Brevet FR2527370A1 — publié le 19831125

-1- "Système de détection d'erreurs de focalisation opto-électronique". L'invention concerne un système de détection d'erreurs de focalisation opto-électronique servant à détecter, dans un système de représentation optique, un écart se produisant entre une première face réflectrice de rayonnement et un plan de focalisation d'un sys- tème d'objectif, notamment pour un dispositif conçu pour la lecture d'un porteur d'enregistrement présentant une structure d'information réflectrice de rayonnement optique ou un dispositif permettant d'en- registrer par voie optique de l'information dans un porteur d'enre- gistrement, système de détection d'erreurs de focalisation qui com- porte un élément diviseur de faisceau inséré dans la voie d'un fais- ceau de rayonnement réfléchi par la première face, et un système de détection sensible au rayonnement disposé derrière l'élément diviseur de faisceau et comportant plusieurs détecteurs séparés les uns des autres par des petites bandes, une première bande de séparation étant ajoutée au premier des deux faisceaux partiels formés par l'élément diviseur de faisceau et une seconde bande de séparation étant ajoutée au second faisceau partiel, les sorties des détecteurs étant connec- tées aux entrées d'un circuit électronique dans lesquelles un signal d'erreur de focalisation est déduit des signaux des détecteurs. Un tel dispositif est décrit dans l'article "PCM-Schall- platte fur die 80 er Jahre" dans "Radio Mentor" 45 ( 1979) pages 138 à Ce dispositif comporte une source de rayonnement sous forme d'un laser à diode semiconductrice Le faisceau de lecture émis par ce laser est focalisé par un système d'objectif sur une structure d'in- formation appliquée sur un porteur d'enregistrement en forme de dis- que circulaire Le faisceau de lecture réfléchi par la structure d'information parcourt une seconde fois le système d'objectif et en- suite un prisme de séparation appliqué entre la source de rayonnement et un système d'objectif et ensuite un prisme séparateur appliqué entre la source de rayonnement et le système d'objectif Ce prisme prélève le faisceau de lecture modulé de la voie de rayonnement du faisceau émis par la source, de sorte que le faisceau modulé peut être capté par un système de détection sensible au rayonnement four- nissant un signal électrique en concordance avec la modulation du -2- dernier faisceau. Pour des systèmes optiques permettant de représenter de très petits ds d'information et fonctionnant avec une grande ouvertu- re numérique, la profondeur de netteté est faible Pour ce genre de systèmes de représentation, qui sont utilisés par exemple dans des microscopes ou dans des dispositifs servant à la lecture d'une por- teur d'enregistrement optique présentant de très petits détails ou dans des dispositifs servant à l'enregistrement d'information dans un porteur d'enregistrement, il importe de pourzoir détecter un écart se produisant entre le plan réel et le plan requis de la focalisation afin de pouvoir compenser la focalisation à l'aide de celui-ci A cet effet, comme le décrit ledit article, un prisme dit en toit peut être appliqué sur la face de sortie du p-risme séparateur Ce prisme assure la division du faisceau en deux faisceaux partiels qui sont captés par des détecteurs séparés du système de détection sensible au ray)n- nement Ce système est constitué par exemple par quatre détecteurs sensibles-au rayonnement qui sont disposés suivant une ligne perpen- diculaire à l'arête réfringente du prisme dit en toit La soustrac- tion de la somme des signaux des deux détecteurs intérieurs de celle des deux détecteurs extérieurs permet d'obtenir un signal qui est proportionnel à l'erreur de focalisation. Dans ce système de détection d'erreur de focalisation, il faut faire en sorte que la distance comprise entre les centres des taches de rayonnement formées dans le plan des détecteurs soit égale à la distance comprise entre les bandes séparatrices des détecteurs et que la tache de rayonnement présente la position requise par rap- port aux détecteurs, de sorte que dans le cas d'une focalisation cor- recte du faisceau, les taches de rayonnement se situent de façon sy- métrique par rapport à la bande séparatrice correspondante Si la distance comprise entre les centres des taches de rayonnement n'est pas exacte et/ou si les taches de rayonnement ne sont pas convenable- ment positionnées, on obtient un signal d'erreur de focalisation er- roné et un réglage correct de la focalisation n'est plus possible. La présente invention vise à fournir une disposition des détecteurs telle qu'il est possible, après assemblage du système-de détection d'erreurs de focalisation, de rendre la distance comprise entre les centres des taches de rayonnement égale à la distance com- -3- prise entre les bandes séparatrices et de corriger la position des taches de rayonnement. A cet effet le dispositif conforme à l'invention est carac- térisé en ce que la première bande séparatrice fait un angle aigu avec la deuxième bande séparatrice. Un déplacement, dans le cas d'une focalisation exacte du faisceau, des deux faisceaux partiels dans une direction ou deux di- rections située(s) dans le plan des détecteurs, permet d'atteindre le but visé. Une forme de réalisation préférentielle d'un système de détection d'erreurs de focalisation est caractérisée en ce que l'an- gle compris entre les bandes séparatrices est d'environ 220. Le choix de l'angle permettra d'atteindre que même dans le cas de dimensions limitées des détecteurs, d'une part, la possibilité de réglage est suffisamment grande et, d'autre part, la pente du sys- tème de détection d'erreurs de focalisation reste suffisamment gran- -de. Un dispositif servant à la lecture et/ou l'enregistrement d'information dans une face d'information réflectrice de rayonnement d'un porteur d'enregistrement, dispositif qui est muni d'un système de détection d'erreurs de focalisation conforme à l'invention, est de préférence caractérisé en ce que le système de détection comporte quatre détecteurs séparés, que la division de faisceau s'effectue dans un plan s'étendant, de façon effective, perpendiculairement à la direction de la piste et que le circuit électronique comporte des moyens permettant de déduire un signal donnant une indication sur la position de la tache de rayonnement formée sur la face d'information par rapport à la piste d'information-. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre une forme de réalisation d'un dispositif du présent système de détection d'erreurs de focalisation. La figure 2 montre les détecteurs séparés et le circuit de traitement électronique. La figure 3 représente une forme de réalisation préféren- tielle du système de détection et -4- la figure 4 montre une autre forme de réalisation du sys- tême de détection. La figure 1 représente en section radiale une petite partie d'un porteur d'enregistrement en forme de dsque circulaire 1 La structure d'information réflectrice de rayonnement se trouve à la face supérieure du porteur d'enregistrement et est constituée par un grand nombre de domaines d'information non représentés sur le dessin, prévus suivant des pistes d'information 2 La structure d'information est explorée par un faisceau de lecture b fourni 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 d'un système d'objectif soit convenablement remplie Ce système d'objectif forme ainsi une tache de rayonnement V de dimensions minimales sur la structure d'in- formation. Le faisceau de lecture est réfléchi par la structure d'in- formation et lors du déplacement du porteur d'enregistrement par rap- port 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 séparateur de faisceau 6 est prévu entre la source de rayonnement et le système d'objectif Ce prisme peut être constitué par deux parties prismatiques 7 et 8, en- tre lesquelles est appliquée une couche séparatrice de faisceau 9. Les chiffres 10 et 11 désignent respectivement la face d'entrée et la face de sortie du prisme 6 La couche 9 peut être un réflecteur semi- transparent Afin de réduire au minimum la perte de rayonnement dans l'unité de lecture, il est possible d'appliquer une couche de sépara- tion sensible à la polarisation Entre le système d'objectif et le prisme 6 doit être prévu une lame A /4 12, A indiquant la longueur d'onde du faisceau de lecture b Ce prisme est parcouru deux fois par le faisceau de lecture et le plan de polarisation de ce faisceau tourne en totalité de 90 Le faisceau émis par la source de rayon- nement est à peu près complètement transmis par le prisme, alors que le faisceau modulé est à peu près complètement réfléchi, notamment vers un système de détection sensible-au rayonnement 13 Ce système fournit un signal qui est modulé en concordance avec l'information -5- emmagasinée dans le porteur d'enregistrement. Afin d'engendrer un signal d'erreurs de focalisation don- nant une indication sur la grandeur et la direction d'un écart se produisant entre le plan de focalisation du système d'objectif et le plan de la structure d'information, un prisme dit en toit 14 est ap- pliqué sur la face de sortie 11 du prisme séparateur de faisceau 6 et le système de détection sensible au rayonnement 13 est composé par exemple de quatre détecteurs sensibles au rayonnement Ces détecteurs sont indiqués sur la figure 2, qui illustre le principe de la détec- tion d'erreur de focalisation, par 16, 17, 18 et 19 Cette figure montre une vue de détecteurs suivant la ligne II-II' de la figure 1. L'arête réfringente 15 du prisme 14 peut être parallèle à l'axe opti- que, 00 ' sur la figure 1, de l'unité de lecture Toutefois, comme le montre la figure 1, le prisme dit en toit est de préférence appliqué de façon que l'arête réfringente 15 se situe perpendiculairement à l'axe optique 00 ' Dans ce cas, il est possible de déduire un signal d'erreur de suite de piste. Le prisme dit en toit assure la division du faisceau b en deux faisceaux partiels b 1 et b 2 qui coopèrent respectivement avec les détecteurs 16 et 17 et des détecteurs 18 et 19. Les figures 1 et 2 représentent la situation dans laquelle le faisceau de lecture est exactement focalisé sur la face de la structure d'information L'unité de lecture peut être conçue de façon que le foyer du faisceau réfléchi se situe exactement dans le plan des détecteurs Dans le cas d'une focalisation exacte, les faisceaux partiels b 1 et b 2 parviennnent symétriquement sur le détecteur correspondant 16 et 17, 18 et 19 respectivement En présence d'une erreur de focalisation, la répartition de l'énergie dans le faisceau partiel b 1, b 2 respectivement par rapport au détecteur correspon- dant subit des variations, ce qui peut être considéré comme un dépla- cement des taches de rayonnement V 1 et V 2 formée par les fais- ceaux partiels par rapport aux détecteurs Si le foyer du faisceau provenant de la source de rayonnement se situait au-dessus de la face de la structure d'information, les faisceaux b 1 et b 2 seraient déplacés vers l'intérieur et les détecteurs 16 et 19 recevraient moins d'énergie de rayonnement que les détecteurs 17 et 18 Si le foyer du faisceau de lecture émis par la source de rayonnement se -6- situait au-dessous de la face de la structure d'information, il se- rait l'inverse et les détecteurs 17 et 18 recevraient moins d'énergie de rayonnement que les détecteurs 16 et 19 Comme le montre la figure 2, l'amenée des signaux des détecteurs 17 et 18 à un premier addi- tionneur 20 et ceux des détecteurs 16 et 19 à un deuxième addition- neur 21 et l'amenée des signaux de ces additionneurs à un amplifica- teur différentiel 22 permet d'obtenir un signal d'erreur de focalisa- tion 51 Le signal d'information Si peut être obtenu avec un troisième additionneur 23, dont les entrées sont connectées aux addi- tionneurs 20 et 21. Comnie le montre la figtre 1, la base o l'arête réfringen- te 15 du prisme dit en toit 14 pela s'appliquer contre la face de sortie 11 du prisme séparaeur de f aleea L'angle au sommeto(>du prisme dit en toit présentant une valeur élevée, par, exemple de 1700, le prisme -14 présente le même effet dans les deux cas L'angle au sommetcest choisi aussi grand que possible afin d'assurer que les élments de détection peuvent se rapprocher autant que possible les uns des autres de façon à pouvoir être réalisés comme un seul détec- teur intégré. Le signal d'erreu de focalisation est déterminé par la position du centre de la tache de rayonnement V 1, V 2 respective- ment par rapport à la bande séparatrice des détecteurs 16 et 17, res- pectivement la bande séparatrice des détecteurs 18 et 19 Il faut veiller à ce que dans le eas d'une localisation exacte du faisceau b 1, la distance comprise entre les centres des taches de rayonne- ment soit égale à la distance comprise entre les bandes séparatrices. Etant donné les diverses tolérances dans les éléments optiques du système de détection d'erreurs de focalisation, il peut se produire des écarts dans la distance entre les taches de rayonnement Si la distance comprise entre les taches de rayonnement était trop grande, ces taches de rayonnement seraient déplacées vers l'extérieur même dans le cas d'une bonne localisation du faisceau b par rapport aux détecteurs et il en résulterait un signal d'erreur de localisation positif Une trop petite distance entre les taches de rayonnement se traduirait par un signal d'erreur de localisation négatif. Pour qu'après assemblage du dispositif, la distance compri- se entre les centres des paires de détecteurs 16, 17 et 18, 19 puisse -7être adaptée à la distance comprise entre les centres des taches de rayonnement, le système de détecteurs est réalisé de la façon repré- sentée sur la figure 3 Les paires de détecteurs ne sont plus prévues parallèlement, mais de façon que la bande séparatrice 11 des détec- teurs 16 et 17 fasse un angle aigu o( avec la bande séparatrice 12 des détecteurs 18 et 19 La figure 3 représente deux taches de rayon- nement V 1 et V 2 qui sont espacées d'une distance d, ce qui cor- respond à la distance comprise entre le bandes séparatrices mesurées suivant la ligne y par le centre du système des détecteurs Si la distance comprise entre les taches de rayonnement V et V dépas- 1 2 se d, les faisceaux partiels b et b 2 doivent être déplacés de façon que les taches de rayonnement V 1 et V 2 se déplacent vers la droite jusqu'à ce que les centres des taches de rayonnement se si- tuent exactement aux bandes séparatrices Dans le cas d'une trop pe- tite distance entre les centres des taches de rayonnement, ceux-ci doivent être déplacés vers la gauche placés vers la gauche. Le réglage définitif de l'unité de lecture consiste en ceci qu'après assemblage de cette unité et réglage exact du foyer d'un système d'objectif, les positions des taches de rayonnement V 1 et V 2 par rapport aux détecteurs sont déterminées par mesure des si- gnaux de détection Ces mesures permettent de corriger les positions des taches de rayonnement, par exemple par déplacement et/ou bascule- ment du prisme 6 de façon que les centres des taches de rayonnement se situent aux bandes séparatrices L 1 et L 2. La sensibilité du système de détection d'erreurs de focali- sation est maximale si les bandes 1 et 1 s'étendent dans la direction x, donc perpendiculairement à la direction y se déplacent les taches de rayonnement V 1 et V 2 en présence d'erreurs de foca- lisation Si l'on choisit un angle et de l'ordre de 220, on atteint que même dans le cas de dimensions limitées des détecteurs, la possi- bilité d'adapter la distance entre les bandes séparatrices à la dis- tance comprise entre les taches de rayonnement V 1 et V 2 reste suffisamment grande tout en maintenant suffisamment élevée la sensi- bilité aux erreurs de focalisation. Comme le montre la figure 1, en faisant en sorte que l'arê- te réfringente 15 du prisme 14 s'étende perpendiculairement à l'axe optique 00 ', les taches de rayonnement V 1 et V 2 sont déplacées -8l'une par rapport à l'autre dans une direction s'étendant de façon effective perpendiculaire à la direction de la piste Dans ce cas, il est possiblede déduire des signaux des quatre détecteurs 16, 17, 18 et 19 un signal de suite de piste, un signal donnant une indication sur la position de la tache de lecture V par rapport au centre d'une piste à lire Comme le montre la figure 2, ce signal, Sr, s'obtient par amenée des signaux des détecteurs 16 et 17 à un additionneur 24 et ceux des détecteurs 18 et 19 à un additionneur 25 et par amenée des signaux provenant des additionneurs à un amplificateur différen- tiel 26 Le signal Sr est donc représenté par Sr = ( 516 + 517) ( 518 + 519). Si le système de détection 13 n'est pas utilisé pour engen- drer un signal de suite de piste S, ce système peut également être constitué par uniquement trois détecteurs, comme le montre la figure 4 La bande séparatrice 1 entre les détecteurs 31 et 30 et la ban- de séparatrice 12 entre les détecteurs 32 et 30 font, ici aussi, un angle aigu entre elles Le signal d'erreur de focalisation Sf est donné par: Sf ( 531 +532 530 ' L'invention a été décrite à l'aide de son application à une unité de lecture optique, bien qu'elle puisse également être appli- quée à une unité d'enregistrement ou à une unité d'enregistrement et de lecture combinée L'unité d'enregistrement est composée d'une fa- çon analogue à l'unité de lecture décrite L'enregistrement d'infor- mation, par exemple par fusion de petits creux dans une couche métal- lique, requiert plus d'énergie que la lecture et de plus, le faisceau d'enregistrement doit être modulé dans le temps en concordance avec l'information à enregistrer Comme source de rayonnement dans l'unité d'enregistrement peut être utilisé un laser au gaz par exemple un laser He Ne, un modulateur, comme un modulateur électro-optique ou un modulateur acousto-optique doit être inséré dans le trajet du fais-. ceau d'écriture Il est également possible d'utiliser un laser à dio- de, la modulation du faisceau d'écriture étant réalisée par variation du courant électrique par le laser à diode de sorte qu'il ne faut pas de modulateur spécial. Le système de détection d'erreurs de focalisation décrit ne met pas à profit les propriétés spéciales de la structure d'informa- tion optique ou du plan dans lequel se fait la Localisation Ce qui est nécessaire et ce qui suffit à cet effet c'est que cette face ré- fléchit le rayonnement C'est pour cette raison que le système de détection d'erreurs de Localisation peut être appliqué à plusieurs dispositifs dans lesquels il faut une focalisation rigoureuse par exemple dans des microscopes. -10 REVENDICATIONS: 1 Système de détection d'erreurs de focalisation opto élec tronique servant à détecter, dans un système de représentation opti- que, un écart se produisant entre une première face réflectrice de rayonnement et un plan de focalisation d'un système d'objectif, no- tamment pour un dispositif conçu pour la lecture d'un porteur d'enre- gistrement présentant une structure d'information réflectrice de rayonnement optique ou un dispositif permettant d'enregistrer par voie optique de l'information dans un porteur d'enregistrement, sys- teme de détection d'erreurs de localisation qui comporte un élément diviseur de faisceau inséré dans la voie d'un faisceau de rayonnement réfléchi par la première face, et un système de détection sensible au rayonnement disposé derrière l'élément diviseur de faisceau et com- portant plusieurs détecteurs séparés les uns des autres par des peti- tes bandes, une première bande de séparation étant ajoutée au premier des deux faisceaux partiels formés par l'éliment diviseur de faisceau et une seconde bande de séparation étant ajoutée au second faisceau partiel, les sorties des détecteurs étant connectées aux entrées d'un circuit électronique dans lesquelles un signal d'erreur de focalisa- tion est déduit des signaux des détecteurs, caractérisé en ce que la première bande séparatrice fait un angle aigu avec la seconde bande séparatrice. 2 Système de détection d'erreurs de localisation opto élec- tronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle com- pris entre les bandes séparatrices est d'environ 220. 3 Dispositif servant à la lecture et/ou l'enregistrement d'information dans une face d'information réflectrice de rayonnement d'un porteur d'enregistrement, dispositif qui est muni d'un système de détection d'erreurs de localisation selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système de détection comporte quatre dé- tecteurs séparés, que la division de faisceau s'effectue dans un plan s'étendant de façon effective, perpendiculairement à la direction de la piste et que le circuit électronique comporte des moyens permet- tant de déduire un signal donnant une indication sur la position de la tache de rayonnement formée sur la face d'information par rapport à la piste d'information.