Brevet FR2813695A1 — publié le 20020308

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'INITIALISATION D'UN MILIEU D'ENREGISTREMENT A CHANGEMENT DE PHASE. La présente invention concerne le domaine des disques optiques, et plus généralement des supports d'enregistrement comprenant un milieu à changement de phase, ainsi que les procédés et équipements pour procéder l'initialisation de tels disques optiques et supports d'enregistrement. Par extension, on appelle changement de phase tout changement d'état réversible nécessitant une initialisation, c'est-à-dire une action consistant à mettre l'intégralité du milieu d'enregistrement dans un état donné. Un milieu d'enregistrement optique à changement de phase proprement dit est basé sur le changement du coefficient de réflexion de certains matériaux entre leur état amorphe et leur état cristallin. Dans le cas d'un milieu d'enregistrement se présentant sous la forme d'un disque tel qu'un CD ou un DVD réinscriptible, il est nécessaire que le milieu d'enregistrement porté par le disque soit entièrement dans l'état cristallin (effacé) pour pouvoir être formaté par l'utilisateur. Pour ce faire une étape de la fabrication du disque est l'initialisation visant à mettre le milieu d'enregistrement dans un même état - cristallin en l'occurrence. L'invention consiste en un nouveau dispositif de mise en forme du faisceau laser d'initialisation à partir d'une diode laser de puissance, dispositif pour lequel la durée de vie n'est pas limitée à la durée de vie de la source. Un tel dispositif diminue par-là même le coût par unité lié à l'initialisation du milieu d'enregistrement. À l'heure actuelle, la fabrication des médias d'enregistrement optique à changement de phase (CD-RW, DVD- RAM, DVD-RW, ... ) passe par une étape d'initialisation visant à cristalliser l'ensemble du disque. Cette initialisation est faite en chauffant le milieu d'enregistrement à une température à laquelle le matériau peut se réorganiser (cristallisation) sans fondre (amorphisation). Une part non négligeable du coût d'un disque est alors due à cette étape - on peut l'estimer à environ 1 FF. Le dispositif de chauffage est optique une source laser produit un faisceau, lequel faisceau est mis en forme par une optique - en général réfractive - et focalisé sur la surface du milieu à chauffer. Le milieu d'enregistrement absorbe la puissance lumineuse incidente qui est convertie en chaleur. La puissance du laser est ajustée de telle façon que la température de la couche se trouve dans une fourchette dite température de cristallisation. Un second dispositif à une longueur d'onde différente permet l'asservissement en focalisation. On connaît en particulier dans l'état de la technique le brevet européen EP716415 décrivant un procédé d'enregistrement de données sur un disque d'enregistrement optique qui comporte une couche d'enregistrement sur laquelle une piste d'enregistrement ayant une largeur spécifique est formée au préalable, l'état physique de ladite couche d'enregistrement étant modifiable afin d'être l'une d'une phase cristalline et d'une phase amorphe par une application d'un faisceau laser. Ce procédé de l'art antérieur comprend les étapes consistant à - illuminer la piste d'enregistrement avec un premier faisceau laser ayant une puissance d'enregistrement constante de manière à former une bande à phase amorphe qui s'étend de manière continue le long de la piste d'enregistrement et qui à une largeur plus étroite que la largeur de la piste d'enregistrement ; et - illuminer la piste d'enregistrement avec un second faisceau laser qui est module par lesdites données pour avoir une puissance d'effacement spécifique et une puissance inférieure à ladite puissance d'effacement spécifique en fonction desdites données, de manière à former, sur la bande à phase amorphe, des zones à phase cristalline discontinues. Chacune des zones à phase cristalline discontinues à une largeur qui est plus large que la largeur de la bande amorphe, de telle manière que lesdites données sont enregistrées comme des marques d'enregistrement sous la forme de la zone à phase amorphe restante de la bande à phase amorphe autre que les zones à phase cristalline discontinues. La source laser est en général un laser semiconducteur multimode, par exemple sous forme de barrette de diodes discrètes. L'inconvénient majeur des sources de ce type est la possible défaillance d'un émetteur, ou plus généralement d'une zone de la source, qui se traduit dans le "spot" de chauffage par une inhomogénéité pouvant provoquer un défaut d'initialisation du média. Ce phénomène réduit la durée de vie des têtes optiques puisqu'un défaut local de l'émetteur induit un problème rédhibitoire au niveau du disque. De plus, la durée de vie d'un émetteur n'est qu'une spécification statistique, et certains fabricants peuvent considérer leurs sources comme correctes si un seul émetteur sur une barrette est défaillant. Ceci signifie qu'une phase de tri doit avoir lieu pour sélectionner les bonnes sources pour l'initialisation, augmentant par ailleurs le prix des sources. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif mettant en oeuvre une source lumineuse étendue, notamment sous la forme d'une pluralité de sources laser discrètes, dont les défaillances éventuelles ne provoquent pas d'anomalie majeure, car leurs faisceaux convergent par un élément optique en une zone d'échauffement commune. La source lumineuse étendue géométriquement peut être constituée par une source composée d'un assemblage de sources discrètes, par exemple une barrette de diodes laser, ou encore par une source continue présentant une zone d'émission susceptible de présenter des défaillances locales, par exemple une diode laser présentant une jonction de grande dimension. On connaît certes dans l'état de la technique des dispositifs comprenant plusieurs sources laser. Le brevet EP318200 décrit par exemple un procédé d'enregistrement optique d'informations comprenant les étapes d'effacement et d'enregistrement lors de l'irradiation dudit support par deux spots de faisceau laser qui sont espacés le long de la même piste d'enregistrement. les deux spots sont espacés le long d'une même piste d'enregistrement du support tout en conservant l'espacement entre des points adjacents d'intensité moitié desdits deux spots compris entre 0 et 100 um et sont focalisés sur ladite piste. L'un des spots irradie en premier chaque position de ladite piste avec une forme circulaire ou elliptique. le second spot irradie une position de la piste précédemment irradiée par le premier spot avec une forme circulaire. Le brevet américain US5321707 décrit également un appareil formant deux faisceaux laser pour l'effacement des données. Les deux faisceaux issus d'une unique tête d'effacement de façon que leurs foyers soient situés sur une même piste du disque optique. Ce document propose d'utiliser un laser à semi-conducteur à deux faisceaux ou diviser en deux un faisceau émis par un laser à semiconducteur. Ces documents ne divulguent pas l'invention, et ne permettent pas d'atteindre le but visé par l'invention. L'invention a pour but de réduire le coût lié à l'initialisation des médias à changement de phase de deux façons : d'une part en permettant une augmentation de la durée de vie de l'ensemble optique d'illumination, d'autre part en apportant une diminution du coût des composants optiques utilisés. A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase consistant à procéder à un chauffage du milieu à changement de phase à initialiser par balayage de la surface dudit milieu à l'aide d'une source lumineuse caractérisé en ce que la source laser est constituée par une source lumineuse étendue, notamment sous la forme d'une pluralité de sources laser discrètes émettant au moins un faisceau dirigé vers un élément optique assurant la convergence en une zone de chauffage unique. On entendra par "zone de chauffage " au sens du présent brevet une zone géométriquement étendue sous la forme d'un spot, et par "zone de chauffage unique" le fait que les zones de chauffage engendrée par chacun des faisceaux recouvre la surface à initialiser, après convergence, de façon uniforme. Chaque faisceau produit un profil d'intensité bidirectionnel. Tous les profils sont identiques, de telle sorte que la défaillance d'un des faisceaux n'affecte pas la forme du profil d'intensité, mais seulement le niveau d'énergie reçu par la surface à initialiser. Le procédé selon l'invention permet d'augmenter la durée de vie des illuminateurs destinés au chauffage des milieux d'enregistrement optique à changement de phase en vue de leur initialisation, en permettant la défaillance de la source en un ou plusieurs points sans que cela soit rédhibitoire pour une initialisation correcte du milieu d'enregistrement. De préférence, ledit élément optique assurant la convergence de l'ensemble desdits faisceaux en une zone de chauffage unique est constitué par un élément optique diffractif. L'utilisation d'un élément optique diffractif permet de faciliter la mise au point de l'homogénéisation de la tâche optique sur le disque. Avantageusement, la source laser est constituée par une barrette de diodes laser. Selon une variante, le courant d'alimentation de la source laser est ajusté en fonction des défaillances des sources discrètes. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, les sources discrètes sont identiques et sont alimentées de façon uniforme. L'invention concerne également un dispositif pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase comprenant source laser et des moyens de déplacement relatif de la source laser par rapport au milieu à changement de phase à initialiser caractérisé en ce que la source laser est constituée par une pluralité de sources laser discrètes (1 à 9) émettant des faisceaux dirigés vers un élément optique assurant la convergence de l'ensemble desdits faisceaux en une zone de chauffage unique. Elle concerne encore un support d'enregistrement comprenant un milieu d'enregistrement à changement de phase caractérisé en ce que ledit milieu à changement de phase à été initialisé par balayage de la surface par une pluralité de sources laser discrètes (1 à 9) émettant des faisceaux dirigés vers un élément optique assurant la convergence de l'ensemble desdits faisceaux en une zone de chauffage unique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, ce référant aux dessins annexés où - la figure 1 représente une vue schématique des mécanismes d'initialisation d'un milieu à changement de phase ; - la figure 2 représente une vue de face d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 3 représente une vue de coupe d'un dispositif selon l'invention ; - les figures 4 et 5 représentent les profils d'intensité selon deux directions perpendiculaires. La figure 1 décrit le fonctionnement d'un milieu d'enregistrement optique à changement de phase. La partie supérieure montre le profil de température dans le milieu à changement de phase à un instant donné, dans le cas de l'initialisation ou de l'effacement, et de l'écriture. Dans le premier cas, on considère le laser alimenté de manière continue, dans le second pulsé pour l'écriture d'information. La partie centrale montre l'état du matériau avant et après passage du laser dans les deux cas. Ici le matériau considéré réfléchit plus la lumière dans l'état cristallin que dans l'état amorphe. L'invention vise à augmenter la durée de vie des dispositifs d'illumination, et par-là même à diminuer le coût lié à l'initialisation des disques optiques à changement de phase. Pour cela, il faut faire en sorte qu'un défaut local de la source n'induise pas un défaut d'homogénéité de l'éclairement au point de focalisation du faisceau. Le dispositif comprend une barrette de diodes laser (1 à 9). Un élément optique diffractif (10) mélange les faisceaux issus de chacun des émetteurs individuels (1 à 9), ou de toute l'étendue de la source si celle-ci est continue, de telle façon que la défaillance d'un des émetteurs ou un défaut local de la source étendue ne provoque pas une inhomogénéité d'éclairement du milieu d'enregistrement, mais une baisse uniforme de la puissance reçue par celui-ci. La puissance utile nécessaire est alors ajustée par le courant d'alimentation de la source. La configuration décrite sur les figures 2 et 3 fait référence au cas d'une barrette d'émetteurs discrets. L'élément optique diffractif combine pour chaque partie de l'émetteur une fonction de focalisation (mise en forme du spot) et une fonction de déflexion (fonction lentille hors d'axe superposant les contributions des différentes zones de l'émetteur). L'invention ne se limite pas au cas d'un émetteur constitué de sources discrètes juxtaposées, mais peut également prendre en compte une ligne d'émissions continue. L'utilisation d'un élément optique diffractif permet de mettre en forme le (les) faisceau(x) afin d'assurer une bonne homogénéité du profil d'intensité de la tâche suivant sa grande dimension. Par ailleurs, chaque émetteur ou chaque point de la source donnant lieu au même profil d'intensité sur le milieu d'enregistrement, un défaut local de la source se traduit idéalement par une diminution de la puissance disponible dans le spot sans altération du profil d'intensité. Dans ce cas, un ajustement du courant d'alimentation de la source permet d'augmenter la puissance disponible à la valeur désirée. Un tel dispositif diffractif peut avoir une efficacité globale de 25 à 50 % avec des technologies binaires ou quaternaires. Si l'on tolère 10 % de variation en intensité, on peut atteindre une profondeur de champ de 20 u=. La description qui suit se rapporte à un exemple de réalisation particulier d'un dispositif conforme à l'invention. On considère comme émetteur une barrette de diodes laser élémentaires monomodes au pas de 250 pm. Chaque diode est une source multimode ajustable en puissance par asservissement du courant de commande, pouvant émettre une puissance de 800 mW chacune. Le diagramme d'émission forme un angle de 10 dans le plan de la barrette et de 40 dans la direction orthogonale au plan de la barrette. La longueur d'onde est de 830 nm, et la source possède 9 émetteurs. La tâche finale dans le plan du milieu d'enregistrement doit avoir pour dimensions 200 u.m dans la direction de la barrette, et 5 um dans l'autre direction. Dans cet exemple, on choisit de traiter individuellement les faisceaux issus de chacun des émetteurs. Le pas des différents éléments diffractifs est donc de 250 gym, soit une dimension globale de l'optique diffractive de 950=2250 gm. La distance dl entre la source et l'élément optique diffractif est choisie pour utiliser une optique la plus large possible, soit 250 pm par émetteur, d'où d, =125 / tan(10-# = 700 um. La distance d2 et le diamètre des microlentilles sont liés. Pour obtenir une tâche de dimension 3 jam dans la direction orthogonale au plan de la barrette, on choisit diamètre > Ami, /3 um . La longueur d'onde à considérer est la longueur d'onde dans le substrat du disque, soit 830/1.5=550 nm. A une distance de 700 um entre l'élément optique diffractif et la source, le diamètre utile transverse est de l'ordre de 1.2 um, d'où une distance frontale maximale de 6 mm. On prend donc une distance de 3 mm entre l'élément optique diffractif et l'entrée du substrat du disque (1.2 mm, indice 1.59). Dans ce cas, le pas minimal du réseau est de l'ordre de 2.4 gm. Toutes les méthodes de réalisation d'optiques diffractives ou holographiques peuvent être utilisées pour fabriquer ces éléments comprenant des lentilles hors d'axe. On peut citer notamment les méthodes suivantes - optique diffractive binaire classique ce type d'optique possède seulement deux niveaux et au mieux un pas de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde. Un avantage de ce type d'optique est leur relative facilité de réplication. - optique diffractive à plusieurs niveaux : N niveaux de masque permettent de générer 2' profondeurs différentes, laissant la possibilité d'ajuster très finement aussi bien les aspects hors d'axe que l'efficacité de l'élément diffractif. Leur réplication est un peu plus délicate que celle des éléments précédemment évoqués. - optique diffractive sub-longueur d'onde . de telles optiques jouent sur le "remplissage" du réseau macroscopique pour établir des gradients d'indice effectif qui permettent d'apporter aux optiques diffractives le potentiel des optiques réfractive. La très petite dimension des motifs formés dans ce cas rend leur réplication plus difficile par pressage que pour les motifs plus larges des solutions précitées. - optique holographique des éléments optiques holographiques enregistrés sur photopolymères peuvent aussi convenir. Cette méthode pose plus le problème de l'enregistrement. Le domaine d'application ne se limite pas à ce qui est écrit dans le texte. Nous avons choisi une configuration dans un souci de clarté, mais il est possible d'envisager les situations suivantes . - matériau dont la réflectivité est plus haute dans l'état amorphe, initialisé en état amorphe ; - matériau dont la réflectivité est plus haute dans l'état amorphe, initialisé en état cristallin ; - matériau dont la réflectivité est plus haute dans l'état cristallin, initialisé en état amorphe ; -matériau magnéto-optique nécessitant un échauffement pour initialisation dans un état magnétique donné ; a priori, les contraintes d'homogénéité sont moins importantes dans ce cas ; - tout milieu ou dispositif fabriqué à des fins quelconques nécessitant une phase d'échauffement d'une surface lors de sa fabrication. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase consistant à procéder à un chauffage du milieu à changement de phase à initialiser par balayage de la surface dudit milieu à l'aide d'une source lumineuse caractérisé en ce que la source laser est constituée par au moins une source lumineuse étendue émettant au moins un faisceau dirigé vers un élément optique assurant sa convergence en une zone de chauffage unique, avec une forme de profil d'intensité unique. 2 - Procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon la revendication 1 caractérisé en ce que la source laser est constituée par une source lumineuse étendue émettant au moins un faisceau dirigé vers un élément optique divisant le dit faisceau en une pluralité de faisceaux, et assurant la convergence desdits faisceaux divisés en une zone de chauffage unique, avec une forme de profil d'intensité unique, les profils d'intensité correspondant auxdits faisceaux convergeant étant superposés. 3 - Procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon la revendication 2 caractérisé en ce que la source lumineuse est constituée par une source laser présentant une zone d'émission étendue émettant au moins un faisceau dirigé vers un élément optique divisant le dit faisceau en une pluralité de faisceaux, et assurant la convergence desdits faisceaux divisés en une zone de chauffage unique, avec une forme de profil d'intensité unique, les profils d'intensité correspondant auxdits faisceaux convergeant étant superposés. 4 - Procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source laser est constituée par une pluralité de sources laser discrètes (1 à 9) émettant des faisceaux dirigés vers un élément optique assurant la convergence de l'ensemble desdits faisceaux en une zone de chauffage unique avec une forme de profil d'intensité identique pour chacun desdits faisceaux, après convergence, les profils d'intensité correspondant aux différents faisceaux étant superposés. 5 - Procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément optique assurant la convergence de l'ensemble desdits faisceaux en une zone de chauffage unique est constitué par un élément optique diffractif. 6 - Procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la source laser est constituée par une barrette de diodes laser. 7 - Procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le courant d'alimentation de la source laser est ajustée en fonction des défaillances de la ou des sources laser. 8 - Procédé pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les sources discrètes sont identiques et sont alimentées de façon uniforme. 9 - Dispositif pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase comprenant source laser et des moyens de déplacement relatif de la source laser par rapport au milieu à changement de phase à initialiser caractérisé en ce que la source laser est constituée par une source laser comportant une zone d'émission étendue, émettant un faisceau étendu dirigé vers un élément optique assurant sa convergence en une zone de chauffage unique. 10 - Dispositif pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen optique pour séparer le faisceau émis par la source étendue en une pluralité de faisceau, l'élément optique assurant la convergence desdits faisceaux divisés en une zone de chauffage unique où les profils d'intensité de chacun desdits faisceaux divisés se superposent. 11 - Dispositif pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase comprenant source laser et des moyens de déplacement relatif de la source laser par rapport au milieu à changement de phase à initialiser caractérisé en ce que la source laser est constituée par une pluralité de sources laser discrètes (1 à 9) émettant des faisceaux dirigés vers un élément optique assurant la convergence de l'ensemble desdits faisceaux en une zone de chauffage unique où les profils d'intensité de chacun desdits faisceaux divisés se superposent, les formes des profils engendré par chacun des faisceaux étant identiques après convergence, l'élément optique assurant la convergence. 12 - Dispositif pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source laser est constituée par une barrette de diodes laser. 13 - Dispositif pour l'initialisation d'un milieu d'enregistrement à changement de phase selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que ledit élément optique assurant la convergence de l'ensemble desdits faisceaux en une zone de chauffage unique est constitué par un élément optique diffractif. 14 - Support d'enregistrement comprenant un milieu d'enregistrement à changement de phase caractérisé en ce que ledit milieu à changement de phase à été initialisé par balayage de la surface par une pluralité de sources laser discrètes (1 à 9) émettant des faisceaux dirigés vers un élément optique assurant la convergence de l'ensemble desdits faisceaux en une zone de chauffage unique.