Brevet FR2798200A1 — publié le 20010309

L'invention se rapporte à un organe de fractionnement optique de rayons pour la séparation par polarisation de lumière monochromatique, o le rayon de lumière monochromatique passe au moins à travers un réseau appliqué sur un corps perméable à la lumière, o le rayon de lumière, en fonction de la polarisation du rayon de lumière, passe à travers le réseau sans modification de la direction ou en étant décomposé en des rayons partiels. De tels organes de fractionnement optiques sont utilisés, par exemple, dans des capteurs ou têtes optiques o il s'agit de la lecture et de l'écriture de couches d'informations dans des éléments de mémoire. io Par l'art antérieur sont connues de nombreuses solutions de systèmes de lecture intégrés qui sont établis à partir d'une optique de réfraction respectivement de diffraction et qui sont aptes à réaliser les fonctions les plus diverses. Le noyau de ces systèmes est dans ce cas fréquemment constitué de composants individuels optiques assemblés, par exemple de prismes, de planimètres, sur lesquels sont appliquées des couches de réflexion. Les éléments optiques, afin d'obtenir des dimensions réduites et de diminuer la sensibilité aux dérangements, sont souvent construits sous forme de bloc de verre optique intégré et sont vendus, par exemple, par la société Matsushita. Un autre exemple, o le noyau, un diviseur de pôles, réalise la séparation du rayonnement monochromatique en des composantes verticales et parallèles, est connu par le document US 5 682 373. Cet agencement permet une lecture et une écriture d'éléments de mémoire optiques à des hauteurs différentes ( CD, DVD). Les éléments optiques de polarisation sont cependant d'une fabrication relativement compliquée et leur ajustement est complexe. De plus, les éléments individuels, lors de la fabrication, doivent subir un grand nombre de processus technologiques, ce qui entraîne un coût élevé. Un autre concept de capteurs ou têtes à optique de diffraction est connu par le document "Spie Vol. 1663 Optical Data Storage" (1992) pages 46 à 57. Dans celui-ci, un réseau de volumes produit par holographie est disposé dans un support d'enregistrement épais à côté d'un réseau en relief. 2 2798200 Les réseaux sur les corps perméables à la lumière sont réalisés selon des technologies de fabrication les plus diverses et doivent être ajustés et montés les uns relativement aux autres. Cela, pour obtenir une précision élevée, est très complexe. En partant de l'art antérieur, l'invention a pour objet la réalisation d'un organe de fractionnement optique de rayons pour la séparation par polarisation de lumière monochromatique, qui soit relativement petit, qui comporte peu d'éléments différents, qui puisse être réalisé selon une technologie et qui puisse donc être fabriqué à un coût avantageux. o0 Cet objet est atteint conformément à l'invention dans un organe de fractionnement optique de rayons du type générique pour la séparation par polarisation de lumière monochromatique en ce qu'il est disposé en aval du réseau, dans le rayon de lumière et/ou le rayon partiel quittant le corps perméable à la lumière, un élément modifiant la polarisation de la lumière monochromatique. Le réseau est disposé sur le corps perméable à la lumière et est traversé par le rayon de lumière. Dans une réalisation préférée de l'invention, le réseau et/ou l'élément modifiant la polarisation est disposé directement ou par l'intermédiaire d'au moins un corps intermédiaire perméable à la lumière sur le corps perméable à la lumière ou à proximité directe de celui-ci. Dans un développement ultérieur avantageux de l'invention, l'élément modifiant la polarisation est disposé sur le côté du corps perméable à la lumière opposé au réseau. D'une manière avantageuse, le réseau et l'élément modifiant la polarisation sont constitués chacun d'un réseau superficiel en relief. Selon encore une réalisation de l'invention, l'élément modifiant la polarisation réalise un décalage de phases au voisinage de /9/= 70 -110 . Selon encore une autre réalisation de l'invention, l'élément modifiant la polarisation est réalisé comme feuille ou petite plaque. Selon encore une autre réalisation de l'invention, I'élément modifiant la polarisation est constitué d'une structure X4. L'invention concerne également l'utilisation d'un organe de fractionnement optique de rayons dans un dispositif d'écriture et de lecture 3 2798200 d'un disque optique, d'un disque compact (CD) ou d'un disque numérique à usage multiple (DVD). Selon encore une réalisation de l'invention, il est disposé en aval du rayon de lumière ou des rayons partiels sortant de l'élément, un système de lentilles optiques pour la focalisation du rayon de lumière sur un plan de focalisation et/ou sur ou dans un élément de mémoire. Selon encore une réalisation de l'invention, le système de lentilles optiques est constitué d'une lentille à cristaux liquides et d'un système de lentille optique. Selon encore une réalisation de l'invention, la lentille à cristaux liquides est constituée d'électrodes transparentes, et les électrodes sont appliquées à la forme constituant l'environnement liquide. Enfin, l'invention se rapporte encore à une utilisation d'un organe de fractionnement optique de rayons tel que décrit ci-dessus dans un dispositif d'écriture et de lecture d'un disque optique, d'un disque compact (CD) ou d'un disque numérique à usage multiple (DVD). En raison des nombreuses variations possibles d'un tel organe de fractionnement optique de rayons pour la séparation par polarisation de lumière monochromatique, la constitution d'un capteur ou tête optique apte à lire parallèlement ou à lire et à écrire plusieurs couches d'informations, peut être réalisé à un coût avantageux. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple et illustrant des modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une représentation de principe de l'organe de fractionnement optique de rayons conforme à l'invention, - la figure 2 est une représentation de principe de l'organe de fractionnement optique de rayons conforme à l'invention dans un système de tête ou capteur, 4 2798200 - la figure 3 est une représentation de principe de l'organe de fractionnement optique de rayons dans un système de tête ou capteur pour la lecture parallèle ou pour l'écriture et la lecture simultanées et - la figure 4 est une représentation de principe de l'organe de fractionnement optique de rayons dans un système de tête ou capteur pour la lecture parallèle ou l'écriture et la lecture simultanées avec des foyers superposés. La figure 1 est une représentation de principe de l'organe de fractionnement optique de rayons selon l'invention. Il est disposé sur le corps 1 perméable à la lumière un réseau 2. Un rayon de lumière monochromatique incident sur le réseau 2 est polarisé de façon que si possible le rayonnement complet, sans diffraction, traverse le réseau 2. Ce faisant, le rayon de lumière monochromatique est polarisé de préférence de telle sorte que le vecteur de l'intensité de champ électrique du rayonnement oscille perpendiculairement aux sillons du réseau. Le rayon de lumière monochromatique traverse le corps 1 perméable à la lumière et heurte un élément 3 qui modifie la polarisation de la lumière monochromatique et traverse l'élément 3 en ligne droite. Le réseau 2 est d'une manière avantageuse un réseau de phase, avec un degré de transmission élevé pour le rayonnement utilisé. L'élément 3 modifiant la polarisation réalise un décalage de phases au voisinage de Apl = 70 -100 . L'élément 3 est constitué d'un réseau de phase qui possède une constante de réseau qui, quant à la transmission et à la réflexion pour la longueur d'onde utilisée, ne permet pas de premier ordre ou un ordre plus élevé. Le corps 1 perméable à la lumière est constitué, par exemple, d'une plaque de verre à faces parallèles d'une épaisseur de quelques mm. Pour réaliser un décalage des phases, les structures du réseau 2 et de l'élément 3 doivent être disposées entre elles selon une plage angulaire définie, qui est de préférence d'environ 45 . Le réseau 2 et l'élément 3 sont réalisés selon des technologies de structuration de l'holographie/lithographie usuelles dans l'électrotechnique ou sont des copies d'éléments maître qui 2798200 sont fabriqués selon les technologies précitées. De plus, l'élément 3 peut être réalisé en un cristal produisant une réfraction double, en une feuille etc. Il est montré sur la figure 2 une représentation de principe de l'organe de fractionnement optique de rayons conforme à l'invention dans un système de capteur ou tête simple. La lumière d'une source de lumière monochromatique 9, par exemple une diode à laser, heurte un réseau 21 qui est disposé sur un corps 1 perméable à la lumière. La composante de la lumière monochromatique, avec le plan d'oscillation de l'intensité de champ électrique perpendiculaire aux sillons du réseau, n'est pas déviée par la o structure du réseau 21 et passe à travers le corps 1 perméable à la lumière sans modification de la direction (x), par exemple réalisée comme plaque à faces parallèles et heurte l'élément 3 modifiant la polarisation de la lumière monochromatique. A la sortie de l'élément 3 s'applique ainsi avantageusement une lumière circulaire polarisée, traverse un système de lentille optique 5 et heurte un objet 7. La lumière est réfléchie sur le plan de focalisation 6 de l'objet 7. Le plan de focalisation 6 peut être constitué de matériaux divers qui conviennent pour réfléchir la lumière incidante, comme par exemple dans un disque optique. Ainsi le sens de rotation de la lumière polarisée d'une manière circulaire est tournée dans la direction opposée et traverse de nouveau le système de lentille optique 5 et l'élément 3. Après le passage à travers l'élément 3, il est produit de la lumière polarisée d'une manière linéaire tournée de 90 par rapport à la lumière de la diode à laser. De ce fait, au réseau 21, la lumière est diffractée d'une manière hautement efficace et est réfléchie totalement au côté arrière du corps 1 perméable à la lumière et arrive sur le réseau 22, est diffractée par le réseau 22 dans le premier ordre de diffraction (transmission) et heurte un détecteur 10 qui procède à l'évaluation. D'une manière avantageuse, les constantes de réseau 21 et 22 sont égales de telle sorte que la lumière de la diode à laser incidente d'une manière verticale et le rayon de lumière quittant le réseau 22 s'étendent si possible parallèlement l'un à l'autre, o un parallélisme exact se produit seulement dans le cas d'erreurs de coin négligeables du corps 1 perméable à la lumière par rapport aux faces parallèles portant les réseaux 21, 22 et 6 2798200 l'élément 3. Les sillons des réseaux 21 et 22 sur la figure 2 sont perpendiculaires au plan du dessin. Il est représenté sur la figure 3 un organe de fractionnement optique de rayons dans un système de capteur ou tête pour la lecture parallèle o l'écriture et la lecture simultanées avec des foyers décalés latéralement et dans un ou deux plans de focalisation superposés. La lumière d'une source de lumière 9 heurte un réseau 21 et est décomposée par le réseau 21, en fonction de l'orientation du vecteur de l'intensité de champ électrique du rayonnement à la position des sillons de réseau, en un rayon partiel y et un io rayon partiel z. Le rayon partiel y, comme décrit à propos de la figure 2, est guidé par l'élément 31 du système de lentille optique 52, le plan de focalisation 6 sur le détecteur 10. L'autre rayon partiel z est réfléchi au côté du corps 1 perméable à la lumière opposé au réseau 21, arrive sur un réseau 22 et parcourt le trajet aller et retour représenté sur la figure 2 par l'élément 32, 51, un plan de focalisation 12 et heurte un détecteur 11. Après le fractionnement à la grille 21, le rayon partiel z est essentiellement polarisé de façon que le vecteur de l'intensité de champ électrique oscille parallèlement aux sillons du réseau 21. D'une manière avantageuse, les réseaux 21, 22, 23 ont la même constante de réseau, et leurs sillons ont la même direction. Pour la représentation sur la figure 3, les sillons des réseaux s'étendent perpendiculairement au plan du dessin. Par le système de lentille optique 51, le plan de focalisation correspondant est ajusté. Les réseaux 21, 22 et 23 sont réalisés d'une manière identique, tout comme les éléments 31 et 32. Les éléments 31 et 32 réalisent de nouveau un décalage de phases dans la plage de Ipl = 70 -110 On réalise ainsi, par exemple, une fonction V/4. On dispose ainsi de faisceaux de lumière d'une polarisation circulaire avec un sens de rotation différent qui arrivent respectivement par les chemins de réflexion représentés par les plans de focalisation 6 et 12 sur les divers détecteurs 10 et 11. La rotation de la lumière polarisée dans les trajets des rayons dans la direction 7 2798200 des plans de focalisation 6 et 12 et retour à travers les éléments 31 et 32 fonctionne, comme décrit à propos de la figure 2. Ainsi s'appliquent au détecteur 10 une lumière polarisée, avec le plan d'oscillation du vecteur d'intensité de champ électrique parallèle aux sillons du réseau 23 et au détecteur 11, une lumière polarisée avec le plan d'oscillation du vecteur d'intensité de champ électrique perpendiculaire aux sillons du réseau 22. Des parts d'autres directions de polarisation aux détecteurs sont négligeables. Cet agencement permet de lire parallèlement ou d'enregistrer ou écrire et lire simultanément des couches de mémoire superposées, représentées par les io plans 6 et 12. Cependant, l'agencement peut également être utilisé avantageusement pour un disque possédant un plan de focalisation. Une augmentation du taux des données devient ainsi possible. La figure 4 est une représentation de principe de l'organe de fractionnement optique de rayons selon l'invention dans un système de capteur ou tête pour la lecture parallèle ou l'écriture et la lecture simultanées dans deux couches de mémoire superposées, les foyers du système de lentille optique 5 étant disposés axialement à l'axe optique. La lumière monochromatique de la source de lumière 9 traverse un système de collimateur 13 qui est constitué, par exemple, d'un collimateur hybride, d'un organe de mise en forme de faisceau et d'une plaque 2/2 tournante et heurte le réseau 21. Le réseau 21 divise en fonction de la polarisation d'entrée, comme décrit à propos de la figure 3, le faisceau de lumière en rayons partiels y et z. Le rayon partiel y traverse l'élément 31 agissant sur la polarisation, avec les effets décrits à propos de la figure 1. Un réseau 24 disposé sur un corps intermédiaire 4 perméable à la lumière, diffracte la composante du rayon de lumière d'une manière efficace, dont le vecteur d'intensité de champ électrique oscille parallèlement aux sillons du réseau 24, est réfléchi totalement au côté opposé du réseau 24 et est diffracté par un réseau additionnel 25. Ce rayon de lumière diffracté arrive sur une lentille à cristaux liquides 8. A la lentille de cristaux liquides 8 arrive de plus le rayon partiel z qui arrive également par le chemin de la réflexion totale de la diffraction du réseau 22 et l'élément 32 modifiant la polarisation et le réseau 8 2798200 sur la lentille à cristaux liquides 8, essentiellement avec la composante de l'intensité de champ qui oscille perpendiculairement aux sillons du réseau 25. Les sillons des réseaux 21, 22, 23, 24 et 25, sur la figure 4, sont perpendiculaires au plan du dessin. Par conséquent, deux faisceaux de lumière heurtent la lentille à cristaux liquides 8, avec une lumière pratiquement polarisée d'une manière linéaire, avec des plans d'oscillation perpendiculaires l'un à l'autre, o la réalisation de la lentille à cristaux liquides possède un effet de représentation sur seulement un plan d'oscillation, I'autre plan d'oscillation passe, sans subir d'influence. Ainsi, io deux ondes d'une divergence différente heurtent le système de lentille optique 5, et leur représentation est réalisée sur les plans de focalisation 6 et 12 de l'élément de mémoire 71. Les plans de focalisation 6 et 12 sont dans ce cas configurés de telle sorte qu'ils conviennent pour stocker des informations au moyen de couches sensibles à la lumière ou pour les lire au moyen de couches de réflexion. La lentille à cristaux liquides 8 est remplie dans ce cas de la manière usuelle avec des cristaux liquides dont l'orientation, après l'application de la tension, se modifie et entraîne ainsi une modification de l'indice de réfraction du système. Les électrodes sont réalisées pour être transparentes et sont appliquées sur la forme constituant l'environnement liquide. Ces surfaces peuvent présenter des courbures permanentes, comme des surfaces micro-structurées. 9 2798200 REVENDICATIONS 1. Organe de fractionnement optique de rayons pour la séparation par polarisation de lumière monochromatique, o le rayon de lumière monochromatique passe à travers au moins un réseau (2, 21) appliqué sur un corps (1) perméable à la lumière, o le rayon de lumière, en fonction de la polarisation du rayon de lumière, passe à travers le réseau (2, 21) sans modification de la direction (x) ou est divisé en des rayons partiels (y, z), io caractérisé en ce qu'il est disposé en aval du réseau (2, 21), dans le rayon de lumière (x) et/ou le rayon partiel (y, z) quittant le corps (1) perméable à la lumière, un élément (3, 31, 32) modifiant la polarisation de la lumière monochromatique. 2. Organe de fractionnement optique de rayons selon la revendication 1, is caractérisé en ce que le réseau (2, 21) et/ou l'élément (3, 31, 32) modifiant la polarisation sont disposés directement ou par au moins un corps intermédiaire (4) perméable à la lumière à proximité étroite du corps (1) perméable à la lumière. 3. Organe de fractionnement optique de rayons selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément (3, 31, 32) modifiant la polarisation est disposé sur le côté du corps (1) perméable à la lumière opposé au réseau (2, 21). 4. Organe de fractionnement optique de rayons selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réseau (2, 21) et l'élément (3, 31, 32) modifiant la polarisation sont constitués par respectivement un réseau en relief superficiel (a). 5. Organe de fractionnement optique de rayons selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément (3, 31, 32) modifiant la polarisation réalise un décalage de phases dans la plage de /ql/ = 70 -110 . 6. Organe de fractionnement optique de rayons selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément (3, 31, 32) modifiant la polarisation est réalisé comme feuille ou comme plaque mince. I0 2798200 7. Organe de fractionnement optique de rayons selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément (3, 31, 32) modifiant la polarisation est constitué d'une structure;/4. 8. Utilisation d'un organe de fractionnement optique de rayons selon l'une des revendications 1 à 7, dans un dispositif pour l'écriture et la lecture d'une plaque optique, d'un disque compact (CD) ou d'un disque numérique à usage multiple (DVD). 9. Organe de fractionnement optique de rayons selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est disposé en aval du rayon de lumière (x) ou des io rayons partiels (y, z) sortant de l'élément (31, 32) un système de lentille optique (5, 53) pour la focalisation du rayon de lumière sur un plan de focalisation (6 et/ou 12) sur ou dans un élément de stockage (7, 71). 10.Organe de fractionnement optique de rayons selon la revendication 9, caractérisé en ce que le système de lentille optique (53) est constitué d'une is lentille à cristaux liquides (8) et d'un système de lentille optique (5). 11.Organe de fractionnement optique de rayons selon la revendication 10, caractérisé en ce que la lentille à cristaux liquides (8) est constituée d'électrodes transparentes et en ce que les électrodes sont appliquées sur la forme constituant l'environnement liquide. 12.Utilisation d'un organe de fractionnement optique de rayons selon l'une des revendications 9 à 11 dans un dispositif pour l'écriture et la lecture d'un disque optique, d'un disque compact (CD) ou d'un disque numérique à usage multiple (DVD).