CN1215205A - 光头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种将槽/纹间表面或一系列坑引起的聚焦误差信号的调制减至最小并实现稳定聚焦伺服操作的光头。在利用象散系统取得聚焦误差信息的光头中,设置物镜5的配置状态,使得物镜5产生的象散方向DOB相对于一象散产生元件(柱面透镜7)所产生的象散方向DSD位于一预定的角度范围内。预定的范围是相对于象散方向±50°的角度范围。

Description

光头及其制造方法

本发明涉及一种通过象散系统产生聚焦误差信息的光头，以及制造该光头的方法。

在光盘再现装置内使用的光头中，不仅能从被反射的光信息中再现记录在光盘上的信息，对于激光束精确记录/再现扫描，还能得到诸如聚焦、跟踪等误差信息。

特别是，可以通过使用四象限光电检测器的象散系统得到误差信息(聚焦误差信号)以实现聚焦伺服，聚焦伺服使激光的聚焦位置相对于光盘的记录表面处于聚焦状态。这种结构是已知的。

图1示出了光头20结构的一个例子。

这个光头20包括激光二极管22，准直透镜23，分束器24，物镜25，会聚透镜26，柱面透镜27，光电检测器28以及双轴机构29。

准直透镜23把从激光二极管22发出的激发束转换成平行光束，然后通过分束器24以90°角度向光盘90反射，再经过物镜25照射到光盘90上。

由双轴机构29支持物镜25，使它能沿着聚焦方向和跟踪方向摆动。将电流通到双轴机构29内的聚焦线圈和跟踪线圈上，实现物镜25沿着聚焦方向和跟踪方向运动的操作。

在光盘90上，形成槽GB作为记录光道。但是纹间表面LD和槽GB都能作为数据记录光道。

从光盘90反射出来的反射光通过物镜25再一次进入分束器24。然后，通过分束器24到达会聚透镜26。会聚透镜26会聚反射光线，然后通过柱面透镜27射入光电检测器28。作为光电检测器28的一四象限检测器具有如图2A至2C所示的受光表面A、B、C和D。

设置柱面透镜27，使它的母线相对于光盘90的光道方向倾斜45°。利用柱面透镜27产生的象散，就能从四象限检测器的输出中检测到聚焦误差信号。

当束光点相对于光盘90的记录面处于聚焦状态时，如图2A所示，在四象限检测器上的光点SP是一个圆形。

如果与聚焦状态位置相比，物镜25离光盘90太近，则四象限检测器上的光点SP将变成一椭圆，如图2B所示，这个椭圆的长半径平行于柱面透镜27母线的方向(即从受光表面B到受光表面D的方向)。相反，如果与聚焦状态位置相比，物镜25离光盘90太远，四象限检测器上的光点SP也将变成一个椭圆，如图2C所示，这个椭圆的长半径垂直于柱面透镜27母线的方向(即从受光表面A到受光表面C的方向)。

分别用SA、SB、SC和SD表示受光表面A、B、C和D受光线量的输出，从而可以得到聚焦误差信号FE:

FE=(SA+SC)-(SB+SD)。

换句话说，如果(SA+SC)-(SB+SD)等于零，那么可测得物镜25正好处于聚焦状态。如果(SA+SC)-(SB+SD)大于零，那么可测得与聚焦位置相比，物镜25远离光盘90。如果(SA+SC)-(SB+SD)小于零，那么可测得与聚焦位置相比，物镜25离光盘90太近。

为了使聚焦误差信号FE趋于零，采用聚焦伺服系统，从而可以准确地控制物镜25的聚焦位置。

与上述光盘90相同，记录媒体的记录表面上也形成一系列由凹-凸坑或纹间表面/槽形成的坑。由它们调制射出的激光。结果，四象限检测器上光点的强度图案发生变化。例如，受光部分A和C上光点的光强度变强。或者相反，受光部分B和D上光点的光强度变强。

因此，产生这样一种现象，即如果聚焦误差信号FE在槽GB内为正，那么在纹间表面LD内为负(或反之亦然)。

图3A示出的一个例子，当激光束光点保持聚焦状态穿过槽GB/纹间表面LD时，就得到聚焦误差信号FE。

在聚焦状态下，不论槽GB/纹间表面LD(或不管凹-凸坑列)如何，最初的聚焦误差信号是恒定的(零)。由于槽GB/纹间表面LD所进行的调制，聚焦误差信号FE变成一具有偏移量GFOF和偏移量LFOF的信号，槽GB引起偏移量GFOF，而纹间表面LD引起偏移量LFOF。

换句话说，聚焦误差信号FE=0的关系不一定表示聚焦状态。除非采取某些对策，否则聚焦伺服系统是不会令人满意地运行的。

例如，在一仅由槽GB或纹间表面LD进行信息记录和再现的系统中，聚焦误差信号FE提供了一偏差，用来抵消由槽GB引起的偏移量GFOF，或由纹间表面LD引起的偏移量LFOF。这样，以聚焦误差信号FE=0会聚到聚焦状态的聚焦伺服系统正常运行。

例如，在图3B所示的一个例子中，通过向聚焦误差信号FE提供一聚焦偏差FB，抵消由槽GB引起的偏移量GFOF，使槽GB的聚焦伺服环路有效地运行。

当横移槽GB/纹间表面LD时，产生了图示的调制信号。由槽GB/纹间表面LD引起的调制度越大，聚焦伺服环路的稳定性就会受到更大的妨碍，结果产生问题。

另外，近年来，为了提高记录容量，已提出了共同使用槽GB和纹间表面LD作为记录和再现光道的系统。

在这种系统中，不可能由某些固定的聚焦偏差实现伺服功能。因此，需要一个非常复杂和困难的控制，根据激光束光点是在槽GB内还是在纹间表面LD内来改变聚焦偏差。

换句话说，需实现下列偏移量改变过程。当相对于纹间表面LD进行聚焦时，向聚焦误差信号FE提供一抵消偏移量LFOF的纹间表面聚焦偏差。当相对于槽GB进行聚焦时，向聚焦误差信号FE提供一抵消偏移量GFOF的槽聚焦偏差。

由于这些问题，要求由槽GB/纹间表面LD产生的聚焦误差信号(或由一坑列产生的聚焦误差信号)的调制度尽可能地小。例如，在使用槽或纹间表面作为记录或再现光道的系统中，当光道横移时，要求将稳定性妨碍减至最小。另外，在同时把纹间表面和槽作为记录和再现光道的系统中，要求由槽GB/纹间表面LD产生的聚焦误差信号的调制度(即偏移量之差)尽可能小，从而能在不必改变聚焦偏差的情况下在一定程度上进行聚焦伺服控制。

由于上述问题，本发明的一个目的是把由槽/纹间表面或一系列坑的聚焦误差信号引起的调制减至最小，并且实现稳定的聚焦伺服操作。

在利用象散系统取得聚焦误差信息的光头中，物镜的排列状态使得物镜产生的象散方向相对于象散产生元件所产生的象散方向处于预定角度范围内。

例如，这个预定的范围是相对于象散产生元件所产生的象散方向±50°的角度范围内。

作为一种光头的制造方法，测定一已制造物镜的象散，确定物镜的排列方向，使得其象散方向将相对于设在光头内的象散产生元件所产生的象散方向的预定角度范围内，然后安装和固定物镜。

作为一种光头的制造方法，准备了通过模塑法制造物镜的金属模具，以便在物镜上形成一指出其象散方向的标志部分。通过使用作为引导件的标志部分，安装和固定由金属模具制造的物镜，这样物镜的象散方向相对于设在光头内的象散产生元件所产生的象散方向的预定角度范围内。

通过纹间表面/槽或一系列坑调制象散系统所产生的聚焦误差信号这种现象，很大程度上取决于光学系统象散的大小和方向。换句话说，如果从光源到记录媒体范围内的上述象散方向垂直于柱面透镜等象散产生元件所产生的象散方向，则槽和/或纹间表面引起的聚焦误差信号的调制度达到它的最大值(即对聚焦伺服的稳定性产生最坏的影响)。相反，如果上述方向相互对齐，则调制度变得最小(即对聚焦伺服的影响是良好的)。

至于光学系统本身的象散，物镜的象散是主要因素。

因此，在本发明中，从纹间表面/槽引起的聚焦误差信号的调制度来看，由柱面透镜等利用象散系统产生聚焦误差信号的象散产生元件所产生的象散方向和代表光学系统象散的物镜象散方向，要配置得能够获得最佳的状态。

另外，作为这种配置的一种方法，要进行物镜象散测定并标出象散方向。

图1是光头的结构示意图；

图2A到图2C是使用象散系统的聚焦伺服的示意图；

图3A和图3B是由纹间表面/槽引起的聚焦偏移的示意图；

图4A和图4B是本发明光学系统实施例结构的示意图；

图5是本实施例光学系统引起的聚焦偏移的示意图；

图6是示出光学系统象散方向与柱面透镜象散方向间关系的示意图；

图7是在本实施例物镜上作标记的示意图；

图8A和图8B是在实施例中装配物镜的示意图；

下面将参考图4A至图8，对本发明的光头实施例进行说明。

图4A示出本实施例光头中光学系统的构造。图4B示意地示出了诸如象散方向之类的位置关系。

如图4A所示，本实施例的光头1包括激光二极管2，准直透镜3，分束器4，物镜5，会聚透镜6，柱面透镜7，光电检测器8以及双轴机构9。

准直透镜3把从激光二极管2发出的激发束转换成平行光束，然后投射到分束器4上。分束器4使入射光向光盘90反射，经过物镜5照射到光盘90的记录表面上。

由双轴机构9支持物镜5，使它能沿着聚焦方向和跟踪方向摆动。把电流通到双轴机构9内的聚焦线圈和跟踪线圈上，实现物镜5沿着聚焦方向和跟踪方向运动的操作。

换句话说，聚焦伺服系统在聚焦误差信号基础上进行的运行产生了伺服驱动信号。利用加到双轴机构9内聚焦线圈上的驱动电流，物镜5可朝着接近光盘90的方向运动，或朝着远离光盘90的方向运动。

另外，跟踪伺服系统在跟踪误差信号基础上进行的运行产生了伺服驱动信号。利用加到双轴机构9内跟踪线圈上的驱动电流，物镜5可朝着物镜5横穿光盘90光道的方向运动。

在光盘90上，形成一槽GB和一纹间表面LD作为记录光道。纹间表面LD和槽GB都可用作记录光道。虽然，对于每一个光盘记录和再现系统而言，根据光盘格式化的规定，只能由槽GB或纹间表面LD中的一个作为记录光道。另一种情况是，纹间表面LD和槽GB都可用作记录光道。

本实施例的光头适用于即使没有纹间表面/槽，仅有一系列模压坑的光盘。

从物镜5射出的激光在光盘90的记录表面上反射。反射光经过物镜5再一次进入分束器4。然后通过分束器4，反射光被传送至会聚透镜6。反射光通过会聚透镜6聚集，然后再通过柱面透镜7入射到光电检测器8上。

如图4B所示，提供一具有受光表面A、B、C和D的四象限检测器作为光电检测器8。

设置柱面透镜7，使它的母线相对于光盘90的光道方向倾斜45°。采用由柱面透镜7产生的象散，可从四象限检测器的输出中检测出聚焦误差信号。

象散系统产生聚焦误差信号的运行与参考图2A至2C所作的说明一致。所以不再说明了。分别用SA、SB、SC和SD表示对应于光电检测器8受光表面A、B、C和D所受光量的输出，因此，可以得到聚焦误差信号FE:

FE=(SA+SC)-(SB+SD)。

这里将对光学系统的排列位置关系进行说明。

在图4A中，把侧向作为它的x轴，而把与纸张成直角并穿过图纸后侧的方向作为y轴。另一方面，图4B表示基于所述x轴和y轴所确定的位置关系。

y轴方向是光盘90的光道(槽GB或纹间表面LD)行进的方向。从图4B中可清楚地理解，设置的柱面透镜7，其母线相对于光盘90的光道方向(y轴方向)倾斜45°。换句话说，柱面透镜7的柱面中心线成为在x-y纹间表面内与方向(1,-1)平行的直线。因此柱面透镜7仅在方向(1,1)上具有焦度，而在方向(1,-1)上没有焦度。

在这里用双聚焦纹间表面代替单聚焦纹间表面。通过在双聚焦纹间表面中间位置附近设置一四象限检测器，可以得到象散系统的聚焦误差信号。

与柱面透镜7的象散方向DSD成为方向(1,1)这个事实相反，在本实施例中设置了由光学系统产生的象散方向(也即光学系统从激光二极管2到光盘记录表面间的范围)。从而因纹间表面/槽的聚焦误差信号产生的调制影响将被降至最小。

利用纹间表面LD/槽GB调制由象散系统产生的聚焦误差信号这个现象，很大程度上取决于光学系统象散的大小和方向。当从光源到记录媒体的象散方向垂直于象散产生元件(如柱面透镜等)所产生的象散方向时，由槽和/或纹间表面引起的聚焦误差信号调制度将变得最大。相反，这两个方向对齐时，调制度变得最小。

光学系统的每一个光学元件多少有点象散。把象散作为一个整体，物镜5的象散是主要的因素。因此几乎在所有情况下，都可以有把握地说，光学系统的象散就是物镜的象散。

基于这种考虑，如图4B所示，物镜5的象散方向沿着x-y平面内虚线箭头所指的DOB’方向时(即物镜5的象散方向垂直于柱面透镜7的象散方向DSD)，调制度变得最大。另一方面，如果物镜5的象散方向与x-y平面内实线箭头所指的DOB方向(即柱面透镜7的象散方向DSD)一致时，调制度变得最小。

换句话说，通过测定相对于物镜5的象散方向，并像对柱面透镜7一样布置物镜5使它的象散方向与x-y平面内的方向(1,1)相同，就可使纹间表面/槽对聚焦误差信号的影响变得最小，并且实现稳定的聚焦伺服操作。

如果使物镜5的象散方向沿着x-y平面内的方向DOB，当激光束光点穿过槽GB/纹间表面LD并保持图5所示的聚焦状态时，可以获得聚焦误差信号FE。

为了比较的目的，用虚线表示上述图3A中所说明的聚焦误差信号。

通过光盘90的纹间表面LD/槽GB，调制射入的激光。结果，四象限检测器上光点的强度图案发生变化。因此，产生这样一种现象，即如上所述在槽GB内聚焦误差信号FE为正，而在纹间表面LD内为负(反之亦然)。在本实施例中，通过根据物镜5的象散方向布置物镜5，可以将槽GB聚焦误差信号FE所引起的偏移量GFOF以及纹间表面LD的聚焦误差信号FE引起的偏移量LFOF减至较低水平。

在这样一种系统中，仅由槽GB或纹间表面LD实现信息的记录和再现，因此可以保持聚焦伺服环路的稳定性，例如，即使在搜索时发生横移一个光道这种操作时也能保持其稳定性。

在使用槽GB和纹间表面LD作为记录和再现光道的系统中，发生这样一种情况，可以在一定程度上稳定地实现聚焦伺服，而不需要特别改变聚焦偏差。这样就不再需要那些在搜索时快速改变聚焦偏差的处理了。

为获得聚焦伺服的稳定性，物镜5象散方向和柱面透镜7的象散方向应置成何种角度关系?现在将考虑这个问题。

图6根据柱面透镜的象散方向和物镜象散方向间的关系，示出聚焦偏移量的水平(调制度)。

在横坐标轴上，0°是光盘90的光道线方向，45°是柱面透镜7的象散方向。当物镜5的象散方向范围在-45°到180°之间时，调制度由曲线①和②表示。

虽然仅说明了-45°(=315°)到180°这个范围，但是180°到360°这部分与0°到180°这部分相同。

曲线①和②的图案表示物镜5象散的不同值。曲线①示出象散较小的情况，而曲线②示出象散较大的情况。

如果象散较小，当物镜5的象散方向是45°时，即图4B中物镜5的象散方向与DOB所示柱面透镜的象散方向一致时，如曲线①所示，调制度变得最小。相反，当物镜5的象散方向是135°时，即图4B中物镜5的像散方向与DOB’所示柱面透镜的象散方向垂直时，调制度最大。

如果在一定程度上象散是较大的，如曲线②所示，在45°偏离±22.5°的角度上调制度最小。但是与曲线①相同，在135°时调制度最大。

基于这个特征，在45°点周围±50°的范围内可以认为这个范围内的偏移值不会对聚焦伺服操作产生不利的影响。因此，可以理解，应以45°点作为参考点粗略地布置物镜5的方向。

如图7所示，例如，物镜5具有一指出其象散方向的标志10。

然后设置物镜5，使它由标志10所控制的象散方向与根据设计已知的柱面透镜7的象散方向一致。换句话说，当如图8A所示把物镜5固定到双轴机构9上时，它的固定方向由作为引导件的标志10决定，并且通过粘着等方法将物镜5固定在这个方向上。

这样，物镜5的象散方向在图7所示DOB方向周围的±50°范围内，而不必对物镜固定方向作严格的控制。结果，可以将由纹间表面/槽引起的聚焦偏移量降低到不影响聚焦伺服的水平。

至于提供具有标志10的物镜5，以及使用作为引导件的标志10安装和固定物镜5的方法，可以多种多样，下列[A]到[E]项方法都是可行的。

[A]测定制造好的物镜5的象散。通过涂墨水等方法，在物镜5的边缘或类似部分给出标志10，表示由测定得到的象散方向。通过使用作为引导件的标志10，将物镜5安装和固定到双轴机构9上。

[B]如果物镜5是模制的，可以通过它的金属模具测得其象散方向。

例如，如果是塑料模具时，透镜的象散方向根据浇口(熔化塑料的注入口)确定。因此，事先设计金属模具，根据浇口位置在某一位置上形成作为标志的一突起(或一凹口)。

如果由金属模具制造物镜，表示透镜象散方向的标志10以突起或凹口的形式形成。从而，通过使用作为引导件的突起或凹口固定物镜。

图8B示出一模制的物镜5，在其边缘上形成有作为标志10的突起。

[C]如果物镜是由塑料模塑法模制而成的，象散的方向由浇口位置决定。因此留在模制物镜上的浇口痕迹被用作标志10。换句话说，通过使用浇口痕迹来决定方向并安装物镜5。

[D]如果物镜5是由玻璃模塑法模制而成的，可以通过测定金属模具本身，得知由其金属模具制造的物镜象散方向。根据对金属模具测定得到的象散方向，从而可预先加工金属模具，以便形成一突起(或一凹口)作为物镜某一位置内的标志。

在由金属模制成的物镜上，指示物镜象散方向的标志10被制成突起或凹口。通过使用作为引导件的突起或凹口安装物镜。

[E]如果物镜5是由玻璃模塑法制成的，通过测定过去使用金属模制成的物镜，也可得知由金属模具制成的物镜象散方向。根据测定得到的象散方向，从而可以预先加工金属模具，形成一突起(或凹口)，以用作物镜某一位置上的标志。通过使用形成于由金属模制成的物镜上并作为引导件的标志10(突起或凹口)，安装物镜。

上述的各种方法都是可行的。当然，除此以外的其它成形和安装方法也是可行的。

另外，如果能连续实现物镜的测定和安装，那么就不一定要形成标志10。

如上所述，在本发明的光头中，可以通过象散系统得到聚焦误差信息，其物镜的布置状态这样来设定，使得由物镜产生的象散方向相对于由象散产生元件产生的象散方向在一预定方向范围内。具体地说，预定的角度范围相对于由象散产生元件产生的象散方向等于±50°的范围内。结果，由记录媒体上的纹间表面/槽或一系列形成光道的槽对聚焦误差信号产生的影响被减至最小。因此产生这样一种结果，可以实现稳定的聚焦伺服操作，并且如果是纹间表面/槽记录系统，就不必实行偏差的改变。

另外，作为制造光头的方法，测定已制造的物镜的象散，确定物镜的布置方向使得其象散方向相对于设在光头内的象散产生元件所产生的象散方向在预定方向范围内，并且安装固定物镜。结果，可以制造出实现上述效果的光头。

另外，准备了通过模塑法制造物镜的金属模具，以便在物镜上形成一指出物镜象散方向的标志部分。通过使用作为引导件的标志部分安装和固定物镜。这样可以很容易地制造本发明的光头。

已根据附图说明了本发明的较佳实施例，可以理解，本发明并不局限于这些实施，并且本领域的技术人员在不脱离本发明权利要求书所限定的精神和范围情况下进行各种变化和修改。

Claims (5)

1．一种光头，它包括：

一光源装置；

一物镜，它把从所述光源装置中输出的激光射入并聚焦于一光记录媒体的记录表面上；以及

一四象限受光装置，用来接收从光记录媒体发出并至少经过一象散产生元件的反射光，以便从反射光中获得聚焦误差信号，

其特征在于，所述物镜的布置使得所述物镜产生的象散方向相对于所述象散产生元件所产生的象散方向位于预定的角度范围内。

2．一种如权利要求1所述的光头，其特征在于，所述预定的角度范围是相对于所述象散产生元件所产生的象散方向的±50°范围内。

3．一种制造光头的方法，这种光头用来照射从一光源装置中射出的激光，然后再通过一必要的光学系统将它由物镜射到一光记录媒体上，由一四限受光装置通过一必要的至少具有一象散产生元件的光学系统接收反射光，再利用一象散系统获得聚焦误差信息，它包括如下步骤：

测定已制造的物镜的象散；

决定所述物镜的布置方向，使得所述物镜的象散方向相对于设在所述光头内的所述象散产生元件所产生的象散方向位于一预定的角度范围内；和

安装和固定所述物镜。

4．一种制造光头的方法，这种光头用来照射从一光源装置中射出的激光，然后再通过一必要的光学系统将它由物镜射到一光记录媒体上，由一四象限受光装置通过一必要的至少具有一象散产生元件的光学系统接收反射光，再利用一象散系统获得聚焦误差信息，它包括如下步骤：

通过使用以模塑法制造物镜的金属模具，在所述物镜上制成一指示物镜象散方向的标志部分；以及

通过使用作为引导件的所述标志部分，安装和固定由所述金属模具制成的物镜，使得物镜的象散方向位于以设在所述光头内的所述象散产生元件所产生的象散方向为参照的一预定角度范围内。

5．一种如权利要求4所述的方法，还包括如下步骤：

确定由所述模具所制成的或过去由所述金属模具所制成的物镜的象散方向；以及

在根据上述确定结果形成的所述标志部分处设定一位置。

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