FR2478859A1

FR2478859A1 - Systeme d'enregistrement a laser

Info

Publication number: FR2478859A1
Application number: FR8105691A
Authority: FR
Inventors: Edwin A Jeffery
Original assignee: Data General Corp
Current assignee: EMC Corp
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1981-03-18
Publication date: 1981-09-25
Also published as: AU544600B2; CA1159882A; GB2071858B; DE3042793A1; US4306242A; JPS56146115A; GB2071858A; AU6794181A

Abstract

LE FAISCEAU DU LASER 13 EST DIVISE PAR LE MIROIR 17 EN DEUX FAISCEAUX ELEMENTAIRES. LE PREMIER TRAVERSE UN CIRCUIT MODULATEUR 27 AUQUEL UN ORDINATEUR 29 ENVOIE DES SIGNAUX SOUS CONTROLE D'UN GENERATEUR 31. LE FAISCEAU MODULE 33 FRAPPE UN MIROIR TOURNANT 37-39 QUI LUI FAIT BALAYER UN TAMBOUR PHOTO-SENSIBLE 45. LE SECOND FAISCEAU ELEMENTAIRE 21 VIENT AUSSI FRAPPER LE MIROIR TOURNANT 37-39 QUI LUI FAIT BALAYER UNE PLAQUE 59 INCURVEE CONCENTRIQUEMENT A 37-39 PORTANT DES DIVISIONS REFLECHISSANTES 61 PAR LESQUELLES IL EST RENVOYE VERS UN PHOTO-DETECTEUR CENTRAL 65 DONT LES SIGNAUX COMMANDENT LE GENERATEUR 31. EN REPARTISSANT JUDICIEUSEMENT LES GRADUATIONS 61 SUR LA PLAQUE 59 ON PEUT OBTENIR QUE LES SIGNAUX SUCCESSIFS DE L'ORDINATEUR 29 SE REPARTISSENT REGULIEREMENT SUR LE TAMBOUR 45 EN DEPIT DE LA NON-LINEARITE DU BALAYAGE.

Description

2478O59

La présente invention se réfère de façon générale aux systèmes

d'enregistrement dans lesquels un faisceau laser modulé de façon numéri-

que est renvoyé par un miroir tournant sur une surface d'enregistrement plane et elle vise plus particulièrement un agencement original pour engendrer des signaux chrnonométriques compensant les variations de

vitesse linéaire du faisceau.

On connaît bien dans la technique des systèmes d'enregistrement qui utilisent un laser pour transférer l'information numérique d'un ordinateur à une surface d'enregistrement photo-sensible. Ces systèmes sont généralement basés sur un faisceau laser renvoyé par un miroir

tournant ou autre type de dispositif de balayage, et modulé en correspon-

dance avec des trains de données d'information numérique représentant des zones positives ou négatives de densités optiques différentes, ou de niveaux de gris également différents, et qui doivent être reproduits sur la surface d'enregistrement. En fonctionnement normal cette surface se déplace soit de façon continue, soit pas à pas, à mesure qu'elle est

balayée par le faisceau laser modulé.

Pour faciliter l'utilisation du faisceau lumineux tournant, la surface d'enregistrement est souvent maintenue à une configuration concave dans la zone balayée par le faisceau. On peut trouver un exemple de ce système d'enregistrement à laser dans le brevet américain 4 054 928 aux noms de J. C. BUTLER et autres, suivant lequel le milieu ou agent d'enregistrement est porté par un plateau incurvé. On peut encore trouver des exemples de systèmes d'enregistrement à laser dans lesquels la surface sensible est maintenue à une configuration concave, mais o le faisceau est modulé par des signaux analogiques et non plus numériques, dans les brevets américains 3 154 621 au nom de W.R. ROHNSON, 3 816 652 au nom de G.B. BARNETT et 3 874 621 aux noms de L.R. BLAIR et autres. Dans bien des cas il n'est pas possible ou pas désirable de maintenir la surface d'enregistrement à une configuration concave dans la zone balayée par le faisceau lumineux tournant. Ainsi par exemple le système d'enregistrement à laser peut être du genre dans lequel le moyen

sensible est constitué par un tambour photo-conducteur dont la configura-

tion cylindrique et rigide ne peut être modifiée. Lorsque le faisceau lumineux tournant balaye le tambour, la surface qui lui est exposée est substantiellement rectiligne ou plane. On peut trouver dans le brevet

américain 4 124 286 au nom de S. BARASCH un exemple d'un système d'enre-

gistrement à laser dans lequel le faisceau modulé numériquement balaye

la surface d'un tambour photo-conducteur.

Comme on le sait un train de signaux numériques est linéaire en ce sens que les séries d'impulsions sont régulièrement espacées les unes des autres. Au contraire si l'on utilise un faisceau lumineux tournant pour transférer les signaux numériques à une surface d'enregistrement et que celle-ci soit plane dans sa zone exposée au faisceau, les points lumineux réalisés sur elle en correspondance avec les signaux vont se

trouver irrégulièrement écartés les uns des autres du fait de la varia-

tion de la vitesse linéaire du faisceau au cours de son balayage.

Dans bien des cas les distorsions qui résultent de cet écartement

irrégulier des points lumineux ne sont pas acceptables.

Un moyen de la technique antérieure pour compenser cette variation de vitesse linéaire du faisceau lumineux tournant qui balaye une surface

plane et pour éviter ainsi les distorsions précitées, consiste à incorpo-

rer à l'appareil un dispositif spécial de lentilles prévu pour réaliser les corrections nécessaires. Une difficulté de cette solution est que le dispositif nécessaire à cet effet est notablement complexe, quelque peu encombrant et de prix de revient relativement élevé. On peut trouver un exemple d'un enregistrement à laser utilisant un système compensateur à lentilles de ce type dans le numéro de Novembre 1979 de la publication

Bell System Technical Journal.

Un autre moyen de la technique antérieure pour assurer la compensa-

tion précitée consiste à engendrer des signaux chronométriques qu'on utilise pour commander l'écoulement des données numériques, servant à moduler le faisceau laser, et cela de façon telle que les points lumineux correspondant à ces signaux se trouvant régulièrement espacés sur la surface plane. Bien qu'un certain nombre de dispositifsdifférents aient été proposés ou en fait mis en pratique pour engendrer ces signaux chronométriques, aucun de ceux-ci ne s'est avéré entièrement adéquat ou

satisfaisant.

Ainsi par exemple dans le brevet américain 3.389 403 au nom de J.M. COTTINGHAM on décrit un enregistreur de données dans lequel des signaux chronométriques sont engendrés à cet effet par déflexion d'un faisceau lumineux auxiliaire sur une barre creuse comportant une série de fentes régulièrement espacées. La lumière qui pénètre dans la barre à travers les fentes est détectée par une photo-diode montée à l'une des extrémités de celle-ci. Dans le numéro de Novembre 1979 de la publication Bell System Technical Journal précitée, on décrit un arrangement pour engendrer des signaux chronométriques en renvoyant un faisceau lumineux auxiliaire sur une plaque de codage comportant une série de parties transparentes régulièrement espacées. La lumière qui traverse les parties transparentes de la plaque est recueillie par une lentille

disposée derrière celle-ci et est renvoyée dans un photo-tube convenable-

ment disposé. L'invention a pour objet un système d'enregistrement dans lequel un premier faisceau de laser est modulé par des signaux numériques et est amené par un miroir tournant à balayer une surface d'enregistrement plane. Un second faisceau laser frappe également le miroir tournant et est renvoyé par celui-ci sur une plaque chronométrique incurvée. La surface de cette plaque comporte une série de graduations réfléchissantes espacées irrégulièrement les unes des autres et qui représentent des positions de points lumineux régulièrement espacées sur la surface d'enregistrement. Chaque fois que le second faisceau tournant frappe l'une des graduations réfléchissantes de la plaque chronométrique, la lumière renvoyée par celle-ci arrive à un photo-détecteur disposé au centre de courbure de la plaque et elle est transformée par lui en une série de signaux électriques. Ces signaux sont à leur tour transformés en impulsions qu'on utilise pour commander l'écoulement des signaux numériques servant à moduler le premier faisceau, de sorte que les

points lumineux réalisés sur la surface d'enregistrement en correspon-

dance avec les signaux numériques se trouvent régulièrement espacés, leur position n'étant pas affectée par la variation de vitesse linéaire

du premier faisceau lorsqu'il balaye ladite surface.

L'invention vise encore: - à réaliser un système d'enregistrement à laser original et perfectionné, - à établir un tel système dans lequel un faisceau laser modulé soit amené par un dispositif tournant à balayer une surface d'enregistrement plane, des moyens étant prévus pour compenser la variation de vitesse linéaire du faisceau modulé au cours de son balayage de la surface précitée; - à réaliser un système du genre en question qui permette d'enregistrer, sans distorsion, des signaux numériques sur une surface d'enregistrement plane à l'aide d'un faisceau laser tournant; - à établir un tel système qui comprenne des moyens pour compenser les variations de vitesse linéaire du faisceau et qui soient peu encombrants ainsi que de fonctionnement fiable; - à réaliser un système du type précité qui utilise un faisceau laser tournant, modulé de façon numérique, avec une surface d'enregistrement plane et qui comporte une technique originale pour engendrer des signaux chronométriques propres à commander l'écoulement des signaux modulés; - à établir un système d'enregistrement à laser qui renferme des moyens de compensation de la vitesse linaire du faisceau d'écriture lorsque celuici balaye une surface d'enregistrement plane, ces moyens

étant de fabrication économique et se prêtant par eux-mêmes aux techni-

ques de production en grande série; - et à réaliser un système de ce genre dans lequel-un faisceau laser modulé numériquement est amené à balayer la surface d'un tambour photo-conducteur par un miroir tournant, ce système comprenant par ailleurs un moyen original pour engendrer des signaux chronométriques

propres à compenser les variations de vitesse linéaire du faisceau.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une représentation schématique en perspective

d'un système d'enregistrement à laser établi conformément à l'invention.

Fig. 2 est une vue en plan à plus petite échelle montrant le tambour photo-conducteur, le miroir tournant et la plaque chronométrique du système de fig. 1 en faisant ressortir la disposition non linéaire des graduations réfléchissantes sur la plaque chronométrique et celle au

contraire linéaire des points lumineux sur le tambour.

Si l'on se réfère aux dessins on peut voir en fig. 1 un système

d'enregistrement à laser auquel est affectée la référence générale 11.

Comme de tels systèmes sont bien connus dans la technique la description

ci-après ne concernera spécifiquement que les éléments nécessaires à une

compréhension adéquate de l'invention.

Le système 11 comprend un laser 13 à onde continue, par exemple du type à hélium-néon, propre à émettre un faisceau lumineux parallèle ininterrompu 15 qu'un tiroir semi-transparent approprié 17 divise en en premier et un second faisceau secondaire, respectivement référencés 19 et 21. Le premier faisceau 19 est utilisé pour "l'écriture tandis que le second 21 sert de "traceur" pour engendrer des signaux chronométriques propres à commander l'écoulement des signaux de modulation vers le premier faisceau 19, comme on le décrira ci-après. Ce premier faisceau 19 traverse la lentille de focalisation 23 qui réduit sa dimension au diamètre désiré pour les points lumineux à réaliser; il est ensuite dévié par un miroir 25 pour traverser un modulateur 27, par exemple du type acoustico-optique. Le modulateur 27 est commandé par des signaux numériques reçus à partir d'un ordinateur 29. L'écoulement de ces signaux entre l'ordinateur et le modulateur est réglé par un générateur chronométrique 31 formant porte. Le faisceau de lumière 33 qui sort du modulateur 27 et dont on peut dire qu'il a été rendu numérique (ou suivant l'expression technique "digitalisé") sous l'effet des signaux précités, est renvoyé par un miroir 35 sur un miroir polygonal tournant 37 comportant une série de surfaces réfléchissantes 39. Ce miroir 37 est monté sur un arbre 41

entrainé par un moteur à vitesse constante 43.

Le faisceau 33 renvoyé par le miroir 37 vient frapper la surface d'un tambour cylindrique photo-conducteur 45. Cette surface peut être faite en n'importe quel matériau photo-sensible approprié tel que le sélénium ou le sulfure de cadmium. Le tambour 45 est lui-même entraîné

par un moteur 47 relié à son arbre ou axe 49.

On comprend que lorsque le faisceau lumineux modulé 33 balaye la surface du tambour 45 sous l'effet du miroir 37 suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal de ce tambour, la partie de cette surface intéressée par le balayage est substantiellement plane. Pour compenser le défaut de linéarité résultant du balayage d'une surface plane par un faisceau tournant, les signaux chronométriques émis par le générateur 31 pour commander l'écoulement des signaux numériques de l'ordinateur 29 vers le modulateur 27, sont prévus de façon telle que les points lumineux qui en résultent sur le tambour 45 se trouvent régulièrement espacés les

uns des autres.

On décrira maintenant la façon dont sont engendrés les signaux chronométriques. Le second faisceau lumineux 21 qui en fig. A est celui réfléchi par le miroir semi-transparent 17, traverse une lentille de focalisation 53 semblable à celle 23 sus-mentionnée, puis est dévié par deux miroirs et 57 pour arriver au miroir 35 lequel le renvoie sur le miroir polygonal 37. Le miroir 55 est très légèrement incliné de façon que ce faisceau 31 vient frapper le miroir 37 en un point aligné verticalement avec le point d'impact du faisceau 33, mais situé quelque peu au-dessus

de celui-ci, comme représenté.

Le faisceau 21 réfléchi par le miroir 37 vient frapper une plaque chronométrique 59 incurvée en arc de cercle. Ainsi, en même temps que le faisceau 33 balaye le tambour 45, le faisceau 21 agit de même sur la plaque 59. Cette dernière est disposée par rapport au miroir polygonal 37 de façon que son milieu se trouve à la position médiane du balayage du faisceau 21. La plaque 59 peut être faite en n'importe quel matériau approprié, tel que l'aluminium ou une matière plastique. Elle comporte une série de graduations réfléchissantes 61 irrégulièrement espacées les unes des autres, qui correspondent à des positions de points lumineux 63 régulièrement espacées sur le tambour 45. Entre ces graduations 61 sont prévues des zones non réfléchissantes qui peuvent être soit transparentes soit absorbantes par rapport à la lumière. La plaque 59 est disposée de façon que son axe de courbure se trouve sur l'axe de rotation du faisceau 21 ou au voisinage immédiat de celui-ci. Le nombre de graduations 61 qu'elle porte est égal à celui des points lumineux 63 qui doivent apparaitre sur le tambour 65 pendant une course de balayage du faisceau 33. Comme le faisceau 21 est situé plus bas que le faisceau 33, la plaque 59 est avantageusement disposée au-dessous du tambour 45, comme montré. La lumière que la plaque 59 réfléchit lorsque le faisceau 21 balaye sa surface et vient frapper les graduations 61, arrive ainsi à un photodétecteur 65 convenablement disposé sur l'axe de courbure de la plaque ou tout près de celui ci. Pour empêcher que ce photo-détecteur 65 n'interfère physiquement avec le faisceau sortant 21 et pour lui permettre en même temps d'être disposé vers l'axe de courbure de la plaque 59, cette dernière est légèrement inclinée vers l'avant de façon que le faisceau réfléchi 21 se trouve au-dessous de celui incident portant la même référence. En outre la plaque peut être décalée légèrement autour de son axe vertical moyen VAde façon que le faisceau 21 réfléchi soit lui-même décalé latéralement par rapport au faisceau incident, comme montré.

Ainsi la plaque 59 joue le rôle de générateur d'impulsions lumineu-

ses correspondant à des positions ponctuelles régulièrement espacées sur le tambour 45, tandis que du fait de sa forme incurvée, elle envoie les impulsions lumineuses réfléchies à partir de chacune des graduations 61 vers un point commun o elles peuvent être commodément détectées. Les

impulsions qui viennent ainsi frapper le photo-détecteur 65 sont conver-

ties par lui en signaux électriques correspondants, lesquels sont

transmis au générateur chronométriques 31.

Si l'on se réfère maintenant à fig. 2, on peut y trouver une vue en plan du miroir 37, du tambour 45 et de la plaque 59 déjà mentionnée en référence à fig. 1. Ainsi qu'on peut le voir la plaque 59 comporte une multiplicité de graduations réfléchissantes référencées 61-1 à

61-16, leur nombre particulier n'ayant été représenté qu'à titre d'exem-

ple. Chaque graduation 61 est disposée de façon à s'utiliser en liaison avec une position correspondante 63 du point lumineux ou "spot" sur le tambour 45, ces positions pouvant être référencées par conséquent 63-1 à 63-16 suivant le même ordre. Ainsi lorsque le faisceau lumineux 21 balaie la plaque chronométrique 59, le faisceau 33 balaie de son c8té le tambour 45 et quand le premier 21 se trouve sur l'une des graduations réfléchissantes de la plaque, telle par exemple que 61-4, le second est à la position correspodante 63-4. Les graduations 61 sont irrégulièrement espacées sur la plaque 59 de façon que toutes les positions du point lumineux ou spot soient au contraire espacées de façon régulière sur le tambour. Ainsi qu'on peut le voir la distance entre les graduations 61-7 et 61-8, par exemple, est plus grande que celle qui sépare les graduations 61-4 et 61-5 et l'6cartement de ces deux dernières est également plus

grand que celui qui apparaît entre les graduations 61-1 et 61-2.

La plaque chronométrique 59 peut être réalisée par le moyen d'un ordinateur engendrant une combinaison ou série de graduations lumineuses, irrégulièrement espacées sur une bande de matiere synthétique du genre connu sous la Marque de Fabrique "MYLAR", préalablement pourvue d'un revêtement aluminisé, en faisant disparaître par décapage les parties aluminisées qui séparent les graduations lumineuses, puis en incurvant

la bande pour l'amener à la forme de lVarc-deeercle désiré.

Il y a encore lieu de souligner que dans certains cas l'information numérique peut être représentée par l'absence de point ou spot lumineux sur le tambour 45. Le fait qu'un tel point apparaît ou non sur ce tambour dépend du signal numérique particulier. LTessentiel est que la représentation linéaire du signal approprié sur le tambour 45 puisse

être enregistrée (par la présence ou l'absence de point ou spot).

Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a

été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les

détails d'exécution décrits par tous autres équivalents.

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R E V E ND I C A T I 0 N S

1. Procédé pour enregistrer des signaux chronofmitriques en vue de compenser les variations de vitesse linéaire d'un faisne-au laser mdulé pendant qu'il balaye une surface d'enregistrement plane. de sorte sue la série des points lumineux ou "spots" réalisée sur cette surface par ledit faisceau comporte un espacement régulier, cararéfilsé par la combinaison des phases opératoires suivantes dont certainmes au mn-ms sont connues soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons diffZrentes de celle ciaprès: a) on établit une plaque chronométrique incurvée portant une série de graduations réfléchissantes irrégulièrement cartées les-unes des autres et qui sont représentatives de positions. Zcartement régulier du point lumineux ou spot sur la surface; b) on balaie ladite plaque par le moyen dun faisceau lumineux tournant, ce faisceau se déplaçant en synchrnlsme avec le faisceau laser modulé; c) et l'on détecte la lumière renvoyée par /es marques réfléchissantes de la plaque et on la transforme enune successfmn de

signaux électriques.

2. Procédé suivant la revendication 1, caracte lse-en ce qm'on transforme en outre la succession de signaux ilectrinem-en une.,Éir d'impulsions. 3. Système d'enregistrement à laser pour la mise en oeuvre-du

procédé suivant l'une quelconque des revendications A et 2, du genre

dans lequel un faisceau laser est modulé par des signaux numériqnes et est renvoyé par un miroir tournant sur une surface denrumegistrement, celle-ci étant substantiellement plane dans la zone emposée au dit faisceau, caractérisé en ce qu'il comprend en combineirmn les zlémants ou dispositions ci-après dont certains au moins sont oDnmus soit & l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes ae la suivante a) des moyens pour réaliser un faisceau OImbneux continu tournant en synchronisme avec le faisceau laser modul-; b) une plaque chronométrique incurvée dispDese pour recevoir ce faisceau lumineux continu cette plaque portant une sé-rie de gradati;oms réfléchissantes irrégulièrement espacées et qui reprâsentent des pnsitioams espacées de façon linéaire sur la surface d'enregistrement; c) des moyens pour détecter la lumière r- fléchie par le-s graduations de la plaque chronométrique et pour engendrer des signaux de façon correspondante; d) et des moyens pour régler l'écoulement de ces signaux vers les moyens de modulations en réponse auxdits signaux, e) grâce à quoi les points lumineux ou spots réalisés sur la surface d'enregistrement à partir du faisceau numéralisé se trouvent

régulièrement espacées les uns des autres.

4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser ledit faisceau lumineux continu sont constitués par

un laser.

5. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la

surface d'enregistrement est celle d'un tambour photo-conducteur.

6. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la

plaque chronométrique est conformée en arc de cercle.

7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens détecteurs sont disposés au voisinage du centre ou axe de courbure

de la plaque chronométrique.

8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la

plaque chronométrique est constituée par un segment de cylindre.

9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les graduations réfléchissantes de la plaque chronométriques sont séparées

par des zones non réfléchissantes.

10. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les

moyens régulateurs comprennent un générateur chronométrique.

11. Système d'enregistrement à laser, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments ou dispositifs ci-après dont

certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combi-

naisons différentes de la suivante: a) un laser propre à réaliser an faisceau lumineux b) des moyens pour diviser ce faisceau en un premier et un second faisceau secondaire; c) une surface d'enregistrement photosensible

d) une plaque chronométrique incurvée comportant alternative-

ment des parties réfléchissantes et des parties non réfléchissantes, e) des moyens de balayage optique pour recevoir le premier et le second faisceau secondaire ainsi que pour obliger le premier à balayer la surface d'enregistrement photo-sensible et le second à balayer simultanément la plaque chronométrique, f) ladite surface d'enregistrement étant substantiellement plane dans sa zone exposée au premier faisceau secondaire g) un modulateur propre à moduler le premier faisceau secondaire; h) une source de signaux de modulation pour commander ce modulateur; i) des moyens de porte pour contrôler l'écoulement de ces signaux vers le modulateur; j) et des moyens photo- détecteurs disposés pour recevoir la lumière réfléchie à partir de la plaque chronométrique en vue d'engendrer en réponse des signaux électriques propres à commander lesdits moyens de porte; k) les parties réfléchissantes de la plaque chronométrique étant espacées de façon à assurer un écartement régulier des impulsions lumineuses qui frappent la surface d'enregistrement photo-sensible sous

l'effet du premier faisceau secondaire.

12. Système suivant revendication 11, caractérisé en ce que la plaque chronométrique est constituée à partir d'une bande de la matière plastique connue sous la Marque de Fabrique MYLAR', convenablement aluminisée. 13. Appareil pour engendrer des signaux chronométriques en vue de compenser les modifications de vitesse linéaire d'un faisceau laser modulé tournant balayant une surface d'enregistrement plane, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments ou dispositifs ci-après dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de la suivante: a) des moyens pour engendrer un faisceau lumineux continu b) une plaque chronométrique incurvée comportant une série

de graduations réfléchissantes irrégulièrement espacées et qui représen-

tent despositions de points lumineux ou spots à écartementsréguliers sur la surface d'enregistrement; c) des moyens optiques pour obliger le faisceau lumineux à balayer la plaque chronométrique en synchronisme avec le faisceau laser modulé; d) et des moyens pour détecter la lumière renvoyée par les graduations réfléchissantes de la plaque chronométrique incurvée et pour

engendrer en réponse des signaux électriques chronométriques.