Brevet FR2521760A1 — publié le 19830819

PROCEDE THERMO-OPTIQUE D'INSCRIPTION D'INFORMATION SUR SUPPORT ET DISPOSITIF METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE. La présente invention se rapporte à l'enregistrement d'information sur un support par un procédé thermo-optique. Le procédé s'applique plus particulièrement aux dispositifs d'enregistrement et de lecture par faisceau laser de vidéodisques utilisés dans le domaine des vidéofréquences. Les procédés connus utilisent essentiellement pour l'enregistrement un premier laser de puissance suffisante pour modifier une couche thermosensible déposé sur un substrat de préférence en forme de disque et généralement un second laser de puissance moindre pour la relecture, pratiquement en temps réel, du signal enregistré et pour effectuer certains asservissements nécessaires à un fonctionnement correct du dispositif. Selon ces procédés connus les faisceaux sont focalisés en deux points différents du disque.En pratique deux types de laser peuvent être utilisés pour l'enregistrement: - les lasers à gaz, généralement du type hélium-néon. Ces lasers, de puissance suffisante pour effectuer une gravi ire vidéo, nécessitent un modulateur extérieur. Ce laser et son modulateur forment un ensemble encombrant et extrêmement coûteux. Ce procédé ne permet pas d'envisager la réalisation de dispositifs d'enregistrement et de lecture transportables et économiques. - les lasers à semiconducteur, intéressants par leur faible coût et leur faible encombrement, sont limités en puissance et n'autorisent l'enregistrement qu'à vitesse réduite, insuffisante pour les applications vidéo. Pour pallier ces inconvénients de l'art connu l'invention propose un procédé d'enregistrement consistant à focaliser sur une même zone du support les faisceaux des lasers d'enregistrement et de lecture. Dans une variante préférée de l'invention un laser à semiconducteur, modulé par l'information à enregistrer, est associé à un laser de petite puissance, non modulé, du type "hélium-néon"; cette association permet d'obtenir la puissance nécessaire à l'enregistrement d'un disque à cadence vidéo. L'invention à donc pour objet un procédé d'inscription thermo-optique dans un appareil d'enregistrement et de lecture comportant au moins deux sources lasers produisant des faisceaux d'énergie radiante focalisés sur un support d'information comportant au moins une couche de matériau sensible à l'énergie transmise par lesdits faisceaux et présentant un seuil au delà duquel il subit des modifications permanentes décelables optiquement carac frisé en ce qu'il consiste à focaliser lesdits faisceaux sur un plan de référence du support en deux taches comprenant au moins une zone commune. L'invention à également pour objet un dispositif d'enregistrement et de lecture mettant en oeuvre ce procédé. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaitront à raide de la description qui suit en référence aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 illustre les conditions d'impact des faisceaux sur le support d'information selon une variante préférée de l'invention. - les figures 2 et 3 représentent deux autres conditions d'impact conformes à resprit de l'invention. - la figure 4 est un exemple de modification physique du support obtenu par l'action des faisceaux. - les figures 5 et 6 sont des diagrammes indiquant respectivement la valeur de l'éclairement reçu par un point du support lors de son passage sous les faisceaux et la valeur de l'énergie absorbée correspondante. - la figure 7 est un exemple de dispositif mettant en oeuvre un tel procédé. La figure 1 illustre les conditions d'impact des faisceaux sur le support d'information selon une variante préférée de l'invention. Les deux faisceaux sont obtenus au moyen d'un laser à semiconducteur et d'un laser à gaz du type hélium-néon dont les longueurs d'onde respectives sont 0,83 et 0,63 micromètre. Un premier faisceau 2 issu du laser à semiconducteur et se propageant selon raxe 7 est focalisé sur la surface d'un élément de support d'information 1 ; ce faisceau forme sur le support un spot circulaire 4 de centre 8. Un second faisceau 3 émis par le laser hélium-néon et se propageant selon le même axe 7 est focalisé de la même façon sur le support 1; ce faisceau 3 forme un spot circulaire 5 de même centre 8. Le support d'information 1 se déplace dans la direction indiquée par la flèche 6 alors que, dans cette direction, les faisceaux 2 et 3 sont fixes. Les figures 2 et 3 représentent deux autres exemples de conditions d'impact possibles selon l'invention dans lesquelles les deux taches 4 et 5 comportent une zone commune sur le support. Le support d'information 1 représenté sur la figure 1 pour l'illustration du procédé comporte un substrat 9, une couche en matériau organique 10 et une métallisation 11. Il existe de nombreux autres types de supports d'information bien connus de l'homme de métier mais cet aspect sort du cadre de l'invention. L'information enregistrée, généralement de type "tout ou rien", peut être matérialisée par des empreintes en reliefs ou par des microcuvettes. Le procédé selon l'invention consistant à superposer deux spots sur le support n'impose aucune restriction quant au choix du support retenu ou au type de gravure choisi. Toutefois pour compléter la description du dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, un exemple d'enregistrement par empreintes en relief va être décrit à l'aide de la figure 4. La figure 4 est un exemple de modification physique du support obtenue par l'action des faisceaux. Elle illustre un des nombreux moyens qui permettent d'obtenir une empreinte en relief sous l'action d'un faisceau. La figure 4 représente une coupe selon son grand axe d'une empreinte en relief. Dans cet exemple le support est constitué d'un substrat 9, d'une couche en matériau organique 10 et d'une métallisation 11. Pour la clarté de la figure les proportions ne sont pas respectées. A titre indicatif l'ordre de grandeur des dimensions de l'empreinte est du micromètre pour la longueur et de quelques centaines d'angstroms pour les épaisseurs des couches 10 et 11. La couche métallique 11 transforme l'énergie radiante du faisceau en énergie thermique; son épaisseur est optimisée pour absorber le maximum d'énergie. Il s'établit un gradient important de température entre les parties supérieure et inférieure de la couche 10. La dilatation du matériau organique étant plus grande dans sa partie supérieure celui-ci se déforme en coussinet comme indiqué sur la figure. Le matériau organique conserve pratiquement la forme acquise après refroidissement et les paramètres du dispositif sont ajustés pour ne pas entrainer la rupture de la couche de métallisation il mais seulement une réduction locale de son épaisseur. La figure 5 est un diagramme indiquant la valeur de l'éclairement reçu E par un point du support lors de son passage sous les faisceaux des lasers. L'abscisse est graduée en unités de temps car le déplacement du point est pratiquement proportionnel à ce dernier. La courbe 1 en trait tireté représente la valeur de l'éclairement dû au laser hélium-néon, que reçoit le point considéré avant, pendant et après son passage dans l'axe du faisceau. La courbe 2 en trait mixte indique, dans les mêmes conditions l'éclairement reçu par le point dû au laser à semiconducteur modulé par le signal à enregistrer. La courbe 3 en trait plein représente l'éclairement total. La période P1 correspond à l'éclairement reçu pendant la gravure de 1' empreinte précédente et la période P5 l'éclairement reçu lors de l'empreinte suivante. La période P3 correspondant au passage du point considéré dans la partie centrale du faisceau ou se trouve repartie l'essentiel de l'éclairement (tache d'Airy). Entre deux empreintes, pendant les périodes P2 et P4 le laser à semiconducteur n'émet pas et le point considéré ne reçoit que le rayon nemenr dû au laser hélium-néon dont l'intensité du faisceau est constante. Les supports d'information présentent un seuil d'enregistrement en deçà duquel le support ne subit pas de transformation physique notable et au delà duquel la transformation physique a lieu de façon pratiquement irreversible. Au premier ordre le seuil pour un point donné est directement fonction de la température donc de Pénergie réellement emmagasinée dans le support à ce point. C'est un des aspects essentiels de l'invention d'emmagasiner de l'énergie dans le support, donc d'élever sa température, pendant un temps déterminé qui précède l'enregistrement, ladite énergie restant toujours sensiblement en deçà du seuil d'enregistrement. L'apport d'énergie que doit fournir le laser d'enregistrement est alors faible car ce n'est qu'une énergie d'appoint qui permet de dépasser le seuil d'enregistrement du support. En référence à la figure énergie apportée par les faisceaux dans la période qui précède la phase d'enregistrement P3 est directement liée à la valeur de l'intégrale de la fonction représentée par la courbe 3 prise entre les instants to et tl et rénergie nécessaire fournie par les faisceaux pour effectuer rempreinte complète est liée à l'intégrale de la fonction en question prise entre t0 et t3. La figure 6 exprime l'énergie thermique absorbée par le disque à tout instant, S représente le seuil d'enregistrement du support et W1 l'énergie pour réaliser l'empreinte complète. L'intervalle de temps de tl à t2 correspond au temps minimal pendant lequel le faisceau modulé doit être présent pour qu'apparaisse un début d'empreinte. Ce temps minimal définit la fréquence la plus élevée que peut enregistrer l'appareil. Plus l'énergie w en tl est proche du seuil S, plus l'intervalle tl t2 est petit et plus la bande de fréquence enregistrable est grande. C'est un autre aspect important de l'invention d'accumuler en tl une énergie w voisine du seuil S pour pouvoir enregistrer à cadence vidéo. Le tableau 1 placé en fin de la présente description indique les caractéristiques et performances obtenues dans un exemple de réalisation typique. La a figure 7 est un exemple de dispositif mettant en oeuvre le procédé. Certains dispositifs existants peuvent, avec des modifications appropriées, être utilisés. La description qui suit correspond précisément à un dispositif décrit dans la demande de brevet français ne81 01 288 déposée le 23 janvier 1981 par la demanderesse et modifié pour mettre en oeuvre le procédé. Un faisceau 21 parallèle et à polarisation linéaire émis par un laser hélium-néon 22 est agrandi en section par un afocal constitué des lentilles 23 et 24 afin de couvrir entièrement la pupille de l'objectif 29. Ce faisceau 21, de longueur d'onde XI traverse successivement un élément séparateur de polarisation 25, un miroir dichrolque 26 transparent à cette longueur d'onde et une lame parallèle 27 en A 1/4 qui transforme la polarisation linéaire du faisceau 21 en polarisation circulaire, par exemple dans. le sens lévogyre. Le faisceau 21 est alors refléchi par un miroir 28 vers la pupille d'un objecctif 29 qui le focalise sur le support d'information 30. Entre deux empreintes successives 31, le faisceau 21 est refléchi par la surface métallisée du support 30.Ce faisceau réfléchi désigné par la suite 21', polarisé maintenant dans le sens dextrogyre, est renvoyé vers l'élément 27 après réflexion sur le miroir 28. Après avoir traverse la lame 27 le faisceau 21' est polarisé linéairement mais sa direction de polarisation est en quadrature avec celle du faiceau 21 ; le faisceau 21' de longueur d'onde X traverse une seconde fois le miroir dichrolque 26 puis en raison de sa nouvelle direction de polarisation est réfléchi par l'élément séparateur de polarisation 25 vers le détecteur 33 après avoir traversé la lentille de convergence 32. Un autre faisceau 34 divergent et de polarisation linéaire émis par un laser à semiconducteur 35 est collimaté par une lentille 36. Ce faisceau 34, de longueur d'onde #2 est réfléchi par le miroir dichrolque 26 puis transmis sur le support d'information 30 dans les mêmes conditions que le faisceau 21. Le faisceau réfléchi du laser modulé 35 n'est pas exploité dans cette variante préférée de l'invention, seul est utilisé le faisceau réfléchi du laser non modulé 22. Le détecteur 33 est en général un ensemble de quatre cellules photoélectriques disposées en carré. Un tel dispositif a été décrit en particulier dans la demande de brevet français n079 28 694 déposée le 21 novembre 1979 et publiée sous le n0 2.470.391. En fonctionnement normal une tache lumineuse circulaire correspondant au faisceau réfléchi 21' éclaire en parties égales chacune des quatres cellules et leurs tensions de sortie sont additionnées pour constituer le signal de lecture.Si l'objectif 29 est trop près du support, la tache circulaire devient elliptique le grand axe étant confondu avec une diagonale du carré; les deux cellules placées sur cette diagonale sont davantage éclairées que les deux autres et une tension de commande, obtenue par un matriçage approprié des tensions de sortie, éloigne l'objectif 29 du support 30 dans le sens de la flèche 37. Si l'objectif 29 est trop éloigné du support 30, la tache lumineuse devient encore elliptique mais le grand axe est confondu avec l'autre diagonale du carré et le signal de commande obtenue, de polarité inverse, rapproche l'objectif 29 du support 30. Il s'établit un régime d'équilibre correspondant à la focalisation optimale. Si le faisceau d'enregistrement s'écarte du sillon prégravé sur le disque selon une direction radiale la tache lumineuse sur le détecteur 33 devient dissymétrique et éclaire préférentiellement deux cellules juxtaposées au détriment des deux autres cellules. Une tension de commande obtenue au moyen d'un autre circuit de matriçage agit sur le miroir 28 qui peut tourner sur son axe 38 comme l'indique la flèche 39, cette action ramène le faisceau d'enregistrement sur le sillon du disque 30. Cet asservissement, dit de suivi radial, agit quel que soit le signe de l'erreur et maintient le faisceau en position correcte. Les points de focalisation des deux faisceaux sur le support d'information 30 sont, conformément à un aspect essentiel de l'invention, mis en coincidence en déplaçant le miroir dichrnique 26 autour de son axe 40. Le dispositif qui vient d'être décrit n'est qu'un des moyens possibles mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Le choix d'un laser héliumnéon à faible longueur d'onde augmente la résolution à la lecture et le choix d'un laser à semiconducteur facilite la modulation du faisceau; bien que préférentiels ces choix ne sont pas indispensables à la mise en oeuvre du procédé. Toute disposition d'éléments optiques visant à faire converger deux faisceaux, se propageant selon une direction commune ou selon deux directions différentes, en une zone commune du support d'information reste conforme à l'esprit de l'invention. L'invention a donc pour avantage de permettre la réalisation d'un équipement d'enregistrement et de lecture notamment d'information vidéo facilement transportable et de faible coût. L'enseignement, la publicité, la formation après-vente, la diffusion d'informations confidentielles à une clientèle restreinte sont quelques ap plications possibles parmi d'autres qu'offre le dispositif obtenu selon l'invention. Un tel équipement peut aussi être utilisé pour le stockage et la lecture d'informations numériques. TABLEAU 1 Caractéristiques et performances obtenues avec un exemple de dispositif mettant en oeuvre le procédé. Bande de fréquence enregistrable à 3 db: 10 MHZ Rapport signal/bruit 35 db Laser à semiconducteur longueur d'onde : 0.83 lim puissance nominale: 15 mW puissance utile : 9 mW Laser hélium-néon longueur d'onde :0.63 m puissance nominale : 4 mW puissance utile: 3 mW Type d'impression: relief Hauteur typique d'une empreinte: 1500 A REVENDICATIONS 1. Procédé d'inscription thermo-optlque dans un appareil d'enregistrement et de lecture comportant au moins deux sources lasers produisant des faisceaux (2,3) d'énergie radiante focalisés sur un support d'information (1) comportant au moins une couche de matériau sensible (10) à l'énergie transmise par lesdits faisceaux et présentant un seuil au delà duquel il subit des modifications permanentes décelables optiquement caractérisé en ce qu'il consiste à focaliser lesdits faisceaux sur un plan de référence du support en deux taches 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'une des taches (4) recouvre au moins toute l'étendue de l'autre tache (5). 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les faisceaux d'énergie sont de longueurs d'onde différentes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'un seul des deux faisceaux est modulé par l'information à enregistrer. 5 Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le faisceau modulé par l'information à enregistrer est celui de longueur d'onde la plus grande. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que l'énergie du faisceau non modulé est ajustée sensiblement en deçà du seuil d'enregistrement du support. 7. Dispositif dienregistrement et de lecture mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 comportant deux sources lasers (22,35) produisant des faisceaux énergie radiante (21,34) de longueurs d'onde différentes focalisés sur un support d'information (30) comportant une couche de matériau déformable sous l'action des faisceaux caractérisé en ce qu'il comprend un laser à semiconducteur (35) pour le faisceau de longueur d'onde la plus élevée et un laser du type hélium-néon (22) pour l'autre faisceau, les deux lasers ayant leurs faisceaux focalisés de façon à ce que la tache lumineuse (4) correspondant au faisceau de longueur d'onde la plus élevée recouvre entièrement l'autre tache (5).