CN1969329A - 在一个光学拾取头中产生一个扫描光束的装置和方法、微型光学拾取头以及包括一个微型拾取头的光学存储系统 - Google Patents

Abstract

一种用于光学存储系统的小型化的光学拾取头，其中产生非常准直的光束。该光学拾取头包括一个光学系统，该光学系统包括一个准直透镜和一个反射或衍射元件，例如一个45度反射镜。该光学系统连接到一个盖板上，并且延伸到由盖板和设置有辐射源的基板所限定的空腔。盖板、并且因此包括准直透镜的光学系统，相对于辐射源在一个平行于所述准直部件和基板的光轴的方向上是可移动的，并且由此相对于辐射源产生的辐射光束调整准直透镜的对准。

Description

在一个光学拾取头中产生一个扫描光束的装置和方 法、微型光学拾取头以及包括一个微型拾取头的光学存储系统

发明领域

本发明涉及在用于光学存储系统的光学拾取头中、并且特别是在用于光盘驱动器的微型光学拾取头中产生扫描光束的装置。

本发明还涉及一种用于光学存储系统的微型光学拾取头，以及包括这种光学拾取头的光学存储系统。

发明背景

光学信息记录已经发展为一种高密度记录方法。光学存储介质是盘或卡的形式。常规的存储介质驱动装置具有一个例如激光的用于发射光束的光源、一个用于导引光束的光学系统、一个用于在存储介质表面上聚焦光束的聚焦透镜、以及一个用于将从存储介质表面反射的光束转换为电信号的光检测器。这种存储介质的例子例如是CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD、DVD+RW、蓝光光盘(BD)等等。在这些例子中，光学存储介质是盘的形状。

本领域众所周知，一张光盘包括至少一个轨道，该轨道能够容纳在其上写入的数据。光盘可以具体化为一种只读光盘，由此通过将数据压在轨道内制造这种光盘，并且仅能够从该光盘中读出这些数据。然而，还已知可写入光盘，该光盘允许用户在光盘上记录数据。在这种情况下，一般将光盘制造为空白光盘，即光盘具有轨道结构，但没有数据记录在轨道上。相似的，光盘驱动装置可设计为只读装置，即装置仅能从已记录的光盘中读取信息。然而，光盘驱动装置还可以设计为向可记录光盘的轨道内写入信息。由于用于读取或写入光盘的光盘和光盘驱动装置通常是已知的，所以这里将不详细说明它们的结构和操作。

然而，在所有的情况下，一个光盘驱动器包括用于接收光盘并以预定的旋转速度转动该光盘的装置。光盘驱动装置进一步包括一个光头或光学拾取单元(OPU)，包括一个光束发生器，典型的是激光，所述光头或光学拾取单元(OPU)用于将激光束导引到旋转光盘的表面、接收由光盘反射的反射光束、以及将所接收的反射光束转换为一个电信号。这样，一个光学拾取单元包括一个光束发生器、一个用于将光束导引到光盘的光学系统、一个用于将光转换为电信号的光电检测器以及一个用于接收所反射的光并将其导引到光电检测器的光学系统。

要求光电检测器关于返回光束非常精确的定位，并且在常规的光路几何结构中，通过在相对于该光学系统中的其它光学器件的z方向(即沿着光轴)上调整光电检测器的位置，将返回的光点非常仔细的校直在检测器上。

参照附图中的图1A和1B，它们示出了根据现有技术的光学拾取头的基本组件的示意性侧视图和示意性顶视图。如图所示，所示光学拾取头包括一个激光二极管115、一个光栅114、一个光电检测器预放大(pre-amp)集成电路(IC)110、一个光束分裂器111、一个准直仪112、一个物镜113、一个折叠式反射镜116和一个四分之一波偏振器117。

操作中，激光二极管115发出激光束，激光束随后穿过光栅14到光束分裂器111。在光束分裂器111，部分激光束反射到准直仪112并由其校准。来自准直仪112的准直光随后由折叠式反射镜116反射到四分之一波偏振器117。四分之一波偏振器117的出射光随后由物镜113聚焦在要读取的光盘(未示出)的信息表面。从光盘反射的光(未示出)随后反向传播通过四分之一波偏振器117、折叠式反射镜和准直仪112到达光束分离器111。在光束分离器，所反射的光直接透射通过光束分离器到达光电检测器预放大IC 110。响应于所反射的光线，光电检测器预放大IC 110产生多个光电信号，能够以常规的方式处理所述光电信号来获取存储在光盘上的数据。

越来越期望制造一种尽可能紧凑的光学拾取单元(OPU)，并且半高度(HH)和细长的OPU日益普遍。有一种已知的光学拾取头仅6.7mm高。实际上，光学记录技术的微型化越来越重要。便携应用要求非常小并且首先非常细长的光学存储装置，其中组装高度(building height)是一个关键问题。此外，由于要求较少的部件并且能够更容易的组装和调整整个存储装置，所以相对于光学拾取头的成本降低，集成也是一个重要的措施。

集成的光学拾取头通常是已知的。

参照附图的图2，已知的、其中使用小型化的光路几何结构的光学拾取单元(OPU)包括一个基板101，一个激光器102、一个光电检测器104以及一个反射镜或光栅元件105，所述激光器102安装在设置于基板101上的激光器支座103上。在图2中示意性示出的小型化的光路几何结构中，光电检测器104形成为基板101的组成部分。

参照附图的图3，另一个已知的紧凑光学拾取头包括一个蓝色激光器300、一个光电二极管集成电路302和一个由光栅304a、304b以及偏振光学器件组成的光学系统。更具体的，在使用中，激光源300发射的辐射光束306由反射镜308反射穿过半波偏振器310到达第一光栅304a。在穿过第一光栅304a后，部分光束306穿过偏振光束分裂器312到达一个准直透镜和一个物镜(未示出)，物镜将光束聚焦在光学存储介质的表面上。从光学存储介质反射的辐射光束314反向传播到该光学系统，其中至少部分反射光束314由偏振光束分裂器312导引到反射镜316，反射镜316朝向光电二极管集成电路302反射该光束通过第二光栅304b和柱面透镜318。响应于所反射的光束，光电检测器IC 302产生多个光电信号，能够以常规的方式处理所述光电信号来获取存储在光盘上的数据。

然而，甚至认为其对于一些应用非常薄。此外，构成光学拾取头的光学元件的总数量大，由于元件的数量、和所得到的处理设备、附带的操作以及组装常规光学拾取头所需的人工，从而增加了拾取头的光学系统的结构复杂度，导致了相对于使OPU更细小而产生的限制，以及增加了材料的消耗和制造过程，并且限制生产产量。此外，上述参照附图的图3所述的装置发射发散光束306a，并且因此在物镜将其聚焦在存储介质表面之前，需要一个另外的准直仪来形成平行光束。

还已知一个使用红色激光器的类似的系统，其包括一个有限共轭系统(finite conjugate system)，其中物镜是拾取头的一部分，这样拾取头必须直接设置在存储介质的下面。

尽管如此，如在一种已知的设置中，如与一个曲臂或滑片相对，将激光器和检测器设置在所谓的“固定世界”(即与调节器相对的驱动器的固定部分，调节器是可以移动的，以至于如果需要就在径向和聚焦方向上移动物镜)具有许多重要优点，但是为了实现这种设置，非常准直的辐射光束必须从拾取头的“固定世界”传播到达可移动的安装在光学存储介质下面的物镜。

发明目的及概述

本发明的一个目的是提供一种装置，用于在光学存储系统的光学拾取头中产生(理想的或接近)准直的扫描光束，并且提供一种发射所述扫描光束的紧凑的光学拾取头。本发明的另一个目的是提供一种包括这种光学拾取头的光学存储系统，并且提供一种在这种光学拾取头中产生准直扫描光束的方法。

根据本发明，提供一种装置，用于在一个光学存储系统的一个光学拾取头中产生扫描光束，所述装置包括一个用于发射辐射光束的辐射源、一个用于准直所述辐射光束的准直部件、一个用于从所述准直部件向所述装置的一个出射点(exit point)导引所述辐射光束的光学元件，所述准直部件和所述光学元件设置在一个基板上或基板内，该装置进一步包括用于移动所述基板的部件，该部件移动所述基板，从而相对于所述辐射光束在基本平行于所述准直部件的光轴的方向上移动所述准直部件和所述光学元件，从而相对于所述辐射源调整所述准直部件的对准。

还根据本发明，提供一种用于光学存储系统的光学拾取头，包括用于将扫描光束聚焦到光学存储介质的一个表面上的部件，该光学拾取头包括用于产生如上所限定的扫描光束的装置、以及用于接收从所述光学存储介质的所述表面反射的辐射光束的部件。

在一个优选实施例中，光学拾取头包括一个第二基板，在第二基板上设置有辐射源，其中在一个基本平行于所述第一和第二基板的方向上所述准直部件是可移动的。有利的是，第一基板包括一个盖板，其中所述盖板和所述第二基板限定了它们之间的一个空腔，并且其中所述准直部件和所述光学元件设置在所述盖板上，这样使得它们延伸到所述空腔，所述盖板是可移动的，从而相对于所述辐射光束在一个基本平行于所述准直部件的光轴的方向上移动所述准直部件。

优选的，该装置包括一个集成的光学系统，包括所述准直部件和所述光学元件，所述光学元件优选的包括反射或衍射部件，例如一个45度反射镜或一个衍射光栅，用于从所述准直部件向该设置的一个出射点导引所述辐射光束。另一个光学元件，优选的是衍射元件，可以设置在出射点。在一个示例性实施例中，该装置可以包括用于在其入射到所述准直部件前折叠辐射光束的光路的部件。

有利的是，该光学拾取头进一步包括一个与第一盖板接触的第二盖板，第二盖板具有一个光学元件，优选的是衍射部件，用于向一个检测器导引返回光束。第二盖板可以相对于第一盖板有益的倾斜。第二盖板相对于第一盖板有益的旋转，优选的绕一个基本垂直于准直部件的光轴的轴旋转。第一盖板可以具有一个凸状部分，所述第二盖板在凸状部分内。

根据本发明，进一步地提供一种光学存储系统，包括一个如上限定的光学拾取头、用于将所述光学拾取头发射的扫描光束聚焦在光学存储介质表面上的部件、和用于产生一个信号的部件，该信号表示从所述光学存储介质的所述表面反射并由所述光学拾取头接收的辐射。

本发明还涉及一种在用于一个光学存储系统的一个光学拾取头中产生扫描光束的方法，该方法包括以下步骤：

-设置一个辐射源，用于发射辐射光束，

-设置准直部件，用于准直所述辐射光束，

-由一个光学元件从所述准直部件向所述装置的一个出射点导引所述辐射光束，所述准直部件设置在一个基板上或基板内，

该方法进一步包括步骤：移动所述基板，从而相对于所述辐射光束在基本平行于所述准直部件的光轴的方向上移动所述准直部件，从而相对于所述辐射源调整所述准直部件的对准。

通过参照所描述的实施例，本发明的这些和其他的方面将变得显而易见并得到说明。

附图简要说明

现在仅通过举例并参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1A是一个示意性侧视图，示出了根据现有技术的光学拾取头的基本部份；

图1B是一个示意性顶视图，示出了根据现有技术的光学拾取头的基本部件；

图2是根据现有技术的小型化光学拾取单元(OPU)的一个顶视图(顶图)和一个侧视图(底图)。

图3是根据现有技术的小型化光学拾取头的一个示意性截面图，包括一个蓝色激光二极管、一个光电二极管集成电路以及光束分裂光学器件，其中该模块的整体尺寸可以是11×6×4mm；

图4是根据本发明的一个示例性实施例的装置的示意性截面图，该装置用于为一个光学存储系统在光学拾取头中产生扫描光束；

图5是根据本发明的一个第一示例性实施例的光学拾取头的示意性截面图；

图6a和6b分别是根据本发明的一个第二示例性实施例的光学拾取头的示意性截面图和顶视图；

图7a和7b分别是根据本发明的一个第三示例性实施例的光学拾取头的示意性截面图和顶视图；

图8是根据本发明的一个第四示例性实施例的光学拾取头的示意性顶视图；和

图9是根据本发明的一个示例性实施例的光学拾取头组件的透视图。

发明详细描述

本发明的一个目的是能够提供一个小型化的光学拾取系统，其中产生一个(理想的或接近)准直的输出光束。通过将准直光学器件加入到拾取头内，能够达到这个目的。在这点上，其中存在两个主要的限制：

a)应当将组装高度保持最小，和

b)应当活动的对准准直仪，从而减小散焦的不利影响。

参照附图中的图4，其根据本发明的一个示例性实施例示意性的示出了一个光学拾取头，其中准直透镜和反射镜(或光栅)集成在一块基板上，所述基板能够在单一水平方向上平行于拾取基板且平行于准直透镜的光轴移动。

所述光学拾取头包括一个基板1，在基板1上设置有支撑激光源2的激光器支座3。一个盖板支座11设置在基板1的边缘，其将基板1与盖板21连接起来。一个包括准直透镜20和45度反射镜5(或光栅，在一个替换的示例性实施例中)的光学系统连接到盖板21、或与盖板21集成，这样该光学系统扩展到在基板1与盖板21之间所限定的空腔中。盖板21相对于基板1可移动的安装，这样它(并且因此设置在那里的光学系统)能够平行于拾取基板1且平行于准直透镜20的光轴20a在一个单一的水平方向上移动。

因此，能够精确的准直出射激光束100，或者，如果期望，具有一定量的散焦的几乎准直。此外，由于不需要另外的准直透镜，所以通过平行于基板的面内准直，能够保持该装置的组装高度较小并且固定。盖板21和盖板支座11能够制造成这样，即能够垂至于准直透镜的光瞳(pupil)仅在一个方向上调节盖板，并且从而调节准直透镜。盖板21能够制成为一个单独的塑料模压元件。

应当理解，在所示实施例中需要45度反射镜以将光耦合到基板1的平面之外。如附图中的图5所示的实施例，使用一个光栅光束整形器同样能够达到这个目的，图5中的所有其它元件与附图中的图4所示的实施例中的元件相同，并且使用相同的附图标记表示相同的元件。

参照附图中的图6a和6b，根据本发明另一个示例性实施例的光学头在许多方面与图5的光学头相似，并且这里使用相同的附图标记表示相同的元件。然而，这种情况下，盖板21的上表面设有一个凹入部分21a，凹入部分21a之上具有一个第二盖板22。如图所示，第一盖板21在出射光束的光路中在其凹入部分内设置有一个光栅23，并且第二盖板22也在出射光束100的光路中设置有一个光栅24。准直透镜20的光瞳直径可以例如是0.5mm。

光栅23的目的是提供两个邻接于中心光束的附加的伴线光束(satellitebeam)，用于3点推挽式(3-sot push-pull)径向跟踪。理论上，光栅23固定到21，并且不需要另外的对准。光栅24的目的是向检测器60导引反向传播的光束(即由光盘反射的光束)。该光栅需要两次对准，将X-Y面内中心的光点反射到检测器。

可以通过沿着垂直于附图平面的一个轴倾斜光栅，完成第一次对准(对应于在检测器的X方向对准，其中X方向是沿着从激光源到反射镜50的线)。为了很好的调整该倾斜，第二盖板具有一个凸起的表面，凸起的表面正好安装到第一盖板21的凹入表面。

光栅24的第二次对准是沿着顺着呈现光束100的光轴的光栅旋转(对应于在检测器的Y方向对准，其中Y方向在基板1的平面内并且垂直于从激光源到反射镜50的线)。通过使用相同的凸/凹表面，可以实现第二盖板的旋转。

注意，这使得对谈到的光栅24的一个旋转和一个倾斜对准更为灵敏。因此，能够精确的将返回光束对准到检测器60上。再有，在消耗仅仅非常小量的组装高度的同时，这就能实现。

应当理解，根据本发明的拾取头的整体尺寸主要由准直透镜20的光瞳尺寸来决定。光瞳尺寸与所要求的边缘亮度一起决定准直透镜20的焦距。对于蓝光光盘系统，其显著的大于10mm，产生了一个细长的装置。然而，例如使用一个反射镜装置或简单直角棱镜的折叠光路，能够急剧减小该装置的整体长度。

因此，参照附图的图7a和7b，示意性的示出了一个示例性小型化的、折叠光学拾取头，包括一对反射镜26(或一个直角棱镜，见图8)，用于折叠由激光源2所产生的辐射光束的光路。在所示装置中的所有其他元件与附图的图6中所示的装置的元件相同，这里将不再进一步说明。

相似的，参照附图的图8，示意性的示出了另一个示例性小型化的、折叠光学拾取头，包括一个直角棱镜27，用于折叠由激光源2所产生的辐射光束的光路。此外，在所示装置中的所有其他元件与图6和图7中所示的装置的元件相同，这里将不再进一步说明。

图9中提供了作为本发明示例性实施例的结果所得到的光学拾取头的组件的一个示意图。能够达到8.5×3.5×4.5mm(l×w×h)或者甚至于6×3.5×3.5mm的数量级的尺寸。

应当注意，上述实施例是描述本发明，而不是限制本发明，并且本领域技术人员应当能够在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下设计出多种替换的实施例。在这些权利要求中，置于括号中的任何附图标记不构成对权利要求的限制。用语“包括”及类似用语不排除出现在任一权利要求或作为整体的说明所列之外的元件和步骤。一个元件的单独提及并不排除提及多个这种元件，反之亦然。通过包括多个分立元件以及通过适当的编程计算机，可以实现本发明。在一个列举多个元件的产品权利要求中，这些元件中的几个可以由一个元件和相同的硬件项目具体化。将某些方案在相互不同的从属权利要求中引用，这一基本事实不能表明不能够使用这些方案的组合而产生益处。

Claims (16)

1、一种用于在一个光学存储系统的一个光学拾取头中产生扫描光束(100)装置，该装置包括：

-一个辐射源(2)，用于发射辐射光束，

-准直部件(20)，用于准直所述辐射光束，

一个光学元件(5、50)，用于从所述准直部件(20)向所述装置的一个出射点导引所述辐射光束，

所述准直部件(20)和所述光学元件设置在一个基板(21)上或基板(21)内，

该装置进一步包括用于移动所述基板(21)的部件，该部件移动所述基板(21)，从而相对于所述辐射光束在一个平行于所述准直部件(20)的光轴(20a)的方向上移动所述准直部件(20)和所述光学元件(5、50)，从而相对于所述辐射源调整所述准直部件(20)的对准。

2、根据权利要求1所述的装置，其中所述光学元件(5、50)包括反射或衍射部件。

3、根据权利要求1所述的装置，其中在所述出射点设置有一个光学元件(23)。

4、根据权利要求3所述的装置，其中所述光学元件包括一个衍射光栅(23)。

5、根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于在其入射到所述准直部件(20)前折叠辐射光束的光路的部件(26、27)。

6、一种用于光学存储系统的光学拾取头，包括用于将扫描光束聚焦到一个光学存储介质的一个表面上的部件，该光学拾取头包括用于产生如权利要求1所述的扫描光束的装置、以及用于接收由所述光学存储介质的所述表面反射的辐射光束的部件(60)。

7、根据权利要求6所述的光学拾取头，包括一个第二基板(1)，在第二基板上设置有辐射源(2)，其中在一个基本平行于所述第一和第二基板(2、21)的方向上所述准直部件(20)是可移动的。

8、根据权利要求7所述的光学拾取头，其中所述第一基板包括一个第一盖板(21)，其中所述盖板(21)和所述第二基板(1)限定了它们之间的一个空腔，并且其中所述准直部件(20)和所述光学元件(5、50)设置在所述盖板(21)上，这样使得它们延伸到所述空腔，所述盖板(21)是可移动的，从而相对于所述辐射光束在平行于所述准直部件(20)的先轴(20a)的方向上移动所述准直部件(20)。

9、根据权利要求8所述的光学拾取头，进一步包括一个与第一盖板(21)接触的第二盖板(22)，第二盖板(22)具有一个光学元件(24)，用于向一个检测器(60)导引返回光束。

10、根据权利要求9所述的光学拾取头，其中所述光学元件是一个衍射光栅(24)。

11、根据权利要求10所述的光学拾取头，其中第二盖板(22)可以相对于第一盖板(21)倾斜。

12、根据权利要求11所述的光学拾取头，其中第二盖板(22)相对于第一盖板(21)旋转。

13、根据权利要求12所述的光学拾取头，其中第二盖板(22)相对于第一盖板(21)绕一个垂直于准直部件(20)的光轴(20a)的轴旋转。

14、根据权利要求8所述的光学拾取头，其中第一盖板(21)可以具有一个凸状部分(21a)，所述第二盖板(22)位于凸状部分(21a)内。

15、一种光学存储系统，包括根据权利要求7所述的光学拾取头、用于将所述光学拾取头发射的扫描光束(100)聚焦在一个光学存储介质的一个表面上的部件、以及用于产生一个信号的部件，该信号表示从所述光学存储介质的所述表面反射并由所述光学拾取头接收的辐射。

16、一种在用于一个光学存储系统的一个光学拾取头中产生扫描光束(100)的方法，该方法包括以下步骤：

-设置一个辐射源(2)，用于发射辐射光束，

-设置准直部件(20)，用于准直所述辐射光束，

-由一个光学元件(5、50)从所述准直部件(20)向所述装置的一个出射点导引所述辐射光束，所述准直部件(20)设置在一个基板(21)上或基板(21)内，

该方法进一步包括以下步骤：移动所述基板，从而相对于所述辐射光束在平行于所述准直部件(20)的光轴(20a)的方向上移动所述准直部件(20)，从而相对于所述辐射源调整所述准直部件(20)的对准。

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