CN100468537C - 物镜驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种物镜驱动装置，包括一从光存储介质读出/写入信息的物镜、一固定物镜的物镜架及一基座及至少一悬臂梁。该悬臂梁的固定端固定于基座上，该物镜及物镜架置于悬臂梁的自由端上，该悬臂梁的自由端与基座之间至少一方设有至少一压电元件，该压电元件电极化方向上接有极化电源，该压电元件在未发生极化变形时的极化方向平行于物镜的光轴方向。本发明以压电元件取代现有技术中的线圈和磁体，避免了倾斜调节磁场与循轨、聚焦调节磁场之间产生相互干扰。采用压电元件后，可直接通过控制极化电源的电流大小准确控制物镜的倾斜角度，使倾斜调节精确。

Description

物镜驱动装置
【技术领域】
本发明是关于一种物镜驱动装置，特别是一种能够实现光轴倾斜调整的物镜驱动装置。
【背景技术】
光学读/写头作为光学记录/再现装置的核心零组件，是决定光存储介质进行记录/再现品质的关键之一。一般说来，光学读/写头由激光二极管(Laser Diode)、准直镜(Collimator Lens)、物镜(Objective Lens)、光检测器(PD)及其它光学组件构成。激光二极管作为光学读/写头的激光发射源，提供读/写光束。准直镜对激光二极管发出的光束进行平行校正。物镜则将入射光束会聚于存储介质上形成光斑，藉此读出/写入信息。而光检测器是对返回光束进行循轨、聚焦或倾斜检测，发出循轨、聚焦或倾斜控制信号，进一步调节物镜使光束精确聚焦于存储介质的记录面上。
随着光存储介质存储容量的提高，光存储介质的记录密度越来越高。物镜数值孔径的提高与存储容量的提高成正比，而提高物镜的数值孔径会在存储介质相对物镜倾斜时产生像差，从而光学读/写头的精确度也必须随之提高。
为了克服存储介质相对物镜倾斜而产生的问题，光学读/写头内均设有倾斜调节装置，抑制存储介质相对物镜的倾斜，使物镜的光轴与存储介质的记录面垂直。一般的倾斜调节方法为驱动物镜向存储介质相对物镜倾斜的反方向移动对倾斜误差进行补偿，从而使物镜的光轴与存储介质的记录面严格垂直。
目前被广泛采用的倾斜调节装置为电磁式倾斜调节装置，中国专利申请第01139684.9号中公开了一种电磁式物镜致动器。如图1所示，该光学读/写头致动器100的物镜90固定于物镜架80上，物镜90与物镜架80一起通过金属丝70悬挂于固定板60上。物镜架80下方固连有永磁体81，同时基板50上于物镜90两侧分别设有缠绕倾斜线圈53的线圈座51。当电流通过倾斜线圈53时，倾斜线圈53受到电流激励产生磁场，该磁场与物镜架80下方固连的永磁体81产生相互吸引或排斥的磁力作用。分别控制通过物镜90两侧的倾斜线圈53的电流大小和方向，可调节物镜90两侧受到的磁力的方向和大小。由于倾斜线圈53与线圈座51固定于基板50之上不可运动，而永磁体81与物镜90及物镜架80一起悬置安装，故，当物镜90两侧所受的磁力大小不等时，物镜90能够产生一定的转角。该转角与物镜和存储介质记录面之间的倾角补偿，藉此进行倾斜调整。
上述物镜致动器虽可较为精确地校正物镜倾斜，但仍存在弊端。一般，光学读/写头内循轨、聚焦调节亦采用电磁方式，倾斜调节的磁场对循轨、聚焦调节磁场之间会产生干扰，从而影响物镜调节的准确性，使得记录/再现品质受损。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种对光学读/写头内其它元件干扰小且调节精确的物镜驱动装置。
本发明的技术方案是：一种物镜驱动装置，包括一从光存储介质读出/写入信息的物镜、一固定物镜的物镜架及一基座及至少一悬臂梁。该悬臂梁的固定端固定于基座上，该物镜及物镜架置于悬臂梁的自由端上，该悬臂梁的自由端与基座之间至少一方设有至少一压电元件，该压电元件电极化方向上接有极化电源，该压电元件在未发生极化变形时的极化方向平行于物镜的光轴方向。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明以压电元件取代现有技术中的线圈和磁体，避免了倾斜调节磁场与循轨、聚焦调节磁场之间产生相互干扰。采用压电元件后，可直接通过控制极化电源的电流大小准确控制物镜的倾斜角度，使倾斜调节精确。
【附图说明】
图1是现有技术的物镜致动器的立体视图。
图2是本发明的物镜驱动装置的初始状态时的立体视图。
图3A是本发明物镜驱动装置的悬臂梁初始状态的示意图。
图3B是本发明物镜驱动装置的悬臂梁载荷状态的示意图。
图4A、4B、4C分别是本发明物镜驱动装置的悬臂梁三种实施方式的截面图。
【具体实施方式】
请参阅图2，其为本发明物镜驱动装置99之示意图。物镜驱动装置99包括一物镜1、一固定物镜1的物镜架2、两平行设置的悬臂梁3、四根用于悬挂物镜1和物镜架2的金属线4、一固定悬臂梁3固定端32的固持架5、一水平底板6及两压电元件7。其中，固持架5与底板6垂直，物镜1和物镜架2通过四根金属丝4悬挂于悬臂梁3的自由端34上，两压电元件7分别设于悬臂梁3的自由端34与底板6之间。
请参阅图3A，在初始状态时，两悬臂梁3处于水平状态。当光盘8的记录面82与物镜1之间存在倾角θ时，物镜1的光轴与光盘8的记录面82不处于垂直状态，此时需使物镜1旋转一定角度使其光轴与光盘8记录面82严格垂直。
再请参阅图3B，当给两压电元件7极化方向两端通以大小相等的电流时，压电元件7受到极化收缩(或膨胀)，对悬臂梁3上与压电元件7接触处产生拉扯(或挤压)作用。悬臂梁3的自由端34受到此作用力F发生弯曲变形，悬挂于悬臂梁自由端的物镜1和物镜架2随之相对其初始位置产生一定转角Φ。当转角Φ与物镜1在初始状态时相对光盘8记录面82的倾角θ大小相等、方向相反时，物镜1与光盘5记录面的倾斜得到补偿，物镜1的光轴与光盘8记录面82垂直。
假设压电元件对悬臂梁3的挤压力F的载荷为P，压电元件7的作用点距悬臂梁3的固定端32的距离为L，悬臂梁3的挠度δ与所承受的载荷P之间满足如下关系：
δ＝pL3/3EI               [1]
其中：
P——集中载荷(单位：kg)；
L——计算长度(单位：mm)；
E——弹性模量(单位：kg/mm2)；
I——惯性矩(单位：mm4)；
δ——载荷方向的挠度(单位：mm)。
根据物镜3的转角Φ与载荷方向的挠度δ和计算长度L的比值成正比：Φ∝δ/L，再结合方程[1]，可得到以下公式：
Φ∝PL2/EI               [2]
悬臂梁3的惯性矩I由其截面形状决定。图4A至4C所示为本发明之悬臂梁3的三种截面形状，矩形截面、工字截面和回字截面。下面仅以图3a中所示的矩形截面为例，计算其惯性矩I。矩形截面惯性据计算公式如下：
I＝bh3/12                    [3]
其中：
I——惯性矩(单位：mm4)；
b——截面宽度(单位：mm)；
h——截面高度(单位：mm)。
结合公式[2]和公式[3]，可得到：
Φ∝PL2bh3/E              [4]
公式[4]中，弹性模量E、计算长度L、截面宽度b和截面高度h分别由悬臂梁3的材料和形状决定，故当悬臂梁3的材料和形状选定后，L2bh3/E的值为常数，转角Φ的大小仅与载荷P的大小成正比。
压电元件7受电极化膨胀或收缩的原理为：当压电材料受到与其极化方向相同的电场作用时，该压电材料延其极化中枢方向膨胀；相反，当受到与其极化方向相反的电场作用时，该压电材料延其极化中枢方向收缩。压电元件7的膨胀或收缩量与其极化电场ε的大小成正比。因此，通过改变极化电场ε的大小可准确控制物镜1转角Φ的大小。
工作时，光检测器根据返回的检测光束得到物镜1相对光盘8的记录面82的倾角θ，并发出控制信号控制极化电场ε的大小和方向。压电元件7根据极化电场ε的大小产生膨胀或收缩。悬臂梁3的自由端34受到压电元件7膨胀或收缩的影响产生一定的挠度δ，使物镜1产生相应转角Φ，以补偿物镜1相对光盘8记录面82的倾角θ，从而使物镜1光轴与光盘8的记录面82垂直。
在实际应用中，为配合光学读/写头内其它元件的结构和位置，也可将压电元件7设置于悬臂梁3与顶板之间，即压电元件7设置于悬臂梁3自由端34的上方，其效果与压电元件7设置于悬臂梁3下方的效果相同。抑或，于悬臂梁3上下两个方向上均设置压电元件7。需倾斜调节时，上下两方的压电元件7一方膨胀、另一方收缩，也能达到时物镜1产生转动的效果。
压电元件7的材料可选取如：ZnO、LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3等对电场激励敏感的材料。
此外，悬臂梁3的截面形状除了图4A至4C所示三种情况外，还可设置为T形或L形等其它形状。

Claims (9)

1.一种物镜驱动装置，包括一从光存储介质读出/写入信息的物镜、一固定物镜的物镜架及一基座，其特征在于:该物镜驱动装置还包括至少一悬臂梁，该悬臂梁的固定端固定于基座上，该物镜及物镜架置于悬臂梁的自由端上，该悬臂梁的自由端与基座之间至少一方设有至少一压电元件，该压电元件电极化方向上接有极化电源，该压电元件在未发生极化变形时的极化方向平行于物镜的光轴方向。
2.如权利要求1所述的物镜驱动装置，其特征在于:该压电元件的极化方向垂直于悬臂梁的长度方向。
3.如权利要求2所述的物镜驱动装置，其特征在于:该悬臂梁受该压电元件电极化作用变形方向与该物镜相对于光存储介质记录面之间的倾斜方向相反。
4.如权利要求3所述的物镜驱动装置，其特征在于:该悬臂梁的自由端受压电元件电极化作用点的转角等于该物镜和光存储介质记录面之间的倾斜角度。
5.如权利要求1所述的物镜驱动装置，其特征在于:该物镜及物镜架通过四根金属丝悬挂于两平行悬臂梁的自由端上。
6.如权利要求5所述的物镜驱动装置，其特征在于:该悬臂梁受该压电元件电极化作用带动物镜产生转动的方向与该物镜相对于光存储介质记录面的倾斜方向相反。
7.如权利要求6所述的物镜驱动装置，其特征在于:该悬臂梁的自由端受压电元件电极化作用点的转角等于该物镜和光存储介质记录面之间的倾斜角度。
8.如权利要求1至7中任一所述的物镜驱动装置，其特征在于:该压电元件为ZnO、LiNbO3、LiTaO3或BaTiO3材质制成。
9.如权利要求1至7中任一所述的物镜驱动装置，其特征在于:该悬臂梁为矩形截面、工字截面或回字截面。
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