專利名稱:單側(cè)為非球面的透鏡的制作方法
本發(fā)明涉及一種單側(cè)非球面透鏡，該透鏡用來(lái)在透明的記錄基片之信息面上產(chǎn)生受衍射限制的掃描輻射光點(diǎn)，由輻射光束穿過(guò)基片而形成該輻射光點(diǎn)，基片的厚度約為1.2mm。本發(fā)明也包含一種使用上述透鏡而制成的光學(xué)掃描裝置。
此處，“厚度約為1.2mm”被理解為1.2±0.3mm。
荷蘭專利申請(qǐng)?zhí)?1，03333(PHV 10101)公開(kāi)了一種單透鏡，它的一側(cè)為球面，而另一側(cè)為非球面，該文件簡(jiǎn)要地論述了一種單側(cè)非球面透鏡，該透鏡具有一個(gè)較大的受衍射限制的范圍和一個(gè)相對(duì)較大的數(shù)值口徑(N.A.＞0.25)。這種透鏡的設(shè)計(jì)是基于對(duì)下述情況的考慮，即如果要求有較大的口徑，則由于可以用更高階的慧形象差作補(bǔ)償，三階慧形象差可考慮被忽略，因此單側(cè)非球面透鏡也可具有一個(gè)相對(duì)較大的受衍射限制的范圍。
當(dāng)單側(cè)非球面透鏡作為光學(xué)掃描裝置中的一面物鏡使用時(shí)，其數(shù)值口徑越大，則尤其需要較大的受衍射限制的范圍，該光學(xué)掃描裝置是用來(lái)使光記錄器的信息而被讀出或作信息記錄。信息面必須以瞬時(shí)的輻射光點(diǎn)來(lái)進(jìn)行掃描，其光點(diǎn)的直徑應(yīng)為1/um數(shù)量級(jí)。但為了允許在某些點(diǎn)上形成所需要的尖的輻射光點(diǎn)，就要求物鏡具有一個(gè)較大的受衍射限制的范圍，恰恰是那些徑向偏離了物鏡光軸的那些點(diǎn)，很有必要應(yīng)允許輻射光點(diǎn)相對(duì)于要被修正的信息面上光跡的位置方面有一個(gè)小小的偏移。
為了對(duì)光記錄器作讀取和輸入，比較有利的做法是應(yīng)讓在信息面上聚焦的光束穿過(guò)透明的基片。該基片本身有一定的厚度，故它可使塵粒、指紋、小屑片及其它類似微粒與信息而相隔一定的距離，從而起到一個(gè)保護(hù)層的作用，因此可保證記錄和讀取的過(guò)程免受影響。
按照荷蘭專利申請(qǐng)?zhí)枴?81.03323(PHN 10101)單側(cè)非球面透鏡已被設(shè)計(jì)或在自由空間呈像，因此它就很難適應(yīng)于通過(guò)記錄基片后在信息面讀取或?qū)懭氲囊蟆?br>本發(fā)明的目的則是提供一種非常適合上述要求的一側(cè)非球面透鏡。本設(shè)計(jì)是基于下列事實(shí)的考慮，即在對(duì)透鏡表面曲率和透鏡的厚度的設(shè)計(jì)中，由于透過(guò)透明板呈像的條件，故由此板所引起的球面象差必須考慮在內(nèi)。
按照本發(fā)明，單側(cè)球面透鏡的特征是其形狀因素C1/C2與透鏡因素F＝ (d)/((n-1)·f) 表現(xiàn)出有如下關(guān)系(C2)/(C1) ＝a·F2+b·F+c若透鏡的放大率在M＝0和M＝-0.222之間，則在不同的數(shù)值口徑N.A.和不同的透鏡材料的屈光指數(shù)n下，對(duì)應(yīng)放大率下的a、b、c系數(shù)及透鏡因素F，由下表給出(見(jiàn)下頁(yè))。
此處d為透鏡的軸向厚度;
f為透鏡的焦距;
C1為非球面的等軸曲率;
C2為透鏡另一面的曲率。
透鏡的軸向厚度是沿著透鏡的光軸所測(cè)得的厚度。非球面的等軸曲率是該面與光軸相交處的曲率。
非球面完全可以用等軸曲率來(lái)定義，非球面的其余各點(diǎn)按符合某
一準(zhǔn)則來(lái)作計(jì)算，但必須避免透鏡的球面象差，其意思即為從在軸的物點(diǎn)至相應(yīng)的在軸的像點(diǎn)，各種射線其光線的路徑長(zhǎng)度是一樣的。
通常，不可能找到所需非球面座標(biāo)的解析方程。但這問(wèn)題可借助于采用計(jì)算機(jī)來(lái)解決，使光線路徑長(zhǎng)度相等或就一組離光軸不同距離的射線采用迭代法，其宗旨是保證所有呈像射線通過(guò)某一點(diǎn)，兩種方法實(shí)際上也是一樣的。
這些方法最后產(chǎn)生一組所要求的非球面離散點(diǎn)。若將這些點(diǎn)相連即可劃出所要求的近似曲線，該曲線可以用一列展開(kāi)式來(lái)表示，而這列展開(kāi)式的系數(shù)即可明確地規(guī)定出非球面來(lái)。
按照本發(fā)明，單側(cè)非球面透鏡的最佳方案為放大率M＝0，焦距f＝4.5mm，數(shù)值口徑N.A.＝0.45。而其進(jìn)一步的特征為不是非球面的面為平面，并且其非球面的等軸曲率半徑R滿足以下要求(d)/(R) ＝-5.8n2+23.7n-22.9按照本發(fā)明，單側(cè)非球面透鏡的另一最佳方案為放大率M＝0，焦距f＝4.5mm和數(shù)值口徑N.A.＝0.50。而其進(jìn)一步的特征為不是非球面的那側(cè)面為平面，并且其非球面的等軸曲率半徑R滿足以下要求(d)/(R) ＝5n2+20.5n-19.8令人振驚的是，發(fā)現(xiàn)了以下事實(shí)一個(gè)單側(cè)非球面透鏡若包含有一個(gè)平面，用以代替原先的球面，簡(jiǎn)稱為平面-非球面型透鏡，也能滿足既有大的數(shù)值口徑，又有大的受衍射限制的范圍。
與雙側(cè)非球面透鏡相比，單側(cè)非球面透鏡具有很多優(yōu)點(diǎn)。它只需磨一個(gè)側(cè)面的非球面;在首次提到的采用擠壓或模壓技術(shù)制造透鏡中，唯有平面-非球面型透鏡顯現(xiàn)出更加多的優(yōu)點(diǎn)。的確，平面的加工比球面容易得多，而且平面-非球面型透鏡的非球面很少可能出現(xiàn)偏離中心的情況;僅只在裝配中必須對(duì)準(zhǔn)其角度位置而已。
必須注意到，具有一側(cè)為非球面，而另一側(cè)為平面的透鏡以前也已經(jīng)提出過(guò)。舉例而言，可以用美國(guó)專利證書(shū)No.2，530，397作為對(duì)比文件。該文件描述了一種透鏡，其前面是平面而其背面的形狀是通過(guò)二次加工形成的。但該透鏡必須配合以離透鏡某個(gè)距離處有一個(gè)小口。而關(guān)于非球面的主要目的，如使透鏡不散光;使透鏡避免球面象差或慧形象差都并未予以討論。再則，按照美國(guó)專利文件№.2，530，397只有一個(gè)小的數(shù)值口徑。第二個(gè)例子是由德國(guó)專利申請(qǐng)№.1，278，131提出的。該申請(qǐng)業(yè)已公開(kāi)。在德國(guó)專利申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)中提出其保護(hù)權(quán)項(xiàng)為一個(gè)一側(cè)為非球面，另一側(cè)為球面的透鏡。其中談到，由于另一側(cè)為非球面，具有平面的透鏡它可以消除其球面象差問(wèn)題。但其中仍然說(shuō)到了透鏡需要一個(gè)小的數(shù)值口徑才能實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)。
已知的各種透鏡未曾有過(guò)通過(guò)透明基片來(lái)呈像的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并且無(wú)有大的數(shù)值口徑與大的受衍射限制范圍相結(jié)合的特征。兩者相結(jié)合的特征是由本發(fā)明所奉獻(xiàn)。本發(fā)明尤其適合讀出或?qū)懭氲墓庥涗浧魃献鳛樽x或?qū)懙奈镧R使用。大多數(shù)的讀寫(xiě)設(shè)備，即那些作為讀出的記錄器包含有錄象或錄音節(jié)目供應(yīng)于消費(fèi)市場(chǎng)。這也就意味著它們應(yīng)該是越便宜越好，要盡量做到所包含的光學(xué)部件要少，并且容易裝配。
本發(fā)明的另一目的是提供一種光掃描裝置。按照本發(fā)明，一種光掃描裝置，它包含有一個(gè)輻射光源，一個(gè)平行光管透鏡，一個(gè)將輻射源所發(fā)出的光束聚焦而形成輻射光點(diǎn)的物鏡，該輻射光點(diǎn)聚焦在透明的記錄基片的信息面上。其特征在于其中的物鏡包含有一個(gè)單透鏡，它符合上述所提出的規(guī)范要求，并具有放大率M＝0，物鏡的非球面是直接朝著輻射光源的。
光掃描系統(tǒng)的另一個(gè)方案為，包含有一個(gè)輻射光源和一個(gè)聚焦用物鏡，該物鏡能夠?qū)⑤椛涔庠窗l(fā)出的散射光束聚成一輻射光點(diǎn)照射到透明的記錄基片的信息面上。其特征在于其中的物鏡包含有一個(gè)單透鏡，它符合上述規(guī)范，并具有放大率M＝-0.222，并且其物鏡的非球面是直接朝著輻射光源的。
該實(shí)施例沒(méi)有使用分離的平行光管透鏡，而其平行光管透鏡的作用和物鏡的作用被合并在一個(gè)具有非球面的透鏡上，該透鏡所起的這種功能的結(jié)合作用達(dá)到了驚人的程度。
為使物鏡具有足夠大的范圍，其非球面直接對(duì)著輻射光源。特別是，若透鏡包含有一玻璃體，而其曲面上被附著一層塑料屑，這一點(diǎn)就是獨(dú)到之處。當(dāng)然，塑料比玻璃來(lái)得軟，如果把塑料層作為掃描裝置的外側(cè)表面，則會(huì)因此而更加容易遭到損傷，但對(duì)用戶來(lái)講，物鏡就是比較容易受到損傷的。舉例來(lái)說(shuō)，如果使用者想為物鏡除塵時(shí)。
以下，舉例說(shuō)明，并輔以參考圖，將更詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明作一敘述。其參考圖有圖1、符合本發(fā)明的透鏡橫截面圖，透鏡的放大率M＝0，所示的輻射線通過(guò)透鏡而到達(dá)呈像面。
圖2、符合本發(fā)明的透鏡橫截面圖，透鏡的放大率M＝-0.222，所示的輻射線通過(guò)該透鏡。
圖3、符合本發(fā)明的平面-非球面型透鏡橫截面圖。
圖4和圖5、示出單側(cè)非球面透鏡，它包含玻璃體及塑料層。
圖6和圖7、示出符合本發(fā)明的光掃描裝置。
在圖1中、符合本發(fā)明的單側(cè)非球面透鏡，將一束平行光聚焦，所謂平行光即為來(lái)自無(wú)限遠(yuǎn)(S＝-∞)物體的一束光。該束光透過(guò)透明的基片聚焦在記錄器16的信息面18上。圖中僅示出光束b的射線范圍，該射線平行于光軸O-O′。此處，射線范圍應(yīng)被理解為它正好通過(guò)光瞳11。該射線范圍被非球面12所屈光，透過(guò)軸向厚度為d的透鏡10，被球面13進(jìn)一步向光軸屈光，并進(jìn)而通過(guò)基片17的前表面進(jìn)行屈光，最后光束b的射線交會(huì)在信息面18的光軸上。信息面18構(gòu)成單側(cè)非球面透鏡的呈像面。從透鏡面15到呈像面18的距離為S′。光瞳的直徑，也就是透鏡10的有效直徑，被命定為2Ymax。在呈像面18中受衍射限制的鏡像或輻射光點(diǎn)V有較小的直徑。光軸O-O′與由透鏡表面13屈光形成的射線范圍之間的夾角為α。數(shù)值口徑N.A.正比于sinα。
非球面12是用等軸曲率來(lái)定義的，也即用在該面與光軸的交點(diǎn)15處的曲率來(lái)表示。球面13的曲率為C2。
對(duì)于具有大的受衍射限制范圍的透鏡而言，在該鏡中，其三階的慧形象差，以最佳的方式通過(guò)更高階的慧形象差來(lái)作補(bǔ)償。其偏差即為象差(譯注即散光)。商數(shù)C2/C1是指形狀因素，其關(guān)系式由下式給出(c2)/(c1) =a[ (d)/((n-1)f) ]2+b[ (d)/((n-1)f) ]+c在本例中，放大率M＝0，對(duì)于不同的透鏡數(shù)值口徑N.A.和不同的透鏡材料的屈光指數(shù)n，系數(shù)a，b和c以及透鏡因素F＝d/(n-l)·f由下表給出
上表各值均為有效。舉一例子，塑料基片的厚度ds＝1.2mm;屈光指數(shù)ns約在1.48～1.7范圍內(nèi);此型單側(cè)非球面透鏡的形狀因素，C2/C1＝-0.20;屈光指數(shù)n＝1.75;其軸方厚度d＝3.7mm;在透鏡10和呈像面18之間的距離S′＝3.05mm;透鏡的有效直徑2Ymax＝4.1mm。光瞳落在非球面12;呈像面18上的輻射光點(diǎn)V的半強(qiáng)度寬度(FWHM)接近1/μm，而此時(shí)射線的范圍為100/μm。
當(dāng)單側(cè)非球面透鏡M＝0，如圖1所示被用于光掃描裝置中作為物鏡時(shí)，平行光管透鏡必須安裝在物鏡的前頭。前已指出，單側(cè)非球面透鏡能給出以下情況由輻射源所產(chǎn)生的散射的光束可以通過(guò)它被聚焦，而形成尺寸非常小的受衍射限制的輻射光點(diǎn)。因此，平行光管透鏡就可以被省去，這也就意味著可使光掃描裝置的成本大大下降。
圖2示出了在非零放大率條件下，光線通過(guò)透鏡的輻射路徑。圖中以半導(dǎo)體二極管激光器為例作為輻射光源19，散射的光束b′由該光源發(fā)射出來(lái)，圖所示僅為取自該光源光束的部分射線。散射的光束b依次地被非球面12、球面13和基片的前表面17所屈光，并聚焦于信息面18上成為一個(gè)受衍射限制的光點(diǎn)V，該光點(diǎn)的半強(qiáng)度寬度約為1/μm。
上述形狀因素C2/C1和透鏡因素F之間的關(guān)系對(duì)此透鏡也有效的。只是，此處的放大率M＝-0.222，且系數(shù)a、b和c及透鏡因素F按下表所列出的數(shù)值
這些數(shù)值對(duì)以下一例也是有效的。例如，基片厚度ds＝1.2mm，基片的屈光指數(shù)ns約在1.48～1.7的范圍內(nèi)。該透鏡方案中，其形狀因素為(C2)/(C1) =-0.18其屈光指數(shù)n＝2.0，軸向厚度d＝3.2mm，透鏡10和呈像面18之間的距離約為3.9mm，透鏡的有效直徑2Ymax為4.4mm，光瞳落在表面12上。在呈像面18中輻射光點(diǎn)V的半強(qiáng)度寬度約為1/μm，而此時(shí)，受衍射限制的范圍其半徑約為200/μm。
應(yīng)注意的是，通過(guò)查表的方法，本發(fā)明的兩個(gè)原理性的例子M＝0和M＝-0.222的情況已被確定。若對(duì)M＝0和M＝-0.222之間的各種值，和專用的某n值，其相應(yīng)的a、b和c值以及F值能夠通過(guò)在兩表中以專用的n值所給定的兩組數(shù)值，采用線性插值法求得。如，若M＝-0.15，此時(shí)N.A＝0.40和n＝1.50，則將得出a＝-0.46;
b＝+0.63;
c＝-0.45;
進(jìn)而，若M是某個(gè)固定值，而n值不同于表中的三個(gè)n值時(shí)，也可以通過(guò)表中所列的三組數(shù)值之間，進(jìn)行二次內(nèi)插法，同樣可以用表來(lái)求出相應(yīng)的a、b、c和F來(lái)。
上述兩表中，所規(guī)定出的a、b、c和F值均為理想數(shù)值。實(shí)際則允許對(duì)這些數(shù)據(jù)有點(diǎn)小偏差，只要這些偏差的總結(jié)果，使商C2/C1的變化近似地小于0.03即可。
當(dāng)按照M＝0和M＝-0.222兩個(gè)表來(lái)設(shè)計(jì)透鏡時(shí)，所作假設(shè)是基片的厚度為1.2mm。但所述透鏡當(dāng)它用于記錄器作讀取或?qū)懭霑r(shí)，其中記錄器的基片原來(lái)也允許可以比厚度的1.2mm大出0.3mm，或小于1.2mm。若超出這些極限范圍，基片厚度或增厚或減薄的情況，也可通過(guò)將透鏡的軸向厚度減小或增大來(lái)加以補(bǔ)償。比如，基片厚度偏離了1.2mm，則可以對(duì)透鏡的焦距作相應(yīng)的換算，意即，其新的焦距f′可由下式給出f′＝f·x (d′)/1.2式中，d′-新的基片厚度;
f-對(duì)應(yīng)于基片厚度d＝1.2mm時(shí)的焦距。
若基片厚度減薄或增厚，則透鏡的焦距應(yīng)相應(yīng)地減小或增大。就此處所說(shuō)的各種透鏡，其焦距O在4～5mm的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的單側(cè)非球面透鏡非常有利于對(duì)它的制造和裝配。O該單側(cè)非球面透鏡，其不為非球面的那側(cè)表面為平面，故該透鏡也可稱為平面-非球面型透鏡。圖3示出了通過(guò)該透鏡的輻射路徑，它與平行光管透鏡一起使用，其解釋可參照?qǐng)D1的解釋，此處就不再加以說(shuō)明。
圖2中所示結(jié)構(gòu)，其中的單側(cè)非球面透鏡也可以用平面-非球面型透鏡來(lái)代替。
此地所要用到的平面-非球面型透鏡，也就是單側(cè)非非面透鏡的實(shí)施方案而已，均可用前面已經(jīng)提到的兩表的方法加以確定。的確，如果將系數(shù)a、b、和c的各規(guī)定值，屈光指數(shù)n，焦距f等均代入形狀因素C2/C1的方程式中，則可以在X-Y座標(biāo)平面上得出一系列的曲線，其中以透鏡的厚度d劃在X軸上，形狀因素C2/C1沿Y軸劃出。在這些曲線族中，尤其是那些屈光指數(shù)n較高的曲線與X軸相交了。該交點(diǎn)位置O，表示球面的曲率C2為零。換一句話說(shuō)，這就表示該面應(yīng)該是個(gè)平面。
平面一非球面型透鏡10是以等軸曲率半徑R來(lái)定義的。為了清晰起見(jiàn)，將它故意劃成略偏于光軸O-O′而示于圖3中，但在實(shí)際上，等軸半徑應(yīng)與光軸相重合。軸向厚度為d，以及屈光指數(shù)為n。對(duì)于一平面一非球面型透鏡，其放大率M＝0，并有大的受衍射限制的范圍，其受衍射限制的范圍足以大到能使它的三階慧形象差可以用高階的慧形象差作補(bǔ)償而達(dá)到最佳狀況，并且只表現(xiàn)出一定程度的偏離情況。比例d/R是作為一種屈光的功能指數(shù)n，它必須滿足本發(fā)明的專門規(guī)定要求。該要求又取決于透鏡的數(shù)值口徑及焦距。
設(shè)有一透鏡，其f＝4.5mm，并且N.A.＝0.45，其d/R要求應(yīng)為(d)/(R) ＝-5.8n2+23.7n-22.9設(shè)有另一透鏡，其f＝4.5mm，并且N.A＝0.50，則其要求應(yīng)為(d)/(R) ＝-5n2+20.5n-19.8采用上述表達(dá)式，若發(fā)生平面一非球面型透鏡的d/R偏差接近0.05的數(shù)量級(jí)時(shí)，仍然是可以接受的。
表面12可以用等軸曲率半徑R所給出的數(shù)值而加以確定。于是就確定了交會(huì)點(diǎn)15的位置，及表面12交會(huì)處的曲率半徑的位置。另外，根據(jù)要求，透鏡必須防止其出現(xiàn)球面象差。正如前述一樣，以點(diǎn)15作為起點(diǎn)，按著某一準(zhǔn)則，來(lái)計(jì)算出表面12的其它各點(diǎn)也完企是可能的，計(jì)算的準(zhǔn)則是所有射線的光學(xué)路徑長(zhǎng)度，從OO′軸上的物點(diǎn)至OO′軸上的相應(yīng)的鏡像點(diǎn)，必須都相等。這一非球面的校準(zhǔn)方法是公知的。作為例子可參見(jiàn)E.Woif，Proc.Phys.Soc.62(1948)494。
一個(gè)符合本發(fā)明的平面一非球面型透鏡的實(shí)例，可以是屈光指數(shù)n＝1.83196，軸向厚度d＝3.50mm，等軸曲率半徑R＝3.75mm，透鏡焦距f＝4.5mm，數(shù)值口徑N.A.＝4.5。在透鏡10和呈像面14間的距離S′＝3.05mm，透鏡的有效直徑為2Ymax＝4.05mm。光瞳落在表面12上，在呈像面18(原文為14，疑有誤)上受衍射限制的輻射光點(diǎn)V的半徑度光點(diǎn)寬度近似為1/μm。
正如圖1所示，透鏡10可以全由玻璃制成。玻璃透鏡有其令人滿意的光學(xué)特點(diǎn)，但若要在玻璃上形成非球面則是相當(dāng)困難的一件事，并且相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間，一各合成式的平面一非球面型透鏡如圖4和圖5所示，它們較為適宜于批量生產(chǎn)。
透鏡10包含的玻璃體為20，其平面?zhèn)仁緸?3，球面?zhèn)仁緸?1，該玻璃體較容易地可采用傳統(tǒng)的方法予以制備。其上外加一層塑料屑，它放在表面31上，并形成一種非球面的外形輪廓。比如，用一種紫外線聚合的塑料。該塑料在非常軟的狀態(tài)加到玻璃體上去。然而加上一個(gè)模子，模子應(yīng)該正好是所要求的輪廓形狀的反模。接著，應(yīng)將塑料作環(huán)境暴露處理，并將模子移掉。如此透鏡便制成了，而無(wú)須再作其他加工。
示于圖4的平面一非球面型透鏡的塑料屑22，其各點(diǎn)的厚度變化較大，在交點(diǎn)15外，厚度為零，或近乎零，但與此同時(shí)，在兩端處的厚度就有可能為50～60/μm(僅作為例子)。從技術(shù)觀點(diǎn)講，用塑料來(lái)復(fù)制表面輪廓，是可以做到的，不過(guò)，塑料層中相對(duì)的厚度應(yīng)該小下來(lái)。按照這一觀點(diǎn)，玻璃體的部分可以用塑料來(lái)代替，如圖5所示，因此就顯得塑料屑正個(gè)地厚了一點(diǎn)，并且相對(duì)的厚度差減小了。
在圖5的透鏡中，塑料層的厚度僅是玻璃體的一小部分，因此，總的透鏡的光學(xué)性能由于有了塑料層并不顯得有多大影響。而塑料層的光學(xué)性能比玻璃就要來(lái)得差。
圖6示出了平面一非球面型透鏡作為物鏡使用于掃描裝置的第一個(gè)實(shí)例示意圖。該讀出裝置包括一個(gè)管形外殼體30，其中安裝有一個(gè)二極管的激光器31，分光棱鏡32，平行光管透鏡33和一個(gè)平面-平球面型透鏡做的物鏡34，參考數(shù)16表示一個(gè)圓盤形的記錄器的經(jīng)向橫截面的一小部分。本例中的信息結(jié)構(gòu)是輻射-反射作用的，它放在記錄器的上方，它含有很多信息區(qū)域(未予示出)，信息區(qū)域沿著信息軌跡36作排列。
信息結(jié)構(gòu)由二極管激光器31所發(fā)射的讀出光束b掃描，平行光管使散射的光束形成為平行光束，并使該平行光束正好沿物鏡的光瞳34而通過(guò)。物鏡則在信息結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生受衍射限制的輻射光點(diǎn)。
讀出光束被信息板反射，并且當(dāng)記錄器(基片)相對(duì)于讀出光束作移動(dòng)時(shí)，該光束會(huì)被按照記錄器上所記錄的信息隨時(shí)間作調(diào)制，該經(jīng)調(diào)制的光束與從二極管激光器來(lái)的發(fā)射光束通過(guò)棱鏡32作了分選，棱鏡32將調(diào)制光束直接射向輻射敏感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)39。該系統(tǒng)所提供的電信號(hào)也即是調(diào)制了的信號(hào)，其信號(hào)符合記錄器所包含的信息。
聚焦時(shí)的誤差信號(hào)可作為一種關(guān)于物鏡34的聚焦面與信息面之間偏差大小和偏差方向的指示，為了得到這種聚焦時(shí)的誤差信號(hào)，而將棱鏡32朝出口的一側(cè)做成一種屋頂狀的表面結(jié)構(gòu)38，并且假設(shè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)39包含有四個(gè)探測(cè)器，屋頂頂狀棱鏡將反射光束分成兩股b1和b2光束，并由此在探測(cè)系統(tǒng)的平面上形成兩個(gè)輻射光點(diǎn)V1和V2。所形成的輻射光點(diǎn)各與兩個(gè)探測(cè)器相連。關(guān)于聚焦的誤差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及信息讀出結(jié)構(gòu)參考的詳細(xì)情況可參見(jiàn)英國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?，107，483(PHV 10173)，該申請(qǐng)已向公眾公開(kāi)。
管體30可安裝在滑板40上，如圖所示意，該滑板可作經(jīng)向移動(dòng)，如箭頭41所示，因而所有的信息軌跡36可被依次地進(jìn)行掃描。該裝置的所有元件，除物鏡34的外表面35外，均已內(nèi)部裝定，而用戶不會(huì)觸及到它們。透鏡34的外表面是用玻璃做的，因此它具有較高的防劃傷性能，故用戶可以作清潔擦拭，而不致于有任何損壞它的風(fēng)險(xiǎn)。
相反地，平面-非球面型物鏡可以裝在外殼30的外面，這樣一旦需要消除光跡誤差時(shí)，就可將物鏡沿徑向略加移動(dòng)幾十個(gè)1/um。為此，符合本發(fā)明的透鏡范圍設(shè)計(jì)得較大。另一辦法是將平面一非球面型物鏡設(shè)計(jì)得使其能在管30中作徑向移動(dòng)。在圖6所示的實(shí)例中，對(duì)徑向輻射光點(diǎn)V的精調(diào)只是通過(guò)管30的徑向位移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖7示出了另一個(gè)光掃描裝置，它采用了外側(cè)面是球面的單側(cè)非球面透鏡，外側(cè)用球面的目的是為了將散射光束b聚焦，因此可以在信息結(jié)構(gòu)上形成受衍射控制的輻射光點(diǎn)。該掃描裝置的功能情況類同于圖6中所示。圖7掃描裝置的優(yōu)點(diǎn)在于可以省去一個(gè)透鏡，這一特點(diǎn)對(duì)于該掃描裝置進(jìn)行批量生產(chǎn)是非常重要的。
勘誤表
權(quán)利要求
1.一個(gè)單側(cè)非球面透鏡用來(lái)在透明的記錄基片的信息面上產(chǎn)生一個(gè)受衍射限制的掃描輻射光點(diǎn)。該基片可透過(guò)輻射光束而形成輻射光點(diǎn)，且其厚度約為1.2mm。該透鏡的特征是，其形狀因素C2/C1和透鏡因素F= (d)/((n-1)·f) ，兩者之間具有下述關(guān)系(C2)/(C1) ＝a·F2+b·F+c(譯注原文公式有誤)對(duì)于透鏡的放大率在M=O和M=-0.222之間，則在不同的數(shù)值口徑N.A和不同的透鏡材料的屈光指數(shù)n下，對(duì)應(yīng)放大率下的a、b、c系數(shù)及透鏡因素F，由下表給出(見(jiàn)下一頁(yè))。其中d-透鏡的軸向焦距；f-透鏡的焦距；C1-非球面的等軸曲率；C2-另一透鏡面的曲率。
2.權(quán)項(xiàng)1所述的單透鏡，當(dāng)其M＝0，數(shù)值b經(jīng)N.A.＝0.45和焦距f＝4.5mm時(shí)，其特征是，不是非球面的一側(cè)是一個(gè)平面，并且非球面的等軸曲率半徑R符合以下要求(d)/(R) ＝-5.8n2+23.7n-22.9
3.權(quán)項(xiàng)1所述的單透鏡，當(dāng)其M＝0，數(shù)值口徑N.A.＝0.50和焦距f＝4.5mm時(shí)，其特征是，不是非球面的一側(cè)是一個(gè)平面，并且非球面的等軸曲率半徑R符合以下要求(d)/(R) ＝-5.112+20.5n-19.8
4.權(quán)項(xiàng)1、2或3所述的單透鏡，其特征是，其透鏡是用玻璃體形成的。
5.權(quán)項(xiàng)1、2或3所述的單透鏡，其特征是，其包含了一個(gè)玻璃體，玻璃體的一側(cè)表面附有一層透明的塑料層，而使其外輪廓成為非球面。
6.一個(gè)光學(xué)的讀寫(xiě)(記錄)裝置包含有一個(gè)輻射光源，一個(gè)平行光管透鏡和一個(gè)能把輻射光源所發(fā)出的散射的光束進(jìn)行聚焦的物鏡，從而在透明記錄基片的信息面上形成一個(gè)受衍射限制的輻射光點(diǎn)。其特征是，物鏡包含有一個(gè)透鏡，它應(yīng)如前述各權(quán)項(xiàng)所述的任何一種透鏡，物鏡的放大率M＝0，并且物鏡的非球面是直接朝著輻射光源的。
7.一個(gè)光學(xué)的讀寫(xiě)(記錄)裝置包含有一個(gè)輻射光源和一個(gè)能把輻射光源所發(fā)生的散射的光束進(jìn)行聚焦的物鏡，從而在透明記錄基片的信息面上形成一個(gè)受衍射限制的輻射光點(diǎn)。其特征是，物鏡包含有一個(gè)透鏡，它應(yīng)如前述各權(quán)項(xiàng)所述的任何一種透鏡，物鏡的放大率M＝-0.222，并且物鏡的非球面是直接朝著輻射光源的。(譯注本文共有七個(gè)附圖)
專利摘要
本發(fā)明涉及一種單側(cè)非球面的透鏡，該透鏡用來(lái)在透明的記錄基片之信息面上產(chǎn)生受衍射限制的掃描輻射光點(diǎn)，由輻射光束穿過(guò)基片而形成該輻射光點(diǎn)，基片的厚度約為1.2mm。本發(fā)明也包含一種使用上述透鏡而制成的光學(xué)掃描裝置。
文檔編號(hào)G02B3/02GK85102094SQ85102094
公開(kāi)日1987年1月31日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者布拉脫 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan