Brevet FR2336761A1 — publié le 19770722

L'invention se rapporte aux dispositifs destinés à éclairer ponctuellement des supports lisibles optiquement au moyen d'un rayonnement concentré et aux lecteurs optiques de disques vidéo comportant de tels dispositifs. La lecture optique de supports d'information par un ra;jonnement concentré pose le problème de la focalisation précise du rayonnement sur le support à lire. Si aucun moyen n'est prévu, pour déplacer le spot de focalisation du rayonnement de lecture le long de l'ase optique de ce rayonnement, le support en mouvement n'étant pas parfaitement plan, le signal de lecture est perturbé et l'information enregistrée est mal restituée. On connait des dispositifs susceptibles de corriger automatiquement la position du point de focalisation du rayonnement de lecture. Certains sont fondés sur le déplacement d'un (ou plusieurs) élément du dispositif optique de projection du rayonnement.Ce déplacement entraine un déplacement du point de focalisation sur l'axe optique mais engendre également un bruit sous. t# peut atteindre un niveau gênant. D'autres dispositifs d'éclairement ponctuel à correction automatique sont fondés sur une déformation d'une membrane réfléchissante ou sur une variation d'indice induite, au moyen d'un signal de commande, à l'intérieur d'un matériau électrooptique en forme de lentille. Ces dispositifs permettent d'obtenir des variations de vergence du faisceau de sortie et donc un déplacement du point de focalisation. les performances demandées à ces dispositifs excèdent dans certains cas leurs possibliltés. Il faut alors leur adjoindre des dispositifs complémentaires.Il est également possible de dépla- cer la source de rayonnement mais, si le dispositif optique de projection a un fort grossissement,les déplacements impartis à la source atteignent des amplitudes et des vitesses prohibitives. La présente invention propose un dispositif d'éclairement ponctuel d'un support en mouvement, ne nécessitant aucun déplacement mécanique, destiné à fournir un spot de lecture dont la position est variable, par sauts, le long de l'axe optique à très grande vitesse. Suivant l'invention, le dispositif d'éclairement ponctuel d'un support mobile comportant une source de rayonnement cohérent est caractérisé en ce qu'il comporte en outre, un déflecteur de rayonnement destiné à recevoir le rayonnement fourni par ladite source et à fournir un faisceau de référence sensiblement parallèle donb l'axe optique est susceptible d'occuper l'une de n positions prédéterminées, un hologramme épais préenregistré destiné à recevoir ledit faisceau de référence et à restituer l'un des n faisceaux objets y associé, lesdits n faisceaux objets ayant même axe optique et des points de convergence distincts, ledit support mobile étant éclairé par ledit faisceau objet restitué. Ce dispositif est particulièrement utilisable dans les lecteurs optiques de disques vidéo comporta:ft des senseurs de l'écart de focalisation destinés à fournir un signal d'erreur caractéristique de cet écart, le signal d'erreur étant appliqué après un traitement adéquat à l'entrée de commande du déflecteur de rayonnement. En pratique, ce dispositif de recherche de focalisation peut être utilisé, lorsque l'information enregistrée est une information vidéo, pendant les intervalles de suppression ligne en explorant successivement les n positions possibles du point de focalisation. Ainsi, en détectant à quelle position correspond le maximum du signal d'information pendant les intervalles de suppression ligne, il est possible de bloquer le dispositif d'éclairement ponctuel dans cette position pendant la ligne qui suit. ; L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. Les figures 1 et 2 sont des schémas explicatifs du fonctionnement du dispositif suivant l'invention La figure 3 représente un dispositif d'enregistrement du hologramme épais utilisé dans le dispositif dtéclairement suivant ltinvention ; Les figures 4 et 6 représentent deux modes de réalisation de lecteurs optiques de disque vidéo utilisant le dispositif d'éclairement suivant l'invention Ta figure 5 représente des courbes explicatives. Il est connu de superposer dans un milieu d'enregistrement épais plusieurs réseaux holographiques, chaque réseau étant obtenu par interférence entre u---e ondeçobjet et une onde de référence. Pour la~mise en oeuvre de l'invention, n réseaux superposés sont enregistrés. Ils correspondent aux interférences entre un faisceau objet d'axe optique fixe dont le point de focalisation occupe successivement n positions sur cet axe optique et un faisceau de référence dont l'angle d'incidence sur la surface du milieu d'enregistrement épais prend successivement n valeurs y associées. Cet enregistrement peut être effectué dans de très bonnes conditions puisque aucune condition de rapidité n'est requise. Un schéma explicatif du mode d'enregistrement du hologramme épais est représenté sur la figure 1. Un matériau d'enregistrement épais 6 (de l'ordre de 100 um d'épaisseur) est éclairé simultanément par une onde de référence d et une onde objet S, l'onde de référence ayant des surfaces d'onde sensiblement parallèles tandis que l'onde objet a des surfaces d'onde concentriques formant un point objet C. Sur la figure 1 ont été représentées --deux positions 1 et #2 de l'onde de référence ayant des angles d'incidence #1 et #2 et interférant respectivement avec les ondes objets Sa et S2 dont les points objets sont respectivement C1 et C2. A chaque couple d' onde (# , S) correspond l'enregistrement dans le milieu épais à variation d'indice, d'un hologramme. La sélectivité angulaire d'un hologramme épais étant très grande, il est possible de restituer sé- lectivement l'onde objet, correspondant à l'onde de réference utilisée pour la restitution,sans restituer les ondes objets correspondant aux hologrammes voisins.La figure 2 représente le matériau épais 6 éclairé, pour la restitution de l'onde objet S par l'onde de réfé rence E . Ainsi il est possible, en faisant varier l'angle d'incidence #1, de l'onde de référence sur le matériau d'enregistrement de restituer successivement des ondes objet ayant des points de focalisation alignés sur l'axe optique. Un tel matériau holographique épais préenregistré est directement utilisable dans les systèmes de lecture optique à correction d'erreur verticale. En effet, il est possible de préenregistrer une vingtaine de réseaux qui seront susceptibles de restituer des points objets distants, par exemple1de 2 à 3 /um, qui donnent au dispositif, s'il n'y a pas d'autre intermédiaire une dynamique de 40 à 60 /um.Ce qui est l'ordre de grandeur des corrections d'erreur verticale à effectuer dans un système de lecture de disque vidéo présentant des irrégularités de surface. Le rendement de la transformation est voisin de 40 ffi lorsqu'une vingtaine d'hologrammes superposés sont enregistrés. Pour l'enregistrement, un dispositif tel que celui représenté sur la figure 3 peut être ' utilisé. La partie du dispositif destiné à produire l'ordre de référence devra etre reproduite dans le dispositif de lecture. Ce dispositif comporte une source de rayonnement 1, de type laser, émettant un faisceau sensiblement parallèle séparé au moyen d'une lame séparatrice 2 en un premier faisceau qui formera un faisceau objet et un second faisceau qui formera un faisceau de référence. Pour cela le premier faisceau est din# par la lame séparatrice vers une lentille mobile 8 d'axe optique confondu avec l'axe optique du faisceau. Cette lentille, représentée en deux positions distinctes (l'une en trait plein, l'autre en pointillés), qui focaliserait le rayonnement qui la traverse en C1 et C2, l'absence de matériau d'enregistrement 6, éclaire une face du matériau. Simulha.nément, le second faisceau transmis par la lame séparatrice 2 est réfléchi par un miroir 7 susceptHbie de tourner (et représenté en deux positions distinctes). Le faisceau réfléchi par le miroir 7 traverse un dispositif optique afocal formé de deux lentilles 4 et 5 sur le sc-réma. On a représenté sur la figure un premier trajet du faisceau réfléchi en trait plein, et un second trajet en traits pointillés, ces deux faisceaux interférant respectivement ( et successivement dans le temps) avec les faisceaux objets convergents en C1 et C2. Ainsi, en déplaçant la lentille 8 le long de son axe optique et en associant à chaque position de cette lentille une position du miroir 7, plusieurs réseaux superposés sont enregistrés dans le matériau 6. Ce matériau 6 ayant ainsi enregistré plusieurs hologrammes voisins correspondant à des points alignés peut etre utilisé dans un lecteur optique de disque vidéo tel que celui représenté sur la figure 4 ou les memes éléments que sur la figure 3 ont été désignés par les memes repères. On retrouve la source de type laser 1, le dispositif afocal et le matériau 6 dans lequel oit été enregistrés les hologrammes. Pour déflechir le faisceau de référence, un déflecteur acousto-optique 3 est utilisé sur lequel est placé un transducteur électro-acoustique 9 destiné à recevoir un signal électrique de commande de fréquence variable fourni par un oscillateur 22. Le transducteur émet dans le matériau une onde ac--us-ri#ue qui entraine des changements d'indice dans le matériau. Il est connu que la direction de propagation du faisceau diffracté émergeant d'un tel déflecteur est directement liée à la fréquence F du signal de commande. Pour que la restitution puisse être parfaitement correcte, il est nécessaire que les directions d'incidence du faisceau de référence sur le matériau 6 ainsi que la fréquence du faisceau de référence qui ont été utilisées lors de l'enregistrement puissent etre parfaitement reproduites. Ce qui est possible en utilisant une source laser de longueur d'onde différente de celle qui a servi à l'enregistre- ment car-le déflecteur acousto-optique fournit un faisceau déplacé en fréquence par rapport au faisceau laser. Ainsi il est possible d'obtenir un point source a de position variable de façon non continue le long de l'axe optique du faisceau émergeant du matériau épais 6.Ce faisceau est alors utilisé pour projeter, au moyen d'un dispositif optique un spot de lecture sur le disque vidéo enregistré. Ce dispositif est composé sur la figure 4 d'un miroir réfléchissant 10, d'une lame oemi-transparente 12, d'un objectif 13 qui forme, sur la surface gravée du disque 14 tournant autour de son axe 15, un spot de lecture qui est l'image par le dispositif optique de projection du point C, formé par le hologramme épais.Le faisceau de retour réfléchi par la surface du disque (que l'on suppose non limitativement, lisible par réflexion) traverse l'objectif 13 et est réfléchi par la lame serni-transparente 12 vers des cellules photodétectrices 16 situées dans un plan de détection convenablement choisi. les sorties des deux cellules, situées de part et d'autre de l'axe optique du faisceau de retour dans la direction correspondant au sens de défilement de la piste,sont reliées aux entrées d'un amplificateur différentiel qui fournit le signal de lecture (V) correspondant aux transitions entre les creux et les saillies gravés sur la surface du disque.Il est connu qu'un écart entre le spot projeté sur le disque et le point de focalisation du faisceau de lecture conduit à une diminution de l'amplitude du signal de lecture d'autant plus grande que cet écart est important. Les circuits de détection d'erreur et de commande du déflecteur représentés sur la figure 4 permettent une exploration, au moyen du dispositif de commande du déflecteur, de toutes les positions possibles du spot de lecture, cette exploration étant effectuée pendant les intervalles de suppression ligne, et une détection de l'amplitude maximum de la porteuse, le dispositif étant calé automatiquement et pour la durée de la ligne qui suit, sur la position donnant ce maximum. Pour cela, une horloge 18 délivre des impulsions de synchronisa tion,de période voisine de 0,5 à 1 /uns, à un compteur 20 fournissant un nombre biYsaire dont le contenu correspond aux rangs attribués aux différent#s positions possibles du spot de lecture, par l'intermédiaire d'une porte BT 19. le nombre binaire disponible sur les sorties parallèles du compteur 20 est converti en un signal analogique au moyen d'un convertisseur n'#mérique-analogique. Ce signal commande la fréquen- ce du signal de commande du déflecteur fourni par un oscillateur à fréquence variable 22.Ainsi une impulsion fournie par l'horloge 28 permet, en augmentait le contenu d'un compteur d'une unité, de faire passer le faisceau émergeant du déflecteur d'une position à la position voisine et donc le point de convergence d'une position à la position suivante. Pour que le balayage de toutes les positions possibles du spot de lecture soit effectué seulement perdant les intervalles de suppression ligne, il est nécessaire de déclencher le comptage au début de ces intervalles, par exemple au moyen des impulsions de svrnchronisation ligne qui peuvent etre détectées à partir du signal de lecture. De plus, pour le blocage du spot de lecture dans la position donnant une amplitude maximum au signal de lecture, il est nécessaire de détecter ce maximum.Pour cela le signal de lecture (V) fourni par l1amplifi- cateur différentiel est appliqué à un dispositif de détection 24, constitué par exemple d'une diode et d'un circuit parallèle à résistance capacité à grande constante de temps qui maintient la tension de sortie sensiblement à la valeur maximum du signal qui 1-u-R est appli -qué. La figure 5 représente schématiquement les tensions à la sortie des différents éléments du circuit. Un circuit à retard 25 retarde le signal qui lui est appliqué d'une durée inférieure à la période de commutation donnée par les impulsions d'horloge.le signal de sortie du circuit de détection et le signal de sortie du circuit à retard sont appliqués à un circuit comparateur 26 qui en fournit la différence. Un circuit de remise en forme 27 délivre donc des impulsions correspondant aux commutations successives tant que l'amplitude du signal lu augmente. Ce signal est appliqué à un circuit monostable 28 dont la durée de l'état quasi-stable est supérieur au retard appliqué au signal détecté. Ce circuit passe dans cet état lors de la première impulsion et ne revient dans son état stable qu'après la dernière impulsion indiquant une augmentation de l'amplitude du signal lu. Un circuit différentiatvr 29 et un écreteur 30 permettent de fournir une impulsion de mise en 1'état 0 d'une bascule 30 aux instants où le signal de lecture atteint un maxim-am.Cette bascule 50 est mise dans l'état 1 au moyen des impulsions de synchronisation ligne retardées, obtenues à partir du signal vidéo fourni par le démodulateur 31 et retardées au moyen d'un circuit à retard 32;de sorte que, la démodulation ayant introduit un certain retard par rapport au signal lu, les impulsions de synchronisation sont remises en phase avec le début des intervalles de suppression ligne pendant lesquels est effectuée l'exploration séquentielle des positions du spot de focalisation. Ce circuit permettant l'exploration et le blocage dans la meilleure pos:.î:ion du spot de focalisation n'est donné qu'à titre d'exemple non limitatif.A titre d'exemple, la fréquence du signal lu pendant les intervalles de suppression ligne peut être de l'ordre de 10 #IHz la durée de ces intervalles est de l'ordre de 15 /us. En supposant que l'exploration des n positions est effectuée pendait un intervalle de 10 /us, il est possible d#uii3isér une horloge de fréquence 1MHz, n étant égal à 10. Ainsi la mesure de niveau est effectuée sur 10 périodes de la porteuse. Ce qui est suffisant pour cette mesure. Ce dispositif pe-inet donc de ne pas perturber la lecture pendant les intervalles utiles du signal à vidéofréquence.De plus, la fréquence de correction, égale à la fréquence ligne (voisine de 15 KHz ), est grande relativement aux fréquences de correction atteintes par des dispositifs plus classiques. Un second mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 6. les mêmes éléments que-sur la figure 4 y sont désignés par les memes repères. Dans ce mode de réalisation, le support d'information reçoit un faisceau de lecture qui est le faisceau objet restitué directement par le hologramme épais : le laser I émet un faisceau sensiblement parallèle sur un déflecteur acoustooptique 3 commandé comme précedemment. te faisceau de référence émergeant est projeté au moyen d'un dispositif optique afocal (4, 5) sur la face d'entrée du hologramme épais.Ce dernier restitue un faisceau objet focalisé en une position choisie parmi n positions prédéterminéea réparties sur une longueur d'une dizaine (à une vingtaine) de microns sur l'axe optique. te dispositif de commande du déflecteur utilise pour déterminer l'écart de focalisation, un système connu de détection d'écart fondé sur le déphasage existant entre les signaux électriques fournis par deux cellules de détection situées dans un plan orthogonal à l'axe optique du faisceau de lecture modifié par l'information enregistrée sur le support , de part et d'autre de cet axe dans la direction de défilement du support. Sur la figure a été représenté un faisceau transmis par le support mais ce faisceau pourrait sans inconvénient etre un faisceau réfléchi par le support pour une lecture par réflexion. La sortie de l'une des cellules est reliée à un déphaseur 31 (corrigeant le déphasage résiduel existant entre les signaux de sortie des deux cellules lorsque le faisceau de lecture est focalisé sur la surface à lire). La sortie du déphaseur et la sortie de la seconde cellule sont reliées aux deux entrées d'un comparateur de phase 32 dont la sortie est reliée à un circuit passe bas 33. te signal de sortie de ce circuit représente en amplitude et en signe l'écart de focalisation à corriger. te signal d'erreur est appliqué simultanément à deux circuits à seuil 34 et 35 correspondant aux erreurs positive et négative tolérables (écart entre deux positions successives du spot de focalisation). tes sorties de ces circuits 34 et 35 sont respectivement reliées aux premières entrées de deux portes ET 36 et 37, les secondes entrées de ces portes étant reliées à la sortie d'une horloge 18. tes sorties des portes ET sont respectivement reliées à une entrée de comptage et une entrée de décomptage d'un compteur décompteur 38 qui délivre sur ses sorties parallèles un nombre bifilaire compris entre 1 et n, converti au moyen d'un convertisseur numérique-analogique 21, en une tension de commande d'un oscillateur haute fréquence à fréquence varible, 22. Ainsi tant que le signal d'erreur de focalisation garde un sign constant et ne devient par inférieur au seuil, le déflecteur acoustooptique fourni un faisceau de référence dont l'orientation est modifiée à chaque impulsion d'horloge, et correlativement le spot de focalisation du faisceau de lecture change de position. il faut noter qu'il est nécessaire de prévoir dans ce mode de réalisation un dispositif permettant le déplacement radial du faisceau émergeant du ho logramme épais analogue aux dispositifs de projection classiques. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. En particulier, les #fiectams utilisés, aussi bien pour ltenre- gistrement du hologramme épais que pour la lecture du support, peuvent être d'autres types. Par exemple, il est possible d'utiliser des méthodes mécaniques(miroir galvanométrique, miroir monté sur un bilame) ou des méthodes électrooptiques (déflexion d'un faisceau traversant un matériau dont on fait varier l'indice par application de contrai:ttes mécaniques, déflexion par réflexion sur un matériau auquel sont appliquées des contraintes mécaniques). Le choix du système de déflexion dépend de la vitesse à laquelle il est nécessaire de faire varier la focalisation du dispositif ol)-';i- que, le déflecteur acoustooptique étant le plus rapide est utilisé préférentiellement pour la restitution. En ce qui concerne les matériaux susceptibles d'être utilisés pour l'enregistrement du hologramme épais et actuellement employés, il est possible de citer la gélatine bichromatée, les cristaux photoexcitables tels que le niobate de lithium (dopé ou non), ou certains photopolymères. Cette énumération n'est pas limitative. Enfin, le dispositif optique de projection représente sur la 4 en- trele hologramme épais et le support d'information peut être utilisé, en choisissant judicieusement les distances focales des différentes lentilles du dispositif, pour amplifier ou pour réduire l'amplitude du déplacement du point de focalisation de l'objectif de lecture par rapport au déplacement donné par le hologramme. De plus pour ltenregistrement, le lefaisceau de référence et le faisceau objet peuvent etre projetés sur deux faces opposées du matériau d'enregistrement et non sur la même face comme représenté sur les figures précédentes, l'adaptation du dispositif permettant la mstitution ne présentant pas de difficultés. REVENDICATIONS i. Dispositif d'éclairement ponctuel d'un support mobile porteur d'information lisible optiquement par un faisceau de lecture focalisé comportant une source de rayonnement cohérent, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un déflecteur de rayonnement destiné à recevoir le rayonnement émis par ladite source et à émettre un rayonnement dont l'axe optique est susceptible d'occuper l'une de n positions prédéterminées suivant le signal de commande appliqué audit déflecteur, un matériau holographique épais préenregistré susceptible de restituer sélectivement, en fonction de l'orientation de l'axe optique du rayonnement reçu-dudit déflecteur, un faisceau concentré en l'un de n points prédéterminés alignés sur 1'axe optique de direction fixe dudit faisceau concentré. 2. Dispositif d'éclairement ponctuel suivant la revendication l, caractérisé en ce que ledit déflecteur est un déflecteur acoustooptique comportant un transducteur électroacoustique recevant ledit signal de commande variable en fréquence. 3. Dispositif d'éclairement ponctuel selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit déflecteur et ledit matériau holographique épais sont couplés par un dispositif optique afocal de telle manière que la face de sortie dudit déflecteur et la face d'entrée dudit matériau holographique soient conjuguées optiquement, ladite source délivrant un faisceau sensiblement parallèle. 4. Dispositif d'éclairement ponctuel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit faisceau de lecture focalisé destiné à éclairer ponctuellement ledit support est le faisceau concentré restitué par ledit matériau holographique épais, l'axe optique dudit faisceau concentré étant orthogonal audit support porteur d'information, lesdits n points prédéterminés étant n spots de focalisation possiblesdudit faisceau de lecture. 5. Dispositif d'éclairement ponctuel selon ltune des revendications l à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif optique de projection recevant ledit faisceau concentré émergeant dudit matériau holographique épais, ledit faisceau de lecture focalisé étant le faisceau émergeant dudit dispositif de projection, lesdits n points prédéterminés étant respectivement associés à n spots de focalisation possibles dudit faisceau de lecture. 6. Lecteur optique destiné à lire l'information enregistrée le long d'une piste portée par un support mobile,-comportant un dispositif d'éclairement ponctuel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de détection de l'écart entre le spot de focalisation du faisceau de lecture et le spot de lecture éclairant ladite piste, un dispositif de traitement dudit écart fournissant ledit signal de commande appliqué audit déflecteur, ledit dispositif de traitement modifiant ledit signal de commande lorsque l'amplitude dudit écart dépasse un seuil prédéterminé afin de passer d'un premier point de focalisation à un second point de focalisation correspondant à un écart inférieur audit seuil. 7. Lecteur optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que, l'information enregistrée sur ledit support étant un signal vidéo modulant angulairement une porteuse, ledit lecteur optique comporte un dispositif d'exploration explorant pendant les intervalles de suppression ligne au moins une partie des n positions dudit spot de focalisation du faisceau de lecture, un dispositif de détection de la position minimisant ledit écart de focalisation et un dispositif de blocage dudit signal de commande pendant la durée de la ligne qui suit l'intervalle de suppression ligne.