Brevet FR2522861A1 — publié le 19830909

TETE OPTIQUE D'ECRITURE-LECTURE D'UN DISQUE OPTIQUE ET DISPOSITIF OPTIQUE ASSOCIE A UNE TELLE TETE L'invention se rapporte au domaine de l'enregistrement d'informations sur supports lisibles optiquement par un rayonnement concentré et a plus particulièrement pour objet une tête optique d'écriture-lecture d'un disque optique et un dispositif optique associé à une telle tête. Dans le cas de l'écriture et/ou de la lecture d'un disque de type optique, il est nécessaire: d'accéder à une zone du disque, de se maintenir dans cette zone avec une bonne précision aussi bien radialement, que perpendiculairement à la surface du disque (focalisation) . Dans les dispositifs de l'art connu une "tête optique" remplit les deux dernières fonctions; elle est composée généralement d'un actuateur ou moteur du type "bobine de haut parleur" permettant le mouvement de focalisation perpendiculairement à la face du disque, et d'un actuateur, permettant le mouvement radial de suivi de piste, constitué soit d'un miroir oscillant, soit d'un dispositif de translation pouvant être fixé dans la partie mobile de l'actuateur de focalisation. L'accès, lui, s'obtient en déplaçant l'ensemble de la "tête optique" soit avec un système de vis et moteur à courant continu ou moteur pas à pas, soit avec un système à moteur et bande La technique du moteur linéaire employée dans certains disques magnétiques peut être aussi utilisée. Il est intéressant de pouvoir utiliser P'actuateur d'accès pour effectuer au moins partiellement la-poursuite radiale de piste, et cela, en conservant pour cet actuateur un encombrement réduit et une puissance de commande elle aussi réduite. Les "têtes optiques" utilisées classiquement comportent un ou plu- sieurs circuits magnétiques permettant les mouvements de focalisation et de poursuite radiale; cela entraîne une masse relativement élevée de ces "têtes optiques" (de l'ordre de 20 à 40 g). Si l'on désire obtenir une correction au moins partielle de la poursuite radiale avec l'actuateur d'accès, ce dernier ne peut très certainement être que du type moteur linéaire La masse de la tête optique impose les dimensions et la masse du moteur linéaire d'accès et par suite de puissance de commande de l'actuateur d'accès. Afin de minimiser les dimensions et aussi par suite la puissance de commande de l'actuateur d'accès, il apparaît nécessaire de diminuer la masse de la "tête optique" Une solution consiste à rendre fixes les circuits magnétiques de la "tête optique" et donc à ne plus lier à l'objectif mobile que des bobines interagissant avec un champ fixe. Cependant, deux bobines semblent faire double-emploi: d'une part, la bobine de l'actuateur d'accès qui permet l'accès et une correction partielle de l'écart de piste et, d'autre part, la bobine de l'actuateur de poursuite radiale de piste Pour ce faire l'invention consiste tout d'abord à éliminer la bobine de poursuite de piste, la bobine d'accès étant alors chargée des deux fonctions d'accès et de poursuite radiale. Un tel dispositif peut fonctionner mais ses performances sont limitées par le frottement solide, essentiellement non linéaire, introduit par le guidage de la bobine d'accès, que ce guidage soit effectué à l'aide de moyens en roulement (galets ou roulements à billes) ou de moyens en simple glissement. Avec un guidage soit en roulement, soit en frottement, effectué directement sur le noyau magnétique central, un tel dispositif permet d'obtenir une précision de suivi de piste de l'ordre de quelques micromètres. Mais dans un disque de type optique, la précision requise est de l'ordre de 0,1 micromètre. Ainsi un dispositif de l'art connu, décrit dans la demande de brevet européen publiée sous le N' O 012 650, concerne un dispositif assurant l'asservissement vertical et Passervissement radial de position par déplace- ment d'un équipage mobile de très faible poids, ces deux asservissements étant commandés par des courants proportionnels aux déplacements à obtenir Pour cela, des éléments conducteurs parcourus par les courants de commande sont placés dans un champ magnétique fixe, orthogonal au rayon et s'étendant sur toute la longueur utile du rayon du disque, et se déplaçant dans ce champ magnétique; l'objectif de lecture étant rendu solidaire de ces éléments mobiles. Cependant, ce dispositif de l'art connu est muni de pièces en glis- sement dans l'entrefer de son circuit magnétique et présente donc les limitations liées au frottement solide et décrites précédemment. Ainsi le fonctionnement correct d'un dispositif mixte d'accès et de suivi de piste est lié essentiellement à son guidage et c'est le dispositif de guidage permettant de pallier ce grave inconvénient de l'art connu qui est l'objet principal de l'invention Dans le dispositif de l'invention, pour effectuer ce guidage, on utilise la répulsion entre deux champs magnétiques. Le guidage s'effectue par sustentation de la tête optique. De plus, la fixation de l'actuateur de focalisation sur l'actuateur radial permet, outre les avantages mécaniques escomptés, d'éviter certains défauts de réaction optique inhérents aux têtes optiques classiques; en effet, qu'il s'agisse d'un système avec miroir radial oscillant ou d'un système avec actuateur radial en translation fixé sur l'actuateur de focalisation, on ne peut éviter complètement d'avoir un déplacement du faisceau optique entraînant soit un effet de diaphragme de la pupille de l'objectif, soit un déplacement ou une déformation de la tache optique de retour. Au contraire dans le cas d'un actuateur de focalisation fixé sur l'actuateur de poursuite radial, ces effets sont inexistants et un système de senseur de poursuite radiale par exemple de type "push-pull" est utilisable. L'invention a pour objet une tête optique d'écriture-lecture d'un disque par l'intermédiaire d'au moins un rayonnement focalisé, ce disque compor- tant au moins une piste, cette piste comportant des sillons régulièrement espacés, cette tête optique utilisant un moteur comportant un circuit magnétique fixe muni d'au moins un entrefer dans lequel se déplace un équipage mobile, ce circuit magnétique comprenant un circuit magnétique d'accès et de poursuite radiale comportant au moins un noyau sécant de tous les sillons, cet équipage mobile comprenant des actuateurs destinés à l'accès à la piste, à son suivi radial et à la focalisation du rayonnement sur cette piste et un objectif de focalisation, caractérisé en ce que l'équipage mobile est constitué de deux actuateurs, le premier permettant l'accès et la poursuite radiale de la piste, le second permettant la focalisation du rayonnement lumineux sur cette piste, des moyens de fixation permettant de relier ces deux actuateurs, le premier actuateur comportant au moins une bobine d'accès et de poursuite radiale, le deuxième actuateur étant consti- tué d'une bobine de focalisation, des moyens de guidage du premier actuateur permettant la sustentation magnétique de cet actuateur d'accès et de poursuite radiale par rapport à chaque noyau du circuit magnétique d'accès et de poursuite radiale. Elle a en outre pour objet un dispositif optique associé à une telle tête. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparai- tront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées parmi lesquelles: les figures I et 2 représentent des vues schématiques d'une tête optique allégée à trois actuateurs; les figures 3 à 5 illustrent différents aspects d'une tête optique selon l'invention; les figures 6 et 7 illustrent une variante de la tête optique de l'invention; les figures 8 à 13 illustrent différents aspects particuliers de l'invention; les figures 14 et 15 illustrent le dispositif de guidage de la tête optique selon l'invention; les figures 16 à 18 illustrent diverses variantes de ce dispositif de guidage. Ainsi afin de minimiser les dimensions et aussi par suite la puissance de commande de l'actuateur d'accès, une amélioration des têtes optiques consiste à diminuer la masse de la "tête optique" en rendant fixes les circuits magnétiques de la "tête optique" et donc en ne liant plus à l'objectif mobile que des bobines magnétiques interagissant avec un champ fixe Un tel système est décrit sur les figures 1 et 2 qui représentent schémati- quefnent un type de réalisation possible. La figure 1 illustre une vue en perspective d'une tête mobile de focalisation et de poursuite radiale et d'accès 1 représente l'objectif, 2 la bobine de focalisation et 3 la bobine de poursuite radiale Un courant 1 " parcoure la bobine de focalisation 2, et un courant I' parcoure la bobine de poursuite radiale 3. Cet ensemble apparait aussi dans la figure 2 dans laquelle la troisième bobine, la bobine d'accès 6, qui est parcourue par un courant 1, est représentée. Une fixation souple radialement et en focalisation relie l'ensemble des deux bobines 2, 3 et l'objectif 1 à la bobine d'accès 6. 12 représente le circuit magnétique du moteur linéaire d'accès Celui- ci est un ensemble magnétique fixe refermé aux deux extrémités Il comporte un noyau central 15 avec les directions du champ magnétique B. Sur cette figure et sur' les suivantes les parties hachurées représentent les pièces polaires et les parties quadrillées les aimants. 1 I représente le circuit magnétique radial et 10 l'aimant de focali- sation. 8 représente le miroir de renvoi sur lequel se réfléchi le faisceau lumineux 9 qui est focalisé par l'objectif 1 pour atteindre le support des informations. Comme représenté à la figure 2, on utilise préférentiellement deux champs magnétiques B' et B" de mêmes directions. Cependant, deux bobines semblent faire double-emploi: d'une part, la bobine 6 de I'actuateur d'accès qui permet l'accès et une correction partielle de l'écart de piste et, d'autre part, la bobine 3 de l'actuateur de poursuite radiale de piste De plus, un tel dispositif paraît compliqué à réaliser et par suite peu intéressant D'o le grand intérêt de l'invention qui consiste à éliminer la bobine de poursuite de piste 3, la bobine d'accès 6 étant alors chargée des deux fonctions d'accès et de poursuite radiale de piste. Le système est composé d'un actuateur radial et d'accès sur lequel est fixé l'actuateur de focalisation Tous les circuits magnétiques sont fixes et de longueur un peu supérieure à la longueur radiale utile du disque, les éléments mobiles sont limités aux composants optiques (fondamentalement l'objectif) et aux bobines des actuateurs Les deux circuits magnétiques de base sont décrits aux figures 3 et suivantes. Les figures 3 et 4 illustrent la partie motrice de l'actuateur radial et d'accès à l'exclusion de sa suspension. La figure 3 est une vue schématique en coupe dans laquelle on retrouve l'objectif situé sur I'actuateur de focalisation, le noyau central 15 de l'actuateur radial et d'accès, 4 les aimants droite et gauche et enfin 12 les pièces polaires de cet actuateur En 6 est représenté la bobine correspondante. Les mêmes éléments sont représentés à la figure 4 qui est une vue de dessus du dispositif Les lignes de champ magnétique sont représentées en 13 Les barres 14 permettent la fermeture du champ aux extrémités de cet actuateur L'actuateur de focalisation qui comporte la bobine 2 et auquel est relié l'objectif 1, est relié au précédent actuateur par l'intermédiaire d'au moins une lame ressort souple 19 encastrée dans un support 26 qui est solidaire de la bobine 6 du précédent actuateur Cette bobine 6 joue le rôle des précédentes bobines 3 et 6 de la figure 2. La figure 5 illustre cette partie actuateur radial et d'accès incorporée dans le dispositif complet d'enregistrement-lecture du disque On retrouve donc en éclaté le noyau central 15 et les pièces polaires 12 de cet actuateur ainsi que l'actuateur de focalisation comportant la bobine 2 L'actuateur de focalisation auquel est fixé l'objectif est relié par l'intermédiaire d'une lame ressord souple 19 encastrée dans un support 18 à la bobine du précédent actuateur ' Le disque 32 qui comporte au moins une piste circulaire ou en spirale est représenté avec des sillons 36, il tourne autour de l'axe A. Le bloc optique 35 produit un rayonnement collimaté 9, qui après réflexion par le miroir 8 est focalisé sur la piste par l'objectif 1. La bobine 6 est représentée ici avec des petits aimants 32 qui permettent la sustentation magnétique par rapport au noyau central 15 Une masse d'équilibrage de cette bobine 6 est représentée en 34. Pour simplifier cette figure le circuit magnétique de focalisation représenté en 10 à la figure 2 a été omis. Les figures 8, 9 et 10 représentent la partie actuateur de focalisation avec une bobine 2 et des aimants 10 et un objectif en 1. L'élément de focalisation fixé sur l'élément radial et d'accès est fixé de façon souple dans la direction de la focalisation (il présente une fréquence de résonance basse par exemple: 30 Hz) Dans la direction radiale, cette fixation doit conduire à une grande raideur: elle doit présenter une fréquence de résonance élevée, c'est-à-dire située au-delà de la bande du servomécanisme radial, soit de l'ordre de 5 à 10 k Hz Cette condition s'obtient assez facilement avec des lames en matériau à fort module d'élasticité, travaillant en flexion pour la focalisation et en com- pression-extension pour la poursuite radiale Le rejet à haute fréquence de cette résonance permet d'introduire le filtre de correction de boucle dans une zone de déphasage ir En effet en introduisant un filtre d'avance de phase du type résistif-capacitif par exemple, on peut obtenir simplement un servomécanisme du deuxième degré. Une masse d'inertie supplémentaire est fixée rigidement sur la bobine de poursuite radiale et d'accès du côté opposé à celui o est fixé l'élément de focalisation Celle-ci est représentée en 34 sur la figure 5. Du fait de l'impossibilité de confondre parfaitement le centre d'appli- cation des forces de la bobine de poursuite radiale et d'accès et le centre de gravité de l'équipage mobile complet (bobine de poursuite radiale et d'accès, dispositif de focalisation, masse d'inertie supplémentaire), la force de la bobine de poursuite radiale produit en plus du mouvement de translation radiale, un mouvement de tangage Pour que ce mouvement de tangage n'interdise pas la fermeture de la boucle d'asservissement radial avec un gain satisfaisant il faut placer le centre de poussée des forces et le centre de gravité de l'équipage de façon que ce tangage donne au niveau du disque un mouvement dans la direction de la translation le plus possible en phase avec cette dernière C'est le rôle de la masse d'inertie 34 supplémentaire de permettre ce positionnement du centre de gravité. La masse d'inertie 34 supplémentaire doit être choisie avec une masse aussi faible que possible, permettant donc de ne pas trop diminuer la sensibilité radiale du système, mais permettant cependant de positionner le centre de gravité à l'endroit souhaité Elle doit donc se présenter comme une structure rigide, fixée rigidement sur la bobine poursuite radiale, mais avec l'essentiel de sa masse éloigné de cette dernière. Une variante du présent dispositif d'actuateurs de focalisation et de poursuite radiale et d'accès est illustrée aux figures 6 et 7 qui correspondent respectivement aux figures 3 et 4 L'actuateur radial et d'accès comporte alors deux noyaux centraux 27 et 28 sur lesquels sont guidées deux bobines 22 et 23 24 représente une ossature rigide reliant les deux bobines radiales 22 et 23. Les autres pièces de l'actuateur radial sont restées les mêmes et sont numérotées de la même façon que précédemment: on retrouve les pièces polaires 12, les aimants 4 On retrouve aussi l'objectif 1 Mais cette fois ci l'actuateur de focalisation est différent, d'une part il est relié aux deux bobines 22 et 23 par l'intermédiaire d'une suspension élastique représentée en 25 et 26 D'autre part, il est constitué d'une bobine 2 représentée aux figures Il et 13 interagissant avec deux aimants 10 représentés à la figure Il. Une variante de cet actuateur de focalisation est représenté à la figure 12 avec des pièces polaires 29 et des aimants 10. Pour effectuer le guidage de la tête mobile, le dispositif suivant l'invention utilise la répulsion entre deux champs magnétiques ce qui permet la sustentation de cette tête. On considère alors le dispositif illustré à la figure 14. Comme représenté à la figure 14, si l'on accroît la hauteur des aimants 4 du circuit magnétique de base de l'actuateur d'accès et de poursuite radiale sans modifier ses pièces polaires 12, on ne perturbe pas le champ dans les pièces polaires (ce champ B continue de se refermer longitudi- nalement, soit perpendiculairement au plan de section droite du circuit), mais on rajoute un champ B 1 se refermant dans un plan de section droite du circuit Si l'on considère quatre petits aimants 18 polarisés dans la direction j comme représenté aux figures 14 et 15, il naît de l'action du champ B 1 sur les petits aimants des forces de répulsion tendant à les faire sortir du champ Bl et à vaincre l'action de la pesanteur Les aimants 10 formant le circuit magnétique du dispositif de focalisation sont aussi représentés sur la figure 14 Ils s'opposeraient, si besoin était, à une trop forte répulsion du circuit magnétique inférieur. En disposant convenablement les différents petits aimants 18 soli- daires de la bobine radiale et d'accès, on peut, en principe, réaliser un guidage à la fois en x et en z et de plus éviter que les rotations de roulis, tangage et lacet soient gênantes. Cependant, si l'on se réfère à un actuateur classique, c'est-à-dire une bobine de haut parleur sans suspension mécanique, utilisé pour l'asservis- sement de focalisation dans de nombreux lecteurs de disque optique, on voit que l'on a seulement une force de sustentation s'opposant à la pesanteur et des frottements solides éventuels dans les directions orthogonales Ce dispositif permet cependant d'atteindre des précisions d'asservissement de l'ordre de 0,1 micromètre. Aussi, on peut admettre qu'il n'est pas nécessaire de réaliser un guidage parfait "toutes directions" du moteur radial et d'accès et que quatre petits aimants 18 fixés rigidement à la bobine radiale et d'accès dans la zone située au-dessus des aimants principaux permettent un guidagesustentation suffisant de l'équipage mobile sans trop accroître sa masse Compte tenu du gradient du champ B à la fois suivant z et suivant x, le guidage est assuré dans deux directions Le fait d'utiliser deux fois deux aimants situés aux extrémités de la bobine radiale comme représenté à la figure 15 permet de s'opposer aux rotations mentionnées précédemment. Une variante du principe du dispositif peut être l'interaction entre le champ Bl de l'aimant et le courant I 1 d'une bobine 16 fixée sur l'équipage mobile radial et d'accès, comme représenté aux figures 16 et 17. Si l'on désire malgré tout améliorer la précision du guidage suivant x, il est possible de modifier la partie extérieure des aimants du moteur d'accès et de poursuite radiale conformément au schéma de la figure 18. Dans ces conditions, la force de répulsion se partage de façon semblable entre les directions x et z, l'angle formé par la direction commune aux petits aimants 18 et à la surface des aimants 4 étant d'environ 1 r/4 par rapport à la verticale Oz. L'élément de focalisation étant directement soumis à la force de focalisation, la réponse de son mouvement aux hautes fréquences reste en inverse carré de la fréquence malgré la souplesse de la suspension magné- tique; par conséquent, il ne se pose pas de problème de correction de boucle, le déphasage ne dépassant pas ir aux plus hautes fréquences. Le système décrit ci-dessus est tout particulièrement adapté au cas o l'optique d'enregistrement-lecture est divisée en deux parties: une partie fixe comportant les sources de lumière et les senseurs et une partie mobile, la "tête optique", comportant les actuateurs et l'objectif auxquels il faut adjoindre un miroir de renvoi qui permet d'envoyer vers l'objectif le faisceau provenant de la partie fixe de l'optique, et réciproquement de renvoyer vers la partie fixe de l'optique le faisceau réfléchi par le disque et provenant de l'objectif C'est le cas qui a été choisi pour décrire l'invention. Il peut cependant être employé dans une tête compacte simplifiée renfermant l'ensemble de l'optique (spécialement dans le cas d'un lecteur seul dont l'optique peut être très allégée); dans ce cas l'ensemble de l'optique est situé sur le moteur radial et d'accès L'objectif servant à la focalisation sur le disque peut, pour présenter une masse réduite être réalisé sous la forme d'une monolentille asphérique ou d'une lentille holographique. Le laser est un laser à semi-conducteur et les éléments optiques sont réduits à leurs plus petites dimensions possibles. A titre d'exemple, les actuateurs décrits peuvent être commandés par l'électronique suivante: La focalisation peut être réalisée, par exemple, par des circuits comportant une correction proportionnelle et par dérivation et en plus éventuellement par intégration. La poursuite de piste peut être réalisée, par exemple, par des circuits comportant une correction proportionnelle, par dérivation et par inté- gration. L'accès à la piste du disque peut être réalisé, par exemple, par une commande gérée avec asservissement de vitesse par microprocesseur. il REVENDICATIONS 1 Tête optique d'écriture-lecture d'un disque par l'intermédiaire d'au moins un rayonnement focalisé ( 9), ce disque comportant au moins une piste, cette piste comportant des sillons ( 35) régulièrement espacés, cette tête optique utilisant un moteur comportant un circuit magnétique fixe muni d'au moins un entrefer dans lequel se déplace un équipage mobile, ce circuit magnétique comprenant un circuit magnétique d'accès et de poursuite radiale comportant au moins un noyau ( 15) sécant de tous les sillons, cet équipage mobile comprenant des actuateurs destinés à l'accès à la piste, à son suivi radial et à la focalisation du rayonnement sur cette piste et un objectif de focalisation ( 1), caractérisée en ce que l'équipage mobile est constitué de deux actuateurs, le premier permettant l'accès et la poursuite radiale de la piste, le second permettant la focalisation du rayonnement lumineux sur cette piste, des moyens de fixation souples permettant de relier ces deux actuateurs, le premier actuateur comportant au moins une bobine d'accès et de poursuite radiale, le deuxième actuateur étant cons- titué d'une bobine ( 2) de focalisation, des moyens de guidage du premier actuateur permettant la sustentation magnétique de cet actuateur d'accès et de poursuite radiale par rapport aux aimants du circuit magnétique d'accès et de poursuite radiale ( 12). 2 Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit d'accès et de poursuite radiale comporte un noyau ( 15) unique. 3 Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit d'accès et de poursuite radiale comporte deux noyaux ( 27, 28). 4 Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque circuit magnétique radial et d'accès est refermé à ses extrémités. Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de fixation de l'actuateur de focalisation sur l'actuateur de poursuite radiale et d'accès sont souples dans la direction de focalisation et raides dans la direction radiale. 6 Tête optique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de fixation sont au moins une lame de matériau à fort module d'élasticité travaillant en flexion pour la focalisation et en extension- compression pour la poursuite radiale et amortie en surface par une couche d'un matériau de faible raideur et de fort amortissement interne. 7 Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit magnétique d'accès et de poursuite radiale comporte des pièces polaires de dimension verticale inférieure à celle des aimants, des aimants ( 18) solidaires de chaque bobine d'accès et de poursuite radiale étant disposés au-dessus de ces aimants du circuit magnétique et de poursuite radiale. 8 Tête optique selon la revendication 7, caractérisée en ce que ces aimants ( 18) sont au nombre de quatre pour chaque bobine d'accès et de poursuite radiale, fixés des deux côtés de cette bobine. 9 Tête optique selon la revendication 8, caractérisée en ce que la surface extérieure des aimants du circuit d'accès et de poursuite radiale, située hors de ce circuit magnétique, et les aimants ( 18) solidaires de chaque bobine d'accès et de poursuite radiale ont une direction commune formant un angle d'environ /4 avec la verticale. Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de sustentation magnétique sont réalisés par une bobine ( 16). 11 Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une masse ( 34) fixée sur l'ossature de la bobine d'accès et de poursuite radiale du côté de la bobine opposé à celui o est fixé la bobine de focalisation. 12 Tête optique selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que le bloc optique contenant la tête laser produisant le rayonnement lumineux et l'ensemble de détection optique du rayonnement réfléchi par le disque sont solidaires du circuit magnétique fixe. 13 Tête optique selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que le bloc optique contenant la tête laser produisant le rayonnement lumineux et l'ensemble de détection optique du rayonnement réfléchi par le disque sont solidaires de l'équipage mobile comportant la bobine radiale et daccès. 14 Dispositif d'accès à une piste portée par un disque enregistrable ou lisible optiquement par un rayonnement focalisé, caractérisé en ce qu'il utilise une tête optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.