CN1716398A - 光学头致动器及制造方法,光学头及记录和/或再现设备 - Google Patents

光学头致动器及制造方法,光学头及记录和/或再现设备 Download PDF

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Abstract

一种光学头致动器，它包括由多个悬撑支撑以相对于基座可移动的托板以及驱动包括托板的可移动部件的磁路，一种制造该光学头致动器的方法，一种使用该光学头致动器的光学头，和一种使用该光学头的记录和/或再现设备。可移动部件包括重心调节元件，用于在高于光学头致动器的第一谐振频率的高频带中的聚焦操作期间在物镜光轴垂直于信息存储介质的信息存储面的方向上引入径向摇摆。制造光学头致动器的方法包括：对每个聚焦驱动频率检测径向摇摆的方向，当径向摇摆的方向不是所期望的方向时，调节可移动部件的重心，并且可移动部件的重心被调节直到径向摇摆在物镜光轴几乎垂直于信息存储介质的信息存储面的方向上被引入。

Description

光学头致动器及制造方法，光学头及记录和/或再现设备
本申请要求于2004年6月22日在韩国知识产权局提交的第10-2004-0046652号韩国专利申请的利益，该申请公开于此以资参考。
                        技术领域
本发明涉及一种光学记录和/或再现设备，更具体地讲，涉及一种为改进具有偏转误差的光盘的适应性而设计的光学头致动器，一种制造这种光学头致动器的方法，以及使用这种光学头致动器的光学头和光学记录和/或再现设备。
                        背景技术
通常，在信息存储介质的信息存储面(例如光盘记录面)上记录和/或从信息存储介质的信息存储面再现信息的光学记录和/或再现设备，使用光学头通过向记录面发射激光和/或从记录面接收反射光同时在光盘的径向移动，来记录和/或再现光盘记录面上的信息。
光学头包括致动器。图1是传统的光学头致动器的俯视图，图2是图1中光学头致动器的侧视图。参照图1和图2，传统的光学头致动器包括底座7；固定在底座7上的支架8；被一端固定在支架8上的悬撑6所支撑的可移动的托板2，在托板2上安装有物镜1；聚焦线圈3和跟踪线圈4，它们分别安装在托板2上以形成通路，电流流经该通路以在聚焦方向A和跟踪方向B上驱动物镜1；和磁铁10，它产生与流经聚焦线圈3和跟踪线圈4的电流相互作用的磁场，以产生电磁力来驱动托板2和磁轭9。在图1和2中，标号11表示其上放置光盘D的转盘，标号12表示使转盘11旋转的电机12。
在具有以上所描述的构造的传统光学头致动器中，当电流被供应到聚焦线圈3时，由于由电流和磁铁10与磁轭9产生的磁场之间的相互作用而产生的电磁力在聚焦方向A上驱动托板2。在这种情况下，因为聚焦方向根据流经聚焦线圈3的电流的方向而确定，所以物镜1和光盘D的记录面间的焦距可以通过控制流经聚焦线圈3的电流的量被调节。而且，托板2被电磁力在跟踪方向B上驱动。通过控制流经跟踪线圈4的电流的量，允许物镜1精确地跟随期望的光盘D上的轨道。
尽管对于记录来讲完全平直的记录面是理想的，但是光盘实际上轻微地向上或向下弯曲致使光盘有偏转误差。对于光学头致动器，光盘D的偏转误差起聚焦误差的作用。也就是说，当具有偏转误差的光盘D在转盘11上旋转时，物镜1和光盘D之间的焦距根据光盘的弯曲度而改变。因此，为了补偿由于光盘D的偏转误差而产生的改变，光学头致动器执行聚焦方向A上的控制。
因为托板2通过悬挂在悬撑6的一端以弧形移动，所以无论在聚焦或跟踪操作期间，由于在制造过程中引入的误差或光学头致动器的结构问题，致使托板2无论在垂直还是在水平方向上都不会精确地移动。相反，托板2遭受如图2所示的摇摆现象，在这个现象中，托板2向两侧或者前后方向摇摆。在摇摆中托板2关于旋转轴倾斜，这对于如图2所示的光盘D的径向来说是正常的。这种摇摆称为径向摇摆。当托板2接近光盘D的外周边时，托板2向上移动。换句话说，当物镜1朝着光盘D移动时，径向摇摆在正(+)方向上，当托板2向下移动时，径向摇摆在负(-)方向上。
图3A-3C显示了径向摇摆的三种类型。图3A显示了径向摇摆的第一种类型(以下称为‘A型径向摇摆’)。参照图3A，当托板向上移动时，即，当物镜1朝光盘D移动时，径向摇摆在正方向上，相反地，当物镜1远离光盘D移动时，径向摇摆在负方向上。图3B显示了径向摇摆的第二种类型(以下称为‘B型径向摇摆’)。当物镜1朝光盘D移动时，径向摇摆在负方向上，相反地，当物镜1远离光盘D移动时，径向摇摆在正方向上。图3C显示了径向摇摆的第三种类型(以下称为‘C型径向摇摆’)。参照图3C，径向摇摆在同一个方向上，不是正向就是负向，不管物镜1是朝向还是远离光盘D移动。
当光学头致动器执行聚焦控制来调节相对于具有偏转误差的光盘D物镜1的位置时，因为A型径向摇摆使物镜1的光轴C1几乎垂直于光盘D的记录面，所以A型径向摇摆能有效减少偏转误差。相反，由于物镜的光轴C1与光盘D的记录面之间的角度超过90度，所以B型径向摇摆导致了偏转误差的增大。C型径向摇摆对于物镜1向上移动或向下移动的情形是有效的。
在上述三种类型的径向摇摆中，A型径向摇摆对改进具有偏转误差的光盘的适应性是理想的，C型径向摇摆不是理想的但还是可用。但是，因为B型径向摇摆对记录/再现性能有致命的影响，所以B型径向摇摆不是所期望的。但是，实际上，由集合了偏差和其他因素的结果，展现三种类型的径向摇摆的几乎占相等的百分比的光学头致动器被制造。为解决这个问题，只有展现A型和C型径向摇摆的光学头致动器被使用，同时在那些B型径向摇摆的光学头致动器由于是缺陷的而被丢弃。但是，把展现B型径向摇摆的光学头致动器看作是有缺陷的将导致低的生产率。
当光学头致动器被设计以具有在聚焦操作期间可能消去光盘的偏转误差的径向摇摆特征时，有可能改进光学头致动器的控制性能。这样，需要一种引入期望的径向摇摆特性的方法。也就是说，相当高地期望有一种引入A型径向摇摆特性以改进光学头致动器的适应性的方法。
因为A型径向摇摆导致物镜的光轴与和光盘的记录面之间的角度趋向接近于90度，所以当通过相对于光盘定位物镜来执行聚焦控制时，展现A型径向摇摆的光学头致动器可以抵消光盘的偏转误差。
为了引入A型摇摆特性，相对于物镜的内外悬撑每个的刚度可以被改变。这种方法已经在美国第6,570,828号专利提出。
上述引用的参考展现了一个实例，在该实例中，当可移动部件在聚焦方向上被驱动时，通过改变悬撑的直径，可移动部件以预定的角度倾斜，以使接近光盘内周边的悬撑的刚度高于接近光盘外周边的悬撑的刚度，或接近于内周边的悬撑的弹力被抑制。
随着光学记录和/或再现设备速度的增加，光盘的旋转频率也跟着增加。因为在聚焦或跟踪方向上光学头致动器的运行频率与光盘的旋转频率同步，所以实际的运行频率移向高频带。
传统的引入A型摇摆特性的方法对于其范围低于光学头致动器的第一谐振频率的低频带有效，但对于高于第一谐振频率的高频带则不是这样。也就是说，在高频带通过调节位于光盘内和外周边的悬撑的刚度很难提供A型摇摆特性。因此，传统的方法不能为高速光学记录和/或再现设备提供对光盘的偏转误差的高适应性。
                         发明内容
本发明提供了一种光学头致动器，该致动器通过在上至超过第一谐振频率的高频带的聚焦操作期间引入径向摇摆以使光盘的记录面几乎垂直于物镜的光轴，来改进具有偏转误差的光盘的适应性，以用于高速光记录和/或再现，本发明还提供一种制造光学头致动器的方法，一种使用该应用光学头致动器的光学头，和一种使用这种光学头的光学记录和/或再现设备。
根据本发明的一方面，提供了一种光学头致动器，其包括：由多个悬撑支撑以相对于基座可移动并且其上安装有物镜的托板，以及驱动包括托板的可移动部件的磁路。可移动部件包括：重心调节元件，用于在高于光学头致动器的第一谐振频率的高频带中的聚焦操作期间在物镜光轴几乎垂直于信息存储介质的存储面的方向上引入径向摇摆。
该元件可以是在信息存储介质的径向上相对于物镜的中心在可移动部件的内周边和外周边中的至少一个上增加或减去的质量块。可以在托板上增加或减去质量块。质量块可以通过在托板上贴粘合剂而获得以调节可移动部件的重心。
可移动部件和多个悬撑可以被设计为在上至100Hz的聚焦操作期间引入径向摇摆，这使物镜的光轴垂直于信息存储介质的信息存储面。光学头致动器被形成为具有100Hz或更大的摇摆频率。
多个悬撑可以包括相对于物镜中心的内悬撑和外悬撑，它们分别在径向上位于光盘的内周边和外周边。内悬撑可以具有比外悬撑高的刚度。
为引入径向摇摆而设计可移动部件和多个悬撑，该径向摇摆在从低于1Hz到至少100Hz的频带中的聚焦操作期间，使物镜光轴垂直于信息存储介质的信息存储面。
根据本发明的另一方面，提供了制造光学头致动器的方法，该读取头致动器包括由多个悬撑支撑以相对于基座可移动并且其上安装有物镜的托板、以及驱动包括托板的可移动部件的磁路。该方法包括：对每个聚焦驱动频率检测径向摇摆的方向，当径向摇摆的方向不是所期望的方向时，调节可移动部件的重心。可移动部件的重心被调节直到径向摇摆在物镜光轴几乎垂直于信息存储介质的信息存储面的方向上被引入。
可以通过在光盘径向上相对于物镜的中心，在可移动部件的内周边和外周边至少一个上增加或减去质量块，来调节可移动部件的重心。可以调节可移动部件的重心，以在物镜光轴垂直于信息存储介质的信息存储面的方向上，在至少100Hz的聚焦驱动频率范围内，引入径向摇摆。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括光学头致动器或按上述方法制造的光学头致动器的光学头。
根据本发明的另一方面，提供了一种光学记录和/或再现设备，它包括驱动物镜的致动器、可移动地安装在信息存储介质的径向上并且在信息存储面上记录信息和/或从信息存储介质再现信息的光学头、以及控制光学头的控制器。致动器是根据以上所述的方法制造的致动器。
在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面和/或优点，通过描述，其会变得更加清楚，或者通过实施本发明可以了解。
                         附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：
图1是传统的光学头致动器的俯视图；
图2是图1的光学头致动器的侧视图；
图3A-3C表示在聚焦期间可能引入的径向摇摆的三种类型；
图4是根据本发明实施例的光学头致动器的示意性的透视图；
图5是图4的俯视图；
图6表示光盘的转数与聚焦方向上的光盘的表面振动量之间的关系；
图7表示在聚焦驱动期间，可移动部件的每一聚焦频率上径向摇摆值；
图8和图9表示用于蓝光光盘(BD)的一套致动器和用于BD的另一套致动器上测得的径向摇摆值，其中，质量分布在径向摆动方向上不同；
图10显示了一个实例，其中，用于测量可移动部件的倾斜角度的倾斜传感器安装在托板上，倾斜信号由该倾斜传感器检测；
图11表示当可移动部件向光盘D移动时，根据在低于摇摆频率的频率区域内分别展现负(-)和正(+)的径向摇摆的实例1和实例2的光学头致动器摇摆特性的最佳化；
图12A-12C表示根据本发明的光学头致动器的效果；以及
图13是显示包括根据本发明的光学头致动器的光学记录和/或再现设备的结构的示意图。
                       具体实施方式
现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
参照图4和图5，根据本发明实施例，光学头致动器包括底座180，位于底座180一侧的支架160，由多个悬撑170和175支撑的以相对于底座180可移动的可移动部件171，以及驱动可移动部件171的磁路。可移动部件171以一个预定的角度倾斜以与由光盘D的弯曲而产生的焦点高度改变相对应，以使物镜110的光轴几乎垂直于信息存储介质的信息存储面，即光盘D的记录面。
可移动部件171包括安装物镜110的托板100、可移动部件171的重心调节元件、以及安装在托板100上的磁路部分。多个悬撑170和175中的每一个有一端连接支架160，另一端连接托板100，从而托板100相对于底座180可移动。
重心调节元件在高于第一谐振频率的频率的聚焦操作期间引入了径向摇摆，以使物镜110的光轴垂直于光盘D的记录面。可移动部件171通过重心调节元件以预定的角度倾斜，以使物镜110的光轴在高频带的聚焦操作期间可以几乎与光盘D的记录面垂直。这样，可移动部件171展现了A型摇摆特性。也就是说，当物镜110靠近光盘D移动时，正(+)方向的径向摇摆发生。相反，当物镜110远离光盘D时，负(-)方向的径向摇摆发生。
重心调节元件也对可移动部件171中的质量不平衡起调节作用，并且在光盘D的径向上关于物镜110的中心，与在托板100的外周边和内周边的至少一个上增加和减去的质量块190和195相对应。
调节可移动部件171上的质量不平衡可以通过在托板100的内周边和外周边中的至少一个上增加或减去质量块190和195得以实现。应该理解质量块190和195可以包括粘合剂或其他相似的材料，以获得相似的效果。
图4和5显示了一个实例，其中，不同的质量块190和195加到托板100的内外周边部分上，悬撑170和175与托板相连。在这种情况下，质量不平衡和可移动部件171的重心可以通过在托板100的内外周边中的仅一个上增加质量块190和195或者通过调节位于内周边和外周边上的质量块190和195大小或位置差或者它们的装入位置来调节。
在本发明实施例中，为减少增加的质量块190和195的大小以引入(+)径向摇摆，使可移动部件171的重心与光盘D的径向方向上的力的中心相一致。
通过以这种方式调节重心，设计能引入径向摇摆(A型径向摇摆)的光学头致动器是可能的，在该致动器中，即使当包括托板100的可移动部件在高于致动器的第一谐振频率的高频带在聚焦方向上被驱动时，物镜110的光轴也垂直于光盘D的记录面。
这样，当展现径向摇摆特性的光学头致动器应用于高速光学记录/再现设备时，(该设备中光盘D以高于第一谐振频率的频率旋转)，引入径向摇摆(A型径向摇摆)，以使物镜110的光轴几乎与光盘D的记录面垂直。这种接近垂直性趋向于对具有偏转误差的光盘的提供了高适应性。
随后将详细地描述可通过如上所述调节质量块来在高频带引入A型径向摇摆的原因。
致动器的第一谐振频率由各种因素比如结构、材料、制造过程中的尺寸等来确定。在本领域中，已经知道在DVD播放器(DVDP)中使用的光学头致动器的第一谐振频率大约为30到40Hz，而在蓝光光盘(BD)1×和BD2×中使用的第一谐振频率大约为40到60Hz。光学头致动器的第一谐振频率可能会随着制造商的不同而有所改变。
托板100被多个悬撑170和175弹性支撑，以使托板100相对于支架160是可移动的。多个悬撑170和175包括：一对内悬撑170，它们被安装以使得在径向上接近光盘D的内周边；和一对接近于外周边而安装的外悬撑175。
多个悬撑170和175中可以包括导线。当磁路的线圈被安装在如图4和图5所示的托板100上时，多个悬撑170和175中可被用作通路，通过该通路在聚焦和跟踪操作中提供电流。
在本发明的实施例中，形成了根据本发明的光学头致动器，从而根据本发明的使用该光学头致动器的光学记录和/或再现设备可以在低频带中再现信息记录信号，同时保持用于具有偏转误差的光盘D的最佳光学像差条件，而不使用机械倾斜。
为实现此目的，内悬撑170可被形成为具有比外悬撑175更高的刚度。结果，可移动部件171趋向于以预定的角度倾斜，以使物镜110的光轴几乎垂直于光盘D的记录面，这使得当在低频带，即在低于光学头致动器的第一谐振频率的频带执行聚焦驱动时，引入A型径向摇摆成为可能。
如下面将描述的方程(1)所示的那样明显，光学头的传递函数特性是这样的，使刚度在低于第一谐振频率的频带中产生显著地影响，但是刚度的效果在高于第一谐振频率的频带显著地减少，而质量块的效果显著地增加。
当致动器以某一角度倾斜，以使当物镜110朝光盘D移动时径向摇摆在正(+)方向发生，而当物镜远离光盘D时径向摇摆在负(-)的方向发生时，致动器进行聚焦控制以适当地调节物镜110相对于具有偏转误差的光盘D的位置。上述提到的两个条件应该同时满足以引入径向摇摆，在该径向摇摆中，物镜110的光轴与光盘的记录面D接近垂直，而不考虑聚焦驱动频率。
也就是说，为适应具有偏转误差的光盘，在低频带中聚焦操作期间，内悬撑170的刚度应该高于外悬撑175的刚度。另一方面，为适应具有偏转误差的光盘D，在高频带中的聚焦期间，可移动部件171的重心需要通过有选择地增加质量块190和195来调节。
本发明的能满足上述两种情况的光学头致动器可以适应范围从低于1Hz的低频带到高于大约200Hz的高频带的频带中的聚焦操作期间由光盘D的弯曲而产生的聚焦高度的改变。在这种情况下，物镜110的光轴对于光盘D的记录面以预定的角度倾斜。
这样，光学头致动器可以在范围从低于第一谐振频率的低频带到高于第一谐振频率的高频带(上至200Hz)的频带中的聚焦操作期间引入期望的径向摇摆(A型径向摇摆)。
与此同时，在本发明实施例中，形成了具有大约100Hz的摇摆频率的光学头致动器。为了实现这个光学头致动器，减少可移动部件171的惯性力矩并增加支撑可移动部件171的内悬撑170和外悬撑175之间的距离是所期望的。
如下参照图8和图9所述，径向摇摆的符号相对于摇摆频率是相反的。摇摆频率fθ由方程(1)定义。
f θ = 1 2 π k θ + k l s 2 I - - - ( 1 )
其中Kθ是旋转刚度，Kθ＝kl2(k表示悬撑170和175每个的刚度，l是内悬撑170和外悬撑175之间的距离)，I是可移动部件171的质量惯性矩。ls表示在可移动部件171的力心和悬撑170和175的中心之间的差。当可移动部件171的力心与悬撑170和175的中心相一致时，kls是零。
如方程(1)所定义的，通过以下方式可以增加摇摆频率：减少可移动部件171的质量惯性矩，增加悬撑170和175每个的刚度，增加悬撑170和175之间的距离，以及增加可移动部件171与悬撑170和175的中心之间的差。
为了获得大约100Hz的高摇摆频率，减少可移动部件的重量和横截面积以减少可移动部件171的质量惯性矩是有必要的。内悬撑170和外悬撑175每个的刚度和它们之间距离增加，并且内悬撑170与外悬撑175的刚度不同。这样，摇摆频率由光学头致动器的结构和材料确定。
在本领域中，已经知道在DVDP情况下，光盘D的旋转速度大约为1400到1500rpm，聚焦频率大约为20Hz。在1×BD的情况下，光盘D的旋转速度大约为2300rpm，聚焦频率大约为40Hz。对于2×BD，光盘D的旋转速度大约为4600rpm，聚焦频率大约为75Hz。对于每个光学记录和/或再现设备，聚焦频率和光盘D的旋转速度可能随制造商的不同而有所不同。如上所述，2×BD具有大约75Hz的聚焦频率，当然，低于100Hz。
图6表示光盘D的转数与在聚焦方向上的光盘D的表面振动量之间的关系。参照图6，对于光盘D的转数，聚焦方向上的表面振动量的测量值与计算值相似。而且，在100Hz，表面振动量减小到小于在20Hz时的表面振动量的一半。
从图6中清楚得知，当光盘D的旋转超过100Hz时，(在这种情况下，聚焦频率也可以高于100Hz)，光盘D的聚焦方向上的表面振动量显著地减少。这是因为随着光盘D的转数增加到预定值之上，光盘的弯曲变平。
在高于100Hz的频率，由于表面震动量随着光盘D转数的增长而减少，所以确定径向摇摆的大小和方向是没必要的。这样，根据本发明，大约100Hz的摇摆频率足以获得期望的光学头致动器的径向摇摆特性。
这样，可以通过下面三种方式来设计根据本发明的光学头致动器以引入期望的径向摇摆特性：提供大约100Hz的摇摆频率；调节可移动部件171的质量不平衡；以及优化内悬撑170和外悬撑175每个的刚度之间的差。这样设计的光学头致动器可以充分适应范围从低于1Hz的低频带到高于高速光学设备的光盘D的旋转频率的高频带的频带中的聚焦操作期间由光盘的弯曲产生的偏转误差。
如果有必要，只要摇摆频率高于高速光学记录和/或再现设备需要的聚焦频率，根据本发明的光学头致动器可被设计成具有低于或高于100Hz的摇摆频率。
参照图4和图5，磁路包括：彼此相对放置的磁铁140，托板100位于其间；安装在基座180上并固定磁铁140的外部磁轭150；安装在基座180上面对磁铁140并引导托板100的内部磁轭155；绕在托板100外部的聚焦线圈131；以及绕在托板100侧壁以面向磁铁140的跟踪线圈132。
当电流流经聚焦线圈131和/或跟踪线圈132时，通过由线圈131和/或线圈132与磁铁140的磁场间的相互作用而产生的电磁力，在聚焦方向A和/或跟踪方向B上分别驱动托板100。当托板100在聚焦方向A上被驱动时，托板100垂直移动的方向由流经聚焦线圈131的电流的方向确定。同样，托板100水平移动的方向由流经跟踪线圈132的电流的方向确定。在这种情况下，内磁轭155不仅在可移动部件171的聚焦或跟踪操作期间引导托板100，也和外磁轭150形成磁路。可移动部件171的聚焦和/或跟踪操作允许通过物镜110的光束正确地聚焦于光盘D上，以使得信息能够被记录在光盘D上和/或从光盘上读出。
尽管图4和图5表示应用在本发明的光学头致动器中的磁路的实例，但是应该理解，在本领域中已知的各种其他类型的磁路能被使用。例如，尽管图4显示了在聚焦和/或跟踪方向上驱动可移动部件171的磁路，但是本发明的光学头致动器另外可以包括在径向倾斜方向上以及聚焦和跟踪方向上驱动可移动部件171的磁路。因为在本领域中，能够在聚焦、跟踪以及倾斜方向或者它们的组合进行驱动的各种类型的磁路为大家所熟知，所以它们的描述将不再给出。
通过调节可移动部件171的质量不平衡可在高频带引入A型径向摇摆特性的原因现在将给予描述。可移动部件相对于光学头径向的倾斜角θ由方程(2)定义：
θ = | d | [ - l a ( k - m ω 2 ) + k l s ] ( K θ + k l s 2 - I ω 2 ) 2 + ( C R ω ) 2 e j ( ωt - φ ) - - - ( 2 )
其中d表示距离，通过其，可移动部件171在聚焦方向上从参考位置移动，la是可移动部件171的力心和其重心之间的差，k表示悬撑170和175每个的刚度，m是可移动部件171的重量。ω为2πf(f是可移动部件171的聚焦频率)，ls是可移动部件171的力心与悬撑170和175的中心之间的差，Kθ表示旋转刚度，I是质量惯性矩，以及CR是旋转衰减因素。
从方程(2)清楚得知，径向摇摆主要受下述因素的影响，诸如可移动部件171的力心和其重心之间的差la，悬撑170和175每个的刚度k，可移动部件171的重量m和驱动频率f，以及可移动部件171的力心与悬撑170和175的中心之间的差ls。
随着光学记录和/或再现设备的速度的增加，光盘D的转数也在增加。因为光学头致动器在聚焦或跟踪方向上的运行频率与光盘D的旋转频率同步，所以实际的聚焦驱动频率移向高频带。这样，光盘D的转数可被控制以使光学头以相同的线速度追踪光盘D的内轨道或外轨道。光盘D的转数可以随着光学头从内轨道到外轨道移动而减少。聚焦驱动频率可以是光盘D的最大转数。径向摇摆量根据可移动部件171的聚焦驱动频率而变化，如方程(2)所示。
图7表示当光学头致动器的可移动部件171在正(+)聚焦方向(靠近光盘D)移动0.4mm时，在可移动部件171的每个聚焦频率上测得的径向摇摆量。这次测量用了三套光学头致动器，图7显示了对每一套光学头致动器测得的径向摇摆量。所使用的光学头致动器具有大约45Hz的第一谐振频率和大约85Hz的径向摇摆频率。
从图7清楚得知，随着聚焦驱动频率增加，径向摇摆量也增加。具体来讲，在高聚焦驱动频率区域，径向摇摆量快速增加。频率区域对于光学头致动器的第一谐振频率分为两个区间：(1)dc倾斜区间，在该区间中，径向摇摆量几乎保持不变；以及(2)ac倾斜区间，在该区间中，径向摇摆量随着频率有相当大地变化。
因为径向摇摆量是方程(2)的分子上的驱动频率平方的函数，所以随着高频带驱动频率在高频带中增长，径向摇摆量急剧地增长。从图7中清楚得知，在高频带中可移动部件171的驱动频率显著地影响了径向摇摆。因为方程(2)的分子上的ω2等于(2πf)2，所以径向摇摆被驱动频率的平方(f2)以及和f2相乘的可移动部件171的力心与其重心之间的差la所影响。
这样，通过调节可移动部件171的驱动频率和可移动部件171的力心与它的重心之间的差la，使可移动部件171倾斜以使物镜110的光轴几乎垂直于光盘D的记录面，因此在高频带引入期望的径向摇摆。
通过调节可移动部件171的质量不平衡，根据本发明的光学头致动器可以改变可移动部件171的重心，以便调节可移动部件171的力心与它的重心之间的差。这样，根据本发明的光学头致动器通过调节可移动部件的质量不平衡来引入期望的摇摆特性。
图8和图9表示在用于BD的一套致动器和用于BD的另一套致动器测得的径向摇摆量，这两套致动器在径向摇摆方向上质量分布有所不同。图8和图9显示了当物镜110从参考位置在光盘D移动0.4mm时，测得的径向摇摆量。
图8显示了当在初始状态(初始)时，当在托板的内周边加0.03g的质量一次(“内周边1”)时，当在托板的内周边加0.03g的质量两次(“内周边2”)时，当在托板的外周边加0.03g的质量一次(“外周边1”)时，当在托板的外周边加0.03g的质量两次(“外周边2”)时，在每个聚焦驱动频率下径向摇摆在方向和大小上的变化。从图8中清楚得知，径向摇摆的方向和大小可以通过在托板的内周边或外周边增加负荷质量而改变。
径向摇摆的符号相对于径向摇摆的频率是相反的。在图8中，径向摇摆频率大约为80Hz。因为即使是一个小力矩也可以放大摇摆频率带上的摇摆角度，所以在本发明实施例中，光学头致动器具有高于聚焦驱动频率的径向摇摆频率。
由于径向摇摆的方向和大小可以通过如图8所示的质量不平衡来改变，所以通过增加或减去适量的可移动部件上质量块，同时为每个聚焦频率检测可移动部件171的径向摇摆的方向或大小，光学头致动器可以获得期望的摇摆特性。
图9显示当在初始状态(初始)时，当在托板的内周边加0.03g的质量一次(“内周边1”)时，当在托板的内周边加0.03g的质量两次(“内周边2”)时，当在托板的内周边加0.03g的质量三次(“内周边3”)时，当在托板的外周边加0.03g的质量一次(“外周边1”)时，当在托板的外周边加0.03g的质量两次(“外周边2”)时，对于每个转数下径向摇摆在方向和大小上的变化。在图9中，初始的径向摇摆频率大约为80Hz。从图9中清楚得知，径向摇摆的方向和大小可以通过在托板的内周边和/或外周边增加负荷质量块而改变，并且径向摇摆频率也可以被移向高频带。
参照图9，在内周边1、内周边2、内周边3的情况下，径向摇摆与初始径向频率几乎相似。尽管在内周边1和内周边2的情况下，径向摇摆的方向与初始摇摆方向相同，而径向摇摆的大小与初始摇摆的大小不同，但是在内周边3的情况下，径向摇摆的方向与初始方向相反。
在外周边1和外周边2的情况下，径向摇摆的方向与初始摇摆的方向相同，而径向摇摆的大小和频率大于初始的大小与频率。尽管初始径向摇摆频率大约为80Hz，但是在外周边1和外周边2的情况下，径向摇摆频率增加到90Hz。
如图9所示，通过在托板内和/或外周边上增加质量块，可以使径向摇摆的方向和大小改变，并且可以增加径向摇摆频率。
图8和图9显示了使用具有大约80Hz初始频率的为本发明的发明者所拥有的光学头致动器进行实验的结果，以便验证径向摇摆的大小和方向通过在高频带增加质量块来改变。尽管为便于解释，图8和图9所示的实验使用具有80Hz的初始摇摆频率的光学头致动器，但是当光学头致动器具有100Hz的高摇摆频率时，根据与以上相同的原理可以调节径向摇摆的方向和大小，这是明显的。
从图8和图9可以清楚得知，径向摇摆的方向和大小可以通过调节质量不平衡来控制。
具体来讲，在高频带，在通过增加或减少质量块190和195，例如，使用粘合剂，来在径向上相对于物镜110的中心移动重心的同时，施加其以在聚焦方向上用来驱动可移动部件171的电压(或电流)被测得。那么，通过使用可移动部件171的倾斜角检测每个聚焦驱动频率的径向摇摆的方向和大小，如倾斜传感器所测得的，质量不平衡被调节以引入在高频带中的聚焦操作期间导致物镜110的光轴与光盘D的记录面接近垂直的径向摇摆。
图10显示了一个实例，在该实例中，一对用来测量可移动部件171的倾斜角度的倾斜传感器200和205布置在托板100上，并且在该实例中，这一对倾斜信号被倾斜传感器200和205中的至少一个检测到。参照图10，这对倾斜传感器200和205关于物镜110的中心是对称的，并且它们在光盘D的径向上布置在托板100的两侧。差动放大器210使用由倾斜传感器200和205检测到的信号之间的差来输出表示倾斜信号的差动信号。
输入信号表示施加其以在聚焦方向上移动可移动部件171的电压信号。输出信号1或输出信号2表示从差动放大器210输出的倾斜信号。假定施加的电压信号在光学头致动器向光盘D移动时具有正(+)值，那么当径向摇摆在正(+)方向上时，输出信号1为倾斜信号，而当径向摇摆在负(+)方向上时，输出信号2为倾斜信号。
当调节质量不平衡以引入径向摇摆，从而在高频带中的聚焦操作期间物镜110的光轴几乎垂直于光盘D的记录面时，相应于输出信号1的倾斜信号在光学头致动器的可移动部件171根据图10所示的施加的电压信号在聚焦方向上被驱动时被检测。
这样，当物镜110相对于参考位置向光盘D移动时，通过调节质量不平衡(即可移动部件171的重心)，直到当使用通过倾斜传感器190和195检测到的倾斜信号来对每个聚焦驱动频率检查径向摇摆方向时，正(+)方向上的径向摇摆发生，光学头致动器能够获得A型径向摇摆特性。
这里，如果当物镜110相对于参考位置向光盘移动时，径向摇摆在正(+)方向上，那么当物镜110以相反的方向移动，径向摇摆在负(-)方向上。
同时，在方程(2)的分子中，可移动部件171的力心和悬撑170和175的中心之间的差ls也影响径向摇摆量。如图7所示，在低频区域(dc倾斜区间)不管聚焦驱动频率如何增长，径向摇摆量几乎保持不变。因此，要在低频带获得期望的摇摆，有必要调节可移动部件171的力心和悬撑170和175的中心之间的差ls。
如上所述，调节差ls可以通过使内悬撑170的刚度高于外悬撑175的刚度来实现。这样，根据本发明，光学头致动器也可以在低频带获得A型径向摇摆特性。
也就是说，通过调节质量不平衡，本发明的光学头致动器可以获得径向摇摆(参见图12A-12C)，在该径向摇摆中，在高频区域中的聚焦操作期间，物镜110的光轴几乎垂直于光盘D的记录面。而且，在低频区域中的聚焦操作期间，通过使内悬撑170的刚度高于外悬撑175的刚度，根据本发明的光学头致动器可以引入相同类型的径向摇摆(参见图12A-12C)。
根据本发明的光学头致动器可以有较高的径向摇摆频率，即在本发明实施例中的100Hz，并且具有在范围从低频带到高频带的频带中的聚焦操作期间使物镜110的光轴几乎垂直于光盘D的记录面的小于0.3°的径向摇摆倾斜。
图11表示当可移动部件171向光盘D移动时，根据在低于摇摆频率的频率区域中分别展现负(-)和正(+)径向摇摆特性的实例1和实例2的光学头致动器的摇摆特性的最佳化。如图11所示，根据实例1和实例2，小于0.3°的径向摇摆量可以通过调节光学头致动器的质量不平衡来得到。
根据本发明的光学头致动器可以在超过第一谐振频率的频带(例如50到90Hz)中使用质量分布的差异，来获得A型径向摇摆。另一方面，根据本发明的光学头致动器可以使用可以使用内悬撑170和外悬撑175之间的刚度差，来引入低于第一谐振频率的频带(例如0到50Hz)中的A型径向摇摆。因为在超过100Hz的频率确定径向摇摆的大小和方向相对来说并不重要，这是由于随着光盘D转数增加，表面振动量会减少，所以本发明的光学头致动器也可以在高于100Hz的频率执行聚焦操作。
现在将描述以上构造的光学头致动器的操作。
当电流流经聚焦线圈131和/或跟踪线圈132时，磁铁140的磁场与线圈131和132之间的相互作用而产生的电磁力在聚焦方向A和/或跟踪方向B上分别驱动托板100。当在聚焦方向A上驱动托板100时，托板100的垂直移动的方向由流经线圈131的电流的方向确定。同样，托板100的水平移动的方向由流经线圈132的电流的方向确定。在这种情况下，内部磁轭155不仅在可移动部件的聚焦或跟踪操作期间引导托板100，也与外部磁轭150共同形成磁路。可移动部件171的聚焦和/或跟踪操作允许光束通过物镜110，以正确地聚焦在光盘D上，以使信息记录在光盘上和/或从光盘读出。
在这种情况下，包括托板100的可移动部件171被悬撑170和175可移动地支撑以执行聚焦操作。在聚焦操作期间，径向摇摆有选择地发生，在该径向摇摆中，物镜110的光轴几乎垂直于光盘D的记录面。
具体来讲，当光盘D的外周边如图12A所示向上弯曲时，托板100向上移动以便使径向摇摆在正(+)方向上。该径向摇摆使物镜110的光轴垂直于光盘D的记录面，以便在记录面上精确聚焦。标号112表示旋转光盘D的电机。当光盘D没有偏转误差具有平直表面时，如图12B所示，托板100上升而不倾斜以允许在记录面上聚焦。当光盘D的外周边如图12C所示向下弯曲时，托板100向下移动以便使径向摇摆在负(-)方向上。负(-)径向摇摆使物镜110的光轴垂直于光盘D的记录面，以便在记录面上精确聚焦。根据本发明的光学头致动器在范围从低频带到高频带(例如100Hz)的频带中的任何频率的聚焦操作期间实现了如图12A-12C所示的径向摇摆之一。
以这种方式，根据本发明的光学头致动器可以减小由光盘弯曲产生的偏转误差，以便对具有偏转误差的光盘提供改进的适应性。而且，包括光学头致动器的光学头提供了对光盘偏转误差的改进的适应性，以便使通过物镜110的光束精确聚焦于光盘D上。
图13是显示根据本发明的光学头致动器的光记录和/或再现设备的结构的示意图。
参照图13，根据本发明的学记录和/或再现设备包括：旋转光盘D的主轴电机；光学头300，可移动地安装在光盘径D径向上，并且从光盘D上再现信息和/或在光盘D上记录信息；驱动主轴电机112和光学头300的驱动器307；以及控制光学头300的聚焦、跟踪和/或倾斜伺服的控制器309。这里，标号352和353分别表示转盘和夹住光盘D的夹具。
光学头300包括具有将光源发射的光束聚焦到光盘D上的物镜110的光学系统和驱动物镜110的光学头致动器。根据本发明的光学头致动器可以用作光学头致动器。
从光盘D反射的光束被安装在光学头300上的光电检测器检测到，并且被光电地转换成电信号，该电信号然后通过驱动器307输入到控制器309中。驱动器307控制主轴电机112的旋转速度，放大输入信号，并驱动光学头300。控制器309将基于从驱动器307接收的信号已经被调整的聚焦伺服和跟踪伺服命令发回到驱动器307，以便使光学头能执行聚焦和跟踪操作。
本发明实现了在上至高于超过第一谐振频率的高频带的光学头致动器的聚焦操作期间，使物镜光轴几乎垂直于光盘记录面的径向摇摆，以改进对高速光学记录和/或再现设备中的具有偏转误差的光盘的适应性。
通过使内悬撑的刚度高于外悬撑的刚度，本发明也提供了对在从低于光学头致动器的第一谐振频率的频带到高于同样频率的频带的范围的频带中的聚焦操作期间具有偏转误差的光盘的改进的适应性。
虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (34)

1、一种光学头致动器，包括：
由多个悬撑支撑以相对于基座可移动并且其上安装有物镜的托板；和
驱动包括托板的可移动部件的磁路，
其中，可移动部件包括重心调节元件，用于在高于光学头致动器的第一谐振频率的高频带的聚焦操作期间在物镜光轴垂直于信息存储介质的信息存储面的方向上引入径向摇摆。
2、如权利要求1所述的致动器，其中，该元件是在信息存储介质的径向上相对于物镜的中心在可移动部件的内周边或外周边中至少一个上增加或从其减去的质量块。
3、如权利要求2所述的致动器，其中，质量块被增加到托板上或从托板上被减去。
4、如权利要求2所述的致动器，其中，质量块通过在托板上贴上粘合剂而获得。
5、如权利要求2所述的致动器，其中，可移动部件和多个悬撑在上至至少100Hz的聚焦操作期间引入径向摇摆，从而使物镜的光轴垂直于信息存储介质的信息存储面。
6、如权利要求5所述的致动器，其中，光学头致动器被形成为具有100Hz或更大的摇摆频率。
7、如权利要求1所述的致动器，其中，可移动部件和多个悬撑引入径向摇摆，从而在上至至少100Hz的聚焦操作期间，物镜的光轴垂直于信息存储介质的信息存储面。
8、如权利要求7所述的致动器，其中，光学头致动器被形成为具有100Hz或更大的摇摆频率。
9、如权利要求1至8中任一项所述的致动器，其中，多个悬撑包括相对于物镜中心的内悬撑和外悬撑，它们分别在径向上位于光盘的内周边和外周边，其中，内悬撑具有比外悬撑高的刚度。
10、如权利要求9所述的致动器，其中，可移动部件和多个悬撑引入径向摇摆，从而在范围从低于1Hz到至少100Hz的频带中的聚焦操作期间，物镜光轴垂直于信息存储介质的信息存储面。
11、一种制造光学头致动器的方法，该读取头致动器包括由多个悬撑支撑以相对于基座可移动并且其上安装有物镜的托板以及驱动包括托板的可移动部件的磁路，该方法包括：
对每个聚焦驱动频率检测径向摇摆的方向；和
当径向摇摆的方向不是所期望的方向时，调节可移动部件的重心，其中，可移动部件的重心被调节直到径向摇摆在物镜光轴几乎垂直于信息存储介质的信息存储面的方向上被引入。
12、如权利要求11所述的方法，其中，通过在光盘径向上相对于物镜的中心，在可移动部件的内周边或外周边中至少一个上增加或减去质量块，来调节可移动部件的重心。
13、如权利要求12所述的方法，其中，质量块被增加到托板上或从托板上被减去。
14、如权利要求12所述的方法，其中，通过在托板上增加或减去粘合剂来增加或减去质量块，以调节可移动部件的重心。
15、如权利要求11所述的方法，其中，可移动部件的重心被调节，以在物镜光轴垂直于信息存储介质的信息存储面的方向上，在至少100Hz的聚焦驱动频率范围内引入径向摇摆。
16、如权利要求15所述的方法，其中，致动器具有100Hz或更大的摇摆频率。
17、一种包括如权利要求1至8中任一项所述的光学头致动器的光学头。
18、如权利要求17所述光学头，其中，多个悬撑包括相对于物镜中心的内悬撑和外悬撑，它们分别在径向上位于光盘的内周边和外周边，其中，内悬撑具有比外悬撑高的刚度。
19、如权利要求18所述光学头，其中，可移动部件和多个悬撑引入径向摇摆，从而在范围从低于1Hz到至少100Hz的频带中聚焦操作期间，物镜光轴垂直于信息存储介质的信息存储面。
20、一种包括根据如权利要求11至16中任一项所述的方法制造的光学头致动器的光学头。
21、一种光学记录和/或再现设备，包括如权利要求1至8中任一项所述的驱动物镜的致动器、可移动地安装在信息存储介质的径向上并且在信息存储介质上记录信息和/或从信息存储介质再现信息的光学头、以及控制光学头的控制器。
22、如权利要求21所述的设备，其中，多个悬撑包括相对于物镜中心的内悬撑和外悬撑，它们分别在径向上位于光盘的内周边和外周边，其中，内悬撑具有比外悬撑高的刚度。
23、如权利要求22所述的设备，其中，可移动部件和多个悬撑引入径向摇摆，从而在范围从低于1Hz到至少100Hz的频带中聚焦操作期间，物镜光轴垂直于信息存储介质的信息存储面。
24、一种光学记录和/或再现设备，包括如权利要求11至16中任一项所述的驱动物镜的致动器、可移动地安装在信息存储介质的径向上并且在信息存储介质上记录信息和/或从信息存储介质上再现信息的光学头、以及控制光学头的控制器。
25、一种致动器，包括：位于底座上的支架；可移动部件，由内悬撑和外悬撑支撑以相对于基座可移动，并且根据弯曲光盘的聚焦高度的变化而倾斜，以便于可移动部件上的物镜的光轴基本垂直于光盘的记录面；和驱动可移动部件的磁路，可移动部件包括：
安装物镜的托板；以及
托板上的重心调节元件，用于在高于致动器的预定谐振频率的频率的聚焦操作期间引入径向摇摆，从而物镜的光轴相对于记录面的垂直性得到保持。
26、如权利要求25所述的致动器，其中，重心调节元件调节可移动部件上的质量不平衡。
27、如权利要求26所述的致动器，其中，内悬撑具有比外悬撑高的刚度。
28、如权利要求25所述的致动器，其中，在范围从低于1Hz的低频到大约200Hz的高频带的频带中的聚焦操作期间，致动器适应于弯曲的光盘。
29、如权利要求25所述的致动器，其中，增加每个悬撑的刚度会增加径向摇摆频率。
30、如权利要求25所述的致动器，其中，增加可移动部件的力心与悬撑中心之间的差会增加径向摇摆频率。
31、如权利要求25所述的致动器，其中，致动器摇摆频率大约为100Hz。
32、如权利要求25所述的致动器，其中，只要摇摆频率高于需要的聚焦频率，如果必要，致动器摇摆频率低于或高于100Hz。
33、如权利要求25所述的致动器，其中，径向摇摆的方向和大小可以改变，并且其中，通过在托板的内周边和外周边上增加质量块来增加径向摇摆频率。
34、如权利要求25所述的致动器，其中，径向摇摆的方向和大小可以改变，并且其中，通过调节托板上的质量不平衡来控制径向摇摆频率。
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