专利名称：光学扫描设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学扫描设备，尤其涉及一种包括用于在光学记录载体上扫描光头的旋转臂的光学扫描设备。
已知的旋转臂系统用于对读/写头进行机电调整。旋转臂扫描机构广泛地用于磁盘记录/再现装置(通常称作硬盘驱动器)中，以用于扫描磁盘。也曾考虑将旋转臂用于光盘记录/再现装置，以用于扫描光盘或者磁光盘。旋转臂与2台滑架机构相比，提供了一种更简单的机构，其中的部件数量减少，2台滑架机构是光盘系统中最常用的扫描机构。
在已知的光学扫描设备中，其中使用了旋转臂扫描机构，光学组件位于移动的旋转臂上，该光学组件包括激光器和检测器系统。在这种系统中，激光器和检测器系统的所有控制和信息信号都必须通过连接薄片向或从旋转臂系统进行来回移动。在小型因数光学(SFFO)设备的情况下，由于高速和所需的抗扰度，甚至是用于驱动激光器和处理检测器信号的电子设备也需要位于移动臂上。这会造成激光器及其相关电子设备(驱动器)热消散引起的热量问题、由于较大重量的光学和电子组件造成的动力问题，以及由于存在于激光器和检测电路的大量电连接造成的互连问题。
WO-A-9809285描述了一种光学扫描设备，其中激光传送到使用光纤的光头。这种方法的问题在于耦合透镜相对于光纤的对准精度。另一个问题是在信号耦入和耦出光纤时的耦合损失量。
另一种已知类型的包含旋转臂的扫描设备包括潜望镜。在这种系统中，精确位于旋转臂的旋转轴周围的一组两个反射镜将光束引导到该臂以及光束从该臂引导出。一个反射镜固定于基板；另一反射镜固定于旋转臂。
US-A-5541908描述了一种光学扫描系统，包括径向臂和独立安装的光学单元，该光学单元包括辐射光源和检测系统。径向臂包括跟踪反射镜，其受到一光点推拉跟踪误差信号的驱动。如本领域中已知的，一光点跟踪误差信号在检测器与光点未对准的情况下的质量较差。然而，如果使用优选的三光点跟踪，臂的旋转会造成旁瓣光点穿过光盘上的轨道移动，这就使得不能正确地生成跟踪误差信号。
根据本发明提供了一种用于使用辐射光束扫描光学记录载体的光学扫描设备，该设备包括光头，其限定了光轴，用于在扫描记录载体时将辐射光束会聚为光点；和旋转臂，用于在记录载体上移动光头，其特征在于该设备进一步包括用于生成卫星光束(satellitebeam)的光学装置，该卫星光束用于实施多光点跟踪，并且将该光学装置与旋转臂的旋转相应地相对于光头的所述光轴移动该卫星光束。
通过这样移动卫星光束，该卫星光束光点可以设置为正确地遵循光盘上的轨道，而不管旋转臂的旋转位置。
根据以下对仅作为示例的本发明优选实施例的说明以及参照相应附图，将更加清楚本发明的其它特征和优点，在附图中
图1示出了根据本发明实施例设置的光学扫描设备的组件的平面图；图2示意性示出了图1所示的设备参数；图3示意性示出了当旋转臂在不同位置之间旋转时卫星光点依照本发明实施例的定位；图4是根据本发明实施例设置的检测器阵列的平面图；和图5是根据本发明另一实施例设置的检测器阵列的平面图。
现在参照图1，根据本发明的一个实施例的光学扫描设备包括旋转臂2和独立的、固定安装的光学单元4。该光学单元4包括以预定频率工作的辐射光源6，例如400到420nm范围的频率，其沿着第一光路LP1将辐射光束投射到分束器10。可旋转安装的三光点衍射光栅8沿着第一光路LP1安装在辐射光源6与分束器10之间。注意，下文中当提到“辐射光束”时，这通常包括主辐射光束和每个卫星光束，它们沿着光学扫描设备内的相似路径以及通过共同的光学组件传播。衍射光栅8是线性衍射光栅，用于将光束分成主、零级光束及其两侧的第一和第二一级卫星光束。安装的衍射光栅8用于围绕与第一光路LP1的中心一致的旋转轴旋转。设置分束器10用于将辐射光束沿着第二光路LP2反射到准直透镜12，该透镜基本上准直光束以形成包括基本上平行的辐射线的光束。
旋转反射镜14安装在与光学单元4上的准直透镜12相邻的旋转臂2上，以接收辐射光束并且将其沿着第三光路LP3引导到位于旋转臂2的远端的光头16。在本实施例中，旋转反射镜14与旋转轴具有相同旋转轴CR，然而在其它实施例中，旋转轴的位置可以相互不同。根据旋转臂2的旋转来控制旋转反射镜14的旋转角度；通常，旋转反射镜14的旋转量为旋转臂2的旋转量的一半。光头16包括折叠式反射镜，其与第三光路LP3成45°设置，以便将辐射光束引导到物镜上。物镜和折叠式反射镜安装在透镜支架中。该透镜支架悬挂在两个平行弯曲部分上，从而使透镜支架可以在轴向(聚焦方向)上移动。驱动线圈位于透镜支架的前部。该线圈生成轴向力，以便使透镜适当聚焦。物镜具有光轴OA，沿着该光轴由折叠反射镜传输主辐射光束，以在沿着光轴OA的位置处形成聚焦在安装在光学扫描设备中的光盘OD的信息层上的光点。同时，卫星光束通过物镜在信息层上的光轴OA的每侧形成聚焦光点。三个聚焦光点沿着具有围绕光轴OA的旋转位置的对准线设置，该对准线是由衍射光栅8的旋转状态决定的。光头16中的物镜安装在轴向致动器内，其受到聚焦控制信号的驱动以将每个主和卫星光束光点保持在光盘OD上的正确焦点中。
光盘OD可以是多种不同类型中的一种，包括只读类型、可记录(一次性写入)类型和可改写类型。光盘OD安装在光学扫描设备中的主轴上，从而在扫描光盘OD过程中围绕回转轴SA旋转。光盘包括坑列和/或脊/槽结构中的至少一个脊和槽形式的数据轨道，该数据轨道以与回转轴SA同心的螺旋或圆形配置设置在光盘上。光盘OD可以包括一个或多个信息层；在多层盘的情况下，该信息层位于光盘OD内的不同深度处，扫描设备包括用于补偿在扫描不同信息层时生成的不同量球差的球差补偿系统。
在扫描了光盘OD的信息层之后，辐射光束通过光头16、沿着第三和第二光路LP3、LP2反向反射，并且在光学单元4中透射通过分束器10以沿着第四光路LP4传递到检测器阵列22。该检测器阵列22包括检测器元件，其将在以下更详细地描述，该检测器阵列生成主信息信号、聚焦误差信号和跟踪误差信号。聚焦误差信号用作聚焦控制信号以驱动光头16中的聚焦致动器，同时设置跟踪误差信号以控制旋转反射镜14或者旋转臂2的移动，这将在以下更详细地描述。光点尺寸聚焦类型的光学元件20与以下所要更详细描述的新颖检测器阵列22相关，该光学元件沿着第四光路LP4设置，从而向检测器阵列提供主辐射光束，由此进行光点尺寸聚焦误差检测。
旋转反射镜14和可旋转光栅8可以安装在旋转轴承上，该轴承在一部分上包括两个球元件，它们在安装在另一部分上的两个轴瓦上移动。利用在一部分上具有磁体以及线圈固定于相对部分的洛伦兹类型致动器可以驱动旋转反射镜14和可旋转光栅8。
旋转臂2具有轴承系统，其包括两个球元件。一个球元件位于一部分上；另一个球位于另一部分上。可以使该球元件在稍大尺寸的轴瓦中旋转。旋转臂2的致动系统包括位于磁场中的在该臂一端的线圈，使得线圈的一侧处于垂直向上的磁场中，线圈的另一侧处于垂直向下的磁场中。通过线圈的电流会生成洛伦兹力，其在需要的方向上旋转该臂。
利用双级跟踪控制方法，其中通过来自旋转臂上的检测器的独立传感器信号或者根据从光学媒质反射的信号来控制旋转臂2或旋转反射镜14中的一个，通过检测器阵列22中生成的检测跟踪误差信号来控制旋转臂2或旋转反射镜14中的另一个。
利用位于旋转臂上辐射光束两侧的两个正向检测光电二极管可以提供独立的传感器信号。只要光束没有正确定位，两个光电二极管中的一个会比另一个收集更多的光，从而提供明显的控制信号。可选择的是，通过采样媒质上的空白部分可以生成独立的传感器信号。光束在物镜光瞳中的移动会产生反射光束中心的移动。可以通过检测器阵列22上的差分检测来检测这种移动。
存在两种可能的致动器控制配置可以使旋转反射镜14与旋转臂适当协作。在一个实施例中，将反射镜驱动为从动装置，将旋转臂驱动为主动装置。通过如由上述方法之一生成的独立传感器信号来驱动旋转反射镜14。由检测器阵列22中生成的跟踪误差信号来驱动旋转臂2。臂致动器的带宽可以达到2-3kHz。反射镜致动器的带宽优选约为十分之一，即200-300Hz。
在第二致动器控制配置中，将旋转臂驱动为从动装置，将反射镜驱动为主动装置。由检测器阵列22中生成的跟踪误差信号来驱动旋转反射镜14。通过如由上述方法之一生成的独立传感器信号来驱动旋转臂2。这种回路的优点在于其可以利用高带宽，这对于小跟踪反射镜是可能的。整个系统的带宽未受到较大臂结构的限制。反射镜致动器的带宽可以是大约5-6kHz，臂致动器带宽约为300-400Hz。
图2示意性示出了旋转臂2上的光头相对于光盘OD的配置的参数，以及光盘OD上轨道的方向。在光盘上选择任意的x-y坐标系，其中轨道的中心SA的坐标为(0，0)。旋转臂2在旋转轴CR与光头16的光轴OA之间的长度为L。旋转轴CR位于坐标(x0，y0)。旋转臂相对于x轴的角度由α表示。在某个角度α时，激光聚焦在光盘上的点OA。OA由半径r和方位角φ(相对于正x轴)描述。在点OA处的轨道相对于正x轴的角度因此由φ+π/2给出。对于给定的臂长度L，φ和r可以表示为旋转臂(角度)位置α的函数。即，φ(α)和r(α)可以写为r(α)=(x0+L·cos(α))2+(y0+L·sin(α))2---(1)]]>φ(α)=arctan(y0+L·sin(α)x0+L·cos(α))---(2)]]>δ(α)＝φ(α)-α+π/2 (3)随着臂旋转，在光盘上移动光头16，角度φ和α改变，并且因此角度δ变化，其为旋转臂相对于轨道方向的方向。旋转臂的方向等于光头16上通过光轴OA并且与旋转臂平行对准的任意线的方向。通过将光栅8旋转等于角度(δ)的量，光盘上光点相对于光头16上任意线的位置相应改变，并且保持光盘上光点相对于轨道方向的对准。
图3示出了在通过衍射光栅8的相应旋转而使旋转臂2旋转的过程中控制光盘OD上的光束光点对准的方法。图3示出了当旋转臂2在第一位置LP3与第二位置LP3’之间旋转时，光点在光盘OD的第一和第二扫描区域A、B中的定位，在图3中分别用放大的平面图示出，第一位置和第二位置由围绕旋转中心CR的旋转角α分开。在用于在第一扫描区域A中扫描的第一位置，主光点30遵循以光盘OD的一个数据轨道部分40为中心的路径。同时，卫星光束32、34分别遵循两个分别相邻的轨道部分40之间中间的路径。因此，卫星光束光点32、34所遵循的路径与主光束光点30所遵循的路径横向隔开±(N+1/2)tp，其中N是整数(0、1、2……)并且tp是轨道间距。控制光栅8的旋转位置，使得三个光点30、32、34沿着对准线36排列，该对准线垂直于扫描区域A中的轨道区域40的方向。
在用于在第二扫描区域B中扫描的旋转臂2的第二旋转位置中，轨道部分40’相对于第一扫描区域A中的轨道部分40以一定角度设置。第一数据轨道部分40与第二数据轨道部分40’之间的相对角度间隔是光盘OD的回转轴SA与旋转臂2的旋转中心CR的相对定位，以及旋转中心CR与光头16的光轴OA之间的旋转臂2的长度的函数。
在第二旋转位置，衍射光栅8相对于其在旋转臂第一位置时的位置旋转了角度δ(α)，其产生了卫星光点32’、34’相对于光头16的光轴OA的相应和相等的旋转δ(α)。根据旋转臂的旋转来控制卫星光点32’、34’的旋转量，从而确保全部三个光点30’、32’、34’实现对准所沿的线36’保持垂直于数据轨道部分40’。根据以上等式(2)和(3)中给出的关系，旋转量首先考虑旋转臂2的旋转角度α，其后考虑数据轨道部分在第一扫描位置与第二扫描位置之间的角度分离。因此，δ(α)根据α变化了一定量，该量考虑了光盘上在第一扫描位置时轨道部分40与第二扫描位置时轨道部分40’之间的角度分离量。
图4示出了适于根据检测器上的两个主光束光点50、51和一组卫星光束光点52、54检测主信息信号、光点尺寸聚焦误差信号和三光点推拉跟踪误差信号的检测器阵列配置。一组三个光束光点50、52、54沿着线56对准，该线与对准线36、36’相对于光头16的旋转一致地围绕主光束光点50旋转，扫描光束光点沿着该对准线设置。另一组三个光束光点51、53、55沿着类似的线57对准。
如本领域公知的常规主光点检测器60、61用于根据主光束光点50、51检测信息和控制信号，包括本领域公知的主数据信号、光点尺寸聚焦误差信号和三光点推拉跟踪误差信号的成分，该检测器分别包括例如用于例如光点尺寸检测的三段检测器配置。两个新颖的卫星光束光点检测器62、64设置在一个主光束光点检测器60的每侧。卫星光束光点检测器分别包括由分隔线70；76分开的两个检测器段66、68；72、74，分隔线设置为截开每个卫星光束光点52；54，而不管对准线56的角度位置如何。因此，每个分隔线70；76的弯曲方式使得当卫星光束光点52、54在旋转臂2旋转过程中由于衍射光栅8的旋转而在主光束光点50处旋转时，卫星光束光点的中心与沿着分隔线70、76的点重合。以已知的方式将来自三个检测器60、62、64中每一个的推拉跟踪误差信号组合，从而形成了组合的三光点推拉跟踪误差信号，其很好地补偿了检测器阵列与光束光点之间的未对准。
图5示出了适于检测主信息信号、光点尺寸聚焦误差信号和三光点推拉跟踪误差信号的可选检测器阵列配置。该配置与图4所示的相似，相似的特征用相同的附图标记加上100表示；以上对它们的说明在此处同样适用。在本实施例中，分隔线170、176是直线而非曲线，其提高了制造的简易程度。甚至在本实施例中，分隔线170、176大体与旋转臂旋转时卫星检测器光点的移动方向对准。假设旋转臂的旋转角度不太大，则这种检测器元件的配置可以提供可靠的跟踪误差信号，这是因为光点向分隔线每侧的移动在卫星光点旋转时是对称的，并且因此在推拉信号处理方法中得到了补偿。
以上实施例应理解为本发明的说明性实例。可以预见本发明的其它实施例。例如，虽然上述实施例使用了光点尺寸聚焦误差检测方法，但是可选择的是，佛科(Foucault)型聚焦误差检测方法可以与三光点跟踪误差检测方法结合使用。
应当理解，涉及任意一个实施例所述的任何特征可以单独使用或者与所述的其它特征结合使用，并且可以与任何其它实施例的一个或多个特征结合使用，或者可以使用任何其它实施例的组合。此外，还可以在不背离本发明范围的情况下，采用以上没有描述的等价物和修改，本发明的范围在所附的权利要求书中已限定。
权利要求
1.一种利用辐射光束扫描光学记录载体的轨道的光学扫描设备，该设备包括光头，其限定了光轴，用于在扫描记录载体时将辐射光束会聚为光点；和旋转臂，用于在记录载体上移动光头，其特征在于该设备进一步包括用于生成卫星光束的光学装置，该卫星光束用于实施多光点跟踪，并且设置该光学装置与旋转臂的旋转相应地相对于光头的所述光轴移动该卫星光束。
2.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中设置该光学装置以用于与旋转臂的旋转相应地相对于光头的所述光轴旋转卫星光束。
3.根据权利要求1或2所述的光学扫描设备，其中该光学装置包括用于生成卫星光束的装置，且所述装置可旋转以移动所述卫星光束。
4.根据权利要求3所述的光学扫描设备，其中所述装置包括衍射光栅。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的光学扫描设备，其中所述设备包括独立于所述旋转臂安装的辐射光源。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的光学扫描设备，其中所述设备包括检测器阵列，该检测器阵列包括用于检测围绕主检测器光点的旋转位置范围中的卫星检测器光点的卫星检测器元件。
7.根据权利要求6所述的光学扫描设备，其中所述卫星检测器元件包括两个由分隔线隔开的元件，该分隔线大体与旋转臂旋转时卫星检测器光点的移动方向对准。
8.根据权利要求6或7所述的光学扫描设备，其中所述设备包括与所述检测器阵列相关的光点尺寸类型或佛科类型光学元件。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的光学扫描设备，其中设置该光学装置以用于在臂的第一旋转位置中的第一定位与臂的第二旋转位置中的第二定位之间移动卫星光束，从而虑及该臂相对于记录载体的旋转移动。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的光学扫描设备，其中记录载体为光盘的形式，并且设置该光学装置以用于在臂的第一旋转位置中的第一定位与臂的第二旋转位置中的第二定位之间移动卫星光束，从而虑及在旋转臂的第一和第二位置上轨道在光头处相对于彼此的角度间隔。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的光学扫描设备，其中设置该光学装置以用于将卫星光束光点沿着基本上垂直于轨道方向的线定位在记录载体上。
全文摘要
一种光学扫描设备，用于利用辐射光束扫描光学记录载体(OD)的轨道，该设备包括光头(16)，其限定了光轴(OA)，用于在扫描记录载体时将辐射光束会聚为光点；和旋转臂(2)，用于在记录载体上移动光头。该设备进一步包括用于生成卫星光束的可旋转安装的衍射光栅(8)，该卫星光束用于实施多光点跟踪。设置光栅的旋转以便与旋转臂的旋转相应地相对于光头的光轴移动该卫星光束。
文档编号G11B7/135GK1732522SQ200380107913
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月18日 优先权日2002年12月30日
发明者M·A·H·范德亚亚, G·L·M·詹森, G·J·P·尼斯塞, J·J·H·B·施莱彭 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司