CN1091525A

CN1091525A - 光束成型光学元件及包括所述元件的辐射源装置和扫描装置

Info

Publication number: CN1091525A
Application number: CN93121621A
Authority: CN
Inventors: J·J·M·布拉特
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1993-12-31
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2013-12-31
Also published as: DE69312667D1; TW243520B; JP3566979B2; EP0605923B1; DE69312667T2; CN1047445C; JPH06294940A; US5467335A; ATE156275T1; EP0605923A1

Abstract

一种用于把具有椭圆形截面的一光束(5，6，7，8) 转换成具有圆形截面的一光束(9)的光束成型元件 (10)，该元件(10)有一个柱面的入射表面(12)和一个超环面的出射表面(13)，且该元件被安置靠近二极管激光器(1），因此由离焦引起波阵面误差的风险减小。该元件具有高耦合效率。

Description

本发明涉及一种光束成形光学元件，该元件有一个入射表面，一个位于反面的出射表面和一个与三轴XYZ直角坐标系中Z轴重合的光轴。该元件用于把具有在坐标系中YZ平面上的第一个角孔径与在XZ平面上的第二个较小角孔径之间的第一个比值的光束转换成具有所述角孔径之间的第二个较小比值的光束。所述元件在所述两平面内完成不同的角度放大。

本发明还涉及一种辐射源装置和一种光学扫描装置，它们都含有这样一种光束成形元件。

这种类型的光束成形元件是已知的，其形式如一个棱镜，一个柱面透镜，或如欧洲专利申请第0286368号中所述的一个单透镜元件，该元件的入射表面和出射表面为超环面形状。这种光束成形元件多数与一个二极管激光器一起使用，该二极管激光器发射一束光，该光束在平行于活性层的平面上，即水平面上的角孔径小于它在垂直于活性层的平面，即竖直平面上的角孔径。本领域已知的，这样一个二极管激光器发出的光束有个椭园形截面。在利用这样一个二极管激光器作辐射源的装置中，例如用光学记录载体读或写装置，将声频、视频节目或数据则贮存在该载体上，或者印象机，在将被扫描的介质上必须形成一个园形、较小的最好是衍射极限光斑。为此，利用其形成辐射点的成像系统或物镜系统必须被具有园形截面的辐射光束充满。现在已知，在二极管激光器和物镜系统之间，二极管激光器一段距离放置一个光束成形元件便能获得所述来自二极管激光器的光束。

在利用光束成形元件的已知系统中，需对光束成形元件和该元件相对于辐射源的位置严格要求。已知的光束成形元件被设计为对光束截面的放大或缩小的光束成形只在竖直平面或水平面中的一个平面上实现。既然在这个平面上的成形必须相对强些，那就需要对在光束成形中所起作用参数做严格要求。

另外，在利用光束成形的已知系统中，光束成形元件被安排在距离辐射源相对远处，就是使由光源发射的发散光束具有所需的截面。然而，仍需对二极管激光器的出射平面相对于光束成形元件的轴向或Z的位置严格要求。如果二极管激光器出射平面的Z位置与所需位置不同，在光束成形元件的入射表面上，激光束会产生有二次离焦项的波前。二次畸变是角度的一个函数，在该角度上从辐射源中心观察到波前的一部分，通过光束成形元件二次畸变以不同方式在两个主要的截面，XZ平面和YZ平面上变换。实际上，已知的光束成形元件在其中一个平面上具有相对大的角度放大系数或换算系数，而在另一平面上的放大系数等于1。如果光束成形比率例如大于2，辐射源的离焦就通过光束成形元件基本上完全转换成光束只在一个主要截面上的离焦。这意味着由光束成形元件上射出的光束开始变成散光。在光学系统中，考虑到辐射源本身的离焦可以通过对物镜系统的主动调焦得到校正，但象散的波阵误差则不再可以消除。因此，对于象散必须有严格容限要求。如果平均波前误差，即整个波前表面，对被除以该表面的波前差的均方值的积分的均方根，表示为OPD_rms，0.02×波长（λ）仍被允许，象散波象差W_A应小于0.1λ。这意味着相对于光束成形元件的辐射源的离焦△Z可定义为：

△Z= \frac{{2. W}_{A}}{{(NA)}^{2}}

如果光束成形元件数值孔径NA为0.35，λ＝0.8μm，则其至多约为1.5μm。

在通常使用的光学系统中，光束成形元件被安排在距二极管激光器较远处，这样严格容差要求就很难满足。由于温度变化和机械碰撞，二极管激光器和光束成形元件之间产生轴向位移可达很多微米。

现有发明的目的在于提供一种光束成形元件和一种含有该元件的辐射源装置，利用该元件和在装置内部相应地使所述实际缺点显著地或完全地得到消除。

本发明的第一方面涉及一种光束成形元件的新概念。该元件的特征在于入射表面中心具备一完全柱面的部分，其园柱轴与Y轴平行，该入射表面在YZ平面上造成一个角度缩小率约为 (n1)/(n2) ，而在XZ平面上造成一个角度放大率约为 (n₂)/(n₁) ，其中n₁，n₂分别是元件材料和周围介质的折射率。该元件特征还在于出射表面上是一个超环面，该超环面在XZ平在上的曲率半径大于它在YZ平面上的曲率半径。

光束成形率是由两部分组成的，即在水平面上的角度放大率 (n₂)/(n₁) 和竖直平面上的角度缩小率 (n₁)/(n₂) 。这两个组成部分中的每一个都可以通过不太严格容差要求来实现。而对于光束成形元件的容差要求则比其严格，而其中光束成形只在这些平面中的一个平面上实现。

下面将进一步描述，依照本发明的三个基本成象步骤的组合被用于光束成形元件。该步骤已知是与象差无关，并相对折射表面的共轴性和斜率具有高容差。

据记载，欧洲专利申请第0286368号公开了一种具有超环面出射表面的光束成形元件。然而，该元件的入射表面并非柱面而是超环面。该表面只用于校正竖直平面上的象差，而超环面的出射表面则只用于校正水平面上的象差。依照本发明，光束成形元件的超环面出射表面的目的在于在一次成象中呈现出二个中间像。该中间象分别形成于XZ平面和YZ平面上，并沿Z方向移动，而实际上的光束成形由入射表面实现。

依照本发明的光束成形元件的出射表面几乎没有折射，即该表面的角度放大率近似于1。因此，通过光束成形元件观察到辐射源的Z位置在所有环境参数变化中保持稳定。这点对于光学扫描装置尤其重要。该装置的光源必须有相对于探测器稳定的位置。

也许需要缩小由光束成形元件射出的光束孔径，例如该孔径在两个主要截面上相等。为此，在该光学系统中可在光束成形元件后安上一个准直透镜。但当运用光束成形元件的一个实例时，该元件进一步的特征为一个球形表面叠合在超环面出射表面上，而准直透镜不再需要了，因为出射表面缩小了光束的孔径，起到了准直透镜的作用。

光束成形元件可能是一个模制的玻璃主体或一个由透明合成材料制成的模制类似元件。但该元件最好包含一个玻璃基体，该基体的前面和/或后面有一层透明合成材料涂层，而利用一种已知的复制技术可使其具有想要的形状。光束成形元件可以大数量、低成本、利用这样一种复制技术制造。先由两块模子开始，该模子的内面与所需形状相反。这一点对用于消耗设备尤其重要。

依照光束成形元件的进一步的特性，合成材料为有机玻璃。这种材料，其折射率n＝1.483，光束成形率n则可为2.2。该材料具有较小双折射的优点。这是在光学元件制造过程中获得的好经验。

依照本发明的光束成形元件不仅用于把椭园形截面的光束，该椭园形二个轴的轴向比为1∶3，转换成圆形截面的光束，而且可以把一种更椭园截面的光束，该椭园形二个轴的轴向比为1∶5，转换为一种不太椭园截面的光束，其轴向比为1∶2。

本发明的第二方面涉及由光束成形元件射出的光束波阵面上的辐射源与该元件相互之间位置变化产生的影响。依照本发明，这一影响可在辐射源装置内显著减小，如果该装置的特征在于二极管激光器的辐射出射表面与光束成形元件的入射平面之间的距离至多不过几百μm。

在这样小的距离上，二极管激光器和光束成形元件，较之惯用系统上通行的约为几毫米的距离，它们彼此之间能更好、更显著地相互稳定。

所需的二极管激光器和光束成形元件之间的互相稳定性可以通过把二极管激光器和该元件固定在一个共同支架上实现。

依照本发明辐射源装置的一个最佳实施例，其特征在于光束成形元件和二极管激光器被固定在一个共同支架上，之后能够达到最佳稳定状态。

缩小二极管激光器和光束成形元件之间距离的原理可用于带传统光束成形元件，如柱面透镜或棱镜的辐射源装置。该辐射源装置提供一种园形对称截面的光束，该光束的波阵面与由环境参数变化引起的二极管激光器Z轴位置变化无关。

然而，本原理最适用在其特征在于光束成形元件是按照如前文所述本发明的元件的辐射源装置中。

由于该元件的光束成形只在入射平面上实现，该平面相对于二极管激光器出射平面的位置是非常重要的。而该元件出射平面的位置就不那么重要，因此不必对光束成形元件例如沿光轴测量的厚度严加要求。

在辐射源装置中，由二极管激光器形成的辐射源可能呈现象散，即光束在水平面上的起点是不同于竖直平面上的另一轴向位置。该光源象散现象可通过采用超环面形状得到补偿。

在某些光学系统中，例如对某些印象机来说，就进一步要求拉长最终形成的辐射点，由于采用超环面，由该超环面射出的光束适于形成这样的辐射点。根据具体需要也可采用柱面入射表面，但不必非是柱面的。

本发明进一步涉及一种用于扫描信息平面的光学扫描装置，该装置包括一个二极管激光器辐射源装置，一个物镜系统，用于把该装置提供的辐射光束聚焦在信息平面上形成一个扫描点。一个辐射敏感探测系统用于把来自信息平面的辐射转换成电信号。该扫描装置的特征在于前文所述的辐射源装置。

本发明的这些及其他方面将参照实施例说明如下。

图中：

图1是包括光束成形元件的辐射源装置的视图;

图2是怎样使二极管激光器和光束成形元件之间彼此固定的视图;

图3是该元件如何容纳在二极管激光器外壳内的视图;

图4是光束成形元件的一个实施例的视图;

图5a和5b是该光束成形元件的象差曲线的视图;

图6a和6b是一种已知光束成形元件的象差曲线的视图;

图7是一个种已知光束成形元件的视图;

图8是包括该种辐射源装置的一种光学扫描装置的图解。

图1所示一个二极管激光器和一个光束成形元件10，以及一个三轴坐标系XYZ。为清楚起见，二极管激光器和该元件10之间的轴向距离（沿Z方向）被夸大了。实际上，这些元件之间彼此靠近，光束成形元件的表面11为二极管的激光器的出射平面4。

这种激光器，如一种AlGaAs激光器，包括多种不同的掺杂层，但为清楚起见，只图示出产生激光辐射的条状活性涂层2。活性条2以两个部分透明镜面3和4为两边，因此当一束电流从电源9发出经过激光器时，产生的激光辐射可以离开活性条2。从前面4射出的辐射用来形成一辐射光束，例如用于光学扫描装置或光学印象机，而从后面3射出的辐射则用来监视激光器的动作。

由于在XY平面上活性条2和前面4的截面为矩形，从二极管激光器射出的光束并不对称，而是与平行于活性条2的XZ平面，即水平面有一个角孔径θ₁，该角孔径小于在YZ平面上，即竖直平面上的角孔径θ₂。水平面上光束的边界光线以参数5和6标明，而竖直平面上的边界光线用参数7和8标的。用边界光线代表的光束在二极管激光器的远场，即距该激光器一段距离处，呈椭园形截面。为使该光束适用于如光学扫描装置或光学印象机，该光束必须被转换成园形截面的光束。利用依照本发明光束成形元件10可实现。该元件的入射表面12是园柱轴与Y轴平行的一个柱面部分，而对于竖直平面，即YZ平面上的光线来说，入射表面是一平面，该平面位于如折射率为1的空气和具有较大折射率n的介质之间，因此这些光线在由n决定的一个范围内向Z轴偏转。也就是说，这些光线产生的角孔径缩小率为 1/(n) ，表面12在YZ平面上辐射源中心形成第一个象。这就是前文提到的基本成象步骤中的第一步。

第二个步骤涉及水平面上即XZ平面上入射表面的作用。在这个平面上，该表面的曲率半径被选定为R，使辐射源中心与由入射表面共轭的其象点和图象及表面的等光程点一致。等光程点的位置由下式给出：

S₀＝（ (1+n)/(n) ）R

S₁＝（ (1+n)/(n) ）R

其中S和S分别为物点和象点在Z轴上的位置。由入射表面12造成的水平面上的角度放大率为n。

第三个基本成象步骤涉及竖直平面及水平面，并通过该元件10的出射表面15实现。该表面在竖直平面上的曲率半径为R并处于Z位置，这使该曲率中心与由表面12形成的处于激光面4中心的象基本一致。在竖直平面上，光线透过表面13不折射，则该平面上的角度放大率为1。在水平面上，出射表面的曲率半径使曲率中心与由表面12形成的激光面4的中心的虚象一致，因此在这种情况下中心与由表面12形成的激光面4的中心的虚象一致，因此在这种情况下的角度放大率也近似为1。

由光束成形元件10在竖直平面上实现的角度放大率与在水平面上实现的角度放大率的差近似为n²。这个差值，即该元件的光束成形率基本上完全是由入射表面在竖直平面和水平面上改变光束聚散度而实现的。如果光束成形元件被安置在一折射率为n₁的介质中，如果该元件被安置在一折射率为n₂则竖直平面上的角度缩小率为 (n₁)/(n₂) 收平面上的角度放大率为 (n₂)/(n₁) ，光束成形率近似为( (n₂)/(n₁) )²。对于入射表面上等光程点的位置遵循：

S_{0} = \frac{n_{1} + n_{2}}{n_{2}} \cdot R

S_{1} = \frac{n_{1} + n_{2}}{n_{1}} \cdot R

既然由入射表面形成的两个虚像处于Z轴上的不同位置，那么出射表面应稍呈超环面形状以使两个像合二为一。超环面的意思就是表面在水平面上的曲率半径不同于它在竖直平在的曲率半径。图1是利用非共面园周曲线来表示的出射表面。

表面13的超环面形状可以用该表面上位于同一个园上的两点之间在Z方向上的最大距离来表示。对于用到的光学表面的边界来说，该顶点到顶点的距离大约是几微米到几十微米。

或者需要减小从光束成形元件10射出的光束的角孔径，那么该光束沿系统往下用到的光学元件可具较小直径。为此在该元件10后安置一准直透镜。然而，本发明提供了进一步的可能性，即在光束成形元件中包括准直功能。为此，一个具有所需光焦度减小角孔径的球形表面被叠合在出射超环面上。该球形表面在水平面和竖直平面上的曲率半径相同。

用于光学记录载体的传统扫描装置中，光束成形元件的入射数值孔径在水平面上约为0.13，在竖直平在上约为0.40。依照本发明，光束成形元件内的出射表面无球面光焦度，则可在两平面内实现出射数值孔径0.20。如赋于出射表面13一个球形光焦度，则出射数值孔径可被减小。如能使该孔径与最小入射数值孔径相等，则可肯定出射表面实现成象满足等光程条件，与所述关于水平面上入射表面12实现成象方式相类似。如满足了等光程条件，容差要求可被缓和，也容易满足这些要求。

二极管激光器光束在水平面和竖直平面上的FWHM角孔径分别为10°和30°，当光束成形元件的上述NA值为0.13和0.40时，该光束通过光束成形元件后进行对称的振幅分配。

如果光束具有高斯强度分布，由该元件射出的光束边缘的强度等于光束中心强度的40%。该周边强度等于强度损失，因为该元件的孔径有限。二极管激光器射出的辐射的60%用容纳二极管激光器的光学装置可行的方法集中。FWHM角孔径是那些射向波阵面上，强度只有中心强度一半的点的光线的夹角。

如图1所示，光束成形元件的形状为一个具有圆形截面且长度L与该圆的直径D大致相等的圆柱。D和L为由容易处理来确定的值，例如1.2mm。入射平面12的曲率半径大约为15-30μm。波象差OPDrms为所需值7mλ，明显小于Marechal准则的70mλ。7mλ的数值是由象散残差决定的。如有需要，可以通过使XZ平面呈超环并通过增加一个小的;四阶校正项可能使YZ平面稍呈非球面来校正该残差。

光束成形元件可用玻璃制成。入射表面12和出射表面11可以通过抛光或模制得到。该元件同样可以用透明合成材料同样经过例如模制制成。为了得到一种可以大数量、低成本制造，适于抵抗温度变化和湿度的光束成形元件，可应用一种已知的复制工艺。在该工艺中，由一块玻璃塑坯开始，该塑坯的前面和后面都有一层足够粘稠状的合成材料涂层，例如一种在紫外线影响下塑化的聚合物。这些涂层分别使入射表面和出射表面具有所需形状，把模子压入涂层，模子表面分别是表面14和表面13的反面。因此，用紫外线照射装配线使涂层塑化。除去模子之后无需任何操作，该元件就可以使用了。

最适合使用的一种合成材料是有机玻璃材料（PMMA），其优点在于它不太显现双折射。

最好把光束成形元件相对于二极管激光器直接机械固定在二极管激光器上。这样固定的例子如图2所示。二极管激光器1，其最大表面如300×300μm，该二极管激光器被固定在一个如1×1×1mm的块体15的一个侧面16上。光束成形元件10被安置在块体15的上表面17上。该元件的柱面透镜位于二极管激光器出射面4的上方。该元件的柱面透镜位于二极管激光器出射面4的上方。该元件10由固定在侧面16和可能对立侧面18上支点（未图示）支持。现在二极管激光器的出射面4紧靠柱面透镜12，其距离例如为几十微米。因此，该出射面和光束成形元件之间距离上所需的约为1μm的容差实际上能够达到。因此从光束成形元件射出的光束没有多余的象散现象产生。而且出射面4和光束成形元件彼此固定，在环境参数变化的情况下也没有多余的象散象产生。

实际上，一个二极管激光器被安放在外壳内，该外壳正对二极管激光器前面的一侧有一个辐射透射窗。在已知装置中，光束成形元件被安置在外壳外且有一段距离。如距离窗口1.5mm，而窗口距离二极管激光器例如2.5mm，因此二极管激光器与光束成形元件之间的距离为例如4mm。依照本发明，光束成形元件被安置于外壳内且距离激光面很近，如图3所示，该图中参数40表示的是一个基体，该基体上放置块体15，监视二极管41，可能还有光电二极管。外壳的两个侧面由参数42表示，外壳上表面的辐射透射窗由参数43表示，元件44...47是用于二极管激光器和光电二极管的一些连结端子。

下列参数适用于光束成形元件的第一个实施例，该元件完全由合成材料PMMA制成。

到二极管激光器的距离Z₁＝80μm。

出射表面曲率：

-XZ平面上：C_1x＝-31.25mm^-1;

-YZ平面上：C_1y＝0。

厚度D＝1.16mm。

出射表面曲率：

-XZ平面上：C_2，x＝-0.865mm^-1;

-YZ平面上：C_2，y＝-0.734mm^-1

下列容差适用于该元件：

-允许的离焦：△Z₁＝2μm;

-允许的厚度变化：△D＝25μm;

-允许的折射率变化：△n＝0.01;

-允许的偏心：

在XZ平面上为3μm;

在YZ平面上大于25μm;

-允许的x轴斜率至少50mrad;

-允许的Y轴斜率：

NAexit＝0.20时，至少50mrad;

NAexit＝0.13时，至少15mrad;

NAexit＝0.10时，至少5mrad;

对于光束成形元件的第二个具体实施例，该元件YZ平面上的截面如图4所示，该元件是由SFH64玻璃制成的主体和合成材料Diacryl的涂层组成，下列参数值适用：

二极管激光器的距离Z＝90μm;

出射表面的曲率：

-在XZ平面上：C_1x＝-37.1mm^-1;

-在YZ平面上：C_1y＝0.

厚度D₁＝0.017mm;

D₂＝2.50mm;

D₃＝0.002mm。

在XZ平面上，出射表面的曲率半径：R_1x＝1.859mm。

在YZ平面上，非球形出射表面的最大曲率半径：R_2y＝-2.023mm，非球面系数a₂＝-0.24715;a₄＝-0.0132。

下列容差适用于该元件：

-允许的离焦为△D₁＝1.5μm;

-允许的厚度变化△D₂＝20μm;

-允许的折射率变化：

SFH64玻璃：△ng＝0.010;

Diacryl：△nd＝0.010;

-允许的偏心：

在XZ平面上为3μm;

在YZ平面上大于25μm;

-允许的X轴斜率：25mrad

-允许的Y轴斜率：25mrad。

该元件的重量近似为40mg。从该元件射出的光束具有对称的园形截面且角孔径为0.20。该元件接收大约94%的二极管激光器辐射;NA＝0.20时，周围强度约为6%。如果该元件用于光学记录载体的扫描装置中，该装置的光学系统挑选一个数值孔径为0.15含全部强度的80%的园形光束。因此当NA为0.15时，周围强度为20%。

图5a和5b所示为光束成形元件实施例在子午平面和弧矢平面的象差曲线。该元件由SFH16制成的主体和一合成材料涂层组成，其NAyz＝0.160，NAxz＝0.150。在这两个图中，被标定在纵座标轴上的波象差A（以入为单位）是出瞳中（以标准数值孔径为单位：NAn）P点位置的函数。在X方向上的定位误差为2μm，在Y方向上的为0μm。

OPDrms为5mλ。

为了比较，图6a和6b分别表示的是一种已知光束成形元件的象差曲线。该元件在YZ平面上的截面如图7所示。入射光束的角孔径θi＝0.32，出射光束的角孔径θ为0.125。对该元件来说，Y方向上的定位误差为2μm，X方向上的为0μm。OPDrms为50mλ。

图8所示为用来光学扫描光学记录载体20上信息涂层的一种装置。这里扫描的意思为用于写和读信息扫描。信息涂层可能是一预先录制了的涂层或一个能完全或部分提供信息的涂层。图8所示是记录载体20的一部分的径向截面，它包括一个透明基体21，一个反射信息涂层22和一个外层23。信息涂层被分成很多记录槽25。在该记录槽内信息被记录下来或以信息区域（未图示）的形式写下来。该信息区域可从它们的环境中被光学地辨别出来。

扫描装置包括一个辐射源装置30，该装置提供具有园形截面的光束31，该光束具有一角孔径使光束最佳状态充满物镜系统33。该系统在信息涂层上形成衍射极限光斑32。该涂层反射经过物镜系统的光束34的辐射。为在空间上把光束34从光束31中分离出来，该系统提供一个部分反射元件，如一个棱镜35，该棱镜的一个部分透射面35把光束34的一部分反射向探测器37。旋转记录载体可以扫描一个信息记录槽，相对于扫描点32径向移动记录载体能扫描所有信息记录槽。

读出时，根据连续信息区域贮存的信息对反射的光束进行强度调制。探测器37把该调制转换成电信号。探测器通常包括许多探测元件，因此该探测器提供许多输出信号。该输出信号在信号处理电路38被处理为一个输入信号Si和一个记录误差信号Sr和一个聚焦误差信号Sf用于一个记录槽伺服系统和一个聚焦伺服系统。

为了解读出装置的其他细节可参照文章：“Het systeem”Compact Disc Digital Audio””作者：m.G.Carasso，刊登在J.B.H.Peek and J.P.Sinjon in Philips Technisch Tijdschrift 40，第267-272页。1981/82，第九期。

依照本发明，辐射源装置30如前文所述包括一个二极管激光器，和一个光束成形元件10。该辐射源装置提供一种光束，该光束具有稳定波阵面，其强度是二极管激光器产生的强度的一大部分。因此该辐射源装置非常适合用作写装置，利用该写装置信息可以烧蚀地通过表面变形或磁光过程被写下来。在写过程中，通过如声光调制器或通过调制经过二极管激光器的电流来调制光束31。

图8只用一个实施例说明了光学扫描装置的原理。该扫描装置还有很多实施例。依照本发明的辐射源装置可用于每个实施例。本发明不仅用于扫描光学记录载体的光学装置中，还通常用于一些光学装置，该光学装置包含一个或多个二极管激光器作为辐射源，其中需要有高强度的辐射光束和较小偏差的波阵面。光学印象机就是这种装置的一个例子。

并不是常常需要把具有椭园形截面的辐射光束转换成具有完全园形截面的光束，而只是把具有极椭园形截面的光束转换成具有不太椭园形截面的光束就足够或合乎要求了。本发明还用于可实现后者的光学系统中。而且不需将本发明的二个方面合在一起使用，因为它们自己本身已经表现出主要的优点。把光束成形元件的入射表面安置在离辐射源的辐射出射表面很近的地方的思想同样可以用于带传统光束成形元件的系统中。如果依照本发明的光束成形元件在一个平面上的角孔径放大而在第二个平面上的角孔径缩小，该元件是被安置在距辐射源稍远处，对该元件不太严格容差要求也可能使它获益。

Claims

1、一种光束成形的光学元件，具有一个入射表面，一个位于其对面的出射表面和一个与三轴XYZ直角坐标系中Z轴一致的光轴，该元件用于把具有光束在坐标系中YZ平面上的第一个角孔径与该光束在XZ平面上的第二个较小角孔径之间的第一个比值的光束转换成具有所述两角孔径之间的第二个较小比值的光束，所述元件在所述两平面内实现不同的角度放大，其特征在于入射表面在中心具备一基本上柱面的部分，其园柱轴与Y轴平行，该入射表面在YZ平面上造成一个约为 (n₁)/(n₂) 的角度缩小率，在XZ平面上造成一个约为 (n₂)/(n₁) 的角度放大率，其中n₁，n₂分别为元件材料和周围介质的折射率，其特征在于出射表面为一个超环面，该超环面在XZ平面上的曲率半径大于它在YZ平面上的曲率半径。

2、根据权利要求1的光束成形元件，其特征在于将一个球形表面重叠在超环面的出射表面上。

3、根据权利要求1或2的光束成形元件，其特征在于该元件包括一个玻璃主体，该玻璃主体的前面和/或后面具备一层透明合成材料涂层，其中分别使前面和/或后面具有柱面形状和/或超环面形状。

4、根据权利要求3的光束成形元件，其特征在于合成材料为有机玻璃。

5、一个辐射源装置，包括一个二极管激光器和一个光束成形元件，该光束成形元件用于把辐射源提供的一光束转换成对辐射源光束来说具有不太椭园截面的光束，该辐射源装置的特征在于二极管激光器的辐射出射表面与光束成形元件的入射平面的距离最多为几百μm。

6、根据权利要求5的辐射源装置，其特征在于光束成形元件与二极管激光器固定在一个共同支架上。

7、根据权利要求5或6的辐射源装置，其特征在于光束成形元件是权利要求1，2，3或4中要求的元件。

8、根据权利要求5，6或7的辐射源装置，其特征在于光束成形元件容纳于二极管激光器的外壳内。

9、一种用于扫描一个信息平面的光学扫描装置，该装置包括一个辐射源装置，一个物镜系统用于把该装置提供的辐射光束在信息平面上聚焦成一个扫描点，一个辐射敏感探测系统用于把来自信息平面的辐射转换成电信号，该光学扫描装置的特征在于辐射源装置为权利要求5，6，7或8中要求的辐射源装置。