Brevet FR2528215A1 — publié le 19831209

L'invention concerne un procédé et un appareil pour enregistrer des signaux d'informations sur un dis- que optique, sur lequel un enregistrement numérique de valeurs multiples est effectué. En général, quand des signaux numériques sont en- registrés sur un support d'enregistrement en utilisant un faisceau de laser, des signaux numériques de deux va- leurs représentant un niveau bas ( 0) et un niveau haut ( 1) sont enregistrés. Ja vitesse de transfert de données de 30 à 100 Mégabits par seconde est généralement nécessaire poulr en- registrer des signaux numériques d'images de haute quali- té su' un disque optique, et pouxi les reproduire à partir de ce disque Un disque optique courant sur lequel des signaux analogique d'image sont enregistrés, tourne Aà une vitesse de 1800 tours par minute de sorte qu'il est difficile de réaliser la vitesse précitée de transfert de données dans ce cas. En outre, une densité superficielle d'enregistre- ment qui est de 2 à 10 fois celle d'un disque compact q actuel est nécessaire pour réaliser un disque numérique de son et d'image d'un diamètre de 20 cm par exemple, surlequel des signaux de son et d'image sont traités nu- mériquement pour l'enregistrement et la reproduction. La densité superficielle d'enregistrement a est exprimée par l'équation suivante: o n 2 ?A P A Cette expression peut être obtenue de la manière suivante. Si l'on suppose que le diamètre le plus extérieur de la surface de programme d'un disque optique est r O et le diamètre le plus intérieur est r 1, la surface d'en- registrement S est: s -= J( r 2 _ r 2) Si l'on suppose que le pas de la piste est P, la longueur totale 1 de la piste d'enregistrement esti _ 3 t 22 X 2 fJ d =(r 2 _ r) o Si l'enregistrement est effectué dans un mode de vitesse linéaire constante et en supposant que la vitesse linéaire d'enregistrement à ce moment est V, le temps d'en- registrement T est: 1 _ S_ v PV Par ailleurs, si l'on suppose que la longueur d'onde de la lumière du système optique de reproduction; est J et que l'ouverture numérique de la lentille est NA, la fréquence de coupure fc du signal de reproduction est: c- f Q -, x V Cela donne l'expression suivante: T S _ S 2 NA 1 = V P f- Il faut noter en regard de cette expression que le 13 temps T pendant lequel l'enregistrement et la reproduc- tion sont possibles sur un dique, est déterminé par le terme comprenant Les paramètres du disque comprenant la surface d'enregistrement et le pas de la piste, le terme comprenant les paramètres du système optique de reproduc- tion et la fréquence de coupure. Si l'on suppose que le débit de données d'infor- mations est a(bits /s) la bande de fréquences nécessaire pour transmettre les donndes est déterminée selon le théo- rême de Nyquist Le rapport entre ce débit de données et la bande de fréquence nécessaire est appelé efficacité de transmission et s'exprime par la lettre ô Autrement dit, ( 3 P Hz) -fc Dans le cas d'un taux d'élimination de 100 % dans le système NRZ (sans retour à zéro) -7 = 1, et dans le cas d'un taux d'élimination de 50 %, X 1,5 Si le filtre de Nyquist idéal était réalisé, _ 2; mais dans ce cas, le procédé de réponse partielle devrait être utilisé Comme cela a été indiqué ci-dessus il est bien entendu que la fréquence de coupure du système optique de reproduction est déterminée par le débit de données a (bits /s) des informations à transmettre et l'efficacité de transmission Par conséquent, le temps d'enreeistre- ment d'un disque est: T S, 2 'A 1 = S 2 NA,% P fc P 'A ' a Il sera maintenant supposé que la quantité totale des données à enregistrer sur un disque est A(bits), ce qui donne: A Q T _ 2 XA Ainsi, la densité superficielle d'enregistrement o- est: _A N 2 NA Il faut noter en regard de l'expression ci-dessus que pour augmenter la densité d'enregistrement, il est né- cessaire premièrement d'augmenter NA du système optique de reproduction; deuxièmement de raccourcir la longueur d'onde du système optique de reproduction; troisièmement, de réduire le pas de la piste; et quatrièmement d'élever l'efficacité de transmission Mais en ce qui concerne le premier procédé, l'ouverture numérique peut être au plus 0,45-0,50 car une augmentation de NA entraine une réduc- tion des tolérances dans le d'inclinaison du disque En ce qui concerne le second procédé, le raccourcissement de la longueur d'onde d'un laserà semi-conducteur est actuelle- ment limité aux environ de 0,74 pm En ce qui concerne le troisième procédé, il est difficile de réaliser un plus petit pas de la piste en raison des possibilités de repro- duction Il est donc difficile d'augmenter sérieusement la densité d'enregistrement par les trois procédés préci- tés Par ailleurs, en ce qui concerne le quatrième procédé d'élévation de l'efficacité de transmission, il faut con- sidérer ce procédé en ce que les signaux d'informations sont transmis à la fréquence de Nyquist sur le c 8 té de reproduction, selon la réponse partie Lle donnant par conséquent = 2 Mais il est impossible d'obtenir 2, même si la réponse partielle était utilisée. Comme cela a donc été expliqué ci-dessus, il est difficile d'améliorer sérieusement la densité d'enregistre- ment d'un disque même si une combinaison de ces procédés courants est utilisée. Un autre procédé est donc examiné selon lequel des pistes multiples sont formées pour réduire substantiel- lemrient la vitesse de transmission Mais ce procédé conduit à un court temps dtenregistrement/reproduction. L'invention a donc pour objet de proposer un pro- cédé et un appareil d'enregistrement optique de signaux d'informations sur un dique permettant d'augmenter la quantité d'informations enregistrée, et qui conviennent pour l'utilisation à l'enregistrement de signaux numéri- ques d'image. L'invention apporte des avantages en ce qu'il est possible d'enregistrer des signaux numériques de valeurs multiples, de trois valeurs ou davantage, sur un disque optique, permettant ainsi d'au Fmenter la quantité des in- formations enreeitrrées, plus que les procédés et appa- reils courants dans lesquels des signaux numériques à deux valeurs sont enregistrés. Selon l'invention, ce résultat ainsi que d'autres sont obtenus grâce à un procédé et un appareil d'enregis- trerient optique de signaux numériques sur un disque selon lesquels l'appareil comporte un générateur de faisceau de laser, un modulateur du faisceau de laser en fonction de si.naux numériques à valeurs multiples; et un dispositf destiné à former des cavités de différentes profondeurs dans un support d'enregistrement tournant, en fonction des valeurs d'exposition du faisceau de laser. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: Les Figures 1 A à 1 D montrent des formes d'ondes de signaux numériques de deux à cinq valeurs respective- ment, la Figure 2 représente schématiquement la réali- sation d'un systeme optique d'un appareil d'enregistrement auquel l'invention peut %tre appliquée, la Figure 3 montre un exemple des caractéristiques d'une couche d'enregistrement à laquelle l'invention peut être appliquée, les Figures 4 A A 4 D sont des diagrammes utilisés pour décrire l'invention, selon lesquels un signal d'enre- gistrement de forme triangulaire est utilisé pour former les cavités représentant deux valeurs, et les Figures 5 A et 5 B sont des diagrammes utilisés pour décrire l'invention, selon lesquels le signal d'enre- gistrement à trois valeurs est utilisé pour former des cavi- tés représentant ces trois valeurs. L'invention concerne donc un procédé et un appareil permettant d'enregistrer un signal numérique à trois va- leurs 0, 1 et 2 (Fig l B), un signal numérique à quatre valeurs (Fig 1 C) et un signal numérique à cinq valeurs (Fig 1 D) qu'il y a lieu de comparer avec un procédé et un appareil classiques, avec lesquels un signal numérique à deux valeurs comprenant un niveau bas ( 0) et un niveau haut ( 1) comme le montre la Figure 1 A est enregistré De cette manière, en enregistrant N valeurs, de trois à davantage, il est possible de transmettre davantage d'informations à savoir (log 2 n) fois la quantité d'informations pour le cas d'enregistrement de deux valeurs (Fig 1 A) Autrement dit, il est possible de transmettre une quantité d'infor- mations qui est accrue de 1,58 fois dans le cas de trois valeurs; du double dans le cas de quatre valeurs, et de 2, fois dans le cas de cinq valeurs. Comme le montre la forme d'onde de la Figure l B, aucune transition de niveau n'apparait entre la valeur mi- nimale ( 0) et la valeur maximale ( 2) dans le cas de signaux d'enregistrement à trois valeurs, mais les signaux son; définis de manière que le niveau d'une valeur inter- médiaire ( 1) existe toujours entre eux Cela est très efficace pour reproduire les formes d'ondes des signaux de reproduction sans aucune distorsion. La Figure 2 montre un exemple d'un appareil d'enregistrement pour la mise en oeuvre de l'invention. Sur la Fi Fure 2, la référence numérique 1 représente un générateur à laser comprenant par exemple un laser à paz, par lequel un faisceau de laser est transmis par un mi- roir 2 à un modulateur optique 3 utilisant un effet opto- acoustique Un si nal d'enregistrement est appliqué par une borne 4 à ce modulateur optique 3 Le trajet lumineux du faisceau de laser qui doit etre émis par le modulateur optique 3 est modifié par un miroir 5 Le faisceau de laser est ensuite focalisé par une lentille 6 et son tra- Jet lumineux est à nouveau modifié par un miroir 7 Le faisceau de laser est ensuite transmis par un ob Jectif 8 sur une couche d'enregistrement 10 d'un disque 9. Le disque 9 est mis en rotation à une vitesse angulaire prédéterminée par un moteur à brocne 12 La couche d'enregistrement 10 est déposée sur la surface d'une base de verre 11 Un certain nombre de cavités dont les profondeurs correspondent aux valeurs d'exposition sont formées dans la couche d'enregistrement 10 de manière que par exemple, le traitement de développement soit ef- fectué après l'exposition en utilisant une couche photo- sensible du type positif comme couche d'enregistrement 10. Il faut mentionner à titre d'exemple de couche photosensibles du type positif, le produit AZ 1350 de Shipley Corporation, dans lequel une matière sensible est additionnée à une résine novolaque La Figure 3 montre la relation entrele niveau d'exposition L de cette couche d'enregistrement (photosensible) 10 et la profondeur D 3 D des cavités qui y sont formées, la référence t indiquant l'épaisseur de la couche d'enregistrement 10 Le niveau d'exposition L représente une énergie qui est appliquée à la couche d'enregistrement 10 à une vitesse linéaire de lm/s du disque 9. Selon les Figures 4 A, 4 D, lorsqu'un signal d'en- registrement de forme triangulaire comme le montre par exemple la Fig 4 A, est appliqué à la borne 4 du modula- teur optique 3, un faisceau de laser est produit avec le- quel l'éner ie d'exposition varie progressivement comme le montre la Fig 4 B, en raison des caractéristiques non linéaires de modulation du modulateur optique 3 Sur la Figure 4 B, la référence L 1 indique la valeur seuil de l'énerrie d'exposition nécessaire pour former un trou dans la couche d'enregistrement 10; L 2 indique l'énergie d'exposition pour que la profondeur à laquelle une cavité est formée dans la couche d'enregistrement 10 atteint la surface de la base de verre 11. Ainsi, comme le montre la Fig 4 C, une partie inclinée est formée dans la couche d'enregistrement 10 du disque 9, la profondeur du trou augmentant progressive- ment dans la plage de L 1-L 2 de l'énergie d'exposition et la largeur de la cavité augmente progressivement et de- vient finalement presque égale au diamètre du point du faisceau d'enregistrement Dans le cas o l'énergie d'ex- position est L 2 ou davantage, un trou dont la profondeur atteint la surface de la base de verre 11 est formé La Figus 4 C est une vue en plan et en coupe des cavités formées par la partie inclinée et le trou. L'épaisseur t de la couche d'enregistrement 10 est choisie à une vaieur légèrement supérieure à 7/4, si la loigueur d'onde du faisceau de laser à la reproduc- tion est > Dans le cas o des disques de copie avec une sur'face pelliculaire de reflexion en aluminium sont pres- sés en utilisant le disque 9 comme un disque "mère", la profondeur de chaque cavité dans ce disque est également établie à une valeur légèrement supérieure à ?/4 Comme cela a été décrit ci-dessus, étant donné que la profondeur d'une cavité est prédéterminée, quand cette cavité est lue, il apparaît une différence de phase de >/2 entre le fais- ceau de laser réfléchi par la cavité et le faisceau de laser réfléchi par La surface entourant la cavité de sorte que les deux phases sont en opposition et au- cune sortie de reproduction n'est produite Dans le cas on te point du faisceau de laser à la reproduction est émis sur la surface environnante, la lumière réfléchie contient la m 9 me composante de phase de sorte que la sortie de reproduction est produite Par conséquent, si le disque dont les cavités représentées sur la Fit 4 C ont été formés dans la surface réfléchissante est repro- duit, un signai de reproduction de la forme d'onde de la :ig-ure 413 est obtenu. Comme cela a été décrit ci-dessus, lorsqu'un signal de forme triangulaire est enregistré et reproduit, il est possible d'obtenir un signal de reproduction ayant la même pente que celle du signal d'enregistrement Cette pente est produite par le fait que des parties inclinées existent entre la surface environnante et la cavité et que la largeur de la cavité varie Autrement dit, il est possible d'effectuer un enregistrement à valeurs mul- tiples en mettant en oeuvre ce principe. Par exemple dans le cas d'un enregistrement à trois valeurs le centre depolarisation de l'énergie d'ex- position est placé au centre Lb de la région o l'énergie d'exposition est presque proportionnelle à la profondeur D de la cavité à former, sur la caractéristique repré- sentée sur la Figure 3, et l'energie d'exposition avec laquelle une cavité profonde et une surface environnante peuvent 8 tre formées autour de ce centre de polarisation. La Figure 5 A montre un exemple d'un tel signal d'enregistrement à trois valeurs Te faisceau de laser de l'énergie d'exposition Ld précité est produit en ré- ponse à la valeur centrale V 1 du signal d'enregistrement. La production du faisceau de laser est interrompue, ou un faisceau de laser dont l'énergie d'exposition n'atteint pas une valeur seuil L 1 (voir Figure 41 i) est produit en correspondance avec un niveau bas Vo Te faisceau de laser d'énergie d'exposition L 2 ou davantage (voir lig. 4 n) est produit pour un signal de niveau haut V 2 Ainsi, comme le montre la Fig 553, les surfaces extérieures sont formées dans la couche d'enregistrement 10 du dis- que 9, dans ltintervalle du signal d'enregistrement V O; les cavités intermédiaires sont formées dans l'intervalle de V; et la cavité profonde est formée dans l'intervalle de V 2 Bien que cela ne soit pas représenté, une substan- ce photosensible possède une excellente caractéristique signal-bruit; il est donc également possible d'effectuer l'enregistrement d'un signai numérique à cinq valeurs en contrôlant avec précision l'énergie d'exposition et son processus d'enregistrement et de reproduction. L'invention peut être appliquée au cas ou deux pistes de signaux sont formés simultanément en utilisant deux faisceaux de laser pour l'enregistrement Dans ce cas, la vitesse de transmission des signaux numériques peut 8 tre augmentée substantiellement et en outre, étant donné qu'il n'est pas nécessaire d'augmenter la densité d'enregistrement, il est possible de récupérer facilement l'horloge binaire à la reproduction d'un disque. Bien entendu, diverses modifications peuvent Otre apportées par l'homme de l'art au mode de réalisa- tion décrit et illustré à titre d'exemples nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé d'enregistrement optique de signaux d'iniormation sur un disque) procédé caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer l'enregistrement numérique à valeurs multiples de signaux numériques représentant trois valeurs ou davantage en utilisant un support d'en- registrement ( 10) dont la profondeur d'une cavité peut être modifiée par la valeur d'exposition. 2 Procédé d'enregistrement optique de signaux numériques sur un disque ( 9), procédé caractérisé en ce qu'it consiste essentiellement à moduler ( 3) de la lumiè- re d'enregistrement en fonction de signaux numériques d'enregistrement à valeurs multiples et à former des ca- vités de différentes profondeurs dans un support d'enre- gistrement ( 10) tournant en fonction des valeurs d'èx- position de ladite lumière d'enregistrement. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un faisceau de laser d'une longueur d'onde A est utilisé comme lumière d'enregistrement, la valeur maximale de profondeur des cavités à former par ledit faisceau de laser étant /4. 4 Appareil d'enregistrement optique de signaux numériques sur un disque ( 9), appareil caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 3) destiné à moduler une lumière d'enregistrement en fonction de signaux numéri- ques d'enregistrement de valeurs multiples, et un dispo- sitif pour former des cavités de différentes profondeurs dans un support d'enregistrement (îo) tournant en fonc- tion des valeurs d'exposition de ladite lumière d'enre- gistrement. 5 Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il compo:te en outre un dispositif ( 1) pour produire un faisceau de laser comme ladite lumière d'en- registrement, ledit faisceau de laser ayant une longueur d'onde A et la valeur maximale des profondeurs des ca- vités à former Par ledit faisceau laser étant A/4. 6 Disque optique du type à réflexion de lumière, caractérisé en ce qu'il comporte des pistes de signaux * ayant des configurations géométriques constituées par des cavités et des surfaces intermédiaires, lesdites cavités ayant plusieurs profondeurs.