CN1732519A - 用于光学扫描设备的盘驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光盘驱动器，其包括确定光盘旋转轴的旋转装置，和用于利用光束扫描所述光盘的光学扫描装置。这些光学扫描装置本身包括第一光源，用于产生所述第一光束；聚焦装置，设置在该第一光源和该盘的信息层上的焦点之间；光学检测器，用于接收从所述信息层反射的第一反向光束；第二光源，用于产生也传输到所述聚焦装置的第二光束，并用于根据第二光点在所述光学检测器上的位置来测量倾斜，所述第二光点对应于所述第二光束在信息层上反射之后获得的第二反向光束。根据本发明，在所述焦点和所述光学检测器之间提供衍射结构，该衍射结构具有用于将返回的第二光束基本上重新聚焦到该检测器上的多个衍射单元。该衍射结构由一系列环状棱镜组成，将该衍射结构附着于刚好位于所述光学检测器前面的伺服透镜的一个表面上，或者附着于用作聚焦装置的物镜的一个表面上，或者附着于单独的板上。该衍射结构还可由阶梯结构来近似。

Description

用于光学扫描设备的盘驱动器
发明领域
本发明总体涉及用于将信息存储到圆盘形存储媒体上或者从这种圆盘形存储媒体读取信息的光学扫描设备，其中使该圆盘旋转，并使写/读光头相对于该旋转圆盘径向移动。更特别的是，本发明涉及一种光盘驱动器，包括确定光盘旋转轴的旋转装置和用于利用光束扫描所述光盘的光学扫描装置。
本发明可应用于光盘***或磁光盘***的情况中。在下文中，将使用“光盘***”的用语，但是应理解为该用语意味着还覆盖磁光盘***。
发明背景
众所周知，光学存储盘包括可以存储信息(如图像、数据、音乐……)的存储空间的至少一个轨道。光学存储盘可以是只读型，其中在制造过程中记录信息，用户只能读取信息，或者光学存储盘可以是可写型，其中可由用户存储信息。为了在光学存储盘的存储空间中写信息或者为了从该盘读取信息，光盘驱动器一方面包括用于容纳和旋转光盘的旋转装置，另一方面包括光学装置，该光学装置用于产生光束，通常是激光束，并利用所述激光束扫描存储轨道。该旋转装置例如是电动机，该电动机驱动与光盘中心部分接合的盘心。为了光学扫描该旋转盘，光盘驱动器包括例如至少一个光束发生器设备(典型的是激光二极管)，用于将光束聚焦为该盘信息层上的焦点的物镜，和用于接收从该盘反射的反射光并产生电检测器输出信号的光学检测器。由于光盘技术通常是公知的，总的包含能够在光盘中存储信息的方式和能够从光盘中读取光学数据的方式，因此本文中没有必要更详细地描述这种技术。
在理想情况下，假定该盘的信息层垂直于设备的光轴，因此返回的光束，即从该盘反射的光是共轴的，并且与入射光的传播方向相反。在盘具有翘曲表面的情况下，反射光的传输轴与入射光的轴不再是共轴的，并且可观察到倾斜效应，即存在返回光束与理想情况的共轴传输的偏差。已知这种盘倾斜会降低光盘驱动器的性能，并且必须检测这种盘倾斜并进行补偿。尽管如此，由于入射光聚焦为该盘信息层上的微小光点，因此与共轴传输的偏差非常小，并且以检测所述偏差的原理为基础的倾斜检测器非常难以实现。
已经提出例如通过向入射光束增加像差来放大返回光束的偏差，并因此使信息层上的光点尺寸增大。例如，当利用红外线(波长约等于790nm)访问该盘时，与利用红光(波长约等于660nm)访问该盘的情况相比，较大量的球面像差(所述球面像差是由于在辐射光束中，当光束中心部分的光线和光束边缘部分的光线聚焦在盘上时具有不同的焦点而产生)使该盘信息层上的光点尺寸增大。日本专利JP2000076679中描述了这种情况的一个实例，其中利用光源根据光点的位置来测量盘倾斜，所述光源的波长不同于读出该盘上的信息所用的波长。但是，经证实，当使用这种方法时，与光盘驱动装置中通常所用的标准四象限检测器的尺寸相比，该光学检测器上的光点尺寸太大：测量不到来自检测器的四个象限的信号的显著差别，因此得不出倾斜误差信号。
发明概述
因此本发明的目的是提供一种避免这一缺陷的光盘驱动器。
为此，本发明涉及如本说明书开始段落中定义的一种光盘驱动器，其中光学扫描装置本身至少包括：
-第一光源，用于产生所述第一光束；
-聚焦装置，用于聚焦所述光束，并设置在所述第一光源和具有第一覆盖层的所述第一盘的信息层上的焦点之间；
-光学检测器，用于接收从所述第一盘的所述信息层反射的第一反向光束；
-第二光源，用于产生也传输到所述聚焦装置的第二光束，并用于根据第二光点在所述光学检测器上的位置来测量倾斜，所述第二光点对应于所述第二光束在所述第一盘的所述信息层上反射之后获得的第二反向光束；
所述光盘驱动器进一步包括，在所述焦点和所述光学检测器之间的衍射结构，该衍射结构具有用于将返回的第二光束基本上重新聚焦到该检测器上的多个衍射单元。
这种结构允许在该检测器上产生足够小的光点，以便能够测量检测器的信号之间的明显差别，并因此得出显著的倾斜误差信号。
优选的是，将该衍射结构附着于刚好位于光学检测器前面的伺服透镜的一个表面上。但是，该衍射结构也可以附着于用作聚焦装置的物镜的一个表面上，或者附着于单独的板上。
在有利的实施方式中，该衍射结构由一系列环状棱镜组成，但是该衍射结构也可以由阶梯结构来近似。
附图简述
现在仅仅以例子的方式参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1说明适合于在光盘上存储信息或者从光盘读取信息的光盘驱动器的实例；
图2示出光学扫描设备的实例；
图3和4示出根据本发明的衍射结构的第一实施方式的两个视图(顶视图和剖视图)；
图5示出相位阶跃式结构，该结构是图4的横截面中所示的棱镜结构的近似结构；
图6和7分别说明不具有和具有依据本发明的衍射结构时的光点尺寸和定位；
图8是显示在图3和4的实施方式的情况下获得的模拟的标准化径向倾斜误差信号的曲线图；
图9是显示类似的、在图5的实施方式的情况下获得的标准化径向倾斜误差信号的曲线图；
图10示出光怎样通过物镜并聚焦在信息层上；以及
图11是所述信息层周围区域的放大图。
发明详述
图1中示意性地示出适合于在光盘1上存储信息或者从光盘1读取信息的光盘驱动器的实例。该盘驱动器包括装置框架2，和用于旋转盘1、固定在框架2上并确定旋转轴4的电动机3。为了容纳和保持盘1，该盘驱动器可以包括安装在电动机3的轴6上的可旋转的或夹紧的盘芯5。该盘驱动器还包括滑架7，通过为了清楚起见而未示出的导向装置，沿盘1的径向，即沿基本上垂直于旋转轴4的方向可移动地引导该滑架。为了调节滑架7相对于装置框架2的径向位置，提供径向滑架致动器8。
盘驱动器进一步包括平台9，该平台可在盘1的径向方向上相对于滑架7移动，并且通过为了清楚起见而未示出的安装装置，相对于滑架7可移动地安装。为了使平台9相对于滑架7径向移动，提供径向平台致动器10。径向滑架致动器和径向平台致动器本身是已知的，并且由于这种径向平台致动器的设计和操作不是本发明的主题，因此本文中没有必要非常详细地讨论它们。
盘驱动器进一步包括用于通过光束扫描盘1的轨道(未示出)的光学设备20，后面将描述该光学设备。该盘驱动器还包括枢轴平台致动器11和控制单元12，枢轴平台致动器设置为使平台9相对于滑架7旋转(这种枢轴平台致动器本身是已知的，因此没有非常详细地讨论)，该控制单元具有下面的输出端：与电动机3的控制输入端相连的第一输出端12a，与径向滑架致动器8的控制输入端耦合的第二输出端12b，与径向平台致动器10的控制输入端耦合的第三输出端12c，与轴向平台致动器13的控制输入端耦合的第四输出端12d，以及与枢轴平台致动器11的控制输入端耦合的第五输出端12e。将控制单元12设计为在所述输出端12a至12e处产生分别用于控制电动机3、滑架致动器8、径向平台致动器10、轴向平台致动器13和枢轴平台致动器11的控制信号SCM，SCS，SCpr，SCpa和SCPp。控制单元12还具有读信号输入端12f，该信号用于接收来自光学检测器的读信号SR，该光学检测器在下面段落中描述。
现在将描述光学扫描设备20。根据图2中示出的本发明的优选实施例，该光学扫描设备包括光束产生装置21(第一光束)，通常是激光器，该装置可相对于框架2或滑架7安装。激光器21产生给定第一波长(在该实例中是660nm)的发散辐射光束22，半透明镜23反射这样发出的线性偏振光通量，并使其通过偏振分束器24透射，朝反射镜25和透镜***传输。该透镜***包括将发散辐射光束22变为准直辐射光束28的准直透镜26，以及将所述准直光束转变为会聚光束29的物镜27，该会聚光束形成盘的信息层上的焦点30。
会聚光束29在所述信息层上反射之后形成在同一光路上返回的反射光束。这种反向辐射进一步透过偏振分束器24，并穿过伺服透镜40，该伺服透镜将所述返回光束转变为落在诸如伺服检测器42的光学检测器上的会聚光束41。半透明镜23由多个光学元件构成，这些光学元件使发射光束和返回光束分开，并将后者供给所述半透明镜后面的光学元件(40，42)。
为了获得盘1的径向倾斜和切向倾斜量的测量值，暂时打开第二光源51以产生第二光束，该第二光源通常是一激光器，具有不同于第一波长的第二波长(在该实例中是780nm)。根据定义，当这两个波长之间的绝对差值大于10nm时认为这两个波长不同。所述光源51发出的偏振光由偏振分束器24和反射镜25反射，然后穿过准直透镜26，并由物镜27聚焦。接着，由伺服检测器42接收在所述第二光束于信息层上反射之后获得的第二反向光束。由于第二光束的波长不同于所述第一光束的波长，所以现在所述第一盘的信息层上的光点变形。因此在检测器上的所述第二光束的光点尺寸变为大于该检测器的尺寸。
根据本发明，为了克服伺服检测器上的光点尺寸的问题，已经提出将如下文所述实现的衍射结构附着于在信息层上的焦点和伺服检测器之间、位于反向光束的光路上的一个透镜的一个表面上或者单独的板上。通过这样做，当利用第二光源发出的光来访问所述第一盘时减小了伺服检测器上的光点尺寸。
图3和4中示出了这种衍射结构的实例。对于辐射源51产生的第二光束，衍射结构应该使光束基本上衍射到一个特定的衍射级。在该实例中，考虑将光衍射到第一衍射级的情况。这能够通过衍射结构100来实现，当从顶部(图3中)和沿半径的横截面(在图4中)观察时，所述衍射结构是闪耀光栅型，并由一系列环状棱镜101组成。在图4的横截面中，数字表示每个衍射单元的径向位置，以毫米为单位。这些棱镜的高度h 2由下式给出：
h2＝λ2/(n2-1)                                        (1)
其中λ2是第二光源51发出的光的波长，n2是棱镜材料在波长λ2处的折射率。如图3和4中所示，衍射结构的中心区域(直到半径为0.154mm)不包含任何衍射单元。对这一区域的尺寸进行选择，使得当利用第二光源51的光访问具有第二覆盖层的第二盘时，反射光穿过结构100后不改变，而当利用所述第二光源的光访问具有所述第一覆盖层的所述第一盘时，落在检测器42外面的发散的返回光束中的相当大量的光线重新聚焦到所述检测器上。下面的表1给出了构成衍射结构的各个连续环的半径的典型值(以毫米为单位)，以及间距，即两个连续环之间的距离，以微米为单位：
              表1
  环数   半径(mm)   间距(μm)
  1   0.154   0.0
  2   0.217   63.2
  3   0.265   48.0
  4   0.306   40.1
  5   0.340   35.0
  6   0.372   31.3
  7   0.400   28.6
  8   0.427   26.4
  9   0.451   23.0
  10   0.474   21.7
  11   0.496   20.6
  12   0.517   19.6
该衍射结构的重要特征在于当光用于访问所述第一盘时，其不应该影响所述第一光束的返回光。但是闪耀光栅也将第一光束基本上衍射到第一衍射级。为了防止这一情况，必须利用二元光栅来代替闪耀光栅。在二元光栅中，每个最强光区用阶梯结构来近似(参见图5)。国际专利申请WO02/21522描述了怎样设计将绝大部分第二光束衍射到第一衍射级的这种二元光栅而不影响第一光束。因此本申请将所述专利申请中说明的方法作为参考而引入。利用提出的图5的阶梯结构可获得这种结果，其中闪耀光栅用四个阶梯(105，106，107和108)来近似。该图显示出，利用这种结构，光栅没有改变第一光源发出的光，因为将阶梯高度选择为h1的倍数，当利用第一光源的光时，每个h1阶梯产生2π的相移(对于第二光源发出的光来说，相移一般不是2π)。阶梯高度h1由下式给出：
h1＝λ1/(n1-1)                 (2)
其中λ1是第一光源发出的光的波长，n1是光栅材料在波长λ1处的折射率。在此，出于示范性的目的，假定光栅材料对于λ1和λ2的折射率均为1.65。对于图5中所示的情况，阶梯105的高度是1×h1，阶梯106的高度是2×h1，阶梯107的高度是4×h1，阶梯108的高度是5×h1。所示的阶梯结构的衍射效率约为75％。
根据本发明，为减小从第二光源发出的光在伺服检测器上的光点尺寸，所用的衍射结构可附着于伺服透镜上，或者附着于物镜上，或者附着于单独的板上。在第一种情况下，将衍射结构(如图5中所示)附着于伺服透镜的前表面上，图6和7分别示出没有衍射结构附着于伺服透镜上的光点110和衍射结构附着于伺服透镜上的光点111。比较图6，可从图7中看到，与没有衍射结构的情况相比，光点尺寸减小(在这些图中，黑色正方形112表示在光学拾取设备中所用的标准四象限检测器的尺寸)。当不存在本发明的光栅时落在检测器外面的所述第二光束的至少10％以上的光，在存在光栅时不被重新聚焦在检测器上。更优选的是，多于25％的光重新聚焦在该检测器上。根据第二光源在所述四象限检测器上的光点位置得出标准化倾斜误差信号。如果A、B、C和D指代各个象限，那么由下式给出称为RTES的标准化径向倾斜误差信号：
RTES = A + B - C - D A + B + C + D - - - ( 3 )
图8中示出所获得的模拟标准化径向倾斜误差信号。
在第二种情况下，可以将衍射结构附着于物镜上。那么在下面表2中给出每个环的半径和相应的间距，以及属于该半径的数值孔径(NA)：
                        表2
  环数   半径(mm)   间距(μm)   NA
  1   1.360   0.0   0.49
  2   1.624   264.0   0.59
  3   1.799   175.0   0.65
为了当访问具有所述第二覆盖层的第二盘时，不影响来自第二光源的返回光，将衍射结构限制在由0.5＜NA＜0.65限定的区域，该区域对于第二光源发出的光起弱正透镜的作用。由于该透镜作用，光线重新聚焦在伺服检测器上(要注意，为了安装到物镜的非球面上，衍射结构具有总体上的非球面形状)。如上所述，光栅结构可以由相位阶梯轮廓来近似，从而当来自第一光源的光穿过区域0.5＜NA＜0.65时不会受到影响。图9中示出用这种修改的物镜获得的标准径向倾斜误差信号。边缘光线(即从第二光源发出的、在其到达盘的途中落在区域0.5＜NA＜0.65的那部分光)的实际焦点位置非常重要。这在图10和11中示出，其中图10示出第二光源发出的光穿过物镜(OL)27并聚焦到盘1的信息层120上(注意，图10示出非折叠的光路，即示出在透射情况下的***，而图11是信息层120周围区域的放大图)。如图中所见，实际的焦点121位于信息层120“后面”。很重要的是，衍射结构将边缘光线122引导至位于该点之前且仅仅略微位于信息层120之后的焦点123处。将边缘光线聚焦到信息层上限制了由于盘倾斜对光束入射造成的影响，因此不会产生有用的误差信号。
必须理解，这样限定的本发明不限于上述实施方式。虽然在上述实施例中第一波长小于第二波长，但是第一波长也可以大于第二波长。并且，在上述实施例中，虽然明确参考具有四个象限的检测器，但是显而易见，这种原理可应用于具有至少两个或甚至六个或更多部分的检测器。尽管上述实施例表示这样一种情况，即从第二光源发出且用于倾斜测量的光束限制为其数值孔径小于从第一光源发出的光束的数值孔径，但是应该理解，与上面给出的相类似的原理也可应用于相反的情况。

Claims (6)

1.一种光盘驱动器，包括限定光盘旋转轴的旋转装置和用于利用光束扫描所述光盘的光学扫描装置，所述光学扫描装置本身至少包括：
-第一光源，用于产生所述第一光束；
-聚焦装置，用于聚焦所述光束，其设置在所述第一光源和具有第一覆盖层的所述第一盘的信息层上的焦点之间；
-光学检测器，用于接收从所述第一盘的所述信息层反射的第一反向光束；
-第二光源，用于产生也传输到所述聚焦装置的第二光束，并用于根据第二光点在所述光学检测器上的位置来测量倾斜，所述第二光点对应于所述第二光束在所述第一盘的所述信息层上反射之后获得的第二反向光束；
所述光盘驱动器进一步包括位于所述焦点和所述光学检测器之间的衍射结构，该衍射结构具有用于将返回的第二光束基本上重新聚焦到该检测器上的衍射单元。
2.根据权利要求1的光盘驱动器，其中所述衍射结构附着于刚好位于所述光学检测器前面的伺服透镜的一个表面上。
3.根据权利要求1的光盘驱动器，其中所述衍射结构附着于用作聚焦装置的物镜的一个表面上。
4.根据权利要求1的光盘驱动器，其中所述衍射结构附着于单独的板上。
5.根据权利要求2、3和4中任一项权利要求的光盘驱动器，其中所述衍射结构由一系列环状棱镜组成。
6.根据权利要求2和3中任一项权利要求的光盘驱动器，其中衍射结构由阶梯结构来近似。
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