專利名稱：光學(xué)掃描裝置，適用于該裝置中的鏡面物鏡和裝配有該裝置的光學(xué)記錄和閱讀設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)掃描一個(gè)信息平面的掃描裝置，該裝置包括一個(gè)提供掃描光束的輻射源和一個(gè)把掃描光束聚焦到信息平面內(nèi)一個(gè)掃描光點(diǎn)上的鏡面物鏡。本發(fā)明也涉及適用于這種掃描裝置中的一種鏡面物鏡以及裝配有這種裝置的一種記錄和/或閱讀設(shè)備。
掃描信息平面應(yīng)理解為借助于輻射光束，為閱讀預(yù)先錄制的信息平面和在這個(gè)平面內(nèi)掃描記錄信息所進(jìn)行的掃描，該輻射光束是按照被錄制的信息把其光強(qiáng)調(diào)制了的輻射光束。如果磁光記錄載體被錄制，則該輻射光束也可以有一個(gè)穩(wěn)定的強(qiáng)度，該磁場(chǎng)可能根據(jù)被記錄的這個(gè)信息被調(diào)制。該信息平面不但可以是一個(gè)光學(xué)記錄載體的平面，也可以是被檢驗(yàn)物體中的一個(gè)表面或者平面，從而該掃描裝置可以構(gòu)成，例如顯微鏡的一個(gè)部件。
如上述開始段落描述的用于閱讀光學(xué)記錄載體的掃描裝置，可以從英國(guó)專利說(shuō)明書NO.1，541，596中了解到。該說(shuō)明書描述一個(gè)光學(xué)掃描裝置，該裝置包括一個(gè)由兩個(gè)反射鏡組成的物鏡，其反射鏡的反射面彼此相對(duì)。其中一個(gè)反射鏡是凹面的，其反射面對(duì)著記錄載體，比較小的另一個(gè)反射鏡是凸面的，其反射面對(duì)著輻射源。輔射源產(chǎn)生的輻射，經(jīng)由比較大的凹面鏡中的通路到達(dá)凸面鏡。該輻射接著被反射到該凹面鏡并由該反射鏡聚焦到記錄載體的信息平面中的輻射點(diǎn)處。
該公知的物鏡構(gòu)成兩級(jí)聚焦系統(tǒng)的一部分，其中整個(gè)反射鏡系統(tǒng)被懸掛在磁線圈中，通過(guò)該線圈控制與記錄載體有關(guān)的物鏡的位置。小反射鏡被安裝在一片壓電材料上并能借助它上下移動(dòng)，以便在信息平面內(nèi)周期地產(chǎn)生一個(gè)小的散焦，通過(guò)探測(cè)器件探測(cè)散焦，由此得到聚焦誤差信號(hào)，使用該信號(hào)并借助于磁線圈再次調(diào)整物鏡的位置。
由于使用兩個(gè)分開的且彼此有著密切工作關(guān)系的反射鏡，公知的掃描裝置有相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且對(duì)于機(jī)械擾動(dòng)是敏感的。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)緊密堅(jiān)固的掃描裝置，它的鏡面物鏡的球面象差被很好地校正了，并且該裝置能夠很容易地制造，因?yàn)樗蟮木_度不是太嚴(yán)格。
按照本發(fā)明的掃描裝置，其特征是鏡面物鏡包括一個(gè)透明體，該透明體有面對(duì)輻射源的第一表面和遠(yuǎn)離輻射源的第二表面，所述的第一表面具有一個(gè)對(duì)稱地位于鏡面物鏡光軸周圍的第一輻射窗口和一個(gè)圍繞該窗口的第一反射器，所述的第二表面具有一個(gè)對(duì)稱地位于光軸周圍的第二反射器和圍繞第二反射器的第二窗口，通過(guò)鏡面物鏡的輻射光程經(jīng)由第一窗口延伸，在第二反射器上反射，再在第一反射器上反射并穿過(guò)第二窗口，兩個(gè)窗口中的至少一個(gè)有非球形表面。
在透鏡系統(tǒng)中的非球形表面應(yīng)理解為基本形狀為球形的透鏡元件表面，但它的實(shí)際形狀與此偏離一個(gè)小的范圍，以便于使用具有球形表面的透鏡元件時(shí)，校正將會(huì)產(chǎn)生的球形象差。球面的基本形狀還可以有一個(gè)無(wú)限大的曲率半徑，因此，所述的非球形表面有一個(gè)平的基本形狀。
由所述鏡面物鏡組成的掃描裝置，不僅因?yàn)樵撐镧R內(nèi)的輻射光程被彎曲而成為緊密的，而且鏡面物鏡的球面象差也被很好地校正了。按照本發(fā)明，通過(guò)使輻射窗口具有非球面形狀達(dá)到這個(gè)目的。它的優(yōu)點(diǎn)是非球形表面的形狀的精度可以大大小于例如5-6倍的反射非球形表面所要求的形狀的精度。這提供了以適當(dāng)?shù)偷某杀局圃扃R面物鏡并由此制造掃描裝置的可能性。
按照本發(fā)明的掃描裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征是第二輻射窗口有一個(gè)非球形表面。
該實(shí)施例中第一輻射窗口最好有一個(gè)非球形表面，因?yàn)橛傻谝粚?shí)施例可能獲得衍射限制(diffraction-limited)的圖象場(chǎng)。
掃描裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中第二輻射窗口有一個(gè)非球形表面，其特征是第二反射器有一個(gè)非球形表面。
這個(gè)實(shí)施例比上述實(shí)施例有一個(gè)相當(dāng)大的，例如大于5倍的圖象場(chǎng)，在上述實(shí)施例中，只是第二輻射窗口是非球面形的。此外，由于傳輸部分和第二表面的反射器部分的表面狀況是類似的，第二表面可以更容易地制造并具有較高的精度。為此，用數(shù)控機(jī)器制造出具有所希望的外形的模型，接著借助于公知技術(shù)，特別是由美國(guó)專利No.4，668，056所描述的技術(shù)，把該外形復(fù)制到鏡面物鏡上。
本發(fā)明的掃描裝置可用于掃描輻射傳輸信息平面。然而，在掃描裝置中，本發(fā)明最好是用于掃描一個(gè)輻射反射信息平面，其中從信息平面發(fā)出的輻射通過(guò)鏡面物鏡，以便被聚焦在輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)被安排在與輻射源相同的鏡面物鏡的一側(cè)。該掃描裝置的進(jìn)一步特征是鏡面物鏡包括光束分離元件，這是為了立體地分離由輻射源發(fā)射的光束和從信息平面反射并由鏡面物鏡聚焦的光束。
光束分離元件可以是半透明的反射鏡或者立方體(cube)，它們被安置在第一輻射窗口。
然而，包括光束分離元件的掃描裝置的更可取的進(jìn)一步特征是光束分離元件是一個(gè)衍射元件。這個(gè)衍射元件可以被相對(duì)簡(jiǎn)單地安排在鏡面物鏡表面中的一個(gè)上，除此之外，它能實(shí)現(xiàn)下文中要描述的第二個(gè)功能。
包含裝有衍射元件的鏡面物鏡的掃描裝置的優(yōu)選實(shí)施例，其特征是衍射元件是反射式的并被安置在第二反射器上。
上述掃描裝置的第二個(gè)實(shí)施例，其特征是衍射元件是輻射透明型的并被安置在第一輻射窗口。衍射元件可以被交替地安置在鏡面物鏡的基體內(nèi)。該基體由兩部分構(gòu)成。衍射元件被安置在這兩部分的兩個(gè)相對(duì)表面中的一個(gè)上。
衍射元件連同一個(gè)適合的探測(cè)系統(tǒng)以下述方式可以被形成，即它能再生入能到適于聚焦誤差檢測(cè)的檢測(cè)系統(tǒng)上的光束。聚焦誤差被理解為鏡面物鏡聚焦平面與信息平面之間的偏差。
包含適于聚焦誤差檢測(cè)的衍射元件的掃描裝置的第一個(gè)實(shí)施例，其特征是衍射元件是一個(gè)引入象散的元件，輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)包括四個(gè)探測(cè)器，它們被安置在被衍射元件衍射的光束的主光線周圍的四個(gè)不同的象限內(nèi)。
引入象散的元件可以是線性光柵，由于其位于非平行光束中，該光柵在光束內(nèi)引入某種程度的象散。由探測(cè)系統(tǒng)上的這個(gè)光束形成的輻射光點(diǎn)的形狀取決于在信息平面上聚焦的程度。
在散焦情況下，輻射光點(diǎn)變成橢圓形，其主軸取決于位于兩個(gè)互相垂直方向中的一個(gè)方向上的散焦信號(hào)，該主軸也被稱為象散方向。在四個(gè)探測(cè)器之間的分離條沿與象散方向近似成45°角方向延伸。
如果要求較大程度的象散，衍射元件可以是一個(gè)具有直的光柵條和線性的光柵周期的衍射光柵。象散衍射元件最好具有彎曲光柵條和非線性光柵周期的全息光柵。象慧差這樣的圖象誤差可采用適當(dāng)?shù)那市Ｕ?br> 值得注意的是有線性光柵周期的光柵和四象限探測(cè)器聯(lián)合使用產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)，基本上從美國(guó)專利NO.4，358，200可以知道。然而，在該專利中描述的器件不包括鏡面物鏡。
第二種聚焦誤差探測(cè)可能性優(yōu)于上述一種可能性，就溫度靈敏度和控制方便性來(lái)說(shuō)，在一種實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)所謂象散方法，其特征是第一衍射元件是包含兩個(gè)子光柵的衍射光柵，并且把兩個(gè)衍射掃描光束分成兩個(gè)子光束;合成探測(cè)系統(tǒng)包括兩個(gè)探測(cè)器對(duì)，第一和第二子光束分別與第一和第二探測(cè)器對(duì)相結(jié)合。
在該裝置中，掃描光點(diǎn)在探測(cè)器對(duì)上兩個(gè)輻射光點(diǎn)中再成象。相關(guān)探測(cè)器對(duì)的分離條的每一輻射光點(diǎn)根據(jù)掃描光束相對(duì)于信息平面的聚焦誤差橫向移動(dòng)，這種移動(dòng)可通過(guò)比較探測(cè)器的輸出信號(hào)被探測(cè)出來(lái)。這種聚焦誤差探測(cè)方法被稱為雙傅科(doubleFoucault)方法。
最后描述的裝置的優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于子光柵有一個(gè)變化的周期，而且子光柵的光柵條是彎曲的。
由于具有變化的周期和彎曲的光柵條，合成光柵起透鏡作用;通過(guò)在子光柵交界線的方向移動(dòng)該光柵，輻射光點(diǎn)的能量分布可以相對(duì)于相關(guān)的探測(cè)器對(duì)對(duì)稱地再現(xiàn)。尤其因?yàn)槲镧R系統(tǒng)部件和光柵的成象距離被調(diào)整為光軸方向上二極管激光器和探測(cè)器之間的距離。如果探測(cè)器以光電二極管的形式和二極管激光器組成一個(gè)組件并彼此間相對(duì)固定，這是很重要的。具有變化的光柵周期和彎曲的光柵條并被稱為全息光柵(holograms)的合成光柵提供了校正如慧差和象散等圖象誤差的可能性，當(dāng)使用具有直光柵條的光柵時(shí)，可能產(chǎn)生上述圖象誤差。
原則上，有兩個(gè)實(shí)施例的掃描裝置中使用了傅科聚焦誤差探測(cè)方法。第一實(shí)施例的特征是一個(gè)子光柵的光柵條具有與另一個(gè)子光柵的光柵條相同的主方向;子光柵的平均光柵周期是不同的;探測(cè)器對(duì)在與子光柵之間交界線平行的方向上并列安置。在該實(shí)施例中，掃描光束的子光束在相同方向以不同角度被衍射。
第二實(shí)施例的特征是子光柵有相同的平均光柵周期，而且一個(gè)子光柵的光柵條的主方向以第一角度延伸，另一子光柵的光柵條的主方向以第二角度延伸到兩子光柵的交界線;探測(cè)器對(duì)并列安置在所述交界線方向的橫向。現(xiàn)以相同角度不同方向優(yōu)選衍射掃描光束的子光束。由于它具有較好的安裝公差、調(diào)整靈活性和穩(wěn)定性，該實(shí)施例優(yōu)于以前的實(shí)施例。
在掃描裝置中，使用具有透明基體的鏡面物鏡，對(duì)于輻射源和輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)的配置有更多的優(yōu)點(diǎn)。
例如，按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掃描裝置，其特征是輻射源被連到第一輻射窗口。例如，輻射源是半導(dǎo)體激光器，它的輻射發(fā)射表面被裝配在輻射窗口處，或者輻射源通過(guò)一根或一系列光纖連到輻射窗口。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的掃描裝置裝有輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)，其特征是輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)安裝在輻射光程中的第一輻射窗口，該輻射被信息平面反射并通過(guò)鏡面物鏡。
輻射源、光纖或輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)，借助于，例如，透明的粘合劑固定在第一輻射窗口。這使得形成一個(gè)緊密堅(jiān)固的集成組件，該組件適應(yīng)于掃描裝置的整個(gè)光學(xué)部分。
按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的掃描裝置，可以包括不同類型的輻射源，例如，單個(gè)的半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體激光器陣列或者能被直接地或借助于光纖連到鏡面物鏡上的其它輻射源。
下面參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1、2、2a、3和4表示掃描裝置的各種實(shí)施例，圖5和6表示該裝置中使用的衍射元件的兩個(gè)實(shí)施例，用該元件能獲得兩個(gè)子光束，圖7表示衍射元件的實(shí)施例，利用該元件可獲得一個(gè)象散光束，圖8表示與該衍射元件相配合的輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)，圖9表示用于磁光記錄載體的掃描裝置。
圖1是一個(gè)具有反射信息平面11的光學(xué)記錄載體10的部分剖面圖?？拷涗涊d體裝配包含鏡面物鏡30和輻射源40的掃描裝置。輻射源40發(fā)射掃描光束20，該掃描光束被鏡面物鏡聚焦到信息平面11中的掃描光點(diǎn)21上。整個(gè)信息平面可以被掃描光點(diǎn)覆蓋，因?yàn)閽呙柩b置和記錄載體彼此間能相對(duì)移動(dòng)。例如，因?yàn)橛涗涊d體可能繞垂直于載體平面的軸(未示出)旋轉(zhuǎn);掃描裝置可在徑向相對(duì)于同一軸移動(dòng)。
掃描光束20通過(guò)鏡面物鏡、經(jīng)由第一輻射窗口31進(jìn)入物鏡的透明體。接著，掃描光束在凸反射器32上被反射，結(jié)果掃描光束加寬并基本上入射在凹反射器33的整個(gè)表面，這個(gè)反射器以會(huì)聚光束的形式反射掃描光束，該光束經(jīng)由輻射窗口34和透明體10的一部分被聚焦到信息平面11中的掃描光點(diǎn)21上。
就反射信息表面來(lái)說(shuō)，例如，可提供被稱為“密盤(CompactDisc)的光學(xué)可讀數(shù)字音頻信號(hào)盤，在光點(diǎn)21中反射的光束又由鏡面物鏡接收，通過(guò)其中的反轉(zhuǎn)光程到達(dá)輻射窗口31，當(dāng)使用半導(dǎo)體激光器作為輻射源時(shí)，反射光束可進(jìn)入輻射源并由此得到探測(cè)。例如，在德國(guó)專利說(shuō)明書No.1，584，664中，這種所謂反饋?zhàn)x出曾被描述。然而，最好有一個(gè)光束分離元件，例如，一個(gè)分離立方體50，被反射的輻射的部分通過(guò)該立方體與掃描光束20分開，并且投射在輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)60上，該系統(tǒng)位于發(fā)射反射輻射光束的公共輻射光程部分。因?yàn)閺男畔⑵矫?1反射的輻射被在所述信息平面存貯的并由輻射光點(diǎn)掃描的信息調(diào)制，信息電流由系統(tǒng)60轉(zhuǎn)換成適于進(jìn)一步處理的電信號(hào)。
由鏡面物鏡30聚焦的光束呈顯有球面象差。眾所周知，特別是由美國(guó)專利No.4，668，056可知，利用非球形表面可以校正這個(gè)象差。顯而易見，使反射表面33產(chǎn)生一個(gè)非球面形狀，為的是獲得一個(gè)相當(dāng)大的衍射限制象場(chǎng)。然而，按照本發(fā)明，一個(gè)或兩個(gè)輻射窗口31和34的表面是非球面的，雖然象場(chǎng)因此而減小，但業(yè)已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于要觀察的目標(biāo)，即通過(guò)衍射限制光點(diǎn)掃描的一個(gè)表面來(lái)說(shuō)，它仍然是足夠地大。提供非球面輻射窗口的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于非球面形狀精確度的要求比對(duì)反射表面的同樣要求大大降低了。在傳輸中，使用的非球形表面形狀公差比在反射中使用的非球形表面的形狀公差大(n1- n2)/(2n1) 倍，其中，n1是透鏡的反射率，n2是周圍介質(zhì)的反射率。
關(guān)于使鏡面物鏡的一個(gè)或兩個(gè)輻射窗口31或34具有一個(gè)非球面形狀，可以使用美國(guó)專利No.4，668，056所描述的使常規(guī)透鏡表面成非球面形狀的技術(shù)，其中輻射窗的非球形表面是由設(shè)在該窗口的球形表面上的透明合成材料涂層的非球形外表面構(gòu)成的。合成材料可以是聚合材料，例如，在紫外線照射作用下被凝固的材料，該材料以液態(tài)被加到窗口上，并用模具把它做成希望的形狀。
在圖1的實(shí)施例中，輻射窗口31有一個(gè)非球形表面35。圖2表示一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中輻射窗口34是非球形的。和圖1的實(shí)施例相比，該實(shí)施例有較大的衍射限制象場(chǎng)。與圖1的實(shí)施例類似，圖2的實(shí)施例是適用于閱讀反射輻射的信息平面11。從這個(gè)平面反射并由鏡面物鏡30接收且會(huì)聚為輻射光束20′的輻射光束，借助于安置在輻射窗口31的衍射元件39與由輻射源60發(fā)射物的光束20分開。
按照?qǐng)D2所示的鏡面物鏡的第二表面30具有一個(gè)球面部分和一個(gè)非球面部分。這種表面是不容易制造的，因?yàn)楂@得非球形表面部分的公知復(fù)制技術(shù)，必須在有一個(gè)小空腔的表面上實(shí)施(反射部分32)。
按照本發(fā)明的再一個(gè)方面，表面30的整個(gè)外形起透鏡作用，即除了反射器部分外，還具有非球面?zhèn)鬏敳糠郑虼丝山柚?，例如，用?shù)控機(jī)器在一個(gè)模子中按一套工藝制備表面30，這提供了同時(shí)把反射器部分32制成非球面形狀的良好可能性，所以鏡面物鏡能較好地被校正，并有一個(gè)較大的象場(chǎng)。
圖2a表示具有非球面反射器32′的鏡面物鏡的一小部分。該圖僅僅表示具有位于該反射器兩邊的非球形表面35的窗口34的一小部分。
值得注意，必須很精確地制造表面32′。這個(gè)表面的非球面性，即與球面基本形狀的最大偏差，例如，具有±200nm的數(shù)量級(jí)。為了降低對(duì)表面32′精確度的要求，可以制造一個(gè)試驗(yàn)物鏡，其中表面32′盡可能接近所要求的形狀，而其中另一個(gè)表面具有所要求的形狀。然后，測(cè)量鏡面物鏡。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，主要由表面32′中的非精確性產(chǎn)生的剩余象差可通過(guò)調(diào)整輻射窗口的非球性表面35得到補(bǔ)償。利用由此獲得的表面35的新參數(shù)，能制造出最終的物鏡。就象場(chǎng)來(lái)說(shuō)，物鏡被很好的校正，例如，該象場(chǎng)是僅僅輻射窗口34有非球形表面35的物鏡象場(chǎng)的5倍。
例如，衍射元件是有直光柵條的衍射光柵，該光柵把入射在它上面的光束分成非衍射的零級(jí)子光束和兩個(gè)衍射的第一級(jí)子光束;以及一系列衍射的較高級(jí)子光束。光柵的參數(shù)，例如，光柵條的寬度和中間光柵條寬度之間的比率，就相位光柵來(lái)說(shuō)，可以如此選擇光柵槽的形狀和深度，即使在第一光路通過(guò)光柵39形成的零級(jí)子光束和在第二光路通過(guò)該光柵形成的第一級(jí)子光束的光強(qiáng)乘積是最大?？梢员ＷC，在第一光路通過(guò)光柵39形成的第一級(jí)子光束以如此角度衍射，即這些光束的輻射被信息平面11反射后不到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)60。
在圖2的實(shí)施例中，輻射源40和輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)60被安置在距窗口31有一定距離的位置。這提供了下述優(yōu)點(diǎn)當(dāng)利用全息光柵作為衍射元件時(shí)，通過(guò)相對(duì)于探測(cè)系統(tǒng)移動(dòng)帶有該光柵的鏡面物鏡，仍然可能實(shí)現(xiàn)精確控制。
在圖3的實(shí)施例中，輻射源40和探測(cè)系統(tǒng)60被安置在輻射窗口31上。元件40和60通過(guò)光纖可以交替連接到窗口31上。光柵39現(xiàn)在是一個(gè)反射光柵，它被安置在第二個(gè)反射器32上。
圖4所示的實(shí)施例的掃描裝置中，衍射光柵39被安置在鏡面物鏡30的基體中，該基體被分成基本上由相同材料組成的兩部分36和37，而且，該光柵裝配在部件36和37的相對(duì)的表面中的一個(gè)上。
以下述方式可以構(gòu)成光柵39，即該光柵發(fā)出的且對(duì)著探測(cè)系統(tǒng)60的光束與合適的探測(cè)系統(tǒng)結(jié)合能提供聚焦誤差信號(hào)。與合適的探測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合的這種光柵的第一實(shí)施例用圖解方式表示在圖5中。在光柵39的區(qū)域，光束20′用其橫截面表示，光柵39由兩個(gè)子光柵41和42組成，它們彼此間用線條43分開，子光柵的光柵條分別用參考數(shù)碼44和45表示。這些光柵條由中間條46和47分開。在該實(shí)施例中，子光柵有相同的光柵周期，但子光柵41的優(yōu)選的彎曲的光柵條44的主方向以第一角度延伸到交界線43，而第二子光柵42的彎曲光柵條45的主方向以第二角度，即選擇與第一角度大小相等方向相反的角度延伸到交界線。在主方向的橫向，子光束基本上被衍射。因?yàn)橹鞣较虿煌?，子光?0′a和20′b在YZ平面以不同角度被衍射。這意思是指在探測(cè)器平面，即XY平面，輻射光點(diǎn)20′a和20′b在Y方向相對(duì)位移。在此圖和其它的圖中，坐標(biāo)X、Y和Z是坐標(biāo)系的軸，該坐標(biāo)系的園心O與二極管激光器40的輻射發(fā)射表面的中心一致。
被窄條52和53分開的光電二極管48、49和50、51形成的輻射敏感探測(cè)器分別與子光束20′a和20′b中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。這些探測(cè)器以下述方式配置在信息平面11上光束20的正確聚焦的情況下，由子光束20′a和20′b形成的輻射光點(diǎn)22a和22b的強(qiáng)度分布分別相對(duì)于探測(cè)器48、49和50、51是對(duì)稱的。當(dāng)聚焦誤差產(chǎn)生時(shí)，輻射光點(diǎn)22′a和22′b將不對(duì)稱地變大，而且每一輻射光點(diǎn)的輻射分布中心分別沿相應(yīng)的探測(cè)器對(duì)的分離條52和53的橫向位移。
如果分別用S48、S49、S50和S51表示探測(cè)器48、49、50和51的輸出信號(hào)，則聚焦誤差信號(hào)Sf將由下公式給出Sf＝(S48+S51)-(S49+S50)。一個(gè)與閱讀的信息成比例的信號(hào)，或者該信息信號(hào)由下式給出Si＝S48+S49+S50+S51不僅可以使用圖5的合成光柵，而且也可以使用圖6表示的光柵產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)。在這個(gè)圖中，掃描光束20和反射光束20′連同子光束20′a和20′b用其在光柵平面中的橫截面表示。兩個(gè)子光柵41和42的優(yōu)選的彎曲光柵條的主方向以相同的角度延伸到交界線43，而這兩個(gè)子光柵的平均光柵周期是不同的。因此子光束20′a和20′b被衍射的角度是不同的。這意思是指在探測(cè)器48、49、50和51的平面內(nèi)，輻射光點(diǎn)22a和22b在交界線43的方向上彼此相對(duì)位移。
子光柵41和42可以有直的光柵條和恒定的光柵周期。然而，最好使用一種被稱為全息光柵的具有變化的光柵周期的光柵，例如，使平均光柵周期改變百分之幾的量級(jí)。而且，兩個(gè)子光柵的光柵條是彎曲的，如圖5和6所示。于是這些子光柵起一個(gè)可變化的透鏡作用。由于改變光柵周期，輻射光點(diǎn)22a和22b的位置可以通過(guò)在自身平面中移動(dòng)光柵39而改變。與交界線43相垂直的方向上的象差，可借助于選用一個(gè)適當(dāng)?shù)墓鈻艞l的曲率得以減小。如果使用集成激光光電二極管單元，即一個(gè)組件，其中把二極管激光器和光電探測(cè)器放在一個(gè)底座上固定住，在Z方向有一個(gè)共同的距離，則移動(dòng)輻射光點(diǎn)的位置的可能性是特別重要的。在裝配器件時(shí)，由于在Z方向相對(duì)于激光二極管移動(dòng)光電二極管，這個(gè)距離易受制造誤差的影響且難以被校正。
有彎曲光柵條的衍射光柵或全息光柵與有直光柵條的光柵相比，一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)使用后面敘述的光柵時(shí)可能產(chǎn)生光學(xué)象差，例如慧差和象散，由于在制造全息光柵時(shí)考慮到這些球面象差，并且相應(yīng)地調(diào)整光柵條的曲率，因此，在前面敘述的光柵中可以避免象差。
圖7表示把反射掃描光束20′轉(zhuǎn)變成象散光束20′1的光柵的實(shí)施例。該光柵有直光柵條71和線性變化的光柵周期。該光柵的尺寸以下述方式定出，即以某種量級(jí)，例如第一級(jí)，使光柵20′的輻射強(qiáng)烈衍射。第一級(jí)光束20′1不再被聚焦在一點(diǎn)，但是，在兩個(gè)相互垂直的交點(diǎn)線75和76中，如果光柵不是象散的情況，線75位于光束20′1本應(yīng)被聚焦的位置。當(dāng)聚焦誤差產(chǎn)生時(shí)，焦點(diǎn)線75和76在相同方向同時(shí)位移并越過(guò)相同的距離。如果掃描光束被準(zhǔn)確地聚焦在信息平面上，一個(gè)所謂四象限探測(cè)器80安置在近似位于象散焦點(diǎn)線的位置的中間的平面上。如圖8所示的這個(gè)探測(cè)器由四個(gè)探測(cè)器81、82、83和84組成，它們安置在圍繞被衍射的光束20′1的主光線的四個(gè)不同的象限內(nèi)。如果掃描光束準(zhǔn)確地聚焦在信息平面11上，由探測(cè)器平面中光束20′1形成的輻射光點(diǎn)221是園的，如圖8中實(shí)線圓所示。如果產(chǎn)生聚焦誤差，輻射光點(diǎn)22′1被變形為一個(gè)橢園光點(diǎn)，如圖8中不連續(xù)線構(gòu)成的橢園所示。橢園主軸以45°角延伸成分離的條85和86，該角的符號(hào)由聚焦誤差的符號(hào)決定。如果探測(cè)器81、82、83和84的信號(hào)由S81、S82、S83和S84表示，則聚焦誤差信號(hào)Sf由下式給出Sf＝(S81+S83)-(S82+S84)同樣，光柵70可以是具有彎曲的光柵條的全息光柵的形式，從而提供所說(shuō)的調(diào)整和校正的可能性。
圖9表示掃描裝置的一個(gè)實(shí)施例，該裝置特別適用于記錄和閱讀所謂磁光記錄載體。為此，上述記錄載體和記錄與閱讀裝置，特別在文章“Erasablemagneto-opticalrecording”《PhilipsTechnicalReview》vol.42，No.2，1985，P37-47中描述過(guò)。象該文章所描述的那樣，當(dāng)閱讀一個(gè)磁光記錄載體時(shí)，使用所謂差分方法(differentialmethod)。由信息平面反射的輻射，按照已經(jīng)閱讀的信息在其極化方向被時(shí)間調(diào)制，在它穿過(guò)物鏡后，被分離成入射在分離的探測(cè)器上的兩個(gè)相互垂直的極化子光束。在公知的裝置中，借助于極化敏感光束分離器(Polarisation-Sensitivebeamsplitter)，實(shí)現(xiàn)光束分離。
在圖9的掃描裝置中，不再需要上述的光束分離器，因?yàn)楣鈻?9提供兩個(gè)立體的分離光束20′1和20′2，它們最好是+1級(jí)和-1級(jí)光束，可以保證，這些光束有相同的強(qiáng)度。偏振器90和91被安置在探測(cè)器601和602之間，結(jié)果，入射在探測(cè)器601上的光束20′1具有第一極化方向，而入射在探測(cè)器602上的光束20′2具有第二極化方向，該方向垂直于第一極化方向。
在圖9中，光柵39設(shè)在第一輻射窗口31上。然而，這個(gè)光柵最好設(shè)在反射器32上，因?yàn)檫@樣可使掃描裝置以最緊密的方式構(gòu)成。這也適用于其它實(shí)施例。
已被描述的本發(fā)明，應(yīng)用在閱讀裝置中，但是，本發(fā)明也可應(yīng)用在記錄裝置或聯(lián)合的記-讀裝置中，在記-讀裝置中，在記錄過(guò)程中，記錄光束的聚焦和跟蹤是被監(jiān)控的。所述的聚焦誤差和跟蹤誤差探測(cè)系統(tǒng)不是利用信息表面2的特性，只要求這個(gè)表面能進(jìn)行反射即可。因此，本發(fā)明可以適用于各種掃描裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)掃描一個(gè)信息平面的掃描裝置，該裝置包括一個(gè)提供掃描光束的輻射源和一個(gè)把掃描光束聚焦到該信息平面中的一個(gè)掃描光點(diǎn)上的鏡面物鏡，其特征是鏡面物鏡包括一個(gè)透明體，該透明體有面對(duì)輻射源的第一表面和遠(yuǎn)離輻源的第二表面，所述第一表面有對(duì)稱地位于鏡面物鏡光軸周圍的第一輻射窗口和一個(gè)圍繞所述窗口的第一反射器，所述第二表面有一個(gè)對(duì)稱地位于光軸周圍的第二反射器和圍繞第二反射器的第二輻射窗口，通過(guò)鏡面物鏡的輻射光程經(jīng)由第一窗口延伸，在第二反射器上反射，再在第一反射器上反射，穿過(guò)第二窗口，兩個(gè)窗口的至少一個(gè)有非球形表面。
2.如權(quán)利要求1所述的掃描裝置，其特征是第二輻射窗口有一個(gè)非球形表面。
3.如權(quán)利要求2所述的掃描裝置，其特征是第二反射器有一個(gè)非球形表面。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的用于掃描輻射反射(radiation-reflecting)信息平面的掃描裝置，其中，從信息平面發(fā)出的輻射通過(guò)鏡面物鏡，以便被聚焦在輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)被安置在與輻射源相同的鏡面物鏡的一側(cè)，其特征是鏡面物鏡包含一個(gè)光束分離元件，該元件被用于分離輻射源發(fā)射的光束和由信息平面反射并由鏡面物鏡聚焦的光束。
5.如權(quán)利要求4所述的掃描裝置，其特征是光束分離元件是一個(gè)衍射元件。
6.如權(quán)利要求4所述的掃描裝置，其特征是衍射元件是反射的并被安置在第二反射器上。
7.如權(quán)利要求5所述的掃描裝置，其特征是衍射元件是輻射透明的(radiation-transparent)并被安置在第一輻射窗口。
8.如權(quán)利要求6所述的掃描裝置，其特征是鏡面物鏡的透明體由兩部分組成，該兩部分彼此相對(duì)安置;衍射元件是輻射透明的并被安置在這兩個(gè)部分相對(duì)的表面中的一個(gè)上。
9.如權(quán)利要求5、6、7或8所述的掃描裝置，其特征是衍射元件是一個(gè)引入象散的元件;輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)由四個(gè)探測(cè)器組成，該探測(cè)器被安置在圍繞被衍射元件衍射的光束的主光線的四個(gè)不同的象限內(nèi)。
10.如權(quán)利要求5、6、7或8所述的掃描裝置，其特征是衍射元件是包含兩個(gè)子光柵的衍射元柵，該光柵把衍射光束分離成兩個(gè)子光束;探測(cè)系統(tǒng)包含兩個(gè)探測(cè)器對(duì)，第一和第二子光束分別與第一和第二探測(cè)器對(duì)相結(jié)合。
11.如權(quán)利要求10所述的掃描裝置，其特征是子光柵有一個(gè)變化的光柵周期;子光柵的光柵條是彎曲的。
12.如權(quán)利要求10或11所述的掃描裝置，其特征是一個(gè)子光柵的光柵條與另一個(gè)子光柵的光柵條有相同的主方向;各子光柵的平均光柵周期是不同的;探測(cè)器對(duì)被并列安置在與子光柵之間的交界線平行的方向上。
13.如權(quán)利要求10或11所述的掃描裝置，其特征是各子光柵有相同的平均周期;一個(gè)子光柵的光柵條的主方向以第一角度而另一個(gè)子光柵的光柵條的主方向以第二角度延伸到兩子光柵的交界線;探測(cè)器對(duì)被并列安置在所述交界線方向的橫向。
14.如前述各權(quán)利要求中任一個(gè)權(quán)利要求所述的掃描裝置，其特征是輻射源被連到第一輻射窗口。
15.如前述各權(quán)利要求中任一個(gè)權(quán)利要求所述的掃描裝置，它裝有一個(gè)輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)，其特征是該輻射敏感探測(cè)系統(tǒng)被安置在輻射光程中的第一輻射窗口，該輻射被信息平面反射并通過(guò)鏡面物鏡。
16.一種由透明體構(gòu)成的鏡面物鏡，該透明體在實(shí)物一側(cè)有第一表面，在圖象一側(cè)有第二表面，在所述第一表面上在鏡面物鏡的光軸周圍對(duì)稱地安置第一輻射窗口，在所述窗口周圍配置第一反射器，在所述第二表面上，在光軸周圍對(duì)稱地配置第二反射器，并在第二反射器的周圍配置第二輻射窗口，其特征是兩個(gè)窗口中的至少一個(gè)有非球形表面。
17.如權(quán)利要求16所述的鏡面物鏡，其特征是第二輻射窗口有一個(gè)非球形表面。
18.如權(quán)利要求17所述的鏡面物鏡，其特征是第二反射器有一個(gè)非球形表面。
19.一種光學(xué)記錄和/或閱讀設(shè)備，裝有如權(quán)利要求1至18中任一個(gè)權(quán)利要求所述的掃描裝置。
全文摘要
所述的光學(xué)掃描裝置包括位于輻射源(40)和要被掃描的實(shí)物(10)之間的鏡面物鏡，該鏡面物鏡包含兩個(gè)輻射窗口(31、34)和兩個(gè)反射器(32、33)。通過(guò)使兩窗口(31、34)中的一個(gè)窗口成非球面形狀，使鏡面物鏡的球面象差被很好地校正，而非球形表面(35)形狀的精度要求不必太嚴(yán)格。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1043814SQ8910978
公開日1990年7月11日 申請(qǐng)日期1989年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月13日
發(fā)明者威廉·杰拉德·奧費(fèi)治, 約瑟夫斯·約翰內(nèi)斯·瑪麗亞·布拉特, 約翰內(nèi)斯·雅各布斯·巴爾堡根, 阿列修斯·約瑟夫斯·西奧多勒斯·范森比克 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司