CN1831968A - 致动器、光学设备、和光记录/重现装置 - Google Patents

Abstract

这里提供一种致动器、一种光学设备和一种光记录/重现装置。在该光学设备中，第一镜头被固定在光轴和第二镜头中，可移动部件通过轴支撑，并且在光轴方向可以滑动，以及，第二镜头被形成在可移动部件上。可移动部件通过在线圈和磁体之间的相互作用进行移动。

Description

致动器、光学设备、和光记录/重现装置

技术领域

本发明涉及到致动器、具有致动器的光学设备、和具有光学设备的光记录/重现装置。

背景技术

光记录/重现设备的记录密度和重现速度稳定地增加。尤其是，由于高分辨率移动图像的需求的增加，具有大的存储容量的光盘是需要的。

近来，具有蓝光激光二极管(BD)的光学系统被提出。这样的蓝光激光光学系统具有高的数值孔径(numerical aperture)(NA＝0.85)和短的波长(405nm)。

图1是运用蓝光光盘(blue ray disk)的光学拾波系统的示意图。

参考图1，光学拾波系统包括：发射蓝色激光束的蓝光激光二极管101，反射或传送按照激光束极化的从蓝光激光二极管101入射的激光束的光束分离器102，转换来自光束分离器102的激光束为平行光束的准直镜103，聚集平行光束到光记录介质105上并且传送从光记录介质105反射的光束到准直镜103的物镜104，和生成响应从光束分离器102反射的光束的电信号的光检测器106。

如在图1中所示，从蓝光激光二极管101发射的激光束通过光束分离器102进行传送，并且通过用于投射平行光束到物镜104上的准直镜103转换成平行光束。物镜将入射的平行光束在用于记录和重现数据的光记录介质105上聚焦成单个的点。

通过物镜104、准直镜103、和光束分离器102将聚焦到光记录介质105上的光束反射到光检测器106。光检测器106将反射的光束转换成为电信号。

这里，为了高的数据密度和容量，光记录介质105在它的盘上包括两层。

即，因为蓝光光盘使用具有短波长的光源，由于盘覆盖层或各个层的偏离，所以，球面像差提高。有时，球面像差超出一个可允许的极限。

尤其是，为了补偿由于各个层的偏离而引起的球面像差，光学装置被配备在用于偏移的光路中。

因此，扩束器被配备在光路中，并且，光学装置被配备在光轴上，用于补偿球面像差。即，为了移动扩束器的镜头，需要一单轴伺服系统。

图2是按照现有技术的用于补偿球面像差的单轴致动器的视图。

参考图2，用于补偿球面像差的单轴致动器110包括可移动装置111，可移动装置111在中心部分处形成有扩束器的镜头112，马达113，通过马达113转动的螺丝杆114，和按照螺丝杆114的转动对可移动装置111的移动进行引导的轴115。

这里，扩束器包括第一镜头和第二镜头的组合。第一镜头是凹面镜，而，第二镜头是凸面镜。在图2中，镜头112是凹面镜或凸面镜。通过移动镜头112，光束发散角或者光束会聚角能够按照在两个镜头之间的距离进行调整。

使用镜头112，沿着补偿球面像差的光轴，可移动装置111必须被移动。当马达113工作时，连接到马达轴的螺丝杆114被转动，以前后移动可移动装置111。又，设置在可移动装置111中螺丝杆114的相对侧的轴115，对可移动装置111的移动进行引导，这样，按照在两个镜头之间的距离的变化，能够补偿球面像差。

然而，因为连接到马达轴的螺丝杆114位于可移动装置111的一侧，所以，驱动力可能被集中在可移动装置111的一侧上。

又，螺丝杆驱动方法需要附加的马达-螺杆系统，因此，成本增加并且使得装配过程复杂。

此外，单轴致动器特别需要高精度驱动来运行对球面像差的补偿。因此，在单轴致动器的工作期间，必须使得角变形最小化，以保持运行精度在好几十个微米以下，并且，保护光学装置的倾斜边缘。

如果附加的伺服系统被用于改善运行精度，那么，为了实时反馈位置信息，还需要附加的电路系统。

发明内容

因此，本发明涉及充分地消除由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题的一种致动器、一种具有致动器的光学设备、和具有光学设备的光记录/重现装置。

本发明的一个目的是提供一种致动器，该致动器通过电磁力移动扩束器的镜头，用于在不使用昂贵的马达的情况下在光路中补偿球面或聚焦像差。

本发明的另一个目的是提供一种光记录/重现装置，该光记录/重现装置设有使用轴机构通过电磁力运行的致动器，从而使得由摩擦引起的故障最小化。

本发明的另外的优点、目的、和特性，一部分将在随后的说明中阐明，而另一部分对于本领域普通技术人员来说通过对下面的说明的考察将是明显的，或者可以从对本发明的实施中学到。本发明的目的和其它优点可以通过文字的说明书和权利要求书及其附图中特别指出的结构实现和获得。

为了获得这些目的和其它的优点以及按照本发明的目的，在此予以具体地和广泛地描述，提供一种致动器，包括：可移动部件，其包含镜头、在光轴方向确定的导向孔、和形成在各侧边上的线圈；和固定部件，其包含面向线圈的磁体、插入到导向孔中用于对可移动部件的移动进行引导的轴、和支撑磁体和轴的基座。

在本发明的另一技术方案中，提供一种光学设备，包括：固定在光轴和第二镜头中的第一镜头；通过轴支撑的并且在光轴方向可滑动的可移动部件；和形成在可移动部件上的第二镜头，其中，可移动部件通过在线圈和磁体之间的相互作用进行移动。

在本发明的又一个技术方案中，提供一种光记录/重现装置，包括：激光二极管；光束分离器，基于入射光束的极化，传送或反射入射光束；包含第一镜头和第二镜头的扩束器，通过调整在第一镜头和第二镜头之间的距离，补偿光束会聚角或光束发散角；致动器，容纳光束分离器的第二镜头并在光轴方向移动；物镜，将通过扩束器传送的光束聚集到光记录介质上；拾波器致动器，容纳物镜并且沿着至少两个轴可移动；聚光镜头，聚集从光记录介质反射的光束；光检测器，检测由聚光镜头聚集的光束并将该光束转换成电信号；一个拾波器伺服机构，按照来自光检测器的信号控制拾波器致动器；和球面像差补偿伺服机构，按照来自光检测器的信号控制致动器。

可以理解：本发明的前面的一般说明和后面的详细说明是示例性和解释性的，并且旨在提供对所主张的本发明的进一步解释。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解其被结合在本申请中并构成本申请的一部分，其示出了本发明的实施例并与说明书一起用来解释本发明的原理。在图中：

图1是表示按照现有技术的光拾波系统的结构的视图；

图2是表示按照现有技术的扩束器的致动器的结构的视图；

图3是表示按照本发明的一个实施例的致动器的透视图；

图4是按照本发明的一个实施例的致动器的分解的透视图；

图5是按照本发明的一个实施例的致动器的磁路的视图；

图6是表示具有按照本发明的一个实施例的致动器的光记录/重现装置的结构的视图；

图7是表示当DC偏移电压施加到按照本发明的一个实施例的致动器上时的致动器的控制实例的线性特征图；

图8是表示按照本发明作为补偿球面像差的致动器的控制实例的具有DC偏移和AC(交流)分量的输入电压的图形；

图9是按照图8的输入电压的致动器的线性特征图形；

图10A和图10B分别是按照使用DC偏移的第一运行方法和使用DC偏移和AC分量的第二运行方法的分辨率图形；和

图11A和图11B分别是按照第一运行方法和第二运行方法的抖动(jitter)特征的图形。

具体实施方式

现在，将详细描述本发明的优选实施方式，其实施例在附图中被说明。

因为蓝光激光二极管(BD)等级的光系统或者低级光学系统使用具有短的波长的光源，所以，球面像差很可能超出可允许的极限，或者，由于双层盘的各个层的偏移导致球面像差增加。为了补偿球面像差，需要单轴伺服系统以移动设置在光轴上的光学设备。

图3到5是说明按照本发明的实施例的致动器的视图。

图3是按照本发明实施例的致动器的透视图，图4是按照本发明实施例的致动器的分解透视图，图5是按照本发明实施例的致动器的磁路的视图。

参考图3到5，该致动器包括可移动部件210和个固定部件。

可移动部件210形成有：用于会聚和发散光线的镜头211、在两侧的线圈212、和在光轴方向上运行的导向孔223a和223b。

固定部件包含：面向线圈212的磁体222和磁轭221、插入到导向孔223a和223b中，用于沿着光轴方向对可移动部件210进行导向的轴224、和容纳磁体222和磁轭221并支撑轴224的基座220。

更详细地，可移动部件210确定光束贯穿孔210a并将镜头211容纳在光束贯穿孔210a中。线圈212设置在可移动部件210的左和右侧上，用于驱动可移动部件210。

又，轴224被安装在可移动部件210的导向孔223a和223b中，对可移动部件210的移动进行引导。

镜头211可以是扩束器的凹面镜或凸面镜。为了使得光束发散或者会聚，通过在光轴方向上移动镜头211，能够调整凹面镜和凸面镜之间的距离。

轴224对称地安置在镜头211的左和右侧，以在光路方向上引导可移动部件210。

线圈212、磁体222、和磁轭221构成用于生成移动可移动部件210的驱动力的磁路。为此，线圈212被连接在可移动部件210的左和右侧，并且，磁体222在面向线圈212的位置处被连接到磁轭221的内表面。

这里，如在图5中所示，磁体222在长度方向上具有两个极S和N。为了这一极化设置，两个单向的磁体和一个双极性磁体能够被用于可移动部件210的各个侧边。

各个线圈212的中心线与磁体222的极性分界线对准。由在线圈212和磁体222之间相互作用生成的力施加在可移动部件210上，用于在光轴方向上移动可移动部件210。

以U-形形成磁轭221，使得磁力最大化，并且，磁体222被连接到磁轭221的内表面。

各个基座220包括磁轭固定突起226和磁轭夹持部227。磁轭固定突起226从基座220的后端向内突起，用于与确定在磁轭221的后面内的固定孔221a啮合，并且，磁轭夹持部227形成在基座220的内侧上，用于防止磁轭221向上/向下/向左/向右移动。

进一步，基座220确定用于容纳轴224两端的轴固定孔225。

在本发明的致动器中，当电流施加到线圈212上时，在线圈212和磁体222之间产生电磁力。电磁力在光轴方向上移动线圈212和带有线圈212的可移动部件210。这里，可移动部件210沿着轴224移动。按照施加到线圈212的电流的方向，可移动部件210被向前或向后移动。

又，如在图5中所示，可移动部件210在两侧的中心部包括铁片213。铁片213是磁性弹簧，并插入到铁片固定凹槽214中。

铁片213面向磁体222的极性分界线，为可移动部件210提供恢复力。

因为磁体222在极222a和222b之间的极性分界线处的磁通量密度是最高的，所以，各个铁片213趋向于移动到极性分界线(势能的稳定点)。即，当铁片213背离极性分界线时，它趋向于移回到极性分界线，因此，为可移动部件210生成恢复力。

铁片213被固定到铁片固定凹槽214。铁片213的磁性弹簧常数能够通过改变铁片213的厚度而调整。即，通过改变厚度、铁片213的尺寸、和在铁片213和磁体222之间的距离，能够调整灵敏度。

通过铁片213，可移动部件210能够返回到预定的位置。

同时，如在图3和4中所示，被确定在可移动部件210的左和右侧的用于给轴224导向的导向孔223a和223b，具有不同的形状。

即，导向孔223a具有矩形形状，而导向孔223b具有圆形形状或细长的形状。导向孔223a和223b的这些形状防止可移动部件210倾斜并且允许可移动部件210在轴224上容易地滑动。

又，为了较好地润滑，轴224在外表面涂敷有特氟纶(Teflon)材料，并且，为了较好地润滑，导向孔223a和223b也被涂敷有聚亚苯基硫化物基(poly phenylene sulfide based)材料。

通过在光路中安装致动器，扩束器的镜头211能够被移动，调整在镜头211和其它镜头之间的距离，使得光束发散或会聚。因此，焦距长度能够被调整，并且球面像差能够被补偿。

图6是表示具有按照本发明的实施例的致动器的光记录/重现装置的结构的视图。

参考图6，光记录/重现装置包括：激光二极管311、光束分离器312，按照入射光束的极化，传送或反射入射光束、具有第一镜头313a和第二镜头313b的扩束器313，通过改变在第一镜头和第二镜头313a和313b之间的距离，调整光束会聚角或光束发散角；致动器200，容纳扩束器313的第一镜头313a并在光轴方向移动；物镜314b，将从扩束器313传送的光束聚集到光记录介质315上；拾波器致动器314，容纳物镜314b并且沿着至少两个轴可移动；聚光镜头316，聚集来自光记录介质315的反射光束；光检测器317，通过将光束转换成电信号来检测从光记录介质315反射的并且由聚光镜头316聚集的光束；拾波器伺服机构318，按照来自光检测器317的信号，控制光学拾波器致动器314；和球面像差补偿伺服机构319，按照来自光检测器317的信号控制致动器200。

现在，参考附图，将更详细地描述用于球面像差补偿的光记录/重现装置。

在图6中所示的激光二极管311，可以是蓝光激光二极管，并且，光记录介质315可以是蓝光光盘。

因为，蓝光激光二极管发射具有短波长(例如，405nm)的激光，为了增加光记录介质315的记录密度，聚集在光记录介质315上的光束的尺寸必须被减小。为此，物镜314b具有大的数值孔径NA。这里，当数值孔径增加时，光记录介质315的倾斜灵敏度增加。

又，当光记录介质315倾斜时，由于慧形象差，聚集到光记录介质315上的光束被降低。

通常，由于光记录介质315的倾斜引起的慧形象差，是与盘覆盖层的厚度成比例的，从而，对于蓝光光盘，盘覆盖层的厚度被限制于0.1mm。

然而，如果蓝光光盘的覆盖层的厚度发生偏移(误差)，球面像差出现在投射到物镜314b的光束中。

在这一实施例中，为了补偿球面像差，扩束器313和致动器200被设置在光束分离器312和物镜314b之间。

使用结合在一起的第一镜头313a和第二镜头313b配置扩束器313。例如，第一镜头313a是凹面镜，而第二镜头313b是凸面镜。又，两个镜头中的一个是固定的，而另一个是可移动的，从而在两个镜头之间的距离可被调整。

在光记录/重现装置的运行中，从激光二极管311发射的光束通过光束分离器312以及扩束器313的第一和第二镜头313a和313b被传送，然后，通过物镜314b，光束被聚集在光记录介质315上。这里，通过重现或修改记录在全息图中的波形，全息光学元件(HOE)314a可被安装，以获得需要的波形。

同时，从光记录介质315反射的光束指向相反的路径，即，物镜314b、扩束器313的第二镜头313b和第一镜头313a、和光束分离器312。然后，光束被光束分离器312反射，通过聚光镜头316聚集在光检测器317上。光检测器317通过将其转换为电信号检测反射的光束，并且将该电信号发送到拾波器伺服机构318和球面像差补偿伺服机构319。

这里，拾波器伺服机构318沿着至少两个轴(例如，聚焦、跟踪、和倾斜轴)控制拾波器致动器314，从而物镜314能够跟踪特定的盘轨迹并将光束聚集在一个点上。

为了补偿盘厚度偏离以及聚焦和球面像差，根据来自光检测器317的信号，球面像差补偿伺服机构319控制致动器200的运行。为此，球面像差补偿伺服机构319控制致动器200沿着光轴向后和向前移动扩束器313的第二镜头313b，以改变在扩束器313的第一和第二镜头313a和313b之间的距离，从而光束发散角或光束会聚角能够被控制，用于补偿盘厚度偏离以及聚焦和球面像差。

为了驱动致动器200，DC偏移电源和AC电源被一起施加。

换言之，AC电源被施加于DC偏移电源。致动器200实际上被DC偏移电源驱动，而施加AC电源以解决例如轴摩擦这样的问题。

为此，DC和AC电源同时施加在线圈212的两端之间，并且，仅DC偏移电源被用于控制可移动部件的移动。即，为了独立的运行控制，DC和AC电源可被单独地施加到致动器200上。

现在将描述致动器200的运行。

尤其是，致动器200必须仅在光轴方向被驱动，在其他方向具有最小的倾斜。因此，在轴224(参见图3)和导向孔223a和223b(参见图2和3)之间的间隙被最小化。这里，在轴224和导向孔223a和223b之间发生摩擦。

图7是表示当DC偏移电源被施加到致动器200上时的致动器200的位移的线性特征图形(下文称为第一运行方法)。

参考图7，表示了粘滑和磁滞现象。即，由于在轴和导向孔之间的静摩擦力导致粘滑现象。

为了解决这些问题，AC分量被施加到用于控制致动器的DC偏移上(下文称为第二运行方法)。

即，通过施加具有高频率的正弦波作为AC分量，在轴和导向孔之间的静摩擦被最小化，从而消除粘滑现象。

图9表示按照第二运行方法(DC偏移+AC分量)的线性测量。如在图9中所示，粘滑现象和磁滞现象被防止发生。

图10表示按照第一运行方法(DC偏移)和第二运行方法(DC偏移+AC分量)的分辨率。图10A是说明按照第一运行方法的分辨率特性的图形，图10B是说明按照第二运行方法的分辨率特性的图形。从图10A和10B中可见，第一运行方法在相同的电压范围里产生许多位移测量点。其原因是：由于第二运行方法，从致动器中去除了粘滑现象。因此，DC偏移电源能够被减少，以改善运行分辨率。

图11A和图11B分别是按照第一运行方法和第二运行方法的抖动(jitter)特性的图形。图11A表示按照第一运行方法的抖动特性，而图11B表示按照第二运行方法的抖动特性。

从图11A和图11B能够看到：磁滞现象发生在第一运行方法中，并且，由于分辨率的限制，抖动特性下降。相反，因为第二运行方法能够使用低的DC偏移电源，所以，驱动分辨率和抖动特性被改善，从而驱动可靠性被提高。

而且，因为由于第二运行方法连续地施加预定电压的AC分量，所以，对外部撞击的抵抗力被改善。又，因为高频率的AC分量不影响补偿球面像差的DC偏移，所以，实际的驱动能力不受影响。

因此，按照本发明，具有结合的凹面和凸面镜的扩束器被设置在光束分离器和物镜之间，并且，扩束器的镜头之一被容纳在致动器中。同时，按照同时施加DC偏移和AC电源分量的第二运行方法驱动致动器。因此，在轴和导向孔之间的摩擦系数被最小化，消除粘滑现象和磁滞现象。

如上所述，按照本发明，AC分量例如正弦波被施加到轴型致动器的驱动电源上，该致动器被用于补偿由盘覆盖层的厚度偏离引起的球面像差，从而单轴致动器的运行可靠性能够被改善。

本领域的技术人员将明白，在本发明中可做出各种的修改和变化。从而，如果它们落入所附权利要求及其等同的范围之内，本发明将涵盖这些修改和变化。

Claims (16)

1、一种致动器，包括：

可移动部件，其包含镜头、确定在光轴方向的导向孔、和形成在各侧边上的线圈；和

固定部件，其包含面向线圈的磁体、插入到导向孔中用于对可移动部件的移动进行引导的轴、和支撑磁体和轴的基座。

2、按照权利要求1的致动器，其中，该可移动部件是通过该轴支撑的。

3、按照权利要求1的致动器，其中，该固定部件还包括用于为该磁体提供磁通量路径的磁轭。

4、按照权利要求1的致动器，其中，两个导向孔被确定在以镜头为中心的可移动部件的两侧，该两个导向孔具有不同的形状。

5、按照权利要求1的致动器，其中，铁片面向磁体形成在该可移动部件的两侧上。

6、一种光学设备，包括：

固定在光轴和第二镜头中的第一镜头；

通过轴支撑的并且在光轴方向可滑动的可移动部件；和

形成在可移动部件上的第二镜头，

其中，该可移动部件通过在线圈和磁体之间的相互作用被移动。

7、按照权利要求6的光学设备，其中，该线圈被形成在该可移动部件的各侧边上，并且，磁体和轴通过固定部件支撑。

8、按照权利要求7的光学设备，其中，该磁体具有沿着光轴方向对准的不同的极，并且，该线圈面向在磁体的不同的极之间的分界线。

9、按照权利要求7的光学设备，其中，该可移动部件在面向磁体的侧边上包括铁片。

10、一种光记录/重现装置，包括：

激光二极管；

光束分离器，基于入射光束的极化，传送或反射入射光束；

包含第一镜头和第二镜头的扩束器，通过调整在第一镜头和第二镜头之间的距离，补偿光束会聚角或光束发散角；

致动器，容纳光束分离器的第二镜头并在光轴方向移动；

物镜，将通过扩束器传送的光束聚集到光记录介质上；

拾波器致动器，容纳物镜并且沿着至少两个轴可移动；

聚光镜头，聚集从光记录介质反射的光束；

光检测器，检测由聚光镜头聚集的光束并将该光束转换成电信号；

拾波器伺服机构，按照来自光检测器的信号控制拾波器致动器；和

球面像差补偿伺服机构，按照来自光检测器的信号控制致动器。

11、按照权利要求10的光记录/重现装置，其中，该致动器包括：

可移动部件，其包括确定在光轴方向的导向孔和形成在各侧边上的线圈，该可移动部件容纳第二镜头；和

固定部件，其包括面向线圈的磁体、插入在导向孔中的用于对可移动部件的移动进行引导的轴、和支撑磁体和轴的基座。

12、按照权利要求10的光记录/重现装置，其中，通过向致动器同时施加DC偏移和AC电源，球面像差补偿伺服机构控制致动器。

13、按照权利要求11的光记录/重现装置，其中，该可移动部件通过该轴支撑。

14、按照权利要求11的光记录/重现装置，其中，该固定部件还包括用于为该磁体提供磁通量路径的磁轭。

15、按照权利要求11的光记录/重现装置，其中，两个导向孔被确定在以镜头为中心的可移动部件的两侧，该两个导向孔具有不同的形状。

16、按照权利要求11的光记录/重现装置，其中，铁片面向磁体被形成在可移动部件的两侧上。

Images