專利名稱：對(duì)反光式信息面進(jìn)行光掃描的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)反光式信息面進(jìn)行光掃描的裝置，該裝置包括提供掃描光束的二極管激光器;用于使掃描光束在信息面上聚焦成掃描光點(diǎn)并使掃描光點(diǎn)在復(fù)合的輻射敏感檢測系統(tǒng)上再成象的物鏡系統(tǒng);以及安裝在二極管激光器和物鏡系統(tǒng)之間光路中的復(fù)合衍射元件，該元件用于使由信息面反射的一部分光束向輻射敏感檢測系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)并把所述衍射光束分裂成許多子光束，這些子光束在所述復(fù)合撿測系統(tǒng)的相應(yīng)的許多檢測器對(duì)上形成相應(yīng)的許多光點(diǎn)，與一個(gè)檢測器對(duì)關(guān)聯(lián)的兩個(gè)檢測器之間的分離條紋的取向使得由掃描光束的波長變化引起的再成象光點(diǎn)的偏移不會(huì)對(duì)檢測信號(hào)有任何影響。
美國專利4，665，310公開了這種類型的裝置，它在原則上適合于閱讀記錄在光記錄載體上的信息，以及適合于對(duì)這種記錄載體進(jìn)行光學(xué)記錄。在該裝置中，衍射光柵式的復(fù)合衍射元件完成兩種功能(在沒有該復(fù)合衍射元件的情況下，這兩種功能是由兩個(gè)獨(dú)立的元件完成的)。第一，該光柵確保由信息面反射并穿過物鏡系統(tǒng)的光束偏離由二極管激光器所發(fā)射的光束的路徑，使得能夠在反射光線的路徑中設(shè)置檢測系統(tǒng)。第二，該光柵把被反射的光束分裂成產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)(即，一種包含關(guān)于物鏡系統(tǒng)焦面和該信息面之間偏移的大小和方向的信息的信號(hào))所需的兩束子光束。分開的檢測器對(duì)與每束子光束相關(guān)聯(lián)，同一檢測器對(duì)的檢測器的輸出信號(hào)之間的差異是掃描光束在信息面上聚焦程度的量度。
在所述記錄載體中，信息是按照信息徑跡排列的。如果兩個(gè)子光柵之間的邊界線平行于所述徑跡方向，那么，通過測定每個(gè)檢測器對(duì)的輸出信號(hào)的和并且把這些和信號(hào)彼此相減，就能夠獲得包含關(guān)于掃描光點(diǎn)中心與要掃描的信息徑跡中心軸之間偏移的大小和方向的信息的信號(hào)。
為實(shí)現(xiàn)所需的光束分裂，美國專利4，665，310的裝置的光柵包括兩個(gè)具有相同光柵周期的子光柵，同時(shí)，相對(duì)于兩個(gè)子光柵的邊界線，第一子光柵的光柵條紋以第一角度延伸、而第二子光柵的光柵條紋以與第一角度大小相等而方向相反的第二角度延伸。因?yàn)椋苌涔鈻攀谷肷涔馐跈M斷所述光柵條紋的方向的平面內(nèi)衍射，所以，投射到第二子光柵上的光束部分將獲得不同的方向。
和美國專利4，665，310所述的一樣，本發(fā)明中所述的光柵設(shè)計(jì)是以先前提出的復(fù)合衍射光柵作為根據(jù)的。后一種光柵包括兩個(gè)子光柵，其中，一個(gè)子光柵的光柵條紋具有與另一個(gè)子光柵的光柵條紋相同的方向，但這兩個(gè)子光柵的光柵周期不同。因?yàn)?，入射光束在光柵上的衍射角度決定于光柵周期，所以，投射在所述兩個(gè)子光柵上的光束部分以不同的角度衍射。
在包括這些光柵的掃描裝置方面已經(jīng)取得圓滿的經(jīng)驗(yàn)。但是，實(shí)驗(yàn)證明，在使用光柵時(shí)，由于掃描光束波長的變化，在產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)中，可能發(fā)生偏差。確實(shí)，這種偏差可以保持在為該聚焦誤差信號(hào)規(guī)定的公差范圍內(nèi)，但是，這將給其他可能的偏差留下很小的余地。例如，可能由于裝置誤差、光學(xué)元件彼此相對(duì)移動(dòng)或電子處理電路的失調(diào)而出現(xiàn)上述其他偏差。
眾所周知，實(shí)踐中經(jīng)常使用的二極管激光器所發(fā)射的光束波長可能由于例如溫度的變化而變化。此外，在不同時(shí)刻制造而用在同一過程中的各個(gè)二極管激光器的波長可能彼此有差別。掃描光束的波長變化引起子光束在子光柵上的衍射角的變化，從而導(dǎo)致光點(diǎn)在所述檢測對(duì)上位置的變化。
為了避免這種位置變化的影響所產(chǎn)生的聚焦誤差信號(hào)，已經(jīng)建議以如下方式排列每個(gè)檢測器的分離條紋，即，由所述波長變化引起的光點(diǎn)偏移是沿著這些分離條紋發(fā)生的。
在美國專利4，665，310所述的裝置中，這些條紋是有效的，即，當(dāng)光束以相關(guān)的光柵的光柵條紋的橫方向投射在該復(fù)合光柵上時(shí)，這些條紋是有效的。如果檢測器對(duì)位于物鏡系統(tǒng)光軸的一側(cè)、并且、位于垂直于該光軸并與二極管激光器發(fā)光表面重合或平行的平面內(nèi)，那么，所述分離條紋將以相對(duì)于兩個(gè)檢測系統(tǒng)的中心和二極管激光器的發(fā)光表面的中心的連接線的大小相等、方向相反的角度(+φ，-φ)延伸。這種方法也可用于包括如下光柵的裝置中，即，該光柵的子光柵具有不同光柵周期、而兩個(gè)子光柵的光柵條紋的方向相同。
當(dāng)使用具有傾斜的分離條紋的復(fù)合檢測器時(shí)，必須非常精確地調(diào)整延著所述邊界線測到的兩個(gè)檢測器對(duì)的中心和二極管激光器發(fā)光表面的中心之間的距離。
本發(fā)明的目的是提供開頭一節(jié)中所述類型的裝置，該裝置在波長變化方面得到校正、并且、與其他裝置相比、提供了關(guān)于所述光學(xué)元件的位置和參數(shù)的較寬的公差范圍。
本發(fā)明的裝置的特征在于檢測器對(duì)的分離條紋基本上平行于從二極管激光器的發(fā)光表面的中心到復(fù)合輻射敏感檢測系統(tǒng)的中心的連接線。
本發(fā)明基于所述掃描裝置的新穎的設(shè)計(jì)思想。乞今的設(shè)計(jì)方法是首先選擇與除了復(fù)合檢測器之外該裝置的各元件的位置和參數(shù)有關(guān)的目標(biāo)構(gòu)形，然后，設(shè)計(jì)具有這樣幾何形狀(特別是這樣的分離條紋角度φ)的復(fù)合檢測器，使得該裝置在波長變化方面得到校正。本發(fā)明裝置的設(shè)計(jì)方法是首先從該裝置的大致布局出發(fā)，設(shè)計(jì)具有給定幾何形狀的復(fù)合檢測器，就波長變化和位置公差方面選定該檢測器的最佳參數(shù);然后，利用由該復(fù)合檢測器為其他參數(shù)(尤其是各種光柵條紋的位置)提供的較寬的公差范圍，完成該裝置的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明可以用于這樣的掃描裝置在這些裝置中，衍射元件由包括多個(gè)子光柵的光柵構(gòu)成。這些子光柵可以具有直的光柵條紋和不變的光柵周期。但是，該裝置最好具有如下特征所述子光柵具有變化的光柵周期和彎曲的光柵條紋。
當(dāng)使用具有變化的光柵周期的衍射光柵時(shí)，降低了對(duì)二極管激光器相對(duì)于光電二極管式檢測器定位精度的嚴(yán)格要求，當(dāng)必須減小沿物鏡系統(tǒng)的光軸測得的該裝置的高度時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。此外，當(dāng)使用具有彎曲光柵條紋的光柵時(shí)，有可能通過修改復(fù)合光柵的曲率來校正諸如慧形象差和象散之類的成象誤差，當(dāng)使用具有直的光柵條紋的衍射光柵時(shí)，可能出現(xiàn)這些成象誤差。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例的特征在于兩個(gè)子光柵具有相同的平均光柵周期，同時(shí)，相對(duì)于兩個(gè)子光柵的邊界線，第一子光柵的光柵條紋的主方向以第一角度延伸，而第二子光柵的光柵條紋的主方向以與第一角度反向的第二角度延伸，并且，各檢測器對(duì)在所述邊界線的方向的橫方向上并置。
在本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例中，復(fù)合光柵包括兩個(gè)子光柵，該實(shí)施例具有如下特征(1)兩個(gè)子光柵的光柵條紋具有相同的主方向;(2)兩個(gè)子光柵的平均光柵周期是不同的;(3)各檢測器對(duì)在平行于子光柵之間的邊界線的方向上并置;以及(4)檢測器對(duì)的分離條紋位于所述連接線上。
該實(shí)施例在掃描光束的波長變化方面得到不完全的、但卻是很大程度的校正，這種校正在許多情況下是足夠的。為了得到完全的校正，檢測器對(duì)的兩條分離條紋必須以相對(duì)于所述連接線的、大約0.1°的大小相等、方向相反的角度延伸。原理上，可以把這種情況視為檢測對(duì)的分離條紋基本上平行于所述連接線。
該裝置的第三實(shí)施例的特征在于(1)相對(duì)于子光柵之間的邊界線，第一子光柵的光柵條紋以第一角度延伸，而第二子光柵的光柵條紋以與第一角度大小相等、方向相反的第二角度延伸;(2)兩個(gè)子光柵的平均光柵周期是不同的;(3)各檢測器對(duì)即在與所述邊界線平行的方向上、又在與其垂直的方向上占據(jù)不同的位置。
下面將參考附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中

圖1用圖解法示出包括衍射光柵的讀出裝置的實(shí)施例，圖2是本發(fā)明的檢測系統(tǒng)和相關(guān)的衍射光柵的第一實(shí)施例的示意的透視圖，圖3a和3b表示當(dāng)出現(xiàn)聚焦誤差時(shí)在已知的檢測系統(tǒng)中光點(diǎn)的變化，圖4示出用于圖2的裝置中的輻射敏感檢測系統(tǒng)，圖5是所述裝置的主要光路圖，圖中標(biāo)出各可調(diào)參數(shù)，
圖6示出檢測系統(tǒng)和相關(guān)的衍射光柵的第二實(shí)施例，圖7是圖6的檢測系統(tǒng)的供選擇的比較方案，以及圖8示出檢測系統(tǒng)和相關(guān)的衍射光柵的第三實(shí)施例。
圖1是具有反光式信息面2的光學(xué)記錄載體1的一小部分的切線方向剖面圖。該圖示出一條位于信息面2中的徑跡3。這種徑跡包括與中間區(qū)3b相交替的信息區(qū)3a。例如，區(qū)域3a處在與中間區(qū)3b不同的高度上。該信息表面受到由二極管激光器4發(fā)射的光束b的掃描。該光束由物鏡系統(tǒng)6(圖上示意地用單透鏡表示)聚焦，在信息面上形成微小的掃描光點(diǎn)V。如圖1中所示，該物鏡系統(tǒng)可以與準(zhǔn)直透鏡構(gòu)成整體。另一種方法是，可以在該物鏡系統(tǒng)的前面設(shè)置分開的準(zhǔn)直透鏡。當(dāng)該記錄載體繞平行于光軸OO的軸8旋轉(zhuǎn)時(shí)，徑跡3被掃描，從而，讀出光束被包含在該徑跡中的信息所調(diào)制。通過使記錄載體和包括光源4、物鏡系統(tǒng)6和檢測系統(tǒng)10的讀出頭在徑向(或X方向)彼此相對(duì)移動(dòng)，使整個(gè)信息表面受到掃描。
應(yīng)當(dāng)檢測已被信息表面反射和調(diào)制的光束，因此，必須將該光束與投射光束分開。所以，所述裝置應(yīng)當(dāng)包括光束分離元件。
為了讀出具有細(xì)微的、例如1微米量級(jí)的信息細(xì)節(jié)的信息結(jié)構(gòu)，需要具有大數(shù)值孔徑的物鏡系統(tǒng)。這種物鏡系統(tǒng)的景深是很小的。因?yàn)椋赡艹霈F(xiàn)信息面2和物鏡系統(tǒng)6之間距離的變化大于景深的情況，所以，必須采取一些步驟以便檢測出這些變化，并響應(yīng)這些變化而校正聚焦。為此，該裝置可以備有分束器(后者把反射光束分成兩束子光束)，并且，備有例如兩個(gè)檢測器對(duì)，其中第一對(duì)與第一子光束合作，而第二對(duì)與第二子光束合作。各檢測器的輸出信號(hào)經(jīng)過處理后，除了別的以外，產(chǎn)生聚焦伺服信號(hào)。
正如在1980年12月15日出版的“新技術(shù)”第6期第3頁上“光學(xué)聚焦誤差檢測”一文中所述的，光束分離和光束分裂可以用單一元件，即，透明光柵來完成。該光柵把由信息表面2反射并穿過物鏡系統(tǒng)6的光束分裂成衍射的零級(jí)子光束和若干一級(jí)或更高級(jí)的子光束。這些光束之一(最好是一級(jí)子光束)投射到輻射敏感檢測系統(tǒng)10、并特別用于產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)。光柵的各參數(shù)，特別是光柵條紋的寬度與中間條紋的寬度的比例、以及光柵凹槽的深度和形狀，可以按照能使最大量的光線到達(dá)檢測系統(tǒng)這樣的方式來選擇。
圖2是本發(fā)明的輻射敏感檢測系統(tǒng)10和相關(guān)的光柵的第一實(shí)施例的透視立視圖。用光束b在光柵9的區(qū)域上的橫截面來表示該光束。光柵9包括被線11相互分開的兩個(gè)子光柵12和13。子光柵12和13的光柵條紋分別用14和15表示。這些光柵條紋被中間條紋16和17隔開。在該實(shí)施例中，各子光柵具有相同的光柵周期，但是，子光柵12的光柵條紋14(最好是彎曲的)的主方向相對(duì)于邊界線11以第一角度延伸，而第二子光柵13的彎曲的光柵條紋15最好相對(duì)于邊界線11以與第一角度大小相等、方向相反的第二角度延伸。這些子光束b1和b2在XZ平面內(nèi)以不同的角度衍射。這意味著在檢測器平面上(XY平面)，光點(diǎn)V1和V2沿X方向彼此相對(duì)移動(dòng)。在該圖和其他附圖中，標(biāo)記X、Y和Z是坐標(biāo)系統(tǒng)的軸，該坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)O與二極管激光器4的發(fā)光表面的中心重合。
由細(xì)條紋22和23隔開的光電二極管式輻射敏感檢測器18、19和20、21分別與每束子光束b1和b2相關(guān)聯(lián)。這些檢測器要安置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，使得在光束b正確聚焦在信息表面2的情況下，由子光束b1和b2形成光點(diǎn)V1和V2的強(qiáng)度分布，對(duì)于檢測器18、19和20、21來說，分別是對(duì)稱的。當(dāng)出現(xiàn)聚焦誤差時(shí)，光點(diǎn)V1和V2將變得較大和不對(duì)稱，如圖3a和3b中所示。這些圖示出已知的復(fù)合檢測器，即，一種這樣的檢測器其分離條紋22和23分別以相對(duì)于點(diǎn)O和復(fù)合檢測器10的中心M之間的連接線CL的角度+φ和-φ延伸，該連接線與圖2和3中檢測器對(duì)18、19和20、21之間的分離條紋24重合。圖3a說明光束b的焦點(diǎn)位于信息面2前面的平面時(shí)的情形，而圖3b說明光束b的焦點(diǎn)位于該信息面后面的平面時(shí)的情形。
如果檢測器18、19、20和21的輸出信號(hào)分別用S18、S19、S20和S21表示，那么，聚焦誤差信號(hào)Sf將由下式給出Sf＝(S18+S21)-(S19+S20)正比于讀出的信息的信號(hào)，即，信息信號(hào)Si，由下式給出Si＝S18+S19+S20+S21如果兩個(gè)子光柵12和13的邊界線11平行于讀出徑跡3的方向，那么，還可能通過檢測器信號(hào)產(chǎn)生跟蹤誤差信號(hào)Sr。該信號(hào)由下式給出Sr＝(S18+S19)-(S20+S21)可以用如下方式確定該裝置的尺寸、并使復(fù)合光柵的幾何形狀和掃描光束的波長彼此相適應(yīng)，即，當(dāng)掃描光束b的焦面與信息面2重合時(shí)，使子光束b1和b2聚焦在光電二極管對(duì)18、19、20和21的分離條紋上。此時(shí)，光點(diǎn)V1和V2的尺寸是最小的，并且，對(duì)于關(guān)聯(lián)的檢測器對(duì)來說，每個(gè)光點(diǎn)的強(qiáng)度分布是對(duì)稱的。
當(dāng)改變掃描光束的波長時(shí)，子光束被子光柵衍射的角度將變化。這意味著，對(duì)于每束子光束來說，該子光束的主光線投射在相關(guān)的光電二極管對(duì)上的位置發(fā)生了偏移。為了保證主光線的這種偏移對(duì)聚焦誤差信號(hào)沒有任何影響，在已知的裝置中總是保證這種偏移是沿著檢測器對(duì)的分離條紋22和23發(fā)生的。因此，在上述實(shí)施例中，分離條紋22和23相對(duì)于點(diǎn)M和O之間的連接線以這樣的角度+φ和-φ沿伸，以致這些分離條紋的延長線彼此相交于光軸OO′，如圖3a和3b中所示。為清楚起見，在這些圖中，角度φ被夸大了。如果復(fù)合檢測器的平面與二極管激光器4的發(fā)光表面(XY)重合，那么，所述延長線彼此相交于點(diǎn)O。
如果各分離條紋相對(duì)于連接線CL以角度φ延伸，那么，應(yīng)當(dāng)精確地調(diào)整復(fù)合檢測器在Y方向上的位置。當(dāng)點(diǎn)M和O之間的距離Yd變化時(shí)，各分離條紋相對(duì)于光點(diǎn)V1和V2的位置也變化，因此，這種變化將影響聚焦誤差信號(hào)。確實(shí)，當(dāng)使用具有彎曲的光柵條紋的復(fù)合光柵9時(shí)，可以通過移動(dòng)該光柵來校正光點(diǎn)V1和V2位置，但是，只能在有限的程度上進(jìn)行這種校正。
此外，當(dāng)使用具有傾斜的分離條紋的復(fù)合檢測器10時(shí)，雜散光(例如，可能由于假反射而在該裝置中產(chǎn)生這種光)可能以不同方式影響不同的檢測信號(hào)，以致所導(dǎo)出的聚焦誤差信號(hào)受到該雜散光的影響。事實(shí)上，這種雜散光束將投射在復(fù)合檢測器10的一部分上(例如，左側(cè)部分)，如圖3a中用虛線園弧SL表示的。位于該園弧中的隔開的檢測器的各部分具有不同的尺寸，因此，對(duì)于不同的檢測器來說，所述雜散光對(duì)檢測器輸出信號(hào)的影響是不同的。
此外，如果檢測器對(duì)18、19;20、21中的分離條紋22、23以這樣的方式變化，即，該檢測器對(duì)的各檢測器具有不等的尺寸，那么，在代表作為聚焦誤差的函數(shù)的聚焦誤差信號(hào)的曲線中不僅可能產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于合乎要求的聚焦?fàn)顟B(tài)的第一零點(diǎn)，而且，還可能產(chǎn)生不對(duì)應(yīng)于合乎要求的聚焦?fàn)顟B(tài)的第二零點(diǎn)。于是，存在這樣的危險(xiǎn)，即，該裝置的聚焦伺服系統(tǒng)將掃描光束的焦點(diǎn)調(diào)整到信息面2的上方或下方。
按照本發(fā)明，使用圖2中以透視圖表示的而圖4中以平面圖表示的檢測器幾何形狀。
在圖4的復(fù)合檢測器10中，角度φ等于或基本上等于零;換言之分離條紋22和23彼此平行，并且，平行于分離條紋24和連接線CL。因此，降低了對(duì)點(diǎn)M和O之間距離Yt的嚴(yán)格要求。此外，該裝置因此而對(duì)復(fù)合檢測器10相對(duì)于Y軸的傾斜不太敏感。
圖4中，標(biāo)記符號(hào)W表示復(fù)合檢測器10的總寬度，而S表示檢測器10的平面中光點(diǎn)V1和V2之間的垂直距離。如果掃描光束清晰地聚焦在信息平面2上，那么，垂直距離S是光點(diǎn)V1和V2所在位置之間的距離。兩個(gè)檢測器對(duì)18、19和20、21可以彼此相對(duì)排列，但相互隔開一定距離，如圖4和圖2中分別表示的。在復(fù)合檢測器10設(shè)計(jì)中做了如下的考慮。
為了使檢測器信號(hào)最佳化，希望不同的檢測器具有相同的尺寸。如果檢測器對(duì)彼此相對(duì)排列，那么，上述要求意味著W＝2S。W和S的取值是綜合考慮的結(jié)果。一方面，為了使到達(dá)復(fù)合檢測器10的雜散光的數(shù)量盡可能少，檢測器10的寬度應(yīng)當(dāng)盡可能小。另一方面，為了使聚焦誤差檢測系統(tǒng)具有盡可能大的截獲范圍，W又應(yīng)盡可能大。對(duì)于S來說，其值不應(yīng)太小，這是由于在光點(diǎn)V1和V2的光線之間可能因此而出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。實(shí)際上，這些光點(diǎn)不是點(diǎn)狀的、有清晰邊界的光點(diǎn)，而是稍微擴(kuò)展的、其強(qiáng)度從中心向外側(cè)降低的光點(diǎn)。另一方面，S又不能太大，這是因?yàn)橐院笤谠撗b置的下一步設(shè)計(jì)中，看來很可能要在例如X和Y方向上移動(dòng)光柵條紋(例如，光柵9)，因此，可能出現(xiàn)象差，導(dǎo)致聚焦誤差信號(hào)曲線零點(diǎn)附近的斜率變小。
具有平行的分離條紋的復(fù)合檢測器的優(yōu)點(diǎn)可能是與具有傾斜的分離條紋的檢測器相比，更易于以所要求的精度制作該檢測器，尤其在距離S方面。
圖5示出各種參數(shù)，在選擇φ＝0的情況下，仍然可以在這些參數(shù)之間進(jìn)行選擇，以實(shí)現(xiàn)所希望的該裝置的最優(yōu)化。在該圖中，認(rèn)為二極管激光器4發(fā)光表面的中心位于坐標(biāo)系統(tǒng)XYZ的原點(diǎn)。Yd和Zd是檢測器10的中心M和點(diǎn)O之間沿Y軸和Z軸的距離。原則上，可以自由選擇這些距離。實(shí)際上，最經(jīng)常的情況是使用二極管激光器和光電二極管的組合體，這些元件安裝在一個(gè)部件上，因此，Yd和Zd的選擇受到限制。最好通過沿X和Y軸移動(dòng)光柵9，并使它繞Z軸旋轉(zhuǎn)，來確保光點(diǎn)V1和V2在復(fù)合檢測器10上處于所希望的位置。
圖6示出本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，兩個(gè)子光柵12和13的、最好是彎曲的光柵條紋的主方向相對(duì)于邊界線11以相同的角度延伸，而兩個(gè)子光柵的平均光柵周期是不同的。結(jié)果，子光束b2在YZ平面的衍射角不同于子光束b1的衍射角。這意謂著光點(diǎn)V1和V2在檢測器的XY平面上沿Y方向彼此相對(duì)移動(dòng)。
就其工作而言，圖6的裝置基本上類似于圖2的裝置，因此，不必予以描述。如果圖6中的檢測器10的分離條紋22和23彼此平行(φ＝0)，如本發(fā)明中所建議的那樣，那么，聚焦誤差信號(hào)能夠在實(shí)際上可接受的程度上與掃描光束的波長變化無關(guān)。如果在某些情況下希望進(jìn)一步減小這種相關(guān)性的話，那么，可以使分離條紋22和23相對(duì)于點(diǎn)M和O之間的連接線CL以非常小的角度φ(0.1°左右)定位，如圖7中所示。由于角度φ的值非常小，所以，這種情況仍然在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
應(yīng)當(dāng)指出，因?yàn)檠苌涔鈻诺男?即，在所需要的方向上衍射光線的量與投射在光柵上的光線總量之比)特別依賴與光柵周期，所以，圖2的復(fù)合衍射光柵比圖6和7的更可取。實(shí)際上，由于圖6和7的光柵的各子光柵具有不同的光柵周期的緣故，各子光柵可能獲得不相等的強(qiáng)度，以致可能引起跟蹤誤差信號(hào)的失調(diào)。在使用圖2的衍射光柵的裝置中不會(huì)出現(xiàn)這類失調(diào)。
圖8中示出本發(fā)明的裝置的第三實(shí)施例。光柵9也包括兩個(gè)子光柵12和13。但是，兩個(gè)子光柵的、最好是彎曲的光柵條紋的光柵周期和主方向都不相同。可以認(rèn)為這種光柵的工作是圖2和6的光柵的工作的結(jié)合。結(jié)果，子光束b1經(jīng)由圖8的光柵，在XZ和YZ兩個(gè)平面中，以不同于子光束b2的角度衍射。在復(fù)合檢測器10的XY平面中，光點(diǎn)V1和V2在X和Y兩個(gè)方向上彼此相對(duì)移動(dòng)。顯然，檢測器對(duì)18、19和20、21也在X和Y方向上彼此相對(duì)移動(dòng)。按照本發(fā)明，分離條紋22和23彼此平行，而該裝置仍然在掃描光束b的波長變化方面得到令人滿意的校正。
本發(fā)明可用于如下的任何聚焦誤差檢測系統(tǒng)中其中，衍射元件用于把由信息面反射的光束和由二極管激光器發(fā)射的光束分離、并用于將反射光束分裂成多束子光束。實(shí)際上，幾乎都采用由兩個(gè)子光柵產(chǎn)生的兩束子光束。在某些情況下，可能需要采用具有兩個(gè)以上的子光柵的復(fù)合光柵，以便產(chǎn)生兩束以上的子光束。本發(fā)明的方法可用于與這些子光束相聯(lián)系的每個(gè)檢測器對(duì)。這些光柵可以具有直的光柵條紋和不變的光柵周期。但是，最好采用圖2、6和8中所示實(shí)施例一類的光柵，這種光柵也稱為全息圖。這類光柵的子光柵具有變化的光柵周期，例如，該光柵周期以平均光柵周期的百分之幾的數(shù)量級(jí)變化。此外，如圖2、6和8中所示，兩個(gè)子光柵的光柵條紋是彎曲的。因此，這些子光柵具有變焦距透鏡的作用。由于變化的光柵周期的緣故，可以通過使光柵9在自身平面上移動(dòng)來改變光點(diǎn)V1和V2的位置?？山柚诟鞣N光柵條紋曲率，在邊界線11的方向的垂直方向上，把象差減至最小。當(dāng)采用集成的激光器-光電二極管元件(即，在該元件中，二極管激光器和光電檢測器設(shè)置在一個(gè)支承物上、因而彼此相對(duì)固定并在Z方向上具有不變的相對(duì)距離)時(shí)，移動(dòng)光點(diǎn)V1和V2位置的可能性尤其重要。所述距離易產(chǎn)生制造公差，并且，不能在該裝置裝配期間，通過使光電二極管和激光二極管在Z方向上相對(duì)移動(dòng)來加以校正。
在圖6和8的實(shí)施例中，盡管由于子光柵12和13具有不同的平均光柵周期而使子光束b1和b2以不同的衍射角在YZ平面上衍射，仍然確保各子光束的焦點(diǎn)位于同一XY平面上，這是通過改變子光柵的相應(yīng)部分的光柵條紋的曲率和光柵周期來實(shí)現(xiàn)的。
與具有直的光柵條紋的光柵相比，具有彎曲的光柵條紋的衍射光柵的重要優(yōu)點(diǎn)在于在具有彎曲的光柵條紋的光柵中，可以通過在制造這種光柵時(shí)考慮象差問題以及使光柵條紋的曲率適合于所述象差來消除諸如慧形象差和象散之類的光學(xué)象差，而當(dāng)使用具有直的光柵條紋的光柵時(shí)可能出現(xiàn)這些光學(xué)象差。
上文已就本發(fā)明用于讀出裝置的情況做了說明，但是，本發(fā)明也可用于寫入裝置或組合式讀-寫裝置，在這些裝置中，記錄期間，對(duì)寫光束的聚焦和跟蹤進(jìn)行監(jiān)控。本發(fā)明所述的聚焦誤差檢測系統(tǒng)不要求信息面2具有特殊的性能。只要該表面是反光的就已足夠。因此，本發(fā)明可用于需要非常精密的聚焦的各種裝置中，例如，用于顯微鏡中，在這種情況下，可以省去跟蹤誤差檢測。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)反光式信息面進(jìn)行光掃描的裝置，該裝置包括提供掃描光束的二極管激光器；用于使掃描光束在信息面上聚焦成掃描光點(diǎn)并使掃描光點(diǎn)在復(fù)合的輻射敏感檢測系統(tǒng)上再成象的物鏡系統(tǒng)；以及安裝在二極管激光器和物鏡系統(tǒng)之間光路中的復(fù)合衍射元件，該元件用于使由信息面反射的一部分光束向輻射敏感檢測系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)并把所述偏轉(zhuǎn)光束分裂成許多子光束，這些子光束在所述復(fù)合檢測系統(tǒng)的相應(yīng)的許多檢測器對(duì)上形成相應(yīng)的許多光點(diǎn)，與一個(gè)檢測器對(duì)關(guān)聯(lián)的兩個(gè)檢測器之間的分離條紋的取向使得由掃描光束的波長變化引起的再成象光點(diǎn)的偏移不會(huì)對(duì)檢測信號(hào)有任何影響，其特征在于檢測器對(duì)的分離條紋基本上平行于從二極管激光器的發(fā)光表面的中心的連接線。
2.如權(quán)利要求1中所要求的裝置，其中，衍射元件是包括兩個(gè)子光柵的衍射光柵，其特征在于這些子光柵具有變化的光柵周期和彎曲的光柵條紋。
3.如權(quán)利要求1或2中所要求的裝置，其中，衍射元件是包括兩個(gè)子光柵的衍射光柵，其特征在于兩個(gè)子光柵的光柵條紋具有相同的主方向，兩個(gè)子光柵的平均光柵周期是不同的，各檢測器對(duì)在平行于子光柵之間的邊界線的方向上并置，以及檢測器對(duì)的分離條紋位于所述連接線上。
4.如權(quán)利要求1、2或3中所要求的裝置，其中，衍射元件是包括兩個(gè)子光柵的衍射光柵，其特征在于兩個(gè)子光柵具有相同的平均光柵周期，相對(duì)于兩個(gè)子光柵的邊界線，第一子光柵的光柵條紋的主方向以第一角度延伸，而第二子光柵的光柵條紋的主方向以與第一角度反向的第二角度延伸，各檢測器對(duì)在所述邊界線的方向的橫方向上并置。
5.如權(quán)利要求1或2中所要求的裝置，其中，衍射元件是包括兩個(gè)子光柵的衍射光柵，其特征在于兩個(gè)子光柵的光柵條紋具有相同的主方向，兩個(gè)子光柵的平均光柵周期是不同的，各檢測器對(duì)在平行于子光柵之間的邊界線的方向上并置，以及檢測器對(duì)的各分離條紋以相對(duì)于所述連接線的、大約0.1°的大小相等、方向相反的角度延伸。
6.如權(quán)利要求1或2中所要求的裝置，其中，衍射元件是包括兩個(gè)子光柵的衍射光柵，其特征在于相對(duì)于兩個(gè)子光柵的邊界線，第一子光柵的光柵條紋的主方向以第一角度延伸，而第二子光柵的光柵條紋的主方向以與第一角度反向的第二角度延伸，兩個(gè)子光柵的平均光柵周期是不同的，以及各檢測器對(duì)在平行于所述邊界線的方向上和垂直于所述邊界線的方向上都處于不同的位置。
全文摘要
描述一種用于對(duì)信息面2進(jìn)行光掃描的裝置，其中，透鏡系統(tǒng)6把由二極管激光器4發(fā)射的光束b聚焦在該信息面上、并把由該表面反射的光束經(jīng)由復(fù)合衍射光柵9聚焦成兩個(gè)光點(diǎn)V
文檔編號(hào)G11B7/135GK1042440SQ8910835
公開日1990年5月23日 申請日期1989年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月3日
發(fā)明者彼得·庫普斯, 阿德里安納斯·約翰內(nèi)斯·杜伊維斯庭 申請人:菲利浦光燈制造公司