Brevet FR2523351A1 — publié le 19830916

TETE OPTIQUE DANS UN DISPOSITIF D'ENREGISTREMENT LECTURE D'UN SUPPORT D'INFORMATION L'invention se rapporte au domaine des disques supports d'information, enregistrables'et lisibles optiquement, l'information étant enregistrée sous forme d'une perturbation d'une couche sensible à un rayonnement, par exemple une couche thermosensible. Une tête optique peut comporter: un laser semiconducteur type As Ga; un objectif de mise à l'infini; un ou deux prismes anamorphoseurs; un cube séparateur de polarisation; une lame quart d'onde; un miroir de renvoi; un ensemble de servomoteurs pour la focalisation sur le disque et pour le suivi de piste. Le faisceau lumineux émis par la source laser après réflexion sur le miroir de renvoi est focalisé par l'objectif de focalisation sur une piste prédéterminée du support d'information Ce miroir de renvoi permet un asservissement radial de la tête optique Mais ce faisceau, du fait de la rotation de ce miroir de renvoi autour de son axe, subit des effets de pupille. En effet il est diaphragmé par la pupille d'entrée de l'objectif de focali- sation. Le dispositif de l'invention permet de pallier cet inconvénient de l'art connu. Le dispositif de l'invention a pour objet une tête optique dans un dispositif d'enregistrement-lecture d'un support d'informations comprenant au moins une piste, comportant une source laser à semiconducteur émettant un faisceau collimaté selon une direction déterminée et éclairant via un miroir de renvoi la pupille d'entrée d'un objectif projetant un spot d'éclaire- ment dudit support, et des moyens photodétecteurs du rayonnement recueilli par cet objectif en provenance de ce support d'information, caractérisé en ce que ce miroir de renvoi a son axe de rotation situé dans le plan de la pupille d'entrée de l'objectif de focalisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-après, en référence aux figures annexées parmi lesquelles: la figure I illustre un dispositif de l'art connu; les figures 2 à 5 illustrent le fonctionnement du miroir de renvoi dans des dispositifs de l'art connu; les figures 6 et 7 illustrent le fonctionnement du miroir dans la tête optique selon l'invention; la figure 8 illustre une tête optique selon l'invention. La figure I représente un dispositif de l'art connu Sur cette figure 1, le laser semiconducteur est polarisé linéairement suivant le plan de la jonction, ce qui permet d'utiliser un séparateur de faisceau par polarisation 16 Celui-ci peut être, par exemple un cube constitué de deux prismes collés La surface de séparation 3 constituée par l'hypoténuse des deux cubes est traitée de façon à être séparatrice de polarisation: elle transmet en totalité des rayonnements ayant une polarisation donnée et elle réfléchit en totalité des rayonnements ayant une polarisation à 1 T/2 de la précédente. Ainsi sur la figure 1, le rayonnement FA provenant de la source laser est intégralement transmis vers le disque 4 Un objectif 6 d'axe optique confondu avec l'axe A est placé entre le laser 1 et le séparateur de faisceau x par polarisation 16 A sa sortie le rayonnement est rendu à peu près parallèle pour atteindre en sa totalité la face 17 du séparateur de faisceau 16 Cet objectif est conçu de façon à ne pas présenter d'aberrations sphériques pour les ouvertures maximales du faisceau FA formés par le laser 1. Le faisceau FC transmis par ce séparateur par polarisation 16 atteint ensuite la lame parallèle quart d'onde 5 Cette lame est orientée à Âr/4 de la polarisation du faisceau incident FC. Cette lame quart d'onde permet de réaliser un découplage optique En effet les rayonnements issus de la source 1 et réfléchi par la surface du support d'information 4 n'auront plus une même polarité et ne pourront donc interférer. De plus, l'onde incidente polarisée linéairement ressort de cette lame parallèle quart d'onde 5 polarisée circulairement et par exemple dans le sens levogyre Cette onde va être transmise aux éléments de la tête d'enregitre- -23351 ment-lecture et réfléchie par le disque Elle est retournée ensuite vers la lame quart d'onde 5 toujours polarisée circulairement mais dans le sens dextrogyre Il s'en suit que cette onde est retournée vers le séparateur de faisceau 16, après traversée de la lame quart d'onde 5, polarisée linéaire- ment mais à r /2 radian de la polarisation originale Il s'en suit qu'à la traversée du séparateur de faisceau 16 il y a réflexion sur la face 3. Ainsi le faisceau réfléchi par la surface du disque 4 de la figure 1 est séparé du faisceau émis par le laser 1 grâce à la lame quart d'onde 5 et à la surface séparatrice 3 d'un cube séparateur par polarisation 16 Lorsque le faisceau F est parfaitement focalisé sur le disque, formant une tâche quasi ponctuelle T, après traversée de la lentille convergente 10 qui peut être par exemple une lentille plan convexe, le faisceau de retour FB se focalise en un point Lors de la lecture, la puissance du faisceau FB, qui peut être détectée au voisinage de ce point, par des moyens de détection 11 est fonction de l'état de surface du disque 4 au point T La présence d'une empreinte gravée en creux implique une absence ou une diminution du pouvoir réfléchissant du disque 4 Au contraire, dans les zones non gravées, le faisceau est totalement réfléchi Ainsi, la puissance du faisceau FB est modulée au fur et à mesure de la rotation du disque et de l'avance radiale de la tête, au rythme de la modulation de relief préalablement inscrite sur le disque Par ailleurs, tant au cours de l'enregistrement que de la lecture, il est souhaitable que les moyens de détection 11 puissent détecter les erreurs de focalisation (le point T n'est pas exactement dans le plan du disque) exprimées sous la forme d'un décalage en Z Les signaux de détection de ces erreurs sont alors utilisés par l'intermédiaire du circuit 19 pour asservir la position de l'objectif 8 Ces moyens de détection peuvent également permettre de détecter les erreurs de suivi radial (le point T n'est pas situé sur la piste gravée, dans le cas de la lecture, ou sur la piste que l'on souhaite tracer généralement matérialisée sous forme d'une piste pré-gravée dans le cas de l'enregistrement), exprimées sous la forme d'un décalage sur l'axe radial du disque 4. Sur le parcours du faisceau FC on positionne un miroir galvano- métrique 2 dont le pivotement autour d'un axe assure l'asservissement radial Ce miroir de renvoi 2 est inséré avant l'objectif 8 de façon à dévier selon un axeà z le faisceau FC reçu selon l'axe A x L'objectif 8 focalise alors le faisceau F sur le disque support d'information 4 Ce disque est animé d'un mouvement de rotation symbolisé par la flèche 7. Dans les figures 2, 3 et 4 on va décrire une réalisation préférentielle du miroir de renvoi 2 utilisé dans les dispositifs de l'art connu et dont certains éléments sont repris à titre non limitatif dans l'invention. Comme représenté schématiquement en coupe sur la figure 2, le plan mobile dont est solidaire le miroir 2 et qui, dans un exemple de réalisation est le miroir lui-même repose sur un plan 20 du socle fixe par l'intermédiaire d'un élément élastique prismatique 21 dont l'axe est la direction autour de laquelle pivote ce miroir 2 L'élément 21 est un prisme par exemple en caoutchouc, possédant deux faces latérales parallèles d'appui 22 et 23 La face 22 est collée sur la face inférieure du miroir 2, la face 23 de ce prisme est collée sur le plan 20 du socle fixe Le miroir 2, est disposé sensiblement symétriquement sur l'élément 21 de façon à être en équilibre parallèlement au plan 20 en absence de force électrodynamiques. Les moyens moteurs électrodynamiques dont est muni ce déflecteur et qui ne sont pas représentés sur ce schéma produisent sur le miroir 2 un couple de forces représenté par les flèches 24 sur la figure 2 Sous l'effet de ce couple, le miroir 2 bascule comme représenté sur la figure 2, entraînant la déformation en flexion de l'élément 21 qui lui reste attaché et qui exerce, sur le miroir 2, une force de rappel qui tend à le ramener dans sa position initiale. Pour augmenter la définition du mouvement de rotation, on peut utiliser un élément 21 possédant un étranglement longitudinal, parallèle aux faces d'appui sous l'effet du couple de forces faisant basculer le miroir, cet élément se déforme préférentiellement dans la zone dé moindre résistance mécanique, c'est à dire dans la partie étranglée Si elle est suffisamment étroite, elle peut être assimilée à un axe de rotation Un exemple de réalisation d'un tel élément est représenté sur la figure 3 C'est un prisme à section en X Ce prisme possède deux faces parallèles 22 et 23, destinées à être reliées, par collage par exemple, respectivement au miroir et au plan du socle fixe. La section droite de ce prisme est un X dont la partie étranglée délimitée arbitrairement par les pointillés, constitue la section de "l'axe" de rotation du système. Un déflecteur optique mettant en oeuvre un tel élément à section en X est représenté sur la figure 4 Ce déflecteur est constitué d'un ensemble d'éléments mobiles reposant sur un ensemble d'éléments fixes par l'inter- médiaire de l'élément élastique à section en X Sur la face inférieure du miroir 2 est collée un cadre supportant le bobinage 25 Le miroir 2 est rectangulaire, et le bobinage est un cadre à section rectangulaire, de dimensions légèrement inférieures à celles du miroir L'ensemble des élé- ments fixes comprend un socle proprement dit 26, sur lequel sont disposés trois blocs de ferrite 27, 28, 29, de façon à ménager deux espaces 30 et 31, parallèles à deux côtés du miroir dans lesquels régnent deux champs magnétiques identiques dirigés selon le sens des flèches H Le miroir 2 est relié au bloc de ferrite 27 servant de plan fixe par l'intermédiaire de l'élément prismatique en caoutchouc 21 dont la face latérale supérieure 22 est collée à la face inférieure du miroir 2 et dont la face latérale inférieure 23 est collée à la face supérieure de la ferrite 27 Deux côtés opposés 32 et 33 de la bobine 25 plongent dans les espaces 30 et 31 o règne le champ magnétique H permanent Quand la bobine est alimentée par un courant électrique I, les deux côtés opposés 32 et 33 subissent deux forces de même intensité et de sens contraire, ce qui fait pivoter le miroir 2 autour de "l'axe" de rotation constitué par l'étranglement de l'élément élastique 21. Cet élément exerçant un couple de rappel sur le miroir, ce dernier se bloque dans une position qui est fonction de l'intensité du courant électrique I, ce qui rend possible la télécommande de l'orientation du miroir Dans une application au disque optique, un tel déflecteur est utilisé pour l'asservis- sement radial du faisceau optique sur la piste gravée sur le disque. Dans les dispositifs de l'art connu, le miroir 2 tourne autour d'un axe 36 qui est situé en son centre de symétrie comme représenté en figure 5. Mais le faisceau incident représenté alors en pointillés est alors diaphragmé par la pupille d'entrée 35 de l'objectif de focalisation. Dans la tête optique selon Finvention, l'axe de rotation 36 du miroir galvanométrique a été déportée pour le placer dans le plan de la pupille d'entrée 35 de l'objectif de focalisation sur le disque, ceci pour éviter les effets de pupille liés à la rotation du miroir 2 autour de son axe 36 Pour des raisons de commodité (éviter d'avoir un trop grand bras de levier qui risquerait de perturber le système), la pupille d'entrée 35 de l'objectif de focalisation se trouve le plus possible en avant de l'objectif. Ainsi comme représenté en figure 6, lorsque le miroir de renvoi 2 tourne autour de son axe 36, il passe toujours par les deux points A et B, et toute son énergie atteint ainsi le disque 4. Dans la tête optique de l'invention, la pupille d'entrée 35 est consi- dérée préférentiellement comme étant une pupille virtuelle ramenée dans l'espace d'entrée. Sur la figure 7, on prend l'exemple non limitatif d'un dispositif optique 36 comportant trois éléments dont les diaphragmes d'ouverture sont respec- tivement, Y 2 et le Pl' P 2 et P 3 sont les conjugués dans l'espace objet de ces diaphragmes W 1, Tr et 1 T 3 Le faisceau incident sur le miroir 2 étant collimaté, P 2 qui est l'ouverture de plus petit diamètre est donc la pupille d'entrée 35, wf 2 est donc le diaphragme d'ouverture. On considère alors la tête optique de l'invention comprenant le miroir de renvoi 2 tel que décrit précédemment et qui est illustré notamment, à titre non limitatif, à la figure 4, en tenant compte de la modification illustrée à la figure 6 On obtient ainsi une tête optique intégrée 40 selon l'invention Celle-ci est illustrée à la figure 8 Les éléments décrits précédemment dans les figures l et 4 ont conservé les mêmes numéros Le fonctionnement général de cette tête 40 a été décrit précédemment en illustration à la figure l. Dans la tête optique de l'invention, l'axe de pivotement du miroir galvanométrique 2 n'est donc pas confondu avec le centre de gravité de la structure pivotante; ainsi lors d'un déplacement rapide de la tête optique, l'accélération imprimée au miroir, fait naitre un couple de renversement qui désoriente ce miroir 2 Ce miroir galvanométrique 2 peut tourner autour de l'axe matérialisé par la section étranglée du support à section en X Le pivotement intempestif dû à l'accélération subie lors d'un déplacement rapide de la tête optique, perturbe l'asservissement radial. Pour enrayer ce déséquilibre du miroir 2 pendant le déplacement rapide de la tête optique une source émettrice 38 qui peut être, par exemple, une diode émissive envoie un faisceau lumineux qui se réfléchit, par exemple, sur la tranche du miroir rendue réfléchissante pour atteindre des moyens photodétecteurs 39 Ces moyens photodétecteurs 39 permettent alors de bloquer le miroir 2 dans une position prédéterminée pendant le déplacement rapide de la tête optique Le faisceau lumineux ainsi émis a une longueur d'onde différente du faisceau lumineux qui est focalisé sur le disque. Ces moyens photodétecteurs peuvent être réalisés avec une cellule deux quadrants par exemple. Dans une variante préférée de la tête optique de l'invention, le dispositif séparateur par polarisation est réalisé avec un prisme 18 qui permet aussi lanamorphose du faisceau de section ayant la forme d'une ellipse émis par la source laser 1 Ce dispositif est décrit dans une demande de brevet déposée ce jour. L'anamorphose du faisceau est obtenue en inclinant le faisceau par rapport à la normale de la face d'entrée du prisme 18 qui est la base d'un prisme isocèle Ce prisme 18 est représenté à la figure 8 qui illustre le dispositif de l'invention. Ce prisme joue aussi le rôle de séparateur de faisceau par polarisation, c'est pourquoi sa face d'entrée 13 a subi un traitement séparateur de polarisation qui transmet complètement la lumière incidente dont la polari- sation est orientée suivant le petit axe de l'ellipse, et réfléchit compléte- ment la lumière polarisée à 90 qui revient après réflexion sur la surface du disque 4. Ainsi ce prisme 18 joue le rôle d'anamorphoseur: si m est l'ellipticité du faisceau (rapport du grand axe sur le petit axe de l'ellipse), on choisira l'angle de ce prisme 18 isocèle A avec: i A\ 2 sin A I 2/ 2 o N est l'indice du prisme et i langle d'incidence du faisceau, avec sin i = N sin A pour faire sortir les faisceaux normalement aux côtés du prisme isocèle, aussi bien à l'aller qu'au retour Par exemple, pour m = 2,56, nous avons un prisme en verre d'indice N = 1,516 isocèle en B d'angle A = 39 9 ' et l'incidence est 72 23 '. La lame quart d'onde 5 qui permet de faire tourner la polarisation de la lumière réfléchie par le disque de 90 par rapport à celle de la lumière incidente, taillée orientée dans un carré dont les lignes neutres sont les diagonales, a été collée sur l'un des côtés du prisme 18. L'objectif 10 peut être réalisé avec une lentille plan convexe qui peut être, par exemple, collée sur l'autre côté du prisme 18 comme représenté à la figure 8 Ce qui permet la focalisation sur les moyens de détection 11. REVENDICATIONS 1 Tête optique dans un dispositif d'enregistrement-lecture d'un sup- port d'information comprenant au moins une piste, comportant une source laser ( 1) à semiconducteur émettant un faisceau collimaté selon une direction déterminée et éclairant via un miroir de renvoi ( 2) la pupille d'entrée ( 35) d'un objectif ( 8) projetant un spot d'éclairement dudit support, ef des moyens photodétecteurs ( 11) du rayonnement recueilli par cet objectif ( 8) en provenance de ce support d'information ( 4), caractérisée en ce que le miroir de renvoi ( 2) a son axe de rotation situé dans le plan de la pupille d'entrée ( 35) de l'objectif ( 8) de focalisation. 2 Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de blocage du miroir de renvoi 2. 3 Tête optique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de blocage du miroir 2 de renvoi comportent une seconde source lumineuse ( 38) émettant un rayonnement, de longueur d'onde différente de celle du rayonnement émis par la source laser ( 1), se réfléchissant sur le miroir ( 2) pour atteindre de second moyens photodétecteurs ( 39). 4 Tête optique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rayonnement émis par cette seconde source ( 38) lumineuse se réfléchissent sur la tranche du miroir pour atteindre les seconds moyens photodétecteurs ( 39). Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le miroir de renvoi ( 2) est solidaire d'un cadre bobiné ( 25) de forme rectangu laire parcouru par un courant électrique variable et plongeant dans des champs magnétiques fixes fournis par des moyens inducteurs fixes constitués de trois blocs parallépipédiques de ferrite ( 27, 28, 29) alignés pour créer deux entrefers ( 30, 31) traversés par des champs magnétiques de même direction, un élément élastique ( 21) de section en X ayant deux faces d'appui parallèles, l'une des faces ( 23) étant fixés à un des blocs ( 28) paral- lépipédiques extérieurs, l'autre face ( 22) étant fixée à la face dorsale du miroir de renvoi ( 2), cet élément servant d'axe de rotation au miroir de renvoi ( 2). 6 Tête optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support d'information est un disque ( 4).