对于表面进行光学扫描用的装置的制作方法

专利名称：对于表面进行光学扫描用的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在XYZ直角坐标系中于X方向上在给定的行程范围内对于基本上平行于X-Y平面的表面进行光学扫描用的装置，该装置包括用于提供辐射光束的辐射源;用于将光束沿Z方向聚焦在该表面上的物镜，所述物镜安装在包括永久磁铁在内的物镜系统中;以及以电磁方式悬置及驱动物镜系统的线圈系统，所述线圈系统包括多个线圈对，每一线圈对又包括沿Z方向一个安装在另一个上方的两个线圈。
这种类型的扫描装置，尤其适合对于其上信息按多条同心轨迹或拟同心轨迹集合一起形成的螺旋形轨迹排列的圆盘形状光学记录载体进行读出。记录载体上的单条轨迹，可以通过转动记录载体进行扫描。为了扫描其它各条轨迹，必须让物镜横过这些轨迹沿径向或X方向移动。为了缩短对存储信息的存取时间，必须能将物镜横过这些轨迹迅速移动。
如开头一段描述的装置，可从日本应用物理杂志Vol.26(1987)增刊26-4，pp.195-197公布的“一种漂浮镜头促动机构”一文中了解到。在此已知的装置中，物镜系统以其光轴沿Z轴方向，而且包括为线圈系统环绕的圆环形磁铁，以按电磁方式支承并以五个自由度驱动物镜系统。此线圈系统包括三个线圈对，成圆形地定位在物镜系统周围。通过正确地激励这些线圈，可使物镜系统相对该线圈系统在X，Y和Z方向上移动及绕X及Y轴转动。由于这些线圈在X-Y平面内是紧贴围绕在物镜系统周围的，故其沿X及Y方向的行程受到局限。当对光学记录载体进行扫描时，在X方向上需要有长的行程，以便能将物镜系统形成的扫描光斑配置在记录载体的每一轨迹上。为此目的，已知装置中的线圈系统是装在可沿X方向在所需要的长行程范围内移动的底座上的。于是物镜系统沿X轴位置的粗调可借助底座实现，而带环形磁铁的线圈系统则保证其沿X轴的细调。
已知装置的缺点在于底认的质量比较大。这就使实现对记录载体上轨迹的短存取时间变得困难。
本发明的目的在于提供可以实现短存取时间的扫描装置。
为此目的，根据本发明的扫描装置，其特征在于，线圈系统是按静止不动的方式固定在扫描装置中的，并且包括位于物镜系统两侧的行程长度范围内的两列彼此平行的线圈时，与永久磁铁按磁性方式配合贯穿整个行程。线圈系统不再装在可移动的底座上，但被固定在扫描装置中。对线圈中产生热在散失方面的合理要求，可以很容易实现，例如借助于其上安装该线圈的平板。两列线圈对与物镜系统结合在一起，便构成了在X方向上具有长行程的线性促动机构。由于物镜系统不再经由底座产生移动，而在X方向方直接靠线圈系统驱动，所以被移动的质量是非常小的，于是提供了缩短存取时间的可能性。
为了限制物镜系统在Z方向上的偏移，该装置在两列线圈对上面最好配备有挡板75。
根据本发明的扫描装置，其优选的特征在于，配备有可开关的机械机构，以将物镜系统保持在给定位置。当线圈系统未被激励时，该机构可以防止物镜系统以未被控制的方式在线圈系统中发生运动而由其造成破坏。
本发明扫描装置的特定实施例，其特征在于，在与线圈轴垂直的截面内，该线圈具有大致为矩形的截面。这样的线圈易于缠绕，而且具有进一步的优点在于此促动机构的内侧可以尽可能密的匝数充填，以使线圈能给物镜系统施加更大的力。
根据本发明扫描装置，其最佳特征在于，配备有转换通过线圈对的电流用的转换器以及用以确定物镜系统X位置的检测器，该检测器的输出接在该转换器的控制输入端。此转换器特别保证只有靠近物镜系统的线圈能被接通，以使激励线圈系统只需很少一点能量。
根据本发明的最佳实施例，其特征在于，用于使物镜系统沿Y及Z方向移动和绕X轴旋转的转换器，同时接通物镜系统一侧的不是一对就是两对线圈及在另外一侧相对排列的同样数目的线圈对，取决于该物镜系统所处的X位置。物镜系统的上述移动，可以靠仅激励那些处在最靠近物镜系统中心位置的线圈对来实现。当物镜系统沿X轴发生位置位移时，被接通的线圈对的个数在2和4之间变化。
根据本发明扫描装置的另一最佳实施例，其特征在于，用于使物镜系统沿X方向移动及绕Y轴转动的转换器，同时接通物镜系统一侧的两对线圈及其另一侧与其相对排列的同样两对线圈，被接通的线圈对之间沿X方向的距离，取决于物镜系统的X位置。物镜系统的上述移动，可通过激励沿X方向观察位于物镜系统中心两侧的四对线圈来实现。
根据本发明的扫描装置最佳实施例，其特征在于，围绕物镜周围装有轴向磁化的环形永久磁铁，而且这些线圈的线圈轴基本上平行于Z轴。象这样的园环可以简单方便的方式配置，并能对物镜系统的位置和方向提供五个自由度的控制。假如物镜系统是绕Z轴对称的，则绕Z轴旋转的第六个自由度是不相干的。
为使辐射光束能够照射在物镜系统之上，该扫描装置的优选特征在于在光源和物镜之间的辐射光束的光路中装有其长度约等于行程长度的光焦度元件;而且该扫描装置包括装在光源和上述光焦度元件之间的扫描机构，用以穿过光焦度元件进行光束扫描，从而使光束平行其自身沿X方向在物镜系统行程范围内移动。该扫描机构例如可以是非常轻的旋转镜，以使光束能够跟随非常迅速移动的物镜系统。
光束的方向乃是物镜系统在X方向上位置的指示。这就提供一种利用扫描机构的位置信号(指明光束的方向)作为转换器控制信号的可能性。
根据本发明扫描装置的实施例，其特征在于，物镜系统包括沿X方向延伸的两块永久磁铁。如果磁铁的外形并非绕Z轴旋转对称，而是沿X方向延伸，例如以两块条形磁铁的形式，那么物镜系统的位置和方向就可以六个自由度进行控制。于是就可与物镜光轴成45°角将一块反射镜装在物镜系统中，以使平行于X轴传播的光束可在物镜中反射。
当把线圈系统沿X方向装在狭长切口两侧的印刷电路板上，且当这些线圈也与该印刷电路电连接时，该扫描装置的结构可以简化。此外，光源、其它光学元件和电子控制机构也可装在该电路板上。
本发明的这些以及其它一些情况，由参照下述实施例所作的解释中将更加明白。在附图中，


图1表示根据本发明的包括扫描透镜的扫描装置;
图2a表示圆形透镜的中心截面形式的扫描透镜;
图2b表示由圆形透镜的两处非中心截面加工形成的两块扫描透镜;
图3表示包括有凹面反射镜的扫描装置;
图4表示包括柱面透镜的扫描装置;
图5a表示包括转动光源的扫描装置;
图5b表示电子驱动扫描装置;
图6图解表示该扫描装置的光路;
图7为检测机构的正视图;
图8a，8b及8c为处在静止不动的线圈系统中的物镜系统的三张视图;
图9表示为物镜系统和转镜用的控制电路的电路图;
图10表示校正切向时间误差用的控制电路的电路图，以及图11表示包括6-维促动机构的扫描装置。
不同图中的相同标号表示相同的元件。
图1表示用于扫描圆盘形状的光学记录载体11用的扫描装置。记录载体上的信息是以大量的光学可读区(未表示)的形式储存在信息层2中的，此光学可读区被安排成许多同心的轨迹或者许多拟同心轨迹结合一起构成的螺旋形轨迹。这些轨迹的集合跨过具有给定宽度3的一些环进行延伸。信息层2的上面配备有防护层4，并由透明的基片5来支承。信息层2的读出，是透过基片进行的。该记录载体被安装在由马达驱动(图中未表示)的旋转轴6上。为清楚起见，该记录载体被表示在该转轴上方某种距离处。
借助物镜10，通过在信息层上被聚焦为焦点11的光束对信息层2进行扫描。物镜10和装在该物镜周围的轴向磁化的环形磁铁12一起，构成了物镜系统13，根据本发明，此物镜系统是以电磁方式悬置在细长的静止不动线圈系统15的狭长切口14中的，利用此线圈系统可使物镜系统沿半径方向即横过轨迹方向移动。通过让记录载体旋转，可对一条轨迹进行扫描以从这条轨迹上读出信息或写入信息。为了能对记录载体1上的所有轨迹进行扫描，必须能让物镜系统沿径向相对于记录载体在至少等于该轨迹集合宽度3的距离范围内移动。环形磁铁12与线圈系统15一起，构成了决定物镜系统能以五个自由度运动的5-维促动机构。参照原点在物镜中心的以X、Y、Z为轴的直角座标系，可以简单地观察到这五个自由度。在图1中，为清楚起见该坐标系被表示在该装置附近。X、Y和Z方向分别对应于记录载体平面内的半径方向和切线方向以及垂直于上述平面的轴线方向。上述五个自由度是指沿X、Y和Z方向的三个平移运动以及绕X和Y轴的两个转动。绕Z轴即物镜的光轴旋转的第六个自由度之所以无关紧要，是因为物镜系统在Z轴周围是对称的。沿X方向的平移，用来使焦点11沿半径方向被保留在被扫描的轨迹上(径向跟踪)，并使物镜系统从一条被扫描的轨迹移动到另一条被扫描的轨迹。沿Z方向的平移，被用来将焦点维持在信息层2平面内(聚焦)。沿Y方向的平移，被用来保持物镜系统13与线圈系统中的线圈与线圈之间的同心，并校正可能出现的切向时间误差，例如当对带有视频信息的记录载体进行扫描时。围绕X和Y轴的两个转动，被用来保持物镜10的光轴能同发射光束的主光线平行。对于该物镜系统在线圈系统中所处位置及方向的控制，此系统的结构以及为控所需信号的产生，将参照图6至10进行描述。
上述5-维促动机构的优点在于运动部分即物镜系统13的紧凑性。已知的促动机构例如上述日本应用物理杂志中描述的促动机构的运动部分，包括容纳有调焦执行机构(以使物镜沿轴线方向移动)和平面反射镜(以将水平传播的光束向上射出及沿径向细调焦点)的底座。这样的底座是比较重的，例如大于20克，而且需要大的力才能将此底座迅速地移向被扫描的轨迹。根据本发明的扫描装置是按这种方式设计的，只有物镜系统13是此促动机构的运动元件。此物镜系统可以作到非常轻，例如具有小于1克的重量，所以能够非常迅速地移动。显然，根据本发明的扫描装置，对于任选轨迹的存取时间，因而将大大短于已知装置中的存取时间。另一个在现有装置中存在而在根据本发明的装置中不会产生的底座问题是，该底座具有本征振动频谱。如果本征振动的频率处在控制底座的带宽之内，那么在控制环中将会有相位丢失，并可导致控制的不稳定性。例如通常用在底座上悬挂物镜系统的片簧，其寄生的本征振动频率经常在500赫和2千赫之间。此底座各组成部件的固有频率通常在1千赫至20千赫之间。这些频率的大部分都处在底座控制器的通常为1至4千赫(取取于所要求的控制速率)范围内的带宽中。由于本发明中物镜系统13是一个具有特征尺寸为5毫米的紧凑体，对它来说，其本征振动频率都在100千赫以上，即远远高于控制器的带宽，且在根据本发明的扫描装置中具有该物镜系统为沿径向移动的元件，故本装置的优点在于控制器更加稳定。在根据本发明的扫描装置中，由于物镜系统不再靠片簧悬挂，所以使用片簧时所特有的问题，例如弹簧常数和阻尼的变化而使焦点控制变得不稳定，将不再会产生。
对于记录载体1进行扫描用的光辐射，是由包括光源在内的(例如二极管激光器)光学系统20提供的。此光学系统所提供的光束21，借助于图1中表示的包括有转镜22的扫描机构以给定的角度范围进行扫描。根据本发明，该光束21在转镜的旋转轴上被聚焦为一个点。此点也就是光焦度元件23的前焦点。在图1中，光焦度元件23是一块扫描透镜，即圆形透镜的条形截面。由于光束21被聚焦在此扫描透镜的焦点上，故经过此扫描透镜后的光束24将以其主光线平行于扫描镜光轴而被准直。转镜22可在扫描透镜23的整个长度范围的进行光束扫描，以使该准直光束能在同一长度范围内移动。由于转镜22处在扫描透镜的焦点上，故在光束24移动时其主光线始终与扫描透镜的光轴保持平行。与扫描透镜的光轴成45°角安装的平面反射镜25，能将光束24反射为其主光线平行于Z轴的光束26而投射向物镜10。接下去，物镜又将光束26在信息层2上聚焦为焦点11。转镜按一定方式加以控制，以使光束26基本上能入射在物镜10的中心。被信息层反射的光束，经过上述光路返回到按已知方式配备了光敏检测机构(未在图中表示)的光学系统20，并由该检测机构借助于信号处理及解码电路将被反射光束的调制转换成包含有从记录载体上读出信息的信息信号，并可能转换成伺服信号，以进行径向控制和调焦。
显然，以成45°角安装在平面反射镜25，并不需要象上述日本应用物理杂志所述扫描装置中具有同样功能的反射镜那样需要移动。因此运动部分将变得更轻和更紧凑，从而提供其本征振动频率。此外，象上述美国专利中的平面反射镜是固定在物镜系统上的，于是就需要为物镜系统安置第六个绕Z轴旋转的自由度，以将该反射镜保持在面向投射光束的方向上。这会使促动机构复杂化。运动部件即物镜系统13和转镜22的重量轻，就有可能提供非常短的存取时间。
除了上述平面镜25或者取代该平面镜25之外，用以将光路折弯的反射镜也可在光路中安装在任何随意位置。此平面反射镜可安置在光学系统20和转镜22之间，以及/或者安置在转镜22和扫描透镜之间来取代在扫描透镜23和物镜10之间。如果取消平面反射镜25，那么扫描透镜23就必须相对图1中表示的位置相对X轴转90°，并安置在物镜系统的下方。
扫描透镜23所具有的长度，至少能复盖物镜系统13的行程。对于扫描透镜提出的给出所要求的高质量光路方面的光学要求，并非不顾其长度非常严格的。这是因为光束在任何情况下所利用的只是扫描透镜的很小一部分，所以只有复盖上述少部分的扫描透镜的光学误差者是重要的。
图1中表示的扫描透镜23，是由圆形透镜的中心取出来的条形截面。由圆形透镜27中只能加工出一个这样的截面，如图2a所示。点划线28表示该圆形透镜的光轴，它还通过扫描透镜23的中心。然而如图2b所示，由单块圆形透镜27可以得到两块条形的截面。一个截面29位于圆形透镜的光轴28向上，另一个以虚线表示的截面30则位于光轴的下面。圆形透镜的光轴现在不再经过截面29或30的中心。当把这种离轴的截面29或30装在扫描装置中时，为此它应当确保象共轴截面23那样，使其不会被来自条形透镜焦平面内轴上点的光线穿过平行于该圆形透镜光轴的条形透镜中心所照射。事实上条形透镜29或30其时会有来自其自身光轴之外点的照射。这就使透镜产生误差如彗差，此彗差只能借助多块透镜如双合透镜来补偿。透镜的误差可以通过由圆形透镜27光轴28上的点照射条形透镜29或30上来消除。
图3表示根据本发明的扫描装置实施例，其中的光焦度元件是以条形的凹面反射镜31取代条形透镜。光束21被聚焦在转镜22转轴上的一点。该点也就是截面为抛物线的凹面反射镜31的焦点。由于光束21被聚焦在凹面反射镜的焦点上，故在凹面反射镜上反射后光束26以其主光线平行于抛物面的光轴被准直。配合物镜系统的移动转动旋转镜，可使光束26作平行移动以使其跟踪物镜系统13。
在上述实施例中，光束21被聚焦在转镜22上。为了避免由于反射表面上灰尘颗粒造成的反射光束强烈减少，最好应在反射镜的背面带有反射镀层。然而反射面上可能存在的小孔(针孔)，仍能造成反射损失。假如光束21在转镜上面并不精确聚焦而恰好聚焦在其前或后方，以致于该光束在反射面上形成光斑，该光斑的尺寸要比小孔或灰尘颗粒大很多，所以这种小孔同时还有灰尘颗粒的影响可使反射大大减少。然而另一种情况是，由于照射扫描透镜23(图1)或凹面反射镜31(图3)的视在点在转镜旋转时移动太远或使光束26在此透镜或反射镜后的方向改变，所以光束21的焦点和转镜之间的距离不应太大。
转镜22上灰尘颗粒和针孔的影响，还可通过在光路中使用柱面透镜来减小。使用柱面镜的扫描装置实施例，表示在图4中。来自光学系统20的光束21，借助于柱面透镜40将其在转镜22上聚焦成一条焦线41，此焦线与该转镜的转轴平行。针孔或者灰尘颗粒仅能复盖线形光斑41的很小一部分，所以光束受这种针孔和灰尘颗粒影响只达很小的程度。
为使扫描透镜形成的光束24能够保持准直，在光路中应当包括第二块柱面光学元件。为此目的，扫描透镜也可是柱面透镜42，其柱面的轴线与柱面透镜40的柱面轴线平行。而且在图3的扫描装置中，在如图4中同样的位置也可安置一个柱面透镜40，以便减少灰尘颗粒和针孔对转镜22的影响。第二个柱面光焦度，于是可以通过赋于凹面反射镜31以抛物线圆柱面形状来取代抛物面截面提供。图3的扫描装置中，柱面透镜40和抛物线圆柱面反射镜的结合具有额外的优点，即光束26的宽度与转镜22的位置无关。
图5表示根据本发明的扫描装置实施例，由于转镜已被取消，所以它是非常紧凑的。转镜的功能已由可绕转轴44旋转的光学系统20来取代。光学系统20提供一条似乎来自转轴44上一点的发散光束45，该点位于扫描透镜23的焦点上。光学系统20可以作到体积小和重量轻，因而可以达到高扫描速度。垂直于扫描方向的光束45，可由该光学系统中的柱面光学元件进行准直。其所具有优点是，扫描透镜23也可是柱面的，从而使该透镜可以低成本制造。
为了用光束45进行扫描，可以使用电子驱动扫描机构46来代替机械驱动的扫描元件，如图5b中表示的例如声-光或者电-光扫描机构。
显然，上述实施例中的许多元件可以组合在一起。例如图4及5中表示的扫描装置也可如参照图1所描述的那样，由不带平面反射镜25来构成。
当对记录载体1进行扫描时，它必须确保由物镜系统13形成的焦点11能同被扫描的轨迹对心。为此目的，该物镜系统的位置和方向必须相对上述轨迹进行控制。光束26相对该物镜系统的位置必须控制，以便保证物镜10能被正确地照射。为这些控制用的信号的产生，将参照图6和7进行解释。
图6以图解表示扫描装置的光路。由光源50提供的光束51，被光学系统52准直为光束26，随后被物镜10在信息层2上面聚焦成焦点11。信息层2上的轨迹垂直于图面延伸。由信息层2反射的一部分光，靠分束镜53偏离投射光束51射向检测机构54。该分束镜可以是分束棱镜、光栅或者局部透射的反射镜，此图仅表示该分束镜的界面。光源、分束镜、检测机构以及可能还有一部分光学系统，被容纳在图1所示的光学系统20中。光学系统52则包括扫描机构、扫描透镜23以及可能存在的平面反射镜25。
为了能对物镜系统和光束26的相互位置和方向进行控制，必须对物镜中心和光束26之间在X和Y方向上的偏差以及物镜绕X及Y轴的倾斜进行测量，以便借助控制系统将位置偏差和倾斜消除。物镜绕X轴的倾斜用倾斜角α表示，绕Y轴的倾斜用倾斜角β表示。物镜的距离和倾斜，可以根据欧洲专利说明书0206396(PHN11.416)中介绍的原理进行测量。
为此目的，在物镜的周围静止不动地固定一个圆环形的反射镜57。此圆环形反射镜具有锥形形状，即反射表面上的法线不与物镜10的光轴平行。此圆环形反射镜对于落在物镜入瞳外侧的光束26的环形部分进行反射。为了满意地确定位置，需使该光束具有的直径比该锥形反射镜的外径小，或者需让该光束的强度穿过此圆环形反射镜沿径向变化。为使此圆环形反射镜相对该物镜固定，圆环形反射镜57可以构成物镜座或者其上固定物镜的连接件49的一部分，如图6所示。此圆环形反射镜或者换一种方式可以是分离的元件，被固定在物镜连接件上面。在图6中以虚线表示的经反射的环形光束56，经过分束镜53入射在光敏检测机构54上，并在此处形成环形光斑。
图7为检测机构54的正视图。所表示Y和Z轴方向与图6表示的结构相联系。此检测机构包括两个以很窄的居间狭条(图中未表示)隔开的检测器圆环58和59，每一圆环分别包括四个检测器61，62，63，64和65，66，67，68。在图7中，圆环形光斑的两个边缘用虚线圆69来表示。此光斑的平均直径等于居间狭条的平均直径。
八个检测器之间的光辐射分布，取决于圆环形反射镜57因而也就是上面的物镜10和光束26的相互位置和方向。物镜系统绕X或Y轴的倾斜，其结果是使环形光斑69沿Y或Z方向移动。反射镜57沿X或Y轴移动，将会引起环形光斑69中光分布按这样一种方式变化在其沿X轴移动的情况下，检测系统的上部能够接收到比其下部更多或更少量的光辐射，因为对应这些检测元件入射在环形反射镜各部分上的光束26的光辐射量不再相等。与此类似，在其沿Y轴移动的情况下，检测系统的左侧部分能够接收到比其右侧部分更多或更少量的光辐射。
如果各检测器的信号用大写字母S表示，并以检测器标号作为下标，则沿X及Y轴的位移分别以信号SX及SY表示，而绕这些轴的倾斜分别以信号Sα及Sβ表示，于是可以给出下式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)合成信号SX，SY，Sα和Sβ是相互独立的，并不显示有任何交互干扰，因而各种位移和倾斜可相互独立地进行检测。物镜绕Z轴转动不会引起环形光斑69发生变化，因而不会影响所检测的信号。当物镜存在有沿Z轴的少量位移时，光斑69都不会变化。
为了能对物镜系统和记录载体上轨迹间相互位置进行控制，必须对物镜系统沿Z轴形成的焦点11的位置和信息层2之间偏差，以及焦点11沿X轴的位置和被扫描轨迹的中心线之间的偏差进行测定。物镜系统的位置可以借助于所检测的偏差按这样一种方式进行校正，使得光束在信息平面上总能锐利地聚焦，而且焦点跟踪所要求的轨迹，尽管信息平面可能存在不均匀度和倾斜，轨迹可能有偏心。
物镜系统在光束聚焦于信息平面上受到控制的Z方向所处的位置，通过传统的调焦误差检测方法可被检测为物镜和信息层之间的距离。例如在图6的光路中，离焦误差(astigmatic focus error)的检测方法，可以采用已知的而尤其是美国专利4，023，033的方法。为此目的，装在分束镜53和检测机构54之间的光学元件(图中未表示)，例如可导入象散的柱面镜或者光栅，可以提供由信息层反射的象散光束55。该光束被作为检测机构54一部分的四象限检测器70所检测。在图7中，四象限检测器的四个象限分别用标号71-74表示。代表调焦误差即沿Z轴移动的信号SZ，以下式给出SZ＝(S71+S73)-(S72+S74)物镜系统在光束的径向跟踪受到控制的X方向上相对轨迹的位置，利用传的径向跟踪误差检测方法，可被检测为焦点中心和被扫描轨迹中心线之间的距离。在图6的光路中，例如还可利用已知的而尤其是美国专利4，057，833(PHN 8.290)中的推挽跟踪误差检测方法。代表径向跟踪误差即上述沿X轴距离的信号SR，可以下式给出
SR＝(S71+S72)-(S73+S74)径向跟踪误差信号用SR表示，以使其有别于代表沿X方向上物镜系统相对光束26位移的信号SX，宁可表示沿X方向焦点相对轨迹位移的信号。
图4为根据本发明的线圈系统15实施例透视图。此线圈系统包括两列线圈对，每一线圈对又包括以其线圈轴线平行于Z轴的一个装在另一个上方的两个同轴的线圈。该透视图的前侧以截面表示两对线圈，其一对包括线圈76和78，另一对包括线圈77和79。在容纳物镜系统的狭长切口14两侧的行程长度范围内，两列线圈对被排成平行的两排。每一线圈对的两个线圈被安装在印刷电路板80的上、下两侧，以使这些线圈易于电连接在一起。扫描装置中的其它一些带有电连接的元件，如光学系统和用于扫描机构及线圈系统的控制机构，也可安装在该印刷电路板上并与印刷电路电连接。线圈系统的上、下两侧配备有挡板75，以限制物镜系统在Z方向上的偏移，且当通过静止线圈系统的电流断开时防止物镜系统在装置中误入歧途。物镜系统的移动最好在线圈系统恰好关断之前到达行程的终点，并且靠一个例如插在线圈系统的狭长切口14中的杆75′将其制动在该点，从而使物镜系统不能在狭长切口中往复运动而在关断该装置时受到破坏。此物镜系统还可通过绕X轴斜置一或两个制动销而将物镜系统夹在制动销之间来制动。如果有时候该装置不需要对记录载体进行扫描，可推荐通过前述机械装置之一将物镜系统制动，以致于无须靠线圈系统保持物镜系统的悬浮，因而能量消耗可以减少。
参照电流模型，能够最简单地阐明5-维促动机构以五个自由度移动物镜系统的方式。在该模型中，轴向磁化的永久磁铁用环绕该磁铁外围的电动电流(electrical band current)表示。图8a表示该物镜系统处在四个相邻线圈76-79之间居间位置时在Y-Z平面上所取的截面，X轴则与图面垂直指向背后。电流以简化形式被表示为与图面垂直相交的集总电流，通过圆76′，77′，78′和79′来表示。环形磁铁的虚拟带电流，用集总电流12′和12″来表示。该图表示的情况是，位于最靠近环形磁铁的线圈77的这些绕组中的电流77′，其方向指向背后，而直接在下面的线圈79中的电流79′则指向前方。由于电流同向流动的元件相互吸引，所以环形磁铁12的右侧部分将被线圈77吸引并被线圈79排斥。对环形磁铁12上面以F1和F2表示的力进行合成，可导致合力F3在+Z方向上。假如在物镜系统另一侧经过线圈76和78的电流具有图中表示的方向，而且大小与经过线圈77，79的电流相等，那么作用在物镜系统上向上方向的力在其两侧是相等的。通过同时控制电流76′，77′，78′和79′，便可控制物镜系统沿Z轴的位置。假如将电流76′和78′的方向颠倒一下，那么物镜系统左面一侧所受的力是向下，而右首一侧所受的力仍然向上。按照这种方式，便可实现物镜系统绕X轴倾斜。与此类似，通过让电流76′和77′相对所表示的情况倒向，可使物镜系统沿Y轴移动。
如果物镜系统沿X轴移动位置，则由电流76′，77′，78′和79′施加在环形磁铁上的力，将随着环形磁铁和四个一组的线圈76-79间距离的增加而减小。为了避免力的减小，当物镜系统沿X轴移动时，必须在此期间让激励电流逐渐通过下一个四个一组的线圈，以使激励电流总能流过这些最靠物镜系统的线圈。举例来说，如果物镜系统沿+X方向相对图8a中表示的情况移过的距离等于该线圈周期之半，那么每一个电流76′，77′，78′和79′的一半必须流过四个一组的线圈76-79，而且另外一半必须沿同一方向流过接在上述第一个四个一组线圈之后的位于+X方向上的下一个四个一组线圈。接下去如果物镜系统相对图8a表示的情况移过的距离等于该线圈周期的四分之三，那么上述电流之间的比为1/4比3/4。此线圈周期等于沿X方向上一个接在另一个之后的两个四个一组线圈中心间的距离。
物镜系统沿X轴的运动，将参照图8b表示的5-锥促动机构在X-Y平面内的截面进行解释。Z轴垂直于图面并指向前方。相对于图8a的情况来说，物镜系统沿X方向已移动线圈的半个周期。图中分别表示出第一、第二及第三个四个一组线圈的盖在上面的线圈76，77;81，82和83，84。这些四个一组线圈的盖在下面的线圈，在图8b中是看不到的。为了得到物镜系统在+X方向上的运动，线圈76，77，81和82的电流76′，77′，81′和82′分别应处在图中表示的方向上，而且每对线圈的盖在上面和盖在下面的线圈带有同样强度和同样方向的电流。由于电流12′和82′以及12′和77′引起的作用在环形磁铁上的吸力和斥力分别在环形磁铁周围合成，被表示为F4和F5。通过线圈77，82和两个盖在下面的线圈作用在环形磁铁12上的合力F6，是在+X方向上。流动位于环形磁铁左首一侧的线圈76和81的电流，对该磁铁施加同样的合力。由电流76′，77′，81′和82′施加在物镜系统上的总力因而也是在+X方向上。当物镜系统沿X轴移动时，电流必须逐渐为其它线圈所取代，以便将有同样的力施加在环形磁铁上。如果物镜系统的中心到达连接线圈81和82中心的线11处，则线圈81和82提供的向前的力减小到零。线圈81和82的作用随后应由下一对线圈83和84取代，于是就由线圈76，77，83和84来保证沿X方向的运动。如果物镜系统的中心靠近线12，那么线圈81和82可能再施加一个向前的力，并取代线圈76和77的作用。
尚未阐明的运动有绕Y轴的倾斜，可以借助图8b中表示的线圈76，77，81和82以及相关的盖在下面的线圈来实现。为此倾斜所要求的电流表示在图8c中，它是位于物镜系统右首一侧从物镜系统中心观察到的四个线圈77，79，82和85的正视图。环形磁铁的虚拟电流12′被表示为长箭头，以区别于由线圈77和79施加在环形磁铁上的力和线圈82及85施加的力。环形磁铁在+X方向上的部分即靠近箭头12′头部的部分，将被电流82′吸引并为电流85′排斥，因而在+Z方向上将作用一个力。环形磁铁在-X方向上的部分将被电流77′排斥并为电流79′吸引，因而在-Z方向上产生一个力。两个力可提供一个力偶，以使物镜系统绕Y轴倾斜。显然，物镜系统左首一侧线圈76和81以及盖在下面的线圈中的电流分布，应与所产生的力偶相同及方向一致。如果物镜系统的中心靠近连接线圈81和82中心的线11，那么线圈81和82的作用必须由下一对线圈83和84来取代，类似于沿X方向位移情况下的状况，从而由线圈76，77，83和84以及盖在其下的线圈来保证绕Y轴倾斜。
前已阐明，静止线圈系统中的线圈必须受到激励，激励电流应当具有能使物镜系统在五个自由度之一方向上运动的方向。显然，对在相反方向上的同样运动来说，线圈中被激励的电流必须反向。假如物镜系统必须同时完成不同的运动，例如移动和倾斜，那么被选定的线圈中的每一个线圈，必须以实现各单独运动时有关线圈应被激励的各单项电流之和进行激励。在物镜系统静止不动的情况下，线圈仍必须在Z方向上对环形磁铁施加以力，以便补偿重力的作用。由于物镜系统的重量很轻，故为此目的需要的电能通常都小于1瓦。
假如记录载体在Z方向上有大的偏移，那么物镜系统在此方向上需有大的行程。如图8a，8b和8c表示的5-维促动机构在Z方向上的行程，可以通过在印刷电路板80的上、下线圈对之间设置附加一列线圈来加大，尤其象从欧洲专利说明书0233380(PHN11，626)中知道的那样。此附加线圈于是主要用来在X和Y方向上移动物镜系统，而线圈对主要用于沿Z方向上的移动和绕X及Y轴倾斜。在Z方向上的长行程还可借助另一种线圈系统来实现，其中在环形磁铁12的上、下存在一个绕组部件，尤其象从欧洲专利申请0214677(PHD85-119)和0215498(PHD85-099)中知道的那样。上述绕组可以是该线圈对或者附加的一列线圈的一部分。然而由于该绕组能在Z方向上封住物镜系统，故其可取代档板75的作用。
在根据本发明的扫描装置的上述实施例中，这些线圈的线圈轴线平行于Z轴，而物镜系统中的永久磁铁也是在Z方向上磁化的。位于最靠近狭长切口的线圈绕组部分，对于力的产生是至关重要的，而远离该狭长切口的那部分的方向是不大重要的。因此，线圈的轴线偏离Z方向对促动机构的工作仅有很小一点影响。然而在狭长切口一侧线圈匝的密度必须尽可能大，以便借助给定的通过匝的电流对物镜系统施加尽可能最大的力。线圈系统中使用矩形截面的单独线圈，很容易实现这一点。此促动机构也可以加工成让线圈轴平行于X轴，那么永久磁铁就应在X方向上磁化。
对于物镜系统和扫描机构的位置及方向进行控制，其目的是当记录载体旋转时能让焦点11跟踪记录载体上的轨迹以进行读出。根据本发明的这种控制，是建立在下述已知条件上的1)焦点的位置基本上靠物镜的位置来确定;2)扫描机构的调节是由要求光束必须满意地照在物镜上来确定的;3)物镜系统沿X轴的位置是从扫描机构的方向中引伸出来的。
图9表示用于控制图1扫描装置中物镜系统和扫描机构方向及位置用电路实施例的方框图。光学系统20中产生的六个信号SX，SY，Sα，Sβ，SZ和SR，被用在下述电路中。径向跟踪误差信号SR，表示焦点沿径向即X方向被定位在被扫描轨迹上达到如何程度，被用于校正物镜系统沿X方向的位置，以将误差减小。调焦误差信号SZ表示轨迹离开焦点的程度，被用来校正物镜系统在Z方向上的位置。信号Sα及Sβ以角度表示物镜的光轴绕X及Y轴转动而延伸到照射光束的轴线上，被用来按这样一种方式控制物镜系统的方向，使这些角变得尽可能小。信号SY表示物镜系统中心沿Y方向相对照射光束26中心移动的程度。通过对扫描机构作出满意的设计，可以保证照射光束的中心总在线圈系统15的狭长切口14中心线上。借助于信号SY通过按这样一种方式校正物镜系统在Y方向上的位置，使得物镜系统中心和光束中心间的距离尽可能小，还能将物镜系统保持在从Y方向观察到的狭长切口14的中心。信号SX表示物镜系统中心在X方向上相对照射光束中心移动的程度，被用来按这样一种方式控制转镜22，以使照射光束在X方向上尽可能精确地跟踪物镜系统，使在行程3中所有位置处的物镜系统都能被准确地照射。对于旋转镜的调整是一种粗调，并可替代上述日本应用物理杂志描述装置中对物镜座的粗调。
如图9中表示的那样，光学系统20中产生的信号SX，经过放大及稳压电路87加到单元88的控制输入端。该单元包括用于使转镜22旋转的促动机构以及为转镜用的方向传感器。由此传感器提供的信号SM，代表转镜的方向因而也就是照射光束沿X轴的位置。此传感器可以是光学的、电容的或者电感的传感器。放大及稳压电路87包括已知的用于稳定转镜用控制器的放大器和滤波器。
信号SR，SY，SZ，Sα和Sβ，分别经过放大及稳压电路89-93(其所具有的功能与放大及稳压电路87类似)加到矩阵电路94的X，Y，Z，α和β控制输入端。此矩阵电路本身可从欧洲专利说明书0233380(PHN 11.626)中了解到，它能为每一输入信号产生出多个输出电流以响应于该输入信号并与其成正比，这些输出电流被加到线圈系统15上面，以便实现物镜系统根据有关输入信号的运动。此矩阵电路在五个输入信号和12个输出电流之间建立起可代表矩阵中数量(number)的相互关系。例如，对于物镜系统Z位置折信号SZ，经过放大及稳压电路92加到矩阵电路94的Z控制输入端。该矩阵电路随后产生出图8a中用76′，77′，78′和79′表示的这四个电流，促使物镜系统沿Z轴移动。这四个电流与放大及稳压电路92的输出信号成正比。与此类似，可以为信号SY和Sα产生出加在与SZ相关的四个电流上的四个输出电流。合成后的四个输出电流，经过至少由五根导线构成的线束95(其中为每一输出电流有一根导线，另有一根公用线)加到转接器(commutator)96上。此矩阵电路为SX和Sβ的每一信号产生八个输出电流，其中四个在图8b中以76′，77′，81′和82′表示，被用来激励电路板80上侧的线圈，而其余四个等效的输出电流被用来激励盖在下面的线圈。与SX和Sβ相关的两组八个电流按两个两个相加在一起，随后经过至少由9根导线构成的线束97加到转接器96上。
为使本发明的装置能够满意地运转，需要有能使线束95及97中导线提供的电流按上述方式通过线圈系统15中线圈内的转接器96。此转接器可加工成不同的多少带有传统的方式。如果物镜系统13处在图8b表示的位置，那么线束95的四个电流必须加到线圈76，77，81，82以及四个盖在下面的线圈上，如以上结合图8a阐明的那样。此外，线束97中八个电流的每一个，都必须通过四个一组线圈76，77，81，82以及盖在其下面的四个一组线圈中的单个线圈，如以上结合图8b阐明的那样。在图8b中如果物镜系统13的中心位于连接线圈81和82中心的连线11上，那么线束95的四个电流必须通过线圈81，82及两个盖在下面的线圈，而且线束97的八个电流必须通过线圈76，77，83，84及盖在下面的线圈。如果物镜系统沿X轴发生移动，那么转接器96就要保证逐渐有更多的电流通进物镜系统朝其移动的线圈，逐渐有更少的电流通进物镜系统背离其移动的线圈，以使该线圈系统施加给环形磁铁的力与环形磁铁的位置无关。与线圈和环形磁铁的形状有关，可能需要根据情况放大或者减小电流，以便得到所要求的与磁力无关位置。通过给独立线圈以矩形截面，可降低对减小及放大电流的要求。假如线圈的周期与环形磁铁的直径相比较小，就必须增加物镜系统附近被激励的线圈个数，以便得到力的合适分布及避免大的电流强度。
为了满意地选择线圈，此转接器必须能认别物镜系统的位置。该信息是从单元88中位置传感器的信号SM得到的，信号SM表示照射光束沿X轴的位置，且当控制起作用时还表示物镜系统沿X轴的位置。在图9中，转接器能将12条输入的电流按上述方式分配给一些输出端，线圈系统的每一线圈一个输出。线圈系统中的线圈个数，是由行程3的长度、物镜系统的尺寸、环形磁铁的磁场强度以及所要求的控制精度决定的。在图9表示的装置中，物镜系统的直径等于2至3个线圈周期，而且线圈系统的每一排都有九对线圈。因而在这种情况下，转接器输出的个数是36。
转接器96的各个输出端被接在放大器部件98的输入端，以放大每一个进来的电流。放大器部件的每一个输出又同线圈系统中的一个线圈相连。这些连接可通过导线和/或电路板80上的印刷轨迹实现。控制元件如放大及稳定电路、矩阵电路、转接器和放大器部件以及光学系统20和单元88，可以装在同一电路板80上，以便限制连接数和降低成本。
为使焦点能跳过一系列轨迹以便按加速方式到达另一轨迹时，必须让物镜系统在短时间内沿X方向迅速移动。为进行这种快速移动，可由该装置产生一个基于知道焦点的现行位置和目前所需要位置的检索信号SS。依次再由检索信号SS激励脉冲发生器99。由此脉冲发生器产生的脉冲，经过加法电路100加在信号SR上。在此脉冲持续过程中，在X方向将有较大的力作用在环形磁铁上，此力首先将加速物镜系统然后使其减速。快速移动的终点可以通过按已知方式对所通过的轨迹进行计数来确定，或者通过恰好在路程结束之前从记录载体上读出地址信息并且参照它定出物镜系统必须停顿的点加以确定。
在工作时线圈系统必须对环形磁铁施加常力以补偿重力。在图9中此力是在Z方向上。如果把一个其大小取决于物镜系统质量及在Z方向上位移控制环参数的固定信号在电路101中，经过加法电路102加到信号SZ上，则沿Z轴进行位置控制的影响可以改善。
根据本发明的装置于是可以工作如下。如果让此装置投入运行，那么光束首先射向线圈系统的狭长切口中物镜系统所停留的位置。接着把对物镜系统沿X及Y方向的位置控制、对绕X及Y轴旋转的控制以及对转镜方向的控制启动，对于重力可能存在的补偿进行微调并将物镜系统放开。如果装上了记录载体，就让物镜系统在+Z方向上移动直至靠近信息层2，在此之后把在Z方向上的调焦控制启动。最后，被扫描的轨迹检索到，随后把径向控制启动。如果由于某种或它种原因使照射的光束照不到物镜系统，那么所有的控制都必须关掉。然后让该光束沿X方向穿过行程3进行扫描。一旦图6中的检测机构54测到物镜系统的反射，就停止扫描并再一次接通所有控制。
物镜系统的光轴和光束24主光线之间的夹角必须比较小，以便将控制启动。换而言之，当控制被启动时，圆环形辐射光斑69相对检测器环58及59的偏心不可大于其直径的四分之一。如果加大检测机构的捕获范围，那么对于将物镜系统制动在狭长切口中以启动控制的机构的机械公差可以减轻。这在图6表示的装置中借助检测机构54可以实现。该检测机构可被看做一个带有平行于Y和Z轴的边界线的四象限检测器，并且包括检测器环58，59、四象限检测器70以及位于圆环外侧并在图7中以标号111-114和121-124表示的检测区。物镜系统绕X或Y轴的倾斜，能够引起辐射光斑69在检测机构上沿Y或Z方向的相应位移，并可通过测量四个象限上的光分布进行检测。假如由入射在这些检测区的光产生出的信号用S111-S114和S121-S124来表示，那么在检测机构上面沿Y及Z方向的光斑位移可用下述信号Sα′和Sβ′来表示
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)当具有更宽收集范围的扫描机构控制器启动时，首先将信号Sα′和Sβ′加在相应的α和β倾斜控制器的输入端，以使光斑通到检测机构的中心。然后分别由信号Sα和Sβ来取代信号Sα′和Sβ′，以对倾斜进行精密控制。由于检测机构的收集范围与检测机构的大小成正比，故可通过检测机构尺寸改变来选择收集范围。假如在每一象限中检测机构的一部分检测区(例如处在环58中的部分)未被用来产生信号Sα′和Sβ′，那么用来产生这些信号的电路可以简化而不会对捕获范围产生不利影响。如果只有检测环58和59被利用，那么可以得到特别简单的电路。在这种情况下，信号Sα′和Sβ′分别与前面指出的信号SY和SX相同。当控制器启动时，首先将信号SY和SX加在α和β倾斜控制器的输入端，随后借助开关将这些信号用信号Sα和Sβ取代。
在某些应用中，例如在对带有模拟编码的视频信息或数字编码的数据的记录载体进行读出时，可能需要对焦点的切向位置偏差(也可称之为时间误差或者断点)进行校正。实现这种校正的仪器表示在图10中。可以从光学系统20中的检测机构得出的信息的信号SI，在模拟视频信息的情况下还可包括同步信息。同步信号分离器105从该视频信息中取出同步信息并将带有该同步信息的信号加到比较电路106上。振荡器例如时基振荡器107产生一个固定频率的信号，也被加到比较电路106上。此比较电路的输出信号ST与此两输入信号间的相位差成正比，因而也就是记录载体被读出时切向时间误差的量度。通过校正焦点横过被扫描轨迹沿切向的位置，可以对时间误差进行校正。在图10所示的仪器中，控制器分成快控制和慢控制。在快控制中，物镜系统在Y方向上的位置是由信号ST控制的。为此目的，可将信号ST经过放大及稳压电路108接在矩阵电路94的Y输入端，沿X方向控制物镜系统，如参照图9说明的那样接下去进行。在仅包括快速控制的机构中，必须既对小又对大的时间误差都以快速控制进行校正，存在的危险是物镜系统在Y方向上可能贴在线圈系统上面。为了避免这一点，对于大的时间误差提供慢速控制，用来校正记录载体的旋转速度。慢速控制使用的是信号SY，该信号表示物镜系统相对照射光束离心的程度，因而也就是相对线圈系统的狭长切口14离心的程度。通过把信号SY经过放大及稳定电路109加在控制器110的控制输入端以驱动马达转轴，可按这样一种方式控制马达的转数，以使信号SY尽可能小，因而物镜系统大概保持在此狭长切口的中心。
通过将各种元件如放大及稳定电路、矩阵电路、转接器和放大器部件集成在少数电路甚或一个电路中，为控制所需要的电子设备可以做得紧凑些。如果全部信号或其一部分进行数字化处理，还可达到进一步简化。元件89-101的功能随后可由一或多个计算单元来完成。此外，线束95和97中的导线数还可以减少。信号的模/数和数/模转换经常能以高速率和小比特宽度实现，在许多情况下1比特宽度就足够了。
根据本发明的扫描装置的优点在于，光学元件和电磁元件具有很宽的测量和位置公差，故其具有低的成本。为扫描轨迹所需要的焦点的定位精度因而也就是物镜系统的定位精度高，是靠上述控制器实现的。它能以在Z方向上为1μ之内及在X方向上为0.1μ之内的精度将物镜系统保持在所需要的位置上。对于扫描光学记录载体的装置来说，这些都是普通性公差。扫描机构22并不需要有这样的精度。事实上焦点的位置与照射光束相对物镜系统的位置无关，仅要求物镜系统中的物镜能从光束中接收到足够的光。由于这个原因，对于光束来说，在X及Y方向上有约1mm的定位精度就足够了。象这样的精度靠上述实施例实现没有任何问题。由于线圈系统中各线圈的形位偏差造成的线圈施加力可能出现的大小和方向偏差，完全可由反馈控制进行补偿。对于交互干扰也一样，由线圈系统驱动物镜系统在给定的方向上移动或者倾斜，也可造成在另外方向上的少量位移和/或倾斜。在代表例如物镜系统在Y方向上位置的信号会受到该系统绕X轴倾斜影响的检测机构中，交互干扰是那样小，以致于对控制并无任何显著的影响。靠控制器提供的小的交互干扰和自动补偿，能够保证该装置具有很宽的制造公差而仍能达到所要求的扫描精度。
控制器中周知的问题是发生失调。这可由譬如检测机构的对中未完全校正、照射光束中的非旋转对称分布或者放大器的失调引起。这些失调可在扫描装置的组件中作一次补偿。或者换一种方式，可以在作业过程中对此补偿定期进行校核及修正。后者可以通过读出轨迹及借助误差校正系统(通常存在于读出数字信息的装置中)通过确定读出信息中的误差数来进行。在元件的未校正调谐情况下，例如在物镜系统的倾斜由信号Sα失调引起的情况下，误差数将增加。通过改变此倾斜，可以确定读出轨迹信息中误差数为最少的方向。象这样的失调现在必须加在信号Sα上，以使物镜系统占据所需要的位置。在这种补偿中，一控制器对另一控制器可能存在的交互干扰应当考虑。
图1至9所示本扫描装置的实施例，是建立在物镜系统上面带有环形磁铁12基础上的。换一种方式，也可象图11中那样，使用沿X方向伸展的两块条形磁铁131和132取代物镜系统中的环形磁铁。在这种情况下，物镜系统绕Z轴不再是旋转对称的，而且物镜系统绕Z轴的角度位置必须进行测量和校正。那第线圈系统15与这些磁铁结合在一起必须构成6-维促动机构以替代5-维机构，换而言之，它应能校正六个自由度以取代五个自由度。这就提供一种在物镜10下方固定以与物镜光轴成45°反射镜133的可能性。靠这块反射镜，就能将光学系统20提供的平行于X轴传播的准直光束134射向物镜。通过在Z方向上移动物镜系统，照射的光束可能会有一部分落在物镜10的外侧。然而在光学系统20中通过让光束114经过其转轴平行于Y轴的转镜(图中未表示)射在反射镜113上，就能避免这一点。此光学系统中的转镜可由上述信号SX来控制。为了测量绕X轴的旋转，物镜系统中的环形反射镜例如可以包括两块径向相对的无反射的扇形区，以在检测机构的辐射光斑69中的检测环58及59的检测器之间界面区内产生两个暗区。于是处在该界面两侧的两检测器的差分信号，便成了物镜系统绕X轴放置的量度。在这个实施例中，表示物镜系统沿X轴位置的信号SM，不能象图9中表示的那样由转镜22的位置中得出，但可按不同的光学、电容或者电感的方式来产生。在图11所示的扫描装置实施例中，物镜系统包括与两块磁铁111及112和反射镜115做成整体的物镜10。此物镜系统的重量显著地低于接纳有反射镜、物镜和调焦促动机构的已知的底座，因而可以具有比已知底座短得多的存取时间。
尽管上述装置的全部实施例都是建立在对圆盘形状的光学记录载体进行扫描基础上的，然而它另外也可用于非圆形的记录载体，例如记录卡形式。虽然，上述原理对于扫描任意表面都是适用的。本装置的优点是把物镜的高分辨率(由于其可能具有高数值孔径的物镜)和高扫描速度(由于为物镜系统配备了促动机构)结合在一起。如果被扫描的表面沿Y方向运动，那么这种运动与物镜系统沿直线在X方向运动一起就在直角坐标系中产生该表面的象，从而将图形信息的处理简化。这种高数值孔径和高速度的结合，非常适合尤其是对生物制剂进行扫描。
权利要求
1.一种用于在XYZ直角座标系中于X方向上在给定的行程范围内对基本上平行于X-Y平面的表面进行光学扫描用的装置，该装置包括用于提供辐射光束的辐射源；用于将光束沿Z方向聚焦在该表面上的物镜，所述物镜安装在包括永久磁铁在内的物镜系统中；以及以电磁方式悬置及驱动物镜系统的线圈系统，所述线圈系统包括多个线圈对，每一线圈对又包括沿Z方向一个安装在另一个上方的两个线圈，其特征在于，线圈系统按静止不动方式固定在扫描装置中，并且包括位于物镜系统两侧的行程长度范围内的两列彼此平行的线圈对，与永久磁铁按磁性方式配合贯穿整个行程。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在两列线圈对上面装有挡板，以限制物镜系统在Z方向上的偏移。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，配备有可开关的机构，以将物镜系统保持在给定位置。
4.如权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于，在与线圈轴垂直的截面内，该线圈具有大致为矩形的截面。
5.如权利要求1，2，3或4所述的装置，其特征在于，配备有转换通过线圈对的电流用的转换器以及用以确定物镜系统X位置的检测器，该检测器的输出接在该转换器的控制输入端。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，用于使物镜系统沿Y及Z方向移动和绕X轴旋转的转换器，同时接通物镜系统一侧的不是一对就是两对线圈及在另外一侧与其相对排列的同样对数线取决于该物镜系统所处的X位置。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，用于使物镜系统沿X方向移动及绕Y轴转动的转换器，同时接通物镜系统一侧的两对线圈及其另一侧与其相对排列的同样两对线圈，被接通的线圈对之间沿X方向的距离，取决于物镜系统的X位置。
8.如上述权利要求中任一权利要求所述的装置，其特征在于，围绕物镜周围装有轴向磁化的环形永久磁铁，而且这些线圈的线圈轴基本上平行于Z轴。
9.如上述权利要求中任一权利要求所述的装置，其特征在于，在光源和物镜之间的辐射光束的光路中装有其长度约等于行程长度的光焦度元件;而且该扫描装置包括装在光源和上述光焦度元件之间的扫描机构，用以穿过光焦度元件进行光束扫描，从而使光束平行其自身沿X方向在物镜系统行程范围内移动。
10.如权利要求5和9所述的装置，其特征在于，为转换器产生控制信号用的检测器，是一种为扫描装置用的位置传感器。
11.如权利要求1至7中任一权利要求所述的装置，其特征在于，物镜系统包括沿X方向延伸的两块永久磁铁。
12.如上述权利要求中任一权利要求所述的装置，其特征在于，线圈系统沿X方向装在狭长切口两侧的印刷电路板上，而且这些线圈也与该印刷电路电连接。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，当光源和控制机构与印刷电路电连接时，光源和其它光学元件以及用于控制物镜系统的电子控制机构装在印刷电路板上。
全文摘要
本发明所述的装置用于以物镜(10)形成的焦点(11)对表面(2)进行光学扫描。该物镜以电磁方式悬置在静止不动的线圈系统(14)中，此线圈系统包括多个在给定方向上一个处在另一个后面的线圈对。该线圈系统可驱使物镜以五或六个自由度运动。光束经过转镜(22)和扫描镜头(23)平行其自身移动，以在上述方向上跟踪物镜的运动。转换器(96)只激励线圈系统中那些在给定瞬间靠近物镜系统的线圈。
文档编号G11B7/085GK1080418SQ9310698
公开日1994年1月5日 申请日期1993年6月16日 优先权日1992年6月19日
发明者G·E·范洛斯马伦 申请人:菲利浦电子有限公司