Brevet FR2224828A1 — publié le 19741031

L'invention concerne un système de déviation de lumière à commande électrique et son application à un dispositif de lecture optique d'informations enregistrées sur une piste. Dans certaines applications, comme la poursuite de piste d'enregistrement par un lecteur optique, on désire obtenir une déviation de lumière à l'aide de signaux d'erreur dont l'amplitude est eatrgmement petite. On doit faire appel à un multiplicateur d'angla optique. Cet appareil comporte généralement deux miroirs faisant un angle variable et il en résulte que le système de déviation devient alors complexe et fragile. L'invention a pour objet un système à la fois simple, robuste et extrêmement sensible, permettant de faire varier la direction d'un pinceau lumineux en fonction d'une grandeur électrique afin d'effectuer un balayage ou de poursuivre une cible. Le système selon l'invention est du type comportant au moins deux surfaces dotées d'un bon pouvoir réflecteur des ondes lumineuses et susceptibles de prendre, à la réception d'un signal électrique, une position variable. Il est caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites surfaces est solidaire d'un élément transducteur élec-tromécanique bimorphe en céramique piézoélectrique. L'invention sera mieux comprise, et les caractéristiques de son application à la lecture optique apparaîtront au moyen de la description qui suit et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels: La figure 1 est une coupe partielle d'un transducteur électromécanique bimorphe dont une face porte une couche réfléchissante selon le principe de l'invention La figure 2 est une figure explicative. La figure 3 est un schéma explicatif du système selon 1 'in- vention. les figures 4 et 5 représentent des variantes de l'in#-ention. La figure 6 représente le principe de l'application de l1inven- tion à un lecteur optique de piste portée par un substrat. les figures 7 et 8 représentent respectivement en élévation et vu par dessus, un exemple de réalisation de lecteur optique. La figure 9 représente schématiquement un exemple de réalisation pratique d'un appareil de lecture optique doté d'un système selon l'invention. Un transducteur électromécanique bimorphe, appelé couramment bilame céramique piézoélectrique, tel que celui qui est représenté figure 1, est constitué de deux lames de céramique piézoélectrique 1 et 2, collées avec une très forte adhérence sur deux faces opposées d'une plaque centrale métallique 3 de même surface. Les faces opposées aux faces collées sont recouvertes de métallisations Il et 21 formant avec la plaque centrale 3 les électrodes du bilame. De part et d'autre de la plaque 3 on trouve, dans le matériau céramicue, des polarisations rémanèntes A et B de sens inverse, dirigées parallèlement aux électrodes. On sait que, dans ces conditions, l'application d'un champ électrique E perpendiculaire aux électrodes produit une contraction ou une dilatation (selon le sens de E) dans une direction préférentielle parallèle aux électrodes. Dans le cas de la figure 3, les effets sur chaque lame d'un même champ électrique E sont de sens contraire, ce qui entraîne la courbure du dispositif en raison des contraintes opposées aux dilatations et contractions longitudinales par le collage des lames sur la plaque. En pratique, le champ E est créé en appliquant une différence de potentiel entre les électrodes 11 et 21. A cet effet, des connexions 12 et 13 raccordent les électrodes à des bornes d'alimentation. La borne 15 est par exemple raccordée à la masse et la borne 14 à une tension de commande positive ou négative. Le bilame comporte en outre une couche 110 de matériau à bonpouvoir réflecteur, constituant une couche réfléchissante capable de suivre les déformations du bilame. On a représenté figure 2, un bilame 10 du type de celui de la figure 1, dont une extrémité 21 est encastrée dans un bloc fixe 20. Au repos, c'est-à-dire en l'absence de tension de commande, la plaque 3 est rectiligne et représentée en trait interrompu par le segment de droite NN. Pour une certaine valeur de la tension de commande, sous l'effet des contraintes de sens opposé appliquées aux lames, la plaque médiane se déforme suivant MU1, qui d'après les lois de la mécanique, est un arc de cercle tangent en M au segment MN. Les faces métallisées des lames, ainsi que la couche 110 se déforment de façon sensiblement identique. On a représenté, figure 3, en coupe schématique, un multiplicateur d'angle optique constitué par un miroir fixe 33 et un miroir mobile qui ntest autre que la face réfléchissante de la couche 110 du bilame. En l'absence de tension de commande, cette face est plane et occupe la position 31 parallèle au miroir fixe 33. Pour une certaine valeur de la tension, la face occupe une position représentée en coupe par l'arc de cercle 32. Un rayon lumineux R de direction fixe, pénétrant dans l'espace situé entre les deux miroirs, subit un certain nombre de réflexions, par exemple en I1 et en J13 sur la face 31 et émerge suivant R1. Lorsque le miroir mobile prend la position 32, les points de réflexion sur ce dernier deviennent 12 et J2. En ces points, on constate une rotation du nouveau rayon réfléchi par rapport à l'ancien. Si en I1 et 12 les normales aux surfaces réfléchissantes 31 et 32 font un angle 1' le nouveau rayon réfléchi fait un angle égal à 2 &alpha;1 avec l'ancien. Il en est de même en J1 et J2, &alpha;1 étant remplacé par &alpha;2. Le résultat du déplacement de la face entre les positions 31 et 32 est donc finalement une déviation du rayon émergent R2 par rapport au rayon émergent R1, l'amplitude de cette déviation étant @ = 2(&alpha;1 +&alpha;;2) Cette relation est à comparer avec celle que l'on obtiendrait si la position 32 était une droite formant l'angle M1 avec la position 31 : # =4&alpha;1 Par suite de la courbure régulière de la face en position 32, l'angle de la normale croit constamment le long de l'arc de circonférence et l'on a 1 On constate donc un gain de déviation en raison de l'utilisation d'un miroir appliqué sur une face du bilame piézoélectrique dont il suit la courbure. Dans une variante de l'invention, représentée schématiquement figure 4, on utilise deux bilames dont on a figuré seulement les faces réfléchissantes 41 et 42. les deux bilames sont disposécs de telle sorte que, pour une valeur donnée de la tension de commande, ils prennent des courbures égaies et de sens contraires. Un raisonnement analogue à celui qui a été fait à propos du trajet des rayons dans le cas de la figure 3 montre que la déviation du rayon émergent R3 par rapport au rayon (non représenté) émergent en l'absence de tension de commande est G = 2( 2(0li + iX + 3 4 où M10 t2 a 3 et 24 sont les angles des normales auxpoints de réflexion sur les faces courbées avec les normales aux faces à l'état de repos pour chaque bilame. Dans cette variante, l'effet de multiplication d'angle est donc augmenté. Toutefois, lorsque la couche 10 occupe une longueur importante de la face en courbure du bilame, ce qui est le cas des figures 3 et 4, on constate qu'un pinceau lumineux de rayons parallèles d'une certaine largeur émerge du dispositif en donnant un pinceau de rayons divergents. Il y a donc un effet de divergence du système optique, défaut que l'on corrige si nécessaire par un système optique supplémentaire. Si l'on désire éviter la divergence du pinceau, on utilise le dispositif de la figure 5. Un bilame céramique 50 est encastré comme celui de la figure 2, dans un bloc fixe 20. Il porte à son extrémité un miroir 51 assez petit et assez rigide pour ne pas titre déformé par la courbure du bilame. Un miroir fixe 52 est disposé parallèlement au miroir 51 dans sa position de repos. les avantages d'un tel dispositif sont les suivants - simplicité et robustesse du dispositif - possibilité d'utiliser un bilame court donc de faible constante de temps mécanique - bonne linéarité du système de déviation de lumière si, comme cela est possible en raison de la présence du multiplicateur d'angle, on n'utilise que de très petites déformations du bilame - sensibilité du dispositif qui peut fournir une déviation appréciable du pinceau lumineux pour une très petite tension de commande du bilame. L'invention est applicable à la réalisation d'un dispositif de lecture optique d'une piste porteuse d'information déposée sur un substrat. On sait que, lorsqu'une information est enregistrée sur un substrat sous forme d'empreintes ou d'inscriptions successives formant une piste étroite, la restitution de l'information exige que l'on fasse défiler la piste sous une tête de lecture. Qu'il s'agisse d'une piste en spirale (cas des disques ou tambours en rotation) ou de pistes parallèles (cas des rubans) on doit coordonner le défilement de la piste avec un déplacement transversal relatif du lecteur et du support. Dans le cas de la lecture par un faisceau lumineux focalisé sur la piste par un lecteur optique, on ne peut se contenter d'un déplacement approximatif du faisceau lumineux au-dessus de la piste enregistrée. En effet, le support est inévitablement animé de petits mouvements parasites comprenant notamment des composantes perpendiculaires à la direction du défilement et dues, en particulier, à des excentrations résiduelles, dans le cas de disques en rotation ou à des défauts de guidage, dans le cas des rubans en défilement linéaire. Le problème de poursuite posé par la lecture optique devient particulièrement ardu, lorsque, comme c'est le cas de l'enregistrement de signaux de télévision sur un support de type "vidéodisque" on se trouve en présence de pistes de largeur extrêmement réduite de l'ordre du micron, séparées par un intervalle du même ordre de grandeur. En ce cas, les moteurs optiques" habituellement utilisés pour balayer le faisceau de lecture travaillent aux limites de leurs possibilités. On sait que pour actionner un "moteur optique", on utilise une tension d'erreur produite par un capteur et convenablement amplifiée. Cette tension agit sur un organe électromécanique qui peut être un "moteur de haut parleur" produisant une simple translation de la tête de lecture, ou un cadre de galvanomètre produisant une rotation appliquée par exemple à l'aide d'un miroir tournant au faisceau lumineux avant focalisation. En utilisant le système de déviation de lumière selon l'invention, la poursuite de piste est obtenue en agissant sur le faisceau de lecture, sans déplacement relatif de la tête et du support. C'est ce principe qui est représenté figure 6. Un support plan 6, figuré en coupe partielle, porte un enregistrement inscrit suivant une piste en spirale dont on a représenté les sections successives par le plan de coupe, sous la forme de créneaux 60, 61 et 62, fortement agrandis afin d'améliorer la clarté du dessin. Un objectif 64, faisant partie d'unetAte de lecture non représentée, est placé de telle sorte que son axe optique OX rencontre le créneau 60. Un faisceau lumineux 63 de rayons parallèles est focalisé dans le fond du créneau 60.Par un dispositif non représenté, qui peut être un système de déviation selon l'invention, on fait tourner le faisceau 63 de façon à occuper les positions extrêmes 631 et 632 dont les axes sont respectivement parallèles aux directions Oxl et Ox2 rencontrant le support aux points 61 et 62, respectivement. Les faisceaux réfractés 633 et 634 sont, en conséquence, focalisés en ces points. Entre ces positions extrêmes, toutes les positions intermédiaires sont possibles. A titre d'exemple,le pas de la spirale est de 2,5 microns et l'excentrement possible est de f 100 microns. il convient d'observer que la positi n relative du lecteur et du support d'enregistrement est déterminée, en cours de lecture par un mécanisme de déplacement distinct du dispositif d'asservissement affecté à la poursuite de piste. Ce mécanisme de déplacement, qui ne fait pas partie du cadre de la présente invention, agit - soit par déplacement du lecteur, le support demeurant fixe - soit par déplacement du support, le lecteur demeurant fixe, solution que l'on suppose adoptes dans llesemple de réalisation décrit ci-après. On a représenté, figure 7 (vue en élévation) et figure 8 (vue en plan) les organes essentiels d'un dispositif de lecture optique comportant une tette de lecture 70 recevant un pinceau lu mineux d'une source 71 après traversée d'un système de déviation constitué par un bilame céramique piézoélectrique 50 monté etsEuipé comme celui de la figure 5. La tache de focalisation du pinceau se trouve en F sur la piste P. il existe des moyens de photodétection (non représentés ici) mesurant l'écart entre F et P. Ces moyens commandent un système d'asservissement 80 élaborant la tension do commande du bilame 50. En outre, un patin amortisseur 73, collé vers l'extrémité libre du bilame se déplace sur une mince couche de fluide 721 à forte viscosité déposée sur la surface plane d'un bloc fixe 72 creusé en cuvette. L'amortissement apporte par le patin aux mouvements du bilame permet à celui-ci de présenter une réponse plate jusqu'à sa fréquence de résonance. Figure 9, on a représenté schématiquement un exemple de réalisation pratique d'un appareil de lecture optique doté d'un système selon l'invention. Cet exemple se rapporte au cas d'un disque transparent 6. La source de lumière 71 est par exemple un LASER héliumnéon d'une puissance de 1 milliwatt. Le faisceau lumineux 710 est réfléchi par un miroir 91 placé à 450 par rapport au rayon incident et solidaire de la tête de lecture fixe 900. Après la traversée du multiplicateur d'angle, comportant la face réfléchissante du bilame 50(encastré dans le bloc 20) et le miroir 52, le faisceau est réfléchi par un miroir 74 puis focalisé par une lentille 90. Le faisceau obtenu 711 traverse alors le disque 6 en donnant un faisceau divergent d'ouverture 600 en l'absence#de diffraction par la gravure de la piste et un faisceau diffracté d'ouverture 601 dans le cas contraire. Deux photodétecteurs 95 et 96 sont disposés symétriquement par rapport à la position normale du faisceau 711 (au repos du bilame 50). Ce sont par exemple des cellules au silicium à surface sensible de l'ordre de 1 mm2 environ situées à quelques millimètres du disque 6. Les cellules sont séparées par une distance e qui sera précisée plus loin. Des courants détectés sont recueillis et amplifiés par un étage 97 qui délivre sur une sortie 99 une grandeur électrique correspondant à la somme des courants détectés et qui constitue le signal S de lecture fourni par l'appareil. Un amplificateur différentiel 98 mesure la différence des courants détectés D sous la forme d'une tension électrique amplifiée par l'étage 80 et envoyée au bilame 50. te déplac#ement du disque 6, au cours de la lecture, est assuré par un moteur 92 dont un pignon 93 engrène avec une crémaillère 94 solidaire du disque 6. Le principe de fonctionnement de l'appareil est le suivant 1) En ce qui concerne la production du signal S de lecture, l'amplificateur 97 ne reçoit de signal d'entrée que si le faisceau lumineux, ayant traversé le disque 6, est diffracté par la gravure de la piste (cas de l'ouverture 601). Ce résultat est obtenu en donnant à la distance e une valeur telle que le faisceau non diffracté couvre exactement l'intervalle correspondant entre les- cellules. 2) En ce qui concerne la production du signal d'erreur D, l'amplificateur différentiel 98 doit fonctionner lorsque la piste n'est pas sur l'axe de la lentille 90. En ce cas, les photodétecteurs délivrent des courants inégaux lorsqu'ils sont frappés par le faisceau d'ouverture 601. Une tension d'erreur est engendrée par l'amplificateur 98 qui agit sur le bilame 50, lequel dévie le faisceau 710. L'appareil est réglé de telle sorte qu'à une déviation de la piste (créneau 60) corresponde la même déviation du faisceau lumineux 711. REVENDICATIONS 1. Système de déviation de lumière à commande électrique, du type comportant au moins deux surfaces réfléchissantes en vis-àvis, l'une au moins desdites surfaces étant susceptible de prendre, sous la commande d'un signal électrique, une orientation variable, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites surfaces est portée par une face d'un transducteur bimorphe en céramique piézoélectrique. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre surface est constituée par une face, revêtue d'un matériau réfléchissant, d'un autre transducteur bimorphe de telle sorte que les faces des deux transducteurs revêtues d'un matériau réfléchissant soient en regard l'une de l'autre. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau réfléchissant occupe une surface de dimensions petites par rapport à ladite face, ladite surface étant voisine d'une extrémité libre dudit transducteur, l'extrémité opposée dudit transducteur étant encastrée dans un bloc fixe. 4. Dispositif de lecture optique, caractérisé en ce qu'il comporte un système selon la revendication 1. 5. Dispositif de lecture optique selon la revendication 4, destiné à recueillir une information enregistrée sur une piste, caractérisé en ce qu il comporte un lecteur comprenant une source lumineuse émettant un pinceau de rayons dans une direction fixe par rapport audit lecteur ; un premier miroir solidaire d'un transducteur bimorphe en céramique piézoélectrique dont une extrémité est encastrée dans ledit lecteur ; un second miroir fixe ; un objectif focalisant ledit pinceau sur ladite piste ; et des moyens de photodétection élaborant, en fonction de ltécart dudit pinceau et de ladite piste, un signal électrique de commande dudit transducteur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite source lumineuse est un LASER.