CN1345039A - 光头和光拾取器 - Google Patents

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Abstract

光头具有来自激光二极管的蓝色或者紫蓝色激光束所穿透的消色差透镜,用于将通过消色差透镜的激光束会聚在光盘上的物镜,用于支撑消色差透镜和物镜以便于它们的光轴一致的透镜架,和用于在光盘的聚焦方向和/或者跟踪方向上移动透镜架的致动器。透镜架彼此固定并且透镜作为一个部分由致动器移动。

Description

光头和光拾取器
本发明涉及光头和具有光头的光拾取器。
美国专利申请序列号09/336,505显示了色偏差校正元件的发明和装备这个元件的光拾取器设备。
要求缩短光拾取器的光源的输出光束的波长来增加光盘的存储容量。例如，用于光盘(CD)，激光二极管的输出光束的波长是大约780nm，而对于具有比CD更大的存储密度的数字化视频光盘(DVD)，激光二极管的输出光束的波长是大约650nm。
近来，正考虑把发射大约405nm波长的蓝色或者紫蓝色激光束的激光二极管(LD)安装到光拾取器上。
当激光二极管的波长短于450nm的时候，透镜通常容易引起色偏差。因此，最好在光路上布置用于校正色偏差的消色差透镜以便于消除上述透镜的色偏差。
本发明的一个目的是提供具有消色差透镜的光头和具有这样光头的光拾取器。
依据本发明的第一光头具有激光束穿透的消色差透镜，用于将从上述消色差透镜通过的上述激光束会聚到光盘上的物镜，用于支撑上述消色差透镜和上述物镜以便于它们的光轴一致的透镜架，和用于在上述光盘的聚焦方向和/或者跟踪方向上移动支撑上述消色差透镜和上述物镜的上述透镜架的致动器。
在依据本发明的第一光头中，上述透镜架更可取地包括用于支撑上述消色差透镜的第一透镜架和用于支撑上述物镜的第二透镜架，并且上述第一和第二透镜架彼此固定以便于上述消色差透镜和上述物镜的光轴一致或者基本上一致。
在依据本发明的第一光头中，穿透上述消色差透镜的上述激光束最好是从激光二极管输出的蓝色或者紫蓝色激光束。
依据本发明的第二光头包括激光束穿透的消色差透镜，用于将从上述消色差透镜通过的上述激光束会聚到光盘上的物镜，用于在上述光盘的跟踪方向上移动上述消色差透镜和上述物镜的第一致动器，和用于在上述光盘的聚焦方向上在上述消色差透镜和上述物镜之间移动上述物镜的第二致动器。
依据本发明的第二光头更可取地包括用于支撑上述消色差透镜的第一透镜架，用于支撑上述物镜的第二透镜架，和插入上述第一透镜架和上述第二透镜架之间的弹性元件。
在依据本发明的第二光头中，穿透上述消色差透镜的上述激光束最好是从激光二极管输出的蓝色或者紫蓝色激光束。
依据本发明的第一光拾取器包括激光器，用于将来自上述激光器的激光束会聚到光盘上的光头，和用于接收在上述光盘上反射的上述激光束的光电探测器，在其中上述光头具有来自上述激光器的上述激光束穿透的消色差透镜，用于将从上述消色差透镜通过的上述激光束会聚到上述光盘上的物镜，用于支撑上述消色差透镜和上述物镜以便于它们的光轴一致的透镜架，和用于在上述光盘的聚焦方向和/或者跟踪方向上移动支撑上述消色差透镜和上述物镜的上述透镜架的致动器。
在依据本发明的第一光拾取器中，上述透镜架更可取地包括用于支撑上述消色差透镜的第一透镜架和用于支撑上述物镜的第二透镜架，并且上述第一和第二透镜架彼此固定以便于上述消色差透镜和上述物镜的光轴一致或者基本上一致。
在依据本发明的第一光拾取器中，更可取地，上述激光器是产生蓝色或者紫蓝色激光束的激光二极管。
依据本发明的第二光拾取器具有激光器，用于将来自上述激光器的激光束会聚到光盘上的光头，和用于接收在上述光盘上反射的上述激光束的光电探测器，在其中上述光头具有来自上述激光二极管的上述激光束穿透的消色差透镜，用于将从上述消色差透镜通过的上述激光束会聚到上述光盘上的物镜，用于在上述光盘的跟踪方向上移动上述消色差透镜和上述物镜的第一致动器，和用于在上述光盘的聚焦方向上在上述消色差透镜和物镜之间移动上述物镜的第二致动器。
在依据本发明的第二光拾取器中，更可取地，上述光头包括用于支撑上述消色差透镜的第一透镜架，用于支撑上述物镜的第二透镜架，和插入上述第一透镜架和上述第二透镜架之间的弹性元件。
在依据本发明的第二光拾取器中，更可取地，上述激光器是产生蓝色或者紫蓝色激光束的激光二极管。
在依据本发明的上述第一和第二光头中，因为物镜将从用于校正色偏差的消色差透镜通过的激光束会聚到光盘上，所以能够减少物镜的色偏差并且有可能改善光头的性能。
本发明的这些和其他目的和特征从结合附图给出的优先实施例的下面描述中将变得更清楚。
图1是依据本发明的光头的第一个实施例的示意性的结构视图；
图2是显示图1中透镜特性的第一个说明表；
图3是显示图1中透镜特性的第二个说明表；
图4是显示在图1中光头中消色差透镜和物镜之间的偏心和波前象差之间的关系的特征图；
图5是当图1中消色差透镜和物镜中的偏心是0.2mm的时候激光束的同相的波阵面的第一个说明性视图和当激光束的波长是404nm的时候示意性的波阵面图；
图6是当图1中消色差透镜和物镜中的偏心是0.2mm的时候激光束的同相的波阵面的第二个说明性视图和当激光束的波长是405nm的时候示意性的波阵面图；
图7是当图1中消色差透镜和物镜中的偏心是0.2mm的时候激光束的同相的波阵面的第三个说明性视图和当激光束的波长是406nm的时候示意性的波阵面图；
图8是依据本发明的光头的第二个实施例的示意性的结构视图；
图9是具有图1中光头的光拾取器的示意性的结构视图；和
图10是具有图8中光头的光拾取器的示意性的结构视图。
下面，结合附图说明本发明的实施例。
光头110
图1是依据本发明的光头的第一个实施例的示意性结构视图；
光头110具有凹透镜11，凸透镜12，14和16，第一透镜架18，第二透镜架19，聚焦致动器15F，和跟踪致动器13T。
凹透镜11和凸透镜12构成用于校正物镜的色偏差的消色差透镜并且由第一透镜架18支撑。
凸透镜14和16构成物镜并且由第二透镜架19支撑。这个物镜的数值孔径NA大约是0.85。
这些透镜11、12、14和16由第一和第二透镜架18和19支撑，所以它们的光轴一致或者基本上一致。
第一透镜架18的内壁和第二透镜架19的外壁彼此固定。在第一透镜架18的外圆周上，提供了线圈13A和15A。
跟踪致动器13T由线圈13A和在非触式状态中布置在这个线圈13A附近的磁铁13B构成。通过这个跟踪致动器13T，透镜11、12、14和16可以作为一个部分而用于跟踪伺服并在光盘80的跟踪方向(径向或者基本上径向)上移动。
聚焦致动器15F由线圈15A和在非触式状态中布置在这个线圈15A附近的磁铁15B构成。通过这个聚焦致动器15F，透镜11、12、14和16可以作为一个部分用于聚焦伺服并在垂直或者基本上垂直于光盘80的记录表面的聚焦方向上移动。
通过聚焦致动器15F和跟踪致动器13T，构成了双轴致动器。
由平行光组成的激光束LB提供给凹透镜11的折射表面S1。在凹透镜11中，折射表面S1的对面被固定在凸透镜12的表面S2。激光束LB的波长，例如，是采用405nm或者基本上405nm。
凹透镜11通过从折射表面S1穿透它的激光束并且将它提供到凸透镜12的折射表面S2。
凸透镜12通过从折射表面S2穿透它的激光束，从折射表面S3发射由平行光组成的激光束，并且将这个由平行光组成的激光束提供给凸透镜14的折射表面S4。
凸透镜14通过从折射表面S4穿透它的激光束，从折射表面S5发射它，并且将穿透的激光束提供给凸透镜16的折射表面S6。
凸透镜16通过从折射表面S6穿透它的的激光束，从平的折射表面S7发射它，并且将穿透的激光束提供给光盘80的记录表面85的一个轨道。这样，穿透光头110的激光束LB被会聚在光盘80的记录表面85上。
光盘80，例如，是DVD。记录表面85位于第一盘基底81和第二盘基底82之间。第一和第二盘基底81和82的材料是作为一个示例的聚碳酸脂(PC)，并且折射率n大约是1.6。例如，第二盘基底82被制成涂层。
第一盘基底81的聚碳酸脂的厚度作为一个示例大约是0.1mm，第二盘基底82的厚度作为一个示例大约是1.2mm，凸透镜16的折射表面S7和光盘80的上表面之间的距离(气隙)作为一个示例大约是0.151mm。
图2和图3是在图1中透镜11、12、14和16的特性的说明表。
例如，折射表面S1的轴距就是在折射表面S1和相对这个折射表面S1的折射表面S2之间在光轴LA上的距离。类似的，折射表面S2的轴距就是在折射表面S2和相对这个折射表面S2的折射表面S3之间在光轴LA上的距离。
折射表面S1的曲率半径大约是12.527mm。增加“-”标记指示在图1中有关曲线或者曲面向下突出。
在折射表面S4到S6中变量R、K和A到G是在如下面方程式(1)所示的非球面方程式中的系数。注意到E-2就是10-2，E-3就是10-3，类似的E-6就是10-6。
X＝Y2/[R+R{1-(1+K)(Y/R)2}1/2]+AY4+BY6+CY8+DY10+EY12+FY14+GY16.......(1)
在上述方程式(1)中，X是从表面顶点算起的深度。Y是从光轴算起的高度。R是在近轴(PARAXIS)上的曲率半径。K是圆锥常数。
A是Y4项的非球面系数。B是Y6项的非球面系数。
C是Y8项的非球面系数。D是Y10项的非球面系数。
E是Y12项的非球面系数。F是Y14项的非球面系数。
G是Y16项的非球面系数。
图4是显示来自消色差透镜11、12和物镜14、16的光轴之间的差和波前象差之间关系的特征图。
在与光轴没有差距(偏心)的情况下，波前象差是0.009λrms。相反，当偏心是0.2mm的时候波前象差是0.022λrms。希望能减少波前象差。
图5到7是在消色差透镜11、12和物镜14、16中0.2mm的偏心的情况下在激光束的同相中波阵面的说明性视图。在波长为404nm和406nm的情况时，波阵面是不均匀的。于是，希望能减少偏心。
注意到如果只使用物镜14、16，当激光束LB的404nm、405nm和406nm频率分量是1∶1∶1的时候，物镜14、16的波前象差成为0.051λrms。激光二极管有时具有大约几个nm的波长宽度。此外，中心波长有时由于温度的改变而改变几个nm，也就是，产生波型跳变。
因此，首选物镜14、16和消色差透镜11、12联合使用。
在光头110中，因为透镜架18和19支撑消色差透镜11、12和物镜14、16，所以它们的光轴一致或者基本上一致，与消色差透镜11、12和物镜14、16在跟踪方向上可移动的情况相比较，防止了基于偏心的波前象差并且有可能改善光头的性能和可靠性。
当通过透镜架18、19支撑消色差透镜11、12和物镜14、16的时候，作为示例可以产生不大于0.1mm的装配误差，并且有可能保持小的偏心。
作为一个示例，通过使消色差透镜11、12，物镜14、16，透镜架18和19，和形成光头110的可动部分的线圈13A和15A的总重量不大于500mg并且减少可动部分的大小和重量，有可能改善双轴致动器13T、15F的伺服特性。
光头120
图8是依据本发明的光头的第二个实施例的示意性结构视图。
这个光头120具有凹透镜11，凸透镜12、14和16，第一透镜架28，第二透镜架29，聚焦致动器25F，跟踪致动器23T，和弹性元件27。注意到，在图8中的光头120中，与图1中光头110相同的结构部分指定相同的参考号并且适当地省略了相同结构部分的描述。
凹透镜11和凸透镜12构成用于校正物镜的色偏差的消色差透镜并且由第一透镜架28支撑。
凸透镜14和16构成物镜并且由第二透镜架29支撑。这个物镜的数值孔径NA大约是0.85。
弹性元件27附加在第一透镜架28的底面。
弹性元件27由例如板簧构成并且工作用来防止凸透镜12的折射表面S3与凸透镜14的折射表面S4接触和/或者碰撞。此外，弹性元件27工作用来防止透镜架28与透镜架29的接触和/或者碰撞。
线圈23A附加在第一透镜架28的外圆周。
线圈25A附加在第二透镜架29的外圆周。
跟踪致动器23T由线圈23A和在非触式状态中布置在这个线圈23A附近的磁铁23B构成。通过这个跟踪致动器23T，透镜11、12、14和16可以作为一个部分而用于跟踪伺服并在光盘80的跟踪方向上移动。
聚焦致动器25F由线圈25A和在非触式状态中布置在这个线圈25A附近的磁铁25B构成。通过这个聚焦致动器25F，透镜14和16可以作为一个部分用于聚焦伺服并在垂直或者基本上垂直于光盘80的记录表面的聚焦方向上移动。
通过聚焦致动器25F和跟踪致动器23T，构成双轴致动器。
由平行光组成的激光束LB提供给凹透镜11的折射表面S1。在上述凹透镜11中，折射表面S1的相对面固定在凸透镜12的表面S2上。激光束LB的波长例如是405nm或者基本上是405nm。
凹透镜11通过从折射表面S1穿透它的激光束并且将它提供给凸透镜12的折射表面S2。
凸透镜12通过从折射表面S2穿透它的激光束，从折射表面S3发射由平行光组成的激光束，并且将这个由平行光组成的激光束提供给凸透镜14的折射表面S4。
凸透镜14通过从折射表面S4穿透它的激光束，从折射表面S5发射它，并且将穿透的激光束提供给凸透镜16的折射表面S6。
凸透镜16通过从折射表面S6穿透它的激光束，从平的折射表面S7发射它，并且将穿透的激光束提供给光盘80的记录表面85的一个轨道。因而，穿过光头120的激光束会聚在光盘80的记录表面85上。
在图8中的光头120中，透镜架28支撑透镜11和12，透镜架29支撑透镜14和16，并且透镜11、12、14和16的光轴一致或者基本上一致。
因为只需要聚焦致动器25F在聚焦方向上移动透镜14和16，所以与透镜11、12、14和16作为一个部分在聚焦方向上进行移动的情况相比较，能够减少被移动的透镜的重量，并且有可能改善聚焦伺服特性。
光拾取器111
图9是具有根据本发明的光头的光拾取器的第一实施例的简单结构视图。
这个光拾取器111具有激光二极管4，准直透镜5，光束分离器3，1/4波长片(λ/4板)9，聚光透镜6，光电探测器8，和光头110。省略了对光头110的结构的描述，因为该结构已经结合图1到7说明过了。
激光二极管4响应驱动信号SL输出由线偏振光组成的蓝色或者紫蓝色激光束并且将输出的激光束提供给准直透镜5。
准直透镜5使来自激光二极管4的蓝色或者紫蓝色激光束成为平行光并且将它提供给光束分离器3。
光束分离器3通过来自准直透镜5的激光束并且通过1/4波长片9将激光束提供给光头110。
在光头110中，消色差透镜11、12通过来自1/4波长片9的由平行光组成的激光束并且将激光束提供给物镜14、16。物镜14、16会聚从消色差透镜11、12穿过的激光束并且将它发射到光盘80的一个轨道上。因而，来自激光二极管4的激光束会聚在光盘80的记录表面85上。
例如，跟踪误差信号(或者跟踪误差信号的相位补偿和/或者频率补偿信号)被提供给用于跟踪控制的光头110的跟踪致动器13T。
例如，焦点误差信号(或者焦点误差信号的相位补偿和/或者频率补偿信号)被提供给用于聚焦控制的光头的聚焦致动器15F。
此外，光头110通过1/4波长片9将在光盘80上反射的激光束送回到光束分离器3。
来自光头110的激光束(返回的激光束)照到光束分离器3。光束分离器3反射穿透的激光束并且将它提供给聚光透镜6。
聚光透镜6将来自光束分离器3的激光束提供给光电探测器8并且在接收表面(或者接收部分)上会聚激光束。
光电探测器8在接收部分接收来自聚光透镜6的激光束并且产生一个输出信号SA。光电探测器8由例如二次光电探测器构成。
在上述光拾取器111中，因为光头110被这样构成以使得消色差透镜和物镜由透镜架18和19支撑并且作为一部分移动，所以能够减少在透镜之间的偏心，能够减少象差，并且有可能实现高密度存储和再现。
光拾取器121
图10是具有依据本发明的光头的光拾取器的第二个实施例的示意性的结构视图。
这个光拾取器121具有激光二极管4，准直透镜5，光束分离器3，1/4波长片(λ/4片)9，聚光透镜6，光电探测器8，和光头120。省略对光头120的结构的描述，因为该结构已经结合图8说明过了。
激光二极管4响应驱动信号SL输出由线偏振光组成的蓝色或者紫蓝色激光束并且将输出的激光束提供给准直透镜5。
准直透镜5使来自激光二极管4的蓝色或者紫蓝色激光束成为平行光并且将它提供给光束分离器3。
光束分离器3通过来自准直透镜5的激光束并且通过1/4波长片9将激光束提供给光头120。
在光头120中，消色差透镜11、12通过来自1/4波长片9的由平行光组成的激光束并且将激光束提供给物镜14、16。物镜14、16会聚从消色差透镜11，12穿过的激光束并且将它发射到光盘80的一个轨道上。因而，来自激光二极管4的激光束会聚在光盘80的记录表面85上。
例如，跟踪误差信号(或者跟踪误差信号的相位补偿和/或者频率补偿信号)被提供给用于跟踪控制的光头120的跟踪致动器23T。
例如，焦点误差信号(或者焦点误差信号的相位补偿和/或者频率补偿信号)被提供给用于聚焦控制的光头的聚焦致动器25F。
此外，光头120通过1/4波长片9将在光盘80上反射的激光束送回到光束分离器3。
来自光头120的激光束(返回的激光束)照射到光束分离器3。光束分离器3反射穿透的激光束并且将它提供给聚光透镜6。
聚光透镜6将来自光束分离器3的激光束提供给光电探测器8并且将激光束会聚在接收表面(或者接收部分)上。
光电探测器8在接收部分接收来自聚光透镜6的激光束并且产生输出信号SA。光电探测器8由例如二次光电探测器构成。
在上述光拾取器121中，因为光头120被这样构成使消色差透镜和物镜作为一个部分在跟踪方向上移动，所以能够减少在透镜之间的偏心，能够减少象差，并且使高密度存储和再现成为可能。
在上述光拾取器121中，因为光头120被构成为以便于通过透镜架28支撑消色差透镜，通过透镜架29支撑物镜，并且使物镜在聚焦方向上可移动，所以改善了聚焦控制的精确性并且因而有可能以高密度存储和再现。
注意到，在光头120中，也有可能构成它以便于通过在聚焦方向上延伸的轴杆或者导杆连接透镜架28和29来形成滑动机械装置，在跟踪方向上作为一个部分来移动透镜架28和29，和沿着轴杆或者导杆并相对于透镜架28移动透镜架29。
此外，在光头110和120中，凸透镜14和凸透镜12彼此面对，但是也有可能反转凸透镜12和凹透镜11并且使得凹透镜11和凸透镜14彼此面对。通过这样做，有可能进一步减少光头的大小。
此外，上述实施例是本发明的示例。本发明不仅局限于上述实施例。
如上所述，依据本发明，有可能提供具有消色差透镜的光头和提供具有这个光头的光拾取器。
注意到本发明不仅局限于上述实施例并且包括在权利要求书范围内的修改型。

Claims (12)

1.一种光头，包括
激光束穿透的消色差透镜；
用于将通过上述消色差透镜的激光束会聚在光盘上的物镜；
用于支撑上述消色差透镜和上述物镜以便于它们的光轴一致的透镜架；和
用于在上述光盘的聚焦方向和/或者跟踪方向上移动支撑上述消色差透镜和上述物镜的上述透镜架的致动器。
2.如权利要求1说明的光头，其特征在于：
上述透镜架包括：
支撑上述消色差透镜的第一透镜架和
支撑上述物镜的第二透镜架，并且
上述第一和第二透镜架彼此固定以便于上述消色差透镜和上述物镜的光轴一致或者基本上一致。
3.如权利要求1说明的光头，其特征在于：
穿透上述消色差透镜的上述激光束是从激光二极管输出的蓝色或者紫蓝色激光束。
4.一种光头，包括：
激光束穿透的消色差透镜；
用于将通过上述消色差透镜的上述激光束会聚在光盘上的物镜；
用于在上述光盘的跟踪方向上移动上述消色差透镜和上述物镜的第一致动器；和
用于在上述光盘的聚焦方向上在上述消色差透镜和上述物镜之间移动上述物镜的第二致动器。
5.如权利要求4说明的光头，包括
用于支撑上述消色差透镜的第一透镜架；
用于支撑上述物镜的第二透镜架；和
插入上述第一透镜架和上述第二透镜架之间的弹性元件。
6.如权利要求4说明的光头，其特征在于：
穿透上述消色差透镜的上述激光束是从激光二极管输出的蓝色或者紫蓝色激光束。
7.一种光拾取器，包括：
激光器；
用于将来自上述激光器的上述激光束会聚在光盘上的光头；和
用于接收在上述光盘上反射的上述激光束的光电探测器；其中
上述光头包括：
来自上述激光器的激光穿透的消色差透镜；
用于将通过上述消色差透镜的上述激光束会聚在上述光盘上的物镜；
用于支撑上述消色差透镜和上述物镜以便于它们的光轴一致的透镜架；和
用于在上述光盘的聚焦方向和/或者跟踪方向上移动支撑上述消色差透镜和上述物镜的上述透镜架的致动器。
8.如权利要求7所述的光拾取器，其特征在于：
上述透镜架包括：
用于支撑上述消色差透镜的第一透镜架和
用于支撑上述物镜的第二透镜架，并且
上述第一和第二透镜架彼此固定以便于上述消色差透镜和上述物镜的光轴一致或者基本上一致。
9.如权利要求7所述的光拾取器，其特征在于：
上述激光器是产生蓝色或者紫蓝色激光束的激光二极管。
10.一种光拾取器，包括：
激光器；
用于将来自上述激光器的激光束会聚在光盘上的光头；和
用于接收在上述光盘上反射的上述激光束的光电探测器，其中
上述光头包括：
来自上述激光器的激光穿透的消色差透镜；
用于将通过上述消色差透镜的上述激光束会聚在上述光盘上的物镜；
用于在上述光盘的跟踪方向上移动上述消色差透镜和上述物镜的第一致动器；和
用于在上述光盘的聚焦方向上在上述消色差透镜和物镜之间移动上述物镜的第二致动器。
11.如权利要求10说明的光拾取器，其特征在于：
上述光头包括：
用于支撑上述消色差透镜的第一透镜架；
用于支撑上述物镜的第二透镜架；
插入上述第一透镜架和上述第二透镜架之间的弹性元件。
12.如权利要求10说明的光拾取器，其特征在于：
上述激光器是产生蓝色或者紫蓝色激光束的激光二极管。
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