本发明涉及一种光学扫描装置，它用来扫描可反射辐射光的带有迹线的信息面，该装置包括一个提供扫描光束的辐射光源;一个物镜系统，用来将扫描光束聚焦于该信息面的一个扫描点上，以及将该扫描点再成象于一光敏检测系统，以产生一信息信号;一个设于辐射光源和物镜系统之间的光路中的跟踪光栅，用来形成两个跟踪光束，这两条光束由物镜系统聚焦在信息面的两个跟踪点上，这两个点再成象在两个跟踪检测器上，以产生一个跟踪误差信号。 上述扫描光束可理解为是上述物镜系统所截获的上述光源所发出的辐射光束的一部分，它被聚焦而形成一个扫描点。该扫描光束可以是一个可读出已写信息面的非调制光束，也可以是一个可写入和/或可擦除信息面上的信息的调制或非调制光束。跟踪的意义应理解如下：即信息面上扫描点的中心位于所扫描的踪迹的中心线上。
从欧洲专利申请0305169号中可了解到一种上面所述的典型的装置，在该装置中，两条跟踪光束是由设置在扫描光束中的一个光栅来形成的。这种装置有如下缺点，即只有部分扫描光束的能量用来形成跟踪光束，所以扫描点地强度就比较小，特别是当信息在高速度下写入时更为不利，而且，当读出信息信号时，还会使信噪比降低。
本发明的目的是提供一种没有上述缺点的装置，在这种装置中，当形成跟踪光束时，由辐射源所发出的辐射能得到了最佳的利用。本发明的装置的特征在于它的跟踪光栅包括两部分，这两个部分位于一个平面上的扫描光束的两侧部位，该光栅的两部分接收来自辐射源的光束的边缘部分。
在现代用于光记录载体的扫描装置中，半导体二极管激光器是用来作为辐射源的，二极管激光器所发出的辐射光束的截面近似地是椭园形的。为了能够在信息面上形成一个尽可能小的、受衍射限制的扫描点，它确保所述光束正好以其椭园的短轴方向落入所述物镜的光孔中。在现代的扫描装置中，光束的椭园长轴方向上的边缘部分是不利用的。
而本发明基于这样的考虑，即跟踪光束可由上述这些边缘部分形成，因此，它不需要再从扫描光束中提取能量。
从欧洲专利申请0351953号还可知道已公开了一种光学扫描装置，其中的光栅是用来将辐射源发出的光束的边缘部分形成两束辅助光束，但是，这两束辅助光束并非跟踪光束，而是用来测量光盘相对于扫描装置的光轴的倾斜程度。而跟踪光束本身则是由扫描光束形成的。
从日本专利申请58-35737还可以进一步了解到利用梯形棱镜还可以将光束的边缘部分形成跟踪光束，但是，装置结构的简化，可通过采用光栅来完成，而使用棱镜却不能实现。
本发明的装置的进一步的特点是由信息面所反射的扫描光束的一部分被主光栅折射向检测系统，该光栅设于辐射源和物镜系统之间的扫描光束的光通路上，该主光栅的平面与跟踪光栅的平面平行，从而可使用类似的元件完成不同的功能，从制造技术的观点来看，这是很有利的。
所述主光栅和跟踪光栅可设置在一个载体的不同侧边上，不过，本发明的装置也可以采用这样的特征，即主光栅与跟踪光栅都设于一个平面上，因而两个光栅可用一个模具同时制造，例如，可用复制工艺制造。
本发明装置更进一步的特点在于其跟踪光束是由辐射光的边缘部分形成的，它们是由跟踪光栅的正一级和负一级或更高级的衍射所成，这是一种取得具有预期方向和能量的跟踪光束的最简单的途径。该一级光束通常包含着能量最强的衍射光束。进而，光束的能量还可以通过选用合适的跟踪光栅槽形来加以改变。如果辐射光的边缘部分具有很大的能量，则可使光栅具有较浅的刻槽，以使跟踪点的强度保持在一个较低的程度上而不致使这些跟踪点引起信息层的任何过热（译者：原文为“预热”。），进而影响扫描光束的写入质量。
本发明的装置有两类实施例，第一类实施例的特征是所述跟踪光栅设置在由信息面反射的跟踪光束的光路之中，从而该跟踪光栅是用来形成跟踪光束，以及将该反射的跟踪光折射向跟踪检测器耦合输出。
第一类中第一个实施例的特征在于主光栅将反射的扫描光束折射向跟踪检测器。
实际上，在检测系统上接收到足够的辐射光可能有些困难，特别是当O级的扫描光束的能量必须尽可能大，而其他各衍射级的能量很小的时候更为困难，因此第一类中第二个较好的实施例的特征在于提供了一个辅助的检测系统，即两个检测系统分别接收正第一级衍射和负第一级衍射的反射扫描光束部分。
第一类的第三个实施例的特征在于至少一个检测系统是与一个跟踪检测器在一个基体上形成一个整体的，这种整体制成的检测器具有结构上的优点。
第一类中第四个实施例的特征在于主光栅是在与迹线方向垂直的方向上折射被反射的扫描光束，这种几何构形确保了跟踪误差不致影响以傅科法（Foucalt method）产生聚焦误差信号的装置中的聚焦误差信号。
第二类实施例的特征在于主光栅也设置在反射跟踪光束的光路中。
第二类的第一个实施例的特征在于主光栅在与迹线垂直的方向上折射被反射的扫描光束和跟踪光束，这种几何构形保证了跟踪误差不致影响利用傅科法产生聚焦误差信号的装置中的聚焦误差信号。
第二类中第二个实施例的特征在于检测系统与跟踪检测器整体制成于一个基体上，这就具有了一种结构上的优点。
本发明这种适于利用磁光效应读出信息面的装置还具有进一步的特征，即在每个设置在反射扫描光束的光路中的检测系统之前，装设有一个线性偏振器，两个偏振器是互相垂直取向的，于是每个检测系统只检测具有一种特定偏振状态的辐射光。
各种聚焦误差检测方法都可以在本发明的装置中采用。在一个实施例中实现其第一种可能性，其特征为主光栅包括用以形成两束聚焦检测光束的两个部分，并且检测系统包括用于各检测光束之一的两个光敏检测器。
可实现第二种可能性的一个实施例的特征是主光栅引入了析射光束的象散现象，检测系统包括一个四象限光敏检测器。
下面参照附图对本发明的实施例进行更具体的说明。
图1给出了本发明装置的第一个实施例。
图2给出了本装置第二个实施例的一部分，它包括两个检测扫描光束的检测系统。
图3和图4给出了主光栅及其相关检测系统的两个实施例。
图5给出了主光栅的第三个实施例。
图6给出了相关的检测系统。
图7给出了本发明扫描装置第三实施例的部分透视图。
图8和9给出了本发明装置的另一实施例。
图10给出了本发明装置的第五实施例。
图1是一盘形光学记录载体（1）的一小部分的正切断面图，该光学记录载体（1）具有一辐射光反射信息面（2），该信息面具有很多迹线（未示出），这些迹线与本实施例的图面平行，也就是处于箭头t所示的方向上。信息可以存贮于一系列信息区域的这种迹线中，它们没有表示出来，并且还可随中介区域而变换。该信息面由辐射光源（4），比如一个二极管激光器，发射的光束（3）来进行扫描。该扫描光束由物镜系统（5）聚焦于信息面的扫描点（6）上，物镜系统（5）以单透镜示于图上。此装置还可包括一设置在物镜系统前面的分离的准直透镜。通过沿迹线方向移动记录载体，使扫描光束扫描一迹线，存贮于该迹线中的信息即调制了该反射扫描光束，该扫描光束的调制，可以是强度的调制，或是偏振状态的调制。该光束由物镜系统聚焦于检测系统（7）上，经检测系统（7）将调制信息转换成电信息信号。
为了将扫描点的中心精确地定位于所扫描迹线的中心线上，装置中必须有一些设备能检测在扫描点和迹线之间在垂直于信息面方向上的距离，以及检测它们在信息面方向上的距离，并借助已得到的聚焦误差和跟踪误差信号来使这种偏离限制到最小。
跟踪误差信号可以用已知的方式产生，如通过两束由物镜系统聚焦到靠近扫描点的两个跟踪点（8）和（9）上的跟踪光束来实现，物镜系统将每个跟踪点分别在跟踪检测器（10）和（11）上成象为辐射点（8′）和（9′），跟踪误差信号就由在这两个跟踪检测器所产生的信号间的差构成。
如欧洲专利申请0305169号所述，跟踪光束可以由设置在扫描光束的光路中以及物镜（5）之前的衍射光栅来获得，该光栅将入射光束分束，首先，主要分成一束正在进行的O级光束和两束折射的一级光束，物镜系统将O级光束聚焦于扫描点（6）上，将两一级次光束聚焦于两个跟踪点上。已知设备中光栅是设置在由物镜系统接收的光束中，也即设在扫描光束中，由于这些光束的能量分布于整个三个衍射级的光束中的，所以扫描光点的能量就较小，它比扫描光束中不设置光栅的情况下小40%，这对于在高速状态下写入信息的扫描装置特别不利。而且，跟踪光点上的能量可能较大，从而引起信息层产生某种光学变化，而这些变化也会被写入。
根据本发明，跟踪光束是由两个光栅部分（12）和（13）形成的，在本发明说明书所描述的装置中最好结合成跟踪光栅，光栅的两部分（12）和（13）位于扫描光束光路的外侧，它们将扫描光束（3）外部的辐射光源部分（14）的光折射向物镜系统（5），在实际应用中是这样的，扫描装置中的二极管激光器发出具有椭圆截面的辐射光，在辐射光的中心部分外侧还有外缘部分，该边缘部分用以形成扫描光点，并具有可和中心部分相比拟的辐射光能。而相反，在已知技术的装置中，这些边缘部分的能量是不被利用的，现在，在本发明中这部分光能则用来形成跟踪光点（8）和（9）。
因边缘部分（14）在与图面垂直的方向上具有其本身的构形，图1所示的跟踪光束实际上具有比图平面所示的部分更大的尺寸，跟踪光点在其主轴在迹线方向上也随之加长，跟踪光点在垂直于迹线方向上较窄，这对于良好的跟踪是必须的。有时光点在迹线方向上较大，但不影响跟踪。光束边缘部分的波前的质量很好，可足以避免跟踪光点的畸变。
图1的实施例中，跟踪光栅用来耦合输出反射跟踪光束。为了产生所述跟踪误差信号，反射跟踪光束的O级衍射部分，即图1中用断线表示的（15）、（16）部分，原则上可用来形成跟踪误差信号。然而，一级或高级衍射的跟踪光束更好，这样跟踪检测器可设置在离光源足够远的地方。光源辐射边缘部分（14）的能量很大，以致经过两次一级衍射的跟踪光束照射到跟踪检测器（10）和（11）上时，仍具有足够的能量以产生具有足够大的信噪比的跟踪误差信号。
在对一个已写记录载体读出时，必须把被记录载体所调制和反射的扫描光束从射向记录载体的光束中分离出来，而且，扫描装置必须有一个聚焦误差检测系统，用以产生一个聚焦误差信号，也就是产生一个表示物镜系统（5）的聚焦平面和信息面（2）之间的偏离的信号，利用这一信号可校正扫描光束聚焦的位置，例如，可沿轴线移动物镜系统。
如美国专利4829506（PHN12.206）所公开的，可利用一个衍射光栅，用来既产生所需的分离光束，又给出形状适合于聚焦误差检测的反射扫描光束。
根据本发明，在本说明书中作为主光栅的光栅（17）可设置在跟踪光栅的光栅部分（12）和（13）之间，被此光栅折射的扫描光束（3′）由检测系统（7）接收，利用这个检测系统，可得到信息信号，即可得到表示已读出的信息的信号以及聚焦误差信号。
图1实施例中的主光栅（17）的工作方式如下，扫描光点（6）的再成象（6′）生成于跟踪检测器，比如检测器（11）的附近，该再成象即是由主光栅衍射的一级衍射光束部分生成的，这一方案的优点是检测系统（7）和跟踪检测器（11）可以集成于一块基体上。
为使一级衍射光束部分（3′）得到足够强的光能量，传统的方法是使光栅槽纹的壁具有一定的斜度，也就是制成“闪耀”（blaze）光栅。
获得足够光强的另一种可能性，就是利用正一级和负一级衍射光束来读出信息以及用于聚焦误差检测，这可由图2来予以说明，图2给出了扫描装置在主光栅（17）以下的部分，扫描点（6）的两个象点（6′）和（6″）因两束一级衍射光束部分（3′）和（3″）而分别成象在检测系统（7）和一个第二检测系统（18）上。这两个检测系统所给出的信号组合起来就可得到质量良好的信息信号。
图2所示的扫描装置非常适合于对磁光记录载体进行写入和读出，对于这种记录载体以及这种载体的写入和读出装置已经有所介绍，特别是在下述文章中：“可擦磁光记录”（“Erasable magnetooptical recording”），发表于“菲力普技术评论”（“Philips Technical Review”）第42卷第2期，1985年，第37-47页。如这篇文章所述，一种叫作差分式的方法较好地用于对磁光记录载体进行读出。被信息面所反射的辐射光，它的偏振方向的调制在时间上是与所读出的信息相一致的，该辐射光当其穿过物镜系统后，即分束为两束偏振方向互相垂直的投射到分离的检测器上的子光束。在已知技术的装置中，是利用偏振敏感光束分束器来进行分束的。
图2中的扫描装置不需要这样的分束器，因为光栅（17）已给出了两束在空间上分离的光束，这里只有两个互相垂直的线性偏振器（分析器）（19）和（20），它们设置在检测系统（7）和（18）的前面，使投射于检测系统（7）上的光束部分（3′）具有第一种偏振方向，而投射于检测器系统（18）上的光束部（3″）具有垂直于该第一偏振方向的第二偏振方向。
磁光扫描装置中的跟踪检测器（10）和（11），也可以分别与检测系统（18）和（7）（译者：原文为（10））各自地集成于一个基体上。
图3示出了主光栅以及一个与之相配合的检测系统的第一个实施例，此实施例适合于利用傅科法产生一个聚焦误差信号。在此图中，光束（3）的截面表示位于光栅（17）上。光栅（17）有两个子光栅（21）和（22），它们以分界线（23）互相分开。两个子光栅的光栅条纹以（24）和（25）表示，这些光栅条纹又以中介条纹（26）和（27）互相隔开。在此实施例中，两子光栅具有同样的光栅周期，子光栅（21）最好做成弯曲光栅条纹（24），这些条纹的主方向沿与分界线（23）成第一角度而延伸，而第二子光栅（22）的弯曲光栅条纹（25）的主方向则沿与该分界线成第二角度而延伸，第二角度最好与第一角度大小相等而相对分界线方向相反。两束子光束基本上折射于横切主方向的方向上。由于主方向不同，所以子光束（28a）和（28b）折射在XY平面的不同角度上。这就意味着辐射光点（29a）和（29b）在检测器平面上的Y方向上会彼此偏离，检测器平面即XY平面。此图中的符号X、Y和Z，以及在后续的图中都代表座标系的轴，该座标的原点0与二极管激光器（4）的光辐射表面的中心相重合。
光敏检测器取光二极管（30）和（31），以及（32）和（33）的形式，它们由窄条（34）和（35）隔开，并分别与子光束（28a）和（28b）相关。这些检测器是这样配置的，使子光束（28a）和（28b）形成的辐射光点（29a）和（29b）的强度分布相对检测器（30）和（31），以及（32）和（33）分别对称，此时光束（3）正确地聚焦于信息面（2）上。当出现聚焦误差时，辐射光点（29a）和（29b）非对称地变大，并且每个辐射点的辐射分布中心分别相对于与之相关的两个检测器的分界条纹（34）和（35）横移。
如果将检测器（30）、（31）、（32）和（33）的输出信号表示为S30、S31、S32和S33，则聚焦误差信号Sf可定义为：
Sf＝（S30+S33）-（S31+S32）
一个正比于读出信息的信号，或者说信号Si定义为：
Si＝S30+S31+S32+S33
为产生一个聚焦误差信号，不仅可采用图3中的复合主光栅，还可采用图4所示的主光栅（17），图4中给出了光栅平面上的光束（3）的截面以及子光束（28a）和（28b）。两个子光栅（21）和（22）最好制成弯曲光栅条纹，它们的主方向沿与分界线（23）成相同的角度延伸，而这两个子光栅的平均光栅周期是不相同的，从而，子光束（28a）的折射角度与子光束（28b）的折射角度也是不同的，这就意味着辐射光点（29a）和（29b）在检测器（30）、（31）、（32）和（33）的平面的分界线（35）（译者：原文为23）方向上是彼此偏离的。
子光栅（21）和（22）也可以是直线光栅条纹，并且具有恒定光栅周期。然而，最好使用具有不同光栅周期的那种光栅，也叫全息（hologram）光栅，光栅周期的变化比如是平均光栅周期的百分之几的量级。还有，如图3和图4所示，两子光栅的光栅条纹是弯曲的，因此这些子光栅具有可变透镜的作用。由于这变化的光栅周期，辐射光点（29a）和（29b）的位置可以藉将光栅（17）在其本身的平面上移动而改变，其在与分界线（23）的方向相垂直的方向上的偏离，可以通过使光栅条纹具有适当的曲率来限制到最小。如果采用集成的激光二极管单元，则能够移动光辐射点的位置，这一点是非常重要的，也就是说，在一个部件中二极管激光器和光检测器设置在同一支架上，彼此固定连接从而在Z方向上有一固定间距。这一间距是由制造公差决定的，不能在组装本装置时通过在Z方向上相对激光二极管移动光电二极管来进行校正。
使用具有弯曲光栅条纹的衍射光栅，或用全息光栅，比使用直线条纹的光栅具有更重要的优势，即可避免因使用后者而可能出现的光学畸变，如慧差、象散等，在使用前者时，可在制造该全息光栅时考虑上述可能产生的畸变而对光栅选取适当的条纹曲率，从而避免畸变的产生。
图5示出一个光栅（17）的实施例，该光栅将反射的扫描光束（3）转变为象散光束（3′），以象散方法产生一个聚焦误差信号，基本上，该光栅具有直线光栅条纹（36）和线性变化的光栅周期，它是这样设计的，即反射的光束（3）大部分在一个衍射级衍射，例如衍射于正第一级，该第一级衍射光束（3′）已不再只聚焦于一点上，而是聚焦于两个互相垂直的焦线（38）和（39）上。如果光栅无象散，则焦线（38）将位于衍射光束（3′）聚焦之处。当出现聚焦误差时，焦线（38）和（39）将在同一方向上同时移动，并且移动同样的距离。一种叫作四象限检测器的检测器（40），设置在两象散焦线位置之间近中间处的平面上，此时的两象散焦线是当扫描光束尖锐地聚焦于信息面上而形成的，图6示出了这种检测器，它有四个检测器（41）、（42）、（43）和（44），设置在衍射光束（3′）主光束周围的四个不同象限中。如果扫描光束尖锐地聚焦在信息面（2）上，则光束（3′）在检测器平面上形成的光点（29）是圆形的，图6中以实线圈表示。如果出现聚焦误差，则光点（29）变形为一椭圆点，图6中以断线表示，该椭圆的主轴位于与分界条纹（45）和（46）成45°角的伸长，角度的正负由聚焦误差的正负来决定。如果检测器（41）、（42）、（43）和（44）的信号以S41、S42、S43和S44表示，则聚焦误差信号Sf定义为：
Sf＝（S41+S43）-（S42+S44）
如果主光栅将一级衍射光束分束为两聚焦检测光束，或者使光束产生象散，则可以在两检测系统（7）和（18）中的一个上进行聚焦检测，投到另外的检测系统上的光束通常不具有可进行聚焦检测的正确形状。
图7是扫描装置的一个实施例的一部分，此实施例中，主光栅（17）将反射的扫描光束（3）折射向与迹线方向t垂直的方向。该主光栅和检测系统（7）示于图中以说明傅科聚焦检测。信息面上的迹线使得反射扫描光束的衍射级发生重叠，在傅科聚焦检测情况下，如果在图1、2、3的几何构形条件下，则跟踪误差将一定会影响聚焦误差信号，而在图7所示的几何构形情况下，这些衍射级则不再影响聚焦误差信号，因分界条纹（34）和（35）是垂直于方向t的。
图8给出了本发明装置的另一实施例的断面，与图1所示的光束不同，反射的跟踪光束不穿过跟踪光栅（12）和（13），而是被主光栅（17）折射向跟踪检测器，在这种几何构形中，光栅（17）、（12）和（13）可设在基体（47）的两侧，因而这些光栅可以彼此间安装得很牢固，这也是制造中的一大优点，而且组装和准直都很简单。
图9是图8中下面部分的主面透视图。为了清楚起见，光束的边缘部分和跟踪光栅没有表示出来，因同样原因，也只给出了射向每个跟踪检测器（10）和（11）的两束光束中的一束。主光栅（17）将反射跟踪光束折射向与迹线t垂直的方向。如图7所示，这种构形具有如下的优点，即当采用傅科聚焦检测方法时跟踪误差不致影响聚焦误差信号。跟踪检测器（10）和（11）以及检测系统（7）可集成在一个基体上。图9中的主光栅（7）和检测系统（17）的工作情况与图3所示相同。但是，图9的实施例中，也可以用图4和5所示的光栅和检测系统来代替。还可使用线性偏振器来检测因磁光效应而被调制的扫描光束，尽管折射的扫描光束必须分束为两束光束，并且当产生象散聚焦误差时还需要一个辅助检测系统。
还可以证明上述本发明跟踪光栅的许多优点也能适用于不使用光栅作为分束元件的光学系统，如使用一部分透过的透镜（48），象图10所示的实施例那样。为清楚起见，此图只给出两跟踪光束之一。跟踪检测器（10）和（11）以及检测系统（7）可以集成在一个基体上。为产生一聚焦误差信号，必须在反射扫描光束的光路中设置一辅助元件（49），比如设置一分束光楔或一象散元件如柱透镜等。然而，也可以利用这一事实，即分束片（48），当光束斜透过它时，它也有象散效应。