CN1122984C - 用于小型盘和数字视盘的光学头致动器 - Google Patents

用于小型盘和数字视盘的光学头致动器 Download PDF

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Abstract

一磁轭，包括从其底部向上凸出的轴和至少一对磁铁，其固定在沿其磁轭内周边表面以一定间隔的圆柱槽内；一透镜夹具，通过轴可移动地与磁轭连接，且在分别相对于多个磁铁位置有多个绕组线圈，在平行于激光束轴向形成至少两个激光开口，透镜包含部分在激光开口上部按顺序形成，以形成CD物镜和DVD物镜。磁铁中的每一个为双体式。多个磁铁由多个平行于激光束轴向极化的第一磁铁和多个垂直于激光束轴向极化的第二磁铁构成，第一第二磁铁交替固定。

Description

用于小型盘和数字视盘的 光学头致动器
本发明涉及一种光学头致动器，特别涉及一种具有高谐振频率的透镜夹具的光学头致动器。
近来，已经发展用如激光盘或小型盘光盘的数据检索/记录系统。为了从或往光盘检索或记录信息，提供光学头致动器沿光盘上光道照射激光束并根据从光道反射的光束检索数据。如果在光盘上形成螺旋光道，在光道上形成的扇区由于光道偏心而具有从光盘中心不同的距离。因此，需要跟踪控制以检索的方式精确地将激光束照射到光道上。另外，由于以检索的方式使光盘旋转，光学头致动器与光盘之间的距离会有微小波动。这种距离波动造成精确检索数据困难，这样需要聚焦控制。
为了聚焦控制，从光盘反射的激光束检测到聚焦误差，以便产生一个聚焦误差信号。聚焦误差信号驱动物镜执行聚焦控制操作。通常，物镜由光头罩上的弹簧支撑并固定。操作聚焦致动器，该聚焦致动器有一个线圈用于在轴向和盘的上下方向驱动物镜。
同时，作为处理多媒体信息的重放光盘，CD-ROM及类似物已被实际使用。CD-ROM是一个具有直径12厘米，厚度1.2毫米，轨迹轨距1.6微米的介质，在其一侧可储存540兆字节的信息数据。近年来，使用图像压缩数据技术如MPEG(移动图像专家组)的具有在CD-ROM上记录视频信息的数字视盘(DVD)已取得显著发展。
为了在高记录密度光盘上执行重放，激光束圆点直径必须装以隔膜。这样做，应注意光学头装置的激光波长被缩短(例如，大约635纳米)，而物镜的数值孔径(NA)变大(例如，大约0.6)。但是，光盘倾斜偏差以与物镜数值孔径的立方成正比增加。因此，使物镜数值孔径太大地造成光盘倾斜裕度减小。在相同的物镜数值孔径条件下，具有厚度约为0.6毫米称为DVD所指定的光盘SD倾斜裕度为传统的具有例如大约1.2毫米厚度的CD的两倍。
尽管有上述要求，仍希望标准密度及厚度约为1.2毫米(CD，CD-ROM)的光盘和高密度及厚度约为0.6毫米(DVD)的光盘同时存在。因此，需要能重放记录在CD和DVD上的信息的光学头装置。
参考图1-4以下描述用于CD和CVD盘的传统光学头致动器。
图1是用于CD和DVD盘轴滑动型传统光学头致动器的分解透视图，图2是图1沿线II-II垂直横截面图。图3是固定在用于图1的CD和DVD盘轴滑动型传统光学头致动器中磁铁的透视图，而图4是用于CD和DVD盘轴滑动型传统光学头致动器的另一个分解透视图。
如图1-3所示，用于CD和DVD盘轴滑动型传统光学头致动器由柱形透镜夹具110，透镜盒113和115，绕组线圈120，圆柱形磁轭130，轴135，第一磁偶140和第二磁偶150构成。轴135从磁轭130底部向上凸起。第一磁偶140沿磁轭130内表面布置。第二磁偶150在与第一磁偶140垂直位置也沿磁轭130内表面布置。
透镜夹具110在其周边有绕组线圈120，每个绕组线圈对应第一和第二磁偶140和150。每个透镜盒113和115从透镜夹具110上表面凸出。用于CD的物镜112和用于DVD的物镜114分别固定在透镜盒113和115中。导引槽117在透镜盒113和115的正下方透镜夹具110的周边形成。导引槽117沿激光束方向形成以便导引槽117可选择地与在磁轭130底部形成的通孔119对齐，激光束通过通孔。
透镜夹具110有一个轴孔118，轴135插入其中。透镜夹具110由第一磁铁140和第二磁铁150互相作用产生的力从磁轭130底部抬起。磁化材料固定于置于透镜夹具110外周上的绕组线圈120的中部。
透镜盒113和115沿物镜112和114轴向及在透镜夹具110的上表面一侧凸出。因此，由于透镜夹具110的重量，透镜夹具110的谐振频率变低。低谐振频率带来一个缺点，因为致动器容易受寄生谐振及外部干扰影响。由于透镜夹具110可被旋转，物镜112和114可有选择地与激光束轴对齐。固定第一磁偶140和第二磁偶150以便伺服透镜夹具110运动而防止透镜盒113和115移动。为保护透镜夹具110和物镜114，磁轭130的高度大于高度L1和H1之和，其中参考数字L1指第二磁铁150的高度，而参考数字H1指第二磁铁150至透镜盒115的高度。因此，由于光学头致动器变得更大些，不能将光学头致动器的体积最小化。
另外，磁轭130的高度与图3所示的第二磁铁150结构密切相关。第二磁铁150如图3中所示，对于第一磁铁140同样适用。即由NdFe制成的磁铁M1被磁化成N极和S极。在N极和S极之间形成非磁化区m。在非磁化区m不能产生任何磁场。因此，为获得移动透镜夹具110必要的磁场，必须通过非磁化区长度来加长磁铁M1，这样磁轭130高度较高，半径较长。因此，不能将光学头致动器的体积最小化。
图4是用于CD和DVD盘轴滑动型传统光学头致动器的另一个分解透视图。光学头致动器有一个圆柱210，其上聚焦线圈FA和跟踪线圈对TRa和TRb。矩形透镜夹具220在圆柱210的上表面形成。透镜夹具220上表面一侧上的透镜盒向上凸出，DVD物镜La和CD物镜Lb固定于其中。透镜盒包括第一透镜盒222和第二透镜盒224。平衡件226固定在透镜夹具220上并相对于透镜盒222和224以便透镜夹具220能被平衡。与圆柱210中心成一直线的透镜夹具220重心上形成轴孔228。轴孔228连接到从磁轭230中心平行于轴方向凸出的轴232，这样圆柱210被连到磁轭230。从轴232和圆柱210之间的磁轭230并平行于轴向形成凸件234。对应于圆柱210周边，磁轭230内周边有一对磁铁236，与聚焦线圈FA和跟踪线圈对TRa和TRb互相电磁作用。
如图4所示的光学头致动器中，透镜夹具220在磁轭230上表面上被旋转，而透镜盒220和224从透镜夹具220凸出。因此，光学头致动器变得较高，这样不能获得光学头致动器的最小化。
另外，透镜夹具220有平衡件226。因此，当透镜夹具变重时，透镜夹具谐振频率变低，这样光学头致动器受寄生谐振影响。
为了克服上述问题，根据本发明用于CD盘和DVD盘的光学头致动器包括磁轭和透镜夹具。磁轭包括从其底部向上突出的轴和至少一对磁铁，其固定在沿其磁轭内周边表面以一定间隔的圆柱槽内。透镜夹具通过轴可移动地与磁轭连接，并相对于多个磁铁的位置分别有多个绕组线圈。在透镜夹具中平行激光束轴向形成至少两个激光开口。包含部分的透镜在激光开口上部按顺序形成，以形成小型盘(CD)物镜和数字视盘(DVD)物镜。多个磁铁的每一个以双体式形成。多个磁铁由平行激光束轴向极化的多个第一磁铁和垂直激光束轴向极化的多个第二磁铁构成，第一磁铁和第二磁铁交替固定。为抬起透镜夹具，磁化材料固定在每个多个绕组线圈下。
根据本发明实施例的光学头致动器，具有物镜的透镜夹具被抬起并通过磁轭上的磁铁、透镜夹具的磁化材料和滑动轴被保持在抬起状态。当透镜夹具通过磁通和供到绕组线圈电流量以垂直方向(聚焦方向)和水平方向(跟踪方向)移动时，执行跟踪和聚焦伺服。通过控制跟踪伺服电流量，执行固定在透镜夹具上的CD物镜到/从DVD物镜切换。因此，可以在简化结构并从简单的制造工艺中获得光学头致动器。
本发明这些和其它目的及特征可参考附图通过下面实施例理解，其中：
图1是用于CD和DVD盘轴滑动型传统光学头致动器分解透视图；
图2是沿图1线II-II垂直横截面图；
图3是固定在用于图1CD和DVD轴滑动型传统光学头致动器中的磁铁的透视图；
图4是用于CD和DVD轴滑动型传统光学头致动器另一个分解透视图；
图5是根据本发明实施例用于CD和DVD轴滑动型光学头致动器分解透视图；
图6是沿图5线III-III垂直横截面图；
图7是根据本发明实施例用于CD和DVD轴滑动型光学头致动器透视图；
图8是根据本发明实施例用于CD和DVD轴滑动型光学头致动器的双体式磁铁的透视图；
图9是根据本发明实施例使用的用于CD和DVD光学头致动器垂直横截面图；以及
图10是显示传统光学头致动器中物镜和根据本发明实施例光学头致动器跟踪范围的图。
参考附图将详细描述本发明实施例的光学头致动器。
图5是根据本发明实施例用于CD和DVD轴滑动型光学头致动器分解透视图；图6是沿图5线III-III垂直横截面图；图7是根据本发明实施例用于CD和DVD轴滑动型光学头致动器透视图；图8是根据本发明实施例用于CD和DVD轴滑动型光学头致动器的双体式磁铁的透视图；图9是根据本发明实施例使用的用于CD和DVD光学头致动器垂直横截面图；以及图10是显示传统光学头致动器中物镜和根据本发明实施例光学头致动器跟踪范围的图。
圆柱磁轭560有一个从其底部中心向上凸出的滑动轴565。在磁轭560底部形成通孔567。第一磁偶570和第二磁偶580固定在沿磁轭560周边形成的圆柱槽572中。即第一和第二磁偶570和580连到圆柱槽572的内表面。第一磁偶570包括互为配置的两个磁铁。第一磁偶570的每个磁铁沿相对于滑动轴565垂直方向极化。第二磁偶580包括互为配置的两个磁铁。第二磁偶580的每个磁铁沿相对于滑动轴565平行方向极化。第一磁偶570的磁铁和第二磁偶580的磁铁以90度间隔交替排列。第一和第二磁偶570和580连接与圆柱磁轭560相同高度。在磁轭560底部形成通孔567，来自全息图元件700的激光束通过该通孔。全镜750固定在通孔567之下以使激光束路线与物镜512和525的轴对齐。
磁铁以双体式制造。即其中一个磁铁被分成两片，S极为第一磁铁片和N极为第二磁铁片，以便保持N极和S极中一个磁铁的极性排列。形成的双体磁铁带有第一磁铁片的N极连到第二磁铁片的S极的第一部分M2，以及第一磁铁片极连到第二磁铁片N极的第二部分M3。形成的双体式磁铁带有如图8所示的第一和第二部分M2和M3。在这种双体式磁铁被连到磁轭560内表面上的情况中，对于打算使用的磁铁电磁场以排除非磁化区，附加磁铁是必要的。例如，如图8所示，为了产生平行于滑动轴作用的电磁场，为使第一部分M2和第二部分M3的分界线与滑动轴565平行排列，固定双体式磁铁。分界线是在第一和第二部分M2和M3连接时形成的。
透镜夹具500为圆柱形。在对应圆柱磁轭560滑动轴565的位置，透镜夹具500有一个轴孔530。两个激光开口535在透镜夹具500的上表面上形成，其位置距轴孔530的中心距离相同。激光开口535互相分开。第一透镜盒510和第二透镜盒520在激光开口535的上部分形成。用于DVD的物镜515固定在第一透镜盒510中。物镜525固定在第二透镜盒520中。为增强刚度，每个第一和第二透镜盒510，520均起拱肋作用。
四组绕组线圈540被连到透镜夹具500外周边上。第一绕组线圈以物镜515和525形成的锐角连到透镜夹具500的外周边。第二绕组线圈相对于第一绕组线圈180度连到透镜夹具500。在第一和第二绕组线圈之间，第三和第四绕组线圈互相以180度交替地连到透镜夹具500的外周边。即第一和第三绕组线圈互相以90度位置排列，第二和第四绕组线圈也同样。以槽形形成多个平衡件505，该槽形从透镜夹具500底部向上形成凹槽。平衡件505能使轴孔530的中心成为透镜夹具500的重心。磁化材料550固定在每个绕组线圈540的中心位置及透镜夹具500的周边。固定在第一绕组线圈中心的第一磁化材料向DVD物镜515倾斜。固定在第二绕组线圈中心的第二磁化材料向DVD物镜515倾斜。在第三绕组线圈中心上的第三磁化材料远离CD物镜倾斜。在第四绕组线圈中心的第四磁化材料远离用于DVD的物镜515倾斜。透镜夹具500的半径大于从滑动轴565到磁铁570和580的内径。透镜夹具500被固定在磁轭560内侧，并轴孔530与磁轭560滑动轴565相连接。此时，其中一激光开口535置于通孔567的上部分，且每一个绕组线圈固定于相对的每一个磁铁。
以下，将详细描述根据本发明实施例的光学头致动器。
首先，采取通孔567与CD物镜525对齐。由于磁铁570和580与磁化材料550之间的电磁场，使透镜夹具500被从磁轭560底部抬起。来自全息装置700激光束的行进方向由全镜(full mirror)750改变。因此，激光束从下面通过通孔567沿CD物镜525轴传输。传输的激光束聚焦到盘光道的一个凹坑上并被反射。被反射的激光束再次通过用于CD的物镜525和通孔567，并通过全镜750输入到全息装置700中的光检测器(photodetector)(未示出)。通过输入的激光束检测在数据记录凹坑中的聚焦和跟踪状态。
在聚焦伺服必要的情况下，聚焦伺服电流被加到相对于第二磁偶580的绕组线圈。在聚焦伺服电流被加到绕组线圈的情况下，通过第二磁偶580的磁通，一个力被施加于平行滑动轴565的方向。因此，通过具有用于CD物镜的透镜夹具500受到滑动轴565方向的力，聚焦伺服被执行。
在跟踪伺服必要的情况下，跟踪伺服电流从伺服系统(未示出)被加到相对于第一磁偶570的绕组线圈。在跟踪伺服电流被加到绕组线圈的情况下，由于第一磁偶570的磁通，一个力被施加于透镜夹具500的旋转方向。因此，包括用于CD物镜525的透镜夹具500以平行方向的力执行跟踪伺服。
同时，在改变用于CD的物镜525和用于DVD的物镜515的位置的情况中，大量电流瞬间施加于置于相对于跟踪伺服中使用的第一磁偶570的绕组线圈。如果大量电流瞬间流进绕组线圈，透镜夹具500以第一磁偶570磁通方向快速旋转。由于磁化材料550以一个倾斜方向固定，磁化材料550作用于透镜夹具500旋转。传统光学头致动器跟踪伺服距离和根据本发明实施例的光学头致动器的跟踪伺服距离如图10所示。参考标号114指用于DVD的传统物镜，而参考标号515指根据本发明实施例DVD物镜。上述两个物镜相对于滑动轴565有相同的跟踪伺服角度，但跟踪的传输距离互相不同，为距离D1和距离D2。即用于DVD的传统物镜114的跟踪传输距离D1大于根据本发明实施例用于DVD的物镜515的跟踪传输距离D2。跟踪传输距离的差别是由与传统光学头致动器相比从每个物镜515和525的中心到滑动轴565距离减少所致。
由于从轴到物镜的距离变短，跟踪的驱动灵敏度降低。驱动灵敏度与(B×L×N)/((KL)×R)的数值成比例，其中B指电磁强度，L指线圈长度，N指绕组线圈匝数，KL指由磁铁和磁化材料之间引力确定的刚度值，而R指线圈电阻。即必须降低刚度值，以补偿降低的驱动灵敏度。但是，当刚度值KL减小时，透镜夹具的谐振频率降低。为了使用于DVD和CD的光学头致动器在播放方式下正常工作，必须补偿谐振频率恶化。用于DVD和CD的光学头致动器必须有满足DVD和CD的伺服带宽(servo bandwidth)。用于CD的伺服带宽为1.1KHz，用于DVD的伺服带宽为2.4KHz。通常，为使光学头致动器稳定工作，需要技术设计在稳定带宽中排除任何寄生(parasitic)谐振频率，该稳定带宽为伺服带宽的10倍。因此，根据本发明实施例用于DVD和CD的光学头致动器必须被设计成同时满足对于CD稳定带宽11KHz和对于DVD稳定带宽24KHz。即寄生谐振频率必须是比稳定带宽高的带宽。为了将寄生谐振频率移到比稳定带宽更高频率的带宽，寄生谐振频率必须高于24KHz频率。寄生谐振频率(fn)与(KH)/m成比例，其中KH指透镜夹具的刚度值，m指透镜夹具的透镜重量。即对于寄生谐振频率，为增强参考频率24KHz，减少透镜夹具重量和增加透镜夹具刚度值是必要的。通常，由于重量与刚度值成比例，增加寄生谐振频率是困难的。为解决这个问题，根据本发明实施例的光学头致动器采用具有如图5所示结构的透镜夹具，由此保持透镜夹具重量m而增加刚度值KH。通过增加磁铁强度B补偿跟踪驱动灵敏度的降低。因此，减少了透镜夹具的体积并阻止了驱动灵敏度的下降。
在根据本发明实施例的光学头致动器中，通过磁轭上的磁铁、透镜夹具的磁化材料及滑动轴，具有物镜的透镜夹具被抬起并被维持在抬起状态。当利用磁通和供给绕组线圈的电流量，以垂直方向(聚焦方向)和水平方向(跟踪方向)移动透镜夹具时，可执行跟踪和聚焦伺服。通过控制跟踪伺服电流量，执行固定在透镜夹具上CD物镜到/从DVD物镜的切换。因此，可以简化结构并从简单的制造工艺获得光学头致动器。
通过使用双体式磁铁，根据本发明实施例的透镜夹具的高度与传统光学头致动器的透镜夹具高度相比可减少一个非磁化区高度。因此，光学头致动器可被最小化，且由于降低了透镜夹具的重量，寄生谐振频率可被传递到更高的频率区。当寄生谐振频率传递到高频区时，光学头致动器的操作变得稳定。
另外，光学头致动器包括具有两对不同极性排列的磁铁的磁轭，及对应于每个磁铁的位置形状相同的绕组线圈。因此，当使用用于CD的物镜或用于DVD的物镜时，根据磁铁的磁通方向执行跟踪伺服和聚焦伺服。
很明显，本领域的技术人员很容易进行各种其他修改而不脱离本发明的范围和精神。因此，不应将所附权利要求的范围限于上述描述，而构成的权利要求涵盖了所有本发明中的专利新颖性特征，包括本领域技术人员作出的等同的所有特征。

Claims (3)

1.一种用于小型盘(CD)和数字视盘(DVD)的光学头致动器，包括：
一磁轭，包括从其底部向上凸出的轴和至少一对磁铁，其固定在沿其磁轭内周边表面以一定间隔的圆柱槽内；
一透镜夹具，通过轴可移动地与磁轭连接，且在分别相对于多个磁铁位置具有多个绕组线圈，在平行于激光束轴向形成的至少两个激光开口，包含部分的透镜在激光开口上部按顺序形成，以形成小型盘物镜和数字视盘物镜。
2.根据权利要求1的光学头致动器，其特征在于，该每个磁铁以双体式形成。
3.根据权利要求1的光学头致动器，其特征在于，多个磁铁由多个平行于激光束轴向极化的第一磁铁和多个垂直于激光束轴向极化的第二磁铁构成，第一和第二磁铁被交替固定。
CN98126902A 1997-11-25 1998-11-25 用于小型盘和数字视盘的光学头致动器 Expired - Fee Related CN1122984C (zh)

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