CN101263555A - 用于光学扫描设备的致动器 - Google Patents

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CN101263555A CNA2006800338026A CN200680033802A CN101263555A CN 101263555 A CN101263555 A CN 101263555A CN A2006800338026 A CNA2006800338026 A CN A2006800338026A CN 200680033802 A CN200680033802 A CN 200680033802A CN 101263555 A CN101263555 A CN 101263555A
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Abstract

一种用于对光学记录载体进行扫描的光学拾取致动器包括第一区段和第二区段，第一区段具有物镜***，第二区段具有光学元件，这种光学元件带有相对于物镜***的大的位置公差。对于高带宽性能和/或低功率耗散而言，优选小的可移动受动质量。弹性构件将第二区段连接到第一区段。

Description

用于光学扫描设备的致动器
技术领域
本发明涉及一种用于扫描记录载体的光学扫描设备的致动器，尤其是利用辐射的渐逝耦合(evanescent coupling)扫描记录载体。
背景技术
光学记录载体以带有不同储存容量的各种不同的格式存在，且每种格式通常设计用于由特定波长的辐射束扫描。例如，除了其它的之外，可利用CD作为CD-A(CD音频)、CD-ROM(CD只读存储器)和CD-R(CD可记录)，且这些CD设计用于由具有约为785nm的波长(λ)的辐射束扫描。另一方面，DVD设计用于由具有约为650nm的波长的辐射束扫描，且BD设计用于由具有约为405nm的波长的辐射束扫描。一般来讲，波长越短，光学记录载体的相应的容量就越大，例如，BD格式的记录载体具有大于DVD格式的记录载体的储存容量。
为了获得更高的数据密度和更大的储存容量，将带有固态浸没透镜(SIL)的特定类型的高密度光学扫描设备用于将辐射束聚焦到记录载体的信息层上的扫描点。SIL的出口面与记录载体的入口面之间的气隙的某种尺寸如25nm是理想的，以允许从SIL至记录载体的辐射束的渐逝耦合。渐逝耦合也称为受抑全内反射(FTIR)。利用渐逝耦合的记录***也称为近场***，这种名称源自于由位于SIL的出口面的渐逝波所形成的场，位于SIL的出口面的渐逝波有时也称为近场。示范性光学扫描设备可采用辐射源，这种辐射源是一种蓝激光器，这种蓝激光器发射具有约为405nm的波长的辐射束。
在记录载体的扫描期间，应保持SIL的出口面与记录载体的外面之间的渐逝耦合。这会涉及到在SIL与记录载体之间的运动期间将这种间隙的尺寸保持在理想的非常小的值。这种渐逝耦合在总体上的效率随着SIL的出口面与光学记录载体的入口面之间的气隙的尺寸的变化而改变。当这种间隙尺寸大于理想间隙尺寸时，这种耦合效率往往会降低，且扫描点的质量也会降低。例如，若这种扫描程序涉及从记录载体读出数据，则这种效率的降低会导致被读数据质量的降低，而且可能会将错误导入数据信号。间隙尺寸太小可导致SIL与记录载体的碰撞。
为了允许利用机械致动器在如此小的距离对气隙的宽度进行控制，要求间隙信号作为用于间隙伺服***的输入。正如由T.Ishimoto等人在Tech.Dig.ISOM/ODS 2002第287页上发表的文章和由F.Zijp和Y.V.Martynov在SPIE 4081(2000)第21页上发表的文章所公开的那样，可从一种光获得适当的间隙信号，这种光分SIL反射，这种SIL带有垂直于前向辐射束的偏振状态的偏振状态，这种前向辐射束聚集在该SIL上。这种光的一部分在SIL-空气-记录载体界面的反射之后被椭圆偏振；这种效果在通过偏振光镜观察时产生众所周知的马耳他十字。
通过利用偏振光学装置和辐射探测器将具有垂直偏振的所有反射的光结合来产生这种间隙信号，这种辐射探测器可以是一种单光电探测器。对于零间隙宽度而言，这种间隙信号的值接近于零，且这种间隙信号的值随着间隙宽度的增加而增加。当间隙宽度约为辐射束的波长的十分之一时，这种间隙信号在最大值变得平坦。获得间隙错误信号的另一种方式是通过使激光束穿过四分之一波板改变从由该激光器发射的线性状态至圆形状态的偏振。然后将这种射束用于将透镜照明。接着在使反射的射束穿过四分之一波板之后用偏振状态探测这种反射的射束的一部分，这种偏振状态平行于该激光器的初始偏振状态。应用这种偏振光学光径提高从激光器至光学记录载体以及从光学记录载体至探测***的光径效率。另一种优点在于到激光器的腔体中的辐射的反馈较小。理想的间隙宽度对应于间隙信号的某个值，即定点。将间隙信号和等于该定点的固定电压输入比较器，如减法器，这种比较器在其输出端形成间隙错误信号。间隙错误信号用于对间隙伺服***进行控制。扫描期间的间隙宽度约为几十纳米(如25nm+/-1nm)。
近场光学记录器不仅需要安装在致动器的移动部分上的物镜***(如带有SIL的物镜)，而且也要求这种近场光学记录器应用色差校准装置以校准如色像差或球面像差(见C.A.Verschuren等人所著的“Near Field Recording on First-surface Write-once Media with aNA＝1.9Solid Immersion Lens”，JJAP，第44卷，No.5B，2005，第3564至3567页)。
简单而有成本效率的色像差校准元件的示例是一种所称的非周期性相结构。在许多情形中，相对于物镜的光轴的离轴位置公差小于径向行程，在跟踪记录载体期间，由于轨道的偏心率的原因，致动器必须将物镜***移动过这种行程。DVD或BD应用中公知的解决方案将这些光学元件安装在聚集与跟踪致动器的移动部分上。这样就可将这些光学元件相对于物镜的光轴更精确地定位。不过，这会增加致动器的移动部分的总体质量，这种总体质量的增加对致动器性能如带宽和功率消耗具有不利影响。这会限制***可达到的数据速度。由于近场光盘***要求极高的数据速度以在可接受的时间量内读和写整个记录载体，所以致动器质量的增加并不有利。
US 2004/0130989公开了一种具有用于驱动物镜的致动器和包括色差校准设备的单轴致动器的光学扫描设备。设有作为用于单轴致动器的位置探测装置的位置探测装置，以探测相互位移，可利用用于驱动单轴致动器的单轴致动器控制器来校准这种相互位移。这就增加了光学扫描设备中驱动装置以及所要求的传感器和控制器的数量并可使这种光学扫描***变得复杂。
发明内容
本发明的实施例的目的在于解决在本发明中所提及的或其它的现有技术中一个或多个问题。本发明的目的在于获得用于近场用途的改进的扫描致动器，而并不增加驱动装置。
通过提供用于光学扫描设备的光学拾取致动器来实现这种目的，这种光学扫描设备用于扫描光学记录载体，这种光学拾取致动器在第一区段包括物镜、固态浸没透镜和驱动装置，这种固态浸没透镜具有光轴，且这种驱动装置用于以平行于该光轴的至少第一方向将该第一区段位移，这种光学拾取致动器在第二区段包括光学元件，该第二区段通过连接装置连接到该第一区段，这种连接装置包括弹性构件。
这种弹性构件可在相关的频率范围内以一个或多个方向将第一区段的动态行为从第二区段分离，以能够获得对第一区段的高带宽控制而以如径向(跟踪)方向将第二区段保持在受限位移公差范围内，而并不在实质上影响第一区段的动态行为。
这就能够以聚焦/气隙方向和/或跟踪方向更多地减少致动器的受动第一区段的残留误差。而且，由于在要求用于聚焦/气隙方向和/或跟踪方向控制的较高频率减少移动质量，所以也会降低致动器中的功率耗散。这就会导致较高的扫描速度并因此而得到较高的数据速度。因此，本发明使高性能光学拾取致动器用在光学扫描设备以及采用这种光学扫描设备的光学数据驱动器中。
根据本发明，这种弹性构件可以是一种挠性构件，如板簧或线簧(wire spring)。
在优选实施例中，这种弹性构件具有以第一方向的第一弹簧常数Kz和以第二方向的第二弹簧常数Kx，第二方向垂直于第一方向，其特征在于第一弹簧常数Kz小于第二弹簧常数Kx。
通过具有以第一方向的低弹簧常数和以第二方向的较高弹簧常数，就允许以第一方向将该第二区段从该第一区段(动态)分离。然后，仍可在第一区段的位移之后以第二方向将第二区段耦合到第一区段。这在仅允许第二区段中的光学元件具有以该第二方向的相对于物镜***的小位置偏差时是有利的，并且要求紧跟以该第二方向(如径向方向)的位移。可将以第二方向的高弹簧常数称为硬的，即第二区段跟随第一区段的位移，而可将以第一方向的弹簧常数称为弱的。在此实施例中，优选第一弹簧常数Kz小于第二弹簧常数Kx的五分之一，且更优选第一弹簧常数Kz小于第二弹簧常数Kx的十分之一。
在另一个优选实施例中，这种光学拾取致动器设计用于对光学记录载体进行扫描，这种光学记录载体以最低功能性旋转频率旋转，第二区段具有质量MB，弹性构件具有以第一方向的第一弹簧常数Kz，且质量MB与第一弹簧常数Kz之比使以第一方向的弹性构件的第一共振频率Fres-z小于该最低功能性旋转频率。
由于第二区段的第一共振频率优选低于最小值，所以光学记录***(或光学读和/或写***)中的记录载体的功能性旋转频率确保第二区段在功能性频率区域内有效分离，将在这种功能性频率区域中对该记录载体进行扫描。
根据本发明的另一个实施例涉及一种光学拾取致动器，这种光学拾取致动器还包括驱动装置，这种驱动装置用于以垂直于第一方向的第二方向位移第一区段，弹性构件具有以第一方向的弹簧常数Kz、以第二方向的第二弹簧常数Kx和以第三方向的第三弹簧常数Ky，该第二方向垂直于该第一方向，且该第三方向垂直于该第一和第二方向，以使第一弹簧常数Kz和第二弹簧常数Kx小于第三弹簧常数Ky。
这种光学拾取致动器设计用于以两个方向(如聚焦和径向跟踪方向)使第二区段动态分离，而仍以第三方向(如切向)保持坚硬。这种以两个方向的分离能够更多地减少致动器的受动第一区段以聚焦/气隙方向和/或跟踪方向的残留误差。而且，由于以两个方向在较高的频率减少移动质量，所以可更多地减少致动器中的功率耗散。这就会导致较高的扫描速度并因此而得到较高的数据速度。因此，本发明产生高性能光学扫描设备以及采用这种高性能光学扫描设备的光学数据驱动器。
在此实施例中，优选第一弹簧常数Kz和第二弹簧常数Kx小于第三弹簧常数Ky的五分之一，且更优选第一弹簧常数Kz和第二弹簧常数Kx小于第三弹簧常数Ky的十分之一。
在根据本发明的另一个实施例中，这种光学拾取致动器用于对光学记录载体进行扫描，这种光学记录载体以最低功能性旋转频率旋转，这种光学拾取致动器还包括驱动装置，这种驱动装置用于以垂直于第一方向的第二方向位移第一区段，弹性构件还具有以第二方向的第二弹簧常数Kx，该第二方向垂直于该第一方向，且该第三方向垂直于该第一和第二方向，以使质量MB与第二弹簧常数Kx之比使以第二方向的第二区段的第二共振频率Fres-x小于该最低功能性旋转频率。
附图说明
现仅通过示例并参考附图对根据本发明的这些和其它实施例进行描述，在这些图中：
图1a、1b和1c示出了根据现有技术将辐射束聚焦在空气中的物镜***(图1a)、根据现有技术将辐射束聚焦在半球形固态浸没透镜中的透镜(图1b)和根据现有技术将辐射束聚焦在消球差超半球形固态浸没透镜中的透镜(图1c)，
图2示意性地示出了根据现有技术的近场光学扫描设备，
图3示意性地示出了用于根据本发明的第一实施例的物镜***的致动器，
图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的连接装置的细节，
图5示意性地示出了用于根据本发明的第二实施例的物镜***的致动器，
图6a和图6b示意性地示出了根据本发明的第二实施例的连接装置的一部分的示例，该部分具有以z方向的低刚度(图6a)和以x方向的低刚度(图6b)。
具体实施方式
可记录在光学记录***中的光学记录载体上的最大信息密度与聚焦在信息层上的扫描位置上的激光点的大小成反比。这种点的大小由两种光学参数的比率所确定：形成该点的辐射束的波长λ和聚焦该辐射束的物镜的数值孔径(NA)。物镜的NA限定为NA＝n sin(θ)，其中，n是介质的折射指数，光聚焦在这种介质中，θ是这种介质中的聚焦光锥的半角。显然，聚焦在空气中或通过空气聚焦在平面平行板(如平的记录载体)中的物镜的NA的上限通常为一。
图1a示出了将辐射束4聚焦在空气中的透镜2的示例，其中，聚焦光锥的半角是θ，该半角用8表示，光轴用虚线6表示。若将光如通过聚焦在半球形SIL的中心内聚焦在高指数介质中而没有在空气介质界面的折射，则透镜的NA可超过一。图1b示出了通过这种半球形SIL16将辐射束14聚焦的透镜12的示例，这种半球形SIL的半径为R，用箭头18示出。在此情形中，有效的NA为NAeff＝n NA0，其中，n是半球形透镜的折射指数，NA0是聚焦透镜的空气中的NA。
可通过消球差超半球形SIL的使用进一步增加NA。图1c示出了通过这种消球差超半球形SIL 26将辐射束24聚焦的透镜22的示例，这种消球差超半球形SIL 26的半径为R，用箭头28示出，在此情形中，消球差超半球形SIL 26朝向光轴36折射射束30并在超半球的中心以下聚焦射束30。在此情形中，有效的NA为NAeff＝n2NA0。对于具有沿着光轴的高度R(1+1/n)的消球差超半球形SIL而言，可以以距离R(n-1/n)聚焦该射束，该高度R用箭头32表示，该距离R用箭头34表示，且与图1a中无SIL的情形相比，该距离R更接近于透镜2。
有效的NAeff大于一仅出现在距SIL的出口表面极短的距离(也称为近场)是重要的，渐逝波在该SIL的出口表面。物镜***的出口表面是在辐射撞击记录载体之前的物镜***的最后折射表面。这种短距离通常小于这种辐射的波长的十分之一。
当光学记录载体的入口面布置在该短距离内时，辐射通过渐逝耦合从SIL传递到该记录载体。这就意味着在写或读光学记录载体期间，SIL与记录载体之间的距离或间隙宽度应小于几十纳米，如对于利用蓝激光器作为辐射源且物镜***的NA为1.9的***来讲，这种距离或间隙宽度约为25nm。在所称的空气入射光学记录载体中，信息层的一侧与基板接触且另一侧暴露给环境。这种记录载体的入口面是信息层与环境之间的界面。或者，信息层由薄的透明层保护而不受环境的影响，这种薄透明层的外表面形成记录载体的入口面。在后一种情形中，必须对SIL的厚度进行该透明层的厚度的校正。
图2示意性地示出了用于根据现有技术(F.Zijp等人，“Near fieldread-out of a 50GB first surface record carrier with NA＝1.9and aproposal for a cover-layer incident，dual-layer near field system”，ODS2004，Proc.SPIE，第5380卷，第209页，该文章作为参考结合在本发明中)对记录载体进行扫描的近场光学扫描设备的示例。这种光学扫描设备包括辐射源***，这种辐射源***布置成产生辐射。在此实施例中，辐射源是发生辐射束62的激光器60，辐射束60具有预定的波长λ，如约405nm。在光学扫描设备的启动程序和记录载体扫描程序期间，辐射束62沿着光学扫描设备的光轴(未示出)传递、由准直透镜64准直且其截面强度分布由射束形成器66成形。辐射束62然后穿过非偏振射束***器68，接着穿过偏振射束***器70，并具有引入到第一焦点调节透镜72与第二焦点调节透镜76之间的焦点。
通过以焦点调节方向74移动第一焦点调节透镜72在记录载体上实现辐射束62的焦点位置的最佳调节。光学扫描设备的物镜***包括物镜78，物镜78将聚焦波阵面引入辐射束62。这种物镜***还包括固态浸没透镜(SIL)80。在此示例中，SIL 80具有如图1c所示的锥形超半球形状，这种锥形超半球形状具有1.9的NA。SIL的平面侧面形成朝向记录载体82的出口面。
支撑框架(未示出)确保保持物镜78与SIL 80的对齐和隔离距离。通过间隙伺服***(未示出)保持支撑框架与记录载体的正确距离。在由物镜***将聚焦波阵面引入之后，这种辐射束在记录载体82上形成辐射束点。指向透镜78的辐射束具有线性偏振。获得间隙错误信号的另一种方式是通过使激光束穿过四分之一波板改变从由该激光器发射的线性状态至圆形状态的偏振。然后将这种射束用于将透镜78照明。接着在使反射的射束穿过四分之一波板之后用偏振状态探测这种反射的射束的一部分，这种偏振状态平行于该激光器的初始偏振状态。
记录载体82具有朝向SIL 80的出口面122的入口面120。物镜***布置在辐射源60与记录载体82之间，且出口面122与入口面120之间的间隙具有间隙尺寸，该间隙尺寸是出口面122与入口面120之间沿着光轴的距离。
第一聚光透镜106布置在第一光学探测路径中，以将探测辐射束聚焦到第一探测器108上。第二聚光透镜90布置在不同的第二光学探测路径中，以将探测辐射束聚焦到第二探测器88上。分别用108和88表示的第一和第二探测器构成生成探测器信号的辐射探测器配置，这些探测器信号表示与记录载体82的相互作用之后的在辐射中探测的信息。
第一探测路径用于从SIL 80反射并被垂直于前向辐射束偏振的辐射的探测，这种前向辐射束被聚焦在记录载体上。这种垂直偏振的辐射称为RF⊥偏振信号。间隙(误差)信号源自这种RF⊥偏振信号的低频率部分(如DC至100kHz)。第二探测路径用于被平行于前向辐射束偏振的辐射的探测，这种前向辐射束被聚焦在记录载体上并由从信息层读取的信息调制。由第二探测器88探测的在第二探测路径中的光的部分称为RF//偏振信号并用于数据信号生成和跟踪信号生成，并且用于生成表示要跟随的记录载体82的数据轨迹的点与中心之间的横向距离的信号，这种跟踪信号如推挽信号。获得间隙错误信号的另一种方式是通过使激光束穿过四分之一波板改变从由该激光器发射的线性状态至圆形状态的偏振。然后将这种射束用于将透镜照明。接着在使反射的射束穿过四分之一波板之后用偏振状态探测这种反射的射束的一部分，这种偏振状态平行于该激光器的初始偏振状态。
图3示意性地示出了用于根据本发明的第一实施例的物镜***(78、80)和一个或多个光学元件的致动器。这种致动器包括两个区段。第一区段A包括如示于图1c中的物镜***，第二区段包括光学元件306。(正如前面所描述的那样)这种光学元件可以是如基于非周期性相结构或液晶电池的色像差校准元件。可通过常规的和公知的用于致动器的装置302如四线弹簧将第一区段A连接到所称的固定界301(如光学扫描设备或致动器基部)。致动器300还可以是旋转式致动器，在这种旋转式致动器中，可通过公知的机械枢轴的方式相对于固定界旋转区段A，机械枢轴的方式如机械轴或虚拟枢轴。第一区段A的以跟踪和聚焦/气隙方向的位移可通过伺服控制器(未示出)利用伺服信号进行控制，这些伺服信号如间隙错误信号、跟踪错误信号和/或聚焦信号。可通过驱动装置实现致动，以将第一区段以平行于物镜***的光轴的至少第一方向位移。驱动装置可利用公知的技术，如使用线圈和永磁体的致动器(如Lorentz致动器)或(双晶)压电元件。可将参考图2所描述的支撑框架结合在第一区段A中。
第二区段B包括包括仅需以(如)径向方向沿着物镜***的光轴303的一个或多个光学元件，且精度大大低于物镜***至第一区段中的轨迹的精度，如约为微米为单位而不是以纳米为单位。第二区段B通过连接装置303连接到第一区段A。
致动器的第二区段B中的光学元件可以是如色像差校正器或球面像差校正器，色像差校正器如所称的非周期性相结构(NPS)，球面像差校正器如在读多信息层光学记录载体期间所使用的液体波阵面校正电池(见C.A.Verschuren等人所著的“Near Field Recording onFirst-surface Write-once Media with a NA＝1.9Solid Immersion Lens”，JJAP，第44卷，No.5B，2005，第3564至3567页，该文章作为参考结合在本发明中)。
这些光学元件通常具有相对于物镜***的光轴的小的离轴公差，但具有沿着该光轴的大的位置公差。在许多情形中，相对于物镜的光轴的这些光学元件的离轴位置公差小于径向行程，在跟踪记录载体期间，由于轨道的偏心率的原因，致动器必须将物镜***移动过这种行程。因此，一个或多个光学元件在物镜***的径向位移期间在几微米(或根据光学元件的类型可以更大)内保持与该物镜***的光轴对齐。
连接装置303设计成使其基本上以相关的频率范围和方向将第二区段B的动态行为从第一区段A分离。还可实现适用于高带宽跟踪和或聚焦伺服的第一区段的高带宽控制，而以如径向(跟踪方向)将第二区段保持在受限位移公差范围内，而并不在实质上影响第一区段的动态行为。出于这种目的，连接装置303包括弹性构件304，这种弹性构件304将第二区段B保持在相对于第一区段A中的物镜***的弹性位置。弹性构件304包括在第一区段A与第二区段B之间的连接中的至少一个挠性元件。这种挠性元件可以是如线簧或板簧。优选这种挠性元件具有以一个或多个方向的适当的刚度。这种挠性元件具有以第一方向的第一弹簧常数kz、以第二方向的第二弹簧常数kx和以第三方向的第三弹簧常数ky，该第二方向垂直于该第一方向，且该第三方向垂直于该第一和第二方向。可以认为该第一方向是焦点/间隙宽度方向，而该第二方向可以是垂直于该第一方向的任何方向。为了方便起见，可将该第二方向选择为以径向跟踪方向，这样就致使该第三方向以切向方向。
这些弹簧常数的值取决于一个或多个挠性元件的设计和取向，并且可通过公知的机械和数学技术进行计算。当采用一个以上的挠性元件时，优选这些挠性元件具有以相关的有效方向的相等的弹簧常数。
弹性构件304可具有以第一方向的低刚度或弹簧常数kz(ki是以i方向的弹性构件的至少一个挠性元件的弹簧常数的有效和，且“i”是x、y或z)和以第二方向的较高刚度或弹簧常数ky，该第二方向垂直于该第一方向。这种以第一方向的低刚度降低在某种频率上以该方向驱动或致动的有效质量，从而允许用于该第一区段的较高带宽并减少致动器中的功率耗散。出于这种以第一方向的低刚度的原因，第二区段B以该方向的位移大大少于在该频率上的受动的第一区段的位移(分离)。以第二方向(或如径向方向)的较高刚度致使第二区段紧紧跟随以该第二方向的该第一区段的位移。在此实施例中，优选第一弹簧常数kz小于第二弹簧常数kx的五分之一，且更优选第一弹簧常数kz小于第二弹簧常数kx的十分之一。
也可通过如线簧将第二区段连接到固定界301。在示于图3的实施例中，仅示出了两个线簧305中的一个。与将第一区段A连接到固定界301的四个线簧相比，连接装置303的弹性构件304替代另外的两个线簧。
优选将弹性构件304设计成避免第二区段B相对于第一区段A的倾斜。出于这种原因，优选这些区段A和B之间的一个或多个连接对称位于穿过第二区段B的重心并平行于该光轴的轴线周围。这样就在进行以焦点/气隙方向的低频率位移时避免区段B的倾斜。还优选弹性构件304与第二区段B的一个或多个连接接近于第二区段B的重心。这样，力和动量可足够地小，以通过区段A的低频率位移避免第二区段B的倾斜。
优选对第二区段B的质量MB与以第一方向的弹性构件的弹簧常数kz的比率进行选择，以使以聚焦方向的第一共振频率Fres-z小于数据驱动器内光学记录载体的功能性旋转频率Frot，该光学***设计用于这种数据驱动器。更优选该第一共振频率低于在扫描期间所使用的光学记录载体的最低旋转频率。可将第一共振频率表示为Fres-z＝(1/2π)√(MB/kz)。
这样，第二区段B的质量就超过记录载体旋转频率以焦点/气隙方向从第一区段A动态分离。因此，致动器就在光学数据驱动器中的光学记录载体的扫描期间主要需要以焦点/气隙方向将区段A的质量位移和/或加速。这种扫描可以是在作为一种光学数据驱动器的一种光学记录***中读和/或写。
在此情形中，允许第二区段B保持较大的质量或具有大大小于第一区段的带宽的带宽。通过将这种致动器分成两个区段，就可更容易地实现包括物镜***的第一区段的高带宽性能。除了区段A的质量之外，基本上不必以高带宽致动其它的质量。
这样，致动器的第一区段A就能够由高带宽(如几kHz)伺服控制器以焦点/气隙方向驱动。与在两个致动器区段之间有紧密的坚硬连接相比，可更加容易地实现以几纳米的第一区段A的间隙宽度(气隙)的方向的剩余控制误差，要求这种剩余控制误差用于在光学记录载体的信息层上的正确记录和/或从光学记录载体的信息层的正确读取。
图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的连接装置400的示例的细节。例如，可利用弹性构件将第二区段A连接到第一区段B，这种弹性构件具有一个(或多个)板簧402组，这种板簧组提供以径向方向的大的刚度，但在焦点/气隙方向有挠性。在此示例中，连接装置400仅包括该弹性构件。连接装置400通常还可包括其它机械元件，如环，这些挠性元件安装在这种环上。板簧的数量可以是一个或两个，但优选至少三个，因为这对区段B的倾斜有另外的好处。连接装置的刚性体401机械固定到第二区段B，而这些板簧的端部部分403机械固定到第一区段A，反之亦然。通过优选使用至少三个板簧，就可以实现以两个方向(例如，以进行扫描的光学记录载体的切向和径向方向)的倾斜刚度。更优选将这些板簧连接到接近于第二区段的重心的位置。最优选连接到接近于第二区段B的重心的位置的至少三个板簧的组合。连接装置中的孔404允许朝向第二区段A中的物镜***的辐射束的通过。
“平框架”连接装置400的材料可以是弹性材料或挠性材料，如薄金属箔、塑料板和具有以如一个方向的刚度和以另一个方向的柔韧性的多层碳纤维板；连接装置还可以包括不同材料的这种子元件。
连接装置400可作为示于图3中的连接装置303使用。刚性体401可具有仅足以将一个或多个挠性元件结合到单器件中的最小尺寸，挠性元件如板簧，且与分离的挠性元件相比，可在组装期间容易地处理这种单器件。
图5示意性地示出了本发明的另一个实施例。该另一个实施例也可通过以径向方向放松这些弹簧501的刚度来进一步地改进致动器头500中的第一区段A的动态性能。以利用如线簧(见图3)的常规方式或通过适用于旋转式物镜致动器的其它常规方式将第一区段A安装到固定界。同样，第一区段A包括物镜***(78、80)且第二区段B包括光学元件506，光学元件506需要在某些公差内以三个方向x、y和z跟随这种物镜***。
通过也选择以径向方向的弹性构件501的小刚度(低弹簧常数kx)，可在径向方向和焦点/气隙方向将第二区段B从第一区段A动态分离。以径向方向的分离高于以径向方向的第二区段的某种第二共振频率Fres-x。可将这种第二共振频率表示为Fres-x＝(1/2π)√(MB/kx)。
在此实施例中，出于以第一和第二方向的这种低刚度的原因，第二区段B以这些方向的位移大大少于以这些方向的受动的第一区段的位移。通过选择以该第三方向(或者如切向方向)的较高刚度，可避免第二区段以该第三方向的到该第一区段的位移。在此实施例中，优选第一弹簧常数kz和第二弹簧常数kx小于第二弹簧常数ky的五分之一，且更优选第一弹簧常数kz和第二弹簧常数kx小于第三弹簧常数ky的十分之一。
同样，优选选择这种共振频率Fres-x低于在扫描期间适用的光学记录载体的功能性旋转频率。更优选第二共振频率低于在扫描期间适用的光学记录载体的最小旋转频率。这样，第二区段B的质量MB在径向方向和焦点/气隙方向以超过记录载体旋转频率的频率从第一区段A分离。因此，对于超过第二区段的共振频率的频率而言，致动器需要将较少的质量加速，主要是区段A的质量。在此情形中，有以径向方向和焦点/气隙方向的质量方面的好处。在此示范性构造中，利用如弹簧501通过弹簧501将第二区段B安装在第一区段A的内部，弹簧501如示意性地示于图6a和6b中的弹簧，且在径向方向和焦点/气隙方向有挠性，并在其它方向是硬的。这些弹簧501可以是线簧，但优选是板簧，以获得以垂直于径向方向和焦点/气隙方向的方向(如切向方向)的刚度。
这种弹性构件可包括如薄金属箔501，如图6a和6b所示，这种薄金属箔501的形状确定为使其展示出带有以两个垂直方向“z”(图6a)和“x”(图6b)如以气隙就径向方向的低刚度的弹簧功能(或弹簧常数)kz、kx，而这种薄金属箔501可具有以其它垂直方向“y”(未示出)的较高刚度。弹簧的这种较高刚度应避免第二区段B以方向“y”相对于第一区段A移动。优选以z方向的共振频率Fres-z和以x方向的共振频率Fres-x均低于将用在数据驱动器中的最低功能性记录载体旋转频率，利用根据本发明的光学拾取致动器的光学扫描设备将用在这种数据驱动器中。
第二实施例的优点在于致动器的第一区段A然后由高带宽(如几kHz)伺服控制器以焦点/气隙方向和/或径向(跟踪)方向驱动。
优选通过连接这些板簧以使由受动的第一区段A引入的力(Fz、Fx)加在第二区段的重心附近优选加在第二区段的重心内来避免第二区段B的倾斜。在此(平衡的)情形中，仅采用两个板簧就已足够。在其它情形中，采用两个以上的板簧如四个板簧是有用的，以避免第二区段B在受动的第一区段A内的倾斜。
在前面的描述中，显然可使用利用挠性元件而不是板簧或线簧的弹性构件。这种弹性构件还可包括分离的板簧或线簧。这样，这种分离的挠性元件如板簧或线簧的组合就可称为弹性构件。而且，单挠性元件(如单板簧)可起到弹性构件甚至是连接装置的作用。可用塑料、金属或它们的组合制成这种弹性构件。这些板簧或线簧也可用塑料、金属或它们的组合制成。优选所使用的塑料是热塑塑料或热塑塑料的混合，因为热塑塑料具有阻尼特性。优选金属是一种非磁性材料，如非磁性不锈钢或磷青铜，因为当金属元件用在Lorenz致动器中时，这些金属元件以及扇形区段B不受到如磁场的影响。虽然参考近场光学储存用途对本发明进行了描述，但显然本发明还可用于其它用途，在这些用途中，用高带宽要求致动一个或多个光学元件。

Claims (9)

1.一种用于光学扫描设备的光学拾取致动器(300)，所述光学扫描设备用于扫描光学记录载体(82)，所述光学拾取致动器在第一区段(A)中包括物镜(78)、固态浸没透镜(80)和驱动装置，所述固态浸没透镜(80)具有光轴(303)，所述驱动装置用于以平行于所述光轴的至少第一方向将所述第一区段位移，所述光学拾取致动器(300)在第二区段(B)包括光学元件(306、506)，所述第二区段通过连接装置(303、400)连接到所述第一区段，其特征在于：所述连接装置包括弹性构件(304、402、501)。
2.如权利要求1所述的光学拾取致动器，其特征在于：所述弹性构件是挠性构件。
3.如权利要求1或2所述的光学拾取致动器，其特征在于：所述弹性构件包括至少一个板簧。
4.如权利要求1或2所述的光学拾取致动器，其特征在于：所述弹性构件包括至少一个线簧。
5.如权利要求1或2所述的光学拾取致动器，所述弹性构件具有以第一方向的第一弹簧常数kz和以第二方向的第二弹簧常数kx，所述第二方向垂直于所述第一方向，其特征在于：所述第一弹簧常数kz小于所述第二弹簧常数kx。
6.如权利要求1或2所述的光学拾取致动器，所述光学拾取致动器用于扫描光学记录载体(82)，所述光学记录载体(82)以最低功能性旋转频率旋转，所述第二区段(A)具有质量MB，且所述弹性构件具有以所述第一方向的第一弹簧常数kz，其特征在于：所述质量MB与所述第一弹簧常数kz之比使得所述第一方向的弹性构件的第一共振频率Fres-z小于所述最低功能性旋转频率。
7.如权利要求1或2所述的光学拾取致动器，还包括驱动装置，所述驱动装置用于以垂直于所述第一方向的第二方向位移所述第一区段(A)，所述弹性构件具有以所述第一方向的弹簧常数kz、以第二方向的第二弹簧常数kx和以第三方向的第三弹簧常数ky，所述第二方向垂直于所述第一方向，且所述第三方向垂直于所述第一和第二方向，其特征在于：所述第一弹簧常数kz和第二弹簧常数kx小于所述第三弹簧常数ky。
8.如权利要求1或2所述的光学拾取致动器，所述光学拾取致动器用于扫描光学记录载体(82)，所述光学记录载体(82)以最低功能性旋转频率旋转，所述光学拾取致动器还包括驱动装置，所述驱动装置用于以垂直于所述第一方向的第二方向位移所述第一区段(A)，所述弹性构件具有以第二方向的第二弹簧常数kx，所述第二方向不同地垂直于所述第一方向，其特征在于：所述质量MB与所述第二弹簧常数kx之比使得所述第二方向的所述第二区段的第二共振频率Fres-x小于所述最低功能性旋转频率。
9.一种光学读和/或写***，所述光学读和/或写***包括根据前面的权利要求中的任何一项所述的光学拾取致动器。
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