專利名稱：光學數據寫/讀裝置的滑動器和包含這種滑動器的裝置的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及將數據寫入可旋轉存儲盤和從這種可旋轉存儲盤中讀取數據的領域。這種存儲盤可以是磁盤、光盤、磁光盤等等。特別地，本發明可用在基于光學裝置的寫/讀裝置中，包括用于讀和寫操作的激光束；因此，本發明在下文中將特別說明這種光學系統。然而，本發明的范圍不只限于這樣的光學系統，還同樣適用于磁性的系統。
正如公知的，光學存儲/檢索系統包含可旋轉的盤和用于掃描盤表面的光頭。激光束通過光頭聚焦在盤的表面，并且該盤相對于光盤旋轉，以便聚焦的激光束在盤表面沿著圓形軌道運動。為了使聚焦的激光束能夠尋址不同的軌道或沿著螺旋形軌道運動，光頭相對于盤的徑向發生移動。通過以合適的方式改變激光束強度，使得盤的物理特性發生改變，從而將數據存儲在盤上。通過感知反射束的強度來從盤中讀取數據。由于這種使用光學裝置的數據存儲/檢索系統是眾所周知的，在這里將不作更詳細的說明。
光頭包含安裝在臂上的光學透鏡，所述的臂是借助于懸架相對于盤定位的。在定位中，為了將光學透鏡精確地定位在希望的軌道上方，重要的是以極高的精確度控制光學透鏡的徑向位置。然而，將光學透鏡相對于盤表面的高度精確地保持在非常小的值也是非常重要的。本發明涉及一種特殊類型的光頭，這種光頭基于一種光頭和盤表面之間的空氣墊的存在來垂直定位。這樣的光頭也稱為滑動器。滑動器有一個滑動面朝向盤表面，這個面也稱為空氣承載表面。空氣承載滑動器表面和盤表面之間的距離非常小，典型的是1μm量級。支架給滑動器施加一個偏向力，迫使滑動器朝向盤表面。然而，當盤旋轉時，空氣被吸入空氣承載滑動器表面和盤表面之間的狹窄間隙，隨著增大的壓力形成空氣墊，施加給滑動器一個離開盤表面的力；這個力也稱為升力。
在穩態情況下，空氣墊產生的升力平衡支架施加的偏向力，因此空氣承載滑動器表面和盤表面之間的距離保持恒定。這個距離也稱為浮動高度。
在這方面公知的問題是浮動高度取決于盤表面相對于空氣承載滑動器表面的速度，因為吸入所述間隙的空氣量取決于所述速度。由于希望的是浮動高度應該如上所述地盡可能保持恒定，所以必須采取防范措施。
一種方法是以一種使得盤相對于滑動器的線速度保持恒定的方式來驅動存儲器和檢索裝置。然而這樣意味著盤的旋轉速度或角速度需要根據滑動器的徑向位置進行調整。同樣，以恒定角速度操作盤驅動器是優選的，因為在這樣的模式中訪問時間會比在恒定線速度(工作)模式中少。
如果在恒定角速度模式下操作盤驅動器，則在盤的外徑處的升力總是大于在盤內徑處的升力。這導致與內徑處的浮動高度相比外徑的浮動高度更大。
已經提出根據滑動器的徑向位置通過調整滑動器相對于旋轉盤的偏斜角來消除這個問題。在EP-A-1,001,423專利中提出通過沿著與徑向路徑不一致的移動路徑移動滑動器來調整偏斜角。然而偏斜帶來另一個問題即相對于凹槽的偏振旋轉，其中該偏振旋轉不利于尋軌方法并且將降低點的質量。
還已經提出通過主動地調整向下的偏向力以用于保持恒定的浮動高度來消除所述問題。這種方法的一個實例在US-A-6,125,008中公開。然而這種方法涉及一種相當復雜的調整機制。
另一種方法，例如以US-A-5,986,850，是以這樣一種方法來設計空氣承載滑動器表面的結構在空氣承載滑動器表面和盤表面之間的間隙中由向下的元件(例如，抽氣機)產生力，這種力隨著空氣速度的增大而增大。在遠離前沿的位置給滑動器施加這種向下的力，在這個位置向上的墊力占優勢，因此滑動器采用具有傾斜角的位置，該傾斜角隨著空氣速度的增大而增大。由于光學透鏡安裝在滑動器的尾部，所以光學透鏡的浮動高度隨著傾斜角的增大而減小。
然而，所述出版物所公開的結構非常復雜并且難于制造。此外，如上述公開的圖5所表明，上述公開中的結構僅能在盤的外部半徑減小浮動高度，但不能在全部盤范圍內保持浮動高度。
本發明總的目標是解決上述問題。
本發明的具體目標是提供具有自調整特性的滑動器以用于在不同盤半徑保持它的浮動高度，同時滑動器結構相對簡單。
這些目標是使用依照本發明如權利要求1到9中任一項所限定的滑動器來實現的。
依照本發明的一個重要方面，滑動器具有與光學透鏡焦點基本重合的傾斜旋轉軸。
本發明進一步涉及如權利要求10或11所限定的光學數據寫和/或讀裝置。
本發明將在下面的優選實施例的討論中參照附圖詳細說明，在圖中相同的參考數字代表相同或相似的元件，并且其中
圖1圖釋的是一種盤驅動器；圖2A和2B是裝有滑動器的臂的概略的側視圖；圖3是較大比例的滑動器的概略的側視圖；圖4是依照本發明的滑動器的一個實施例的透視圖；圖5A和5B是圖4中滑動器的局部的縱向剖面圖；并且圖6示意了圖4中滑動器的測量結果。
圖1是示意說明了盤驅動器的一部分的平面圖，總體上以附圖標記1表示。盤驅動器裝置1包含一個外殼(為了簡化起見沒有示出)和用于接收可旋轉的盤2的裝置，盤2的一個例子是光盤。盤驅動器裝置1進一步包含用來掃描盤2表面以便向盤2寫入數據或從盤2讀出數據的掃描裝置10。這種掃描裝置10包含掃描頭11、用于相對于盤定位掃描頭11的定位裝置20、以及用于相對于盤表面沿圓形軌道移動掃描頭11的移位裝置30。移位裝置30包含用于如用箭頭R指示地旋轉盤2的旋轉裝置31。由于在盤驅動器設備中用于接收和可旋轉盤的裝置是眾所周知的，這些將不作詳細說明。
定位裝置20包含臂21，臂21將掃描頭11保持在盤2的表面3的上方，這將在以后詳細說明。盤有一個由旋轉裝置31確定的旋轉中心CR。掃描頭11在盤2的表面3上確定掃描位置PS。連接旋轉中心CR和掃描位置PS的徑向線是以L作為參考。臂21有一個垂直于所述徑向線L的中心軸。移位裝置30包含用于移動臂21的臂位移裝置32，掃描頭11處于平行于所述徑向線L的方向，如箭頭D表示。由于用于移動掃描頭11的裝置是眾所周知的，因此不對臂位移裝置32進行詳細說明。
圖2A和2B以側視圖的方式示意說明了臂21的裝有掃描頭11的自由端。掃描頭11包含具有頂表面13和底表面14的掃描頭主體12，并且通過能夠彈性地給掃描頭主體12施加朝下的力的彈性懸掛裝置22懸掛在臂21的自由端上。懸掛裝置22在掃描頭主體12的中心位置與掃描頭主體12接合，以懸掛位置LS表示。掃描頭主體12相對于懸掛裝置22保持平衡，這樣，在穩態平衡狀態，當掃描頭11以它的底表面14接近盤2的表面3時，掃描頭11的底表面14基本上平行于盤表面3，如圖2A所示。
在操作過程中，如圖2B中箭頭R所示，圖中盤在掃描頭11下方從左向右旋轉。由于這個旋轉，如圖2B中箭頭A所示空氣被吸入掃描頭11的底表面14和盤2的頂表面3之間的小間隙中。位于空氣流A進入所述間隙15處的掃描頭11邊緣將表示為前沿16，反之，滑動器11的相對邊沿，即空氣流離開所述間隙15處的邊緣將表示為后沿17。
這種空氣流在掃描頭11的底表面14上產生一種具有相當復雜的壓力分布的空氣墊。掃描頭11的底表面14的一些部分承受增大的氣壓，然而其他部分承受減小的氣壓。總的來說，掃描頭11的底表面14承受離開盤2方向的力。如圖2B中箭頭FU所示，這種向上的空氣墊力主要在前沿16和懸掛裝置22之間獲得。這種空氣墊力FU傾向于推動掃描頭11離開運動的盤2。掃描頭11(在下文中也表示為滑動器)因此浮于間隙15中的空氣墊上。
滑動器11由于彈性懸掛裝置22施加朝下的力FD而固定在某一位置。如圖2B中以放大的方式清楚示出的，施加在滑動器11上不同位置處的兩個力FU和FD傾向于使滑動器11傾斜，因此前沿16升起而后沿17降低。此時滑動器11的中心線與盤2的表面3構成角α，表示為傾斜角。
滑動器11載著構成盤驅動器裝置1的光學系統部分的透鏡40。透鏡40接收基本上垂直于盤2的表面3的激光束41，并且將激光束A1聚焦在焦點42。如圖1所示，焦點42決定掃描位置PS。根據環境的需要，焦點42也許位于滑動器11的底表面14之下的一段距離處，或者如在近場技術中一樣地距離滑動器11的底表面14很近。為了精確性和高密度操作，希望的是焦點42和盤表面3之間距離保持恒定。
然而，當盤2的旋轉速度或角速度保持恒定時，盤2相對于滑動器11的線速度隨著掃描點PS和旋轉中心CR之間距離變化而變化。更具體地說，與滑動器11接近旋轉中心CR時相比，當滑動器11接近盤2外邊緣時，盤2線速度更大，并因此吸入間隙15的空氣A數量更多。隨著增大的空氣流A，升力FU也增大，引起焦點42和盤表面3之間距離增大，這一點是不希望的。
依照本發明，通過合適地設計滑動器11下表面14(也表示為空氣承載表面)的幾何形狀可以減小或甚至消除這種不希望有的影響。在放大的比例下，圖3以側視圖方式示意了依照本發明設計的滑動器11。圖3清楚地示意了滑動器11的下表面14的端點在距離滑動器11的后沿17某一距離處靠近焦點42。后表面19和下表面14的相交角大于傾斜角α，因此后表面19和下表面14的交點18總是滑動器11的最低點。在優選的實施例中，所述角基本上等于90°，產生一個未在圖3中示出的后平臺。在圖3中，所述角度大約是45°，并且后表面19向后沿逐漸變細。
焦點42和盤表面3之間的間隙將表示為浮動高度HF，在傾斜的滑動器11下壓縮的空氣流A在通過滑動器最低點18后膨脹，引起滑動器最低點18之外(在圖3滑動器最低點18右邊)的空氣壓力下降。因此，滑動器11的后部從空氣A接收到減小的升力或甚至向下的以箭頭FS表示的吸力，這一點傾向于增大傾斜角α。因而，隨著空氣流的增大，由于作用在滑動器前部的升力FU和作用在滑動器后部的吸力Fs的綜合影響使得傾斜角α增大。
依照本發明一個重要方面，設計滑動器11底部的幾何形狀以便使滑動器的傾斜(例如傾斜角α的增大)以相對于水平旋轉軸PA進行樞軸運動的形式出現，該水平旋轉軸PA位于經過焦點42的垂直面內。因而，在初步近似中，傾斜角α的較小變化不會引起焦點42位置的任何垂直變化。
優選的是，焦點重合在所述旋轉軸上。
將在下文中參考圖4和5A-5B詳細討論滑動器幾何形狀的一個實例，在這些圖中尺寸不是按比例示意的，為了清楚起見，Z方向的尺寸被特別放大。在一次試驗中已經測試了這個實例；試驗結果在圖6中示出。
圖4是顛倒放置的滑動器11底部的三維視圖。縱向表示為X-方向，橫向表示為Y-方向(通常情況下X和Y平行于盤表面)。滑動器11有一個基本為矩形的滑動器體50和基本為U形的凸起部分60。這個凸起部分60包含兩條沿著滑動器體50的側邊51、52布置的腿61、62，每條腿61、62有一個前端61F、62F和后端61R、62R。凸起部分60此外還有一個連接所述腿61、62的前端61F、62F的橋63，橋63沿著滑動器體50的前沿53布置。在本例中，橋63和每條腿61、62都具有基本上為矩形的剖面。
在這個實例中，滑動器11寬度(Y方向尺寸)是2.5mm，橋63整體跨越這一寬度。橋63寬度(X方向尺寸)是0.8mm。
此外，在這個實例中，滑動器11長度(X方向尺寸)是3.5mm，但是腿61、62更短。每條腿的寬度(Y方向尺寸)是0.48mm，并且長度(X方向尺寸)是1.95mm；因而，每條腿61、62的后端61R、62R位于距離滑動器的后沿54的0.75mm的位置處。
腿61、62和橋63的高度(Z方向尺寸)大約是7.1μm。
此外，在這個實例中，滑動器11的高度(Z方向尺寸)是250μm。
優選的是，如圖4所示，在橋63的整個長度上，橋在前端具有梯狀凹槽64。這個梯狀凹槽64的深度(Z方向尺寸)是1.0μm，寬度(X方向尺寸)是0.15mm。
圖5A是在腿61截取的滑動器的縱向剖視圖，圖5B是從滑動器中心線截取的相似的剖視圖。
剩余的滑動器的底面，即除腿61、62和橋63以外的底部被稱為凹進的底面55。從實心塊開始通過腐蝕掉它的一些部分(使用一種濕法蝕刻技術)而達到希望的深度，這樣留下凹進的底面55，從而制造了示范的滑動器。盡管材料的選擇不是主要的，但在本實例中材料是玻璃。實際上可以使用其它透明材料。可替換的方案是，如果有人希望使用不透明的材料，則該材料應該包括用于光學元件的透明窗。
滑動器還包含具有正方形結構(在X和Y方向)中心布置的島狀部分70。島狀部分70從凹進的底面55凸起并且具有與橋63和腿61、62相同的高度，以便使島狀部分70的底面和橋63以及腿61、62的底面處于同一XY平面內。島狀部分70長度(X方向尺寸)是0.5mm并且寬度(Y方向尺寸)是0.5mm。島狀部分70的中心C位于連接腿61、62的后端61R、62R的線上，與所述腿具有相同距離。
透鏡(圖4中沒有示意)安裝在滑動器上，它的光軸與島狀部分70的中心C重合并且焦點42(圖2A)與島狀部分的面重合。因此，所述焦點和所述中心C重合。此外，這些圖中示意了參考點PR，其位于島狀部分70的中心C后的0.22mm處。
滑動器11懸掛在(U型部分60在下方)位于前沿53和后沿54之間中途的懸掛點。使用的懸掛裝置是一種“nanosuspension 850LSF”裝置，作為一種標準元件產自Hutchinson Technology Company，Hutchinson，MN，USA。這種懸掛具有下述性質，在0.03到0.05N范圍內加以說明-傾斜剛性＝2μNm/度-軋輥剛性＝2.5μNm/度-橫向剛性＝1 2.5N/mm設定該懸掛以施加0.03N的向下的力。
懸掛的滑動器放置在盤上方，并且盤以變化的速度旋轉。在不同的位置測量滑動器的浮動高度。圖6示意了測量結果。
在圖6中，水平軸示意盤表面3相對于滑動器11的線速度。垂直軸示意在焦點C處測量的浮動高度HF(以LF線表示)和在參考點PR處測量的浮動高度HF(以LR線表示)。可以很清楚地看到，在焦點處測量的浮動高度在從3m/s到6m/s盤速的整個范圍內基本上是恒定的(變化小于2.5％)。該3m/s到6m/s的盤速對應于在盤的內徑和外徑處的盤的正常速度。同樣可以看到，在參考點PR處測量的浮動高度隨著速度增大而減小，從而表明旋轉軸PA位于焦點C。
盡管就特殊優選實施例而言詳細地說明了本發明，但是應該很清楚本發明不限于這個實施例。相反地，變化和修改都可能落入在附屬權利要求書中所限定的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于光學數據寫/讀裝置的滑動器，在該滑動器上裝有確定焦點的光學透鏡；該滑動器配有適用于懸掛于所述裝置的臂上的彈性懸掛裝置，該滑動器具有基本為水平方向的旋轉軸，該旋轉軸基本上位于穿過所述焦點的垂直平面內。
2.如權利要求1所述的滑動器，其中所述焦點基本上重合于所述旋轉軸上。
3.如權利要求1或2所述的滑動器，包括滑動器體；從凹進的底面上凸起的基本為U形的凸起部分，該凸起部分包含沿著滑動器體側邊布置的兩條腿，每條腿有一個前端和一個后端，該凸起部分還包括一個連接所述腿的前端的橋，該橋是沿著該滑動器體的前沿布置的；從凹進的底面上凸起的島狀部分，該島狀部分的中心位于連接腿的后端的線上，該中心與各條腿之間的距離相等；其中所述焦點基本上與所述島狀部分的中心重合。
4.如權利要求3所述的滑動器，其中島狀部分具有與橋和腿基本相同的高度，以便使島狀部分的底面和橋的底面以及腿的底面基本上在同一平面內。
5.如權利要求4所述的滑動器，其中所述島狀部分的所述中心基本上與所述島狀部分的所述底面重合。
6.如權利要求3至5中任一項所述的滑動器，其中橋在它的前端具有一個梯狀凹槽。
7.如權利要求6所述的滑動器，其中所述梯狀凹槽基本上在該橋的整個長度上延伸。
8.如權利要求3至7中任一項所述的滑動器，其中橋和腿都具有基本上為矩形的剖面。
9.如權利要求3至7中任一項所述的滑動器，其中島狀部分具有基本上為正方形的結構/形狀。
10.一種光學數據寫/讀裝置，其包含用來掃描盤表面的掃描裝置，所述掃描裝置包含如權利要求1至9中任一項所述的滑動器。
11.如權利要求10所述的一種光學數據寫/讀裝置，所述掃描裝置進一步包含用于使盤旋轉的盤旋轉裝置，該盤旋轉裝置定義一個旋轉中心；用于相對于盤來定位滑動器的定位裝置，該定位裝置包含用于懸掛滑動器的臂；用于在與連接旋轉中心和焦點的徑向線相平行的方向上移動裝有掃描頭的臂的臂移位裝置。
全文摘要
本發明涉及用于光學數據寫/讀裝置(1)的滑動器(11)，在該滑動器(11)上裝有確定焦點(42)的光學透鏡(40)，該滑動器具有這樣一種結構，以便于在諸如滑動器從內徑到外徑運動造成盤速變化時，由于圍繞位于經過焦點的垂直平面內(最好旋轉軸與焦點重合)的旋轉軸的樞軸運動而改變傾斜角。由于這種結構，使得焦點(42)的浮動高度(HF)基本上保持恒定。
文檔編號G11B7/12GK1571996SQ02820499
公開日2005年1月26日 申請日期2002年10月14日 優先權日2001年10月18日
發明者M·A·H·范德亞亞 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司