光碟裝置與光度頭的製作方法

2023-05-29 09:02:51 1

專利名稱：光碟裝置與光度頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光碟裝置，其中使用了由有限共軛光學系統構成的光度頭(Optical head)。更具體地說，本發明涉及一種可重寫的光碟裝置。
迄今為止，已知的裝有使用有限共軛光學系統的光度頭的光碟系統或裝置，可以說都是設計為只能用於從一片緊緻光碟(簡稱CD)之類上再生或讀取數據的光碟系統。
對於以有限共軛光學系統為基礎並且指定用於再生CD的光度頭，已經提出過付諸實際應用的具有簡化結構的光學系統，例如在Sigeo Kubota的「重量輕的小型簡化結構光碟的傳感器的實現，光學」，卷16第8號(1987)中描述的。一束由半導體雷射器構成的光源(例如以雷射二極體為代表的)發射的光線，通過一面半反射鏡的介質被引導到一個物鏡，藉此將光束在一片光碟上聚焦成一個光點。從光碟上反射的光被一個物鏡接收並經由上述的半反射鏡被導向一個光測器。沿著雷射二極體(laser diode)與物鏡之間的光徑上行進的光束不是準直的。所以，這種類型的光學系統稱作有限共軛光學系統。
在光碟系統或裝置中，在光碟的轉動過程中不可避免地存在著盤偏移或盤振動以及偏心。在這種情況下，需要有一個聚焦控制機構來使光的會聚點或聚焦光點永遠位於光碟的一個記錄表面上，還需一個光道跟蹤控制機構來控制光點使之跟蹤一條相同的光道。這種聚焦與跟蹤控制可以用一個二維致動器對應地在兩個軸向上移動物鏡來實現。用於這種控制的信號必須從光碟反射的光中取得。
與上述聚焦與跟蹤控制聯繫在一起的是，由於透鏡是在散射光通量的環境中運動的，有限共軛光學系統存在著一個問題，即在聚焦與跟蹤時伴隨著象差存在，使它不可能或者至少難於令人滿意地將光線聚光或聚焦，引起聚焦光線所生成的光點的變形。此外，有限共軛光學系統還有一難題，即存在著光能利用效率(此後稱作光利用率)的波動，從而在光碟的記錄表面上的光能級產生不良的變化。由於這些原因，通常認為有限共軛光學系統不能在一次性寫入與可重寫型光碟裝置中得到應用，在這些光碟裝置中，光碟的記錄表面上需要高的光能。
因而，本發明的一個目的是提供一種有效與有利地使用有限共軛光學系統的可重寫型光碟裝置。
本發明的另一個目的是提供一種便於使用在上述光碟裝置中的新穎光碟結構。
通過下面的描述，本發明的上述以及其它目的將會更加清楚，本發明的一個方面提供了一種光碟裝置，它包括一個光度頭，用於將來自一個光源的分散光聚焦在一片光碟上，以使至少執行數據寫入操作(記錄操作);一個用於旋轉該光碟的驅動單元;一個用於抑制伴隨光碟的旋轉而出現的碟片偏移或擺動的設備;一個用於接納攜帶數據的光碟並將它定位在與光度頭有予定關係的位置上的外殼單元;以及一個用於控制光度頭與驅動單元的操作的驅動電路。
使用在本發明光碟裝置中的光度頭最好應由下述部件構成一個作為光源的以雷射二極體為代表的半導體雷射器;一個物鏡，用於將從光源發射的分散光聚焦在光碟上;一個光分離器，用於將從光碟反射的光導向一個光測器，該光測器用於檢測從光碟反射的光。
結合在光度頭中作為光源使用的半導體雷射器或雷射二極體可以根據實際應用對其波長、功率、發散角及其它因素進行適當選擇。
對本發明的光度頭中使用的物鏡也可根據應用要求對其數值孔徑、放大率、焦距及其它因素進行適當選擇。
上述光分離器可通過使用一個偏振光束分離器與一塊四分一波片(λ/4片)方便地實現。另外，也可用一塊半反射鏡來達此目的。
當使用半反射鏡作為光分離器時，其反射率R與透射率T最好應滿足下述條件(1)在光源發射的光經過半透明反射鏡反射後被導向光碟的情況中，條件為R≥T。
(2)在光源發射的光通過半透明反射鏡傳布後到達光碟的情況中，條件為R≤T。
至於上面所說的伴隨光碟旋轉出現的光碟偏移，這一現象最好應抑制到使聚焦的光能夠在盤上形成一個寫/讀光點的程度。
本發明的另一方面，提供了一種光碟裝置，它包括一個光度頭，用於將從一個光源發射的分散光聚焦在一片光碟上，以便至少執行數據寫入操作;一個驅動單元，用於轉動光碟;一個設備，用於抑制伴隨光碟旋轉出現的偏移;一個外殼/定位單元，用於在與光度頭具有予定關係的位置上接納光碟;以及一個驅動電路用於控制光度頭與驅動單元的操作。
以上述本發明光碟裝置的結構，光度頭便可採用一個有限共軛光學系統而使光碟偏移與偏心得以顯著地減小，從而使光利用率得以明顯地增強。
採用了本發明所教導的減小光碟偏移與偏心的措施以後，便可實現一種光碟裝置，它能夠使用包含一個有限共軛光學系統的光度頭來進行記錄。
作為減小光碟偏移的方法之一，本發明提出了將光碟放置或接納在一個在其內表面與光碟之間具有小的空間或間隙的外殼之中，從而實際上將光碟的偏移限制在一個由該內部空間或間隙所限定的予定範圍之內。
此外，最好在操作時裝載光碟的裝置或設備中安裝一個約束部件來限止光碟的偏移。以這一結構，有可能通過與容納光碟的外殼結構合作來進一步抑制光碟的偏移。
偏心率也可以通過在外殼與光碟中至少一個上設置一個用於限制偏心率的突起物或溝槽來加以抑制。
此外，可在光碟裝置上設置一框架來抑制偏心率的影響。
當然，當光碟的平面性是令人滿意的，或者其彎曲度是可以忽略的，或者旋轉光碟的驅動單元的轉軸並不產生任何可以感覺到的振動，或者光碟的偏移是可以忽略不計的，或者光道中心與光碟的轉動中心同軸地重合，或者光碟驅動單元的軸或轉軸的擺動是小到能夠滿足標準化的光碟偏移與偏心規範，則裝有本發明的有限共軛光學系統的光度頭，可以在不考慮使用限制光碟的偏移與偏心的機構下應用。
本發明的又一個方面，提供了一種光碟裝置，它包括至少一個能夠在裝設在具有一個透明部位的外殼中的一片光碟上工作的光度頭，它使用透過外殼的透明部位將來自一個光源的散射光聚焦在光碟上的入射光，在攜帶數據的光碟上執行操作，將光碟反射的光導向一個光測器，並執行數據寫入、讀取與擦掉操作中的至少一種;以及一個封裝/定位單元，用於在一個與光度頭有予定關係的位置上接納光碟。
在實施本發明的一個較佳實施例中，在光碟與外殼之間可插入一個具有柔性或彈性的支承部件，使得光碟能在接觸該柔性支承部件的同時旋轉。
如上所述，用接觸該支承部件的狀態中旋轉光碟，可以實現光碟的穩定旋轉，並可使光碟的數據存儲或記錄區中防止積塵或其它物質。
此外，也可以在光碟上設置一個突起物，防止光碟偏移，從而保證光碟更穩定地旋轉。
在光碟是被接納或裝設在一外殼裡的情況中，後者可設有一個開口(窗口)或一個透明的部位，用於使光碟能透過該窗口或透明部位被發自光源的光照射。
作為構成上述透明部位的透光的光學部件，最好使用諸如玻璃、聚碳酸酯(今後也簡稱PC)、有機玻璃(PMMA)之類的透光材料。
在這一組合中，需要提出的是外殼可以是整個由透光材料構成的，或者只有外殼而對光度頭的部位是由透光材料構成的而其它部位則是由不具透光性的材料構成的。
本發明使用的物鏡的設計考慮了插在物鏡與光碟的記錄介質之間的基板之類的光學部件的光學厚度。因而，當光線是透過構成外殼的透明部位的光學部件引入時，物鏡的設計考慮了該光學部件的厚度以及光碟的基板的厚度。在使用一個傳統的物鏡實施本發明時，最好將該光學部件的厚度以及光碟的基板的厚度選擇為使它們的厚度之和正好等於以前使用的光碟的基板的厚度。在本發明的一個較佳實施例中，光碟是如上所述那樣容納在外殼內的，當使用傳統的物鏡時，光碟的基板可以製造得薄些，因為光線是透過構成外殼的一個光入射窗口上的透光性光學部件或者當外殼是由透光材料構成時透過外殼本身進入的。
根據本發明的又一個另外的方面，提供了一種光碟裝置，它包括一個光度頭，用於在其旋轉中遭受不大於0.25毫米的偏移的一片旋轉的攜帶有數據的光碟上執行操作，其中該光度頭使用一個透鏡將來自一個光源的散射光聚焦在光碟上，至少執行數據寫入，該透鏡設置在相對於光源5至20毫米範圍內的一個工作距離中;一個驅動單元，用於旋轉光碟;以及一個封裝/定位單元，用於在與光度頭有予定的關係的一個位置上接納光碟。
伴隨光碟的旋轉產生的光碟偏移的輻度可用諸如Yoshihiro Okino的「光碟工藝技術中的要點」166-172頁(日立工業技術中心報)中所描述的方法來調整。
為了增加有限共軛光學系統中的光利用率，最好減小光源與物鏡之間的距離。
本發明的又一個方面，提供了一種光碟裝置，它包括工作在一片旋轉的攜帶數據的光碟上的一個光度頭，該光度頭通過數值孔徑為0.5至0.6毫米的設置在0.25至1.0毫米範圍內的一個工作距離上的一個透鏡，將光源發出的散射光進行聚焦，以便在光碟上至少執行數據寫入操作;一個驅動單元用於旋轉光碟;以及一個封裝/定位單元，用於在與光度頭有予定關係的一個位置上接納光碟。
現在，將對數值孔徑與(光)束直徑之間的關係進行說明。令f表示從透鏡的一個主點到光碟的記錄表面的距離，而D表示透鏡的直徑，數值孔徑NA由下式給出NA＝ (D)/(f)光束在聚焦點上的直徑d是由數值孔徑NA與光束的波長λ確定的。在衍射極限上，光束的直徑d由下式給出d＝ (λ)/(NA)當使用該光度頭寫入、讀取或擦掉數據時，必須將光束直徑保持不變。因而，最好也將數值孔徑NA保持不變。現在，可以理解，當保持數值孔徑NA不變時，減小焦距f將使透鏡直徑D變小。
為了保證與傳統的裝置兼容，必須將光束直徑選擇為等於傳統裝置的光束直徑。當使用一個發射波長為830毫微米的雷射二極體作為光源時，很容易理解數值孔徑NA必須大於0.5(含0.5)。無需說明，在增加數值孔徑NA而減小光束直徑時，可以提高能量密度，使之能以低功率在記錄膜表面上執行寫操作。
另一方面，隨著數值孔徑NA的增加，在聚焦與跟蹤中由透鏡的移動或偏移所導致的象差將變得明顯。應將這一事實與透鏡的製造條件一起考慮，最好將有效數值孔徑NA的上限設置在0.6上。
也可以通過縮短波長λ來減小光束直徑d，這對於寫操作是有利的。
這時，光源最好能由一個能發射780毫微米至830毫微米波長的雷射二極體構成，或者利用二次諧波將波長縮短一半，即由波長為390毫微米至415毫微米範圍內的一個光源構成。在這一情況中，光束直徑d最好應在0.65微米至1.65微米的範圍內。
面向光源一側的物鏡的數值孔徑不得小於0.1。較大的數值孔徑能夠相應地增進光利用率。這時，需要說明的是，從雷射二極體發射的光束的截面是橢圓形的，從而產生了物鏡內部的光密度的分布。當將這一事實連同透鏡的製造條件或容差一起考慮時，面向光源一側的透鏡的數值孔徑最好應小於0.18(含0.18)。
當面向光源一側的數值透鏡孔徑為0.18時，光利用率達到50%。由於從雷射二極體發射的光束的散射角因其類型不同而異，便可知道，使用一個具有小的光束散射角的雷射二極體，即使對於在面向光源一側具有較小數值孔徑的透鏡，也能達到等價的光利用率。
現在，令m表示物鏡的放大率，而令A表示從物鏡到一個光聚焦點的距離，並且令B表示從光源至物鏡的距離，則以下的關係成立B＝mA物鏡與光碟間的距離B取決於光碟偏移的大小。當光碟遭受顯著的偏移時，距離A與B增加。換言之，光度頭的大小可由光碟偏移量的大小確定。
為了提高本發明所設想的有限共軛光學系統的光利用率，最好通過增大數值孔徑來實現高的光利用率。
另一方面，當數值孔徑增大時，在聚焦與跟蹤操作中的物鏡偏移引起的象差與數值孔徑較小的情形相比變得更為突出。光利用率的變化也同樣顯著。
這裡，需要指出的是，即使面向光源一側物鏡的數值孔徑增大了，由於抑制了光碟的偏移與偏心可使聚焦與跟蹤操作中的物鏡偏移變小，從而可將出現的象差抑制到與傳統的光學系統的象差相差不大的值上。這樣，使有限共軛光學系統的光利用率得以提高，使得可將有限共軛光學系統用於能進行寫操作的光度頭中。
有限共軛光學系統的光利用率可根據物鏡的數值孔徑與放大率來確定。
現在將說明有限共軛光學系統的放大率M與光利用率之間的關係。放大率M可表示為M＝NA2/NA1這裡NA2表示從光源方面觀察的物鏡的數值孔徑，而NA1表示從光碟方面觀察的透鏡的數值孔徑。
作為例子，讓我們在下面的假設的基礎上來計算光利用率NA1＝0.52，平行於作為光源的雷射二極體的結平面的方向上的光發散由Q11＝11°給出，而垂直於結平面的方向上的光發散由Q⊥＝25°給出。在使用無機材料構成光碟上的記錄介質或膜的情況中，在記錄膜表面上需要超過10毫瓦的光束功率。因此，為了使功率為40毫瓦的雷射二極體能被用作光源，光利用率最低必須是25%。從而將會知道，為了達到計算所確定的超過25%的光利用率，放大率M至少必須為0.2。
下面將對透鏡的工作距離進行說明。
在光碟是接納或封裝在一個外殼中並且光線是透過構成外殼的一部分的光學部件的介質引入的情況中，因為在物鏡與光碟之間插入了外殼以及因為在旋轉的光碟與物鏡之間沒有直接接觸的可能性，所以物鏡與光碟之間的距離(即透鏡的工作距離)可以縮短。對應於不大於0.25毫米的光碟偏移，工作距離最好應當最長不超過1毫米。
通過減小工作距離，可使透鏡的主點與聚焦點之間的距離更短。由於本發明能夠實現不超過±0.5毫米的光碟偏移，可使透鏡的主點到光碟記錄膜表面的距離短於4毫米(含4毫米)，而且即使使用了放大率為0.2的物鏡，光源與物鏡間的距離仍可限制在20毫米以內。
本發明的又一個方面，提供了一種光碟裝置，它包括工作在攜帶數據的旋轉光碟上的一個光度頭，通過具有予定數值孔徑的一個透鏡將具有予定波長的光源發射的散射光進行聚焦，在光碟上至少執行數據寫入操作，其中波長與孔徑數之比選擇為0.65至1.65微米的範圍，光的利用率在25%至50%的範圍;以及一個封裝/定位單元，用於在與光度頭有予定關係的一個位置上接納光碟。
本發明的又一個方面，提供了一種光碟裝置，它包括一個光度頭，用於在一片攜帶數據的旋轉光碟上執行操作，該光碟在旋轉中產生不大於0.25毫米的光碟偏移，其中該光度頭通過一個直徑在1至4毫米的透鏡將從光源發射的散射光進行聚焦，以便至少在光碟上執行數據寫入操作，該透鏡將25%至50%光源發射光量照射在光碟上，用於在光碟上至少執行數據寫入操作;一個驅動單元用於旋轉光碟;以及一個封裝/定位設備，用於在一個與光度頭有予定關係的位置上接納光碟。
本發明的又一個另外的方面，提供了一種光碟裝置，它包括工作在旋轉的攜帶數據的光碟上的一個光度頭，該光碟在旋轉中產生不大於0.25毫米的偏移，其中光度頭通過位於距光源0.25至1.0毫米工作距離上的一個透鏡，將來自光源的散射光進行聚焦，以便在光碟上至少執行數據寫入操作;一個驅動單元，用於旋轉光碟;以及一個封裝/定位單元，用於在與光度頭有予定關係的一個位置上接納光碟。
本發明的又另一個方面，提供了一種光碟裝置，它包括一個工作在旋轉的攜帶數據的光碟上的光度頭，該光度頭通過0.2至0.35放大率的透鏡將從光源發出的散射光以5至25毫瓦的強度聚焦在盤上，以便在光碟上至少執行數據寫入操作;以及一個封裝/定位單元，用於在與光度頭有予定關係的一個位置上接納碟片。
本發明的另一個方面，提供了一種光碟裝置，它包括一個光分離器，用於將來自光源的散射光照射在光碟上，並將碟片反射的光導向一個光測器;以及設置在該光分離器與光碟之間的光徑上的一個透鏡，用於將散射光聚焦在盤上，從而在盤上至少執行數據寫入操作。
根據本發明，光源與透鏡間的光徑長度可以縮短，從而提高光源發射光的利用率。由於這一特徵的優點，即使是使用有限共軛光學系統實現的一個光度頭現在也有可能在光碟上寫或記錄數據。
從上述說明中將能理解，根據本發明的教導，裝有有限共軛光學系統的光度頭的光利用率能夠得到提高，因為抑制了光碟的偏移與偏心。
此外，由於抑制了盤的偏移，物鏡的工作距離得以縮短，這又意味著光源與物鏡間的距離得以減小，從而使光度頭能以小型化的尺寸實現。


圖1為示意性地示出本發明的一個實施例的光度頭與光碟的結構的片段透視圖;
圖2為本發明的一個實施例的一個光度頭的結構的剖視圖;
圖3A是本發明的一個實施例的光碟組件(也稱作卡片中光碟)的頂視平面圖;
圖3B為圖3A中的光碟組件沿線A-A′的剖視圖;
圖4是展示封裝在一外殼中的一片光碟的盤偏移的曲線圖;
圖5是表示有限共軛光學系統的放大率與光利用率間關係的曲線圖;
圖6是表示光通量直徑與透鏡的工作距離間關係的圖;
圖7是表示光通量直徑與光度頭厚度間關係的圖;
圖8是表示在聚焦操作時透鏡的偏移與光利用率間關係的圖;
圖9是表示盤偏移的分布圖;
圖10是表示聚焦操作時的透鏡偏移與波陣面象差間的關係圖;
圖11為示意性地展示本發明的一個實施例的光度頭的複合稜鏡結構的透視圖;
圖12A是本發明的一個實施例的光碟組件的平面圖，其中使用了除塵布以防止光碟接觸外殼;
圖12B是圖12A中的光碟組件沿線A-A′的剖視圖;
圖13A是展示本發明的光碟組件的另一個實施例的平面圖，其中使用了一塊除塵布以防止光碟與外殼互相接觸;
圖13B是圖13A的光碟組件沿線A-A′的剖視圖;
圖14示出了抑制盤偏移的一種結構的示範性實施例;
圖15示出了抑制盤偏心影響的一種結構的實施例;
圖16示出了抑制盤偏心影響的轂盤與電機軸的示範性結構;
圖17為表示本發明的另一實施例的光度頭與光碟結構的視圖;
圖18為展示本發明的又一個實施例的光度頭與光碟結構的視圖;
圖19示出了本發明光度頭的另一實施例，其中使用了一塊半透明反射鏡;
圖20為展示本發明的一個實施例的光碟裝置的總體配置框圖;
圖21為展示為確定盤偏移與偏心的容許範圍而進行的測定的結果的曲線圖;
圖22示出了本發明光碟組件的另一實施例;
圖23示出本發明光碟組件的又一個實施例;
圖24與25分別示出本發明的光碟組件的其它實施例;
圖26A、26B與26C示出了本發明的一個實施例的光碟組件中在一個不透明的外殼上設置的光束入口(入射)窗口的一個示範性結構;
圖27A、27B與27C示出了本發明雙面讀/寫型光碟組件的另一實施例;
圖28A、28B與28C示出了本發明的一種光碟組件的又一實施例;
圖29為表示本發明的包括一個光碟組件與一個光度頭的組合光碟裝置的一個實施例的視圖;以及圖30為展示本發明光碟裝置的又一個實施例的視圖，它能夠同時在一片光碟的兩面執行寫/讀操作。
現在，參照附圖結合示範性實施例對本發明進行詳細描述。
圖1為展示了本發明的一個實施例的包括數據存儲介質與光度頭的光碟裝置結構的片段透視圖。
參見圖1，該光度頭包括作為光源的一個雷射二極體1;一組複合稜鏡11;一個物鏡4;一個光測器8;一個未示出的二維致動器，用於在聚焦與跟蹤操作中移動物鏡4;以及一個底座12，用於固定地安裝上述組成部件。
另一方面，具有盤形構造的數據存儲介質(此後稱作「光碟」)6封裝在一個透明外殼5中。
圖2為示意性地展示圖1中所示的光度頭與光碟的剖視圖。從用作光源的雷射二極體1發射的一個光束9穿過偏振束分離器2，由一個抬起器反射鏡10舉起，被一塊四分一波長板3園形偏振，並衝擊在物鏡4上，後被聚焦到光碟6的一個記錄表面上。光碟6是封裝在一個透明的外殼5中的，而雷射束9則透過透明外殼5聚焦在光碟6的記錄表面上。光碟6反射的光是線性偏振的，相對於入射到四分一波長板3上的光被旋轉了90°。線性偏振光被偏振束分離器2反射，令光測器8(圖1)去檢測。可將所示的光度頭做成，例如25毫米長，15毫米寬及5.5毫米高。
圖3A與3B示出一個光碟組件(也稱作卡片中光碟(diskin card))的實施例，它包括封裝或容納在一個保護性外殼中的光碟。在所示的卡片中光碟裡，可旋轉的光碟6是封裝在外殼5中的，而外殼5則能固定地夾緊，以達到減小光碟6的偏移或波動。
以這一配置，為聚焦光束所需物鏡4的偏移輻度可以減小，從而可將由於物鏡移動引起的象差現象抑制到最小限度。
可將卡片內光碟做成84毫米長，54毫米寬，及1.5毫米厚的信用卡大小。作為光碟的基板，可使用直徑為1.9吋厚度為0.5毫米的玻璃基板。當然，也可使用PC或PMMA基板。
由於減小了光碟的直徑，對於一個給定的偏移角而言，光碟偏移或波動(擺動)的相對輻度得以減小。作為例子，直徑為1.9吋的光碟的偏移與直徑為5.25吋(133毫米)的光碟相比其偏移可減少2/5或更多。考慮到光碟的偏移，最好應將光碟的直徑製造得小些。在實際應用中，直徑最好應小於2.5吋(127毫米)較為理想。
外殼5可以由PMMA的板材構成。
光線入口或入射部位(窗口201)可以製成0.3毫米厚度的。基板的厚度與外殼的厚度之和可以是0.8毫米。盤與外殼內表面間的上部與下部空間或間隙可以分別是0.2毫米。在這些尺度的條件下，盤的偏移可抑制到最大為±0.2毫米。
圖4示出了對封裝在外殼中的由玻璃基板製成的光碟以3600轉/分轉動時旋轉一周所測得的盤的偏移。
從圖中可見，盤的偏移限定在±0.015毫米之間。這說明光碟與外殼的內表面間的上部與下部空間或間隙可分別選擇為0.015毫米。
在這樣的光碟裝置中，光碟只是裝入而不是封裝在外殼中，可以分別在對應於盤的兩面的位置上在光碟裝置內設置突起物或凸臺，以基本上與卡片中碟片相同的效果來抑制盤的偏移。
作為一種記錄介質，可使用一種相變型In Sb Te合金的可重寫記錄膜。在這一情況中，用於在盤的記錄表面上記錄或寫所需的功率為10毫瓦。
在所示的實施例的情況中，可以使用這樣的物鏡，它具有2毫米的有效直徑，0.4毫米的工作距離，0.3的放大率，以及0.52的數值孔徑(NA)。以這一放大率，可以實現40%的光利用率，這是與一個無限共軛光學系統所實現的效率相差不多的。
作為光源，可使用具有830毫微米波長與30毫瓦功率的雷射二極體。在這一情況中，在記錄介質的膜表面上可得到12毫瓦的光能。物鏡與光發射點間的距離可選擇為6.4毫米。從底座的下表面到物鏡的頂端之間測量的光度頭的厚度，包括例如一毫米厚的底座底壁，將是5.5毫米。
圖5示出存在於物鏡放大率與光利用率之間的一種關係。
從圖5中可知，為了在光碟裝置中實現超過25%的光利用率，光度頭中所使用的物鏡的放大率必須高於0.2(含0.2)。然而，考慮到物鏡製造中所遭遇的條件，放大率的上限將是0.35，這樣光利用率為50%。
圖6示出在物鏡的數值孔徑為0.52時光通量直徑與工作距離間的關係。從圖6中可知，工作距離隨著物鏡與光碟間的距離的減小而縮短，從而可以減小物鏡的直徑(光通量直徑)。圖7示出光通量直徑與光度頭厚度之間的關係。從圖7可知，減小光通量直徑可使光度頭製造得較薄。由於插入了外殼以後可以防止旋轉的光碟與物鏡之間直接接觸的危險，並且由於盤偏移可以抑制到0.4毫米或更小，工作距離便可以選擇為0.4毫米。
此外，由於將基板厚度從1.2毫米減小，光通量直徑可進一步減小。作為例子，在光碟的厚度與外殼的厚度之和從1.2毫米減小到0.8毫米的情況下，當工作距離為0.4毫米時，光通量直徑為2毫米。當光通量直徑為2毫米時，光度頭的厚度為6毫米。在光碟的厚度與外殼的厚度之和為0.8毫米的情況下，光度頭的厚度可以減到5毫米。充分利用這些關係，光度頭的厚度可以通過將光碟與外殼的厚度製造得更小而得到進一步降低。
圖8示出了在聚焦操作中物鏡的偏移與光利用率間的關係。物鏡在正方向上的偏移或移動表示物鏡向光碟方向移動。圖8中所示的關係是在物鏡的數值孔徑為0.52，孔直徑為2毫米及放大率為0.3時觀測到的。
當光碟上的光能根據數據寫入產生變化時，由於光能過量或缺乏會導致記錄或寫入故障。因此，希望光能在光碟記錄表面上的變化率小於10%。為達到此目的，物鏡的聚焦移動不得超過±0.25毫米，如圖8中所示。
此時，光利用率的設計值將是50%。當光利用率一直保持在低於50%時，對於光利用率變化的盤偏移容差可以增加。然而，由於伴隨透鏡移動的象差的增大，光束直徑也增大，從而使寫入成為不可能。對於使用有限共軛光學系統執行寫操作而言，盤偏移必須減小到±0.25毫米以內。盤偏移或波動是由電機軸的振動、盤基板的彎曲以及盤的安裝轂的低精度引起的。然而，即使上面所提到的因素都得到了改進，不採取抑制盤偏移的措施也是難於將盤的偏移限制在±0.01毫米以內的。
由於抑制了盤偏移，透鏡直徑得以減小。由於減小透鏡的直徑能使裝置以小尺寸實現，將透鏡的直徑選擇為小於4毫米(含4毫米)是理想的。然而，由於在製造較小直徑的透鏡中所遇到的困難，1毫米的透鏡直徑將是下限。
現在將參照對典型的測量結果來描述盤的偏移。
圖9示出了每個碟片的盤偏移的實際測量結果，其中的碟片是由極小彎曲的基板構成的，具有以高精度安裝的轂，並且使用電機軸受到很小振動的電機來轉動。更具體地，盤偏移是對由玻璃基板構成的十個試樣測定的，各盤的最外周邊的直徑為2吋，而以3600轉/分的速度來旋轉這些玻璃基板。最小的偏移為±10微米。大多數盤遭受不超過±60微米的偏移。發現由一種In Sb Te合金製成的相變型光碟在不採取任何抑制盤位移措施的情況下是可以重寫的。2吋直徑的PC基板的偏移輻度在±150微米至±400微米的範圍內。然而，可以通過將盤封裝在外殼中來抑制這種偏移。
圖10示出物鏡的跟蹤移動與象差間的關係。不屬於伴隨物鏡的偏移出現的象差對於具有0.5的數值孔徑、2mm的孔直徑及0.2放大率的物鏡是0.03λ。
作為衍射極限以下的光的聚焦能力的標準，已知的有Marechal(馬利切爾)標準，根據這一標準，象差不應超過0.07λ(RMS(均方值))。
從圖9可知，為了在移動物鏡時遵守Marechal標準，物鏡的偏移最好不超過±0.3毫米。
圖21示出了為確定物鏡的象差所執行的測定結果，這是由盤偏移/偏心跟蹤操作引起的。測定所用的物鏡具有2毫米的有效直徑，並在面向盤的一側與面向光源的一側分別具有數值孔徑0.52與0.14。在圖21中，示出了一個範圍，在該範圍內，當移動物鏡以跟蹤光碟的偏移與偏心時，它所導致的象差不超過0.045λ。作為在衍射極限以下容許光線聚焦的一個標準，已知的Marechal標準為0.07λ(RMS)。在光碟裝置中，象差是由光度頭與光碟兩者引起的。因而，最好將光度頭與光碟設計成為容許等價的象差。為了達到這一目的，光度頭產生的象差必須抑制到0.05λ(RMS)或更小。除了物鏡以外，雷射二極體及其它光學部件也是產生象差的原因。所以，由物鏡引起的象差必須抑制到0.045λ(RMS)或更小。這些便是將象差的範圍確定為小於0.045λ的原因。此外，注意到雷射束的中心軸與物鏡中心軸之間在組裝光度頭時不可避免地會出現誤差與偏差。此外，在光碟與光度頭之間的空隙中可能存在著誤差。通常，將這些安裝誤差減小到100微米或更小是困難的。因而，用於跟蹤盤的偏移與偏心的物鏡運動範圍是相當狹小的。由於上述原因，將光碟的容許偏移與偏心限制在圖21中一個區域所表示的範圍裡。從中可見，偏移必須在±340微米以內，而偏心必須在±200微米以內。為了容許同時出現盤偏移與偏心，希望盤偏移在±100微米以內，而偏心在±200微米以內。然而在使用一個粗致動器移動整體光度頭來跟蹤偏心的這種結構中，光碟所容許的偏心的範圍的極限可擴大到±300微米。同樣，通過增進光度頭定位調節的精度，盤偏移的容許範圍可擴大到±450微米。
在一次性寫入型與可重寫型光碟的情況中，光利用率必須足夠高。因而，當光源的最大功率低時，對於光學系統而言，通過偏振光分離器與四分一波板提供的光頻隔離是不可缺少的。在採用一個光柵時，光利用率會降低。因而，在這一情況時，跟蹤系統可採用推挽方法或外差方法。作為聚焦方法有傅科法，其中使用了一種傅科稜鏡;象散法，在其中使用了一種園柱體透鏡;一種臨界角法，在其中使用了一種臨界角稜鏡;以及一種使用刀口的刀口法。可用與稜鏡相同的玻璃或塑料材料構成上述光學部件，其中的組合或複合稜鏡可通過整體地組合下列部件而製成用於得到一個聚焦誤差信號的諸如偏振稜鏡、四分一波板、提升器反射鏡以及刀口等部件;以及用於得到一個跟蹤誤差信號的部件。
現在將參照圖11對本發明光度頭中所使用的複合稜鏡的一個實施例進行描述。在聚焦誤差信號檢測系統中採用了刀口法，而將推挽法用作跟蹤誤差信號檢測方法。一束P偏振光束入射在一個偏振光束分離器2上並且被提升器反射鏡10豎起使之由四分一波板3園形地偏振。從光碟反射的光被四分一波板3轉換成S偏振光並被偏振光束分離器反射，使之被具有4段的一個光測器所檢測。將返回光束的上面一半通過傅科稜鏡7輸入到兩個光測器，以檢測跟蹤信號。傅科稜鏡7也作用為一個刀口，其中聚焦誤差信號是由具有兩段的一個中心光測器檢測的。誤差檢測光學系統的結構可遵照所採用的聚焦誤差檢測法與跟蹤誤差檢測法進行修改。根據本實施例的複合稜鏡可以遵照光通量半徑為5毫米長度、2.5毫米寬度與2.5毫米高度實現。使用這種複合稜鏡，本實施例的光度頭的光學系統可由四部分構成，即，雷射二極體、複合稜鏡、透鏡以及光測器。以這種方法整體地組合這些光學部件，部件的數目可以減少，同時對光度頭的性能有顯著影響的光軸位置調整的數目也能可觀地減少，有可能以一種簡化的方法來進行光軸調整。雖然在本實施例的情況中沒有在誤差檢測光學系統中使用透鏡，同樣也可使用誤差檢測透鏡。在這一情況中，誤差信號檢測靈敏度同樣可以調整。
在使用有機材料構成的記錄介質中，與無機材料構成的記錄介質相比，前者用於寫操作所需的光能較低。在有機記錄介質中，能以5毫瓦的功率在膜表面上實現寫操作。當雷射二極體的功率較高而光利用率則較低時，沒有必要使用偏振光束分離器，而使用諸如半透明反射鏡之類的非偏振光束分離器已經足夠。此外，由於四分一波板變得沒有必要了，所需的部件的數目可以減少，這使得製造成本降低。
下面將對光碟的實施例進行描述。
圖22示出了封裝在一個單面透明的外殼中的光碟的一個示範性實施例，光束能透過外殼的透明部位射在盤上。在該實施例中，為了抑制其偏移將旋轉的光碟6以相當狹小的間隙容差封裝在一個透明外殼中，它具有2吋(49毫米)的直徑及0.5毫米的厚度，並且它是由一塊玻璃基板、一塊PC基板或者一塊PMMA基板構成的。外殼的尺寸選擇為一張信用卡的大小以方便使用。作為例子，外殼可做成為長84毫米寬54毫米。為了便於說明，可將放置在外殼中的光碟的組件稱為卡片中光碟。在該實施例中，可考慮一片光碟只有一個表面指定用於記錄/再生(此後稱作單面寫/讀型盤)。因而，外殼是由位於光束入射面的一種透明片材材料5以及設置在相對一面的保護片材料170組成的。透明片材5是由PMMA製成的。當然，其它具有均勻透明度的材料諸如玻璃、PC之類也同樣可用於構成透明片材或蓋片5。透明片5與保護片或蓋片170各以0.3毫米的厚度製成。將厚度為0.5毫米的光碟6以外殼與盤6間各為0.2毫米的內部空間或間隙容納在外殼中。於是，外殼或卡片中盤的總厚度為1.5毫米。採取這種卡片中盤的結構，盤的偏移可以抑制到±0.2毫米以內。光束所通過的基板與外殼片材的總厚度為0.8毫米。位於光束入射面的透明片上形成一個開口或孔使得可將一個盤安裝轂51在磁力吸引下固定在一根電機驅動的轉軸上。用於數據記錄的區域限制在內直徑34毫米與外直徑48毫米之間，以實現40兆字節的存儲容量。
圖23示出了具有雙面指定用於記錄/再生的一種光碟的一個示範性實施例(此後稱作雙面寫/讀形盤)。各厚0.5毫米的一對光碟基板151與152用UV樹脂系列膠165粘合在一起，以其記錄膜或塗層160與161互相面對面地相對。外殼由保護片170與設置在光碟6的兩面的透明片5構成，將透明片分別固定在保護外殼部分170上，以限定光束入口區域。每一透明片5具有0.3毫米的厚度。光碟6與透明片5之間的內部空間各為0.2毫米。外殼或卡片中盤的總厚度為2毫米。採用這樣的卡片中盤結構，可能實現80兆字節的存儲容量。
圖24與25分別示出了雷射束入射或入口區域，它們被指定設置在面對光度頭。在這一類型的卡片中光碟裡，最好將光碟這樣放置，即使其中心在外殼的縱向上偏離外殼的中心，從而使卡片中光碟能夠以卡片的長度方向裝入光碟裝置中，而在沒有被光碟佔據的一個部位上將外殼夾住。相應地，光線入射部位最好從光碟的中心起沿外殼的長度方向延伸設置。在圖24所示的卡片中光碟的情況下，光入射區域或窗口201是從光碟的中心向外殼的中心延伸的。另一方面，在圖25所示的卡片內光碟中，光入口窗口201是與圖24中所示的窗口201相反方向延伸的。作為對這個實施例的一種修改，整個外殼可以是由透明片材料製成的，或者將覆蓋光碟的外殼區域做成透明的或者只將光入口窗口做成透明的。然而，從卡片中光碟的機械強度觀點來看，最好只將光入口窗口做成透明的。此外，考慮到由於外殼170與光碟6間的狹窄空間使得保護外殼170與光碟6有可能互相接觸而損壞光碟6，而最終導致不可能再生記錄的數據，所以最好採取適當措施來防止光碟的數據記錄區與外殼接觸。
圖12與13示出了保護光碟的數據記錄部分不接觸外殼的卡片中光碟200的一個示範性實施例。當外殼5與光碟6互相接觸從而損壞基板與記錄介質時，讀出所記錄的數據是不能的。
在圖12所示的示範性實施例中，在光碟6與外殼5之間插入除塵布31，使盤6能在接觸軟除塵布31中旋轉，從而防止光碟6及記錄介質受到損壞。由於在盤的旋轉中沉積在光碟6上的塵土被除塵布31所清除，可以避免透過外殼上的光束入口部位201入射的光束被塵土遮斷的可能性。當盤6在接觸諸如除塵布31之類的旋轉導向部件中旋轉時，基板最好是由柔性材料製成的，例如塑料，這樣基板可以符合導向部件而變形。
在圖13中所示的實施例中，記錄有數據的光碟6的區域32是使用除塵布31來防止與外殼5接觸的。根據本發明的該實施例，除塵布31是在位於盤的徑向內側部分沒有記錄數據的區域上附在盤上的，從而使除塵布能夠在摩擦性地接觸外殼5中旋轉。由於本實施例的結構，位於盤的徑向上外側部分的數據記錄區32將永遠不會與外殼5接觸，同時可以減輕光碟6的偏移。在該實施例的情況中，本質上不產生塵土的除塵布的柔性可以有利地得到應用。為了這一目的，其它材料諸如清潔紙、橡皮之類也可使用以達到相同的效果。
此時，必須提出的是，由於盤的偏移被這種卡片中光碟結構所抑制，在這種結構中光碟是以盤與外殼的內表面之間狹窄的空間在外殼中旋轉的，光的入射可以通過將整個外殼用透明材料製成或者如上所述設置透明窗口來實現。
圖26A、26B與26C示出了設置在一個不透明外殼中的光束入口(入射)窗口的一個示範性結構。在該實施例中，光碟6的直徑為2吋(65毫米)並且是由粘合在一起的一對基板構成的，其中每塊基板厚0.6毫米。這樣，該光碟與圖23中所示的具有相同的結構。光碟是容納在一個保護外殼170中的，後者具有這樣一種結構，當這一卡片中光碟不使用時，光入口窗口202是由一塊保護蓋板203緊密地蓋住的，而在使用時，保護蓋板202是打開的。設置了一個轂51用於將盤固定在光碟裝置的一根軸上與之一起旋轉。在保護外殼170的兩面都設有光入口窗口170。為了使卡面中光碟能夠翻過來插入以使用其反面，兩面的光入口窗口以相同的配置構成。光度頭的雷射束透過窗口202射在光碟6上。保護外殼170的尺寸與圖22中所示的外殼的尺寸相同。
圖27示出了雙面寫/讀型光碟的一個實施例，其中在外殼上形成有雷射束入口(入射)窗口。光碟6的直徑為2吋(65毫米)，是由一對厚度各0.6mm的粘合基板構成的。光碟6被封裝在一個外殼170中。在非使用狀態，雷射束窗口202被一塊保護蓋板203緊密地關閉。在使用該卡片中光碟時，移開保護蓋板203，打開窗口202。通過設計成磁性固定的轂51將盤安裝在一個光碟裝置的電機驅動軸上。光度頭髮射的雷射束透過窗口202射在光碟6上。保護外殼170的尺寸與圖22中所示的外殼的尺寸相同。該光碟與圖22中所示的具有相同的結構。因此，與圖22中相同的部件用相同的參照數字來表示，並且省略了對它們的重複說明。
圖28示出了卡片中光碟的又一個實施例。光碟6的直徑為2.5吋(65毫米)，由厚度為0.6毫米的一塊基板構成。以圖28所示的結構，盤的偏移可以抑制到±0.2毫米以內。為了保護光碟不受損壞和塵土沉積，將光碟封裝在一個保護外殼170中。在不使用狀態中，光束入射窗口202是被一塊保護蓋板203緊密地封閉的。
在使用卡片中光碟時，將窗口202打開，並通過轂51將光碟安裝在電機驅動軸上。光度頭的雷射束通過窗口202入射在光碟6上。保護外殼170的尺寸是長72毫米，寬72毫米及厚4.5毫米。在本實施例中，為了進一步抑制盤的偏移並減小保護外殼170的厚度，而減小了基板的厚度。保護外殼170具有的結構使光碟6容許從中取出以便清掃光碟。
圖14示出了防止光碟偏移或波動的另一個實施例。根據這一實施例，光碟6是這樣一種結構，光碟6上設置了凸臺33，當光碟6出現偏移時凸臺33首先與外殼5接觸，藉此抑制光碟6的偏移。基板可用注入法以PC或PMMA製成。凸臺33可以在製造基板時一次形成。在這一情況中，由於凸臺的存在，在製造中基板膨脹與收縮間的差可以得到減輕，這是一個優點，從而可將基板的變形抑制到最小，凸臺可以是0.1毫米高及3毫米寬。
圖15示出了減小本發明的光碟的偏心的一種結構。在光碟6上設置了一個凸臺42，而在外殼5上設置了一個壁階43用於為光碟6導向。由於設置凸臺42與壁階43的好處，防止了光碟6移動超出凸臺42與壁階43之間在光碟6的平面方向上所限定的空間。結果使偏心得以抑制。將光碟6與外殼5之間的距離選擇為±0.03毫米以內，盤6的偏心可抑制到±0.03毫米以內。在製造PC或PMMA基板時可一次成形盤6的凸臺42。其結果使道的中心能夠與凸臺42的中心重合。用於將盤固定在旋轉驅動單元上的轂41是這樣安裝在盤6上的，使得盤的轉動中心與道的中心間的偏移不超過±0.05毫米。當以注入法成形基板時，可與基板的製造一次成形轂41。在這種情況中，可以以高精度對準轂41的中心與道的中心，從而製造出小偏心率的盤。因此，不需要採取減小偏心率的措施。此外，在本實施例中，即使由於光碟的偏移而使光碟6與外殼5互相接觸，因為接觸是發生在凸臺42上即在光碟的中心部位上，所以偏移也能減小。
圖16示出了防止盤與電機的轉動軸之間產生偏移的一個實施例。根據這一實施例，光碟6以一塊磁鐵53磁性地吸引轂51固定在電機軸52上的，將轂51牢固地安置在底座54上。在這一情況中，在電機軸52與轂51上分別形成錐形部分，使得在電機軸52與轂51間不產生間隙。在這一實施例中，為了能夠在盤6的兩面執行寫操作，在外殼的上下兩片材上都形成容許電機軸插入的開口，並且轂51的兩個表面都是製成錐形的。在單面寫/讀型光碟的情況中，轂可以只在電機軸插入的那一面製成錐形。
在該光碟裝置中，除了二維致動器以外還可設置一個用於移動整個光度頭的粗致動器。應用這一粗致動器，有可能使整個光度頭跟蹤偏心。當以這種方式通過粗致動器移動整個光度頭跟隨著偏心進行跟蹤時，物鏡的偏移被減小了，從而使象差與光利用率很少受到變動。
在以3600轉/分旋轉的具有70微米偏心的2吋盤中，作為示例，在粗致動器的協助下跟蹤偏心，物鏡的偏移可以抑制到±10微米或更小。結果使得不需要求助於使用諸如錐形之類的措施來減小盤的偏心就能執行寫操作。
現在描述本發明的另一個實施例。當使用一個立方體型偏振光束分離器時，通過該分離器的散射光將產生象差現象。因而，在設計透鏡時，就應事先校正這種象差。此外光束分離器的厚度應嚴格控制以保持設計值。作為不通過厚玻璃之類將光束導向物鏡的一種方法，存在一種使用反射型光束分離器的方法。圖17示出了採用反射型光束分離器的一個實施例。一塊偏振光分離膜23塗覆在光束分離器22的一個表面上，使之只反射平行光束分離器22的表面偏振的光。用一塊四分之一波板3園形地偏振光線，並將盤6處反射的光用四分之一波板3在垂直於入射光的方向上進行偏振，以便輸通過偏振光束分離器22而被一個光測器8所檢測。為了得到聚焦誤差信號，可利用光束分離器22處的象散現象。此外，可插入一塊象差補償板與一個透鏡以高精度獲得誤差信號，並保證在光學設計中的一定自由度。在本實施例中，將光測器8置於光束分離器22的與盤6相對的一側。然而，也可使用一塊拾升器反射鏡將光測器8設置在與雷射器1和光束分離器22的同一平面上。
現參照圖18對另一實施例進行描述。為了進一步減少圖17中所示的實施例的光度頭的尺寸，將雷射器1與光測器8設置在同一方向上。在光束分離器22的背面安裝了一個反射器14用於將檢測光束向雷射器1方向反射。由於光束分離器22的折射，反射光會聚在不同於雷射器1的光發射點的一個位置上，因此將雷射器1與光測器8互不幹擾地配置。如上所述，按照傳統的方法，將雷射二極體1與盤6間的距離減至20毫米或更小是不可能的。反之，根據本實施例將光碟6封裝在一個透明外殼5中，雷射二極體1與光碟6間的距離可減小到10毫米。根據本發明，可能實現以前不能做到的光度頭的小型化。本實施例的光度頭可做成為20毫米長、10毫米寬與5毫米高的大小。
圖19示出一個實施例的結構，它使用一面非偏振半透明反射鏡25而實現低成本的製造。
在圖19所示的光度頭中，來自光源1的光束9被半透明反射鏡25反射而入射在光碟6上。因此，當令R表示半透明反射鏡25的反射率，T表示其透射比，η表示物鏡的會聚效率，則能夠從具有功率P的光源1到達光記錄介質的功率Pd由下式給出Pd＝ηRP。
由於當反射率R高時到達光碟的功率也較高，所以R≥T是所期望的。
在從光源發射的光束透射過半透明反射鏡入射在光碟上的情況中，雖然沒有示出，R≤T是所期望的。
通過設置半透明反射鏡的反射率與透射率之間的比值，使多量光能到達光碟，在光測器8處得到的功率Ps由下式給出Ps＝ηrRTP其中r表示光碟的反射率。由於透射率T是低的，到達光測器的光量減少了，結果使再生或讀出信號變弱。因此，在讀時，希望能夠增加光源的輸出功率P，使到達光測器的光量保持不變。
在本實施例中，採用了反射率R為70%而透明率T為30%的一塊半透明反射鏡25，用於提高能夠到達光碟6的功率。在圖19中，即使將光源1與光測器8的位置進行交換，使光源1發出的光透過半透明反射鏡，也能得到相同的效果。在這一情況中，反射率與透射率在輻值上互相交換而使R≤T。與傳統採用的R＝T＝50%的半透明反射鏡相比，在本發明的該實施例中所用的半透明反射鏡具有較高的反射率，從而減少了到達光測器8的那一部分光，因此，在本實施例中，必須將以前在膜表面為1毫瓦的讀光束增加到1.7毫瓦，以保證到達光測器8的光量與採用R＝T＝50%的半透明反射鏡的光度頭的情況在同一數量級上。具有30%光利用率的光度頭可使用在CD系統中所用的具有0.24放大率的物鏡4來製造。作為光源1，可用50毫瓦的一個雷射二極體在膜表面處得到10.5毫瓦的功率。通過採用這種光度頭，可以在由In Sb Te合金構成的並具有10毫瓦靈敏度的一種相變型光碟介質上執行寫操作。作為半透明反射鏡25，可以使用一個立方體型反射鏡來代替本實施例中所採用的反射型的。當使用具有高記錄靈敏度的記錄介質時，例如含有有機染料的介質，使之有可能使用低功率的光源以及具有小的反射率與透射率差的半透明反射鏡。
圖29是包括卡片中光碟和光度頭的組合的光碟裝置的一個實施例的視圖。安裝在粗致動器700上的光度頭300可平行於卡片中光碟200移動。將這些組成部件裝在光碟裝置的一個底座800中，在本實施例中，粗致動器700是由一臺具有例如6毫米厚度及大約1牛頓的驅動輸出的步進電機構成的。光度頭300具有例如6毫米厚度及25克重量。平均訪問時間是大約100毫秒。卡片中光碟200是單面寫/讀結構的，有1.5毫米厚度。本實施例的光碟裝置的厚度不包括電路的厚度時為10毫米，而包括後者時為15毫米。因而，該光碟裝置可用於膝上型或筆記本型個人計算機與工作站站。將電路實現在具有高集成度的大規模集成電路中，光碟裝置的總厚度可減至12毫米。雖然最好應使用具有2毫米光束直徑的光學系統，但也可用具有1.5毫米光束直徑的光學系統來代替它。在這一情況中，光度頭的厚度可進一步減小到4.5毫米，而光碟裝置的總厚度則降至10毫米。
以圖29所示的結構，也同樣可能使用在外殼上形成一個窗口的使光束射入的卡片中光碟。
用圖29所示的結構可容易地只增加0.5毫米的裝置厚度，而使它能夠用作雙面寫/讀型光碟。在這一情況中，在要將數據記錄到反面時，將卡片中光碟從裝置中抽出一次，並且翻過來再插入其中即可。
圖30示出了光碟裝置的又一個實施例，它能夠同時在光碟的雙面執行寫/讀操作。參見該圖，一個第一光度頭300與一個第二光度頭301互相面對面地設置，在它們之間插入一片卡片中光碟，其中光度頭300與301是分別安裝粗致動器700與701上的。採用圖30中所示的光碟裝置的結構，不需要翻轉卡片中光碟便可在光碟的雙面寫入或讀取數據。由於第一與第二光度頭300和301能夠互相獨立地驅動，有可能同時寫入或讀取兩種數據。此外，通過互相同步地驅動第一與第二光度頭300與301，有可能將數據傳輸率高效地提高到兩倍。可將圖30中所示結構的光碟裝置做成為20毫米厚度，從而使該裝置可與膝上型或筆記本型個人計算機和工作站結合使用。雙面寫/讀型光碟可進一步以這樣一種結構實現，使一面作用為一個只讀存儲器，而另一面用作一個可重寫存儲器。為這一目的，只須在兩個盤表面上分別塗覆適合於所期望的功能的不同類型的記錄介質即可。
圖20示出了光碟系統的一個示範性實施例，其中採用了本發明的光度頭。光度頭71的再生信號通過前置放大器75輸入到驅動微型計算機81進行處理。使用該再生信號，啟動一個聚焦伺服76與一個跟蹤伺服77。為了在記錄或寫時調節雷射器的功率，一個雷射器驅動器78控制流向雷射器的電流。轉軸電機74的旋轉控制以及由粗致動器73對光度頭71的定位控制是分別由一個轉軸伺服79以及一個粗致動器伺服80實現的。用於控制聚焦、跟蹤、轉軸以及粗致動器的信號處理是由驅動微型計算機81執行的。光碟系統的控制是由一臺控制微型計算機82執行的。光度頭71、含有封裝在外殼中的光碟的卡片中盤72、粗致動器73以及轉軸電機74可容納在具有，例如，100毫米長、60毫米寬與10毫米高的一個底座中。作為粗致動器，可使用厚度為5毫米的一個線性致動器。盤旋轉軸是通過皮帶或直接地由厚度為5毫米的轉軸電機驅動的。轉動頻率為3600轉/分。
雖然本發明是結合凹坑形成型、利用相變一次性寫入型、利用相變可重寫型與指定再生型光度頭以及光碟裝置進行描述的，同樣的效果也能以這樣一種光度頭與一種光碟裝置得到，其中通過相應地修改其檢測光學器件來使用一種磁光碟。
由於使用了有限共軛光學系統，本發明的光度頭減少了組成部件的數目，很容易小型化。此外，由於小型化光度頭的可能性，不但可將該光碟裝置以一種縮小的尺寸來實現，而且用於移動光度頭所需的時間也能減少，這也意味著用於數據傳輸的時間能夠縮短。
在有限共軛光學系統中，當物鏡與光碟在各目的予定位置上時象差最小，從而容許光線可到衍射極限。在該光碟裝置中，物鏡在聚焦與跟蹤中是在垂直於光碟及平行於光碟的方向上移動的。在本發明的光碟裝置中，伴隨物鏡的移動的象差現象是不明顯的，從而使光線得以充分地聚焦。
由於聚焦與跟蹤，表示到達記錄表面的光能與從光源輸出的光能之比的光利用率是變化的。根據本發明，在聚焦與跟蹤中物鏡的偏移是小的，因而，即使對於高光利用率的光度頭，由於物鏡移動引起的光利用率的變化也可降低到最小值。這樣，便能夠實現一種具有高光利用率的光度頭。
在該光碟中，由於抑制了盤偏移和偏心，使光源與物鏡間的距離得以縮短。從而實現了使用有限共軛光學系統能寫數據的一種光度頭。
根據本發明，通過減小盤偏移與偏心，在使用有限共軛光學系統的光度頭中能夠實現高光利用率。由於這一特徵，可製造一種能用少數組成部件記錄數據的小型化光度頭。由於為了提高光利用率物鏡的放大率也增加了，採用有限共軛光學系統的光度頭的製造結構與傳統的光度頭相比明顯小型化了，因為光源與物鏡之間的距離縮短了。由於抑制了盤偏移，物鏡的工作距離得以縮短，使光度頭能夠實現在一個薄型結構中。
由於光度頭的小型化，光碟裝置能以小的尺寸實現。此外，由於高光利用率，可利用有限共軛光學系統實現一種光學的數據寫/讀裝置。
權利要求
1.一種光碟裝置，包括一個光度頭，用於將光源發出的散射光聚焦在光碟上，藉此至少執行數據寫入；用於旋轉所述盤的裝置；用於將所述保持數據的盤接納在與所述頭有予定關係的位置上的裝置，所述裝置包括用於抑制伴隨所盤旋轉產生的盤偏移的裝置；以及一個驅動電路，用於控制所述光度頭與所述旋轉裝置的操作。
2.一種光碟裝置，包括一個光度頭，用於將光源發射的散射光聚焦在光碟上，從而至少執行數據寫入;用於旋轉所述盤的裝置;用於抑制所述盤伴隨其旋轉產生的盤偏移的裝置;用於在與所述頭有予定關係的位置上接納所述持有數據的盤的裝置;以及一個驅動電路，用於控制所述光度頭與所述旋轉裝置的操作。
3.一種光碟裝置，包括至少一個光度頭，這些光度頭工作在保持有數據並容納在具有一個透明部位的外殼中的光碟上，將來自光源的散射光通過所述透明部位聚焦在所述盤上，將從所述盤反射的光導向光測器，藉此執行數據寫入、讀取及擦除操作中至少之一;以及用於在與所述頭有予定關係的位置上接納所述盤的裝置。
4.一種光碟裝置，包括一個工作在保持有數據的旋轉光碟上的光度頭，所述盤在旋轉中產生不大於0.25毫米的偏移，所述光度頭將來自光源的散射光通過透鏡聚焦在所述盤上，以至少執行數據寫入，其中所述透鏡與所述光源間的工作距離為5至20毫米;用於旋轉所述盤的裝置;以及用於在與所述頭予定關係的位置上接納所述盤的裝置。
5.一種光碟裝置，包括工作在保持有數據的旋轉光碟上的一個光度頭，所述盤在旋轉中產生不大於0.25毫米的盤偏移，所述光度頭將來自光源的散射光通過透鏡聚焦在所述盤上，以至少執行數據寫入，所述透鏡具有1至4毫米的直徑，從而用來自所述光源25%至50%的光照射所述盤，以至少在所述盤上執行數據寫操作;用於旋轉所述盤的裝置;以及用於在與所述頭有予定關係的位置上接納所述盤的裝置。
6.一種光碟裝置，包括用於在保持有數據的旋轉光碟上執行操作的一個光度頭，所述盤在旋轉中產生不大於0.25毫米的盤偏移，所述光度頭將來自光源的散射光通過透鏡聚焦在所述盤上，以至少執行數據寫操作，所述透鏡位於距所述光源0.25至1.0毫米範圍內的工作距離上;用於旋轉所述盤的裝置;以及用於在與所述頭有予定關係的位置上接納所述盤的裝置。
7.一種光碟裝置，包括用於在保持有數據的旋轉光碟上執行操作的一個光度頭，所述光度頭將來自光源的散射光通過透聚焦在所述盤上，以至少執行數據寫入，所述透鏡具有0.5至0.6的數值孔徑及0.25至1.0毫米的工作距離;用於旋轉所述盤的裝置;以及用於在與所述頭有予定關係的位置上接納所述盤的裝置。
8.一種光碟裝置，包括工作在保持有數據的旋轉光碟上的一個光度頭，所述光度頭將來自具有予定波長的光源的散射光通過透鏡聚焦在所述盤上，以至少執行數據寫入，所述透鏡具有予定的數值孔徑，其中所述波長與所述孔徑數值之比在0.65至1.66微米的範圍內，而所述光的利用率為25%至50%;以及用於在與所述頭有予定關係的位置上接納所述盤的裝置。
9.一種光碟裝置，包括工作在保持有數據的旋轉光碟上的一個光度頭，所述光度頭將來自光源的散射光通過透鏡以5至25毫瓦的光強聚焦在所述盤上，在所述盤上至少執行寫入所述數據操作，所述透鏡具有0.2至0.35的放大率;以及用於在所述頭有予定關係的位置上接納所述盤的裝置。
10.一種光碟裝置，包括一個光分離器，用於以來自光源的散射光碟，並將所述反射的光導向光測器;以及設置在所述分離器和所述盤間的光徑上的一個透鏡，用於將所述散射光聚焦在所述盤上，藉此在所述盤上至少執行數據寫入。
全文摘要
採用有限共軛光學系統的一種可重寫光碟裝置。該裝置包括一個光度頭，用於將來自光源的散射光聚焦在光碟上，以執行數據寫/讀操作；一個驅動單元，用於旋轉該盤；以及一個束分離器，用於將光碟反射的光導向一個光測器，以檢測從光碟反射的光。通過將光碟可旋轉地封裝在一個信用卡大小的外殼中，而將伴隨盤的旋轉產生的盤偏移與盤偏心的影響抑制到一個最小值，該外殼適於裝入並靜止地夾持在該光碟裝置中，實現了光度頭的薄型結構以及光碟裝置的小型化，並提高了用於數據寫/讀操作的光利用率。
文檔編號G11B17/04GK1061484SQ9110847
公開日1992年5月27日 申請日期1991年11月5日 優先權日1990年11月5日
發明者杉田辰哉, 佐藤美雄, 坪井信義, 峰邑浩行, 安藤壽 申請人:株式會社日立製作所