專利名稱：二級(jí)尋址高密度母盤刻錄機(jī)刻寫機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超高密度光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于新一代超高速、超高密度的光存儲(chǔ)系統(tǒng)。
高密度的光存儲(chǔ)技術(shù)的關(guān)鍵是提高光盤密度，光盤密度提高的決定因素就在高密度母盤的刻錄。只有刻錄出高密度的母盤通用的高密度的光存儲(chǔ)技術(shù)才會(huì)有廣泛的前景。目前的目標(biāo)是減小波長(zhǎng)、增大數(shù)值孔徑。將波長(zhǎng)縮短至藍(lán)光段(400nm左右)；應(yīng)用近場(chǎng)光學(xué)理論，采用固體浸沒(méi)透鏡(SIL透鏡)可將數(shù)值孔徑加大至1.5，運(yùn)用近場(chǎng)的光學(xué)原理使記錄光斑減小到100nm，使光軌間隔減小到200nm，最終實(shí)現(xiàn)120mm盤的單面單層容量在30G的高密度光盤。
當(dāng)采用這樣的技術(shù)時(shí)，SIL透鏡與母盤的距離必須遠(yuǎn)小于激光波長(zhǎng)，才能突破衍射極限，顯著提高存儲(chǔ)密度。同時(shí)光學(xué)頭在光盤上的定位精度必須在幾十nm的范圍內(nèi)。
雖然，現(xiàn)在的光盤驅(qū)動(dòng)器采用的二級(jí)尋址定位的技術(shù)。但是第二級(jí)的尋址定位只是柔性鉸鏈，實(shí)現(xiàn)的是目標(biāo)尋址定位，其精度遠(yuǎn)不能滿足超高密度母盤的要求。由于母盤刻錄機(jī)和一般的光盤驅(qū)動(dòng)器根本原理的不同，在母盤刻錄中仍然采用的是一次定位的技術(shù)。一次定位的技術(shù)當(dāng)精度進(jìn)一步提高時(shí)，不能滿足超高密度母盤刻錄機(jī)的要求。
本發(fā)明所述的筒狀壓電陶瓷PZT堆的底面刻有環(huán)形凹槽，槽寬1/4筒壁厚。
本發(fā)明所述透鏡組按光路走向依次包括物鏡和近場(chǎng)SIL透鏡。
本發(fā)明所述近場(chǎng)SIL透鏡為半球或超半球形，由鈦酸鍶材料制成。
本發(fā)明提出新型的二級(jí)尋址高密度母盤刻錄機(jī)刻寫機(jī)構(gòu)，具有二級(jí)尋址功能，可保證光學(xué)頭在光盤上的定位精度在幾十nm的范圍內(nèi)。本發(fā)明的壓電陶瓷PZT補(bǔ)償氣浮調(diào)焦的設(shè)計(jì)可以保證SIL透鏡與母盤的距離遠(yuǎn)小于激光波長(zhǎng)，并準(zhǔn)確的聚焦在母盤盤片上，完成高密度的母盤制造。
驅(qū)動(dòng)架2兩側(cè)具有凹槽與高精度導(dǎo)軌配合，驅(qū)動(dòng)架2利用齒輪組和直流力矩電機(jī)相連，將力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成驅(qū)動(dòng)架沿導(dǎo)軌的平動(dòng)(或者直接將直線電機(jī)安裝在驅(qū)動(dòng)架下)；實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)架沿導(dǎo)軌的直線運(yùn)動(dòng)完成第1級(jí)高精度定位。
壓電陶瓷PZT6固定在驅(qū)動(dòng)架2和支撐臂5中間；壓電陶瓷PZT6在徑向發(fā)生伸縮，完成第2級(jí)高精度定位。驅(qū)動(dòng)架2、壓電陶瓷PZT6和支撐臂5具有一通槽7用來(lái)通過(guò)埋設(shè)光纖和控制信號(hào)線；支撐臂5的末端嵌有棱鏡9，并在棱鏡9的反射面下開(kāi)有通光孔12；懸臂8一端固定在所述支撐臂5的下表面，另一端連接筒狀壓電陶瓷PZT堆10，所述筒狀壓電陶瓷PZT堆10的內(nèi)部有環(huán)形凹槽，內(nèi)嵌透鏡組11；激光器3固定在驅(qū)動(dòng)架2中心的六邊形凹坑的內(nèi)部，其輸出的激光通過(guò)通槽7中埋設(shè)的光纖輸入到棱鏡9的反射面上；棱鏡的反射面是45°角，可以將水平的入射光線反射成垂直的光線射出，反射光經(jīng)通光孔12和透鏡組11聚焦在玻璃母盤上；在通槽7中還埋有兩條控制信號(hào)線，所述控制信號(hào)線與外部控制單元相連，將外部的二級(jí)尋址和聚焦的控制信號(hào)，分別送到壓電陶瓷PZT6和筒狀壓電陶瓷PZT堆10。一條控制信號(hào)線在通槽7經(jīng)過(guò)壓電陶瓷PZT6的時(shí)候，和壓電陶瓷PZT6的控制端相連，控制壓電陶瓷PZT。另一條控制信號(hào)線經(jīng)過(guò)整個(gè)通槽7，經(jīng)過(guò)棱鏡9下面的通光孔12和筒狀壓電陶瓷PZT堆10相連，控制筒壓電陶瓷PZT堆10進(jìn)行聚焦補(bǔ)償。通光孔12的直徑要大于筒狀壓電陶瓷PZT堆10的外徑至少1mm，以保證當(dāng)連接筒狀壓電陶瓷PZT堆的控制信號(hào)線經(jīng)過(guò)通光孔12時(shí)不會(huì)遮擋棱鏡9反射到透鏡組11上的光束；透鏡組11按光路走向依次包括物鏡和近場(chǎng)SIL透鏡。筒狀壓電陶瓷PZT堆10和透鏡組11組成光學(xué)頭，可以被玻璃母盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流托起，在光學(xué)頭下產(chǎn)生的氣浮力使光學(xué)頭與玻璃母盤盤片的距離基本保持在50nm。當(dāng)光學(xué)頭的下產(chǎn)生的浮力發(fā)生變化，使光學(xué)頭離焦時(shí)，筒狀壓電陶瓷PZT堆發(fā)生在垂直方向的伸縮使光學(xué)頭重新聚焦。
所述的筒狀壓電陶瓷PZT堆10的底面刻有環(huán)形凹槽，槽寬1/4筒壁厚，位于筒底部環(huán)狀中央?？梢愿玫漠a(chǎn)生浮力。
本發(fā)明工作過(guò)程如下在刻錄過(guò)程中，玻璃母盤在氣浮主軸上的圓周運(yùn)動(dòng)和刻寫機(jī)構(gòu)的徑向的高精度進(jìn)給共同構(gòu)成極為精確的理想阿基米德螺線?？刂浦幸钥刂频膹?fù)雜性為代價(jià)，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定超高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度，采用恒線速度(CLV)即刻錄過(guò)程中每點(diǎn)的線速度恒定，刻錄機(jī)光束相對(duì)盤片運(yùn)行的軌跡是阿基米德螺線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為R＝α*θ (1)運(yùn)動(dòng)軌跡是由軸向運(yùn)動(dòng)和徑向運(yùn)動(dòng)合成，推導(dǎo)得玻璃母盤角速度運(yùn)動(dòng)函數(shù)ω=VLa*θ2+1-----(2)]]>徑向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)函數(shù)其中R為螺線當(dāng)前弧半徑，α為螺線常數(shù)，θ為當(dāng)前轉(zhuǎn)角，ω為角速度，VL為恒定線速度，Vr為徑向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度，Vr＝α*ω (3)刻錄過(guò)程中，外部電機(jī)及傳動(dòng)齒輪組，或直線電機(jī)在外部控制系統(tǒng)的控制下，驅(qū)動(dòng)刻寫機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)架2沿高精度導(dǎo)軌1徑向運(yùn)動(dòng)，與玻璃母盤在氣浮主軸上的圓周運(yùn)動(dòng)共同完成第1級(jí)螺線尋址定位。壓電陶瓷PZT6接受控制信號(hào)線傳來(lái)的控制信號(hào)，在徑向發(fā)生伸縮，完成第2級(jí)高精度螺線尋址定位。
同時(shí)，激光器3發(fā)出的激光通過(guò)埋在通槽7的光纖射在棱鏡9的反射面上，棱鏡9將光線垂直地反射入物鏡，然后經(jīng)過(guò)近場(chǎng)SIL透鏡聚焦到透鏡組下的母盤上，進(jìn)行高密度母盤刻錄。
本發(fā)明采用了氣浮與壓電陶瓷PZT共同調(diào)焦，玻璃母盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流在光學(xué)頭下產(chǎn)生的浮力，可以便光學(xué)頭被玻璃母盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流托起，使光學(xué)頭中的近場(chǎng)SIL透鏡與玻璃母盤盤片的距離基本保持在50nm。由于玻璃母盤盤片表面具有微小起伏，而且CLV控制方式中玻璃母盤盤片圓周轉(zhuǎn)動(dòng)要不斷的變速，會(huì)引起的氣流氣浮力變化。這種氣浮力的變化會(huì)使光學(xué)頭與玻璃母盤盤片的距離有微小的改變。該氣浮力發(fā)生變化使得光學(xué)頭離焦時(shí)，筒狀壓電陶瓷PZT堆10接收控制信號(hào)線傳來(lái)的控制信號(hào)，發(fā)生在垂直方向的伸縮，帶動(dòng)光學(xué)頭發(fā)生位置變化，使透鏡組11重新聚焦。
權(quán)利要求
1.二級(jí)尋址高密度母盤刻錄機(jī)刻寫機(jī)構(gòu)，其特征在于所述刻寫機(jī)構(gòu)包括高精度導(dǎo)軌(1)，驅(qū)動(dòng)架(2)、激光器(3)、壓電陶瓷PZT(6)、支撐臂(5)、棱鏡(9)、懸臂(8)、筒狀壓電陶瓷PZT堆(10)和透鏡組(11)；所述驅(qū)動(dòng)架(2)兩側(cè)具有凹槽與高精度導(dǎo)軌配合，所述壓電陶瓷PZT(6)固定在所述的驅(qū)動(dòng)架(2)和所述的支撐臂(5)中間，所述驅(qū)動(dòng)架(2)、壓電陶瓷PZT(6)和支撐臂(5)具有一通槽(7)，所述支撐臂(5)的末端嵌有棱鏡(9)，并在棱鏡(9)的反射面下開(kāi)有通光孔(12)，所述懸臂(8)一端固定在所述支撐臂(5)的下表面，另一端連接筒狀壓電陶瓷PZT堆(10)，所述筒狀壓電陶瓷PZT堆(10)的內(nèi)部有環(huán)形凹槽，內(nèi)嵌透鏡組(11)；所述激光器(3)固定在驅(qū)動(dòng)架(2)中心的凹坑內(nèi)部，其輸出的激光通過(guò)通槽(7)中埋設(shè)的光纖輸入到棱鏡(9)的反射面上，反射光經(jīng)通光孔(12)和透鏡組(11)聚焦在玻璃母盤上；所述通槽(7)中埋設(shè)的與外部控制單元相連的控制信號(hào)線分別與壓電陶瓷PZT(6)和筒狀壓電陶瓷PZT堆(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二級(jí)尋址高密度母盤刻錄機(jī)刻寫機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的筒狀壓電陶瓷PZT堆(10)的底面刻有環(huán)形凹槽，槽寬1/4筒壁厚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二級(jí)尋址高密度母盤刻錄機(jī)刻寫機(jī)構(gòu)，其特征在于所述透鏡組(11)按光路走向依次包括物鏡和近場(chǎng)SIL透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二級(jí)尋址高密度母盤刻錄機(jī)刻寫機(jī)構(gòu)，其特征在于所述近場(chǎng)SIL透鏡為半球或超半球形，由鈦酸鍶材料制成。
全文摘要
二級(jí)尋址高密度母盤刻錄機(jī)刻寫機(jī)構(gòu)，屬于超高密度光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。為了解決高密度母盤刻錄機(jī)精確尋址定位和穩(wěn)定、高速的調(diào)焦刻錄問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了二級(jí)尋址高密度母盤刻錄機(jī)刻寫機(jī)構(gòu)，包括高精度導(dǎo)軌，驅(qū)動(dòng)架、激光器、壓電陶瓷PZT、支撐臂、棱鏡、懸臂、筒狀壓電陶瓷PZT堆和透鏡組；驅(qū)動(dòng)架兩側(cè)具有凹槽與高精度導(dǎo)軌配合，壓電陶瓷PZT固定在驅(qū)動(dòng)架和支撐臂中間，驅(qū)動(dòng)架、壓電陶瓷PZT和支撐臂具有一通槽，支撐臂的末端嵌有棱鏡，懸臂一端固定在支撐臂的下表面，另一端連接內(nèi)嵌透鏡組的筒狀壓電陶瓷PZT堆。本發(fā)明可保證光學(xué)頭在光盤上的定位精度在幾十nm內(nèi)，且SIL透鏡與母盤的距離遠(yuǎn)小于激光波長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G11B7/00GK1463002SQ0313775
公開(kāi)日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2003年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者李玉和, 李慶祥, 李晟, 郭陽(yáng)寬, 訾艷陽(yáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)