CN100401394C - 光学拾取系统 - Google Patents

Abstract

本项发明是针对光拾取装置而言的，尤其是指：具有为补偿球面像差而在光程上通过1轴方向运转来变化光程的球面像差补偿调节器的光学拾取系统。本项发明实施例所指的光学拾取系统包括以下几个部分：产生激光光束的激光二极管；支撑用于使入射向中心部的光束保持平行的准直镜的透镜座，并为补偿球面像差而依靠线圈和磁铁间产生的电磁力进行光轴方向运转的球面像差补偿调节器；按入射光束的偏振光方向有选择地使光束透过或反射的分光镜；用于将上述透过的光束集光在光盘的一个点的物镜；把从上述光盘中反射的光束转换成电信号的光检波器。

Description

光学拾取系统

【技术领域】

本项发明是针对光拾取装置而言的，尤其是指：具有为补偿球面像差而在光程上通过1轴方向运转来变化光程的球面像差补偿调节器的光学拾取系统。

【背景技术】

随着光存储装置的配属及存储密度的增加，以及因消费者喜好的高级化而对动影像处理的需求增大，要求增加光盘(Optical Disk)数据存储容量的呼声也日益高涨。

因此，蓝色激光二极管(BD：Blue Laser Diode)级光学系统开始问世，这种蓝色激光级光学系统使用的是高数值孔径(Numerical Aperture)(例如：NA＝0.85)和短波长(例如：405nm)的激光。

图1是蓝色激光级光学拾取系统的概略构成图。

参照图1，该系统组成如下：产生蓝色激光(Blue Laser)光束的蓝色激光二极管(Blue Laser Diode)101、用于使光束反射或透过的分光镜(BeamSplitter)102、把从上述分光镜102中入射的光束转换成平行光束的准直镜(Collimator Lens)103、把上述平行光束集光在光盘105上后又将反射的光束传递给上述准直镜103的物镜(Objective Lens)104、把经上述分光镜102反射的光束转换成电信号的光检波器(Detector)106。

具有以上构成的蓝色激光级光学拾取系统如图1所示。

如图1所示，从蓝色激光二极管(BD：Blue Laser Diode)101中产生的激光光束透过分光镜102，透过的光束经准直镜103后以平行光束入射向物镜104。物镜104将入射的光束集光在光盘105的一个点上，以记录及再生信息。从光盘105聚集的光束反射，反射的光束透过物镜104、准直镜103，经分光镜102反射到光检波器106。光检波器106将反射输入的信息转换成电信号。

在这里，为了数据的高集成化及大容量化，蓝色激光级光学系统在光盘上设置有双层(layer)。所使用的光源的波长短，以至于光盘覆盖层(Cover Layer)偏差所造成的球面像差超出光学像差允许值，或者在为增加存储密度而使用双层光盘时，也会因各层偏差而引发球面像差。尤其是，为了补偿在对双层光盘(Dual layer disk)进行记录/再生过程中因各自光盘层偏差造成的球面像差，应该在光程上偏置(offset：偏移)光学元件。

为补偿这种球面像差，需要必须用于移动光轴上的光学元件的1轴驱动伺服系统。

现有用于补偿球面像差的1轴调节器如图2所示，用于补偿球面像差的调节器110由以下几个部分组成：透镜座111中部支撑的准直镜112、运转透镜座111的引擎113、在透镜座111的一侧通过上述引擎113旋转来运转透镜座111的导螺杆(lead screw)114、在透镜座的另一侧引导(Guide)透镜座移动的轴115。

即：为了通过准直镜112补偿球面像差，应该向光轴方向移动透镜座。此时，如果驱动引擎113，连接在引擎上的导螺杆114就会旋转，向前/后方向移动透镜座111，与此同时，透镜座另一侧轴115引导透镜座移动，以此来补偿球面像差。

但是，因为引擎113的轴---导螺杆114被设置在透镜座的一侧，所以经常会发生运转透镜座的力集中在一侧的情况。而且，在采用导螺杆方式的情况下，还必须配套构成其他的引擎-螺杆系统，这样做无论从价格上还是安装性方面都不利。

而且，用于最大限度减少球面像差的1轴调节器还需要进行高精密度的驱动。所以，为确保数十um以下的驱动精密度和光学元件的倾斜余量(TiltMargin)，必须最大限度地减少驱动过程中产生的角度歪扭。另外，在配置另外的伺服系统的情况下，需要对位置信息进行实时反馈(Feedback)，这样还需要追加配置电路系统。

【发明内容】

本项发明是为解决上述问题而研究出来的，目的在于提供光学拾取系统，即：为补偿BD级光学拾取系统因光盘覆盖层偏差而造成的球面像差，需要在光轴上配置利用电磁力运转的1轴驱动调节器，使准直镜沿着光轴方向移动。

本项发明的其他目的还在于提供具有如下三种构成的光学拾取系统：

一是，球面像差补偿调节器的透镜座支撑着准直镜，再配置用于在其左右侧产生光轴方向运转力的磁电路、用于引导光轴方向运转的引导工具，从而无需使用高价的引擎就能简单地构成光学拾取系统。

二是，用于运转透镜座的磁电路设置有线圈和磁铁，处在上述磁铁的极性(Polarity)界线内，再在对向位置配置用于产生磁复原力的磁性铁片，以改变灵敏度和分辨率。

三是，引导工具由轴和轴引导槽组成，至少一个轴引导槽进行2个方向引导，余下的一个进行4个方向的引导。

为了实现上述目的，本项发明的光学拾取系统包括如下几个部分：

产生激光光束的激光二极管；

支撑使向中心部入射的光束保持平行的准直镜，并依靠线圈和磁铁间产生的电磁力进行光轴方向运转的球面像差补偿调节器，所述球面像差补偿调节器包括：支撑并运转准直镜的透镜座；配置在透镜座左右侧用于运转上述透镜座的线圈和磁铁组成的磁电路；用于引导上述透镜座的引导工具以及用于支持上述透镜座运转的底座，其中所述引导工具包括：轴和轴引导槽以及轴固定槽，轴安装在透镜座左/右侧的与透镜高度方向中心在同一条水平线上，轴引导槽以透镜为基准左右对称设置，轴固定槽，设置在底座上，以支撑并固定上述轴的两端；

沿入射光束的偏振光方向有选择地透过或反射光束的分光镜；

将上述透过的光束集光在光盘上的一个点上的物镜。

把从上述光盘上反射的光束转换成电信号的光检波器。

上述磁电路最好包括：附着在透镜座左/右侧的线圈、与上述线圈对向设置的二极磁铁、上述磁铁配置在内侧面的U字形磁轭。

设置在上述透镜座左/右侧面用于产生磁复原力的磁性铁片最好位于磁铁的极性界线上。

上述轴引导槽最好是：在透镜座的一侧形成四角形状，以引导透镜座向上下/左右方向移动；在透镜座的另一侧形成圆孔形状，以引导透镜座向左/右方向移动。

上述轴固定槽最好设置在底座的两侧并与轴在同一条线上，同时设置内向于一侧内面的突起，以固定轴。

最好还包括球面像差补偿伺服系统，以便按照经上述光检波器检波的抖动信号，来控制上述球面像差调节器内的球面像差补偿伺服系统的运转。

上述球面像差补偿调节器最好配置在分光镜的前端或者后端。

综上所述，本项发明所指的光学拾取系统的效果在于：为补偿蓝色激光级光学系统可能产生的球面像差，利用电磁和磁性的原理在光轴上设置球面像差补偿调节器，从而无需追加使用高价的引擎，节省了资金。

另外，系统对驱动中的灵敏度和驱动分辨率(resolution)要求很高，而通过调整磁性铁片的厚度、尺寸及与磁铁的距离，能够变化灵敏度和分辨率。

【附图说明】

图1是现有BD(Blue Laser Diode：蓝色激光二极管)级光拾取装置的构成图；

图2是适用于现有图1的球面像差补偿调节器的构成图；

图3是本项发明实施例的BD级光拾取装置的球面像差补偿调节器的构成斜视图；

图4是图3的分解斜视图；

图5是本项发明的球面像差补偿调节器的磁电路构成图；

图6是显示本项发明中由磁性弹簧(Spring)产生的磁复原力的示意图；

图7是本项发明实施例所指的随着透镜座移动产生磁复原力的图解；

图8(a)(b)是本项发明所指的透镜座内轴引导槽形状的其他例子的示意图；

图9是本项发明实施例所指的轴引导槽的结构图；

图10是配置有图3所示的球面像差补偿调节器的光学拾取装置中有关利用集光部抖动信号进行伺服的光学拾取系统构成图；

图11是配置有图3所示的球面像差补偿调节器的光学拾取装置中有关利用集光部抖动信号进行伺服的光学拾取系统构成图。

【具体实施方式】

下面将参照附图进行详细说明。

图3是本项发明的球面像差补偿调节器的斜视图，图4是图3的分解斜视图。

参照图3和图4，该球面像差补偿调节器由以下几个部分组成：支撑使光束保持平行的准直镜211并朝光轴方向运转的透镜座210、上述透镜座210的左/右侧设置的线圈212和磁铁222、磁轭221、引导上述透镜座210朝光轴方向运转的轴引导槽223、轴224、支撑上述轴224两端的底座220。

参照图5，上述透镜座210的两侧的线圈212和磁性铁片213固定在磁铁的极性(S:N)界线上。

参照图6，球面像差补偿调节器还包括：上述底座220两侧与轴224处在同一条线上设置的轴固定槽225、内向于轴固定槽225入口侧的突起。下面参照附图对具有上述构成的本项发明实施例所指的蓝色激光级光学系统进行说明。

首先，蓝色激光级光学系统因所采用的光源的波长短，所以由光盘覆盖层(Cover Layer)偏差所造成的球面像差将超出光学像差允许值，或者在为增加存储密度而使用双层光盘时，将因各层偏差引发球面像差。为了补偿这种球面像差，需要应该移动光轴上的光学元件的1轴驱动伺服系统。

为此，如图3和图4所示，光轴上设置的球面像差补偿调节器200作为1轴调节器，将朝光轴方向进行直线运动，为此，配置有透镜座210、磁电路、轴224、底座220。

上述透镜座210其中心部设置的光束通过孔(通光孔)210a内设置有准直镜211，其左/右侧还配置有用于运转透镜座210的磁电路，在光轴方向上还设置有用于引导透镜座运转的轴224。

在这里，轴224为引导透镜座210朝光轴方向移动，将两个轴224配置在左/右侧，且使其位于透镜高度方向中心及以透镜为基准左右对称。

而且，磁电路由线圈212、磁铁222、磁轭221构成，并产生驱动力来运转透镜座210。为此，上述透镜座210的左/右侧都附着有线圈212，与线圈对向的位置上的磁铁222附着固定在磁轭221的内面。

在这里，磁铁222在轴方向上设置有二极(S:N)，也可设置2个单极磁铁或一个二极磁铁。而且，线圈221的中心对向设置在磁铁222的极性界线上。这种线圈212及磁铁222相互间产生的力将使洛伦茨力的方向变成光轴方向，以此来驱动准直镜211。

而且，为了最大限度地增大磁性，磁轭221设置成U字形。两侧直立的磁轭内侧面附着有磁铁222。

而且，为了支撑并固定整个调节器，底座220支撑着轴224和磁轭221。为此，在底座的后面，内侧设置有磁轭固定突起226，以便插入在磁轭背面设置的固定槽221a。另外，底座内部设置有磁轭游动防止部227，以防止插入到内部的磁轭221进行上/下游动。

用于引导这种透镜座210运转的上述轴224，其中心部插入在透镜座210左/右侧轴向设置的轴引导槽223内。轴224的两端放置在底座前/后侧面设置的轴固定槽225上，所以，上述透镜座210在依靠磁电路进行运转时，随着轴224朝前/后方向(光轴方向)移动。

说明一下这个操作过程：球面像差补偿调节器200在光轴上支撑着准直镜211朝光轴方向移动，所以该调节器可补偿球面像差或者可变化光路。

当这种调节器200的线圈212通电时，线圈212及与此对向设置的磁铁222之间将产生电磁力，产生的电磁力使线圈212和透镜座210朝轴方向移动。此时，透镜座210将沿着轴224和轴引导槽223移动，并顺着线圈212上接通的电流方向朝前/后方向移动。

另外，如图5和图6所示，透镜座210的两侧面中心位置上分别设置有磁性铁片213，这种磁性铁片213是在透镜座210两侧面设置的弹性弹簧(Spring)，分别固定在“[”字型铁片固定槽上，并对向设置在磁铁222的极性界线上。

因此，上述磁性铁片213无需其他的安装用夹具，在插入铁片固定槽214后，仅以粘着方式就能固定。另外，将铁片固定槽214做成规定的深度，这样在调节磁性弹簧的刚度值时，无需修正透镜座210也能仅用磁性铁片213的厚度改变其刚度值。如图7所示，该图解显示了上述磁性铁片213与磁铁相互间作用产生的移动距离与力的对比关系。

另外，上述磁性铁片213如图6所示，位于透镜座210左/右侧所固定的磁铁222的极性界线(S:N)上。依据的理由是：在这里磁石的极间形成最高磁性密度，从而具有磁性铁片213位于极性之间所要得到的潜在能量的稳定点特性(stable point of potential energy，磁性弹簧)。磁性铁片213如果偏离极性之间，将发生重新返回到原状态的复原力。

因此，依据由线圈212和磁铁222产生的电磁力与磁复原力间的差异，透镜座210可固定在特定的位置上。即，只调整磁性铁片213的厚度和尺寸、与磁铁的距离就能变化灵敏度和分辨率。

同时，如图4所示，透镜座210左/右侧用于引导轴224的轴引导槽(223：223a、223b)具有相互不同的形状。即：一侧引导槽223b呈圆形，可进行上下方向的引导。而透镜座210的另一侧引导槽223a呈四角形状，可进行上下/左右方向的引导。因此，即使驱动过程中透镜座210发生倾斜而造成轴224和透镜座210间的磨擦力上升，也能解除自由度(活动限制)，保持自由驱动。

其他实施例：如图8所示，透镜座210的一侧轴引导槽233a呈正四角形，可进行上下/左右方向的引导，而另一侧的引导槽233b呈长孔形，可进行左/右方向的自由移动。而且，如图8(b)所示，一侧轴引导槽243a其正角形形状变成旋转90度的菱角形状，可进行上下/左右所有方向的自由移动，而另一侧的轴引导槽呈长孔形，可进行左右引导。

而且，两个轴224如图9所示，底座220的轴固定槽225上端设置有内侧突起225a，所以，如果在轴固定槽225上端插入轴224，依靠内侧突起225a可将轴卡扣在下端，即，以扣合(snap fit)方式固定轴224。

另外，在轴固定槽225的内侧突起225a上设置倾斜面，使其能与轴圆周面相接触，且使轴固定槽225的内径比轴224的直径小，以卡扣住轴。

在这里，要使控制部位的尺寸比轴225的直径小，这样插入轴的话，力在轴方向及与轴225垂直的方向作用，从而使轴不发生摆动地接触轴固定槽225的同一面上，甚至可提高轴的位移。为防止轴回转，也可在其两端设置插入上述轴固定槽内的榫。

另外，为提高光滑性，轴224外部涂覆了特氟纶(Teflon)材料，而且与轴224接触的透镜座210表面也涂覆了光滑性良好的PPS(Poly Phenylenesulfide：聚苯硫醚)。

上述球面像差补偿调节器所适用的光学拾取系统如图10和图11所示。

如图10所示，从蓝色激光二极管301产生的激光光束通过支撑在球面像差补偿调节器中心部的准直镜302a，以平行光束入射到分光镜303上，入射到分光镜303的光束透过，通过光拾取调节器304的物镜304b，集光在光盘305上的一个点上。

在这里，物镜304b的前端光轴上设置有HOE(全息光学元件)304a，HOE304a作为全息光学元件(Holographic Optical Emements)，通过再生或变化光息图上所记录的波形来取得所要的波形。

而且，上述光盘305上所聚集的激光光束进行反射，反射的光束通过物镜304b在分光镜303中被反射，反射后的光束依靠集光透镜集光在光检波器307上。

此时，光检波器307将反射光束转换成电信号，传递给光学拾取伺服系统308，光学拾取伺服系统308控制光学拾取调节器304的运转。另外，从光检波器307中转换的电信号被输入到球面像差补偿伺服系统309内。而且，球面像差伺服系统309以在上述光检波器转换的电信号为基准，为补偿球面像差，将伺服信号输出到调节器302上。因此，可控制位于光程上的调节器302及支撑在它上面的准直镜向前/后方向移动，以补偿聚集在光盘上的光束的球面像差。

另外，球面像差补偿伺服系统309利用从光检波器检波的信号来分析抖动(jitter)值，在扫描(SWEEP)球面像差补偿调节器302的总运转范围的同时，寻找信号性能最佳点进行存储记忆。

即：可利用球面像差补偿伺服系统309的运转特性和光盘上所聚集的光束特性变化分析抖动值，在此基础上以球面像差补偿调节器302的运转范围为基准，寻找信号性能的最佳点予以存储，从而以此为基准进行反复对照。在这里，为了能找到信号性能的最佳点，在指定基准值后，通过向球面像差补偿调节器施加电压来进行移动，寻找最佳点，如果在经过基准点后光学特性变坏，则通过反复更换移动进行方向来记忆最佳点。

同时，如图11所示，球面像差补偿调节器313设置在分光镜312和物镜314b之间。因此，通过分光镜312透过的激光光束经球面像差补偿调节器313上支撑的准直镜后变成了平行光束，入射到物镜314b上，然后集光到光盘315上的一个点上。

而且，如果光盘315上所聚集的光束被反射，则通过物镜314b和准直镜314a，经分光镜312反射，然后经集光透镜集中在光检波器317上，转换成电信号。

经上述光检波器317转换的抖动信号传递给感知部(传感部)318，再输入到球面像差补偿伺服系统内。于是，球面像差补偿伺服系统319可利用抖动信号及球面像差信号来伺服球面像差补偿调节器313。即，集光(聚集)反射光后通过球面像差信号来伺服球面像差补偿调节器。

在这里，图10所示的球面像差补偿伺服系统以从物镜中得到的信号为基础来控制伺服系统。图11的球面像差补偿伺服系统对通过物镜后再次通过了球面像差补偿透镜时的光学信号进行分析，来达到控制伺服系统的目的。

这种球面像差补偿调节器的运转方法是，初期粗略地(coarse)进行驱动，然后进行精密伺服，以便在最大性能产生的位置实施精密控制。为此，接通DC(直流电)电压，在第一次伺服后，可利用AC(交流电)信号确保位移和伺服。

综上所述，本项发明的BD级光学拾取系统在光程上配置有1轴调节器，并利用电磁性及磁性的原理，以补偿该调节器可能产生的非线性性及驱动过程中的倾斜角歪扭，从而能够以简单的结构形式构成调节器。

通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。

因此，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.光学拾取系统，包括以下几个部分：

产生激光光束的激光二极管；

支撑用于使入射向中心部的光束保持平行的准直镜的透镜座，并为补偿球面像差而依靠线圈和磁铁间产生的电磁力进行光轴方向运转的球面像差补偿调节器，所述球面像差补偿调节器包括：支撑并运转准直镜的透镜座；配置在透镜座左右侧用于运转上述透镜座的线圈和磁铁组成的磁电路；用于引导上述透镜座的引导工具以及用于支持上述透镜座运转的底座，其中所述引导工具包括：轴和轴引导槽以及轴固定槽，轴安装在透镜座左/右侧的与透镜高度方向中心在同一条水平线上，轴引导槽以透镜为基准左右对称设置，轴固定槽，设置在底座上，以支撑并固定上述轴的两端；

按入射光束的偏振光方向有选择地使光束透过或反射的分光镜；

用于将上述透过的光束集光在光盘的一个点的物镜；

把从上述光盘中反射的光束转换成电信号的光检波器。

2.如权利要求1所述的光学拾取系统，其特征在于，上述磁电路包括：

附着在透镜座左/右侧的线圈、与上述线圈对向设置的二极磁铁、上述磁铁配置在内侧面的U字形磁轭。

3.如权利要求1所述的光学拾取系统，其特征在于，

位于上述透镜座左/右侧面的用于产生磁复原力的磁性铁片对向处在上述磁铁的极性界线上。

4.如权利要求1所述的光学拾取系统，其特征在于，上述轴引导槽是：

在透镜座的一侧设置成四角形状，以引导透镜座向上下/左右方向移动；

透镜座的另一侧设置成长孔形状，以引导透镜座向左/右方向移动。

5.如权利要求1所述的光学拾取系统，其特征在于，

上述轴固定槽设置在底座的两侧面并与轴在同一条线上，同时设置内向于一侧内面的突起，以固定轴。

6.如权利要求1所述的光学拾取系统，其特征在于，

所述光学拾取系统还包括球面像差补偿伺服系统，以便按照经上述光检波器检波的抖动信号，控制上述球面像差调节器内的球面像差补偿伺服系统的运转。

7.如权利要求1所述的光学拾取系统，其特征在于，

上述球面像差补偿调节器配置在分光镜的前端或者后端。

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