Brevet FR2514516A1 — publié le 19830415

_ 1 _ "Prisme diviseur de faisceau, son procédé de fabrication et unité d'enregistrement et/ou de lecture optique munie de ce prisme" L'invention concerne un prisme diviseur de faisceau, muni d'une face d'entrée pour un faisceau de rayonnement, d'une face de division de faisceau et d'une face de sortie pour un faisceau de rayonnement ayant subi une variation de direction dans le prisme, face d'entrée et face de sortie qui appartiennent aux parties pris- matiques en verre, alors que sur la face de sortie est disposée un prisme dit en toit présentant une arête réfringente. Une unité de lecture optique munie de ce prisme est décrite dans l'article "PCM-Schallplatte fur die 80 er Jahre" dans: "Radio Mentor" 45 ( 1979) pages 138 à 140 Cette unité de lecture comporte une source de rayonnement sous forme d'un laser à diode semiconduc- trice Le faisceau de lecture émis par ce laser est focalisé par un système d'objectif sur une structure d'information qui est appliquée sur un porteur d'enregistrement en forme de disque circulaire Le faisceau de lecture réfléchi par la structure d'information parcourt une seconde fois le système d'objectif et ensuite un prisme diviseur inséré entre la source de rayonnement et le système d'objectif Ce prisme fait sortir le faisceau de lecture modulé du trajet de rayon- nement du faisceau émis par la source, de sorte que le faisceau mo- dulé peut êre capté par un système de détection sensible à rayonne- ment qui délivre un signal électrique en concordance avec la modula- tion du dernier faisceau. Pour la lecture d'une structure d'information présentant de petits détails d'information, par exemple de l'ordre de lum ou d'une valeur plus petite, il faut utiliser un système d'objectif présentant une grande ouverture numérique La profondeur de netteté d'un tel système d'objectif est petite Du fait qu'il peut se pro- duire des variations, supérieures à la profondeur de netteté, dans la distance comprise entre la structure d'information et le système d'objectif, il faut prendre des dispositions afin de pouvoir détec- ter ces variations et de pouvoir corriger ensuite la focalisation du système d'objectif Comme le décrit ledit article, un prisme dit en -2- toit est appliqué à cet effet sur la face de sortie du prisme divi- seur Ce prisme dit à toit assure la division du faisceau en deux faisceaux partiels, qui sont captés par des éléments séparés du sys- tème de détection sensible à rayonnement C'est ainsi que ce système est constitué par quatre éléments sensibles à rayonnement qui sont arrangés suivant une droite perpendiculaire à l'arête réfringente du prisme en toit Or, la soustraction de la somme des signaux des deux éléments de détection intérieurs de celles des deux éléments de dé- tection extérieurs permet d'obtenir un signal qui est proportionnel avec un défaut de focalisation. Jusqu'à présent, le prisme en toit fut réalisé comme un élé- ment séparé en verre de qualité optique supérieure et et fixé sur le prisme diviseur Le prisme en toit présente d'assez petites di- mensions et est très fragile Il doit présenter un grand angle au sommet, compris entre 170 et 1800, et est difficile à réaliser avec la précision requise et sans morfils, qui risquent d'influer sur la répartition de rayonnement sur les éléments de détection et, de ce fait, sur les signaux de sortie de ces éléments Outre la réalisa- tion et la manipulation, la mise au point précise requise du prisme en toit par rapport au prisme diviseqr suscite de grands problèmes. La présente invention vise à éliminer lesdits problèmes et à fournir un prisme diviseur muni d'un prisme en toit qui se prête à une réalisation simple et peu coûteuse Le prisme diviseur conforme à l'invention est caractérisé en ce que le prisme en toit est cons- titué par une matière synthétique transparente durcie. L'invention met à profit le fait que le prisme en toit est un élément mince, de sorte que son matériau ne doit pas satisfaire à des exigences très sévères comme dans le cas du matériau du pris- me diviseur qui est parcouru par le faisceau de lecture aller, fais- ceau qui doit former une tache de rayonnement satisfaisant à des exigences sévères. Comme matériau pour le prisme en toit peuvent être utilisés plusieurs matières synthétiques ou vernis transparents, pourvu que ceux-ci puissent être appliqués à l'état suffisamment liquide sur le prisme diviseur et ensuite durcis, par exemple de façon thermi- que ou sous l'influence de rayonnements Une forme de réalisation -3préférentielle du prisme diviseur est caractérisée en ce que le prisme en toit est constitué par une matière synthétique durcissant sous l'effet de rayonnement ultra-violet. Le procédé conforme à l'invention permettant de réaliser le prisme diviseur muni du prisme en toit est caractérisé en ce que sur la face de sortie du prisme diviseur de faisceau est appliquée une goutte d'une matière synthétique molle, puis un poinçon présen- tant une face de poinçonnage constituée par deux faces partielles de poinçonnage formant entre elles un angle obtus est pressé dans la goutte de matière synthétique, après quoi la matière synthétique est durcie et le poinçon est enlevé. Le poinçon peut être positionné et aligné rigoureusement, par utilisation d'un dispositif de mise au point De ce fait, la direction et la position de l'arête réfringente du prisme en toit peuvent convenablement être déterminées par rapport au porte-prisme et, par conséquent, par rapport à l'axe optique du système, dont fait partie le prisme diviseur, indépendamment de l'orientation de la face de sortie du prisme diviseur En effet, l'espace compris entre cette face et le poinçon est entièrement rempli d'une matière synthétique transparente. Si la matière synthétique est un vernis durcissant sous l'in- fluence de rayonnement ultra-violet on préfère utiliser un poinçon transparent, ce qui permet d'exposer le vernis à travers le poinçon. Afin de pouvoir séparer facilement le poinçon du vernis dur- ci, le poinçon est de préférence muni d'une couche anti-adhésive. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en coupe longitudinale une forme de réalisation d'une unité de lecture optique munie d'un prisme divi- seur de faisceau présentant un prisme en toit. La figure 2 montre une vue en plan du prisme diviseur de faisceau et le système de détection sensible à rayonnement corres- pondant. La figure 3 est une vue perspective d'une partie du prisme diviseur munie d'un prisme en toit assurant la division de faisceau, et 4- La figure 4 illustre la réalisation du prisme en toit. La figure 1 représente en coupe radiale une petite partie d'un porteur d'enregistrement en forme de disque circulaire 1 La structure d'information réflectrice de rayonnement se trouve à la partie supérieure du porteur d'enregistrement et est constituée par un grand nombre de domaines d'information rangés suivant des pistes d'information 2 La structure d'information est balayée par un faisceau de lecture b délivré par une source de rayonnement 3, par exemple un laser à diode semiconductrice A partir du faisceau divergent, une lentille 4 forme un faisceau parallèle présentant une section telle que l'ouverture du système d'objectif 5 se rem- plit convenablement Ainsi, ce système d'objectif forme une tache de rayonnement V de dimensions minimales sur la structure d'infor- mation. Le faisceau de lecture est réfléchi par la structure d'in- formation et lors du déplacement du porteur d'enregistrement par rapport au faisceau de lecture, le faisceau-réfléchi est modulé dans le temps en concordance avec l'information enregistrée dans le porteur d'enregistrement Afin de séparer le faisceau modulé du faisceau émis par la source de rayonnement, un prisme diviseur de faisceau 6 est inséré entre la source de rayonnement et le sys- tème d'objectif Ce prisme peut être constitué par deux parties prismatiques 7 et 8 entre lesquelles est appliquée une couche de division de faisceau 9 Les chiffres 10 et 11 sont respectivement la face d'entrée et la face de sortie du prisme 6 La couche 9 peut être un réflecteur semitransparent Afin de réduire autant que possible la perte en rayonnement dans l'unité de lecture, on préfère appliquer une couche séparatrice sensible à polarisation. Entre le système d'objectif et le prisme 6 est alors insérée une lame quart d'onde ( >\/4)12, > étant la longueur d'onde du fais- ceau de lecture b La lame quart d'onde est parcourue deux fois par le faisceau de lecture et tourne la face de polarisation de faisceau en totalité de 90 Le faisceau émis par la source de rayonnement est alors complètement transmis par le prisme, alors que le faisceau modulé est à peu près complètement réfléchi, no- tamment vers un système de détection sensible à rayonnement 13. -5- Le système délivre un signal qui est modulé en concordance avec l'in- formation emmagasinée dans le porteur d'enregistrement. Afin d'engendrer un signal de défaut de focalisation donnant une indication sur la grandeur et la direction d'un écart se produi- sant entre le plan de focalisation du système d'objectif et le plan de la structure d'information, un prisme en toit 14 est appliqué sur la face de sortie 11 du prisme diviseur de faisceau 6 et le système de détection sensible à rayonnement 13 est composé de quatre élé- ments sensibles à rayonnement Ces éléments sont désignés par 16, 17, 18 et 19 sur la figure 2, qui illustre le principe de la détec- tion de défaut de focalisation Cette figure montre une vue en plan du prisme diviseur de faisceau comportant le prisme en toit Comme le montre la figure 2, l'arête réfringente du prisme 14 est parallè- le à l'axe optique, 00 ' sur la figure 1, de l'unité de lecture Tou- tefois, comme le montre la figure 1, il est également possible de tourner le prisme en toit et la rangée d'éléments de détection de , de sorte que l'arête réfringente 15 est perpendiculaire à l'axe optique 00 ' L'arête réfringente peut également occupée une position entre parallèle et perpendiculaire à l'axe optique 00 '. Le prisme en toit divise le faisceau b en deux faisceaux par- tiels 1 et b 2, qui coopèrent avec les éléments de détection 16, 17 et les éléments 18, 19 respectivement. Du fait que les deux moitiés du faisceau de lecture traver- sent le prisme diviseur, il est possible d'obtenir plusieurs inten- sités, ce qui veut dire que dans les formes de réalisation selon les figures 1 et 2, la moitié supérieure du faisceau réfléchi par la couche 9 peut présenter une plus faible intensité que la moitié in- férieure Afin d'empêcher que, par suite de cet effet, les faisceaux partiels b 1 et b 2 n'acquièrent une intensité différente, l'arête ré- fringente en toit est disposée de préférence parallèlement à l'axe optique 00 '. Les figures 1 et 2 représentent la situation o le faisceau de lecture est exactement focalisé sur la face de la structure d'in- formation L'unité de lecture peut être agencée de façon que le foyer F du faisceau réfléchi se situe exactement sur l'arête réfrin- gente 15 du prisme en toit 14 Lorsque la focalisation est correcte, 14516 -6- les faisceaux partiels b 1 et b 2 atteignent de façon symétrique leurs éléments de détection correspondants 16, 17 et 18, 19 respectivement. Dans le cas d'un défaut de focalisation, la répartition de l'énergie dans le faisceau partiel b 1, b 2 respectivement varie par rapport aux éléments de détection correspondants, ce qui peut également être con- sidéré comme un déplacement des faisceaux partiels par rapport aux éléments de détection Lorsque le foyer du faisceau provenant de la source de rayonnement se trouverait au dessus du plan de la structure d'information, le foyer F du faisceau réfléchi serait situé à droite de l'arête 15 sur la figure 2 Dans ce cas, les faisceaux b 1 et b 2 seraient déplacés vers l'intérieur et les éléments de détection 16 et 19 recevraient moins d'énergie de rayonnement que les éléments de détection 17 et 18 Si le foyer du faisceau de lecture émis par la source de rayonnement était situé au dessous du plan de la structure d'information, il serait question de l'inverse et les éléments de dé- tection 17 et 18 recevraient moins d'énergie de rayonnement que les éléments de détection 16 et 19 Or, comme le montre la figure 2, l'application des signaux des éléments de détection 17, 18 à un pre- mier additionneur 20 et ceux des éléments 16, 19 à un second addi- tionneur 21 et puis les signaux de ces additionneurs à un amplifica- teur différentiel 22 permet d'obtenir un signal de défaut de focali- sation Sf Le signal d'information Si peut s'obtenir avec un troisie me additionneur 23, dont les entrées sont reliées aux additionneurs et 21. L'unité de lecture peut également être agencée de façon que dans le cas d'une focalisation correcte, le foyer F du faisceau ré- fléchi se situe au plan des éléments de détection Si le foyer du faisceau délivré par la source de rayonnement se situe trop haut, le foyer F se déplacerait également vers la droite, mais les éléments de détection 16 et 19 recevraient alors plus d'énergie de rayonne- ment que les éléments de détection 17, 18. Au lieu de quatre éléments sensibles à rayonnement, le systè- me de détection pourrait contenir également trois éléments, par exem- ple les éléments 16, 17 et 18 de la figure 2 Le signal de défaut de focalisation s'obtient alors par soustraction des signaux des élé- ments de détection 16, 17, les uns des autres, et le signal d'infor- 14516 -7- mation par addition des signaux des trois éléments 16, 17 et 18. La base ou l'arête réfringente 15 du prisme en toit 14 peut s'appliquer contre la face de sortie 11 du prisme diviseur de fais- ceau, comme le montrent les figures 1 et 2 respectivement A la va- leur élevée choisie de l'angle au sommet ot du prisme en toit, par exemple 170 , le prisme 14 exerce dans les deux cas à peu près le meme effet L'angle au sommet o est choisi aussi grand que possi- ble pour que les éléments de détection se situent aussi près les uns des autres et puissent être réalisés comme un seul détecteur intégré Conformément à l'invention, le prisme en toit est réalisé en un matériau synthétique durci La figure 3 montre une vue en pers- pective, à échelle fortement agrandie, d'une moitié de prisme 7 du prisme diviseur sur lequel est appliqué un prisme en toit 14 Dans une forme de réalisation pratique, le prisme présentait une face de base de 4 x 4 mm, une hauteur maximale h de l'ordre de 200/um et un angle au sommet et d'environ 170 e. La figure 4 représente schématiquement la façon dont le pris- me en toit peut être réalisé Sur la face de sortie 11 de la partie de prisme 7, qui est représentée en plan, est appliquée une goutte d'un vernis transparent durcissant sous l'effet de rayonnement ultra- violet par exemple Un poinçon d'un outil non représenté, du reste, sur le dessin est positionné avec la précision requise de façon que la ligne d'intersection 26 des deux faces partielles de poinçonnage A et 25 B soit espacée de la distance requise de l'axe géométrique du support non représenté sur le dessin, du prisme diviseur et que cette ligne présente la direction requise par rapport à l'axe opti- que 00 ', c'est-à-dire parallèlement ou perpendiculairement à cet axe. Ensuite, la goutte de vernis est exposée à du rayonnement ultra-vio- let 28, exposition qui peut être effectuée à travers le poinçon si celuici est transparent Après durcissement du vernis, le poinçon est retiré Il peut être muni en outre d'une couche anti-adhésive 27 afin de faciliter le détachement du vernis durci. Dans le cas d'exposition à travers le poinçon, il suffit que le matériau de ce dernier ne soit convenablement perméable qu'au rayonnement ultraviolet L'exposition peut également être effectuée à travers le prisme diviseur Dans ce cas, le matériau du prisme -8- doit être convenablement perméable au rayonnement ultra-violet et au faisceau de lecture Dans le cas d'exposition à travers le pris- me diviseur, une plus grande surface que dans le cas d'exposition à travers le poinçon est exposée au rayonnement, de sorte que le ver- nis parvenu à l'extérieur de la face de poinçonnage peut également être durci par le rayonnement. Au lieu de vernis durcissant sous l'effet de rayonnement ul- tra-violet, il est possible d'utiliser d'autres substances synthé- tiques qui peuvent être appliquées à l'état plus au moins ramolli et durcies, après compression sous l'effet de chaleur ou à l'état froid, comme des résines époxy ou sous l'effet de rayonnement autre que le rayonnement ultra-violet. Il est préférable d'utiliser un poinçon selon la figure 3, dont la face de poinçonnage saillit vers l'extérieur et qui permet d'obtenir un prisme en toit selon la figure 3 Ainsi, le risque de formation de bulles d'air dans le prisme en toit fini est minimal et dans le cas de vernis sujet à retrait, du matériau peut être ame- né à partir de la face de poinçonnage. Le prisme diviseur 6 est constitué par deux parties 7 et 8, dont l'une supporte l'interface 9 Les deux parties peuvent être fixées l'une sur l'autre à l'aide d'un ciment durcissant sous l'ef- fet de rayonnement ultra-violet La formation du prisme diviseur et l'application du prisme en toit peuvent être effectuées simultané- ment à l'aide d'un seul gabarit. L'invention est décrite à l'aide de son application dans une unité de lecture optique mais elle peut également être appliquée à une unité d'enregistrement ou à une unité d'enregistrement-lecture combinée L'unité d'enregistrement est formée de façon analogue à celle de l'unité de lecture décrite L'enregistrement d'information, par exemple par fusion de puits dans une couche métallique, requiert plus d'énergie que la lecture et de plus, le faisceau d'enregistre- ment doit être modulé dans le temps en concordance avec l'informa- tion à enregistrer Comme source de rayonnement dans une unité d'en- registrement peut être utilisée un laser à gaz comme un laser du gen- re He Ne, un modulateur, comme un modulateur électro-optique ou acous- to-optique, devant être appliqué dans le trajet du faisceau d'enre- -9- gistrement De plus, il est possible d'utiliser un laser à diode, la modulation du faisoeau d'enregistrement étant réalisée par variation du courant électrique traversant le laser à diode, de sorte qu'il ne faut pas de modulateur spécial. 2 514516 -10- REVENDICATIONS: 1 Prisme diviseur de faisceau ( 6) muni d'une face d'entrée ( 10) pour un faisceau de rayonnement (b), d'une face de division ( 9) de faisceau et d'une face de sortie ( 11) pour un faisceau de rayonne- ment ayant subi une variation de direction dans le prisme, face d'en- trée et face de sortie qui appartiennent aux parties prismatiques en verre ( 8, 7), alors que sur la face de sortie ( 11) est disposée un prisme dit en toit ( 14) présentant une-arête réfringente ( 15), ca- ractérisé en ce que le prisme dit en toit ( 14) est constitué par une matière synthétique transparente durcie. 2 Prisme diviseur de faisceau selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le prisme en toit ( 14) est constitué par une matié- re synthétique durcissant sous l'effet de rayonnement ultra-violet ( 28). 3 Procédé permettant de réaliser un prisme diviseur de fais- ceau muni d'un prisme en toit selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que sur la surface de sortie ( 11) du prisme diviseur ( 6) de faisceau est appliquée une goutte d'une matière synthétique ramollie, un poinçon ( 25) présentant une face de poinçonnage consti- tuée par deux faces partielles de poinçonnage ( 25 a, 25 b) formant en- tre elles un angle obtus ( ") est appliquée dans la goutte de matiè- re synthétique, après quoi la matière synthétique est durcie et le poinçon enlevé. 4 Procédé selon la revendication 3, selon laquelle la matière synthétique est une matière synthétique durcissant sous l'effet de rayonnement ultra-violet, caractérisé en ce que le poinçon ( 25) uti- lisé est transparent. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le poinçon ( 25) est muni d'une couche anti-adhésive ( 27). 6 Unité d'enregistrement et/ou de lecture optique servant à la lecture et/ou l'enregistrement de domaines d'information dans une face d'information réflectrice de rayonnement, unité qui est munie d'une source de rayonnement ( 3), d'un système d'objectif ( 4) conçu -11- pour la focalisation d'un faisceau (b) émis par la source de rayon- nement en une tache de rayonnement (V) sur la face d'information ( 2) et d'un prisme diviseur de faisceau ( 6) disposé entre la source de rayonnement et le système d'objectif et muni d'un prisme dit en toit ( 14), ce prisme diviseur de faisceau servant à la déviation du fais- ceau réfléchi par la face d'information à partir du trajet de rayon- nement du faisceau émis par la source et vers un système de détec- tion sensible à rayonnement ( 13, 16, 17, 18, 19), prisme diviseur de faisceau qui est muni d'un prisme selon la revendication 1 ou 2.