CN1144002A - 对信息表面进行光学扫描的光学组件以及含有该光学组件的光学扫描装置 - Google Patents

对信息表面进行光学扫描的光学组件以及含有该光学组件的光学扫描装置 Download PDF

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Abstract

光学组件(1)用于对某一表面，特别是记录介质(9)的信息表面进行光学扫描。组件包括一个底座(13)，一个光源单元(15)，一个旋转反射镜单元(17)和一套物镜系统(19)。物镜组可在信息表面产生扫描点，它有一个入射光孔(19b)和一个光轴(19a)。从光学角度看，旋转反射镜单元置于光源和物镜组之间。采用悬置结构为物镜组提供相对于底座可移动的支撑。悬置结构使物镜组能沿光轴作纵向移动和绕一转轴转动。这一转轴与光轴和入射光孔的交点重合。驱动装置使物镜组按上述运动方向移动。

Description

对信息表面进行光学扫描的光学组件 以及含有该光学组件的光学扫描装置
本发明涉及一套可对一表面进行光学扫描的光学组件，其中包括一底座，一光源单元，一旋转反射镜单元和在扫描表面产生一扫描点的装置。
本发明另外涉及一套含有一光学组件的光学扫描装置。该组件可对介质表面，特别是信息或记录介质表面进行光学扫描。它包括一底座，一光源单元、一旋转反射镜单元和在扫描表面产生一扫描点的装置。
一个光学组件和含有这一组件的装置从US 4,901,297可知。这一已知装置含有一磁光仪器，用于在记录带形式的记录介质上录入和读出信息。为了产生扫描点，这一已知仪器包括一激光振荡器。一会聚透镜，一多边形反射镜和一补偿透镜。其中多边形反射镜在一支架内被可旋转地支撑。这一已知装置还包括在记录信息过程中产生磁场的装置。在记录过程中，记录介质相对于光学组件移动，并在记录带形式的记录介质上产生记录轨迹。这些轨迹基本上沿记录介质的移动方向的垂直方向排列。激光振荡器安装在一个用以调节出射激光束方向的压电驱动器元件上，以使扫描点保持在所扫描的轨迹上，这通常称作“跟踪”。以光学角度来看会聚透镜置于激光振荡器和多边形反射镜之间，并和驱动器元件耦合作用，使激光束会聚成一个扫描点，投射于所述介质的记录或信息层上。补偿透镜按光学要求安置于多边形反射镜和记录介质之间。
在这一已知装置的使用过程中，激光振荡器为了跟踪需要而转动，所产生的转动使激光振荡器发出的激光束的方向发生变化。这一已知结构的一个缺点是由于所用光学系统的光场尺寸的限制，其转动范围比较小。因此只可能在小范围内进行跟踪，导致只有记录介质比较小的速度变化才能被修正。为了补偿有限的跟踪范围，这一已知装置需要对记录介质作精确的速度控制。为此而使用主导轮就其本质而言是已知的。
这一已知装置的另一缺点是在对记录介质的扫描过程中激光源和会聚透镜都不得不移动，以实现跟踪和聚焦。为此所需的支撑元件和驱动器的数目使得装置复杂化。而且激光源和会聚透镜所需作的移动要求额外的空间，这使整个装置相当庞大。另外可移动的激光源引发一些特殊问题。如有关其屏蔽、散热、电学接触等问题。
本发明的一个目的是提供一套可对一表面进行光学扫描的光学组件，该组件的构造可使光学组件在其本身不动的情况下在相当大距离内移动扫描点。
为此，提供本发明的光学组件的特征在于产生扫描点的装置，包括：具有一个入射孔和一光轴的物镜组；从光学角度置于光源单元和物镜组之间的旋转反射镜单元；用于对物镜组作相对于底座可动的支撑的悬置结构，该结构使物镜组能沿光轴作纵向运动和绕一转轴转动，该转轴至少基本与光轴和入射光孔的交点重合；和驱动装置，用于使物镜按上述运动方向移动。
对于入射光孔和光轴的定义可参见参考文献，例如，The opticalindustry & systems directory，1972-1973，第10版，P.6-27；The International Encyclopedia of Optical,Electro-optical and LaserTechnology,P.6-7。(参见参考文献)。
在本发明的光学组件中，扫描光束能聚焦产生扫描点，而且，由于物镜组可以在支撑结构允许范围内移动，扫描点能在表面上移动。激光源单元在这方面没有起作用，可以简单地稳固安置在底座上。驱动装置保证物镜组为了聚焦可在所扫描表面的垂直方向上移动，以及为了使扫描点在前述表面上移动而轴向转动。围绕着前文所述的转轴的转动可防止光损耗和图象干扰。
物镜组可包含一个或多个透镜。本发明的光学组件的一个重要优点是只有透镜或透镜组光场的很小的中心部分被利用，所以在所扫描介质上的像场中几乎没有像差产生。这使得能够获得准确限定的扫描路径。
在本发明的光学组件中所使用的结构方案可以很容易实现，并只需要有限的空间。因此可能实现小型结构。
需要指出的是，在本发明的光学组件中所使用的反射镜单元就其本身而言可以是已知的.一个合适的反射镜单元可见于EP 0,459,585(PHN13.343；参见于参考文献)，它具有多边形反射镜结构，该镜被电磁式悬挂，能由电磁力驱动绕一旋转转轴转动。多边形反射镜有许多镜面，比如六面，镜面延伸面平行于旋转轴或相对于此轴有45°夹角。从光学角度看，本发明的光学组件中的多边形反射镜被置于光源和物镜组之间。当多边形反射镜旋转时，镜面反射激光源所发射的光束，使之转向到物镜组。
本发明的光学组件的实施方案的特征在于一种悬置结构，它包括：第一悬挂单元，位于入射光孔附近；第二悬挂单元，沿光轴看远离入射光孔；这两个悬挂单元把物镜组和底座连接起来，使物镜组能作纵向移动和沿一转轴转动，该转轴沿光轴的切向设置，并至少基本上在入射光孔中。悬挂单元最好采用铰接零件，比如片状弹簧、弹性丝、组合铰接件等。这些零件架在物镜组和底座之间，由这些零件组成的悬挂单元结构简单、准确可靠。另一方面，靠近入射光孔的悬挂单元可以由滑动或转动悬挂零件组成。
本发明的光学组件的实施方案的特征在于：驱动装置是电磁装置，它包括：一个电子线圈元件和一个永久磁体元件。这两个元件之一被固定在物镜组上，而另一个被固定在底座上。为了减小需移动的重量，最好把磁体固定在底座上，把线圈固定在物镜组上。在使用中线圈和磁体一起作用，使物镜组作精确的移动。
本发明的另一个目的是简化上述类型的装置，使之更加实用。
为此，本发明中的光学装置的特点在于，用来在所描述表面产生扫描点的装置，包括：物镜组，具有一入射光孔和一光轴；旋转反射镜单元，从光学角度看，置于光源单元和物镜组之间；悬置结构，用于对物镜组作相对于底座的可动的支撑，使物镜组能沿光轴作纵向运动和绕一转轴转动，该转轴至少基本与光轴和入射光孔的交点重合；驱动装置，用于使物镜组按上述运动方向移动；以及用于使所扫描表面和光学组件作相对移动的装置。
本发明的装置具有与前文所述的本发明的光学组件相同的优点。
本发明的目的在于提供一套上述类型的扫描装置，其构造可保证甚至在所扫描介质的运动速度有较大变化的情况下，也能实现良好的跟踪。
本发明的光学扫描装置的特点在于产生扫描点的结构，包括：物镜组，有一入射光孔和一光轴；旋转反射镜单元，以光学角度看，置于光源单元和物镜组之间；悬置结构，用于对物镜组作相对于底座的可动的支撑，使物镜组能沿光轴作纵向运动和绕一转轴转动，该转轴至少基本与光轴和入射光孔的交点重合；驱动装置，用于使物镜组按上述运动方向移动。悬置结构，包括位于入射光孔附近的第一悬挂元件和沿光轴看远离入射光孔的第二悬挂元件，而悬挂元件把物镜组和底座连接起来，使物镜组能作纵向移动和绕一转轴转动，该转轴沿光轴切向设置，并至少基本在入射光孔中，记录带驱动单元，用于移动含有信息表面的光学记录带经过物镜组，正对物镜组的一部分光学记录带的记录带传输方向至少基本垂直于物镜组的转轴。
本发明的扫描装置具有与前文所述的本发明的光学组件相同的优点。因此，该扫描装置能够在扫描点和光学记录带之间在记录带方向维持速度的恒定偏差。这可能会带来扫描点的明显偏移。一个更重要的优点是这种可能的有效跟踪允许实现不使用主导轮的光学记录带传输。而且该实施方案允许在光学记录带的扫描表面上的扫描点有一明确的线性偏移。偏移的方向基本垂直于记录带移动的方向。
本发明的光学扫描装置可应用于在光学记录记录带上录入或(和)读出数字化信息，如在盒式记录带上。为此，可使用具有一层晶态无定形材料(相变材料)薄膜的记录带或记录带式介质。这种材料的结构在记录过程中受到激光源的影响，这样信息被贮存在信息或记录表面上。见于EP 0,459,585中的多边形反射镜非常适于这种应用。由于采用电磁式悬挂结构，具有多个反射面的多边形反射镜能够调整旋转，例如每秒几千转，所以镜面每次以不同的角度反射激光源发出的光束。该扫描装置能记录在垂直于贮存介质的运动方向上信息轨迹，信息轨迹长度可为1mm。因为在本发明的扫描装置中光学记录带和光学组件在记录过程中作相对移动，所以可能产生在记录带的横向上平行的信息轨迹列。这些轨迹列在记录带纵向上延伸。以相同方式可实现信息读出，用探测装置探测和处理从记录带上反射回的光。这种探测装置就其本身而言是已知的。
本发明的扫描装置能够应用于图象和声音的数字化存贮，也适合于存贮数据或医学信息等。由于反射镜单元，特别是前述多边形反射镜，以高速旋转，高密度信息可存贮于记录轨迹中，这些轨迹沿信息介质的移动方向的切向排列。
本发明的光学组件不仅能用于前文所述的本发明的扫描装置中，还能用于其他光学装置，比如扫描显微镜等。
现在将参照绘图举例说明本发明，其中
图中的透视示意图显示出本发明的装置，其中含有本发明的光学组件。
如图所示，本发明的扫描装置包括本发明的光学组件1和记录带驱动单元3。记录带驱动单元3包括一驱动卷轴5和另一卷轴7，单元3用来使光学记录带9从轴7向轴5运动。记录带9移动经过一记录带导杆11，在此处记录带传输方向是Y。在本例中轴5和轴7都被驱动，以保证尽可能稳定的记录带张力。
光学组件1用来对记录带9进行光学扫描，特别是位于记录带9的表面或中间的信息表面，光学组件1包括：底座13，光源单元15，反射镜单元17和物镜组19。其中单元15被稳固安装在底座1上，并特别有一激光源；单元17，特别是多边形反射镜，可绕轴17a旋转，并含有反射镜面17b。轴17a由底座13支撑。物镜组19含有至少一个物镜，主要用于会聚由光源单元发出的光束21，以在记录带9的信息表面上产生扫描点23。物镜组19有一光轴19a和一入射光孔17b，其中入射光孔位于反射镜单元17的反射镜面17b上。
物镜组19被以这样一种方式可移动地支撑于底座13上，从一个直角坐标系XYZ来看，其原点既在轴19a上，又在入射光孔19b中，X轴和光轴19a重合。物镜组19：可绕Z轴移动和沿X轴纵向移动，而其它运动则被禁止。在这一装置中记录带传输方向Y和Y轴平行。所容许的转动和纵向移动可使光学记录带的大和小的速度变化以及大和小的位置变化分别得到有效校正。
所容许的移动，即转动和纵向移动，可以通过使用第一和第二两个悬挂单元来实现。其中第一悬挂单元置于入射光孔19b附近，第二悬挂单元相对入射光孔更靠近记录带导杆11。本例中的两个悬挂单元各自含有两个杆形铰接零件25a，25b和27a，27b，它们被固定在底座13和物镜19上。铰接零件25a，27a和27b平行于Z轴延伸而25b平行于Y轴延伸，细长的铰接零件在横向较灵活而在纵向不易移动，因此所使用的悬置结构能有效控制物镜组19不容许的移动。
为了移动物镜组19以实现跟踪和聚焦，本发明的光学组件1包含有电磁驱动装置。这些驱动装置包括一固定在物镜组19上的电子线圈单元和固定在底座13上的永久磁体单元。电子线圈单元有两个扁平的电子线圈29a和29b。永久磁体单元有两个为了分别和线圈29a和29b作磁性耦合的支架部件31a和31b。支架部件31a和31b各自有一永久磁体31a1和31b1。当线圈29a通电时，物镜组19受到一平行于X轴(和光轴重合)的驱动力，它使物镜组19移动以实现聚焦，当线圈29b通电时，物镜组受到一平行Y轴的驱动力，使物镜组绕Z轴转动以实现跟踪，由于记录带速度较低，物镜和记录带间距变化较慢，使得聚焦控制所需的带宽较小。跟踪需要稍微大些的带宽。
除了激光源之外前述单元15可以有一信号控制器来探测由光学记录带9反射回的光束中所含的信息信号，而且探测器可用来探测用于激励电子线圈29a和29b的修正信号，单元15还可另含如准直透镜、分光镜、光栅等光学元件。
光学组件1含有探测系统，来探测多边形反射镜17的位置和(或)方向。这一图中未画出的探测系统最好采用可见于EP 0,459,586上揭示的光学探测系统(PHN 13.344，参见参考文献)。这一探测系统含有光敏控制元件，可把光点转换为电信号，以提供有关多边形反射镜的位置和倾斜的信息。这一信息经过一处理单元分析后，修正输出信号施加于多边形反射镜17的电磁式悬挂单元。
需要指出的是，本发明不只局限于此处所述的实施方案。特别是悬置结构和驱动装置可以不同于所示的别的方式来实现。

Claims (6)

1.可对一表面进行光学扫描的光学组件，该组件包括底座，一光源单元，一旋转反射镜单元和在扫描表面产生扫描点的装置，其特征在于：产生扫描点的装置包括：有一入射光孔和一光轴的物镜组；以光学角度看置于光源单元和物镜组之间的旋转反射镜单元；用来对物镜组作相对于底座可动的支撑的悬置结构，该结构使物镜组能沿光轴作纵向移动和绕一转轴转动，该转轴至少基本与光轴和入射光孔的交点重合；和用来使物镜组按上述运动方向移动的驱动装置。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于：悬置结构包括位于入射光孔附近的第一悬挂单元和沿光轴看远离入射光孔的第二悬挂单元，两悬挂单元把物镜组和底座连接起来，使物镜组能作纵向移动和绕一转轴转动，该转轴沿光轴切向设置，并至少基本在入射光孔中。
3.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于：驱动装置是电磁装置，包括一个电子线圈单元和一个永久磁体单元，上述两单元其中之一固定在物镜组上，而另一单元固定在底座上。
4.根据权利要求3的光学组件，其特征在于电磁装置远离入射光孔安置。
5.一种光学装置，其中含有根据上述各项权利要求的光学组件，以及使扫描表面和光学组件相对移动的装置。
6.一种光学扫描装置，其中含有根据权利要求2的光学组件，以及记录带驱动单元，该单元用于移动光学记录带经过光学组件的物镜组，其中记录带含有形成所述表面的信息表面，正对物镜组的一部分光学记录带的记录带传输方向至少基本垂直于物镜组的转轴。
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