DE3504366A1 - Optisches system zur ausbildung eines kreisringfoermigen strahls - Google Patents

Optisches system zur ausbildung eines kreisringfoermigen strahls

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    • G11B7/1381—Non-lens elements for altering the properties of the beam, e.g. knife edges, slits, filters or stops

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System zur Ausbildung eines kreisringförmigen Strahls und insbesondere auf ein optisches System zur Ausbildung eines kreisringförmigen Strahls, das im optischen Kopf eines Information-Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräts, z.B. in einem optischen Plattengerät, verwendbar ist.
Es ist für den optischen Kopf od. dgl. eines optischen Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräts für Informationen angestrebt worden, einen Lichtstrahl auf einen Punkt mit einem Durchmesser so gering wie möglich zu konzentrieren,
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um die Aufzeichnungsdichte im Aufzeichnungsmedium oder -träger groß zu machen. Deshalb ist es notwendig gewesen, eine Linse oder ein Objektiv mit großer numerischer Apertur (NA) zu verwenden. Andererseits muß aber das Objektiv für einen solchen optischen Kopf in ausreichender und genügender Weise in bezug auf den Abbildungsfehler korrigiert sein. Wenn die NA groß gemacht wird, so wird für die Aberrationskorrektur eine Anzahl von Linsen notwendig, was als Problem in sich trägt, daß das Gewicht des optischen Kopfes erhöht wird.
Insofern wurde durch die JP-Patent-Offenlegungsschrift Nr. 116 004/1981 ein System vorgeschlagen, wobei im mittigen Teil der Linse eine lichtauffangende Platte angeordnet und nur der Randbereich oder -abschnitt der Linse benutzt wird. Bei diesem System wird jedoch ein Teil der von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtenergie ab- oder aufgefangen, was eine Verminderung in der Ausgangsleistung bzw. der abgegebenen Lichtmenge am Aufzeichnungsmedium zum Ergebnis hat. Aus diesem Grund wurde gewünscht und angestrebt, anstelle der lichtauffangenden Platte eine einfache Einrichtung zur Hand zu haben, mit der es möglich ist, ohne einen Verlust an Energie einen kreisringförmigen Strahl zu erhalten.
Der Erfindung liegt insofern die Aufgabe zugrunde, ein optisches System zur Ausbildung eines kreisringförmigen Strahls zu schaffen, bei dem dieser Strahl ohne Energieverlust erhatlen werden kann und das darüber hinaus einfach sowie leicht, jedoch mit hoher Genauigkeit zusammenzusetzen ist.
Diese Aufgabe wird durch ein optisches System zur Ausbildung eines kreisringförmigen Strahl gelöst, das gekennzeichnet ist durch ein erstes Bauteil, das eine
konvexe, einen einfallenden Strahl zurückwerfende Reflexionsfläche trägt sowie eine erste konische Fläche aufweist, und durch ein zweites Bauteil, das eine zweite konische, mit der ersten konischen Fläche in Anlage befindliche Fläche aufweist sowie in einer vorbestimmten Lagebeziehung zur konvexen Reflexionsfläche eine konkave Reflexionsfläche trägt, die den von der konvexen Reflexionsfläche zurückgeworfenen Strahl reflektiert und zu einem ringförmigen Strahl ausbildet.
Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels für einen optischen Kopf, bei dem ein optisches System zur Ausbildung eines kreisringförmigen parallelen Strahls durch eine Kombination von einem kegeligen Konvex- sowie einem kegeligen Konkavspiegel zur Anwendung kommt;
Fig. 2 bis 6 Schnittdarstellungen von Ausführungsformen des optischen Systems gemäß der Erfindung;
Fig. 7A bis 7C Beispiele für die Ausbildung der Halterung für die konvexe Reflexionsfläche.
Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für das optische System gemäß der Erfindung in seiner Anwendung auf den optischen Kopf eines optischen Information-Aufzeichnungs-/ Wiedergabegeräts. Der von einer (nicht gezeigten) Lichtquelle einfallende Strahl 9 wird durch eine Kombination eines kegeligen Konvexspiegels 1 sowie eines kegeligen Konkavspiegels 2 zu einem kreisringförmigen Strahl ausgebildet, der durch eine Objektivlinse 7 auf einen Aufzeichnungsträger 8 konzentriert wird. Mit einer solchen Konstruktion wird eine Wirkung erhalten, die gleich der Wirkung eines Lichtauffangens im zentralen Teil ist,
jedoch geschieht das ohne Energieverlust und unter Verwendung von nur dem Randbereich der Objetkivlinse 7, was für die Korrektur von Aberrationen (Bildfehlern) von Vorteil ist.
In dem oben beschriebenen optischen System müssen der kegelige Konvexspiegel 1 und der kegelige Konkavspiegel 2 mit hoher Genauigkeit angeordnet und in einer vorbestimmten Lagebeziehung zueinander fixiert werden. Beispielsweise müssen der Positionsfehler und die Winkelabweichung der Rotationssymmetrieachse der beiden Spiegel gering und in der Größenordnung von A /10 gehalten werden, wobei λ die Wellenlänge des einfallenden Strahls ist. Wenn man bestrebt ist, eine solche Lageeinstellung oder -justierung mit Hilfe eines Meßgeräts, z.B. eines Interferometers, auszuführen, so wird eine beschwerliche Arbeitsweise notwendig und die Produktionsleistung herabgesetzt. Insofern wird erfindungsgemäß eine konische Fläche für den Zusammenbau an jedem dieser Spiegel oder dem Träger hierfür vorgesehen, um damit die Lagejustierung in weitem Maß zu vereinfachen. Im folgenden wird eine spezielle Konstruktion für das optische System gemäß der Erfindung erläutert.
Bei der in Fig. 2 im Schnitt gezeigten Ausführungsform gemäß der Erfindung hat ein kegeliger Konvexspiegel 1 eine kegelig-konvexe Reflexionsfläche I1. Ein den gleichen Höhenwinkel wie der Spiegel 1 aufweisender kegeliger Konkavspiegel 2 hat eine einen Teil eines Kegels bildende konkave Kegelstumpf-Reflexionsfläche 2'. Im Spiegel 2 ist eine konische Fläche 10 mit zur Reflexionsfläche 21 gleicher Rotationssymmetrieachse für den Zusammenbau ausgebildet. An einer transparenten Glasplatte 3 ist der kegelige Konvexspiegel 1 befestigt.
Die transparente Glasplatte 3 ist an einem Spiegelträger 4 angebracht, der ebenfalls mit einer konischen Fläche mit zur Rotationssymmetrieachse der Reflexionsfläche 1' des Spiegels 1 gleicher Rotationssymmetrieachse versehen ist, und diese konische Fläche 11 ist mit der konischen Fläche 10 des Konvexspiegels 2 in Berührung und daran fixiert. Eine Eintrittsöffnung 5 lenkt den einfallenden Strahl zur Reflexionsfläche 1', der kreisringförmige, von der Reflexionsfläche 21 zurückgeworfene Strahl tritt durch die Öffnung 6 aus. Die kegeligen Spiegel 1 und 2 können durch Bearbeiten eines Metalls, z.B. Aluminium oder Kupfer, mit einem Diamant-Schneidwerkzeug gefertigt werden (eine reflektierende Filmschicht kann in geeigneter Weise auf jeden der so gefertigten Spiegel aufgebracht werden). Der kegelige Konvexspiegel 1, die Glasplatte 3 und der Träger 4 werden im voraus fest miteinander verklebt, und die Reflexionsfläche I1 des Konvexspiegels 1 sowie die konische Fläche 11 am Spiegelträger 4 für den Zusammenbau werden im gleichen Arbeitsschritt bearbeitet. Demzufolge wird der Grad der Koaxialität dieser beiden Flächen äußerst gut gewährleistet. Beispielsweise ist bei einem Schneidwerkzeug, an dessen Drehspindel ein Luftlager mit statischem Druck zur Anwendung kommt, der Grad der Koaxialität 0,01 jum oder kleiner. Die Reflexionsfläche 2' des Konkavspiegels 2 und die konische Fläche 10 für den Zusammenbau werden gleicherweise im selben Bearbeitungsschritt gefertigt. Durch Anordnen der konischen Flächen 11 und 10 des Spiegelträgers 4 sowie des kegeligen Konkavspiegels 2 in Gegenüberlage zueinander und Befestigen dieser aneinander nach ihrer Bearbeitung können die Reflexionsflächen 1' und 2' genau zusammengebaut werden, wobei keinerlei beschwerliche Lagejustierung erforderlich ist und keinerlei Axial- sowie Winkelabweichung hervorgerufen wird. Der durch die Öffnung 5 eingetretene Strahl wird durch die Reflexionsfläche 1' zurückgeworfen, worauf
er von der Reflexionsfläche 21 reflektiert wird und zu einem kreisringförmigen parallelen Strahl wird, der durch die Austrittsöffnung 6 austritt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen gemäß der Erfindung, wobei zu Fig. 2 gleiche Teile dieselben Bezugszahlen tragen. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist die Abstufung zwischen der Reflexionsfläche 21 des Konkavspiegels 2 und der konischen Anbaufläche 10 beseitigt. Insofern kann der Schneidvorgang bei der Fertigung des Konkavspiegels 2 vereinfacht werden. In gleichartiger Weise wurde bei der Ausführungsform von Fig. 4 die Abstufung zwischen der Reflexionsfläche 1' und der konischen Anbaufläche 11, die bei der Ausführungsform von Fig. 2 bzw. 3 vorhanden ist, beseitigt, so daß der Schneidvorgang bei der Herstellung des Konvexspiegels 1 vereinfacht wird.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen, wobei das erfindungsgemäße optische System bei einem Röntgenmikroskop zur Anwendung kommt. Gleiche Bezugszahlen zu Fig. 2 kennzeichnen gleiche Teile. Bei der Ausführungsform von Fig. 5 wird der Strahl von einer RöntgenstrahlenquelIe 16 durch eine konvexe Reflexionsfläche 13' und eine konkave Reflexionsfläche 12', die als gekrümmte Flächen ausgebildet sind und eine Negativ- oder Zerstreuungs- bzw. Positiv- oder Sammellinsenfunktion hervorrufen, zu einem kreisringförmigen Strahl ausgebildet, der verkleinert das Bild der RöntgenstrahlenquelIe 16 auf ein zu untersuchendes Objekt 14 wirft. Dieses zu prüfende Objekt 14 wird von dem Röntgenstrahl abgetastet, und die Änderung in der Menge der übertragenen Röntgenstrahlung wird von einem Photodetektor (Strahlungsempfänger) 15 erfaßt. Die Gestalt des zu prüfenden Objekts wird überwacht oder gemessen. Auch in diesem Fall beeinflußt der Zusammenbau des Konkav- sowie des Konvexspiegels 12, 13 mit
den Reflexionsflachen^12' und 13' das Auflösungsvermögen des Mikroskops, weshalb eine hohe Genauigkeit im Zusammenbau gefordert wird. Durch Bearbeiten von konischen Flächen 11 und 10 mit zu den Reflexionsflächen 13' bzw. 12' am Träger 4 für den Konvexspiegel 13 und am Konkavspiegel 12 gleichen Rotationssymmetrieachsen gleichzeitig mit diesen Reflexionsflächen sowie durch Aneinanderlegen der konischen Flächen und Verbinden miteinander kann ein Zusammenbauen mit hoher Genauigkeit leicht bewerkstelligt werden. Die Fig. 6 zeigt eine gegenüber Fig. 5 abgewandelte Ausbildung des optischen Systems, die eine gänzlich gleichartige Wirkung hervorbringt.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Konvexspiegel von einem Material, z.B. einer transparenten Glasplatte, das den Strahl durchtreten läßt, und vom Träger getragen. Alternativ kann jedoch, wie die Fig. 7A und 7B zeigen, ein Konvexspiegel-Halterungsteil 17 von Streben 18 oder 18' und von einem (nicht gezeigten) Träger abgestützt sein. Auch kann, wie Fig. 7C zeigt, das Konvexspiegel-Halterungsteil 17 an einem plattenförmigen Bauteil 20 vorgesehen sein, das mit Aperturen 19 zur Übertragung eines Teils des kreisringförmigen Strahls durch diese hindurch ausgestattet ist. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die besprochenen und gezeigten Ausführungsformen begrenzt, sondern es gibt weitere Anwendungsmöglichkeiten für den Erfindungsgegenstand.

Claims (3)

Patentansprüche
1. Optisches System zur Ausbildung eines kreisringförmigen Strahls, gekennzeichnet durch ein erstes Bauteil (4), das eine konvexe, einen einfallenden Strahl (9) zurückwerfende Reflexionsfläche (I1, 13') trägt sowie eine erste konische Fläche (11) aufweist, und durch ein zweites Bauteil (2, 12), das eine zweite konische mit der ersten konischen Fläche in Anlage befindliche Fläche (10) aufweist sowie in einer vorbestimmten Lagebeziehung zur konvexen Reflexionsfläche eine konkave Reflexionsfläche ( 21 , 12') trägt, die den von der konvexen Reflexionsfläche zurückgeworfenen Strahl reflektiert und zu einem ringförmigen Strahl ausbildet.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Reflexionsfläche (I1, 13') und die erste konische Fläche (11) unterschiedliche Abschnitte mit gleicher Konizität bilden
3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Reflexionsfläche (2', 12') und die zweite konische Fläche (10) unterschiedliche Abschnitte mit gleicher Konizität bilden.
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