NL8903013A - Rasterobjektief en raster-bundelomvormer alsmede optische aftastinrichting voorzien van minstens een van deze elementen. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Rasterob jekt.Jef en rast.er-bunde]omvormer alsmede optische aftastinrichting voorzien van minstens één van deze elementen.

De uitvinding heeft betrekking op een rasterobjektief met een eerste en tweede diffraktieraster die in de stralingsweg vanaf de voorwerpsz.i jde naar de beeldzijde achter elkaar geplaatst zijn waarbij de rasters zó ingericht. en geplaatst zijn dat een bundelstraal die voor één raster een asstraal, respektievelijk randst.raal, is voor het andere raster een randstraal, respektievelijk asstraal is. De uitvinding heeft, ook betrekking op een bundel omvormer voor het vervormen van de doorsnede van een stralingsbundel. Bovendien heeft de uitvinding betrekking op een optische aftastinrichting voorzien van het genoemde rasterobjektief en/of de bundelomvormer.

Een rasterobjektief van de bovengenoemde soort, is bekend uit het artikel: "Wavelength independent grating lens system" in "Applied Opties", Vol. 28, nr. 4, 1889, blz. 682-686. Objektieven in de vorm van rasters, of hologrammen, hebben ten opzichte van konventionele objektieflenzen het voordeel dat zij kleiner en lichter zijn en gemakkelijker in grote aantallen vervaardigd kunnen worden met behulp van bekende replika-teehnieken. Het nadeel van een als lens gebruikt raster is, dat het een sterkere golflengte-afhankelijkheid vertoont dan een konventionele lens. Bij een kleine verandering van de golflengte van de bundel, verandert de hoek waaronder de bundelgedeeltes worden afgebogen, waardoor aberraties in de afbeelding optreden.

Om de golflengte-afhankelijkheid te verminderen, wordt in het genoemde artikel in "Applied Opties", 1989, blz. 682-6 voorgesteld een rasterlens samen te stellen uit twee rasters die achter elkaar geplaatst zijn. De rasters zijn zo ingericht dat elke straal van een bundel door het tweede raster wordt afgebogen onder een tweede hoek die tegengesteld is aan een eerste hoek waaronder deze straal door het eerste raster wordt afgebogen. Daardoor wordt de door een golflengte-variat.ie veroorzaakte afwijking in de eerste afhuighnek gekompenseerd door een tegengestelde afwijking in de tweede afbuighook.

De rasterlens volgens het genoemde artikel "Applied Opties", 1989, blz. 682-6 is weliswaar in voldoende mate achromatisch, of golflengte-invariant; echter dit raster heeft een zeer klein beeldveld, bijvoorbeeld met een diameter in de orde van 1 pm. Daardoor is deze lens niet geschikt voor bepaalde toepassingen. Een van deze toepassingen is het gebruik als objektief in een inrichting voor het aftasten van een informatievlak in een optische registratiedrager. Dit objektief moet een stralingsbundel afkomstig van een stralingsbron, bijvoorbeeld een diode.laser zoals een AlGaAS-laser, fokusseren tot een buigingsbegrensde stralingsvlek op een informatiespoor in het. informatievlak. Dit objektief moet een relatief groot buigingsbegrensd beeldveld, met een diameter in de orde van 100 pm, of een veldhoek in de orde van 1°, hebben. Het grotere beeldveld is nodig om tijdens de assemblage van de aftastinrichting deze te kunnen afregelen, dat wil zeggen de diverse komponenten goed ten opzichte van elkaar te kunnen instellen, en om tijdens het gebruik van de inrichting de aftastbundel ten opzichte van het objektief te kunnen kantelen teneinde de positie van de aftastvlek ten opzichte van een af te tasten sporenpatroon in het informatievlak te kunnen bijregelen. Zoals in het genoemde artikel in "Applied Opties", 1989, blz. 682-6 al opgemerkt, levert het daar beschreven objektief een bundel met. een niet uniforme, namelijk een Gaussische, intensiteitsverdeling.

Volgens een eerste aspekt van de onderhavige uitvinding wordt een rasterobjektief verschaft dat voldoende achromatisch is, een voldoend groot beeldveld bezit en een bundel met een goed uniforme intensiteitsverdeling levert. Dit rasterobjektief wordt gekenmerkt, door minstens een derde raster geplaatst in de stralingsweg gevormd door het eerste en tweede raster, zodanig dat van een het rasterobjektief doorlopende bundel de asstraal en de randstraal minstens drie maal verwisseld worden.

Met. het. derde raster, en eventueel volgende rasters kunnen optische aberraties, zoals sferische aberraties en koma, die bij grotere beeldvelden optreden bij een rasterobjektief met twee rasters, gekompenseerd worden, zodat een relatief groot buigingsbegrensd beeldveld verkregen wordt. Bovendien zijn de drie of meer rasters zo ingericht dat voor elke straal van de bundel de som van de hoeken waaronder die straal door de opeenvolgende rasters wordt afgebogen vrijwel gelijk aan nul is, zodat ook een door een golflengteverander.ing veroorzaakte verandering van deze som te verwaarlozen is. Doordat, de randstraal en asstraal minstens drie maal verwisseld worden wordt bereikt dat de. intensiteitsverdeling voldoende uniform is.

In principe behoeft het rasterobjektief slechts één additioneel raster, ofwel slechts een derde raster, te bevatten om aan de bovengenoemde eisen: voldoende gekorrigeerd, voldoend groot beeldveld en uniforme intensiteitsverdeling te voldoen. Aan een dergelijk rasterobjektief kan nog een vierde raster worden toegevoegd om te korrigeren voor restfouten van de drie andere rasters. Indien de specifikaties waaraan het objektief moet voldoen zodanig zijn dat zwaardere eisen aan de rasters gesteld moeten worden waardoor deze in de praktijk moeilijker te realiseren zijn, kan een vijfde raster en eventueel verdere rasters gebruikt worden om de maakbaarheid van alle rasters te vergroten.

Opgemerkt wordt dat uitleeseenheden voor optische registratiedragers waarin, behalve een rasterpaar voor het vormen van een aftastvlek op de registratiedrager, een derde raster gebruik wordt op zichzelf bekend zijn. Echter, in de bekende uitleeseenheden wordt het derde raster niet, samen met het rasterpaar, gebruikt voor het fokusseren van de aftastbundel tot een buigingsbegrensde stralingsvlek.

Zo wordt in de ter visie gelegde Japanse oktrooiaanvragen met publikatienummers 63-209029 en 1-30036 een derde raster gbruikt om de door de registratiedrager gereflekteerde bundel te scheiden van de naar de registratiedrager gerichte bundel en voor het splitsen van de gereflekteerde bundel in twee deelbundels die naar afzonderlijke detektoren gericht worden.

De Japanse oklrooiaanvrage met publikatienummer 63-291226 beschrijft een optische uitleesinrichting waarin zowel in de heenweg van de aftastbundel, vanaf de stralingsbron naar de registratiedrager, als in de terugweg van deze bundel, vanaf de registratiedrager naar de det.ektor, drie rasters zijn aangebracht. In de heenweg van de bundel worden slechts twee rasters als objektieflens gebruikt, het derde raster doet dienst als kollimat.or, en dit raster verandert niet een asstraal van de bundel in een randstraal. en omgekeerd.

Het rasterobjektief volgens de uitvinding kan als verder kenmerk vertonen dat alle rasters transmissierasters zijn.

Bij voorkeur echter vertoont een rasterobjektief volgens de uitvinding, dat een doorzichtige planparallele plaat bevat met een eerste oppervlak aan de voorwerpszijde en een tweede oppervlak aan de beeldzijde en een optische as loodrecht op het eerste en tweede oppervlak, als kenmerk, dat het eerste oppervlak is voorzien van een rond de optische as gelegen stralingsdoorlatend venster, dat een eerste raster reflekterend is en aangebracht is op het tweede oppervlak rond de optische as, dat een tweede raster reflekterend is en aangebracht is rondom het stralingsdoorlatend venster op het eerste oppervlak en dat een derde raster stralingsdoorlatend is en aangebracht is op het tweede oppervlak rondom het eerste raster.

Dit rasterobjektief is uiterst kompakt en zeer geschikt om toegepast te worden in kleine en lichte inrichtingen voor het afspel en van optische registratiedragers.

In de huidige optische aftastinrichtingen wordt meestal een halfge.leiderlaser als stralingsbron gebruikt welke laser een rechthoekige uittree-opening heeft en een bundel uitzendt waarvan de openingshoek in een vlak door de bundelas en evenwijdig aan de aktieve pn-overgangslaag kleiner is, bijvoorbeeld een faktor drie, dan de openingshoek in een vlak door de bundelas en loodrecht op de overgangs.laag. De laserbundel, heeft dan een elliptische doorsnede in plaats van een cirkel symmetrische doorsnede. Om een dergelijke bundel tot een aftastvlek met de gewenste ronde vorm te kunnen fokusseren, kan in het optische systeem een eerste, - of invang-, lens bijvoorbeeld een kollimatorlens gebruikt, worden die een dusdanig kleine numerieke apertuur heeft dat in de richting van de korte as van de ellips van de bunde.ldoorsnede deze lens precies door de bundel gevuld wordt. In de andere richting vangt deze lens slechts een klein gedeelte van de stralingsenergie in. De uit de .invanglens tredende bundel heeft dan weliswaar een cirkel symmetri sche bundeldoorsnede maar een veel lagere intensiteit dan de door de diodelaser uitgezonden bundel. Dit stralingsverlies is vooral bezwaarlijk als de aftastinrichting bedoeld is voor het inschrijven van informatie waarvoor een hogere stralingsintensiteit vereist is dan voor het uitlezen van informatie. Eenzelfde probleem kan zich voordoen .in bijvoorbeeld optische printers waarin één of meer diodelasers als stralingsbron gebruikt worden.

Het is bekend om .in plaats van een begrenzende apertuur een bunde.lomvormer, in de vorm van een prisma stelsel, te gebruiken om een bundel met een elliptische doorsnede om te zetten in een bundel met een ronde doorsnede. Vanwege de hoge eisen die aan een prisma van een dergelijk stelsel gesteld moeten worden, is een dergelijk prisma duur. Bovendien worden in de praktijk meerdere prisma's achter elkaar gebruikt waardoor het stelsel groot en zwaar is.

Volgens een tweede aspekt van de onderhavige uitvinding wordt een bundel omvormer verschaft die klein en licht .is en bovendien in grote mate onafhankelijk van golflengtevariaties en waarin van hetzelfde principe gebruik gemaakt wordt als in het rasterobjektief. Deze omvormer wordt gekenmerkt, door een stelsel van minstens drie rasters die achter elkaar geplaatst zijn in de weg van de bundel waarbij de rasters zó ingericht z.ijn dat de asstraal en de randstralen van de bundel minstens drie maal verwisseld worden en waarbij de rasters één-dimensionale rasters zijn.

Een één-dimensionaal raster, is een raster met in principe rechte rasterlijnen die zich in principe slechts in één richting uitstrekken. Een dergelijk raster vertoont slechts rasterwerking in een richting, loodrecht op de richting van de rasterlijnen. Het rast.erstel.se] is zó ingericht zijn dat in een vlak loodrecht op de rasterlijnen en door de hoofdas van de bundel, de breedte van de bundel die het laatste raster verlaat even groot is als de breedte in het vlak evenwijdig met de rasterlijnen en door de hoofdas, welke laatste breedte niet verandert bij het doorlopen van het rasterstelsel.

Het aantal rasters van de bundelomvormer kan in principe tot drie beperkt blijven, maar ook groter zijn indien hogere eisen aan de bundelomvormer gesteld worden. Zoals bij het rasterobjektief, kan betook voor de raster-omvormer gewenst zijn dat er minstens drie verwisselingen van randstralen in assstralen optreden om een uniforme intensiteitsverdeling te verkrijgen.

De rasters van de bundelomvormer kunnen allen transmissierasters zijn. Het is ook mogelijk dat een even aantal, rasters retlekterend zijn. In analogie met. het raster-objektief wordt dan een kompakte bundelomvormer verkregen.

Het rasterobjektief en de bundelomvormer kunnen ook samengebouwd worden zodat een rasterobjektief met ingebouwde bundelomvormer wordt verkregen. Een dergelijk rasterobjektief vertoont als kenmerk het twee-dimensionale rasters bevat die elk in twee onderling loodrechte richtingen verschillende afbuighoeken hebben.

De uitvinding heeft, ook ten doel een aftastinrichting te verschaffen voor het met optische straling aftasten van een informatievlak, welke inrichting bevat een, een aftastbundel leverende, stralingsbron en een ohjektiefstelsel voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlek in het informatievlak, welke inrichting klein en licht is en een relatief groot beeldveld bezit en in hoge mate onafhankelijk van golflengtevariat.ies is. Deze inrichting vertoont als kenmerk, dat het objektiefstelsel wordt gevormd door een rasterobjektief zoals hierboven beschreven.

Onder het aftasten van een informatievlak wordt verstaan zowel het aftasten voor het uitlezen van een reeds ingeschreven informatievlak, als het aftasten ten behoeve van het inschrijven van .informatie in dit vlak met een stralingsbundel. die in intensiteit gemoduleerd is overeenkomstig de in te schrijven informatie. In het geval van inschrijven van een raagneto-optische registratiedrager kan de stralingsbundel ook een konstante intensiteit hebben en het magneetveld gemoduleerd zijn overeenkomstig die in te schrijven informatie. Het informatievlak kan een vlak van een optische registratiedrager zijn, maar ook een oppervlak van of een vlak in een te onderzoeken voorwerp waarbij dan de aftastinrichting bijvoorbeeld deel uitmaakt van een mikroskoop.

De uitvinding heeft tenslotte ten doel een aftastinrichting-te verschaffen welke .inrichting bevat een stralingsbron die een aftastbundel met elliptische doorsnede levert, een bundelomvormer voor het omzetten van de elliptische bundeldoorsnede in een ronde bundeldoorsnede en een objektiefstelsel voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlek in het informatievlak, welke inrichting een aftastvlek met een relatief grote intensiteit levert.

Deze inrichting vertoont als kenmerk, dat de bundelomvormer met rasters uitgevoerd .is zoals hierboven beschreven.

Alternatief kan deze .inrichting gekenmerkt worden door een rasterobjektief met ingebouwde bundelomvormer dat hierboven beschreven is.

De uitvinding zal nu bij wijze van voorbeeld worden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen: de figuren 1 en 2 twee uitvoeringsvormen van een optische aftastinrichting volgens de uitvinding, figuur 3 een uitvoeringsvorm van een dergelijke inrichting met een rasterobjektief opgebouwd uit transmissierasters, figuur 4 een diodelaser die een bundel met een asymmetrische bundeldoorsnede uitzendt, figuur 5 een bundelomvormer voor het omzetten van deze bundel in een bundel met een cirkel-symmetrische bundeldoorsnede.

figuur 6, in dwarsdoorsnede, een geïntegreerde optische uitleeseenheid met diodelaser, rasterobjektief en fotodiode.

Figuur 1 toont, in doorsnede, een gedeelte van een optische registratiedrager 10 met een reflekterend .informatievlak 11. Vlakbij de registratiedrager bevindt zich een aftastinrichting bevattende een rasterobjektief 30 en een stralingsbron 40. De stralingsbron 40 zendt een aftastbundel 20 uit. die door het rasterobjektief 30 tot een aftastvlek 41 in het informatievlak 11 wordt gefokusseerd. Het gehele informatievlak kan door de aftastvlek worden bestreken doordat de aftastinrichting en de registratiedrager ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn, bijvoorbeeld doordat de registratiedrager rond een, niet getekende, as loodrecht op het vlak van de registratiedrager kan roteren en de aftastinrichting in radiale richting ten opzichte van dezelfde as kan bewegen.

Het rasterobjektief 30 wordt, gevormd door een doorzichtige planparallele plaat 31 met een eerste oppervlak 32 dat naar de stralingsbron 40 gericht is en een tweede oppervlak 33 aan de zijde van de registratiedrager. Het eerste oppervlak is voorzien van een centraal, rond de. optische as AA' gelegen, stralingsdoorlat.end venster 34 waardoor de bundel 20 binnentreedt. Van deze bundel is slechts een helft, begrensd door een asstraal 22 en een randstraal 21, weergegeven.

De bundel doorloopt de plaat 31 en valt in op een eerste, reflekterend, diffraktieraster 35 dat een cirkel symmetrisch patroon van rastergroeven heeft. De parameters van dit raster, zoals de rasterperiode, de verhouding van de breedte van de rasterstroken tot die van de tussenstroken, de diepte en de vorm van de rastergroeven, kunnen zodanig gekozen zijn dat de straling voornamelijk in één diffraktie-orde, bijvoorbeeld -1 orde, wordt gereflekteerd. Het raster .35, en de volgende rasters 36 en 37 kunnen een variërende rasterperiode hebben. Vanwege de verschillende hoeken waaronder de randstraal 21 en de asstraal 22 op het raster 35 invallen en de eventueel variërende rasterperiode worden deze stralen door het raster 35 onder verschillende hoeken afgebogen en als stralen 21 en 22 naar een tweede raster 36 gericht dat ook reflekkerend is, welk raster rondom het venster 34 gelegen is. De straal 21 valt in op de rand van het raster 36, zodat deze straal voor het ringvormige raster 36 als het ware een asstraal is. De straal 22, valt in op de buitenrand van het raster 36 en is een randstraal voor dit raster. Ook het raster 36 is zodanig uitgevoerd dat het de straling in hoofdzaak in één orde, bijvoorbeeld de +1 orde, reflekteert. De door het raster 36 gereflekteerde stralen 212 en 222 vallen in op een derde, transmissief, raster 37 dat ringvormig is en rond het eerste raster 35 gelegen is. De straal 212 valt. in op de buitenrand van het raster 37 en de straal 229 op de binnenrand daarvan zodat, gaande van het raster 36 naar het raster 37 de asstraal en de randstraal weer verwisseld worden. Het raster 37 buigt de straling weer grotendeels in één orde, bijvoorbeeld weer de -1 orde, af zodanig dat de stralen 212 en 222 en de tussenliggende stralen naar de optische as AA' gericht worden waar zij elkaar in 41 ontmoeten.

De niet getekende bundelhelft doorloopt een analoge weg door het rasterobjektief en de stralen daarvan komen ook samen in 41.

Het rasterstelsel 35, 36 en 37 in figuur 1 is zodanig uitgevoerd dat voor elke straal van een bundel die het systeem doorloopt de som van de sinussen van de afbuighoeken, rekening houdend met het teken van die hoeken, ongeveer gelijk aan nu] is. Dan zal ook de som van de afwijkingen in die afbuighoeken ten gevolge van een golflengtevariatie vrijwel gelijk aan nul zijn, zodat, het totale, rasterstelsel onafhankelijk van de golflengte is.

Door uitbreiding van een twee-rasterstelsel naar een drie-rasterstelsel volgens figuur 1 kunnen aberraties die bij een groter beeldveld in het. twee-rasterstelsel optreden gekorrigeerd worden.

Daarbij wordt dan ook aan de uit de optische handboeken bekende sinus-voorwaarde van Abbe voldaan, zodat het beeldveld voldoende groot is.

Deze sinus- voorwaarde houdt in dat voor een goede afbeelding op enige afstand y' van de as van een optisch afbeeldingssysteem moet gelden: y sin σ = y' sin waarin α en «' de openingshoek van de afbeeldingsbundel aan de voorwerpszijde respektievelijk de beeldzijde, zijn en y de afstand van een af te beelden punt tot de optische as is.

Bij gebruik van een rasterobjektief treedt het effekt op dat het centrale bundelgedeelte door het eerste raster wordt verspreidt over een relatief groot ringvormig gebied op het tweede raster, terwijl het randgedeelte van de bundel wordt geconcentreerd in een klein cirkelvormig gebied op het tweede raster. In een twee-rasterstelsel wordt door het tweede raster geen herwisseling van centraal bundelgedeelte en randbundelgedeelte bewerkstelligd, zodat de uittredende bundel een ongelijkmatige intensiteitsverdeling heeft. In het rasterstelsel volgens figuur 1 met drie raster wordt, vanwege de extra wisseling van centraal bundelgedeelte en randbundelgedeelte, het genoemde effekt geëlimineerd zodat een goed uniforme intensiteitsverdeling verkregen wordt.

Het. rasterobjektief volgens figuur 1 kan met verdere rasters uitgebreid worden indien onder omstandigheden mocht blijken dat, vanwege hoge eisen die aan de rasters gesteld moeten worden, deze rasters moeilijker realiseerbaar zijn. Bij gebruik van meerdere rasters kunnen de eisen die aan de afzonderlijke rasters gesteld worden minder hoog zijn, waardoor de fabrikage van die rasters eenvoudiger wordt. Zo kan een vierde raster achter het rasterobjektief van figuur 1 geplaatst worden. Het is ook mogelijk het raster 37 te vervangen door een reflekterend raster en een vierde, reflekterend en ringvormig, raster rond het. raster 36 aan te brengen. Het vierde raster reflekteert dan de straling afkomstig van het raster 37 naar het punt 41. Dan kan ook nog een vijfde raster, dat stralingsdoorlatend en ringvormig is, rond het raster 37 aangebracht worden. Daarbij kan het onder bepaalde, omstandigheden gewenst zijn dat er vijf of een groter oneven aantal wisselingen van randstraal en asstraal optreden. Omdat, de extra toegevoegde vierde, vijfde enzovoorts rasters aanzienlijk zwakker zijn dan de eerste drie raster kan in de praktijk veelal het aantal, verwisselingen ook een even aantal zijn.

De rasters zijn bij voorkeur faserasters omdat die op zichzelf een hogere efficiëntie hebben dan amplituderasters. De faserasters kunnen profiel rasters zijn, die bestaan uit rastergroeven die afwisselen met. tussenstroken. Het is ook mogelijk dat de faserasters zogenaamde volumerasters zijn die gevormd worden door een uit repen opgebouwde laag welke repen afwisselend een eerste en tweede brekingsindex hebben.

De rasters kunnen ook zo uitgevoerd worden dat de straling in plaats van in de eerste ordes, zoals aan de hand van figuur 1 beschreven is, hoofdzakelijk in de tweede ordes of nog hogere ordes wordt afgebogen. Dan kunnen, bij gelijkblijvende rasterperiode, de afbuighoeken vergroot worden of, bij gelijkblijvende afbuighoeken de rasterperiodes vergroot worden.

Bij het aftasten van een reflekterend informatievlak, waarvan bijvoorbeeld de optisch uitleesbare digitale audio-plaatjes die bekend zijn onder de naam "Compact Disc" zijn voorzien, wordt de in de vlek 41 gereflekteerde bundel weer opgevangen door het rasterobjektief en doorloopt daarin de omgekeerde weg naar het stralingsvenster 34. De gereflekteerde bundel kan de stralingsbron binnentreden en bij gebruik van een halfgeleiderlaser als stralingsbron door deze gedetekteerd worden. Deze zogenaamde terugkoppeluitlezing is bijvoorbeeld beschreven in het Duitse oktrooischrift nr, 1.584.664. Bij voorkeur echter wordt in de gemeenschappelijke stralingsweg van de uitgezonden en de gereflekteerde stralingsbundels een bundelscheidend element geplaatst, bijvoorbeeld een deelkubus 50, waardoor een gedeelte van de gereflekteerde straling van de aftastbundel 20 gescheiden en op een stralingsgevoelig detektiestelsel 60 geprojekteerd wordt. Aangezien de in het informatievlak 11 gereflekteerde straling gemoduleerd is met de in dat informatievlak opgeslagen en door de stralingsvlek afgetaste informatie, wordt door het stelsel 60 de informatiestroom omgezet, in een elektrisch signaal, geschikt voor verdere verwerking.

Jn plaats van met een apart element kan de bundel scheiding ook tot stand gebracht worden door het objektief zelf, indien op het intree- en uittreevenster 34 een uitkoppel-diffraktieraster 38 aangebracht wordt, zoals in figuur 2 getoond is.

Dit diffraktieraster is bijvoorbeeld een diffraktieraster met rechte rasterstroken. Dit raster splitst een daarop invallende bundel in een, niet af gebogen deelbundel van de nu.lde-o.rde in twee afgetogen deelbundels van respektievelijk de plus eerste en de min eerste-orde en een aantal in hogere-ordes afgebogen deelbundels. De rasterparameters zoals de verhouding van de breedte van de rasterstroken tot die van de rastertussenstroken en, in het geval van een faseraster, de vorm en de diepte van de rastergroeven kunnen zodanig gekozen worden dat het intensiteitsprodukt van de bij de eerste doorgang door het raster 38 gevormde nulde-orde deelbundel en een bij tweede doorgang door het raster gevormde eerste-orde deelbundels maximaal is. Er kan voor gezorgd worden dat de bij de eerste doorgang door het. raster 38 gevormde deelbundels van de eerste-ordes over een zodanige hoek worden afgebogen dat de straling van deze bundels na reflektie door het informatievlak 11 het detektiestelsel 60 niet. bereikt.

Het uitkoppelraster 38 kan uit twee rastergedeelten bestaan die zich van elkaar onderscheiden doordat zij verschillende rasterperiodes hebben, danwel verschillende richtingen van de raster]ijnen, zoals beschreven in het IJS-oktrooischrift 4.665.310. Dan wordt de door het rasterobjektief terugkerende bundel, in twee deelbundels gesplitst. Indien deze deelbundels invallen op twee detektorenparen kan een fokusfoutsignaal en eventueel een spoorvolgfoutsignaal worden opgewekt. Het is ook mogelijk dat het uitkoppelraster 38 zodanig is uitgevoerd dat het de terugkerende bundel astigmatische maakt. Met een dergelijke bundel, in kombinatie met een det.ektor in de. vorm van een vierkwadrant.encel kan ook een fokusfoutsignaal worden opgewekt zoals beschreven in liet US-okt.rooischrift 4.023.033.

Alhoewel het. reflektie-rasterobjektief volgens de figuren 1 en 2 de voorkeur verdient vanwege de kompakthe.id daarvan, kan het rasterobjektief ook met transmissierasters uitgevoerd worden, bijvoorbeeld met drie transmissierasters, zoals figuur .3 laak zien.

Jn dit objektief wordt de asstraal 22 door het eerste raster 35 naar buiten afgebogen om als randstraal 22 het raster 36 te bereiken. Deze randstraal wordt door het. raster 36 naar binnen afgebogen om als assst.raal 22? het raster 37 te bereiken. Het raster 37 buigt de straal nogmaals af zodat zij als straal 22^ langs de optische as verder loopt naar het punt 41. De randstraal 21 wordt door het raster 35 naar binnen afgebogen, vervolgens door het raster 36 naar buiten en tenslotte door het raster 37 weer naar binnen, naar het punt 41.

In de moderne aftastinrichtingen voor optische registratiedragers, maar ook in bijvoorbeeld laserprinters, wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een diodelaser, bijvoorbeeld een AlGaAs-dtodelaser, als stralingsbron. Figuur 4 toont een dergelijke laser 40 in perspektief. Deze laser bevat een aantal p~ en n-typen halfgeleider lagen, waaronder een zogenaamde aktieve laag 43 waarin laserstraling wordt, opgewekt, indien een elektrische stroom I van voldoende grootte in een richting dwars op de lagen door de diodelaser gestuurd wordt. De laserstra.ling treedt aan de voorkant, of front facet, 44 uit. de aktieve laag, waarbij de hoofdas 23 van de laserbundel evenwijdig is met deze laag. Het stralingsem.itterende oppervlak 45 van de d.iodelaser is rechthoekig waarbij de afmeting in de richting evenwijdig aan de aktieve laag, de zogenaamde laterale richting, groter is dan de afmeting in de richting dwars op de aktieve laag, de zogenaamde transversale richting. Verder is de openingshoek α van de laserbundel in het laterale vlak kleiner dan die β in het transversale vlak. Deze bundel heeft derhalve een elliptische doorsnede.

In verband met de gewenste hoge informatiedichtheid in optische registratiedragers moet de in het informatievlak gevormde aftastvlek rond zijn, een minimale diameter hebben en buigingsbegrensd zijn. F.en dergelijke vlek kan alleen verkregen worden indien de het objektief binnentredende bundel een ronde doorsnede heeft met een dusdanige diameter dat de pupil van het objektief goed gevuld wordt. Ook voor een laserprinter is het. gewenst dat de op het registratiemedium gevormde stralingsvlek rond is. Voor het verkrijgen van een diodelaserbundel met een ronde doorsnede moet in de weg van deze bundel een zogenaamde bundelomvormer (Engels: beam shaper) aangebracht worden.

Een dergelijke bundelomvormer kan uit diffraktierasters opgebouwd worden, waarbij volgens de uitvinding bijvoorbeeld drie één-dimensionale rasters gebruikt worden. Daardoor wordt de werking van de bundelomvormer vrijwel niet beïnvloed door variaties in de golflengte van de laserbundel 20. Figuur 5a toont een doorsnede van een dergelijke bundelomvormer 70 in een vlak loodrecht op de rasterlijnen, terwijl figuur 5b dezelfde bundelomvormer in bovenaanzicht laat zien. De rasterlijnen verlopen in de Z-richting dus loodrecht op het vlak van tekening in figuur 5a en evenwijdig aan het vlak van tekening van figuur 5b en evenwijdig aan het laterale vlak van de diodelaser van figuur 4.

Zoals figuur 5a laat zien wordt de gewenste verbreding verkregen doordat de asstralen 26 van de bundelhelften van de binnentredende bundel 20 van de as worden afgebogen door het eerste raster 73. Het tweede raster 72 buigt deze stralen naar de optische as toe terwijl het derde raster 73 de gewenste richting geeft. De randstralen 24 en 25 worden eerst door het raster 71 naar de optische as toe afgebogen en vervolgens door het. raster 72 van de optische as afgebogen om tenslotte door het raster 73 .in de gewenste richting afgebogen te worden.

Bij het doorlopen van de bunde]omvormer wordt in het laterale- of X-Y-vlak (figuur 5a) de breedte van de bundel vergroot, zodat deze breedte gelijk wordt aan de breedte in het transversale-, of YZ-, vlak (figuur 5b), welke laatste breedte niet verandert bij het doorlopen van de bundelomvormer,

Een aftastinrichting die voorzien is van een diodelaser kan verder gem.iniaturiseerd worden indien de bundelomvormer wordt ingebouwd in het rasterobjektief. Dit kan gerealiseerd worden door de optische’ sterkte van de rasters, gerepresenteerd door de afbuighoeken, in de onderling loodrechte richtingen X en Y verschillend te maken. Deze rasters zijn dan niet meer rotatie symmetrisch maar hebben in de X- en Y-richtingen verschillende rasterperiodes, resulterende in verschillende afbuighoeken in die richtingen. De rasters van het rasterobjektief met ingebouwde bundelomvormer zijn op te vatten als superposities van de rasters 35, 36 en 37 van het rasterobjektief .30 volgens de figuren 1 en 2 met de rasters 71, 72 en 73 van de figuren 5a en 5b. Het is in het alge?meen ook mogelijk om op de rasters 35, 36 en 37 van de figuren 1 en 2 andere rasters te superponeren, zoals een uitkoppelraster, een bundelsplitsend raster, een astigmatisme introducerend raster enzovoorts.

Verder kunnen de diffrakti.e-elementen van het rasterobjektief en de bundelomvormer, .in plaats van door rasters in de engere betekenis van dit. woord, ook gevormd worden door hologramrasters. Dit zijn met holografische methodes gemaakte rasters of met behulp van een komputer gegenereerde hologramrasters. Het begrip raster moet dus ruim opgevat worden en omvat al deze varianten.

Vanwege de kompaktheid van met name het reflektie-rasterobjektief volgens de figuren 1 en 2 is het mogelijk dit objektief 30 samen met de diodelaser 40 en het stralingsgevoelig detektiestelsel 60 in één behuizing te integreren. Figuur 6 toont een dergelijke geïntegreerde optische uitleeseenheid in doorsnede. Het rasterobjektief 30 met de rasters 35, 36 en 37 en het uitkoppel- en bundelsplitsend raster 38 is aangebracht in een vatting 80 die tevens deel is van de behuizing. Deze behuizing wordt aan de onderzijde afgesloten door een grondplaat 81. Op deze grondplaat is een koelblok 82 aangebracht waarop zowel de d.iodelaser 40 als het stralingsgevoelig detektiestelsel in de vorm van een samengestelde fotodiode 60 zijn bevestigd. De elementen 83 zijn enkele van de aan- en afvoerpennen waarlangs de bekrachtigingsstroom voor de diodelaser wordt toegevoerd en de signalen van de fotodiode worden afgenomen.

Claims (11)

1. Rasterobjektief met een eerste en tweede diffraktieraster die in de stralingsweg vanaf de voorwerpszijde naar de beeldzijde achter elkaar geplaatst zijn, waarbij de rasters zo ingericht en geplaatst zijn dat een bundelstraal die voor één raster een asstraal, respektievelijk een randstraal, is voor het andere raster een randstraal, respektievelijk een asstraal is, gekenmerkt door minstens een derde raster geplaatst in de stralingsweg gevormd door het eerste en tweede raster, zodanig dat van een het rasterobjektief doorlopende bundel de asstraal en een randstraal minstens drie maal verwisseld worden.

2. Rasterobjektief volgens konklusie 1, met het kenmerk, dat de alle rasters transmissierasters zijn.

3. Rasterobjektief volgens konklusie 1 dat een doorzichtige planparallelie plaat bevat met een eerste oppervlak aan de voorwerpszijde en een tweede oppervlak aan de beeldzijde en een optische as loodrecht op het eerste en tweede oppervlak, met het kenmerk, dat het eerste oppervlak is voorzien van een rond de optische as gelegen stralingsdoorlatend venster, dat een eerste raster reflekterend is en aangebracht is op het tweede oppervlak rond de optische as, dat een tweede raster reflekterend is en aangebracht is rondom het stralingsdoorlatend venster op het eerste oppervlak en dat een derde raster stralingsdoorlatend is en aangebracht is op het tweede oppervlak rondom het eerste raster.

4. Bundel omvormer voor het omzetten van een bundel met een elliptische doorsnede in een bundel met een cirkelsymmetrische doorsnede, gekenmerkt door een stelsel van minstens drie rasters die achter elkaar geplaatst zijn in de weg van de bundel waarbij de rasters zó ingericht zijn dat de asstraal en een randstraal van de bundel minstens drie maal verwisseld worden en waarbij de rasters ééndimensionale rasters zijn.

5. Bundel omvormer volgens konklusie 4, met het kenmerk, dat alle rasters transmissierasters zijn.

6. Bundel omvormer volgens konklusie 4, met het kenmerk, dat een even aantal rasters reflekterend zijn.

7. Rasterobjektief volgens konklusie 1, 2 of 3 met ingebouwde bundelomvormer, met het kenmerk, dat het voorzien is van twee-dimensiona1e rasters die elk in twee onderling loodrechte richtingen verschillende rasterperiodes hebben.

8. Inrichting voor het met optische straling aftasten van een informatievlak, welke inrichting bevat een, een aftastbundel leverende, stralingsbron en een ohjektiefstelsel voor het fokusseren van de aftastbundel tot een stralingsvlek in het informatievlak, met het kenmerk, dat het objektiefstelsel wordt gevormd door een rasterobjektjef volgens konklusie 1, 2 of 3.

9. Inrichting voor het met optische straling aftasten van een informatievlak welke inrichting bevat een stralingsbron die een aftastbundel met elliptische doorsnede levert, een bundelomvormer voor het omzetten van de elliptische bundeldoorsnede in een ronde doorsnede en een objektiefstelsel voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlak in het informatievlak, gekenmerkt door een bundelomvormer volgens konklusie 4, 5 of 6.

10. Inrichting voor het met optische straling aftasten van een informatievlak welke inrichting bevat een stralingsbron die een aftastbundel met elliptische doorsnede levert, een bundelomvormer voor het omzetten van de elliptische bundeldoorsnede in een ronde doorsnede en een objektiefstelsel voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlak in het informatievlak., gekenmerkt door een rasterobjektief met ingebouwde bundelomvormer volgens konklusie 7.

11. Inrichting volgens konklusie 8 of 10, met het kenmerk, dat een intreevenster van het rasterobjektief voorzien is van een uitkoppelraster voor het. afsplitsen van door het objektief terugkerende straling uit de weg van de bronstraling. 1?.. Inrichting volgens konklusie 8, 10 of 11, met het. kenmerk, dat het rasterobjektief en het stralingsgevoelig detektiestelsel in de behuizing van de stralingsbron aangebracht zijn.