Brevet FR2489574A1 — publié le 19820305

Système opto- électronique de détection de mise au point et de réglage exact de piste. La présente invention concerne un appareil opto électronique pour l'enregistrement et la reproduction d'informations dans une surface d'un disque, tel qu'un dis que vidéo optique et un disque audio numérique. Ci-après, on utilisera à titre de simplification l'expression appareil de reproduction optique. La présente invention concerne spécialement un système de détection de mise au point et de réglage exact de piste opto-électronique pour système de reproduction optique. Dans la présente description, un système de détec tion de mise au point doit s'entendre comme étant un système permettant la détermination d'un écart de la surface d'in formation par rapport à un objectif, et un système de détec tion de réglage exact de piste comme étant un système permet tant de déterminer un écart latéral de la piste par rapport au spot laser mis au point. De nombreux systèmes de détection de mise au point et de réglage exact de piste opto-électroniques ont déjà été proposés dans l'art antérieur.La présente invention utilise la combinaison de la méthode du "bord de couteau" pour la détection de la mise au point de la "méthode du champ lointain" pour la détection du réglage exact de piste. Un agencement optique typique utilisant les deux méthodes précédentes a déjà été proposé dans la Revue suivante : Jour. A.E.S., Vol. 28, No. 6, p.p. 429, juin 1980. L'agencement optique ainsi proposé utilise deux photodétecteurs placés à une certaine distance l'un de l'autre, l'un pour la détection de la mise au point et l'autre pour la détection du réglage exact de piste.flien que cet agencement soit sitaple, chacun des photodétecteurs doit être placé avec précision. Il faut toujours que l'agencement optique minimise le nombre de parties optoélectroniques qui doivent être positionnées avec précision. Mais, dans un agencement optique du système de détection de mise au point et de réglage exact de piste utilisant la méthode du bord de couteau et la méthode du champ lointain , on ne peut pas généralement utiliser seulement un détecteur. Cela est dû au fait que le photodétecteur utilisé dans la méthode du bord de couteau doit être placé au foyer de l'objectif qui procede à la mise au point du faisceau réfléchi, alors que le photodétecteur utilisé dans la méthode du champ 'I lointain doit être placé généralement en un point à l'excep tion du foyer de l'objectif de mise au point du faisceau réfléchi. La présente invention a pour objet, malgré l'utilisation de la méthode du bord de couteau et de la méthode de champ lointain un système de détection de mise au point et de piste opto-électronique utilisant seulement un photodétecteur et par conséquent permet la réduction des opérations de positionnement précis du photodétecteur. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels la figure 1 représente un agencement optique schéma- tique de l'appareil de reproduction optique la figure 2 représente un agencement optique schématique et le fonctionnement du système de détection de mise au point par la méthode du bord de couteau. la figure 3 représente un agencement optique schema tique et le fonctionnement du système de réglage exact de piste par la méthode du champ lointain; la figure 4 représente un agencement optique schématique du système de détection de réglage exact de piste selon la présente invention; la figure 5 représente un diagramme de spot de faisceau et une répartition de la puissance optique sur un photodétecteur utilisé dans la présente invention la figure 6 représente un autre agencement d'objectif pouvant être utilisé dans le système de la présente invention les figures 7 et 8 représentent un autre agencement de prisme ressemblant à un coin pouvant être utilisé dans le système de la présente invention ; et la figure 9 représente un autre agencement du photodétecteur pouvant être utilisé dans le système de la présente invention. Dans le mode de réalisation d'un appareil de reproduction optique représenté en figure 1, un disque comporte une piste circulaire ou en spirale avec des informations gravées dessus, et ce disque est mis en rotation par un moteur 2. Un appareil opto-électronique 3 comprend un laser 4, une lentille de collimateur 5, un diviseur optique 6, un objectif 7, un jeu de lentilles 8 et un photodétecteur 9. L'appareil opto-électronique 3 comprend un trajet optique avec une première partie 10 d'application et de mise au point d'un faisceau laser 12 sur le disque 1 et de retour du faisceau laser réfléchi par le disque 1, et une seconde partie 11 d'application d'un faisceau réfléchi 13 au photodétecteur 9. La puissance optique du faisceau réfléchi 13 est modulée par les microcuvettes de la piste du disque 1, de sorte que l'information enregistrée sur ce disque peut être détectée et transformée en signal optique par le photodétecteur 9. L'appareil opto-électronique 3 nécessite un système de commande par servomécanisme de façon à maintenir un spot 14 du faisceau laser convergeant sur la surface du disque 1, ou à maintenir l'objectif 7 dans une position précise sur la piste. Le système de commande par servomécanisme comprend un système de commande de mise au point et de réglage exact de piste pour satisfaire les conditions de fléchissement et d'excentrici té du disque. Un signal de commande par servomécanisme est dérivé d'un signal électrique qui est détecté par le photodétecteur 9. L'agencement opto-électronique et le principe de fonctionnement du système de détection de mise au point et de réglage exact de piste selon la présente invention sera décrit en détail en liaison avec les figures 2 et 3. La figure 2 représente l'agencement fondamental du système de détection de mise au point par la méthode du bord de couteau. Dans la figure, seule la seconde partie 11 de la figure 1 est représentée. Le faisceau réfléchi 13 traverse le jeu de lentilles 8 et environ la moitié du faisceau réfléchi 13 est interceptée par un bord de couteau 15. La moitié restante du faisceau réfléchi 13 tombe sur le photodétecteur 9. Le jeu de lentilles 8 met au point le faisceau réfléchi 13 au moins dans une direction qui est perpendiculaire à la direction à la fois du bord du couteau 15 et de l'axe optique. Le photodétecteur 9 est séparé en au moins deux zones de détection 9a et 9b. Une ligne de séparation des zones 9a et 9b doit être parallèle au bord du couteau 15. Les signaux électriques détectés par les zones 9a et 9b seront appelés respectivement "aà et La figure 2a représente le cas où le disque (non représenté) se trouve au foyer de l'objectif, c'est- -dire que le disque est à la position désirée. Le photodétecteur 9 est ainsi placé que le foyer du faisceau réfléchi mis au point 13 vient juste sur la ligne de séparation des zones de détection 9a et 9b. Dans ce cas, lorsqu'il n'y a aucune erreur de mise au point, la puissance optique tombant sur les zones de détection 9a et 9b est la même. Les signaux électriques a et b sont égaux et le signal électrique de soustraction (a-b) est nul. Les figures 2b et 2G représentent le cas où il y a une erreur de mise au point. La figure 2b représente le cas où l'objectif (non représenté) est trop proche du disque. Dans ce cas, le faisceau réfléchi 13 est mis au point à l'arrière du photodétecteur 9 et ce faisceau tombe davantage sur la zone de détection 9a que sur la zone de détection 9b. En conséquence, le signal a est plus grand que le signal b et le signal (a-b) est supérieur à zéro. La figure 2c représente le cas où l'objectif est trop éloigné du disque. Dans ce cas, le faisceau réfléchi 13 est mis au point du côté avant du photodétecteur 9 et ce faisceau tombe davantage sur la zone 9b que sur la zone 9a. Ainsi, le signal a est plus petit que le signal b, et le signal (a-b) est inférieur à zéro. Ainsi, la valeur et le signe du signal (a-b) sont fonction du sens de l'erreur de mise au point, de sorte que nous pouvons commander le système servo de mise au point par le signal (a-b). Dans la description suivante, nous nous réfèrerons à une direction projetée d'une piste. Cela signifie la direction de l'image d'une piste qui est projetée sur le plan d'image placé perpendiculairement à l'axe du faisceau réfléchi, dans sa seconde partie. La figure 3 représente le système de détection de piste par la méthode du champ lointain Le faisceau réfléchi 13, qui est réfléchi sur et autour d'une piste d'information 17 d'un disque 1, traverse l'objectif 7 et le jeu de lentilles 8 et tombe sur un photodétecteur 18. Le photodétecteur 18 est placé perpendiculairement à l'axe du faisceau réfléchi 13 en un endroit, excepté au foyer, où il est mis au point dans une direction perpendiculaire à la direction projetée d'une piste. La figure 3a représente le cas où il n'y a aucune erreur de réglage de piste.Dans ce cas,la distribution de la puissance optique sur le photodétecteur 18, mesurée dans une direction perpendiculaire à la direction projetée de la piste, est symétrique. Cela est représenté en figure 3d. Les figures 3d et 3c représentent le cas où il y a une erreur de réglage de piste et où le spot du faisceau i au point présente une petite déviation par rapport au centre de la piste d'un côté ou de l'autre de la direction perpendiculaire à cette piste. La distribution de la puissance optique sur le photodétecteur 18 est représentée en figure 3b' et 3c'. Dans chaque cas, la puissance optique sur le photodétecteur a est asymétrique par rapport au plan perpendiculaire à la fois à l'axe optique et à la direction projetée de la piste. Si nous comparons la figure 3b' à la figure 3c', nous voyons que le côté recevant beaucoup de puissance optique change, oe sorte que nous pouvons détecter un signal d'erreur de réglage de piste en décomposant le photodétecteur 18 en au moins deux zones de détection 18a et 18b, comme cela est représenté dans la figure 3d. Une ligne de séparation des zones 18a et 18b doit être parallèle à la direction projetée de la piste. Nous appellerons "c" et "d" les signaux électriques détectés par les zones 18a et 18b, respectivement. Si nous obtenons un signal (c-d), la valeur et le signe de-ce signal varieront en fonction du sens de l'erreur de réglage de piste,de sorte que nous pouvons commander le système servo de recherche d'erreur de piste par le signal (c-d). La figure 4 représente un agencement optique selon la présente invention. Cette figure est une vue de côté prise depuis la direction perpendiculaire à la fois à l'axe optique et à la direction projetée de la piste. La direction projetée de la piste est représentée par une flèche F dans la figure. La figure 5b est une autre vue de côté à partir de la direction perpendiculaire à l'axe optique et parallèle à la direction projetée F de la piste. Une partie du faisceau réfléchi 20 est interceptée par un bord de couteau 21. Le faisceau réfléchi restant traverse une lentille 22 et une lentille cylindrique 23, et tombe sur un photodétecteur 24. La direction d'un bord 26 de couteau 21 et un axe de la lentille cylindrique 23 sont placés perpendiculairement à la direction projetée F de la piste. La lentille 22 et la lentille cylindrique 23 sont disposées de façon à former un faisceau mis au point astiginatiquement de façon qu'il ', ait deux foyers A et B. Les points A et B sont des foyers où le faisceau réfléchi 13 est mis au point dans la direction F et dans la direction perpendiculaire à F, respectivement. Si nous comparons la figure 4a à la figure 2, nous pouvons comprendre que les agencements optiques sont sensiblement les mêmes. Ici, la combinaison de la lentille 22 et de la lentille cylindrique 23 de la figure 4a exécute la même fonction que la lentille 8 de la figure 2. Ainsi, l'erreur de mise au point peut être détectée par l'agencement optique de la figure 4a Si nous comparons la figure 4b à la figure 3, nous pouvons également comprendre que les constructions optiques sont sensiblement identiques. Ici, la lentille 22 correspond à la lentille 8 de la figure 3. Le bord de couteau 21 et la lentille cylindrique 23 n'exécutent aucune fonction optique dans la figure 4b. Ainsi, une erreur de piste peut être détectée par l'agencement optique de la figure 4b. La figure 5 représente comment le signal de mise au point et d'erreur de piste peut être détecté par un seul photodétecteur 24 représenté en figure 4. Le photodétecteur 24 est réglé au foyer A dans la figure 4. La figure 5 représente le photodétecteur 24 et le diagramme du spot du faisceau réfléchi vu dans la direction de l'axe optique. Le photodétecteur 24 est séparé en quatre zones de détection 24a, 24b, 24c, 24d par deux lignes de séparation 25a et 25b qui se coupent presque perpendiculairement. La ligne de séparation 25a est parallèle à la direction projetée de la piste qui est représentée par une flèche F. Le diagramme du spot 26 du faisceau réfléchi sur le photodétecteur 24 est repré senté par une ligne en pointillé . Nous appellerons e, f, g et h chaque signal électrique détecté par les zones de détection 24a, 24b, 24c et 24d, respectivement. les signaux (e+f) et (g+h) correspondent aux signaux a et b de la figure 2, respectivement. Les signaux (e+h) et (f+g) correspondent aux signaux c et d de la figure 3, respectivement. De sorte que le signal {e+f)-(g+h) correspond au signal (a-b) de la figure 2 et devient le signal d'erreur de mise au point. Le signal (e+h)-(f+g) correspond au signal (c-d) de la figure 3 et devient le signal d'erreur de piste. La figure Sa représente le cas où le disque est au foyer de l'objectif et le spot du faisceau mis au point se trouve juste sur la piste du disque c'est-à-dire qu'il n'y a aucune erreur de mise au point et de piste. Dans ce cas, le diagramme du spot du faisceau sur le photodétecteur 24 devient une ellipse avec un axe très long représenté en figure Sa. Chaque distribution de puissance optique mesurée le long de la direction F et le long de la direction perpendiculaire à F est symétrique par rapport aux lignes de séparation 25b et 25a,respectivement. De sorte que tous les signaux e, f, g et h sont les mêmes, et les signaux (e+f)-(g+h) et (e+h)-(f+g) sont également nuls. Cela veut dire qu'aucun signal d'erreur de mise au point et d'erreur de piste n'apparaît. La figure 5b représente le cas où il y a une erreur de mise au point. La répartition de la puissance optique devient symétrique par rapport à la ligne de séparation 25b. Les signaux e et f deviennent supérieurs aux signaux g et h, de sorte que le signal d'erreur de mise au point (e+f) (g+h) n'est pas égal à zéro. La valeur et le signe du signal d'erreur de mise au point représentent la valeur et le sens de l'erreur de mise au point. La figure 5c représente le cas où il y a une erreur de piste avec la même erreur de mise au point, comme représente en figure 5b. La distribution de la puissance optique devient symétrique par rapport à la ligne de séparation 25a. Les signaux e et h deviennent supérieurs aux signaux f et g, de sorte que le signal d'erreur de piste (e+h)-(f+g) ne s'annule pas. La valeur et le signe du signal d'erreur de piste (e+h)-(f+g) représentent la valeur et le sens de l'erreur de piste. Ici, le sens du bord de couteau 21 et le sens de 1 'axe de la lentille 23 sont perpendiculaires à la direction projetée F de la piste. Selon cet agencement, les directions de changement de la distribution de la puissance optique qui sont dues au principe de la méthode du bord de couteau et à la méthode du champ lointain sont perpendiculaires. Pour cette raison, le signal d'erreur de mise au point et le signal d'erreur de piste ne présentent pas de diaphonie. La figure 6 représente un autre agencement de lentilles selon la présente invention, qui ne fait pas appel à la lentille 22 de la figure 4. Il concerne le cas où la distance focale de la lentille 22 de la figure 4 devient infinie. Dans ce cas, le faisceau réfléchi n'est pas mis au foyer dans la direction perpendiculaire à la direction projetée de la piste. Mais l'agencement satisfait toutes les conditions de la méthode du bord de couteau et de la méthode du champ lointain expliquées dans les figures 2 et 3. Pour assurer une com ,vIande par servo de mise au point et oe recherche d'erreur de réglage de piste rapide les dimensions du photodétecteur doivent être aussi petites que possible. Mais l'agencement représenté dans la figure 6 utilise seulement une lentille de façon à réduire le coût. Les figures 7 et 8 représentent d'autres variantes de lentilles et de prismes ressemblant à des cales qui sont utilisés dans le système de détection de mise au point et d'erreur de réglage de piste selon la présente invention. Les figures 7b et 8b représentent l'agencement des photodétecteurs 24, 24' et 24" et des spots de faiceau 25, 25' et 25". Les prismes en forme de cale 21' et 21" sont en matériau transparent, par exemple en verre ou en matériau plastique. A titre de commodité, seule une vue de côté est représentée, dans la direction perpendiculaire à la direction projetée F de la piste. Les prismes 21' et 21" sont utilisés pour séparer le faisceau réfléchi 20 en deux faisceaux réfléchis 20'a et 20'b, et 20"a et 20"b, respectivement.Les bords 26' et 26" des prismes 21' et 21" qui sont exposés à l'intérieur du faisceau réfléchi 20 sont également perpendiculaires à la direction projetée F de la piste. Les prismes 21' et 21" fonctionnent comme le bord de couteau représenté en figure 4, de sorte que les signaux de servo de mise au point et de réglage de piste peuvent être tirés des signaux e', f', g' et h' de la figure 7b et e", f", g" et h" de la figure 8b Les signaux i' de la figure 76 et i" de la figure 8b provenant des détecteurs 24' et 24", respectivement, peuvent être utilisés pour reproduire l'information stockée dans le disque. La figure 9 représente un autre agencement de photodétecteurs concernant les figures 7 et 8. Les deux détecteurs 24 et 24" sont séparés en quatre zones de détection. Comme les deux faisceaux réfléchis séparés 20'a et 20'b de la figure 7, et 20"a et 20"b de la figure 8 comportent des informations sur l'erreur de mise au point et de réglage de piste,les signaux d'erreur de mise au point et de réglage de piste peuvent être obtenus en utilisant les deux photodétecteurs 24 et 24". Les photodétecteurs 24 et 24" ne sont pas nécessairement deux photodétecteurs. Ils peuvent être combinés pour former un seul photodétecteur ou n'être qu'un seul photodétecteur. Dans ce cas, le photodétecteur comporte huit zones de détection. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Système de détection de mise au point et de régla qe e-xact-de piste photo-électronique pour système optique d'enregistrement et de reproduction d'informations sur un dis que,caractérisé en ce qu'il comprend - un moyen de génération d'un faisceau laser pour appliquer ce faisceau au disque optique - un moyen de prisme, ayant une forme ressemblant à une cale, pour séparer une partie d'un faisceau réfléchi provenant du disque optique, un bord du moyen de prisme étant perpendiculaire à une direction projetée d'une piste du disque - un moyen de lentille pour former au moins une image mise au point du faisceau réfléchi sous forme d'une longue ellipse dont la direction longitudinale est perpendiculaire à la direction projetée de la piste du disque ; et - un moyen de photodétection qui est placé à l'endroit où l'image mise au point du faisceau réfléchi est formée, et est séparéeen plusieurs zones de photodétection par des lignes de séparation se coupant perpendiculairement, l'une de ces lignes étant perpendiculaire à la ligne projetée de la piste du disque, - le moyen de génération de faisceau laser, le moyen de prisme, le moyen de lentille et le moyen de photodétection formant un trajet optique. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de prisme intercepte une partie du faisceau réfléchi. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de prisme réfracte une partie du faisceau réfléchi. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de lentille est constitué d'une lentille cylindrique. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de lentille est constitué de deux lentilles cylindriques. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de lentille est constitué d'une lentille cylindrique et d'une lentille convexe. 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de photodétection est constitué de deux photodétecteurs, chacun d'entre eux étant séparé en quatre zones de photodétection par deux lignes de séparation perpendiculaires l'une à l'autre. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de photodétection est constitué d'un photodétecteur qui est séparé en quatre zones de photodétection par deux lignes de séparation perpendiculaires.