CN1088886C - 光学拾取装置 - Google Patents

Abstract

一种光学拾取装置，把光源的光会聚到光学记录介质(光盘)的信号记录表面。它的半球面透镜9有一表面9b对着光盘20，其折射率为予设；还有一滑片12把透镜9固定，并与光盘滑动接触；弹簧片13推压滑片使之与光盘滑动接触。采用该光学拾取装置，可实现高密度重放，且放宽光盘模制及吸潮造成的翘曲的容差值。此外，提高了产额，并扩大了选择盘材料的自由度。

Description

光学拾取装置

本发明涉及光学拾取装置，用于把来自光源的光会聚到光学记录介质(例如光盘)的信号记录表面。

最近，计算机的记录装置等介质包或音乐、图象信息的介质包的最新趋势是趋于高信息记录密度。在高记录密度的方法中，有一种方法是增加物镜的数值孔径以减小会聚在盘上的光点的直径。

假设，用高记录密度记录的信息信号是凹坑，要用光学拾取装置再生，如减小了光点直径，就可以再生小尺寸的记录标记，因此，达到了高记录密度。

如果增加物镜的数值孔径，则会给物镜本身的制造造成困难。

如果光盘基底与会聚光倾斜，就会产生慧差，如果物镜的数值孔径NA增加，慧差就增加。例如三级慧差W₃₁和五级慧差W₅₁可用方程式(1)和(2)表示： $W_{31}=\frac{t}{2}\·\frac{N^2-1}{N^3}\mathrm{\θ}\·{\mathrm{NA}}^3........\left(1\right)$ $W_{51}=\frac{t}{8}\·\frac{(N^2-1)(N^2+3)}{N^5}\mathrm{\θ}\·{\mathrm{NA}}^5.....\left(2\right)$

其中，t是盘的厚度，N是盘的折射率，NA是物镜的数值孔径，θ是光盘的偏斜。

可以看到，慧差是和数值孔径NA的大小一致的。就是说，如果物镜的数值孔径增加，则光盘平面性(光盘和盘的安装表面的正交性，以及光拾取装置的进给精度)的容差值减小。

例如，如果光学基底的厚度是1.2mm其折射率为1.52，来自光源的波长是532nm，在只采用0.05λ物镜的情况下，由于盘的偏斜产生RMS波前象差的容差值，偏斜容差值随物镜的数值孔径的增加而减小，如图8所示。因此，需要增加纠正偏斜的偏斜矫正机构，导致增加成本和增大尺寸的缺点。

如果光盘基底的厚度超出预定范围，会产生球差W₄₀。球差W₄₀由方程(3)给出 $W_{40}=\frac{\mathrm{\Δt}}{8}\·\frac{N^2-1}{N^3}\·{\mathrm{NA}}^4........\left(3\right)$

从该方程得知：球差是和数值孔径NA的大小有相应关系的。就是说，如果物镜的数值孔径增加，就会产生球差，因此，必须严格控制盘的厚度，这就造成产量和成本问题。

本发明的目的是提供光学拾取装置，减小了光学记录介质上形成的光点的直径，所产生的慧差与物镜数值孔径的增加无关，实现了高信息密度的记录和重放。

本发明的一个方面提供了一光学拾取装置，用于把光源的光收集到光学记录表面的信号记录表面，该装置至少包括至少一个物镜一个半球面透镜，具有正对着该光记录介质一平表面；一个滑片用于固定所述的半球面透镜并且在该光记录介质上浮动；推压支撑装置，用于推动和支撑该滑片，使该滑片与该光记录介质滑动接触；

其特征在于，所述的光学拾取装置进一步包括一个连接部件，用于连接所述物镜和推压支撑装置。

另一方面，本发明提供的光学拾取装置，用来把来自光源的光收集到光学记录表面的信号记录表面，该装置包括：至少一个物镜；一半球面透镜，它的折射率是预设的，有一平面对着光学记录介质；固定半球面透镜的滑件，可在光学记录介质上浮动；和浮动支持装置，使滑件在光学介质上浮动并获得支持。

由于由于半球面透镜的折射率设置为等于光学记录介质的折射率，具有已减小光点直径的激光束可以会聚在光学记录介质的信息记录层的预定位置。

图1是本发明的光学拾取实施例图。

图2是图1所示实施例的物镜系统的详细视图。

图3是图2所示物镜系统的平面视图。

图4是物镜的数值孔径。

图5示出图2所示物镜系统的操作过程。

图6示出了球差和盘的厚度误差的关系图。

图7是本发明的光学拾取装置改型的物镜系统的详细图。

图8是倾斜容差值和传统的物镜数值孔径的关系图。

参见这些附图，详细说明本发明的实施例。

本发明的实施例是用于再现预记录在光盘的信号记录表面的高记录密度的信息信号，信号记录表面处于光学记录之中。参见图1和2，光学拾取装置包括至少一组物镜7，半球面透镜9，它是具有预设折射率的凸透镜，表面9b对着光盘20。光学拾取装置还包括一滑件12，它装有一半球面透镜9，和作为推压和支持装置的弹性板13，将滑件推压到与光盘20滑动支持接触。半球面透镜9与光盘20滑动接触。

本发明的实施例的光学拾取装置还包括位于物镜7和半球面透镜9之间的校正片8。作为校正装置工作的校正片8用于把从光源来的射到物镜7上的激光束校正为定中于光盘20的信号记录表面20a的预定位置的球面波激光束。

参见图1解释上述光学拾取整个结构。光学拾取装置从光源激光二极管1产生一激光束、经光栅2、偏振束狭缝3、1/4波片4和准直透镜5射到物镜系统6，由物镜系统6把光束射到光盘20的信号表面20a。然后光学拾取装置把从信号记录表面20a返回的光经光会聚透镜10引到光检测器11(光检测装置)，再现信息信号。

从激光二极管1射出的线性偏振激光束被光栅2衍射，基本穿过偏振束狭缝3，落到1/4波片4。1/4波片4把衍射的激光束转换为圆偏振光。产生的圆偏振光由准直透镜5准直成准直束射到物镜系统6。

物镜系统6包括物镜7，校正片8和半球面透镜9，把激光束投射到光盘20的信号记录表面20a的点F，而不产生光程差。校正片8校正入射的激光束，使入射在物镜7上的激光束变为球面波激光束，且基本定中于点F，在某一时间点，入射在物镜7上的激光束变为球面波激光束，且基本定中于点F，在某一时间点，入射到物镜7上的激光束从校正片8幅射出去。半球面透镜9具有球面9a和平表面9b，曲率中心基本落在F点。

图2和图3分别示出了物镜系统6的详细构成的截面图和从光盘看去的图示。

物镜7和校正片8固定到一镜筒14上，相互紧配，在任何方向没有任何自由度。半球面透镜9固定到滑片12，滑片12和镜筒14借助弹簧片13相互连接，使得滑片和镜筒14能相对于光盘板厚方向有平移自由度以及跟着光盘的摆动而有摆的自由度。滑片12借助弹簧片13压在光盘20上，滑片12的滑动表面12a将和光盘20的光入射表面20b滑动接触。弹簧片13在平行于光入射表面20b的方向上没有移动的自由度，所以在物镜7和半球面镜9中没有相对于光入射表面20b平行方向的位置移动。滑片12有一个滑动表面12a基本与半球面透镜9的平面9b平行，除了半球面透镜9与光盘20接触外，滑动表面12a和平面9b基本是共面的。在效果上，半球面透镜9的平面9b与滑片12的滑动表面12a隔开几个毫米的距离。

下面描述物镜系统6的操作。

来自光源激光二极管1的激光束射到物镜7，会聚后到达校正片8。校正片8的厚度和折射率的设置是，在会聚的激光束变为从校正片8幅射的时间点，会聚的激光束变为定中于F点的球面波。半球面透镜9的曲率半径基本与点F一致。光盘20和半球面透镜9的折射率被预设，使其基本相等。因此，校正片8的激光的幅射激光束垂直射到半球面透镜9的球面9a，并会聚到点F，变为定中点于F的球面波。

物镜的数值孔径NA＝Sinθ，θ是物镜对着最小尺寸点Smin的角度，如图4所示。物镜6的数值孔径NA是NSinθ，其中，N是半球面透镜9和光盘20的折射率。因此，通过采用物镜系统6，光点直径变为等于用物镜7得到的光点直径的1/N，提高了光盘20的再现密度。

参见图5，解释物镜系统6的工作，此时，光盘20相对于物镜7的光轴倾斜。

如果光盘20相对于光轴L₀倾斜，弹簧片13使得滑片12的滑动表面12a保持与光盘20的光入射表面20b滑动接触，这样，半球面透镜9的曲率中心与物镜7的光轴L₀基本吻合。因此，从校正片8发出的激光束从垂直方向入射到半球面透镜9的球面9a，而不会产生光程差。所以，无论物镜系统的数值孔径Nsinθ如何，都不会产生慧差。结果，增加了在盘的模制过程产生的翘曲和因吸收潮气产生的翘曲的容差值，所以增加了产量和选择盘材料的自由度。光轴和光盘驱动器的盘安装表面间的正交容差值以及拾取进给精度的容差值都可以增大，同时降低光盘驱动器的制造成本。此外，由于不需要增加光盘驱动器中的光盘倾斜校正机构，光盘拾取装置的尺寸和重量都可以减少，当然，成本也会降低，但并不降低操作的可靠性。

现假设，光盘20的基片厚度变化Δtmm。如果半球面透镜9的曲率半径是amm，关于物镜系统6的球差W′₄₀为： ${W^{\′}}_{40}=\frac{{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2}{8a}\·N(N-1){\mathrm{Sin}}^4\mathrm{\θ}......\left(4\right)$

其中，N是半球面透镜9和光盘20的折射率。

参见图6，方程(4)给出的球差W′₄₀变化与图3所示的球差W₄₀进行比较。图6的曲线表示了球差W′₄₀或W₄₀相对于基片厚度变化Δt的变化，其中，光盘基片厚度1.2mm，折射率N为1.52，光源波长为532nm。物镜系统6的半球面透镜9的曲率半径是1.5mm。在图6中，横坐标和纵坐标分别表示盘厚度改变(误差)Δtmm和球差。

方程(3)中的球差W₄₀中假定，会聚系统由物镜系统6组成。尤其是，物镜系统6的整个数值孔径NA设定为两个说明值：0.55和0.84。

球差W′₄₀中假定，会聚系统由物镜系统6组成。尤其是，物镜系统6的整个数值孔径NA设定为两个说明值：0.55和0.84。

例如，如果Δt变化0.01mm，在NA＝0.55时，球差E40超过0.075λ。在NA＝0.84时，球差E40远超过0.3λ。而对于NA＝0.55和0.84，球差W′₄₀是0.01λ或更小。特别是，对于NA＝0.84，即使Δt为0.03mm球差W′₄₀仅稍大于0.05λ。

因此，采用本发明的实施例，用上述物镜系统6作为会聚系统，且光盘20和对着光盘20的半球面透镜的表面间的距离保持地常数，则盘基片厚度误差容允值可以比采用传统物镜显著增大，从而改善了光盘的生产产量。

本发明的光学拾取装置并不局限于上述实施例。例如，物镜系统6可以构成如图7。采用图7所示的物镜系统16的光学拾取装置是本发明的变型实施例，其结构与图1的实施例相同，其不同之点只是物镜系统16，以下专门解释。

物镜系统16基本与图2的物镜系统结构相同，其中相同的部件以相同的标号表示。它们的区别仅仅是滑片15的形状和操作。

这个物镜系统16由物镜7、校正片8、半球面透镜9、滑片15、弹簧片13和镜筒14组成。透镜7、校正片8和镜筒14在各方向锁死，没有任何自由度。镜筒14和滑片15由弹簧片13互连，有沿盘20的板厚方向平移的自由度，在盘20的倾斜方向有倾斜运动的自由度。

滑片15有一个切口朝向盘20以限定空气入口15b。滑片15有一滑动表面15a，在盘20转动时，由于在盘20的表面的空气粘膜，在光入射表面20b一侧产生浮力。这个浮力与弹簧片13施加的推压力平衡，这样，在盘20的表面20b和滑动表面15a之间形成一空气层。这使滑片15悬浮，基本跟着盘表面。弹簧片13在平行于盘表面的方向上没有平移自由度，所以，在平行于物镜7和半球面透镜9的平面9b的方向上没有位置移动。此外，滑片15的滑动表面15a和半球面透镜9的表面9b基本上相互平行，且在半球面透镜9不与盘20接触的区域基本共面。

由于物镜系统16的工作与前一实施例中物镜系统6的工作相同，所以装备了物镜系统16的光学拾取装置仍提高了光盘20的重放密度。由于模制盘的翘曲或由于吸潮产生的翘曲的容差可以增大，产量或选择盘材料的自由度也可增加。另一方面，光轴和光盘驱动盘安装表面间正交容差值(即拾取给精度)也可以增加，所以降低了光盘驱动器的成本。此外，由于没有必要在光盘驱动器上附加盘倾斜校正机构，拾取装置降低了成本和重量，同时改进了工作可靠性。盘厚度的误差容差值增加，改善的盘制造的产量。

虽然，本实施例减小了光盘的信号记录表面上光点的直径，但如果磁场按减小直径的光点调制，则记录密度也同样改善。

Claims (4)

1.一个光学拾取装置用于接收从在一个光记录介质(20)中的一个信号记录表面(20a)上的一个光源(1)来的光，包括：

至少一个物镜(7)，

一个半球面透镜(9)，具有正对着该光记录介质一平表面(9b)；

一个滑片(12；15)，用于固定所述的半球面透镜(9)并且在该光记录介质(20)上浮动；

推压支撑装置(13)用于推动和支撑该滑片(12)，使该滑片与该光记录介质(20)滑动接触；

其特征在于，所述的光学拾取装置进一步包括一个连接部件(14)，用于连接所述物镜(7)和推压支撑装置(13)。

2.根据权利要求1所述的光检拾装置，其特征在于，该装置进一步包括一个安装在所述物镜(7)与所述半球面透镜(9)之间的校正装置(8)，用于校正从该光源来并进入所述物镜的光，将该光调成为以该光记录介质(20)的信号记录表面(20a)上预设位置(F)作为中心的球面波。

3.根据权利要求1的光学拾取装置，其特征在于，所述滑片(15)随所述光学记录介质(20)的转动被以一空气入口(15b)进入的空气浮动起来。

4.根据权利要求1的光学拾取装置，其特征在于，其中半球面透镜的折射率与光记录介质的折射率相同。

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