專利名稱：光學掃描裝置其內(nèi)適用的物鏡及其光學記錄和/或再現(xiàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一掃描裝置，它是利用光輻射掃描光學記錄載體中的一個信息面，此掃描裝置由一個提供掃描束的輻射源及一個把掃描束聚焦到信息面上掃描點的物鏡組成。本發(fā)明也涉及到適用于該型掃描裝置中的物鏡，并涉及到配置有該型掃描裝置的光學記錄和/或再現(xiàn)儀。
掃描信息面意指兩種掃描，即從信息面讀出予先記錄的信息的掃描，和根據(jù)記錄的信息，調(diào)制輻射束強度將信息寫入信息面的掃描。
公開文獻描述的掃描裝置用于讀出光學記錄載體公知于英國專利說明書No，1，541，596。此說明書描述一種光學掃描裝置，該裝置包括有一帶兩個反射鏡的物鏡，這兩個鏡的反射面相對設(shè)置。其中一個是凹鏡，它的反射面對著記錄載體。另一個小得多的是凸鏡，它的反射面對著輻射源。來自輻射源的輻射束經(jīng)過較大的凹鏡上的一個通路抵達凸鏡。其后，輻射束朝著凹鏡反射，并被此鏡聚焦至記錄載體信息面中的輻射點上。
已知的物鏡由一個兩級聚焦系統(tǒng)部分組成，其中，整個鏡片系統(tǒng)都懸掛在磁線圈中，以此控制其相對于記錄載體的位置。小鏡片安裝在一片壓電材料上，并借助它可以上下移動，這樣，在信息面上周期產(chǎn)生的少量散焦可由檢測器檢測，然后由獲得的焦差信號借助于磁線圈重調(diào)物鏡的位置。
由于利用了兩個互相間工作關(guān)系緊密的分離反射鏡，因此，公知的掃描裝置結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，并且對機械擾動很敏感。
本發(fā)明的目的是給出一種堅固的掃描裝置，它包括相互間以緊密工作關(guān)系排列著的很少幾個部件。
為此目的，附合本發(fā)明的掃描裝置的特征在于，其物鏡包括一透明體，透明體對著輻射源一邊與第一表面相接，遠離輻射源的一邊與第二表面相鄰接，所說的第一表面有第一輻射窗，此窗繞物鏡光軸中心定位，還有一向里反射的第一反射鏡，此鏡裝在第一輻射窗周圍，所說的第二表面有一向里反射的第二反射鏡，此鏡繞物鏡光軸中心定位，在第二反射鏡周圍裝有第二輻射窗，掃描束從輻射源到記錄載體的輻射路徑是經(jīng)第一輻射窗進入物鏡，經(jīng)第二反射鏡及第一反射鏡來回改變方向，最后穿過第二輻射窗離開物鏡。通過一塊且是同一塊透明體表面上裝的兩個相對的反射鏡，使兩鏡互相直接耦合，兩鏡的互相準直在制造時確定，而且其后不變。
這種形式的物鏡特別適用于移動式裝置，用來再現(xiàn)記錄在光學記錄載體上的信息，例如手提或汽車上裝的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的掃描裝置有很大的優(yōu)越性在透明體中的輻射路經(jīng)折疊，因此限制了掃描裝置的高度，可做成小型儀器。
依照本發(fā)明的掃描裝置進一步的特征在于第一反射鏡為非球面彎曲，這樣，不必在掃描束的輻射路徑上安裝光學校準器，就可以獲得確定性很好的掃描點。
依照本發(fā)明的掃描裝置的又一個實施例的特征是第一和第二反射鏡呈球面彎曲。本實施例進一步的特征在于第二輻射窗也為球面彎曲。這樣的掃描裝置制造相對容易，因為物鏡的彎曲表面是球形的。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置進一步的特征在于透明體至少包括不同折射率的兩部分材料，利用其在透明體內(nèi)提供合適的輻射-折射面可顯著地減小球差。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置不僅可用來掃描一帶有反射信息面的記錄載體，而且能用來掃描以透射讀取的記錄載體。然而，本發(fā)明的掃描裝置最適合用于有反射信息面的記錄載體。物鏡也能用于接收來自信息面上掃描點的輻射，并將其聚焦到輻射敏感探測器上。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置實施例適用于掃描反射信息面，在此實施例中，掃描裝置含有一輻射敏感探測器，其特征是物鏡包括一分束元件，此分束元件可空間分離輻射源的發(fā)射束以及信息面的反射束。光束分離元件可以是例如裝在第一輻射窗表面上的分光塊或分光鏡。作為讀取單元用的這種掃描裝置，因為主要光學性諞桓齙ヒ還辜?，因绰枆︳凑坚固耐用的?依照本發(fā)明的掃描裝置最好的特征在于分光器由光柵或全息圖組成。光柵既可是尋常柵，全息柵，也可是全息圖。光柵或全息圖可裝在物鏡的透明體的呈現(xiàn)面上，也可裝在透明體內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的掃描裝置的實施例，特征在于光柵或全息圖是反射光柵或反射全息圖，它們裝在第二反射鏡上。光柵或全息圖最好是相位結(jié)構(gòu)。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置進一步的實施例特征在于光柵或全息圖是裝在第一輻射窗的透射光柵或透射全息圖。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置進一步的實施例特征在于物鏡的透明體由互相連接的兩部分組成，其中，光柵或全息圖是透射柵或透射全息圖，裝在這兩部分中任一部分的連接面上。
使用光柵耦合輸出反射束具有更多的好處，利用光柵可實現(xiàn)檢測軌跡誤差。為此目的，依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置其特征在于例如，光柵或全息圖至少包括兩個不同光柵參數(shù)的副柵。例如副柵的柵線方向和曲率不同或光柵周期等不同。因此，通過一個光柵的分光束與通過另一光柵的分光束偏轉(zhuǎn)角度不同。而分光束在輻射敏感探測器上形成的輻射點之間的距離則依賴于物鏡系統(tǒng)與信息面之間的距離。此焦差檢測方法的原理在“NeuesausderTechnik”Volume1980，No·6，Page3中闡述。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置的一實施例中用了另一種焦差檢測方法，其特征在于光柵或全息圖的柵周期是常數(shù)或呈線性變化。這樣的光柵能在信息面反射的輻射束中引起象散，這象散可用來確定焦差，例如，美國專利No·4·358，200中所述。
在掃描裝置中采用帶透明體的物鏡進爾有關(guān)于輻射源及輻射敏感探測器定位方面的一些優(yōu)點。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置的實施例因此有下面特征輻射源與第一輻射窗為光學連接。例如，輻射源是半導(dǎo)體激光器。它的輻射-發(fā)射表面裝在輻射窗上，或輻射源通過一條光纖或一組光纖連到輻射窗。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置的另一實施例是裝有一輻射敏感探測器，其特征在于輻射敏感探測器裝在其位置對著從信息面返回又經(jīng)物鏡作用后的光束的路徑上。
輻射源，光纖或輻射敏感探測器利用例如透明粘合劑裝到第一輻射窗上。這就形成了一非常緊湊堅固的一體化元件，構(gòu)成掃描裝置的整個光學部分。
依據(jù)本發(fā)明的掃描裝置的各種實施例可以用不同類型的輻射源，例如，單個的半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體激光器列或其它輻射源，它們可直接或利用光纖連到物鏡上。
下面將舉例并參照附圖更詳細地闡述本發(fā)明，其中

圖1示出了本發(fā)明依據(jù)的光學掃描裝置剖面圖。
圖2、3和圖4示出了三個不同物鏡實施例的掃描裝置。
圖1示出了裝有信息面11的光學記錄載體10的一部分。掃描裝置緊靠記錄載體，它的主要元件是物鏡30和輻射源40。輻射源40發(fā)射一掃描束20，此掃描束由物鏡30聚焦到信息面11的掃描點21上。信息面能被掃描點復(fù)蓋，因為掃描裝置和記錄載體之間互相可以移動，例如，記錄載體可以繞垂直于記錄載體面的軸(未示出)旋轉(zhuǎn)，而掃描裝置也可以就同一個軸做徑向移動。
掃描束20通過物鏡并經(jīng)過第一輻射窗31進入物鏡的透明體。接著，掃描束在凸反射鏡32上被反射，這樣，掃描束加寬并基本入射在凹反射鏡33的整個表面上。這反射鏡反射的掃描束成為一會聚束，通過輻射窗34和透明記錄載體10的一部分聚焦到信息面11中的掃描點21上。
就反射信息表面來說，例如光學可讀數(shù)字聲盤，又稱“袖珍盤”，就裝有這種信息面，在點21上的反射束被物鏡再接收，并通過其中的逆程路徑到輻射窗31。反射束可進入輻射源，并且當用半導(dǎo)體激光器作輻射源時，可在輻射錘澆患觳獬隼礎(chǔ)Ｕ餼褪撬降姆蠢《臉觶紓諼韉倫ɡ得魘镹o.1，584，664中所闡述的。然而，最好是在發(fā)射與反射光束的公共輻射路徑上裝一個分光器，例如，分束塊50，通過此分束塊，一部分反射的輻射束從掃描束20中分出來，并被投射在輻射敏感探測器60上。因為從信息面11反射的輻射束受存貯在所說的信息面上的信息的調(diào)制并被輻射光點掃描，所以信息流被檢測系統(tǒng)60轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栆詡溥M一步處理。
圖2、3和4示出了根據(jù)本發(fā)明的掃描裝置，其中，表示了帶有光柵分光器的三個不同物鏡的實施例。
在圖2中，透明體30的第一表面為一非球面，其上有第一輻射窗31，第一表面被第一反射鏡33包絡(luò)。透明體的第二表面包括可透過輻射的環(huán)形平面部分34和一中心園部分35。該中心園部分35是彎曲的，并且有一反射光柵，最好是相位光柵。透明體30，輻射窗和反射鏡繞著光軸對稱任意排列。輻射源40，例如半導(dǎo)體激光器直接或通過光纖連到處于光軸上的第一輻射窗31。
如果掃描裝置要從光學記錄載體上讀取信息，反射柵幾何尺寸最好是使反射的輻射束在零級衍射，和第一級或某個較高級衍射上有幾乎均勻的分布。這樣，回程光束在這個較高級上的衍射與投射光束在零級衍射的乘積是最大的。盡可能抑制其它級。但在掃描裝置要寫入信息時，最好是絕大部分輻射束在零級反射，這樣掃描點強度高而其它輻射束盡可能在第一級或某個較高衍射級反射。
來自輻射源40的輻射束由反射鏡35反射向反射鏡33，在零級反射的輻射束被反射鏡33聚焦在信息面21上形成掃描光點21。從信息面反射的輻射束沿著逆程光路經(jīng)過反射鏡33和35，反射在透明體30的窗31上。由于反射柵35的幾何尺寸，一級象點位于輻射源40附近。輻射敏感探測器60裝在象點上。
圖3示出了據(jù)此發(fā)明的掃描裝置的優(yōu)化實施例，此實施例基本與圖2的實施例一樣，不同之處是支撐窗口31和反射鏡33的表面是球形，透明體30由透明材料36和37兩部分組成并在這兩部分之間裝一透射柵38。
36和37兩部分可以按如圖所示方式或連到透射柵上的方式直接互相聯(lián)在一起，在36和37部分之間可能留一空腔，空腔是空的或是用一種物質(zhì)填充，此物質(zhì)的折射率與兩部分材料的折射率有顯著不同，如果36和37互相連接，則柵38是黑白柵。在空腔的情況下，換裝一相位柵，其優(yōu)點是在光柵上沒有或幾乎沒有輻射束損失。透射柵38工作方式與圖2所示的光柵35完全一樣。裝有反射器33的36部分由Schott公司的BK7型玻璃或石英玻璃組成。而支撐反射鏡35的另一部分由同是Schott公司的SFL6或LaKN22制成。
因為透明體是由折射率不同的兩部分材料制成，折射率差約為0.3，物鏡的球面象差與均勻的透明體的象差相比是相當小的。已發(fā)現(xiàn)，折射率差在約0.2至0.4之間就能滿足此目的。當然，就勿需為減少球面象差在透明體36和37兩部分界面處裝一光柵了。反之，光柵38可以裝在透明體里，不必用不同折射率的兩種材料制造36和37部分。例如，由于物鏡數(shù)值孔徑小，或由于反射鏡33的形狀，不存在麻煩的球面象差就是這種情況。
圖4示出了根據(jù)此發(fā)明的光學掃描裝置的第三個實施例。在此實施例中，第二輻射窗34和第二反射鏡32都是球面彎曲。在數(shù)值孔徑相對較小的情況下，反射鏡和窗的曲率半徑可以相等。在數(shù)值孔徑較大的情況下常選擇不同的曲率半徑。進一步說，在本實施例中，從信息面11反射的輻射束部分耦合出來并且該耦合的輻射束通過裝在透明體的第一輻射窗33上的透射柵39射向輻射檢測系統(tǒng)60。在本實施例中，輻射源40和輻射檢測系統(tǒng)60離輻射窗33有一段距離。
光柵39(或圖2中的光柵35和圖3中的光柵38)可由多個副柵組成，每個副柵有不同的柵參數(shù)，例如光柵周期及光柵線的方向和曲率等，因此射向輻射檢測系統(tǒng)的分束分離為許多束，這些束可按照所稱的傅科法檢測焦點誤差，例如在“Neuesausdertechnik”，Volume1980，NO·6，Page3引用的文獻。如果光柵周期不變?；虺示€性變化，出射束可能象散，焦差可利用所稱的象散法檢測，例如，在美國專利No·4·358，200(PHN9597)。光柵可以是尋常光柵，全息光柵或全息圖。
權(quán)利要求
1.利用光輻射掃描光學記錄載體中的信息面的掃描裝置，它包括一個提供掃描束的輻射源和一個把掃描束聚焦到信息面中掃描點的物鏡，其特征在于物鏡包括一透明體，透明體對著輻射源的一面與第一表面鄰接，遠離輻射源的一面與第二表面鄰接，所說的第一表面有一第一輻射窗，此窗繞物鏡光軸中心定位，第一表面還有一向內(nèi)反射的第一反射鏡，此鏡裝在第一輻射窗周圍，所說的第二表面有一向內(nèi)反射的第二反射鏡，此鏡繞物鏡光軸中心定位，第二表面還有一位于第二反射鏡周圍的第二輻射窗，從輻射源到記錄載體的掃描束的輻射路徑是經(jīng)第一輻射窗進入物鏡，在第二反射鏡和第一反射鏡上反射改變方向，最后穿過第二輻射窗離開物鏡。
2.權(quán)利要求1的掃描裝置，其特征在于第一反射鏡為非球面彎曲。
3.權(quán)利要求1的掃描裝置，其特征在于第一和第二反射鏡為球面彎曲。
4.權(quán)利要求3中的掃描裝置，其特征在于第二輻射窗也是球面彎曲。
5.權(quán)利要求1、2、3、或4中的掃描裝置，其特征在于透明體至少由具有不同折射率材料制成的兩部分組成。
6.權(quán)利要求1、2、3、4或5中的掃描裝置，用于掃描反射信息面，掃描裝置包括一個輻射敏感檢測系統(tǒng)，其特征在于物鏡包括一分光器，它能空間分離幅射源來的光束與信息面的反射束。
7.權(quán)利要求6的掃描裝置，其特征在于分光器由一光柵或一全息圖組成。
8.權(quán)利要求7的掃描裝置，其特征在于光柵或全息圖是裝在第二反射鏡上的反射柵或反射全息圖。
9.權(quán)利要求7的掃描裝置，其特征在于光柵或全息圖是第一輻射窗上裝的透射柵或透射全息圖。
10.權(quán)利要求7的掃描裝置，其特征在于物鏡的透明體由兩部分互相連接組成，其中一部分對著另一部分的面上的光柵或全息圖是透射柵或透射全息圖。
11.權(quán)利要求7、8、9或10的掃描裝置，其特征在于光柵或全息圖至少由兩個不同光柵參數(shù)的副柵組成。
12.權(quán)利要求7、8、9或10的掃描裝置，其特征在于光柵或全息圖的光柵周期是常數(shù)或呈線性變化。
13.前述任一權(quán)項的掃描裝置，其特征在于輻射源光學連接到第一輻射窗。
14.前述任一權(quán)項的裝有輻射敏感檢測系統(tǒng)的掃描裝置，其特征是從信息面反射的輻射，穿過物鏡后在輻射路徑上的第一輻射窗上裝有輻射敏感檢測系統(tǒng)。
15.由向里反射的，適用于前述任一權(quán)項的掃描裝置的反射鏡組成的透明體。
16.裝配有權(quán)利要求1到14中任一權(quán)利要求的掃描裝置的光學記錄和/或再現(xiàn)儀。
全文摘要
用于光學記錄和/或重現(xiàn)儀的掃描裝置，包括一物鏡系統(tǒng)，該物鏡系統(tǒng)由安裝在透明體(30)表面上的反射鏡(33，35)組成。因為反射鏡不但會聚輻射束(20)，而且在透明體(30)中折疊該輻射，所以讀出/寫入單元非常緊湊。把輻射源(40)和檢測系統(tǒng)(60)固定到透明體(30)的表面，也使掃描裝置具有非常堅固穩(wěn)定的形式。
文檔編號G11B7/135GK1030319SQ88103420
公開日1989年1月11日 申請日期1988年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1987年6月11日
發(fā)明者威廉·格拉德·奧法治, 約瑟夫斯·約翰內(nèi)斯·瑪麗亞·布拉特 申請人:菲利浦光燈制造公司