CN1028189C - 光学扫描信息平面用的装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学扫描装置。该装置包括一个提供扫描光束(b1)的辐射源(7)，一个物镜系统(8)用于将扫描光束在被扫描的信息平面(2)处聚焦成扫描光点(S1)，还包括第一衍射元件(9)，该元件使得由信息平面(2)反射的光产生变形，从中获得聚焦误差信号。本装置进一步包括二衍射元件，以形成两束辅助光(b2、b3)，借助于该元件可以获得跟踪误差信号，第二衍射元件具有这样的尺寸以及置于这样的位置，以致从第一衍射元件(9)发出的光束不通过第二衍射元件。

Description

本发明涉及一种用于光学扫描一个反射辐射的信息平面的装置，该装置包括一个辐射源，它提供扫描光束，一个物镜系统将扫描光束在信息面处聚焦成扫描光点并使扫描光点在组合式灵敏辐射探测系统上重新成像，还包括第一衍射元件，该元件置于辐射源与物镜系统之间的光通路中，该元件使一部分被信息平面反射的辐射偏转到辐射探测系统，并以这样方式改变被衍射的光束，即借助于组合探测系统来获得聚焦误差信号。
聚焦误差信号是一种与物镜系统聚焦平面和信息平面之间的偏差成正比的信号。
将光束分成譬如两束次级光可使偏转的次级光束变形，其中每束次级光都有一个组合式探测系统的单独探测器对与之有关。另一种可能性是使光束变成象散的，这样的光束与设置在探测系统中4个不同象限的4个探测器相配合。
一种原则上适于读取记录在光学记录载体上的信息并适于光学记写这种记录载体的装置已由4665310号美国专利公知。在该装置中，以衍射光栅形式存在的衍射元件有两个作用，为此必须使用两个分离元件。在第一个位置，光栅确保由信息平面反射并通过物镜系统的辐射光从由二极管激光器发出辐射的光路中偏转，因而在反射辐射光路中可设置一个探测系统。在第二位置处，光栅将反射光分成两束次级光，它们用来发生一个聚焦误差信号，比如一个包括 有关物镜系统聚焦平面与信息平面间偏差的尺寸和方向的信息信号。一对独立的探测器与每束次级光相关联，与同一对探测器有关的各探测器输出信号之间的差值信号是使扫描光束在信息平面上聚焦的量度单位。
除了聚焦误差信号，所考虑的装置中还应发生一个跟踪误差信号。跟踪误差是扫描光点的辐射分布中心与被读取的信息径迹区段或者被写入的径迹区段中心之间的偏差。按照4665310号美国专利所描述的装置，跟踪误差是由检测聚焦误差用的同一探测器进行检测的。
为了这一目的，在已知的装置中，衍射光栅以如下方式定向，使构成光栅的两个分光栅之间的分界线在扫描的范围内与径迹方向平行。通过测定每个探测器对的总输出信号，再使这些总信号彼此做减法运算来获得跟踪误差信号。按照第4665310号美国专利所述，在通常所说的单光点系统中，特别是由于扫描光束中不对称能量分布的结果，跟踪误差信号中可能发生偏差或通常所说的偏移。用来使扫描光点对准径迹中心的跟踪伺服系统可以是通常所说的两级系统。在这种系统中，通过移动与径迹有关的滑动支承物，如辐射源和物镜系统实现扫描光点的粗调，扫描光点的微调则通过移动譬如与滑动有关的物镜系统来实现的。所说这个移动，可能对跟踪误差信号引起进一步的偏差。为防止这一偏差或对它进行补偿，实际上必须进行其它的测量。此外，当用同一个探测器产生聚焦误差信号和跟踪误差信号时，聚焦误差可能影响跟踪误差信号，或相反地，跟踪误差可能影响聚焦误差信号。
本发明的目的在于提供一种上述类型的装置，该装置克服了上 述缺点并由一种新的聚焦误差探测系统和跟踪误差探测系统的组合组成。该装置的特征在于在辐射源和第一衍射元件之间设置第二单独的衍射元件，用于将来自辐射源的光束分成扫描光束及两束辅助光，这些光束在信息平面内分别形成扫描光点和两个辅助光点，其中组合探测系统包括使辅助光点重新成象的附加探测器，而且第二衍射元件是如此之小并被置于使得被第一衍射元件衍射的光束不能到达该第二衍射元件的位置上。
通过使用与分离的探测器相配合的两束辅助光，能从所产生聚焦误差中消除跟踪误差信号的产生，从而减小了这些信号之间相互影响的危险，组合衍射元件之间的分界或常常无需平行于径迹方向，从而使跟踪误差影响聚焦误差信号的危险减小，这又为设计提供更多的自由度。
值得注意的是，美国第3876842号专利中描述了一种扫描装置，其中使用衍射光栅来形成扫描光束和两束辅助光，又用一个单独的探测器与每一束辅助光关联，辅助光束用来产生跟踪误差信号。然而这种公知的装置没有使用组合式衍射元件将来自记录载体的光束与射向记录载体的光束分开以及赋予反射光束一个适合于检测聚焦误差的形状。
本发明的基本点在于单个衍射元件是如此之小并被置于辐射源和组合衍射元件之间的位置上，使来自最后提到的元件并射向探测系统的辐射通过单个衍射元件后不被分成更多的次级光束。其次，在探测系统上形成的辐射光点数目受到限制，以便使该系统的几何形状保持相对简单。此外，产生差值信号所需的辐射光点的能量仍然是足够大的。
按照本发明，存在两类上述装置的实施例。第一类的特征在于，一般来说两个衍射元件是能透过辐射的。两个衍射元件上下放置并与其它元件，如辐射源及探测系统等放在一起，它们可以被置于一个狭窄的管状支持物中。
第二类实施例的特征在于，通常两个衍射元件中至少有一个是反射元件。
第一个第二类实施例的特征在于第一衍射元件是反射元件，第二衍射元件是能透过辐射的。
这样，第一衍射元件还起折叠式反射镜的作用，因而可限制扫描装置的高度。
第二个第二类实施例的特征在于第一衍射元件是能透过辐射的，第二衍射元件是反射的。
这样，第二衍射元件可以形成大反射元件的一部分，所述的大反射元件反射由第一衍射元件偏转的辐射光，越出第二衍射元件的范围朝向灵敏辐射探测系统。
第三个第二类实施例的特征在于第一和第二衍射元件都是反射的。
这样，两个衍射元件都起折叠式反射镜的作用，从而使扫描装置的高度被限制到最小。
本发明所用的装置中，辐射源最好是二极管激光器，而且灵敏辐射探测系统由光电二极管、激光二极管，及置于外壳一侧的一个部件上的光电二极管组合而成，这个外壳相反的一侧有一个辐射窗。如果第一和第二衍射元件是能透过辐射的，则这个装置的特征就可以是，将第二衍射元件装在外壳里面，而第一衍射元件被固定地连接到 外壳的能透过辐射的一侧。
第一衍射元件可以放在与外壳的辐射窗离开一段距离的位置上，也可以通过一个环形物与外壳相连。另一种可能性是将该衍射元件设置在辐射窗上。也可以使第一衍射元件成为辐射窗的一部分。所说的第一外壳可以被固定在第二外壳中，第二外壳的转弯处有一个辐射窗。于是，第一衍射元件可以设置在这个窗上或成为该窗的一部分。
通过使用上述可能的结构形式可以给出一种密集型扫描装置。
就有利于装配而言，这个装置的实施例的更进一步的特征在于准直透镜是与外壳固定相连的。
该准直透镜可以通过一个环形物固定地连接到第一外壳，在第一外壳上或第一外壳中设有第一衍射元件。对准直透镜来说，还有另一种可能性，即可构成第二外壳辐射透射的终结;第一外壳固定在第二外壳中。如果第一衍射元件成为第二外壳的一部分，则准直透镜可以作为第三外壳辐射透射的终止;第二外壳固定在第三外壳中。
在这个装置中，物镜系统被设置在辐射光路中准直透镜后面。如美国第4668056号专利中所描述的那样，该物镜系统可以是具有至少一个球形表面的单透镜，该单透镜也能起准直透镜的作用。美国第4668056号专利中所描述的这种技术可以用来改进本发明所述装置装配的密集化和简易性。该装置的特征在于物镜系统以单独物镜透镜的方式固定地与外壳相连。
该单独物镜透镜可以上述准直透镜相同的方式与外壳相连。
按照本发明所述的装置可以使用不同的聚焦误差检测方法。在 实施例中采用的第一种可能的检测方法的特征在于，第二衍射元件是具有常数光栅周期的衍射光栅，该光栅的光的栅条纹实际上垂直于有效径迹方向，而其中的第一衍射元件是具有不同光栅周期的衍射光栅，其中的组合探测系统由4个探测器组成，这些探测器围绕着由第一衍射光栅偏转的扫描光束的主光线安置在4个不同的象限中，再成象的扫描光点形状由所述的探测器确定。
本说明书所用的与衍射光栅以及组合探测系统有关的术语“有效径迹方向”，可以理解为是指径迹在与扫描光点范围内的径迹部分有关的元件上的投影方向。由于第二衍射光栅的光栅条纹以与有效径迹方向几乎成90°的角度延伸，所以由该光栅形成的辅助光束在信息平面上的辅助光点依次定位在径迹方向上。因所说的角度与90°偏离几度，就可做到将一个辅助光点定位在径迹的第一边沿而另一辅助光点定位在径迹的第二边沿上。
具有不同光栅周期的光栅将衍射的扫描光束变换成象散光束，并根据扫描光束在信息平面上的聚焦程度来确定重新成象的扫描光点的形状。
就聚焦误差而言，该扫描光点被变形成椭园光点，它的主轴取决于散焦符号，被定在两个相互垂直的，以下称之为象散方向之一。在四象限探测器中分离的光栅条纹与象散方向成大约45°的角度方向延伸。
带有象散第一光栅的扫描装置的第一个实施例的特征在于，第一光栅具有直线光栅条纹和线性变化的光栅周期。
在该实施例中，象散方向与第一光栅的光栅条纹方向平行或者垂直。如果光栅条纹平行于或垂直于有效径迹方向，分离的条纹则 以相对于有效径迹方向成45°的角度延伸。这样，跟踪误差就会影响聚焦误差信号。
上述现象在扫描装置中被避免，所述扫描装置的特征在于，第一光栅的各个条纹是弯曲的;而且四象限探测器的4个探测器之间的分离条纹分别与有效径迹方向行或垂直。
将这种不仅具有弯曲条纹而且也有非线性变化周期的，通常也被称作综合衍射图（全息照相）的特殊光栅置于象散方向，以便使四象限探测器中的分离条纹分别平行、垂直于有效径迹方向，从而避免了跟踪误差对聚焦误差信号的干扰。
可以注意到，将具有线性变化光栅周期的光栅与生成聚焦误差信号的四象限探测器结合起来使用的技术已由第4358200号美国专利公开。然而，该专利的装置没有包括用于形成两束辅助光的第二衍射光栅。
就温度敏感和容易控制而言，比上述被称为象散法优越的第二种检测聚焦误差的可能性，可通过实施例来了解它。所说实施例的特点在于第一衍射元件是一个组合光栅，它由两个分光栅组成，将被偏转的扫描光束分成两束次级光束，其中的组合探测系统包括两个探测器对，第一和第二次级光束分别与第一和第二探测器对相配合。
在该装置中，扫描光点在探测器对上重新成象为两个辐射光点。每个辐射光点在与探测器对相关联的分离条纹的横向移动，与扫描光束相对于信息平面的聚焦误差有关。所述的位移可通过比较各探测器的输出信号进行检测。这种聚焦误差检测法被称之为双傅科法。
上述装置的最佳实施例的特点在于：各分光栅具有变化的光栅周 期，并且各分光栅的光栅条纹是弯曲的。
由于变化的光栅周期和弯曲的光栅条纹，特别是由于物镜系统及光栅的组件的成象距离与二极管激光器和探测器之间沿光轴方向的距离相适应，使得组合光栅具有透镜的作用，而且通过沿分光栅分界线的方向上移动光栅，使得辐射光点的能量分布关于相关探测器对对称。如果光电二极管形式的探测器和二极管激光器结合成一个部件并相互固定的话，这一点就特别重要了。具有变化的光栅周期和弯曲的光栅条纹的组合光栅通常也称之为综合衍射（全息照相）光栅，它使校正诸如彗形象差和象散等成象误差成为可能;使用有直线光栅条纹的光栅时，可能发生这种误差。
原则上讲有两个使用傅科聚焦误差检测法的扫描装置的实施例。第一个实施例的特征在于一个分光栅的光栅条纹和另一个分光栅的光栅条纹一样具有相同的主方向;各分光栅的平均光栅周期是不同的;此外其中的探测器对沿与各分光栅之间的分界线相平行的方向上并列设置。在该实施例中，扫描光束的次级光束沿同一方向但不同的角度衍射。
第二个实施例的特征在于各分光栅具有相同的平均光栅周期，当一个分光栅的光栅条纹主方向以第一角度延伸时，另一个分光栅的条纹主方向以第二角度向两个分光栅的分光栅的分界线延伸;此外其中的探测器对沿与所述分界线方向相垂直的方向并排设置。这里扫描光束的次级光束优先以相同的角度但沿不同的方向上被衍射。由于该实施例具有更好的装配公差，调节方便而且稳定性也好，因而它优于前面的实施例。
第三个使用傅科聚焦误差检测方法的扫描装置实施例的特征在 于，第一分光栅的光栅条纹主方向以第二角度向各分光栅之间的分界线延伸;此外两个分光栅的平均光栅周期是不同的，还有其中的探测器对在与所述分界线的方向相平行及垂直的方向上占有不同的位置。
这个实施例可以看作是上述第一及第二实施例的结合。
就组合探测系统的探测器相互位置而言，用傅科聚焦误差检测方法的扫描装置可以得到各种实施例。所述的位置取决于第一和第二衍射光栅的光栅条纹方向和光栅使光束偏转的角度。
第一实施例的特征在于，沿与有效径迹方向垂直的方向上看到的组合系统中，用来接收第一和第二辅助光束的第一和第二探测器分别固定在两个并排放置的探测器对的第一和第二侧面。
在该实施例中，第一衍射光栅使次级扫描光束偏转的角度小于第二衍射光栅使辅助光束偏转的角度。
一个上述情况以外的实施例中，第一衍射光栅的衍射角度具有更大选择自由度，这个实施例的特征在于组合式灵敏辐射探测系统中，分别为第一和第二辅助光束设置了第一和第二以及第三和第四探测器，每束辅助光被第一衍射光栅分成两束次级光，而且沿垂直于有效径迹方向所看到的四个探测器和两个探测器对依次并排设置，其顺序为：第一探测器，第一探测器对，第三探测器、第二探测器，第二探测器对和第四探测器。
就第一衍射光栅的衍射角度的选择自由度而言，一个经过变形的实施例，其特征在于第一衍射光栅的光栅条纹实际上平行于第二衍射光栅的光栅条纹，而且沿着有效径迹方向所看到的用于第一辅助光束的第一探测器和用于第二辅助光束的第二探测器固定在两个 探测器对的不同侧面，沿与径迹方向垂直的方向上看，探测器对是并排设置的。
在该装置的另一个变形的实施例中，探测器对在与有效径迹方向平行及垂直的方向上占据不同的位置，该实施例的特征在于在组合探测系统中，分别为第一和第二辅助光束设置了第一和第二，第三和第四探测器，每束辅助光被第一衍射光栅分成两束次级辅助光束，沿与有效径迹方向垂直的方向上看，其中第一和第三探测器固定在第一探测器对的两个侧面，而第二和第四探测器固定在第二探测器对的两个侧面。
在该装置的另一个实施例中，探测器对沿与有效径迹平行的方向并排设置。该实施例的特征在于，在组合探测系统中，分别为第一和第二辅助光束设置了第一和第二，第三和第四探测器，每束辅助光由第一衍射光栅分成两束次级辅助光，沿与有效径迹方向相垂直的方向上看，其中第一和第三探测器固定在第一探测器对的两个侧面而第二和第四探测器固定在第二探测器对的两个侧面。
实践过程中，在利用由衍射光栅组成扫描装置来产生扫描光束和两束辅助光，以及由衍射光栅组成扫描装置用于光束分离和聚焦误差检测的方面取得了满意的经验。不过，已发现使用光栅可能产生偏差，特别是在已产生的聚焦误差信号中，该偏差实际上保持在为上述信号而规定的公差范围内，其它可能出现的偏差的公差范围则很小。上述偏差不仅可以是静态误差，特别是由于安装误差引起的，而且也可以是动态误差，后者可以因光学部件的相对移动也可因电子处理线路中的变化调节而产生。
众所周知，由实践中常用的二极管激光器所发射光的波长可因 诸如温度变化而变化。此外，用同样工序在不同情况下生产的二极管激光器的波长可能是互不相同的。扫描光波长的变化导致了由分栅衍射的次级光束角度的改变，同时导致辐射光点在探测器对上的位置改变。
为防止这些位置变化影响已产生的聚焦误差信号，扫描装置进一步特点在于，对于每个探测器对而言，如果扫描光束在信息平面上聚焦达到最佳程度，则两个探测器之间的分离条纹以一锐角延伸到连接二极管激光器的发射辐射的表面中心与相关的探测器对上形成的辐射点的密度分布中心所占位置的连线上。
每个探测器对的分离条纹以这样一种方式来安排：沿着分离条纹的方向发生辐射光点的密度分布中心的位移，该位移与引起波长变化有关，所以这个位移不会导致在各探测器的那边密度分布的变化，因而不会影响聚焦误差信号。
当使用的探测器对中带有斜分离条纹的组合探测系统时，沿所说的分界线测得的两个探测器对的中心与二极管激光器的发射辐射的表面的中心之间的距离应非常精确地校正，所以最好使用另一种可能性来修正波长的变化。这种可能的扫描装置的特征在于两个探测器对的分离条纹原则上平行于连接二极管激光器的发射辐射表面的中心与组合式灵敏辐射探测系统中心的连接线。在探测器对中带有直线分离条纹的上述系统为光学元件在扫描装置中的位置提供了较宽的公差范围。
下面将参照附图对本发明的实施例进行更为详细的描述。
图1表示按照本发明的装置的示意图;
图2是用来产生聚焦误差信号的第一衍射光栅和相关的组合探 测系统的第一实施例透视图;
图3a和图3b表示当出现聚焦误差时，探测系统中辐射光点的变化;
图4a和图4b分别是用来形成辅助光束的光栅和部分径迹结构的平面视图;
图5示意的方式表示用组合式衍射光栅怎样衍射和分离扫描光束及辅助光束，以及在组合探测器上形成的辐射光点的位置;
图6表示与图2的光栅相关的组合探测系统的第一实施例;
图7、8和9表示按照本发明的整体扫描装置的第一、第二和第三实施例;
图10和11表示与图2的光栅相关的组合探测系统的第二和第三实施例;
图12表示用于产生聚焦误差信号的衍射光栅的第二实施例;
图13表示与图12光栅相关的组合探测系统的实施例;
图14表示用于产生聚焦误差信号的衍射光栅的第三实施例;
图15表示与图14光栅相关的组合探测系统的实施例;
图16表示当出现聚焦误差时辐射光点中心位置的变化;
图17表示就图16的变化做了校正的两个探测器对的组件;
图18表示两个探测器对的校正组件的第二个优选实施例;
图19表示产生聚焦误差信号的象散光栅的第一实施例;
图20表示与图19光栅相关的组合探测系统;
图21表示象散光栅的第二实施例;
图22表示与图21光栅相关的组合探测系统;
图23表示具有反射第一光栅的扫描装置的实施例;
图24表示具有反射第二光栅的扫描装置的实施例;
图25表示具有反射第一和第二光栅的扫描装置的实施例;
图26表示由二极管激光器、复合光电二极管和监控光电二极管组成的组合半导体元件的透视图;
图27是图26元件及第一光栅、第二光栅的截面图;
图28表示按照本发明的整体扫描装置的一部分的更进一步的实施例。
图1表示带有反射辐射的信息平面2的一小段光学载体1的横切面。该图表示一条信息径迹3，它交替地随着底带4留下痕迹，这点图中未示出。信息径迹3沿着径迹方向由中间区段3b相间的多个信息区段3a组成。沿着径迹方向以信息区段和中间区段连续地记录信息。信息平面由自辐射光源7，比如一个二极管激光器发射的光束b所扫描。这束光由物镜系统8在信息平面中聚焦一个小扫描光点S1，物镜系统8被示意地表示成一个单个透镜。物镜系统前可有一个单独的准直透镜。成象系统可用组合式准直仪-物镜系统替换而成，如图1所示。随着记录载体绕着与光学轴AA′平行的轴5旋转，径迹3被扫描，同时读出光束被该径迹所包含的信息调制。通过沿径向彼此相对地移动记录载体和读出头来扫描整个信息平面，读出头由光源7，物镜系统8及检测系统11组成。
被反射并由信息表面调制的光束应当被检测，因而这束光须从投射光束分离开。所以，这个装置应当包括一个分离光束的元件。
为了读出具有详细信息细节的信息结构，譬如1μm量级的细节，就需要一个具有大数值孔径的物镜系统。这样的物镜系统的焦深很小。由于信息平面2与物镜系统8之间的距离可能发生变化，而且这 一变化比焦深大，所以要采取一些步骤来检测这些变化并相应地校正聚焦。为此，这种装置可带有分束器，将反射的光束分成两束次级光束，还带有譬如两个探测器对，其中第一对与第一次级光束配合，第二对与第二次级光束配合。这些探测器的输出信源被加工成形，特别被加工成聚焦伺服信号。
正如美国专利4，665，301所述那样，光束的分离与分裂可借助一个单独的元件，也即透明光栅来实现。这个光栅把由信息平面2反射并通过物镜系统8的光束分成未被衍射的零级光束和许多一级光束及更高的次级光束。这些光束之一，最好是一级光束入射到灵敏辐射探测系统11上并用来产生特别是聚焦误差信号。光栅参数，其中值得注意的是光栅条纹宽度与中间光栅条纹宽之比，以及光栅刻槽的深度和形状，它们可以选成使辐射量的最大值到达探测系统。
从图2所示的透视图中可看到一个公知的灵敏辐射探测系统11及相关的光栅9。光束b通过它在光栅9范围内的截面的方法来表示。光栅9由两个分光栅12和13组成，分光栅由界线25彼此隔开。各分光栅的光栅条纹分别由参考数码14和15指示。这些光栅条纹由中间条纹16和17分开。在这个实施例中，各分光栅具有相同的光栅周期，不过分光栅12的弯曲光栅条纹14的主方向以第一角度延伸到分界线25，而第二个分光栅13的弯曲光栅条纹15的主方向以最好是同样大小但相反的第二角度延伸到分界线。次级光束基本上沿着与这些主方向横切的方向被衍射。由于这些主方向不同，次级光束ba和bb以不同的角度在YZ平面上被衍射。这意味着在探测器平面，即XY面内，辐射光点Sa和Sb沿着Y方向彼此相对地移动。在这幅图以及别的图中，参考符号X、Y和Z是座标系的轴，座标原点O与二极管激光器 7的发射辐射面的中心重合。
由光电二极管18、19和20、21形成的灵敏辐射探测器以窄条纹22和23相分隔，它们分别与每条次级光束ba和bb相联系。这些探测器是这样安置的：在校正光束b在信息平面2上聚焦的情况下，由次级光束ba和bb所形成的辐射光点Sa和Sb的强度分布分别相对于探测器18、19和20、21为对称的。当存在聚焦误差时，辐射光点Sa和Sb会非对称地变大，恰如图3a和3b所示的那样。这些图表示一个公知的组合式探测器，即其分离条纹22和23分别以角度+φ和-φ向点O与组合式探测器11的中心M间的连线CL延伸，这条连线与图2和3中的探测器对18、19及20、21间的隔离条纹24重合。在图3a中，光束b的焦点位于信息平面2前面的一个平面中，而图3b表示光束b的焦点位于信息平面后面的一个平而中。
如果用S18、S19、S20和S21分别表示探测器18、19、20和21的输出信号，则聚焦误差信号S1由下式给出：
S1＝（S18+S21）-（S19+S20）。
与读出的信息成正比的信号，或者信息信号S1由下式给出：
S1＝S18+S19+S20+S21。
除了扫描光束聚焦的偏差之外，还应检测扫描光点中心和扫描径迹中心线之间的偏差。上述偏差引起已读出的信息信号幅值的缩减，并造成并列的径迹之间相互影响。这样的偏差也称为跟踪误差，可通过沿着径向，即X方向移动整个读出头或只移动物镜系统来校正。
按照本发明，这个信号，即跟踪误差信号可借助第二衍射元件（最好是一个衍射光栅）和一个适宜的灵敏辐射探测系统而获得。图 1中用参考标码10表示第二光栅。正如该图所示的，这个光栅将光束b分成一个未衍射的零级光束b1，一个衍射成+1级的光束b2，一个衍射成-1级的光束b3，还分成多个衍射成更高级的光束。最后提到那些光束对于本发明而言并不重要，因为大部分被衍射到物镜系统8的外面，而且强度很低。光栅10是整个的，也即完整的光栅，它具有直的光栅划线和常数光栅周期。这个光栅的参数，值得注意的是光栅条纹的宽度与中间光栅条纹的宽度之比，还有光栅刻槽的深度和形状，基本上可以这样来选择：入射光束b的全部辐射都转移给光束b1、b2和b3。不过，应该保证光束b1的强度比光束b2和b3大数倍，比如大6倍。
光束b1是主光束或者是扫描光束并在信息平面2内形成扫描光点S1。光束b2及b3为辅助光束，它们被物镜系统8聚焦成信息平面里的两个辅助光点S2和S3。由于辅助光束b2和b3以相反的角被光栅10所衍射，所以沿径迹方向看到的辅助光点S2和S2位于扫描光点S1的两侧。
光栅10的光栅条纹的方向与有效的跟踪方向间的夹角为90-α，其中α就像图4a所表示的那样小。这幅图表示带光栅条纹101和中间条纹102的光栅10的一部分的平面视图。3′线是扫描径迹中心线在光栅10平面内的投影。这条线代表有效径迹方向。适当选择α角，则如图4b所示那样，如果扫描光点S1和中心位于扫描径迹的中心线上，那么辅助光点S2的中心位于该径迹的一个边缘上，而辅助光点S3的中心位于该径迹的另一边缘上。在灵敏辐射探测系统11中对每束辅助光束都存在一个分立的探测器。在图4b所示的情况中，辅助光点S2和S3以同样的程度盖住径迹，所说探测器的输出信号相等。
发生跟踪误差时，一个辅助光点的中心就朝径迹的中心线位移，而另一个辅助光点的中心自该中心线移开，所说的分离探测器的输出信号变得不相等。于是，这些探测器输出信号之间的差代表跟踪误差信号。
由信息平面反射的扫描光束及两束辅助光束都投射到第一光栅9上，图1中仅表示出辅助光束边缘的光线。这个光栅以有如图2关于光束b所描述的那种方式对这些光线的每一束进行同样的处理。每束光大部分沿探测器的方向被衍射，同时再被分成两束次级光束。为清楚起见，图5中分别表示了这种沿着Y方向实现的分裂。这幅图表明光栅9由两个分光栅12和13组成，光栅12和13相对于图2所示的情况转过90°。在光栅9的范围内，被反射的扫描光束及两条辅助光束的截面分别用实线园圈b1、半实线园圈b2和半虚线圆圈b3表示。光栅9分别将光束b1、b2、b3分裂成两个次级光束b1.1，b1.2;b2.1，b2.2和b3.1，b3.2。分光栅12将次级光束b1.1，b2.1和b3.1偏向右边，各次级光束在组合探测器11上聚焦成辐射光点S1.1，S2.1和S3.1。分光栅13将次级光束b1.2，b2.2和b3.2偏向左边，各次级光束被聚焦成辐射光点S1.2，S2.2和S3.2。这个组合探测器包括关于辐射光点S1.1和S1.2的两个探测器对18，19和20，21，以及一个关于辐射光点S2.1和S2.2的探测器30。还有一个关于辐射光点S3.1和S3.2的探测器。
图6也表示所形成的辐射光点及相关的探测器。这幅图还表示二极管激光器7的发射辐射的表面相对于组合探测器是怎样安排的。如果用S30和S31分别代表探测器30和31的输出信号，那么跟踪误差信号Sr就由下式给出：
Sr＝S30-S31。
聚焦误差信号仍然是：
Sf＝（S18+S21）-（S19+S20）
这时信息信号Si就由下式给出：
Si＝S18+S19+S20+S21。
按照本发明的装置的特点在于：探测器上辐射光点的数目被限制在对于所需要的作用讲大体上是最小的必需数目。因此，就做到探测系统可保持相对简单而该系统上的辐射光点的强度足够大，致使探测器的输出信号足够强。
为了检测聚焦误差，按照傅科法，被反射的扫描光束（b1）应被分成两束次级光束。由于被反射的辅助光束（b2，b3）也必须通过组合光栅9，这些光束也不可避免地被分成两束次级光束，所以最终产生六束光束。按照本发明采用特殊的步骤来达到光束的数目被限制在这个最小的数目，而不管有两个衍射光栅沿辐射途径前后排列着这样的事实。
原则上讲，第二光栅（10）可放在第一光栅（9）上面。于是，由光栅10形成的三束光b1、b2、b3经记录载体反射之后重新通过这个光栅，进而被分裂成九束光束。继而，这些光束通过光栅9产生总数为18条光束。将光栅10放在光栅9的下面，光束的这个数目可受到限制。没有进一步的措施，以这种配置光束的数目会还要变得很大。事实上，从光栅9来的光束后来通过光栅10并进一步被分裂，结果入射到探测系统的光束多于六束。通过将光栅10放在一个隔绝辐射光源7的位置上并使它小到从光栅9来并指向探测系统11的光束不更长地穿过光栅10，就可以防止这一点。
已采取措施来防止激光光束在其自辐射光源到达信息平面的投射过程中分裂得太多。正如已经指出的，要保证光栅10将辐射尽可能多地集中于扫描光束及两条辅助光束中。组合光栅9具有这样的结构，使得这个光栅在这些光束到达信息平面的途中将辐射衍射成第一级和更高级别的辐射，所说的信息平面离开辐射光点S1在相对地较大的距离处;此外，在经信息平面反射并第二次通过光栅9之后，所说的较高级别的辐射对于所需要的信号的影响是微不足道的。
上面所提到的有关利用傅科聚焦误差检测法的装置当然也可应用到使用象散聚焦误差检测的装置上，在此理解基础上，最后提到的装置里的探测系统上的辐射光点数目原则上是更小的，因为第一光栅不被细分。
图7表示不同的部件，如二极管激光器7，第一光栅9，第二光栅10以及组合探测器是怎样在空间彼此相对配置的。元件7、10和11可被排布在一个支承物40中，支承物40带有外壳41及基板42。顶部有透明窗53将支承物封闭，透明窗上可布置第一光栅9。支承物底部的插脚43～52用来给二极管激光器7供电和控制它，以及接收来自不同探测器的信号。支承物40可为压塑的，其高度约为10～15mm量级，直径可为9～10mm量级。代替窗53上的布置，可将光栅9与这个窗合为一体。
也可以只把部件7和11排布于外壳中，而将光栅10置于这个外壳的一个透明窗上或者里面。之后，光栅9与这个外壳用一根环圈相连接。
为将扫描元件不同部件进一步整体化，图7的支承物40可被安置在第二支承物55里面，如同图8所示的那样。这个带有外壳56和 底环57的支承物的顶部由一个准直透镜59封闭。这种结构保证了准直透镜59相对于部件7、9、10和11的稳定性。
准直透镜不仅可借助于支承物连到支承物40的顶部，也可借助一个圆圈实现。
图8的实施例中，物镜系统61安排在准直透镜与记录载体之间。如果准直透镜与物镜系统的作用可结合到一个单独的透镜中，就像是美国专利4，668，056中所描述的，而且这个单独的透镜被安排在图8所示的支承物55中准直透镜59的位置，那就可以实现进一步的整体化。图9便表示这样一个完全整体化的扫描装置，其中组合的准直-物镜用参考标码62指示。这个透镜也可以借助一个圆圈与支承物40相连接。
在图5和6所表示的实施例中，“傅科辐射光点”S1.1和S1.2一边是辅助光点S2.1和S2.2，另一边是辅助光点S3.1和S3.2，这样安排的优点在于对于一对辅助光点只需要一个探测器，次级光束b1.1和b1.2之间夹角的选择以及因此光栅条纹14和15之间夹角的选择都被限定。图10为一个实施例的组合探测系统的几何结构，就方位而言它给出较大的自由选择度。在这个实施例中，由光栅9在探测系统11的平面中所造成的分离比由光栅10所造成的分离大。因此，辐射光点S1.2和S1.1彼此间距离比辐射光点S1.2，S2.2，和S3.2彼此间的距离大，或者比辐射点S1.1、S2.1和S3.1彼此间的距离大，对每一个辐射点S2.2、S2.1和辐射点S3.2及S3.1都应当提供单独的探测器。
一个实施例，其中对于辐射光点S2.2和S2.1和辐射光点S3.2及S3.1只需要一个探测器，而次级光束b1.1和b1.2之间夹角的选择还要 有足够的自由度，这样的实施例中光栅10再由光栅9造成不同方向的光束分离。这个实施例相应于图1与图2相结合所表示的。图11表示这个实施例的探测器的几何结构而无需任何更多的说明。
不止图2的组合光栅，还有图12所示的光栅9都可用于产生聚焦误差信号。这幅图只以其在光栅平面中的截面方式表示了扫描光束b1，这束光带有次级光束b1.1和b1.2。这时，两个分光栅12和13的弯曲光栅条纹的主方向最好以同一角度向分界线25伸展，但两个分光栅的平均光栅周期是不相同的。因此，次级光束b1.2的被衍射角度与次级光束b1.1被衍射的角度不相同。这意味着辐射光点S1.1和S1.2在探测器18、19、20及21的平面中沿着分界线25的方向彼此相对地位移。
按照本发明，图12所示的光栅也可以与形成两束辅助光束的光栅相组合。假若由最后所说的光栅引起Y方向的衍射，而图12所示的光栅引起X方向的衍射，则探测系统具有如图13所示的几何结构。
图14表示用来产生傅科聚焦误差信号的组合光栅9的第三个实施例。对于这个光栅，两个分光栅12和13的光栅周期以及最佳弯曲光栅条纹的主方向都是不同的。假设这个光栅的作用是按照图2和12光栅作用的结合。因此，图14的光栅沿两具互相垂直的方向，通过与分光来b1.2不同的角度衍射分光来b1.1。辐射光点S1.1和S1.2在组合探测器11的平面里沿着两个互相垂直的方面彼此相对位移。如果一个带有照图14的光栅的扫描装置具有按照本发明的第二光栅用以形成两个辅助光束，其中最后提到的光栅引起沿Y方向的衍射，那么探测系统就应当具有图15所示的几何结构。
应当指出，最好选用图2的组合衍射光栅而不用图12或14的，因为它有较宽的允许制造编差，调整较为方便以及较好的稳定性。
分光栅12和13可具有直线光栅条纹以及常量光栅周期。不过， 优先使用一类也被称之为全息照相的光栅，它具有变化的光栅周期，其周期的变化达到平均光栅周期的百分之几的量级。此外，就像图2、12和14所示的那样，它的两个分光栅的光栅条纹是弯曲的。因而，这些分光栅具有可变透镜的作用。由于变化的光栅周期，辐射光点S1.1和S1.2的位置可通过光栅9在它自身的平面内的位移而改变。利用光栅条纹的弯曲可使沿与分界线25方向垂直的方向上的光行差成为最小。如果使用集成激光器光电二极管单元，也就是这样一个元件，其中二极管激光器与光电探测器布置在一个支架上，彼此相对地固定，而且沿Z方向具有固定的相互距离，那么辐射光点位置可能移动这一点就尤其重要了。这个距离属于制造允许误差，而且在装配本装置期间可以不必通过沿着Z方向相对于激光器二极管移动光电二极管以校正之。
在图12和14的实施例中，尽管由于分光栅12和13的平均光栅周期不同，使得次级光束，特别是b1.1和b1.2沿着不同的角度被衍射，仍可以保证这些次级光束的焦点位于一个与组合探测系统的平面平行的平面里，更准确地说给光栅周期和各分光栅相应部分光栅条纹的曲率以一个不同的变化即可确保这一点。
具有弯曲光栅条纹的衍射光栅与带有直线光栅条纹的光栅相比的一个重要优点在于：在先提到的光栅中可以避免各种光学象差，比如慧差以及象散现象，它们是使用后一种光栅时所可能发生的，因为在制造前一种光栅时已考虑这些象差而且考虑了相应的光栅条纹的曲率。
在激光器光束b的波长改变时，光束b2和b3以及次级光束b1.1，b1.2，b3.1和b3.2被不同光栅所衍射的角度也将改变。对于每束次 级光束而言，这意味着该次级光束的主光线入射到探测系统上的位置改变。既然辐射光点的强度是对照于得到的跟踪误差信号的，所以只要探测器30，31;65，66以及67，68足够大，则波长的变化对这个信号不会有任何影响。然而，聚焦误差信号是通过检测辐射光点S1.1和S1.2相对于与探测器对18，19和20，21相关的单独光栅22及23的位移而得到的。这样，这些辐射光点相对于所说的单独光栅的附加位移就可能影响聚焦误差信号。为防止这个，在公知的装置中，各分离条纹具有这样一个方向，以致辐射光点S1.1和S1.2因波长变化的位移沿着这些分离条纹而发生。分离条纹22和23以角度+φ和-φ向M点与O点连线延伸，O点是各分离条纹的延长线与光轴AA′的交点，就像图3a和3b所示的那样。为明了起见，图中的φ角都被夸大。如果组合探测系统的平面恰好与二极管激光器7发射辐射的表面重合，这些延长线将交于O点。但是，这样的现象是不允许出现的，即波长变化不仅导致辐射光点S1.1和S1.2位置的变化，也还导致次级光束b1.1和b1.2的散焦以及辐射点的不对称放大。
图16说明了在扫描光束波长变化的情况下，辐射光点S1.1的位置，形状和数量如何变化。已经假设扫描光束清晰地聚焦于信息平面上。如果波长具有标称值而且次级光束b1.1清晰地聚焦于探测器18和19的辐射敏感表面上，那么S1，1，0就是所形成的辐射光点。当波长增大时，辐射光点向右移动并且变得越来越大，这由光点S1.1.1和S1.1.2表示。如果波长变得小于标称值，辐射光点向左移动并且也将变得越来越大，这由光点S1.1.3和S1.1.4表示。光点S1.1.0，S1.1.1，S1.1.2，S1.1.3和S1.1.4的强度分布中心分别由M1.1.0，M1.1.1，M1.1.2，M1.1.3和M1.1.4表示。这 些中心位于线22′上，这条线以很小的角度α1（只有几度的量级）向探测器18和19的原始分离条纹22延伸。类似的效果也发生在辐射光点S1.2上，强度分布中心沿其移动的线以一个角度向分离条纹23延伸，该角度与角α1相反，大小也不一样。
波长变化的结果是，辐射光点S1.1和S1.2的强度分布中心分别横截于分离条纹22和23移动，这表明探测器18，19和20，21接收到不同的辐射强度。当扫描光束仍清晰地聚焦于信息平面上时，检测器18，19和20，21的输出信号并不始终相等。聚焦伺服系统将校正扫描束的聚焦，比如通过沿着光轴移动物镜系统直至输出信号重又相等。但是，这之后，扫描光束不再聚焦于信息平面上。
现已发现，在这个装置的一个实施例中，当标称波长为785nm时，20nm的波长变化引起0.7至0.8μm量级的散焦;而允许的总的散焦误差为1μm。
为了最大限度地消除波长的变化对聚焦误差的影响，每个探测器对的分离条纹以这样的方式来确定：即相关的辐射光点强度分布中心的移动是沿着这个条纹发生的。在图17中，18、19和20、21表示改进的光电二极管对;实线22′和23′表示新的分离条纹。与虚线22和23所表示的原始分离条纹相比，条纹22′和23′绕着M1.1.0点和M1，2，0点转过一个很小的角度α1和α2。
现在参照图16和17描述第二种校正波长变化可能性。
如果在图2所示的装置中，分离条纹以φ角延伸至连线CL，就应当准确地调整探测器对在边界线25方向上的位置。当改变M点和O点间的距离时（图2中的Xd），分离条纹相对于辐射光点S1.1和S1.2的位置也将改变从而影响聚焦误差信号。当使用带有弯曲光栅条纹的 组合光栅9时，利用移动光栅可校正辐射光点S1.1和S1.2的位置，但这种校正只能在有限的程度上实行。
更进一步，当使用带有斜的分离条纹的探测器对18，19;20，21时，该装置里由伪反射所可能产生的散射光将以不同的方式影响不同的探测器信号，以致所得到的聚焦误差信号会受到这种散射光的影响。事实上，这样一束散射光将投射于组合探测器11的一部分上，例如左半部分上;正像图3a中SL虚线园弧线所表示的那样。分立的探测器18，19;20，21的处在这个园弧线以内的那部分大小不同，因而散射光对探测器输出信号的影响因探测器而异。
更进一步，如果分离条纹22，23在探测器对18，19;20，21中是这样安排的，即一对中的探测器尺寸不同，那么不仅可表示聚焦误差信号随聚焦误差变化的函数曲线上产生第一零点，它对应于所希望的聚焦，而且也可产生第二零点，它与所希望的聚焦不相应。该装置的聚焦伺服系统还须将扫描光束的焦点调在信息平面2的上面或下面。
因此，最好使用图2，5，10和11所示几何结构的探测器。图18表示的也是这些探测器对。这里，角φ等于或基本上等于零;换句话说，分离条纹22和23彼此平行，并且平行于分离条纹24以及连线CL。还应当在M点与O点之间的距离上加上一个不太严格的要求，其中M点是沿着与分界线25平行的方向被测量的。此外该装置对于组合探测器11关于这个方向的倾角灵敏度不高。
在图18中，符号W代表组合探测器10的总体宽度，S代表辐射光点S1.1和S1.2间在探测器10平面上的标称距离。如果扫描光束清晰地聚焦于信息平面2上，则标称距离S就是辐射光点S1.1和S1.2所在 位置之间的距离。两个探测器对18，19和20，21可以按彼此反向地离开一点距离来排布，如图2所示。下面的考虑对探测器对的设计起作用。
为了观察到最佳探测器信号，就希望不同的探测器具有同样尺寸。如果探测器对彼此反向布置，则意味着W＝2S。W和S为折衰的结果。一方面，探测器对的整体宽度应尽量地小，为的是使散射光的最小可能量能到达这些探测器对。另一方面，W应尽可能地大，为的是聚焦误差探测系统具胡最大可能的记录范围。由于辐射光点S1.1和S1.2的辐射之间可能发生干涉现象，应保持S值不能太小。实际上，这些光点并不是边界清晰的斑点状，而是其强度自中心略有减弱地向外扩张。另一方面，S不应太大，因为在下面对本装置的进一步设计中看来应当完成沿着光栅9为例的光学元件的X、Y方向的位移;也会发生象差，同时导致聚焦误差信号曲线的斜率在零附近变得很小。
带有平行的分离条纹的探测器对的一个优点在于，与带有斜的分离条纹的探测器对相比可以很容易地按所要求的精确度制造，特别是就距离S而论。
在如图12和14所示的由组合光栅组成的扫描装置中，如果探测器对的分离条纹22和23（分别位于图13和15）彼此平行（φ＝0），实际上在很大程度上可以认为聚焦误差信号与激光束波长变化无关。如果期望尽一步减少这种相关性，可关于点M和O之间的连线CL以一个非常小的角度φ（一般为0.1°的数量级）安置分离线22和23，而且在已知的装置中还要远小于这个角φ。
图19表示光栅70，它将反射的扫描光束b1转换为象散光束b1′。 这个光栅具有直线光栅条纹71和线性变化的光栅周期。该光栅尺寸是这样选定的：即使得光束b的大部分辐射被衍射成一级，如+1级。一级光束b1′并非总是聚焦成一点而是聚焦成两条相互垂直的焦线75和76。如果这个光栅是非象散的，焦线75将位于光束b′1的聚焦位置。当产生聚焦误差时，焦线75和76同时沿着同一方向移过相同的距离。如果扫描光束清晰地聚焦于信息平面上，就可把一个所谓四象探测器80置于一个位于两个象散焦线之间且靠近其中间的平面上，这个探测器如图20所示，由四个探测器81，82，83，84组成，它们排布在衍射光束b′1的主光线h周围的四个象限中。如果扫描光束清晰地聚焦于信息平面上，由光束b′1在探测器平面内形成的辐射光点S′1是园形的，正如图20中的实线园环所示。如果发生聚焦误差，辐射光点S′1变形为椭园光点，正如图20中的虚线椭园所示。椭园的主轴以45°角延伸至分离条纹85和86，角度的符号由聚焦误差符号确定。如果用S81、S82、S83和S84表示探测器81、82、83和84的信号，聚焦误差信号将由下式给出：
Sf＝（S81+S83）-（S82+S84）
如果在一个带有这样的象散光栅70的扫描装置中，设置第二光栅（图1中10），用来形成两条辅助光束b2和b3，则组合探测系统应当具有图20所示的几何结构。一个完整的探测器87、88分别与每一个辐射光点S′2和S′3相联系，S′2、S′3分别由被反射的辅助光束b2和b3所形成。可以假设第二光栅10的光栅条纹基本上横截于迹径方向，因而沿着X方向延伸;也可以假设光栅70的光栅条纹沿着Y方向延伸。光栅9和光栅10的光栅条纹也可能是横截于或基本横截于有效径迹方向的。
按照图19和图20所示的装置中，分离条纹85和86以45°角向有效径迹方向延伸。当产生跟踪误差时，辐射光点S′1的强度分布重心沿X方向向左或向右移动。结果，跟踪误差可能影响聚焦误差信号。
使用图21平面视图所示的象散光栅9的各种综合衍射（全息）装置，可防止这一点。该光栅具有非线性变化的光栅周期和弯曲的光栅条纹71。光栅参数，特别是光栅条纹的曲率，可以这样选择：通过这个光栅时扫描光束b′1的象散焦线相对于图19这种焦线转过45°。如图22所示的，四象限探测器的分离条纹85和86可随之相对于图20中这些分离条纹转过45°，从而可能与径迹方向平行或垂直。跟踪误差引起辐照在探测器81和84上的量相对于辐照在探测器82和83上的量的增加或减少。
由于为确定聚焦误差，探测器81和84的信号以及探测器82和83的信号要彼此相减，所以跟踪误差对聚焦误差信号无任何影响。
本说明书中至今已假设光栅9和10是辐射透明的。然而，可任选这两种光栅中的一个或两个为反射的。由于辐射路径被折叠，就有可能使扫描装置有更高的紧密度。就聚焦误差的检测方法，光栅结构，光栅条纹的取向，光栅彼此间的相对定位和探测器的几何结构而言，参考上面描述的各种使用辐射透明光栅的实施例，可类似地构成使用一个或两个反射光栅的扫描装置。
图23，24和25表示第一衍射光栅9与第二衍射光栅10在辐射光源7与记录载体1之间的辐射路径上是怎样安排的，其中光栅9造成象散或光束分裂，光栅10形成辅助光束。在这些图中参考数码11仍然表示灵敏辐射探测系统，8仍然表示物镜系统。为简单起见，只 表示了从光栅发出的扫描光束b1和唯一一束来自光栅9的光束b′1。另两条来自光栅9的辅助光束未被表示，它们相对于已表示的光束b1和b′1有相同的取向，正如上面参考使用辐射透明光栅的实施例所描述的那样。
按照图23的装置，第一光栅9是反射光栅，第二光栅10是能透过辐射的光栅。现在辐射光源7和光栅9之间的辐射路程区段是沿水平方向延伸的，因此降低了扫描装置的高度。
图24中，第二光栅10是反射光栅，而光栅9是能透过辐射的光栅。光栅10置于底片90上，靠近光栅10的区段91也是反射的。由记录载体反射并由光栅9衍射的光束b′1，由反射区段91反射到灵敏辐射探测系统11。原则上讲，按照图24的装置与使用透过辐射的光栅的扫描装置相比也具有较小的高度。
图25所示的扫描装置中，光栅9和光栅10都反射辐射，以致辐射路程被加倍地折叠，所以该装置的高度远远小于图23和24装置的高度。这里也是在底片90上装有第二光栅10，靠近这个光栅有反射区段91，它反由记录载体反射并由光栅9衍射的光束b′1反射到探测系统11。
已描述的本发明供读出装置用，然而它可以被用于记录装置或读出-记录组合装置，在所说的组合装置中，记录光束的聚焦和跟踪受到监控。所述聚焦误差检测系统及跟踪误差检测系统，并未利用信息表面2的特殊性能;这个表面是反射的，并且具有一个径迹结构恰恰已是必要和充分的。因此本发明可用于各种装置中，如显微镜中，这些装置里需要有一个非常准确的读出。
正如图7已经表示的，二极管激光器7和含有一合光电二极管 的灵敏辐射探测系统11可被容纳在一个外壳里。在一个优选的实施例中，元件7和11排布在一个基底上，例如一个硅基底上。正如图26所示，利用公知的光刻技术在基底101上形成复合光电二极管11。基底上有诸如陶瓷材料的部件102，二极管激光器就在这个部件的一个侧面上。部件102有金属导电性（未示出），用于与二极管激光器电气联接。由该激光器提供的把描光束b指向上方，而其它光学元件，例如各个光栅和物镜系统在组合半导体元件100的上方。
正如已知的，二极管激光器在它的正面及它的背面发射辐射光束，背面的辐射可以用来校正二极管激光器。为此目的，在二极管激光器下面放一个光电二极管形式的附加探测器，做为监控光电二极管。这个监控光电二极管是用公知的光刻技术形成在基底101上的，用参考数码103表示它。可将这个光电二极管103做成防反射的，例如使它带有一个光栅（未示出），以避免二极管激光器在其背面所发射的辐射光被监控光电二极管再反射给二极管激光器，那将会影响它从正面发射的辐射光束的强度。
由于含有复合光电二极管的灵敏辐射探测系统11在部件102后面，就可以防止激光器的辐射光束直接入射到该光电二极管上。
图27表示组合半导体元件的横截面，还表示了第一光栅9和第二光栅10，这些光栅可以布置在透明板105的两个相对的表面上。正如图27所述的，最好用一个印刷电路板（PCB），将元件7，11和103与外部电气连接。这个电路板可利用通称为热压装工艺直接压在基底101的接点（未画出）上。所述的联接不常使用导线焊接方式。
图28表示一个组合半导体元件的实施例，其中一个部件110上排布着二极管激光器7和含有复合光电二极管的灵敏探测系统11。这个实例中，对激光辐射部分做了有益的利用，激光辐射并不是由 形成扫描光束的光学系统所占有，例如可将一个环形反射器115安装在所说的辐射部分的光路中，如图28中的阴影区域所示。反射器115将辐射向着监控光电二极管103反射，监控光电二极管103像元件7和11一样，可装在同一部件110上。这个反射器包括一个光栅，例如光栅9，而且可以装在外壳40的出射窗口上。另一种可能是，把光栅和反射器装在一个独立的支承物114上，该支承物在外壳40的上方。当对反射器115和光栅使用独立的支承物时，它的直径确定扫描光束b1的孔径角，比起把光栅装在激光器外壳中的情况来，在设计光学扫描头时就有较大的自由度。在后一种的情况下，光束的孔径角被元件7，11及103的外壳的加工者所确定。

Claims (29)

1、一种用于光学扫描一个辐射反射的信息平面的装置，该装置包括一个辐射源，它提供扫描光束；一个物镜系统将扫描光束在信息平面处聚焦成扫描光点并使扫描光点在组合式灵敏辐射探测系统上重新成像；还包括第一衍射元件，该元件置于辐射源与物镜系统之间的光通路中，该元件使一部分被信息平面反射的辐射偏转到灵敏辐射探测系统，并以这样的方式改变被衍射的光束，即借助于组合探测系统来获得聚焦误差信号；在辐射源和第一衍射元件之间设置第二单独的衍射元件，用于使来自辐射源的光束分成扫描光束和两束辅助光，这些光束在信息平面内分别形成扫描光点和两个辅助光点；组合探测系统包括使辅助光点重新成象的附加探测器，其特征在于：所说第二衍射元件是如此之小并被置于使得被第一衍射元件衍射的光束不能到达该第二衍射元件的位置上。
2、一种按照权利要求1所述的装置，其特征在于：两个衍射元件都是能透过辐射的。
3、一种按照权利要求1所述的装置，其特征在于：两个衍射元件中至少有一个是反射元件。
4、一种按照权利要求3所述的装置，其特征在于：第一衍射元件是反射的而第二衍射元件是能透过辐射的。
5、一种按照权利要求3所述的装置，其特征在于：第一衍射元件是能透过辐射的而第二衍射元件是反射的。
6、一种按照权利要求3所述的装置，其特征在于：第一和第二衍射元件都是反射的。
7、一种按照权利要求6所述的装置，特征在于，所说辐射源是一个二极管激光器，灵敏辐射探测系统包括一个复合光电二极管，其中二极管激光器和光电二极管排布在位于外壳一侧的一个部件上，外壳的相对的另一侧有一辐射窗，第二衍射元件装在外壳里，而第一衍射元件固定连接到外壳的能透过辐射的一侧。
8、一种按照权利要求7所述的装置，其特征在于：将一准直透镜固定地与外壳相连接。
9、一种按照权利要求7所述的装置，其特征在于：物镜系统以单个物镜的形式固定地与外壳相连接。
10、一种按照权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于：第二衍射元件是一个具有常数光栅周期的衍射光栅，其光栅条纹基本上横截于有效径迹方向;第一衍射元件是一个具有变化周期的衍射光栅;组合探测系统由四个探测器组成，它们排布于被第一衍射光栅反射的扫描光束主光线周围的四个不同的象限中，重新成象的扫描光点的形状由这些探测器确定。
11、一种按照权利要求10所述的装置，其特征在于：第一光栅具有直线光栅条纹和线性变化的光栅周期。
12、一种按照权利要求10所述的装置，其特征在于：第一光栅的光栅条纹是弯曲的;四象限探测器的分离条纹分别平行或垂直于有效径迹方向。
13、一种按照权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于：第二衍射元件是一个具有常数光栅周期的衍射光栅，它的光栅条纹基本上横截于有效径迹方向;第一衍射元件是一个组合光栅，由两个分光栅组成，将被偏转的扫描光束分成两束次级光束;组合探测系统由两个探测器对组成，第一和第二次级光束分别与第一和第二探测器对相配合。
14、一种按照权利要求13所述的装置，其特征在于：各分光栅具有变化的光栅周期;各分光栅的光栅条纹是弯曲的。
15、一种按照权利要求13所述的装置，其特征在于：一个分光栅的光栅条纹具有和另一分光栅的光栅条纹相同的主方向;各分光栅的平均光栅周期是不相同的;各探测器对沿着与分光栅之间的分界线平行的方向并排设置。
16、一种按照权利要求13所述的装置，其特征在于：各个分光栅有相同的平均光栅周期;一个分光栅的光栅条纹主方向以第一角度，而另一分光栅的光栅条纹主方向以第二角度向两个分光栅的分界线延伸;各探测器对沿着与所说的分界线方向横截的方向并排设置。
17、一种按照权利要求13所述的装置，其特征在于：第一分光栅的光栅条纹主方向以第一角度，而第二分光栅的光栅条纹主方向以第二角度向各分光栅间的分界线延伸;两个分光栅的平均光栅周期是不同的;各探测器对沿着与所说的分界线平行的方向和垂直的方向占据不同位置。
18、一种按照权利要求10所述的装置，其特征在于：对每束被偏转的辅助光束提供一个探测器，沿着与有效径迹方向横截的方向看，两个探测器置于四象限探测器的两侧。
19、一种按照权利要求16所述的装置，其特征在于：在组合探测系统中，沿着与有效径迹方向横截的方向看，用来接收第一和第二辅助光束的第一和第二探测器分别置于两个并排放置的探测器对的第一侧和第二侧。
20、一种按照权利要求16所述的装置，其特征在于：在组合探测系统中，分别对第一和第二辅助光束提供第一和第二，以及第三和第四探测器，所说的每条辅助光束都被第一衍射光栅分成两束次级光束，其中沿着与有效径迹方向横截的方向看，四个探测器和两个探测器对以下列顺序并排，即第一探测器，第一探测器对，第三探测器，第二探测器，第二探测器对和第四探测器。
21、一种按照权利要求16所述的装置，其特征在于：第一衍射光栅的光栅条纹基本上平行于第二衍射光栅的光栅条纹;沿着有效径迹方向看，用于第一辅助光束的第一探测器和用于第二辅助光束的第二探测器放在两个探测器对的不同侧面;沿与有效径迹方向横截的方向看，两个探测器对并排放置。
22、一种按照权利要求17所述的装置，其特征在于：在组合探测系统中，分别对第一和第二辅助光束提供第一和第二，以及第三和第四探测器，所说的每条辅助光束都被第一衍射光栅分成两束辅助次级光束;沿着与有效径迹方向横截的方向看，第一和第三探测器置于第一探测器对的两侧，第二和第四探测器置于第二探测器对的两侧。
23、一种按照权利要求15所述的装置，其特征在于：在组合探测系统中，分别对第一和第二辅助光束提供第一和第二，以及第三和第四探测器;所说的每条辅助光束被第一衍射光栅分成两束辅助次级光束;沿着与有效径迹方向横截的方向看，第一和第三探测器置于第一探测器对的两侧，第二和第四探测器置于第二探测器对的两侧。
24、一种按照权利要求18所述的装置，其特征在于：如果扫描光束在信息平面上聚焦达到最佳程度，则对于每个探测器对来说，两个探测器之间的分离条纹以一锐角延伸到这样的线上，这条线是二极管激光器的发射辐射的表面中心与在相应探测器对上形成的辐射光点的强度分布中心的连线。
25、一种按照权利要求18所述的装置，其特征在于：两个探测器对的分离条纹原则上平行于二极管激光器发射辐射的表面中心与组合灵敏辐射探测系统的中心的连线。
26、一种按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所说灵敏辐射探测系统是一个复合光电二极管，该二极管设在一个基底上，所说的基底由一个具有第一表面和第二表面的部件提供，所说的第一表面朝向复合光电二极管，所说的第二表面与第一表面相对;二极管激光器布置在第二表面上，该激光器发射一束辐射光束，光束的主轴垂直指向基底平面;部件的第二表面这一侧的基底中有一个监控光电二极管。
27、一种按照权利要求1所述的装置，其特征在于;所说辐射源是一个二极管激光器，灵敏辐射探测系统包括一个复合光电二极管，所说的二极管激光器和光电二极管装在外壳中的一侧，外壳的第二侧有一个反射器，该反射器将二极管激光器的一部分辐射向监控光电二极管反射，监控光电二极管装在外壳内靠近二极管激光器。
28、一种按照权利要求27所述的装置，其特征在于：所说反射器是环形的，反射器的孔内设有光栅。
29、一种按照权利要求27或28任一项所述的装置，其特征在于：二极管激光器，复合光电二极管和监控电二极管排布在一个支承物上。
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