Brevet FR2536568A1 — publié le 19840525

p;pareil de détection de la position d'un lecteur optique La présente invention concerne un appareil de détection de la position d'un lecteur optique et plus particulièrement un appareil pour la détection de la position d'un détecteur optique dans un appareil de lecture optique d'un disque vidéo ou d'un disque audio PCM (à modulation par impulsions codées). Selon l'art antérieur, on connaît un appareil de lecture optique dans lequel un faisceau laser égEls par une source de lumière laser converge a la surface d'enregistrement d'un disque optique à tra- vers une lentille d'objectig s le faisceau lumineux réfléchi arrive dans le plan de détection d'un phot- détecteur qui donne le signal reproduit. Dans un tel appareil de reproductian optique, on utilise selon le brevet U.S 4 023 033 u procédé d'asservissement de mise au point selan. lequel le plan de détection de la lumière du photodétecteur présente une forme circulaire ; ce plan de détection de la lumière est divisé de façon égale en quatre parties de détection formant quatre quadrants ; une lentille semi-cylindrique est placée devant le phatodétecteur le signal de détection de l'état de mise au point est obtenu à partir de la différence entre la somme des signaux de sortie détectés des parties de détection du premier et du troisième quadrants et de la somme des signaux de sortie de détection correspondant aux parties de détection du second et du quatrième quadrants ; la position de l'objectif suivant son axe optique est réglée par le signal de sortie de détection de mise au point pour effectuer l'asservissement de la mise au point La technique d'asservissement de mise au point c-dessus sera explicitée à l'aide des figu- res 1 à 6.Selon la fleure 1S la référence 1 désigne de façon globale une lentille semi-cylindrique dont la surface semi-cylindrique porte la référence 2 et dont la surface rectangulaire plane porte la référence 3 On imagine des coordonnées orthogonales sur le plan 3, coordonnées dont le centre ou i origine O correspond au centre de la surface 3 g 'ae X est parallèle à la génératrice de la surface semi-cylindrique 2 et passe par l'origine 3; l'axe Y est perpendiculaire à la génératrice ou axe X et passe par l'origine O ; l'axe Z est perpendiculaire au plan 3 et passe par l'origine O.On prend un autrè point qui est du côté de la surface cylindrique 3 de la lentille 1 sur l'axe Z nuais à une certaine distance de l'axe O ; ce point O' constitue une autre origine ; on prend les coordonnées rectrnagulaires avee 0t comme origines et les plans respectivement perpendiculaires aux axes Z, x et y coupent respectivement les axes X et Y suivant un angle de 450 sur les parties positives.On a ainsi un plan de détection circulaire pour le photodétecteur dans le plan x et y (plan passant par les axes x et y) et le plan de détection est divisé de façon égale entre quatre parties par les axes x et y de façon à diviser le photodétecteur en parties de détection de lumière cor respondant à quatre quadrants I à IVv Un faisceau convergent qui tombe sur le plan 3 de la lentille 1 de façon que pomme représenté à la figure 2, l'axe optique du point 4 formé par le faisceau convergent coïncide avec l'axe Z et le point 4 du plan 3 prend une forme circulaire (la figure 2 montre le point 4 en perspective).Provisoirement, les axes a9 b2 c et d qui correspondent chacun à un rayon du point 4 se trouvent dans les -quatre premiers qua orants I-TV dans des positions qui coupent respectivement les axes X et Y suivant 450. Selon la figure 3, le lieu géométrique des rayons lumineux 5 et 6 sur la section de la len- tille 1 (section XOZ) passant par l'axe X l'origine O et taxe Z ainsi que sur la section de la lentille 1 (appelés section YOZ) passant par l'axe Y, l'origine O et l'axe Z lorsque le faisceau convergent tombe sur le plan 3 de la lentille Il sera expliqué ci-après.Comme la section YOZ a une e4paisseur constante, le rayon 6 qui tombe sur la section transversale Y82 reste parallèle au rayon incident après le passage à travers cette sectionS puis coupe l'axe Z en un point p. Comme la section OZ forme une lentille convexe, le rayon incident 5 tombant sur cette section XOZ est réfracté du coté de l'axe Z et passe ainsi par le point pi qui est plus proche de la lentille 1 que le point P. On suppose que le plan de détection DT du photodétecteur se trouve au point 0' (voir figure il sur l'axe Z entre les points P et P' et que le point 4' du faisceau laser tombant sur le plan de détection DI devient un cercle comme représenté à la figure 52 alors le faisceau convergent de l'objectif est focalisé sur la surface d'enregistremeflt du disque optique comme foyer.Ainsi, le fait que le foyer du faisceau convergent de l'objectif soit formé devant ou derrière la surface d'enregistrement du disque optique est équivalent au fait que la position du plan de détection Da du photodétecteur soit décalée en un point \ avant du point 0' ou en un point r après le point 0' 9 le point 4' sur le plan de détection DT du photodétecteur devient ainsi une ellipse comme représenté aux figures 4 ou 6.Le point 4 en forme d'ellipse selon la figure 4 a un grand diamètre et qui fait un angle de 50 par rapport a l'axe x dans le premier, et le troisième quadrants I et III ; le point en forme d'ellipse 4' dans le cas de la figure 6 a un grand diamètre qui fait 45o par rapport à l'axe x dans le second et le qua- trième quadrants Il et IV. Aux figures 4 à ó les axes a'2 b'g C9 9 dl correspondent respectivement aux axes a, bs c et d de la figure 2. C'est pourquoi Si le plan de détection du photodètecteur a une surface plus grande que le point 4' du fait de la différence entre la somme des signaux de sortie de détection des parties de détection du premier et du troisième quadrants I et III et de la somme des signaux de sortie de détection des parties de détection du second et du quatrième quadrants Il et IV, on peut détecter l'état de conver- gence du faisceau laser sur la surface d'enregistrement du support d'enregistrement optique tel qu'un disque optique à l'aide de l'objectif. Ainsi, il est possible d'asservir la mise au point en déplaçant l'objectif suivant l'axe optique pour annuler la différence cidessus Toutefois, le faisceau qui traverse la lentille semi-cylindrique 1 ne conserve pas une similitude de distribution de faisceau, si bien que lorsque la lentille semi-cylindrique est combine au photodétecteur, il est difficile d'obtenir un signal d'erreur de trace, correct (distinct du signal d'erreur de mise au point) par la symétrie de la distribution de la lumière pour le photodétecteur. La présente invention a pour but de créer un appareil de détection de la position d'un détecteur optique utilisant notamment un élément optique tel qu'une lentille ayant une symétrie axiale suivant quatre quadrants2 une similitude de la distribu:tio-n du faisceau e22-s par la lentille et des puissances différentes du fait de la différence des angles du plan passant par l'axe optique. A Cet effet l'invention concerne un appareil de détection de la position d'un lecteur optique caractérisé en ce qu'il comporte une lentille dont les surfaces des quatre quadrants sont coupées par deux plans chacun contenant un axe optique et ces deux plans tant perpendiculaires l'un à l'autre2 les distances focales des surfaces de lentille du premier et du trol- siège qua-drants étant égales et les distances focales des surfaces de lentille des second et quatrième qu-a drants étant égales, la distance focale des surfaces de lentille du premier et du troisième quadrants étant différente de celle des surfaces de lentille du second et du quatrième quadrants et les surfaces de lentille respectives ont une symétrie axiale, les lentilles étant placées dans le chemin optique du faisceau réfï:échi par le disque optique, ainsi qu'un photodétecteur à quatre parties de détection correspondant aux surfaces de lentille respectives pour détecter le faisceau reflèchi traversant la lentille. La présente invention sera decrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'une lentille semi-cylindrique selon l'art antérieur. - la figure 2 est une vue en perspective d'un point du faisceau tombant sur le plan rectangulaire de la lentille semi-cylindrique de la figure 1. - la figure 3 est un schéma du chemin des rayons lumineux incidents à la lentille semicylindrique de la figure 1. les figures 4, 5, 6 sont chacune une vue en perspective d'un point du faisceau. - la figure 7 est une vue en perspective d'un exemple de lentille constituant la partie princi Sale de l'appareil pour détecter la position d'un détec teur ou lecteur optique selon l'nvention. la figure 8 est un schéma du chemin des rayons lumineux Incidents à la lentille selon la figure 7. les figures 9, 10, 11, sont des schémas respectifs d'un point d'un faisceau. la figure 12 est un graphique des courbes caractéristiques d'un point du faisceau. la figure 13 est un schéma de principe d'un exemple d'appareil pour la détection de la pess- tion d'un détecteur ou lecteur optique selon ttlnven- tien DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL La description ci-après porte d'abord sur un exemple de lentille utilisée dans l'appareil de détection de la position d'un dispositif de lecture ou de détection optique selon l'invention. Suivant la-figure 7, un exemple de lentille 7 selon l'invention se compose de quatre zones ou surfaces de lentille 7a, 7b, 7c et 7d correspondant aux quatre quadrants I, Il, III et IV coupées par deux plans passant par l'axe optique ou axe Z ; ces plans sont perpendiculaires l'un à l'autre ctest-à-dire le plan XZ (plan passant par les axes X et Z) et le plan YZ (plan passant par les axes Y et Z).Dans ces conditions, les distances focales des deux zones de lentille 7a, 7c du premier et du troisième quadrants I et III sont choisies égales (cette distance focale sera appelée f1) 9o les distances focales des surfaces de len- tille 7b et 7d du second et du troisième quadrants Il et IV sont également choisies égales ;(ces distances focales sont appelées f2).La distance focale f1 des surfaces de lentille 7a et 7c du premier et troisième quadrants I et III et la distance focale f2 des surfaces de lentille 7b et 7d du second et du quatrième quadrants Il et IV sont différentes l'une de 19 autre ; les surfaces de lentille respectives 7a et 7d sont disposées symétriquement par rapport à l'axe optique ou axe Z. Si les distances focales 1 et f2 satisfont à la rélation f1 # f2, elles peuvent être positives ou négaives. Toutefois en pratique, les distances focales f1 et f2 sont toutes deux positives et comprennent la distance focale infinie # Dans l'exemple représenté, la lentille 7 est une lentille plan convexe Les coordonnées rectangulaires mentionnées ci-dessus correspondent aux axes X et Y QO étant l'origine) que l'on suppose com pris dans le plan 7A de la lentille 7 e les axes X, Y, Z (l'axe Z coïncide avec l'axe optique de la lentille 7) constituent des coordonnées orthogonales. Il existe différents procédés de fabri- cation d'une telle lentille 7. Le premier procédé con- siste a coller des éléments corespondant aux quatre quadrants et qui sont réalisés en deux types de matériaux tels que du verre, des matières plastiques ou analogues ayant des indices de réfraction différents, en utilisant un agent de collage ; les éléments ainsi collés sont polis pour former la lentille 7. Le second procédé est le suivant : on utilise le même matériau de lentille tel que du verre, des matières synthétiques ou analogues que l'on polit pour réaliser les lentilles ayant une courbure différente c'est-à-dire des distances focales différentes les lentilles respectives ainsi réalisées sont divisées en lentilles correspondant aux quatre quadrants ; on colle ces lentilles à l'aide d'un agent de collage ou analogue deux deux pour former la lentille 7. Le troisième et dernier procédé est le suivant ç on utilise un moule métallique ayant des courbures différentes pour réaliser la lentille 7 en matière synthétique suivant la structure ci-dessus Ce troisième procédé est avantageux par rapport aux deux premiers procédés car il n'y a aucune opération de collage des éléments ou surfaces de lentille. On utilise des coordonnées rectangulaires avec pour origine 0', telle que la surface sphérique 7D de la lentille 7 soit distante de lsorigine O d'une dis- tance prédéterminés 9 les axes x et y sont respectivement parallèles aux axes x et Y dans le plan perpendiculaire a l'axe Z et qui est parallèle au plan 7A de la lentille 7.Puis, on fait colncider le plan de détec ton circulaire du photodétecteur avec le plan x, y (plan contenant les axes z et y) 9 on divise de façon égale le plan de détection du photodétecteur en quatre zones suivant les axes x et y pour diviser le photodétecteur en quatre quadrants pour les parties de détection de lumière. Dans ces conditions, on fait tomber sur le plan 7A de la lentille 7 un faisceau parallèle incident pour que son axe optique coïncide avec l'axe Z et que sa section dans le plan 7A soit un cercle. Lorsque le faisceau parallèle est projeté sur le plan 7A de la lentille 7, le tracé des rayons 5 et 6 tombant sur les surfaces de lentille 7a et 7b du premier et du second quadrant I et Il dans la section par le plan xZ sera expliqué à l'aide de la figure 8. Le rayon 5 qui tombe sur la surface de lentille 7a de la lentille 7 et qui traverse cette partie de lentille est réfracté vers l'axe Z, puis passe par le foyer F1 de la surface de lentille 7a sur l'axe Z S le rayon 6 qui tombe sur la surface 7b de la lentille 7 et traverse cette partie de lentille est ré tracté également vers le côté de l'axe Z qu'il coupe au foyer F2 correspondant à la surface de lentille d7b; ce foyer est plus éloigné de la lentille 7 que le foyer Selon la figure 8, on suppose que lorsque le plan de détection DT du photodétecteur se trouve au point O' (voir figure 7) entre les foyers F1 et F2 et que le point 4' du faisceau tombant sur le plan de détection DT devent un cercle comme représenté à la figure 10, le faisceau convergent émis par l'objectif est exactement mis au point sur la surface d'enregis trempent du disque optique gnon représenté).Dans cette hypothèse, le falot que le point de convergence du faisceau convergent émis par l'objectif soit situé devant ou derrière la surface d'enregistrement du disque optique est équivalent au fait que la position du plan de détection DT du photodéteçteur est décalée vers un peint & plus proche de la lentille 7 que le point O' ou vers un point ss plus éloigné de la lentille 7 que le point O'. Dans un tel cas, le point 4' sur le plan de détec- tion DT du photodétecteur correspond à ce qui est rep e- sente aux figures 9 ou la ; dans ce cas, chacun des points 4' est formé par la combinaison de quart de cercle de rayons différents.Le point 4' de la figure 9 est formé de quarts de cercle qui, dans le second et quatrième quadrants Il et IV ont un rayon important et de quarts de cercle qui dans le premier et troisième quadrants I et III ont un rayon plus faible que le précédent. Le point 4' de la figure Il est formé de quarts de cercle qui dans le premier et le troisième quadrants I, III ont un rayon important et dans le second et quatrième quadrants Il et IV ont un rayon plus faible que le précédent. Dans chacune des figures 9 à 11, les quantités de lumière du point 4' dans les différents quadrants sont égales. Toutefois lorsque les rayons des quarts de code sont différents, la quantité de lumière ar unité de surface est différente et ainsi on obtint des schémas clairs et foncés on l'invention, comme représenté aux figures 9 a 11, la configuration du plan de détection 8 du photodétecteur est en forme de cercle dont le rayon est chois légèrement inférieur aux plus petits des qucrts de cercle 9 le rayon de ces petits quarts de cercle est plus petit que celui des autres quarts de cercle 9 le plan de détection 8 est divisé de façon égale en. quatre parties pour former les parties de détection 8a, 8b, 8d des quatre quadrants I-IV. Les signaux de sortie de détection des différentes parties de détection sont ainsi proportionnels à la quantité de lumière du peint 4' par unité de surface. Lorsqu'in faisceau convergent tombe sur un certain plan, la relation entre la quantité de lu- fière (pourcentage) dans une zone circulaire du point du faisceau convergent et l'état de convergence du fais- ceau est représentée par le graphique de la figure 12 dans ce graphique, on a les courbes S1, S2, S3. La courbe S1 représente le cas d'un faisceau convergent de mise au point exactement sur le plan ; les courbes 52' S3 représentent le cas d'un faisceau convergent en avant ou en arrière du plan.Ainsi, lorsque la quantité de lumière dans une zone circulaire de rayon prédéterminé pO (énergie encerclée) est détectée, on peut détecter l'état de convergence du faisceau convergent par rapport à ce plan. Ainsi selon l'invention, suivant la différence entre la somme des signaux détectés par les parties de détection lumineuses du premier et du troisième quadrants I, III et la somme des signaux de détection des parties de détection de lumière du second et du quatrième quadrants Il et IV, on peut détecter l'état de convergence du faisceau de lumière laser par l'objectif sur" la surface d'enregistrement du support d1enregistre- ment optique par exemple un disque optique.Ainsi en déplaçant l'objectif suivant son axe optique, on peut annuler la différence des deux sommes c'est-è-dire on peut asservir la mise au point. De plus comme l-e faIsceau qui traverse la lentille 7 conserve une similitude de distribution, lorsque la lentille 7 est combinez au photodétecteur, on peut obtenir un signal d'erreur de de correct étant donné la symétrie de la distribution de la lumière. La descrsption suivante concerne un exemple de signal d'erreur de trace, correct. La différence envisagée cidessus entre les signaux de sortie de détection1 donne le signal d'erreur de mise au point signal dont la fréquence est faible) et un signal d'erreur de trace (dont la fréquence est élevée), ces deux signaux s'obtiennent par séparation des fréquences. De plus du fait de la différence entre la somme des signaux de sortie détectés par les parties de détection de lumière du premier et du second (ou pre mier et quatrième) quadrants I et II tI et IV) et de la somme des signaux de sortie de détection des parties de détection de lumière du troisième et du quatrième quadrants (ou second et troisième) III et IV (ou II et III) on peut détecter l'état de traçage. Il suffit pour effectuer l'asservissement de traçage de régler par exemple un miroir de traçage pour annuler la différence.Dans ce cas, le signal reproduit s'obtient à partir de la somme des signaux de sortie de détection de toutes les parties de détection de lumière Un exemple d'appareil pour la détection de la position d'un dispositif de lecture ou de détec- tion optique comportant une lentille 7 telle que celle décrite ci-dessus sera explicité ci-après à l'aide de la figure 13. Dans l'exemple de l'invention selon la figure 13, le faisceau laser divergent émis s par une source de lumière laser 10 passe dans un collimateur 11 pour donner un faisceau parallèle Le faisceau parallèle du du collimateur ll traverse un diviseur de faisceau de la polarisation 32 et et une plaque de quart de longueur d'onde (#) 13 pour arriver sur un miroir 4 de galvanomètre (miroir de traçage) 14 pour être réfléchi par celui-ci a Le faIsceau réfléchi par le miroir de galvanomètre 14 passe par l'objectif 15 qui met au pas le faIsceau sur la surface d'enregistrement d'un disque optique 16. Le faisceau réfléchi par la surface d'enregistrement du disque optique 16 traverse l'objectif 15, le miroir de galvanomètre 14, la plaque de quart de longueur d'onde 13 et le diviseur de faisceau 12.Le faisceau réfléchi par le diviseur de faisceau 12 et qui est un faisceau approximativement parallèle est mis au point par la lentille 7 sur le plan de détection de lumière d'un photodétecteur 17 Les signaux de sor- tie de détection des différentes parties de détection 8a, 8b5 Oc, et 8d du photodétecteur 17 sont appliques aux additionneurs AD AD2, AD3 et au soustracteur SB puis è un filtre passe-bas F1 et un filtre passe-haut F2 pour donner le signal d'erreur de mise au point, le signal d'erreur de trace et le signal de reproduction comme cela a été expliqué ci-dessus. Selon l'invention, on utilise un élément optique (lentille) ayant des puissances différentes suivant les directions dans le plan perpendiculaire a l'axe optique de façon que la lentille présente une symétrie axiale et que le faisceau émis par la lentille reste analogue aux parties respectives des quatre quadrants quant a la distribution du faisceau. REVENDICATIONS 10) Appareil pour détecter la position d'un détecteur ou lecteur optique, appareil caractérisé en ce qu'il se compose d'une lentille ayant des surfaces de lentille suivant quatre quadrants (1-1V) coupées par deux plans, chaque surface de lentille (7a-7d) passant par l'axe optique, ces surfaces étant perpendiculaires l'une a l'autre et les distances focales des surfaces de lentille du premier et troisième quadrants (I, III) étant égales (f1) et les distances focales des surfaces de lentille des second et quatrième quadrants (11, IV) étant égales entre elles (f2 > , la distance focale (f1) des surfaces de lentille du premier et troisième quadrants (I, III) étant différente de la distance focale (f2) des surfaces de lentille du second et quatrième quadrants (II, I)2 et les différentes surfaces de lentille présentent une symétrie axiale, les lentilles étant places dans le chemin optique d'un faisceau réfléchi par un disque optique (16), ainsi qu'un photodétecteur 617;; étant divisé en quatre parties da, 8b, 8c, 8d) correspondant aux surfaces de lentille (7) respectives pour détecter le faisceau réfléchi traversant la lentille (7 > 20) Appareil de détection selon la reven fêrence entre la somme des signaux de sortie (-AD1, AD2) des parties de détection divisées correspondant aux surfaces de lentille t7a-7d) du premier et troisième quadrants (I, III) et de la somme des signaux de sortie des parties de détection divisées correspondant aux surfaces de lentille des second et quatrième quadrants (II, IV), on détecte la distance entre le disque optique (16) et le détecteur optique (15).