CN1103168A - 光调器和光度头调节方法 - Google Patents

Abstract

一种光调器，包括有一个法拉第旋转器、一个凸 透镜及一个靶部件。该法拉第旋转器通过在一块玻 璃周围设置具有大法拉第常数的螺线管并使该螺线 管通电，偏振平面即可正比于该电流而转动；该凸透 镜连接到根据施加的电流沿光轴移动的一个机构上； 该靶部件具有一个带有在表面上形成的槽和设置在 光轴上的槽上的光反射件的光检测靶，并连接到根据 施加的电流沿光盘的半径方向运动的机构上，以便通 过使用产生的信号作为伺服信号进行定位。

Description

本发明涉及一种光信号的光调器，该光调器用来在制造阶段精确地对准光度头的元件和光学零件，光学存储装置。

光度头把激光束照射到光盘上以便用光把信息记录到诸如磁卡之类的存储介质上，并通过激光束的反射状态读出记录的信息。光度头必须具有两个功能。第一是一种发射功能，即把激光束以精确聚焦的状态照射到磁盘上的准确位置上;而第二是一种信号检测功能，以电信号的形式探测从光盘反射的光。根据光盘表面轨迹的物理形状或利用物理或化学状态，或施加到对应信息的轨迹上的磁性，将信息存储在光学存储介质上。为了读出信息，有必要准确地把光照射到轨迹上并连续地检测出反射的光。在以下描述中，光盘作为典型的存储介质。

发射功能定义为这样的功能，即发射光束以便把信息记录和复制在用作存储介质的光盘上，通过由执行器沿着光轴移动物镜准确地调节激光束的焦点而把激光束聚焦到光学存储介质上的微小区域上，并且还跟踪激光束到记录有所需信号的轨迹上。在激光束从光度光发射到光学存储介质的同时，必须连续地进行这一操作，因为从介质平面精度的角度来看，在光学存储介质的转动期间在光轴方向发生波动的范围大约为100μm，而从轨迹形成精度的角度来看，在介质转动期间在介质表面的半径方向波动范围为50至100μm。因此，有必要通过使用执行器连续地移动物镜，通过保持正确的聚焦和正确的跟踪状态，把激光束照射到光盘上。

用于检测正确聚焦和正确跟踪状态的信息包括在以其强度、波阵面状态及偏振的形式从光盘反射出来的光中。反射的光还包括有记录在光学记录介质上的信息。这些信息由一个信号检测光学系统读出，该系统包括有信息检测光学元件、聚焦信号检测光学元件及轨迹信号检测光学元件。聚焦和跟踪信息反馈到执行器并被用作为伺服操作的信息以使激光束正确地跟随轨迹。此后，从光盘的反射光检测到的信号作为用于伺服操作的信息，称为伺服信号。

在这种情况下，除非当制造光度头时这些检测系统中的每一个都设置到适当位置，否则准确地检测伺服信号是不可能的。因此，就不可能进行把激光束准确照射到光学记录介质的轨迹上的伺服操作。

在常规光盘驱动的情况下，介质上聚焦光点的直径大约为0.9μm，而介质上数据轨迹之间的间距为1.6μm。因此，在聚焦的情况下在光轴方向要求大约±1μm的精度，而在跟踪的情况下在半径方向要求大约±0.1μm的精度。聚焦光点的高精度定位是通过伺服技术来实现的，而用于聚焦和跟踪的伺服信号的检测也要求高精度。因此，如上所述，在装配光度头的信号检测光学系统时还要求很高的机械定位精度。总的来说，有必要在装配期间把每个元件的位置调整到几个微米的精度。

在装配光度头时，光度头920中每个检测器的位置已经通过使用图9中所示的调整基准光盘901加以确定以优化被检测的伺服信号的状态。

图2表示用于要调整的用于磁光盘的分开的光学元件型光度头的示意图。从激光二极管201发射的激光束由准直透镜203转化为平行光线，此外，由光束圆化器205精密地转化为接近理想圆的形状，并且也改变了光束的方向。然后，激光束穿过分光镜207并由反射镜204再次改变其方向，此后该光束由物镜210聚焦再照射到基准光盘250上。由基准光盘250反射的激光束变得包括有数据信号和用于聚焦和跟踪的伺服信息，并经相同的路线返回分光镜207。然后，分光镜207以用于检测聚焦和跟踪信号及数据信息的每个检测器的方向分开反射的光。

在图2中，聚焦状态由四分检测器233在分支的反射光中进行检测。反射光在引导到四分检测器233之前必须穿过非晶体（amorphic）透镜231。类似地，跟踪状态由远场检测器211进行检测，而存储在轨迹中的信息在穿过1/2波板221和偏振分光镜223之后被MO信号检测器225检测。

下面对聚焦状态作详细描述。当反射光穿过非晶体透镜231到达四分检测器233时就对聚焦状态进行检测。非晶体透镜定义为这样的透镜，其焦距在画于垂直于光轴的一个平面中的x和y轴上不同。为了使作为用于检测聚焦状态的机构的四分探测器适当地表现出其作用，非晶体透镜和四分检测器必须在光轴方向以预定间隔布置。在这种情况下，四分检测器相对于非晶体透镜的位置误差只允许几十微米。而且，对于在垂直于光轴的平面中的四分检测器所允许的位置误差在x和y方向仅为几十微米或更小。

远场检测器211是用于检测跟踪状态的机构。然而，为了使检测器211正确地检测跟踪状态，在垂直于光轴的平面中的各个方向上允许检测器211的位置误差仅为几百微米。

对于磁光盘，信息通过磁性记录在记录介质上。在这种情况下，根据偏振的状态检测磁化方向，这种偏振的状态是基于使用激光束时的克耳效应而产生的。这通过由MO信号检测器225检测穿过1/2波板221由偏振分光镜223分开的光信号来完成。而且，在用MO信号检测器225检测的情况下，信号检测光的偏振方向必须根据1/2波板221的状态转动到预定的角度，而MO信号检测器必须布置在预定的位置。在这种情况下，有必要把1/2波板的转动角度的误差限制到几度，而把MO信号检测器在垂直于光轴的平面中沿x和y方向的位置误差限制到几百微米或更小。

因此，装配光度头的步骤需要一个过程（跟踪）以便准确地设定每个检测器的位置。按照惯例，使用基准光盘来定位检测器，如图9中所示。在这种情况下，激光束照射到光盘上以确定每个探测器的位置，因而通过由适当的装置监控激光束的反射光而优化检测状态。

在定位阶段，为了使用用于调整的基准光盘获取定位信息，伺服信号必须显示出聚焦或跟踪状态。在实现上述的要求时，光点必须适当地聚焦到光盘的轨迹上。但是，在这种调整的开始时，每个检测器的位置是非常粗略地设定的，并且还没有对每个探测器的位置加以优化。因此，通过利用从基准光盘反射的光，检测用于聚焦和跟踪的伺服信号而获得准确的信息是非常困难的。

就是说，有必要粗略地确定每个探测器的位置，因而能闭合伺服环路而开始调节，尽管此时在该状态下探测到的伺服信号是非常不完整的。探测器的位置被反复地调整直到信号被优化。

具体地说，使用了一方法，用这种方法分别观察聚焦和/或跟踪信号并一个一个地进行调整以便使每个元件的位置接近所有信号的优化点。但是，聚焦和跟踪信号是由调整用基准光盘同时产生的，难以一个一个分别地产生，因而信号的相互干扰是不可避免的。而且，由于光度头的结构，一种调整经常影响多个信号。因此，在使用基准光盘的调整方法中判断出还存在着问题。

常规调整方法的问题在于这样的事实，从调整参考用的基准光盘来的信号的可靠性较低，因为这些信号受伺服电路和执行器特性的影响，并且他们同时相互干扰。本发明的目的在于不用来自基准光盘的信号来定位检测器。

更具体地说，就是公开了这样一种装置（光调器），该装置从一个激光束中产生出一个调制的光信号，这种光信号类似于由照射到基准光盘上的激光束产生的反射光，含有用于聚焦，跟踪的信息和用于调整的数据信号。

本发明的光调器能够分别根据输入的电信号产生三种光信号，如记录信号，聚焦误差信号及跟踪误差信号。激光束从要被调整的光度头发射，然后由一个被压电元件驱动的物镜（聚焦）、一个被压电元件或液晶驱动的靶（跟踪）以及一个法拉第旋转器（在磁光记录的情况下）调制，并重新返回到光度头的检测系统中去。

本发明的调整方法不仅能够调整整体的光度头，而且还能调整使用分立光学系统的光度头的固定光学元件，在这种分立的光学系统中，固定的光学系统（激光和光检测系统）实际上与运动的光学系统（物镜和平面镜）是互相分离的。在这种情况下，因为固定的光学系统与运动的光学系统之间的对准是必要的，所以，通过在光调器与要调整的光度头之间布置一个分光镜以便分出一部分光并通过提供用于测量光束位置的装置而获取用于设定位置的信息。

分光镜布置在光调器与要调节的光度头之间以便分出一部分光并对光度头发出的激光束进行方向调整（即在x-y方向调整准直仪透镜的设定位置）和近似准直（即在z方向调整设定位置）。

通过设定一个显微镜来确定光度头的光学系统，该显微镜用于观察在光调器的靶能被观察的位置处由物镜所形成的一个激光点。

本发明的光调器涉及一种可以自由地产生一种光信号的装置，这种装置用于找出一个调整点，在该调整点处，根据输入的电信号在实际操作状态下每一种信号都得到了优化，而不需要采用任何用于组装中的调整和光盘的光度头调整的光盘。细节在图1中表示。

要装配和调整的光度头安置在图1中的支架部分（100）上。与现有方法的对比在图3中表示。就是说，本发明的光调器301用来代替现有的基准光盘（和物镜）。

该光调器能够独立地产生三种信号，当使用根据一个控制输入电信号的调节光盘和物镜时，这些信号不能由传统的系统单独控制。这通过一个机构来完成，该机构用于产生调整一个装置的信号，以便通过使从被装配和被调整的光度头发射的激光束透过法拉第旋转器（101）、物镜（103）及靶部分（105）而调制它，检测MO、聚焦和跟踪信号。

图4表示法拉第旋转器（101）的细节。法拉第旋转器通过使电流经过螺线管403产生磁场，螺线管403缠绕在具有一个大法拉第常数且插入在光路410中的材料401上，从而产生近似正比于电流的偏振平面的旋转角θ。电流由电源405调节。因而产生了一个类似于在磁光盘条件下的克耳旋转信号的偏振光旋转角度信号。

图5表示物镜103的细节。物镜505安装在透镜座503上，透镜座503与诸如压电元件之类的、用于沿光轴510驱动的执行器501相结合而具有活板（flap）调节功能，并且该透镜座连接到运动部分530上，以便通过由电源520向压电元件提供电压而驱动它，产生用于检测聚焦状态的信号。整个这一部件通过一个固定部件540固定到光度头上。最好使用一个，例如，分层的压电元件作为压电元件。

靶部件105在其光轴上具有一个光聚焦靶610，如图6中所示。该光聚焦靶610固定到支座603上，支座603与诸如压电元件之类的、用于沿光盘的半径方向驱动的执行器601相结合而具有活板调节功能，以便构成运动部件625，而光轴620垂直于光聚焦靶。电源630沿垂直于光轴的方向移动执行器601。整个这一部件都固定到固定部件640上。

图7表示光检测靶610表面的放大图。跟踪导向槽701以与轨迹间隔相同的间隔形成在光检测靶的表面上，并且反射膜720装在该表面上。激光束的反射位置通过利用执行器移动反射膜来调整以便产生跟踪信号。在这种情况下，例如，最好也使用，例如，分层的压电元件作为压电元件。

这种信号产生的方式不仅能够通过根据机械驱动的方法进行，也能够通过使用液晶或声光元件的非机械方法进行。

在图1中，在光聚焦靶105上的反射膜层用作半透半反镜，以便聚焦在该半透半反镜上的激光束状态能够由显微镜110观察到。这一信息还能够经过CCD摄像机114由示波器116或TV监视器118观察。该装置具有这样一种功能，以便确认物镜103与靶105之间的距离是否适当，聚焦是否已经正确地实现，或光束是否没有象差。这种观察光束状态的方式不是通过使用基准光盘的常规调整方法来实现的。

在图1中，激光束在调制之前经过准直仪透镜120由在CCD摄像机125（有必要除去CCD摄像机的镜头）中的图象传感器（没表示）检测。因此，就能够通过经准直仪透镜由图象传感器检测激光束来检测发射光学系统是否精确地准直以及反射角度是否适当。在使用基准光盘的常规方法的情况下，有必要在设定聚焦和跟踪检测系统之前在另一个步骤中调整发射系统。然而，本发明使得在一个步骤中完成这些操作是可能的。

如果通过引导由分光镜115分出的光到CCD摄像机125（如果CCD摄像机上有附加镜头的话，则有必要除去它）中的图像传感器上而不经过准直仪透镜120的话，则能够检测出从发射系统发射的激光束的发射位置的偏差，并能够确定用于设定固定的光学系统或物镜的位置信息。

以下是通过使用本发明的调光器来定位光度头的每个检测器的方法的描述。如图3中所示，在图1中的光调器用来代替基准光盘250和物镜210。

为了调整聚焦误差检测光学系统，被调整的光度头发射的准直光必须正确地聚焦在靶105上。

从靶反射的光经非晶体透镜231引导到四分探测器233上，如图2中所示。为了调整聚焦系统，重要的是使非晶体透镜231与四分探测器233对准并把他们之间距离设定为预定值。这些调整是利用反射光的已知方法来实现的。

为了跟踪信号和MO信号检测的调整，必须利用本发明的装置适当地调制激光束并利用被调制的激光束按现有方法进行调整。

发射系统还能够利用由分光镜115分支的光来进行调整。如果在对准中存在问题，则根据由在CCD摄象机125中的光检测元件检测到的信息，沿光轴移动准直仪透镜203进行调整。除非发射角度是适当的，否则必须调整垂直于激光二极管光轴的平面内的位置。

如图8中所示，整体光学系统的光度头可以使用有限的光学系统，以便直接使从激光器801发射的光经半透半反镜803照射到物镜805上而不使用准直仪透镜。在这种类型的光度头中，光盘表面是处在焦点上，用虚线810所示。对于这种类型的光度头，如图8所示，把用于对准的透镜820分立地设定在本发明光调器的进口处并把激光束变换成无限系统光束之后，利用相同的方法进行调整是可能的。

在这种情况下，必须沿光轴和垂直于光轴的平面调整图8中的光度头部分（低于805的部分）与本发明的部分（高于820的部分）两者之间的相对位置，以便使焦点与其位置对准。本发明的装置通过仅使用CCD摄像机125来完成对准和通过既使用CCD摄像机125又使用准直仪120来完成聚焦。通过使用连接到显微镜上的监视用CCD摄像机114和示波器116可以更为精确地完成这样的操作。就是说，在靶上的点由CCD摄像机114监视，而其光强度由示波器测量。

在本说明书中，描述了光盘被用作记录介质。然而，很明显本发明能够适用于磁卡和其他介质。

因为检测系统的光度头能够不使用基准光盘而被定位，就是说，不进行任何伺服操作，所以只有很少的用于定位的不确定因素，因此定位能够有效地进行。

图1表示本发明的光调器;

图2表示根据先有技术的一个光度头和一个调整光盘的细节;

图3表示用于解释通过使用本发明的光调器调整光度头的示意图;

图4表示法拉第旋转器的结构;

图5表示物镜的结构;

图6表示靶部件;

图7表示光检测靶表面的细节;

图8表示本发明的应用;及

图9表示用于解释使用根据先有技术的基准光盘调整光度头的方法的示意图。

Claims (7)

1、一种用于调制激光束的光调器，其特征在于包括有：

一个法拉第旋转器，它包括有一个螺线管和一块设置在所述螺线管内具有大法拉第常数的玻璃，以便通过给所述螺线管施加电流而转动所述激光束的偏振平面，所述的转动以正比于所述施加电流的方式出现；

一个连接到第一机构上的凸透镜，该机构根据其中施加的电流或所加的电压沿所述激光束的光轴方向移动；

一个靶装置，它在表面处至少具有一个槽，并连接到根据其中施加的电流或所加的电压沿垂直于存储介质的轨迹方向移动的第二机构上，所述的槽在所述光轴上具有光反射件。

2、根据权利要求1所述的光调器，其特征在于所述第一机构或所述第二机构中的一个包括有一个由压电元件驱动的执行器。

3、根据权利要求1或2所述的光调器，其特征在于包括有一个用于观察聚焦在靶部件上的所述激光束的束斑的显微镜。

4、根据权利要求1或3所述的光调器，其特征在于一个分光镜设置在用电视摄像机观察所述激光束的所述光轴上。

5、根据权利要求1或4所述的光调器，其特征在于一个用于把有限系统激光束改变为无限系统激光束的凸透镜设置在光轴上。

6、一种不使用基准光介质来调整光度头位置的方法，其特征在于包括下述步骤：

通过使用由权利要求1中所述光调器调制的激光束作为伺服信号，确定在光度头检测系统中每个元件的位置。

7、一种不使用基准介质来调整光度头位置的方法，其特征在于包括的步骤为：

通过在所述有限系统激光束的光轴上设置凸透镜，把有限系统的光路转化为无限系统;

通过使用由权利要求1中所述光调器调制的激光束作为伺服信号，确定在光度头检测系统中每个元件的位置。

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