Brevet FR2510766A1 — publié le 19830204

DISPOSITIF DE REGLAGE DE FOCALISATION ET LECTEUR OPTIQUE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention se rapporte au domaine de la lecture optique dtinformation enregistrée sur un support mobile, tel que disque ou ruban. Elle a plus particulièrement pour objet un dispositif de réglage de focalisation du faisceau d'énergie rayonnante de lecture sur le support. Les lecteurs optiques comportent généralement un système bouclé qui maintient en permanence pendant la lecture un faisceau parfaitement focalisé sur le support contenant les informations. Dans un tel système de focalisation un faisceau représentatif par sa forme de la qualité de la focalisation obtenue est appliqué sur une cellule photoélectrique à quatre quadrants qui convertit en grandeur électrique l'énergie captée et l'applique à un dispositif de commande du système optique pour obtenir la focalisation recherchée. Dans ces systèmes de focalisation un bon fonctionnement exige que la cellule à quatre quadrants soit positionnée en un point très précis sur le trajet du faisceau. L'invention est plus particulièrement concernée par les lecteurs optiques comportant un dispositif de réglage mécanique pour le positionnement de la cellule à quatre quadrants sur le trajet du faisceau. A titre d'exemple un lecteur optique auquel peut s'appliquer l'invention a été décrit dans le brevet américain n0 4,023,033. Dans de tels lecteurs optiques la cellule à quatre quadrants comporte deux réglages pour placer la cellule dans l'axe du faisceau et un troisième réglage pour placer ladite cellule en un point précis du trajet du faisceau. Un tel dispositif nécessite des moyens de guidage et de rattrapage de jeu ainsi qu'une bonne stabilité des réglages. Il nécessite aussi une grande indépendance mutuelle des trois actions afin d'éviter des réglages itératifs. Enfin l'action des réglages doit être très démultipliée pour être précis. De telles exigences pour un dispositif de réglages à trois dimensions sont coûteuses ou limitées en performances. La présente invention propose tout au contraire un dispositif de réglage simplifié dans lequel la cellule ne comporte plus que deux réglages. Le troisième réglage agit sur le faisceau et se trouve ainsi parfaitement indépendant des deux autres. De plus, ce troisième réglage est, de par les dispositions propres à l'invention beaucoup plus démultipliée et permet un réglage plus fin et plus stable. L'invention a donc pour objet un dispositif de réglage de focalisation d'un faisceau d'énergie radiante de lecture sur un support d'information mobile comportant un objectif réalisant la convergence dudit faisceau de lecture sur le support, des moyens de guidage optique vers un plan d'observation d'au moins une fraction dudit faisceau de lecture réfléchie par le support, des moyens optiques astigmatiques placés sur le trajet de la fraction de faisceau réfléchie, pour former une tache sur le plan d'observation et des moyens de détection de la forme de cette tache déplaçables dans ledit plan d'observation et délivrant un signal dit de contrôle de la focalisation dudit faisceau de lecture caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de focalisation agissant sur la position des moyens astigmatiques dans une direction parallèle à l'axe optique de ces moyens astigmatiques pour amener ladite tache a être d'étendue minimale sur le plan d'observation. L'invention sera mieux comprise et les avantages apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées: - la figure 1 illustre schématiquement un lecteur optique selon une approche de l'art connu; - la figure 2 représente la cellule à quatre quadrants utilisée dans ce lecteur; - la figure 3 illustre la façon de déplacer la cellule à quatre quadrants pour l'amener en coincidence avec la tache d'étendue minimale selon l'art connu; - la figure 4 illustre la façon de faire coincider la cellule et la tache d'étendue minimale selon l'invention; - la figure 5 illustre un dispositif permettant de régler la position de la lentille cylindrique sur l'axe optique; - les figures 6 et 7 sont des constructions graphiques illustrant un des aspects essentiels de l'invention. La figure 1 illustre un exemple de lecteur dans lequel le dispositif de l'invention peut être mise en oeuvre. Sur cette figure sont représentés une source d'énergie rayonnée émettant un faisceau 3 selon l'axe Ox d'un repère orthonormé Oxyz; des moyens M de séparation de l'énergie rayonnée, tels qu'un miroir semi-transparent, non normal à l'axe Ox mais faisant avec ce dernier un angle de 450 par exemple ; un objectif L d'axe optique Ox, faisant converger le faisceau 3 en un point 10 d'un support D, normal à l'axe Ox, où une information enregistrée module le faisceau 3. Le signal optique modulé ainsi obtenu, permet ultérieurement la restitution de l'information enregistrée, selon un processus classique qui ne sera pas décrit ici. Une fraction au moins du faisceau 3 est réfléchie par le support D: ce faisceau réfléchi, repéré 4, traverse l'objectif L puis est réfléchi par le miroir semi-transparent M pour converger en un point A, symétrique de la source 0 par rapport au miroir M, situé sur un axe 2 parallèle à Oz; par le point A passe un plan normal à l'axe 2, repéré F et représenté par deux axes orthogonaux, 21 et 22, respectivement parallèles' à Oy et Ox. On interpose sur l'axe 2 un dispositif optique C, permettant de rendre astigmatique l'ensemble optique placé sur le trajet du faisceau réfléchi 4; un tel dispositif peut être réalisé à l'aide d'une lentille cylindrique, l'axe du cylindre étant par exemple choisi parallèle à l'axe Ox.Ainsi qu'il est connu, la lentille cylindrique C a pour effet de faire correspondre à la source ponctuelle O un segment de droite 26, de part et d'autre du point A dans le plan F, parallèle à l'axe Oy dans l'exemple représenté sur la figure . Afin de clarté, on a schématisé sur le dessin les traces 9 et 5, qui sont sensiblement circulaires, du faisceau 4 sur le miroir M et sur la lentille cylindrique C, ainsi que les diamètres 6 et 7 de la tache focalisée 5, respectivement parallèles aux axes Oy et Ox, et les rayons 60 et 70 passant par les extrémités des diamètres 6 et 7, respectivement; les rayons 60 définissent le segment 26 après convergence en un point B de l'axe 2; les rayons 70 convergent au point A.On choisit un plan P, dit plan d'observation, représenté sur la figure par deux axes orthogonaux 11 et 12, respectivement parallèles à Oy et Ox ; le plan P est situé sur l'axe 2 entre les points A et B où la surface de la tache 8 est minimale. Ce qui est décrit ci-dessus correspond au cas où le faisceau 3 est correctement focalisé sur le support D, au point 10. Dans le cas contraire, qui n'est pas représenté pour la clarté du dessin, et consécutif au déplacement aléatoire du support D, on constate que se forme sur le plan P une tache focalisée déformée par rapport à la tache 8 par allongement selon l'axe 11 ou l'axe 12, selon que le faisceau 3 converge avant ou après le support D. Dans le plan d'observation P, on place des moyens de détection de la forme de la tache focalisée, ces moyens étant par exemple réalisés à l'aide. de cellules photo-électriques comme montré figure 2, délivrant un signal de controle de focalisation. Les moyens de détection comportent dans ce mode de réalisation quatre cellules photoélectriques 31, 32, 33 et 34, placées selon un carré dont les diagonales sont constituées par les axes 11 et 12, et placé de telle sorte que la tache focalisée 8 mentionnée ci-dessus se forme sensiblement au milieu du carré. Les cellules appartenant à une même diagonale sont . reliées à un additionneur c'est-àdire, sur la figure, les cellules 31 et 32 (sur l'axe 11) à un additionneur 35 et les cellules 33 et 34 (sur l'axe 12) à un additionneur 36. Les additionneurs sont reliés à un amplificateur différentiel 37: l'additionneur 35 à l'entrée positive de l'amplificateur et l'additionneur 36 à son entrée négative. A la sortie de l'amplificateur 37 est disponible un signal électrique S qui constitue le signal de contrôle de focalisation. Deux utilisations de ce signal sont prévues, à titre d'exemple: d'une part, il est dirigé vers un élément 38 de contrôle, pour visualisation par exemple, d'autre part, le signal S est dirigé vers un moteur 39 permettant de modifier la position de l'objectif L (flèches 40) en fonction du signal S, réalisant ainsi un système asservi de focalisation du faisceau 3 sur le support D. On a représenté les trois formes de taches de focalisation susceptibles de se former dans le plan d'observation P: le contour #8, de surface minimale, mentionné cidessus; un contour 81 allongé selon l'axe 11, et un contour 82 allongé selon l'axe 12. n. est clair que, compte tenu du branchement des cellules photo-électriques indiqué ci-dessus, le signal S est nul lorsque la focalisation est correcte (tache 8, sensiblement circulaire), positif lorsque le support D s'est éloigné de l'objectif L (tache 81) et négatif lorsque le support D s'est rapproché de l'objectif L (tache 82). Ce signal de contrôle S permet donc la connaissance de la position du disque à tout instant pendant la lecture du support D, et ce à l'aide d'un montage présentant une grande simplicité. La figure 3 illustre la façon de déplacer la cellule 13 pour l'amener en coincidence avec la tache d'étendue minimale 8 selon l'art connu. Pour plus de clarté ne sont représentés sur cette figure que les éléments nécessaires à la compréhension de la méthode de réglage. La tache 8, centrée sur l'axe 2 est représentée sur la figure correctement placée dans le plan d'observation P. La cellule de détection 13 se trouve, selon les hasards de la fabrication, en un point quelconque sur un plan Q parallèle au plan P. Un premier réglage agissant sur la grandeur A x déplace la cellule dans la direction Ox et amène son axe 15 à couper l'axe 2 (E x = 0).Un second réglage agissant sur lâ valeur A y déplace la cellule dans la direction Óy et amène son axe 14 sur l'axe 2 ( A y = 0). Enfin, un troisième réglage agissant sur la valeur A z déplace la cellule dans la direction Oz et l'amène, toujours sur l'axe 2, dans le plan P (# z = 0). Les réglages peuvent s'effectuer dans un ordre différent. Pour ne pas répéter plusieurs fois le cycle de réglage, chacun des réglages ne doit pas modifier les résultats acquis lors des réglages précédents, ils doivent être parfaitement Indépendants, stables, dépourvus de jeu et très démultipliés pour obtenir la précision souhaitée. La figure 4 illustre la façon de faire coincider la cellule 13 et la tache d'étendue minimale 8 selon l'invention. Au départ, d'une façon générale, la tache 8 ne se trouve pas dans le plan d'observation P et la cellule 13, bien que située par construction dans le plan P, ne se trouve pas sur l'axe optique 2. Selon une des caractéristiques principales de l'invention, le dispositif ne comporte plus que deux réglages liés à la cellule. Un premier réglage agissant sur la valeur A x déplace la cellule dans la direction Ox et amène son axe 15 à couper l'axe 2 ( A x = 0). Un deuxième réglage agissant sur la valeur A y déplace la cellule dans la direction Oy et amène l'axe 14 à couper l'axe 2 (E y = 0). Dans ces conditions, la cellule 13 se trouve centrée sur l'axe 2.Pour le troisième réglage et contrairement à l'art connut c'est la tache 8 qui est amenée sur la cellule 13. en déplaçant la lentille cylindrique dans la direction Oz. A un grand déplacement nt z (n ~4) de la lentille C dans la direction Oz ne correspond qu'un petit déplacement A z de la tache 8 dans cette même direction. Ceci constitue une autre caractéristique essentielle de l'invention qui consiste à réduire de façon importante l'effet du réglage dans la direction Oz qui n'a plus alors qu'une petite action sur le changement de position de la tache 8. Le réglage est plus précis, plus facile et le mécanisme correspondant moins coûteux. Le réglage dans la dirction Oz est de par cette caractéristique de l'invention totalement indépendant des deux autres réglages. La figure 5 illustre un exemple de réalisation concrète de dispositif permettant de déplacer la lentille cylindrique C sur son axe optique. La lentille cylindrique C d'axe optique Oz est fixée sur une équerre E-elle- même solidaire d'un support mobile CM qui peut coulisser sur une embase fixe S. Un outil placé dans une encoche de réglage f permet de déplacer le support mobile CM selon l'axe Oz et d'amener la tache 8 en comcidence avec la cellule à quatre quadrants 13. Le réglage étant terminé, une vis de blocage V permet de bloquer le support mobile CM en position définitive.Un simple tournevis agissant sans précautions particulières sur la position du support mobile CM permet un réglage précis du système mettant ainsi en évidence une des caractéristiques importantes de l'invention qui réside dans la simplification des réglages mis en oeuvre. La figure 6 est une construction géométrique montrant la marche des rayons et permettant une justification mathématique des avantages de l'invention. Le point C représente le centre optique de la lentille cylindrique. Les rayons qui traversent cette lentille dans le plan xOz selon la ligne HH' conservent leur direction et convergent au point A comme indiqué sur la figure 1. Les rayons qui traversent la lentille cylindrique dans le plan yOz selon la ligne JJ' subissent un changement de direction qui les amène à converger au point B. Dans le plan xOy apparaît au point A une tache en forme d'ellipse dégénérée et réduite à son seul grand axe GG' orientée dans la direction Oy. Toujours dans le plan xOy apparaît au point B une tache en forme d'ellipse dégénérée et réduite à son seul grand axe FF' orientée dans la direction Ox.Il s'ensuit qu'vil existe entre les points A et B un point P ou dans le plan xOy la tache présente deux axes perpendiculaires égaux DD' et EE' respectivement parallèles à Ox et Oy. Cette tache est, au point P, appelée cercle de moindre diffusion. Toujours sur la figure 6, le point A est la référence à partir de laquelle la grandeur w représente la distance à laquelle se trouve la lentille cylindrique, la grandeur u la distance du point de convergence B et la grandeur v la distance du cercle de moindre diffusion située en P. La démonstration a pour objet de montrer qu'un déplacement absolu w wde la lentille cylindrique C dans la direction Oz entraîne dans cette direction un déplacement absolu lSv nettement moins important du cercle de moindre diffusion situé en P. Toujours en référence à la figure 6, les lois de l'optique sur les lentilles permettent d'écrire: 1 1 1 w-u - f + w (1) où f est la distance focale de la lentille cylindrique. Des propriétés de la figure 6 il est possible d'établir les relations suivantes: BF u (2) CH = w DP ~ v (3) BF u EP u-v (it) GA = u CA u (5) Cl = w-u Sachant que EP = DP (6) et CH = CJ (7) on obtient: L'expression (8) exprime la position v du cercle de moindre diffusion en fonction de la position w de la lentille cylindrique. Pour connaître la relation entre une petite variation de position A w de la lentille et la variation de position correspondante Qv du cercle de moindre diffusion, il y a lieu de calculer la dérivée de la fonction (8). Des valeurs typiques pour f et w sont: f = 100 mm w = 33 mm d'où: dv dw = 0,26 ce qui signifie qu'à une petite variation de position A w de la lentille cylindrique correspond une variation de position A v environ quatre fois plus petite du cercle de moindre diffusion. La figure 7 est une construction graphique qui fait apparaître plus simplement mais plus approximativement les résultats de la démonstration mathématique précédente. Sur cette figure, on a fait tourner de 900 le plan xOz qui devrait être perpendiculaire à la figure et les lignes appartenant à ce plan sont représentées en traits tiretés pour éviter toute confusion. Ceci permet de faire apparaître directement l'endroit- où la tache devient un cercle dit de moindre diffusion Cest-àdire l'endroit où la condition PD = PE de la figure 6 est remplie. Les points A et B sont ceux de la figure -1. Lorsque dans le sens Oz, la lentille cylindrique C est déplacée d'une quantité n liz pour occuper la position C' la tache lumineuse 8 située dans le plan P se déplace dans le même sens d'une quantité moindre Az pour se situer dans le plan P'. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage de focalisation d'un faisceau d'énergie radiante de lecture (3) sur un support d'information mobile (D) comportant un objectif (L) réalisant la convergence dudit faisceau (3) de lecture sur le support, des moyens de guidage optique (M) vers un plan d'observation (P) d'au moins une fraction dudit faisceau de lecture (3) réfléchie par le support (D), des moyens optiques astigmatiques (C) placés sur le trajet de la fraction de faisceau réfléchie pour former une tache (8) sur le plan d'observation (P) et des moyens de détection de la forme de cette tache (8) déplaçables dans ledit plan d'observation (P) et délivrant un signal dit de contrôle de la focalisation dudit faisceau de lecture caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de focalisation agissant sur la position des moyens astigmatiques (C) dans une direction parallèle à l'axe optique de ces moyens astigmatiques (C) pour amener ladite tache a être d'étendue minimale sur la plan d'observation (P). 2. Disposistif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent un support mobile (CM) déplaçable par glissement sur une embase fixe (S) suivant une direction parallèle à l'axe optique (Oz) des moyens astigmatiques (C) et en ce que le support mobile (CM) comporte une équerre (E) dans laquelle sont fixés les moyens astigmatiques (C), une encoche de réglage (f) et une vis de blocage (V). 3. Dispositif selon les revendications 1 a' 3, caractérisé en ce que les moyens astigmatiques (C) utilisés sont une lentille cylindrique.