Brevet FR2393362A1 — publié le 19781229

La présente invention concerne un dispositif automatique de réglage sans contact d'une distance, notamment dans l'enregistrement et la reproduction optique de signaux, dans lequel un faisceau de rayons lumineux est focalisé sur la surface d'un support d'enregistrement au moyen d'un objectif. Dans l'enregistrement et la reproduction optiques de signaux, il est théoriquement possible d'obtenir une densité d'enregistrement très élevée. Mais pour cela, il est nécessaire de focaliser très fortement le rayon laser habituellement utilisé et de maintenir la distance entre l'objectif utilisé et le support d'enregistrement avec une précision de quelques microns. On a déjà proposé d'utiliser des coussins d'air pour maintenir constante la distance entre l'objectif et la couche support d'information (demande de brevet à la disposition du public de la République Fédérale d'Allemagne 22 59 604). Cette proposition comporte cependant des inconvénients, parce que l'épaisseur du coussin d'air n'est que de quelques centièmes de millimètres et que le support d'enregistrement est soumis à des éraflures et à des souillures. En outre, le support d'enregistrement est la plupart du temps relativement flexible et il n'est pas plan, ce qui non seulement soumet l'objectif à des oscillations qu'il ne peut suivre qu'avec un certain retard et donne à la distance une certaine imprécision, mais fait également osciller l'appareil lui-même. L'appareil de l'invention est caractérisé en ce que la lumière passant au travers de l'objectif et réfléchie par le support d'enregistrement est renvoyée en dehors du trajet des rayons, en ce que le faisceau renvoyé est dirigé au travers d'un diaphragme qui en occulte environ la moitié et au travers d'un collimateur, en ce qu'il est subdivisé en deux parties dirigées chacune sur un convertisseur optoélectronique et en ce que les signaux de sortie de cesconvertisseurssont soustraits et envoyés après amplification appropriée à un élément de réglage de la distance entre l'objectif et le support d'enregistrement. Le dispositif de l'invention a l'avantage qu'il n'existe aucune influence mécanique entre le support d'enregistrement et l'objectif. En outre, la distance entre l'objectif et ledit support peut être supérieur; jusqu'à deux puissances de dix, à celle du dispositif à coussin d'air, de sorte qu'il n'y a pas à craindre d'endommager le support d'enregistrement par des contacts avec l'objectif. En outre, le fait qu'aucune force mécanique n'est exercée par l'objectif sur le support permet de réaliser en matériau mince le support qui peut être par exemple un disque (vidéodisque), ce qui signifie des avantages économiques au point de vue prix, manipulation et stockage. Dans le cas d'enregistrement de signaux où le faisceau laser est modulé de façon connue, il est avantageux de donner à la liaison électrique entre les convertisseurs optoélectroniques et le convertisseur électromécanique la forme d'un filtre passe-bas pour éliminer l'influence de la modulation du faisceau laser sur la focalisation. Une autre possibilité de focalisation du faisceau au cours de l'enregistrement consiste à utiliser un deuxième laser. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement l'ensemble optique d'un dispositif d'enregistrement et de reproduction selon l'invention ; - la figure 2 représente également de façon schématique, à une échelle agrandie, les parties optiques du système de la figure 1 essentielles pour l'invention ; et - la figure 3 représente les conditions d'optique géométrique concernant la déviation du faisceau de rayons. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un dispositif dans lequel un laser 1 émet un faisceau de rayons 2 qui traverse successivement un miroir plan semi-transparent 3, un système afocal 4 et un objectif 5, puis tombe sur la couche 6 d'un support d'informations 7. La couche 6 est moins transparente pour le rayonnement laser que le support, de sorte que le rayonnement ne peut pénétrer dans le support transparent 7 que stil existe, juste sùr le trajet du faisceau, un emplacement où la couche manque. la succession des points d'absence de la couche et de ceux qui ont conservé leur épaisseur d'origine représente l'information enregistrée. Sur la figure 1, les supports fonctionnels correspondant- spécifiquement à l'enregistrement ne sont pas représentés. Pour la reproduction, un récepteur photoélectrique 8 transforme en signaux électriques la succession d'impulsions lumineuses produites par le mouvenent du disque. Une partie du rayonnement tombant sur le plan de la couche 6 est renvoyée au travers de l'objectif 5 et elle atteint en sens inverse du faisceau le système afocal 4 et le miroir semi-transparent 3. Sur ce miroir, une partie du rayonnement de retour est renvoyée en direction du diaphragme 9, du collimateur 10 et du support 11 d'un bord de miroir. Si la distance réelle entre la couche 6 et l'objectif 5 correspond à sa valeur de consigne, le faisceau de retour est focalisé exactement sur le bord de miroir 20 du support Il et une partie du rayonnement traverse le support transparent 11 et atteint le convertisseur optoélectronique 12a. Une autre partie du rayonnement venant de la lentille 10 est déviée par le demi-plan réfléchissant en direction du récepteur optoélectronique 12b. Le bord de miroir 11 est réglé de façon que les signaux délivrés par.les réceptuers 12a et 12b soit égaux tant que la couche 6 est à une distance de l'objectif 5 correspondant à sa valeur de consigne. Si la couche 6 se déplace parallèlement à l'axe de l'objectif 5, l'un des deux récepteurs photoélectriques - comme on le verra en détail ci-dessous - reçoit davantage de lumière et fournit un signal plus important. Si la couche 6 se déplace en sens inverse à partir de sa position réelle, l'autre récepteur photoélectrique reçoit davantage de lumière, si bien que, par suite de l'identité des récepteurs photoélectriques, celui qui reçoit davantage de lumière décide du sens dans lequel la couche 6 se déplace par rapport à l'objectif 5 à partir de la position qu'elle occupe. A partir de la différence entre les valeurs absolues des signaux délivrés parles récepteurs 12a et 12b, on peut déterminer la valeur de l'écart de position de la couche 6. Ainsi, un comparateur 13 détermine en grandeur et en signe un signal de réglage qui est fournit au travers d'un étage amplificateur 14 à un convertisseur électromécanique 15. Celui-ci déplace l'objectif 5 le long de son axe optique et contient de préférence un système à bobine plongeuse qui est amorti dynamiquement, par une disposition connue du circuit de l'étage amplificateur 14, de façon que l'objectif 5 garde en permanence une position telle que les deux signaux apparaissant à l'entrée du comparateur 13 soit égaux. Le fait que c'est alors, et alors seulement, que la distance entre la couche 6 et l'objectif 5 prend sa valeur de consigne, doit être expliqué à partir de la figure 2. Sur la figure 2, on a extrait de la figure 1 les parties importantes pour la description qui va suivre et on les a affectées des memes repères. Si la couche 6 se trouve dans son plan de consigne 17, le rayon en trait plein 19, qui rencontre la couche 6 sous un angle d'incidence 0, se réfléchit sur celle-ci de façon qu'après avoir traversé l'objectif 5 et le système afocal 4 et après réflexion sur le miroir 3 et passage au travers du diaphragme 9 de la lentille 10, il rencontre le support 11 exactement sur le bord de miroir 20. L'énergie de rayonnement est partagée par le bord de miroir de façon que chaque récepteur 12a et 12b soit éclairé de façon égale. Si la couche 6 se déplace de sa position de consigne 17 vers un plan 18 qui s'écarte du plan 17 d'une quantité AX, le trajet de faisceau qui s'établit alors est représente en pointille, seul un rayon qui peut passer au travers de ltouverture 21 du diaphragme 9 ayant été dessiné. Le rayon en trait interrompu atteint le plan 22, passant par le bord 20 et perpendiculaire à l'axe optique de la lentille 10, en un point 23 qui est à une distance # h' du bord 20, qui satisfait à la relation #h' = G.#h, dans laquelle G correspond au grandissement du système optique composé de l'objectif 5, du système afocal 4 et du collimateur 10, et #h est la distance entre les points dlintersection du plan 17 avec le rayon tombant sur le plan 18 et le rayon réfléchi par celui-ci, en trait interrompu, Comme exemple numérique, on peut prendre G = 20, # = 17 et #X = 0,01 mm ; on obtient, pour #h' = (2#X.tg#).G = (2x0,01x0,3)x20 = #h' = 0,12 mm, un écart latéral notable entre le point 23 et l'arête 20. Pour un tel écart, la totalité du rayonnement atteindrait le récepteur 12a. En pratique, on peut déjà déterminer des écarts beaucoup plus petits & l'aide du comparateur, de sorte qu'on peut enregistrer aussi avec certitude des écarts #X qui sont dans le domaine du micron. On suppose en outre que l'image du bord 20 se trouvant à l'infini et produite par la lentille 10 et le miroir 3 cotacide avec la direction du rayonnement du laser 1. Il est donc nécessaire que le laser 1, le miroir 3, le collimateur 10 et le support 11 constituent un ensemble mécanique rigide. Cette condition peut être remplie si ces éléments constituent une unité de montage compacte, ce qui est facile à réaliser avec la disposition représentée En outre, le système afocal (qui modifie le diamètre du faisceau de rayonnement laser) forme l'image de l'ouverture 21 du diaphragme 9 à la pupille de l'objectif 5, ce qui rend insensible l'ensemble à une instabilité mécanique et assure ainsi la précision élevée du dispositif. Le dispositif proposé a également l'avantage qu'on n'utilise que de la lumière réfléchie qui est de toute façon perdue pour la reproduction des informa#ions enregistrées sur la couche 6. A la place de la lentille sphérique 10, on peut utiliser avantageusement une lentille cylindrique d'axe parallèle au bord 20, de sorte que la lumière utile rencontre le bord 20 sous la forme d'une ellipse dont le grand axe est parallèle au bord 20. On intègre ainsi (moyenne) des petites irrégularités du bord de séparation 20, ainsi que l'influence de salissures (poussières) au voisinage du bord 20. Le fait que le meme faisceau de rayonnement sert à la transmission de l'information et au réglage de la précision de l'image de l'optique a des avantages supplémentaires qui peuvent etre expliqués à l'aide de la figure 3. Sur la figure 3, X-X' représente l'axe optique de l'objectif 5, qui donne d'un objet étendu se trouvant à l'infini une surface d'image 24b. Dans les appareils de reproduction, il est généralement nécessaire d'avoir un asservissement qui assure que la pointe du faisceau reste sur la trace dwenregistrement. Cette fonction pourrait etre assurée par un système de déviation optique (non représenté) qui se trouverait entre le miroir 3 et le système afocal 4 (voir figure 2). La surface d'image en question 24b peut très bien présenter une courbure et faire avec le plan image théorique 24a défini mécaniquement, au point d'intersection A avec l'axe optique X-X', un angle a qui n'est pas nul. D'autre part, au plan d'enregistrement théorique défini mécaniquement 25a correspond une surface réelle d'enregistrement 25b. Si la détermination de la position de l'objectif par rapport à la surface d'enregistrement 25b se faisait le long d'un autre axe que l'axe optique X-X', par exemple le long de la droite C-C' de la figure 3, il n'y aurait visiblement aucune garantie pour que CC'=AA'. Mais si le système de déviation de la pointe du faisceau se déplace de A vers B, d'après le dispositif de réglage de l'invention, l'écart de position est mesuré correctement le long de la droite BB'. La détermination de la bonne valeur de correction se produit ainsi automatiquement et le réglage de la distance est plus précis (que s'il se faisait le long d'un autre axe que X-X', par exemple CC'). En outre, le dispositif de l'invention présente l'avantage économique que l'ensemble qui se compose du système afocal 4 et de l'objectif 5 ne nécessite pas de planéité particulièrement bonne du champ de l'image ; il suffit que les défauts d'ouvertures soient maintenus petits. Un autre avantage est le centragerelativement peu critique des composants optiques. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par 1'homioe de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'etre décrits uniquement à titra d'exempLes non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif automatique de réglage sans contact de la distance, notamment dans l'enregistrement et la reproduction optique de signaux, dans lequel un faisceau de rayons lumineux est focalisé sur la surface d'un support d'enregistrement au moyen d'un objectif, caractérisé en ce que la lumière passant au travers de 1 objectif et réfléchie par le support d'enregistrement est renvoyée en dehors du trajet des payons, en ce que le faisceau renvoyé est dirigé au travers d'un diaphragme qui en occulte environ la moitié et au travers d'un collimateur, en ce qutil est subdivisé en deux parties dirigées chacune sur un convertisseur optoélectronique et en ce que les signaux de sortie de ces convertisseurs sont soustraits et envoyés après amplification appropriée à un élément de réglage de la distance entre l'objectif et le support d'enregistrement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la séparation du faisceau renvoyé se fait sur une ligne qui coupe le faisceau en deux parties à peu près égales quand l'objectif est à une distance de la surface du support d'enregistrement qui est nécessaire à la focalisation. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les convertisseurs optoélectroniques sont deux parties d'un convertisseur optoélectronique double (photodiodes différentielles). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collimateur est une lentille cylindrique dont l'axe est parallèle à la ligne de séparation des parties du faisceau. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on a prévu pour la séparation du faisceau de rayon renvoyés une plaque de verre dont la surface a été rendue réfléchissante. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé an ce que le trajet du signal entre les convertisseurs optoélectroniques et l'élément de réglage est possible seulement pour des fréquences plus basses que celles des signaux avec lesquels le faisceau de lumière est modulé pour l'enregistrement des signaux. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on a prévu à l'enregistrement des signaux un laser servant à l'enre gistrement et à la focalisation.