Brevet FR2739716A1 — publié le 19970411

La présente invention concerne un dispositif de lecture optique pour reproduire des informations à partit d'un disque optique et enregistrer des informations sur ce disque. Un dispositif de lecture optique enregistre et reproduit des informations, par exemple des données vidéo ou audio, sur et à partir de supports d'enregistrements, par exemple des disques. Un disque a une structure compre- nant un substrat sur lequel est formée une surface d'enre- gistrement des informations. Par exemple, le substrat peut être en matière plastique ou en verre. Afin de lire ou d'é- crire des informations sur un disque de haute densité, le diamètre du spot optique doit être très petit. Pour cela, l'ouverture numérique d'une lentille d'objectif est géné- ralement prévue grande et on utilise une source de lumière de plus courte longueur d'onde. Toutefois, dans le cas de l'utilisation de la source de lumière de plus courte lon- gueur d'onde, la tolérance d'inclinaison du disque par rapport à l'axe optique est réduite. On peut augmenter la tolérance d'inclinaison du disque, ainsi réduite, par di- minution de l'épaisseur du disque. Si on désigne l'angle d'inclinaison du disque par 0, la grandeur d'un coefficient d'aberration de coma W31 est donnée par: d n (n2 -1)sinScos NA3 d312 (n2_ sin2c)2 o d et n représentent l'épaisseur et l'indice de réfrac- tion du disque, respectivement. Comme le montre la relation ci-dessus, le coefficient d'aberration de coma est propor- tionnel au cube de l'ouverture numérique (NA). Par conse- quent, sachant que l'ouverture NA de la lentille d'objec- tif nécessaire pour un disque compact (CD) usuel est de 0,45 et la valeur pour un disque vidéo numérique ou un dis- que combiné numérique usuel (DVD) est de 0,6 (afin de te- nir compte de la plus grande densité d'information), le DVD a un coefficient d'aberration de coma qui est environ 2,34 fois celui du CD ayant la même épaisseur, pour un angle d'inclinaison donné. Ainsi, la tolérance d'inclinai- son maximale du DVD est réduite à la moitié environ de celle du CD usuel. Afin que la tolérance d'inclinaison ma- ximale du DVD soit conforme à celle du CD, on pourrait ré- duire l'épaisseur d du DVD. Toutefois, un tel disque d'épaisseur réduite associé à une source de lumière de plus courte longueur d'onde (haute densité), par exemple un DVD, ne peut pas être utilisé dans un appareil d'enregistrement/reproduction tel qu'un entraînement de disque pour le CDS usuel adop- tant une source de lumière de plus grande longueur d'onde, puisqu'un disque ayant une épaisseur non standard est in- fluencé par une aberration sphérique à un degré corres- pondant à la différence d'épaisseur du disque par rap- port à celle d'un disque normal. Si l'aberration sphéri- que augmente fortement, le spot formé sur le disque ne peut pas avoir l'intensité de lumière nécessaire pour l'en- registrement des informations, ce qui empêche l'enregis- trement précis des informations. De plus, pendant la repro- duction des informations, le rapport signal/bruit (S/N) est trop faible pour une reproduction exacte des informa- tions enregistrées. Par conséquent, un dispositif de lecture optique utilisant une source de lumière de courte longueur d'onde, par exemple 650 nm, qui est compatible pour des disques ayant des épaisseurs différentes, tels qu'un CD ou un DVD, est nécessaire. Dans ce but, des études sont en cours pour des appareils pouvant enregistrer/reproduire des informations sur l'un et l'autre de deux types de disque ayant des épaisseurs différentes, avec un même dispositif de lecture optique utilisant une source de lumière de plus courte lon- gueur d'onde. Des dispositifs de lentilles utilisant une combinaison d'une lentille à hologramme et d'une lentille réfractive ont été proposés, par exemple, dans la Publica- tion Ouverte de Brevet Japonais N Hei 7-98431. Les figures 1 et 2 illustrent la focalisation d'une lumière diffractée d'ordre zéro et de premier ordre sur des disques 3a et 3b ayant des épaisseurs différen- tes, respectivement. Sur chaque figure, une lentille à holo- gramme 1, comportant un dessin 11, et une lentille réfrac- tive d'objectif 2 sont prévues sur le chemin de la lumière, en face des disques 3a et 3b. Le dessin 11 diffracte un faisceau lumineux 4 venant d'une source de lumière (non représentée) et traversant la lentille à hologramme 1, de façon à séparer la lumière traversante en une lumière dif- fractée de premier ordre 41 et une lumière d'ordre zéro dont chacune- est focalisée à un point différent sur l'a- xe optique avec une intensité différente par la lentille d'objectif 2. Les deux points focaux différents sont les foyers appropriés sur le disque plus épais 3b et le disque plus mince 3a, respectivement, ce qui permet des opérations de lecture/écriture d'informations sur des disques ayant des épaisseurs différentes. Toutefois, lorsqu'on utilise un tel système de lentilles, la séparation de la lumière en deux faisceaux (c'est-à-dire la lumière d'ordre 0 et la lumière de premier ordre) par la lentille à hologramme 1 diminue le rendement d'utilisation de la lumière effectivement utilisée (réflé- chie et partiellement diffractée deux fois,du premier or- dre) à 15% environ. De plus, pendant l'opération de lec- ture, puisque les informations circulent sur un des fais- ceaux tandis que l'autre faisceau ne transporte pas d'in- formations, le faisceau qui ne transporte pas d'informa- tions risque d'être détecté comme un bruit. En outre, la fabrication d'une telle lentille à hologramme exige un pro- cédé de haute précision pour la gravure d'un fin dessin d'hologramme, ce qui accroît les coûts de fabrication. La figure 3 est un schéma d'un autre disposi- tif de lecture optique connu, comme décrit dans le brevet US N 5 281 797. Ce dispositif de lecture optique comprend un diaphragme variable la pour faire varier le diamètre d'ouverture, de sorte qu'on peut enregistrer des données sur un disque à plus grande longueur d'onde ainsi que sur un disque à plus courte longueur d'onde, mais les disques ayant la même épaisseur, et on peut reproduire les informa- tions à partir de ces disques. Le diaphragme variable la est installé entre la lentille d'objectif 2 et une lentille de collimation 5. Le diaphragme variable la commande un faisceau 4 émis par une source de lumière 9 et transmis à travers un séparateur de faisceau 6, par réglage approprié de la surface de la région de passage du faisceau, c'est- à-dire de l'ouverture numérique (NA). On ajuste l'ouvertu- re diamétrale du diaphragme variable la en fonction de la dimension de spot requise par le disque à utiliser, de façon à toujours laisser passer le faisceau annulaire 4a de la région centrale mais à arrêter ou transmettre sélec- tivement le faisceau 4b de la région périphérique. Sur la figure 3, le repère 7 désigne une lentille de focalisation et le repère 8 désigne un photodétecteur. Dans le dispositif optique ayant la configu- ration ci-dessus, si le diaphragmevariable est constitué d'un diaphragme mécanique, ses caractéristiques de réso- nance structurelle varient en foncion de l'ouverture effec- tive du diaphragme. L'installation du diaphragme sur un ac- tionneur d'entraînement de la lentille d'objectif devient difficile en pratique. Pour résoudre ce problème, on peut utiliser des cristaux liquides pour former le diaphragme. Toutefois, cela nuit beaucoup à la miniaturisation du sys- tème, nuit à la résistance à la chaleur et à la durabilité et accroît les coûts de fabrication. En variante, on peut prévoir une lentille d'objec- tif distincte pour chaque disque, de sorte qu'on utilise une lentille d'objectif spécifique pour un disque spécifi- que. Toutefois, dans ce cas, puisqu'un appareil d'entraine- ment est nécessaire pour changer les lentilles, la configu- ration devient compliquée et le coût de fabrication aug- mente en correspondance. Un objet de la présente invention est de procurer un dispositif de lecture optique qui est peu coûteux et fa- cile à fabriquer. Un autre objet de la présente invention est de procurer un dispositif de lecture optique dont le rende- ment d'utilisation de la lumière est amélioré et qui peut former de petits spots de faisceau. Conformément à la présente invention, les objec- tifs ci-dessus sont atteints par un dispositif de lecture optique comprenant: une source de lumière; une lentille d'objectif prévue le long d'un chemin de la lumière venant de la source de lumière, en face d'un disque et ayant un diamètre effectif prédéterminé; un élément de sépara- tion de lumière placé dans le chemin de la lumière entre les moyens de commande de la lumière et la source de lu- mière; et un photodétecteur pour détecter la lumière divi- sée par l'élément de séparation de lumière et réfléchie par le disque. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L' invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après, qui se réfère aux des- sins annexés dans lesquels: les figures 1 et 2 sont des schémas d'un dispo- sitif de lecture optique usuel comportant une lentille à hologramme, illustrant les états dans lesquels un fais- ceau de lumière est focalisé sur un disque mince et un dis- que épais, respectivement; la figure 3 est un schéma d'un autre dispositif de lecture optique usuel; la figure 4 est un schéma d'un dispositif de lec- ture optique conforme à la présente invention; la figure 5 est une vue en plan d'un photo- détecteur à huit segments utilisé pour le dispositif de lecture optique conforme à la présente invention; les figures 6 à 8 et 9 à 11 sont des vues en plan illustrant la distribution de réception de lumière du photodétecteur à huit segments, engendrée par la posi- tion d'une lentille d'objectif par rapport à un disque mince et à un disque épais, respectivement; et la figure 12 est une courbe d'un signal de foyer fourni par le photodétecteur à huit segments représenté sur la figure 5. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Dans la présente invention, parmi les faisceaux de lumière incidente sur le photodétecteur, le faisceau de lumière autour de l'axe central du chemin de propaga- tion de la lumière, c'est-à-dire la lumière de la région intermédiaire entre les régions près et loin de l'axe (ayant beaucoup de composantes d'aberration sphérique), est bloqué ou occulté, de sorte que la lumière ayant moins de composantes d'aberration sphérique atteint le photodétecteur, ce qui stabilise un signal de foyer. Ainsi, un entraînement de disque qui est utilisé de façon com- patible pour des disques d'épaisseurs différentes, par exemple un disque compact de 1,2 mm et un disque vidéo nu- mérique de 0,6 mm, est facilement fabriqué à bas prix. La figure 4 est un schéma d'un dispositif de lec- ture optique conforme à la présente invention, dans lequel on compare les états de focalisation de la lumière d'un dis- que mince et d'un disque épais. Sur la figure 4, les repères 300a et 300b désignent un disque mince (par exemple un disque vidéo numériquede 0,6 mm) et un disque épais (par exemple un disque compact de 1,2 mm), respectivement. Une lentille d'objectif usuelle 200 est placée en face du disque vidéo numérique 300a ou du disque com- pact 300b. La lentille d'objectif 200 ayant un diamètre ef- fectif prédéterminé focalise une lumière incidente 400, venant d'une source de lumière 900, sur le disque 300a ou 300b, ou bien reçoit la lumière réfléchie par le disque 300a ou 300b. Un séparateur de faisceau 700,pour réfléchir la lumière venant de la source de lumière 900 vers la len- tille d'objectif 200 et transmettre la lumière réfléchie par le disque 300a ou 300b, est placé entre la lentille d'objectif 200 et la source de lumière 900. Un photodé- tecteur 820 faisant partie de la présente invention est pla- cé à l'arrière d'une lentille de détection 800. Le photodétecteur 820 a les caractéristiques structurelles suivantes. Le photodétecteur 820 est carré en termes de sa structure globale. Une première région de détection 821 di- visée en quatre parties est située au centre, et une deu- xième région de détection 822 divisée en quatre parties est située autour de la première région de détection 821. La première région de détection 821 comprend quatre élé- ments carrés de détection de lumière Ai, B1, Cl et D1 et la deuxième région de détection de lumière 822 comprend quatre éléments en forme de L de détection de lumière A2, B2, C2 et D2. La première région de détection 821 est assez grande pour englober tous les faisceaux de lumière inci- dente lorsque la lentille d'objectif 200 est dans un état de mise au point au foyer par rapport au disque mince (dis- que vidéo numérique) 300a. La deuxième région de détection 822 reçoit la lumière correspondant à la région étendue par un astigmatisme lorsque la lentille d'objectif 200 n'est pas en position de mise au point au foyer. En parti- culier, lorsque la lentille d'objectif 200 est en position de mise au point par rapport au disque épais 300b, la deu- xième région de détection 822 est aussi grande qu'un carré extérieur tracé tangentiellement à la région de distribu- tion de la lumière. Cela est décrit plus loin avec référen- ce aux figures 6 à 12, pour une meilleure compréhension. La figure 6 représente la distribution de lumière lorsque la lentille d'objectif 200 est exactement en posi- tion de mise au point par rapport au disque mince 300a. La région de distribution de lumière 820a du photodétecteur 820 est tangente intérieurement à la première région de détection 821. La figure 7 représente la distribution de lumière lorsque la lentille d'objectif 200 est dans une position de foyer éloigné, par rapport au disque mince 300a. Dans cette situation, comme représenté sur la figure 7, la région de distribution de lumière 820b est horizontalement allon- gée, c'est- à-dire qu'elle se trouve sur les éléments ho- rizontaux de réception de lumière B2, B1, Al, Cl, D1 et D2. La figure 8 représente la distribution de lumière lorsque la lentille d'objectif 200 est dans une position de foyer proche, par rapport au disque mince 300a. Dans cette situation, comme représenté sur la figure 8, la région de distribution de lumière 820c est verticalement allon- gée, c'est-à-dire qu'elle se trouve sur les éléments verti- caux de réception de lumière A2, A1, B1, D1, Cl et C2. Comme représenté sur la figure 9, lorsque la len- tille d'objectif 200 est exactement en position de mise au point au foyer par rapport au disque épais 300b, la région de distribution de lumière 820c est intérieurement tangen- tée par la deuxième région de détection 822. Comme représenté sur la figure 10,lorsque la lentille d'objectif 200 est dans une position de foyer éloigné par rapport au disque épais 300b, la région de distribution de lumière 820d est horizontalement allon- gée, c'est-à-dire qu'elle se trouve sur les éléments horizontaux de réception de lumière B2, B1, A1, Cl, Dl et D2. Comme représenté sur la figure 11, lorsque la lentille d'objectif 200 est dans une position de foyer proche par rapport au disque épais 300b, la région de distribution de lumière 820e est verticalement allon- gée, c'est-à-dire qu'elle se trouve sur les éléments ver- ticaux de réception de lumière A2, Ai, B1, D1, Cl et C2. Comme décrit ci-dessus, conformément à la présente invention, seule la lumière près de l'axe, ayant une faible aberration sphérique, atteint la première ré- gion de détection 821. Dans la commande du dispositif de lecture opti- que conforme à la présente invention, lorsqu'on reproduit ou on enregistre des informations à partir d'un disque min- ce ou sur celui-ci (disque vidéo numérique) 300a, on utilise les signaux engendrés à la fois par les première et deu- xième régions de détection 821 et 822. Ainsi, lorsqu'on utilise le disque mince, le signal d'erreur de foyer est Al+A2+Cl+C2-B1-B2-D1-D2. Lorsqu'on reproduit ou onenregis- tre des informations à partir ou sur un disque épais, on utilise seulement le signal venant de la première région de détection 821. Ainsi, lorsqu'on utilise le disque épais, le signal d'erreur de foyer est Al+C1-B1-D1. La figure 12 est un graphique pour comparer les signaux de foyer S1 et S2, obtenus à partir du signal dé- tecté par la première région de détection 821 ayant une largeur de 60 Wm et 90 Nm respectivement, avec un signal de foyer S3 obtenu à partir de tous les signaux détectés par les première et deuxième régions de détection 821 et 822 ayant une largeur de 160 wm, lorsqu'on utilise le dis- que épais. Par conséquent, dans le cas de l'utilisation du disque épais 300b, lorsqu'on utilise la première région de détection 821, on peut obtenir un signal de foyer S1 plus stable, comparativement au cas o on utlise à la fois les première et deuxième régions de détection 821 et 822. D'au- tre part, lorsqu'on utilise le disque épais, la lumière loin de l'axe, ayant une forte aberration sphérique, devient lar- gement distribuée dans la deuxième région de détection 822. Ainsi, le signal de foyer est augmenté et la symétrie pour la direction de focalisation peut être conservée. Comme décrit ci-dessus, avec le dispositif de lec- ture optique conforme à la présente invention, pour lire des informations sur deux disques ayant des épaisseurs dif- férentes, on utilise un film de commande de la lumière et un photodétecteur à huit segments, de sorte que seule la lumière prés de l'axe est reçue dans le photodétecteur lors- que les informations sont lues sur le disque épais et que la lumière près et loin de l'axe est reçue dans le photodé- tecteur lorsque les informations sont lues sur le disque mince. Le photodétecteur est divisé en huit parties et cha- que région de détection est subdivisée en quatre parties. On peut augmenter si nécessaire le nombre des parties di- visées. Ainsi, lorsqu'on utilise le disque épais, on ob- tient un signal correspondant à la région près de l'axe. Lorsqu'on utilise le disque mince, on obtient un signal relativement stable correspondant aux deux régions, c'est- à-dire les régions près et loin de l'axe. Comme décrit plus haut, le dispositif de lec- ture optique conforme à la présente invention utilise un élément d'arrêt ou de dispersion de la lumière qui est simple et facile à fabriquer, par exemple un film de com- mande de la lumière formé sur un élément transparent, ou bien une rainure d'arrêt ou de dispersion de la lumière formée sur la lentille d'objectif, alors que le dispositif ll de lecture optique usuel emploie une lentille à hologramme complexe et coûteuse. De plus, puisque la lumière est uti- lisée sans être séparée par une lentille à hologramme, le dispositif de lecture optique conforme à la présente in- vention a un meilleur rendement d'utilisation de la lu- mière. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réa- lisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire tou- tes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du techni- cien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de lecture optique comprenant: une source de lumière (900); une lentille d'objectif (200) placée sur le chemin de la lumière venant de ladite source de lumière, en face du plan d'un disque (300a,300b) et ayant un dia- mètre effectif prédéterminé; un séparateur de faisceau (700) prévu entre la dite lentille d'objectif et ladite source de lumière; et un photodétecteur (820) pour détecter la lumière divisée par ledit séparateur de lumière et réfléchie par ledit disque; dans lequel ledit photodétecteur comprend une première région de détection (821) et une deuxième région de détection (822) située à la périphérie de ladite pre- mière région de détection. 2.- Dispositif de lecture optique suivant la revendication 1, dans lequel ladite première région de dé- tection (821) est assez grande pour englober les régions près et loin de l'axe de la lumière incidente lorsqu'on utilise un disque mince (300a). 3.- Dispositif de lecture optique suivant la revendication 2, dans lequel lesdites première et deuxième régions de détection (821,822) dudit photodétecteur (820) sont divisées chacune en quatre parties. 4.- Dispositif de lecture optique suivant la revendication 1, dans lequel ledit photodétecteur (820) est carré. 5.- Dispositif de lecture optique suivant la revendication 2, dans lequel ledit photodétecteur (820) est carré. 6.- Dispositif de lecture optique suivant la revendication 3, dans lequel ledit photodétecteur (820) est carré.