CN1025371C - 后向聚焦物镜及配备有这种物镜的光学扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种物镜(20)和配备了该物镜的光学扫描装置(30、20、50)。从物方看上去物镜的两个表面(22、23)都是凹面，而其焦距要比其沿轴向的厚度(d)短得多，而且象方的表面(23)为非球面。当使用该物镜时，此扫描装置可以作到非常紧凑。

Description

本发明涉及一种物镜，用于将发散的辐射来聚焦成受衍射限制的辐射点，它包括由透明材料制作的单透镜体，该透镜体在物方具有第一折射表面，在象方具有第二折射表面，至少上述表面之一为非球面。本发明还涉及配备有这种物镜的光学扫描装置。

这种物镜和扫描装置，从美国专利说明书№4，668，056中可以了解到。在上述专利说明书所描述的实施例中，由辐射源发出的发散光束，在透明记录载体的信息记录面上被聚焦为半值宽度为1μm数量级的受衍射限制辐射点，物镜为双凸透镜，其折射表面之一为非球面。非球面透镜的表面，可以被理解为其基本形状为    球面但其实形状稍有偏离，以便校正基本形状的球面象差的表面。这种公知的物镜具有直径为200μm数量级的比较大的受衍射限制象场，所以，在光轴的周围也能够形成轮廓清晰的辐射点，于是就可以通过物镜和扫描光束之间的相互移动，校正扫描点相对于信息记录面上被扫描道的图形的位置。

这种已知扫描装置的固有长度，即从辐射源到信息记录面的长度，大致可由（M+ 1/(M) +2）f+hh′式给出，其中M为放大倍率;f为焦距，即物方焦点与物方主点之间的距离;hh′为该物镜的前主面H和后主面H′之间的距离。对于薄透镜来说，后一项hh′相对于前一项可以忽略不计。在上述实施例中，放大倍率约为4.5，焦距约为3.2mm，其固有长度近似为20mm。在保证同样放大倍率的情况下，为使其固有长度减小，就必须减小焦距。然而当使用该物镜对于记录载 体上的信息记录面进行扫描时，可能产生与所需要的物镜自由工作距离有关的问题。事实上这种信息记录层是位于具有一定厚度（例如厚度为1.2mm）的透明基片背后的，而记录载体又必须距物镜一定的距离，以防止物镜与记录载体碰撞及在记录载体相对该物镜作多余运动时被损坏。

本发明的目的在于提供具有足够大的自由工作距离的物镜，同时又有比已有物镜短得多的焦距，制造方式也比较简单。此物镜的特征在于：从物方看过去第一和第二个折射表面都是凹面;其焦距要比其沿轴向厚度短得多，且第二个折射表面为非球面。

这种可以被称之为后向聚焦透镜或反向远距离摄影透镜的物镜，其设计是基于这样一些认识，即对于上述应用来说其象场可以小，此物镜可以有彗差，因为当把此物镜及辐射源装配到扫描装置中时，可以通过使辐射源的位置适合来补偿彗差。由于此物镜的固有长度短以及相应的扫描装置的尺寸小、重量轻，所以它能够相对于记录载体的信息记录面上被扫描的道结构迅速而准确地定位，所以该物镜只需具有很小的象场。

在本发明所述的物镜中，入射在第一表面上的发散光束甚至再现出更加发散，所以其完全充满第二表面，而由第二表面将扩展的光束聚焦。

应当指出的是，对于供扫描装置用的物镜来说，这种首先发散随后聚焦的原理，本来是从本申请人名义提交的欧洲专利申请№0，294，902中公知了的。然而这种已知的物镜系统是反射式物镜。对于反射式物镜的反射面形状的精度要求，要比必须对透明的折射面提出的要求高5～6倍，所以本发明所述的物镜制造起来要简单 得多。

按照进一步的特征，第一个折射面可以是非球面的，以便增大此物镜的象场。

该物镜的最佳实施例，其特征在于：在第一及第二个折射面之间存在有第三个表面，此第三表面为反射面，并且使经过第一折射面射入光束的主光线偏转，大约以90°角射向第二个折射表面。

这样会使物镜的体积以致于重量大约减小50%，从而就使该物镜更加适合于安装在小而轻的扫描装置中。

应当指出的是，欧洲专利申请№0，272，724描述了一种使用物镜的光学扫描装置，其中在两个折射表面之间配备有反射表面。然而这个物镜的基本形状为具有较长焦距的双凸透镜，而且并不是具有短焦距的后向聚焦透镜。

本发明还涉及一种对于记录载体透明基片上的信息记录面进行扫描的光学扫描装置，此扫描装置包括一个面向基片远离信息记录面一侧的辐射源，以及一个将该辐射源提供的发散辐射束聚焦到信息记录层上扫描点的物镜系统。此扫描装置的特征在于，其物镜系统是由前面描述过的物镜构成的。

这种扫描装置沿光轴方向测得的尺寸只有几毫米的数量级，特别适合于使用光盘的便携式播放机和车用的播放机，以及具有多个光盘的存储系统中。

这种打算用来对扫描反射信息记录面的扫描装置，其进一步的特征可以是把来自信息记录面的辐射偏向辐射灵敏探测系统的一个衍射元件，该辐射灵敏探测系统也象辐射源一样被安置在物镜的同一侧。

此衍射元件可以用这样的方式形成，以使入射在探测系统上的光束，与适宜的探测系统相配合，适于检测聚焦误差。聚焦误差，可被理解为物镜聚焦平面和信息记录平面之间的偏差。

具有适于检测聚焦误差的衍射元件的扫描装置的第一个实施例，其特征在于：该衍射元件是一个能够产生象散的元件，而且辐射灵敏探测系统包括四个探测器，配置在被此衍射元件偏转的光束的主光线周围的四个象限内。

能够产生象散的元件可以是线性光栅，因为它处在非平行光束之中，所以它在该光束中的位置就产生一定程度的象散。在探测系统上面由此光束形成的辐射点的形状取决于其在信息记录平面上的聚焦程度。

在散焦的情况下，此辐射点变形为椭圆形光点，它的长轴处在两个相互垂直方向之一的方向上，也称之为象散方向，这取决于散焦的符号。处在四个探测器之间的分隔条，大约与象散方向成45°角延伸。

如果要求象散的程度较大，那么衍射元件就可以是具有直光栅条纹的衍射光栅，而且光栅周期是线性变化的。最好是使象散衍射元件为具有弯曲光栅条纹的全息光栅，而且光栅的周期是非线性变化的。成象误差（诸如彗差），可以通过修改光栅条纹的曲率加以校正。

应当指出的是，利用光栅周期线性变化的光栅与四象限检测器组合以产生聚焦误差信号，其本身由美国专利说明书№4，358，200就可以知道。然而根据上述专利说明书提供的装置，并不包括有后向聚焦物镜。

检测聚焦误差的第二种可能性，它最好是前面提到过的关于温度灵敏度以及组装控制简便方面的所谓象散方法，可在实施例中了解到，其特征在于：第一个衍射元件是一块包括有两块子光栅的复合的衍射光栅，该光栅能将偏转的扫描光束分成两条子光束;而且复合的探测系统包括两个探测器偶，第一及第二条子光束分别同第一及第二个探测器偶相配合。

在此扫描装置中，扫描点在探测器偶上被重新成象为两个辐射点。其中每个辐射点都在横过相关联探测器偶的分隔条移动，这取决于扫描光束相对于信息记录面的聚焦误差。这种偏离可以通过对探测器的输出信号进行比较而检测出来。这种聚焦误差的检测方法通称为双傅科法。

最后提到的扫描装置的最佳实施例，其特征在于：所述的子光栅具有变化的光栅周期;而且子光栅的光栅条纹是弯曲的。

由于光栅的周期是变化的，而且光栅条纹是弯曲的，所以该复合光栅具有透镜的作用;而且通过该光栅沿着两条子光栅的联接线放置，可以作到让辐射点的能量分布相对于彼此关联的探测器偶为对称的，特别是因为物镜系统与光栅组合的成象长度，在光轴方向上是和激光二极管与探测器之间的距离相适应的。假如光电二极管形式的探测器与激光二极管组合成一个元件并相互固定，让辐射点的能量分布对称就特别重要。具有变化的光栅周期和弯曲的光栅条纹的复合光栅，又可称之为全息图，能够对诸如彗差和象散之类的成象误差提供校正的可能性，当使用具有直光栅条纹的光栅时，都可能出现这类成象误差。

在原理上，使用傅科聚焦误差检测方法的扫描装置实施例有两 个。第一个实施例的特征在于：一块子光栅的光栅条纹的主方向与另一块子光栅的条纹主方向相同;两块子光栅的平均光栅周期是不同的，而且两个探测器偶是在平行于两块子光栅之间联接线的方向上并列配置的。在该实施例中，扫描光束的子光栅在同一方向上偏转，但角度不同。

第二个实施例的特征在于：两块子光栅具有相同的平均光栅周期;一块子光栅的光栅条纹主方向以第一种角度，另一块子光栅的光栅条纹主方向以第二种角度相对于两块子光栅的联接线伸展;而且两个探测器偶是在横过上述联接线的方向上并列配置的。扫描光束的子光束这时最好是以相同的角度偏转，但方向不同。后一个实施例优于前一个实施例，因为它具有更好的装配公差、控制方便和稳定性。

当对于排列成道的信息结构进行扫描时，为了能够使扫描点准确地跟踪信息道，此扫描装置的特征还可以是一个将由辐射源提供的辐射束形成为一扫描光束和两条辅助光束的衍射元件。

由上述衍射元件形成的子光束，通过物镜聚焦成两个位于信息平面上被扫描道的两个不同的边沿的辅助光点。每个辅助光点均被再次成象在探测系统的分立探测器上。跟踪的误差信号，也就是说，指示扫描点中心和被扫描道中心线之间的偏差大小及方向的信号，可由上述两个探测器的输出信号之差中得到。

根据该扫描装置的进一步特征，上面提到的光栅中的每一个，都可以在物镜的表面之一上提供。

所以，象这样的光栅并不要求独立的支座，从而进一步简化了扫描装置。

本发明的实施例，现在将参照附图作更加详细地描述，其中，

图1表示由本发明所述物镜的第一种改型构成的扫描装置的第一个实施例;

图2及图3表示此扫描装置的进一步实施例，其中的衍射光栅被安排在物镜的一个表面上;

图4、5、6及7表示衍射光栅的各种不同实施例;

图8表示适用于磁-光盘的扫描装置实施例;

图9表示用衍射光栅形成两条辅助光束的扫描装置实施例，以及

图10表示具有本发明所述的第二种改型物镜的扫描装置实施例。

图1以横切面的形式表示出具有透明基片2及信息记录层3的光学记录载体1的一部分，而且在信息层3上面可以涂覆保护层4。扫描装置系由物镜20及辐射源30（例如二极管激光器）构成，被安排成与该记录载体靠紧。由辐射源发出的发散的扫描光束31，被物镜聚焦为信息记录平面3上的半值宽度为1μm数量级的扫描光点32。通过让该记录载体围绕其平行于光轴00′的轴线（图中未表示）旋转，并通过在径向（即垂直于图1平面的方向）上让扫描装置和记录载体作相对移动可对于整个信息记录平面进行扫描。

物镜系由一块比较厚的最好具有高折射率（例如折射率分别为2.53和1.80的Znse或SFL6）的玻璃体21构成。该玻璃体具有第一折射表面22和第二折射表面23。折射面22对于入射的发散光束31具有发散作用，使其在物镜体内部进一步更加发散，以便充满整个折射面23。折射面23则具有很强的会聚作用，将 该光束聚焦为受衍射限制的扫描点32。

物镜的主点用H表示，而且物方焦点用F表示。在图1所示的实施例中，焦点F位于物镜内部。不过此焦点也可以位于物镜的外部。焦距则被定义为物方焦点和主点之间的距离，它比该物镜的轴向厚度d要小得多。因而此扫描装置可以非常紧凑，但又非常坚固。

由Znse构成的物镜实施例之一，所具有的焦距大约为0.5mm;轴向厚度d大约为2.8mm，而且物镜和记录载体之间的距离约为1.1mm。在基片厚度约为1.2mm的情况下，由物镜的前表面至信息记录层的总长度大约只有5.2mm。

如果两个表面22及23均为球面，则物镜就会显现出球差。为了校正球差，可将表面23做成非球面，此即意味着该表面的形状与球面有一小的偏离。这个非球面形状是以图1中的插图表示的。真实表面用实线曲线23表示，而基本的球面形状用虚线23′表示，为清楚起见又将其表示为直线。

具有非球面23的物镜，其受衍射限制象场例如可以为5μm，这要比迄今为此目的所使用的物镜系统小得多。于是这就意味着，当对带有信息道的记录载体进行扫描时，通过让扫描光束相对于物镜移动，再也不可能从一道到另一道转换。然而这并不是缺陷，由于它紧凑而且重量轻，于是就使该扫描装置整体上很容易按照要求的速度移动。

假如要求象场大一些，则折射表面22也可以做成非球面的。那么象场直径就可以具有例如50μm。

在美国专利№4，668，056中为了在传统物镜表面上提供非球 面形状所描述的工艺，也可被用于在表面23或者表面22及23两者上提供非球面形状。于是就可以得到一种物镜，它的非球面是将透明的合成材料层的非球形外表面配备在玻璃体的球形表面之上而形成的。这种合成材料可以是可聚合材料，例如在紫外辐射的作用下能够固化的合成材料，并以液态提供在物镜表面上，通过模压给出所要求的形状。

记录载体可以透射的方式被读出。于是辐射灵敏探测系统就被安置在此记录载体的背面，以便将通过记录载体并受到被读出信息调制的读出光束转换为电信号。不过信息记录平面最好为反射面。经过反射且被调制过的光束31′，通过如投射光束31同样的路程，再一次被物镜20接收，只不过在相反方向上。光束31′可能再一次进入辐射源30。假如该辐射源为激光二极管，那么在德国专利说明书№1，584，664中描述过的被称之为反馈作用，就可被用来读出写入的信息。

然而通常要使用分束元件，例如半透射镜或半透射棱镜40，将反射回来的光束31′的一部分，反射到被置于投射光束31及反射光束31′共同的辐射路程上的辐射灵敏探测系统50，如图1所示。

为了将投射光束和反射光束分开，增加使用了衍射光栅。该光栅可以是设置在辐射源和物镜之间的分束元件。如图2所示，最好将光栅41配置在物镜的表面22上面。此光栅可以将入射其上的光束分束为无偏转的零级子光束、正一级和负一级子光束以及多个高级子光束。此光栅的参数，诸如光栅条纹的宽度与居间的条纹宽度之比（在相位光栅的情况下）、光栅沟槽的形状和深度，都可以 进行挑选，以便使在经过光栅41的第一通道内形成的零级子光束和在经过该光栅的第二通道内形成的第一级子光束，其光强之积为最大。保证让在经过光栅41的第一通道内形成的第一级子光束按照某种角度偏转，以使这些光束的辐射被信息记录面3反射之后不会到达探测系统50。

在图2所示的实施例中，辐射源30和辐射灵敏探测系统50被安置在距物镜表面22某一距离处。这就提供某种好处，使得当采用全息光栅作为衍射元件时，有可能通过让带此光栅的物镜相对该探测系统移动作精细地调整。

在图3所示的实施例中，衍射光栅41′被配置在物镜的第二表面23上。此光栅能使物镜20内部的部分反射光束偏离起始的反射光束，以使该反射的光束部分以不同的角度入射在表面22之上，从而射向探测系统50。

安置在辐射源30和物镜之间的分束光栅或者表面22和23上面的光栅41或41′，均可以按照某种方式来完成，即使由该光栅发出并射向探测系统50的光束，与适当的探测系统一起，适于提供一个聚焦误差信号。具有相关探测系统的这种光栅的第一个实施例，以图解法表示在图4中。在该图中，光束31′表示为其在光栅（例如光栅41）面内的截面。光栅41系由两块被联接线44彼此分开的子光栅42和43组成。各子光栅的光栅条纹，用标号45和46表示。这些光栅条纹分别被居间的条纹47和48分开。在此实施例中，两块子光栅具有相同的光栅周期，但是最好是让子光栅42的弯曲光栅条纹45的主方向以第一个角度相对于联接线44伸展，而且第二块子光栅43的弯曲光栅条纹46的主方向，则以第二个最 好是同样大的但却反向的角度相对于该联接线伸展。两条子光束基本上是在横过主方向的方向上偏转。由于两块光栅条纹的主方向不同，所以子光束31^′ _a和31^′ _b在YZ平面内偏转的角度也不同。这就意味着，在探测器平面即XY平面内，辐射点31′_a和31^′ _b在Y方向上是彼此偏移的。在该图以及随后的各图中，X，Y和Z，指的是其原点O与激光二极管30的辐射发射表面中心重合的坐标系统的三条轴线。

以光电二极管形式出现的辐射灵敏探测器51，52及53，54，分别被窄条纹55及56分隔开并同每条子光束31′_a及31′_b相联结。这些探测器是按这样的方式安置的，使其在信息记录面3上光束31正确聚焦的情况下，由子光束31′_a及31′_b形成的辐射点33_a及33_b的光强分布，分别相对于探测器51，52及53，54为对称的。当出现聚焦误差时，辐射点33_a及33_b将变得非对称性增大，而且每个辐射点的辐射分布中心，均在横过相关探测器对的分隔窄条55，56的方向上移动。

如果探测器51，52，53及54的输出信号分别以S₅₁，S₅₂，S₅₃及S₅₄表示，则聚焦误差信号S_f将以下式给出：

S_f＝（S₅₁+S₅₄）-（S₅₂+S₅₃）

与读出的信息成正比的信号或称之为信息信号S_i，可由下式给出：

S_i＝S₅₁+S₅₂+S₅₃+S₅₄

为了产生聚焦误差信号，图4给出的复合光栅可以用图5中表示的光栅41来代替。在该图中示出了扫描光束31、反射光束31′在光栅面上的截面以及子光束31^′ _a及31^′ _b。两块子光栅42及43 的弯曲光栅条纹的主方向这时最好是以同样的角度伸向联接线44，而这两块子光栅的平均光栅周期是不同的。因此，子光束31′_a被偏转的角度是不同于子光束31^′ _b被偏转的角度的。这就意味着在探测器51，52，53和54的平面内，辐射点33_a和33_b是在联接线44的方向上彼此偏移的。

子光栅42和43也可以为直的光栅条纹，而且光栅周期为固定的。然而最好使用又可以称之为全息图类型的光栅，它具有变化的光栅周期，其中光栅周期的变化量譬如可以为平均光栅周期百分之几的数量级。此外，如图4及图5所示，两块子光栅的光栅条纹都是弯曲的。因而这些子光栅具有可变化透镜的作用。由于光栅的周期可以变化，所以辐射点33a和33_b的位置，也可以通过让光栅41在其自身平面内移动来加以改变。在垂直于联接线44方向上的象差，可以通过适宜的光栅条纹曲率使其减至最小。如果使用的是整体化的激光-光电二极管单元，即一种激光二极管和光电探测器安置在一个支座上面、彼此固定，因而在Z方向上具有固定的相互距离的组件，这些辐射点位置的移动性就特别重要。这个距离要受到制造公差的支配，而且在组装扫描装置时，不可能使光电二极管在Z方向上相对于激光二极管移动而加以校正。

与具有直光栅条纹的光栅相比，具有弯曲光栅条纹的衍射光栅或全息图的一个重要优点在于，当使用具有直条纹的光栅时可能出现的光学象差，如彗差和象散，在具有弯曲条纹的衍射光栅或全息图中，通过把这些象差在全息光栅的加工中考虑进去，并且通过修改光栅条纹的曲率，就可以避免。

应当指出的是，除了上面指出的全息光栅的优点之外，如果要 在弯曲的透镜表面22或者23上配置光栅，则此光栅应当是全息光栅，因为它的两透镜表面曲率是相关的。此外，如果光栅如图3所示配备在表面23上面，那么它就必须为使光束31′的主光线不会在光轴上入射在表面22这一事实进行校正。因而图2的实施例优于图3的实施例。

图6表示能够将被反射的扫描光束31′变换为象散光束31^′ ₁的光栅70的实施例。从原理上说来，此光栅具有直的光栅条纹71，而且光栅周期是线性变化的。该光栅按照这样一种方式加工成所需要的尺寸，以使光束31′的辐射能够在一级（例如正一级）有大的偏转。第一级光束31^′ ₁已不再聚焦为一个点，而是聚焦为两根相互垂直的焦线75和76，而且焦线75处在假如光栅为非象散时光束31^′ ₁将会聚焦的位置。当聚焦误差出现时，焦线75和76同时在同一方向上移动相同的距离。所谓的四象限探测器80，被安置在如果扫描光束被清楚地聚焦在信息记录面上时，大约为象散焦线所占据的两位置之间路程一半的平面上。图7中表示的这种探测器包括四个探测器81，82，83及84，被安置在偏转光束31^′ ₁的主光线周围的四个不同象限内。如果扫描光束被清晰地聚焦在信息记录面3上，那么由光束31^′ ₁形成的辐射点33^′ ₁在该探测器的平面上就是圆的，如图7中的实线圆表示的那样。如果出现聚焦误差，则辐射点33^′ ₁被变形为椭圆形光点，如图7中以虚线椭圆表示的那样。椭圆的长轴以与分隔条85及86成45°角的方向伸展，此角的符号由聚焦误差的符号来决定。假如探测器81，82，83及84的信号以S₈₁，S₈₂，S₈₃及S₈₄来表示，则聚焦误差信号Sf将由下式给出：

S_f＝（S₈₁+S₈₃）-（S₈₂+S₈₄）

如果光栅70被安置在辐射源30与物镜20之间，那么就可以由具有弯曲光栅条纹的全息光栅来完成，以便再能获得参照图4及图5描述的调整和校正的可能性。如果光栅70被安置在透镜的某一表面22或23上面，则此光栅必须是全息光栅，以便校正相关表面的曲率，在此情况下还可以得到调整及校正的可能性。而且最好还是将光栅70安置在表面22上而不是安排在表面23。

图8表示的扫描装置的实施例，特别适合于对所谓的磁-光记录载体进行写入及读出。象这样的记录载体以及为该载体使用的写入及读出装置，在《菲利浦技术评论》Vol.42，№2，1985，P.37-47发表的“可擦除的磁-光记录”一文中作了特别的描述。正如该文章中描述的那样，当对磁-光记录载体进行读出时，最好使用所谓的差分方法。被信息记录面反射回来的辐射，其偏振方向受到被读出信息的时间调制，经过物镜之后被分束成两条相互垂直偏振的子光束，入射在独立的探测器上。在已知的这种装置中，是借助一种偏振-灵敏分束器进行分束的。

图8所示的扫描装置并不要求有这样的分束器，因为光栅90就能够提供两条空间分开的光束31^′ ₁及31^′ ₂，而最好为正一级和负一级衍射光束。这两条光束能确保具有相同的强度。偏振片91和92被按照这样一种方式安置在探测器50₁和50₂之间，以使入射在探测器50₁上的光束31^′ ₁具有第一个偏振方向，而且入射在探测器50₂上面的光束31^′ ₂具有与第一偏振方向垂直的第二个偏振方向。

在图8中，光栅90被安置在透镜第一表面22上。假如将此光栅安置在透镜第二表面23上，则是此扫描装置最紧凑的形式。这也可以应用于前面描述的实施例。

当对带有信息道的信息记录平面进行扫描时，必须确保扫描光点的中心一直能同被扫描道的中线重合。为此目的，该扫描装置必须具有能够检测扫描光点中心与被扫描道中线之间偏差的设备，即一种能够产生跟踪误差信号的设备。所以，扫描光点相对此道的中心线的位置，就可以借助于该信号进行校正，例如可以通过让信息记录平面和扫描装置在径向上相互移动进行校正。

如在美国专利№3，376，842中描述过的，可以用一个光栅来产生这种跟踪误差信号。图9表示具有这种光栅100的扫描装置实施例。正如此图中表示的那样，该光栅能够将辐射源30发出的光束31分束为无偏转的零级光束31_a、正一级衍射光束31_b、负一级衍射光束31c以及多个高级衍射光束。最后提到的光束对于本发明并不重要，因为它会被大大地偏到物镜20之外，况且其强度很小。此光栅100为单一的，即不可分的。该光栅的参数，特别是其光栅条纹宽度与居间的光栅条纹宽度之比，以及光栅沟槽的深度和形状，都可以加以选择，以使入射光束31的全部辐射基本上都能到达光束31a，31b及31c。而且可以保证光束31a的强度能比光束31b及31c中每条光束的强度大若干倍，例如6倍。

光束31_a为主光束或扫描光束，并由它在信息记录平面3上形成扫描光点32_a。光束31_b及31_c为辅助光束，它在信息记录平面上被物镜20聚焦成两个辅助光点32_b及32_c。因为辅助光束31_b和31_c是被光栅100以相反的角度偏转的，故从道的方向上 观察，辅助光点32_b及32c位于扫描光点32_a两侧。

光栅100的光栅条纹方向和有效道的方向之间的角度可以加以选择，以便作到，当扫描光点32_a的中心位于被扫描道的中心线上，辅助光点32_b的中心位于该道的一个边缘，而辅助光点32_c的中心则位于该道的另一个边缘，在道的方向上观察，辐射点32c，32_a及32_b就是一个接着另一个。在辐射灵敏探测系统50中，对于每条辅助光束都存在单独的探测器。在辅助光点32_b及32_c对道的覆盖程度相等的情况下，上述探测器的输出信号相等。当跟踪误差出现时，辅助光点之一的中心朝向该道中心线移动，而另一个辅助光点的中心则背离该中心线移动，上述两个单独的探测器的输出信号就变成不相等。这两个探测器的输出信号之差，就代表跟踪误差信号。

为了限制探测系统50上面的子光束的数目，最好将光栅100安置在辐射源30和物镜20之间，而且尽可能紧靠辐射源，这样，被反射的光束就再不会经过此光栅。光栅100可以是直条纹的周期固定的光栅。如图3所示的光栅41′，可配置在透镜表面23上。如果光栅100配置在透镜表面22上（图9），则它就是全息光栅。在一些情况下，作为一种替换也可以将光栅100配置在物镜20的表面23上，而把光栅41′配置在其表面22上。

图10表示物镜20′的第二种基本实施例，它比图1，2，3，8及9中表示的物镜更加小而轻便。除了两个折射面22及23之外，图10的物镜还有第三个表面110，它是一个反射表面，并且以大约与起始光轴00′成45°角伸展。因而扫描光束31以及可能的反射光束31′都会在物镜20内折叠。透镜20′具有如图1，2，3，8及9中透镜的同样作用，但它所用的透镜材料少得多。

物镜20′的一个表面之一（表面23）或者两个表面22及23均为非球面。这些表面可以配置有参照图2，3，8及9描述的衍射光栅。分别参照图2及3的光栅41及41′之一，也可以安置在物镜20′的反射表面110上。

按照本发明的物镜，不仅可以应用在读出设备中，而且也可以应用在写入设备或者写入-读出组合设备中。

Claims (13)

1、一种用于将发散的辐射束聚焦成受衍射限制辐射点的物镜，它包括一个由透明材料制作的单透镜体，该透镜体在物方具有第一折射表面，在象方具有第二折射表面，至少上述表面之一为非球面，其特征在于：从物方看过去第一和第二个折射表面都是凹面；其焦距要比其沿轴向的厚度短得多；且第二个折射表面为非球面。

2、如权利要求1所述的物镜，其特征在于，第一个折射表面也是非球面。

3、如权利要求1或2所述的物镜，其特征在于：在第一及第二个折射表面之间存在有第三个表面，此第三个表面为反射面，将经过第一折射面射入光束的主光线以大约90°的角度偏向第二个折射面。

4、一种对于记录载体透明基片上的信息记录平面进行扫描的扫描装置，此扫描装置包括一个对着基片的远离信息记录平面一侧的辐射源，以及一个用来将该辐射源提供的发散的辐射束在信息记录层上聚焦为扫描点的物镜系统，其特征在于，此物镜系统是由权利要求1，2或3所述的物镜构成的。

5、如权利要求4所述的为对反射信息记录平面进行扫描的扫描装置，其特征在于一个衍射元件，使来自信息记录平面的辐射偏向辐射灵敏探测系统，该辐射灵敏探测系统也象辐射源一样被安置在物镜的同一侧。

6、如权利要求4所述的扫描装置，其特征在于将由辐射源提供的辐射束形成为一扫描光束和两条辅助光束的衍射元件。

7、如权利要求5所述的扫描装置，其特征在于：所述衍射元件是一个能够产生象散的元件，而且辐射灵敏探测系统包括四个探测器，配置在被此衍射元件偏转的光束的主光线周围的四个不同的象限内。

8、如权利要求7所述的扫描装置，其特征在于此象散衍射元件为具有弯曲光栅条纹的全息光栅，而且光栅的周期是非线性变化的。

9、如权利要求5所述的扫描装置，其特征在于：第一个衍射元件是一块包括有两块子光栅的复合衍射光栅，该光栅能将偏转的扫描光束分成两条子光束;而且复合的探测系统包括两个探测器偶，第一及第二条子光束分别同第一及第二个探测器偶相配合。

10、如权利要求9所述的扫描装置，其特征在于：所述的子光栅具有变化的光栅周期;而且此子光栅的光栅条纹是弯曲的。

11、如权利要求9或10所述的扫描装置，其特征在于：一块子光栅的光栅条纹的主方向与另一块子光栅的条纹主方向相同;这两块子光栅的平均光栅周期是不同的;而且两个探测器偶是在平行于两块子光栅之间联接线的方向上并列配置的。

12、如权利要求9或10所述的扫描装置，其特征在于：两块子光栅具有相同的平均光栅周期;一块子光栅的光栅条纹主方向以第一种角度、另一块子光栅的光栅条纹主方向以第二种角度相对于两块子光栅的联接线伸展;而且两个探测器偶是在横过上述联接线的方向上并列配置的。

13、如权利要求5，6，7或9所述的扫描装置，其特征在于所述的衍射元件被安置在物镜的表面之一上。

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