NL8800057A

NL8800057A - Optische aftastinrichting.

Info

Publication number: NL8800057A
Application number: NL8800057A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1988-01-11
Filing date: 1988-01-11
Publication date: 1989-08-01
Also published as: US4826270A; ATE104792T1; EP0324518B1; DE68914690D1; EP0324518A1; KR890012277A; JPH01223412A; DE68914690T2

Description

\ ··:· ιξ PHN 12.383 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Optische aftastinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het met optische straling aftasten van een informatievlak, welke inrichting bevat een stralingsbron voor het leveren van een aftastbundel, een kollimatorlens en een objektief voor het fokusseren van de aftastbundel 5 tot een aftastvlek in het informatievlak.

Het informatievlak kan een reeds van optisch uitleesbare informatie voorzien vlak zijn, alsook een vlak waarin nog informatie ingeschreven moet worden. In het eerste geval is de aftastbundel een uitleesbundel en in het tweede geval wordt de aftastbundel gevormd door 10 een, met in te schrijven informatie gemoduleerde, inschrijfbundel.

Voorbeelden van de hierboven genoemde inrichting zijn een uitleesinrichting voor een optische audio- of videoplaat, bekend als "CD"-respektievelijk "Laservision"-speler, of een gekombineerde inschrijf- en uitleesinrichting voor een optische plaat, maar ook een 15 laserprinter.

In "Philips' Technical Review", Vol. 33, No. 7, (1973) pag. 186-189, is een inrichting voor het uitlezen van een optische registratiedrager die voorzien is van een, in een informatievlak gelegen en volgens informatiesporen gerangschikte, informatiestruktuur 20 beschreven. In deze inrichting is in de weg van de aftastbundel, waarvan de hoofdstraal in een horizontale richting verloopt, een reflektor aangebracht die deze aftastbundel, reflekteert zodanig dat de hoofdas van de gereflekteerde bundel een hoek van 90° maakt met die van de op de reflektor invallende bundel. De registratiedrager bevindt zich boven 25 de stralingsbron en reflektor en de hoofdas van de aftastbundel is loodrecht op deze registratiedrager. De aftastbundel wordt op het informatievlak gefokusseerd door een objektief dat zich tussen de reflektor en de registratiedrager bevindt. De genoemde reflektor is kantelbaar opgesteld en wordt gebruikt om de positie van de aftastvlek 30 in de radiale richting van de ronde schijfvormige registratiedrager bij te regelen, zodanig dat deze vlek een af te tasten informatiespoor blijft volgen.

.8800057 * •Λ ΡΗΝ 12.383 2

Meer recente ontwikkelingen van optische aftastinrichtingen, speciaal die welke bestemd zijn voor het uitlezen van een optiche audio, "CD",-plaat hebben geresulteerd in een kompakte en langwerpige uitleeseenheid, die bijvoorbeeld beschreven is in: 5 "Philips' Technical Review", Vol. 40 (1982), No. 6, pag. 151-155. Deze uitleeseenheid die zowel de stralingsbron als alle benodigde optische komponenten en het stralingsgevoelige detektiestelstel bevat, is gemonteerd op een draaiarm met behulp waarvan de radiale positie van de aftastvlek in het informatievlak kan worden ingesteld. De lichtpen heeft 10 een relatief kleine hoogte, bijvoorbeeld 45 mm, en wordt met veel succes toegepast in huidige CD-spelers voor huiskamergebruik.

Voor speciale toepassingen, bijvoorbeeld in draagbare spelers of in spelers bestemd voor inbouw in auto's, is het gewenst de inbouwhoogte van de optische aftasteenheid aanzienlijk te reduceren.

15 Daartoe kan de lichtpen vervangen worden door een aftasteenheid waarin het grootste gedeelte van de stralingsweg zich in horizontale richting uitstrekt en waarin gebruik gemaakt wordt van een reflektor om de aftastbundel in vertikale richting te reflekteren naar de registratiedrager toe. Deze reflektor maakt een hoek van 45° met de 20 hoofdstraal van de daarop invallende bundel en met die van de gereflekteerde bundel. Er doet zich de behoefte voor de hoogte van dit soort uitleesinrichtingen nog verder te verkleinen.

Voor het opslaan van groter hoeveelheden gegevens kan, naar analogie van het bekende magneetschrijven-geheugen, een optisch 25 schijven-geheugen gebruikt worden, waarbij een aantal optische plaatvormige registratiedragers boven elkaar geplaatst zijn. Voor elke registratiedrager is er een, of zijn er twee, aparte aftasteenheden aanwezig voor het inschrijven en uitlezen van de betreffende registratiedrager. Ook in deze toepassing is het gewenst dat de hoogte 30 van de aftasteenheid zo klein mogelijk is, zodat de registratiedragers dicht bij elkaar geplaatst kunnen worden.

In de moderne aftastinrichtingen voor optische registratiedragers, maar ook in bijvoorbeeld laserprinters, wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een diodelaser, bijvoorbeeld een AlGaAs-35 diodelaser, als stralingsbron. Een dergelijke laser bevat een aantal p-en n-typen halfgeleider lagen, waaronder een zogenaamde aktieve laag waarin laserstraling wordt opgewekt indien een elektrische stroom van ,8800057 § PHN 12.383 3 voldoende grootte in een richting dwars op de lagen door de diodelaser gestuurd wordt. De laserstraling treedt aan de voorkant, of front facet, uit de aktieve laag, waarbij de hoofdas van de laserbundel evenwijdig is et deze laag. Het stralingsemitterende oppervlak van de diodelaser is 5 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 van de laserbundel in het laterale vlak kleiner dan die in het transversale vlak. Deze bundel heeft derhalve een 10 elliptische doorsnede.

In verband met de gewenste hoge informatiedichtheid in optische registratiedragers moet de in het informatievlak gevormde aftastvlek rond zijn en een minimale diameter hebben en buigingsbegrensd zijn. Een dergelijke vlek kan alleen verkregen worden indien de het 15 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 20 een zogenaamde bundelomvormer (Engels: beam shaper) aangebracht worden.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een optische aftastinrichting voor de diverse genoemde toepassingen te verschaffen waarin zowel aan elk van de genoemde wensen, minimale hoogte van de inrichting en optimale bundelomvorming, afzonderlijk, alsook aan beide 25 wensen gelijktijdig tegemoet gekomen wordt. Deze inrichting vertoont als kenmerk, dat in de stralingsweg tussen de kollimatorlens en het objektief een reflekterend diffraktieraster is aangebracht, waarbij de invalshoek tussen de normaal op het raster en de hoofdstraal van de aftastbundel aanzienlijk van 45° afwijkt, en dat de periode van het 30 raster en de invalshoek zodanig zijn dat slechts een door het raster in een hogere orde afgeboden deelbundel door het objektief kan treden.

Het een hogere orde wordt bedoeld de eerste, de tweede en de verdere diffraktieordes van het raster.

Door een geschikte keuze uit de diffraktieordes in 35 kombinatie met een geschikte keuze van de invalshoek wordt bereikt dat het diffraktieraster zich voor de geselekteerde orde deelbundel gedraagt als een spiegel onder 45°, die deze deelbundel onder een hoek van .8800057 * PHN 12.383 4 90° met de invallende bundel reflekteert, hoewel het raster in werkelijkheid onder een hoek die aanzienlijk van 45° afwijkt ten opzichte van de stralingsbundel gepositioneerd is. Van dit effekt kan op twee manieren gebruik gemaakt worden.

5 Een eerste toepassing van de uitvindingsgedachte is gerealiseerd in een inrichting die als verder kenmerk vertoont dat de invalshoek van de aftastbundel aanzienlijk groter dan 45° en kleiner dan 90° is. Daardoor wordt de hoogte van de inrichting aanzienlijk gereduceerd. Dit is vooral van belang bij de genoemde inrichtingen voor 10 het aftasten van optische plaatvormige registratiedragers.

Een tweede toepassing van de uitvindingsgedachte is gerealiseerd in een inrichting waarin de stralingsbron een diodelaser is met een aktieve laag die een laserbundel uitzendt waarvan de openingshoek in het laterale vlak, door de hoofdas van de laserbundel en 15 evenwijdig met de aktieve laag, kleiner is dan de openingshoek in het transversale vlak, door de hoofdas van de laserbundel en dwars op de aktieve laag. Deze inrichting vertoont als kenmerk, dat de stroken van het raster dwars op één van de vlakken, het laterale vlak en het transversale vlak, staan en dat de invalshoek zodanig is dat de door het 20 raster in de geselekteerde orde gereflekteerde bundel een ronde doorsnede heeft. De door het objektief in het informatievlak gevormde aftastvlek is dan rond ondanks de niet-ronde doorsnede van de door de diodelaser uitgezonden bundel.

Een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting waarin het 25 reflektieraster als bundelomvormer wordt gebruikt vertoont als verder kenmerk, dat de rasterstroken dwars op het transversale vlak staan en dat de invalshoek groter dan 0° en aanzienlijk kleiner dan 45° is.

Dan wordt de bundeldoorsnede in het transversale vlak verkleind zodanig dat hij gelijk wordt aan die in het laterale vlak. Deze uitvoeringsvorm 30 kan gebruikt worden indien de aftastvlek niet erg klein behoeft te zijn, bijvoorbeeld in een laserprinter.

Indien de aftastvlek wel erg klein moet zijn, in de orde van 1 pm, zoals bijvoorbeeld in een inrichting voor het aftasten van optische plaatvormige registratiedragers, wordt gebruik gemaakt van een 35 tweede uitvoeringsvorm die als kenmerk heeft, dat de rasterstreken dwars op het laterale vlak staan en dat de invalshoek aanzienlijk groter dan 45° en kleiner dan 90° is. Dan wordt de bundel in het laterale vlak .8800057 PHN 12.383 5 verbreed en gelijk genaakt aan de bundeldoorsnede in het transversale vlak. Van deze uitvoeringsvorm is bovendien de inbouwhoogte erg klein.

Bij voorkeur vertonen de hierboven genoemde aftastinrichtingen met een diffraktieraster voor verschillende 5 deeleinden als verder kenmerk, dat het diffraktieraster een faseraster is. Een dergelijk raster heeft een hoger rendement dan een amplituderaster.

Volgens een verder kenmerk van de aftastinrichtingen wordt het faseraster gevormd door een profielraster opgebouwd uit 10 rastergroeven die afwisselen met rasterstroken. Een dergelijk raster kan goedkoop in grote aantallen vervaardigd worden met behulp van bekende pers- of replikatietechnieken uitgaande van een rastermatrijs.

De aftastinrichtingen kunnen alternatief als kenmerk vertonen, dat het faseraster een volumeraster is dat bestaat uit naast 15 elkaar gelegen repen die afwisselend een eerste gemiddelde en tweede gemiddelde brekingsindex hebben.

Een volumeraster is een zogenaamd dik raster waarin de rasterstruktuur zich over de dikte van de rasterplaat uitstrekt en zich niet slechts aan het oppervlak bevindt, zoals dat bij een "dun" raster 20 het geval is. Een voorbeeld van het hier bedoelde volumeraster is een zogenaamde volumehologramraster. Dit is een bijzonder soort diffraktieraster dat verkregen is door twee stralingsbundels die een bepaalde hoek met elkaar maken op de twee verschillende zijden van een dikke plaat van speciaal fotografisch materiaal te laten invallen. Deze 25 bundels vormen in de plaat een diepte-interferentiepatroon van repen met afwisselend hoge en lage intensiteit. Het fotografisch materiaal is zo gekozen dat na ontwikkeling de twee belichtingsniveaus worden omgezet in verschillende brekingsindices. Net een dergelijk volume hologram kan een zeer hoog rendement behaald worden.

30 Teneinde het aan het gebruik van een diffraktieraster inherente stralingsverlies, veroorzaakt door de verdeling van de straling over de verschillende diffraktieordes, zoveel mogelijk te beperken, vertonen de aftastinrichtingen als verder kenmerk, dat de rasterparameters die de intensiteitsverdeling over de verschillende 35 diffraktie-ordes bepalen zodanig gekozen zijn dat een maximaal percentage van de invallende stralingsintensiteit in de geselekteerde diffraktie-orde terecht komt.

.&& 0 0057 * PHN 12.383 6

In het geval van een profielraster zijn de genoemde parameters de verhouding van de breedte van de rastergroeven ten opzichte van die van de rasterstroken, de diepte van de rastergroeven en de flanksteiheid van deze groeven. Een voor een bepaalde diffraktie-orde 5 geoptimaliseerd raster wordt in de vakliteratuur aangeduid als een ’blazed" raster. Vaak heeft een dergelijk raster een zaagtandvormig profiel zonder gedeelten die dwars op de invalsrichting staan.

In het geval van een volume hologram zijn de de intensiteitsverdeling bepalende parameters de verhouding van de breedte 10 van de repen met de eerste brekingsindex tot die van de repen met de tweede brekingsindex, de verhouding van de brekingsindices, de dikte van de repen en de hoek die, in het vlak dwars op de lengterichting van de rasterrepen, deze repen maken met de invalslichting.

De aftastinrichting kan als verder kenmerk hebben, dat 15 een in één van de eerste diffraktie-ordes afgebogen deelbundel door het objektiefstelsel treedt. De in de eerste ordes afgebogen deelbundels hebben op zich, zonder optimalisatie van het raster voor deze orde, al een hogere intensiteit dan de hogere diffraktie-ordes. Door de genoemde optimalisatie kan één van de eerste ordes deelbundels nog verder 20 bevoordeeld worden ten koste van de deelbundels van de andere ordes.

Van de mogelijkheid om het raster te optimaliseren voor een tweede of hogere diffraktie-orde wordt met veel voordeel gebruik gemaakt in een andere uitvoeringsvorm van de aftastinrichting die als kenmerk vertoont, dat een tweede of hogere orde deelbundel door het 25 objektiefstelsel treedt. Bij een gelijke afbuighoek van de geselekteerde deelbundel kan dan de periode van het diffraktieraster worden vergroot hetgeen het vervaardigen van het raster met de vereiste nauwkeurigheid vergemakkelijkt. Bij een gelijkblijvende rasterperiode kan de invalshoek van de bundel vergroot worden waardoor de hoogte van de aftastinrichting 30 nog verder kan worden verkleind.

Teneinde de hantering en positionering van het diffraktieraster te vergemakkelijken is volgens een verder kenmerk het diffraktieraster aangebracht op de schuine zijde van een driehoekig prisma met een rechte hoek, waarvan de andere twee zijden loodrecht 35 staan op respektievelijk de invallende bundel en de naar het objektiefgerichte bundel.

In de tot nu toe genoemde uitvoeringsvormen van de .8800057 * PHN 12.383 7 aftastinrichting is in de stralingsweg tussen het diffraktieraster en het inforiatievlak een objektief aanwezig dat ook een bepaalde dikte heeft. Met name van aftastinrichtingen die besteld zijn voor het uitlezen en/of inschrijven van plaatvornige optische registratiedragers 5 kan de hoogte verder worden gereduceerd door het objektief en het diffraktieraster in één eleient te integreren. Daardoor wordt een nieuwe klasse van aftastinrichtingen verkregen die als kenaerk vertonen, dat het tegenover het diffraktieraster gelegen oppervlak van het prisia, waardoor de door het raster gereflekteerde bundel uittreedt, gekromd is.

10 Een eerste uitvoeringsvon van deze klasse van aftastinrichtingen vertoont als kenmerk, dat het gekromde oppervlak een asferisch oppervlak is en dat het diffraktieraster een lineair raster is. In deze uitvoeringsvorm wordt de objektieffunktie geheel door het gekromde prismavlak vervuld. Opdat de door dit oppervlak gevormde 15 aftastvlak vrij is van aberraties moet dit oppervlak een asferisch profiel vertonen. Een asferisch oppervlak is een oppervlak waarvan de grondvorm sferisch is maar de werkelijke vorm kleine afwijkingen daarvan vertoont om te korrigeren voor aberraties die in de aftastinrichting kunnen ontstaan. Bij gebruik van een dergelijk asferisch oppervlak kan 20 het diffraktieraster lineair zijn, dat wil zeggen rechte rasterstreken en een konstante rasterperiode hebben.

Een tweede uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een geïntegreerd raster-objektief element vertoont als kenmerk, dat het gekromde oppervlak sferisch is en dat het raster een aberratie 25 korrigerende asfericiteit vertoont. Dit raster heeft zeer licht gekromde rasterlijnen en een vrijwel konstante rasterperiode. Een dergelijk raster kan bijvoorbeeld langs holografische weg vervaardigd worden, dat wil zeggen door twee bundels iet elkaar te laten interfereren in een holografisch materiaal. Aangezien het raster slechts hoeft te korrigeren 30 voor de sferische aberraties wijkt het slechts in lichte mate af van een lineair raster.

Een derde uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een geïntegreerd raster-objektief element vertoont als kenmerk, dat het gekrolde oppervlak sferisch is en dat het raster een lenswerking en een 35 aberraties korrigerende asfericiteit vertoont. Dan behoeft het gekromde prismavlak niet de totale benodigde lènssterkte te geven maar wordt een gedeelte daarvan geleverd door het raster. Dit raster heeft licht ,8400057

B

PHN 12.383 8 gekromde rasterstroken waarvan de kromming in geringe mate varieert evenals de rasterperiode.

Een laatste uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een geïntegreerd raster-objektief element vertoont als kenmerk, dat 5 het objektief en het raster worden gevormd door een objektiefraster en dat het tegenover het raster-objektief gelegen prismavlak plat is. Dit objektiefraster heeft sterk gekromde rasterstroken waarvan de kromming sterk varieert evenals de rasterperiode.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de 10 tekening. Daarin tonen figuur 1 schematisch en in perspektief, een apparaat voor het uitlezen van een plaatvormige registratiedrager voorzien van een aftastinrichting volgens de uitvinding met een lineair diffraktieraster, figuur 2 in perspektief, een gedeelte van een 15 aftastinrichting waarin een diffraktieraster wordt gebruikt om een bundel in een richting te versmallen, de figuren 3, 4 en 5 verschillende uitvoeringsvormen van een faseraster, figuur 6 in laterale doorsnede een prisma met een gekromd 20 vlak en een diffraktieraster voor gebruik in de aftastinrichting, figuur 7 een vooraanzicht van dit raster, figuur 8 in perspektief, een prisma met rechte vlakken en een holografisch raster voor gebruik in de aftastinrichting, figuur 9 een vooraanzicht van het holografisch raster, en 25 figuur 10, in transversale doorsnede, een laserprinter voorzien van een aftastinrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 is een gedeelte van een ronde schijfvormige registratiedrager 1 weergegeven. De informatiestruktuur is aangegeven door de informatiesporen 4, gelegen in een informatievlak 3 en bestaande 30 uit een groot aantal informatiegebiedjes 5 die in de spoorwisseling t afwisselen met tussengebiedjes 6. De informatiestruktuur bevindt zich bij voorkeur in de bovenzijde van de registratiedrager en wordt door een door het substraat 2 heengaande aftastbundel b uitgelezen. De aftastbundel wordt geleverd door een stralingsbron 7, bijvoorbeeld een 35 halfgeleider-diodelaser, zoals een AlGaAs-laser.

De aftastbundel b wordt door een objektief 9 gefokusseerd tot een aftastvlek S in het informatievlak. Tussen dit objektief en de .8800057 * PHN 12.383 9 * diodelaser is een kollimatorlens 8 aangebracht die de van de diodelaser afkomstige divergerende bundel omzet in een evenwijdige bundel net een zodanige doorsnede dat de pupil van het objektief adequaat gevuld wordt, zodat de aftastvlek S buigingsbegrensd is en een minimale diameter 5 heeft. De uitleesbundel wordt door het informatievlak gereflekteerd en, indien de registratiedrager door middel van de aandrijfas λ wordt geroteerd, gemoduleerd overeenkomstig de informatie die is opgeslagen in een uit te lezen spoor 4.

In de stralingsweg is een bundeldeler 10, bijvoorbeeld in 10 de vorm van een halfdoorlatende spiegel, aangebracht die de van de stralingsbron 7 afkomstige bundel b naar het objektief doorlaat en de van de registratiedrager afkonstige en gemoduleerde bundel reflekteert naar een stralingsgevoelig detektiestelsel 11. Dit detektiestelsel levert een elektrisch signaal dat gemoduleerd is overeenkomstig de 15 informatie die is opgeslagen in een uit te lezen spoor. Het detektiestelsel kan ook signalen leveren die afwijkingen in de positie van de stralingsvlek ten opzichte van een uit te lezen spoor en/of fokusfouten representeren zoals beschreven is in het reeds genoemde "Philips' Technical Review", Vol. 40, No. 6, pag. 151-155.

20 In plaats van een halfdoorlatende spiegel kan, zoals . bekend, ook een polarisatiegevoelig deelprisma als bundeldeler gebruikt worden. In de stralingsweg tussen deze bundeldeler en het objektief moet dan een dubbelbrekende plaat aangebracht zijn die er voor zorgt dat de polarisatierichting van de van de registratiedrager terugkerende bundel 25 over 90° gedraaid is ten opzichte van de polarisatierichting van de door de bron uitgezonden bundel.

De hoofdstraal h van de bundel b die uitgezonden wordt door de bron 7 en door het element 10 wordt doorgelaten en door het element 8 heengaat is in een horizontaal vlak gelegen. In dit vlak ligt 30 ook de hoofdstraal van de terugkerende bundel die de kollimatorlens 8 gepasseerd is en door de bundeldeler 9 gereflekteerd wordt, in de stralingsweg achter de kollimatorlens is een reflektor 12 aangebracht die de aftastbundel onder een hoek van ongeveer 90° reflekteert in de richting van de registratiedrager. Door deze konstruktie heeft de 35 aftastinrichting een inbouwhoogte die aanzienlijk kleiner is dan die van bekende aftestsystemen waarin de elementen 7, 8 en 9 en het objektief in één lijn dwars op de registratiedrager geplaatst zijn.

.8800057 * PHN 12.383 10

Volgens de uitvinding kan de hoogte van de inrichting nog verder verkleind worden door, zoals in figuur 1 aangegeven is, als reflektor een reflekterend diffraktieraster te gebruiken en door het vlak van dit raster een kleine hellingshoek α met de hoofdstraal h van 5 de bundel b te laten maken. In figuur 1 is het raster 14 aangegeven door middel van de rasterstroken 15 en de tussenstroken 16. Duidelijkheidshalve is in figuur 1 slechts een klein aantal stroken 15 en 16 aangegeven, in werkelijkheid bevat het raster een groot aantal stroken. Dit raster splitst, het vlak XZ loodrecht op de richting van de 10 rasterstroken, de invallende bundel b in een onafgebogen nulde-orde deelbundel, dat wil zeggen een bundel waarvoor de hoek van inval gelijk is aan de hoek van reflektie, twee deelbundels van respektievelijk de +1 orde en -1 orde en een aantal tweede en hogere ordes deelbundels. De rasterperiode pr en de hellingshoek α kunnen zo gekozen worden dat 15 één van de eerste of hogere ordes deelbundels door de pupil van het objektief 9 treedt. Overzichtelijkheidshalve in in figuur 1 slechts deze ene deelbundel b. weergegeven.

De inbouwhoogte van het diffraktieraster, welke hoogte bepaald wordt door een hellingshoek a, of door de invalshoek 2f=90°-a, 20 is aanzienlijk kleiner dan de inbouwhoogte van een spiegel onder 45°.

In uitlees- en/of inschrijfrichtingen voor plaatvormige optische registratiedragers wordt bij voorkeur een diodelaser, zoals een AlGaAs diodelaser, als stralingsbron gebruikt. Een dergelijke laser bevat een aantal lagen, 20, 22, van p-type, respektievelijk n-type 25 halfgeleidermateriaal waaronder een zogenaamde aktieve laag die in figuur 1 met 21 is aangegeven. Het vlak evenwijdig met deze aktieve laag wordt in het navolgende aangeduid met laterale vlak. In figuur 1 is dit het vlak XZ. Het vlak loodrecht op het laterale vlak, in figuur 1 het vlak YZ, wordt het transversale vlak genoemd.

30 Zoals bekend is de uit het voorvlak 23 van de diodelaser tredende bundel b niet symmetrisch; de openingshoek van deze bundel in het laterale vlak is aanzienlijk kleiner dan de openingshoek in het transversale vlak, zoals in figuur 1 is aangegeven. In deze figuur zijn de randstralen van de bundel in het laterale vlak met getrokken lijnen 35 weergegeven en de randstralen van de bundel in het transversale vlak met streeplijnen. Ter plaatse van de kollimatorlens heeft de bundel b een elliptische doorsnede Sc> Om een ronde stralingsvlek S op het .8800057 * fc PHN 12.383 11 informatievlak 3 te verkrijgen moet de bundel ongevormd worden in een bundel met een ronde doorsnede.

Zoals figuur 1 laat zien kan de gewenste bundelomvorming gerealiseerd worden met het diffraktieraster 14 onder een kleine 5 hellingshoek α of een grote invalshoek^. Doordat in het laterale vlak de hoofdstraal h van de bundel b een relatief kleine hoek α naakt met het reflekterende vlak 13 terwijl de deelbundel ba vrijwel in vertikale richting wordt gereflekteerd, wordt de laatstgenoemde bundel in het laterale vlak aanzienlijk verbreed ten opzichte van de invallende 10 bundel b. De hellingshoek α kan, onder aanpassing van de periode pr van het raster zodanig gekozen worden dat na reflektie aan het vlak 13 de laterale breedte van de bundel gelijk is aan de transversale breedte, die door het raster niet beïnvloed wordt.

In de inrichting volgens figuur 1 worden met het 15 reflekterend diffraktieraster twee wensen gelijktijdig vervuld, namelijk het reduceren van de inbouwhoogte en het verbreden van de bundel in het laterale vlak. Het is echter geheel binnen de geest van de onderhavige uitvinding het diffraktieraster slechts te gebruiken voor alleen het verkleinen van de hoogte van de inrichting, bijvoorbeeld indien gebruik 20 gemaakt wordt van een stralingsbundel met een ronde doorsnede, of alleen als bundelomvormer.

Deze bundelomvormer in figuur 1 vergroot de bundeldoorsnede in het laterale vlak zodat de naar het objektief gerichte bundel een relatief brede ronde bundel is. Dit is vooral 25 aantrekkelijk indien het objektief een relatief kleine aftastvlek, bijvoorbeeld met een diameter in de orde van 1 pm moet vormen. Een dergelijk objektief heeft een relatief grote numerieke apertuur, in de orde van 0,4 tot 0,5 bijvoorbeeld, die geheel gevuld moet worden. In andere toepassingen waarin bijvoorbeeld de door het objektief gevormde 30 stralingsvlek groter mag zijn, zoals in een laserprinter, kan een asymmetrische bundel in een bundel met een ronde doorsnede worden omgezet door de breedte van de bundel in het transversale vlak te verkleinen.

Deze situatie is in figuur 2 weergegeven, in deze figuur 35 is de diodelaser over 90° gedraaid ten opzichte van die in figuur t, zodat de aktieve laag in het XY vlak ligt. De randstralen van de bundel in het laterale vlak (XY vlak) zijn weer met getrokken lijnen .8800057 PHN 12.383 12 weergegeven en die in het transversale vlak (XZ vlak) met streeplijnen. Het reflekterend raster 14 maakt nu een grote hellingshoek a, in de orde van bijvoorbeeld 70°, met het laterale vlak en in het transversale vlak is de invalshoek $=90°-a, die de hoofdstraal h van de bundel b 5 maakt met de normaal op het vlak van het raster, klein. Zoals figuur 2 laat zien wordt door reflektie aan het raster de bundel in het transversale vlak versmald terwijl de breedte in het laterale vlak niet verandert. Er kan weer voor gezorgd worden, door een geschikte keuze van de hellingshoek α en de periode pc van het raster dat de door het 10 raster gereflekteerde bundel een ronde doorsnede heeft.

Tot nu toe is de uitvinding beschreven aan de hand van een uitleesinrichting. De uitvinding kan echter ook toegepast worden in een inschrijfinrichting die in principe dezelfde opbouw heeft als de uitleesinrichting. De aftastbundel moet dan wel gemoduleerd worden met 15 de in te schrijven informatie. Dit kan gerealiseerd worden met een optische modulator in de stralingsweg of door het aansturen van de diodelaser met een stuursignaal dat gemoduleerd is overeenkomstig de in te schrijven informatie.

Het diffraktieraster is bij voorkeur aangebracht op een 20 driehoekig prisma waarvan de andere twee vlakken in figuur 1 met 17 en 18 zijn aangeduid. De hoek 8 tussen de vlakken 17 en 18 is bij voorkeur gelijk aan 90°, hetgeen het uitrichten en monteren van het raster vergemakkelijkt.

Het diffraktieraster kan een amplituderaster zijn en 25 bestaan uit reflekterende stroken 15 en absorberende of stralingsdoorlatende stroken 16. Bij voorkeur echter is het diffraktieraster een faseraster. Met een dergelijk raster kan een hogere afbuigrendement behaald worden dan met een amplituderaster. Het faseraster kan uitgevoerd zijn als een zogenaamd profielraster dat 30 bijvoorbeeld opgebouwd is uit rastergroeven 15 en hoger gelegen rasterstroken 16, zoals in figuur 3 getoond. Een dergelijk raster biedt het voordeel dat het goedkoop in grote aantallen vervaardigd kan worden met op zichzelf bekende pers- en replikatietechnieken wanneer men de beschikking heeft over een matrijs waarin de rasterstruktuur is 35 aangebracht. Een dergelijke matrijs behoeft slechts één keer vervaardigd te worden.

Het faseraster kan ook worden gevormd door een struktuur .8800057 PHH 12.383 13 van naast elkaar gelegen repen die afwisselend een eerste en tweede brekingsindex hebben. Deze struktuur kan de vorn hebben van een zogenaamd volume hologram of dik hologram met een dikte in de orde van enige mm.s. Een dergelijk hologram wordt verkregen door twee bundels op 5 een dikke plaat speciaal fotografisch materiaal te laten invallen. Al naar gelang men een reflektie- of volumehologram wil verkrijgen moeten de bundels op verschillende zijden dan wel op dezelfde zijde van de plaat invallen. Binnen deze plaat interferen de bundels met elkaar waardoor een struktuur van naast elkaar gelegen repen met afwisselend 10 hoge en lage intensiteit ontstaat. Door ontwikkelen van de plaat wordt het intensiteitspatroon omgezet in een patroon van repen met hogere en lagere brekingsindices. In figuur 4 is een dergelijk volumehologram 14' schematisch en in dwarsdoorsnede weergegeven.

Het verschil Δη tussen de brekingsindex n.j van de repen 15 15' en de brekingsindex ^ van de repen 16' is bijvoorbeeld 0,02 en n, en n£ zijn bijvoorbeeld respektievelijk 1,52 en 1,54. De repen zullen in de meeste gevallen een van 90° afwijkende hoek φ met de twee zijden 25 en 26 van de plaat 14' maken.

Bovendien zullen in de praktijk veelal de overgangen 20 tussen de gebieden met verschillende brekingsindices niet zo abrupt zijn als in figuur 4 getoond, maar vertoont de brekingsindex een meer geleidelijk verloop, zoals in figuur 4a is aangegeven. In deze figuur is horizontaal de positie op de plaat, dwars op de repen van figuur 4, uitgezet en vertikaal de brekingsindex n.

25 De door het objektief tredende bundel ba kan een van de eerste ordes deelbundels zijn. Deze deelbundels hebben op zich een hogere intensiteit dan de hogere ordes deelbundels. Voor een door een diffraktieraster afgebogen deelbundel van de orde m geldt voor de afbuighoek δ; 30 sinö=^5-

Fr

Indien voor de deelbundel ba een deelbundel van bijvoorbeeld de tweede orde gekozen wordt, is bij gelijkblijvende afbuighoek δ de periode pr van het raster 14 tweemaal zo groot dan indien een deelbundel van de eerste orde gekozen wordt. Onder omstandigheden verdient het daarom de 35 voorkeur voor een tweede, of hogere orde, deelbundel te kiezen, omdat dan het diffraktieraster eenvoudiger met de vereiste nauwkeurigheid te vervaardigen is.

.8800057 PHN 12.383 14

Zowel voor het geval dat een tweede of hogere diffraktie orde deelbundel geselekteerd wordt als voor het geval dat een eerste orde deelbundel geselekteerd wordt kan het rendement van het raster voor de geselekteerde deelbundel vergroot worden door de rasterparameters aan 5 te passen. Onder het rendement wordt hier verstaan het gedeelte van de op het raster invallende stralingsintensiteit dat in de geselekteerde orde wordt afgebogen. In het geval van een profielraster zijn de genoemde parameters de diepte van de rastergroeven 15, de wandsteilheid van deze groeven en de verhouding van de breedte van de groeven 15 tot 10 die van de tussengroeven 16. Het optimaliseren van de rasterparameters van een profielraster staat bekend als "blazing". In figuur 5 is een klein gedeelte van een uitvoeringsvorm van zo'n "blazed" raster 14" vereenvoudigd weergegeven. Er is onder andere voor gezorgd dat de gedeelten van de invallende stralingsbundel ba zoveel mogelijk 15 invallen op gebieden 16" die de straling in de gewenste richting reflekteren.

Ook voor een brekingsindex raster, zoals een volumehologram volgens de figuren 4 en 4a kan het rendement voor de geselekteerde diffraktie orde gemaximaliseerd worden door een optimale 20 keuze van het brekingsindexverschil Δη, de hellingshoek φ van de repen en de verhouding van de breedtes van de repen 15' en 16'.

Vanwege de kleine hellingshoek a, of de grote invalshoek jf, in de uitvoeringsvorm volgens figuur 1, waardoor de hoogte van het diffraktieraster klein is en bovendien de bundelbreedte in het laterale 25 vlak vergroot wordt, is de hoogte van de aftastinrichting gereduceerd ten opzichte van die van een aftastinrichting met een reflektor onder 45°. In deze uitvoeringsvorm moet echter in de vertikale richting tussen het diffraktieraster 14 en het informatievlak 3 ruimte voor het objektief gereserveerd worden.

30 Een voor wat betreft inbouwhoogte nog gunstiger uitvoeringsvorm is die waarin het objektief en het diffraktieraster geïntegreerd zijn in één element. In figuur 6 is een eerste uitvoeringsvorm van een dergelijk element weergegeven. Deze figuur toont, in laterale doorsnede, een driehoekig prisma met een rechte hoek 35 op de schuine zijde waarvan het diffraktieraster 14 is aangebracht. Het prisma in figuur 6 is anders georiënteerd dan het prisma in figuur 1, en wel zodanig dat de bundel ba via het vlak 17 het prisma .8800057 PHN 12.383 15 binnentreedt en na reflektie door het raster het prisma via het oppervlak 18' verlaat. Dit uittreevlak is geen plat vlak zoals vlak 18 in figuur 1 maar een gekromd vlak dat door zijn kromming een lenswerking vertoont en daardoor het objektief 9 in figuur 1 kan vervangen.

5 Zoals beschreven is in onder andere het Amerikaanse octrooischrift no. 4.668.066 kan het objektief in een aftastinrichting voor plaatvormige registratiedragers bestaan uit een enkel lenselement. Dit element moet dan wel minstens één asferisch oppervlak hebben om een aberratievrije aftastvlek te kunnen vormen. Ook in het objektief-10 diffraktieraster-element van figuur 6 zal een dergelijke korrektie aangebracht moeten worden. Dit kan door het gekromde oppervlak niet een sferische vorm 18' te geven maar een asferische vorm 18" zoals met de gestreepte kromme is aangegeven. In dat geval is het raster een lineair raster, dat wil zeggen een raster met rechte rasterstroken en een 15 konstante rasterperiode.

Het is echter ook mogelijk dat het gekromde oppervlak een sferisch oppervlak 18' is en dat de aberratiekorrektie wordt verzorgd door het diffraktieraster 14. Een raster dat daarvoor geschikt is heeft een lineair middengedeelte en aan de randen gekromde rasterstroken en 20 een variërende rasterperiode.

Aan het diffraktieraster kan ook enige optische sterkte of lenswerking gegeven worden door de rasterstroken wat meer te krommen, waarbij de kromming in het midden van het raster iets groter is dan aan de rand daarvan. Van dit raster neemt bovendien de periode 25 vanaf het ene uiteinde naar het andere uiteinde iets af. In figuur 7 is een vooraanzicht van een uitvoeringsvorm van dit raster weergegeven. In deze figuur is over telkens een aantal rasterperioden slechts één rasterstrook 15 weergegeven. De afstand tussen de licht gekromde lijnen 15 is dus gelijk aan een aantal (q) malen de rasterperiode pr. Bij 30 gebruik van een dergelijk raster behoeft het gekromde oppervlak 18' of 18" minder lenswerking te vertonen en kan de kromtestraal van dat oppervlak groter zijn.

Het is tenslotte ook nog mogelijk het diffraktieraster zoveel lenswerking te geven dat het tevens als objektief funktioneert.

35 Dan kan het uittreevlak van het prisma weer een plat vlak 18 zijn, zoals in figuur 8 getoond wordt. Deze figuur toont, in perspektief, het prisma met de platte vlakken 17 en 18, die bijvoorbeeld een hoek van 90° met 8800057 * PHN 12.383 16 elkaar naken, net op de schuine zijde het diffraktieraster 14. Een uitvoeringsvorn van dit raster is in figuur 9 in vooraanzicht weergegeven. Het raster heeft sterk gekronde rasterstroken waarvan de kromtestraal in één richting uniform toeneemt. In dezelfde richting 5 neemt de rasterperiode sterk af. Ook in figuur 9 is over telkens een aantal rasterperiodes slechts één rasterstrook 15 weergegeven. Het raster volgens figuur 9 kan op holografische wijze vervaardigd worden door een fotografische plaat op de positie van dit raster te belichten met een divergerende bundel afkomstig van een puntbron op de positie van 10 de stralingsvlek S en bundel die overeenkomt met de bundel ba. Het raster volgens de figuren 8 en 9 kan ook aangeduid worden met holografisch objektiefraster.

Figuur 10 toont schematisch een laserprinter met een stralingsgevoelig registratiemedium 41 dat opgespannen is op een trommel 15 40. Voor het schrijven van opeenvolgende lijnen wordt de trommel rond zijn as 42 geroteerd. Een lijn wordt afgetast met behulp van een polygoom 43 dat een aantal spiegelfacetten 44 draagt en rond zijn as 45 draait. 9 is weer een objektief dat de straling afkomstig van de diodelaser 7, met aktieve laag 21, en gereflekteerd door een 20 spiegelfacet, moet fokusseren tot een inschrijfvlek 5 op het registratiemedium. De straling wordt in intensiteit gemoduleerd overeenkomstig de in te schrijven informatie door middel van de elektrische stuurstroom door de diodelaser of met een aparte intensiteitsmodulator in de stralingsweg.

25 De door de diodelaser geleverde stralingsbundel b wordt door de kollimatorlens 8 in een evenwijdige bundel omgezet en vervolgens door het diffraktieraster 14 naar het polygoom gereflekteerd. Figuur 10 toont de laserprinter in transversale doorsnede. In het vlak van deze doorsnede wordt de bundel ba die via het polygoom het objektief 30 binnentreedt versmald doordat het raster 14 een grote hellingshoek α maakt met de hoofdstraal h van de bundel b.

Dat de uitvinding is beschreven aan de hand van informatie uitlezende of inschrijvende apparaten betekent niet dat zij daartoe beperkt is. De uitvinding kan overal worden toegepast daar waar 35 een stralingsweg moet worden opgevouwen zodat de inbouwhoogte klein is en/of waar een stralingsbundel met asymmetrische doorsnede moet worden omgezet in een bundel met symmetrische doorsnede.

.8800057

Claims

1. Inrichting voor het met optische straling aftasten van een informatievlak, welke inrichting bevat een stralingsbron voor het leveren van een aftastbundel, een kollimatorlens en een objektief voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlak in het 5 informatievlaki met het kenmerk, dat in de stralingsweg tussen de kollimatorlens en het objektief een reflekterend diffraktieraster is aangebracht, waarbij de invalshoek tussen de normaal op het raster en de hoofdstraal van de aftastbundel aanzienlijk van 45° afwijkt, en dat de periode van het raster en de invalshoek zodanig zijn dat slechts een 10 door het raster in een hogere orde afgebogen deelbundel door het objektief kan treden.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de invalshoek van de aftastbundel aanzienlijk groter dan 45° en kleiner dan 90° is.

3. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de stralingsbron een diodelaser is met een aktieve laag die een laserbundel uitzendt waarvan de openingshoek in het laterale vlak, door de hoofdas van de laserbundel en evenwijdig aan de aktieve laag, kleiner is dan de openingshoek in het transversale vlak, door de hoofdas van de 20 laserbundel en dwars op de aktieve laag, met het kenmerk, dat de stroken van het raster dwars op één van de vlakken, het laterale vlak en het transversale vlak, staan en dat de invalshoek zodanig is dat de door het raster in de geselekteerde orde gereflekteerde bundel een ronde doorsnede heeft.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de rasterstroken dwars op het transversale vlak staan en dat de invalshoek groter dan 0° en aanzienlijk kleiner dan 45° is.

5. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de rasterstroken dwars op het laterale vlak staan en dat de invalshoek 30 aanzienlijk groter dan 45° en kleiner dan 90° is.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het diffraktieraster een faseraster is. .8800057 F i PHN 12.383 18

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het faseraster wordt gevormd door een profielraster.

8. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het faseraster een volumeraster is dat bestaat uit een aantal naast elkaar 5 gelegen repen die afwisselend een eerste gemiddelde en tweede gemiddelde brekingsindex vertonen.

9. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rasterparameters die de intensiteitsverdeling over de verschillende diffraktie-ordes bepalen zodanig gekozen zijn dat een maximaal 10 percentage van de invallende stralingsintensiteit in de geselekteerde diffraktie-orde terecht komt.

10. Inrichting volgens conclusie 1 of 9, met het kenmerk, dat een in één van de eerste diffraktie-ordes afgebogen deelbundel door het objektiefstelsel treedt.

11. Inrichting volgens conclusie 1 of 9, met het kenmerk, dat een tweede of hogere orde deelbundel door een objektief treedt.

12. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het diffraktieraster aangebracht is op de schuine zijde van een driehoekig prisma met een rechte hoek, waarvan de andere twee zijden loodrecht 20 staan op respektievelijk de invallende bundel en de naar het objektief gerichte deelbundel.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het tegenover het diffraktieraster gelegen oppervlak van het prisma, waardoor de door het raster gereflekteerde deelbundel uittreedt, gekromd 25 is.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het gekromde oppervlak een asferisch oppervlak is en dat het diffraktieraster een lineair raster is.

15. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het 30 gekromde oppervlak sferisch is en dat het raster een aberratie korrigerende asfericiteit vertoont.

16. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het gekromde oppervlak sferisch is en dat het raster een lenswerking en een aberratie korrigerende asfericiteit vertoont.

17. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het objektief en het raster worden gevormd door een objektiefraster en dat het tegenover het objektiefraster gelegen prismavlak recht is. .aaooos?