專利名稱：具有至少五個(gè)自由度的目標(biāo)物的位置檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位置檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用來檢測(cè)一個(gè)目標(biāo)物相對(duì)于此系統(tǒng)沿一正交直角坐標(biāo)系的三個(gè)軸的位移，以及檢測(cè)該目標(biāo)物繞三個(gè)軸中兩軸的旋轉(zhuǎn)角，所述目標(biāo)物具有一個(gè)反射基準(zhǔn)面，在該反射基準(zhǔn)面上設(shè)置一個(gè)球形元件，所述系統(tǒng)包括光源，用來提供測(cè)量光束；光學(xué)系統(tǒng)，用來形成一個(gè)第一測(cè)量子光束和一個(gè)第二測(cè)量子光束，所述第一測(cè)量子光束聚焦于球形元件彎曲部分的中央，它用來測(cè)量所述位移，所述第二測(cè)量子光束基本上照射到基準(zhǔn)面上球形元件的外側(cè)，它用來測(cè)量所述旋轉(zhuǎn)角；光敏檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)置于由基準(zhǔn)面反射的、并穿過光學(xué)系統(tǒng)的測(cè)量子光束的光路上，該光敏檢測(cè)系統(tǒng)包括用于第一測(cè)量子光束的第一檢測(cè)器和用于第二測(cè)量子光束的第二檢測(cè)器，光學(xué)系統(tǒng)裝有一個(gè)朝向基準(zhǔn)面的分束器。
本發(fā)明還涉及一種用來掃描媒體的光學(xué)設(shè)備，該設(shè)備裝有上述這樣一個(gè)位置檢測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種多面鏡，它用作上述位置檢測(cè)系統(tǒng)和上述設(shè)備中的目標(biāo)物。
應(yīng)認(rèn)為“媒體”一詞具有較廣的含義，它包括例如帶形記錄載體、打印機(jī)中的光敏層、或是可用電磁照射光寫的圖像顯示板，其中由所寫的圖像組成信息。
自從引進(jìn)數(shù)字光學(xué)記錄技術(shù)以來，對(duì)增大所使用的媒體的存貯容量從而例如可將數(shù)字視頻信號(hào)存在這樣一個(gè)媒體上的需求有所增長(zhǎng)。在人們已知的音頻唱盤或小型光盤(CD)和由例如CD-ROM、CD-I等所驅(qū)動(dòng)的媒體中，存貯容量由形成于這些媒體的信息面中的掃描光斑的大小決定，該掃描光斑決定掃描裝置的分辨率，并由此確定信息細(xì)節(jié)部分例如仍可被分別檢測(cè)的信息抗的最小尺寸。當(dāng)然掃描光斑的尺寸可通過減小所用的掃描光束的波長(zhǎng)和/或通過增大形成掃描光斑的物鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑來減小，但是這只能達(dá)到一個(gè)有限的程度而不能使存貯容量增大到十倍或更多。
如SPIE，第2338卷，Optical Data Storage，1994年第8-14頁中的文章“A Compact Optical Tape Recording System”中所述，可將容量和掃描速度增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)通過采用帶形記錄載體來保持傳統(tǒng)的掃描光斑尺寸，沿縱向看該帶形記錄載體沿一光學(xué)掃描裝置向前移動(dòng)，且其中在沿與記錄帶的縱向相垂直的方向延伸的信息記錄道中提供信息。為掃描這些信息記錄道，掃描裝置包括一個(gè)具有例如六個(gè)鏡面的多面鏡形式的掃描元件。在多面鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)，各相鄰鏡面的每個(gè)鏡面確保一個(gè)信息記錄道被掃描，由此使該信息記錄道被寫或讀。
在SPIE文章中所述的掃描設(shè)備中，將多面鏡繞軸頸安裝并用電磁裝置驅(qū)動(dòng)它。必要時(shí)對(duì)五個(gè)自由度范圍內(nèi)的多面鏡的位置連續(xù)檢測(cè)，以便對(duì)其進(jìn)行校正。為此，該已知的設(shè)備包括一個(gè)位置檢測(cè)系統(tǒng)，其中產(chǎn)生一個(gè)照射光束，用一個(gè)分束器將一部分照射光束作為測(cè)量光束反射到多面鏡的上側(cè)，該上側(cè)起基準(zhǔn)面的作用。在分束器和基準(zhǔn)面之間設(shè)置一個(gè)特殊的透鏡，它將測(cè)量光束的外圍部分聚焦于一個(gè)球形元件的彎曲部分的中央，該球形元件設(shè)在基準(zhǔn)面的中央部分。所述外圍部分組成第一測(cè)量子光束。第二測(cè)量子光束由測(cè)量光束的中間部分組成，所述透鏡對(duì)第二測(cè)量子光束并不起透鏡的作用，而是僅為該測(cè)量子光束的主光束提供一個(gè)與第一測(cè)量子光束的主光束方向不同的方向。由基準(zhǔn)面反射的第一與第二測(cè)量子光束由分束器分別傳到第一與第二檢測(cè)器，這些檢測(cè)器將這些光束轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。每個(gè)檢測(cè)器都由一個(gè)象限檢測(cè)器構(gòu)成，該象限檢測(cè)器即為一個(gè)由分布在四個(gè)不同象限內(nèi)的四個(gè)檢測(cè)部分組成的檢測(cè)器。
在該已知的位置檢測(cè)系統(tǒng)中，僅將測(cè)量照射光束的一部分例如一半射向基準(zhǔn)面用于測(cè)量，而該照射光的其余部分被散失掉。另外，其中用來對(duì)測(cè)量光束進(jìn)行聚焦的透鏡是一個(gè)極不普通的透鏡，很難制造該透鏡，從而使該系統(tǒng)變得很昂貴。再有，用該檢測(cè)系統(tǒng)僅能測(cè)量繞X軸與Y軸的旋轉(zhuǎn)角，卻無法測(cè)量繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角，Z軸即為多面鏡必須繞其旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)所需掃描的軸。
本發(fā)明的目的在于提供一種位置檢測(cè)系統(tǒng)，其中可以用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的透鏡來進(jìn)行聚焦，并且其中更好地使用了測(cè)量照射光束。為此，按照本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)的特征在于，其光學(xué)系統(tǒng)還裝有一個(gè)反射器，它把由分束器所傳送的測(cè)量光束部分作為一個(gè)測(cè)量子光束向基準(zhǔn)面反射，并且其特征還在于分束器把測(cè)量光束的另一部分作為另一測(cè)量子光束向基準(zhǔn)面反射。
在本位置檢測(cè)系統(tǒng)中，測(cè)量子光束不再由一個(gè)具有特殊形狀的透鏡產(chǎn)生，而是由分束器產(chǎn)生，從而分束器具有一個(gè)雙重功能而不再需要使用一個(gè)特殊成形的透鏡。另外，這就可將測(cè)量光束的最大照射光量用于測(cè)量以獲得更強(qiáng)的測(cè)量信號(hào)。該分束器可以是一種極化中性分束器，但它另外也可以由一個(gè)光敏分束器和一個(gè)四分之一波長(zhǎng)板的組合來構(gòu)成。
本位置檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征還在于，第二測(cè)量子光束還測(cè)量目標(biāo)物繞第三軸的旋轉(zhuǎn)角，為此，基準(zhǔn)面設(shè)有至少一個(gè)具有與其周圍不同的反射面的區(qū)域。
在一個(gè)用于帶形記錄載體的掃描設(shè)備中，本實(shí)施例尤為重要。由于本位置檢測(cè)系統(tǒng)還提供一個(gè)表示繞Z軸或多面鏡的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角的測(cè)量信號(hào)，所以不必再采用一個(gè)用來產(chǎn)生該信號(hào)的分開的檢測(cè)系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)的第一實(shí)施例，其特征還在于，在一個(gè)與測(cè)量光束的主光束成某一夾角的位置處設(shè)置反射器，以使由反射器所反射的測(cè)量子光束與法線成一銳角照射在基準(zhǔn)面上，其中所述測(cè)量子光束為第二測(cè)量子光束，并且其中在由分束器反射的第一測(cè)量子光束的光路中設(shè)置一個(gè)會(huì)聚透鏡系統(tǒng)。
由于第二測(cè)量子光束與法線成一小的夾角照射在基準(zhǔn)面上，所以在基準(zhǔn)面反射之后，該測(cè)量子光束的主光束具有一個(gè)與第一測(cè)量子光束的主光束不同的方向，從而使這些光束在檢測(cè)平面內(nèi)充分分開以使它們分別照射到分開的檢測(cè)器上。
本位置檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例具有一個(gè)比第一實(shí)施例大的捕獲范圍，其特征還在于，分束器的分束面設(shè)置在與測(cè)量光束的主光束成一夾角處，以使由該面所反射的測(cè)量子光束與法線成一銳角照射在基準(zhǔn)面上，其中所述測(cè)量子光束是第二測(cè)量子光束，且其中在由反射器反射的第一測(cè)量子光束的光路中設(shè)置一個(gè)會(huì)聚透鏡系統(tǒng)。
在該實(shí)施例中，兩個(gè)測(cè)量子光束在由分束器反射之后斜穿過會(huì)聚透鏡系統(tǒng)，從而相對(duì)于第一實(shí)施例使由檢測(cè)平面中的光束所形成的照射光斑之間的距離增大一倍，以獲得一個(gè)較大的捕獲范圍而不會(huì)在該系統(tǒng)的透鏡元件上發(fā)生漸暈現(xiàn)象。
本發(fā)明還涉及一種用電磁法掃描一個(gè)媒體的光學(xué)設(shè)備，該光學(xué)設(shè)備裝有一個(gè)光學(xué)掃描裝置，在其工作中，該掃描裝置用一個(gè)電磁照射光斑沿至少一個(gè)方向掃描媒體，該掃描裝置還裝有一個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描元件以及一個(gè)用于該掃描元件的位置檢測(cè)系統(tǒng)。該光學(xué)設(shè)備的特征在于位置檢測(cè)系統(tǒng)是一種如前文所述的系統(tǒng)，目標(biāo)物是所述的掃描元件。
該設(shè)備可以是例如一個(gè)激光打印機(jī)，其中將一個(gè)掃描激光束用來首先在一光敏層中設(shè)標(biāo)記、符號(hào)或圖像，接著使該光敏層通過墨盒，然后將這些標(biāo)記、符號(hào)或圖像打印在紙上。在該激光打印機(jī)中，一個(gè)掃描光斑以極快的速度掃過連續(xù)的線，通過以一個(gè)較小的速度沿一與照射光斑的掃描方向相垂直的方向移動(dòng)光敏層來實(shí)現(xiàn)從第一線到下一線的轉(zhuǎn)換。
該設(shè)備還可以是一個(gè)圖像顯示設(shè)備，它裝有至少一個(gè)含一光敏層的反射液晶圖像顯示板。按照一個(gè)矩陣圖案，通過用掃描光斑掃描光敏層來寫要顯示的圖像，根據(jù)要顯示的圖像信息來調(diào)制形成掃描光斑的光束。為了沿第一方向以一個(gè)高速度進(jìn)行掃描，使用上述快速掃描元件，用前文所述的位置檢測(cè)系統(tǒng)控制該快速掃描元件的位置。第二掃描元件例如一個(gè)振動(dòng)鏡可用來沿第二方向較慢地掃描。
本發(fā)明在一個(gè)設(shè)備中獲得一種特殊的用途，該設(shè)備中媒體為一種帶形光學(xué)記錄載體，用來記錄分布于信息記錄道中可用光學(xué)法檢測(cè)的信息區(qū)域的結(jié)構(gòu)，所述信息記錄道沿垂直于記錄帶的縱向的第一方向延伸，所述設(shè)備設(shè)有一供帶盤和一接收盤，它們用來沿第二方向傳輸記錄帶。第二方向?yàn)橛涗涊d體的縱向方向，還設(shè)有用來提供掃描光束的光源，掃描元件由具有繞其周邊設(shè)置的鏡面的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的多面鏡構(gòu)成并實(shí)現(xiàn)掃描光束沿第一方向掃描的移動(dòng)。用前文所述的位置檢測(cè)系統(tǒng)來控制該多面鏡的位置。
本發(fā)明還涉及一種多面鏡，將該多面鏡用作上述位置檢測(cè)系統(tǒng)或光學(xué)設(shè)備中的目標(biāo)物，所述多面鏡的側(cè)面由反射鏡面組成，其上或下面用作測(cè)量基準(zhǔn)面，該測(cè)量基準(zhǔn)面可進(jìn)行反射且配備有一球形元件。按照本發(fā)明，基準(zhǔn)面設(shè)有至少一個(gè)具有反射部分的區(qū)域，該部分與其周圍的部分不同。
通過在基準(zhǔn)面上提供一個(gè)偏向反射的區(qū)域或一個(gè)條或幾個(gè)條組成的圖案，周期性地調(diào)制由第二測(cè)量子光束所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)，由此可得出轉(zhuǎn)速或頻率。
根據(jù)下文所述的實(shí)施例，將解釋清楚本發(fā)明的這些及其它方面。


圖1表示出用來掃描光帶的一個(gè)設(shè)備的線路圖2表示出用于該設(shè)備中的一個(gè)發(fā)光源檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖3表示出按照本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的原理，該系統(tǒng)用來檢測(cè)該設(shè)備中多面鏡的位置；圖4表示出要設(shè)在基準(zhǔn)面上的條的圖案的一個(gè)實(shí)施例；圖5表示出用該圖案所獲得的轉(zhuǎn)速信號(hào)；圖6和圖7表示出按照本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)的不同的實(shí)施例；圖8表示出一個(gè)激光打印機(jī)的線路圖，在該激光打印機(jī)中可使用所述的位置檢測(cè)系統(tǒng)；圖9表示出一個(gè)具有一圖像顯示板的圖像顯示設(shè)備的線路圖，可用照射光束來寫該顯示面板，在其中可使用所述的位置檢測(cè)系統(tǒng)；圖10表示出這樣一個(gè)顯示板的結(jié)構(gòu)。
在圖1中，參考數(shù)字1代表一帶形記錄載體，將該記錄載體經(jīng)一固定導(dǎo)帶件4從供帶盤3直接傳送給接收盤2。該裝置不必包括任何其他的導(dǎo)帶件。兩個(gè)盤分別由各自的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(圖中未示)。可以以記錄帶的張力保持恒定這樣一種方式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。用箭頭5表示記錄帶的移動(dòng)方向。
該設(shè)備的掃描裝置包括光源檢測(cè)系統(tǒng)10，它提供掃描光束b；旋轉(zhuǎn)多面鏡20，它將例如平行光束反射給物鏡30，物鏡30將該光束在記錄帶上聚焦為照射光斑V。該多面鏡20包括例如十個(gè)鏡面f1-f10，這十個(gè)鏡面例如平行于該多面鏡的旋轉(zhuǎn)軸。在工作期間，該多面鏡沿箭頭22的方向旋轉(zhuǎn)。每個(gè)鏡面沿光束的光路旋轉(zhuǎn)，圖中的鏡面f2會(huì)沿與記錄帶的移動(dòng)方向5相垂直的箭頭25的方向使光束穿過物鏡的入射光孔。由該物鏡所形成的照射光斑V隨后掃描沿垂直于方向5的方向延伸的記錄道。用鏡面f1、f10等依次掃描第二、第三記錄道。
將來自裝置10并照射到一個(gè)鏡面上的光束定位由來自多面鏡的掃描光束所限定的平面中，該來自裝置10的光束以例如38°的夾角延伸到移動(dòng)了例如48°角的掃描光束的中心位置。f-θ透鏡形式的物鏡具有例如1.25mm有效焦距和0.45數(shù)值孔徑。然后可以將掃描光斑例如在垂直方向上移動(dòng)1mm。這樣，就可以讀、寫在與記錄帶移動(dòng)方向相垂直方向上具有1mm長(zhǎng)度的記錄道。
可以將多個(gè)垂直信息記錄道的水平條寫在一條記錄帶上。為此，首先將1mm長(zhǎng)的記錄道從記錄帶的開頭寫到末端。然后反轉(zhuǎn)記錄帶的移動(dòng)方向，將記錄帶與光學(xué)系統(tǒng)相互間移動(dòng)稍大于1mm的距離，并寫入下一個(gè)垂直記錄道的水平條。因而，可以在一條具有12.7mm寬的記錄帶上設(shè)置含信息記錄道的12個(gè)條。該設(shè)備還適合于記錄8mm寬的記錄帶。以一種與寫記錄帶相類似的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)被寫過的記錄帶進(jìn)行的讀操作。然后，由記錄帶所反射的光束沿反方向經(jīng)同一光路到達(dá)光源檢測(cè)系統(tǒng)。以與在音頻光盤(CD)播放機(jī)中類似的一種方式獲得信息信號(hào)、聚焦誤差信號(hào)和跟蹤誤差信號(hào)。
光源檢測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)具有例如780nm波長(zhǎng)的高功率二極管激光器。如果物鏡具有一個(gè)0.45的數(shù)值孔徑NA，則可獲得與小型光盤系統(tǒng)的分辨率不相上下的分辨率。那么可達(dá)到1bit/μm的信息密度，一條12.7mm寬、42m長(zhǎng)的記錄帶可包含50G字節(jié)信息。
在記錄道方向上的信息密度為例如0.6μm/bit，從而一個(gè)記錄道可包含將近1600比特。多面鏡的額定旋轉(zhuǎn)頻率為例如每秒2000轉(zhuǎn)。具有十個(gè)鏡面的多面鏡的掃描頻率則為20KHz。在每記錄道1600比特的條件下，可達(dá)到每秒32M比特的比特速率。記錄道周期例如約為1.6μm。在20KHz的掃描頻率的條件下，在讀與寫期間的帶速為3.2cm/sec。這是一個(gè)較低的速度，從而無需復(fù)雜的帶傳送機(jī)構(gòu)。
圖2表示出光源檢測(cè)系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。該實(shí)施例與用于小型光盤系統(tǒng)中的裝置相類似。該裝置包括一個(gè)二極管激光器形式的光源11，該二極管激光器提供一發(fā)散光束b。由衍射光柵12將該發(fā)散光束b分為一個(gè)中央主光束和兩個(gè)副光束(圖中未示)，該中央主光束用來讀寫信息，兩個(gè)副光束用來跟蹤。這些光束穿過一個(gè)偏振敏感分束器13，并由準(zhǔn)直透鏡14轉(zhuǎn)換成平行光束。經(jīng)四分之一波長(zhǎng)板16，光束離開光源檢測(cè)系統(tǒng)，射向多面鏡20?？稍跍?zhǔn)直透鏡14與四分之一波長(zhǎng)板16之間設(shè)置一個(gè)用來減小該裝置長(zhǎng)度的折射鏡15。必要時(shí)，可在四分之一波長(zhǎng)板16的后面設(shè)置一個(gè)由物鏡17和準(zhǔn)直透鏡18組成的遠(yuǎn)焦裝置，以便將光束直徑減小到期望值例如1.1mm。在經(jīng)多面鏡反射光束后，用物鏡30將光束聚焦于記錄帶上，從而在記錄帶上產(chǎn)生一個(gè)主光斑或掃描光斑和兩個(gè)副光斑。
在光束穿過物鏡30之后，用多面鏡把由記錄帶所反射的光束反射給裝置10，該光束沿反方向穿過裝置10直到分束器13為止。這里，從沿垂直于圖的平面的方向前進(jìn)的光路反射光束以到達(dá)輻射光敏檢測(cè)系統(tǒng)60。在分束器13與裝置60之間設(shè)置一柱面透鏡19，用該柱面透鏡19使主光束顯著象散。該光束射入一四象限檢測(cè)器，用該四象限檢測(cè)器可確定形成于檢測(cè)平面中的主光斑的形狀，該主光斑的形狀由光束聚焦于記錄帶上的程度決定。在本實(shí)施例中，使用兩個(gè)用來跟蹤的副光斑，它們與分離檢測(cè)器相配合，因?yàn)橛盟鼈兛蓪?shí)現(xiàn)令人滿意的跟蹤誤差檢測(cè)，而與記錄道中的信息位的性質(zhì)無關(guān)。由于多面鏡的各鏡面與該多面鏡的旋轉(zhuǎn)軸平行，所以副光斑沿與主光斑移動(dòng)的路徑相平行的直線移動(dòng)。因此，可使用在光盤系統(tǒng)中所使用的那樣的標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)跟蹤裝置。
應(yīng)注意到，圖2中所示的光源檢測(cè)系統(tǒng)只是可能的實(shí)施例中的一個(gè)?？梢砸詮男⌒凸獗P工藝技術(shù)中獲知的各種方法修改該裝置。例如，可以用一個(gè)脊角棱鏡代替用作聚焦檢測(cè)的柱面透鏡，該脊角棱鏡把由記錄帶反射的光束分為兩個(gè)子光束，每個(gè)子光束與一個(gè)檢測(cè)器對(duì)相配合。那么每個(gè)子光束相對(duì)于有關(guān)的檢測(cè)器對(duì)的位置就是聚焦程度的度量。不僅可以通過用兩個(gè)副光斑產(chǎn)生跟蹤信號(hào)，而且可以僅通過將用于掃描光束的檢測(cè)器分為兩部分來從該光束中產(chǎn)生跟蹤信號(hào)。通過對(duì)檢測(cè)器的信號(hào)相減，獲得一個(gè)跟蹤信號(hào)。該方法即為人所共知的推挽法。分束器13可由衍射光柵代替，衍射光柵把由記錄帶反射的掃描光束反射給檢測(cè)系統(tǒng)。這種光柵可分為兩部分或具有一個(gè)象散裝置。
可在一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(圖中未示)中設(shè)置物鏡或掃描透鏡30，從而可沿兩個(gè)方向移動(dòng)該透鏡30，沿一方向的移動(dòng)用于聚焦設(shè)置，沿另一方向的移動(dòng)是用于跟蹤。為了確定平均聚焦位置，經(jīng)導(dǎo)帶件4傳送帶。但是，還可能例如由于記錄帶的厚度變化會(huì)在記錄帶表面與透鏡30之間產(chǎn)生一個(gè)低頻距離變化。這可由所述第一移動(dòng)補(bǔ)償，從而可以以透鏡的焦面總與記錄帶表面相重合這一方式改變透鏡與記錄帶表面之間的距離。該聚焦調(diào)節(jié)可具有一個(gè)非常小的頻帶寬度。如果透鏡30的焦面相對(duì)于記錄帶表面傾斜，則必須進(jìn)行聚焦傾斜校正。為此，導(dǎo)帶件可具有一個(gè)可傾斜的裝置。
當(dāng)寫一個(gè)空記錄帶時(shí)，將物鏡固定安裝在一固定位置。本系統(tǒng)具有足夠高的穩(wěn)定性以一恒定跟蹤周期來完美地對(duì)直的記錄道進(jìn)行寫操作。在本系統(tǒng)中不會(huì)在掃描頻率附近的一個(gè)頻率處發(fā)生振蕩現(xiàn)象。
當(dāng)讀一個(gè)已被寫過的記錄帶時(shí)，會(huì)引起掃描光斑與所掃描的記錄道的三個(gè)不期望有的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。第一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)是沿與記錄道方向相平行的一個(gè)方向的記錄帶的運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)并不帶來麻煩，因?yàn)榘褣呙杪窂降拈L(zhǎng)度選得比記錄道的長(zhǎng)度長(zhǎng)。這使得記錄道總在掃描區(qū)域內(nèi)。該運(yùn)動(dòng)唯一的影響是在已讀取的信號(hào)中產(chǎn)生一個(gè)小的延遲。第二個(gè)不期望有的運(yùn)動(dòng)由記錄帶移動(dòng)速度的小變化引起。這些變化可導(dǎo)致產(chǎn)生平均跟蹤誤差。在對(duì)記錄帶進(jìn)行讀與寫期間，可以用可能由透鏡執(zhí)行機(jī)構(gòu)所引起的第二透鏡運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償這一誤差，所述的第二透鏡運(yùn)動(dòng)即為透鏡繞平行于且最好是位于該透鏡的后焦面的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。該軸具有一個(gè)與記錄道方向相平行的方向。為了補(bǔ)償所述跟蹤誤差，以前述這樣一種方式就可能沿一與記錄道方向相垂直的方向移動(dòng)掃描路徑。第三個(gè)不期望有的運(yùn)動(dòng)由記錄道相對(duì)于掃描路徑的傾斜引起。為補(bǔ)償這一運(yùn)動(dòng)，可以通過傾斜多面鏡來以一個(gè)相應(yīng)方式傾斜掃描路徑。
這樣，可以通過有效的伺服控制來補(bǔ)償所有的無規(guī)律的記錄帶運(yùn)動(dòng)，從而無需具有微精密度的非常精確的導(dǎo)帶系統(tǒng)。本發(fā)明的帶傳送機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單僅經(jīng)一個(gè)導(dǎo)帶件4就將記錄帶從一個(gè)盤直接傳送到另一個(gè)盤。
將多面鏡用電磁法安裝于軸頸上，可使多面鏡在六自由度內(nèi)運(yùn)動(dòng)。需要的話，必須檢測(cè)這些運(yùn)動(dòng)以校正它們。本發(fā)明提供一個(gè)位置檢測(cè)系統(tǒng)，用該系統(tǒng)可以測(cè)量多面鏡沿三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)和繞三軸中的兩個(gè)軸的傾斜度。該系統(tǒng)還提供測(cè)量多面鏡繞其旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角的可能性。該系統(tǒng)裝配簡(jiǎn)單，且有效地使用現(xiàn)有的可測(cè)量的輻射光以獲得具有最大強(qiáng)度的測(cè)量信號(hào)。
圖3表示出位置檢測(cè)系統(tǒng)80的工作原理。將該系統(tǒng)置于多面鏡的一側(cè)，在該側(cè)有球形元件23，見圖1。在圖3中，參考數(shù)字33代表一個(gè)用來發(fā)射照射光束40的二極管激光器。首先用準(zhǔn)直透鏡35將該光束40轉(zhuǎn)換為一平行光束。接著，光束40照射到具有一分離面37的分光立方體36上，該分離面37將測(cè)量光束40的一部分作為測(cè)量子光束50反射給多面鏡。多面鏡由面31表示，可在圖1中看到面31，且在上文中用面31表示基準(zhǔn)面。面31能反射，且在其中央安裝有一個(gè)半球形元件23，該半球形元件23也表示于圖1中，并且也能反射。未由分光立方體反射的測(cè)量光束40的那部分射向反射器38，反射器38將該部分作為一個(gè)測(cè)量子光束45反射給基準(zhǔn)面31上的球形元件23。首先，用物鏡39將該測(cè)量子光束45聚焦于球形元件23的彎曲部分的中央。由元件23所反射的測(cè)量子光束再次穿過物鏡39并由反射器反射給分束器36，分束器36將光束45的一部分反射給一個(gè)光敏檢測(cè)系統(tǒng)60，該系統(tǒng)60包括多個(gè)檢測(cè)元件。把將測(cè)量子光束轉(zhuǎn)換為一個(gè)會(huì)聚光束55的透鏡41置于分束器與檢測(cè)系統(tǒng)60之間。當(dāng)沿圖平面中X方向和垂直于圖平面的Y方向移動(dòng)多面鏡時(shí)，由檢測(cè)平面中的第一測(cè)量子光束所形成的照射光斑分別相對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)60的各元件分別沿X和Y方向運(yùn)動(dòng)。通過以公知的方式將檢測(cè)元件的輸出信號(hào)組合在一起，可以測(cè)量該運(yùn)動(dòng)。在用來測(cè)量圖平面中Z方向上多面鏡的運(yùn)動(dòng)的光路中設(shè)置一個(gè)柱面透鏡34。該透鏡將二極管激光器光束轉(zhuǎn)換成一象散光束。在用基準(zhǔn)面反射后，這樣一束光在檢測(cè)平面中形成一照射光斑，該光斑的形狀取決于光束在球形元件23的彎曲部分的中央上的聚焦程度。如果將光束集中聚焦在此點(diǎn)，即，如果基準(zhǔn)面相對(duì)于位置檢測(cè)系統(tǒng)的位置恰當(dāng)，則所述照射光斑為圓形。當(dāng)基準(zhǔn)面的位置偏離所期望的位置時(shí)，即，當(dāng)不再將光束集中在所述彎曲部分的中央時(shí)，所述照射光斑為橢圓形?？梢杂弥糜跈z測(cè)系統(tǒng)60中的四象限檢測(cè)器以一種公知的方式檢測(cè)照射光斑的形狀并由此檢測(cè)多面鏡的基準(zhǔn)面的Z位置。
另一方面，可在分束器與檢測(cè)系統(tǒng)60之間設(shè)置柱面透鏡34，而不在發(fā)光源33與分束器36之間設(shè)置柱面透鏡34。也可以用一個(gè)偏振敏感分束器與一個(gè)四分之一波長(zhǎng)板的組合來替代中性分束器36。那么，從原理上，所有來自基準(zhǔn)面31的照射光都射向了檢測(cè)系統(tǒng)60。在與光束40的主光束有45°夾角的位置處可設(shè)置一塊具有分離層的平行平面板，而不設(shè)置一個(gè)偏振敏感或不敏感的分光立方體，所述分離層是偏振敏感的或不敏感的。這樣一塊平行平面板也導(dǎo)致光束中的像散現(xiàn)象，從而無需柱面透鏡34。
由分束器所反射的第二測(cè)量子光束50作為一束平行光照射在基準(zhǔn)面31的平坦部分。該光束由基準(zhǔn)面反射，且由分束器將該光束的一部分傳給檢測(cè)系統(tǒng)60(還曾由透鏡41會(huì)聚該光束)。在繞X和/或Y軸傾斜多面鏡和基準(zhǔn)面31時(shí)，沿X和/或Y方向把由檢測(cè)平面中第二測(cè)量子光束所形成的照射光斑掃過系統(tǒng)60的檢測(cè)元件，從而可測(cè)量這些傾斜角。
通過把一個(gè)比基準(zhǔn)面其余部分低或高的反射系數(shù)賦予基準(zhǔn)面的平坦部分的一個(gè)區(qū)域或一個(gè)狹長(zhǎng)條，如圖1中用條24所示，可以以一個(gè)短的時(shí)間間隔減小或增大第二測(cè)量光束的強(qiáng)度，從而可為檢測(cè)系統(tǒng)創(chuàng)造另外一個(gè)測(cè)量的可能性。如果出現(xiàn)一個(gè)單獨(dú)的具有偏離反射的區(qū)域，則在多面鏡的每轉(zhuǎn)就減小或增大一次第二測(cè)量光束的強(qiáng)度，且由該光束所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)將于每轉(zhuǎn)有一次最小或最大值。這樣，可確定每個(gè)時(shí)間單位(秒或分)多面鏡的轉(zhuǎn)數(shù)，并由此確定多面鏡的轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)頻率。所述的區(qū)域或狹長(zhǎng)條可以由一個(gè)暗區(qū)域或條組成、或者由一個(gè)通過糙化獲得的漫射區(qū)域或柵格組成。該區(qū)域的大小最好等于用來取得最大效果的第二測(cè)量子光束的截面積。
可在基準(zhǔn)面的平坦部分上設(shè)置多個(gè)徑向變化的條或線而不是單獨(dú)一個(gè)區(qū)域或條。那么，由第二測(cè)量子光束產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)每轉(zhuǎn)有一個(gè)相應(yīng)的最小數(shù)或最大數(shù)。這樣可測(cè)量多面鏡的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角。用測(cè)量旋轉(zhuǎn)角的所期望的精確度和由第二測(cè)量子光束在基準(zhǔn)面上形成的照射光斑確定條數(shù)。每個(gè)條可由一條黑線或暗線組成或者由一個(gè)漫射槽組成。
為測(cè)量轉(zhuǎn)速，可以以這樣一種方式提供基準(zhǔn)面，即它在整個(gè)360°具有一個(gè)不變的線性反射變量，而不是在基準(zhǔn)面中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)具有一偏離反射的條。那么，檢測(cè)信號(hào)為一個(gè)具有與一轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)的周期的鋸齒形信號(hào)。如果在基準(zhǔn)面的360°范圍內(nèi)都設(shè)條，則通過線性改變暗淡程度或線性改變條密度可以實(shí)現(xiàn)線性增大或減小反射。
圖4表示出一條要設(shè)置在用來測(cè)量轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)面上的條的圖案，該條的圖案專門適于與多面鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)合在一起使用，該多面鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)在上述文章“A Compact Optical Tape Recording System”中有述，該文章在SPIE第2338卷，Optical Data Storage，1994年，第8-14頁，且每個(gè)多面鏡驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝有兩層四磁極線圈。如圖4中所示，條結(jié)構(gòu)包括兩組條85和86，每組延展180°。在每組條中，條87的密度先增大而后減小。如果這樣一種條的圖案在第二測(cè)量子光束下旋轉(zhuǎn)，則該光束的強(qiáng)度將會(huì)改變并且由該光束所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)也因此變化，如圖5中所示。在該圖中，以任意單位在水平方向上繪制出時(shí)間t，而在垂直方向上繪制出檢測(cè)信號(hào)值S0。在垂線83與84之間的時(shí)間間隔與一轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)。在一轉(zhuǎn)中，正弦波信號(hào)S0改變四次符號(hào)。該信號(hào)非常適于直接驅(qū)動(dòng)在所述SPIE文章中所述的多面鏡電動(dòng)機(jī)。
在按照本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)中，第一測(cè)量子光束45用來檢測(cè)沿三個(gè)軸——X、Y和Z軸的位移，第二測(cè)量子光束50用來測(cè)量繞該三軸的旋轉(zhuǎn)角，其中采用了由分束器所反射的照射光和由分束器傳送的照射光。那么就不再需要用來測(cè)量多面鏡的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角的分開的檢測(cè)系統(tǒng)。
為了以一個(gè)令人滿意的方式將第一與第二測(cè)量子光束相互分開，采用圖6的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，由分束器36將第一測(cè)量子光束45反射給球形元件23，而用分束器36將第二測(cè)量子光束50傳送給反射器38。以反射器相對(duì)于光束40的主光束相差45°這樣一個(gè)角來設(shè)置該反射器，從而使第二測(cè)量子光束50以與光束40的主光束相差90°的角度照射在基準(zhǔn)面31上。由基準(zhǔn)面31所反射的光束50斜穿過該系統(tǒng)，射向檢測(cè)系統(tǒng)60，用透鏡41將光束50聚焦為檢測(cè)平面上的一個(gè)照射光斑62。第一測(cè)量子光束45垂直照射在球形元件上，用透鏡41將所反射的光束45聚焦為檢測(cè)平面上的一個(gè)照射光斑63。由于光束45直穿過該系統(tǒng)而光束50斜穿過該系統(tǒng)，并且它們顯著地垂直或斜向照射在透鏡41上，所以照射光斑62與63相互分開，從而可以隔開一定距離分別設(shè)置這些光束的分離檢測(cè)器。
為具有一個(gè)用于各種測(cè)量信號(hào)的足夠大的捕獲范圍，系統(tǒng)60的檢測(cè)元件必須具有一個(gè)給定的尺寸，而照射光斑62與63必須相隔得足夠遠(yuǎn)。為了防止在透鏡41位置處的光束45和50之間的距離變大從而可能在該透鏡上發(fā)生漸暈現(xiàn)象，最好使用圖7中的實(shí)施例。
該實(shí)施例基本上對(duì)應(yīng)于圖3中的實(shí)施例，但這里沿光路傾斜放置分束器36，從而使分束面37在與光束40的主光束相差45°的方向上延伸。由此可在與光束40的主光束相差90°的方向上將由分束器所反射的第二測(cè)量子光束50照射在基準(zhǔn)面31的平坦部分上。然后所反射的光束50斜穿過該系統(tǒng)，透鏡41將該光束50聚焦為一照射光斑62，該光斑62位于系統(tǒng)軸的左側(cè)。第一測(cè)量子光束45垂直照射在球形元件23上。這里將所反射的光束45斜向照射在分束器36的分束面37上，并由此將它反射到右側(cè)，從而光束45也斜向照射在透鏡41上。然后，由光束45所形成的照射光斑63落在系統(tǒng)軸的右側(cè)。這里將照射光斑62與63遠(yuǎn)遠(yuǎn)隔開從而獲得一個(gè)足夠大的捕獲范圍，而光束45與50仍照射進(jìn)透鏡41，距該透鏡的邊緣足夠遠(yuǎn)。
在圖7的上部表示出檢測(cè)系統(tǒng)60的底視圖。該系統(tǒng)包括兩個(gè)象限檢測(cè)器70與75，它們分別帶有檢測(cè)元件71、72、73和74與76、77、78、和79。如果用a、b、c和d表示檢測(cè)元件71、72、73和74的信號(hào)，用p、q、r和s表示檢測(cè)元件76、77、78、和79的信號(hào)，則X、Y和Z方向上的位移MX、MY和MZ分別由下列各式給定MX＝(p+s)-(q+r)MY＝(p+q)-(r+s)MZ＝(p+r)-(q+s)；繞X、Y和Z軸的旋轉(zhuǎn)角X、Y和Z分別由下列各式給定X＝(a+b)-(c+d)Y＝(a+b)-(b+c)Z＝a+b+c+d，其中信號(hào)Z有例如一個(gè)躍變值，在該躍變值處一個(gè)具有較小反射率的條經(jīng)過光束50的下面，或在該躍變值處的信號(hào)具有一個(gè)正弦波變量。
如圖7中所示，可將分束器36繞光束40的主光束而不是繞Y軸傾斜放置，以便使照射光斑62與63離開得足夠遠(yuǎn)。
本發(fā)明不僅可用于一個(gè)記錄帶掃描裝置，而且可用于任何一個(gè)其中采用了一個(gè)可在六個(gè)自由度內(nèi)移動(dòng)旋轉(zhuǎn)多面鏡的掃描裝置。也可以將激光打印機(jī)和圖像顯示裝置作為例子描述。
圖8表示出激光打印機(jī)90的工作原理。在這樣一個(gè)打印機(jī)中，首先用一個(gè)掃描激光束來寫一個(gè)光敏層。接著，使該光敏層經(jīng)過一個(gè)墨盒，然后制成紙上的打印物。將該光敏層92繞在一個(gè)卷滾91周圍，該卷滾91繞軸93旋轉(zhuǎn)以便沿連續(xù)線運(yùn)動(dòng)。用多面鏡20實(shí)現(xiàn)線掃描，該多面鏡20具有例如六個(gè)反射鏡面f并繞軸95旋轉(zhuǎn)。參考數(shù)字30表示一個(gè)物鏡，又例如是一個(gè)f-θ透鏡，該透鏡對(duì)來自于一個(gè)發(fā)光源11并由鏡面所反射的光束進(jìn)行聚焦，使其在媒體92上成為一個(gè)照射光斑V，該發(fā)光源11例如是一個(gè)高功率二極管激光器。根據(jù)要被寫的信息，通過調(diào)制流過二極管激光器的電流或用一個(gè)例如分開的聲光調(diào)制器或分開的光電調(diào)制器96來調(diào)制激光束的強(qiáng)度。為了檢測(cè)多面鏡在六自由度內(nèi)的位置，該設(shè)備設(shè)有一個(gè)位置檢測(cè)系統(tǒng)80，如參照?qǐng)D3、6和7所述的內(nèi)容來提供該系統(tǒng)80。
圖9表示出圖像顯示裝置100的線路圖，在該圖像顯示裝置100中，用一個(gè)反射式的、光敏的亦即照射光可蝕刻的(radiation-inscribable)圖像顯示板110生成圖像。在歐洲專利申請(qǐng)第0517517號(hào)中對(duì)這樣一個(gè)板在圖像投影裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了描述。與傳統(tǒng)的有源矩陣板相比，照射光可蝕刻板的優(yōu)點(diǎn)在于用它可實(shí)現(xiàn)一個(gè)高的發(fā)光效率，因?yàn)樗槐匕宓谋砻嫔显O(shè)置電子開關(guān)的矩陣和導(dǎo)電電極，并且因?yàn)樵撜丈涔饪晌g刻板幾乎不吸收任何照射光。
圖10表示出照射光可尋址板110的結(jié)構(gòu)。從寫照射光130一側(cè)看，該板包括第一透明(例如)玻璃襯底111；透明導(dǎo)電層112，它最好由銦錫氧化物(ITO)組成；光敏層113，它在暗處有一個(gè)高電阻，如果將它曝光則具有良好的導(dǎo)電性，它最好由硅組成；可能包括的阻光層114；反光層115，它最好由一組具有四分之一波長(zhǎng)厚度的絕緣層組成；第一取向?qū)?16；液晶材料層117；第二取向?qū)?18；第二透明導(dǎo)電層119和第二透明襯底120。
用來自裝在一個(gè)光源里的裝置125的寫光束130對(duì)該板按順序進(jìn)行行掃描，光源最好既是一個(gè)激光器，又是一個(gè)射束成形光學(xué)系統(tǒng)，把要顯示的信息例如一個(gè)視頻信號(hào)加到列激光器上從而根據(jù)該信息調(diào)制激光束的強(qiáng)度。激光束130照射在快速旋轉(zhuǎn)的多面鏡20上，接著照射在第二掃描元件131上，該掃描元件131移動(dòng)得更慢，并由例如一個(gè)振動(dòng)平面鏡或第二多面鏡構(gòu)成。掃描元件131將光束反射給板110。多面鏡20以這樣一種方式反射會(huì)聚光束130，即，形成于面板的光敏層上的照射光斑描繪出一條線。第二掃描元件131確保該照射光斑沿一個(gè)與線方向相垂直的第二方向較慢地移動(dòng)。這樣，在二維空間掃描該板110的光敏層113，并且寫入二維象素矩陣。從日本專利申請(qǐng)第62-56931號(hào)的英文文摘中可知使用多面鏡借助一寫光束來掃描圖像顯示板的方法。
將電極112和119連接到電壓源121上。只要光敏層113是暗的，就把電極112與液晶層117隔離開。在光敏層113的任意位置處，(其中把在高強(qiáng)度水平下切換的光束130連續(xù)照射在光敏層113上)，光敏層113變成導(dǎo)電的，并在液晶層的兩端局部產(chǎn)生電場(chǎng)，從而使該層中的分子取向局部發(fā)生變化并由此使射自左邊的一個(gè)讀光束或投射光束145的相應(yīng)部分的偏振狀態(tài)發(fā)生改變。用一個(gè)檢偏振鏡以一種公知的方式將該偏振變化轉(zhuǎn)換成由板所反射的光束146中的強(qiáng)度變化。
如圖9中所示，帶有寫系統(tǒng)的板110可用于圖像投影設(shè)備。該設(shè)備配備有一個(gè)照射裝置，該裝置包括一個(gè)光源140和一個(gè)射束成形光學(xué)系統(tǒng)141，該裝置提供照射光束145。該光束經(jīng)偏振敏感分束器142照射板110。用由板所反射的光束146和投影透鏡143將形成于該板中的圖像投射在投影屏幕144上。
該帶有寫系統(tǒng)的可蝕刻板還可以用于直視(direct-vision)設(shè)備，在直視設(shè)備中觀眾直接觀看面板。
為確定六個(gè)自由度內(nèi)多面鏡20的運(yùn)動(dòng)，可以使用以上參照?qǐng)D3、6和7所描述的位置檢測(cè)系統(tǒng)80。
在被稱作激光電視的圖像顯示系統(tǒng)中，(其中用該系統(tǒng)借助一個(gè)掃描激光束或在彩色圖像情況下的三個(gè)激光束直接將圖像寫在一個(gè)投影屏幕上或?qū)懺谝粋€(gè)起同樣作用的壁上，)也可以使用多面鏡的位置檢測(cè)系統(tǒng)，在例如歐洲專利申請(qǐng)第0374857號(hào)中描述了一個(gè)激光電視設(shè)備。在這樣一個(gè)設(shè)備中，必須在高速的情況下進(jìn)行掃描，因此在這種情況下最好采用小的多面鏡，該小的多面鏡高速度旋轉(zhuǎn)并象上述SPIE文章中所描述的那樣在真空狀態(tài)下自由浮動(dòng)。還應(yīng)當(dāng)以極高的準(zhǔn)確度確定激光TV設(shè)備中多面鏡的位置，為此可以再次采用按照本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)。
本發(fā)明還可用于裝在頭頂或頭盔的顯示裝置，其中采用了激光掃描技術(shù)。在這樣的顯示裝置中，一個(gè)單色光束或多色光束掃過用戶的眼睛，其中用要顯示的信息調(diào)制該光束。裝在頭頂?shù)娘@示裝置公開于例如PCT專利申請(qǐng)第93/23783號(hào)、EP專利申請(qǐng)第0473343號(hào)和第0562742號(hào)，裝在頭盔的顯示裝置公開于US專利第5091719號(hào)中。在這些顯示裝置中，必須在高速情況下進(jìn)行掃描，那么最好將一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的多面鏡用于這些顯示裝置中。應(yīng)當(dāng)用最高的精確度確定小而輕的多面鏡的位置，因此還可以在這些顯示裝置中使用本發(fā)明以利于這些顯示裝置。
本發(fā)明的其他用途在于掃描攝影機(jī)的領(lǐng)域中，特別是紅外攝影機(jī)，在紅外攝影機(jī)中，把由物鏡所形成的景物圖像移過一個(gè)檢測(cè)器或一行檢測(cè)器。在例如US專利第3706484中描述了這樣一種攝影機(jī)。使用快速旋轉(zhuǎn)多面鏡以將圖像依次行掃過檢測(cè)器。用按照本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)可以極大地利于測(cè)量多面鏡的位置。
多面鏡還可用于這樣的裝置，它們用來在制造物體或工件期間和之后檢查物體或工件，或用來讀取物體上的編碼，例如條形碼，從而使按照本發(fā)明的位置檢測(cè)系統(tǒng)也可用于這些裝置中。
權(quán)利要求
1.一種用來檢測(cè)一個(gè)目標(biāo)物相對(duì)于所述系統(tǒng)沿所述三個(gè)軸的位移的位移以及檢測(cè)該目標(biāo)物繞一正交直角坐標(biāo)系的三個(gè)軸中兩軸的旋轉(zhuǎn)角的位置檢測(cè)系統(tǒng)，所述目標(biāo)物具有一個(gè)反射基準(zhǔn)面，在所述反射基準(zhǔn)面上設(shè)置一個(gè)球形元件，所述系統(tǒng)包括光源，用來提供測(cè)量光束；光學(xué)系統(tǒng)，用來形成一個(gè)第一測(cè)量子光束和一個(gè)第二測(cè)量子光束，將所述第一測(cè)量子光束聚焦于球形元件的曲率中心，用來測(cè)量所述位移，所述第二測(cè)量子光束基本上照射到基準(zhǔn)面上球形元件的外側(cè)，用來測(cè)量所述旋轉(zhuǎn)角；光敏檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)置于由基準(zhǔn)面所反射的、并穿過光學(xué)系統(tǒng)的測(cè)量子光束的光路上，所述光敏檢測(cè)系統(tǒng)包括用于第一測(cè)量子光束的第一檢測(cè)器和用于第二測(cè)量子光束的第二檢測(cè)器，其中光學(xué)系統(tǒng)裝有一個(gè)分束器，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)還裝有一個(gè)反射器，它把由所述分束器傳送的測(cè)量光束部分作為一個(gè)測(cè)量子光束向基準(zhǔn)面反射，并且其中所述分束器把測(cè)量光束的另一部分作為另一測(cè)量子光束向基準(zhǔn)面反射。
2.一種如權(quán)利要求1中所述的位置檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于第二測(cè)量子光束還測(cè)量目標(biāo)物繞第三軸的旋轉(zhuǎn)角，為此，基準(zhǔn)面設(shè)有至少一個(gè)具有與其周圍不同的反射面的區(qū)域。
3.一種如權(quán)利要求1或2中所述的位置檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，在一個(gè)與測(cè)量光束的主光束成某一夾角的位置處設(shè)置所述反射器，以使由所述反射器反射的測(cè)量子光束與法線成一銳角照射在基準(zhǔn)面上，其中所述測(cè)量子光束為第二測(cè)量子光束，并且其中在由分束器向基準(zhǔn)面反射的第一測(cè)量子光束的光路中設(shè)置一個(gè)會(huì)聚透鏡系統(tǒng)。
4.一種如權(quán)利要求1或2中所述的位置檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述分束器的分束面設(shè)置在與測(cè)量光束的主光束成一夾角處，以使由該面反射的測(cè)量子光束與法線成一銳角照射在基準(zhǔn)面上，其中所述測(cè)量子光束是第二測(cè)量子光束，且其中在由反射器反射的第一測(cè)量子光束的光路中設(shè)置一個(gè)會(huì)聚透鏡系統(tǒng)。
5.一種用電磁法掃描一個(gè)媒體的光學(xué)設(shè)備，該光學(xué)設(shè)備裝有一個(gè)光學(xué)掃描裝置，在其工作中，該掃描裝置用一個(gè)電磁照射光斑沿至少一個(gè)方向掃描媒體，該掃描裝置還裝有一個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描元件以及一個(gè)用于該掃描元件的位置檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述位置檢測(cè)系統(tǒng)是一種如權(quán)利要求1、2、3或4中所述的系統(tǒng)，所述目標(biāo)物是所述的掃描元件。
6.一種如權(quán)利要求5中所述的光學(xué)設(shè)備，其中所述媒體為一種帶形光學(xué)記錄載體，用來記錄分布于信息記錄道中可用光學(xué)法檢測(cè)的信息區(qū)域的結(jié)構(gòu)，所述信息記錄道相對(duì)于記錄帶的縱向沿一第一方向橫向延伸，所述設(shè)備設(shè)有一供帶盤和一接收盤，它們用來沿第二方向傳輸所述載體，第二方向?yàn)橛涗涊d體的縱向，還設(shè)有用來提供掃描光束的光源，所述掃描元件由具有繞其周邊設(shè)置的鏡面的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的多面鏡構(gòu)成并可實(shí)現(xiàn)掃描光束沿第一方向的掃描運(yùn)動(dòng)。
7.一種如權(quán)利要求5中所述的光學(xué)設(shè)備，用于按照一個(gè)線圖案將可視可讀信號(hào)寫入一個(gè)光敏層，所述設(shè)備裝有一個(gè)光源，用來提供一個(gè)寫光束和用來根據(jù)要被寫的信息來調(diào)制所述光束的裝置，所述掃描元件確保線掃描并由具有繞其周邊設(shè)置的鏡面的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的多面鏡構(gòu)成，所述掃描元件實(shí)現(xiàn)了掃描光斑沿線方向的掃描運(yùn)動(dòng)。
8.一種如權(quán)利要求5中所述的光學(xué)設(shè)備，用于用電磁法寫一個(gè)設(shè)有光敏層的的反射圖像顯示板，所述設(shè)備裝有一個(gè)用來提供一個(gè)寫光束的光源和用來根據(jù)要被寫的信息來調(diào)制所述光束的裝置，所述掃描元件用來以線的順序掃描所述層并由具有繞其周邊設(shè)置的鏡面的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的多面鏡構(gòu)成，所述掃描元件實(shí)現(xiàn)了掃描光束沿線方向的掃描運(yùn)動(dòng)。
9.一種如權(quán)利要求5中所述的光學(xué)設(shè)備，用于按照一個(gè)線圖案將可視圖像寫在一個(gè)投影屏幕或起同樣作用的表面上，所述設(shè)備裝有一個(gè)用來提供一個(gè)寫光束的光源，和用來根據(jù)要被寫的圖像來調(diào)制所述光束的裝置，所述掃描元件用來以線的順序掃描所述屏幕并由具有繞其周邊設(shè)置的鏡面的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的多面鏡構(gòu)成，所述掃描元件實(shí)現(xiàn)了寫光束沿線方向的掃描運(yùn)動(dòng)。
10.一種如權(quán)利要求5中所述的光學(xué)設(shè)備，用于將景物的圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其中所述媒體是一個(gè)光敏檢測(cè)器，所述掃描元件用來以線的順序?qū)⑺鰣D像掃過所述檢測(cè)器并由具有繞其周邊設(shè)置的鏡面的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的多面鏡構(gòu)成，所述掃描元件實(shí)現(xiàn)了圖像沿線方向的運(yùn)動(dòng)。
11.一種用作權(quán)利要求1-4中所述的位置檢測(cè)系統(tǒng)中和權(quán)利要求5-10中所述的光學(xué)設(shè)備中的目標(biāo)物的多面鏡，所述多面鏡的側(cè)面由反射鏡面組成，其上或下面用作測(cè)量基準(zhǔn)面，所述測(cè)量基準(zhǔn)面可進(jìn)行反射且配備有一球形元件，其特征在于，所述基準(zhǔn)面設(shè)有至少一個(gè)具有反射部分的區(qū)域，所述反射部分與其周圍的部分不同。
12.一種如權(quán)利要求11中所述的多面鏡，其特征在于，所述基準(zhǔn)面的反射在整個(gè)360°具有一個(gè)不變連續(xù)變量。
13.一種如權(quán)利要求11中所述的多面鏡，其特征在于，在所述基準(zhǔn)面的360°范圍內(nèi)都設(shè)有條的圖案，這些條具有與其周圍的部分不同的反射部分，所述圖案被分為兩個(gè)在180°范圍內(nèi)延展的子圖案，每個(gè)圖案具有變化的條密度。
14.一種如權(quán)利要求7中所述的光學(xué)設(shè)備，用于通過用激光束掃描來將圖像顯現(xiàn)給用戶的眼睛，所述設(shè)備是一個(gè)裝在頭頂?shù)娘@示設(shè)備并裝有一個(gè)用來提供激光束的激光源和用來根據(jù)要被呈現(xiàn)的圖像來調(diào)制激光束的裝置，所述掃描裝置用來以線的順序掃描用戶的眼睛。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種位置檢測(cè)系統(tǒng)(80),該系統(tǒng)用來檢測(cè)一個(gè)目標(biāo)物(20)在至少五自由度內(nèi)的位移,該系統(tǒng)包括:光源(33);用來形成第一測(cè)量子光束(45)和第二測(cè)量子光束(50)的分束器(36);設(shè)置在這些測(cè)量光束(45,50)中的一個(gè)的光路中的反射器(38);和組合光敏檢測(cè)系統(tǒng)(60)。第一測(cè)量子光束(45)用來檢測(cè)沿三個(gè)相互垂直的軸(X,Y,Z)的位移,第二測(cè)量子光束(50)用來檢測(cè)繞這些軸中至少兩個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)角。
文檔編號(hào)G01D5/28GK1199459SQ97191120
公開日1998年11月18日 申請(qǐng)日期1997年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月3日
發(fā)明者W·G·奧菲, G·E·范羅斯馬倫 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司