DE4122709A1 - Optisches system fuer polarisiertes licht - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches System für polari
siertes Licht mit einer Lichtquelle, die polarisiertes
Licht aussendet, und mindestens einem doppelbrechenden
optischen Element, durch das der von der Lichtquelle
ausgehende Lichtstrahl hindurchtritt.
Typische Beispiele für optische Systeme für polarisier
tes Licht, d. h. optische Systeme, die polarisiertes
Licht verwenden, sind im Stand der Technik magnetoopti
sche Platteneinrichtungen zum Aufzeichnen und Wiederge
ben von Information auf magnetooptischen Platten.
In derartigen optischen Systemen wird ein Signal da
durch gelesen, daß man eine geringfügige Drehung der
Polarisationsrichtung als Änderung der optischen Inten
sität aufgrund des magnetooptischen Kerr-Effektes er
faßt, wenn ein Laserstrahl von der Plattenoberfläche
reflektiert wird. Der verwendete Laserstrahl ist linear
polarisiert, da für einen solchen Strahl eine Änderung
der Polarisationsrichtung am leichtesten zu erfassen
ist.
Wenn jedoch in einem solchen System die verwendeten
Linsen oder anderen optischen Systeme ebenfalls den Po
larisationszustand des Laserstrahles verändern, kann
möglicherweise die lineare Polarisation zu einer ellip
tischen Polarisation werden. Dies schwächt das Signal
und führt zu Fehlern, wenn das Signal gelesen wird.
Im allgemeinen besitzen Kunststofflinsen ähnlich wie
Kristalle die Eigenschaft der Doppelbrechung und ändern
den Polarisationszustand eines Laserstrahles. Die in
magnetooptischen Platteneinrichtungen verwendeten Lin
sen bestehen daher üblicherweise aus Glas.
Glaslinsen sind allerdings schwerer als Kunststofflin
sen, und es ist schwierig, ihnen eine asphärische Form
zu geben. Sie haben daher Abbildungsfehler, die nur
durch eine steigende Anzahl von Korrekturlinsen korri
giert werden können. Dadurch erhöht sich die Belastung
für eine Stellvorrichtung zum Verstellen des jeweiligen
Objektivs.
Die Linsen oder Objektive, die in optischen Plattenein
richtungen verwendet werden, müssen mit hohen Frequen
zen fokussiert und auf die jeweiligen Spuren einge
stellt werden. Daher ist es wesentlich, daß diese Ein
richtungen kompakt und leicht ausgebildet sind, um die
Belastung für die Stellvorrichtung zu verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches
System der eingangs genannten Art anzugeben, in dem
trotz der Verwendung von doppelbrechenden Kunststoff
linsen der Polarisationszustand des von der Lichtquelle
ausgesandten Lichtstrahles nicht verändert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Polarisation des Lichtstrahles der Lichtquelle mit
der natürlichen Polarisation des optischen Elementes in
Übereinstimmung gebracht wird.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung fällt die Polarisation
des von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahles prak
tisch mit der natürlichen Polarisation des optischen
Elementes zusammen, wenn der Strahl auf das doppelbre
chende optische Element auffällt, so daß die Doppelbre
chung praktisch keine Auswirkung hat, wenn der Strahl
gebündelt wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbin
dung mit der beigefügten Zeichnung die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispieles erläutert. Die einzige
Figur zeigt eine schematische Einrichtung eines Ausfüh
rungsbeispieles einer magnetooptischen Platteneinrich
tung.
Zunächst soll näher auf das Prinzip der Erfindung ein
gegangen werden. In der folgenden Beschreibung wird die
Polarisationswirkung des optischen Elementes als Matrix
betrachtet.
Da Glaselemente keine Doppelbrechung zeigen, kann eine
optisch parallele Platte als Einheitsmatrix betrachtet
werden. Für eine Linse mit gekrümmten Oberflächen vari
iert der Winkel der Linsenfläche bezüglich des einfal
lenden Strahles in Abhängigkeit der Einfallkoordinaten.
Daher ändert sich auch die Polarisation des einfallen
den Lichtes.
Kunststoffelemente haben jedoch von Haus aus die Eigen
schaft der Doppelbrechung, und ihre Auswirkung auf den
durchtretenden Lichtstrahl kann selbst im Falle paral
leler Flächen nicht als Einheitsmatrix betrachtet wer
den. Darüber hinaus tritt auch bei einer Kunststofflin
se ein Effekt aufgrund der Linsenform auf.
Die Ausbreitungsrichtung der Wellenfront des Licht
strahles sei die z-Achse und die x-y-Koordinatenachsen
seien zur z-Achse senkrecht. Licht ist eine Art von
elektromagnetischer Strahlung, welche den Maxwellschen
Gleichungen genügt. Sein elektrischer Vektor kann auf
gespalten werden in zwei zueinander senkrechte Kompo
nenten x und y, so daß gilt:
Px=ax · exp{i(ωt-2πz/λ+δx)}
Py=ay · exp{i(ωt-2πz/λ+δy)}
wobei ω die Winkelfrequenz, λ die Wellenlänge und
δx, δy die Anfangsphasen bezeichnen.
Die beiden Komponenten der vorstehend genannten Glei
chungen können als komplexer Ausdruck P dargestellt
werden, der als Jones-Vektor bekannt ist:
Die Änderung der Polarisation, die durch eine Reihe von
optischen Elementen hervorgerufen wird, kann ermittelt
werden, indem man die einfallenden Vektoren als Jones-
Vektoren darstellt und die Jones-Matrizen addiert, wel
che die Auswirkung jedes Elementes in der Reihe dar
stellen. In diesem Falle werden eine Matrix B, welche
den Einfluß oder die Einwirkung eines gegebenen opti
schen Elementes darstellt, und das einfallende Licht Pi
folgendermaßen definiert:
Wenn das einfallende Licht vollständig polarisiertes
Licht ist, kann der austretende Lichtstrahl Po durch
die oben genannte Gleichung wiedergegeben werden. Wenn
die Jones-Matrix für Licht, welches durch die Pupillen
koordinaten u, v hindurchgetreten ist, wiedergegeben
wird durch:
dann gilt für den Polarisationszustand des Lichtstrah
les am Bildpunkt:
Wenn wir schreiben:
∫bmn(u,v)dudv = Cmn
dann kann die obige Gleichung folgendermaßen geschrie
ben werden:
Das bedeutet, daß die von den optischen Elementen her
rührende Wirkung auf das polarisierte Licht selbst im
Bildpunkt durch eine Jones-Matrix wiedergegeben werden
kann.
Optische Elemente, deren Polarisationseigenschaften
durch eine quadratische Matrix dargestellt werden kön
nen, müssen mindestens einen Satz natürlicher Werte und
natürlicher Vektoren haben. Wenn wir einen natürlichen
Wert von C als k und den zugehörigen natürlichen Vektor
als α in der folgenden Weise definieren, können wir
schreiben C = kα mit
Aus der vorstehenden Beziehung ergibt sich, daß beim
Einfall eines Lichtstrahles mit einem Polarisationszu
stand α auf das optische System der Polarisationszu
stand des am Bildpunkt austretenden Lichtstrahles sich
gegenüber dem Polarisationszustand zum Zeitpunkt des
Einfalles nicht geändert hat. Dies rührt von der natür
lichen Polarisation der doppelbrechenden optischen Ele
mente her.
Indem man also dafür sorgt, daß die Polarisation des
einfallenden Lichtstrahles der natürlichen Polarisation
des optischen Elementes entspricht, kann man eine Ände
rung des Polarisationszustandes zumindest im Bildpunkt
verhindern.
Im folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel beschrie
ben werden, welches das Verfahren erläutert, um die Po
larisation des einfallenden Strahles und die natürliche
Polarisation des optischen Systems entsprechend dem
oben beschriebenen Prinzip miteinander in Übereinstim
mung zu bringen.
Das in der Figur dargestellte optische System der Vor
richtung umfaßt eine Lichtquelle 10, ein Objektivsystem
20, einen Prismenblock 30 und ein Signaldetektorsystem
40. Die Lichtquelle 10 umfaßt einen Halbleiterlaser 11,
der einen divergenten Lichtstrahl mit linear polari
siertem Licht erzeugt, einen Kollimator 12, der das
divergente Bündel parallel richtet, zwei Anamorphot-
Prismen 13, 14, welche den Lichtstrahlquerschnitt
formen, und einen Spiegel 15. Dieser sendet einen
parallelen Strahl mit kreisförmigem Querschnitt aus.
Das Objektivsystem 20 umfaßt ein Objektiv 21, welches
den Strahl auf die Signalaufzeichnungsfläche einer ma
gnetooptischen Platte MOD bündelt, sowie einen Spiegel
22. Das Objektiv 21 und der Spiegel 22 sind in einem
nicht dargestellten Kopf angeordnet, welcher in radia
ler Richtung X der magnetooptischen Platte MOD ver
stellbar ist. Ferner ist das Objektiv 21 an einer
Stellvorrichtung angeordnet, die in dem Kopf angeordnet
ist und das Objektiv in seiner axialen Richtung Z sowie
in radialer Richtung X der Platte verstellt.
Das Objektiv 21 besteht aus Kunststofflinsen, um durch
ein geringes Gewicht die Belastung für die Stellvor
richtung zu verringern.
Der Lichtstrahl von der Lichtquelle 10 wird teilweise
von der zweiten Halbspiegelfläche 31b reflektiert und
durch eine Kondensorlinse 34 auf einen Fotodetektor 35
fokussiert zur automatischen Leistungskontrolle des
Halbleiterlasers 11.
Andererseits wird der von der Platte reflektierte
Lichtstrahl ebenfalls an der zweiten Halbspiegelfläche
31b reflektiert, und seine Polarisationsrichtung wird
durch eine Halbwellenplatte 32 um 45° gedreht. An
schließend wird er durch einen zweiten Prismenblock 33
in zwei polarisierte Komponenten P und S aufgeteilt,
die durch Kondensorlinsen 41a, 41b auf Fotodetektoren
42a, 42b zum Erfassen der magnetisch aufgezeichneten
Signale fokussiert werden.
Die Polarisationsrichtung des auf die magnetooptische
Platte MOD auffallenden Laserlichtes wird durch den ma
gnetooptischen Kerr-Effekt bezüglich der Magnetisie
rungsrichtung der Platte gedreht, wo der Punkt auf
trifft. Durch Drehung der Polarisationsrichtung des re
sultierenden Lichtstrahles um 45° und durch Trennung
desselben in zwei Komponenten P und S, die von getrenn
ten Fotodetektoren erfaßt werden, kann daher die auf
der Platte aufgezeichnete Information aus der Differenz
der Signalintensitäten gelesen werden.
Ein anderer Teil des von der Platte reflektierten Lich
tes wird durch eine erste Halbspiegelfläche 31a reflek
tiert und durch eine Kondensorlinse 43 und eine Zylin
derlinse 44 auf einen Fotodetektor 45 zur Fehlererfas
sung fokussiert. Eine in der Figur nicht dargestellte
Fehlerdetektorschaltung erzeugt Fokussierungsfehlersi
gnale und Spurfehlersignale aus den Ausgangssignalen
des Fotodetektors 45. Eine Treiberschaltung bewegt das
Objektiv 21 aufgrund dieser Signale.
Im vorliegenden Beispiel besteht das Objektiv 21 aus
Kunststofflinsen. Da diese doppelbrechend sind, können
sie den Polarisierungszustand des Lichtes ändern. Die
Vektoren der natürlichen Polarisation des Objektivs 21
werden daher zunächst gemessen. Anschließend wird das
Objektiv um die optische Achse so gedreht, daß diese
Vektoren mit jenen des von der Lichtquelle 10 kommenden
Lichtstrahles übereinstimmen. Bei einer tatsächlichen
Ausführungsform werden die Ausgangssignale der Fotode
tektoren 42a, 42b überwacht. Das Objektiv 21 wird in
einer Stellung fixiert, in der das Differenzsignal am
größten ist.
Auf diese Weise kann der dynamische Bereich des Diffe
renzsignals, das von den Unterschieden in der Magneti
sierungsrichtung der Platte herrührt, vergrößert wer
den, ohne daß der Fleck auf der magnetooptischen Platte
aufgrund von Doppelbrechung beeinträchtigt wird.
Wenn ferner der Kollimator oder andere optische Elemen
te ebenfalls eine Doppelbrechung zeigen wie das Objek
tiv, kann derselbe Effekt durch Drehung dieser Linsen
um ihre jeweilige optische Achse erhalten werden.
Im obigen Ausführungsbeispiel wurde ein Fall beschrie
ben, bei dem die natürliche Polarisation der optischen
Elemente mit der Polarisation des einfallenden Licht
strahles in Übereinstimmung gebracht wurde. Wie durch
gestrichelte Linien in der Figur angedeutet wurde, kann
jedoch auch eine Wellenplatte wie beispielsweise eine
Halbwellenplatte ein Azimuthrotator oder Polarisator in
den optischen Weg zwischen dem Prisma 30 und dem Spie
gel 22 eingesetzt werden, um den Polarisationszustand
des austretenden Lichtstrahles zu verändern. Durch Dre
hung dieser polarisierenden Elemente um die optische
Achse kann der Polarisationszustand des Lichtstrahles
wiederum in Übereinstimmung mit der natürlichen Polari
sation der doppelbrechenden optischen Elemente gebracht
werden.
Es ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung, daß
gemäß der vorliegenden Erfindung Polarisationsanomalien
am Bildpunkt selbst in dem Fall eliminiert werden kön
nen, in dem doppelbrechende Kunststofflinsen verwendet
werden. Anomalien im Lichtverteilungsmuster können
somit vermieden werden.
Claims (11)
1. Optisches System für polarisiertes Licht mit einer
Lichtquelle (10), die polarisiertes Licht aussen
det, und mindestens einem doppelbrechenden opti
schen Element (21), durch das der von der Licht
quelle (10) ausgehende Lichtstrahl hindurchtritt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation des
Lichtstrahles der Lichtquelle (10) mit der natür
lichen Polarisation des optischen Elementes (21)
in Übereinstimmung gebracht wird.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquelle (10) linear polari
siertes Licht aussendet.
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (21)
frei um die optische Achse drehbar sind, um die
Polarisation des einfallenden Lichtes in Überein
stimmung mit der natürlichen Polarisation dieser
Elemente zu bringen.
4. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente
(21) Kunststofflinsen umfassen.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß ein polarisierendes
Element zwischen der Lichtquelle (10) und dem op
tischen Element (21) angeordnet ist.
6. Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das polarisierende Element (16) um
seine optische Achse frei drehbar ist, um die
Polarisation des einfallenden Lichtes mit der
natürlichen Polarisation des optischen Elementes
(21) in Übereinstimmung zu bringen.
7. Optisches System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das polarisierende Element
(16) eine Halbwellenplatte ist.
8. Optisches System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das polarisierende Element
(16) ein Azimuthrotator ist.
9. Optisches System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das polarisierende Element
(16) ein Polarisator ist.
10. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element
(21) derartig angeordnet ist, daß der Polarisati
onsvektor des von der Lichtquelle (10) ausgesand
ten Lichtes mit dem Vektor der natürlichen Polari
sation des optischen Elementes zusammenfällt.
11. Vorrichtung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von
Information auf eine bzw. von einer magnetoopti
schen Platte MOD, gekennzeichnet durch ein opti
sches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei das optische Element (21) das von der Licht
quelle (10) ausgesandte Licht auf die magnetoopti
sche Platte MOD fokussiert.
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- 1994-08-04 US US08/286,379 patent/US5652745A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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