专利名称：透镜支撑机构,光学器件以及光信息处理器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于防止焦距偏移或光轴偏移的透镜支撑机构，以上偏移由诸如透镜或光学外壳等光学元件的主要部分温度变化造成的膨胀和收缩导致。本发明同样涉及采用相同技术的光头器件和光信息处理器。
背景技术：
因为采用了高密度和大容量的存储介质，使用具有坑形式样光盘的光存储技术进一步应用于数字音频光盘、视频光盘、文本文件光盘，并且进一步应用于数据文件或类似文件。在这种光存储技术中，通过精确汇聚的光束，信息以高精度和高可靠性在光盘上记录和再现。这种记录-再现操作很大程度上依赖于光学系统，尤其是，温度特性的降低在记录-再现操作中非常重要。通过将一些光学元件，例如一个光源、一个光电探测器、一个单向透视玻璃(half mirror)以及一个透镜，组装到一个预先确定的支架里而构成光头器件。每一光学元件必须精密放置以防止光轴偏移或焦点位置偏移。
例如，JP2000-266977A公开了一种将圆柱形集成式透镜安装在支架中的方法。图7为示出常规透镜支撑机构的结构透视图。通过PC-整体成形作为光学元件的主要部分的凹透镜31，包围凹透镜31的透镜桶32，从透镜桶32向外伸展的三个支撑臂33、34和35从而形成传感透镜(sensor lens)17。在支撑臂33和34中，分别有垂直槽33a和33b从顶部延伸到底部，以使远端部分相对于近端部分能够产生弹性形变。
图8为示出装配状态下常规透镜支撑机构的横截面视图。在图8中，凹透镜31的中心确定为原点，X、Y、Z轴在原点处垂直相交，Z轴与凹透镜31的光轴一致。X轴和Z轴确定的平面作为第一参考平面I，Y轴和Z轴确定的平面作为第二参考平面II。支撑传感透镜17的支架18形成有沿第一参考平面I延伸的第一支撑面26和第二支撑面27，以及沿第二参考平面II延伸的第三支撑面28。
支架18具有一个凹槽29，其中将近一半的透镜桶32的横截面以不接触的方式嵌入凹槽内。支撑臂33和支撑臂34中每个的一个侧面与支架18的第一支撑面26和第二支撑面27接触。支撑臂35的一个侧面与支架18的第三支撑面28接触。以这种方式，将传感透镜17固定在支架18上。
通过固定在支架18上的板簧36作为弹性固定装置，传感透镜17在X轴和Y轴之间沿合成(composite)方向受力紧固，如图8中虚线箭头所示。支撑臂33和34的远端通过粘合剂37和38分别牢牢固定在支架18的支撑面26和27上，使之不从支架18上脱落。
在这种结构的传感透镜17中，通过板簧36，将支撑臂33和34弹性挤压在支撑面26和27上，并将支撑臂35弹性挤压在支撑面28上。通过这种方式，将传感透镜17的中心固定在光轴位置。
图9为解释常规透镜支撑机构工作的示意图。如图9所示，当凹透镜31和透镜桶32受热膨胀时，支撑臂33和34的近端部分沿支撑面26和27移动，支撑臂35沿支撑面28移动。因为支撑臂33和34的远端部分利用粘合剂37和38分别固定在支撑面26和27上，支撑臂33和34的近端部分的位移可由垂直槽33a和33b提供空间。在此情况下，凹透镜31的光轴不会改变位置，因为热膨胀只产生于透镜31的中心沿半径的方向。
如图9所示，支撑臂33和34的远端部分通过粘合剂37和38固定，凹透镜31的中心与通过粘合剂37和38固定的位置沿光轴方向的距离为d。因此，凹透镜31的位置将根据热导致的膨胀和收缩，沿着光轴方向以‘距离(d)’ב热膨胀系数’בΔTm(温差)’移动。因此，整个光学接收器件的温度特性可以通过预先故意制造偏移而得到进一步改善，该偏移可以调节由于其他元件，例如单向透视玻璃、准直透镜以及物镜受热产生的膨胀和收缩而导致的光轴方向的偏移。
在光头器件中，要求保证工作环境从低温到高温具有较广的温度范围。尤其是，温度特性必须得到改善，以防止准直透镜相对半导体激光器散焦。因为支撑准直透镜的光头外壳由于温度改变而膨胀，并且因为轴干(stem)在从安装激光器的参考面到发射点(emission point)的区域范围内膨胀，在发射点和准直透镜之间会产生一定的位移。另外，准直透镜的后焦距(back focus)量会由于激光二极管振荡波长的改变以及准直透镜的折射率和形状的改变而不同。
然而，因为透过准直透镜的光束不会由于影响变成平行光束，所以在光盘上的射束点将会散焦。
在上述透镜支撑机构中，与透镜桶集成的透镜通过粘合剂直接固定在支架上，因为粘合剂数量和位置的不同，不能量化地确定沿着光轴方向的距离d。这导致一个问题，即不能量化地调节由于热膨胀和收缩产生的沿光轴方向的偏移。
另外，与透镜桶集成的透镜具有复杂的结构，因此产品造价增加且需要进一步的精密调节。因此，包括与透镜桶集成的透镜的透镜支撑机构的光头器件以及光信息器件具有温度特性降低和造价高的问题。
本发明的一个目标是提供一种透镜支撑机构，能够调节发射点和准直透镜之间的位移，其中该位移由热膨胀或热收缩产生，并且还提供一种光头器件和一种光信息处理器。
发明内容
根据本发明的透镜支撑机构包括一个发射激光束的半导体激光器；一个固定和放置半导体激光器的外壳；一个与半导体激光器发射的激光束同轴放置的透镜；一个制成圆柱状的第一圆柱形元件用以将透镜固定和放置在内表面中；以及一个第二圆柱形元件，在与半导体激光器相对的透镜侧上与第一圆柱形元件装配，并固定在外壳上；其中第二圆柱形元件具有与外壳的线性膨胀系数基本相同的线性膨胀系数。
根据本发明的另一种透镜支撑机构包括一个发射激光束的半导体激光器；一个固定和放置半导体激光器的支撑基架；一个与半导体激光器发射的激光束同轴放置的透镜；以及一个用以将透镜固定和放置在其内表面的支架元件；其中支架元件由具有较小线性膨胀系数的材料构成，使半导体激光器与透镜间的距离基本不会因为温度变化而发生改变。
另一种根据本发明的透镜支撑机构包括一个发射激光束的半导体激光器；一个用以固定和放置半导体激光器的支撑基架；一个与半导体激光器发射的激光束同轴放置的透镜；一个用以将透镜固定和放置在其内表面的圆柱形支架元件；以及一个固定在支撑基架上用于与支架元件装配的平板；其中平板具有与支撑基架的线性膨胀系数基本相同的线性膨胀系数。
根据本发明的光头器件的特性在于，它包括一套根据本发明的透镜支撑机构，以及一个用于将激光束汇聚到信息记录介质上的物镜，该激光束透过该透镜支撑机构提供的透镜。
根据本发明的光信息处理器的特性在于，它包括一个根据本发明的光头器件、一个用于旋转信息记录介质的发动机、一个伺服机构，用于根据由光头器件获取的聚焦误差信号和寻道误差信号，控制光头器件的物镜位置；以及一个用于控制伺服机构的电路。
附图简述
图1为示出根据第一实施例的透镜支撑机构的结构剖视图；图2为示出根据第一实施例的透镜支撑机构的结构正剖视图；图3为示出根据第一实施例的透镜支撑机构提供的圆柱形元件部分截面透视图；图4为示出根据第二实施例的透镜支撑机构的结构剖视图；图5为示出根据第三实施例的透镜支撑机构的结构剖视图；图6为示出根据第四实施例的光信息处理器结构框图；图7为示出常规透镜支撑机构的结构透视图；图8为示出装配状态下常规透镜支撑机构的剖视图；图9为解释常规透镜支撑机构工作的示意图。
发明详述在根据本发明实施例之一的透镜支撑机构中，一个第二圆柱形元件，在与半导体激光器相对的透镜侧与第一圆柱形元件装配，并构造成可以固定在外壳上，并具有与外壳的线性膨胀系数基本相同的线性膨胀系数。因此该第二圆柱形元件热膨胀或热收缩用以调节外壳的热膨胀与热收缩。因此，能够防止透镜的光轴偏移或焦距偏移。
从第一圆柱形元件与第二圆柱形元件相互装配的位置到透镜固定到第一圆柱形元件的位置之间的距离y，其每单位温度的变化量Δy最好基本满足以下关系式(1)Δy＝Δx-Δz-Δfb 关系式(1)其中Δx＝αx，Δy＝βy，Δz＝γz，Δfb透镜每单位温度后焦距变化量，α外壳的线性膨胀系数(单位/K)，β第一圆柱形元件的线性膨胀系数(单位/K)，γ半导体激光器的轴干的线性膨胀系数(单位/K)，x从安装半导体激光器的参考面到第一圆柱形元件与第二圆柱形元件相互装配的位置的距离，以及z从安装半导体激光器的参考面到半导体激光器发射点的距离。
第二圆柱形元件与外壳优选为铝制。
第二圆柱形元件与外壳优选为锌制。
第二圆柱形元件优选为锌制，外壳优选为镁制。
第二圆柱形元件优选为锌制，外壳优选为聚苯硫醚制。
在根据本实施例的另一透镜支撑机构中，形成一个用以将透镜固定和放置在内表面的支架元件，由具有较小线性膨胀系数的材料构成，使半导体激光器与透镜间的距离基本不会改变。因此，固定和放置透镜的支架元件将基本上不会因为温度变化而产生热膨胀或收缩。因此，能够防止透镜的光轴偏移或焦距偏移的出现。
支架元件优选由陶瓷材料制成。
透镜每单位温度后焦距变化量Δfb优选基本满足以下关系式(2)Δfb-Δz+ΔL＝0 关系式(2)
其中Δz＝γz，ΔL从安装半导体激光器的参考面到固定透镜的位置的距离的每单位温度移动量，γ半导体激光器的轴干的线性膨胀系数(单位/K)，以及z从安装半导体激光器的参考面到半导体激光器发射点的距离。
在根据本实施例的另一透镜支撑机构中，一个固定在支撑基架上用来与支架元件装配的平板，具有与支撑基架的线性膨胀系数基本相同的线性膨胀系数，而形成该支架元件用以将透镜固定和放置在内表面。因此，该平板将热膨胀或热收缩用以为支撑基架的热膨胀与热收缩提供空间。因此，能够防止透镜的光轴偏移或焦距偏移的出现。
支架元件优选由陶瓷材料制成。
透镜每单位温度后焦距变化量Δfb最好基本满足以下关系式(3)Δfb-Δz+ΔL+Δt≈0 关系式(3)其中Δz＝γz，Δt＝αt，ΔL从安装半导体激光器的参考面到固定透镜的位置的距离的每单位温度移动量，α支撑基架与平板的线性膨胀系数(单位/K)，γ半导体激光器的轴干的线性膨胀系数(单位/K)，z从安装半导体激光器的参考面到半导体激光器发射点的距离，以及t支架元件与平板的装配厚度。
以下将要通过参考附图解释本发明的实施例。
(第一实施例)图1为示出根据第一实施例的透镜支撑机构100的结构剖视图，图2为示出透镜支撑机构100的结构正剖视图。图3为示出透镜支撑机构100中的支撑元件20的部分截面结构图。
透镜支撑机构100包括元件20。元件20包括一个在两端具有阶梯状部分的树脂圆柱体22，以及形成有一个固定孔25通入内表面的部分，同时包括圆柱形元件23和24，它们由与光头外壳3具有相同线性膨胀系数的材料制成。圆柱形元件23和24分别装配在树脂圆柱体22的两端，并与树脂圆柱体22结合在一起。
即使因为温度变化而导致装有半导体激光器10的光头外壳3膨胀/收缩，并因此导致准直透镜21的光轴位置改变时，元件20的膨胀/收缩与光头外壳3近似相同，该元件20包括由与光头外壳3具有相同线性膨胀系数的材料制成的圆柱形元件23和24。这能够防止装在元件20的树脂圆柱体22内部的准直透镜21发生光轴偏移。准直透镜21插入元件20内，并通过在固定孔25中填充粘合剂而固定在元件20上。
图1示出装配状态下的元件20。图1中，在固定半导体激光器10的光头外壳3中，具有一个容纳元件20的V形槽4，用于将准直透镜21的中心设置在预定的光轴位置。通过利用粘合剂6和7将元件20固定在V形槽4上，将准直透镜21的中心限定在光轴位置。
将元件20构造成满足如下条件表达式1的结构。
Δy≈Δx-Δz-Δfb 条件表达式(1)这里，Δx＝αx，Δy＝βy，Δz＝γz，Δfb准直透镜21每单位温度后焦距变化量，α光头外壳3线性膨胀系数(单位/K)，β元件20的树脂圆柱体22线性膨胀系数(单位/K)，γ提供给半导体激光器10的轴干11的线性膨胀系数(单位/K)，x从安装半导体激光器10的参考面5，到元件20的树脂圆柱体22和圆柱形元件23相互装配的位置的距离，y从元件20的树脂圆柱体22与圆柱形元件23相互装配的位置，到准直透镜21固定点的距离，
z从安装半导体激光器10的参考面5到发射点12的距离，以及fb准直透镜21的焦距。
该条件表达式1是为了设定从元件20的树脂圆柱体22与圆柱形元件23相互装配的位置，到准直透镜21固定位置的距离(y)，使得从元件20的树脂圆柱体22与圆柱形元件23相互装配的位置到准直透镜21固定点的距离y每单位温度的变化量(Δy)，将基本等于由差分获得的一个值即从安装光头外壳3的半导体激光器10的参考面5，到元件20的树脂圆柱体22与圆柱形元件23相互装配的位置的距离x，其每单位温度的变化量(Δx)，差分发射点12每单位温度的变化量和准直透镜21每单位温度后焦距变化量的和。
因此，即使当调节准直透镜21的时刻和实际操作光头器件的时刻存在一定温差时，散焦并不严重，使得不会影响构成光头器件的整个光学系统。
另外，通过将与光头外壳3具有基本相同线性膨胀系数的圆柱形元件23粘合并固定在树脂圆柱体22上，从树脂圆柱体22与圆柱形元件23相互装配的位置到准直透镜21固定点的距离y，不考虑粘合剂的数量和固定点位置的变化，即使在温度变化时也能设为常数。
根据上述结构，即使在光头外壳3、提供给半导体激光器10的轴干11以及准直透镜21的焦距在热量影响下膨胀和收缩，以致改变半导体激光器10的发射点12与准直透镜21之间的距离时，树脂圆柱体22也会沿着光轴方向膨胀和收缩，以减小半导体激光器10的发射点12与准直透镜21之间的距离的偏移，由此为膨胀和收缩引起的偏移提供空间，并因此防止出现装配在元件20的树脂圆柱体22内部的准直透镜21的焦距变化。
以下将要描述本实施例的一个具体例子。在这个例子中，光头外壳3为铝制，元件20的树脂圆柱体22由聚碳酸酯制成，圆柱形元件23和24为铝制，提供给半导体激光器10的轴干11为铜制。此时准直透镜21的fb＝6.2121mm，Δfb＝0.036μm，α＝21×10E-6，β＝70×10E-6，
γ＝17×10E-6，x＝9.5mm，y＝2.0mm，z＝1.3mm，Δy＝70×10E-6×2.0×10E+3＝0.14μm，Δx＝21×10E-6×9.5×10E+3＝0.1995μm，Δz＝17×10E-6×1.3×10E+3＝0.0221μm，Δfb＝0.036μm。
因此，Δx-Δz-Δfb＝0.1414μm，满足Δy≈Δx-Δz-Δfb的条件。如此，每单位温度的散焦量可以设定在0.0014μm，以获得优选的温度特性。
当光头外壳3为锌制，元件20的树脂圆柱体22由聚碳酸酯制成，圆柱形元件23和24为锌制，半导体激光器10的轴干11为铜制时，且此时准直透镜21的fb＝6.2121μm，Δfb＝0.036μm，α＝33×10E-6，β＝70×10E-6，γ＝17×10E-6，x＝12.6mm，y＝5.1mm，z＝1.3mm，Δy＝70×10E-6×5.1×10E+3＝0.357μm，Δx＝33×10E-6×12.6×10E+3＝0.4158μm，Δz＝17×10E-6×1.3×10E+3＝0.0221μm，Δfb＝0.036μm。
因此，Δx-Δz-Δfb＝0.358μm，满足Δy≈Δx-Δz-Δfb的条件。如此，每单位温度的散焦量可以设定在0.001μm，以获得优选的温度特性。
另外，当光头外壳3为镁制，元件20的树脂圆柱体22由聚碳酸酯制成，圆柱形元件23和24为锌制，半导体激光器10的轴干11为铜制时，且此时准直透镜21的fb＝6.2121μm，Δfb＝0.036μm，α＝25.6×10E-6，β＝70×10E-6，
γ＝17×10E-6，x＝10.5mm，y＝3.0mm，z＝1.3mm，Δy＝70×10E-6×3.0×10E+3＝0.21μm，Δx＝25.6×10E-6×10.5×10E+3＝0.2688μm，Δz＝17×10E-6×1.3×10E+3＝0.0221μm，Δfb＝0.036μm。
因此，Δx-Δz-Δfb＝0.2107μm，满足Δy≈Δx-Δz-Δfb的条件。如此，每单位温度的散焦量可以设定在0.0007μm，以获得优选的温度特性。
另外，当光头外壳3为聚苯硫醚制成，元件20的树脂圆柱体22由聚碳酸酯制成，圆柱形元件23和24为锌制，半导体激光器10的轴干11为铜制，且此时准直透镜21的fb＝6.2121μm，Δfb＝0.036μm，α＝19.9×10E-6，β＝70×10E-6，γ＝17×10E-6，x＝9.3mm，y＝1.8mm，z＝1.3mm，Δy＝70×10E-6×1.8×10E+3＝0.126μm，Δx＝19.9×10E-6×9.3×10E+3＝0.18507μm，Δz＝17×10E-6×1.3×10E+3＝0.0221μm，Δfb＝0.036μm。
因此，Δx-Δz-Δfb＝0.12697μm，满足Δy≈Δx-Δz-Δfb的条件。如此，每单位温度的散焦量可以设定在0.00097μm，以获得优选的温度特性。
本实施例中，光头外壳3由铝、锌、镁或聚苯硫醚树脂制成，准直透镜21与半导体激光器10相对，元件20的树脂圆柱体22由聚碳酸酯制成。本发明不限于本例子，而可以使用满足上述条件表达式1的任一结构组合。
虽然本实施例中的元件是单独设定并且与准直透镜装配成一体，但元件和准直透镜也可以整体设定的。
另外，根据本发明的透镜支撑机构可以应用于其它光学系统。
另外，当光头器件拥有多个波长各异的半导体激光器时，需要向每个半导体激光器提供一套透镜支撑机构。根据该结构，即使在提供给每个半导体激光器的光头外壳膨胀和/或收缩，并因此造成光轴位置改变时，元件的膨胀和收缩也与光头外壳类似，因为通过由与光头外壳线性膨胀系数相同的材料制成的圆柱形元件，将其固定在光头外壳上。因此，透镜光轴位置不会改变，并因此即使温度改变，准直透镜也能稳定发射出平行光。这产生优选的温度特性，即相对半导体激光器，准直透镜将不会发生散焦，因此保证能有从低温到高温的具有较广的温度范围的操作环境。
总之，根据第一实施例，圆柱形元件23，在准直透镜21与半导体激光器10相对的一侧与树脂圆柱体22装配，并成型以固定在外壳3上，其具有与光头外壳3的线性膨胀系数基本相同的线性膨胀系数。因此，圆柱形元件23将会热膨胀或热收缩以调节光头外壳3的热膨胀或热收缩，从而防止出现准直透镜21的光轴偏移或焦距偏移。
(第二实施例)图4为示出根据第二实施例的透镜支撑机构100A的结构剖视图。透镜支撑机构100A具有一个带半导体激光器10的半导体激光器支撑基架13。该半导体激光器支撑基架13装备在一个形状基本上为空心圆柱体的支架元件14上。准直透镜21插入支架元件14中。通过在支架元件14的固定孔15中填充粘合剂，将准直透镜21固定在支架元件14上，并限定于预先设定的光轴位置。
因为支架元件14是由陶瓷材料制成，而陶瓷材料相对温度变化基本不会形变，所以可以获得优选的温度特性。
将支架元件14构成一个满足如下条件表达式2的透镜支撑机构。
Δfb-Δz+ΔL≈0 条件表达式(2)这里，Δz＝γz，
Δfb准直透镜21每单位温度后焦距变化量，ΔL从安装半导体激光器10的参考面5到准直透镜21固定的位置的距离每单位温度的移动量，γ半导体激光器10的轴干11的线性膨胀系数(单位/K)，z从安装半导体激光器的参考面5到发射点12的距离，fb准直透镜21的焦距，以及L从安装半导体激光器的参考面5到准直透镜21的固定位置的距离。
以下将要描述第二实施例的另外一个具体例子。当支架元件14的陶瓷材料为堇青石陶瓷，半导体激光器10的轴干11为铜制，且此时准直透镜21的fb＝6.2121μm，Δfb＝0.036μm，同时堇青石陶瓷的线性膨胀系数为-5.0×10E-7(单位/K)，ΔL＝-5.0×10E-7×6.2121×10E+3＝-0.0031μm，Δz＝17×10E-6×1.3×10E+3＝0.0221μm，Δfb＝0.036μm。
因此，可以设定Δfb-Δz+ΔL＝0.0108μm，而且因为准直透镜21和半导体激光器10的发射点12之间的距离相对温度变化不易改变，所以可以获得优选的温度特性。
在第二实施例中，堇青石陶瓷作为元件20的材料。本发明不限于本例子，而元件20可以由相对温度变化基本不会形变的任意陶瓷等制成。
另外，根据本发明的透镜支撑机构可以应用于其它光学系统。
另外，当光头器件拥有多个彼此波长各异的半导体激光器时，需要向每个半导体激光器提供一套透镜支撑机构，使得即使温度改变，准直透镜也能稳定发射出平行光。因此，可以获得优选的温度特性，即相对半导体激光器，准直透镜将不会发生散焦。如此，保证能有从低温到高温的具有较广的温度范围的操作环境。
(第三实施例)图5为示出根据第三实施例的透镜支撑机构100B的结构剖视图。
支架元件14A包括一个陶瓷圆柱体19，其上形成有通入内圆周的固定孔15，以及一个平板16，由具有与激光器支撑基架13的线性膨胀系数相同的材料制成。平板16装配在陶瓷圆柱体19的一端，并与陶瓷圆柱体19合成一体。
即使当安装半导体激光器10的激光器支撑基架13由于温度变化而膨胀和收缩，因为陶瓷圆柱体19与平板16装配，而平板16由与激光器支撑基架13的线性膨胀系数相同的材料制成，所以平板16的膨胀和收缩与激光器支撑基架13近似，因此能够防止出现安装在陶瓷圆柱体19上的准直透镜21的光轴偏移。准直透镜21插入陶瓷圆柱体19中，并通过在固定孔15中填充粘合剂，固定在支架元件14A上。
支架元件14A构成一个满足如下条件表达式3的透镜支撑结构。
Δfb-Δz+ΔL+Δt≈0 条件表达式(3)这里Δz＝γz，Δt＝αt，Δfb准直透镜21每单位温度后焦距变化量，ΔL从安装半导体激光器10的参考面5到准直透镜21固定的位置的距离每单位温度的移动量，α激光器支撑基架13的线性膨胀系数(单位/K)，γ半导体激光器10的轴干11的线性膨胀系数(单位/K)，z从安装半导体激光器的参考面5到半导体激光器发射点12的距离，fb准直透镜21的焦距，L从安装半导体激光器的参考面5到准直透镜21的固定的位置的距离，以及t陶瓷圆柱体19与平板16的装配厚度。
以下将要描述第三实施例的一个具体例子。当激光器支撑基架13为铝制，陶瓷圆柱体19的陶瓷材料为堇青石陶瓷，半导体激光器10的轴干11为铜制，堇青石陶瓷的线性膨胀系数为-5.0×10E-7(单位/K)，且此时准直透镜21的fb＝6.2121μm，Δfb＝0.036μm时，且此时陶瓷圆柱体19与平板16的装配厚度(t)为1.5×10E-3，ΔL＝-5.0×10E-7×6.2121×10E+3＝-0.0031μm，Δz＝17×10E-6×1.3×10E+3＝0.0221μm，Δt＝21×10E-6×1.5×10E+3＝0.0315μm，以及Δfb＝0.036μm。
因此，可以得到Δfb-Δz+ΔL+Δt＝0.0423μm，而且因为准直透镜21和半导体激光器10的发射点12之间的距离不易相对温度变化而改变，所以可以获得优选的温度特性。
在第三实施例中，堇青石陶瓷作为陶瓷圆柱体19的材料。只要相对温度变化基本不会形变，可以使用任意陶瓷材料等。
另外，根据本发明的透镜支撑机构可以应用于其它光学系统。
另外，当光头器件拥有多个彼此波长各异的半导体激光器时，需要向每个半导体激光器提供一套透镜支撑机构，使得即使温度改变，准直透镜也能稳定发射出平行光。因此，可以获得优选的温度特性，即相对半导体激光器，准直透镜将不会发生散焦。如此，保证能有从低温到高温的具有较广的温度范围的操作环境。
(第四实施例)图6为示出根据第四实施例的光信息处理器200结构框图。光信息处理器200包括一个光头器件40，其具有如第一实施例所述的透镜支撑机构100。该光头器件40还带有一个物镜45。物镜45将透过透镜支撑机构100中透镜的激光汇聚到光盘41上。
为光信息处理器200提供一个支撑和旋转光盘41的发动机42。光信息处理器200带有一个伺服机构46。根据由光头器件40获取的聚焦误差信号和寻道误差信号，伺服机构46用于控制提供给光头器件40的物镜45的位置。
光信息处理器200包括用于控制伺服机构46的电路47，以及向电路47、伺服机构46和发动机42供电的电源44。电路47、伺服机构46、发动机42和电源44布置在电路板43上。
在如此构成的光信息处理器200中，当电源44向发动机42、伺服机构46和电路47供电时，发动机42带动光盘41旋转。光头器件40向伺服机构46发送一个与光盘41位置关系相应的信号(聚焦误差信号，寻道误差信号)。伺服机构46计算该信号，并向光头器件40提供一个信号用于精密移动光头器件40或光头器件40内的物镜45的位置，以控制光头器件40或物镜45的位置。光头器件40执行关于光盘41的焦距伺服和寻道伺服，并对关于光盘41的信息进行读、写或擦除操作。电源可以设置在光信息处理器200之外。
工业应用如上所述，本发明能够提供透镜支撑机构、光头器件以及光信息处理器，它们能够为由热膨胀和热收缩造成的发射点和准直透镜之间的位置偏移提供空间。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1、一种透镜支撑机构包括一个用于发射激光束的半导体激光器；一个固定和放置该半导体激光器的外壳；一个和该半导体激光器发射的激光束同轴设置的透镜；一个形成圆柱体形状的第一圆柱形元件，用于将透镜固定和放置在其内表面，以及一个第二圆柱形元件，在与半导体激光器相对的透镜侧上与该第一圆柱形元件装配，并成型为可以固定在该外壳上；其中该第二圆柱形元件具有与该外壳的线性膨胀系数基本相同的线性膨胀系数。
2、根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中从所述第一圆柱形元件与所述第二圆柱形元件相互装配的位置，到所述透镜固定到该第一圆柱形元件的位置之间的距离y，其每单位温度的移动变化量Δy基本满足以下关系式(1)Δy≈Δx-Δz-Δfb 关系式(1)其中Δx＝αx，Δy＝βy，Δz＝γz，Δfb该透镜每单位温度后焦距变化量，α所述外壳线性膨胀系数(单位/K)，β该第一圆柱形元件线性膨胀系数(单位/K)，γ所述半导体激光器的轴干(stem)的线性膨胀系数(单位/K)，x从安装该半导体激光器的参考面到该第一圆柱形元件与该第二圆柱形元件相互装配的位置的距离，以及z从安装该半导体激光器的参考面到该半导体激光器发射点的距离。
3、根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中所述第二圆柱形元件和所述外壳为铝制。
4、根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中所述第二圆柱形元件和所述外壳为锌制。
5、根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中所述第二圆柱形元件为锌制，且所述外壳为镁制。
6、根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中所述第二圆柱形元件为锌制，且所述外壳为聚苯硫醚制成。
7、一种透镜支撑机构包括一个用于发射激光束的半导体激光器；一个固定和放置该半导体激光器的支撑基架；一个和该半导体激光器发射的激光束同轴放置的透镜；以及一个用于将透镜固定和放置在其内表面的支架元件并包含堇青石陶瓷；其中该支架元件由具有较小线性膨胀系数的材料制成，以防止由于温度变化导致该半导体激光器与该透镜单元之间的距离产生显著变化。
8、根据权利要求7所述的透镜支撑机构，其中所述透镜每单位温度后焦距变化量Δfb基本上满足以下关系式(2)Δfb-Δz+ΔL＝0 关系式(2)其中Δz＝γz，ΔL从安装所述半导体激光器的参考面到该透镜固定位置的距离的每单位温度移动量，
γ该半导体激光器的轴干的线性膨胀系数(单位/K)，以及z从安装该半导体激光器的参考面到该半导体激光器发射点的距离。
9、一种透镜支撑机构包括一个用于发射激光束的半导体激光器；一个固定和放置该半导体激光器的支撑基架；一个和该半导体激光器发射的激光束同轴放置的透镜；一个圆柱形支架元件，其形成为使得将该透镜固定和放置在其内表面；以及一个固定在该支撑基架上的平板，以使与该支架元件装配；其中该平板具有与该支撑基架基本相同的线性膨胀系数。
10、根据权利要求10所述的透镜支撑机构，其中所述支架元件为陶瓷材料制成。
11、根据权利要求10所述的透镜支撑机构，其中所述透镜每单位温度后焦距变化量Δfb基本满足以下关系式(3)Δfb-Δz+ΔL+Δt≈0 关系式(3)其中Δz＝γz，Δt＝αt，ΔL从安装所述半导体激光器的参考面到该透镜固定位置的距离的每单位温度移动量，α所述支撑基架与所述平板的线性膨胀系数(单位/K)，γ该半导体激光器的轴干的线性膨胀系数(单位/K)，z从安装该半导体激光器的参考面到该半导体激光器发射点的距离，以及t该支架元件与该平板的装配厚度。
12、一种光头器件包括一个根据权利要求1、7和10中的任意一条所描述的透镜支撑机构；以及一个用于将激光束汇聚到信息记录介质上的物镜，该激光束透过该透镜支撑机构提供的透镜。
13、一种光信息处理器包括根据权利要求13所述的光头器件；一个发动机，用于旋转所述信息记录介质；一个伺服机构，根据由该光头器件获取的聚焦误差信号和寻道误差信号，用于控制为该光头器件提供的物镜的位置；以及一个用于控制该伺服机构的电路。
权利要求
1.一种透镜支撑机构包括一个用于发射激光束的半导体激光器；一个固定和放置该半导体激光器的外壳；一个和该半导体激光器发射的激光束同轴设置的透镜；一个形成圆柱体形状的第一圆柱形元件，用于将透镜固定和放置在其内表面，以及一个第二圆柱形元件，在与半导体激光器相对的透镜侧上与该第一圆柱形元件装配，并成型为可以固定在该外壳上；其中该第二圆柱形元件具有与该外壳的线性膨胀系数基本相同的线性膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中从所述第一圆柱形元件与所述第二圆柱形元件相互装配的位置，到所述透镜固定到该第一圆柱形元件的位置之间的距离y，其每单位温度的移动变化量Δy基本满足以下关系式(1)Δy≈Δx-Δz-Δfb 关系式(1)其中Δx＝αx，Δy＝βy，Δz＝γz，Δfb该透镜每单位温度后焦距变化量，α所述外壳线性膨胀系数(单位/K)，β该第一圆柱形元件线性膨胀系数(单位/K)，γ所述半导体激光器的轴干(stem)的线性膨胀系数(单位/K)，x从安装该半导体激光器的参考面到该第一圆柱形元件与该第二圆柱形元件相互装配的位置的距离，以及z从安装该半导体激光器的参考面到该半导体激光器发射点的距离。
3.根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中所述第二圆柱形元件和所述外壳为铝制。
4.根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中所述第二圆柱形元件和所述外壳为锌制。
5.根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中所述第二圆柱形元件为锌制，且所述外壳为镁制。
6.根据权利要求1所述的透镜支撑机构，其中所述第二圆柱形元件为锌制，且所述外壳为聚苯硫醚制成。
7.一种透镜支撑机构包括一个半导体激光器，用于发射激光束；一个固定和放置该半导体激光器的支撑基架；一个和该半导体激光器发射的激光束同轴放置的透镜；以及一个支架元件，用于将透镜固定和放置在其内表面；其中该支架元件由具有较小线性膨胀系数的材料制成，以防止由于温度变化导致该半导体激光器与该透镜之间的距离产生显著变化。
8.根据权利要求7所述的透镜支撑机构，其中所述支架元件为陶瓷材料制成。
9.根据权利要求7所述的透镜支撑机构，其中所述透镜每单位温度后焦距变化量Δfb基本上满足以下关系式(2)Δfb-Δz+ΔL＝0 关系式(2)其中Δz＝γz，ΔL从安装所述半导体激光器的参考面到该透镜固定位置的距离的每单位温度移动量，γ该半导体激光器的轴干的线性膨胀系数(单位/K)，以及z从安装该半导体激光器的参考面到该半导体激光器发射点的距离。
10.一种透镜支撑机构包括一个用于发射激光束的半导体激光器；一个固定和放置该半导体激光器的支撑基架；一个和该半导体激光器发射的激光束同轴放置的透镜；一个圆柱形支架元件，其形成为使得将该透镜固定和放置在其内表面；以及一个固定在该支撑基架上的平板，以使与该支架元件装配；其中该平板具有与该支撑基架基本相同的线性膨胀系数。
11.根据权利要求10所述的透镜支撑机构，其中所述支架元件为陶瓷材料制成。
12.根据权利要求10所述的透镜支撑机构，其中所述透镜每单位温度后焦距变化量Δfb基本满足以下关系式(3)Δfb-Δz+ΔL+Δt≈0 关系式(3)其中Δz＝γz，Δt＝αt，ΔL从安装所述半导体激光器的参考面到该透镜固定位置的距离的每单位温度移动量，α所述支撑基架与所述平板的线性膨胀系数(单位/K)，γ该半导体激光器的轴干的线性膨胀系数(单位/K)，z从安装该半导体激光器的参考面到该半导体激光器发射点的距离，以及t该支架元件与该平板的装配厚度。
13.一种光头器件包括一个根据权利要求1、7和10中的任意一条所描述的透镜支撑机构；以及一个用于将激光束汇聚到信息记录介质上的物镜，该激光束透过该透镜支撑机构提供的透镜。
14.一种光信息处理器包括根据权利要求13所述的光头器件；一个发动机，用于旋转所述信息记录介质；一个伺服机构，根据由该光头器件获取的聚焦误差信号和寻道误差信号，用于控制为该光头器件提供的物镜的位置；以及一个用于控制该伺服机构的电路。
全文摘要
一套透镜支撑机构包括一个发射激光束的半导体激光器10，一个固定和放置半导体激光器10的光头外壳3，一个和半导体激光器10发射的激光束同轴放置的准直透镜21，一个圆柱体形状的树脂圆柱体22，用于将准直透镜21固定和放置在其内表面，以及一个圆柱形元件23，在准直透镜21与半导体激光器10相对的一侧与树脂圆柱体22装配，用以固定在光头外壳3上。圆柱形元件23具有与光头外壳3几乎相同的线性膨胀系数。
文档编号G11B7/135GK1659639SQ03812610
公开日2005年8月24日 申请日期2003年5月22日 优先权日2002年5月31日
发明者森荣信, 安西穰尔, 林秀树, 金马庆明 申请人:松下电器产业株式会社