FR2619241A1 - Procede et dispositif de controle de la mise au point, notamment pour le lecteur de disque optique numerique - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de l'invention comporte : un premier système optique produisant sur une surface un premier faisceau lumineux; un second système optique, disposé dans le trajet d'un second faisceau lumineux réfléchi par cette surface et produisant un faisceau lumineux astigmatique dont la forme dépend de la distance entre le premier système optique et ladite surface; et des moyens détecteurs 26, placés dans le trajet de ce faisceau lumineux astigmatique, ces moyens détecteurs comprenant des moyens capteurs centraux E, F entourés par un réseau de capteurs périphériques A, B, D, C tels que le faisceau lumineux astigmatique frappe ce réseau lorsque le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface différente d'une distance voulue. La forme de l'image projetée sur le réseau de capteurs varie entre un cercle, lorsque l'on est au point, et l'une de deux ellipses orientées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, selon que le disque optique est trop près ou trop loin de la lentille d'objectif, l'intensité lumineuse frappant les quatre capteurs périphériques étant minimale lorsque la lentille d'objectif est au point. Ce réseau de capteurs perfectionné peut être utilisé à la fois pour la détection de la position d'un foyer, pour la détection de la position d'une piste, pour le déclenchement de la mise au point, pour le comptage des pistes et pour la détection des données.
Description
La présente invention concerne le domaine des dispositifs pour le contrôle
de la mise au point d'un faisceau lumineux
dans un système de mémorisation optique de données.
Les systèmes d'enregistrement et de reproduction à disque optique mémorisent sur un disque des informations, telles que des données vidéo, vocales, numériques ou autres, sous forme d'une série de "pistes" concentriques ou en spirale. On fait tourner le disque à grande vitesse et on utilise une source lumineuse, telle qu'une source laser ou tout autre source de rayonnement détectable approprié, pour balayer le disque. La lumière est réfléchie par les pistes de données et modulée
par les informations des données mémorisées dans les pistes.
Cette lumière modulée et réfléchie est détectée et décodée de
manière à reproduire l'information mémorisée sur le disque.
Récemment, les disques optiques sont devenus un moyen acceptable pour la mémorisation des informations électroniques, avec possibilité d'utilisation dans les systèmes de mémoire pour l'informatique. On connait deux formes de ces mémoires optiques, qui sont les ROMs optiques (Read Only Memory: mémoire à lecture seule) ou les WORMs optiques (Write Once, Read Many: écriture unique, lectures multiples). En outre, on est en train de développer des disques optiques qui présentent les possibilités fonctionnelles des systèmes de mémorisation à disque dur ou disquettes magnétiques, à savoir que l'on peut effacer, inscrire et/ou lire de nombreuses fois les informations sur
ces nouveaux disques optiques.
Généralement, le coût par unité de capacité mémoire est une donnée critique, pour pouvoir maintenir à un faible
niveau le coût des systèmes de mémorisation à disque optique.
Il est souhaitable de mémoriser sur le disque optique des informations avec une densité surfacique élevée. Dans les systèmes à disque optique, la densité d'information dépend de la surface de la tache lumineuse focale frappant sur le disque, et dont l'intensité lumineuse est utilisée pour lire les informations sur le disque. Pour obtenir une tache focale de faible surface avec des systèmes à disque optique à haute densité, on utilise un système à lentille d'objectif à grande ouverture numérique, qui a corrélativement une profondeur de
champ faible, souvent de l'ordre de quelques micromètres.
Dans les supports d'information modernes à disque optique, il y a toujours, en un point donné quelconque du disque, un déplacement de la surface du disque pendant la rotation, à la fois en direction axiale et en direction radiale, en raison des tolérances de fabrication et des tolérances de montage du disque. La conséquence en est que l'on doit régulièrement corriger la position de la tache focale du faisceau lumineux, en direction axiale au moyen d'un système d'asservissement de la mise au point et en direction radiale au moyen d'un système d'asservissement du
suivi de piste.
Bien que, pour la détection du point focal, on-utilise l'intensité lumineuse du faisceau lumineux réfléchi par le disque à illuminer, on peut également utiliser aux mêmes fins l'intensité lumineuse transmise, du même point de vue technique. Mise au point astigmatique Un procédé de l'art antérieur pour détecter les erreurs de mise au point d'un faisceau lumineux sur un plan contenant des informations (surface de disque) consiste à utiliser un
système astigmatique de détection d'erreur de mise au point.
On introduit dans le système de la lentille d'objectif une lentille cylindrique pour rendre astigmatique le faisceau de lumière réfléchi. Ce faisceau astigmatique est projeté sur un réseau de capteurs qui, dans l'art antérieur, consiste en quatre détecteurs sensibles au rayonnement disposés en réseau 2 x 2. Le faisceau astigmatique projette sur le réseau de capteurs une tache qui change de forme en fonction de la mise au point relative du faisceau lumineux par rapport au système d'objectif. Cette variation de forme de la tache astigmatique est détectée en combinant les signaux de sortie des quatre détecteurs. Un tel système selon l'art antérieur est décrit dans le brevet US-A-4 123 652 au nom de Bouwhuis. Comme cela est décrit dans ce document, on rend astigmatique un faisceau réfléchi par le disque, qui présente une section circulaire sur le réseau de capteurs lorsque la tache focale se trouve au point par rapport à la surface du disque. Lorsque le point focal du faisceau lumineux se trouve au-dessus du plan de la surface du disque, le faisceau réfléchi forme une première ellipse sur 'la surface du réseau de capteurs. Lorsque le point focal se trouve au-dessous du plan de la surface du disque, le faisceau réfléchi forme une seconde ellipse orientée à angle droit par rapport & la première ellipse. En disposant symétriquement un réseau de quatre capteurs autour du centre du faisceau astigmatique circulaire 'au point", on paut déterminer la position de la tache focale par rapport à la surface du disque en combinant les signaux de sortie du réseau de capteurs. Par exemple, lorsque la tache focale ne se trouve pas sur la surface du disque (dans un sens ou dans l'autre), deux des capteurs du réseau vont recevoir une intensité lumineuse réfléchie plus importante que les deux autres capteurs. On peut détecter cette différence et produire un signal d'erreur pour commander un système d'asservissement afin de déplacer la lentille d'objectif de telle sorte que le tache focale demeure sur la surface du disque. Le système de Bouwhuis que l'on vient de décrire présente des inconvénients. Ce procédé de l'art antérieur nécessite que l'intensité lumineuse frappant le réseau de capteurs ait une distribution d'intensité uniforme,- pour que chaque élément du réseau de capteurs reçoive une quantité-égale de lumière incidente lorsque l'on est au point. Cependant, lorsque l'on balaye transversalement les pistes de données d'un disque optique avec la tache lumineuse focale, il se produit une diffraction optique. La lumière réfléchie par le disque présente différents ordres de diffraction apparaissant en différents endroits du faisceau réfléchi. Les différents ordres de diffraction lumineuse interfèrent en fonction de la position relative de la tache focale-et de la microstructure du disque. En outre, les aberrations du système optique introduisent entre les différents ordres de diffraction des franges d'interférence qui peuvent apparaître et se déplacer de façon imprévisible. La conséquence en est que la distribution d'intensité du faisceau réfléchi n'est,
spatialement, pas uniforme ni symétrique. Cette non-
uniformité et cette dissymétrie produisent une pluralité de "passages par zéro" lorsque les intensités lumineuses sur chacun des capteurs du réseau de capteurs sont égales (indiquant idéalement une condition "au point"). Il se peut donc que le système d'asservissement correcteur déplace la lentille d'objectif vers une position non au point en fonction de faux "passages par zéro" donnés par le réseau de capteurs. Une tentative de l'art antérieur pour éviter cette difficulté est illustrée par le US-A-4 450 547 au nom de Nakamura. Chez Nakamura on forme, au moyen d'une lentille cylindrique disposée dans le trajet d'un faisceau lumineux réfléchi par la surface du disque, des images du point focal à deux foyers éloignés l'un de l'autre. On intercale une arête vive en un endroit situé entre les deux foyers, occultant'partiellement le faisceau. Lorsque le point focal se déplace vers l'intérieur ou vers l'extérieur par rapport au disque optique, on fait tourner dans un champ optique situé derrière la lame opaque la partie du faisceau qui n'est pas occultée. Une double cellule (réseau à deux capteurs) reçoit le faisceau afin de produire un signal bipolaire d'erreur de mise au point. L'un des inconvénients de ce système est que le capteur à double cellule doit être placé dans une région de champ éloignée, et que l'on a besoin d'une double cellule de surface relativement importante. Comme généralement la rapidité (ou, ce qui revient au même, la largeur de bande) d'un photodétecteur est inversement proportionnelle à la surface active du capteur, la nécessité d'avoir une double cellule de grande surface rend difficile l'obtention d'une largeur de bande suffisante pour pouvoir utiliser le capteur non seulement comme composant de détection d'erreur de mise au point, mais comme capteur de données. Un autre inconvénient de ce. système de l'art antérieur tient au fait que l'on introduit dans le système optique une arête vive ou son équivalent optique (par exemple, un prisme en coin). Une telle arête viye accroît la complexité du système optique en augmentant le nombre d'éléments, et doit être en outre constamment réglée et mécaniquement stabilisée. Ainsi, l'un des buts de la présente invention est de proposer un système de contrôle et de détection d'erreur de mise au point qui soit indépendant de la distribution d'intensité et qui puisse être utilisé dans un système à
disque optique.
Un autre but de la présente invention est de proposer un système de contrôle de l'erreur de mise au point dans lequel on puisse utiliser un unique réseau de capteurs à la fois pour le contrôle de l'erreur de mise au point et pour une
détection à large bande des données.
Un autre but encore de la présente invention est de proposer un système de détection d'erreur de mise au point dans lequel on puisse produire un signal d'erreur de mise au
point avec un nombre réduit d'éléments optiques.
La présente invention propose à cet effet un procédé et un dispositif permettant un contrôle astigmatique de mise au point qui soit indépendant des variations de distribution d'intensité dues aux aberrations et aux interférences, et qui soit mis en oeuvre avec un réseau combinant la détection des données et celle de l'erreur de mise au point. On utilise une lentille d'objectif pour focaliser un faisceau laser permettant la lecture, l'écriture et/ou l'effacement dans un système de mémorisation à disque optique. On utilise un système astigmatique de contrôle de mise au point dans lequel on place une lentille cylindrique dans le trajet de la lumière réfléchie par le disque optique. L'intensité lumineuse transmise par la lentille cylindrique forme une image sur un réseau de capteurs. La forme de l'image projetée sur le réseau de capteurs varie entre un cercle, lorsque l'on -5 est au point, et l'une de deux ellipses orientées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, selon que le disque optique est trop près ou trop loin de la lentille d'objectif. Dans le mode de réalisation préféré, on dispose un capteur circulaire à double cellule de manière à recevoir et couvrir toute l'étendue d'un faisceau réfléchi traversant la lentille cylindrique lorsque la lentille d'objectif "est au point". On dispose, symétriquement autour de la double
cellule centrale, un réseau périphérique de quatre capteurs.
Le capteur est tel que l'intensité lumineuse frappant les quatre capteurs périphériques soit minimale lorsque la lentille d'objectif est au point. En n'utilisant que les quatre capteurs périphériques, on évite des faux signaux d'erreur de mise au point, car il n'y a qu'une seule condition de "zéro" vrai, qui correspond à la mise au point correcte de la lentille d'objectif. La somme des intensités lumineuses frappant la double cellule circulaire centrale est maximale lorsque la lentille d'objectif "est au point". Ce signal somme peut être commodément utilisé comme signal de
déclemchement de mise au point.
Les disques optiques *sont fabriqués selon certains formats fonction de l'usage envisagé. En fonction du format adopté, la différence entre les niveaux lumineux reçus par la double cellule circulaire centrale peut être utilisée comme signal d'erreur pour le système d'asservissement de suivi de piste. Les signaux somme et différence des niveaux lumineux recus par les deux capteurs de la double cellule circulaire centrale peuvent être utilisés comme "signaux en quadrature" pour le comptage des pistes pendant les accès au disque. On peut obtenir les informations correspondant-aux données à partir de la somme des intensités lumineuses frappant les deux éléments intérieurs (double cellule) lorsque la mise au point et le suivi de piste du système sont correctement effectués. Dans un autre mode de réalisation possible, on n'utilise dans la région centrale, au lieu d'une double
cellule, qu'un seul capteur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaltront à la lecture de la description détaillée
ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue latérale du système de
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détection de point focal d'un système de mémorisation à disque optique, les figures 2A à 2C illustrent les variations de forme et de position de l'image formée sur le plan du capteur après qu'elles aient traversé une lentille cylindrique, - la figure 3 est une courbe illustrant la variation du signal d'erreur de mise au point provenant des diagrammes de diffraction, - la figure 4 est une vue en plan du mode de réalisation préféré du réseau de capteurs selon la présente invention, - la figure 5 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation possible du réseau de capteurs selon la présente invention, - la figure 6 illustre les variations d'intensité de diffraction d'un faisceau lumineux réfléchi, lorsque le tache focale balaye transversalement les pistes du disque, et la figure 7 est une vue en plan d'un réseau de capteurs
de l'art antérieur.
On va décrire un procédé et un dispositif pour le contrôle de la mise au point d'un faisceau de lecture et/ou d'écriture et/ou d'effacement d'un système de mémorisation à
disque optique. Dans la description qui va suivre, on a
indiqué de nombreux détails spécifiques tels que les longueurs d'onde, les distances focales, etc. afin de donner
une description la plus complète possible de la présente
invention. Il sera cependant évident, pour l'homme de l'art, que la présente invention peut être mise en oeuvre sans ces détails spécifiques. Inversement, des caractéristiques bien connues n'ont pas été décrites en détail pour ne pas alourdir
inutilement la description de la présente invention.
On a illustré sur la figure 1 un exemple d'un système optique tel qu'un de ceux que l'on peut utiliser avec la présente invention. On a représenté en coupe un disque optique 10, qui comprend une pluralité de pistes de données définies par les traces 30. Ledisque optique 10 n'a été indiqué qu'à des fins d'illustration et n'est pas à l'échelle. Il en est de même pour les divers éléments du système optique de la figure 1, qui n'ont été indiqués qu'à des fins d'illustration et ne sont pas. à l'échelle. On fait traverser un diviseur de faisceau 14 à un faisceau lumineux , qui peut être un laser, en direction d'un miroir déviateur 13, et on le focalise sur le disque optique 10 par la lentille d'objectif 11. La lentille d'objectif est couplée à un système d'asservissement électromécanique (non représenté) qui ajuste la position de la lentille d'objectif 11 par rapport au disque optique 10 de telle manière que l'on puisse faire converger le faisceau lumineux 20 en une tache focale 19. Le faisceau lumineux 20 est réfléchi par le disque, et traverse la lentille d'objectif 11 en direction du miroir déviateur 13 et du diviseur de faisceau 14. Tout ou partie du faisceau lumineux réfléchi 12 est réfléchi par le diviseur de faisceau 14 et traverse les lentilles 15 et 16. La lentille 15 est, dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, une lentille plan-convexe. La lentille 16 est une lentille cylindrique, afin d'introduire un effet d'astigmatisme dans le faisceau lumineux 12 et de faire converger le faisceau lumineux 12 sur le réseau de capteurs 17 à l'endroit de la tache focale 18. En raison de l'effet d'astigmatisme introduit par la lentille cylindrique 16, la forme de la tache focale 18 va indiquer la mise au point relative de la lentille d'objectif 11. Bien qu'on ne les ait pas représenté, on peut utiliser des moyens appropriés pour assurer une collimation du faisceau lumineux 20. Par exemple, on peut placer une lentille de collimation entre la source à diode
laser et le diviseur de faisceau 14.
Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, on focalise la source lumineuse jusqu'à obtenir une tache pratiquement à la limite de la diffraction. La largeur totale de la tache à mi-intensité maximale est, à la limite de diffraction, égale à (X/2/NA), X étant la longueur d'onde de la source lumineuse et NA étant l'ouverture numérique de la lentille d'objectif. La profondeur de champ correspondante est donnée par + (X/2/NA/NA). En dehors de cet intervalle, la dimension du faisceau lumineux augmente de façon significative. Typiquement, avec une longueur d'onde de 0,8 pm focalisée par une lentiile d'objectif d'ouverture numérique 0,5, la largeur totale à mi-intensité maximale vaut 0,8 pm pour des aberrations minimales du système optique pris dans son ensemble. La profondeur de champ pour un tel système est de t 1,6 gm. Cette valeur n'est donnée qu'à titre d'exemple, la présente invention pouvant aussi bien s'appliquer à d'autres longueurs d'ondes, d'autres ouvertures
numériques et d'autres profondeurs de champ.
On a représenté sur les figures 2A à 2C la forme de la tache focale 18 pour trois positions de la lentille d'objectif 11. La figure 2A illustre la forme de la tache focale 18 lorsque la lentille d'objectif 11 est placée de telle sorte que le point focal 19 soit "au point". Dans ce cas, la tache focale 18 a la forme 18A représentée sur la figure 2A. Lorsque la lentille d'objectif 11 est trop près du disque optique 10, la tache focale 18 a la forme 18B représentée figure 2B, à savoir une ellipse. Lorsque la lentille d'objectif 11 est trop loin du disque optique 10, la tache focale 18 a la forme 18C représentée figure 2C, à savoir la forme d'une ellipse ayant son axe longitudinal
perpendiculaire & celui de l'ellipse 18B de la figure 2B.
Comme on l'a indiqué précédemment, avec les supports d'information sur disque modernes, des variations de position de la piste et des déplacements de la surface du disque apparaissent à la fois en direction radiale et en direction axiale. La conséquence en est que l'on doit repositionner de façon continue la lentille d'objectif 11 afin d'assurer la mise au point précise du point focal 19 sur le disque optique 10. En analysant la forme de la tache focale 18, on peut produire un signal d'erreur de mise au point qui peut être ensuite utilisé pour commander un mécanisme asservi permettant de positionner la lentille d'objectif 11 plus près ou plus loin du disque optique 10. On conserve donc la mise au point du point focal 19 par rapport au disque optique 10
comme on le souhaitait.
On a représenté sur la figure 7 un capteur de l'art antérieur utilisé pour produire un signal d'erreur de mise au point. Ce réseau de capteurs 25'de l'art antérieur est formé de quatre détecteurs photosensibles AA à DD tels que l'une des diagonales coïncide avec l'axe longitudinal de l'ellipse 18B de la figure 2B et que l'autre diagonale coïncide avec l'axe longitudinal de l'ellipse 18C de la figure 2C. Lorsque la lentille d'objectif 11 est au point, la tache focale 18 a la forme 18A de la figure 2A et, idéalement, les intensités
lumineuses sur chacun des quatres capteurs sont égales.
Lorsque la lentille d'objectif 11 est trop rapprochée du disque optique 10, c'est l'ellipse 18B qui atteint le réseau de capteurs 25. En prenant la différence des signaux sommes des capteurs diamétralement opposés, on peut produire un signal d'erreur de mise au point à partir des différences entre les intensités lumineuses frappant les paires
respectives de capteurs (AA,DD) et (BB,CC).
Par exemple, on a illustré sur la figure 7 l'ellipse 18B.
On produit comme suit le signal FES d'erreur de mise au point:
FES = (AA + DD) - (BB + CC)
Dans l'exemple représenté figure 7, FES est une valeur positive, car l'intensité lumineuse frappant les capteurs AA et DD est plus forte que l'intensité lumineuse frappant les capteurs BB et CC. Un signal FES posicif indique donc que la lentille d'objectif 11 est trop rapprochée du disque optique 10. Inversement, une valeur FES négative indique que la lentille d'objectif 11 est trop éloignée du disque optique 10. Une valeur FES nulle indiquerait que la lentille d'objectif est correctement placée et que le point focal 19
se trouve mis au point sur la surface du disque optique 10.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 3, on y a illustré une courbe donnant le signal d'erreur de mise au
point en fonction de la position de la lentille d'objectif.
Idéalement, la courbe 21 présente un unique passage par zéro à l'origine du système imaginaire de coordonnées x,y de la figure 3. Cependant, en raison des aberrations des systèmes optiques et des diagrammes de diffraction qui produisent une distribution d'intensité non uniforme de la lumière sur il l'étendue de la tache focale 18, on peut trouver une pluralité de passages par zéro, comme cela est indiqué en 22, 23 et 24. En conséquence, la lentille d'objectif 11 peut se trouver déplacée par un signai d'erreur de mise. au point jusqu'à une position qui ne soit plus au point, bien que cette position corresponde à une tache focale 18 donnant un
signal nul en sortie du réseau de capteurs 25.
Lorsque l'on balaye transversalement les pistes 30 du disque optique 10 par le point focal 19 du faisceau lumineux 20, on produit des diagrammes de diffraction qui donnent à l'intérieur de la tache focale 18 une diffraction d'ordre 1, d'ordre 0 et d'ordre -1. En l'absence d'aberration du système optique, ces ordres de diffraction formeront des franges d'interférences symétriques par rapport au capteur 17, ce qui diminuera la probabilité d'obtenir des "passages par zéro" multiples du signal d'erreur de mise au point FES. Cependant, dans la pratique, les tolérances de fabrication des disques et les tolérances de montage mécanique peuvent produire des aberrations qui provoqueront l'apparition d'un diagramme d'interférences entre différents ordres de diffraction et le déplaceront sur l'étendue de la tache focale 18 de manière imprévisible. Ceci introduira des erreurs sur la précision de la mise au point, car le signal d'erreur de mise au point présentera des passages par zéro multiples. Un tel système va provoquer des erreurs de mise au point lorsque l'on exécutera une recherche de piste ou lors des opérations de lecture, d'écriture ou d'effacement de données. Par exemple, on peut avoir une lecture erronée d'un zéro avec la lentille d'objectif non au point, ou une lecture erronée non nulle
avec la lentille d'objectif au point.
Le mode de réalisation préféré de la présente invention est- illustré sur la figure 4, et il prévoit un réseau de capteurs qui élimine le problème des erreurs de mise au point dûes aux passages par zéro multiples qui proviennent des distributions d'intensité non uniformes de l'image astigmatique formée sur le réseau de capteurs 18. Le réseau de capteurs 26 consiste en une double cellule centrale comprenant les capteurs photosensibles semi-circulaires E et F. Le réseau de capteurs 26 est orienté géométriquement de telle sorte que le capteur E reçoive la diffraction d'ordre 1 et la moitié de la diffraction d'ordre 0, et que le capteur F reçoive la diffraction d'ordre -1 et la moitié de la diffraction d'ordre 0. La double cellule centrale est entourée par quatre capteurs photosensibles A, B, C et D configurés de façon semblable à celle du réseau de capteurs de la figure 7. La taille et la position de la double cellule centrale comportant les capteurs E et F sont choisies de manière que ceux-ci coïncident pratiquement avec la tache mise au point 18A de la tache focale 18. De cette manière, les capteurs A, B, C et D donneront un signal de sortie pratiquement nul
lorsque la lentille d'objectif Il sera au point.
Lorsque l'intensité lumineuse incidente frappant les capteurs A à D est très faible, on n'exécute aucune étape de correction de mise au point. De cette manière, on évite les fausses lectures non nulles qui auraient pu apparaître avec les capteurs de l'art antérieur en raison d'une distribution d'intensité non-uniforme. Avec la présente invention, on n'entreprend la correction de mise au point que lorsqu'il y a de la lumière frappant les capteurs A, B, C et D. Dans ce cas, si les capteurs A, B, C et D produisent un signal de sortie non nul, le mécanismes de commande suppose qu'il y a une erreur de mise au point et ajuste par pas la lentille d'objectif 11 jusqu'à réduire à zéro un signal d'erreur positif ou négatif, corrigeant en conséquence-la position de la lentille jusqu'à obtenir un signal nul en sortie des capteurs A, B, C et D. Avec le mode de réalisation de la figure 4, on utilise quatre des capteurs pour la correction d'erreur de mise au point. On évite néanmoins les erreurs inhérentes à la configuration du réseau de capteurs de l'art antérieur. La différence entre les sommes des intensités lumineuses frappant les capteurs diamétralement opposés (c'est-à-dire [A + D] - [B + C]) est utilisée pour déterminer si le point focal se trouve au-dessus ou au-dessous du plan de la surface du disque. Cependant, en raison des caractéristiques de la tache focale 18 et de la configuration du réseau de capteurs décrit à propos du mode de réalisation préféré de la présente invention, il n'y a généralement que peu ou pas de lumière frappant les capteurs B et C s'il y a-de la lumière frappant les capteurs A et D, et vice versa. De la sorte, s'il y a de la lumière frappant les capteurs A et D, on suppose que la lentille d'objectif est trop rapprochée de la surface du disque. De la même façon, si l'on détecte de la lumière frappant l'un ou l'autre des capteurs B et C, on suppose que la lentille d'objectif est trop éloignée de la surface du disque. Bien que, dans son mode de réalisation préféré, on décrive la présente invention avec un système à lentille astigmatique, il est bien évident que tout élément optique approprié qui produit un astigmatisme d'une tache focale en fonction de la distance entre la lentille d'objectif et la surface du disque peut être utilisé en relation avec la
présente invention.
Dans la présente invention, la somme des signaux de la double cellule centrale E et F est utilisée pour la détection des données et pour obtenir un signal de déclenchement de mise au point. L'information de suivi de piste peut être obtenue à partir de la différence entre les intensités lumineuses frappant les capteurs E et F, respectivement. La somme et la différence des intensités lumineuses frappant les capteurs E et F peuvent être utilisées comme signaux de
quadrature pour le comptage des pistes.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 6, on y a illustré la distribution d'intensité de la lumière frappant la double cellule centrale dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, lorsque le point focal 19
traverse les limites d'une piste, pour un exemple de disque.
Lorsque le point focal 19 traverse une limite de piste, les variations de phase entre ordres de diffraction différents de la tache focale 18 ont pour effet un déplacement d'intensité de la gauche vers la droite de la manière illustrée par les diagrammes d'interférences de diffraction 29A à 29D. La tache focale 29D et la tache focale 29E illustrent l'intensité dela distribution lorsque le point focale 19 se trouve approximativement au centre d'une piste. Pour la tache focale 29F, puis jusqu'à 29H, le point focal 19 commence à traverser une autre limite de piste. Comme on peut le voir sur la figure 6, la distribution est essentiellement bipolaire de sorte que, en prenant la différence des signaux des éléments E et F de la double cellule, on peut déterminer également la
position du point focal 19 entre les limites de la piste.
Si l'on se réfère à la figure 3, la courbe donnant l'erreur de mise au point comporte au moins trois signaux de
passages par zéro, à savoir les points 23, 23a et 23b.
Lorsque la tache focale se trouve très éloignée de la surface du disque, la lumière réfléchie n'est plus collimatée. La conséquence en est que la taille de l'image 18 sur le réseau de capteurs 17 est supérieure à celle du réseau de capteurs 17. Ceci donne les "zéros" 23a et 23b. Pour informer le système d'asservissement de mise au point que c'est à la position 23 que se trouve le point focal véritable, on a généralement besoin d'un signal de déclenchement de mise au
point.
La somme des signaux des éléments E et F de la double cellule intérieure du réseau de capteurs de la présente invention peut être commodément utilisée comme signal de déclenchement de mise au point. L'intensité sur la double cellule est la plus élevée lorsque le point focal 19 est au point. En verrouillant la lentille d'objectif 11 de telle sorte que l'intensité crête sur les capteurs E et F soit
maximisée, la tache focale 19 est correctement mise au point.
Un autre mode de réalisation possible du réseau de capteurs de la présente invention a été représenté sur la figure 5. Les quatre éléments périphériques de capteur A' à D' sont semi-circulaires et entourent -une cellule centrale qui, dans ce mode de réalisation, est constituée d'un capteur unique. Comme dans le mode de réalisation de la figure 4, les quatre capteurs périphériques sont utilisés pour produire un signal d'erreur de mise au point. La cellule centrale est utilisée pour le déclenchement de la mise au point. Bien que l'on ait illustré le mode de réalisation de la figure 4 avec des capteurs périphériques rectangulaires, les capteurs périphériques semi-circulaires de la figure 5 pourraient être
aussi bien utilisés dans ce mode de réalisation.
Bien que l'on ait décrit la présente invention à propos d'un système de mémorisation à disque optique à lecture/écriture, il sera évident qu'elle peut aussi bien s'appliquer 'à tout système optique, y compris les disques compacts (CDs) optiques, les mémoires mortes optiques OROM (Optical Read Only Memory: mémoire optique à lecture seule), les enregistreurs VDR (Video Disk Recorder: enregistreur vidéo à disque), les systèmes à disque optique WORM (Write Once, Read Many: écriture unique, lectures multiples), aussi bien qu'avec des installations à disques multiples, etc. On a ainsi décrit un réseau de capteurs perfectionné qui peut être utilisé pour la détection de la position d'un foyer, pour la détection de la position d'une piste, pour la détection du déclenchement de la mise au point, pour le comptage des pistes, tout comme pour la détection des données. Bien que l'on ait décrit la présente invention à propos de son utilisation dans des lecteurs de disque optique, elle s'applique aussi bien chaque fois que l'on souhaite contrôler la position d'un objet, tel qu'une
lentille, par rapport à une surface.
Claims (33)
1. Un dispositif de détection de la position d'un foyer, caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier système optique (20,14,13,11) produisant sur une surface (10) un premier faisceau lumineux, - un second système optique (11,13,14,15,16), disposé dans le trajet d'un deuxième faisceau lumineux réfléchi par cette surface, ce second système optique produisant un troisième faisceau lumineux (12) dont la forme dépend de la distance entre le premier système optique et ladite surface, et - des moyens détecteurs (17), placés dans le trajet de ce troisième faisceau lumineux, ces moyens détecteurs comportant des premiers et des seconds moyens capteurs tels que le troisième faisceau lumineux frappe les premiers moyens capteurs lorsque le premier système optique se trouve à une distance voulue de ladite surface, et que ce troisième faisceau frappe les premiers et les seconds moyens capteurs lorsque le premier système optique se trouve à une distance
de ladite surface différente de ladite distance voulue.
2. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les seconds moyens capteurs comportent un premier, un deuxième, un troisième et un quatrième capteurs photosensibles (A,B,D,C; A',B',D',C'), disposés symétriquement par rapport
aux premiers moyens capteurs.
3. Le dispositif de la revendication 2, dans lequel les premiers moyens capteurs comportent un cinquième capteur photosensible.
4. Le dispositif de la revendication 2, dans lequel les premiers moyens capteurs comprennent un cinquième et un
sixième capteurs photosensibles (E,F).
5. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel ladite surface (10) est celle d'un disque optique sur lequel
ont été codées des informations.
6. Le dispositif de la revendication 5, dans lequel le disque optique tourne par rapport au premier faisceau lumineux.
7. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel le second système optique (11,13,14,15,16) comporte des moyens (16) pour introduire un astigmatisme dans le deuxième
faisceau lumineux.
8. Le dispositif de la revendication 7, dans lequel les moyens (16) pour introduire l'astigmatisme comportent une
lentille cylindrique.
9. Le dispositif de la revendication 2, dans lequel le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface supérieure à ladite distance voulue lorsque l'on détecte le troisième faisceau lumineux (12) sur l'un desdits
premier et troisième capteurs (A,D; A',D').
10. Le dispositif de la revendication 2, dans lequel le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface supérieure à ladite distance voulue lorsque l'intensité lumineuse frappant lesdits premier et troisième capteurs (A,D; A',D') est supérieure à l'intensité lumineuse frappant lesdits deuxième et quatrième capteurs (B,C;
B',C').
11. Le dispositif de la revendication 2, dans lequel le premier système optique se trouve-à une distance de ladite surface inférieure à ladite distance voulue lorsque l'on détecte le troisième faisceau lumineux (12) sur l'un desdits
deuxième et quatrième capteurs (B,C; B',C').
12. Le dispositif de la revendication 2, dans lequel le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface inférieure à ladite distance voulue lorsque l'intensité lumineuse frappant lesdits deuxième et quatrième capteurs (B,C; B',C') est supérieure à l'intensité lumineuse
frappant lesdits premier et troisième capteurs (A,D; A',D').
13. Le dispositif de la revendication 4, dans lequel l'intensité lumineuse frappant lesdits cinquième et sixième capteurs (E,F) est fonction de la position du premier système optique par rapport à des pistes disposées sur ladite surface.
14. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel' l'intensité lumineuse frappant les premiers moyens c&pteurs est maximale lorsque le premier système optique se trouve à
ladite distance voulue.
15. Un dispositif de détection de la position d'un foyer, caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier système optique (20,14,13,11) produisant sur une surface (10) un premier faisceau lumineux, - un second système optique (11,13,14,15,16), disposé dans le trajet d'un second faisceau lumineux réfléchi par cette surface, ce second système optique produisant un faisceau lumineux astigmatique (12) dont la forme dépend de la distance entre le premier système optique et ladite surface, et - des moyens détecteurs (17), placés dans le trajet de ce faisceau lumineux astigmatique, ces moyens détecteurs comprenant des moyens capteurs centraux entourés par un réseau de moyens capteurs tels que le faisceau lumineux astigmatique frappe ce réseau lorsque le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface différente
d'une distance voulue.
16. Le dispositif de la revendication 15, dans lequel ladite surface (10) est celle d'un disque optique sur lequel
ont été codées des informations.
17. Le dispositif de la revendication 16, dans lequel ledit réseau de capteurs comporte un premier, un'deuxième, un troisième et un quatrième capteurs photosensibles (A,B,D,C; A',B',D',C'), disposés symétriquement par rapport aux moyens
capteurs centraux.
18. Le dispositif de la revendication 17, dans lequel les moyens capteurs centraux comportent un cinquième capteur photosensible.
19. Le dispositif de la revendication 17, dans lequel les moyens capteurs centraux comprennent un cinquième et un
sixième capteurs photosensibles (E,F).
20. Le dispositif de la revendication 15, dans lequel le second système optique (11,13,14,15,16) comporte des moyens (16) pour introduire un astigmatisme dans le second faisceau lumineux.
21. Le dispositif de la revendication 20, dans lequel les moyens (16) pour introduire l'astigmatisme comportent une
lentille cylindrique.
22. Le dispositif de la revendication 17, dans lequel le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface supérieure à ladite distance voulue lorsque l'on détecte le faisceau lumineux astigmatique sur l'un desdits
premier et troisième capteurs (A,D; A',D').
23. Le dispositif de la revendication 17, dans lequel le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface supérieure à ladite distance voulue lorsque l'intensité lumineuse frappant lesdits premier et troisième capteurs (A,D; A',D') est supérieure à l'intensité lumineuse frappant lesdits deuxième et quatrième capteurs (B,C;
B',C').
24. Le dispositif de la revendication 17, dans lequel le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface inférieure à ladite distance voulue lorsque l'on détecte le faisceau iumineux astigmatique sur l'un desdits
deuxième et quatrième capteurs (B,C; B',C').
25. Le dispositif de la revendication 17, dans lequel le premier système optique se trouve à une distance de ladite surface inférieure à ladite distance voulue lorsque l'intensité lumineuse frappant lesdits deuxième et quatrième capteurs (B,C; B',C') est supérieure à l'intensité lumineuse
frappant lesdits premier et troisième capteurs (A,D; A',D').
26. Le dispositif de la revendication 19, dans lequel l'intensité lumineuse frappant-lesdits cinquième et sixième capteurs (E,F) est fonction de la position du premier système
optique par rapport à des pistes se trouvant sur le disque.
27. Le dispositif de la revendication 15, dans lequel l'intensité lumineuse frappant les premiers moyens capteurs est maximale lorsque le premier système optique se trouve à
ladite distance voulue.
28. Un procédé pour détecter la position focale d'un faisceau lumineux par rapport à une surface, caractérisé par les étapes suivantes: - traversée par ce premier faisceau lumineux d'un premier système optique (20,14,13,11) de manière à illuminer une surface (10), - réflexion de ce premier faisceau lumineux par ladite surface et traversée par ce faisceau lumineux réfléchi d'un second système optique (11,13,14,15,16), ce second système optique produisant un second faisceau lumineux dont la forme dépend de la distance entre le premier système optique et ladite surface, - placement d'un réseau de capteurs (17) permettant de détecter ce second faisceau lumineux, ce réseau de capteurs comportant des moyens détecteurs centraux et des moyens détecteurs périphériques entourant ces moyens détecteurs centraux, - production d'un signal indiquant que les premiers moyens optiques se trouvent à une distance voulue, lorsque l'intensité lumineuse incidente ne frappe que les moyens
capteurs centraux.
29. Le procédé de la revendication 28, dans lequel les moyens détedteurs périphériques comportent un premier, un
deuxième, un troisième et - un quatrième capteurs photo-
sensibles (A,B,D,C; A',B',D',C'), disposés symétriquement
par rapport aux moyens capteurs centraux.
30. Le procédé de la revendication 29, dans lequel les moyens détecteurs centraux comportent un cinquième capteur photosensible.
31. Le procédé de la revendication 29, dans lequel les moyens détecteurs centraux comprennent un cinquième et un
sixième capteurs photosensibles (E,F).
32. Le procédé de la revendication 29, comprenant en outre l'étape de production d'un signal différentiel en soustrayant la somme des intensités lumineuses frappant lesdits premier et troisième capteurs (A,D; A',D') de la somme des intensités lumineuses frappant lesdits deuxième et quatrième capteurs (B,C; B',C'), de telle sorte que, lorsque ce signal différentiel est positif, le premier système optique se trouve à une distance supérieure à ladite distance voulue.
33. Le procédé de la revendication 31, comprenant l'étape de détection de l'intensité lumineuse frappant lesdits cinquième et sixième capteurs (E,F) de manière à déterminer
les traversées de pistes.
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