具有第一和第二透鏡單元的光掃描單元的制作方法

專利名稱：具有第一和第二透鏡單元的光掃描單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光掃描設備，用于掃描盤形光記錄介質的信息平面，所說的光記錄介質具有至少一個平行于信息表面延伸的外表面，所說的光掃描設備包括用于提供掃描光束的一個輻射源和包括一個透鏡系統的光掃描單元，該透鏡系統用于把掃描光束聚焦到位于信息平面上的一個掃描點，所說的透鏡系統具有一個光軸，并且具有第一透鏡單元和第二透鏡單元，第一透鏡單元有第一透鏡并且有掃描光束的入口側和與其相對的出口側，第二透鏡單元有第二透鏡并且第二透鏡定位在第一透鏡的出口側的對面，所說的掃描單元還包括一個用于沿光軸移動第一透鏡的驅動裝置和一個用于相對于記錄介質調節第二透鏡的調節裝置。
這種類型的掃描設備由以下文章公開關于光存儲器和光數據存儲器的國際論文集，會議版，1996年7月8-12日(ISOM)96；OFA2-1/345-OFA2-3/347；用于光盤的A.0.8數值孔徑雙元件物鏡；Kenji Yamamoto等人。試圖將這種公知的設備用于掃描磁光盤，并且具有第一夾持器和第二夾持器，第一夾持器有一個物鏡和一個透明板，第二夾持器有一個實心的浸入式透鏡(SIL)。該磁光盤有一信息層和一透明層，經透明層可讀出信息層。為了聚焦和跟蹤，提供一個聚焦致動器和一個跟蹤致動器，用于驅動第一夾持器。還設置一個SIL致動器，用于按照在兩個夾持器之間形成的電容器的電容沿聚焦方向移動配有實心浸入式透鏡的第二夾持器。其目的是抑制由于透明層的厚度偏差引起的球面象差。在這一方面，還可參照JP-A 0821774。除了厚度偏差以外，定位在轉臺上的光盤還可能彎曲，例如由于在掃描期間光盤只支撐在它的中心而引起的彎曲。因此，光盤相對于掃描光束總有一點傾斜，這將在掃描期間引起慧形象差和象散。通過已知的技術不能防止這種光象差。
本發明的一個目的是提供一種在本說明書的第一段描述的這種類型的掃描設備，用這種設備可抑制球面象差、和/或慧形象差、和/或象散象差。
為此，按本發明的掃描設備的特征在于調節裝置包括一個可轉動驅動的轉動件，該轉動件形成第二透鏡的一部分，并且軸頸結合在一個靜止件中，所說的轉動件具有一個盤形表面，盤形表面設有一個凹槽的圖形，用于與記錄介質的外表面配合動作。在掃描期間，一般來說由螺旋形凹槽組成的凹槽圖形可以保證當轉動件轉動時，在轉動件和記錄介質之間存在的空氣中產生壓力。
在按照本發明的掃描設備中使用的調節裝置實際上是一個自調節的透鏡裝置，它在掃描期間可保證第二透鏡(也稱之為實心浸入式透鏡(SIL))瞬時存在于正確的位置并且相對于記錄介質有正確的平行取向。在第二透鏡和記錄介質之間的距離是通過面對透鏡系統的記錄載體的外表面和轉動件的平行延伸的盤形表面之間的空氣間隙的厚度確定的，或者所說的距離是所說的厚度的一個函數。空氣間隙的尺寸，尤其是空氣間隙的高度，主要取決于凹槽圖形的實施方案和轉動件的轉動圈數。除了上述的優點以外，在按照本發明的掃描設備中使用的調節裝置也有優點在存在一個靜止的(即不轉動的)記錄介質的情況下，可使透鏡系統和/或可維持透鏡系統處在焦點位置。凹槽圖形或螺旋形凹槽可以是一個已知的圖形，例如在軸向動態螺旋凹槽軸承中使用的那種類型，該凹槽可保證在有凹槽的表面和在該表面的對面延伸的記錄介質的外表面之間能建立壓力。
當使用按本發明的掃描設備時，所采取的措施使得在掃描期間準確地跟蹤面對透鏡系統的記錄介質的外表面成為可能，因而可把由于介質的傾斜引起的象差限制在最小程度。當使用相當短波長的輻射和/或當使用具有相當大數字孔徑的透鏡系統時，這是特別重要的。為了獲得較大的信息密度，發展的趨勢是所用的輻射的波長越來越小，和/或所用的透鏡系統的數字孔徑越來越大。
值得注意的是，EP-A0727777公開了一種掃描設備，其中使用了具有一個物鏡的拾取單元和固定到一個滑動主體上的半球形透鏡，所說的滑動主體由一個片簧支撐。當正在掃描光盤時，滑動主體與面對物鏡的光盤表面實現滑動接觸。這種公知的掃描設備的缺點是，滑動主體的滑動作用容易受到在面對物鏡的表面上的塵埃顆粒的干擾。另一個缺點是，在光盤轉動時只發生物鏡的定位和定向動作。
按照本發明的光掃描設備的一個實施例的特征如權利要求2所述。所用的軸承需要一個很小的空間，并且能夠很容易地集成在由靜止件和轉動件構成的結構中。這種軸承可以包括兩個部分徑向螺旋凹槽軸承部分和軸向螺旋凹槽軸承部分，從而可借助于在徑向和軸向這兩個方向的軸承凹槽來軸頸結合該轉動件。在轉動件轉動期間，在不存在記錄介質的情況下，在靜止件和轉動件之間就形成了具有某種剛性的軸向軸承間隙，其剛性取決于轉動件的轉動速度。在存在記錄介質的情況下，如以上所述也在轉動件和記錄介質之間形成一個空氣間隙。以此方式，一方面在轉動件和記錄介質之間可實現完美的平衡，另一方面在轉動件和靜止件之間也能實現完美的平衡，在這種平衡中第二透鏡能夠準確地跟蹤記錄介質的外表面。
按照本發明的光掃描設備的一個實際的實施例的特征如權利要求3所述。所用的旋轉電機最好是集成在由靜止件和轉動件構成的組合件中。
按照本發明的光掃描設備的一個實施例的特征如權利要求4所述。在此實施例中，可以實現第二透鏡的位置和取向直接偶合到轉動件的位置和取向，因而在使用期間容易保證記錄介質的外表面的準確跟蹤。
按照本發明的光掃描設備的一個實施例的特征如權利要求5所述。通過調節靜止件來調節第二透鏡。如果對一個透鏡相對于另一個透鏡的中心位置安排的要求極其嚴格，那么這樣一種結構就可能是特別優選的。
按照本發明的光掃描設備的一個實施例的特征如權利要求6所述。這個實施例的優點是第二透鏡單元可以和第一透鏡單元一起移動。因此，沿聚焦方向觀察，第二透鏡實際上有一個分為兩步的調節機構，其中驅動裝置保證粗調并且調節裝置保證細調。
按照本發明的光掃描設備的一個實施例的特征如權利要求7所述。在此實施例中，在轉動件和靜止件之間存在一個軸承，具體來說是一個螺旋凹槽軸承，這個軸承允許轉動件相對于靜止件圍繞垂直于光軸的軸傾斜。
按照本發明的光掃描設備的一個實施例的特征如權利要求8所述。在此實施例中，通過確實存在的彈性裝置，例如包括一個或多個彈簧件，就可能產生跟蹤記錄介質所需的傾斜。
按照本發明的光掃描設備的一個實施例的特征如權利要求9所述。這個實施例在不需要第二透鏡單元沿聚焦方向有大的移動的情況下可以是優選的。在這個實施例中的驅動裝置的活動部分的質量可小于其它實施例。
本發明還涉及一種適于用在本發明的光掃描設備中的光掃描單元。從ISOM96出版物已知的這種掃描單元包括一個透鏡系統，所說的透鏡系統用于聚焦掃描光束到位于信息平面上的一個掃描點，所說的透鏡系統有一個光軸并且包括第一透鏡單元和第二透鏡單元，第一透鏡單元有第一透鏡并且有一用于掃描光束的入口側和與其相對的出口側，第二透鏡單元有和第一透鏡的出口側相對的第二透鏡，所說的掃描單元還包括用于沿光軸移動第一透鏡的一個驅動裝置和用于相對于記錄介質調節第二透鏡的一個調節裝置。
本發明的一個目的是改進已知的掃描單元，使其在用于光掃描設備中時可抑制球面象差、和/或慧形象差、和/或象散象差。
為此，按本發明的光掃描設備的特征在于；調節裝置包括一個可轉動驅動的轉動件，該轉動件形成第二透鏡單元的一部分，并且軸頸結合在一個靜止件中，所說的轉動件具有一個盤形表面，盤形表面設有一個凹槽的圖形，用于在操作期間與記錄介質的外表面配合動作。
按照本發明的光掃描設備的實施例可以具有如權利要求2-9所述的一個或多個特征。
本發明還涉及如權利要求11所述的光盤機。在權利要求11中提到的移動裝置可包括一種已知的滑塊或旋臂。
參照下面描述的實施例，本發明的這些方面和其它方面都將變得清楚明白。在附圖中

圖1示意地表示具有按照本發明的光掃描設備的一個實施例的光盤機；圖2示意地表示用在光掃描設備中的按照本發明的光掃描單元的第一實施例的一部分；圖3示意地表示第一實施例的一個較大部分；圖4示意地表示按照本發明的掃描單元的第二實施例的一部分；圖5示意地表示第三實施例的一部分；圖6示意地表示按照本發明的掃描單元的第四實施例的一部分；圖7示意地表示按照本發明的掃描單元的第五實施例的一部分；圖8是一個實施例的平面圖，示意地表示按照本發明的光掃描單元的一個元件；圖9是圖8所示的元件的一個變型的平面圖。
圖1所示的掃描設備試圖用于寫和/或讀一個盤形信息記錄介質1(具體來說是一個光盤)，在該記錄介質1的一個信息平面1a上能存儲或已經存儲了信息。存儲的信息可采用大量的按光的方式、按磁光的方式、或按磁的方式可讀的小區(未示出)的形式，并且將這些小區安排成同心的或準同心的磁道，這些磁道結合起來形成一個螺旋形的磁道。信息平面1a在一個側面有一個保護涂層(未示出)，在所示的情況下是在上側，信息平面在另一側由一透明基片或透明層1b支撐，透明層的外表面平行于信息平面延伸。
該掃描設備包括一個電驅動單元4，具體來說就是一個電機，用于圍繞轉軸5驅動記錄介質1轉動。為了固定記錄介質1，驅動單元4可設有一個轉臺或帶有夾緊件5b的傳動主軸5a。該掃描單元還包含一個掃描單元和一個輻射源7，具體來說就是一個激光源，用于產生一個掃描光束7a。
該掃描單元包括一個透鏡系統，用于在這個記錄介質的掃描期間把輻射束7a聚焦到位于記錄介質的信息平面上的一個掃描點7b上。該透鏡系統有一個光軸9，并且包括具有第一透鏡9a1的第一透鏡單元9a和具有第二透鏡9b1的第二透鏡單元9b。第一透鏡9a1(也稱之為物鏡)具有用于掃描光束的一個入口側11和一個面對的出口側13，在出口側的對面定位一個第二透鏡9b1(也稱之為SIL)。該掃描單元還包括一個驅動裝置，具體來說就是一個電磁致動器，用于沿光軸9移動第一透鏡9a1，并且還包括一個調節裝置，用于相對于記錄介質1調節第二透鏡9b1。調節裝置包括一個可轉動驅動的轉動件15，轉動件15形成第二透鏡單元9b的一部分，它軸頸結合在一個靜止件17中，并且有一個。盤形表面15a，該盤形表面上有一由凹槽構成的圖形，表面15a在掃描期間借助于可轉動驅動的轉動件與轉動的或不轉動的記錄介質1的外表面1c協同動作，在兩個表面15a和1c之間存在的空氣中產生一個壓力。
圖8的平面圖表示出元件15的一個實施例。表面15a的一個轉動對稱部分具有規則分布的淺槽15a1，所說的槽15a1按螺旋形式延伸，以使轉動件15相對于記錄介質1(在記錄介質1存在的情況下)轉動時，在轉動件15和記錄介質1之間的空氣受到壓縮。
圖9表示表面15a的一種實施方案，其中存在兩種圖形，它們的凹槽15a1和15a2代替了只有一種凹槽圖形的凹槽。在記錄介質存在的情況下，在該方案中，壓縮了凹槽中的空氣，在轉動件和記錄介質之間產生了一個空氣間隙。
圖1所示的掃描設備形成了一個光盤機的一部分，它還設有一個移動裝置，在此例中是一個滑塊19，用于沿徑向或近似徑向地相對于轉軸5移動固定在這里的掃描單元，滑塊19可沿一平直的引導件21移動設備。在此例中，在掃描期間由輻射源7發出的掃描光束7a先由一個透明的平行平面板8a的偏轉平面偏轉、隨后由所說的透鏡系統聚焦到掃描點7b、然后再由一個準直器透鏡8b進行準直。信息層1e把所說的輻射束反射到一個通過存在的透鏡會聚的反射輻射束，并且經過板8a到達檢測系統8c。檢測系統8c在讀出期間提供檢測信號，該檢測信號對應于在信息層1e中存儲的信息。設置一個伺服系統用于相對于記錄介質1準確定位透鏡9a1。
由圖2和3部分地表示的掃描單元具有一個透鏡系統，用于把掃描束聚焦到位于記錄介質101(具體來說是一個信息記錄介質)的信息平面101a上的一個掃描點上。該透鏡系統有一個光軸109，并且包括具有第一透鏡109a1的第一透鏡單元109a和具有第二透鏡109b1的第二透鏡單元109b。該掃描單元還包括一個電磁致動器110，用于沿光軸109移動第一透鏡，并且還包括一個調節裝置，用于相對于記錄介質101調節第二透鏡109b1。調節裝置形成第二透鏡單元109b的一部分，并且包括一個轉動件115，轉動件115有一個盤形表面115a，該盤形表面上有一由凹槽115b構成的圖形，并且該轉動件115面對介質101。該轉動件115按可轉動方式相對于圓柱形的靜止件117軸頸結合，在此例中的靜止件使用一個徑向的和軸向的螺旋槽軸承118a、118b。這樣一種軸承本身是公知的，例如，這種軸承可用于一個錄像機的磁頭磁鼓，如JP-A 1-8505所示。
為了驅動轉動件115，提供一個旋轉電機，電機的定子部分包括所說的靜止件117，電機的轉子部分包括所說的轉動件115。轉子部分例如包括一個盤形的或圓柱形的永久磁鐵，定子部分包括一組驅動線圈，旋轉電機的這兩個部分在空氣間隙120上按磁的方式配合動作。在轉動件115轉動期間，因此就是在激勵旋轉電機時，實際上存在的螺旋形凹槽軸承就可保證，在靜止的和轉動的軸承部分之間的介質之間例如以空氣的形式建立壓力，這不僅產生一個完美的軸承，而且還在第二透鏡單元109b上產生一個力，這個力是指向記錄介質的。同時，在設有凹槽115b的表面115和記錄介質101的外表面101b之間的空氣中建立了壓力，這個壓力向第二透鏡單元109b施加一個力，這個力的方向是離開記錄介質101的。在適當地確定掃描單元的尺寸時，要使這兩個相反方向的力能保證第二透鏡109b1在距記錄介質101的一個確定的距離處有一個穩定的位置，從而可保證在掃描期間外表面101b的準確跟蹤。為使在外表面101b的跟蹤期間透鏡單元109b能夠產生所需的移動，在該例中，要確定軸承的尺寸，以使轉動件115相對于通過剛性連接122固定到第一透鏡單元109a上的靜止件117可實現傾斜的移動。
由圖4部分地表示的按照本發明的掃描設備用于掃描盤形光記錄介質201，記錄介質201具有一個信息平面201a和與其平行地延伸的一個外表面201b。該掃描設備包括一個透鏡系統，該透鏡系統有一個光軸209，并且包括具有第一透鏡209a1的第一透鏡單元209a和具有第二透鏡209b1的第二透鏡單元209b。該掃描單元還包括一個電磁致動器210，用于沿光軸移動第一透鏡209a1。然而，該掃描單元還包括一個調節裝置，用于相對于記錄介質201調節具有第二透鏡209b1的第二透鏡單元209b。調節裝置包括可轉動驅動的轉動件215，轉動件215沿軸向和徑向軸頸結合在一個靜止件217中。轉動件215形成第二透鏡單元209b的一部分，支撐第二透鏡209b1，并且有一個盤形表面215a，該盤形表面上有一由螺旋形凹槽構成的圖形，用于與介質201的外表面201b配合動作。靜止件217借助于一個彈性裝置(在本例中是3個片簧224)固定到驅動裝置210的一個活動部分210a上。這就使由轉動件215和靜止件217構成的組合件在記錄介質的跟蹤期間可以繞垂直于光軸209的方向的軸傾斜。
圖5、6、7所示的實施例在很大程度上類似于已經描述過的實施例。因此，在圖5、6、7的描述主要限于和圖1、2、3所示的掃描單元不同的細節。
由圖5表示的掃描單元具有第一透鏡單元309a和具有第二透鏡309b1的第二透鏡單元309b。第二透鏡單元309b包括一個靜止件317，靜止件317按可移動并且可傾斜的方式經一個彈性裝置(如一個片簧結構324)固定到第二透鏡單元309a上。第二透鏡309b1固定到靜止件317上。該掃描單元還包括一個可轉動驅動的轉動件315形式的調節裝置，轉動件315軸頸結合在一個靜止件317中，并且有一個盤形表面315a，該盤形表面上有一由螺旋形凹槽構成的圖形，用于與介質301的外表面301b配合動作。在本例中，借助于由軸向軸承部分和徑向軸承部分這兩者構成的空氣動力學螺旋形凹槽軸承，實現了轉動件315相對于靜止件的軸頸結合。在調節期間由第二透鏡309b1產生的移動是從按所示的結構的靜止件317的移動直接引出的。這種情況的優點是，第二透鏡309b1的位置對轉動件315的起伏漲落不太敏感，這種起伏是由于質心距幾何軸的微小徑向偏差引起的。第二透鏡309b1不進行轉動。
圖6表示一個掃描設備的實施例，它的靜止件417剛性地固定到一個靜止的框架418上，框架418例如由一個驅動裝置的靜止部分構成，用于沿光軸409移動第一透鏡409a。轉動件415按空氣動力學方式軸頸結合在靜止件417中，用于支撐第二透鏡409b。
應該指出，本發明不限于所示的實施例。在本發明的范圍內，調節裝置的實施方案的直接改變是可能的。然而，重要的是，調節裝置要包括一個可轉動驅動的轉動件，該轉動件軸頸結合在一個靜止件中并且有一個帶有凹槽圖形的表面，用于與記錄介質的外表面協同動作，在這兩個表面之間存在的空氣中建立起壓力。
圖7表示一個掃描設備的實施例，它的靜止件517彈性地固定到一個靜止框518上。
應該說明，本發明不限于所示的實施例。例如，凹槽的模式的實施方式可以與以上所示的不同。就權利要求書而論，應該說明的是，在從屬權利要求中定義的各個特征部分的特征還可能進行組合。
權利要求
1.一種用于掃描盤形光記錄介質的信息平面的光掃描設備，所說的光記錄介質具有至少一個平行于信息平面延伸的外表面，所說的光掃描設備包括一個用于提供掃描光束的輻射源和包括一個透鏡系統的光掃描單元，所說的透鏡系統用于聚焦掃描光束到位于信息平面上的一個掃描點，所說的透鏡系統有一個光軸并且包括第一透鏡單元和第二透鏡單元，第一透鏡單元有第一透鏡并且有一用于掃描光束的入口側和與其相對的出口側，第二透鏡單元有和第一透鏡的出口側相對的第二透鏡，所說的掃描單元還包括用于沿光軸移動第一透鏡的一個驅動裝置和用于相對于記錄介質調節第二透鏡的一個調節裝置，其特征在于調節裝置包括一個可轉動驅動的轉動件，該轉動件形成第二透鏡單元的一部分，并且軸頸結合在一個靜止件中，所說的轉動件具有一個盤形表面，盤形表面設有一個凹槽的圖形，用于與記錄介質的外表面配合動作。
2.如權利要求1的光掃描設備，其特征在于存在一個螺旋形凹槽軸承，用于相對于靜止件軸頸結合轉動件。
3.如權利要求1的光掃描設備，其特征在于存在一個旋轉電機，該旋轉電機具有包括靜止件的一個定子部分和包括轉動件的一個轉子部分，并且轉子部分能夠在一個間隙上與定子部分按磁的方式配合動作。
4.如權利要求1的光掃描設備，其特征在于第二透鏡形成轉動件的一部分。
5.如權利要求1的光掃描設備，其特征在于第二透鏡形成靜止件的一部分。
6.如權利要求1的光掃描設備，其特征在于靜止部分由驅動裝置的一個活動部分支撐。
7.如權利要求4和6的光掃描設備，其特征在于靜止件剛性地固定到活動部分上，轉動件相對于靜止件可傾斜地軸頸結合。
8.如權利要求6的光掃描設備，其特征在于靜止部分借助于一個彈性裝置連接到活動部分上。
9.如權利要求1的光掃描設備，其特征在于靜止部分固定到掃描單元的一個靜止框架上。
10.一種光掃描單元，適于用在如前述權利要求中的任何一個所述的光掃描設備中，并且可以按照權利要求1-9中的一個或多個所述的那樣實施。
11.一種光盤機，包括一個驅動裝置，用于圍繞一個轉軸可轉動地驅動盤形光記錄介質，包括如權利要求1-9中的一個或多個所述的掃描設備，并且設有一個移動裝置，用于大體上徑向地相對于轉軸移動掃描單元。
全文摘要
一種用于掃描盤形光記錄介質(1)的信息平面(1a)的光掃描設備,所說的光記錄介質具有平行于信息平面延伸的外表面(1b)。所說的光掃描設備包括一個用于提供掃描光束(7a)的輻射源(7)和包括一個透鏡系統的光掃描單元,所說的透鏡系統用于聚焦掃描光束到位于信息平面上的一個掃描點(7b)。所說的透鏡系統有一個光軸(9)并且包括第一透鏡單元(9a)和第二透鏡單元(9b),第一透鏡單元有第一透鏡(9a1)并且有一入口側(11)和出口側(13),第二透鏡單元(9b)有和第一透鏡的出口側相對的第二透鏡(9b1),所說的掃描單元還包括用于沿光軸移動第一透鏡的一個驅動裝置和用于相對于記錄介質調節第二透鏡的一個調節裝置。為了抑制球面象差和/或慧形象差和/或象散象差,調節裝置包括一個可轉動驅動的轉動件(15),該轉動件形成第二透鏡的一部分,并且軸頸結合在一個靜止件(17)中,所說的轉動件具有一個盤形表面(15a),盤形表面設有一個凹槽的圖形,用于與記錄介質的外表面配合動作。
文檔編號G11B7/12GK1262767SQ99800371
公開日2000年8月9日 申請日期1999年3月15日 優先權日1998年3月26日
發明者F·茲普 申請人:皇家菲利浦電子有限公司