专利名称：包含至少一个合成材料透镜的光学透镜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光学扫描装置中的光学透镜系统，其用于对光学可扫描的记录载体进行扫描，该透镜系统包括一第一透镜；一第二透镜，其与第一透镜相比较小，工作时置于第一透镜和记录载体之间；和接纳这两个透镜的一个透镜固定器。
本发明还涉及一种可以对光学可扫描的记录载体进行扫描的光扫描装置，该扫描装置包括一个射线源、具有一个光轴且工作时可将射线源提供的射线束聚焦至记录载体上的扫描点上的一个光学透镜系统、以及可对平行于光轴的透镜系统进行移动的一个致动器，透镜系统包括一第一透镜；一第二透镜，其与第一透镜相比相对小一些，工作时置于第一透镜和记录载体之间；和接纳这两个透镜的一个透镜固定器。
本发明还涉及一种光学播放机，其包括一可围绕旋转轴旋转的台，一移动装置和一对可置于所述台上的光学可扫描记录载体进行扫描的光学扫描装置，所述扫描装置包括一射线源、具有一光轴且工作时可将射线源提供的射线束聚焦至记录载体上的扫描点上的一光学透镜系统，以及可对平行于光轴的透镜系统进行移动的一致动器，透镜系统包括一第一透镜；一个第二透镜，其与第一透镜相比相对小一些，工作时置于第一透镜和记录载体之间；和接纳这两个透镜的一个透镜固定器，通过移动装置至少可使扫描装置的透镜系统大致在相对旋转轴的径向上进行移动。
由EP-A-0 863 502可以了解到开始段中所述类型光学透镜系统、光学扫描装置和光学播放机。已知透镜系统的第一透镜是一个主透镜或物镜，而第二透镜是一个较小辅助透镜，其工作时位于主透镜和要被扫描的记录载体之间。通过使用辅助透镜，已知透镜系统可具有较大数值的孔径。结果，工作时，采用已知光学系统的已知光学扫描装置的射线源所产生的射线束，就被透镜系统聚焦在记录载体上的一个较小的扫描点上。因此，已知扫描装置和使用了已知扫描装置的已知光学播放机，比较适合对具有较小基本信息特性的记录载体(即，具有相对较高信息密度的记录载体)进行扫描。因此，已知扫描装置和已知光学播放机尤其适于对依照所谓DVR-系统的记录载体进行扫描。现有光学系统的两个透镜由玻璃材料制成。在制造光学透镜系统时，二透镜需分开安装在透镜固定器上。为了使透镜系统获得足够的光学精确性，二透镜的光轴必须在预定的相对小的公差内重合。为了在透镜固定器内获得这种精确位置，在透镜系统的安装过程中，必须使用适当的准直工具使二透镜互相对正。
已知透镜系统、已知光学扫描装置和已知光学播放机的一个缺点是，透镜系统的安装比较复杂，这是因为透镜系统至少包括三个独立的部分(即透镜固定器和两个透镜)，它们每一个都需要首先单独生产，且二透镜必须相互对准。
本发明的一个目的是提供开始段所述类型的一种光学透镜系统、一种光学扫描装置和一种光学播放机，其中，透镜系统可以以一种非常简单的方式进行生产，同时透镜系统在工作时具有的光学准确性不低于已知的透镜系统的光学准确性。
为了达到上述目的，本发明描述的光学透镜系统的特点在于，透镜固定器和二透镜之中的一个作为一个单独的整体部分由透明合成材料通过模制过程进行生产，而另一个透镜则作为一个独立部件安装在该整体部分内部，二透镜和透镜固定器包围形成了一个腔，该腔通过一个空气通风连接器与透镜系统的外部环境相连通。
为了达到这个目的，本发明描述的光学扫描装置的特点在于，此处所说的透镜系统是根据本发明的一个光学透镜系统。
为了达到这个目的，本发明描述的光学播放机的特征在于，此处使用的光学扫描装置是根据本发明的一个光学扫描装置。
因为透镜固定器和二透镜中的一个透镜作为一个的整体部分由透镜合成材料通过模制过程进行生产，而另一个透镜作为一个独立部件安装在整体部分内，因此在本发明所描述的透镜系统的安装过程中，只有两部分需要互相安装。整体部分可以通过模制过程以一种非常精确的方式加以生产。整体部分可以具有，例如，一个透镜架和/或一个用于另一透镜相对整体的透镜进行精确定位的定位表面，从而使另一透镜以非常简单的方式相对整体部分中的综合透镜进行精确定位。这样就可以使根据本发明的透镜系统的安装变得十分简便，同时免去了使透镜相互对正的需要。因为由二透镜和透镜固定器包围的腔通过一个空气通风连接器和透镜系统的外部环境相连通，因此可以避免工作时所述腔内空气压力的升高。如果不使用空气通风连接器，透镜系统内温度的升高会导致空气压力的升高。由于由整体部分的合成材料的硬度不如玻璃材料的好，因此这种空气压力的升高会引起综合透镜产生变形，进而导致透镜系统光学精确性降低到不可接受的程度。因为通过这种方式防止了综合透镜的这种变形，因此本发明描述的透镜系统在工作时的光学准确性不低于玻璃透镜。本发明描述的透镜系统的另一个优点是，由于使用了合成材料，透镜系统具有较小的质量。在根据本发明的一个特定实施例中，同样可以使用其它合成材料的透镜使所述质量得到降低。这会大大减少安置透镜系统时所需的力，进而使本发明描述的扫描装置和光学播放机的扫描速度大大提高。
根据本发明的光学透镜系统的一个特定实施例的特征在于，整体部分包括透镜固定器和第二透镜。由于第二透镜比第一透镜小，因此安装透镜系统时，与第一透镜相比第二透镜本身较难以操作。因为在这个特定实施例中，整体部分包括第二透镜，因此本发明在普遍意义上具有的安装简便的优点在这个实施例中得到了最佳的体现。
根据本发明的另一个实施例的透镜系统特征在于，整体部分具有一个用于另一透镜的圆筒形透镜架，该透镜架具有一个中心线，该中心线基本上和构成整体部分的一部分的透镜的光轴重合，而另一透镜构成了大致球形的玻璃透镜体的多半球，其直径和透镜架的直径基本上相等。由于前述球形透镜体的直径与前述圆筒形透镜架的直径基本上相等，另一个透镜被精确垂直于中心线定位在透镜架中。因为透镜架构成整体部分的一部分，因此透镜架可以以一种相对简单和非常精确的方式通过模制过程安置在整体部分内部，使得透镜架的中心线与综合透镜的光轴精确地重合。结果，另一透镜相对于综合透镜在垂直于中心线的方向上被精确加以定位。因为另一透镜构成前述球面透镜体的多半球，因此当放置在透镜架内后，在不影响垂直于中心线的另一透镜的位置的情况下，该另一透镜仍可以绕透镜体中心线倾斜限定的角度。结果，在放置在透镜架内部以使另一透镜的光轴与综合透镜的光轴相对准后，当另一透镜通过适当的准直工具倾斜时，其相对于综合透镜在垂直于中心线的方向不会受到影响。球形玻璃透镜体可以以相对简单、非常精确的方式通过如轨制过程加以生产。
而根据本发明的另一个光学透镜系统的实施例的特征在于，整体部分具有一个用于另一透镜的定位表面，其基本上与中心线相垂直并限制了透镜架，同时另一透镜的球面透镜体朝向构成整体部分的一部分的透镜的那一侧具有一个分界面，另一透镜通过该分界面与定位表面相靠。因为所述定位表面构成整体部分的一部分，因此定位表面可以以一种相对简单、非常精确的方式通过模制过程安置在整体部分内。另一透镜的光轴与球面透镜体的所述分界面相垂直地延伸。因为另一透镜与所述定位表面相靠的分界面，而定位表面通过模制过程垂直于中心线并垂直于综合透镜的光轴被精确地安置，因此当另一透镜被与定位表面安置相靠设置后，二透镜的光轴精确地互相平行，这样就无需再对另一透镜进行准直。
根据本发明的光学透镜系统的一个特定的实施例的特征在于，定位表面通过一个形成于其上面的一个槽与透镜架相连。在透镜系统的安装过程中，当另一透镜安置在圆筒形透镜架中时，另一透镜的球面透镜体的外周边无间隙滑进透镜架内。结果，透镜架上存在的灰尘微粒就被另一透镜所携带，而且由于摩擦力的存在，微粒甚至会从透镜架上脱离。因为所述槽形成于圆筒形透镜架与定位表面相连处，即位于另一透镜安装时沿透镜架滑动的位置，因而所有前述灰尘微粒和脱离的微粒就被收集到所述槽内。当另一透镜与相邻定位表面相靠地安置后，所述槽就被球面透镜体的分界面关闭，从而以类似方式限制了释放微粒。
根据本发明的光学透镜系统的另一个实施例的特征是，整体部分具有一个用于具有部分球形的另一透镜的透镜架，该透镜架的中心位于构成整体部分的一部分的透镜的光轴上，而另一透镜包括一个基本上具有部分球形的透镜体，透镜体半径基本上等于透镜架的半径。因为具有部分球形的透镜架构成整体部分的一部分，因此所述透镜架可以以一种相对简单且非常精确的方式通过模制过程安置在整体部分内部，使得透镜架的中心被精确定位于光轴上。因为前述具有部分球形的另一透镜透镜体的半径基本上等于具有部分球状透镜架的半径，因此另一透镜的可沿垂直于整体部分的光轴的方向被精确定位于透镜架内。当安置在透镜架内后，在不影响另一透镜沿垂直于综合透镜光轴的方向的位置的情况下，另一透镜仍可以在所述透镜架内绕透镜架的中心倾斜限定的角度。结果，如果当安置在透镜架内部以使另一透镜的光轴与整体部分的光轴相对准后，另一透镜通过适当的准直工具被倾斜时，另一透镜相对于综合透镜沿垂直于前述光轴方向的精确位置就不会受到影响。
根据本发明的光学透镜系统的另一个实施例的特征是，空气通风连接器包括形成于透镜架表面上的至少一个槽状通道。所述通道是在模制过程中通过为模制过程中使用的模具在所述通道的位置提供升高。这样，空气通风连接器就以一种实用而简单的方式被提供。
根据本发明的光学透镜系统的一个特定实施例的特征是，空气通风连接器包括至少一个形成于透镜架表面的槽状通道和至少一个形成于定位表面的槽状通道，这些通道的开口都朝向所述槽。在这个特定实施例中，另一透镜通过其分界面与定位表面邻接，空气通风连接器以一种实用而有效的方式由透镜架表面的槽状通道、形成于定位表面上的槽和位于定位表面上的槽状通道构成。在这个实施例中，空气通风连接器同样在模制过程被提供在整体部分内部。
根据本发明的光学透镜系统的另一个实施例的特征在于，整体部分在靠近构成整体部分的一部分的透镜处具有一个透明窗口，该窗口基本上与所述透镜的光轴相垂直，通过该窗口，所述包围形成的腔可从透镜系统的外部环境以光学方式到达。通过在窗口所在的位置处给用于模制过程中的模具提供一个光学光滑的表面，所述窗口就可在模制过程中以一种简单的方式形成于整体部分中。通过所述窗口，当另一透镜的光轴与综合透镜的光轴相对准时，另一透镜的球面透镜体的分界面的位置可以以一种实用的方式通过光学测量装置加以测量。
根据本发明的光学透镜系统的另一个实施例的特征在于，在靠近构成整体部分的一部分的透镜的位置处，整体部分具有在前述透镜之外、平行于所述透镜的光轴延伸的保护元件。所述保护元件保护整体部分在工作时并不与记录载体发生不想要的接触，并以一种简单的方式在模制过程中通过给模制过程中应用的模具在保护单元处提供相对整体部分凹入的一个部分来设在整体部分内。
根据本发明的光学透镜系统的一个特定的实施例的特征在于，构成整体部分的一部分的透镜设有一个基本上为环形的光学分界面，该分界面基本上与所述透镜的光轴相垂直，该光学分界面的中心距离光轴有一段距离，该距离大于射线束的半径，所述射线束工作时位于光学分界面上。所述光学分界面以一种简单的方式在模制过程中通过在光学分界面的位置处给模塑程序中所使用的模具提供一个环形光学光滑表面设在整体部分中。这样的一个光学光滑表面可通过精密车床形成于模具中。这样操作的结果是，一个不可避免的奇点形成于位于光学光滑表面中心的表面内。因为所述中心距离光轴的距离大于工作时位于光学分界面表面上的射线束的半径，在本特定实施例中可以避免工作中由前束奇点导致的处于辐射束中的光分界表面中的奇点的存在，所述奇点会导致整体部分的光学故障。
本发明的这些和其它方面可以通过下面详细说明的实施例来了解和说明。
附图中，
图1示意性示出了根据本发明的一光学播放机；图2示意性示出了根据本发明的一光扫描装置，其应用于图1所示的光学播放机中；图3a示意性示出了根据本发明的光学透镜系统的第一实施例，其应用于图2所示的光扫描装置中；图3b是图3a所示光学透镜系统的整体部分的平面图；图3c示意性示出了图3a所示光学透镜系统的一个辅助透镜的光学分界面；图4a示意性示出了根据本发明的光学透镜系统的第二实施例，其适宜用于图2所示的光学扫描装置中；图4b是图4a所示光学透镜系统的整体部分的平面图；图5示意性示出了根据本发明的光学透镜系统的第三实施例，其适宜用于图2所示的光扫描装置中。
如图1所示，根据本发明描述的光学播放机包括一可以围绕旋转轴3旋转的台1，其可以被安装在框架7上的电动机5所驱动。一个光学扫描记录载体9(如DVD)可以安置在台1上，所述记录载体具有一个圆盘形状的透明底层，其上具有一个包括成螺旋型延展的信息轨道的信息层13，该信息层13被一层透明保护涂层所覆盖。光学播放机还包括一个根据本发明的描述的光学扫描装置15，其用于对记录载体上的信息轨道进行光学扫描。通过光学播放机上的一个移动装置17，扫描装置15可以主要在相对于旋转轴3的两个相反的径向方向X和X’上进行移动。为此，扫描装置15安装在移动装置17的一个滑块19上，移动装置还具有一个安装在框架7上且平行于X方向的直导轨21，该导轨可以引导滑块19的运动；和一个电动机23，通过其可以使滑块19在导轨21上移动。工作时，马达5和23受光学播放机的一个电控制单元(图中未示出)控制，结果当扫描装置15平行于X被移动时，记录载体9围绕旋转轴3同时旋转，通过这种方式，可以使记录载体9上的螺旋形状的信息轨道被扫描装置15扫描到。在所述扫描过程中，扫描装置15不仅可以读取信息轨道上的信息，还可将信息写入信息轨道。
图2是应用于根据本发明的光学播放机的根据本发明的光学扫描装置15的示意图。扫描装置15具有一个射线源25，例如一个具有光轴27的半导体激光器。扫描装置15还包括一个射线束分裂器29，分裂器包括一个透明板31，其反射表面33朝向射线源25，且与射线源25的光轴27成45°角。而且，扫描装置15包括具有光轴37的一个准直透镜单元35和根据本发明的具有光轴41的一个光学透镜系统39，准直透镜单元35位于射线束分裂器29和透镜系统39之间。在如图所示的实施例中，准直透镜系统35包括一个单独的准直透镜43，而透镜系统39包括一个第一透镜或物镜45和一个第二透镜或辅助透镜47，工作时所述第二透镜位于第一透镜45和记录载体9之间。在如图所示的实施例中，准直透镜单元35的光轴37和透镜系统39的光轴41相重合，并与射线源25的光轴27相垂直。扫描装置15还包括一个众所周知的普通的光学探测器49，该探测器安置在与准直透镜单元35相关的辐射分裂器29的后面。工作时，射线源25产生一个射线束51，其被辐射分裂器29的反射表面33反射，并被透镜系统39聚焦至记录载体9的信息层13上的扫描点53处。射线束51被信息层13反射成为反射射线束55，其通过透镜系统39、准直透镜单元35和辐射分裂器29被聚焦至光学探测器49。为了读取记录载体9上的信息，射线源2 5产生一个连续的射线束51，光学探测器49提供一个在扫描点53处呈现的位于记录载体9的信息轨道上的一系列连续基本信息特征相应的探测信号。为了将信息写到记录载体9上，射线源25产生一个与欲写入信息相应的射线束51，记录载体9的信息轨道上的扫描点53内产生一系列连续基本信息特征。注意，本发明描述的光探测仪器同样允许射线源25、准直透镜单元35和透镜系统39以互不相同的方式安置。这样，本发明也包括这样的实施例，例如，准直透镜单元35的光轴37和透镜系统39的光轴41互相垂直，一个附加的镜安置在准直透镜单元35和透镜系统39之间。在这些实施例中，在平行于透镜系统39的光轴41方向上观看时，光学扫描装置具有减少的维度。本发明同样包括下述实施例，例如，射线源25和准直透镜单元35并未安装在滑块19上，而是安置在一个与框架7相关的固定位置上，准直透镜单元35的光轴37与径向X和X’相平行。在这些实施例中，只有透镜系统39和一个附加镜安装在滑块19上，因此可以减少滑板的可移动质量。
再如图2所示，光学扫描装置15包括一个第一致动器57和一个第二致动器59。通过第一致动器57，可使透镜系统39在平行于光轴41的方向和平行于X方向的方向上移动一个相对小的距离。通过平行于光轴41移动透镜系统39，可以使扫描点53以所需的精度被聚焦于记录载体9的信息层13上。通过第一致动器平行于X方向移动透镜系统39，扫描点53将继续以所需的精度被聚焦于信息轨迹上。为此，第一致动器57由前述的光学播放机的控制单元所控制，它既可以接收来自光学探测器49的轨道错误信号，又可以接收聚焦错误信号。通过第二致动器59，准直透镜单元35的准直透镜43可以在平行于光轴37的方向上移动相对小的距离。通过第二致动器，使准直透镜43平行于光轴37移动，记录载体9的透明保护涂层11中的射线束51的球面像差就可得到了校正。这种球面像差是主要由保护涂层11厚度的波动造成的。为此，第二致动器59由光学播放机的所述控制单元的电控制电流所控制，控制单元从传感器(图中未示出)接收一个错误信号，(例如，)通过所述传感器可测量扫描点53附近的透明保护涂层11的厚度。众所周知，通过这种方式，控制单元可以利用第二致动器59对电流进行控制，以使准直透镜43安置在球面像差以一个预定、方便的方式得到校正的位置。
图3a示意性示出了前述透镜系统的一个第一实施例。第二透镜(或辅助透镜)47工作时位于第一透镜(或物镜)45和要被扫描的记录载体9之间，其与物镜45相比相对小些。通过使用辅助透镜47，透镜系统39具有较大数值的孔径，这是由扫描点53相对较小所引起的，射线束51在所述扫描点内被聚焦在信息层13上。这使得扫描装置15适合于对具有相对高的信息密度的记录载体，特别是对于称作所谓DVR系统中的记录载体进行扫描。物镜45和辅助透镜47安置在透镜固定器61上，透镜固定器安装在致动器57的一个可移动部分上(图3a中未示出)。透镜固定器61和辅助透镜47作为一个整体部分63(材料为一种透明合成材料)通过一个模制过程进行制造，而物镜45则作为一个独立的部件位于整体部分内。图3a还示出了在安装透镜系统39之前作为单独部件的整体部分和物镜。注意，图3a中用于表示辅助透镜47的阴影线不同于用于表示透镜固定器61的阴影线，尽管辅助透镜47和透镜固定器61共同构成一个整体的透明材料部件。然而，不同的阴影线仅仅指示出了组成辅助透镜47的整体部分63的光学有效部分。该光学有效部分是通过提供位于辅助透镜47底侧的一个光学平滑分界面65和位于辅助透镜47上表面的一个光学平滑透镜表面67而获得的。所述分界面65和所述透镜表面67是通过在模制过程中应用的模具的对应部分上提供光学平滑表面而获得的。在如图所示的实施例中，构成整体部分63一部分的透镜固定器61的形状类似一个套管，其包括一个用于其内侧的物镜45的圆筒形透镜架69，通过前述模制过程，透镜架69同样设在整体部分内。整体部分63通过前述模制过程以非常精确的方式形成，以使辅助透镜47的光轴71和圆筒形透镜架69的中心线73以非常小的公差重合。在如图所示的实施例中，物镜45包括大致球面的透镜体的多半个，透镜体由玻璃制成，半径r在非常小的公差内等于透镜架69的半径。透镜体75具有一个位于朝向辅助透镜47一侧的光学光滑分界面77和一个垂直于分界面77的光轴79。因为透镜体75为多半个球身，因此透镜体75在光轴79的方向上的尺寸d大于半径r(如图3a所示)。透镜体75上远离分界面77的一侧涂有一层透明漆层81，通过众所周知的复制程序，所述漆层的厚度可以以某种方式变化，使得物镜45呈现预定的所需非球面形状。玻璃球面透镜体77可以以相对简单的方式加以制造，例如利用轧制过程，使得其具有非常精确的半径和圆度。
在透镜系统39的安装过程中，物镜45安装在整体部分63的透镜架69内。由于整体部分63包括辅助透镜47和透镜架61，因此在安装过程中仅有两个部件需要安装在一起，透镜系统39的安装变得相对容易。由于辅助透镜47比物镜45小很多，如果作为一个独立的部件，辅助透镜47的操作比物镜的操作困难很多。由于整体部分63包括辅助透镜47，安装简单的优点得到了最佳的体现。然而需要注意，本发明也包括下述实施例，其中物镜45代替辅助透镜与透镜架61构成一个透明合成材料的整体部分，而辅助透镜47在整体部分内部作为一个独立的部件安置。因为物镜45的球面透镜体75的半径r在非常小的公差内等于圆柱体透镜架69的半径，因此当其被安置在透镜架69内时，物镜45以非常精确的方式垂直于透镜架69的中心线73被加以安置。因为中心线73和辅助透镜47的光轴71以非常小的公差重合，因此物镜45以非常精确的方式相对于辅助透镜47在垂直于光轴71的方向上被加以定位。当物镜45被安置到透镜架69后，必须通过一个准直工具操纵物镜45到一定位置，使物镜45的光轴79在预定的公差内与辅助透镜47的光轴71平行，且物镜45的分界面77在预定的公差内距离辅助透镜47有一段预定的距离。为此，物镜45在透镜架69内围绕其中心倾斜，并通过前述准直工具平行于中心线73进行移动。因为物镜45的透镜体75为多半球，因此物镜45可以使用准直工具绕其中心在透镜架69内倾斜限定的角度而不会影响物镜45沿垂直于中心线73的方向的位置，使得物镜45在所述方向上相对于辅助透镜47的精确位置在利用准直工具使物镜45在所述透镜架69内倾斜时不会受到影响。当使用准直工具对物镜45进行操作时，相对于辅助透镜47的分界面65的物镜45的分界面77的位置和方位可以通过光学测量装置进行测量。为此，整体部分63包括一个基本上垂直于辅助透镜47的光轴71的透明窗口83，通过该窗口，由物镜45、辅助透镜47和透镜固定器61所包围、由物镜45的分界面77限定的腔85就可从透镜系统39的外部环境光学地到达。如图3a和图3b所示，窗口83在图示的实施例中为环形，并靠近和围绕辅助透镜47安置，这样可以使被包围的腔85和物镜45的分界面77对于前述光学测量装置来说可从透镜系统39的底部到达。透明窗口83是通过在辅助透镜旁边的透镜固定器61内提供光学光滑的环形表面87和89而得到的。所速表面87和89以非常简单的方式在模制过程中通过提供给模制过程所使用的模具以一个相应的光学光滑环形表面而在整体部分63内形成的。注意，图3a中用于表示窗口83的阴影线不同于用于表示透镜固定器61和辅助透镜47的阴影线，尽管窗口83、辅助透镜47和透镜固定器61共同构成一个整体的透明材料部件。然而，不同的阴影线仅仅指示出了形成窗口83的整体部分63的光学有效部分。这样，当物镜45通过准直工具被操作到透镜架69需要的位置后，物镜45就被固定在透镜架69内的一定位置例如通过将少量胶水应用到图3a所示的位于透镜架69和物镜45之间的空间91。
当透镜系统39安装完成后，由物镜45、辅助透镜47和透镜固定器61所包围的腔85内存在着一些空气，当光学播放机工作过程中透镜系统39周围的温度升高引起所述空气受到了加热。如果不采取附加的措施，所述腔85内的空气的升高会导致腔85内空气压力的增大。这种空气压力的增大将导致由合成材料构成的整体部分63产生机械变形，进而引起透镜系统39的光学准确性产生不希望的下降。为了避免这种空气压力的升高和整体部分63产生变形，本发明描述的透镜系统39设置了一个空气通风连接器，通过它将腔85和透镜系统39的外部环境连接起来。在图3a和图3b所示的实施例中，空气通风连接器包括形成于圆筒形透镜架69的表面上的一个槽状通道93，该通道从腔85大致平行于中心线73向透镜架69的上边缘95延伸。因为模制过程所使用的模具的部分表面上具有一个与透镜架69相对应的线状升高(linear elevation)，因此通道93在前述模制过程中形成于整体部分63内，从而以一种非常实用而简单的方式获得空气通风连接器。因为空气通风连接器的应用避免了整体部分63工作时产生前述机械变形，因此透镜系统工作时同样具有足够高的光学准确性。注意，空气通风连接器也可以采用其它方式形成，例如，通过在透镜架69上提供多个槽形通道，或者在透镜固定器61的侧面上做一个开口。然而，这种侧面上的开口很难通过模制过程获得，或其必须随后在侧面上形成。
图3c是位于辅助透镜47底部的环形光学光滑分界面的详细视图。如图3a中所示，由于射线束51已被强会聚于辅助透镜47底部，因此分界面65仅仅构成辅助透镜47底侧的一个较小的部分。所述分界面65可通过一个位于模制过程中所使用的模具相对应部分上提供环形光学光滑表面。所述环形光学光滑表面位于通过精密车床得到的模具上，在该过程中，在前述环形表面的中心处会产生一个不可避免且基本上不可纠正的表面奇点。在分界面65的中心M处会再次遇到这种奇点。如图3a所示，分界面65偏心地安置在辅助透镜47的底侧，这样中心M和辅助透镜47的光轴之间具有一段距离dM，该距离大于工作时分界面65上的射线束51的半径rB。通过这种方式，可以避免中心M处在射线束工作时再次存在奇点，存在奇点对透镜系统的光学准确性会产生负面影响。偏心安置的光学分界面65的半径r0应大于dM+rB之和，从而使射线束51可以完全位于分界面65的内部。
图4a和图4b示意性示出了根据本发明的第二实施例的光学透镜系统39′，与前述透镜系统39相比，它更适宜用于扫描装置15中。在这二图中，与前述透镜系统39的部分相对应的透镜系统39′的部分用相应的附图标记加以表示。下文中将对透镜系统39′和透镜系统39之间的实质性区别进行讨论。除了圆筒形透镜架69′外，透镜系统的整体部分63′包括一个物镜的定位表面97，其基本上与透镜架的中心线73′相垂直，也与辅助透镜47′的光轴71′相垂直。定位表面97在示出的实施例中是环形的，并靠近透镜架69’。定位表面97同样在模制过程中通过给模制过程所应用的模具提供一个相应的模表面以类似方式形成于整体部分63′内。这样，定位表面97就以简单并且非常精确的方式在整体部分63′内形成，进而可以得到精确的值，特别是与辅助透镜47′的光轴71′相关的定位表面97的方形的精确的值，以及从平行于光轴71′的方向观看的定位表面97的位置。在透镜系统39′的安装过程中，物镜45′安置在透镜架69′上，使得物镜45′的分界面77′邻接定位表面97。这样，物镜45′的光轴79′就变成在非常小的公差内与辅助透镜47′的光轴71′对准，同时物镜45′的分界面77′在非常小的公差内移动到距离辅助透镜47′合适距离的位置。因此，这就无须进一步通过准直工具使物镜45′与辅助透镜47′相对准，使得透镜系统39′的制造过程有了进一步显著的简化。尽管物镜45′和物镜45不同，无须安置在透镜架69′中后倾斜，但与前述物镜45的透镜体75相似，物镜45′的玻璃透镜体75′也为多半球。由此，通过在最初全球面透镜体上提供分界面77′而形成的透镜体75′的最大直径恰恰等于最初透镜体的精确直径，这是通过前述轧制方法得到的，结果透镜架69′内的物镜45′就可得到了非常精确的装配。注意，本发明同样包含下述实施例，其中允许使用其它种类的定位表面代替环形定位表面97，该表面与物镜45′的中心线73′相垂直地延伸。定位表面97可以包括，例如，2个或3个环形片，或者3个相对小的支撑表面。
如图4a和图4b进一步所示，环形定位表面97通过定位表面97上的一个环形凹陷或槽99与透镜架69′相接。在透镜架69′的物镜45′的安装过程中，因为在透镜架69′和透镜体75′之间几乎没有间隙，因此透镜体75′的外围在透镜架69′表面上进行滑动。结果，透镜架69′上的灰尘微粒被去除，由于摩擦力的存在，微小微粒甚至也被从透镜架69′剥离。由于槽99位于透镜架69′的表面正下方，即，安装时此处透镜体75′在透镜架69′的表面上滑动，实际上，前述所有透镜架69′上的灰尘微粒和微粒将被限制在所述槽99内。当物镜45′被安置到与定位表面97邻接后，槽99就被物镜45′的分界面77′封闭，使得前述微粒被限制在槽99内。与透镜系统39相似，透镜系统39′包括一个空气通风连接器其使腔85’与透镜系统39’的环境相连通。透镜系统39’的空气通风连接器包括一个形成于透镜架69′的表面上的槽状通道101，其从透镜架69′的上边沿基本上与中心线73′相平行，并开口至槽99内，还包括定位表面97上形成的槽状通道103，其从腔85′基本上与中心线73′相垂直延伸并同样开口至槽99。因为模制过程中使用的模具被提供以相应的升高线状部分，这两个通道101和103同样在模制过程中形成在整体部分63′内。如图4a所示，透镜系统39′还具有一个保护元件105，其也组成了整体部分63′的一部分，该元件安置在靠近底侧和靠近辅助透镜47′的分界面的位置。在如图所示的实施例中，保护元件105包括一个环形谷槛(threshold)107，从平行于辅助透镜47′的光轴71′的方向看去，其延伸到辅助透镜47′之外，即在底侧和辅助透镜47′的分界面65′之下，如图4a所示。保护元件105的功能相当于一个缓冲器，工作时可以保护辅助透镜47′免受由辅助透镜47′与记录载体9之间存在机械接触所可能造成的损坏，所述接触例如可由透镜系统39′上的冲击负载导致。同样，保护元件105在模制过程中以一种简单的方式被提供在整体部分63′内，因为模制过程中所使用的模具被提供以一个与谷槛107相对应的模具部分，其凹入到与底侧和辅助透镜47′的分界面65′相对应的模具部分内。
如上面所述的透镜系统39和39′的另一个优点是透镜系统39和39′具有相对小的质量，这是因为辅助透镜47和47′、透镜架61和61′都使用了合成材料。这导致移动透镜系统39和39′所需的驱动力将会大大减少，这样的结果是扫描装置15的扫描速度大大增加。图5所示的本发明的透镜系统39″的第三种实施例更加体现了这一优点，其使用了一个同样为透明合成材料制成的物镜109。在图5中，与前述透镜系统39和39′的各部分相对应的透镜系统39″的各部分用相应的附图标记加以表示；下面只对透镜系统39″和透镜系统39，39′之间的实质性区别加以讨论。如图5所示，整体部分63″包括用于具有部分球形的物镜109透镜架111。透镜架111的中心M′以非常小的公差位于辅助透镜47″的光轴上。在模制过程中，透镜架111设于整体部分63″内，这是通过给模制过程中所使用的模具提供一个具有部分球形的相应模具表面实现的。这样，透镜架111就以简单和非常精确的方式在整体部分63″内形成，结果，特别是前述中心M′位于光轴71″上的公差范围就非常小。物镜109的透镜体包括一个具有部分球形的光学有效第一部分113，以及一个具有部分球形镜身的光学有效第二部分115，第二部分具有半径rb，其与具有部分球形的透镜架111的半径基本上是相等的。透镜体的两部分113和115都在较大程度上小于半球，这样当通过模制程序制造后，镜身的两部分113和115可以从模制程序中使用的模具部分上容易地去除下来。透镜架111的半径和透镜体第二部分115的半径rb通过两个模制程序可以在非常小的公差内相等。而且，因为透镜架111的中心M′以非常小的公差位于光轴71″上，通过将透镜体的第二部分115设于透镜架111内，可将物镜109以非常精确的方式设于相对于辅助透镜47″垂直和平行光轴71″的方向上。当放置在透镜架111内后，物镜109仍在透镜架111内围绕中心M′倾斜限定的角度，其目的是使得物镜109的光轴117和辅助透镜47″的光轴71″相对准。物镜109的位置在垂直和平行于光轴71″的方向上不受物镜109倾斜运动的影响，使得以一种精确的方式保持所述位置。光轴117和71″的对准是通过用于对物镜109进行操作的准直工具和光学测量装置实现的，通过所述装置，朝向辅助透镜47″的物镜109的光学分界面119的方位在所述操作过程中通过围绕辅助透镜47″的透明窗口83″可得到测量。由透镜保持器61″、辅助透镜47″和物镜109包围形成的腔85″通过空气通风连接器与透镜系统39″的外部环境相连通，所述空气通风连接器包括一个从腔85″延伸到透镜架111的上边缘95″的弯曲槽状通道121。通道121在模制过程中通过给模制过程所用的模具提供一个位于与透镜架111相对应的表面上的线状升高部分。
根据前面描述的本发明光学播放机使得当所述信息层1 3被扫描时，可读取记录载体9的信息层13上的信息，或可将信息写入到所述信息层13上。注意，本发明还涉及仅可读取记录载体信息层上信息的光学播放机或仅可将信息写入到信息层13上的光学播放机。
权利要求
1.一种用于对光学可扫描的记录载体进行扫描的光学扫描装置的光学透镜系统，该透镜系统包括一第一透镜；一第二透镜，其与第一透镜相比相对小一些，工作时置于第一透镜和记录载体之间；和接纳这两个透镜的一透镜固定器，其特征在于，透镜固定器和二透镜中的一个透镜作为一由透明合成材料制成的单独的整体部分通过模制过程生产，而另一个透镜作为一个单独的部件设置在整体部分内，由二透镜和透镜固定器包围的一个腔与透镜系统的外部环境通过一个空气通风连接器相连通。
2.如权利要求1所述的光学透镜系统，其特征在于，整体部分包括透镜固定器和第二透镜。
3.如权利要求1所述的光学透镜系统，其特征在于，整体部分设有一用于另一透镜的圆筒形透镜架，该透镜架具有基本上与构成整体部分的一部分的透镜的光轴重合的中心线，而另一透镜构成了大致球面的玻璃透镜体的多半，其直径和透镜架的直径基本上相等。
4.如权利要求3所述的光学透镜系统，其特征在于，整体部分设有一用于另一透镜的定位表面，其基本上与所述中心线垂直延伸并对形成透镜架的边界，同时另一透镜的球面透镜体在朝向构成整体部分的一部分的透镜的那一侧设有一分界面，另一透镜通过该分界面与所述定位表面相靠。
5.如权利要求4所述的光学透镜系统，其特征在于，定位表面通过一形成于所述定位表面上的一个槽与透镜架相接。
6.如权利要求1所述的光学透镜系统，其特征在于，所述整体部分设有一用于另一具有部分球面形状的透镜的透镜架，该透镜架的中心位于构成所述整体部分的一部分的透镜的光轴上，而另一透镜包括一个大致具有部分球面形状的透镜体，其半径基本上等于透镜架的半径。
7.如权利要求3或6所述的光学透镜系统，其特征在于，空气通风连接器包括形成于透镜架表面上的至少一个槽状通道。
8.如权利要求5所述的光学透镜系统，其特征在于，空气通风连接器包括至少一个形成于透镜架表面的槽状通道和至少一个形成于定位表面的槽状通道，这些通道都开口到所述槽中。
9.如权利要求1所述的光学透镜系统，其特征在于，所述整体部分在构成整体部分的一部分的透镜附近设有一透明窗口，该透明窗口基本上垂直于所述透镜的光轴延伸，通过该窗口可从透镜系统的外部环境光学到达所述包围成的腔。
10.如权利要求1所述的光学透镜系统，其特征在于，在构成整体部分的一部分的透镜附近，所述整体部分设有在前述透镜之外并平行于所述透镜的光轴延伸的保护元件。
11.如权利要求1所述的光学透镜系统，其特征在于，构成整体部分的一部分的透镜设有一基本上为环形的光学分界面，该分界面基本上垂直于所述透镜的光轴延伸，该光学分界面的中心距离光轴有一段距离，该距离大于射线束的半径，所述射线束工作时位于该光学分界面上。
12.一种用于对一光学可扫描记录载体进行扫描的光学扫描装置，该扫描装置包括一射线源，具有一光轴、工作时可将射线源提供的射线束聚焦至记录载体上的扫描点上的一光学透镜系统，以及可平行于光轴移动透镜系统的一致动器，该透镜系统包括一第一透镜；一第二透镜，其与第一透镜相比相对小一些，工作时置于第一透镜和记录载体之间；和接纳这两个透镜的一透镜固定器，其特征在于，所述透镜系统为权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9，10或11所述的透镜系统。
13.一种光学播放机，包括可围绕一旋转轴旋转的台，一个移动装置和一对可置于所述台上的光学可扫描记录载体进行扫描的光学可扫描装置，所述扫描装置包括一射线源；具有一光轴、工作时可将射线源提供的射线束聚焦至记录载体上的扫描点的一光学透镜系统；以及可平行于光轴移动透镜系统的一致动器，所述透镜系统包括一第一透镜；一第二透镜，其与第一透镜相比相对小一些，工作时置于第一透镜和记录载体之间；和接纳这两个透镜的一透镜固定器，通过所述移动装置基本上沿相对于所述旋转轴的径向至少可移动所述扫描装置的透镜系统，其特征在于，所述光学扫描装置为权利要求12所述的光学扫描装置。
全文摘要
本发明涉及一种适用于对光学可扫描记录载体进行读取和/或写入的光学扫描装置(15)的光学透镜系统(39)。该透镜系统包括一第一透镜或物镜(45)和一第二透镜或辅助透镜(47)，所述第二透镜比第一透镜稍小，且工作时置于第一透镜和记录载体之间。所述二透镜安置在一透镜固定器(61)上。根据本发明，透镜固定器(61)和二透镜(45，47)中的一个透镜作为一透明合成材料制成的整体部分(63)通过一个模制过程制造，而另一透镜作为一个单独的部件安装在所述整体部分上，由透镜固定器和二透镜所包围的腔(85)通过一个空气通气连接器(93)与透镜系统的外部环境相连通。这样透镜系统仅有两部分需要安装，因此安装程序大大简化。空气通风连接器阻止由于透镜系统的温度升高造成腔内的过大压力的产生，及导致整体部分产生有害的机械变形。在一个优选实施例中，整体部分(63)包括一第二透镜或辅助透镜(47)，空气通风连接器包括至少一个形成于透镜固定部分的槽状通道(93)，所述透镜固定部分设在用于固定物镜(45)的整体部分内。
文档编号G11B7/135GK1465051SQ02802200
公开日2003年12月31日 申请日期2002年4月12日 优先权日2001年4月25日
发明者B·H·W·亨德里克斯, F·C·范多尔斯特, F·M·A·M·范加尔, C·A·N·M·范德弗洛伊藤 申请人:皇家菲利浦电子有限公司