Brevet FR2538580A1 — publié le 19840629

La présente invention se rapporte à un dispositif de lecture optique et concerne plus particulièrement un dispositif de lecture optique destiné à Utre utilisé dans un système pour extraire par voie optique des informations enregistrées. Dans les dispositifs de lecture optique classiques, on utilise en général un prisme pour séparer un faisceau lumineux réfléchi d'un faisceau lumineux d'extraction émis par une source de lumière Le demi-prisme ou le prisme de Wollaston (prisme de Wollaston à image double) sont des exemples d'un tel prisme D Ans le cas du demiprisme, le faisceau réfléchi émergeant du prisme est dirigé selon une ligne sensiblement normale à la trajectoire du faisceau lumineux d'extraction En conséquence, les dimensions, plus précisément la largeur du dispositif de lecture,deviennent inévitablement grandes, ce qui constitue un obstacle à la réduction des dimen- sions du système dans son ensemble Dans le cas du prisme de Wollaston, l'in- convénient réside dans le fait que les coûts de fabrication sont notablement élevés. Un but de la présente invention est en conséquence la mise au point d'un dispositif de lecture optique dont la structure soit simplifiée par éli- mination de l'utilisation d'un prisme et qui soit de dimensions réduites par comparaison avec les dispositifs de lecture classiques, de façon à offrir une grande liberté dans la conception du système dans lequel le dispositif de lecture est incorporé. Un autre but de la présente invention est la réalisation d'un disposi- tif de lecture optique qui puisse Utre produit à des coûts relativement bas. Pour ce faire, la présente invention a pour objet un dispositif de lecture optique qui comprend une source d'émission d'un faisceau lumineux, un moyen de séparation pour diriger le faisceau lumineux vers la surface d'un support d'enregistrement et séparer un faisceau réfléchi, renvoyé par la sur- face du support d'enregistrement, du faisceau lumineux, et un moyen de détection photo-sensible apte à recevoir au moins une partie du faisceau réfléchi, ce dispositif de lecture optique étant caractérisé en ce que le môyen de sépara- tion a une fonction de diffraction d'un faisceau lumineux incident et le moyen de détection photo-sensible est placé en un point o il peut recevoir un rayon de diffraction ayant'un numéro d'ordre sélectionné du faisceau réfléchi. D'autres particularités de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre Il est bien évident toutefois que cette description détaillée et les exemples spécifiques donnés, qui se rapportent à des modes de réalisation préférés de l'invention, ne sont fournis qu'à titre d'illustration, et que-de nombreuses adaptations et modifications restant dans l'esprit et le cadre de l'invention pourront être déduites par l'homme de l'art de cette description détaillée. La présente invention, sa structure et son mode d'utilisation ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci, seront mieux compris à la lecture de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de lecture classique comportant un demi-prisme la figure 2 est une vue schématique analogue à la figure 1, mais représentant un autre dispositif de lecture classique équipé d'un prisme de Wollaston; la figure 3 est une représentation schématique du dispositif de lecture conforme à la présente invention la figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif de lecture conçu selon le principe illustré par la figure 3; les figures 5 A et 5 B illustrent le principe de formation d'un holo- gramme mis en oeuvre dans le deuxième mode de réalisation du dispositif de lecture selon l'invention; et la figure 6 est une vue partielle de ce deuxième mode de réalisation dans lequel une lentille holographique est utilisée à la place d'une lentille objet classique. Avant d'en venir à la description du mode de réalisation préféré du dispositif de lecture optique selon la présente invention, on va se reporter tout d'abord aux figures 1 et 2 qui illustrent des exemples d'un dispositif de l'art antérieur. Dans le dispositif de lecture optique représenté sur la figure 1, un -30 faisceau lumineux d'extraction d'informations, généré par une source de rayons laser 11,est émis sur une lentille objet 13, au travers d'un demiprisme 12 jouant le rôle d'un dispositif de fractionnement de faisceaux et converge sur la surface d'enregistrement d'un disque d'enregistrement 14 Un faisceau réflé- chi par le disque d'enregistrement 14 est à nouveau dirigé sur la lentille objet 13 à travers laquelle le faisceau réfléchi est transformé en un faisceau de lumière parallèle Ce faisceau parallèle réfléchi est alors appliqué sur le demi-prisme 12 par lequel il est à nouveau réfléchi et renvoyé selon une direc- tion normale au faisceau lumineux émis par la source lumineuse 11, puis capté par la surface de réception d'un dispositif de réception de lumière 15 Ce dispositif de réception de lumière 15 est par exemple un phototransistor qui transforme l'intensité de la lumière incidente en un signal électrique. Dans le dispositif de lecture représenté sur la figure 2, un faisceau lumineux émis par la source laser 11 est fractionné en deux faisceaux de lumière polarisée ayant des plans de vibration différents, tel qu'un faisceau de lumière Ppolarisée, la direction de vibration étant alors parallèle au plan incident, et un faisceau de lumière S-polarisée, la direction de vibration étant dans ce cas normale au faisceau lumineux incident, par un prisme double image de Wollaston 16 L'un de ces faisceaux de lumière polarisée, à savoir le faisceau de lumière P- polarisée est dirigé sur la lentille objet 13, à travers la plaque quart d'onde 17 dans laquelle la lumière polarisée entrante est convertie en un faisceau de lumière dépolarisée Le faisceau lumineux ayant traversé la lentille objet 13 est alors dirigé sur la surface du disque 14 qui réfléchit le faisceau lumineux'incident et le renvoie de nouveau vers la lentille objet 13 Après avoir traversé la lentille objet 13, le faisceau lumineux réfléchi est alors appliqué sur la plaque quart d'onde 17 qui convertit le faisceau' lumineux en un faisceau de lumière S-polarisée Le faisceau de lumière Spola- risée ainsi généré est alors envoyé sur le prisme de Wollaston 16 par lequel le faisceau lumineux est dirigé vers le détecteur photo-sensible. Il ressort de ce qui précède que, dans les deux systèmes de lecture classiques représentés sur les figures 1 et 2, un prisme (même s'ils sont de types différents) est utilisé dans le but de séparer le faisceau lumineux réfléchi du faisceau lumineux incident émis par une source lumineuse et de nombreux inconvénients découlent de l'utilisation de ce prisme Plus précisément, dans le cas du demi-prisme du système de lecture de la figure 1, la différence angulaire entre le faisceau lumineux incident et le faisceau lumineux émergeant du prisme atteint 900 En raison de cette grande différence angulaire, il était difficile de réduire les dimensions, plus spécialement la largeur, du système de lecture D'autre part, dans le cas du système de lecture de la figure 2, l'inconvénient résidait dans le fait que le prisme de Wollaston est onéreux et l'emploi d'un prisme de ce type avait pour résultat un coût de production important du système de lecture. En se référant à la figure 3, on va décrire ci-après le mode de réali- sation préféré du dispositif de lecture conforme à la présente invention. Comme le montre cette figure, un faisceau lumineux émis par une source laser 21 est appliqué, avec un angle d'incidence 9, sur un réseau de diffrac- tion 28 utilisé comme séparateur de rayons Dans un réseau de diffraction, la distribution de la lumière diffractée qui le traverse, dépend de la profondeur des fentes formant le réseau et de la distance D entre deux fentes voisines. Quand la profondeur d de la fente est égale à> /2 (d > 4/2), alors seul le rayon de diffraction d'ordre un est émis En outre, l'angle sous lequel le rayon lumineux quitte le réseau de diffraction 28 est fonction de la distance D. Dans le cas du mode de réalisation représenté sur la figure 3, on choisit comme réseau de diffraction 28, un réseau du type produisant uniquement de la lumière diffractée d'ordre un et pour lequel l'angle sous lequel le rayon quitte le réseau de diffraction est égal à f' Le faisceau lumineux appliqué sur le réseau de diffraction 28 sous un angle el est divisé en deux rayons de diffraction d'ordre un dont l'un est dirigé à angle droit sur une lentille objet 23 - Dans un but de simplification, le deuxième rayon lumineux issu du réseau de diffraction n'a pas été représenté sur la figure 3. Le rayon lumineux rendu convergent par la lentille objet et focalisé sur la surface du disque d'enregistrement 24, est alors réfléchi par cette surface et dirigé de nouveau sur la lentille objet 23 Au moyen de la lentille objet 23, le rayon réfléchi est converti en un rayon de lumière parallèle qui est appliqué à angle droit sur le réseau de diffraction 28 A travers le réseau 28, deux seuls rayons de diffraction d'ordre un sont produits à des angles + È De là, l'un des rayons de diffraction qui n'est pas celui qui se dirige vers la source de rayons laser 11, est capté par un détecteur photo-sensible 25. La figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif de lecture qui présente la structure décrite plus haut et illustrée par la figure 3 Sur les figures 3 et 4, les mêmes références numériques désignent des éléments identiques ou analogues. Le faisceau lumineux émis par la source laser 21 est envoyé sur la surface du disque d'enregistrement 24 de la manière décrite plus haut et le rayon réfléchi est capté par le détecteur photosensible 25 Comme le montre la figure 4, la différence angulaire réelle entre le faisceau lumineux émis par la source laser et le rayon réfléchi reçu par le détecteur photo-sensible peut être extrêmement faible et cela a pour résultat que le diamètre du dis- positif de lecture est ramené à une valeur considérablement réduite En consé- quence, la réduction des dimensions du système de lecture dans son ensemble devient possible. Il convient de noter que, même si dans le mode de réalisation décrit cidessus, le réseau de diffraction utilisé est un réseau qui ne produit que des rayons de diffraction d'ordre un, le réseau de diffraction peut être du type de ceux qui ne rayonnent que le rayon de diffraction d'ordre zéro Dans ce cas, l'angle d'émission de ce rayon de diffraction d'ordre zéro sera conve- nablement choisi pour que ce dernier soit capté par le détecteur photosensible 25 En outre, il est possible d'utiliser un réseau de diffraction du type produisant non seulement le rayon de diffraction d'ordre un, mais aussi le rayon de diffraction d'ordre zéro et de concevoir le dispositif de lecture de telle façon qu'il reçoive uniquement soit le rayon de diffraction d'ordre un, soit le rayon de diffraction d'ordre zéro. On va maintenant se reporter aux figures 5 A et 5 B qui illustrent le principe du deuxième mode de réalisation du dispositif de lecture conforme à la présente invention, dans lequel une lentille holographique est utilisée à la place du réseau de diffraction Ce deuxième mode de réalisation est basé sur le fait que l'hologramme présente la propriété de diffracter le faisceau lumineux incident La figure 5 est une vue illustrant le principe d'un hologramme Comme on peut le voir', des ondes sphériques se propageant à partir d'une source ponctuelle P, sont dirigées sur une plaque photographique 30, de la même façon que la lumière émise par un objet quelconque La plaque photo- graphique 30 est également exposée à un faisceau référence de lumière cohérente dont le plan de propagation des ondes est parallèle à la surface de la plaque photographique 30 La figure 5 B montre un hologramme dit de Fresnel produit sur la plaque photographique 30 par l'exposition sus-mentionnée et le traite- ment consécutif, cet hologramme de Fresnel se présentant sous la forme d'une série de franges d'interférence co-axiales ou zones de Fresnel. Comme le montre la figure 6, quand un faisceau de lumière mono- chromatique, identique au faisceau référence de la figure 5 A, est émis sur l'hologramme de Fresnel 30, il est bien connu que les rayons transmis sont divisés en trois ondes. La première onde est une onde de diffraction d'ordre zéro qui a la même direction et la même phase que le faisceau lumineux incident, et la deuxième onde a une direction et une phase identiques à celles du faisceau lumineux provenant de l'objet qui a donné naissance aux zones de Fresnel, et donne une image virtuelle P' de l'objet Quant à la troisième onde, elle forme l'image réelle Q de l'objet. En d'autres termes, il existe un seul rayon de diffraction d'ordre zéro, parallèle au faisceau d'éclairement, et deux rayons de diffraction d'ordre un dont l'un peut être utilisé pour produire une image réelle Q sur la surface d'enregistrement 24 Ainsi, le faisceau d'éclairement peut être focalisé sur la surface d'enregistrement sans que l'on ait besoin d'utiliser une lentille objet telle que celle que l'on employait jusqu'à présent dans les dispositifs de lecture. Le faisceau réfléchi par la surface du disque d'enregistrement est de nouveau appliqué sur l'hologramme de Fresnel o le faisceau réfléchi est fractionné en donnant naissance au rayon de diffraction d'ordre zéro et aux rayons de diffraction d'ordre un (non représentés) Il convient toutefois de noter que, dans la lentille holographique 30, le faisceau réfléchi ne suit pas la même trajectoire que le faisceau d'éclairement Afin de détecter le faisceau lumineux réfléchi, il suffit d'utiliser un détecteur photo-sensible qui capte soit le rayon de diffraction d'ordre zéro, soit le rayon de diffrac- tion d'ordre un Avantageusement, un petit détecteur photo-sensible est disposé au point de formation de l'image virtuelle Pl, de sorte que les informations contenues dans le faisceau réfléchi sont captées. On observera à la lecture de ce qui précède que la focalisation des faisceaux lumineux ainsi que la séparation des faisceaux incidents et réfléchis, peuvent être avantageusement effectuées au moyen de l'hologramme Il en résulte un avantage particulièrement appréciable qui réside dans le fait que la len- tille objet n'est plus nécessaire et l'on retrouve en outre dans ce cas, l'avantage déjà procuré par le réseau de diffraction, à savoir la possibilité de réduire considérablement les dimensions du dispositif de lecture. On comprendra que, grâce à la présente invention, la simplification de la structure du dispositif de lecture et la réduction substantielle de ses dimensions deviennent possibles De cela, il découle un abaissement appré- ciable du coût de fabrication de l'appareil de lecture Cette caractéristique présente un très grand intérêt plus particulièrement quand un appareil, dans lequel le dispositif de lecture est incorporé, comme par exemple un lecteur de disques vidéo, est construit de telle façon qu'un ensemble de lecture soit tout entier déplacé le long d'un rayon du disque d'enregistrement pour que le faisceau lumineux de lecture ou d'extraction des informations soit translaté dans une direction radiale Dans l'état antérieur, si l'appareil avait été construit de la manière susmentionnée, le diamètre relativement important du dispositif de lecture aurait imposé une augmentation des dimensions des organes de commande, tels que le circuit magnétique prévu à proximité du dispositif de lecture On comprendra aisément qu'un tel inconvénient peut être éliminé grâce à la présente invention. Bien que des modes de réalisation particuliers de la présente invention aient été représentés et décrits, il apparaitra évident à l'homme de l'art que diverses adaptations et modifications peuvent être apportées à la présente invention dans son aspect le'plus large, sans sortir du cadre et de l'esprit de cette dernière qui sont définis par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Dispositif de lecture optique comprenant une source d'émission d'un faisceau lumineux ( 2), un moyen de séparation ( 28, 30) pour diriger ledit faisceau lumineux émis vers la surface d'un support d'enregistrement ( 24) et séparer un faisceau réfléchi, renvoyé par la surface du support d'enregistre- ment, dudit faisceau lumineux émis, et un moyen de détection photo-sensible ( 25) apte à recevoir au moins une partie dudit faisceau réfléchi, ce dispositif de lecture optique étant caractérisé en ce que ledit moyen de séparation ( 28, 30) a une fonction de diffraction d'un faisceau lumineux incident et ledit moyen de détection photo-sensible ( 25) est placé en un point o il peut recevoir un rayon de diffraction ayant un numéro d'ordre sélectionné dudit faisceau réfléchi. 2 Dispositif de lecture optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de séparation est constitué par un réseau de diffraction ( 28) disposé entre ladite source d'émission de faisceaux lumineux ( 2), ledit moyen de détection photo-sensible ( 25) et une lentille objet ( 23) destinée à focaliser ledit faisceau lumineux sur la surface dudit support d'enregistrement ( 24). 3 Dispositif de lecture optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de séparation est constitué par une lentille hologra- phique ( 30) qui focalise directement le faisceau lumineux émis, sur la surface du support d'enregistrement ( 24).