Brevet FR2509891A1 — publié le 19830121

X 2509891 DISPOSITIF OPTIQUE D'ENREGISTREMENT-LECTURE SUR SUPPORT D'INFORMATION PREGRAVE La présente invention se rapporte aux dispositifs optiques permettant d'inscrire de l'information selon une piste prégravée à la surface d'un support en forme de disque L'inscription de l'information s'effectue au moyen d'un faisceau de rayonnement modulé optiquernent qui projette à la surface du disque un spot de dimensions réduites La piste prégravée se décompose en spires concentriques dont l'écartement est tel que le spot ne puisse éclairer qu'une seule spire En focalisant avec un objectif un rayonnement laser, on obtient un spot ayant des dimensions de l'ordre du micron, ce qui permet d'obtenir une forte densité de puissance pour l'inscription de l'information et, grâce au resserrement des spires, un stockage à haute densité Du fait de la finesse du spot, les propriétés optiques de la surface prégravée sont en grande partie dépendantes des phénomènes de diffraction Ainsi, lorsqu'on éclaire une plage lisse du disque le renvoi de lumière ou la transmission de lumière s'effectuent dans un angle solide qui correspond à l'ouverture angulaire du faisceau d'éclairage En captant la lumière qui émerge d'une plage lisse éclairée, on peut observer dans un plan de détection un maximum d'éclairement Par contre, si le spot éclaire une plage de disque comportant une irrégularité de surface, l'angle solide dans lequel émerge le rayonnement réfléchi ou transmis peut être plus ouvert que l'ouverture angulaire du faisceau d'éclairage La détection d'une irrégularité de surface peut se traduire par un assombrissement, car une partie du rayonnement émergent n'est pas recueilli par le système détecteur. Dans le cas des dispositifs optiques d'enregistrement-lecture mettant en oeuvre un support d'information prégravé, on adopte pour la prégravure un relief de surface comportant un niveau bas et un niveau haut Une coupe méridienne du disque prégravé présente une alternance de creux et de saillies définissant deux réseaux imbriqués l'un refermant les éléments de piste, l'autre les interpistes Les interpistes encadrant un élément de piste forment une structure que le spot doit suivre en restant le mieux possible centré sur la piste A cet effet, un asservissement radial est prévu, afin de tendre à annuler tout écart de suivi Le système de détection doit être en mesure d'établir une nette distinction entre la piste et les deux interpistes qui l'encadrent Cette distinction est basée sur un contraste d'intensité qui ne dépend pas du sens du relief, mais des dimensions radiales données aux irrégularités de surface par rapport à la dimension du spot d'éclairement La gravure de l'information a généralement pour effet de modifier les caracté- ristiques optiques de la piste, mais cette modification peut entraîner un fonctionnement défectueux du système de détection des écarts de suivi de piste. En vue de pallier cet inconvénient, l'invention prévoit un dimension- nement particulier de la structure prégravée produisant dans des conditions d'éclairement prédéterminées une accentuation du contraste entre piste et prépistes du fait de l'inscription de l'information. L'invention a pour objet un dispositif optique d'enregistrement-lecture d'information sur un disque porteur d'une prégravure constituée par des éléments de piste concentriques alternant avec des interpistes, ledit dispo- sitif comportant des moyens d'éclairement destinés à fournir un spot n'éclairant qu'un seul élément de piste à la fois, des moyens recueillant un rayonnement émergent de la zone du disque explorée par ledit spot afin de détecter un écart radial dudit spot par rapport audit élément de piste et des moyens astreignant ledit spot à suivre ledit élément de piste, caractérisé en ce que lorsqu'il est centré sur une interpiste, ledit spot empiète sur les éléments de piste qui l'encadrent et que lorsqu'il est centré sur un élément de piste, ledit spot empiète sur les interpistes qui l'encadrent; l'un desdits empiètements étant plus fort que l'autre pour créer un contraste entre les éléments de piste et les interpistes; la gravure de la couche enregistrable portée par ledit disque tendant à accentuer ledit contraste. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles: La figure 1 est une vue isométrique partielle d'un dispositif d'enregis- trement-lecture selon l'invention. Les figures 2 à 4 sont des figures explicatives. La figure 5 représente des caractéristiques de détection d'un écart de suivi radial. La figure 6 représente en coupe méridienne une structure de disque fonctionnant par ablation thermique. La figure 7 représente en coupe méridienne une autre structure de disque fonctionnant par ablation thermique. La figure 8 représente en coupe méridienne une structure de disque fonctionnant également par ablation. La figure 9 est une figure explicative. Sur la figure 1 on peut voir, ramené à l'essentiel, un dispositif optique d'enregistrement-lecture d'information sur disque Un fragment de disque inscriptible par voie thermooptique a été dessiné à échelle fortement exagérée Il s'agit plus précisément d'une structure comprenant un support 1 porteur d'une sous-couche 2 en matériau thermodégradable dans laquelle on a formé en creux des sillons 4 de prégravure qui séparent entre elles plusieurs plages annulaires 5 formant des éléments de piste La souscouche 2 est recouverte d'une mince couche métallique 3 qui peut se déformer plastiquement sous l'effet d'un rayonnement inscripteur pour former un chapelet d'irrégularités de surface 17 constituant la post gravure du disque. Avant d'être soumis à l'action d'un rayonnement inscripteur, les éléments de piste 5 sont lisses tout comme les creux 4 qui constituent les interpistes En pratique,les éléments de piste 5 sont agencés selon des cercles concentriques équidistants ou suivant les spires successives d'une spirale Une disposition analogue est adoptée pour les interpistes L'inscription et la lecture d'information sur un tel disque nécessite la projection d'un spot lumineux 6 A cet effet, une source de rayonnement S émet un faisceau lumineux 23 qui après avoir traversé la lame semi- transparente 101 est renvoyé par un miroir 9 en direction de la pupille d'un objectif de projection 7 Ce faisceau 23 est focalisé par l'objectif 7 à la surface 3 du disque On peut déplacer radialement le spot 6 le long du rayon p en faisant pivoter le miroir 9 autour de l'axe 10 Un moteur 10 assure la commande de déplacement radial du spot 6 L'exploration des éléments de piste 5 s'obtient en faisant tourner le disque 1, 2, 3 autour d'un axe parallèle à l'axe optique Z de l'objectif 7 Cependant, l'excentricité des éléments de piste nécessite un pilotage radial du spot 6 pour s'assurer de son centrage sur la piste Ce pilotage suppose que l'on détecte tout écart Ap du centre du spot 6 par rapport à l'axe de la piste A cet effet, on peut prévoir un système de détection d'écart de suivi radial Sur la figure 1, ce système détecteur est symbolisé par le bloc 100 Le bloc 100 reçoit le rayonnement qui émerge de la zone du disque éclairée par le spot 6 Ce rayonnement est repris par l'objectif 7 et renvoyé vers le bloc 100 via le miroir 9 et la lame 101 Pour rendre la figure 1 plus claire, on a représenté le retour inverse de la lumière comme s'il n'y avait pas les éléments réflecteurs 9 et 101 Cette façon de procéder permet d'illustrer le long de l'axe optique Z un plan de détection XY qui en fait est situé à l'intérieur du bloc 100 Dans ce plan de détection, on a représenté par deux bandes hachurées 14 et 15 les images des deux interpistes 4 qui encadrent l'élément de piste 5 sur lequel est projeté le spot 6 Le point O du plan de détection XY est conjugué optiquement avec le centre d'émission de la source 8 via l'objectif 7 et les trois éléments réflecteurs que sont la couche 3, la lame 101 et le miroir 9. Les images 14 et 15 des interpistes se déplacent donc selon l'axe X lorsque le spot 6 se déplace selon le rayon P 11 en résulte qu'un écart radial de suivi peut être détecté en plaçant dans le plan de détection deux éléments photodétecteurs 12 et 13 Les tensions électriques délivrées par les éléments photodétecteurs 12 et 13 sont appliquées aux deux entrées d'un circuit comparateur Il qui fournit un signal différentiel ú Le signal ú est appliqué au moteur 10 afin de compenser par asservissement l'écart de suivi détecté. Le senseur de suivi de piste qui vient d'être décrit n'est pas le seul qui puisse entrer en ligne de compte; on pourrait également faire appel à un senseur à wobbulation du spot ou de la piste ainsi qu'à un senseur à double spot. Le point important à examiner est le contraste d'amplitude que l'on obtient dans le plan de détection XY. On a représenté sur la figure 2 une coupe méridienne d'un disque 1 prégravé On peut obtenir ce type d'empreinte en partant d'une matrice sur laquelle on étale un matériau photopolymérisable que l'on recouvre avec un disque support transparent Après insolation, on obtient un disque prégravé. Les largeurs A et B mesurées radialement représentent respectivement la largeur d'une piste 5 et celle d'une interpiste 4 Le faisceau d'éclairage du disque est la zone de confinement hachurée sur la figure 2; sa base correspond au spot 6 qui présente un diamètre D Les rayons 18 sont des rayons marginaux qui définissent l'ouverture angulaire du faisceau d'éclai- rage Lorsque le spot éclaire un interpiste 4 de largeur B inférieur à son diamètre D, l'effet de diffraction fait que les rayons qui émergent du disque s'épanouissent dans un angle solide délimité par les rayons marginaux 19 Le système détecteur qui recueille le rayonnement issu d'un interpiste 4 verra cet élément sous la forme d'une bande plus sombre que ce qu'il aurait vu en l'absence de relief Lorsque le spot 6 est positionné au milieu de la piste 5 et si A> D, on voit qu'aucun effet de diffraction n'intervient de sorte que le système de détection voit la piste 5 plus claire que l'interpiste 4 On obtient donc un bon contraste d'amplitude entre la piste 5 et l'interpiste 4. Cependant, il faut signaler que la disposition adoptée sur la figure 2 est défectueuse en ce qui concerne la connaissance complète de l'écart de suivi du spot 6 par rapport à la piste 5 En effet, comme A est supérieure à D, il existe une plage d'étendue A D pour laquelle le signal d'écartométrie reste nul. En pratique, il faut donc adopter la disposition représentée à la figure 3 On voit que le spot 6 centré sur un élément de piste 5 empiète légèrement sur les interpistes 4 qui l'encadrent et que le spot 6 centré sur un interpiste 4 empiète plus fortement sur les éléments de piste 5 qui l'encadrent Cette disposition peut se décrire mathématiquement comme suit: D >A; D> B; D A En ce qui concerne le diamètre D du spot d'éclairage 6, il faut se rappeler qu'il existe deux possibilités de définition En supposant que la pupille de l'objectif reçoit un éclairement uniforme, le spot est constitué par le disque d'AIRY dont le diamètre d est donné par la formule: d = 1,22 À sin u o X est la longueur d'onde et sin u l'ouverture numérique de l'objectif. On peut également considérer que la répartition de l'éclairement est gaussienne dans l'étendue de la pupille de l'objectif Le diamètre du spot pour le même objectif et la même longueur d'onde est alors 15 % plus grand que le diamètre donné par la formule rappelée ci-dessus La conséquence du choix qui vient d'être défini est que le rayonnement qui émerge d'un élément de piste 5 est contenu dans un angle solide 20-20 légèrement plus ouvert que l'angle d'ouverture du faisceau 18-18, alors que le rayonnement qui émerge d'un interpiste 4 est contenu dans un angle solide 21-21 nettement plus ouvert. La figure 4 est une illustration des éclairements reçus dans le plan de détection XY de la figure 1 Les interpistes 4 apparaissent plus sombres que les éléments-de piste 5, ce qui procure un contraste pour détecter l'écart de suivi au moyen des photodétecteurs 14 et 15. Il reste à préciser que le figures 2 et 3 représentent un disque prégravé sur lequel aucune information n'a été gravée Si comme le montre la figure 1,le spot 6 a créé sur un élément de piste des irrégularités de surface 17 représentant la gravure proprement dite, celle-ci peut donner lieu à un éclaircissement local de l'élément de piste comme illustré sur la figure 4 ou l'effet inverse Dans l'hypothèse d'une couche enregistrable donnant l'effet inverse, il faudrait assombrir la tache 17 par rapport à l'élément de piste S ce qui ferait perdre du contraste. On voit sur la figure 5 un diagramme donnant en fonction de l'écart de suivi Lp la valeur prise par le signal d'erreur disponible à la sortie du comparateur 11 La courbe de discrimination 24 est celle que l'on observe avant gravure du disque La courbe 25 concerne une prégravure dont l'une des largeurs A ou B est supérieure au diamètre D du spot La courbe 26 représente une perte sensible de sensibilité due à une gravure qui assombrit l'élément de piste Si l'assombrissement dû à la gravure est plus important, on peut même observer une inversion de phase qui rend le suivi de piste instable. On voit donc qu'il faut choisir la prégravure en fonction de l'effet de la gravure Plus précisément, on peut dire que la gravure doit renforcer le contraste piste-interpiste, car ainsi on est assuré de conserver un fonction- nement stable du suivi de piste A cela il faut ajouter que le spot doit au moins légèrement empièter sur les interpistes d'encadrement pour que l'asservissement agisse même lorsquel'écart de suivi est minime. La couche enregistrable de la figure 1 est une couche dont la déformation thermooptique entraîne un relèvement du pouvoir réflecteur. Avec la configuration de prégravure de la figure 3, on obtient le résultat illustré sur la figure 4, c'est-à-dire un renforcement du contraste. A titre d'exemple non limitatif, on peut réaliser un disque prégravé constitué d'interpistes en creux d'une largeur de 0,6 micron encadrant des éléments de piste en saillie larges de 1,4 micron Une couche enregistrable composée d'un film métallique mince déposé sur une sous- couche d'un matériau dégradable à basse température épouse le relief de la prégravure. Avant inscription, la couche métallique adhère à la sous-couche et l'ensem- ble est dimensionné de façon à faiblement réfléchir un rayonnement incident de longueur d'onde X = 0,6328 micron Ce rayonnement provient d'un laser et il est focalisé sur le disque au moyen d'un objectif d'ouverture numérique N.A = 0,45 Le spot projeté sur la couche enregistrable a un diamètre de 1,7 micron ce qui fait paraître l'élément de piste un peu plus sombre qu'une partie lisse de la couche; les interpistes paraissent sensiblement plus sombres ce qui assure un bon contraste de lecture de la prégravure Lors de l'inscription,le décollement localisé du film métallique par un dégagement gazeux provenant de la sous-couche provoque une augmentation du pouvoir réflecteur de la couche ce qui amène un renforcement du contraste de lecture L'inscription qu vient d'être décrite n'entraîne aucune déchirure du film métallique, car il subit une déformation plastique en deça de la charge de rupture. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être donné. On voit sur la figure 6, une coupe méridienne de disque prégravé dans lequel le relief de prégravure porté par le substrat 1 a été recouvert d'une sous-couche à pouvoir réflecteur élevé sur laquelle un film 31 de moindre réflectivité a été déposé Le film 31 est réalisé dans un matériau qui se volatilise lorsqu'on lui applique localement le rayonnement laser inscripteur. La figure 6 montre à gauche un élément de piste 5 à l'état vierge et à droite un élément de piste 5 qui a subi l'ablation thermooptique Dans ce cas, la sous-couche 27 est mise à nu par l'ouverture locale du film 31 et lorsque la détection de l'écart de suivi a lieu par réflexion du rayonnement d'éclairage 28, on obtient à nouveau un renforcement du contraste piste-interpiste. L'invention s'applique également à la détection du rayonnement trans- mis par le disque La coupe méridienne de la figure 7 représente un support 1 en matériau transparent qui a reçu une prégravure et sur laquelle on a déposé un film 32 semi-transparent et thermodégradable L'élément de piste représenté à gauche est à l'état vierge et l'élément de piste 5 situé à droite a subi une ablation par le rayonnement d'éclairage 29 L'intensité du rayonnement transmis 30 est accrue par la gravure, ce qui tend à renforcer le contraste de la prégravure. Dans les exemples qui précèdent, on voit que l'élément de piste est en saillie et qu'il est de largeur plus importante que l'interpiste, c'est ce que l'on appele la prégravure à piste "blanche". La situation complémentaire entre également dans le cadre de l'inven- tion. La coupe méridienne de la figure 8 représente un support 1 dont la prégravure est formée d'éléments de piste 5 en creux séparés par des interpistes 4 en saillie Le support 1 qui peut être transparent est recouvert d'un film 320 inscriptible par ablation thermo-optique Le faisceau d'éclai- rage fournit un spot 6 de diamètre légèrement supérieur à la largeur des interpistes 4 Les éléments de piste 5 sont plus étroits que les interpistes 4 ce qui permet d'obtenir le contraste de prégravure illustré sur la figure 9. Ce contraste est celui que l'on observe avec un système de -détection qui utilise le rayonnement réfléchi 34 qui est renvoyé par le disque lorsqu'il reçoit le rayonnement d'éclairage 33 L'élément de piste 5 représenté à gauche sur la figure 8 est à l'état vierge et il apparaît à la figure 9 sous la forme d'une bande sombre encadrée par des plages plus claires corres- pondant aux interpistes 4 L'élément de piste 5 représenté à droite sur la figure 8 a subi une ablation thermooptique locale qui diminue le pouvoir réflecteur du disque Cette ablation correspond sur la figure 9 à une plage plus sombre que la piste 5 On voit donc que la gravure renforce le contraste de prégravure puisque la démarcation entre élément de piste et interpiste est encore plus nette. D'après ce qui précède, on voit que le sens d'un relief de prégravure a peu d'importance, mais que le rapport de largeur doit différer de l'unité dans un sens qui corresponde à un contraste renforcé lorsque l'on grave l'informa- tion sur la piste Il est également nécessaire de prévoir un empiètement du spot sur les deux interpistes qui bordent un élément de piste, car le suivi de piste ne doit pas comporter de zone morte Enfin, il va sans dire que le spot ne doit éclairer qu'un élément de piste à la fois pour éviter toute diaphotie et concentrer le mieux possible le rayonnement inscripteur L'invention s'applique à tout système de couche enregistrable avec ou sans ablation; on peut envisager des surfaces d'enregistrement multicouches aussi bien que monocouche Il y a lieu de noter que la prégravure peut comporter sur les éléments de pistes des irrégularités de surface similaires aux signaux de gravure; de telles irrégularités permettent de réaliser un adressage des éléments de piste et aussi de subdiviser en secteurs chaque spire de la zone annulaire réservée à l'enregistrement de données. REVENDICATIONS 1 Dispositif optique d'enregistrement-lecture d'information sur un disque ( 1) porteur d'une prégravure constituée par des éléments de piste ( 5) concentriques alternant avec des interpistes ( 4), ledit dispositif comportant des moyens d'éclairement destinés à fournir un spot ( 6) n'éclairant qu'un seul élément de piste à la fois, des moyens ( 100) recueillant un rayonnement émergeant de la zone du disque explorée par ledit spot, afin de détecter un écart radial dudit spot par rapport audit élément de piste et des moyens ( 9, ) astreignant ledit spot à suivre ledit élément de piste, caractérisé en ce que, lorsqu'il est centré sur un interpiste ( 4), ledit spot ( 6) empiète sur les éléments de piste ( 5) qui l'encadrent et que, lorsqu'il est centré sur un élément de piste ( 5) , ledit spot empiète sur les interpistes ( 4) qui Pencadrent; l'un desdits empiètements étant plus fort que l'autre pour créer un contraste entre les éléments de piste et les interpistes; la gravure de la couche enregistrable ( 3) portée par ledit disque ( 1) tendant à accentuer ledit contraste. 2 Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur desdits éléments de piste ( 5) est supérieure à la largeur desdits interpistes ( 4); la gravure de ladite couche enregistrable donnant lieu à un accroissement du rayonnement recueilli par lesdits moyens détecteurs ( 100). 3 Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur desdits éléments de piste ( 5) est inférieure à la largeur desdits interpistes ( 4); la gravure de ladite couche enregistrable donnant lieu à une réduction du rayonnement recueilli par lesdits moyens détecteurs ( 100). 4 Dispositif optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche enregistrable se déforme sans déchirure au cours du processus d'inscription; ladite déformation entrainant un accroissement de pouvoir réflecteur. Dispositif optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche enregistrable comprend un film déposé sur une sous-couche réflec- trice; le processus d'enregistrement provoquant l'ablation dudit film de façon à obtenir un accroissement du pouvoir réflecteur de ladite couche. 6 Dispositif optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit disque étant perméable au rayonnement d'éclairage ( 29), la couche enregistrable transmet auxdits moyens détecteurs ( 100) un rayonnement ( 30); le processus d'enregistrement provoquant l'ablation d'un film semi- transparent ( 32) de manière à augmenter le pouvoir de transmission dudit disque. 7 Dispositif optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche enregistrable est un film ( 320) réflecteur; le processus d'enregistre- ment provoquant l'ablation dudit film de façon à obtenir une diminution du pouvoir réflecteur dudit disque. 8 Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications l à 7, caractérisé en ce que ledit spot ( 6) est un disque d'AIRY. 9 Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications l à 7, caractérisé en ce que ledit spot est une tache lumineuse à distribution gaussienne. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications l à 9, caractérisé en ce que la prégravure forme un relief à la surface du disque.