisé par le fait que la source est une source laser à diode semi-conductrice et que des dispositifs commu tateurs sont prévus pour contrôler l'excitation de ladite source, de manière à déterminer celle des données qui est à enregistrer sur le support d'enregistrement. 20 Selon une autre caractéristique de l'invention, la source de laser à diode semi-conductrice présente une zone rectangulaire d' émission lumineuse et, en fonctionnement, des sections de cette zone, considérées sur la longueur de cette dernière, sont rendues actives sélectivement. 25 L'appareil conforme à la définition du paragraphe précédent présente l'avantage d'éviter la nécessité de prévoir des dispositifs mécaniques à déflection rapide de faisceau, comme c'est le cas dans certains appareils connus de ce genre. On a représenté aux dessins ci-joints quelques formes non-li-30 mitatives de réalisation de la présente invention et dans ces dessins: Figure 1 est une vue schématique du système d'enregistrement à laser selon l'invention; Figure 2 est une vue analogue d'une autre forme d'exécution; 35 Figure 3 est une vue analogue représentant encore me autre forme d'exécution; Figure 4 est une vue agrandie d'un laser à diode semi-conductrice à jonction simple; • Figure 5 est une vue analogue d'un laser à diode semi-conduc-40 trice à jonctions multiples; 70 21853 s 2054573 Figure 6 représente un disque explorateur et montrant la disposition de fentes sur ce disque; Figure 7 montre à plus grande échelle une portion du -disque explorateur avec la disposition de deuz fentes détectrices; 5 Figure 8 représente un support d'enregistrement typique por tant plusieurs caractères enregistrés; Figure 9 est une vue agrandie d'un fragment de la zone d'enregistrement du support, avec des caractères enregistrés selon l'appareil de la Fig. 1;' 10 Figure 10 est une vue agrandie fragmentaire d'une zone d'enre gistrement du support avec un caractère enregistré à l'aide de 1' appareil'de la Fig. 3. La Fig. 1 montre un laser à diode semi-conductrice 10 (très agrandie) incluse dans un système d'enregistrement de micro-images. 15 Le laser 10 est une diode semi-conductrice à émission lumineuse susceptible de fonctionner à la température ordinaire lorsqu'on la munit, ainsi que cela est connu, d'un creuset calorique. Comme on le voit en Fig. 4 en particulier, le laser 10 présente des faces d'extrémité 33 et 35 qui sont fendues de façon très précise de ma-20 nière à former une cavité de miroir qui réfléchit intérieurement la lumière, comme cela est requis pour l'action du laser. Un rayon laser lumineux est émis, sous un angle divergent qui peut être de l'ordre de 10 à 20°, près de la zone de la jonction p-n 10a qui est le bord d'un plan passant par la diode et qui présente une zone d' 25 émission de forme rectangulaire dont les dimensions sont par exemple de 10 x 100 micromètres. Afin de capter pratiquement toute l'énergie lumineuse fortement divergée en ondes puisées ou continues à partir de la diode 10, on a prévu une lentille collectrice 16 à ouverture suffisamment grande. Par exemple, des lentilles d' 30 ouverture numérique de 0,20 et même davantage peuvent être utilisées dans ce cas et la distance active qui en résulte dépend du diamètre de la lentille, ce qui est bien connu. La lentille collectrice 16 capte pratiquement toutes les radiations émises et reproduit en image la jonction de laser 10a sur la face postérieure d' 35 un disque explorateur rotatif 18 afin de former une.image linéaire 16b (Fig. 7) qui est agrandie environ dix fois. Le disque explorateur opaque 18 qui est mieux représenté en Fig. 6 et 7 présente par exemple trente-six fentes transparentes incurvées de 0,1 mm de large et également espacées près de la périphérie du disque, ce 40 qui permet le passage- d'une petite portion ou segment 12a (Fig. 7) 70 21853 3 2054573 de l'image agrandie 16b de la jonction 10a dans le système, à un moment déterminé. Des fentes 18a, ayant de préférence la forme d' ■un spirale dfÀrchimède (Fig. 6 et 7), sont susceptibles d'explorer l'image linéaire agrandie 16b de la jonction de diode 10a suivant 5 un dessin en dents de scie, pour traverser le segment 12a qui forme un spot du rayon laser balayant dans un sens sensiblement vertical à travers la lentille de champ 20. Le spot 12a est dëplacé vers le bas en dents de scie par le disque explorateur 18, de manière à couvrir la hauteur de la donnée voulue à enregistrer sur le 10 support d'enregistrement 25 sous le contrôle d'un circuit de commutation laser 14. Le spot lumineux: traversant le disque 18 passe dans la lentille d'enregistrement 23 qui possède une grande ouverture numérique, par exemple 0,85 ou même davantage et qui focalise le rayon de façon telle que ce dernier soit enregistré thermique-15 ment sur le support 25 sous forme de spot 12a qui constitue une i-. mage fortement réduite d'une portion de la jonction 10a. Le support d'enregistrement 25 est représenté comme étant une bande mobile en un matériau mince transparent comprenant une dispersion de carbone dans m liant plastique déposé sous une épaisseur de l'ordre d'un 20 micromètre. La commande mécanique du support 25 peut être celle de l'entraînement d'une bande magnétique usuelle et bien connue. Le laser semi-conducteur à diode 10 (Fig. 4) comporte des connexions électriques sur les faces 4 et 6, de façon que le courant passe transversalement dans le plan dé jonction 10a. Lorsque le 25 courant est à un niveau suffisamment élevé, l'énergie photon de la cavité de miroir de la diode., rebondit en va-et-vient entre les faces 33 et 35 de miroir et une émission de laser ou stimulée est engendrée. Le laser à diode est excité par le circuit commutateur 14 qui fournit l'énergie nécessaire par les lignes 11 et 13; Le cir-30 cuit commutateur 14 est commandé par un générateur de caractères 15 qui peut être un circuit connu utilisé pour excité le laser semi-conducteur 10 aux temps appropriés au cours de l'exploration, suivant les données qui sont à enregistrer. Le générateur 15 est alimenté par une ligne 151 au moyen d'une entrée binaire qui peut 35 d'ailleurs provenir d'un ordinateur ou une autre source de données. Des impulsions de synchronisation sont fournies par l'action combinée de la source lumineuse 46a, de la lentille 46, des trente-six fentes rectilignes 18b et d'un photodétecteur 48, de telle sorte que le laser 10 apparait au haut de la ligne d'exploration re-40 présentée par l'image 16b en continuant ligne à ligne. Les fentes 70 21853 4 2054573 18b sont disposées de façon qu'une impulsion de synchronisation soit appliquée par un oscillateur 15a au générateur de caractères 15 juste avant qu'une nouvelle fente incurvée 18a commence à exposer l'image de jonction agrandie 16b, comme on le voit en fig. 7. 5 L'oscillateur 15a, une fois excité par ladite impulsion, produit le cyclage par impulsions Pi à P iq, Par exemple, ce qui permet au laser à diode 10 d'être puisé par le circuit commutateur 14, pen- -dant, que l'image 16b est exposée à travers la fente incurvée 18a, de manière à diviser chaque ligne du disque en dix portions succes-10 sives. De cette façon, l'enregistrement peut être assuré au début de chaque ligne d'exploration par le laser à diode 10. la diode semi-conductrice peut être telle qu'elle soit excitée de façon continue ou intermittente pendant le processus d'exploration et toute portion de la ligne d'exploration peut être supprimée par le con-15 trole sélectif de l'excitation du laser grâce au générateur de caractères 15 pendant une période d'impulsion p. Le système optique dans lequel chaque lentille peut être de type classique, permet de réaliser une combinaison nouvelle capable de projeter efficacement la sortie du laser à diode sous forme de 20 spots pouvant être réduits à 2 micromètres ou même moins, ce qui peut être exploré de façon contrôlée de manière à former une ligne à deux dimension par la microimage explorée sur le support d'enregistrement mobile 25 qui présente un champ plat de 25 x 10-5 mm par 25 x 10~3 mm, par exemple. Comme l'énergie de sortie du laser, 25 à part les pertes de transmission, est convertie en petits spots grâce au système optique qui opère une réduction de surface de 1* ordre de vingt-cinq fois la source d'énergie, soit la jonction 10a au support 25, l'énergie laser par unité de surface fournie au support est extrêmement grande. En conséquence, il est possible, par 30 un choix approprié du support 25, de produire des spots très réduits de 2 micromètres ou moins, ce qui permet d'obtenir me grande variété de changements reproductibles dans le support d'enregistrement 25. La capacité de mémoire en bits remarquablement grande du sys-35 tème conforme à l'inventioh peut se déduire de la Fig. 8 qui montre une vue agrandie du support 25, par exemple sous forme d'une bande munie de plusieurs rangées composées chacune de micro-carae-tères 70. On notera de ce qui précède que les données enregistrées sur le support 25 peuvent être des dessins ou d'autres formes sus-40 ceptibles d'êtres représentées par des chiffres. Ainsi, sur une 70 21853 5 2054573 petite zone du support d'enregistrement, on peut former un grand nombre des microimages à haut pouvoir de résolution dont le rapport de réduction peut même être plus grand que 100 : 1. Chacun des caractères 70 d'une rangée donnée 9 est enregistré dans une zone d' 5 environ 25 x 10~® mm par 25 x 10"^ mm, et est formé par exploration de la zone au.moyen du rayon laser focalisé à 2 micromètres de large. La Fig. 9 est une vue très agrandie de l'un des caractères 71 enregistrés sur la ligne ou rangée 9, et cela par l'appareil de Fig. 1. uhaque ligne d'exploration du caractère 71 comprend au moins 10 dix segments Pi à Piq contigus et qui correspondent à la subdivision permise de l'image 16b fournie par l'excitation du laser 10 sous l'action de l'oscillateur 15a et du générateur de caractères 15, pendant l'exposition de l'image de jonction 16b à travers la fente incurvée 18a. De même, si le laser est un dispositif à onde 15 continue, les lignes d'exploration seront continues sauf là où il •n'est pas désiré d'enregistrer, auquel'cas une portion de la ligne d'exploration peut être supprimée en n'excitant pas le laser à diode sur une partie prédéterminée de la ligne d'exploration. On voit donc que le laser n'est excité, de façon sôit continue, soit inter-20 mittente, que pendant le temps où l'on désire enregistrer sur le support. Les microimages produites par ce processus peuvent être a-grandies et observées sur un écran, ou bien elles peuvent être projetées à l'aide d'un appareil lecteur conforme à celui qui est décrit dans le brevet des Etats-Unis 1T° 3.267 . 801. Une rangée de ban-25 de 25 est enregistrée sur la longueur de la bande mobile et lorsqu' on désire commencer une nouvelle rangée, la bande est décalée vers le haut sur une distance donnée, comme cela est indiqué schématique-ment par les flèches 75 et 76 en Fig. 1. Une rangée donnée à titre d'exemple peut avoir un espace de 51 x 10"® mm dont le support uti-30 lise 25 x 10~® mm, ce qui donne un agrandissement facilement lisible lorsqu'on observe avec un visionneur de microimages de 115x ou 150x. Ainsi, sur une bande de 13 mm de large, on peut réaliser 150 canaux susceptibles d'être enregistrés. On voit en Fig. 2 une autre forme de réalisation du système d' 35 enregistrement dans lequel le laser à diode est prévu pour opérer à des températures de l'azote liquide. La différence entre un tel laser et celui qui est prévu pour les températures normales, est basée sur les conductivités thermiques des matériaux utilisés pour la construction des diodes et des creusets thermiques. Par exemple, 1' 40 oxyde de béryllium ou l'arséniure de gallium sont de bons conduc 70 21853 6 2054573 teurs de la chaleur aux températures de 1*azote liquide, mais il est contre-indiqué pour les températures ordinaires, tandis que 1' inverse est vrai avec une diode au molybdène soudée sur une pastille . Le fonctionnement des diodes aux basses températures donnent un 5 seuil de courant plus bas et permet d'augmenter l'efficience externe. Le boîtier 110 (Fig. 2) est à double paroi et l'espace 112 compris entre deux parois 113 et 115 est maintenu sous vide, tandis que la zone 116 contient de l'azote liquide qui est à une tem-10 pérature de 77° K. Le laser à diode 108 est monté dans.l'espace sous vide 112 sur une bague 109, près d'une ouverture 138 pratiquée dans la paroi 115 de façon que la lumière émise par le laser 108 puisse traverser cette ouverture. Un couvercle 120 ferme l'ouverture 128 de façon hermétique, afin de maintenir le vide dans l'es-15 paee 112. Le couvercle 120 supporte également une lentille collectrice 127 qui capte pratiquement toute la lumière émise par le laser 108 et la transmet par une ouverture 134 du couvercle 120 jusqu'au disque d'exploration 18, et par les lentilles 20 et 23 sur le support d'enregistrement 25, comme précédemment exposé. 20 En examinant les Fig. 3 et 5, on voit que le système selon la deuxième forme de réalisation de l'invention comporte un laser à diode 100 très agrandi au dessin. Dans cette construction, une pluralité de lasers 100 à jonction simple sont fabriqués à partir d' une pastille semi-conductrice et l'on peut combiner plusieurs pas-25 tilles en appliquant des circuits intégrés ou autres techniques connues. Chaque diode ou segment possède une jonction 100a - lOOn excitable individuellement, la jonction lOOn représentant la dernière d'une pastille comportant par exemple jusqu'à 50 à 100 jonctions. Chaque segment de diode 101a - lOln possède des faces anté-30 rieures 102a - 102n et des faces postérieures 103a - 103n qui sont fendues de façon très précise de manière à former des cavités de lasers individuelles. Entre les segments 101a, 101b et loin, on a prévu des isolants 41a, 41b et 41n qui empêchent les segments de diode 100 de claquer lors de l'excitation sélective, ùeci serait 35 nécessaire dans le cas de laser à jonctions multiples fabriquées en combinant ensemble plusieurs pastilles. Un autre mode permettait d'empêcher les segments de diode 101a - lOln de claquer consiste à attaquer ou à découper les zones indiquées par les matériaux isolants 41a, 41b et 41n, ce qui serait le cas d'un laser 100 fabri-40 que à partir d'une seule pastille. 70 21853 7 2054573 Le courant dans le laser 100 passe dans l'un des segments 101a - lOln, à travers la jonction respective 100a - lOOn et en dehors de la couche 104 de matériau semi-conducteur eomman à toutes les sections. De cette manière, il est possible de puiser l'une 5 quelconque des sections de laser 100 à la fois. On peut ainsi réaliser un puisage parallèle ou séquentiel des segments de diode et réduire l'excitation du laser puisqu'il n'est pas nécessaire que toutes les jonctions utilisent un laser comme source. Les segments individuels de diode 101a - lOln sont puisés in-10 dividuellement par le circuit de commutation 140, par l'intermédiaire des lignes 141a - 141n et 145. Le générateur de caractères 153 contrôle les impulsions 140 et une entrée binaire, qui peut d' ailleurs être une sortie de calculatrice commande le générateur 153 par une ligne 151. 15 L'énergie lumineuse est émise sous un angle divergent d'une - ou de plusieurs jonctions 100 a-n qui sont puisées par un circuit de commutation"de laser 140 et l'image agrandie de la jonction puisée est projetée par la lentille 16 sur une lentille de champ 20. Pour capter pratiquement toute la lumière émise par les segments 20 individuels du laser 100, la lentille 16 doit avoir une ouverture numérique suffisante, par exemple 0,20 ou davantage, la distance effective dépendant du diamètre comme cela est bien connu. La lentille de champ 20 sert à projeter la lumière de l'image agrandie sur la lentille 23 dont l'ouverture est par exemple de 0,85. Les 25 lignes 8 qui sont les images des jonctions excitées, sont enregistrées par effet thermique sur le support d'enregistrement 25, qui est une bande mobile, comme on l'a précisé plus haut (Fig. 1). La Fig. 10 représente une vue partielle très agrandie du. support d'enregistrement 25 portant une microimage fournie par un lasœ 30 à diode 100 semi-conductrice à jonctions multiples, comme en Fig.3. En particulier, plusieurs lignes rectangulaires 8 formant des caractères 72 sont indiquées comme représentant des images enregistrées d'un laser typique comportant dix segments de jonctions parallèles qui, toutes ont été puisées à des moments successifs à mesure que 35 le support passe devant le laser 100. Quand l'information est enregistrée sur le support 25 (Fig. 3i on peut l'observer par la source lumineuse 53 en combinaison avec un réflecteur 54 qui projette un faisceau lumineux sur les microimages transparentes 72, lesquelles ont été précédemment enregis-40 trées thermiquement sur le support 25. I»a lumière transmise à tra 70 21853 8 2054573 vers le support 25 est projetée par. une lentille de lecture 56 sur un écran 59. La combinaison d'enregistrement et d'affichage selon la Fig. 3 est particulièrement utile dans un système où il est désiré d' 5 observer ou lire ce qui a été enregistré et de conserver une trace permanente de l'information pour usage ultérieur. Un tel usage est par exemple dans les appareils de télécommunication qu'on utilise pour les cours de la bourse. Dans un tel système utilisant le laser à jonctions multiples, avec exploration des jonctions, le sup-10 port d'enregistrement se déplace à la vitesse correspondant à la largeur d'une jonction par exploration, à angle droit par rapport au sens de l'exploration, de telle sorte que le support présente des zones régulières d'enregistrement. À mesure que ce support se déplace, les images apparaissent de la manière décrite ci-dessus. 70 21853 9 2054573 REVENDICATIONS 1. Appareil d'enregistrement de données comprenant une source de laser et des dispositifs de projection optique dirigeant un rayon de laser émanant dé la source sur un support d'enregistrement 5 caractérisé par le fait que la source est une source de laser semiconducteur à diodes (10,100,108) dont l'excitation est contrôlée par un circuit commutateur électrique (14,140) de manière à déterminer la donnée à enregistrer sur ledit support d'enregistrement (25) . 10 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la source de laser semi-conducteur à diodes (10,100,108) présente une zone rectangulaire d'émission lumineuse et par le fait que des sections de cette zone, considérées sur sa longueur, sont en fonctionnement rendues actives sélectivement. 15 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait . que ladite zone consiste en une jonction simple d'émission lumineuse (10a) et en-un disque opaque rotatif (18) présentant des fentes (18a), les dispositifs de projection optique étant à même de projeter une image (16b) de cette jonction sur le disque (18), de fa-20 çon qu'en fonctionnement, lors de la rotation du disque (18), chaque fente (18a) produise une traverse longitudinale sur cette image (16b); le circuit commutateur (14) étant aménagé de manière à exciter sélectivement à chaque traverse la source de laser (10) pendant des périodes successives de temps, en vue de diviser effec-25 tivement cette source (10) dans lesdites sections. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les fentes (18a) ont une forme incurvée en spirale. 5. Appareil selon les revendications 2 ou 4, caractérisé par le fait que le disque (18) comprend des moyens de synchronisation 30 (18b) rendus actifs au début de chaque traverse de façon qu'un circuit d'excitation (15a) produise une série d'impulsions actives appliquées au circuit commutateur pour commander l'excitation de la source de laser. 6. Appareil selon les revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, carac-35 térisé par le fait que la source de laser semi-conducteur à diodes est placée dans un carter (115) présentant une section interne maintenue à basse température et une section externe (112) maintenue sous vide, la source (108) étant montée dans la section sous vide sur la paroi (113) de la section interne. 40 7. Appareil selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, 70 21853 10 2054573 caractérisé par le fait que la source- de laser semi-conducteur à diode est constituée par une diode à l'arséniure de gallium, 8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la zone comprend une pluralité de jonctions individuelles 5 d'émission lumineuse (lOOa-lOOn) disposées sur la longueur de la zone et que le circuit commutateur (140) est aménagé de manière à exciter sélectivement ces jonctions. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les jonctions individuelles d'émission lumineuse (100a- 10 lOOn) sont séparées l'une de l'autre par des corps isolants (41a-41n). 10. appareil selon les revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que le circuit commutateur (140) est aménagé de manière à exciter simultanément certaines jonctions (lOOa-lOOn) dûment sé-15 lectionnées.