專利名稱：樞轉(zhuǎn)光學裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分定義的那種樞轉(zhuǎn)光學裝置。
例如，這種樞轉(zhuǎn)光學裝置可用于使用光學探針以通常平行于基底表面的方向和以垂直于基底表面的方向掃描基底表面。例如，上面提及的這種光學裝置也可用于光盤設備中，以便從光盤中讀取信息和可能地將信息記錄到光盤中，但是還能用于條形碼讀出器、測量裝備等。
日本文獻JP-2001 357 547A公開了上面提到的用于掃描光盤的那種樞轉(zhuǎn)光學裝置。該裝置包括可在其端部之一附近相對搖擺軸線樞轉(zhuǎn)移動的搖臂，設置在相反自由端的光學聚焦單元。光學聚焦單元包括可相對于搖臂結(jié)構(gòu)軸向移動的光學透鏡裝置，以便提供聚焦功能。光學元件位于搖臂中，提供從半導體激光二極管到光學聚焦單元和返回到光學傳感裝置的光學路徑。
根據(jù)引用的日本文獻，激光二極管可設置在搖臂自身靠近搖擺軸線處?？勺鳛檫x擇地，它也可設置在遠離搖臂自身的單獨的固定結(jié)構(gòu)中。此處權(quán)利要求1的前序部分提及后一種解決方案。在引用的日本文獻中，所述單獨的結(jié)構(gòu)位于搖臂樞轉(zhuǎn)端部的上側(cè)，布置激光二極管以致從激光二極管發(fā)射的激光束沿著搖擺軸線定向，設置在搖臂中的反映光學偏轉(zhuǎn)的元件用于在搖臂的自由端沿著光學聚焦單元的方向偏轉(zhuǎn)激光束。
在搖臂自身中設置二極管激光器帶來明顯的缺點增加了搖臂的質(zhì)量，不僅包括二極管激光器固有的質(zhì)量，還包括它的安裝件和不可避免的連接導線。主要問題還是由激光二極管產(chǎn)生的熱。在一些情況下，例如用于光盤驅(qū)動的搖臂裝置，向樞轉(zhuǎn)移動的第二部分提供充足的冷卻是不可能的，這將最終導致毀壞激光二極管。即使能提供充足的冷卻，引起的熱負荷對作為一個整體的搖臂結(jié)構(gòu)和出現(xiàn)在搖臂中的光學元件的相對位置的幾何穩(wěn)定性具有負面影響。
根據(jù)引用的日本文獻，將二極管激光器設置成單獨的固定單元增加了光學搖臂裝置的整體軸向尺寸。仍然需要的光學偏轉(zhuǎn)元件增加了搖臂的質(zhì)量。用于移動光學聚焦單元的光學聚焦元件的裝置也增加了搖臂的可移動質(zhì)量。
以上指出的現(xiàn)有技術(shù)的問題干擾了一直在進行的朝著小型化的趨勢，這種趨勢在工業(yè)中可注意到，特別是在信息技術(shù)和通信技術(shù)領(lǐng)域。
因此本發(fā)明的目的是提供一種前言部分描述的那種新穎有用的光學裝置，其非常適合小型化，通過組合權(quán)利要求1中定義的特征實現(xiàn)需要更少的光學元件。通過這種方式光學單元的整體軸向尺寸減小。不需要上面討論的光學偏轉(zhuǎn)元件。
本發(fā)明用于如權(quán)利要求2所述的樞轉(zhuǎn)光學裝置是有優(yōu)勢的。該實施例具有本發(fā)明多功能性的特點，可用于能展示組合樞轉(zhuǎn)運動、具有更復雜特性的光學裝置。
權(quán)利要求3定義了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。萬向接頭型的軸承裝置非常適合本發(fā)明的光學裝置。中間部分可以設置開口中心部分，其尺寸便于與激光二極管和其安裝件的尺寸匹配，不會與樞轉(zhuǎn)光學裝置的第二樞轉(zhuǎn)移動部分的尺寸沖突。
根據(jù)權(quán)利要求4定義了本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例。因為半導體元件發(fā)射激光光束的物理特性，如果不是大多數(shù)，許多半導體激光展示通常呈橢圓形的遠場。作為例子，可以參考有關(guān)NDHV310AA高功率紫色激光二極管的技術(shù)參數(shù)頁，其可從辦事處位于荷蘭阿姆斯特丹的公司Nichia Europe B.V.得到，展示短軸和長軸之間的尺寸比率近似為1∶3。許多樞轉(zhuǎn)光學裝置可在兩個互相垂直的方向上樞轉(zhuǎn)，在其中一個方向上具有較大的振幅，在另一個方向上具有較小的振幅。半導體二極管激光的遠場圖通常呈橢圓形的性質(zhì)，在許多情況下被認為是不合適的特性，卻能完全與根據(jù)本發(fā)明光學裝置的工作諧調(diào)，這是因為遠場圖相對于裝置的第一和第二樞轉(zhuǎn)軸線的明智定向。
權(quán)利要求5定義了本發(fā)明的另一個實施例，其中用于校準激光束、經(jīng)常出現(xiàn)在本發(fā)明可用于其中的那種光學裝置中的校準透鏡相對于激光源有策略地放置，以致不會浪費空間。如果激光源展示通常呈橢圓形的遠場圖，可以使用根據(jù)權(quán)利要求6的實施例，以便確保校準透鏡總是位于激光束遠場圖的內(nèi)部。
權(quán)利要求7定義了本發(fā)明非常實用的實施例。具有可在兩個互相正交的方向上樞轉(zhuǎn)的剛性播臂結(jié)構(gòu)的搖臂裝置在申請人共同等待批準的專利申請中被描述，該申請?zhí)枮?278881.6，申請日為2002年9月19日，但在本申請的優(yōu)先權(quán)日之前并沒有公開，其內(nèi)容于此可并入?yún)⒖肌?br> 本發(fā)明的目的和特征將會從下面參考附圖對優(yōu)選實施例的非限制性描述中變得更加明晰，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于光盤驅(qū)動裝置的采用搖臂形式的樞轉(zhuǎn)光學裝置的示意性局部透視圖，圖2是局部側(cè)面剖視圖，以放大的比例闡述了圖1中的細節(jié)。
圖3以平面圖顯示了圖1中光盤驅(qū)動裝置的校準透鏡和激光二極管遠場圖的尺寸關(guān)系，校準透鏡在遠場圖中移動，圖4是圖1中裝置的可作為選擇的實施例的部件的局部透視詳細圖，以及圖5是本發(fā)明可作為選擇的實施例類似圖3的視圖。
附圖只是示意性的，僅用于闡述的目的。圖中的細節(jié)以任意比例繪制，不同于整體的比例。同一部件用貫穿圖中的同樣的參考數(shù)字指示。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中基本已知的原則配置的部件和組件將不會詳細討論。
參考圖1，樞轉(zhuǎn)光學裝置以通常設計的光盤驅(qū)動裝置的形式顯示，其公開在申請人共同等待批準的專利申請中，申請?zhí)枮?2078880.8，申請日為2002年9月19日，但在本申請的優(yōu)先權(quán)日之前并沒有公開，于此可并入?yún)⒖?。圖1的光盤驅(qū)動裝置包括支撐用于使光盤5繞主軸線7旋轉(zhuǎn)的主軸電動機3的基板1，和包括位于其下側(cè)的信息表面9的光盤5。主軸電動機3的周緣外表面11具有與它連接的樞轉(zhuǎn)光學裝置13，其與基板1隔開。它包括通常由參考數(shù)字15指示的第一部分和通常由參考數(shù)字17指示的第二部分，所述第二部分具有光學裝置，并能相對于第一部分15繞第一樞轉(zhuǎn)軸線19樞轉(zhuǎn)移動，所述光學裝置定義光學激光束路徑21，其通常方向由點劃線象征性指示，沿著第二部分17的大致縱向方向延伸。設置的通常由參考數(shù)字23指示的軸承裝置包括第一樞轉(zhuǎn)軸線19和點激光源25，所述點激光源與第一部分15固定連接，用于在所述第二部分17的通常方向上提供激光束27(參見圖2)。
激光源25位于沿著第二部分17的大致縱向方向的所述光學激光束路徑21上，軸承裝置23呈現(xiàn)開口中心區(qū)域29，以便允許來自激光源25的激光束27穿過第二樞轉(zhuǎn)移動部分17。
第二部分17也能對于第一部分15繞第二樞轉(zhuǎn)軸線31樞轉(zhuǎn)移動，所述第二樞轉(zhuǎn)軸線在交叉點P處大致正交地與第一樞轉(zhuǎn)軸線19相交，激光源25位于所述相交的第一和第二樞轉(zhuǎn)軸線19、31的交叉點P處。
軸承裝置23是萬向接頭型的，包括由第一部分15可樞轉(zhuǎn)地支撐、并依次可樞轉(zhuǎn)地支撐第二部分17的中間軸承元件33，所述交叉點P位于中間軸承元件33的中心點處。
激光源25就其本身而論是一種已知類型的半導體二極管激光單元，其沿著通常呈橢圓形的輻射光束27通常的橫剖面展示遠場輻射圖35(參見圖3)，所述橢圓具有長型軸35L和正交的短型軸35S。布置半導體激光二極管25，以便長型軸35L通常平行于第二樞轉(zhuǎn)軸線31，短型軸35S通常平行于第一樞轉(zhuǎn)軸線19。
第二部分17的光學裝置包括位于二極管激光器25發(fā)射的激光束27進入第二部分17的進入點處采用校準透鏡37形式的光學校準裝置。在第二部分17的所有工作樞轉(zhuǎn)位置，校準透鏡37整個放置在半導體二極管激光器25的通常呈橢圓形的遠場圖35的內(nèi)部。
到目前為止描述的樞轉(zhuǎn)光學裝置是搖臂裝置，以在其自由端41附近支撐光學聚焦單元39，從光盤5的信息表面9讀出信息，或者將信息記錄到光盤5的信息表面9，所述光盤5布置在主軸電動機11的旋轉(zhuǎn)主軸43上。第二部分17是剛性搖臂，用于繞搖擺軸線即樞轉(zhuǎn)軸線19作樞轉(zhuǎn)掃描運動，以及繞聚焦軸線即第二樞轉(zhuǎn)軸線31作樞轉(zhuǎn)聚焦運動，所述聚焦軸線在P處大致正交地與搖擺軸線相交，以相對于光學信息盤5的信息表面9分別在大致正交的掃描和聚焦方向F、S的方向移動光學拾取單元39。遠場圖35的長型軸35L(圖3)通常平行于聚焦軸線31，遠場圖的短型軸35S通常平行于搖擺軸線19。
圖1所示的搖臂裝置的實施例是這樣一種類型其中第二部分是剛性搖臂結(jié)構(gòu)，其能整體繞搖擺軸線19和聚焦軸線31樞轉(zhuǎn)移動。為了使這些樞轉(zhuǎn)運動可能，設置磁性掃描和聚焦裝置，包括由滲磁材料制成的第一部分15，其擔當定子結(jié)構(gòu)和多個可移動磁性線圈45；47A、B，設置在搖臂結(jié)構(gòu)的自由端41處，分別用于掃描和聚焦。可移動磁性掃描線圈包括圓柱形掃描線圈45，其具有通常呈矩形的橫斷面和中心開口49?？梢苿泳劢咕€圈是兩個大致一致的圓柱形聚焦線圈47A、B，分別具有通常呈矩形的橫斷面。掃描線圈45在其中心軸線通常平行于搖臂結(jié)構(gòu)的掃描運動S的位置使用諸如膠粘裝置的合適裝置與搖臂結(jié)構(gòu)17的自由端41的外側(cè)表面聯(lián)結(jié)。每個聚焦線圈47A、B在其外部面向軸線端部的一部分表面使用諸如膠粘裝置的合適聯(lián)結(jié)裝置與掃描線圈45遠離搖臂結(jié)構(gòu)17的外側(cè)表面聯(lián)結(jié)，兩個聚焦線圈47A、B通常如圖1所示布置。第一部分15支撐固定磁性裝置，其包括面對聚焦線圈47A、B，被空氣間隙從那里隔開的延長的永久磁性裝置51。第一部分15或滲磁定子具有留有間隙地穿過掃描線圈45中心開口49的定子部分53，在相對于搖臂結(jié)構(gòu)或第二部分17的搖臂軸線19的徑向方向被磁性極化的永久磁性裝置53，這種大致徑向定向的永久磁場的布置通過分別出現(xiàn)在掃描線圈49和定子部分53之間以及聚焦線圈47A、B和定子15之間的空氣間隙建立。定子15與主軸電動機3剛性連接。
定子芯15和萬向接頭型軸承裝置23的支撐部分合并為組合單元。該組合單元由諸如軟鐵的合適滲磁材料制成，包括臨時可拆卸部分，即部分53，以便使掃描線圈45能插入中心開口49。該組合單元設置互相連接的支撐梁部分55，其在自由端附近支承軸承裝置23，該組合單元可由與主軸電動機3的電動機定子結(jié)合在一起的一堆定子疊片組成。
如圖1所示的這種普通搖臂裝置更詳細的描述可在前面提到的專利申請02078880.8中找到。
圖1闡述了第二部分15的俯視圖中其自由端57通常呈U形，包括兩個支腿59、61和連接部分63。樞轉(zhuǎn)銷釘65、67分別可樞轉(zhuǎn)地支撐支腿59、61的中間部分33。第二部分15依次分別通過兩個樞轉(zhuǎn)銷釘69、71由中間軸承部分31可樞轉(zhuǎn)地支承(圖2)。二極管激光器以如下方式插入第二部分15的U形端部部分的連接部分63的匹配開口中容納在激光束透明保護帽73內(nèi)部、發(fā)射激光束27的活性二極管表面(未顯示)位于第二部分17的搖擺軸線19和聚焦軸線31的交叉點P處。
圖3顯示作為圓形陰影區(qū)域的校準透鏡37的投影，其投影到以不同的陰影區(qū)域顯示的遠場圖局部，其位于正交地穿過校準透鏡37平面的投影平面上。校準透鏡37在圖1所示的搖臂裝置13繞搖擺軸線19和聚焦軸線31搖擺的所有工作位置保持在遠場圖35的邊界線內(nèi)部。用于光盤驅(qū)動裝置的搖臂裝置的聚焦振幅比搖擺振幅小得多，橢圓形或者通常單向延伸形的遠場圖看來非常適合用于光盤驅(qū)動裝置的樞轉(zhuǎn)光學裝置。
圖4演示具有適合本發(fā)明的萬向接頭型軸承的中間部分不必是如圖1所示的圓形。僅有示意性顯示部分的樞轉(zhuǎn)光學裝置76包括通常呈正方形的中間部分75，通過兩個樞轉(zhuǎn)銷釘79、81可樞轉(zhuǎn)地支撐第二部分77，設置兩個另外的樞轉(zhuǎn)銷釘83、85用于與第一部分(未顯示)協(xié)作?？梢砸庾R到任何合適形狀的中間部件都可用于本發(fā)明的目的。
為了闡述可選擇使用的其它合適的軸承裝置，依賴于本申請的實質(zhì)和樞轉(zhuǎn)光學裝置的結(jié)構(gòu)，圖5示意性地顯示不同類型的光學裝置86的細節(jié)，其包括第一部分87和中空管狀第二部分89。軸承裝置是回轉(zhuǎn)接頭型的球形軸承裝置91，其包括部分球形可移動軸承部分93，其全方向可旋轉(zhuǎn)的限制在與基板97連接的匹配外部固定部分95中。中空管狀第一部分89穿透球形部分93，以致第一部分的開口99暴露在與面對第一部分的主要部分的一側(cè)相反的球形部分的一側(cè)。點輻射源支撐在面對并穿透開口99的固定安裝件101上，以致點輻射源的作用部分位于軸承裝置91兩個正交的樞轉(zhuǎn)軸線103和105的交叉點Q處。
盡管已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的光盤裝置的若干實施例，但是可以意識到熟悉本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的人員并不限于以上已經(jīng)特別描述和顯示的內(nèi)容。在不脫離此處發(fā)明思想的情況下多種修改是可能的，所有的都包括本發(fā)明的主要特征，也就是在樞轉(zhuǎn)光學裝置中，激光源位于沿著第二部分大致縱向方向的光學激光束路徑，軸承裝置出現(xiàn)開口中心區(qū)域，以便允許來自激光源的激光束穿過第二可樞轉(zhuǎn)移動部分。可以使用或構(gòu)思不同設計的軸承裝置，例如，包括取代互相可移動的樞轉(zhuǎn)元件的柔性樞轉(zhuǎn)元件，或者除互相可移動的樞轉(zhuǎn)元件之外的柔性樞轉(zhuǎn)元件。
權(quán)利要求
1.一種樞轉(zhuǎn)光學裝置，包括第一部分；第二部分，其設置有光學裝置，相對于第一部分繞第一樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)移動，所述光學裝置定義沿著第二部分的大致縱向方向的光學激光束路徑，軸承裝置，包括第一樞轉(zhuǎn)軸線，點激光源，其與第一部分固定連接，用于在所述第二部分的大致方向上提供激光束，其中激光源位于沿著第二部分的大致縱向方向的所述光學激光束路徑上，以及軸承裝置呈現(xiàn)開口中心區(qū)域，以便允許來自激光源的激光束穿到第二樞轉(zhuǎn)移動部分。
2.如權(quán)利要求1所述的樞轉(zhuǎn)光學裝置，其特征在于，第二部分也能對于第一部分繞第二樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)移動，所述第二樞轉(zhuǎn)軸線在交叉點處大致正交地與第一樞轉(zhuǎn)軸線相交，激光源位于所述相交的第一和第二樞轉(zhuǎn)軸線的交叉點處。
3.如權(quán)利要求2所述的樞轉(zhuǎn)光學裝置，其特征在于，軸承裝置是萬向接頭型的，包括由第一部分可樞轉(zhuǎn)地支撐、并依次可樞轉(zhuǎn)地支撐第二部分的中間軸承元件，所述交叉點位于中間軸承元件的中心點處。
4.如權(quán)利要求2或3所述的樞轉(zhuǎn)光學裝置，其特征在于，激光源就其本身而論是一種已知類型的半導體二極管激光單元，其沿著通常呈橢圓形的輻射光束通常的橫剖面展示遠場輻射圖，所述橢圓具有長型軸和正交的短型軸，以及其中布置半導體激光二極管，以便長型軸通常平行于第一和第二軸線中的一個，短型軸通常平行于第一和第二軸線中的另一個。
5.如權(quán)利要求2-4中任一項所述的樞轉(zhuǎn)光學裝置，其特征在于，第二部分的所述光學裝置包括位于激光源發(fā)射的輻射光束進入第二部分的進入點處的光學校準裝置。
6.如權(quán)利要求4-5所述的樞轉(zhuǎn)光學裝置，其特征在于，在第二部分的所有工作樞轉(zhuǎn)位置，校準裝置整個放置在半導體二極管激光器通常呈橢圓形的遠場圖的內(nèi)部。
7.如權(quán)利要求4-6所述的樞轉(zhuǎn)光學裝置，其特征在于，樞轉(zhuǎn)光學裝置是搖臂裝置，所述搖臂裝置在其自由端附近支撐光學聚焦單元，從光盤的信息表面讀出信息，或者將信息記錄到光盤的信息表面，所述光盤布置在光盤裝置中，第二部分是剛性搖臂，用于完成繞搖擺軸線的樞轉(zhuǎn)掃描運動，以及完成繞聚焦軸線的樞轉(zhuǎn)聚焦運動，所述聚焦軸線大致正交地與搖擺軸線相交，以相對于光學信息盤的信息表面分別在互相大致正交的掃描和聚焦方向移動光學拾取單元，以及其中遠場圖的長型軸通常平行于聚焦軸線，以及遠場圖的短型軸通常平行于搖擺軸線。
全文摘要
樞轉(zhuǎn)光學裝置包括第一部分(15)和第二部分(17)，所述第二部分設置光學裝置，相對于第一部分相對第一樞轉(zhuǎn)軸線(19)樞轉(zhuǎn)移動，所述光學裝置定義沿著第二部分的大致縱向方向的光學激光束路徑(21)；以及還包括軸承裝置(23)，所述軸承裝置包括第一樞轉(zhuǎn)軸線和點激光源(25)，所述點激光源與第一部分固定連接，用于在所述第二部分的通常方向上提供激光束。根據(jù)本發(fā)明，激光源位于沿著第二部分的大致縱向方向的所述光學激光束路徑上，以及軸承裝置呈現(xiàn)開口中心區(qū)域(29)，以便允許來自激光源的激光束穿過第二樞轉(zhuǎn)移動部分。
文檔編號G11B7/085GK1714393SQ200380103960
公開日2005年12月28日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者G·E·羅斯馬倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司