Brevet FR2498340A1 — publié le 19820723

2498M4O La présente invention concerne un procédé de dé- tection d'une condition de focalisation d'un objectif par rapport à un objet, tel qu'un support d'enregistre- ment sur lequel un point lumineux doit être focaLisé par l'objectif, et concerne également un appareil desti- né à la mise en oeuvre de ce procédé de détection de fo- calisation. Ce procédé et cet appareil de détection de foca- lisation peuvent s'appliquer avantageusement à un appa- reil dans lequel un point lumineux d'analyse est pro- jeté par un objectif sur une ou plusieurs pistes d'in- formation enregistrées en spirale ou concentriquement sur un support d'enregistrement en forme de disque, afin de lire un signal d'information enregistré le long de la piste. Dans un appareil de reproduction ou de lecture d'un signal d'information sur le support d'enregistrement précité, ce support d'enregistrement est généralement appelé un disque vidéo sur lequel des signaux codés d'image et de son sont enregistrés sous forme d'infor- mations optiques, par exemple des propriétés optiques de transmission, de réflexion et de phase. Pendant que le disque est mis en rotation à grande vitesse, par exemple 30 tours par seconde, c'est-à-direlROO tours par minute, un faisceau laser émis par une source de lumière laser comme un laser à gaz à l'hélium-néon, est focali- sé sur les pistesdu disque sous forme d'un point lumi- neux, et les informations optiques sont lues. L'une des propriétés importantes d'un tel support d'enregistrement est une très haute densité d'informations enregistrées et par conséquent, la largeur de la piste d'informations est tres réduite, et l'espace entre des pistes succes- sives est également très réduit. Dans un disque vidéo courant décrit par exemple dans Philips Technical Review Vol. 33, 1973, No 7, le pas des pistes n'est que de 2 microns. Par conséquent, le diamètre du point lumi- neux doit être réduit en conséquence comme de 1 à 2 mi- crons. Pour lire correctement les informations enregis- trées sur de telles pistes avec une largeur et un pas très réduits, l'erreur de distance entre l'objectif et les pistes, c'est-à-dire I' erreur de focalisation doit Stre réduite pour être aussi petite que possible afin que le diamètre du point lumineux soit aussi petit que possible. A cet. effet, l'appareil comporte un système de contrIle de focalisation dans lequel la valeur et le sens de la défocalisation de l'objectif par rapport à la sur- face du disque sont détectés pour produire un signal d'er- reur de focalisation et l'objectif est déplacé dans la direction de son axe optique en fonction du signal d'er- reur de focalisation détecté. La lip. 1 représente schématiquement un appareil connu de détection de focalisation dans un appareil de lecture optique. Une source lumineuse 1 consiste en un laser qui émet de la lumière polarisée linéairement dans le plan de la Fig. 1. La lumière est collimatée par une lentille collimatrice 2 en un faisceau lumineux paral- lèle qui est ensuite transmis à travers un prisme polari- sant 3 et une plaque 4 en quart de longueur d'onde. Le faisceau lumineux est ensuite focalisé par un objectif sous forme d'un point lumineux sur un dique 6 qui por- te une ou plusieurs pistes d'informations 6a à cavités crénelées. Ensuite, la lumière est réfléchie par la pis- te d'informations et rencontre le prisme polarisant 3 en passant par l'objectif 5 et la plaque 4 en quart de longueur d'onde. La lumière qui rencontre le prisme 3 est polarisée dans une direction perpendiculaire au plan de la Figure car elle a été transmise deux fois à tra- vers la plaque 4 et par conséquent, elle est maintenant réfléchie par le prisme 3. Le flux lumineux réfléchi par le prisme polarisant 3 est concentré par un conden- seur 7 et une lentille cylindrique A. Etant donné que la lentille cylindrique R n'a de pouvoir de focalisation que dans une seule direction, la forme du faisceau foca- lisé formé par le condenseur 7 et la le ntille 8 varie comme le montre la Figure t par rapport à une condition focalisée, dans des directions orthogonales lorsque le disque 6 se déplace vers le haut et vers le bas. Dans cet appareil connu, cette variation de forme est détectée par un détecteur de lumière, non représenté, divisé en quatre sections et disposé dans le plan focal des lentilles 7, P, pour produire un signal d'erreur de focalisation. Ce signal d'erreur ainsi détecté est appliqué à-un méca- nisme de focalisation par exemple un mécanisme à bobine mobile qui déplace l'objectif 5 dans la direction axiale. Dans ce dispositif connu de détection de focali- sation, étant donné qu'un trajet optique relativement long est nécessaire pour focaliser le faisceau lumineux après qu'il a été réfléchi par le prisme 3, l'inconvé- nient existe que le systèmeqptique tend à être encombrant. En outre, étant donné que le détecteur de lumière en qua- tre sections doit être disposé avec précision dans trois directions axiales, c'est-à-dire dans la direction de l'axe optique et dans deux directions qui lui sont per- pendiculaires, le réglage du positionnement de ce détec- tour est très critique et long à effectuer. En outre, étant donné que la plage dynamique dans laquelle le signal d'erreur de focalisation peut être obtenu avec précision en raison de la déformation du faisceau focalisé est re- lativement réduite, un signal d'erreur de focalisation ne peut être obtenu que si le disque ne s'écarte d'une position donnée que d'une distance relativement réduite. Un procédé et un appareil ont été proposés pour pallierles inconvénients précités, permettant de détec- ter un signal Terreur de focalisation d'un objectif par rapport à un objet, sur lequel un point lumineux doit être focalisé, ce procédé et cet appareil ayant une sen- sibilité extrêmement élevée pour la détection de focali- sation. Un procédé et appareil de ce genre sont décrits dans la demande de Brevet Japonais NI 54-79 943 déposée le 25 Juin 1979, correspondant à la demande de Brevet CIP N 195 075 déposée le A Octobre 19O. La Fig. 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un appareil de lecture optique. 249834D Dans cet appareil, un faisceau de lumière polarisé linéairement, émis par une source laser 11 est collima- té en un faisceau lumineux parallèle par un collimateur 12 et il traverse un prisme polarisant 13 et une plaque 14 en quart de longueur d'onde. Ensuite, le faisceau pa- rallèle rencontre un objectif 15 et il est focalisé sur une piste d'information d'un disque 16 soUS forme d'un petit point lumineux. Le faisceau lumineux réfléchi par le disque 16 est modulé optiquement en fonction des in- formations enregistrées sur la piste et il est réfléchi par le prisme polarisant 13. La réalisation e.t le fonc- tionnement du système optique tel qu'il a été décrit jusqu'ici sont exactement les mm&nes qu'avec le disposi- tif optique connu de la Fig. 1. Le flux lumineux réflé- chi par le prisme 13 rencontre un prisme de détection 17 comportant une surface réfléchissante 18 et le flux lumi- neux réfléchi par la surface 18 est reçu par un détecteur de lumière 19. La surface réfléchissante 1R est disposée par rapport à la lumière incidente pour que dans des con- ditions de focalisation, elle fasse un angle donné avec la lumière incidente (flux lumineux parallèle) cet angle étant égal à un angle critique ou légèrement inférieur ou supérieur à l'angle critique. Il sera supposé pour le moment que la surface réfléchissante 18 est réglée à l'angle critique. Dans des conditions de focalisation, la totalité du flux réfléchi par le prisme polarisant 13 est totalement réfléchie par la surface réfléchissante 18. En pratique, une petite quantité de lumière est trans- mise dans une direction n représentée sur la Figure 2, en raison des imperfections de l'état superficiel de la surface réfléchissante 18. Mais cette petite quantité de lumière transmise peut être négligée. Si le disque 16 s'écarte de la condition de focalisation dans la direc- tion a sur la Fig. 2, et si la distance entre l'objectif 15 et le diàque 16 diminue, la lumière réfléchie par le prisme polarisant 13 n'est plus un faisceau parallèle mais devient un faisceau divergent contenant des rayons ex- trémes ai1 ei ai2. Au contraire, si le disque 16 dévie dans la direction opposée b. le faisceau parallèle de- vient un faisceau convergent avec des rayons extrêmes bi1 et bi2. Comme le montre la Figure 2, les rayons lu- mineux depuis l'axe optique incident OPi Jusqu'au rayon extrême ai1 ont des angles incidents inférieurs à l'angle critique et par conséquent, sont transmis par la surface réfléchissante 1R au moins partiellement com- me représenté par at 1 (la lumière réfléchie étant re- présentée par arl). Au contraire, les rayons lumineux entre l'axe optique OPi et le rayon extrême ai2 ont des angles incidents supérieurs à l'angle critique et sont donc totalement réfléchis par la surface 1 comme repré- senté par ar2. Dans le cas d'une déviation du disque 16 dans la direction b, la relation ci-dessus est inver- sée et les rayons lumineux au-dessous d'un plan qui con- tient l'axe optique incident OPi et perpendiculaire au plan de la Fig. 2, c'est-à-dire le plan d'incidence, sont totalement refLé.chis par la surface réfléchissante 1R comme indiqué par br1 tandis que les rayons lumineux au-dessus de ce plan sont au moins partiellement trans- mis par la surface réfléchissante 19 comme représenté en bt. Comme cela a été expliqué ci-dessus, si le disque 16 s'écarte de la position de focalisation, les angles d'incidence des rayons lumineux qui rencontrent la sur- face réfléchissante 1P varient d'une façon continue au- tour de l'angle critique, sauf pour le rayon central qui se propage le long de l'axe optique OPi. Par conséquent, quand le disque 16 s'écarte de la position de la focali- "ation, dans la direction a ou dans la direction b. l'in- tensité de la lumière réfléchie par la surface LP varie brusquement au voisinage de l'angle critique, selon la variation précitée des angles d'incidence. Dans ce cas, les sens de variation des intensités lumineuses de chaque coté du plan perpendiculaire au plan d'incidence et con- tenant l'axe optique incident OPi varient d'une façon mutuellement opposée. Au contraire, en condition de foca- lisation, le flux lumineux rencontrant le prisme 17 est totalement réfléchi par la surface 1 et par conséquent, 2498-340 le flux lumineux uniforme rencontre le détecteur de lu- mière 19. Ce dernier est réalisé de manière que Le flux inférieur et le flux supérieur par rapport au plan pré- cité soient reçus séparément par des régions séparées 19A et 19B. Autrement dit, le détecteur de lumière 19 est divisé par un plan perpendiculaire au plan d'inciden- ce et contenant l'axe optique OP r de la lumière réfléchie. Selon la lig. 2, si le disque 16 s'écarte dans la direction a, les angles d'incidence des rayons lumi- neux de la moitié inférieure du flux lumineux incident sont inférieurs à l'angle critique. Par conséquent, au moins une partie du flux lumineux de la moitié inférieure est transmise par la surface réfLéchissante IR et la quan- tité de lumière reçue par la région réceptrice 19A dimi- nue. Les angles d'incidence de la moitié supérieure du flux lumineux incident sont supérieurs à ILangle critique et par conséquent, ce flux est totalement réfléchi par la surface lR. Par conséquent, la quantité de lumière reçue par la région réceptrice 1913 n'est pas modifiée. Au con- traire, si le disque l1 s'écarte dans la direction b, la quantité delumière reçue par la région 1913 diminue mais la quantité de lumière reçue par la région 19A n'est pas modifiée. De cette manière, les signaux de sortie des ré- gions 19A et 19B varient dans des sens opposés. Un signal d'erreur de focalisation peut 9tre obtenu à la sortie 21 d'un amplificateur différentiel 20 sous la forme d'un sig- nal de différence des signaux provenant des régions 19A et 1913. La surface réfléchissante 1R peut être réglée à un angle légèrement inférieur à L'angle critique. Dans ce cas, lorsque le disque là dévie dans la direction a la quantité de lumière reçue sur la région 1913 augmente d'abord et devient ensuite constante, tandis que la quan- tité de lumière reçue par la région 19A diminue brusque- ment. Par contre, si le disque 16 dévie dans la direction b, la quantité de lumière reçue sur la région 19A augmente d'abord puis reste constante tandis que la quantité de lu- mière reçue sur la région 1913 diminue brusquement. Ainsi, en détectant la différence des signaux de sortie des régions réceptrices de lumière 19A et 191, il est possible d'obtenir le signal d'erreur de focali- sation avec une amplitude proportionnelle à la valeur de l'écart par rapport à la condition de focalisation et avec une polarité qui représente le sens de l'écart par rapport à la condition focalisée. Le signal d'erreur de focalisation ainsi obtenu est utilisé pour assurer une commande de focalisation afin d'entraîner l'objectif 15 dans La direction de son axe optique. Il est en outre possible de produire un signal d'information correspondan- dant aux informations de créneaux enregistrées dans la piste d'informations à la sortie 23 d'un additionneur 22 qui produit un signal de nomme des signaux de sortie des régions 19A et l911. De plus, dans l'état de focalisation, étant donné que la lumière est à peine transmise par la surface réfléchissante 19, la perte de lumière est très réduite tandis qu'en condition de défocalisation, la moi- tié du flux lumineux, par rapport aux rayons lumineux central est totalement réfléchie, mais une partie de l'autre moitié du flux lumineux réfléchi par la surface iR diminue dans une large mesure et la différence de quantité de lumière reçue par les régions 19A et 19B de- vient importante. Par conséquent, une détection très pré- cise de focalisation peut etre effectuée avec une plus haute sensibilité qu'avec l'appareil connu de la Fig. 1. Différentes expériences et essais ont été effec- tués et il est apparu que la sensibilité de l'appareil de détection de focalisation de la Fig. 2 n'est pas suf- fisamment élevée et que cet appareil ne peut pratiquement pas être utilisé dans un dispositif de contrôle de foca- lication d'un lecteur de disque d'image ou de son impo- sant une précision extraordinairement élevée et que parti- culièrement, un signal d'erreur de focalisation stable ne peut être obtenu avec précision en raison de la trans- modulation d'un signal de piste. La demande de Brevet pré- citée propose en outre un prisme de détection 17' allon- gé, représenté sur la Figure 3. Dans ce prisme 17' allongé, le faisceau lumineux réfléchi, par le prisme polarisant 13 est réfléchi plusieurs fois entre les surfaces de réflexion l' parallèles du prisme 17. Si le rapport de réflexion d'une même réflexion totale est 1/T, après N réceptions, le rapport de réflexion devient l/TN et par conséquent, la sensibilité augmente de façon exponen- tielle. Mais les dimensions du prisme de détection 17' sont importantes et par conséquent, il est impossible de réaliser un système optique compact. En outre, étant donné que les surfaces de réflexion 1R' opposées doivent être exactement parallèles entre elles, le prisme de détection 171 ne peut pas être fabriqué facilement et il est coûteux. L'invention a donc pour objet de proposer un procédéce détection d'une erreur de focalisation avec une sensibilité très élevée. Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de détection de focalisation qui peut être mis-en oeuvre au moyen d'un prisme de détection de réa- lisation simple. Un autre objet encore de l'invention est de pro- poser un procédé dce détection de focalisation qui permet d'améliorer la liberté deconception pour la disposition des éléments optiques. Le procédé selon l'invention pour produire un signal d'erreur de focalisation d'un objectif par rapport à un objet sur lequel un faisceau lumineux doit être fa- calisé par l'objectif, consiste à introduire au moins une partie du faisceau lumineux réfléchi par l'objet dans un prisme, puis dans une surface limite entre une pellicule mince qui est appliquée sur le prisme etdont l'indice de réfraction est différent de celui du prisme et de l'air, sous un angle d'incidence pratiquement égal à l'angle critique, et à détecter le faisceau lumineux réfléchi par ladite surface limite pour obtenir le signal d'erreur de focalisation. L'invention concerne également un appareil des- tiné à produire un signal d'erreur de focalisation d'un objectif par rapport à un objet sur lequel un faisceau lumineux doit être focalisé par l'objectif, cet appareil comprenant un prisme disposé pour recevoir au moins une partie du faisceau lumineux réfléchi par l'objet et re- ceuilli par l'objectif, au moins une pellicule mince ap- pliquée sur le prisme et faite d'une matière dont l'in- dice de réfraction est différent de celui du prisme, et un dispositif photo-détecteur agencé pour recevoir le faisceau lumineux réfléchi par une surface limite entre la pellicule mince et l'air, et pour produire le signal d'erreur de focalisation. Dans un mode préféré de réalisation de l'inven- tion, la pellicule mince est faite d'une matière dont l'indice de réfraction est supérieur à celui du prisme, et de la lumière de polarisation P est incidente sur la surface limite. Dans un autre mode de réalisation, Vlindice de réfraction de la pellicule mince est inférieur à celui du prisme et de la lumière de polarisation S est inci- dente sur la surface limite. Dans un autre mode encore de réalisation, entre le prisme et la pellicule mince est intercalée au moins une pellicule mince supplémentaire dont l'épaisseur est telle que le déphasage entre les rayons lumineux réflé- chie par les surfaces supérieure et inférieure de la pellicule mince est un multiple entier impair d'une demi- longueur d'onde. Ensuite, les pellicules minces servent de revêtement anti-réfléchissant et par conséquent, le facteur de réflexion est modifié plus brusquement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se- ront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés sur lesquels: La Fig. 1 est une représentation schématique d'un dispositif connu de détection de focalisation, la Fig. 2 représente un autre dispositif connu de détection de focalisation, 2498.340 la Fig. 3 représente un dispositif optique connu comprenant un prisme de détection allongé, la Fig. 4 est une courbe montrant la variation du facteur de réflexion pour différents prismes ayant des in- dices de réfraction différents, la Fig. 5 est une courbe montrant la variation du facteur de réflexion en tenant compte de la réfraction à la surface d'incidence, la Fig. 6 représente schématiquement un mode de réalisation d'un appareil de détection de focalisation selon l'invention, la Fig. 7 est une courbe montrant la variation du facteur de réflexion d'un appareil de la Fig. 10, la Fig. A représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif optique de détection selon l'invention, la Fie. 9 est une courbe montrant la variation du facteur de réflexion dans le système optique de la Fig. A, - la Fig. 10 représente schématiquement un autre mode de réalisation du système optique de détection selon l'invention, la Fig. 11 est une courbe montrant la variation du facteur de réflexion du système optique selon l'invention- la Fig. 12 représente schématiquement un autre mode de réalisation du système optique de détection selon l'inven tion, les Fig. 13 et 14 sont des courbes illustrant le fonctionnement du système optique selon l'invention et la Fig. 15 représente schématiquement un autre mode encore de réalisation d'un appareil de détection de focalisation selon l'invention. En principe, la réflexion de la lumière à une sur- face limite entre deux sortes de milieux ayant des indi- ces de réfraction différents est représentée par la for- mule de Fresnel. Si l'on suppose maintenant que de la lu- mière de polarisation P, polarisée dans un plan parallèle à un plan d'incidence, rencontre la surface limite sous un angle d'incidence i1 et est réfractée sous unangle de sortie i2, la valeur rp du vecteur d'amplitude de la lumière réfléchie par la surface limite peut être re- présentée par l'équation (1) ci-après: r te (i1 - i2) (1) tg (i1 + i2) 53 Etant donné qu'une variation du facteur de re- flexion de la lumière de polarisation P au voisinage de l'angle critique est supérieure à celle de la lumière de polarisation S, il sera supposé pour le moment que la lumière polarisée est de la lumière de polarisation P. A partir de l'équation (1) ci-dessus et de la loi de Snell, le facteur de réflexion R peut s'exprimer par R - r 2 Si la lumière est incidence d'un élément op- P tiqûuedont l'indice de réfraction estélevé dans l'air, le facteur de réflexion R est modifié près de l'angle critique comme le montre la Fig. 4. Sur cette figure, les aboisses représentent un angle d'incidence en pre- nant l'angle critique comme angLe de référence, e'est-à- dire zéro, et les coordonnées représentent le facteur de réflexion R en pourcentage. Les courbes A, B et C sont obtenues en utilisant des éléments optiques dont les in- diees de réfraction n sont respectivement 1,5, 1,76 et 2,5. Il ressort de ces courbes que le facteur de réfle- xion change plus brusquement quand l'élément optique a un indice de réfraction plus élevée. Il faut noter que l'angle d'incidence i1 est une valeur mesurée dans le prisme de détection et que l'angle réel d'incidence sur la surface réfléchissante IR est inférieur à i1 d'un an- sin 4 gle i = arc sin n -, ou À est l'angle d'incidence par S n rapport à une surface d'incidence du prisme. Si l'on tient compte de ce changement d'angle à la surface d'in- cidence du prisme de détection 17, la variation du fac- teur de réflexion en fonction de la variation de l'angle d'incidence diminue comme le montre la Fig. 5. M8me dans ce cas, la variation du facteur de réflexion devient im- portante lorsque l'indice de réfraction est plus grand et par conséquent, la sensibilité de détection peut tre augmentée en réalisant Le prisme de détection 17 en une matière dont l'indice de réfraction est plus élevé. Le prisme de détection 17 est généralement fait en verre et généralement, l'indice de réfraction du verre est au plus de l'ordre de 1,9. Il est donc difficile d'obtenir une variation suffisamment grande du facteur de réflexion et par conséquent, la haute sensibilité ne peut être obtenue. La Fig. 6 représente schématiquement un mode de réalisation d'un appareil de détection de focalisation selon l'invention. En dehors du prisme de détection, la réalisation decet appareil est absolument la même que celle de l'appareil de la Fig. 2 et par conséquent, les éléments correspondant à ceux de la Fig. 2 sont désignés par les m&mes références numériques et leur description ne sera pas faite. Selon l'invention, une pellicule mince d'une matière d'indice de réfraction élevé est appli- quée sur la surface réfléchissante 1R du prisme de détec- tion 17. La pellicule 30 peut être formée, de différentes manières, par exemple par évaporation et pulvérisation. Les indices de réfraction n1 et n2 du prisme de détection 17 et de la pellicule mince 30 peuvent être dans la relation n2. n1. La Fig. A représente schématiquement à plus grande échelle le prisme de détection 17 et la pel- licule mince 30. L'angle d'incidence 1 par rapport à la surface limite 31 entre le prisme 17 et la pellicule mince 30 est réglé de manière que l'angle d'incidence 2 sur la surface limite 32 entre la pellicule mince 30 et l'air soit voisin de l'angle critique, c'est-à-dire que I = arc sin(l/n1). Les angles p 1 et a2 du prisme 17 sont égaux à 1 de sorte que les angles d'incidence sur la surface d'incidence 33 et la surface d'émergence 34 sont nuls. Un exemple numérique sera maintenant expliqué. Le prisme de détection 17 est fait en verre SF 11 dont l'indice de réfraction est n1 1,76 et la pellicule min- ce 30 est faite de T;iO2 dont l'indice de réfraction n2 = 2,5. Si on néglige la réflexion de la surface limite 31 * entre le prisme 37 et la pellicule 30, la variation du fac- 2498-340 tour de réflexion R près de l'angle critique peut Stre représentée par la courbe A de la Fig. 7. Sur cette fi- gure, les courbes H et C montrent la variation du fac- teur de réflexion R pour le prisme en verre SF 11 et le prisme dont l'indice de réfraction est 2,5. La variation la plus brusque du facteur de réflexion peut être obte- nue lorsque le prisme est fait d'une matière dont l'in- dice de réfraction est 2,5 comme le montre la courbe C. Mais cette courbe C est obtenue par un calcul théorique et en fait, il est difficile d'obtenir une telle matière. Au contraire, et selon l'invention, bien que le prisme 17 soit fait d'un verre d'un indice de réfraction de 1,76, la variation du facteur de réflexion ressemble à celle représentée par la courbe C et ce facteur de ré- flexion R change brusquement avec la variation d'angle d'incidence ce qui permet d'obtenir une très haute sensi- bilité. Sur la Fig. 7, la réflexion à la surface limite 31 entre le prisme 17 et la pellicule mince 30 est né- gligée. 1.ais lorsque l'épaisseur de la pellicule 30 dimi- nue de l'ordre d'une longueur d'onde, cette pellicule sert de pellicule d'interférence et le facteur de réfle- xion R peut s'exprimer de la façon suivante, ou 9 est l'angle d'incidence à la surface limite 31 entre le pris- me 17 et la pellicule mince 30, 92 est l'angle d'inciden- ce sur la surface limite 32 entre la pellicule mince 30 et l'air, 03 est l'angle d'émergence de la surface limi- te 32 dans l'air, d est l'épaisseur de la pellicule min- ce 30 et 7 est la longueur d'onde de la lumière inci- dentes tg(e -e2) = t (l 2)......... () tg (92 - 03) r - t (92 + 93) r+ r2. ....... (3) 1 + rlr2ei: IV ou 4 t cos e 2n2 d..DTD: - 2 (4) Ainsi, le facteur de réflexion R peut s'exprimer par: R = Ir2 Etant donné qutu voisinage de l'angle critique r2 > 0, r> O, r2 > r1, si la condition suivante est satisfaite, g = (2m + 1) t (m est un nombre entier), le facteur de réflexion R est minimal. La courbe A de la Fig. 9 montre la variation du facteur de réflexion R près de L'angle critique pour une combinaison du prisme de dé- tection 17 en verre SF 11 d'indice de réfraction n1 = 1,76 et la pellicule mince 30 en TiO2 d'indice de réfraction n2 = 2,5 et d'épaisseur d = 90,6 nm. Cette épaisseur satis- fait la condition ci-dessus a = (2m + 1)YI et par consé- quent, le facteur de réflexion R change très brusquement. La courbe B sur la Fig. 9 illustre le cas dans lequel l'épaisseur d de la pellicule mince 30 est 131,2 nm. Dans ce cas, La variation de facteur de réflexion correspond à celle indiquée par la courbe B de la Fig. 7 qui montre la variation du facteur de réflexion pour le prisme seul. La courbe C sur la Fig. 9 correspond à la courbe A de la Fig. 7 selon laquelle la réflexion à la surface limite 31 entre le prisme 17 et la pellicule mince 30 est négligée. La condition dans laquelle la pellicule mince 30 agissant comme une pellicule anti-réflexion sera mainte- nant considérée. Etant donné que l'angle d'incidence est limitée près de l'angle critique, 93> 82, 92 + 93> 900 et l'équation suivante est toujours respectée: tg(02 - e3) r2 = t (8'2+ 93 > La condition pour l'effet anti-réflexion est donc donné par r1 > 0. Ensuite, 01 > e2 est obtenu à partir de n1 0 est toujours satisfait. La condition 81 + 82 tant que l'angle 91 est inférieur à l'angle critique. L'anple de Brewster elb est donné par 9lb = arc tg lb l (n2/n1) et l'angle critique ele est exprimé par el = arc sin (1/n1). A partir des équations ci-dessus, n1, n2 peuvent satisfaire la condition suivante pour satis- faire la condition de e9cl elb. n1 2n2 - 2 2 1n2 _n12 n2 > (6) Cette condition peut être satisfaite pour pra- tiquement toutes les valeurs de n1 et n2. Selon l'invention, la pellicule mince 30 n'est pas limitée à une seule couchle, mais elle peut être for- mée par des revêtements multiples. La Fig. 10 illustre un mode de réalisation du système optique de détection d'une réalisation à couches multiples. Il sera supposé maintenant que les couches minces 30-2, 30-4... ont des indices de réfraction n2, n3... et que les épaisseurs de d2, d3... sont appliquées successivement sur le pris- me 17 dont l'indice de réfraction est n1. Dans ce cas, le facteur de réflexion R peut être obtenu de la maniè- re suivante. D'une façon générale, la réflexion entre la (m-1) me pelllicule mince et la m me pellicule mince peut s'exprimer par l'équation (7) suivantes tg (eO r tg (em + em- (7) Cela donnes r m-1 + rm exp(iú m) Rm-1 = +r m exp (iE;' (R) ou 4ftn d cos 0 EM = - m rm2 + Rm exp(iúm-) (9) Rm-2 -ixp( ( 9) rm_2 + Rm-1 exp(iúm-1) La procédure ci-dessus est appliquée répétiti- vement et au moins R1 peut atre calculé. Ensuite, le fac- 1 2 teur de réflexion R peut être obtenu par R = R12. Pour l'angle d'incidence voisin de l'angle critique, les épais- seurs et les indices de réfraction qui satisfont la condition nécessaire pour l'anti-réflexion peuvent être obtenues. 'lais dans les revêtements multiples, le cal- cul devient très compliqué. Dans ce cas, et pour sim- plifier, il sera supposé que Pm = X et que par consé- quent, toutes les pellicules ont la mime épaisseur d, m représentée également par >/4n, cos 9m. Par conséquent, d2= ?/4n2 cos 92, d3 = 7/4n3 cos Q3, d4 = >/4n4 cos 94 sont obtenus. Il sera en outre supposé que les pellicules d'indice de réfraction supérieur et d'in- dice de réfraction inférieur sont appliquées alternati- vemnent. La Fig. 11 montre la variation du facteur de ré- fLexion R du système optique de détection comprenant le prisme 17 en verre SF 11 (n1 = 1,76) la pellicule de TiO2 d'indice de réfraction supérieur de 2,5 et la pel- Licule de MgF2 d'indice de réfraction inférieur de 1',4. La courbe A représente le systèmeoptique avec la seule pellicule mince de TiO2 et les courbes B, C et D repré- sentent les dispositifs comportant 2, 3 et 5 pellicules minces. Dans la réalisation en deux couches la pelLi- cule de NgF2 de 211,R nm et la pellicule de TiO2 de ,6 nm sont appliquées successivement sur le prisme 17 - et dans la réalisation en trois couches, la pellicule de TiO2 de 90,6 nm, la pellicule de Ml4gF2 de 211,R rnm et la pellicule de TiO de 90,6 nm sont appliquées successivement sur le prisme 17. Dans la réalisation à couches multiples, le facteur de réflexion change brus- quement comparativement à la réalisation en une seule couche en raison de l'effet anti-réflexion. Plus paxr-. ticulièrement, la réalisation en trois couches montre le changement beaucoup plus brusque du facteur de ré- flexion, mgnme comparativement au cas o la lumière est réfléEchie trois fois dans le prisme allongé de la Fig.3. Dans la réalisation en trois couches, il est avantageux d'appliquer successivement sur le prisme de verre les couches d'indices supérieur. inférieur et supérieur. Comme le montrent les courbes les courbes C et D de- la Fig. 11, le facteur de réflexion décroit Jusqu'à zéro w sous un certain angle et il augmente ensuite à nouveau. Dans le cas de réaLisation en couches multiples, la pellicule mince extérieure doit avoir un indice de re- fraction supérieur à celui du prisme pour obtenir la variation beaucaupplus brusque du facteur de réflexion que celle obtenue par le prisme en une matière ayant le mime indice de réfraction élevé. Dans la réalisation en couches multiples, Les rayons lumineux réfléchis par des surfaces limites successives ont des phases opposées et par conséquent, la lumière réfLéchie peut 8tre compensée en tenant compte de La phase et de l'ampLitude et un changement plus brusque du facteur de réflexion peut être espéré. En outre, en augmentant le nombre des couches, l'angle de lsrewster sous lequel la lumière réfléchie s'annule est décalé vers l'angle critique de sorte que le facteur de réflexion change encore plus brusquement. Dans les modes de réalisation décrits jusqu'ici de la lumière de polarisation P a été utilisée. Mais selon l'invention, la lumière polarisée S peut aussi être utilisée. Dans le cas de lumière de polarisation S, l'équation (7) peut s'écrire sous la forme de l'équation (7') ci-après: sin (m - em-1) rm sin (m + Em_)') m m-1 Dans ce cas, la pellicule mince extérieure doit donc avoir un indice de réfraction inférieur à celui du prisme de détection. La Fig. 12 représente schématiquement un mode de réalisation du système optique de détection destiné à être utilisé avec de la lumière de polarisation S. Dans ce mode de réalisation, le prisme de détection 17 est fait d'une matière d'indice de réfraction n = 1,51 et sur la surface de réflexion 12 du prisme sont appliquées successivement une pellicule mince 40-2 faite de tMlgF2 d'indice de réfraction n2 = 1,4, une pellicule mince 40-3 de TiO2 d'indice de réfraction n3 = 2,5 et une pellicule mince 40,4 de NgF2 avec n4 = n2 = 1,4. Les épaisseurs de 249g340 1R ces pellicules minces sont déterminées pour que l'équa- tion E=L soit satisfaite. Par conséquent, on obtient d2 = ?/4n2 cos e2, d3 eX/4n, cos e3 et d4= /4n 4 cos 04 Dans ce cas épatement, une différence de phase entre Les rayons lumineux réfléchis par les surfaces supérieure et inférieure de chaque pellicule mince est égale à la moitié de la longueur d'onde '. La variation du facteur de réflexion Rt devient très brusque comme le montre la courbe A de La Fig. 13. Selon l'invention, le nombre des pellicules minces n'est pas limité à trois, et il peut être choisi à tout nombre voulu. Dans tous les cas, la pellicule mince extérieure doit avoir un indice de réfrac- tion inférieur à celui du prisme de détection 17. Par exemple, la courbe B de la ifig. 13 montre la variation du facteur de réflexion d'une réalisation à deux couches, dans laquelle la couche de TiO2 d'indice de réfraction élevé et la couche de IgF2 d'indice de réfraction inférieur sont appliquées successivement sur le prisme de détection dont l'indice de réfraction est n1 = 1X51. La courbe C sur la Fig. 13 illustre La variation du facteur de ré- flexion pour une réalisation en quatre couches, dans la- quelle des couches d'indices de réfraction supérieur, inférieur, supérieur et inférieur sont appliquées successivement sur le prisme. Dans la réalisation à quatre couches, un changement extraordinnairement brusque du facteur de réflexion peut être obtenu. En outre, dans le cas d'utilisation de la lumiè- re de polarisation S-. il est également possible d'appli- quer une seule pellicule mince sur le prisme de détection. Par exemple, une seule pellicule mince de NgF2 ayant un indice de réfraction m 2 de 1,4 peut être appliquée sur le prisme de détection dont l'indice de réfraction n = 1,51. L'épaisseur de la pellicule mince est déterminée de manière que si de la lumière de polarisation S est in- cidentesur la pellicule mince de voisinage de l'angle cri- tique ec = 41,700, la différence de phase entre les rayons lumineux réfléchis par la surface supérieure et la surface inférieure de la pellicule iince soit La moitié de la lon- gueur d'onde 7. La variation du facteur de réflexion R dans ce système optique peut être représentée par la courbe A de la Fig. 14. Sur cette figure, les variations du facteur de réflexion du prisme en l'absence de la pel- licule mince, en lumière de polarisation S et de polari- sation P sont représentées respectivement par les cour- bes R et R. La variation du facteur de réflexion selon s p linvention, représentéepar la courbe A, est inférieure à celle pour la Lumière de polarisation P niais supérieu- re à celle de la lumière de polarisationS. Comme cela ressort des courbes de la Fig. 14, il est préférable d'utiliser la lumière de polarisation P dans la mesure o la sensibilité à la détection est concernée. Mlais en réalisation réelle, il est difficile d'utiliser la lumiè- re de polarisation P en raison de la disposition des dif- férents éléments optiques, à savoir la source de lumière, le prisme de polarisation, le photo-détecteur, etc. Par. conséquent, la solution apportée par l'invention peut offrir l'avantage d'une augmentation matérielle de la liberté de conception ou de disposition des éléments op- tiques. De plus, ai les pellicules minces sont faites d'une matière dure mnécaniquement, par exemple TiO2 et SiO2, la surface réfléchissante du prisme de détection peut être protégée efficacement contre les dommages. L'invention n'est pas limitée aux modes de réa- lisation décrits ci-dessus qui peuvent être modifiés de différentes manières. Dans les modes de réalisation ci- dessus, l'objet sur lequel le faisceau lumineux doit 8tre focalisé consiste en un disque d'image et de son, mais il pourrait être d'un tout autre type. De plus, la disposition optique à l'exception du prisme de détection et de la pellicule mince peut être modifiée de diffé- rentes manières. Par exemple, et comme le montre la Fig. , de la lumière de polarisation S émise par une source 1l est réfléchie par un prisme polarisant 13 et la lu- mière réfléchie est focalisée sur une piste d'informa- tions 13a d'un disque lt par l'intermédiaire d'une pla- 24983-40 que 14 en quart de longueur d'onde et un objectif 15. La lumière réfléchie par le disque 16 est ensuite re- ceuillie par l'objectif 15 et elle converge sous forme de lumière de polarisation P sous l'effet de la plaque 14 en quart de longueur d'onde. La lumière de polarisa- tion P est ensuite transmise par le prisme polarisant 3 et elle est incidente sur un prisme de détectibn 17 sur lequel est appliquée une pellicule mince 11 d'un in- dice de réfraction supérieur à celui du prisme. La lu- mière de polarisation P réfléchie par la pellicule mince est incidente sur un photo - détecteur 19 comportant quatre régions réceptrices 19A à 19B. Ainsi, un signal d'informations enregistré surle disque 16 peut etre pre- produit sous la forme de la somme des signaux de sortie des quatre régions 19A à 1913. Un signal d'erreur de fo- calisation peut être produit sous forme de la différence entre une première somme des signaux de sortie de la ré- gion 19A et 1911 et une seconde somme des signaux de sor- tie des régions 19C et 19D. Dans ce mode de réalisation, un signal d'erreur d'alignement représentant un écart de position du point lumineux par rapport à la piste 16a, da.s une direction perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif 15, ou dans une direction tangentielle à la piste, peut être obtenu sous forme d'une différence entre une troisième somme des signaux de sortie des régions 19A et 19D et d'une quatrième somme des signaux de sortie des régions 19B et 19C. Selon l'invention, les effets avantageux sui- vants peuvent être obtenus. (1) Etant donné que la variation du facteur de réflexion en fonction du changement d'angle d'incidence peut tre augmentée matériellement comparativement avec un prisme de détection en pellicule mince, le signal d'erreur de focalisation peut etre obtenu avec une sensi- bilité très élevée. (2) Le prisme de détection lui-m&me peut 8tre fait d'un verre optique ordinaire, facilement disponible. (1) Etant donné qu'il n'est pas nécessaire d'uti- liser un prisme allongé avec des surfaces de réflexion paralltèles entre lesquelles la lumière est réfléchie plusieurs fois, te prisme peut être petit et léger et il peut être fabriqué facilement. (4) Dans le cas d'une réalisation en plusieurs couches, la variation du facteur de réflexion peut encore 8tre aurmentéegrace à L'effet anti-réflexion. (5) Etant donné qu'à la fois la lumière polari- sée P et la lumière polarisée S peuvent être utilisées, la liberté de conception peut être augmentée. (6) Si la peLlicule mince est faite d'une matiè- re dure, le prisme peut être protégé contre les dommages. Mien entendu, diverses modifications peuvent *tre apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisa- tion décrits et illustrés à titre d'exemples nullement limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 24 9340 REVENIDICATIOYTS 1 - Procédé de production d'un signal d'erreur de focalisation d'un objectif par rapport. à un objet sur le- quel un faisceau lumineux doit être focalisé par l'objec- tif, procédé caractérisé en ce qu'il consiste essentiel- lement à introduire au moins une partie du faisceau lumi- neux réfléchi par l'objet(l1-) dans un prisme(17) puis sur une surface limite (lP) entre une pellicule mince (30,40) appliquée sur le prisme et dont l'indice de réfraction est différent de celui- du prisme et de l'air, sous un an- gle d'incidence pratiquement égal à un angle critique, et à détecter (19> le faisceau Lumineux réfléchi par la- dite surface limite pour en extraire le signal d'erreur de focalisation. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que t'épaisseur de ladite pellicule mince (30, 40) est déterminée pour que le déphasage entre des rayons lumineux réfléchis parla surface supérieure et la surfacoe inférieure de la pellicule mince soit un multiple im- pair entier d'une demi-longueur d'onde. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit faisceau lumineux est incident pour la pellicule mince par l'intermédiaire d'au moins une pelli- cule mince supplémentaire (30-2, 30-3, 30-4)intercalée entre le prisme et la pellicule mince. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites pellicules minces ont des indices de réfraction alternativement inférieurs et supérieurs. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les épaisseurs desdites pellicules minces sont telles que la différence de phase entre la surface supé- rieure et la surface inférieure de la pellicule mince res- pective soit un multiple entier impair d'une demi-longueur d'onde. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pellicule mince (30) est faite d'une ma- tière dont l'indice de réfraction est supérieure à celui du prisme (17), un faisceau de lumière de polarisation (P) étant incident sur le prisme et 'la pellicule mince. 7 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite pellicule mince (40) est faite d'une matière dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du prisme (17), un faisceau de lumière de pola- risation (S) étant incident sur le prisme de la pelli- cule mince. - Appareil destiné à produire un signal d'erreur de focalisation d'un objectif par rapport à un objet sur lequel un faisceau lumineux doit être focali- sé par l'objectif, appareil caractérisé en ce qu'il com- porte un prisme (17) age ncé pour recevoir au moins une partie du faisceau lumineux réfléchi par L'obJet (16) et recueitli par l'objectif (15), au moins une pellicule mince (30, 40) appliquée sur ledit prisme et faite d'une matière dont l'indice de réfraction est dif- férent de celui du prisme et un dispositif de photo- détection (19) agencé pour recevoir le faisceau lumineux réfléchi par une surface limite (IR) entre ladite pel- licule mince et v2 air et pour en extraire le signal d'erreur de focalisation. 9 - Appareil selon la revendication R, carac- térisé en ce que ladite pellicule mince (30) est faite d'une matière dont l'indice de réfraction est supérieur à celui du prisme (17), ledit faisceau lumineux rencon- trant le prisme étant de la lumière de polarisation(P). - AppareiL selon la revendication 9, carac- térisé en ce qu'au moins une pellicule mince supplémen- taire (30-2, 30-3, 30-4) est intercalée entre le prisme et la pellicule mince. 11 - Appareil selon la revendication 10, carac- térisé en ce qu'une seule pellicule mince supplémentaire dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du pris- me est intercalée entre le prisme et ta pellicule mince. 12 - Appareil selon La revendication 10, carac- téeisé en ce que lesdites.pellicules minces supplémen- taires ont alternativement des indices de réfraction su- périeur et inférieur à celui du prisme. 13 - Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations R à L2, caractérisé en ce que la pellicule mince (30, 40) a une épaisseur telle que le décalage entre les rayons Lumineux réfléchis par les surfaces supérieure et inférieure de la pellicule mince est un multiple entier impair d'une demi -longueur d'onde. 14 - Appareil selon la revendication R, caracté- risé en ce que ladite pellicule mince (40) a un indice de réfraction inférieur à celui du prisme (17), ledit faisceau lumineux étant de polarisation (S). l5 - Appareil selon la revendication 14, caracté- risé en ce qu'au moins une pellicule mince supplémentaire (40-2, 40-3, 404) est intercalée entre le prisme et la pellicule mince. lt - Appareil selon la revendication 15, carac- térisé en ce qu'une seule pellicule mince supplémentaire dont l'indice de réfraction est supérieur à celui du prisme est intercalée entre le prisme et la première pellicule mince supplémentaire. 17 - Appareil selon la revendication 15, carac- térisé en ce que lesdites pellicules minces supplémen- taires ont des indices de réfraction alternativement inférieur et supérieur-à celui du prisme. 18 -Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 14 à 17, caractérisé en ce que la pellicule min- ce a une épaisseur telle que le déphasage entre les ray- ons lumineux réfléchis par les surfaces supérieure et inférieure de la pellicule mince est un multiple entier d'une demi-longueur d'onde. 19 - Appareil selon la revendication 9, caracté- risé en ce que ledit prisme(17) est en verre (SF 11) dont l'indice de réfraction est 1,76, ladite pellicule mince (30) étant faite de TiO2 dont l'indice de réfrac- tion est 2,5. 20 - Appareil selon la revendication 12, carac- térisé en ce que ledit prisme (17) est fait d'un verre (SF 1t) dont l'indice de réfraction est 1,76, lesdites pellicules minces ayant l'indice de réfraction sup4- rieur étant faites en TiO2 dont l'indice de réfraction est 2,5 et lesdites pellicules minces dont l'indice de réfraction est inférieur étant faites de 2gF2 dont l'indice de réfraction est 1,4. 21 - Appareil selon la revendication 14, carac- térisé en ce que ledit prisme (17) est fait d'un verre dont LM'indice de réfraction est 1,51, ladite pellicule mince étant faite de M'2 dont L'indice de réfraction est 1,4. 22 - Appareil selon la revendication 17, carac- téris6 en ce que lesdites pellicules minces d'indice de réfraction supérieur et inférieur sont faites de TiO2 dont l'indice de réfraction est 2,5 et MaF2 dont L'indice de réfraction est 1,4.