Brevet FR2664394A1 — publié le 19920110

SYSTEME OPTIQUE UTILISANT UNE LUMIERE POLARISEE Cette invention concerne un système optique comportant une source optique qui émet un rayon lumineux polarisé, et qui est capable d'utiliser cette lumière polarisée sans avoir à souffrir de l'effet de la biréfringence du système. Dans la technique antérieure, des dispositifs à disque magnéto-optique sont des exemples typiques qui utilisent des rayons lumineux polarisés. Dans des systèmes optiques qui utilisent des dispositifs à disque magnéto-optique, un signal est lu par la détection d'une légère rotation dans la direction de polarisation en tant que variation de l'intensité optique due à l'effet magnéto-optique de Kerr lorsqu'un rayon laser est réfléchi à partir de la surface du disque Le rayon laser qui est utilisé est un rayon polarisé de manière rectiligne pour lequel une variation dans la direction de polarisation est la plus facile à détecter. Dans un tel système, cependant, si les lentilles ou autres éléments optiques utilisés changent également l'état de polarisation du rayon laser, la polarisation rectiligne du rayon peut devenir elliptique Ceci affaiblit le signal et conduit à des erreurs lorsque le signal est lu. En général, les lentilles en plastique sont biréfringentes comme les cristaux, et elles modifient l'état de polarisation d'un rayon laser Les lentilles utilisées dans les dispositifs à disque magnéto-optique sont par conséquent des lentilles en verre. Les lentilles en verre sont cependant plus lourdes que celles en plastique, et il est difficile de leurs donner une forme de finition asphérique Elles ont par conséquent des aberrations qui peuvent seulement être corrigées en accroissant le nombre des lentilles composants, conduisant à une augmentation de la charge sur l'actionneur. Les lentilles utilisées dans les dispositifs à disque optique doivent se déplacer à des fréquences élevées pour la mise au point et la recherche de piste Il est par conséquent essentiel de réaliser ces dispositifs de manière compacte et d'un poids léger pour alléger la charge sur l'actionneur. Cette invention vise à créer un système optique qui, tout en utilisant des lentilles en plastique qui sont biréfringentes, ne modifie pas l'état de polarisation du rayon lumineux émis par la source. Le système de lumière polarisée de cette invention est caractérisé par le fait qu'il est fait en sorte que la polarisation du rayon lumineux source coïncide avec la polarisation naturelle des éléments optiques qui utilisent ce rayon lumineux. Dans la structure de l'invention, la polarisation du rayon lumineux source coïncide pratiquement avec sa polarisation naturelle lorsqu'il est incident sur des éléments optiques qui sont biréfringents, et la biréfringence par conséquent n'a pas d'effet lorsque le rayon est concentré. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence au dessin annexé, sur lequel: La figure 1 représente un dispositif d'enregistrement et de reproduction optique qui est un exemple du système de lumière polarisée de cette invention. Un mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit en se référant au dessin. Le principe de l'invention va d'abord être décrit. Dans la description suivante, l'effet de polarisation des éléments optiques est considérée comme une matrice. Comme les éléments en verre ne sont pas biréfringents, une plaque optique parallèle peut être considérée comme une matrice unité Pour une lentille avec des faces incurvées, l'angle de la face de la lentille par rapport au rayon lumineux incident varie en fonction des coordonnées, et la polarisation de la lumière variera en conséquence. Les éléments en plastique cependant sont de manière inhérente biréfringents, et leur effet ne peut pas être considéré comme une matrice unité même dans le cas de faces parallèles De plus, dans le cas d'une lentille en plastique, il y a également un effet résultant de la forme de la lentille. La direction de la progression du front d'onde du rayon lumineux est prise comme axe z, et les coordonnées x-y sont définies perpendiculairement à cet axe z La lumière est du type rayonnement électromagnétique qui satisfait l'équation de Maxwell, et ses vecteurs électriques peuvent par conséquent être séparés en deux composantes en x et y perpendiculaires, c'est-à-dire: Px = ax exp {i( X t 2 vz/ X + 6 x)} Py = ay exp {i( X t 2 vz/ X + Sy)} dans lesquelles X est une fréquence angulaire, X est la longueur d'onde, et Ex, &y sont les phases initiales. Les deux composantes des équations ci-dessus peuvent être représentées comme une expression complexe P qui est connue comme étant un vecteur de Jones: P= _Px Py La modification de polarisation produite par une série d'éléments optiques peut être trouvée en représentant les vecteurs incidents comme des vecteurs de Jones et en additionnant les matrices de Jones qui représentent l'effet de chaque élément dans la série Dans un tel cas, une matrice B représentant l'effet d'un élément optique donné et la lumière incidente Pl sont définis comme suit: bîl b 12 lPxi B = _Z_ Pi= _i b 2 l b 22 Pyi Po= E Pxo = bll b 12 J EP Xil r Pyo b 2 l b 22 Pyi Si la lumière incidente est de la lumière complètement polarisée, la lumière de sortie Po peut être représentée par l'équation ci-dessus Si la matrice de Jones pour la lumière qui a traversé les coordonnées pupillaires (u, v) est: bll(u, v) b 12 (u, v)- B(u, v) = _ _ e 5 b 21 (u, v) b 22 (u, v)- l'état de polarisation du rayon lumineux au point image est: L Pxo g f: bll(u, v) b 12 (u, v) Pxi Pyo b 21 (u, v) b 22 (u, v) Pyi f bllv)dudv b 12 ( u, v)dudv Pxi b 22 uv>dudv I b 21 (u, v)dudv b 22 (u, v)dudv Pyi En écrivant: bmn(u, v)dudv = Cmn l'équation ci-dessus peut alors être écrite comme suit: Pxo Cll C 12 Pxi 1 Pyo C 21 C 22 Pyi Ceci signifie que l'effet sur la lumière polarisée due aux éléments optiques peut être représenté par une matrice de Jones même au point image. Des éléments optiques dont les caractéristiques de polarisation peuvent être représentés par une matrice carrée doivent avoir au moins un ensemble de valeurs naturelles et de vecteurs naturels En définissant une valeur naturelle de C comme k et le vecteur naturel correspondant comme a de la manière suivante, on peut écrire C = ka. E axy tY A partir de la relation ci-dessus, on voit que si un rayon lumineux qui possède un état de polarisation a est incident sur le système optique, l'état de polarisation du rayon de sortie au point image n'a pas été modifié par rapport à ce qu'il était au moment de l'incidence Ceci est dû à la polarisation naturelle des éléments optiques biréfringents. Il est par conséquent évident qu'en faisant en sorte que la polarisation incidente corresponde à la polarisation naturelle des éléments optiques, une modification dans l'état de polarisation peut être empêchée au moins au point image. Un exemple va maintenant être décrit qui illustre un procédé pour faire en sorte que la polarisation incidente et la polarisation naturelle du système optique coïncident selon le principe ci-dessus. La figure 1 montre un exemple dans lequel cette invention est appliquée à un dispositif à disque magnéto-optique pour enregistrer et reproduire de l'information. Le système optique de ce dispositif comprend une source lumineuse 10, un système d'objectif 20, un bloc prisme 30, un système de détection de signal 40 La source optique 10 comprend un laser à semiconducteur 11 qui produit un faisceau divergeant de lumière polarisée linéairement, un collimateur 12 qui rend ce rayon divergeant parallèle, deux prismes anamorphiques 13, 14 qui mettent en forme la section du faisceau et un miroir 15. Ceci produit un faisceau parallèle avec une section transversale circulaire. Le système d'objectif 20 comprend une lentille d'objectif 21 qui concentre le rayon sur la surface d'enregistrement de signal d'un disque magnéto-optique MOD, et un miroir 22 La lentille d'objectif 21 et le miroir 22 sont placés dans une tête non montrée dans le schéma qui coulisse dans la direction radiale X du disque magnéto-optique MOD En outre, la lentille d'objectif 21 est montée sur un actionneur disposé à l'intérieur de la tête qui l'entraîne dans sa direction axiale Z et la direction radiale X du disque. La lentille d'objectif 21 est constituée d'une lentille en plastique pour réduire la charge sur l'actionneur en raison de sa légèreté. Le faisceau lumineux issu de la source optique 10 est partiellement réfléchi par la seconde face du semi miroir 31 b, et il est concentré par la lentille condenseur 34 sur un photodétecteur 35 pour la commande de puissance automatique du laser à semiconducteur 11. La lumière réfléchie à partir du disque, d'autre part, est également réfléchie par la seconde face du semi miroir 31 b, et sa direction de polarisation est pivotée de 450 par la plaque demi-onde 32 Elle est ensuite séparée en composantes polarisées P, S par le second bloc de prisme 33, et concentré sur les photodétecteurs 42 a, 42 b pour détecter des signaux enregistrés de façon magnétique par l'intermédiaire des lentilles magnétiques condenseurs 41 a, 41 b, respectivement. La direction de polarisation du rayon laser incident sur le disque magnéto-optique MOD est pivotée par l'effet magnéto-optique de Kerr par rapport à la direction de magnétisation du disque sur lequel le spot est concentré. En faisant tourner la lumière résultante de 450 et en la séparant en composantes P, S qui sont détectées par des photodétecteurs distincts, par conséquent, l'information enregistrée sur le disque peut être lue à partir de la différence dans les intensités des signaux. Une autre partie de la lumière réfléchie à partir du disque est réfléchie par une première face du semi miroir 31 a, et elle est concentrée sur un photodétecteur de détection d'erreur 45 par l'intermédiaire d'une lentille condenseur 43 et d'une lentille cylindrique 44 Un circuit de détection d'erreur non représenté sur le dessin produit des signaux d'erreur de focalisation et des signaux d'erreur de recherche de piste à partir de la sortie du photodétecteur 45, et un circuit d'entraînement déplace la lentille d'objectif 21 en se basant sur ces signaux. Dans cet exemple, la lentille d'objectif 21 est une lentille en plastique et comme elle est biréfringente, elle peut modifier l'état de polarisation de la lumière Les vecteurs de polarisation naturelle de la lentille d'objectif 21 sont par conséquent mesurés en premier, et la lentille est pivotée autour de l'axe optique de manière à ce que ces vecteurs coïncident avec ceux du rayon lumineux incident issu de la source 10 Dans un montage réel, les sorties des photodétecteurs 42 a, 42 b sont détectées, et la lentille d'objectif 21 est arrêtée là o le signal différentiel est le plus grand. De cette façon, le domaine dynamique du signal différentiel résultant des différences dans la direction de magnétisation sur le disque, peut être augmenté sans que le spot sur le disque magnéto- optique subisse aucun effet dû à la biréfringence. En outre, si le collimateur ou d'autres éléments optiques sont également biréfringents, de même que la lentille d'objectif, le même effet peut être obtenu en faisant tourner ces lentilles autour de l'axe optique. Dans l'exemple ci-dessus, le cas a été décrit dans lequel il était fait en sorte que la polarisation naturelle des éléments optiques coïncide avec la polarisation du rayon lumineux incident Comme cela est montré par la ligne pointillée de la figure 1, cependant, une plaque d'onde, telle qu'une plaque demi-onde, un rotateur d'azimut ou un polariseur peuvent également être insérés dans le trajet optique entre le prisme 30 et le miroir 22 pour modifier l'état de polarisation du rayon lumineux de sortie En faisant tourner ces éléments polarisants autour de l'axe optique, l'état de polarisation du rayon lumineux peut encore être rendu coïncidant avec la polarisation naturelle des éléments optiques biréfringents. Il est clair qu'à partir de cette description selon cette invention, des anomalies de polarisation au point image peuvent être éliminées même dans le cas de lentilles en plastique biréfringentes, et des anomalies dans le dessin de répartition de la lumière peuvent ainsi être évitées. REVENDICATIONS 1 Système optique utilisant de la lumière polarisée comprenant une source optique ( 10) qui émet de la lumière polarisée et au moins un élément optique biréfringent ( 21) à travers lequel le rayon lumineux issu de ladite source ( 10) passe, caractérisé en ce qu'il est fait en sorte que la polarisation de la lumière émanent de ladite source ( 10) coïncide avec la polarisation naturelle desdits éléments optiques. 2 Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source optique ( 10) émet de la lumière polarisée de façon rectiligne. 3 Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments optiques ( 21) sont libres de tourner autour de l'axe optique afin de faire en sorte que la polarisation de la lumière incidente coïncide avec la polarisation naturelle des éléments. 4 Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments optiques ( 21) sont des lentilles en plastique. 5.Système optique utilisant de la lumière polarisée comprenant une source optique ( 10) qui émet un rayon lumineux polarisé, au moins un élément optique biréfringent ( 21) à travers lequel le rayon lumineux issu de ladite source ( 10) passe, et un élément polarisant interposé entre ladite source ( 10) et lesdits éléments optiques ( 21) qui fait en sorte que la polarisation de la lumière incidente sur lesdits éléments coïncide avec la polarisation naturelle desdits éléments ( 21). 6 Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite source optique ( 10) émet de la lumière polarisée de façon rectiligne. 7 Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits éléments optiques ( 21) sont libres de tourner autour de l'axe optique afin de faire en sorte que la polarisation de la lumière incidente coïncide avec la polarisation naturelle des éléments optiques ( 21). 8 Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits éléments optiques ( 21) sont des lentilles en plastique. 9 Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément polarisant est une plaque demi-onde. Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit élément polarisant est un rotateur d'azimut. 11 Système optique utilisant de la lumière polarisée selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément polarisant est un polariseur. 12 Système optique pour un disque magnéto-optique (MOD) caractérisé en ce qu'il comprend une source optique ( 10) qui émet de la lumière polarisée rectiligne et une lentille d'objectif en plastique ( 21) qui concentre le rayon lumineux issu de cette source ( 10) sur un disque magnéto-optique (MOD), ladite lentille ( 21) étant libre de tourner autour de l'axe optique afin de faire en sorte que la polarisation de la lumière incidente coïncide avec la polarisation naturelle de la lentille ( 21). 13 Système optique pour un disque magnéto-optique (MOD) caractérisé en ce qu'il comprend une source optique ( 10) qui émet de la lumière polarisée de façon rectiligne, une lentille d'objectif en plastique ( 21) qui concentre le rayon lumineux issu de cette source ( 10) sur un disque magnéto-optique (MOD) et un élément polarisant interposé entre ladite source ( 10) et ladite lentille ( 21) qui est libre de tourner autour de l'axe optique afin de faire en sorte que la polarisation de la lumière incidente sur ladite lentille ( 21) coïncide avec la polarisation naturelle de la lentille. 14 Système optique utilisant de la lumière polarisée comprenant une source optique ( 10) qui émet de la lumière polarisée et au moins un élément optique ( 21) ayant un caractère de biréfringence à travers lequel le rayon lumineux issu de ladite source ( 10) passe, caractérisé en ce que ledit élément optique ( 21) est disposé de manière à ce que le vecteur de polarisation de la lumière émise à partir de la source optique ( 10) coïncide avec le vecteur de la polarisation naturelle dudit élément optique ( 21).