對于表面進行光學掃描用的裝置的制作方法

專利名稱：對于表面進行光學掃描用的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對于表面進行光學掃描用的裝置，該裝置包括為提供輻射光束用的輻射源、裝在物鏡系統上面以將該輻射光束聚焦在此表面上的物鏡，以及用來使物鏡系統在給定行程范圍內移動用的驅動機構。
這種類型的掃描裝置，尤其適合對于其上信息按同心式或螺旋形軌跡排列的圓盤形狀光學記錄載體進行讀出。記錄載體上的單條軌跡，可以通過轉動該記錄載體進行掃描。為了掃描其各條軌跡，必須讓物鏡橫過這些軌跡移動。為了縮短對所存儲信息的存取時間，必須能將物鏡橫過這些軌跡迅速移動。
如開頭一段描述的裝置，由美國專利4，363，116中可以了解到。在此已知的掃描裝置中，物鏡被固定在底座上面，底座可以相對被掃描的光學記錄載體沿半徑方向在給定的行程上移動。該底座上面裝有調焦執行機構，能使物鏡沿與記錄載體平面垂直的方向移動，以便保持輻射光束被聚焦在軌跡面內。該底座是由底座促動機構驅動的，以其而將底座從而能將物鏡相對記錄載體作徑向運動。該底座上面還裝有以旋轉鏡形式出現的能使焦點沿徑向移動的可調整元件，以便跟蹤由于底座促動機構跟蹤過快造成的掃描軌跡的小量徑向偏離。該裝置的不可動部分，包括容納有光源和檢測機構的光學系統。此光學系統在與記錄載體平面平行的徑向方向上提供一條通向該底座的準直光束。以與該光束法向成45°角裝在底座上的轉鏡，能將該光束偏向物鏡。此轉鏡總是接收光束而不考慮該底座在上述行程中的位置。
已知裝置的缺點是該底座的重量比較大。因此不可能迅速地將焦點移動到記錄載體上任選的徑向位置，換而言之，無法實現對于信息的短存取時間。
本發明的目的在于提供具有短存取時間的掃描裝置。
為此目的，根據本發明的掃描裝置，其特征在于在光源和物鏡之間的光束的光路中裝有其長度約等于行程長度的光焦度元件，而且該裝置包括有裝在光源和上述光焦度元件之間的掃描機構，以使該光束能穿過該光焦度元件進行掃描，從而使該光束平行其自身在物鏡系統行程數量級的距離范圍內移動。通過掃描機構和光焦度元件的組合，就能使光束在物鏡系統的行程范圍內移動，從而總能使其射在物鏡上面。于是不再需要讓底座上面帶反射鏡，從而使其具有較輕的重量，而且移動起來更迅速。對于這種組合，還能使光束射在只讓物鏡在行程范圍內移動而以漂浮方式懸置在促動機構中的物鏡上。由于物鏡的重量輕，故可以實現非常短的存取時間。
根據本發明的掃描裝置特定實施例，其特征在于，光束被聚焦在位于光源一側的該光焦度元件的焦點處。于是在光焦度元件的物鏡一側的光束便被準直，從而使該元件與物鏡之間的距離變成并非關鍵性的。
如果焦點基本上處在光束掃描所圍繞的軸線上，那么該光束就是從光焦度元件的焦點上出發進行掃描的。因而處在光焦度元件和物鏡之間光束的主光線，與光焦度元件的光軸保持平行。光束入射在物鏡上的角度在物鏡的行程范圍內并不改變，故由該物鏡所形成的焦點是不變的并具有高質量。
根據本發明的掃描裝置的優選實施例，其特征在于，該掃描裝置包括有轉鏡。轉鏡具有簡單的結構，并可具有大的轉速。
根據本發明的掃描裝置特定實施例，其特征在于，該掃描裝置包括用來旋轉光源的機構。通過將光源、檢測系統而且盡可能還有聚光鏡在可轉動的光學單元中做成一體化，就能使掃描裝置具有緊湊的結構。
如果在光束的光路中至少配置一塊柱面光學元件，則能獲得進一步的好處。從而使光束在轉鏡上面不是聚焦成點而是聚焦成一條線，以致低光束的反射對于旋轉鏡反射層上的灰塵和誤差較少敏感。假如光焦度元件也是一塊柱面光學元件，則其可以較低的成本來制造。
根據本發明的掃描裝置優選實施例，其特征在于光焦度元件包括透鏡。
根據本發明的進一步特征，如果上述透鏡被加工為想象中的圓形透鏡的長條形的非中心部位，那么由單塊的圓形透鏡可以制做出兩塊而不是一塊這樣的條形透鏡。這些并非中心部位的條形透鏡與中心部位的條形透鏡具有同樣的光學性能。
換一種方法，本發明的特征在于光焦度元件包括凹面反射鏡。于是可將兩種功能在此反射鏡中結合在一起，即光束的準直以及使光源和物鏡之間的光路折彎。這種折彎為掃描裝置的結構更加緊湊提供可能性。
也可在光源和物鏡之間通過配置一塊平面反射鏡來使光路折彎。
根據本發明掃描裝置，其進一步的特征在于它包括用于檢測由掃描機構發出的光束方向的檢測器，該檢測器的輸出接在物鏡驅動機構的控制輸入端。
根據本發明的掃描裝置特定實施例，其特征在于該裝置包括用以產生出代表物鏡系統方向的信號的四象限檢測器。這樣的檢測器可被用來控制物鏡系統的方向，而且具有收集范圍大的優點。
根據本發明的掃描裝置特定實施例，其特征在于物鏡周圍配置有基本上為錐狀的園環形反射鏡，用以將光束的一部分反射向檢測機構，以便產生出代表物鏡系統位置和方向的信號。上述位置和方向可以借助此環形反射鏡簡單又準確地加以確定。
根據本發明的具有較短存取時間的掃描裝置特定實施例，其特征在于物鏡系統上面裝有驅動其運動用的永久磁鐵，而且驅動機構包括一個靜止不動的繞圈系統，以便以電磁方式無接觸地驅動物鏡系統沿三條互相垂直的軸移動和繞上述軸中的兩條軸傾斜;該線圈系統又包括位于物鏡系統兩側的整個行程長度范圍內的互相平行的兩列線圈對，而且每一對線圈又包括沿物鏡光軸方向一個裝在另一個上方的兩個線圈。此線圈系統與環形磁鐵一起，構成了具有五個自由度的促動機構，而物鏡則以漂浮方式懸置，并可非常迅速地移動，尤其是在半徑方向上。由于運動元件的個數減至最低，故可導致結構重量輕和焦點運動非常迅速。
本發明的這些以及其它一些情況，由參照下述實施例所作的解釋中將更加明白。在附圖中，

圖1表示根據本發明的包括掃描透鏡的掃描裝置;
圖2a表示圓形透鏡的中心截面形式的掃描透鏡;
圖2b表示由圓形透鏡的兩處非中心截面加工形成的兩塊掃描透鏡;
圖3表示包括有凹面反射鏡的掃描裝置;
圖4表示包括柱面透鏡的掃描裝置;
圖5a表示包括轉動光源的掃描裝置;
圖5b表示電子驅動掃描裝置;
圖6圖解表示該掃描裝置的光路;
圖7為檢測機構的正視圖;
圖8a，8b及8c為處在靜止不動的線圈系統中的物鏡系統的三張視圖;
圖9表示為物鏡系統和轉鏡用的控制電路的電路圖，以及圖10表示校正切向時間誤差用的控制電路的電路圖。
不同圖中的相同標號表示相同的元件。
圖1表示用于掃描圓盤形狀的光學記錄載體11用的掃描裝置。記錄載體上的信息是以大量的光學可讀區(未表示)的形式儲存在信息層2中的，此光學可讀區被安排成許多同心的軌跡或者許多擬同心軌跡結合一起構成的螺旋形軌跡。這些軌跡的集合跨過具有給定寬度3的一些環進行延伸。信息層2的上面配備有防護層4，并由透明的基片5來支承。信息層2的讀出，是透過基片進行的。該記錄載體被安裝在由馬達驅動(圖中未表示)的旋轉軸6上。為清楚起見，該記錄載體被表示在該轉軸上方某種距離處。
借助物鏡10，通過在信息層上被聚焦為焦點11的光束對信息層2進行掃描。物鏡10和裝在該物鏡周圍的軸向磁化的環形磁鐵12一起，構成了物鏡系統13，根據本發明，此物鏡系統是以電磁方式懸置在細長的靜止不動線圈系統15的狹長切口14中的，利用此線圈系統可使物鏡系統沿半徑方向即橫過軌跡方向移動。通過讓記錄載體旋轉，可對一條軌跡進行掃描以從這條軌跡上讀出信息或寫入信息。為了能對記錄載體1上的所有軌跡進行掃描，必須能讓物鏡系統沿徑向相對于記錄載體在至少等于該軌跡集合寬度3的距離范圍內移動。環形磁鐵12與線圈系統15一起，構成了決定物鏡系統能以五個自由度運動的5-維促動機構。參照原點在物鏡中心的以X、Y、Z為軸的直角座標系，可以簡單地觀察到這五個自由度。在圖1中，為清楚起見該坐標系被表示在該裝置附近。X、Y和Z方向分別對應于記錄載體平面內的半徑方向和切線方向以及垂直于上述平面的軸線方向。上述五個自由度是指沿X、Y和Z方向的三個平移運動以及繞X和Y軸的兩個轉動。繞Z軸即物鏡的光軸旋轉的第六個自由度之所以無關緊要，是因為物鏡系統在Z軸周圍是對稱的。沿X方向的平移，用來使焦點11沿半徑方向被保留在被掃描的軌跡上(徑向跟蹤)，并使物鏡系統從一條被掃描的軌跡移動到另一條被掃描的軌跡。沿Z方向的平移，被用來將焦點維持在信息層2平面內(聚焦)。沿Y方向的平移，被用來保持物鏡系統13與線圈系統中的線圈與線圈之間的同心，并校正可能出現的切向時間誤差，例如當對帶有視頻信息的記錄載體進行掃描時。圍繞X和Y軸的兩個轉動，被用來保持物鏡10的光軸能同發射光束的主光線平行。對于該物鏡系統在線圈系統中所處位置及方向的控制，此系統的結構以及為控所需信號的產生，將參照圖6至10進行描述。
上述5-維促動機構的優點在于運動部分即物鏡系統13的緊湊性。已知的促動機構例如上述美國專利4，363，116中描述的促動機構的運動部分，包括容納有調焦執行機構(以使物鏡沿軸線方向移動)和平面反射鏡(以將水平傳播的光束向上射出及沿徑向細調焦點)的底座。這樣的底座是比較重的，例如大于20克，而且需要大的力才能將此底座迅速地移向被掃描的軌跡。根據本發明的掃描裝置是按這種方式設計的，只有物鏡系統13是此促動機構的運動元件。此物鏡系統可以作到非常輕，例如具有小于1克的重量，所以能夠非常迅速地移動。顯然，根據本發明的掃描裝置，對于任選軌跡的存取時間，因而將大大短于已知裝置中的存取時間。另一個在現有裝置中存在而在根據本發明的裝置中不會產生的底座問題是，該底座具有本征振動頻譜。如果本征振動的頻率處在控制底座的帶寬之內，那么在控制環中將會有相位丟失，并可導致控制的不穩定性。例如通常用在底座上懸掛物鏡系統的片簧，其寄生的本征振動頻率經常在500赫和2千赫之間。此底座各組成部件的固有頻率通常在1千赫至20千赫之間。這些頻率的大部分都處在底座控制器的通常為1至4千赫(取取于所要求的控制速率)范圍內的帶寬中。由于本發明中物鏡系統13是一個具有特征尺寸為5毫米的緊湊體，對它來說，其本征振動頻率都在100千赫以上，即遠遠高于控制器的帶寬，且在根據本發明的掃描裝置中具有該物鏡系統為沿徑向移動的元件，故本裝置的優點在于控制器更加穩定。在根據本發明的掃描裝置中，由于物鏡系統不再靠片簧懸掛，所以使用片簧時所特有的問題，例如彈簧常數和阻尼的變化而使焦點控制變得不穩定，將不再會產生。
對于記錄載體1進行掃描用的光輻射，是由包括光源在內的(例如二極管激光器)光學系統20提供的。此光學系統所提供的光束21，借助于圖1中表示的包括有轉鏡22的掃描機構以給定的角度范圍進行掃描。根據本發明，該光束21在轉鏡的旋轉軸上被聚焦為一個點。此點也就是光焦度元件23的前焦點。在圖1中，光焦度元件23是一塊掃描透鏡，即圓形透鏡的條形截面。由于光束21被聚焦在此掃描透鏡的焦點上，故經過此掃描透鏡后的光束24將以其主光線平行于掃描鏡光軸而被準直。轉鏡22可在掃描透鏡23的整個長度范圍的進行光束掃描，以使該準直光束能在同一長度范圍內移動。由于轉鏡22處在掃描透鏡的焦點上，故在光束24移動時其主光線始終與掃描透鏡的光軸保持平行。與掃描透鏡的光軸成45°角安裝的平面反射鏡25，能將光束24反射為其主光線平行于Z軸的光束26而投射向物鏡10。接下去，物鏡又將光束26在信息層2上聚焦為焦點11。轉鏡按一定方式加以控制，以使光束26基本上能入射在物鏡10的中心。被信息層反射的光束，經過上述光路返回到按已知方式配備了光敏檢測機構(未在圖中表示)的光學系統20，并由該檢測機構借助于信號處理及解碼電路將被反射光束的調制轉換成包含有從記錄載體上讀出信息的信息信號，并可能轉換成伺服信號，以進行徑向控制和調焦。
顯然，以成45°角安裝的平面反射鏡25，并不需要象上述美國專利4，363，116所述掃描裝置中具有同樣功能的反射鏡那樣需要移動。因此運動部分將變得更輕和更緊湊，從而提供其本征振動頻率。此外，象上述美國專利中的平面反射鏡是固定在物鏡系統上的，于是就需要為物鏡系統安置第六個繞Z軸旋轉的自由度，以將該反射鏡保持在面向投射光束的方向上。這會使促動機構復雜化。運動部件即物鏡系統13和轉鏡22的重量輕，就有可能提供非常短的存取時間。
除了上述平面鏡25或者取代該平面鏡25之外，用以將光路折彎的反射鏡也可在光路中安裝在任何隨意位置。此平面反射鏡可安置在光學系統20和轉鏡22之間，以及/或者安置在轉鏡22和掃描透鏡之間來取代在掃描透鏡23和物鏡10之間。如果取消平面反射鏡25，那么掃描透鏡23就必須相對圖1中表示的位置相對X軸轉90°，并安置在物鏡系統的下方。
掃描透鏡23所具有的長度，至少能復蓋物鏡系統13的行程。對于掃描透鏡提出的給出所要求的高質量光路方面的光學要求，并非不顧其長度非常嚴格的。這是因為光束在任何情況下所利用的只是掃描透鏡的很小一部分，所以只有復蓋上述少部分的掃描透鏡的光學誤差才是重要的。
圖1中表示的掃描透鏡23，是由圓形透鏡的中心取出來的條形截面。由圓形透鏡27中只能加工出一個這樣的截面，如圖2a所示。點劃線28表示該圓形透鏡的光軸，它還通過掃描透鏡23的中心。然而如圖2b所示，由單塊圓形透鏡27可以得到兩塊條形的截面。一個截面29位于圓形透鏡的光軸28向上，另一個以虛線表示的截面30則位于光軸的下面。圓形透鏡的光軸現在不再經過截面29或30的中心。當把這種離軸的截面29或30裝在掃描裝置中時，為此它應當確保象共軸截面23那樣，使其不會被來自條形透鏡焦平面內軸上點的光線穿過平行于該圓形透鏡光軸的條形透鏡中心所照射。事實上條形透鏡29或30其時會有來自其自身光軸之外點的照射。這就使透鏡產生誤差如彗差，此彗差只能借助多塊透鏡如雙合透鏡來補償。透鏡的誤差可以通過由圓形透鏡27光軸28上的點照射條形透鏡29或30上來消除。
圖3表示根據本發明的掃描裝置實施例，其中的光焦度元件是以條形的凹面反射鏡31取代條形透鏡。光束21被聚焦在轉鏡22轉軸上的一點。該點也就是截面為拋物線的凹面反射鏡31的焦點。由于光束21被聚焦在凹面反射鏡的焦點上，故在凹面反射鏡上反射后光束26以其主光線平行于拋物面的光軸被準直。配合物鏡系統的移動轉動旋轉鏡，可使光束26作平行移動以使其跟蹤物鏡系統13。
在上述實施例中，光束21被聚焦在轉鏡22上。為了避免由于反射表面上灰塵顆粒造成的反射光束強烈減少，最好應在反射鏡的背面帶有反射鍍層。然而反射面上可能存在的小孔(針孔)，仍能造成反射損失。假如光束21在轉鏡上面并不精確聚焦而恰好聚焦在其前或后方，以致于該光束在反射面上形成光斑，該光斑的尺寸要比小孔或灰塵顆粒大很多，所以這種小孔同時還有灰塵顆粒的影響可使反射大大減少。然而另一種情況是，由于照射掃描透鏡23(圖1)或凹面反射鏡31(圖3)的視在點在轉鏡旋轉時移動太遠或使光束26在此透鏡或反射鏡后的方向改變，所以光束21的焦點和轉鏡之間的距離不應太大。
轉鏡22上灰塵顆粒和針孔的影響，還可通過在光路中使用柱面透鏡來減小。使用柱面鏡的掃描裝置實施例，表示在圖4中。來自光學系統20的光束21，借助于柱面透鏡40將其在轉鏡22上聚焦成一條焦線41，此焦線與該轉鏡的轉軸平行。針孔或者灰塵顆粒僅能復蓋線形光斑41的很小一部分，所以光束受這種針孔和灰塵顆粒影響只達很小的程度。
為使掃描透鏡形成的光束24能夠保持準直，在光路中應當包括第二塊柱面光學元件。為此目的，掃描透鏡也可是柱面透鏡42，其柱面的軸線與柱面透鏡40的柱面軸線平行。而且在圖3的掃描裝置中，在如圖4中同樣的位置也可安置一個柱面透鏡40，以便減少灰塵顆粒和針孔對轉鏡22的影響。第二個柱面光焦度，于是可以通過賦于凹面反射鏡31以拋物線圓柱面形狀來取代拋物面截面提供。圖3的掃描裝置中，柱面透鏡40和拋物線圓柱面反射鏡的結合具有額外的優點，即光束26的寬度與轉鏡22的位置無關。
圖5表示根據本發明的掃描裝置實施例，由于轉鏡已被取消，所以它是非常緊湊的。轉鏡的功能已由可繞轉軸44旋轉的光學系統20來取代。光學系統20提供一條似乎來自轉軸44上一點的發散光束45，該點位于掃描透鏡23的焦點上。光學系統20可以作到體積小和重量輕，因而可以達到高掃描速度。垂直于掃描方向的光束45，可由該光學系統中的柱面光學元件進行準直。其所具有優點是，掃描透鏡23也可是柱面的，從而使該透鏡可以低成本制造。
為了用光束45進行掃描，可以使用電子驅動掃描機構46來代替機械驅動的掃描元件，如圖5b中表示的例如聲-光或者電-光掃描機構。
顯然，上述實施例中的許多元件可以組合在一起。例如圖4及5中表示的掃描裝置也可如參照圖1所描述的那樣，由不帶平面反射鏡25來構成。
當對記錄載體1進行掃描時，它必須確保由物鏡系統13形成的焦點11能同被掃描的軌跡對心。為此目的，該物鏡系統的位置和方向必須相對上述軌跡進行控制。光束26相對該物鏡系統的位置必須控制，以便保證物鏡10能被正確地照射。為這些控制用的信號的產生，將參照圖6和7進行解釋。
圖6以圖解表示掃描裝置的光路。由光源50提供的光束51，被光學系統52準直為光束26，隨后被物鏡10在信息層2上面聚焦成焦點11。信息層2上的軌跡垂直于圖面延伸。由信息層2反射的一部分光，靠分束鏡53偏離投射光束51射向檢測機構54。該分束鏡可以是分束棱鏡、光柵或者局部透射的反射鏡，此圖僅表示該分束鏡的界面。光源、分束鏡、檢測機構以及可能還有一部分光學系統，被容納在圖1所示的光學系統20中。光學系統52則包括掃描機構、掃描透鏡23以及可能存在的平面反射鏡25。
為了能對物鏡系統和光束26的相互位置和方向進行控制，必須對物鏡中心和光束26之間在X和Y方向上的偏差以及物鏡繞X及Y軸的傾斜進行測量，以便借助控制系統將位置偏差和傾斜消除。物鏡繞X軸的傾斜用傾斜角α表示，繞Y軸的傾斜用傾斜角β表示。物鏡的距離和傾斜，可以根據歐洲專利說明書0206396(PHN11.416)中介紹的原理進行測量。
為此目的，在物鏡的周圍靜止不動地固定一個圓環形的反射鏡57。此圓環形反射鏡具有錐形形狀，即反射表面上的法線不與物鏡10的光軸平行。此圓環形反射鏡對于落在物鏡入瞳外側的光束26的環形部分進行反射。為了滿意地確定位置，需使該光束具有的直徑比該錐形反射鏡的外徑小，或者需讓該光束的強度穿過此圓環形反射鏡沿徑向變化。為使此圓環形反射鏡相對該物鏡固定，圓環形反射鏡57可以構成物鏡座或者其上固定物鏡的連接件49的一部分，如圖6所示。此圓環形反射鏡或者換一種方式可以是分離的元件，被固定在物鏡連接件上面。在圖6中以虛線表示的經反射的環形光束56，經過分束鏡53入射在光敏檢測機構54上，并在此處形成環形光斑。
圖7為檢測機構54的正視圖。所表示Y和Z軸方向與圖6表示的結構相聯系。此檢測機構包括兩個以很窄的居間狹條(圖中未表示)隔開的檢測器圓環58和59，每一圓環分別包括四個檢測器61，62，63，64和65，66，67，68。在圖7中，圓環形光斑的兩個邊緣用虛線圓69來表示。此光斑的平均直徑等于居間狹條的平均直徑。
八個檢測器之間的光輻射分布，取決于圓環形反射鏡57因而也就是上面的物鏡10和光束26的相互位置和方向。物鏡系統繞X或Y軸的傾斜，其結果是使環形光斑69沿Y或Z方向移動。反射鏡57沿X或Y軸移動，將會引起環形光斑69中光分布按這樣一種方式變化在其沿X軸移動的情況下，檢測系統的上部能夠接收到比其下部更多或更少量的光輻射，因為對應這些檢測元件入射在環形反射鏡各部分上的光束26的光輻射量不再相等。與此類似，在其沿Y軸移動的情況下，檢測系統的左側部分能夠接收到比其右側部分更多或更少量的光輻射。
如果各檢測器的信號用大寫字母S表示，并以檢測器標號作為下標，則沿X及Y軸的位移分別以信號SX及SY表示，而繞這些軸的傾斜分別以信號Sα及Sβ表示，于是可以給出下式SX＝(S61+S62+S65+S66)-(S63+S64+S67+S68)SY＝(S62+S63+S66+S67)-(S61+S64+S65+S68)Sα＝(S62+S63+S65+S68)-(S66+S67+S61+S64)Sβ＝(S61+S62+S67+S68)-(S65+S66+S63+S64)合成信號SX，SY，Sα和Sβ是相互獨立的，并不顯示有任何交互干擾，因而各種位移和傾斜可相互獨立地進行檢測。物鏡繞Z軸轉動不會引起環形光斑69發生變化，因而不會影響所檢測的信號。當物鏡存在有沿Z軸的少量位移時，光斑69都不會變化。
為了能對物鏡系統和記錄載體上軌跡間相互位置進行控制，必須對物鏡系統沿Z軸形成的焦點11的位置和信息層2之間偏差，以及焦點11沿X軸的位置和被掃描軌跡的中心線之間的偏差進行測定。物鏡系統的位置可以借助于所檢測的偏差按這樣一種方式進行校正，使得光束在信息平面上總能銳利地聚焦，而且焦點跟蹤所要求的軌跡，盡管信息平面可能存在不均勻度和傾斜，軌跡可能有偏心。
物鏡系統在光束聚焦于信息平面上受到控制的Z方向所處的位置，通過傳統的調焦誤差檢測方法可被檢測為物鏡和信息層之間的距離。例如在圖6的光路中，離焦誤差(astigmatic focus error)的檢測方法，可以采用已知的而尤其是美國專利4，023，033的方法。為此目的，裝在分束鏡53和檢測機構54之間的光學元件(圖中未表示)，例如可導入象散的柱面鏡或者光柵，可以提供由信息層反射的象散光束55。該光束被作為檢測機構54一部分的四象限檢測器70所檢測。在圖7中，四象限檢測器的四個象限分別用標號71-74表示。代表調焦誤差即沿Z軸移動的信號SZ，以下式給出SZ＝(S71+S73)-(S72+S74)物鏡系統在光束的徑向跟蹤受到控制的X方向上相對軌跡的位置，利用傳的徑向跟蹤誤差檢測方法，可被檢測為焦點中心和被掃描軌跡中心線之間的距離。在圖6的光路中，例如還可利用已知的而尤其是美國專利4，057，833(PHN 8.290)中的推挽跟蹤誤差檢測方法。代表徑向跟蹤誤差即上述沿X軸距離的信號SR，可以下式給出SR＝(S71+S72)-(S73+S74)
徑向跟蹤誤差信號用SR表示，以使其有別于代表沿X方向上物鏡系統相對光束26位移的信號SX，寧可表示沿X方向焦點相對軌跡位移的信號。
圖4為根據本發明的線圈系統15實施例透視圖。此線圈系統包括兩列線圈對，每一線圈對又包括以其線圈軸線平行于Z軸的一個裝在另一個上方的兩個同軸的線圈。該透視圖的前側以截面表示兩對線圈，其一對包括線圈76和78，另一對包括線圈77和79。在容納物鏡系統的狹長切口14兩側的行程長度范圍內，兩列線圈對被排成平行的兩排。每一線圈對的兩個線圈被安裝在印刷電路板80的上、下兩側，以使這些線圈易于電連接在一起。掃描裝置中的其它一些帶有電連接的元件，如光學系統和用于掃描機構及線圈系統的控制機構，也可安裝在該印刷電路板上并與印刷電路電連接。線圈系統的上、下兩側配備有擋板75，以限制物鏡系統在Z方向上的偏移，且當通過靜止線圈系統的電流斷開時防止物鏡系統在裝置中誤入歧途。物鏡系統的移動最好在線圈系統恰好關斷之前到達行程的終點，并且靠一個例如插在線圈系統的狹長切口14中的桿75′將其制動在該點，從而使物鏡系統不能在狹長切口中往復運動而在關斷該裝置時受到破壞。此物鏡系統還可通過繞X軸斜置一或兩個制動銷而將物鏡系統夾在制動銷之間來制動。如果有時候該裝置不需要對記錄載體進行掃描，可推薦通過前述機械裝置之一將物鏡系統制動，以致于無須靠線圈系統保持物鏡系統的懸浮，因而能量消耗可以減少。
參照電流模型，能夠最簡單地闡明5-維促動機構以五個自由度移動物鏡系統的方式。在該模型中，軸向磁化的永久磁鐵用環繞該磁鐵外圍的電帶電流(electricalbandcurrent)表示。圖8a表示該物鏡系統處在四個相鄰線圈76-79之間居間位置時在Y-Z平面上所取的截面，X軸則與圖面垂直指向背后。電流以簡化形式被表示為與圖面垂直相交的集總電流，通過圓76′，77′，78′和79′來表示。環形磁鐵的虛擬帶電流，用集總電流12′和12″來表示。該圖表示的情況是，位于最靠近環形磁鐵的線圈77的這些繞組中的電流77′，其方向指向背后，而直接在下面的線圈79中的電流79′則指向前方。由于電流同向流動的元件相互吸引，所以環形磁鐵12的右側部分將被線圈77吸引并被線圈79排斥。對環形磁鐵12上面以F1和F2表示的力進行合成，可導致合力F3在+Z方向上。假如在物鏡系統另一側經過線圈76和78的電流具有圖中表示的方向，而且大小與經過線圈77，79的電流相等，那么作用在物鏡系統上向上方向的力在其兩側是相等的。通過同時控制電流76′，77′，78′和79′，便可控制物鏡系統沿Z軸的位置。假如將電流76′和78′的方向顛倒一下，那么物鏡系統左面一側所受的力是向下，而右首一側所受的力仍然向上。按照這種方式，便可實現物鏡系統繞X軸傾斜。與此類似，通過讓電流76′和77′相對所表示的情況倒向，可使物鏡系統沿Y軸移動。
如果物鏡系統沿X軸移動位置，則由電流76′，77′，78′和79′施加在環形磁鐵上的力，將隨著環形磁鐵和四個一組的線圈76-79間距離的增加而減小。為了避免力的減小，當物鏡系統沿X軸移動時，必須在此期間讓激勵電流逐漸通過下一個四個一組的線圈，以使激勵電流總能流過這些最靠物鏡系統的線圈。舉例來說，如果物鏡系統沿+X方向相對圖8a中表示的情況移過的距離等于該線圈周期之半，那么每一個電流76′，77′，78′和79′的一半必須流過四個一組的線圈76-79，而且另外一半必須沿同一方向流過接在上述第一個四個一組線圈之后的位于+X方向上的下一個四個一組線圈。接下去如果物鏡系統相對圖8a表示的情況移過的距離等于該線圈周期的四分之三，那么上述電流之間的比為1/4比3/4。此線圈周期等于沿X方向上一個接在另一個之后的兩個四個一組線圈中心間的距離。
物鏡系統沿X軸的運動，將參照圖8b表示的5-錐促動機構在X-Y平面內的截面進行解釋。Z軸垂直于圖面并指向前方。相對于圖8a的情況來說，物鏡系統沿X方向已移動線圈的半個周期。圖中分別表示出第一、第二及第三個四個一組線圈的蓋在上面的線圈76，77;81，82和83，84。這些四個一組線圈的蓋在下面的線圈，在圖8b中是看不到的。為了得到物鏡系統在+X方向上的運動，線圈76，77，81和82的電流76′，77′，81′和82′分別應處在圖中表示的方向上，而且每對線圈的蓋在上面和蓋在下面的線圈帶有同樣強度和同樣方向的電流。由于電流12′和82′以及12′和77′引起的作用在環形磁鐵上的吸力和斥力分別在環形磁鐵周圍合成，被表示為F4和F5。通過線圈77，82和兩個蓋在下面的線圈作用在環形磁鐵12上的合力F6，是在+X方向上。流過位于環形磁鐵左首一側的線圈76和81的電流，對該磁鐵施加同樣的合力。由電流76′，77′，81′和82′施加在物鏡系統上的總力因而也是在+X方向上。當物鏡系統沿X軸移動時，電流必須逐漸為其它線圈所取代，以便將有同樣的力施加在環形磁鐵上。如果物鏡系統的中心到達連接線圈81和82中心的線11處，則線圈81和82提供的向前的力減小到零。線圈81和82的作用隨后應由下一對線圈83和84取代，于是就由線圈76，77，83和84來保證沿X方向的運動。如果物鏡系統的中心靠近線12，那么線圈81和82可能再施加一個向前的力，并取代線圈76和77的作用。圈76，77，81和82以及相關的蓋在下面的線圈來實現。為此傾斜所要求的電流表示在圖8c中，它是位于物鏡系統右首一側從物鏡系統中心觀察到的四個線圈77，79，82和85的正視圖。環形磁鐵的虛擬電流12′被表示為長箭頭，以區別于由線圈77和79施加在環形磁鐵上的力和線圈82及85施加的力。環形磁鐵在+X方向上的部分即靠近箭頭12′頭部的部分，將被電流82′吸引并為電流85′排斥，因而在+Z方向上將作用一個力。環形磁鐵在-X方向上的部分將被電流77′排斥并為電流79′吸引，因而在-Z方向上產生一個力。兩個力可提供一個力偶，以使物鏡系統繞Y軸傾斜。顯然，物鏡系統左首一側線圈76和81以及蓋在下面的線圈中的電流分布，應與所產生的力偶相同及方向一致。如果物鏡系統的中心靠近連接線圈81和82中心的線11，那么線圈81和82的作用必須由下一對線圈83和84來取代，類似于沿X方向位移情況下的狀況，從而由線圈76，77，83和84以及蓋在其下的線圈來保證繞Y軸傾斜。
前已闡明，靜止線圈系統中的線圈必須受到激勵，激勵電流應當具有能使物鏡系統在五個自由度之一方向上運動的方向。顯然，對在相反方向上的同樣運動來說，線圈中被激勵的電流必須反向。假如物鏡系統必須同時完成不同的運動，例如移動和傾斜，那么被選定的線圈中的每一個線圈，必須以實現各單獨運動時有關線圈應被激勵的各單項電流之和進行激勵。在物鏡系統靜止不動的情況下，線圈仍必須在Z方向上對環形磁鐵施加以力，以便補償重力的作用。由于物鏡系統的重量很輕，故為此目的需要的電能通常都小于1瓦。
假如記錄載體在Z方向上有大的偏移，那么物鏡系統在此方向上需有大的行程。如圖8a，8b和8c表示的5-維促動機構在Z方向上需有大的行程。如圖8a，8b和8c表示的5-維促動機構在Z方向上的行程，可以通過在印刷電路板80的上、下線圈對之間設置附加一列線圈來加大，尤其象從歐洲專利說明書0233380(PHN11，626)中知道的那樣。此附加線圈于是主要用來在X和Y方向上移動物鏡系統，而線圈對主要用于沿Z方向上的移動和繞X及Y軸傾斜。在Z方向上的長行程還可借助另一種線圈系統來實現，其中在環形磁鐵12的上、下存在一個繞組部件，尤其象從歐洲專利申請0214677(PHD85-119)和0215498(PHD85-099)中知道的那樣。上述繞組可以是該線圈對或者附加的一列線圈的一部分。然而由于該繞組能在Z方向上封住物鏡系統，故其可取代檔板75的作用。
在根據本發明的掃描裝置的上述實施例中，這些線圈的線圈軸線平行于Z軸，而物鏡系統中的永久磁鐵也是在Z方向上磁化的。位于最靠近狹長切口的線圈繞組部分，對于力的產生是至關重要的。而遠離該狹長切口的那部分的方向是不大重要的。因此，線圈的軸線偏離Z方向對促動機構的工作僅有很小一點影響。然而在狹長切口一側線圈匝的密度必須盡可能大，以便借助給定的通過匝的電流對物鏡系統施加盡可能最大的力。線圈系統中使用矩形截面的單獨線圈，很容易實現這一點。此促動機構也可以加工成讓線圈軸平行于X軸，那么永久磁鐵就應在X方向上磁化。
對于物鏡系統和掃描機構的位置及方向進行控制，其目的是當記錄載體旋轉時能讓焦點11跟蹤記錄載體上的軌跡以進行讀出。根據本發明的這種控制，是建立在下述已知條件上的1)焦點的位置基本上靠物鏡的位置來確定;2)掃描機構的調節是由要求光束必須滿意地照在物鏡上來確定的;3)物鏡系統沿X軸的位置是從掃描機構的方向中引伸出來的。
圖9表示用于控制圖1掃描裝置中物鏡系統和掃描機構方向及位置用電路實施例的方框圖。光學系統20中產生的六個信號SX，SY，Sα，Sβ，SZ和SR，被用在下述電路中。徑向跟蹤誤差信號SR，表示焦點沿徑向即X方向被定位在被掃描軌跡上達到如何程度，被用于校正物鏡系統沿X方向的位置，以將誤差減小。調焦誤差信號SZ表示軌跡離開焦點的程度，被用來校正物鏡系統在Z方向上的位置。信號Sα及Sβ以角度表示物鏡的光軸繞X及Y軸轉動而延伸到照射光束的軸線上，被用來按這樣一種方式控制物鏡系統的方向，使這些角變得盡可能小。信號SY表示物鏡系統中心沿Y方向相對照射光束26中心移動的程度。通過對掃描機構作出滿意的設計，可以保證照射光束的中心總在線圈系統15的狹長切口14中心線上。借助于信號SY通過按這樣一種方式校正物鏡系統在Y方向上的位置，使得物鏡系統中心和光束中心間的距離盡可能小，還能將物鏡系統保持在從Y方向觀察到的狹長切口14的中心。信號SX表示物鏡系統中心在X方向上相對照射光束中心移動的程度，被用來按這樣一種方式控制轉鏡22，以使照射光束在X方向上盡可能精確地跟蹤物鏡系統，使在行程3中所有位置處的物鏡系統都能被準確地照射。對于旋轉鏡的調整是一種粗調，并可替代上述美國專利4，363，116描述裝置中對物鏡座的粗調。
如圖9中表示的那樣，光學系統20中產生的信號SX，經過放大及穩壓電路87加到單元88的控制輸入端。該單元包括用于使轉鏡22旋轉的促動機構以及為轉鏡用的方向傳感器。由此傳感器提供的信號SM，代表轉鏡的方向因而也就是照射光束沿X軸的位置。此傳感器可以是光學的、電容的或者電感的傳感器。放大及穩壓電路87包括已知的用于穩定轉鏡用控制器的放大器和濾波器。
信號SR，SY，SZ，Sα和Sβ，分別經過放大及穩壓電路89-93(其所具有的功能與放大及穩壓電路87類似)加到矩陣電路94的X，Y，Z，α和β控制輸入端。此矩陣電路本身可從歐洲專利說明書0233380(PHN 11.626)中了解到，它能為每一輸入信號產生出多個輸出電流以響應于該輸入信號并與其成正比，這些輸出電流被加到線圈系統15上面，以便實現物鏡系統根據有關輸入信號的運動。此矩陣電路在五個輸入信號和12個輸出電流之間建立起可代表矩陣中數量(number)的相互關系。例如，對于物鏡系統Z位置折信號SZ，經過放大及穩壓電路92加到矩陣電路94的Z控制輸入端。該矩陣電路隨后產生出圖8a中用76′，77′，78′和79′表示的這四個電流，促使物鏡系統沿Z軸移動。這四個電流與放大及穩壓電路92的輸出信號成正比。與此類似，可以為信號SY和Sα產生出加在與SZ相關的四個電流上的四個輸出電流。合成后的四個輸出電流，經過至少由五根導線構成的線束95(其中為每一輸出電流有一根導線，另有一根公用線)加到轉接器(commutator)96上。此矩陣電路為SX和Sβ的每一信號產生八個輸出電流，其中四個在圖8b中以76′，77′，81′和82′表示，被用來激勵電路板80上側的線圈，而其余四個等效的輸出電流被用來激勵電路板80上側的線圈，而其余四個等效的輸出電流被用來激勵蓋在下面的線圈。與SX和Sβ相關的兩組八個電流按兩個兩個相加在一起，隨后經過至少由9根導線構成的線束97加到轉接器96上。
為使本發明的裝置能夠滿意地運轉，需要有能使線束95及97中導線提供的電流按上述方式通過線圈系統15中線圈內的轉接器96。此轉接器可加工成不同的多少帶有傳統的方式。如果物鏡系統13處在圖8b表示的位置，那么線束95的四個電流必須加到線圈76，77，81，82以及四個蓋在下面的線圈上，如以上結合圖8a闡明的那樣。此外，線束97中八個電流的每一個，都必須通過四個一組線圈76，77，81，82以及蓋在其下面的四個一組線圈中的單個線圈，如以上結合圖8b闡明的那樣。在圖8b中如果物鏡系統13的中心位于連接線圈81和82中心的連線11上，那么線束95的四個電流必須通過線圈81，82及兩個蓋在下面的線圈，而且線束97的八個電流必須通過線圈76，77，83，84及蓋在下面的線圈。如果物鏡系統沿X軸發生移動，那么轉接器96就要保證逐漸有更多的電流通進物鏡系統朝其移動的線圈，逐漸有更少的電流通進物鏡系統背離其移動的線圈，以使該線圈系統施加給環形磁鐵的力與環形磁鐵的位置無關。與線圈和環形磁鐵的形狀有關，可能需要根據情況放大或者減小電流，以便得到所要求的與磁力無關位置。通過給獨立線圈以矩形截面，可降低對減小及放大電流的要求。假如線圈的周期與環形磁鐵的直徑相比較小，就必須增加物鏡系統附近被激勵的線圈個數，以便得到力的合適分布及避免大的電流強度。
為了滿意地選擇線圈，此轉接器必須能認別物鏡系統的位置。該信息是從單元88中位置傳感器的信號SM得到的，信號SM表示照射光束沿X軸的位置，且當控制起作用時還表示物鏡系統沿X軸的位置。在圖9中，轉接器能將12條輸入的電流按上述方式分配給一些輸出端，線圈系統的每一線圈一個輸出。線圈系統中的線圈個數，是由行程3的長度、物鏡系統的尺寸、環形磁鐵的磁場強度以及所要求的控制精度決定的。在圖9表示的裝置中，物鏡系統的直徑等于2至3個線圈周期，而且線圈系統的每一排都有九對線圈。因而在這種情況下，轉接器輸出的個數是36。
轉接器96的各個輸出端被接在放大器部件98的輸入端，以放大每一個進來的電流。放大器部件的每一個輸出又同線圈系統中的一個線圈相連。這些連接可通過導線和/或電路板80上的印刷軌跡實現。控制元件如放大及穩定電路、矩陣電路、轉接器和放大器部件以及光學系統20和單元88，可以裝在同一電路板80上，以便限制連接數和降低成本。
為使焦點能跳過一系列軌跡以便按加速方式到達另一軌跡時，必須讓物鏡系統在短時間內沿X方向迅速移動。為進行這種快速移動，可由該裝置產生一個基于知道焦點的現行位置和目前所需要位置的檢索信號SS。依次再由檢索信號SS激勵脈沖發生器99。由此脈沖發生器產生的脈沖，經過加法電路100加在信號SR上。在此脈沖持續過程中，在X方向將有較大的力作用在環形磁鐵上，此力首先將加速物鏡系統然后使其減速。快速移動的終點可以通過按已知方式對所通過的軌跡進行計數來確定，或者通過恰好在路程結束之前從記錄載體上讀出地址信息并且參照它定出物鏡系統必須停頓的點加以確定。
在工作時線圈系統必須對環形磁鐵施加常力以補償重力。在圖9中此力是在Z方向上。如果把一個其大小取決于物鏡系統質量及在Z方向上位移控制環參數的固定信號在電路101中，經過加法電路102加到信號SZ上，則沿Z軸進行位置控制的影響可以改善。
根據本發明的裝置于是可以工作如下。如果讓此裝置投入運行，那么光束首先射向線圈系統的狹長切口中物鏡系統所停留的位置。接著把對物鏡系統沿X及Y方向的位置控制、對繞X及Y軸旋轉的控制以及對轉鏡方向的控制啟動，對于重力可能存在的補償進行微調并將物鏡系統放開。如果裝上了記錄載體，就讓物鏡系統在+Z方向上移動直至靠近信息層2，在此之后把在Z方向上的調焦控制啟動。最后，被掃描的軌跡檢索到，隨后把徑向控制啟動。如果由于某種或它種原因使照射的光束照不到物鏡系統，那么所有的控制都必須關掉。然后讓該光束沿X方向穿過行程3進行掃描。一旦圖6中的檢測機構54測到物鏡系統的反射，就停止掃描并再一次接通所有控制。
物鏡系統的光軸和光束24主光線之間的夾角必須比較小，以便將控制啟動。換而言之，當控制被啟動時，圓環形輻射光斑69相對檢測器環58及59的偏心不可大于其直徑的四分之一。如果加大檢測機構的捕獲范圍，那么對于將物鏡系統制動在狹長切口中以啟動控制的機構的機械公差可以減輕。這在圖6表示的裝置中借助檢測機構54可以實現。該檢測機構可被看做一個帶有平行于Y和Z軸的邊界線的四象限檢測器，并且包括檢測器環58，59、四象限檢測器70以及位于圓環外側并在圖7中以標號111-114和121-124表示的檢測區。物鏡系統繞X或Y軸的傾斜，能夠引起輻射光斑69在檢測機構上沿Y或Z方向的相應位移，并可通過測量四個象限上的光分布進行檢測。假如由入射在這些檢測區的光產生出的信號用S111-S114和S121-S124來表示，那么在檢測機構上面沿Y及Z方向的光斑位移可用下述信號Sα′和Sβ′來表示Sα′＝(S122+S62+S66+S112+S72+S123+S63+S67+S113+S73)-(S121+S61+S65+S111+S71+S124+S64+S68+S114+S74)Sβ′＝(S121+S61+S65+S111+S71+S122+S62+S66+S112+S72)-(S123+S63+S67+S113+S73+S124+S64+S68+S114+S74)當具有更寬收集范圍的掃描機構控制器啟動時，首先將信號Sα′和Sβ′加在相應的α和β傾斜控制器的輸入端，以使光斑通到檢測機構的中心。然后分別由信號Sα和Sβ來取代信號Sα′和Sβ′，以對傾斜進行精密控制。由于檢測機構的收集范圍與檢測機構的大小成正比，故可通過檢測機構尺寸改變來選擇收集范圍。假如在每一象限中檢測機構的一部分檢測區(例如處在環58中的部分)未被用來產生信號Sα′和Sβ′，那么用來產生這些信號的電路可以簡化而不會對捕獲范圍產生不利影響。如果只有檢測環58和59被利用，那么可以得到特別簡單的電路。在這種情況下，信號Sα′和Sβ′分別與前面指出的信號SY和SX相同。當控制器啟動時，首先將信號SY和SX加在α和β傾斜控制器的輸入端，隨后借助開關將這些信號用信號Sα和Sβ取代。
在某些應用中，例如在對帶有模擬編碼的視頻信息或數字編碼的數據的記錄載體進行讀出時，可能需要對焦點的切向位置偏差(也可稱之為時間誤差或者斷點)進行校正。實現這種校正的儀器表示在圖10中。可以從光學系統20中的檢測機構得出的信息的信號SI，在模擬視頻信息的情況下還可包括同步信息。同步信號分離器105從該視頻信息中取出同步信息并將帶有該同步信息的信號加到比較電路106上。振蕩器例如時基振蕩器107產生一個固定頻率的信號，也被加到比較電路106上。此比較電路的輸出信號ST與此兩輸入信號間的相位差成正比，因而也就是記錄載體被讀出時切向時間誤差的量度。通過校正焦點橫過被掃描軌跡沿切向的位置，可以對時間誤差進行校正。在圖10所示的儀器中，控制器分成快控制和慢控制。在快控制中，物鏡系統在Y方向上的位置是由信號ST控制的。為此目的，可將信號ST經過放大及穩壓電路108接在矩陣電路94的Y輸入端，沿X方向控制物鏡系統，如參照圖9說明的那樣接下去進行。在僅包括快速控制的機構中，必須既對小又對大的時間誤差都以快速控制進行校正，存在的危險是物鏡系統在Y方向上可能貼在線圈系統上面。為了避免這一點，對于大的時間誤差提供慢速控制，用來校正記錄載體的旋轉速度。慢速控制使用的是信號SY，該信號表示物鏡系統相對照射光束離心的程度，因而也就是相對線圈系統的狹長切口14離心的程度。通過把信號SY經過放大及穩定電路109加在控制器110的控制輸入端以驅動馬達轉軸，可按這樣一種方式控制馬達的轉數，以使信號SY盡可能小，因而物鏡系統大概保持在此狹長切口的中心。
通過將各種元件如放大及穩定電路、矩陣電路、轉接器和放大器部件集成在少數電路甚或一個電路中，為控制所需要的電子設備可以做得緊湊些。如果全部信號或其一部分進行數字化處理，還可達到進一步簡化。元件89-101的功能隨后可由一或多個計算單元來完成。此外，線束95和97中的導線數還可以減少。信號的模/數和數/模轉換經常能以高速率和小比特寬度實現，在許多情況下1比特寬度就足夠了。
根據本發明的掃描裝置的優點在于，光學元件和電磁元件具有很寬的測量和位置公差，故其具有低的成本。為掃描軌跡所需要的焦點的定位精度因而也就是物鏡系統的定位精度高，是靠上述控制器實現的。它能以在Z方向上為1μ之內及在X方向上為0.1μ之內的精度將物鏡系統保持在所需要的位置上。對于掃描光學記錄載體的裝置來說，這些都是普通性公差。掃描機構22并不需要有這樣的精度。事實上焦點的位置與照射光束相對物鏡系統的位置無關，僅要求物鏡系統中的物鏡能從光束中接收到足夠的光。由于這個原因，對于光束來說，在X及Y方向上有約1mm的定位精度就足夠了。象這樣的精度靠上述實施例實現沒有任何問題。由于線圈系統中各線圈的形位偏差造成的線圈施加力可能出現的大小和方向偏差，完全可由反饋控制進行補償。對于交互干擾也一樣，由線圈系統驅動物鏡系統在給定的方向上移動或者傾斜，也可造成在另外方向上的少量位移和/或傾斜。在代表例如物鏡系統在Y方向上位置的信號會受到該系統繞X軸傾斜影響的檢測機構中，交互干擾是那樣小，以致于對控制并無任何顯著的影響。靠控制器提供的小的交互干擾和自動補償，能夠保證該裝置具有很寬的制造公差而仍能達到所要求的掃描精度。
控制器中周知的問題是發生失調。這可由譬如檢測機構的對中未完全校正、照射光束中的非旋轉對稱分布或者放大器的失調引起。這些失調可在掃描裝置的組件中作一次補償。或者換一種方式，可以在作業過程中對此補償定期進行校核及修正。后者可以通過讀出軌跡及借助誤差校正系統(通常存在于讀出數字信息的裝置中)通過確定讀出信息中的誤差數來進行。在元件的未校正調諧情況下，例如在物鏡系統的傾斜由信號Sα失調引起的情況下，誤差數將增加。通過改變此傾斜，可以確定讀出軌跡信息中誤差數為最少的方向。象這樣的失調現在必須加在信號Sα上，以使物鏡系統占據所需要的位置。在這種補償中，一控制器對另一控制器可能存在的交互干擾應當考慮。
盡管上述裝置的全部實施例都是建立在對圓盤形狀的光學記錄載體進行掃描基礎上的，然而它另外也可用于非圓形的記錄載體，例如記錄卡形式。雖然，上述原理對于掃描任意表面都是適用的。本裝置的優點是把物鏡的高分辨率(由于其可能具有高數值孔徑的物鏡)和高掃描速度(由于為物鏡系統配備了促動機構)結合在一起。如果被掃描的表面沿Y方向運動，那么這種運動與物鏡系統沿直線在X方向運動一起就在直角坐標系中產生該表面的象，從而將圖形信息的處理簡化。這種高數值孔徑和高速度的結合，非常適合尤其是對生物制劑進行掃描。
權利要求
1.一種對表面進行光學掃描用的裝置，它包括用于提供輻射光束的光源、安裝在物鏡系統上面以將光束聚焦在該表面上的物鏡，以及用以使物鏡系統在給定行程范圍內移動的驅動機構，其特征在于，在光源和物鏡之間光束的行進路程中安裝有其長度約等于行程長度的光焦度元件，而且該裝置包括安裝在光源和上述光焦度元件之間的掃描機構，以便透過光焦度元件進行光束掃描，借以將光束平行其自身在物鏡系統行程數量級的距離范圍內移動。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，光束被聚焦在位于光源一側的光焦度元件的焦點上。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，該焦點基本上位于光束被掃描時所圍繞的光軸上。
4.如權利要求1，2或3所述的裝置，其特征在于，該掃描機構包括旋轉鏡。
5.如權利要求1，2或3所述的裝置，其特征在于，該掃描機構包括用以使光源轉動的機構。
6.如上述權利要求中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，在輻射光束的光路中至少安裝一塊柱面光學元件。
7.如權利要求1至6中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，光焦度元件包括透鏡。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，該透鏡是由想象中的圓形透鏡的長條形非中心部分加工成的，而且光束在圓形透鏡的光軸上聚焦。
9.如權利要求1至6中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，光焦度元件包括凹面反射鏡。
10.如權利要求1至9中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，在光源和物鏡之間裝有平面反射鏡。
11.如上述權利要求中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，該裝置包括用以確定由掃描機構發出的光束方向的檢測器，該檢測器的輸出接在物鏡驅動機構的控制輸入端。
12.如上述權利要求中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，該裝置包括用以產生代表物鏡系統方向信號的四象限檢測器。
13.如上述權利要求中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，物鏡的周圍裝有大致為錐狀的圓環形反射鏡，用于將光束的一部分反射向檢測機構，以便產生出代表物鏡系統位置和方向的信號。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，用以驅動物鏡系統運動的永久磁鐵裝在物鏡系統中，而且驅動機構還包括靜止不動的線圈系統，用以按電磁方式無接觸地驅動物鏡系統沿三條左右垂直的軸線移動及繞上述軸線傾斜，該線圈系統包括位于物鏡系統兩側行程長度范圍內的兩列互相平行的線圈時，而且每一線圈對又包括沿物鏡光軸方向一個裝在另一個上方的兩個線圈。
全文摘要
本發明所述的裝置用于以物鏡(10)形成的焦點(11)對表面(2)進行光學掃描。該物鏡以電磁方式懸置在靜止不動的線圈系統(14)中，此線圈系統可驅使物鏡以五個自由度運動。光束(21)經過轉鏡(22)和掃描透鏡(23)之后被整形為準直光束(24)，此準直光束靠轉鏡的轉動可平行其自身移動，以便跟蹤物鏡的運動。
文檔編號G11B7/085GK1080419SQ9310698
公開日1994年1月5日 申請日期1993年6月16日 優先權日1992年6月19日
發明者G·E·范洛斯馬倫 申請人:菲利浦電子有限公司